(57)【要約】本モータ制御装置は、制御演算部と、補償信号生成部と、加算器と、駆動部とを備える。制御演算部は、検出したモータの回転位置と位置指令とに基づく演算処理により、モータを駆動するための第１のトルク指令信号を生成する。補償信号生成部は、第１のトルク指令信号を補償するためのトルク補償用信号を生成する。加算器は、第１のトルク指令信号にトルク補償用信号を加算して第２のトルク指令信号として出力する。そして、駆動部は、第２のトルク指令信号に基づいて、モータの巻線を通電駆動する駆動信号を生成する。さらに、この補償信号生成部は、モータの回転方向反転時のタイミングに基づいた切替タイミングにおいて、所定の値のトルク補償値に切り替わるトルク補償用信号を生成する。
2017154476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力された位置指令にモータの回転位置が追従するように、前記モータの回転動作を制御するモータ制御装置であって、
検出した前記モータの前記回転位置と前記位置指令とに基づく演算処理により、前記モータを駆動するための第１のトルク指令信号を生成する制御演算部と、
前記第１のトルク指令信号を補償するためのトルク補償用信号を生成する補償信号生成部と、
前記第１のトルク指令信号に前記トルク補償用信号を加算し、加算結果を第２のトルク指令信号として出力する加算器と、
前記第２のトルク指令信号が供給され、前記第２のトルク指令信号に基づいて、前記モータの巻線を通電駆動する駆動信号を生成する駆動部とを備え、
前記補償信号生成部は、
前記モータの回転方向反転時のタイミングに基づいた切替タイミングにおいて、所定の値のトルク補償値に切り替わる前記トルク補償用信号を生成するモータ制御装置。
【請求項２】
前記補償信号生成部が生成する前記トルク補償用信号は、前記所定の値の前記トルク補償値の切り替わりの後に、漸近的にゼロに近づくような信号である請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記補償信号生成部が生成する前記トルク補償用信号は、さらに、前記トルク補償値の切り替え直後の変化が緩やかに変化する請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記補償信号生成部は、
一方の回転方向に対応する第１のトルク補償値と、前記一方の回転方向とは反対の回転方向に対応する第２のトルク補償値とを生成する補償値生成部と、
前記切替タイミングを生成する切替タイミング生成部と、
前記切替タイミングに基づき、前記第１のトルク補償値と前記第２のトルク補償値とを切り替えて合成した合成トルク補償用信号を生成して出力する信号切替部と、
前記合成トルク補償用信号に含まれる直流成分を遮断し、前記トルク補償用信号として出力する補償信号直流遮断部とを備えた請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記補償信号直流遮断部は、内部に蓄積された直流成分がリセット可能なハイパスフィルタを備え、
前記ハイパスフィルタは、前記切替タイミングに基づきリセットされるとともに、前記合成トルク補償用信号に含まれる前記直流成分を遮断した前記トルク補償用信号を出力する請求項４に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記補償信号生成部は、前記第１のトルク補償値と前記第２のトルク補償値とを切り替えた後の変化が緩やかに変化するように平滑化して出力する補償信号平滑化部をさらに備え、前記補償信号平滑化部で平滑化した信号を前記トルク補償用信号として出力する請求項４または５に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記駆動部に供給される前記第２のトルク指令信号と前記モータの回転速度とから、前記モータに加わる負荷トルクを検出し、その負荷トルクに相当する負荷トルク推定信号を出力するオブザーバ部をさらに備え、
前記加算器は、前記トルク補償用信号に加えて、前記負荷トルク推定信号も、前記第１のトルク指令信号に加算して出力する請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記モータの回転方向反転時における前記負荷トルク推定信号に基づき、前記トルク補償値の値を算出して設定する補償値算出部をさらに備えた請求項７に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記補償値算出部は、前記トルク補償値を所定のオフセット値だけ補正して設定する請求項８に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記補償値算出部は、前記モータの停止時における前記負荷トルク推定信号を前記オフセット値として保存し、前記トルク補償値を前記オフセット値だけ補正して設定する請求項９に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に産業用のＦＡサーボモータを制御するモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用のＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）サーボモータの用途のひとつとして、複数軸で構成された加工機がある。このような加工機においては、例えば上位コントローラからの位置指令に従い、２軸あるいは３軸において各サーボモータが互いに連動して動作し、加工精度の向上のためには、連動動作による軌跡の精度が重要となる。【０００３】
図１４は、従来のモータ制御装置により、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸における軌跡ずれの大きさを測定した結果の例を示す図であり、２軸において円軌跡を描かせた場合の軌跡の精度を示している。この図に示すように、象限の切り替わりにおいて局所的に軌跡が円から大きくずれる現象が見られ、一般的に象限突起と呼ばれる。象限突起が生じる主な原因としては、次のように考えられる。まず、象限の切り替わりにおいてサーボモータの回転方向が反転し、それに伴い機械摩擦の生じる方向が反転する。そして、この反転により、サーボモータの負荷トルクの極性が反転するために、サーボモータの応答遅れが生じる。すなわち、この応答遅れにより、象限の切り替わりにおいて、上位コントローラからの位置指令とサーボモータの回転位置のずれが大きくなることが考えられる。【０００４】
図１５は、従来のモータ制御装置９０を含むモータ制御システムの構成を示すブロック図である。図１５において、モータ制御装置９０は、モータ６０を通電駆動する。また、モータ６０には、エンコーダ６９が取り付けられ、エンコーダ６９は、モータ６０の回転位置を示す信号Ｐｄを出力する。モータ６０とエンコーダ６９とは、一体構造のサーボモータとして構成される。【０００５】
モータ制御装置９０において、制御演算部１２には、外部からの位置指令信号Ｐｒとエンコーダ６９からの回転位置を示す信号Ｐｄとが入力される。制御演算部１２の内部において、制御演算処理が行われ、制御演算部１２は、トルク指令に相当する信号Ｔｑ１を出力する。反転検知部３３２は、位置指令信号Ｐｒを微分して得られる信号Ｐｒ／ｄｔである速度指令信号の極性が反転したことを検知し、速度指令信号の極性を示す反転検知信号Ｒｖを出力する。スイッチ５１は、トルク補償値Ｖａｌ９とトルク補償値Ｖａｌ９を正負反転部９１によって極性反転した値−Ｖａｌ９とを反転検知信号Ｒｖに従って切り替えて、トルク補償用信号Ｃｍｐ９として出力する。加算器１４は、トルク補償用信号Ｃｍｐ９と制御演算部１２の出力するトルク指令信号Ｔｑ１とを加算し、新たなトルク指令信号Ｔｑ９２として出力する。駆動部１５は、加算器１４の出力するトルク指令信号Ｔｑ９２に従い、モータ６０を駆動する。【０００６】
以上のように構成された従来のサーボモータおよびモータ制御装置９０を２組用いて、Ｘ軸、Ｙ軸を駆動し円軌跡を描くように位置指令信号Ｐｒを与えた場合の動作を説明する。【０００７】
図１６は、従来のモータ制御装置９０における各部の信号波形を示す波形図であり、一方の軸のモータ制御装置９０における各部の信号波形を示す。図１６では、（ａ）から（ｄ）までで区分して、上から順に、信号Ｐｒ／ｄｔ、摩擦トルク、反転検知信号Ｒｖ、およびトルク補償用信号Ｃｍｐ９の波形を示している。図１６において、信号Ｐｒ／ｄｔは、モータ制御装置９０に入力される位置指令信号Ｐｒを微分した信号であり、速度指令に相当する信号を示している。時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４、ｔ６においてその極性が反転するのに伴い、モータ６０の回転方向が反転するので、機械における摩擦トルクも図１６に示すように、その後、極性が反転して大きく変化することになる。【０００８】
反転検知部３３２の出力する反転検知信号Ｒｖは、図１６に示すように、時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４、ｔ６において反転する信号となる。それに従い、スイッチ５１の出力するトルク補償用信号Ｃｍｐ９は、図１６に示すように変化する。【０００９】
以上説明したような従来の構成のモータ制御装置によれば、このトルク補償用信号Ｃｍｐ９が、図１６に示す象限切り替わりのタイミングにおいて大きく変化する摩擦トルクの変化に対して、その変化を補うように作用する。そして、このように作用するので、象限突起の大きさが、抑制される結果となる（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１２２８２２号
【発明の概要】
【００１１】
本発明のモータ制御装置は、外部から入力された位置指令にモータの回転位置が追従するように、モータの回転動作を制御するモータ制御装置である。本モータ制御装置は、制御演算部と、補償信号生成部と、加算器と、駆動部とを備える。ここで、制御演算部は、検出したモータの回転位置と位置指令とに基づく演算処理により、モータを駆動するための第１のトルク指令信号を生成する。補償信号生成部は、第１のトルク指令信号を補償するためのトルク補償用信号を生成する。加算器は、第１のトルク指令信号にトルク補償用信号を加算し、加算結果を第２のトルク指令信号として出力する。そして、駆動部は、第２のトルク指令信号が供給され、第２のトルク指令信号に基づいて、モータの巻線を通電駆動する駆動信号を生成する。さらに、この補償信号生成部は、モータの回転方向反転時のタイミングに基づいた切替タイミングにおいて、所定の値のトルク補償値に切り替わるトルク補償用信号を生成する構成である。
【００１２】
このようなトルク補償値の切り替え直後において、所定の値のトルク補償値に切り替わるようなトルク補償用信号を生成する補償信号生成部を備えた構成とすることで、トルク補償用信号を摩擦トルクの変化に、さらに近づけることができる。このため、象限突起をより小さく抑制できるモータ制御装置が実現可能である。
【００１３】
また、本発明のモータ制御装置は、補償信号生成部が、補償値生成部と、切替タイミング生成部と、信号切替部と、補償信号直流遮断部とを備えてよい。ここで、補償値生成部は、一方の回転方向に対応する第１のトルク補償値と、一方の回転方向とは反対の回転方向に対応する第２のトルク補償値とを生成する。切替タイミング生成部は、切替タイミングを生成する。信号切替部は、切替タイミングに基づき、第１のトルク補償値と第２のトルク補償値とを切り替えて合成した合成トルク補償用信号を生成して出力する。補償信号直流遮断部は、合成トルク補償用信号に含まれる直流成分を遮断し、トルク補償用信号として出力する。
【００１４】
このように、第１のトルク補償値と第２のトルク補償値とを個別に生成するような構成とすることにより、両トルク補償値が、それぞれ個別に異なる振幅で作用することになる。そのため、摩擦トルクを補償する信号としてトルク補償用信号がより適合する信号となり、その結果、さらに小さな象限突起となるように、象限突起を抑制できる。
【００１５】
また、本発明のモータ制御装置は、補償信号直流遮断部が、内部に蓄積された直流成分がリセット可能なハイパスフィルタを備えてよい。このハイパスフィルタは、切替タイミングに基づきリセットされるとともに、合成トルク補償用信号に含まれる直流成分を遮断したトルク補償用信号を出力する。
【００１６】
この構成により、合成トルク補償用信号から直流成分を遮断するとともに、切替タイミングにおいては、所定の値のトルク補償値に切り替わるため、より精度よく象限突起が小さくなるように抑制できる。
【００１７】
また、本発明のモータ制御装置は、駆動部に供給される第２のトルク指令信号とモータの回転速度とから、モータに加わる負荷トルクを検出し、その負荷トルクに相当する負荷トルク推定信号を出力するオブザーバ部をさらに備えてよい。そして、本モータ制御装置は、上記加算器が、トルク補償用信号に加えて、この負荷トルク推定信号も、第１のトルク指令信号に加算して出力する構成であってよい。
【００１８】
この構成により、トルク補償値を小さく抑えることができるため、摩擦トルクにばらつきがあっても、その影響を受けにくくなる。よって、象限突起をより小さく抑制でき、かつ実用的性能に優れ安定して象限突起を抑制することが可能なモータ制御装置が実現できる。
【００１９】
また、本発明のモータ制御装置は、モータの回転方向反転時における負荷トルク推定信号に基づき、トルク補償値の値を算出して設定する補償値算出部をさらに備えた構成であってよい。
【００２０】
この構成により、トルク補償値の値が適正かつ自動的に設定されるため、摩擦トルクにばらつきがあっても、その影響を受けにくくなる。よって、象限突起をより小さく抑制でき、かつ実用的性能に優れ安定して象限突起を抑制することが可能なモータ制御装置が実現できる。
【００２１】
また、本発明のモータ制御装置は、補償値算出部が、トルク補償値を所定のオフセット値だけ補正して設定する構成であってよい。
【００２２】
この構成により、垂直軸でモータの負荷に重力によるトルクが加わっている場合においても、その影響を受けることなくトルク補償用信号を生成できる。このため、垂直軸に適用した場合でも安定して象限突起を抑制することが可能なサーボモータの制御装置が実現できる。
【００２３】
さらに、本発明のモータ制御装置は、補償値算出部が、モータの停止時における負荷トルク推定信号を上記オフセット値として保存し、トルク補償値をこのオフセット値だけ補正して設定する構成であってよい。
