(57)【要約】【課題】先端に重量物が取り付けられた長尺のアームを移動させるような場合でも、振動周波数が高いような振動を伴うことなく目標位置に停止させる機械制御装置を提供する。【解決手段】第１減算手段４ａ、位置調節手段４ｂ、第１加算手段４ｄ、第２減算手段４ｅ、速度調節手段４ｆを備える位置制御装置４において、位置調節手段４ｂに第１バイパス手段４ｃを配置し、高周波数領域のゲインを上げて、高周波数領域の振動を抑制するような機械制御装置とする。【選択図】　図１
2004094445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置フィードバック値と速度フィードバック値とを出力する制御対象機械に対し、位置指令値に基づいて目標位置へ移動するよう制御する機械制御装置であって、
位置指令値を出力する位置指令装置と、
位置指令値を補正して補正位置指令値を出力する補正ブロック手段と、
補正ブロック手段から出力された補正位置指令値から位置フィードバック値を減算した位置差分値を出力する第１減算手段と、
第１減算手段から出力された位置差分値に基づいて位置調節値を出力する位置調節手段と、
補正ブロック手段から出力された補正位置指令値を用いて、位置応答性を向上させる位置バイパス値を出力する第１バイパス手段と、
第１バイパス手段から出力された位置バイパス値と位置調節手段から出力された位置調節値とを加算して速度指令値を出力する第１加算手段と、
第１加算手段から出力された速度指令値から速度フィードバック値を減算した速度差分値を出力する第２減算手段と、
第２減算手段から出力された速度差分値に基づいてトルク指令値を出力する速度調節手段と、
を備えることを特徴とする機械制御装置。
【請求項２】
位置フィードバック値と速度フィードバック値とを出力する制御対象機械に対し、位置指令値に基づいて目標位置へ移動するよう制御する機械制御装置であって、
位置指令値を出力する位置指令装置と、
位置指令値を補正して補正位置指令値を出力する補正ブロック手段と、
補正ブロック手段から出力された補正位置指令値から位置フィードバック値を減算した位置差分値を出力する第１減算手段と、
第１減算手段から出力された位置差分値に基づいて速度指令値を出力する位置調節手段と、
位置調節手段から出力された速度指令値から速度フィードバック値を減算した速度差分値を出力する第２減算手段と、
第２減算手段から出力された速度差分値に基づいて速度調節値を出力する速度調節手段と、
位置調節手段から出力された速度指令値を用いて、速度応答性を向上させる速度バイパス値を出力する第２バイパス手段と、
第２バイパス手段から出力された速度バイパス値と速度調節手段から出力された速度調節値とを加算してトルク指令値を出力する第２加算手段と、
を備えることを特徴とする機械制御装置。
【請求項３】
位置フィードバック値と速度フィードバック値とを出力する制御対象機械に対し、位置指令値に基づいて目標位置へ移動するよう制御する機械制御装置であって、
位置指令値を出力する位置指令装置と、
位置指令値を補正して補正位置指令値を出力する補正ブロック手段と、
補正ブロック手段から出力された補正位置指令値から位置フィードバック値を減算した位置差分値を出力する第１減算手段と、
第１減算手段から出力された位置差分値に基づいて位置調節値を出力する位置調節手段と、
補正ブロック手段から出力された補正位置指令値を用いて、位置応答性を向上させる位置バイパス値を出力する第１バイパス手段と、
第１バイパス手段から出力された位置バイパス値と位置調節手段から出力された位置調節値とを加算して速度指令値を出力する第１加算手段と、
第１加算手段から出力された速度指令値から速度フィードバック値を減算した速度差分値を出力する第２減算手段と、
第２減算手段から出力された速度差分値に基づいて速度調節値を出力する速度調節手段と、
第１加算手段から出力された速度指令値を用いて、速度応答性を向上させる速度バイパス値を出力する第２バイパス手段と、
第２バイパス手段から出力された速度バイパス値と速度調節手段から出力された速度調節値とを加算してトルク指令値を出力する第２加算手段と、
を備えることを特徴とする機械制御装置。
【請求項４】
位置フィードバック値と速度フィードバック値とを出力する制御対象機械に対し、位置指令値に基づいて目標位置へ移動するよう制御する機械制御装置であって、
位置指令値を出力する位置指令装置と、
位置指令値を補正して補正位置指令値を出力する補正ブロック手段と、
補正ブロック手段から出力された補正位置指令値から位置フィードバック値を減算した位置差分値を出力する第１減算手段と、
第１減算手段から出力された位置差分値に基づいて位置調節値を出力する位置調節手段と、
補正ブロック手段から出力された補正位置指令値を用いて、位置応答性を向上させる位置バイパス値を出力する第１バイパス手段と、
