(57)【要約】【課題】位置検出手段の分解能以上の精度で位置決め制御可能なモータ制御装置であって、より滑らかな制御を行えるようにすること。【解決手段】モータ制御装置１は、指令器１１と、位置補償器１２と、速度補償器１３と、電流補償器１４と、パワーアンプ１５を含んでなる。指令器１１は、目標データＸｄを目標変位Ｘｒに変換し、変換された目標変位Ｘｒにリニアスケール７の分解能に基づく観測変位Ｘｙの最小単位の１／２を加算して目標変位Ｘｒ’として出力する。位置補償器１２は、目標変位Ｘｒ’と位置検出器８からフィードバックされる観測変位Ｘｙとの位置偏差を入力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標データに基づいて目標変位を計算し、目標変位に従って移動体を往復移動させるサーボモータに制御電流を出力するとともに、エンコーダまたはスケールから出力される位相が９０度ずれた２相矩形のインクリメンタルパルス列の各パルスの立上がりと立下がりのエッジをカウントして得られる観測変位を入力し、前記目標変位と前記観測変位との偏差に基づいて前記目標変位を補正して前記制御電流を出力するモータ制御装置であって、前記目標変位に前記エンコーダまたはスケールの分解能に基づく前記観測変位の最小単位の１／２の値を加算または減算した値を目標変位として出力する指令器を含んでなるモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２相矩形のインクリメンタルパルス列を出力するエンコーダまたはスケールによって位置を検出し、目標変位とエンコーダまたはスケールから得られる観測変位との位置偏差に基づいて位置決め制御するモータ制御装置に関する。特に、目標変位を補正することによってエンコーダの分解能に依存しない位置決め制御をすることができるモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータ制御装置は、一般に、移動体の位置を位置検出手段で検出して、目標変位（移動指令値）と観測変位（位置検出値）を比較して位置偏差を補償するように構成されている。ソフトウェアサーボシステムは、位置検出手段にロータリエンコーダやリニアスケールなどを利用している。近年、極めて精密な位置検出が行える光学式のリニアスケールやレーザ測長器が提供されるようになった。そのため、ナノレベルの誤差で移動体を移動させる装置などでは、高精度な位置変位センサが用いられるようになってきている。
【０００３】
エンコーダあるいはスケールの多くは、位相が９０°ずれた２つのｓｉｎ曲線をデジタル化してＡ相Ｂ相の２相矩形のインクリメンタルパルス列を出力するように構成されている。位置検出器は、これらのパルス列の各パルスの立上がりおよび立下がりのエッジをカウントし、カウント値を検出値として出力する、いわゆる４逓倍回路を有する。位置検出器からの観測変位は、指令装置から出力される目標変位とともに、加減算回路あるいは比較回路に入力される。目標変位と観測変位との位置偏差は、位置補償器に入力される。このようなモータ制御装置の構成はよく知られているが、例えば、特許文献１に開示されたものが参照される。
【０００４】
エンコーダやスケールから出力されるパルス列のカウント値をフィードバック制御のための検出値として利用する場合は、エンコーダやスケールの分解能に依存する。図２に示されるように、例えば、エンコーダの分解能（１カウント値）を１μｍしたとき、下段に示される数値をカウント値として０の位置を目標位置とすると、矢印で示される停止範囲αがある。この停止範囲αの中では移動体は移動制御できない。そこで、位置偏差が０のときであっても、所定の制御用偏差を出力することができるモータ制御装置が発明されている。特許文献２は、移動指令値と位置検出値との偏差が０のときに、逓倍回路の出力値に基づいて操作偏差量を変更する複数の偏差操作手段を操作者が選択的に接続し、例えば、エンコーダのＡ相が１のときは操作偏差量を１とし、０のときは操作偏差量を−１として出力するモータ制御装置を開示している。
【０００５】
特許文献２に開示されている制御方式は、例えば、移動指令値と位置検出値との偏差が０より大きいときはそのまま位置偏差を出力し、位置偏差が０以下のときは位置偏差から１減算した値を位置偏差として出力する方法でも達成できる。目標変位と観測変位との位置偏差が０のときに目標変位と観測変位との位置偏差を補正して出力する制御方法は、例えば、図２に示されるように、上段の数字をカウント値とすると、位置偏差が０のときであっても移動体は矢印βで示される方向に移動しようとし、移動体が停止した状態にならないので、エンコーダやスケールの分解能よりも小さい、より精密な位置決めを可能にしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６０−１６４８１８号公報（第２頁〜第３頁、第２図）