【００２４】
この構成により、オフセット値による補正を簡単に実施できるので、垂直軸に適用した場合でも実用的性能に優れ安定して象限突起を抑制することが可能なサーボモータの制御装置が実現できる。
【００２５】
以上のように、本発明のモータ制御装置は、摩擦トルクの変化に対してトルク補償用信号を十分に近似できるため、回転方向反転時の負荷トルクの変化を適正に補償することが可能である。従って、複数軸で連動動作させた時の象限突起を小さく抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムのブロック図である。
【図２】図２は、同、モータ制御装置における制御演算部の一構成例の詳細を示すブロック図である。
【図３】図３は、同、モータ制御装置の補償信号生成部における補償信号直流遮断部を含めた要部の詳細なブロック図である。
【図４】図４は、同、補償信号直流遮断部のＨＰＦの一構成例の詳細を示すブロック図である。
【図５】図５は、同、モータ制御装置における補償信号生成部の他の構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、同、モータ制御装置における各部の信号波形を示す波形図である。
【図７】図７は、同、モータ制御装置により、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸において円軌跡を描かせた場合の軌跡ずれの大きさを測定した結果を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムのブロック図である。
【図９】図９は、同、モータ制御装置におけるオブザーバ部のブロック図である。
【図１０】図１０は、同、モータ制御装置における各部の信号波形を示す波形図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１および実施の形態２における構成により、象限突起の大きさの変化をグラフとして示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムのブロック図である。
【図１３】図１３は、同、モータ制御装置における補償値算出部のブロック図である。
【図１４】図１４は、従来のモータ制御装置により、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸における軌跡ずれの大きさを測定した結果を示す図である。
【図１５】図１５は、従来のモータ制御装置を含むモータ制御システムのブロック図である。
【図１６】図１６は、従来のモータ制御装置における各部の信号波形を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施の形態におけるモータ制御装置は、後述する構成により、象限突起をより小さくなるように抑制できる。
【００２８】
つまり、上述のような従来の構成では、次のような改善すべき点があった。すなわち、上述の従来構成は、位置指令信号に対し、モータの回転位置として応答に遅れがあったり、摩擦トルクの変化にばらつきがあったりと、様々な理由からトルク補償用信号による補償が摩擦トルクの変化と一致しない。このため、上述の従来の構成では、トルク補償として不十分となり、結果として象限突起を小さく抑えることが難しくなる。
【００２９】
そこで、本実施の形態では、トルク補償値の切り替え直後において適切な値に切り替わるトルク補償用信号を利用し、回転方向反転時の負荷トルクの変化も適正に補償している。これより、本実施の形態によれば、複数軸で連動動作させた時の象限突起を小さく抑えることが可能となる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置１０を含むモータ制御システムのブロック図である。
【００３２】
本モータ制御システムは、図１に示すように、接続された負荷を駆動するモータ６０と、モータ６０を制御および通電駆動するモータ制御装置１０と、モータ６０における可動部の位置を検出するエンコーダ６９とを備える。本モータ制御システムとしては、主に産業用として、サーボアンプなどと呼ばれるモータ制御装置１０によって、サーボモータのようなモータ６０を制御および駆動するシステムの例を挙げている。また、本実施の形態では、モータ６０の可動部として、回転動作をするロータを備えたモータの一例を挙げて説明する。なお、以下、このようなロータを備えたモータの一例を挙げて説明するが、可動部が直線動作をするようなリニアモータにも適用できる。
【００３３】
このようなモータ６０としては、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とする３相の巻線を有したステータと、ステータに対向して回転軸を中心に回転自在に配置されたロータとを備えたブラシレスモータが好適である。モータ６０は、そのステータの巻線がモータ制御装置１０によって通電駆動されることで、ロータが回転する。そして、ロータの回転により、回転軸を介して負荷が回転するように回転駆動される。
【００３４】
また、モータ６０を回転動作させるため、モータ６０には、ロータの回転位置を検出する位置センサとしてのエンコーダ６９が装着されている。これにより、エンコーダ６９からは、検出した回転位置を示す位置検出信号Ｐｄが出力される。モータ制御装置１０には、エンコーダ６９からこの位置検出信号Ｐｄが供給されている。
【００３５】
さらに、モータ制御装置１０は、図示しない上位コントローラなどと接続され、モータ６０が所望の動き動作をするように、モータ制御装置１０に対しての動作指令などの指令が供給される。本実施の形態では、モータ制御装置１０に対して、モータ６０のロータの位置を制御するための位置指令である位置指令信号Ｐｒが供給される一例を挙げて説明する。
【００３６】
このように接続されたモータ制御装置１０は、モータの動き位置や速度に対する検出や推定をしながら、動作指令に追従するように動作するフィードバック制御の機能を備えている。すなわち、モータ制御装置１０は、エンコーダ６９からの位置検出信号Ｐｄを利用したフィードバック制御によって、外部から入力された位置指令信号Ｐｒにモータ６０の回転位置が追従するように、モータ６０のロータの動きとなる回転動作を制御している。
【００３７】
次に、このようなモータ制御装置１０の詳細な構成について、図１を参照しながら説明する。図１に示すように、モータ制御装置１０は、制御演算部１２と、補償信号生成部１３と、加算器１４と、駆動部１５とを備えている。
【００３８】
まず、エンコーダ６９により検出されたモータ６０の回転位置を示す位置検出信号Ｐｄ、および外部から供給された位置指令である位置指令信号Ｐｒが、制御演算部１２に供給される。そして、制御演算部１２は、供給された位置検出信号Ｐｄと位置指令信号Ｐｒとに基づく演算処理により、モータ６０を駆動するための第１のトルク指令信号Ｔｑ１を生成する。
【００３９】
図２は、本実施の形態におけるモータ制御装置１０の制御演算部１２の一構成例の詳細を示すブロック図である。図２では、サーボモータの制御演算処理として、一般的な構成例を示しており、その具体的な構成は次のとおりである。まず、図２に示す構成において、減算器２１は、外部からの位置指令信号Ｐｒと位置検出信号Ｐｄとの差、すなわち位置偏差ｄＰを算出する。その位置偏差ｄＰは、位置ゲイン設定部２２において位置ゲインが乗算され、速度指令信号Ｓｒとして出力される。一方、位置検出信号Ｐｄは、微分演算部２４において微分演算によりモータ６０の回転速度が算出され、その回転速度を示す回転速度信号Ｓｄが出力される。次に、減算器２３により、速度指令信号Ｓｒとこの回転速度信号Ｓｄとの差、すなわち速度偏差ｄＳが算出される。その速度偏差ｄＳは、速度比例ゲイン設定部２５において速度比例ゲインが乗算される。また、その速度偏差ｄＳは、速度積分ゲイン設定部２６において速度積分ゲインが乗算された後、積分演算部２７により積分演算される。そして、速度比例ゲイン設定部２５の出力と積分演算部２７の出力とは、加算器２８により加算されて、第１のトルク指令信号Ｔｑ１として出力される。
【００４０】
次に、図１において、補償信号生成部１３は、第１のトルク指令信号Ｔｑ１を補償するためのトルク補償用信号Ｃｍｐを生成して出力する。本実施の形態では、この補償信号生成部１３が生成するトルク補償用信号Ｃｍｐを利用して、モータ６０の回転方向が反転するときに生じる摩擦トルクの大きな変化を補い、大きな象限突起の発生を抑制している。なお、補償信号生成部１３の詳細については、以下でさらに説明する。
【００４１】
補償信号生成部１３から出力されたこのようなトルク補償用信号Ｃｍｐは、加算器１４によって、制御演算部１２から出力された第１のトルク指令信号Ｔｑ１に加算される。加算器１４は、この加算結果を第２のトルク指令信号Ｔｑ２として出力する。
【００４２】
第２のトルク指令信号Ｔｑ２は、駆動部１５に供給される。駆動部１５は、第２のトルク指令信号Ｔｑ２に基づいて、モータ６０の巻線を通電駆動する駆動信号Ｄｖを生成して出力する。すなわち、駆動部１５は、いわゆるインバータを備えており、このインバータを用いて、供給された第２のトルク指令信号Ｔｑ２に応じた駆動信号Ｄｖを生成する。この駆動信号Ｄｖをモータ６０の巻線に印加することで、モータ６０が通電駆動され、モータ６０内のロータが回転する。
【００４３】
次に、補償信号生成部１３の詳細な構成について、図１を参照しながら説明する。
【００４４】
補償信号生成部１３は、図１に示すように、補償値生成部３２と、切替タイミング生成部３３と、信号切替部３５と、補償信号直流遮断部３４と、遅延回路３９ａ、３９ｂとを備えている。
【００４５】
まず、補償値生成部３２は、モータ６０の一方の回転方向に対応する第１のトルク補償値Ｖａｌ１と、一方の回転方向とは反対の回転方向に対応する第２のトルク補償値Ｖａｌ２とを生成する。第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とは、通常、回転方向が逆のため、一方が正の値で、他方が負の値となる。
【００４６】
一方、切替タイミング生成部３３は、トルク補償用信号Ｃｍｐを生成するときに利用する切替のタイミングを示す切替タイミング信号Ｐｓｗを生成する。この切替のタイミングは、モータ６０の回転方向が反転したタイミングに対応している。このような、切替タイミング信号Ｐｓｗを生成するため、切替タイミング生成部３３は、反転検知部３３２とタイミング生成部３３３とを備えている。反転検知部３３２は、位置指令信号Ｐｒを微分して得られる信号の極性が反転したことを検知する。また、タイミング生成部３３３は、位置指令信号Ｐｒを微分した信号の極性を示す信号を切替タイミング信号Ｐｓｗとして出力する。具体的には、位置指令信号Ｐｒが増加中の場合には微分した信号の極性は正であり、この場合には切替タイミング信号ＰｓｗをＨ（ハイ）レベルとしている。また、位置指令信号Ｐｒが減少中の場合には微分した信号の極性は負であり、この場合には切替タイミング信号ＰｓｗをＬ（ロー）レベルとしている。そして、切替タイミング信号Ｐｓｗにおいて、ＨレベルとＬレベルとの変化するタイミングが、モータ６０の回転方向反転時のタイミングに対応している。なお、具体的には、各処理における処理時間が生じるため、切替タイミング信号Ｐｓｗは、遅延回路３９ａや遅延回路３９ｂを介して、適切なタイミングに補正し、各部に供給している。例えば、制御演算部１２を介した第１のトルク指令信号Ｔｑ１と、切替タイミング生成部３３および信号切替部３５を介したトルク補償用信号Ｃｍｐとのタイミングを一致させるために、遅延回路３９ａおよび遅延回路３９ｂを設けている。以下、信号切替部３５には、このように遅延回路３９ａで遅延補正された切替タイミング信号Ｐｓｗが、補償信号直流遮断部３４には、遅延回路３９ａおよび遅延回路３９ｂで遅延補正された切替タイミング信号Ｐｓｗが、供給されるとして説明する。
【００４７】
また、第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とのそれぞれは、信号切替部３５のスイッチ５１に供給される。そして、スイッチ５１は、切替タイミング信号Ｐｓｗのレベルに応じて、第１のトルク補償値Ｖａｌ１および第２のトルク補償値Ｖａｌ２のいずれかを選択して出力する。これによって、その出力が回転方向に応じたトルク補償値となるように両トルク補償値が合成され、信号切替部３５からは、このように合成された合成トルク補償用信号Ｓｇが出力される。
【００４８】
次に、補償信号直流遮断部３４には、この合成トルク補償用信号Ｓｇとともに、切替タイミング生成部３３から切替タイミング信号Ｐｓｗが供給される。補償信号直流遮断部３４は、切替タイミング信号Ｐｓｗのレベル変化のタイミングに従い、合成トルク補償用信号Ｓｇの直流成分が漸近的にゼロに近づくように遮断して生成したトルク補償用信号Ｃｍｐを出力する。すなわち、補償信号直流遮断部３４は、モータ６０の回転方向反転動作と連動して、このようなトルク補償用信号Ｃｍｐを出力している。このトルク補償用信号Ｃｍｐは、加算器１４により、制御演算部１２の出力する第１のトルク指令信号Ｔｑ１に加算され、第２のトルク指令信号Ｔｑ２として駆動部１５に供給される。
【００４９】
図３は、本実施の形態のモータ制御装置１０の補償信号生成部１３における補償信号直流遮断部３４を含めた要部の詳細なブロック図である。図３では、補償値生成部３２が、正の値”Ｐ”である第１のトルク補償値Ｖａｌ１と、負の値”−Ｑ”である第２のトルク補償値Ｖａｌ２とを生成して出力するような一例を示している。
【００５０】
これら第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とが、信号切替部３５のスイッチ５１に供給される。さらに、スイッチ５１には、遅延された切替タイミング信号Ｐｓｗが供給されている。そして、スイッチ５１は、切替タイミング信号Ｐｓｗのレベルに応じて、第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とのいずれかを選択する。これによって、信号切替部３５からは、図３に示すような両トルク補償値を合成した合成トルク補償用信号Ｓｇが出力される。すなわち、スイッチ５１からは、スイッチ５１の切替に従い、図３に示すように、回転方向に応じた正の値”Ｐ”と負の値”−Ｑ”とのいずれかのレベルとなる矩形波の合成トルク補償用信号Ｓｇが出力される。図３では、遅延された切替タイミング信号ＰｓｗがＨレベルのときは第１のトルク補償値Ｖａｌ１を選択し、Ｌレベルのときは第２のトルク補償値Ｖａｌ２を選択して出力する例を示している。