第１バイパス手段から出力された位置バイパス値と位置調節手段から出力された位置調節値とを加算して速度指令値を出力する第１加算手段と、
第１加算手段から出力された速度指令値から速度フィードバック値を減算した速度差分値を出力する第２減算手段と、
第２減算手段から出力された速度差分値に基づいて速度調節値を出力する速度調節手段と、
第１バイパス手段から出力された位置バイパス値を用いて、速度応答性を向上させる速度バイパス値を出力する第２バイパス手段と、
第２バイパス手段から出力された速度バイパス値と速度調節手段から出力された速度調節値とを加算してトルク指令値を出力する第２加算手段と、
を備えることを特徴とする機械制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御対象機械を制御するための機械制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動を伴う機械装置は従来からも各種存在しているが、このうち図５で示すような長尺のアームの先端に搭載された重量物を搬送する機械を制御する機械制御装置では特有の問題がある。以下このような問題点について説明する。ここに、図５は、従来技術の機械制御装置の構成図、図６は位置制御装置の説明図、図７は機械制御装置の動作を説明する説明図であり、図７（ａ）は時間−速度線図、図７（ｂ）は時間−位置線図、図８は補正ブロック手段の説明図、図９は機械制御装置の動作を説明する説明図であり、図９（ａ）は時間−速度線図、図９（ｂ）は時間−位置線図である。
【０００３】
図５で示す機械制御装置では、制御対象機械１００に対して位置制御を行うための、位置指令装置１、補正ブロック手段２、位置制御装置３を備えている。
この制御対象機械１００は、詳しくは図５で示すように、重量物１０、アーム２０、スライド移動部３０、スライドレール部４０、モータ５０、モータエンコーダ６０、カップリング７０、および、送りねじ８０を備えている。
また、位置制御装置３は、図６で示すように、第１減算手段３ａ、位置調節手段３ｂ、第２減算手段３ｃ、および、速度調節手段３ｄを備えている。
【０００４】
続いて各部の動作・機能について概略説明する。
スライドレール部４０は、スライド移動部３０が図５の左右の移動方向にのみ移動するように拘束する。さらに、スライドレール部４０とスライド移動部３０との接触部は低摩擦であり、スライド移動部３０がスライドレール部４０上を滑らかに移動できるようになされている。
また、モータ５０はカップリング７０を介して送りねじ８０と連結され、この送りねじ８０は、スライド移動部３０に取り付けられた図示しないねじ部内に回転自在に螺挿されている。
【０００５】
このモータ５０が送りねじ８０を回転駆動することにより、スライド移動部３０が図５の左右方向へ移動する。このモータ５０には後述する位置制御装置３が接続されており、この位置制御装置３は位置指令装置１・補正ブロック手段２から送信される指令値に応じて位置制御を行う。
モータエンコーダ６０は、モータ５０の回転に応じて位置フィードバック値・速度フィードバック値を出力する。これら位置フィードバック値は、図６で示すように位置制御装置３の第１減算手段３ａに、また、速度フィードバック値は位置制御装置３の第２減算手段３ｃに、それぞれ入力される。
【０００６】
第１減算手段３ａは、補正ブロック手段２の補正位置指令値から、位置フィードバック値を減算して位置差分値を出力する。
位置調節手段３ｂは、位置差分値に基づいて速度指令値を出力する。
第２減算手段３ｃは、位置調節手段３ｂの速度指令値から、速度フィードバック値を減算して速度差分値を出力する。
速度調節手段３ｄは、速度差分値に基づいてトルク指令値を出力する。
トルク指令値は、図５で示すように、モータ５０に出力される。
【０００７】
このような位置制御がなされるスライド移動部３０には、長尺のアーム２０が取り付けられており、このアーム２０の先端には重量物１０が取り付けられている。スライド移動部３０の位置制御によりアーム２０の先端の重量物１０も位置制御されることとなる。
【０００８】
続いてこのような機械制御装置における制御方法について説明する。なお、理解を深めるため、まず、図５において補正ブロック手段２がないような制御系を想定して説明する。
スライド移動部３０を移動させる場合、図７（ａ）で示すように、時間ａ〜時間ｂでは、所定加速度でスライド移動部３０の移動速度を増大させ、時間ｂ〜時間ｃでは一定速度でスライド移動部３０を移動させ、時間ｃ〜時間ｄでは所定減速度でスライド移動部３０の移動速度を低下させ、最終的に時間ｄで目標位置に達したスライド移動部３０を停止させる。位置指令装置１は、スライド移動部３０がこのような速度となるように時々刻々と変化する位置指令値Ｕ（ｓ）を出力する。なお、Ｕ（ｓ）はラプラス変換変数を用いる関数として表現する。
【０００９】
