(57)【要約】【課題】サーボ制御系の共振現象を抑制するためのチューニングモードを不要とし得て、しかも、通常動作中における制御対象の諸特性の変化や振動抑制フィルタの挿入により制御系の振動周波数変動が発生する場合であっても簡易な構成で振動現象を抑制することができるサーボ制御装置を提供する。【解決手段】サーボ制御装置の内部制御情報をサンプリングして、振動の周期と振幅とを検出する振動検出部１０と、安定な振動収束性を与える周期制御部２０からなる振動制御装置３０を備える。【選択図】　　　　図１
2004120963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位装置からの指令値に基づいてサーボモータにより制御対象システムの位置や速度を制御するサーボ制御装置であって、
内部制御情報をサンプリングして振動の周期と振幅とを検出する振動検出部と、該振動検出部で検出された振動の周期と振幅とをリミット処理してその増幅率を当該振幅で可変する周期誤差増幅器により制御上の振動周期を演算出力する周期制御部からなる振動制御装置と、を備えていることを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
前記振動制御装置は、一個の振動検出部と、複数個の周期制御部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボ制御装置、特に、数値制御機械のテーブル等の可動部材の速度制御装置や位置制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、サーボモータにカップリング等で結合されて移動可能に形成されたテーブル等の可動部材からなる制御対象システムの速度制御装置を制御するサーボ制御装置の一例を示すブロック図である。
【０００３】
図５において、サーボ制御装置（以下、「速度制御装置」と略する。）には、上位装置（図示しない）から指令値として速度指令値Ｖｃが入力される。
【０００４】
減算器１００は、この速度指令値Ｖｃと制御対象システムとしての対象システム１０５から出力された速度検出値ｖｍとで速度偏差Ｖｃ−ｖｍを算出する。
【０００５】
尚、この速度検出値ｖｍは、最終的な制御対象である対象システム１０５の速度を、サーボモータ（図示せず）に取り付けられた速度検出器等（図示しない）により間接的に検出した速度検出信号である。
【０００６】
増幅器１０１は、減算器１００で算出した速度偏差Ｖｃ−ｖｍを速度ループゲインＧｖの増幅率で増幅する。この増幅器１０１の出力はトルク指令値τｃとなる。
【０００７】
一方、通常動作中において、スイッチ１０２は接点ａ側にＯＮしており、トルク指令値τｃは振動抑制フィルタ１０３に入力される。
【０００８】
この振動抑制フィルタ１０３は、対象システム１０５の固有振動周波数に起因して発生する速度制御系の共振現象を抑制するためのフィルタで、ノッチフィルタやローパスフィルタ等で構成されている。この振動抑制フィルタ１０３の出力は、パワー増幅部１０４によって電力増幅され、対象システム１０５に対する発生トルクτとなる。
【０００９】
パワー増幅部１０４は、電力増幅器とサーボモータとで構成されており、振動抑制フィルタ１０３からの出力を増幅して発生トルクτを出力するもので、その増幅率はトルク変換定数Ｃｔで表される。発生トルクτは対象システム１０５に供給され、これを駆動する。
【００１０】
次に、振動抑制フィルタ１０３に関する特性パラメータＰＤの設定動作について説明する。この場合、スイッチ１０２は接点ｂ側にＯＮされる（以降この状態をチューニングモードと称す）。
【００１１】