【００５１】
この合成トルク補償用信号Ｓｇは、補償信号直流遮断部３４に供給される。補償信号直流遮断部３４は、図３に示すように、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）３４１とレベル変化検知部３４９とを備えている。
【００５２】
レベル変化検知部３４９には、遅延された切替タイミング信号Ｐｓｗが供給される。レベル変化検知部３４９は、微分演算などにより切替タイミング信号Ｐｓｗのレベルが変化するタイミングを検知し、このレベル変化のタイミングを示す信号をリセット信号ＲｓとしてＨＰＦ３４１に供給する。
【００５３】
また、ＨＰＦ３４１には、さらに、合成トルク補償用信号Ｓｇが供給されている。ＨＰＦ３４１は、ハイパスフィルタであり、入力された信号の直流成分を遮断して出力するように機能する。これにより、ＨＰＦ３４１からは、合成トルク補償用信号Ｓｇの直流成分が漸近的にゼロに近づくように、直流成分を遮断したトルク補償用信号Ｃｍｐが出力される。
【００５４】
ところで、ＨＰＦ３４１を例えばデジタルフィルタで構成した場合、デジタルフィルタの動作原理に基づき、そのデジタルフィルタの内部に直流成分が蓄積される。このため、合成トルク補償用信号Ｓｇにおいて第１のトルク補償値Ｖａｌ１および第２のトルク補償値Ｖａｌ２が切り替えられるタイミングでは、切り替わった方のトルク補償値に対してさらに蓄積された直流成分の値が加算される。よって、蓄積された直流成分の影響を阻止するには、切り替えのタイミングと同時に、ＨＰＦ３４１をリセットする必要がある。そのため、本実施の形態では、レベル変化検知部３４９において、遅延された切替タイミング信号Ｐｓｗが変化したタイミングにおいてリセット信号ＲｓをＨＰＦ３４１に送り、ＨＰＦ３４１をリセットする。
【００５５】
図４は、本実施の形態におけるモータ制御装置１０の補償信号直流遮断部３４のＨＰＦ３４１の一構成例の詳細を示すブロック図である。図４に示すＨＰＦ３４１は、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  ｉｍｐｕｌｓｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）型デジタルフィルタの最も基本的な構成で、伝達関数が、ｆ（ｚ）＝１／（１＋ａｚ−１）で示されるハイパスフィルタを形成した一例を示している。図４において、入力信号の入力値と乗算器３４４から出力された値との差分値が減算器３４２により演算され、その差分値がＤフリップフロップ３４３に取り込まれて蓄積される。このＤフリップフロップ３４３は、フィルタ原理的には遅延要素であり、具体的には値を記憶して蓄積するメモリである。この蓄積された値が乗算器３４４により”ａ（ａは０よりも大、かつ１以下）”倍されて出力される。そして、このような処理が巡回的に繰り返されることで、入力信号から直流成分を遮断した出力信号が出力され、ハイパスフィルタとして機能する。
【００５６】
さらに、図４に示すＨＰＦ３４１は、リセット機能付のＤフリップフロップ３４３を利用している。このため、Ｄフリップフロップ３４３をリセットすることにより、蓄積された値がゼロとなるようにリセットできる。
【００５７】
図４に示すこのようなＨＰＦ３４１に、合成トルク補償用信号Ｓｇが供給されると、次のように動作する。ここで、切替タイミング信号Ｐｓｗの切替タイミングにおいて、合成トルク補償用信号Ｓｇが、正の値”Ｐ”から負の値”−Ｑ”に変化したとする。この場合、Ｄフリップフロップ３４３には、これまで入力された正の値”Ｐ”に対応する値”Ｐ／ａ”が蓄積されている。
【００５８】
このため、Ｄフリップフロップ３４３をリセットしない場合には、入力に負の値”−Ｑ”が供給された時点で、乗算器３４４からは値”Ｐ”が出力されるため、減算器３４２からは、値”−（Ｑ＋Ｐ）”が出力されることになる。すなわち、切替タイミングにおいては、第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とが混じっている。
【００５９】
これに対し、本実施の形態では、負の値”−Ｑ”に変化した時点でＤフリップフロップ３４３をリセットしている。このため、入力に負の値”−Ｑ”が供給された時点で、Ｄフリップフロップ３４３からはゼロが出力され、乗算器３４４からもゼロが出力されるため、減算器３４２からは、入力された値である”−Ｑ”が出力される。本実施の形態では、このような構成の補償信号直流遮断部３４を設けているため、第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とが混じることなく、個別の最適補償値を作用させることができる。
【００６０】
すなわち、補償信号直流遮断部３４から出力されるトルク補償用信号Ｃｍｐは、図３に示すように、切替タイミング信号Ｐｓｗが変化するタイミングにおいて、第１のトルク補償値Ｖａｌ１に等しい正のピーク値となり、また、第２のトルク補償値Ｖａｌ２に等しい負のピーク値となる。ここで、切替タイミング信号Ｐｓｗが変化するタイミングは、モータ６０の回転方向が反転するタイミングに対応している。そして、この反転タイミングにおいて、上述のようなトルク補償値をピーク値とした所定期間幅のトルク補償用としての信号が加わることになる。このため、この反転タイミングに生じる摩擦トルクの大きな変化が、トルク補償用信号Ｃｍｐで補われることになり、大きな象限突起の発生が抑制される。
【００６１】
このように、本実施の形態では、補償信号生成部１３が、モータ６０の回転方向反転時のタイミングに基づいた切替タイミングにおいて、所定の値のトルク補償値に切り替えるとともに、切り替わりの後に漸近的にゼロに近づくようなトルク補償用信号Ｃｍｐを生成している。そして、本実施の形態では、このトルク補償用信号Ｃｍｐを、制御演算部１２から出力される第１のトルク指令信号Ｔｑ１に加算することで、モータ６０の回転方向が反転するときに生じる摩擦トルクの大きな変化を補うように、トルク指令に対する補償を行っている。
【００６２】
なお、以上の説明では、補償信号生成部１３が、合成トルク補償用信号Ｓｇの直流成分を遮断したトルク補償用信号Ｃｍｐを出力するような構成例を挙げて説明したが、補償信号生成部１３がさらに、次に説明するような補償信号平滑化部５３を備えた構成であってもよい。
【００６３】
図５は、本実施の形態におけるモータ制御装置１０の補償信号生成部の他の構成例である補償信号生成部１３１を説明するためのブロック図である。図５に示すように、補償信号直流遮断部３４から出力された信号Ｃｍｐ’は、補償信号平滑化部５３に供給される。なお、図５における信号Ｃｍｐ’は、図３でのトルク補償用信号Ｃｍｐである。補償信号平滑化部５３は、例えばローパスフィルタであり、信号Ｃｍｐ’の高域成分を減衰させることで、トルク補償値の切り替え直後の変化が緩やかに変化するように、信号Ｃｍｐ’に対して平滑化を行っている。そして、このような補償信号平滑化部５３で平滑化した信号を、トルク補償用信号Ｃｍｐとして加算器１４に供給するような構成としてもよい。図５のように補償信号平滑化部５３を設けることにより、トルク補償用信号Ｃｍｐは、緩やかに変化する摩擦トルクに近い信号となり、摩擦トルクの補償において、より摩擦トルクに適合させることができる。
【００６４】
次に、以上のように構成されたモータ６０およびモータ制御装置１０を２組用いて、Ｘ軸、Ｙ軸を駆動し円軌跡を描くように位置指令信号Ｐｒを与えた場合の一例を挙げて、本実施の形態のモータ制御装置１０の動作を説明する。
【００６５】
図６は、本実施の形態におけるモータ制御装置１０の各部の信号波形を示す波形図であり、一方の軸のモータ制御装置１０における各部の信号波形を示す。図６では、（ａ）から（ｆ）までで区分して、上から順に、信号Ｐｒ／ｄｔ、摩擦トルク、切替タイミング信号Ｐｓｗ、遅延した切替タイミング信号Ｐｓｗ、信号Ｃｍｐ’、および信号Ｃｍｐの波形を示している。また、図７は、本実施の形態の構成により、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸において円軌跡を描かせた場合の軌跡ずれの大きさを測定した結果を示す図である。
【００６６】
まず、図６において、信号Ｐｒ／ｄｔは、モータ制御装置１０に入力される位置指令信号Ｐｒを微分した信号であり、速度指令に相当する信号を示している。時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４、ｔ６においてその信号Ｐｒ／ｄｔの極性が反転するのに伴い、モータ６０の回転方向が反転するので、機械における摩擦トルクも図６に示すように、その後、極性が反転する方向に大きく変化することになる。
【００６７】
切替タイミング生成部３３の出力する切替タイミング信号Ｐｓｗは、図６に示すように、時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４、ｔ６において反転する信号となる。この切替タイミング信号Ｐｓｗは、遅延回路３９ａ、３９ｂにおいて所定の時間だけ遅延され、図６に示すように、時刻ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７においてその極性が反転する信号となる。この遅延された切替タイミング信号Ｐｓｗに従い、信号切替部３５において第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とが切り替えられる。ここで、第１のトルク補償値Ｖａｌ１は、速度指令信号Ｐｒ／ｄｔの極性が負から正に変わる時に対応する値であり、時刻ｔ０からｔ１の間、ｔ３からｔ５の間、ｔ７からｔ８の間において選択される。一方、第２のトルク補償値Ｖａｌ２は、速度指令信号Ｐｒ／ｄｔの極性が正から負に変わる時に対応する値であり、時刻ｔ１からｔ３の間、ｔ５からｔ７の間において選択される。
【００６８】
この場合、補償値生成部３２から出力される第１のトルク補償値Ｖａｌ１は値が”＋Ｐ”、第２のトルク補償値Ｖａｌ２は値が”−Ｑ”である。そして、補償信号直流遮断部３４において、遅延された切替タイミング信号Ｐｓｗによる切り替えと同時に、ＨＰＦ３４１の作用により、合成トルク補償用信号Ｓｇの直流成分が遮断される。従って、補償信号直流遮断部３４の出力する信号Ｃｍｐ’は、図６のように時刻ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７で切り替えられた直後は、”＋Ｐ”または”−Ｑ”の値となり、その後、漸近的にゼロに近づく波形となる。
【００６９】
図５の構成の場合、この信号Ｃｍｐ’は、ローパスフィルタで構成される補償信号平滑化部５３に入力され、補償信号平滑化部５３の出力するトルク補償用信号Ｃｍｐは、図６に示すように、信号Ｃｍｐ’の波形よりも平滑化された波形の信号となる。
【００７０】
以上のように、モータ制御装置１０において生成されるトルク補償用信号Ｃｍｐは、図６に示すような回転方向反転時での摩擦トルクの変化と、タイミング的に一致するような信号である。このように、補償信号生成部１３で生成されたトルク補償用信号Ｃｍｐは、モータ６０の回転位置の応答遅れに伴い緩やかに変化する摩擦トルクに近い信号となり、摩擦トルクを補償する信号として、より適合する信号となっている。
【００７１】
さらに、図６に示す通り、速度指令信号Ｐｒ／ｄｔの極性が負から正に変わる時の一方の摩擦トルクの変化と、速度指令信号Ｐｒ／ｄｔの極性が正から負に変わる時の他方の摩擦トルクの変化は大きさが異なっている。このため、それぞれにおいて異なる適正な大きさのトルク補償用信号を与える必要があり、本実施の形態では、第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とを個別に生成している。そして、特に、本実施の形態では、補償信号直流遮断部３４において、切替タイミング時にＨＰＦ３４１をリセットし、ＨＰＦ３４１に蓄積された直流成分がゼロとなるような構成としている。このような構成であるため、トルク補償用信号Ｃｍｐにおいて、振幅が”Ｐ”の正側の補償用信号は上記一方の摩擦トルクの変化に対応し、振幅が”−Ｑ”の負側の補償用信号は上記他方の摩擦トルクの変化に対応している。これに対し、本実施の形態のような補償信号直流遮断部３４が無ければ、トルク補償用信号として作用する振幅は”（Ｐ＋Ｑ）”または”−（Ｐ＋Ｑ）”となり、両方とも同一の大きさになってしまう。
【００７２】
以上、本実施の形態では、補償信号直流遮断部３４を含む補償信号生成部１３の構成としている。このような構成とすることによって、図６に示す通り、時刻ｔ３、ｔ７におけるトルク補償用信号Ｃｍｐ’の正側ピークの振幅と、時刻ｔ１、ｔ５におけるトルク補償用信号Ｃｍｐ’の負側ピークの振幅とは、”Ｐ”または”−Ｑ”の値であり、それぞれ個別に異なる振幅で作用することになる。そのため、摩擦トルクを補償する信号としてトルク補償用信号Ｃｍｐがより適合する信号となっている。その結果、図７に示すように象限突起が小さく抑制される結果となる。
【００７３】
なお、逆に、トルク補償用信号において正側と負側の振幅が同じでもよい場合には、補償信号直流遮断部３４におけるＨＰＦ３４１のリセット動作を省略するような構成としてもよい。すなわち、合成トルク補償用信号ＳｇをＨＰＦ３４１に供給して、ＨＰＦ３４１をリセットせずにトルク補償用信号を生成してもよい。このような構成であっても、図３に示す構成に比べて抑制レベルは落ちるものの、象限突起を小さくする効果を得ることができる。
【００７４】
以上説明したように、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置においては、トルク補償用信号が、象限切り替わりのタイミングにおいて大きく変化する摩擦トルクの変化を適正に補うように作用する。このため、本モータ制御装置は、従来のモータ制御装置と比較して、象限突起の大きさがより小さく抑制される結果となる。従って、象限突起をより小さく抑制可能なモータ制御装置が実現できる。
【００７５】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置７０を含むモータ制御システムのブロック図である。
【００７６】
図１におけるモータ制御装置１０との比較において、本実施の形態のモータ制御装置７０は、さらにオブザーバ部７１および第２の加算器７２を備えている。また、補償信号生成部１３は、図５のように補償信号平滑化部５３を備えた補償信号生成部１３１の構成であってもよい。なお、実施の形態１と同一の構成要素については詳細な説明を省略し、相違点に絞って説明する。