このような位置指令値Ｕ（ｓ）は、位置制御装置３へ入力される。スライド移動部３０の位置をＸｍ（ｓ）と表し、また、位置制御装置３からモータ５０、送りねじ８０、スライド移動部３０までを含む伝達関数をＧ（ｓ）とすると、Ｘｍ（ｓ）は次式のように表される。
【００１０】
【数１】
2004094445.tif 000003
【００１１】
このような機械制御装置では、スライド移動部３０は、位置指令値Ｕ（ｓ）に応じて図７（ａ）で示したような移動速度で移動して時間ｄで移動が停止することとなり、重量物１０が所定の目標位置に搬送されることとなる。
【００１２】
この機械制御装置では、位置制御装置３および制御対象機械の伝達関数Ｇ（ｓ）を最適に設計することで目標位置へスライド移動部３０を正確に移動させる制御を行うことができるが、スライド移動部３０に取り付けられたアーム２０はたわみが生じた状態で移動し、スライド移動部３０が目標位置で停止した場合でも、アーム２０の先端にある重量物１０は自らの慣性力によりアーム２０をたわませて指令位置より先に進み、スライド移動部３０が目標位置で停止した後も、即座に停止しない場合がある。
【００１３】
この場合、図７（ａ）で示すように、所定減速度で減速させて最終的に目標位置で停止させるようにスライド移動部３０を制御すると、スライド移動部３０は図７（ｂ）の斜め方向に降りる実線で示すように指令位置で停止するにも拘わらず、重量物１０は図７（ｂ）の斜め方向に降りる点線で示すように目標位置を中心とした振動を生じてしまう。このような重量物１０の位置であるＸｗ（ｓ）は、スライド移動部３０の位置であるＸｍ（ｓ）を用いて伝達関数として表示すると次式のようになる。
【００１４】
【数２】
2004094445.tif 000004
【００１５】
ここにＫＳ　はアーム２０のバネ定数であり、Ｗは重量物１０の質量である。
以上登場した数式をまとめて機械制御装置の全体システムを表すと次式のようになる。
【００１６】
【数３】
2004094445.tif 000005
【００１７】
この重量物１０の移動に関する伝達関数は、ラプラス平面上で以下に示すような極を有している。
【００１８】
【数４】
2004094445.tif 000006
【００１９】
伝達関数がこのような極を有する場合、重量物１０の位置は正弦波状の振動波形で移動することが知られ、次式で示すような周波数で振動する。
【００２０】
【数５】
2004094445.tif 000007
【００２１】
このように重量物１０は、図７（ｂ）の点線で示すように目標位置に到達したあとも振動し、すぐには整定しない。
このように、スライド移動部３０が目標位置で停止したときに、スライド移動部３０の元位置は指令通りに停止するが、アーム２０の先端位置にある重量物１０は、目標位置を中心とした振動を生じてしまうという問題があった。重量物１０が直ちに停止しないため、停止するまでの時間が損失時間となっていた。
【００２２】
そこで図５で示すような補正ブロック手段２を接続して、振動を抑制するように配慮されている。補正ブロック手段２は、詳しくは図８で示すように、微分手段２ａと、ゲイン手段２ｂと、加算手段２ｃとを備えている。
微分手段２ａは、位置指令値Ｕ（ｓ）に対して２階微分を施して２階微分値ｓ２・Ｕ（ｓ）　を出力するための手段である。
ゲイン手段２ｂは、微分手段２ａから出力された２階微分値ｓ２・Ｕ（ｓ）に対してゲイン定数Ｋを乗算して、出力値Ｋ・ｓ２・Ｕ（ｓ）を出力するための手段である。
加算手段２ｃは、このゲイン手段２ｂから出力された出力値Ｋ・Ｕ（ｓ）・ｓ２と位置指令値Ｕ（ｓ）を加算して補正位置指令値Ｕ（ｓ）＋Ｋ・Ｕ（ｓ）・ｓ２を出力するための手段である。
この補正ブロック手段２が出力する補正位置指令値は（１＋Ｋ・ｓ２）・Ｕ（ｓ）となる。このゲイン定数をＫ＝Ｗ／ＫＳとすると、以下の式で表される補正位置指令値Ｕ’（ｓ）が出力される。
【００２３】
【数６】
2004094445.tif 000008
【００２４】
このような位置指令値Ｕ（ｓ）は、補正ブロック手段２へ入力されて補正位置指令値Ｕ’（ｓ）に変換され、位置制御装置３へ入力される。スライド移動部３０の位置をＸｍ（ｓ）と表し、また、位置制御装置３からモータ５０、送りねじ８０、スライド移動部３０までを含む伝達関数をＧ（ｓ）とすると、Ｘｍ（ｓ）は次式のように表される。
【００２５】
【数７】
2004094445.tif 000009
【００２６】
さらに、アーム２０のたわみを考慮した重量物１０の位置Ｘｗ（ｓ）は、スライド移動部３０の位置をＸｍ（ｓ）を用いた伝達関数として表示すると次式のようになる。
【００２７】
【数８】
2004094445.tif 000010
【００２８】
これら数式からＸｍ（ｓ）、Ｕ’（ｓ）を消去して、機械制御装置の全体システムを表すと次式のようになる。
【００２９】
【数９】
2004094445.tif 000011
【００３０】