このチューニングモードでは、速度指令値Ｖｃが与えられると、振動抑制フィルタ１０３は動作しないから速度制御系は共振現象を発生し、トルク指令値τｃには、振動成分が含まれる。
【００１２】
ここで、トルク指令値τｃを、ＦＦＴ演算部１０６で周波数解析し、振動周期Ｔｖを検出する。
【００１３】
パラメータ決定部１０７は、振動周期Ｔｖから振動抑制フィルタ１０３の構成に合わせてノッチフィルタの中心周波数やローパスフィルタの遮断周波数を決定し、相当する特性パラメータＰＤを演算出力する。また、出力された特性パラメータＰＤは、振動抑制フィルタ１０３に設定される。
【００１４】
ところで、このチューニングモードにおける一連の動作は、手動または自動で行われる。
【００１５】
尚、このような切り換え用のスイッチ１０２を備え、そのスイッチ状態によってノッチフィルタ等の定数を設定するものとしては、特許文献１，２が知られている。
【００１６】
【特許文献１】
特開平６−７８５７５号公報（段落番号００１７−００２２、図１）
【特許文献２】
特開平６−２５３５６４号公報（段落番号００１１−００１５、図１）
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したサーボ制御装置では、制御系の共振現象を抑制するためにチューニングモードを要する。
【００１８】
このため、通常動作中において、対象システム１０５の剛性や慣性モーメントといった諸特性の変化や、振動抑制フィルタ１０３の挿入により、結果として制御系の振動周波数変動が発生する場合には対処できないという問題があった。
【００１９】
また、ＦＦＴ演算による周波数解析は、専用の測定器やコンピュータを要するため、通常動作中における振動抑制フィルタ１０３に関する特性パラメータＰＤの設定動作を容易に実行することができないという問題も生じていた。
【００２０】
本発明は、上記問題を解決するため、サーボ制御系の共振現象を抑制するためのチューニングモードを不要とし得て、しかも、通常動作中における制御対象の諸特性の変化や振動抑制フィルタの挿入により制御系の振動周波数変動が発生する場合であっても簡易な構成で振動現象を抑制することができるサーボ制御装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
その目的を達成するため、本発明のサーボ制御装置は、上位装置からの指令値に基づいてサーボモータにより制御対象システムの位置や速度を制御するサーボ制御装置であって、内部制御情報をサンプリングして振動の周期と振幅とを検出する振動検出部と、該振動検出部で検出された振動の周期と振幅とをリミット処理してその増幅率を当該振幅で可変する周期誤差増幅器により制御上の振動周期を演算出力する周期制御部からなる振動制御装置と、を備えていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明のサーボ制御装置は、前記振動制御装置は、一個の振動検出部と、複数個の周期制御部と、を備えていることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のサーボ制御装置の実施の形態を、速度制御装置に適用し、図面に基づいて説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明のサーボ制御装置の実施の形態１を示す要部のブロック図、図２は本発明の振動制御装置の実施の形態１の動作例を説明するタイムチャート、図３は本発明のサーボ制御装置の実施の形態１の誤差増幅器ゲイン可変部の動作特性の説明図である。尚、図５と同一の部分については同一の名称及び番号を付してその説明を省略する。
【００２５】