【００７７】
図８に示すように、オブザーバ部７１は、駆動部１５に入力される第３のトルク指令信号Ｔｑ３とエンコーダ６９の出力する位置検出信号Ｐｄを入力する。そして、オブザーバ部７１は、その２つの信号からモータ６０の負荷トルクを推定し、負荷トルク推定値を出力する。そして、その負荷トルク推定値を示す負荷トルク推定信号Ｔｑｅを、第２の加算器７２において第２のトルク指令信号Ｔｑ２に加算している。本実施の形態では、このようにオブザーバ部７１を設けた構成とすることで、モータ６０の負荷トルクの変動に起因する回転位置のずれの影響を軽減している。以下、このようなオブザーバ部７１の詳細な構成およびその動作について説明する。
【００７８】
図９は、本実施の形態におけるモータ制御装置７０のオブザーバ部７１の詳細な構成を示すブロック図である。図９において、入力される位置検出信号Ｐｄは、微分処理部７４により時間微分され、回転速度を示す回転速度信号Ｓｄｄに変換される。その回転速度信号Ｓｄｄは、負荷モデル逆演算処理部７５に入力され、モータ６０に加わる駆動トルクと負荷トルクとの両方を含むトルクの値が計算されて、合成トルク信号Ｔｑｃとして出力される。この負荷モデル逆演算処理部７５の出力する合成トルク信号Ｔｑｃとモータ６０に加わる駆動トルクを示す第３のトルク指令信号Ｔｑ３との差を差分演算器７６により計算することにより、モータ６０に加わる負荷トルクの推定値が算出できる。
【００７９】
本実施の形態では、この負荷トルクの推定値を示す信号に対して、さらに、ローパスフィルタの特性を有したフィルタ７７を通過させ、負荷トルク推定信号Ｔｑｅとしてオブザーバ部７１から出力している。このように、負荷トルクの推定値をフィルタ７７経由で出力することにより、負荷トルクの推定値に含まれる不要なノイズ成分を除去している。さらに、そのノイズ除去と同時に、この負荷トルク推定信号Ｔｑｅが第２の加算器７２において第２のトルク指令信号Ｔｑ２に加算されることで形成される負帰還ループの安定性を確保する役割を果たす。
【００８０】
以上のように構成されたモータ６０およびモータ制御装置７０を２組用いて、Ｘ軸、Ｙ軸を駆動し円軌跡を描くように位置指令信号Ｐｒを与えた場合の一例を挙げる。ここでは、本実施の形態のモータ制御装置７０の動作について、実施の形態１におけるモータ制御装置１０を用いた場合の動作と対比させて説明する。
【００８１】
図１０は、本実施の形態におけるモータ制御装置７０の各部の信号波形を示す波形図であり、一方の軸のモータ制御装置７０における各部の信号波形を示す。図１０における各信号は、図６の（ａ）から（ｆ）までで区分した各信号と同一箇所の信号を示している。
【００８２】
図８に示す通り、オブザーバ部７１を備えたモータ制御装置７０においては、オブザーバ部７１の出力する負荷トルク推定信号Ｔｑｅが、モータ６０に加わる負荷トルクの変動を補うように作用する。すなわち、図１０の摩擦トルクに示すモータ６０に加わる負荷トルクの多くを、オブザーバ部７１の出力する負荷トルク推定信号Ｔｑｅが補う結果となる。従って、実施の形態１におけるモータ制御装置１０の場合と比較して、第１のトルク補償値Ｖａｌ１および第２のトルク補償値Ｖａｌ２は、おおよそ１０分の１程度と小さい値で済むようになる。図１０に示すとおり、本実施の形態では、トルク補償用信号Ｃｍｐの振幅を小さくしているが、負荷トルク推定信号Ｔｑｅを第２のトルク指令信号Ｔｑ２に加算した効果により、この状態であっても、十分にモータ６０に加わる負荷トルクの変動を補うことが可能となる。
【００８３】
図１１は、実施の形態１および実施の形態２における構成により、象限突起の大きさの変化をグラフとして示す図である。図１１において、横軸がＸ軸、Ｙ軸の送り速度を示し、縦軸が象限突起の大きさの測定結果を示している。そして、図１１の（ａ）〜（ｄ）では、次のような場合の測定結果を示している。まず、図１１の（ｂ）は、図１に示すモータ制御装置１０において第１のトルク補償値Ｖａｌ１および第２のトルク補償値Ｖａｌ２を最適値に調整した場合の結果である。一方、図１１の（ａ）は、モータ制御装置１０において第１のトルク補償値Ｖａｌ１および第２のトルク補償値Ｖａｌ２をゼロに設定した場合の結果であり、トルク補償値を適正に設定することで象限突起が大きく改善されていることが分かる。
【００８４】
それに対し、図１１の（ｄ）は、図８に示すモータ制御装置７０において第１のトルク補償値Ｖａｌ１および第２のトルク補償値Ｖａｌ２を最適値に調整した場合の結果である。図１１の（ｄ）は、図１１の（ｂ）に示す結果よりもさらに改善されており、Ｘ軸、Ｙ軸の送り速度の広い範囲に渡って象限突起が小さく抑制されている。一方、図１１の（ｃ）はモータ制御装置７０において第１のトルク補償値Ｖａｌ１および第２のトルク補償値Ｖａｌ２をゼロに設定した場合の結果である。この結果から、オブザーバ部７１の作用だけでは応答速度に限界があるため、送り速度が大きい領域において象限突起が悪化する傾向にあることが分かる。しかしながら、図１１の（ｄ）に示す通り、トルク補償値の適正な設定に加えてオブザーバ部７１を併用することで、象限突起を抑制する作用が相乗効果的に発揮され、象限突起の十分な抑制が可能となっている。
【００８５】
さらに、上述の通り、モータ制御装置７０においては、モータ制御装置１０よりもトルク補償値の設定値を小さくできるので、この設定値に対する機械摩擦のばらつきや経年変化の影響度も相対的に低下することとなり、これらの影響を受けにくくなるという効果もある。
【００８６】
以上説明したように、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置においては、トルク補償用信号に加えて、オブザーバ部による負荷トルク推定信号の値が効果的に補うように作用するので、広い範囲の送り速度において、象限突起の大きさがより小さく抑制される結果となる。また、トルク補償用信号の設定値も比較的小さな値に抑えられるので、機械摩擦のばらつきや経年変化の影響も受けにくくなる。従って、安定して象限突起をより小さく抑制できるサーボモータの制御装置が実現できる。
【００８７】
なお、本実施の形態では、第２の加算器７２が、第２のトルク指令信号Ｔｑ２に負荷トルク推定信号Ｔｑｅを加算するような構成例を挙げて説明したが、当然のことながら、次のような変形も可能である。すなわち、加算器１４がトルク補償用信号Ｃｍｐに加えてオブザーバ部の負荷トルク推定信号Ｔｑｅも加算して出力するような構成としたり、トルク補償用信号Ｃｍｐを加算する加算器１４と負荷トルク推定信号Ｔｑｅを加算する第２の加算器７２の順序を入れ替えたりするような構成に変更してもよい。
【００８８】
（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置８０を含むモータ制御システムのブロック図である。
【００８９】
図８におけるモータ制御装置７０との比較において、本実施の形態のモータ制御装置８０は、さらに補償値算出部８１を有した補償信号生成部８３を備えている。また、補償信号生成部８３は、図５のように補償信号平滑化部５３を備えた構成であってもよい。なお、実施の形態２と同一の構成要素については詳細な説明を省略し、相違点に絞って説明する。
【００９０】
図１２に示すように、補償値算出部８１には、オブザーバ部７１の出力する負荷トルク推定信号Ｔｑｅ、および切替タイミング生成部３３からの切替タイミング信号Ｐｓｗが入力される。そして、補償値算出部８１は、切替タイミング信号Ｐｓｗが変化するタイミングでトルク補償値Ｖａｌを更新して出力する。このトルク補償値Ｖａｌは、補償信号直流遮断部３４に入力される。また、オブザーバ部７１の出力する負荷トルク推定信号Ｔｑｅは機械摩擦の大きさを表しているので、これをトルク補償値Ｖａｌとして活用することが可能である。具体的には、負荷トルク推定信号Ｔｑｅが示す負荷トルク推定値に所定の係数Ｋｑｅを乗算した値をトルク補償値Ｖａｌとして設定する処理を行う。
【００９１】
ただし、サーボモータを重力の掛かる垂直軸に適用した場合、モータ６０に掛かる負荷トルクとしては、機械摩擦による負荷トルク以外に重力による負荷トルクが重畳される。このため、モータ６０を垂直軸に適用する場合には、オブザーバ部７１の出力する負荷トルク推定値から、重力による負荷トルクを差し引いて、機械摩擦のみの大きさを得る必要がある。
【００９２】
図１３は、このような重力による負荷トルクへの影響も考慮した補償値算出部８１の詳細な構成を示すブロック図である。図１３において、停止判定部８１５は、位置指令信号Ｐｒが一定時間変化していない停止状態であるかどうかを判定する。停止判定部８１５は、停止状態であると判定すると、オフセット保存部８１６に対し、入力した負荷トルク推定信号Ｔｑｅの値を保存するように指令を送る。これにより、オフセット保存部８１６は、停止状態のときの負荷トルク推定信号Ｔｑｅの値をオフセット値Ｏｆｓとして保持している。そして、差分演算器８１７は、入力した負荷トルク推定信号Ｔｑｅの値からオフセット保存部８１６に保存されたオフセット値Ｏｆｓを差し引いて係数乗算器８１３に出力する。
【００９３】
加速度算出部８１１は、位置指令信号Ｐｒを微分した速度指令をさらに微分することで、速度指令が負から正あるいは正から負に変化するタイミングでの加速度を算出して、係数決定部８１２へ送る。加速度の値を係数決定部８１２に送るのは、送り速度により上記の所定の係数Ｋｑｅを変える必要があるためである。係数決定部８１２は、この加速度の値と、制御演算部１２およびオブザーバ部７１の内部の定数等の設定情報とに基づいて、所定の係数Ｋｑｅを決定し、係数乗算器８１３に送る。係数乗算器８１３は、差分演算器８１７の出力値に所定の係数Ｋｑｅを乗算し、更新部８１４へ送る。更新部８１４は、切替タイミング信号Ｐｓｗが変化するタイミングで、係数乗算器８１３から入力された値を更新してトルク補償値Ｖａｌとして出力する。
【００９４】
以上のように構成された補償値算出部８１においては、速度指令が負から正あるいは正から負に変化するタイミングでのオブザーバ部７１の出力する負荷トルク推定信号Ｔｑｅの値に基づいてトルク補償値Ｖａｌを設定する。このため、内部の係数決定部８１２において適切な係数が決定される限り、出力するトルク補償値Ｖａｌとして十分に適切な値が自動的に出力される結果となる。すなわち、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置７０のように、調整により第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とをそれぞれ分離して設定する必要は無くなり、かつ、機械摩擦のばらつきや経年変化についても自動的にトルク補償値が設定されるので、これらの影響を受けることも無くなる。さらに、停止時を検出して重力による負荷トルクを差し引いてトルク補償値が設定されるので、重力による影響を受けることもない。
【００９５】
図１０の摩擦トルクに示す通り、モータ６０の負荷トルクは、時刻ｔ２での値と時刻ｔ４での値は大きさが異なっているが、補償値算出部８１においては、図１０に示す切替タイミング信号Ｐｓｗが変化するタイミングにおいてトルク補償値Ｖａｌを更新して出力する。このため、図１０に示すトルク補償用信号Ｃｍｐと全く同様の信号を調整することなく出力することができる。従って、オブザーバ部７１の出力する負荷トルク推定信号Ｔｑｅの値をトルク指令信号Ｔｑ２に加算する処理との相乗効果により、象限突起の十分な抑制が可能となっている。
【００９６】
以上説明したように、本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置においては、トルク補償用信号に加えてオブザーバ部による負荷トルク推定信号の値が効果的に補うように作用するので、広い範囲の送り速度において象限突起の大きさがより小さく抑制される結果となる。また、トルク補償用信号の値も比較的小さな値であり、かつ自動的に設定されるので、機械摩擦のばらつきや経年変化の影響も非常に受けにくくなる。さらに、サーボモータを垂直軸に適用した場合であっても、トルク補償用信号の値が自動的かつ適正に設定される。従って、安定度が高く象限突起をより小さく抑制可能なモータ制御装置が実現できる。
【００９７】
なお、以上、実施の形態１〜３のモータ制御装置が、デジタル回路などによる機能ブロックを含む構成例を挙げて説明したが、例えば、プログラムのような処理手順に基づく処理で行うような構成であってもよい。すなわち、例えば、制御演算部１２、補償信号生成部１３、１３１、８３、オブザーバ部７１などの機能については、制御処理方法を実行するプログラムとしてメモリなどに記憶させる。そして、マイクロコンピュータがそれらのプログラムを実行するような構成とすることによっても、本実施の形態を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、回転方向反転時の負荷トルクの変化を適正に補償することが可能である。従って、本発明にかかるモータ制御装置は、産業用のＦＡサーボモータの制御に利用でき、特に、軌跡精度が要求される加工機などの用途に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１０，７０，８０，９０    モータ制御装置
１２    制御演算部
１３，８３，１３１    補償信号生成部
１４，２８，７２    加算器
１５    駆動部
２１，２３，３４２    減算器
２２    位置ゲイン設定部
２４    微分演算部
２５    速度比例ゲイン設定部
２６    速度積分ゲイン設定部
２７    積分演算部
３２    補償値生成部
３３    切替タイミング生成部
３４    補償信号直流遮断部
３５    信号切替部
３９ａ，３９ｂ    遅延回路
５１    スイッチ
５３    補償信号平滑化部
６０    モータ
６９    エンコーダ
７１    オブザーバ部
７４    微分処理部
７５    負荷モデル逆演算処理部
７６，８１７    差分演算器
７７    フィルタ
８１    補償値算出部
９１    正負反転部
３３２    反転検知部
３３３    タイミング生成部
３４１    ＨＰＦ
３４３    Ｄフリップフロップ
３４４    乗算器
３４９    レベル変化検知部
８１１    加速度算出部
８１２    係数決定部
８１３    係数乗算器
８１４    更新部
８１５    停止判定部
８１６    オフセット保存部
【図１】
2017154476.tif 000003
【図２】
2017154476.tif 000004
【図３】