このような補正ブロック手段２により、分母部分にあったＷｓ２＋ＫＳ　を消去する極零相殺を行って、振動要素をなくしている。したがって、スライド移動部３０の元位置および重量物１０の位置は、図９（ｂ）で示すように、振動することなく目標位置で停止し、整定する。このように、スライド移動部３０の元位置とともにアーム２０の先端位置にある重量物１０は振動することなく停止するため、従来の損失時間を無くし、高速な制御を実現している。
従来技術はこのようなものであった。
【００３１】
【発明が解決しようとする課題】
この従来技術では、機械系の振動部の位置・速度が検出できないため、機械が速度停止するときに、位置指令装置１からの位置指令値、または、モータエンコーダ６０からの位置・速度を利用して、加速度による変位によって発生する機械振動を抑制している。
【００３２】
位置指令装置１は、位置指令値（Ｕ（ｓ））を出力する。そして、補正ブロック手段２は位置指令値を補正して補正位置指令値（Ｕ’（ｓ））を出力する。この補正位置指令値は、数６で表されるものであって、Ｋ＝Ｗ／ＫＳが補正ゲインとなる。機械振動の振動周波数とＫとの関係は、１／振動周波数∝Ｋのため、振動周波数が高い程Ｋが小さくなり、補正量は小さくなる。
このように振動周波数が高い場合に、補正量が小さくなってしまい、応答効果が低下するため、実際上、高周波領域では振動の抑制効果が小さいという問題点があった。
【００３３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、先端に重量物が取り付けられた長尺のアームを移動させるような場合でも、振動周波数が高いような振動を伴うことなく目標位置に停止させる機械制御装置を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決する請求項１に係る発明の機械制御装置は、
位置フィードバック値と速度フィードバック値とを出力する制御対象機械に対し、位置指令値に基づいて目標位置へ移動するよう制御する機械制御装置であって、
位置指令値を出力する位置指令装置と、
位置指令値を補正して補正位置指令値を出力する補正ブロック手段と、
補正ブロック手段から出力された補正位置指令値から位置フィードバック値を減算した位置差分値を出力する第１減算手段と、
第１減算手段から出力された位置差分値に基づいて位置調節値を出力する位置調節手段と、
補正ブロック手段から出力された補正位置指令値を用いて、位置応答性を向上させる位置バイパス値を出力する第１バイパス手段と、
第１バイパス手段から出力された位置バイパス値と位置調節手段から出力された位置調節値とを加算して速度指令値を出力する第１加算手段と、
第１加算手段から出力された速度指令値から速度フィードバック値を減算した速度差分値を出力する第２減算手段と、
第２減算手段から出力された速度差分値に基づいてトルク指令値を出力する速度調節手段と、
を備えることを特徴とする。
【００３５】
また、請求項２に係る発明の機械制御装置は、
位置フィードバック値と速度フィードバック値とを出力する制御対象機械に対し、位置指令値に基づいて目標位置へ移動するよう制御する機械制御装置であって、
位置指令値を出力する位置指令装置と、
位置指令値を補正して補正位置指令値を出力する補正ブロック手段と、
補正ブロック手段から出力された補正位置指令値から位置フィードバック値を減算した位置差分値を出力する第１減算手段と、
第１減算手段から出力された位置差分値に基づいて速度指令値を出力する位置調節手段と、
位置調節手段から出力された速度指令値から速度フィードバック値を減算した速度差分値を出力する第２減算手段と、
第２減算手段から出力された速度差分値に基づいて速度調節値を出力する速度調節手段と、
位置調節手段から出力された速度指令値を用いて、速度応答性を向上させる速度バイパス値を出力する第２バイパス手段と、
第２バイパス手段から出力された速度バイパス値と速度調節手段から出力された速度調節値とを加算してトルク指令値を出力する第２加算手段と、
を備えることを特徴とする。
【００３６】
また、請求項３に係る発明の機械制御装置は、
位置フィードバック値と速度フィードバック値とを出力する制御対象機械に対し、位置指令値に基づいて目標位置へ移動するよう制御する機械制御装置であって、
位置指令値を出力する位置指令装置と、
位置指令値を補正して補正位置指令値を出力する補正ブロック手段と、
補正ブロック手段から出力された補正位置指令値から位置フィードバック値を減算した位置差分値を出力する第１減算手段と、
第１減算手段から出力された位置差分値に基づいて位置調節値を出力する位置調節手段と、
補正ブロック手段から出力された補正位置指令値を用いて、位置応答性を向上させる位置バイパス値を出力する第１バイパス手段と、
第１バイパス手段から出力された位置バイパス値と位置調節手段から出力された位置調節値とを加算して速度指令値を出力する第１加算手段と、
第１加算手段から出力された速度指令値から速度フィードバック値を減算した速度差分値を出力する第２減算手段と、