図１において、４０は速度制御装置、３０は速度制御装置４０のパラメータ決定部１０７を制御する振動制御装置である。また、振動制御装置３０は、振動検出部１０と周期制御部２０とを備えている。
【００２６】
振動検出部１０は、サンプリング演算部１と振動周期検出部２及び振動振幅検出部３により構成される。
【００２７】
サンプリング演算部１は、振動情報を含む速度制御装置の内部制御情報をサンプリング演算するもので、本例ではトルク指令値τｃを入力として、振動周期より十分に短いサンプリング時間Ｔｓでトルク指令値τｃをサンプリングしたτｃ（ｎ）と、振動周期を検出するためのΔτｃ（ｎ）を、
Δτｃ（ｎ）＝τｃ（ｎ）−τｃ（ｎ−１）…式（１）
で演算し出力する。
【００２８】
ここで、制御系が速度指令値に従って動作するための、トルク指令値τｃに含まれる基本応答成分の周期は、振動周期より遥かに長いため、Δτｃ（ｎ）のゼロクロス周期は振動周期の１／２に一致するとみなすことができる。
【００２９】
振動周期検出部２は、Δτｃ（ｎ）を入力として、そのゼロクロス周期を検出する。図２の場合においては、タイミングｔ４及びｔ３で、Δτｃ（ｎ）のゼロクロスが検出される。振動周期検出部２は、ｔ４及びｔ３のΔτｃ（ｎ）と、それらの１サンプリング前のΔτｃ（ｎ）を直線補間してΔτｃ（ｎ）のゼロクロス周期Ｔ３を検出する。ゼロクロス周期Ｔ２及びゼロクロス周期Ｔ１の検出に関しても同様である。振動周期検出部２は、検出ゼロクロス周期を２倍した検出振動周期Ｔｖｄ（ｉ）を出力する。ここで、信号＊（ｉ）は、全サンプリングサイクルの中で、Δτｃ（ｎ）のゼロクロスが検出されたサイクルのみ演算される信号を示している。
【００３０】
振動周期検出部２は、ゼロクロス検出サイクルで選択信号Ｓ１を出力する。振動振幅検出部３は、サンプリング演算部１からのトルク指令値τｃ（ｎ）を入力として選択信号Ｓ１を受けると、１サンプリング前のトルク指令値τｃ（ｎ−１）を用いて、
τｖｐ＝τｃ（ｎ−１）　（Δτｃ（ｎ）＜０の場合）…式（２）
τｖｎ＝τｃ（ｎ−１）　（Δτｃ（ｎ）＞０の場合）…式（３）
を内部設定し、振動振幅検出値τｖｐ−ｐ（ｉ）を、
τｖｐ−ｐ（ｉ）＝τｖｐ−τｖｎ…式（４）
で演算し出力する。
【００３１】
図２の場合においては、τｖｐとしては、タイミングｔ３でτ３、タイミングｔ１でτ１が設定され、τｖｎとしては、タイミングｔ４でτ４、タイミングｔ２でτ２が内部設定されている。これにより、タイミングｔ３でτｖｐ−ｐ（ｉ）＝τ３−τ４が出力される。タイミングｔ２及びタイミングｔ１の出力τｖｐ−ｐ（ｉ）についても同様である。
【００３２】
次に、周期制御部２０の動作について説明する。前述の様に、振動現象は対象システム１０５の固有振動周波数に起因し、その諸特性の変化や振動抑制フィルタの挿入により振動周期変動が発生するが、その変動範囲は有限である。リミット処理部４には、この変動範囲を含む様に、下限振動周期Ｔｖｓと上限振動周期Ｔｖｌが予め設定されている。振動周期検出部２から出力された検出振動周期Ｔｖｄ（ｉ）が、
Ｔｖｓ≦Ｔｖｄ（ｉ）≦Ｔｖｌ…式（５）
の範囲にある場合、リミット処理部４は、Ｔｖｏ（ｋ）＝Ｔｖｄ（ｉ）として、リミット処理された検出振動周期Ｔｖｏ（ｋ）を出力する。
【００３３】
また、同様に、式（５）の条件で、τｖｏ（ｋ）＝τｖｐ−ｐ（ｉ）として、リミット処理された振動振幅検出値τｖｏ（ｋ）を出力する。
【００３４】
ここで、信号＊（ｋ）は、Δτｃ（ｎ）の全ゼロクロス検出サイクルの中で演算されたＴｖｄ（ｉ）が、式（５）のリミット範囲を通過したサイクルのみで演算される信号を示している。図２の場合においては、タイミングｔ２においては式（５）が成立せず、式（５）が成立したタイミングｔ３とｔ１のＴｖｄ（ｉ）とτｖｐ−ｐ（ｉ）のみが、リミット処理部４の出力になっている。
