(57)【要約】【課題】振動を抑え安定性のある制御ゲインの設定を可能とするサーボ制御装置を提供する。【解決手段】サーボ制御装置は、速度制御部１４の速度制御ゲインを電流制御ゲインに連動して変更する速度制御ゲイン変更部１２と、速度制御ゲインに連動して電流制御部１６の電流制御ゲインを変更する電流制御ゲイン変更部１３と、電流制御ゲインに基づいて速度制御ゲインの上限を制限する速度制御ゲイン制限部２０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータ（５）の速度を制御する速度制御部（１４）と、前記サーボモータ（５）の電流を制御する電流制御部（１６）と、を備えたサーボ制御装置において、
前記速度制御部（１４）の速度制御ゲインを変更する速度制御ゲイン変更部（１２）と、
前記電流制御部（１６）の電流制御ゲインを変更する電流制御ゲイン変更部（１３）と、を備え、
前記速度制御部（１４）および前記電流制御部（１６）は、それぞれ互いに連動して制御ゲインを変更するものであることを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
前記電流制御部（１６）の前記電流制御ゲインに基づいて前記速度制御ゲインの上限を制限する速度制御ゲイン制限部（２０）を備えたことを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御装置。
【請求項３】
前記電流制御部（１６）は、比例積分で制御するものであり、
前記速度制御ゲイン制限部（２０）は、前記電流制御部（１６）の積分時定数に応じて前記速度制御ゲインの上限を変更するものであることを特徴とする請求項２に記載のサーボ制御装置。
【請求項４】
前記速度制御ゲイン制限部（２０）は、サーボモータ（５）の速度を検出する検出分解能または検出精度と予め設定された基準値との比較結果に基づいて、前記速度制御ゲインの上限を制限するものであることを特徴とする請求項２に記載のサーボ制御装置。
【請求項５】
サーボモータ（５）の速度を制御する速度制御部（１４）と、
前記サーボモータ（５）の電流を制御する電流制御部（１６）と、を備えたサーボ制御装置において、
前記電流制御部（１６）の基準の積分時定数（Ｔ１）を、新たに設定する積分時定数（Ｔ）で割った倍率を求め、
前記電流制御部（１６）の電流制御カットオフ周波数の上限を電流制御遮断周波数に前記倍率を掛けた値とし、
前記速度制御部（１４）の速度制御遮断周波数が前記電流制御カットオフ周波数の上限の１／８以下かどうか判断し、
１／８以下の場合は、前記電流制御遮断周波数を前記速度制御遮断周波数の８倍とし、
一方、１／８以下でない場合は、前記速度制御遮断周波数が前記電流制御カットオフ周波数の上限の１／４以下かどうか判断し、
１／４以下の場合は、前記電流制御遮断周波数を前記速度制御遮断周波数の４倍とし、
一方、１／４以下でない場合は、前記速度制御遮断周波数を前記電流制御遮断周波数の１／４倍とすることで、前記速度制御部（１４）の速度制御ゲインおよび前記電流制御部（１６）の電流制御ゲインを決定する手段を有することを特徴とするサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサーボモータを駆動するサーボ制御装置に関し、特に振動を抑え安定性のある制御ゲイン設定を可能とするサーボ制御装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来技術および本発明を実施するサーボ制御装置の構成図である。なお、実際のサーボ制御装置には様々な機能や手段が内蔵されているが、本発明に記載の各図には本発明に関係する機能や構成要素のみを記載し説明することとする。
図４において、１はマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、２は電流制御部、３はベースドライブ駆動回路、４はパワートランジスタモジュール、５はサーボモータ、６はエンコーダ（ＰＧ）、７はエンコーダ入力回路である。
以下、図４を用いて、従来技術および本発明を実施するサーボ制御装置の構成および動作について説明する。  
マイクロコンピュータ１は、速度指令を外部のコントローラ等から受取る。そして、エンコーダ６からの位置をエンコーダ入力回路７から読取り、位置のサンプリング時間毎の差を取り速度とし、この速度をフィードバックして、速度制御のサンプリング時間、すなわち制御周期毎に速度制御を行う。電流制御部２では、マイクロコンピュータ１の速度制御部の出力である電流指令で電流制御を行い、ベースドライブ駆動回路３でパワートランジスタ４を駆動し、サーボモータ５を制御する。
【０００３】
図５は、従来技術および本発明を実施するサーボ制御装置の速度制御部のブロック図である。