第２減算手段から出力された速度差分値に基づいて速度調節値を出力する速度調節手段と、
第１加算手段から出力された速度指令値を用いて、速度応答性を向上させる速度バイパス値を出力する第２バイパス手段と、
第２バイパス手段から出力された速度バイパス値と速度調節手段から出力された速度調節値とを加算してトルク指令値を出力する第２加算手段と、
を備えることを特徴とする。
【００３７】
また、請求項４に係る発明の機械制御装置は、
位置フィードバック値と速度フィードバック値とを出力する制御対象機械に対し、位置指令値に基づいて目標位置へ移動するよう制御する機械制御装置であって、
位置指令値を出力する位置指令装置と、
位置指令値を補正して補正位置指令値を出力する補正ブロック手段と、
補正ブロック手段から出力された補正位置指令値から位置フィードバック値を減算した位置差分値を出力する第１減算手段と、
第１減算手段から出力された位置差分値に基づいて位置調節値を出力する位置調節手段と、
補正ブロック手段から出力された補正位置指令値を用いて、位置応答性を向上させる位置バイパス値を出力する第１バイパス手段と、
第１バイパス手段から出力された位置バイパス値と位置調節手段から出力された位置調節値とを加算して速度指令値を出力する第１加算手段と、
第１加算手段から出力された速度指令値から速度フィードバック値を減算した速度差分値を出力する第２減算手段と、
第２減算手段から出力された速度差分値に基づいて速度調節値を出力する速度調節手段と、
第１バイパス手段から出力された位置バイパス値を用いて、速度応答性を向上させる速度バイパス値を出力する第２バイパス手段と、
第２バイパス手段から出力された速度バイパス値と速度調節手段から出力された速度調節値とを加算してトルク指令値を出力する第２加算手段と、
を備えることを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の請求項１の発明に係る機械制御装置の第１実施形態について説明する。図１は本実施形態の機械制御装置の位置制御装置の構成図である。
本実施形態の機械制御装置は、基本的には図５で示した従来技術の構成と同様であり、図１で示す位置制御装置４が新規な点が相違する。
【００３９】
位置制御装置４は、図１で示すように、第１減算手段４ａ、位置調節手段４ｂ、第１バイパス手段４ｃ、第１加算手段４ｄ、第２減算手段４ｅ、速度調節手段４ｆを備えている。位置制御装置４は、第１バイパス手段４ｃが付加されている点が従来技術の位置制御装置３（図６参照）と相違している。
この機械制御装置の制御対象機械１００は、位置フィードバック値と速度フィードバック値とを位置制御装置４へ出力するように構成されている。
【００４０】
補正ブロック手段２からの補正位置指令値は、数６で表されるものであって、Ｋが補正ゲインとなる。機械振動の振動周波数とＫとの関係は、
１／振動周波数∝Ｋ
となるため、振動周波数が高い程Ｋが小さくなり、補正量は小さくなっている。
そこで、振動周波数が高いような場合でも、補正量を大きくするようなバイパスを第１バイパス手段４ｃとして追加している。
【００４１】
続いて、信号の流れについて接続する。
位置指令装置１は、位置指令値（Ｕ（ｓ））を出力する。そして、補正ブロック手段２は位置指令値を補正して補正位置指令値（Ｕ’（ｓ））を出力する。
第１減算手段４ａは、補正ブロック手段２から出力された補正位置指令値から位置フィードバック値を減算した位置差分値を出力する。
位置調節手段４ｂは、第１減算手段４ａから出力された位置差分値に基づいて位置調節値を出力する。
【００４２】
第１バイパス手段４ｃは、補正ブロック手段２から出力された補正位置指令値を用いて、位置応答性を向上させる位置バイパス値を出力する。
この位置バイパス値は、補正位置指令値を１階微分して所定ゲインを掛け合わせたもの（Ｕ’（ｓ）・Ｋ１・Ｓ）である。または、他の位置バイパス値は、補正位置指令値を１階微分して所定ゲインを加算した上で所定ゲインを掛け合わせたもの（Ｋ２・（Ｕ’（ｓ）・Ｓ＋Ｋ１））である。
【００４３】
第１加算手段４ｄでは、第１バイパス手段４ｃから出力された位置バイパス値と位置調節手段４ｂから出力された位置調節値とを加算して速度指令値を出力する。このような速度指令値によれば、位置応答性が向上する。
【００４４】
第２減算手段４ｅは、第１加算手段４ｄから出力された速度指令値から速度フィードバック値を減算した速度差分値を出力する。
速度調節手段４ｆは、第２減算手段４ｅから出力された速度差分値に基づいてトルク指令値を出力する。
【００４５】
以上説明した本発明によれば、第１バイパス手段４ｂから出力される位置バイパス値を位置調節手段４ｂから出力される位置調節値に加算して速度指令値として出力するので高い周波数領域でもゲインが高いような補正量を与えることができ、位置応答性が向上する。
【００４６】