2017154476.tif 000005
【図４】
2017154476.tif 000006
【図５】
2017154476.tif 000007
【図６】
2017154476.tif 000008
【図７】
2017154476.tif 000009
【図８】
2017154476.tif 000010
【図９】
2017154476.tif 000011
【図１０】
2017154476.tif 000012
【図１１】
2017154476.tif 000013
【図１２】
2017154476.tif 000014
【図１３】
2017154476.tif 000015
【図１４】
2017154476.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年8月3日(2018.8.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に産業用のＦＡサーボモータを制御するモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用のＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）サーボモータの用途のひとつとして、複数軸で構成された加工機がある。このような加工機においては、例えば上位コントローラからの位置指令に従い、２軸あるいは３軸において各サーボモータが互いに連動して動作し、加工精度の向上のためには、連動動作による軌跡の精度が重要となる。
【０００３】
図１４は、従来のモータ制御装置により、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸における軌跡ずれの大きさを測定した結果の例を示す図であり、２軸において円軌跡を描かせた場合の軌跡の精度を示している。この図に示すように、象限の切り替わりにおいて局所的に軌跡が円から大きくずれる現象が見られ、一般的に象限突起と呼ばれる。象限突起が生じる主な原因としては、次のように考えられる。まず、象限の切り替わりにおいてサーボモータの回転方向が反転し、それに伴い機械摩擦の生じる方向が反転する。そして、この反転により、サーボモータの負荷トルクの極性が反転するために、サーボモータの応答遅れが生じる。すなわち、この応答遅れにより、象限の切り替わりにおいて、上位コントローラからの位置指令とサーボモータの回転位置のずれが大きくなることが考えられる。
【０００４】
図１５は、従来のモータ制御装置９０を含むモータ制御システムの構成を示すブロック図である。図１５において、モータ制御装置９０は、モータ６０を通電駆動する。また、モータ６０には、エンコーダ６９が取り付けられ、エンコーダ６９は、モータ６０の回転位置を示す信号Ｐｄを出力する。モータ６０とエンコーダ６９とは、一体構造のサーボモータとして構成される。
【０００５】
モータ制御装置９０において、制御演算部１２には、外部からの位置指令信号Ｐｒとエンコーダ６９からの回転位置を示す信号Ｐｄとが入力される。制御演算部１２の内部において、制御演算処理が行われ、制御演算部１２は、トルク指令に相当する信号Ｔｑ１を出力する。反転検知部３３２は、位置指令信号Ｐｒを微分して得られる信号Ｐｒ／ｄｔである速度指令信号の極性が反転したことを検知し、速度指令信号の極性を示す反転検知信号Ｒｖを出力する。スイッチ５１は、トルク補償値Ｖａｌ９とトルク補償値Ｖａｌ９を正負反転部９１によって極性反転した値−Ｖａｌ９とを反転検知信号Ｒｖに従って切り替えて、トルク補償用信号Ｃｍｐ９として出力する。加算器１４は、トルク補償用信号Ｃｍｐ９と制御演算部１２の出力するトルク指令信号Ｔｑ１とを加算し、新たなトルク指令信号Ｔｑ９２として出力する。駆動部１５は、加算器１４の出力するトルク指令信号Ｔｑ９２に従い、モータ６０を駆動する。
【０００６】
以上のように構成された従来のサーボモータおよびモータ制御装置９０を２組用いて、Ｘ軸、Ｙ軸を駆動し円軌跡を描くように位置指令信号Ｐｒを与えた場合の動作を説明する。
【０００７】
図１６は、従来のモータ制御装置９０における各部の信号波形を示す波形図であり、一方の軸のモータ制御装置９０における各部の信号波形を示す。図１６では、（ａ）から（ｄ）までで区分して、上から順に、信号Ｐｒ／ｄｔ、摩擦トルク、反転検知信号Ｒｖ、およびトルク補償用信号Ｃｍｐ９の波形を示している。図１６において、信号Ｐｒ／ｄｔは、モータ制御装置９０に入力される位置指令信号Ｐｒを微分した信号であり、速度指令に相当する信号を示している。時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４、ｔ６においてその極性が反転するのに伴い、モータ６０の回転方向が反転するので、機械における摩擦トルクも図１６に示すように、その後、極性が反転して大きく変化することになる。
【０００８】
反転検知部３３２の出力する反転検知信号Ｒｖは、図１６に示すように、時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４、ｔ６において反転する信号となる。それに従い、スイッチ５１の出力するトルク補償用信号Ｃｍｐ９は、図１６に示すように変化する。
【０００９】
以上説明したような従来の構成のモータ制御装置によれば、このトルク補償用信号Ｃｍｐ９が、図１６に示す象限切り替わりのタイミングにおいて大きく変化する摩擦トルクの変化に対して、その変化を補うように作用する。そして、このように作用するので、象限突起の大きさが、抑制される結果となる（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１２２８２２号
【発明の概要】
【００１１】
本発明のモータ制御装置は、外部から入力された位置指令にモータの回転位置が追従するように、モータの回転動作を制御するモータ制御装置である。本モータ制御装置は、制御演算部と、補償信号生成部と、加算器と、駆動部とを備える。ここで、制御演算部は、検出したモータの回転位置と位置指令とに基づく演算処理により、モータを駆動するための第１のトルク指令信号を生成する。補償信号生成部は、第１のトルク指令信号を補償するためのトルク補償用信号を生成する。加算器は、第１のトルク指令信号にトルク補償用信号を加算し、加算結果を第２のトルク指令信号として出力する。そして、駆動部は、第２のトルク指令信号が供給され、第２のトルク指令信号に基づいて、モータの巻線を通電駆動する駆動信号を生成する。さらに、この補償信号生成部は、モータの回転方向反転時のタイミングに基づいた切替タイミングにおいて、所定の値のトルク補償値に切り替わるトルク補償用信号を生成する構成である。
【００１２】
このようなトルク補償値の切り替え直後において、所定の値のトルク補償値に切り替わるようなトルク補償用信号を生成する補償信号生成部を備えた構成とすることで、トルク補償用信号を摩擦トルクの変化に、さらに近づけることができる。このため、象限突起をより小さく抑制できるモータ制御装置が実現可能である。
【００１３】
また、本発明のモータ制御装置は、補償信号生成部が、補償値生成部と、切替タイミング生成部と、信号切替部と、補償信号直流遮断部とを備えてよい。ここで、補償値生成部は、一方の回転方向に対応する第１のトルク補償値と、一方の回転方向とは反対の回転方向に対応する第２のトルク補償値とを生成する。切替タイミング生成部は、切替タイミングを生成する。信号切替部は、切替タイミングに基づき、第１のトルク補償値と第２のトルク補償値とを切り替えて合成した合成トルク補償用信号を生成して出力する。補償信号直流遮断部は、合成トルク補償用信号に含まれる直流成分を遮断し、トルク補償用信号として出力する。
【００１４】
このように、第１のトルク補償値と第２のトルク補償値とを個別に生成するような構成とすることにより、両トルク補償値が、それぞれ個別に異なる振幅で作用することになる。そのため、摩擦トルクを補償する信号としてトルク補償用信号がより適合する信号となり、その結果、さらに小さな象限突起となるように、象限突起を抑制できる。
【００１５】
また、本発明のモータ制御装置は、補償信号直流遮断部が、内部に蓄積された直流成分がリセット可能なハイパスフィルタを備えてよい。このハイパスフィルタは、切替タイミングに基づきリセットされるとともに、合成トルク補償用信号に含まれる直流成分を遮断したトルク補償用信号を出力する。
【００１６】
この構成により、合成トルク補償用信号から直流成分を遮断するとともに、切替タイミングにおいては、所定の値のトルク補償値に切り替わるため、より精度よく象限突起が小さくなるように抑制できる。
【００１７】
また、本発明のモータ制御装置は、駆動部に供給される第２のトルク指令信号とモータの回転速度とから、モータに加わる負荷トルクを検出し、その負荷トルクに相当する負荷トルク推定信号を出力するオブザーバ部をさらに備えてよい。そして、本モータ制御装置は、上記加算器が、トルク補償用信号に加えて、この負荷トルク推定信号も、第１のトルク指令信号に加算して出力する構成であってよい。
【００１８】
この構成により、トルク補償値を小さく抑えることができるため、摩擦トルクにばらつきがあっても、その影響を受けにくくなる。よって、象限突起をより小さく抑制でき、かつ実用的性能に優れ安定して象限突起を抑制することが可能なモータ制御装置が実現できる。
【００１９】
また、本発明のモータ制御装置は、モータの回転方向反転時における負荷トルク推定信号に基づき、トルク補償値の値を算出して設定する補償値算出部をさらに備えた構成であってよい。
【００２０】
この構成により、トルク補償値の値が適正かつ自動的に設定されるため、摩擦トルクにばらつきがあっても、その影響を受けにくくなる。よって、象限突起をより小さく抑制でき、かつ実用的性能に優れ安定して象限突起を抑制することが可能なモータ制御装置が実現できる。
【００２１】
また、本発明のモータ制御装置は、補償値算出部が、トルク補償値を所定のオフセット値だけ補正して設定する構成であってよい。
【００２２】
この構成により、垂直軸でモータの負荷に重力によるトルクが加わっている場合においても、その影響を受けることなくトルク補償用信号を生成できる。このため、垂直軸に適用した場合でも安定して象限突起を抑制することが可能なサーボモータの制御装置が実現できる。
【００２３】
さらに、本発明のモータ制御装置は、補償値算出部が、モータの停止時における負荷トルク推定信号を上記オフセット値として保存し、トルク補償値をこのオフセット値だけ補正して設定する構成であってよい。
【００２４】
この構成により、オフセット値による補正を簡単に実施できるので、垂直軸に適用した場合でも実用的性能に優れ安定して象限突起を抑制することが可能なサーボモータの制御装置が実現できる。
【００２５】
以上のように、本発明のモータ制御装置は、摩擦トルクの変化に対してトルク補償用信号を十分に近似できるため、回転方向反転時の負荷トルクの変化を適正に補償することが可能である。従って、複数軸で連動動作させた時の象限突起を小さく抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムのブロック図である。
【図２】図２は、同、モータ制御装置における制御演算部の一構成例の詳細を示すブロック図である。
【図３】図３は、同、モータ制御装置の補償信号生成部における補償信号直流遮断部を含めた要部の詳細なブロック図である。
【図４】図４は、同、補償信号直流遮断部のＨＰＦの一構成例の詳細を示すブロック図である。
【図５】図５は、同、モータ制御装置における補償信号生成部の他の構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、同、モータ制御装置における各部の信号波形を示す波形図である。
【図７】図７は、同、モータ制御装置により、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸において円軌跡を描かせた場合の軌跡ずれの大きさを測定した結果を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムのブロック図である。
【図９】図９は、同、モータ制御装置におけるオブザーバ部のブロック図である。
【図１０】図１０は、同、モータ制御装置における各部の信号波形を示す波形図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態１および実施の形態２における構成により、象限突起の大きさの変化をグラフとして示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムのブロック図である。
【図１３】図１３は、同、モータ制御装置における補償値算出部のブロック図である。
【図１４】図１４は、従来のモータ制御装置により、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸における軌跡ずれの大きさを測定した結果を示す図である。
【図１５】図１５は、従来のモータ制御装置を含むモータ制御システムのブロック図である。
【図１６】図１６は、従来のモータ制御装置における各部の信号波形を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施の形態におけるモータ制御装置は、後述する構成により、象限突起をより小さくなるように抑制できる。
【００２８】
つまり、上述のような従来の構成では、次のような改善すべき点があった。すなわち、上述の従来構成は、位置指令信号に対し、モータの回転位置として応答に遅れがあったり、摩擦トルクの変化にばらつきがあったりと、様々な理由からトルク補償用信号による補償が摩擦トルクの変化と一致しない。このため、上述の従来の構成では、トルク補償として不十分となり、結果として象限突起を小さく抑えることが難しくなる。
【００２９】
そこで、本実施の形態では、トルク補償値の切り替え直後において適切な値に切り替わるトルク補償用信号を利用し、回転方向反転時の負荷トルクの変化も適正に補償している。これより、本実施の形態によれば、複数軸で連動動作させた時の象限突起を小さく抑えることが可能となる。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置１０を含むモータ制御システムのブロック図である。
【００３２】
