【手続補正書】
【提出日】平成22年8月24日(2010.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主制御対象の主状態量が主状態量指令に一致するように主操作量を生成する主制御器と，前記主状態量と従状態量が同期するように従状態量指令を生成する従状態量指令演算器と，従制御対象の従状態量が前記従状態量指令に一致するように従操作量を生成する従制御器と，を備えた同期制御装置において，
前記従状態量指令演算器は，前記主操作量と前記主状態量に基づいて前記従状態量指令を生成することを特徴とする同期制御装置。
【請求項２】
前記従状態量指令演算器は，前記主操作量と前記主状態量に基づいて主状態量よりも位相の進んだ位相進み主状態量を生成する位相進み補償演算器と，前記位相進み主状態量を前記従状態量指令に変換する指令変換器と，を備えたことを特徴とする請求項１記載の同期制御装置。
【請求項３】
前記位相進み補償演算器は，位相進み補償オブザーバであることを特徴とする請求項２記載の同期制御装置。
【請求項４】
前記位相進み補償オブザーバは，主操作量から前記位相進み主状態量を生成する制御対象モデルと，前記位相進み主状態量を遅らせ主状態量推定値を生成する遅れモデルと，主状態量と前記主状態量推定値との差から主操作量補正値を生成するオブザーバゲインと，前記主操作量から前記主操作量補正値を減算して新たな主操作量を生成する減算器と，を備えることを特徴とする請求項３記載の同期制御装置。
【請求項５】
前記遅れモデルは，無駄時間を含むことを特徴とする請求項４記載の同期制御装置。
【請求項６】
前記遅れモデルは，ローパスフィルタを含むことを特徴とする請求項４記載の同期制御装置。
【請求項７】
前記遅れモデルの無駄時間を操作者が変更可能な無駄時間パラメータとし，前記無駄時間パラメータを変えることで前記位相進み主状態量の位相を調整することを特徴とする請求項５記載の同期制御装置。
【請求項８】
前記遅れモデルのローパスフィルタのカットオフ周波数を操作者が変更可能なローパスフィルタカットオフ周波数パラメータとし，前記ローパスフィルタカットオフ周波数パラメータを変えることで前記位相進み主状態量の位相を調整することを特徴とする請求項６記載の同期制御装置。
【請求項９】
従状態量が主状態量の所定の同期範囲に入るように前記無駄時間を調整する遅れ時間調整器を備えることを特徴とする請求項５記載の同期制御装置。
【請求項１０】
従状態量が主状態量の所定の同期範囲に入るように前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を調整する遅れ時間調整器を備えることを特徴とする請求項６記載の同期制御装置。
【請求項１１】
前記主制御対象と前記従制御対象はモータであり，前記主操作量と前記従操作量は加速度に比例した指令であり，前記主状態量と前記従状態量は位置であることを特徴とする請求項１記載の同期制御装置。
【請求項１２】
前記制御対象モデルはモータのモデルであり，入力の２階積分に比例した値を出力することを特徴とする請求項４記載の同期制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
従来の同期制御装置は，通常，主制御器と従制御器に同期した指令を与えるか，主状態量のフィードバックを指令として従制御対象を制御している。しかし，前者の方法では，主制御対象と従制御対象の動特性の違いにより主状態量と従状態量にずれが生じるという問題があり，後者の方法では，主状態量の情報が検出されて制御器で使えるようになるまでの遅れがあるために従状態量が遅れるという問題がある。このような問題に対し，例えばモータの同期制御装置で，従軸モータの動特性モデルより予測したモータの回転位置が未来目標位置指令と一致するように制御される予見制御器と，主軸モータの目標位置指令値と主軸モータ位置とを入力し複数時刻における主軸モータの未来位置の予測値を計算して変換器に出力する予測器とを備え，変換器により複数時刻における主軸モータの未来位置の予測値に基づいて複数時刻における主軸モータの未来位置の予測値に対応した複数時刻における従属軸モータの未来目標位置指令値を求めて予見制御器の未来目標位置指令値とするものもある。（例えば，特許文献１参照）。つまり，予測器で主軸モータの未来位置を求めることにより従軸モータで予見制御を使えるようにし，従属軸モータのモデルを反映した予見制御器により追従遅れがなく精度の良い同期制御を可能としている。また，別のモータ同期制御装置で，主軸モータ位置と従軸モータ位置との間に生じる追従遅れの２つの原因のうち，データ転送手段におけるデータ転送時間遅れに対しては，乗算器と加算器とで構成される主軸速度補正手段及び主軸位置補正手段によって補正することで解消し，従軸駆動制御装置での応答遅れに対しては，補正主軸位置を位置指令とするとともに，補正主軸速度と加速度とをフィードフォワードして電流指令を生成することで解消しているものもある（例えば，特許文献２参照）。これは主軸モータのフィードバック値のみを用いているため，実質的には主軸モータのフィードバック値に位相進みを含むフィルタ処理をして従軸モータ位置指令をつくるのと等価である。また，オブザーバを用いて位相の進んだ状態量を推定することにより，単数の制御対象の制御器で状態量指令から状態量フィードバックまでの間に含まれる遅れを補償し，制御ループゲインを高く設定できる技術が知られている（例えば，特許文献３参照）。