続いて、本発明の請求項２の発明に係る機械制御装置の第２実施形態について説明する。図２は本実施形態の機械制御装置の位置制御装置の構成図である。
本実施形態の機械制御装置も、基本的には図５で示した従来技術の構成と同様であり、図２で示す位置制御装置５が新規な点であることが相違する。
【００４７】
位置制御装置５は、図２で示すように、第１減算手段５ａ、位置調節手段５ｂ、第２減算手段５ｃ、速度調節手段５ｄ、第２バイパス手段５ｅ、第２加算手段５ｆを備えている。位置制御装置５は、第２バイパス手段５ｅが付加されている点が従来技術の位置制御装置３（図６参照）と相違している。
この機械制御装置の制御対象機械１００は、位置フィードバック値と速度フィードバック値とを位置制御装置５へ出力するように構成されている。
【００４８】
補正ブロック手段２からの補正位置指令値は、数６で表されるものであって、Ｋが補正ゲインとなる。機械振動の振動周波数とＫとの関係は、
１／振動周波数∝Ｋ
となるため、振動周波数が高い程Ｋが小さくなり、補正量は小さくなっている。
そこで、振動周波数が高いような場合でも、補正量を大きくするようなバイパスを第２バイパス手段５ｅとして接続している。
【００４９】
続いて、信号の流れについて接続する。
位置指令装置１は、位置指令値（Ｕ（ｓ））を出力する。そして、補正ブロック手段２は位置指令値を補正して補正位置指令値（Ｕ’（ｓ））を出力する。
第１減算手段５ａは、補正ブロック手段２から出力された補正位置指令値から位置フィードバック値を減算した位置差分値を出力する。
位置調節手段５ｂは、第１減算手段５ａから出力された位置差分値に基づいて速度指令値を出力する。
【００５０】
第２減算手段５ｃは、位置調節手段５ｂから出力された速度指令値から速度フィードバック値を減算した速度差分値を出力する。
速度調節手段５ｄは、第２減算手段５ｃから出力された速度差分値に基づいて速度調節値を出力する。
第２バイパス手段５ｅは、位置調節手段５ｂから出力された速度指令値を用いて、速度応答性を向上させる速度バイパス値を出力する。
この速度バイパス値とは、速度指令値を１階微分して所定ゲインを掛け合わせたもの（Ｖ（ｓ）・Ｋ１・Ｓ）である。または、速度バイパス値とは、速度指令値を１階微分して所定ゲインを加算した上で所定ゲインを掛け合わせたもの（Ｋ２・（Ｖ（ｓ）・Ｓ＋Ｋ１））である。
【００５１】
第１加算手段５ｆでは、第２バイパス手段５ｅから出力された速度バイパス値と速度調節手段５ｄから出力された速度調節値とを加算してトルク指令値を出力する。このようなトルク指令値によれば、速度応答性が向上する。
【００５２】
以上説明した本発明によれば、第２バイパス手段５ｅから出力される速度バイパス値を速度調節手段５ｄから出力される速度調節値に加算してトルク指令値として出力するので従来よりも高い周波数領域でもゲインが高いような補正量を与えることができ、速度応答性が向上する。
【００５３】
続いて、本発明の請求項３の発明に係る機械制御装置の第３実施形態について説明する。図３は本実施形態の機械制御装置の位置制御装置の構成図である。
本実施形態の機械制御装置も、基本的には図５で示した従来技術の構成と同様であり、図３で示す位置制御装置６が新規な点が相違する。
【００５４】
位置制御装置６は、図３で示すように、第１減算手段６ａ、位置調節手段６ｂ、第１バイパス手段６ｃ、第１加算手段６ｄ、第２減算手段６ｅ、速度調節手段６ｆ、第２バイパス手段６ｇ、第２加算手段６ｈを備えている。位置制御装置６は、第１バイパス手段６ｃ・第２バイパス手段６ｇが付加されている点が従来技術の位置制御装置３（図６参照）と相違している。
この機械制御装置の制御対象機械１００は、位置フィードバック値と速度フィードバック値とを位置制御装置６へ出力するように構成されている。
【００５５】
補正ブロック手段２からの補正位置指令値は、数６で表されるものであって、Ｋが補正ゲインとなる。機械振動の振動周波数とＫとの関係は、
１／振動周波数∝Ｋ
となるため、振動周波数が高い程Ｋが小さくなり、補正量は小さくなっている。
そこで、振動周波数が高いような場合でも、補正量を大きくするようなバイパスを第１バイパス手段６ｃ・第２バイパス手段６ｇとして接続している。
【００５６】
位置指令装置１は、位置指令値（Ｕ（ｓ））を出力する。そして、補正ブロック手段２は位置指令値を補正して補正位置指令値（Ｕ’（ｓ））を出力する。
第１減算手段６ａは、補正ブロック手段２から出力された補正位置指令値から位置フィードバック値を減算した位置差分値を出力する。
位置調節手段６ｂは、第１減算手段６ａから出力された位置差分値に基づいて位置調節値を出力する。
【００５７】
第１バイパス手段６ｃは、補正ブロック手段２から出力された補正位置指令値を用いて、位置応答性を向上させる位置バイパス値を出力する。
位置バイパス値は、補正位置指令値を１階微分して所定ゲインを掛け合わせたもの（Ｕ’（ｓ）・Ｋ１・Ｓ）であったり、また、位置バイパス値は、補正位置指令値を１階微分して所定ゲインを加算した上で所定ゲインを掛け合わせたもの（Ｋ２・（Ｕ’（ｓ）・Ｓ＋Ｋ１））である。