本モータ制御システムは、図１に示すように、接続された負荷を駆動するモータ６０と、モータ６０を制御および通電駆動するモータ制御装置１０と、モータ６０における可動部の位置を検出するエンコーダ６９とを備える。本モータ制御システムとしては、主に産業用として、サーボアンプなどと呼ばれるモータ制御装置１０によって、サーボモータのようなモータ６０を制御および駆動するシステムの例を挙げている。また、本実施の形態では、モータ６０の可動部として、回転動作をするロータを備えたモータの一例を挙げて説明する。なお、以下、このようなロータを備えたモータの一例を挙げて説明するが、可動部が直線動作をするようなリニアモータにも適用できる。
【００３３】
このようなモータ６０としては、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相とする３相の巻線を有したステータと、ステータに対向して回転軸を中心に回転自在に配置されたロータとを備えたブラシレスモータが好適である。モータ６０は、そのステータの巻線がモータ制御装置１０によって通電駆動されることで、ロータが回転する。そして、ロータの回転により、回転軸を介して負荷が回転するように回転駆動される。
【００３４】
また、モータ６０を回転動作させるため、モータ６０には、ロータの回転位置を検出する位置センサとしてのエンコーダ６９が装着されている。これにより、エンコーダ６９からは、検出した回転位置を示す位置検出信号Ｐｄが出力される。モータ制御装置１０には、エンコーダ６９からこの位置検出信号Ｐｄが供給されている。
【００３５】
さらに、モータ制御装置１０は、図示しない上位コントローラなどと接続され、モータ６０が所望の動き動作をするように、モータ制御装置１０に対しての動作指令などの指令が供給される。本実施の形態では、モータ制御装置１０に対して、モータ６０のロータの位置を制御するための位置指令である位置指令信号Ｐｒが供給される一例を挙げて説明する。
【００３６】
このように接続されたモータ制御装置１０は、モータの動き位置や速度に対する検出や推定をしながら、動作指令に追従するように動作するフィードバック制御の機能を備えている。すなわち、モータ制御装置１０は、エンコーダ６９からの位置検出信号Ｐｄを利用したフィードバック制御によって、外部から入力された位置指令信号Ｐｒにモータ６０の回転位置が追従するように、モータ６０のロータの動きとなる回転動作を制御している。
【００３７】
次に、このようなモータ制御装置１０の詳細な構成について、図１を参照しながら説明する。図１に示すように、モータ制御装置１０は、制御演算部１２と、補償信号生成部１３と、加算器１４と、駆動部１５とを備えている。
【００３８】
まず、エンコーダ６９により検出されたモータ６０の回転位置を示す位置検出信号Ｐｄ、および外部から供給された位置指令である位置指令信号Ｐｒが、制御演算部１２に供給される。そして、制御演算部１２は、供給された位置検出信号Ｐｄと位置指令信号Ｐｒとに基づく演算処理により、モータ６０を駆動するための第１のトルク指令信号Ｔｑ１を生成する。
【００３９】
図２は、本実施の形態におけるモータ制御装置１０の制御演算部１２の一構成例の詳細を示すブロック図である。図２では、サーボモータの制御演算処理として、一般的な構成例を示しており、その具体的な構成は次のとおりである。まず、図２に示す構成において、減算器２１は、外部からの位置指令信号Ｐｒと位置検出信号Ｐｄとの差、すなわち位置偏差ｄＰを算出する。その位置偏差ｄＰは、位置ゲイン設定部２２において位置ゲインが乗算され、速度指令信号Ｓｒとして出力される。一方、位置検出信号Ｐｄは、微分演算部２４において微分演算によりモータ６０の回転速度が算出され、その回転速度を示す回転速度信号Ｓｄが出力される。次に、減算器２３により、速度指令信号Ｓｒとこの回転速度信号Ｓｄとの差、すなわち速度偏差ｄＳが算出される。その速度偏差ｄＳは、速度比例ゲイン設定部２５において速度比例ゲインが乗算される。また、その速度偏差ｄＳは、速度積分ゲイン設定部２６において速度積分ゲインが乗算された後、積分演算部２７により積分演算される。そして、速度比例ゲイン設定部２５の出力と積分演算部２７の出力とは、加算器２８により加算されて、第１のトルク指令信号Ｔｑ１として出力される。
【００４０】
次に、図１において、補償信号生成部１３は、第１のトルク指令信号Ｔｑ１を補償するためのトルク補償用信号Ｃｍｐを生成して出力する。本実施の形態では、この補償信号生成部１３が生成するトルク補償用信号Ｃｍｐを利用して、モータ６０の回転方向が反転するときに生じる摩擦トルクの大きな変化を補い、大きな象限突起の発生を抑制している。なお、補償信号生成部１３の詳細については、以下でさらに説明する。
【００４１】
補償信号生成部１３から出力されたこのようなトルク補償用信号Ｃｍｐは、加算器１４によって、制御演算部１２から出力された第１のトルク指令信号Ｔｑ１に加算される。加算器１４は、この加算結果を第２のトルク指令信号Ｔｑ２として出力する。
【００４２】
第２のトルク指令信号Ｔｑ２は、駆動部１５に供給される。駆動部１５は、第２のトルク指令信号Ｔｑ２に基づいて、モータ６０の巻線を通電駆動する駆動信号Ｄｖを生成して出力する。すなわち、駆動部１５は、いわゆるインバータを備えており、このインバータを用いて、供給された第２のトルク指令信号Ｔｑ２に応じた駆動信号Ｄｖを生成する。この駆動信号Ｄｖをモータ６０の巻線に印加することで、モータ６０が通電駆動され、モータ６０内のロータが回転する。
【００４３】
次に、補償信号生成部１３の詳細な構成について、図１を参照しながら説明する。
【００４４】
補償信号生成部１３は、図１に示すように、補償値生成部３２と、切替タイミング生成部３３と、信号切替部３５と、補償信号直流遮断部３４と、遅延回路３９ａ、３９ｂとを備えている。
【００４５】
まず、補償値生成部３２は、モータ６０の一方の回転方向に対応する第１のトルク補償値Ｖａｌ１と、一方の回転方向とは反対の回転方向に対応する第２のトルク補償値Ｖａｌ２とを生成する。第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とは、通常、回転方向が逆のため、一方が正の値で、他方が負の値となる。
【００４６】
一方、切替タイミング生成部３３は、トルク補償用信号Ｃｍｐを生成するときに利用する切替のタイミングを示す切替タイミング信号Ｐｓｗを生成する。この切替のタイミングは、モータ６０の回転方向が反転したタイミングに対応している。このような、切替タイミング信号Ｐｓｗを生成するため、切替タイミング生成部３３は、反転検知部３３２とタイミング生成部３３３とを備えている。反転検知部３３２は、位置指令信号Ｐｒを微分して得られる信号の極性が反転したことを検知する。また、タイミング生成部３３３は、位置指令信号Ｐｒを微分した信号の極性を示す信号を切替タイミング信号Ｐｓｗとして出力する。具体的には、位置指令信号Ｐｒが増加中の場合には微分した信号の極性は正であり、この場合には切替タイミング信号ＰｓｗをＨ（ハイ）レベルとしている。また、位置指令信号Ｐｒが減少中の場合には微分した信号の極性は負であり、この場合には切替タイミング信号ＰｓｗをＬ（ロー）レベルとしている。そして、切替タイミング信号Ｐｓｗにおいて、ＨレベルとＬレベルとの変化するタイミングが、モータ６０の回転方向反転時のタイミングに対応している。なお、具体的には、各処理における処理時間が生じるため、切替タイミング信号Ｐｓｗは、遅延回路３９ａや遅延回路３９ｂを介して、適切なタイミングに補正し、各部に供給している。例えば、制御演算部１２を介した第１のトルク指令信号Ｔｑ１と、切替タイミング生成部３３および信号切替部３５を介したトルク補償用信号Ｃｍｐとのタイミングを一致させるために、遅延回路３９ａおよび遅延回路３９ｂを設けている。以下、信号切替部３５には、このように遅延回路３９ａで遅延補正された切替タイミング信号Ｐｓｗが、補償信号直流遮断部３４には、遅延回路３９ａおよび遅延回路３９ｂで遅延補正された切替タイミング信号Ｐｓｗが、供給されるとして説明する。
【００４７】
また、第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とのそれぞれは、信号切替部３５のスイッチ５１に供給される。そして、スイッチ５１は、切替タイミング信号Ｐｓｗのレベルに応じて、第１のトルク補償値Ｖａｌ１および第２のトルク補償値Ｖａｌ２のいずれかを選択して出力する。これによって、その出力が回転方向に応じたトルク補償値となるように両トルク補償値が合成され、信号切替部３５からは、このように合成された合成トルク補償用信号Ｓｇが出力される。
【００４８】
次に、補償信号直流遮断部３４には、この合成トルク補償用信号Ｓｇとともに、切替タイミング生成部３３から切替タイミング信号Ｐｓｗが供給される。補償信号直流遮断部３４は、切替タイミング信号Ｐｓｗのレベル変化のタイミングに従い、合成トルク補償用信号Ｓｇの直流成分が漸近的にゼロに近づくように遮断して生成したトルク補償用信号Ｃｍｐを出力する。すなわち、補償信号直流遮断部３４は、モータ６０の回転方向反転動作と連動して、このようなトルク補償用信号Ｃｍｐを出力している。このトルク補償用信号Ｃｍｐは、加算器１４により、制御演算部１２の出力する第１のトルク指令信号Ｔｑ１に加算され、第２のトルク指令信号Ｔｑ２として駆動部１５に供給される。
【００４９】
図３は、本実施の形態のモータ制御装置１０の補償信号生成部１３における補償信号直流遮断部３４を含めた要部の詳細なブロック図である。図３では、補償値生成部３２が、正の値”Ｐ”である第１のトルク補償値Ｖａｌ１と、負の値”−Ｑ”である第２のトルク補償値Ｖａｌ２とを生成して出力するような一例を示している。
【００５０】
これら第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とが、信号切替部３５のスイッチ５１に供給される。さらに、スイッチ５１には、遅延された切替タイミング信号Ｐｓｗが供給されている。そして、スイッチ５１は、切替タイミング信号Ｐｓｗのレベルに応じて、第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とのいずれかを選択する。これによって、信号切替部３５からは、図３に示すような両トルク補償値を合成した合成トルク補償用信号Ｓｇが出力される。すなわち、スイッチ５１からは、スイッチ５１の切替に従い、図３に示すように、回転方向に応じた正の値”Ｐ”と負の値”−Ｑ”とのいずれかのレベルとなる矩形波の合成トルク補償用信号Ｓｇが出力される。図３では、遅延された切替タイミング信号ＰｓｗがＨレベルのときは第１のトルク補償値Ｖａｌ１を選択し、Ｌレベルのときは第２のトルク補償値Ｖａｌ２を選択して出力する例を示している。
【００５１】
この合成トルク補償用信号Ｓｇは、補償信号直流遮断部３４に供給される。補償信号直流遮断部３４は、図３に示すように、ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）３４１とレベル変化検知部３４９とを備えている。
【００５２】
レベル変化検知部３４９には、遅延された切替タイミング信号Ｐｓｗが供給される。レベル変化検知部３４９は、微分演算などにより切替タイミング信号Ｐｓｗのレベルが変化するタイミングを検知し、このレベル変化のタイミングを示す信号をリセット信号ＲｓとしてＨＰＦ３４１に供給する。
【００５３】
また、ＨＰＦ３４１には、さらに、合成トルク補償用信号Ｓｇが供給されている。ＨＰＦ３４１は、ハイパスフィルタであり、入力された信号の直流成分を遮断して出力するように機能する。これにより、ＨＰＦ３４１からは、合成トルク補償用信号Ｓｇの直流成分が漸近的にゼロに近づくように、直流成分を遮断したトルク補償用信号Ｃｍｐが出力される。
【００５４】
ところで、ＨＰＦ３４１を例えばデジタルフィルタで構成した場合、デジタルフィルタの動作原理に基づき、そのデジタルフィルタの内部に直流成分が蓄積される。このため、合成トルク補償用信号Ｓｇにおいて第１のトルク補償値Ｖａｌ１および第２のトルク補償値Ｖａｌ２が切り替えられるタイミングでは、切り替わった方のトルク補償値に対してさらに蓄積された直流成分の値が加算される。よって、蓄積された直流成分の影響を阻止するには、切り替えのタイミングと同時に、ＨＰＦ３４１をリセットする必要がある。そのため、本実施の形態では、レベル変化検知部３４９において、遅延された切替タイミング信号Ｐｓｗが変化したタイミングにおいてリセット信号ＲｓをＨＰＦ３４１に送り、ＨＰＦ３４１をリセットする。
【００５５】
図４は、本実施の形態におけるモータ制御装置１０の補償信号直流遮断部３４のＨＰＦ３４１の一構成例の詳細を示すブロック図である。図４に示すＨＰＦ３４１は、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  ｉｍｐｕｌｓｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）型デジタルフィルタの最も基本的な構成で、伝達関数が、ｆ（ｚ）＝１／（１＋ａｚ−１）で示されるハイパスフィルタを形成した一例を示している。図４において、入力信号の入力値と乗算器３４４から出力された値との差分値が減算器３４２により演算され、その差分値がＤフリップフロップ３４３に取り込まれて蓄積される。このＤフリップフロップ３４３は、フィルタ原理的には遅延要素であり、具体的には値を記憶して蓄積するメモリである。この蓄積された値が乗算器３４４により”ａ（ａは０よりも大、かつ１以下）”倍されて出力される。そして、このような処理が巡回的に繰り返されることで、入力信号から直流成分を遮断した出力信号が出力され、ハイパスフィルタとして機能する。
【００５６】
さらに、図４に示すＨＰＦ３４１は、リセット機能付のＤフリップフロップ３４３を利用している。このため、Ｄフリップフロップ３４３をリセットすることにより、蓄積された値がゼロとなるようにリセットできる。
【００５７】
図４に示すこのようなＨＰＦ３４１に、合成トルク補償用信号Ｓｇが供給されると、次のように動作する。ここで、切替タイミング信号Ｐｓｗの切替タイミングにおいて、合成トルク補償用信号Ｓｇが、正の値”Ｐ”から負の値”−Ｑ”に変化したとする。この場合、Ｄフリップフロップ３４３には、これまで入力された正の値”Ｐ”に対応する値”Ｐ／ａ”が蓄積されている。
【００５８】
このため、Ｄフリップフロップ３４３をリセットしない場合には、入力に負の値”−Ｑ”が供給された時点で、乗算器３４４からは値”Ｐ”が出力されるため、減算器３４２からは、値”−（Ｑ＋Ｐ）”が出力されることになる。すなわち、切替タイミングにおいては、第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とが混じっている。