しかし，従来この技術を複数制御対象の同期制御に使用する方法は考案されていなかった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記問題を解決するため，本発明は，次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、主制御対象の主状態量が主状態量指令に一致するように主操作量を生成する主制御器と，前記主状態量と前記従状態量が同期するように従状態量指令を生成する従状態量指令演算器と，従制御対象の従状態量が前記従状態量指令に一致するように従操作量を生成する従制御器と，を備えた同期制御装置において，前記従状態量指令演算器は，前記主操作量と前記主状態量に基づいて前記従状態量指令を生成することを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の同期制御装置において、前記従状態量指令演算器は，前記主操作量と前記主状態量に基づいて主状態量よりも位相の進んだ位相進み主状態量を生成する位相進み補償演算器と，前記位相進み主状態量を前記従状態量指令に変換する指令変換器と，を備えたことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の同期制御装置において、前記位相進み補償演算器は，位相進み補償オブザーバであることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の同期制御装置において、前記位相進み補償オブザーバは，主操作量から前記位相進み主状態量を生成する制御対象モデルと，前記位相進み主状態量を遅らせ主状態量推定値を生成する遅れモデルと，主状態量と前記主状態量推定値との差から主操作量補正値生成するオブザーバゲインと，前記主操作量から前記主操作量補正値を減算して新たな主操作量を生成する減算器と，を備えることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の同期制御装置において、前記遅れモデルは，無駄時間を含むことを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項４記載の同期制御装置において、前記遅れモデルは，ローパスフィルタを含むことを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項５記載の同期制御装置において、前記遅れモデルの無駄時間を操作者が変更可能な無駄時間パラメータとし，前記無駄時間パラメータを変えることで前記位相進み主状態量の位相を調整することを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項６記載の同期制御装置において、前記遅れモデルのローパスフィルタのカットオフ周波数を操作者が変更可能なローパスフィルタカットオフ周波数パラメータとし，前記ローパスフィルタのカットオフ周波数パラメータを変えることで前記位相進み主状態量の位相を調整することを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、請求項５記載の同期制御装置において、従状態量が主状態量の所定の同期範囲に入るように前記無駄時間を調整する遅れ時間調整器を備えることを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明は、請求項６記載の同期制御装置において、従状態量が主状態量の所定の同期範囲に入るように前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を調整する遅れ時間調整器を備えることを特徴とするものである。  
請求項１１に記載の発明は、請求項１記載の同期制御装置において、前記主制御対象と前記従制御対象はモータであり，前記主操作量と前記従操作量は加速度に比例した指令であり，前記主状態量と前記従状態量は位置であることを特徴とするものである。
請求項１２に記載の発明は、請求項４記載の同期制御装置において、前記制御対象モデルはモータのモデルであり，入力の２階積分に比例した値を出力することを特徴とするものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
図２は，本発明をモータの同期制御装置に適用した例である。図２において，１１は位相進み補償オブザーバ，１２は主軸モータモデル，１３は遅れモデル，１４はオブザーバゲイン，１５は指令変換器，１６は遅れ時間調整器である。図１の従状態量指令演算器５の一部に位相進み補償オブザーバを使用した場合の実施例である。従状態量指令演算器５は位相進み補償オブザーバ１１を用いて構成でき，主操作量である主軸加速度指令と，主状態量である主軸モータ位置とを用いて，従状態量指令である従軸モータ位置指令を算出している。入力に主軸加速度指令を用いているが，加速度，トルク，電流は比例関係にあり，比例定数の乗除算により容易に換算できるので，トルク指令や電流指令としてもよい。主軸モータモデル１２は、主軸モータ６を表す物理モデルである。ただし，遅れの要素を除いた残りとする。１３の遅れモデルは，主軸モータ１２から除いた遅れの要素のモデルであり，１次遅れや無駄時間で表される。主軸モータモデル１２と遅れモデル１３は，主軸トルク指令から主軸モータ位置を算出するシミュレータと見なすことができ，その出力が主軸モータ位置推定値となる。オブザーバゲイン１４は，主軸モータ位置と主軸モータ位置推定値との誤差にオブザーバゲインを乗算してオブザーバのフィードバックをつくる。オブザーバゲインを適切に設定することによりオブザーバの推定値が収束していく。通常のオブザーバは主軸モータ位置推定値をフィードバックに用いるが，位相進み補償オブザーバは主軸モータモデル１２の出力をフィードバックに用いる。これにより遅れモデル１３の分だけ位相の進んだ主軸モータ位置を取り出すことができる。指令変換器１５は，位相進み主軸モータ位置を従軸モータ位置指令に変換する。この変換は，例えば主軸モータと従軸モータに全く同じ動作をさせたい場合は入力をそのまま出力するものとし，主軸モータの移動距離を定数倍した動作を従軸モータにさせたい場合は入力を定数倍する演算とし，場合によっては多項式などの関数としてもよい。従制御器３の演算内容は，例えば一般的な従来技術と同様にＰＩＤ制御などのフィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせた２自由度制御とすればよい。従来の位相進み補償オブザーバは，位相の進んだ状態量をフィードバックすることにより，制御系のゲインを高く設定できるようにするものであった。本発明では，位相進み補償オブザーバを同期制御装置に適用することにより，主軸と従軸の同期精度を高めるものである。