【００５８】
第１加算手段６ｄでは、第１バイパス手段６ｃから出力された位置バイパス値と位置調節手段６ｂから出力された位置調節値とを加算して速度指令値を出力する。このような速度指令値によれば、位置応答性が向上する。
【００５９】
第２減算手段６ｅは、第１加算手段６ｄから出力された速度指令値から速度フィードバック値を減算した速度差分値を出力する。
速度調節手段６ｆは、第２減算手段６ｅから出力された速度差分値に基づいて速度調節値を出力する。
第２バイパス手段６ｇは、第１加算手段６ｄから出力された速度指令値を用いて、速度応答性を向上させる速度バイパス値を出力する。
この速度バイパス値とは、速度指令値を１階微分して所定ゲインを掛け合わせたもの（Ｖ（ｓ）・Ｋ１・Ｓ）である。または、速度バイパス値は、速度指令値を１階微分して所定ゲインを加算した上で所定ゲインを掛け合わせたもの（Ｋ２・（Ｖ（ｓ）・Ｓ＋Ｋ１））である。
【００６０】
第２加算手段６ｈでは、第２バイパス手段６ｇから出力された速度バイパス値と速度調節手段６ｆから出力された速度調節値とを加算してトルク指令値を出力する。このようなトルク指令値によれば、速度応答性が向上する。
【００６１】
以上説明した本発明によれば、第１バイパス手段６ｃから出力される位置バイパス値を位置調節手段６ｂから出力される位置調節値に加算して速度指令値として出力し、さらに、第２バイパス手段６ｇから出力される速度バイパス値を速度調節手段６ｆから出力される速度調節値に加算してトルク指令値として出力するため、位置・速度ともに、高い周波数領域でもゲインが高いような補正量を与えることができ、位置応答性・速度応答性が向上する。
【００６２】
続いて、本発明の請求項４の発明に係る機械制御装置の第４実施形態について説明する。図４は本実施形態の機械制御装置の位置制御装置の構成図である。
本実施形態の機械制御装置は、基本的には図５で示した従来技術の構成と同様であり、図４で示す位置制御装置７が新規な点が相違する。
【００６３】
位置制御装置７は、図４で示すように、第１減算手段７ａ、位置調節手段７ｂ、第１バイパス手段７ｃ、第１加算手段７ｄ、第２減算手段７ｅ、速度調節手段７ｆ、第２バイパス手段７ｇ、第２加算手段７ｈを備えている。位置制御装置７は、第１バイパス手段７ｃ・第２バイパス手段７ｇが付加されている点は第３実施形態と同様であるが、第１バイパス手段７ｃからの出力である位置バイパス値を第２バイパス手段７ｇに直接入力する構成を採用した点が相違している。
この機械制御装置の制御対象機械１００は、位置フィードバック値と速度フィードバック値とを位置制御装置７へ出力するように構成されている。
【００６４】
補正ブロック手段２からの補正位置指令値は、数６で表されるものであって、Ｋが補正ゲインとなる。機械振動の振動周波数とＫとの関係は、
１／振動周波数∝Ｋ
となるため、振動周波数が高い程Ｋが小さくなり、補正量は小さくなっている。
そこで、振動周波数が高いような場合でも、補正量を大きくするようなバイパスを第１バイパス手段７ｃ・第２バイパス手段７ｇとして接続している。
【００６５】
位置指令装置１は、位置指令値（Ｕ（ｓ））を出力する。そして、補正ブロック手段２は位置指令値を補正して補正位置指令値（Ｕ’（ｓ））を出力する。
第１減算手段７ａは、補正ブロック手段２から出力された補正位置指令値から位置フィードバック値を減算した位置差分値を出力する。
位置調節手段７ｂは、第１減算手段７ａから出力された位置差分値に基づいて位置調節値を出力する。
【００６６】
第１バイパス手段７ｃは、補正ブロック手段２から出力された補正位置指令値を用いて、位置応答性を向上させる位置バイパス値を出力する。
位置バイパス値は、補正位置指令値を１階微分して所定ゲインを掛け合わせたもの（Ｕ’（ｓ）・Ｋ１・Ｓ）であったり、また、位置バイパス値とは、補正位置指令値を１階微分して所定ゲインを加算した上で所定ゲインを掛け合わせたもの（Ｋ２・（Ｕ’（ｓ）・Ｓ＋Ｋ１））である。
【００６７】
第１加算手段７ｄでは、第１バイパス手段７ｃから出力された位置バイパス値と位置調節手段７ｂから出力された位置調節値とを加算して速度指令値を出力する。このような速度指令値によれば、位置応答性が向上する。
【００６８】
第２減算手段７ｅは、第１加算手段７ｄから出力された速度指令値から速度フィードバック値を減算した速度差分値を出力する。
速度調節手段７ｆは、第２減算手段７ｅから出力された速度差分値に基づいて速度調節値を出力する。
第２バイパス手段７ｇは、第１バイパス手段７ｃから出力された位置バイパス値を用いて、速度応答性を向上させる速度バイパス値を出力する。
この速度バイパス値とは、位置バイパス値（Ｂ（ｓ））を１階微分して所定ゲインを掛け合わせたもの（Ｂ（ｓ）・Ｋ１・Ｓ）である。または、速度バイパス値は、位置バイパス値（Ｂ（ｓ））を１階微分して所定ゲインを加算した上で所定ゲインを掛け合わせたもの（Ｋ２・（Ｂ（ｓ）・Ｓ＋Ｋ１））である。