【特許文献２】
特開平６−３４２３０７号公報（第３頁、図３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
目標変位と観測変位との偏差を特定の補正値で補正することは、より精密な位置決めを可能にするが、一方で、モータ制御装置からサーボモータに出力される出力電流に変動を起こしやすくなる。このような変動は、移動体の滑らかな移動を阻害する。特に、高精密の位置決め制御を必要とする場合、わずかな変動も悪影響を与える。本発明は、エンコーダやスケールの分解能よりも精密に位置決めできるモータ制御装置を改良し、この種のモータ制御装置の優れた点を生かしつつ、かつ制御をより滑らかに行えることができるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決する手段】
本発明は、上記目的を達成するために、目標データ（Ｘｄ）に基づいて目標変位（Ｘｒ）を計算し、目標変位（Ｘｒ）に従って移動体（３）を往復移動させるサーボモータ（４）に制御電流を出力するとともに、エンコーダまたはスケールから出力される位相が９０度ずれた２相矩形のインクリメンタルパルス列の各パルスの立上がりと立下がりのエッジをカウントして得られる観測変位（Ｘｙ）を入力し、目標変位（Ｘｒ）と観測変位（Ｘｙ）との偏差に基づいて目標変位（Ｘｒ）を補正して制御電流を出力するモータ制御装置であって、目標変位（Ｘｒ）にエンコーダまたはスケール（７）の分解能に基づく観測変位（Ｘｙ）の最小単位の１／２の値を加算または減算した値を目標変位（Ｘｒ’）として出力する指令器（３）を含んでなるモータ制御装置（１）とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のモータ制御装置の実施の形態の構成をブロック図で示す。モータ制御装置１は、指令装置２からの目標データに基づいて目標変位を演算し、制御対象である移動体３のサーボモータ４に制御電流を出力する。実施の形態のサーボモータ４は、鉄芯を持たないコアレスコイル５を可動子とし、対向配置された２つの磁石板６を固定子とする交流同期型のリニアモータである。移動体３の位置は、リニアスケール７によって検出される。
【００１０】
指令装置２は、コンピュータ制御装置のような制御装置である。コンピュータ制御装置は、パーソナルコンピュータと、キーボードと、マウスと、液晶ディスプレイなどのモニタと、所定の制御対象に適する制御機器を搭載した１以上の基板とを含む。例えば、制御対象が金属加工機械のサーボモータのとき、指令装置２は、コンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ，  Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）である。指令装置２は、操作者が操作盤を操作して、あるいはディスクドライブから記憶媒体を通して得られるデータを入力して、所定の制御対象における規定に従う位置データと速度データを生成する。指令装置２は、生成した位置データと速度データを目標データ（移動指令データ）Ｘｄとしてモータ制御装置に出力する。
【００１１】
リニアスケール７は、検出信号を位相が９０°ずれたＡ相Ｂ相の２相矩形のインクリメンタルパルス列で出力する。位置検出器８は、リニアスケール７から出力されるパルス列の立上がりと立下がりのエッジをカウントすることによって、原点からの移動量を計測して観測変位（位置検出値）Ｘｙを出力する。速度検出器９は、位置検出器８からの移動量とクロックパルスとから単位時間当たりの移動量を得て速度を計算し、観測速度（速度検出値）Ｖｙを出力する。電流検出器１０は、出力電流を計測して電流制御ループに与える観測電流Ｉｙを出力する。
【００１２】
モータ制御装置１は、指令器１１と、位置補償器１２と、速度補償器１３と、電流補償器１４と、パワーアンプ１５を含んでなる。モータ制御装置１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ，  Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やメモリなどの電子デバイスを含む電気部品を基板に配設して構成される。実施の形態のモータ制御装置を構成する電気部品それ自体は、周知ないし公知のデジタル制御回路を構成する電気部品と基本的に同じであり、モータ制御装置を構成する主要な部品の詳細な説明は省略される。
【００１３】