【００５９】
これに対し、本実施の形態では、負の値”−Ｑ”に変化した時点でＤフリップフロップ３４３をリセットしている。このため、入力に負の値”−Ｑ”が供給された時点で、Ｄフリップフロップ３４３からはゼロが出力され、乗算器３４４からもゼロが出力されるため、減算器３４２からは、入力された値である”−Ｑ”が出力される。本実施の形態では、このような構成の補償信号直流遮断部３４を設けているため、第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とが混じることなく、個別の最適補償値を作用させることができる。
【００６０】
すなわち、補償信号直流遮断部３４から出力されるトルク補償用信号Ｃｍｐは、図３に示すように、切替タイミング信号Ｐｓｗが変化するタイミングにおいて、第１のトルク補償値Ｖａｌ１に等しい正のピーク値となり、また、第２のトルク補償値Ｖａｌ２に等しい負のピーク値となる。ここで、切替タイミング信号Ｐｓｗが変化するタイミングは、モータ６０の回転方向が反転するタイミングに対応している。そして、この反転タイミングにおいて、上述のようなトルク補償値をピーク値とした所定期間幅のトルク補償用としての信号が加わることになる。このため、この反転タイミングに生じる摩擦トルクの大きな変化が、トルク補償用信号Ｃｍｐで補われることになり、大きな象限突起の発生が抑制される。
【００６１】
このように、本実施の形態では、補償信号生成部１３が、モータ６０の回転方向反転時のタイミングに基づいた切替タイミングにおいて、所定の値のトルク補償値に切り替えるとともに、切り替わりの後に漸近的にゼロに近づくようなトルク補償用信号Ｃｍｐを生成している。そして、本実施の形態では、このトルク補償用信号Ｃｍｐを、制御演算部１２から出力される第１のトルク指令信号Ｔｑ１に加算することで、モータ６０の回転方向が反転するときに生じる摩擦トルクの大きな変化を補うように、トルク指令に対する補償を行っている。
【００６２】
なお、以上の説明では、補償信号生成部１３が、合成トルク補償用信号Ｓｇの直流成分を遮断したトルク補償用信号Ｃｍｐを出力するような構成例を挙げて説明したが、補償信号生成部１３がさらに、次に説明するような補償信号平滑化部５３を備えた構成であってもよい。
【００６３】
図５は、本実施の形態におけるモータ制御装置１０の補償信号生成部の他の構成例である補償信号生成部１３１を説明するためのブロック図である。図５に示すように、補償信号直流遮断部３４から出力された信号Ｃｍｐ’は、補償信号平滑化部５３に供給される。なお、図５における信号Ｃｍｐ’は、図３でのトルク補償用信号Ｃｍｐである。補償信号平滑化部５３は、例えばローパスフィルタであり、信号Ｃｍｐ’の高域成分を減衰させることで、トルク補償値の切り替え直後の変化が緩やかに変化するように、信号Ｃｍｐ’に対して平滑化を行っている。そして、このような補償信号平滑化部５３で平滑化した信号を、トルク補償用信号Ｃｍｐとして加算器１４に供給するような構成としてもよい。図５のように補償信号平滑化部５３を設けることにより、トルク補償用信号Ｃｍｐは、緩やかに変化する摩擦トルクに近い信号となり、摩擦トルクの補償において、より摩擦トルクに適合させることができる。
【００６４】
次に、以上のように構成されたモータ６０およびモータ制御装置１０を２組用いて、Ｘ軸、Ｙ軸を駆動し円軌跡を描くように位置指令信号Ｐｒを与えた場合の一例を挙げて、本実施の形態のモータ制御装置１０の動作を説明する。
【００６５】
図６は、本実施の形態におけるモータ制御装置１０の各部の信号波形を示す波形図であり、一方の軸のモータ制御装置１０における各部の信号波形を示す。図６では、（ａ）から（ｆ）までで区分して、上から順に、信号Ｐｒ／ｄｔ、摩擦トルク、切替タイミング信号Ｐｓｗ、遅延した切替タイミング信号Ｐｓｗ、信号Ｃｍｐ’、および信号Ｃｍｐの波形を示している。また、図７は、本実施の形態の構成により、Ｘ軸、Ｙ軸の２軸において円軌跡を描かせた場合の軌跡ずれの大きさを測定した結果を示す図である。
【００６６】
まず、図６において、信号Ｐｒ／ｄｔは、モータ制御装置１０に入力される位置指令信号Ｐｒを微分した信号であり、速度指令に相当する信号を示している。時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４、ｔ６においてその信号Ｐｒ／ｄｔの極性が反転するのに伴い、モータ６０の回転方向が反転するので、機械における摩擦トルクも図６に示すように、その後、極性が反転する方向に大きく変化することになる。
【００６７】
切替タイミング生成部３３の出力する切替タイミング信号Ｐｓｗは、図６に示すように、時刻ｔ０、ｔ２、ｔ４、ｔ６において反転する信号となる。この切替タイミング信号Ｐｓｗは、遅延回路３９ａ、３９ｂにおいて所定の時間だけ遅延され、図６に示すように、時刻ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７においてその極性が反転する信号となる。この遅延された切替タイミング信号Ｐｓｗに従い、信号切替部３５において第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とが切り替えられる。ここで、第１のトルク補償値Ｖａｌ１は、速度指令信号Ｐｒ／ｄｔの極性が負から正に変わる時に対応する値であり、時刻ｔ０からｔ１の間、ｔ３からｔ５の間、ｔ７からｔ８の間において選択される。一方、第２のトルク補償値Ｖａｌ２は、速度指令信号Ｐｒ／ｄｔの極性が正から負に変わる時に対応する値であり、時刻ｔ１からｔ３の間、ｔ５からｔ７の間において選択される。
【００６８】
この場合、補償値生成部３２から出力される第１のトルク補償値Ｖａｌ１は値が”＋Ｐ”、第２のトルク補償値Ｖａｌ２は値が”−Ｑ”である。そして、補償信号直流遮断部３４において、遅延された切替タイミング信号Ｐｓｗによる切り替えと同時に、ＨＰＦ３４１の作用により、合成トルク補償用信号Ｓｇの直流成分が遮断される。従って、補償信号直流遮断部３４の出力する信号Ｃｍｐ’は、図６のように時刻ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７で切り替えられた直後は、”＋Ｐ”または”−Ｑ”の値となり、その後、漸近的にゼロに近づく波形となる。
【００６９】
図５の構成の場合、この信号Ｃｍｐ’は、ローパスフィルタで構成される補償信号平滑化部５３に入力され、補償信号平滑化部５３の出力するトルク補償用信号Ｃｍｐは、図６に示すように、信号Ｃｍｐ’の波形よりも平滑化された波形の信号となる。
【００７０】
以上のように、モータ制御装置１０において生成されるトルク補償用信号Ｃｍｐは、図６に示すような回転方向反転時での摩擦トルクの変化と、タイミング的に一致するような信号である。このように、補償信号生成部１３で生成されたトルク補償用信号Ｃｍｐは、モータ６０の回転位置の応答遅れに伴い緩やかに変化する摩擦トルクに近い信号となり、摩擦トルクを補償する信号として、より適合する信号となっている。
【００７１】
さらに、図６に示す通り、速度指令信号Ｐｒ／ｄｔの極性が負から正に変わる時の一方の摩擦トルクの変化と、速度指令信号Ｐｒ／ｄｔの極性が正から負に変わる時の他方の摩擦トルクの変化は大きさが異なっている。このため、それぞれにおいて異なる適正な大きさのトルク補償用信号を与える必要があり、本実施の形態では、第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とを個別に生成している。そして、特に、本実施の形態では、補償信号直流遮断部３４において、切替タイミング時にＨＰＦ３４１をリセットし、ＨＰＦ３４１に蓄積された直流成分がゼロとなるような構成としている。このような構成であるため、トルク補償用信号Ｃｍｐにおいて、振幅が”Ｐ”の正側の補償用信号は上記一方の摩擦トルクの変化に対応し、振幅が”−Ｑ”の負側の補償用信号は上記他方の摩擦トルクの変化に対応している。これに対し、本実施の形態のような補償信号直流遮断部３４が無ければ、トルク補償用信号として作用する振幅は”（Ｐ＋Ｑ）”または”−（Ｐ＋Ｑ）”となり、両方とも同一の大きさになってしまう。
【００７２】
以上、本実施の形態では、補償信号直流遮断部３４を含む補償信号生成部１３の構成としている。このような構成とすることによって、図６に示す通り、時刻ｔ３、ｔ７におけるトルク補償用信号Ｃｍｐ’の正側ピークの振幅と、時刻ｔ１、ｔ５におけるトルク補償用信号Ｃｍｐ’の負側ピークの振幅とは、”Ｐ”または”−Ｑ”の値であり、それぞれ個別に異なる振幅で作用することになる。そのため、摩擦トルクを補償する信号としてトルク補償用信号Ｃｍｐがより適合する信号となっている。その結果、図７に示すように象限突起が小さく抑制される結果となる。
【００７３】
なお、逆に、トルク補償用信号において正側と負側の振幅が同じでもよい場合には、補償信号直流遮断部３４におけるＨＰＦ３４１のリセット動作を省略するような構成としてもよい。すなわち、合成トルク補償用信号ＳｇをＨＰＦ３４１に供給して、ＨＰＦ３４１をリセットせずにトルク補償用信号を生成してもよい。このような構成であっても、図３に示す構成に比べて抑制レベルは落ちるものの、象限突起を小さくする効果を得ることができる。
【００７４】
以上説明したように、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置においては、トルク補償用信号が、象限切り替わりのタイミングにおいて大きく変化する摩擦トルクの変化を適正に補うように作用する。このため、本モータ制御装置は、従来のモータ制御装置と比較して、象限突起の大きさがより小さく抑制される結果となる。従って、象限突起をより小さく抑制可能なモータ制御装置が実現できる。
【００７５】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置７０を含むモータ制御システムのブロック図である。
【００７６】
図１におけるモータ制御装置１０との比較において、本実施の形態のモータ制御装置７０は、さらにオブザーバ部７１および第２の加算器７２を備えている。また、補償信号生成部１３は、図５のように補償信号平滑化部５３を備えた補償信号生成部１３１の構成であってもよい。なお、実施の形態１と同一の構成要素については詳細な説明を省略し、相違点に絞って説明する。
【００７７】
図８に示すように、オブザーバ部７１は、駆動部１５に入力される第３のトルク指令信号Ｔｑ３とエンコーダ６９の出力する位置検出信号Ｐｄを入力する。そして、オブザーバ部７１は、その２つの信号からモータ６０の負荷トルクを推定し、負荷トルク推定値を出力する。そして、その負荷トルク推定値を示す負荷トルク推定信号Ｔｑｅを、第２の加算器７２において第２のトルク指令信号Ｔｑ２に加算している。本実施の形態では、このようにオブザーバ部７１を設けた構成とすることで、モータ６０の負荷トルクの変動に起因する回転位置のずれの影響を軽減している。以下、このようなオブザーバ部７１の詳細な構成およびその動作について説明する。
【００７８】
図９は、本実施の形態におけるモータ制御装置７０のオブザーバ部７１の詳細な構成を示すブロック図である。図９において、入力される位置検出信号Ｐｄは、微分処理部７４により時間微分され、回転速度を示す回転速度信号Ｓｄｄに変換される。その回転速度信号Ｓｄｄは、負荷モデル逆演算処理部７５に入力され、モータ６０に加わる駆動トルクと負荷トルクとの両方を含むトルクの値が計算されて、合成トルク信号Ｔｑｃとして出力される。この負荷モデル逆演算処理部７５の出力する合成トルク信号Ｔｑｃとモータ６０に加わる駆動トルクを示す第３のトルク指令信号Ｔｑ３との差を差分演算器７６により計算することにより、モータ６０に加わる負荷トルクの推定値が算出できる。
【００７９】
本実施の形態では、この負荷トルクの推定値を示す信号に対して、さらに、ローパスフィルタの特性を有したフィルタ７７を通過させ、負荷トルク推定信号Ｔｑｅとしてオブザーバ部７１から出力している。このように、負荷トルクの推定値をフィルタ７７経由で出力することにより、負荷トルクの推定値に含まれる不要なノイズ成分を除去している。さらに、そのノイズ除去と同時に、この負荷トルク推定信号Ｔｑｅが第２の加算器７２において第２のトルク指令信号Ｔｑ２に加算されることで形成される負帰還ループの安定性を確保する役割を果たす。
【００８０】
以上のように構成されたモータ６０およびモータ制御装置７０を２組用いて、Ｘ軸、Ｙ軸を駆動し円軌跡を描くように位置指令信号Ｐｒを与えた場合の一例を挙げる。ここでは、本実施の形態のモータ制御装置７０の動作について、実施の形態１におけるモータ制御装置１０を用いた場合の動作と対比させて説明する。
【００８１】
図１０は、本実施の形態におけるモータ制御装置７０の各部の信号波形を示す波形図であり、一方の軸のモータ制御装置７０における各部の信号波形を示す。図１０における各信号は、図６の（ａ）から（ｆ）までで区分した各信号と同一箇所の信号を示している。
【００８２】
図８に示す通り、オブザーバ部７１を備えたモータ制御装置７０においては、オブザーバ部７１の出力する負荷トルク推定信号Ｔｑｅが、モータ６０に加わる負荷トルクの変動を補うように作用する。すなわち、図１０の摩擦トルクに示すモータ６０に加わる負荷トルクの多くを、オブザーバ部７１の出力する負荷トルク推定信号Ｔｑｅが補う結果となる。従って、実施の形態１におけるモータ制御装置１０の場合と比較して、第１のトルク補償値Ｖａｌ１および第２のトルク補償値Ｖａｌ２は、おおよそ１０分の１程度と小さい値で済むようになる。図１０に示すとおり、本実施の形態では、トルク補償用信号Ｃｍｐの振幅を小さくしているが、負荷トルク推定信号Ｔｑｅを第２のトルク指令信号Ｔｑ２に加算した効果により、この状態であっても、十分にモータ６０に加わる負荷トルクの変動を補うことが可能となる。
【００８３】
図１１は、実施の形態１および実施の形態２における構成により、象限突起の大きさの変化をグラフとして示す図である。図１１において、横軸がＸ軸、Ｙ軸の送り速度を示し、縦軸が象限突起の大きさの測定結果を示している。そして、図１１の（ａ）〜（ｄ）では、次のような場合の測定結果を示している。まず、図１１の（ｂ）は、図１に示すモータ制御装置１０において第１のトルク補償値Ｖａｌ１および第２のトルク補償値Ｖａｌ２を最適値に調整した場合の結果である。一方、図１１の（ａ）は、モータ制御装置１０において第１のトルク補償値Ｖａｌ１および第２のトルク補償値Ｖａｌ２をゼロに設定した場合の結果であり、トルク補償値を適正に設定することで象限突起が大きく改善されていることが分かる。