【００３５】
この様にリミット処理部４は、元信号であるトルク指令値τｃに含まれるノイズや不必要な周波数成分を除去する役割を果たす。
【００３６】
誤差増幅器ゲイン可変部５は、振動振幅検出値τｖｏ（ｋ）を入力として、周期誤差増幅器６の増幅率Ａを決定出力する。増幅率Ａは振動振幅検出値τｖｏ（ｋ）と正相関を持たせ、例えば、図３に基づいて決定する。
【００３７】
図３において、Ａｐ（０＜Ａｐ）及びτｖｌとτｖｈ（τｖｌ＜τｖｈ）は、予め誤差増幅器ゲイン可変部５に設定されている。
【００３８】
周期誤差増幅器６は、リミット処理部４の出力である検出振動周期Ｔｖｏ（ｋ）を入力として、制御上の振動周期Ｔｖ（ｋ）を、
Ｔｖ（ｋ）＝Ａ・｛Ｔｖｏ（ｋ）−Ｔｖ（ｋ−１）｝＋Ｔｖ（ｋ−１）…式（６）
に基づいて演算する。
【００３９】
ここで、増幅率Ａは誤差増幅器ゲイン可変部５の出力であり、図３に基づいて決定するならば、振動振幅検出値τｖｏ（ｋ）が大きいほどＴｖ（ｋ）は迅速にＴｖｏ（ｋ）に収束し、τｖｏ（ｋ）が縮小化してくると、Ｔｖ（ｋ）のＴｖｏ（ｋ）に対する収束性は徐々に低下し、τｖｏ（ｋ）＜τｖｌなると周期誤差増幅器６は動作を実質上停止することになる。最後にＴｖ（ｋ）は、ホールドされて時間軸上の連続量Ｔｖとなり、周期誤差増幅器６の出力として従来のパラメータ決定部１０７に与えられる。
【００４０】
この様に、本発明による振動制御装置では、周期誤差増幅器６が、検出振動周期Ｔｖｏ（ｋ）と制御上の振動周期Ｔｖ（ｋ）との偏差をゲインＡで増幅する一種の積分増幅器になっているため、パラメータ決定部１０７の動作遅れ時間や速度検出値ｖｍの検出遅れ時間など従来の速度制御系内部の遅れ時間要素の影響を含めて決定する、振動抑制フィルタ１０３の挿入時の振動周期の変動特性に応じた収束特性を与えることができる。
【００４１】
また、ノイズなどの影響で誤った振動周期を検出した際には、リミット処理部４によりこの情報が排除され、且つ、検出振動周期誤差が大きくなる小振動振幅時は、周期誤差増幅器６のゲインＡを小さく設定して誤差影響を軽減できるため、安定な振動収束性を持つ振動制御装置を構成することができる。更に、振動制御装置の最終的な出力として、ホールドされた制御上の振動周期Ｔｖを用いていることから、元の速度制御装置がアナログコントローラであっても対応できる。尚、元の速度制御装置がデジタルコントローラである場合は、その制御周期と振動制御装置のサンプリング周期Ｔｓは非同期で構わないという利点を持つ。
【００４２】
（実施の形態２）
図４は、本発明に係るサーボ制御装置の第２構成例のブロック図である。尚、上記実施の形態１と同一の部分については同一の名称及び符号を付してその説明を省略する。
【００４３】
この実施の形態２の速度制御系は、複数（Ｎ個）の共振周波数を持ち、このため、振動抑制フィルタ群１０９は、ノッチフィルタやローパスフィルタ等のＮ個の直列接続により構成されている。尚、各共振周波数は離れており、変動しても各周波数が重なりあうことはない。
【００４４】
図４において、６０は速度制御装置、５０は速度制御装置６０のパラメータ決定部群１０８を制御する振動制御装置である。
【００４５】
振動検出部１０は、実施の形態１における振動検出部１０と同一の構成を有し、同様に振動振幅検出値τｖｐ−ｐ（ｉ）と検出振動周期Ｔｖｄ（ｉ）を出力する。
【００４６】
第１の周期制御部２０−１は、実施の形態１における周期制御部２０と同一構成を有し、そのリミット処理部には、１個目の共振現象の振動周期変動範囲を含むように、下限振動周期Ｔｖｓ１と上限振動周期Ｔｖｌ１とが予め設定されている。また、その誤差増幅器ゲイン可変部には、図３に示したＡｐ，τｖｌ，τｖｈに相当するＡｐ１，τｖｌ１，τｖｈ１が、１個目の共振現象に関わる振動周期の変動特性などに応じて予め設定されている。