指令装置２から出力される目標データＸｄは、指令器１１に入力される。指令器１１は、目標データＸｄを目標変位（移動指令値）Ｘｒに変換する。また、指令器１１は、変換された目標変位Ｘｒにリニアスケール７の分解能に基づく観測変位Ｘｙの最小単位の１／２を加算するかまたは減算して目標変位（移動指令値）Ｘｒ’として出力する。例えば、リニアスケール７の分解能が１μｍであるとすると、位置検出器８における１カウント値に対する距離は１μｍであるから、位置検出器８から出力されるリニアスケール７の分解能に基づく観測変位Ｘｙの最小単位は１μｍである。したがって、目標変位Ｘｒに０．５（μｍ）加算または減算する。１カウント値を単純に１とみなせば、目標変位Ｘｒと観測変位Ｘｙとの位置偏差が０であっても必ず位置偏差０．５があることになり、目標位置に移動し続ける。
【００１４】
指令器１１から出力される目標変位Ｘｒ’と、位置検出器８から出力される観測変位Ｘｙは、加算回路あるいは比較回路に入力されて、目標変位Ｘｒ’と観測変位Ｘｙの位置偏差（移動指令値−位置検出値）が出力される。位置補償器１２は、位置偏差Ｅを入力して所定の位置制御ゲインを与える。位置補償器１２から出力される目標速度Ｖｒと速度検出器９からの観測速度Ｖｙとの速度偏差は、速度補償器１３に入力され所定の速度制御ゲインが与えられて目標電流Ｉｒが出力される。目標電流Ｉｒと電流検出器１０からの観測電流Ｉｙとの電流偏差は、電流補償器１４に入力され所定の電流制御ゲインが与えられる。制御電流Ｉｑは、パワーアンプで増幅されて出力電流がサーボモータ４に供給される。
【００１５】
以上に説明されるように、モータ制御装置１は、指令器１１からの目標変位Ｘｒにリニアスケール７の分解能に基づく観測変位Ｘｒの最小単位の１／２を補正値として与えて目標変位Ｘｒ’として出力する。そのため、目標変位の最小単位を単純に１としてみると、目標変位Ｘｒに補正値０．５が加算されるので、目標変位Ｘｒと観測変位Ｘｙとの位置偏差が０であるときでも、補正された目標変位Ｘｒ’と観測変位Ｘｙとの位置偏差０．５が出力されるため、移動体は必ずプラスの方向に移動制御される（補正値を減算した場合は−０．５が出力される）。一方、目標変位Ｘｒと観測変位Ｘｙとの位置偏差が０以外のときは、目標変位Ｘｒと観測変位Ｘｙとの位置偏差に０．５加算された位置偏差が出力されていることになるから、移動体は必ず目標変位Ｘｒと観測変位Ｘｙとの位置偏差の方向に移動制御される。したがって、図２に示されるときと同じように、エンコーダやスケールの分解能よりも小さい停止範囲でも移動体は停止せずに目標位置に移動する。このとき、指令器１１から出力後の目標変位Ｘｒと観測変位Ｘｙとの位置偏差を特定の値で補正しないから、位置偏差に補正値の加減算をすることによる変動が発生しないので、サーボモータに出力される制御電流（出力電流）は、より線的に滑らかに変化される。
【００１６】
本発明は、以上に説明された実施の形態に限定されない。実施の形態に示された装置を置き換えたり、変更したりすることができる。また、例えば速度検出器のような本発明の重要な特徴に直接関係しない装置は、いくつかの公知の装置を採用することができる。なお、実施の形態は、ＰＩＤ制御方式で説明されているが、その他の公知の制御方式に変更し、あるいはいくつかの制御方式を組み合わせることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明のモータ制御装置は、目標変位にエンコーダまたはスケールの分解能に基づく観測変位の最小単位の１／２の値を加算または減算した値を目標変位として出力する制御器を含んでなるので、目標変位と観測変位との位置偏差が０であるときも移動体の移動制御が行なわれる。そのため、エンコーダやスケールの分解能よりも精密に位置決め制御できる。そして、目標変位と観測変位との位置偏差を得る前の目標変位を補正するように構成され、位置偏差を特定の値で補正しないので、モータに出力される出力電流は、より滑らかに変化される。したがって、本発明のモータ制御装置は、エンコーダやスケールの分解能よりも精密に位置決め制御することができるとともに、移動体をよりスムースに往復移動することができる。特に、マイクロミリメートルオーダ以下の移動体の位置決め制御において、移動体のより精密で滑らかな動作を実現することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明および従来のモータ制御装置における制御方式を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１，モータ制御装置
２，指令装置
３，移動体
４，サーボモータ
７，リニアスケール
８，位置検出器
９，速度検出器
１１，指令器
１２，位置補償器
１３，速度補償器
１４，電流補償器
１５，パワーアンプ
【図１】
2005018670.tif 000003
【図２】
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