【００８４】
それに対し、図１１の（ｄ）は、図８に示すモータ制御装置７０において第１のトルク補償値Ｖａｌ１および第２のトルク補償値Ｖａｌ２を最適値に調整した場合の結果である。図１１の（ｄ）は、図１１の（ｂ）に示す結果よりもさらに改善されており、Ｘ軸、Ｙ軸の送り速度の広い範囲に渡って象限突起が小さく抑制されている。一方、図１１の（ｃ）はモータ制御装置７０において第１のトルク補償値Ｖａｌ１および第２のトルク補償値Ｖａｌ２をゼロに設定した場合の結果である。この結果から、オブザーバ部７１の作用だけでは応答速度に限界があるため、送り速度が大きい領域において象限突起が悪化する傾向にあることが分かる。しかしながら、図１１の（ｄ）に示す通り、トルク補償値の適正な設定に加えてオブザーバ部７１を併用することで、象限突起を抑制する作用が相乗効果的に発揮され、象限突起の十分な抑制が可能となっている。
【００８５】
さらに、上述の通り、モータ制御装置７０においては、モータ制御装置１０よりもトルク補償値の設定値を小さくできるので、この設定値に対する機械摩擦のばらつきや経年変化の影響度も相対的に低下することとなり、これらの影響を受けにくくなるという効果もある。
【００８６】
以上説明したように、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置においては、トルク補償用信号に加えて、オブザーバ部による負荷トルク推定信号の値が効果的に補うように作用するので、広い範囲の送り速度において、象限突起の大きさがより小さく抑制される結果となる。また、トルク補償用信号の設定値も比較的小さな値に抑えられるので、機械摩擦のばらつきや経年変化の影響も受けにくくなる。従って、安定して象限突起をより小さく抑制できるサーボモータの制御装置が実現できる。
【００８７】
なお、本実施の形態では、第２の加算器７２が、第２のトルク指令信号Ｔｑ２に負荷トルク推定信号Ｔｑｅを加算するような構成例を挙げて説明したが、当然のことながら、次のような変形も可能である。すなわち、加算器１４がトルク補償用信号Ｃｍｐに加えてオブザーバ部の負荷トルク推定信号Ｔｑｅも加算して出力するような構成としたり、トルク補償用信号Ｃｍｐを加算する加算器１４と負荷トルク推定信号Ｔｑｅを加算する第２の加算器７２の順序を入れ替えたりするような構成に変更してもよい。
【００８８】
（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置８０を含むモータ制御システムのブロック図である。
【００８９】
図８におけるモータ制御装置７０との比較において、本実施の形態のモータ制御装置８０は、さらに補償値算出部８１を有した補償信号生成部８３を備えている。また、補償信号生成部８３は、図５のように補償信号平滑化部５３を備えた構成であってもよい。なお、実施の形態２と同一の構成要素については詳細な説明を省略し、相違点に絞って説明する。
【００９０】
図１２に示すように、補償値算出部８１には、オブザーバ部７１の出力する負荷トルク推定信号Ｔｑｅ、および切替タイミング生成部３３からの切替タイミング信号Ｐｓｗが入力される。そして、補償値算出部８１は、切替タイミング信号Ｐｓｗが変化するタイミングでトルク補償値Ｖａｌを更新して出力する。このトルク補償値Ｖａｌは、補償信号直流遮断部３４に入力される。また、オブザーバ部７１の出力する負荷トルク推定信号Ｔｑｅは機械摩擦の大きさを表しているので、これをトルク補償値Ｖａｌとして活用することが可能である。具体的には、負荷トルク推定信号Ｔｑｅが示す負荷トルク推定値に所定の係数Ｋｑｅを乗算した値をトルク補償値Ｖａｌとして設定する処理を行う。
【００９１】
ただし、サーボモータを重力の掛かる垂直軸に適用した場合、モータ６０に掛かる負荷トルクとしては、機械摩擦による負荷トルク以外に重力による負荷トルクが重畳される。このため、モータ６０を垂直軸に適用する場合には、オブザーバ部７１の出力する負荷トルク推定値から、重力による負荷トルクを差し引いて、機械摩擦のみの大きさを得る必要がある。
【００９２】
図１３は、このような重力による負荷トルクへの影響も考慮した補償値算出部８１の詳細な構成を示すブロック図である。図１３において、停止判定部８１５は、位置指令信号Ｐｒが一定時間変化していない停止状態であるかどうかを判定する。停止判定部８１５は、停止状態であると判定すると、オフセット保存部８１６に対し、入力した負荷トルク推定信号Ｔｑｅの値を保存するように指令を送る。これにより、オフセット保存部８１６は、停止状態のときの負荷トルク推定信号Ｔｑｅの値をオフセット値Ｏｆｓとして保持している。そして、差分演算器８１７は、入力した負荷トルク推定信号Ｔｑｅの値からオフセット保存部８１６に保存されたオフセット値Ｏｆｓを差し引いて係数乗算器８１３に出力する。
【００９３】
加速度算出部８１１は、位置指令信号Ｐｒを微分した速度指令をさらに微分することで、速度指令が負から正あるいは正から負に変化するタイミングでの加速度を算出して、係数決定部８１２へ送る。加速度の値を係数決定部８１２に送るのは、送り速度により上記の所定の係数Ｋｑｅを変える必要があるためである。係数決定部８１２は、この加速度の値と、制御演算部１２およびオブザーバ部７１の内部の定数等の設定情報とに基づいて、所定の係数Ｋｑｅを決定し、係数乗算器８１３に送る。係数乗算器８１３は、差分演算器８１７の出力値に所定の係数Ｋｑｅを乗算し、更新部８１４へ送る。更新部８１４は、切替タイミング信号Ｐｓｗが変化するタイミングで、係数乗算器８１３から入力された値を更新してトルク補償値Ｖａｌとして出力する。
【００９４】
以上のように構成された補償値算出部８１においては、速度指令が負から正あるいは正から負に変化するタイミングでのオブザーバ部７１の出力する負荷トルク推定信号Ｔｑｅの値に基づいてトルク補償値Ｖａｌを設定する。このため、内部の係数決定部８１２において適切な係数が決定される限り、出力するトルク補償値Ｖａｌとして十分に適切な値が自動的に出力される結果となる。すなわち、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置７０のように、調整により第１のトルク補償値Ｖａｌ１と第２のトルク補償値Ｖａｌ２とをそれぞれ分離して設定する必要は無くなり、かつ、機械摩擦のばらつきや経年変化についても自動的にトルク補償値が設定されるので、これらの影響を受けることも無くなる。さらに、停止時を検出して重力による負荷トルクを差し引いてトルク補償値が設定されるので、重力による影響を受けることもない。
【００９５】
図１０の摩擦トルクに示す通り、モータ６０の負荷トルクは、時刻ｔ２での値と時刻ｔ４での値は大きさが異なっているが、補償値算出部８１においては、図１０に示す切替タイミング信号Ｐｓｗが変化するタイミングにおいてトルク補償値Ｖａｌを更新して出力する。このため、図１０に示すトルク補償用信号Ｃｍｐと全く同様の信号を調整することなく出力することができる。従って、オブザーバ部７１の出力する負荷トルク推定信号Ｔｑｅの値をトルク指令信号Ｔｑ２に加算する処理との相乗効果により、象限突起の十分な抑制が可能となっている。
【００９６】
以上説明したように、本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置においては、トルク補償用信号に加えてオブザーバ部による負荷トルク推定信号の値が効果的に補うように作用するので、広い範囲の送り速度において象限突起の大きさがより小さく抑制される結果となる。また、トルク補償用信号の値も比較的小さな値であり、かつ自動的に設定されるので、機械摩擦のばらつきや経年変化の影響も非常に受けにくくなる。さらに、サーボモータを垂直軸に適用した場合であっても、トルク補償用信号の値が自動的かつ適正に設定される。従って、安定度が高く象限突起をより小さく抑制可能なモータ制御装置が実現できる。
【００９７】
なお、以上、実施の形態１〜３のモータ制御装置が、デジタル回路などによる機能ブロックを含む構成例を挙げて説明したが、例えば、プログラムのような処理手順に基づく処理で行うような構成であってもよい。すなわち、例えば、制御演算部１２、補償信号生成部１３、１３１、８３、オブザーバ部７１などの機能については、制御処理方法を実行するプログラムとしてメモリなどに記憶させる。そして、マイクロコンピュータがそれらのプログラムを実行するような構成とすることによっても、本実施の形態を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、回転方向反転時の負荷トルクの変化を適正に補償することが可能である。従って、本発明にかかるモータ制御装置は、産業用のＦＡサーボモータの制御に利用でき、特に、軌跡精度が要求される加工機などの用途に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１０，７０，８０，９０    モータ制御装置
１２    制御演算部
１３，８３，１３１    補償信号生成部
１４，２８，７２    加算器
１５    駆動部
２１，２３，３４２    減算器
２２    位置ゲイン設定部
２４    微分演算部
２５    速度比例ゲイン設定部
２６    速度積分ゲイン設定部
２７    積分演算部
３２    補償値生成部
３３    切替タイミング生成部
３４    補償信号直流遮断部
３５    信号切替部
３９ａ，３９ｂ    遅延回路
５１    スイッチ
５３    補償信号平滑化部
６０    モータ
６９    エンコーダ
７１    オブザーバ部
７４    微分処理部
７５    負荷モデル逆演算処理部
７６，８１７    差分演算器
７７    フィルタ
８１    補償値算出部
９１    正負反転部
３３２    反転検知部
３３３    タイミング生成部
３４１    ＨＰＦ
３４３    Ｄフリップフロップ
３４４    乗算器
３４９    レベル変化検知部
８１１    加速度算出部
８１２    係数決定部
８１３    係数乗算器
８１４    更新部
８１５    停止判定部
８１６    オフセット保存部
【手続補正２】
【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】
外部から入力された位置指令にモータの回転位置が追従するように、前記モータの回転動作を制御するモータ制御装置であって、
検出した前記モータの前記回転位置と前記位置指令とに基づく演算処理により、前記モータを駆動するための第１のトルク指令信号を生成する制御演算部と、
前記第１のトルク指令信号を補償するためのトルク補償用信号を生成する補償信号生成部と、
前記第１のトルク指令信号に前記トルク補償用信号を加算し、加算結果を第２のトルク指令信号として出力する加算器と、
前記第２のトルク指令信号が供給され、前記第２のトルク指令信号に基づいて、前記モータの巻線を通電駆動する駆動信号を生成する駆動部とを備え、
前記補償信号生成部は、
前記モータの回転方向反転時のタイミングに基づいた切替タイミングにおいて、所定の値のトルク補償値に切り替わる前記トルク補償用信号を生成するモータ制御装置。
【請求項２】
前記補償信号生成部が生成する前記トルク補償用信号は、前記所定の値の前記トルク補償値の切り替わりの後に、漸近的にゼロに近づくような信号である請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記補償信号生成部が生成する前記トルク補償用信号は、さらに、前記トルク補償値の切り替え直後の変化が緩やかに変化する請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記補償信号生成部は、
一方の回転方向に対応する第１のトルク補償値と、前記一方の回転方向とは反対の回転方向に対応する第２のトルク補償値とを生成する補償値生成部と、
前記切替タイミングを生成する切替タイミング生成部と、
前記切替タイミングに基づき、前記第１のトルク補償値と前記第２のトルク補償値とを切り替えて合成した合成トルク補償用信号を生成して出力する信号切替部と、
前記合成トルク補償用信号に含まれる直流成分を遮断し、前記トルク補償用信号として出力する補償信号直流遮断部とを備えた請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記補償信号直流遮断部は、内部に蓄積された直流成分がリセット可能なハイパスフィルタを備え、
前記ハイパスフィルタは、前記切替タイミングに基づきリセットされるとともに、前記合成トルク補償用信号に含まれる前記直流成分を遮断した前記トルク補償用信号を出力する請求項４に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記補償信号生成部は、前記第１のトルク補償値と前記第２のトルク補償値とを切り替えた後の変化が緩やかに変化するように平滑化して出力する補償信号平滑化部をさらに備え、前記補償信号平滑化部で平滑化した信号を前記トルク補償用信号として出力する請求項４または５に記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記駆動部に供給される前記第２のトルク指令信号と前記モータの回転速度とから、前記モータに加わる負荷トルクを検出し、その負荷トルクに相当する負荷トルク推定信号を出力するオブザーバ部をさらに備え、
前記加算器は、前記トルク補償用信号に加えて、前記負荷トルク推定信号も、前記第１のトルク指令信号に加算して出力する請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記モータの回転方向反転時における前記負荷トルク推定信号に基づき、前記トルク補償値の値を算出して設定する補償値算出部をさらに備えた請求項７に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記補償値算出部は、前記トルク補償値を所定のオフセット値だけ補正して設定する請求項８に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記補償値算出部は、前記モータの停止時における前記負荷トルク推定信号を前記オフセット値として保存し、前記トルク補償値を前記オフセット値だけ補正して設定する請求項９に記載のモータ制御装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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