【００４７】
同様に、第２の周期制御部２０−２から第Ｎの周期制御部２０−Ｎまでの各構成も周期制御部２０−１と同様であり、２個目以降の共振現象に関わる振動周期の変動特性などに応じてＡｐ２〜ＡｐＮ，τｖｌ２〜τｖｌＮ，τｖｈ２〜τｖｈＮが予め設定される。但し、２個目以降の共振現象に対するＴｖｓ２，・・・，ＴｖｓＮとＴｖｌ２，・・・，ＴｖｌＮの設定は、
Ｔｖｓ１＜Ｔｖｌ１＜Ｔｖｓ２＜Ｔｖｌ２＜・・・＜ＴｖｓＮ＜ＴｖｌＮ…式（７）
の関係を満たすように設定しておく。
【００４８】
第１の周期制御部２０−１から第Ｎの周期制御部２０−Ｎの出力としてのホールドされた制御上の振動周期Ｔｖ１〜ＴｖＮは、パラメータ決定部群１０８に入力される。
【００４９】
パラメータ決定部群１０８は、Ｎ個のパラメータ決定部１０７により構成されており、各々が対応する振動抑制フィルタの特性パラメータＰＤ１〜ＰＤＮを演算出力する。
【００５０】
以上説明したように、本発明の実施の形態２によれば、通常動作中において、対象システム１０５の剛性や慣性モーメントといった諸特性の変化や、振動抑制フィルタ群１０９の挿入により、結果として制御系の複数（Ｎ個）の共振周波数に変動が発生する場合にも簡易な構成で振動現象を抑制することができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような構成としたことにより、サーボ制御系の共振現象を抑制するためのチューニングモードを不要とし得て、しかも、通常動作中における制御対象の諸特性の変化や振動抑制フィルタの挿入により制御系の振動周波数変動が発生する場合であっても簡易な構成で振動現象を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサーボ制御装置の実施の形態１を示す要部のブロック図である。
【図２】本発明に係るサーボ制御装置の実施の形態１を示す振動制御装置の動作例を説明するタイムチャートである。
【図３】本発明に係るサーボ制御装置の実施の形態１を示す誤差増幅器ゲイン可変部の動作特性の説明図である。
【図４】本発明に係るサーボ制御装置の実施の形態２を示す要部のブロック図である。
【図５】従来のサーボ制御装置の要部のブロック図である。
【符号の説明】
１　サンプリング演算部、２　振動周期検出部、３　振動振幅検出部、４　リミット処理部、５　誤差増幅器ゲイン可変部、６　周期誤差増幅器、１０　振動検出部、２０　周期制御部、２０−１　第１の周期制御部、２０−２　第２の周期制御部、２０−Ｎ　第Ｎの周期制御部、３０　振動制御装置、４０　速度制御装置、５０　振動制御装置、６０　速度制御装置、１００　減算器、１０１　増幅器、１０２　スイッチ、１０３　振動抑制フィルタ、１０４　パワー増幅部、１０５　対象システム（制御対象システム）、１０６　ＦＦＴ演算部、１０７　パラメータ決定部、１０８　パラメータ決定部群、１０９　振動抑制フィルタ群、Ｖｃ　速度指令値（指令値）、ｖｍ　速度検出値、τｃ，τｃ（ｎ）　トルク指令値、τ　発生トルク、Ｓ１　選択信号、τｖｐ−ｐ（ｉ），τｖｏ（ｋ）　振動振幅検出値、Ｔｖｄ（ｉ），Ｔｖｏ（ｋ）　検出振動周期、Ａ　増幅率、Ｔｖ，Ｔｖ１，Ｔｖ２，ＴｖＮ　振動周期、ＰＤ，ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤＮ　特性パラメータ。
【図１】
2004120963.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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