【００６９】
第２加算手段７ｈでは、第２バイパス手段７ｇから出力された速度バイパス値と速度調節手段７ｆから出力された速度調節値とを加算してトルク指令値を出力する。このようなトルク指令値によれば、速度応答性が向上する。
【００７０】
以上説明した本発明によれば、第１バイパス手段７ｃから出力される位置バイパス値を位置調節手段７ｂから出力される位置調節値に加算して速度指令値として出力し、さらに、第２バイパス手段７ｇから出力される速度バイパス値を速度調節手段７ｆから出力される速度調節値に加算してトルク指令値として出力するので、位置・速度ともに、高い周波数領域でもゲインが高いような補正量を与えることができ、位置応答性・速度応答性が向上する。
【００７１】
以上説明した機械制御装置では、振動系が持つラプラス平面上の極に対して、同じ点に零点特性を追加して極零相殺させ、さらに高周波領域ではゲインを上げることで、低周波領域及び高周波領域ともに機械振動を防止するというものであるが、このような効果が実際に得られるか否かを検証する実験を行ったところ、機械振動を防止できる効果が確認されている。
【００７２】
なお、本実施形態では、説明の具体化のため、送りねじとスライドレール装置とを用いる制御対象機械について説明した。しかしながら、制御対象機械はこのような機械に限定する趣旨ではなく、例えば、回転駆動用のモータにボールねじを連結したスライドレール装置を移動させ、アーム先端の重量物を移動させる制御対象機械、同様に回転駆動用モータとベルトを用いる制御対象機械、ラック・ピニオンを用いる制御対象機械、リニアモータを用いる制御対象機械などに適用することができる。これらは、数式９のＧ（ｓ）内に包含される個所であり、これら機構が変化しても、Ｇ（ｓ）が変化するのみであって、極零相殺させる点では変わりなく、本願発明の効果を奏しうる。
【００７３】
【発明の効果】
以上本発明によれば、先端に重量物が取り付けられた長尺のアームを移動させるような場合でも、振動周波数が高いような振動を伴うことなく目標位置に停止させる機械制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の機械制御装置の位置制御装置の第１実施形態の構成図である。
【図２】本発明の機械制御装置の位置制御装置の第２実施形態の構成図である。
【図３】本発明の機械制御装置の位置制御装置の第３実施形態の構成図である。
【図４】本発明の機械制御装置の位置制御装置の第４実施形態の構成図である。
【図５】従来技術の機械制御装置の構成図である。
【図６】位置制御装置の説明図である。
【図７】機械制御装置の動作を説明する説明図であり、図７（ａ）は時間−速度線図、図７（ｂ）は時間−位置線図である。
【図８】補正ブロック手段の説明図である。
【図９】機械制御装置の動作を説明する説明図であり、図９（ａ）は時間−速度線図、図９（ｂ）は時間−位置線図である。
【符号の説明】
１　　　　　位置指令装置
２　　　　　補正ブロック手段
２ａ　　　微分手段
２ｂ　　　ゲイン手段
２ｃ　　　加算手段
４　　　　　位置制御装置
４ａ　　　第１減算手段
４ｂ　　　位置調節手段
４ｃ　　　第１バイパス手段
４ｄ　　　第１加算手段
４ｅ　　　第２減算手段
４ｆ　　　速度調節手段
５　　　　　位置指令装置
５ａ　　　第１減算手段
５ｂ　　　位置調節手段
５ｃ　　　第２減算手段
５ｄ　　　速度調節手段
５ｅ　　　第２バイパス手段
５ｆ　　　第２加算手段
６　　　　　位置指令装置
６ａ　　　第１減算手段
６ｂ　　　位置調節手段
６ｃ　　　第１バイパス手段
６ｄ　　　第１加算手段
６ｅ　　　第２減算手段
６ｆ　　　速度調節手段
６ｇ　　　第２バイパス手段
６ｈ　　　第２加算手段
７　　　　　位置指令装置
７ａ　　　第１減算手段
７ｂ　　　位置調節手段
７ｃ　　　第１バイパス手段
７ｄ　　　第１加算手段
７ｅ　　　第２減算手段
７ｆ　　　速度調節手段
７ｇ　　　第２バイパス手段
７ｈ　　　第２加算手段
１００　　　制御対象機械
１０　　　重量物
２０　　　アーム
３０　　　スライド移動部
４０　　　スライドレール部
５０　　　モータ
６０　　　モータエンコーダ
７０　　　カップリング
８０　　　送りねじ
【図１】
2004094445.tif 000012
【図２】
2004094445.tif 000013
【図３】
2004094445.tif 000014
【図４】
2004094445.tif 000015
【図５】
2004094445.tif 000016
【図６】
2004094445.tif 000017
【図７】
2004094445.tif 000018
【図８】
2004094445.tif 000019
【図９】
2004094445.tif 000020