図５において、８は速度制御部、９は積分、１０は位置のサンプリング、θは位置、ωは回転速度である。尚、図４と同じ説明符号のものは図４と同じ構成要素を示しているものとし、その説明は省略する。
以下、図５を用いて、従来技術および本発明を実施するサーボ制御装置の速度制御部の動作を説明する。
速度制御部８は、例えば、速度指令から、位置のサンプリング１０により得られた速度フィードバックを差し引き、速度偏差を求め、この速度の偏差にゲイン分をかけて積分等を行い、トルク指令を出力する。このトルク指令により、サーボモータ５に電流が流れトルクが発生すると、サーボモータ５は速度指令に応じた速度ωで運転する。  
【０００４】
図６は、従来技術および本発明を実施するサーボ制御装置の電流制御部のブロック図である。
図６において、１１はモータ電機子コイルである。尚、図４、５と同じ説明符号のものは図４、５と同じ構成要素を示しているものとし、その説明は省略する。
以下、図６を用いて、従来技術および本発明を実施するサーボ制御装置の電流制御部の動作を説明する。
電流制御部２は、例えば、電流指令から、電流フィードバックを差し引き、電流偏差を求め、この電流の偏差にゲイン分をかけて積分等を行い、電圧指令、すなわちＰＷＭ指令を出力する。この電圧指令により、ベースドライブ駆動回路３でパワートランジスタ４を駆動することによりモータ電機子コイル１１の電流を制御し、サーボモータ５を駆動する。
【０００５】
このような構成において、従来のサーボ制御装置の速度制御部及び電流制御部は、電流制御ゲインを固定とし、応答を上げる場合には、速度制御ゲインのみを変えていた。
また、トルク定数の低下をサーボ制御回路で推定し、このトルク定数の低下分を補償した補正トルク指令を求め、補正トルク指令により電流指令を行うことにより、トルク定数を一定に保持していた（例えば、特許文献１参照）。  
また、別の従来例では、速度の振動周波数が、速度制御におけるサンプリング時間の周波数に対して一定の割合より小さい場合は、速度制御パラメータを大きくし、一定の割合より大きい場合は、速度制御パラメータを小さくすることが提案されてきた（例えば、特許文献２参照）。
このように、従来のサーボ制御装置では電流制御ゲインを固定にして応答を上げるには、速度制御ゲインのみ変えていた。
【特許文献１】特開１１−１９１９９０号公報（第６頁、第１図）
【特許文献２】特開７−２８１７０８号公報（第７頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術によるサーボ制御装置では、速度制御の応答がそれ程必要がない機械の場合であっても、電流制御の応答は固定として出来る限りゲインを高くとっていたので、機械やサーボモータのばらつきによっては電流が振動的となり、速度制御にも影響を及ぼし、そのため再調整が必要となるという問題があった。
また、特許文献１の技術のように、サーボモータの運転状況に応じてトルク定数を一定に保持するだけでは、やはり応答が高いと電流が振動的となる場合があった。
また、特許文献２の技術は、速度の振動が小さいと速度制御ゲインを上げるようにしているので、電流制御ゲインとは関係がなく、そのため安定性が無く機械の経年変化等で調整が必要になるという問題もあった。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、振動を抑え安定性のある制御ゲイン設定を可能とするサーボ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、サーボモータの速度を制御する速度制御部と、前記サーボモータの電流を制御する電流制御部と、を備えたサーボ制御装置において、前記速度制御部の速度制御ゲインを変更する速度制御ゲイン変更部と、前記電流制御部の電流制御ゲインを変更する電流制御ゲイン変更部と、を備え、前記速度制御部および前記電流制御部は、それぞれ互いに連動して制御ゲインを変更するものであることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のサーボ制御装置において、前記電流制御部の前記電流制御ゲインに基づいて前記速度制御ゲインの上限を制限する速度制御ゲイン制限部を備えたことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のサーボ制御装置において、前記電流制御部は、比例積分で制御するものであり、前記速度制御ゲイン制限部は、前記電流制御部の積分時定数に応じて前記速度制御ゲインの上限を変更するものであることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のサーボ制御装置において、前記速度制御ゲイン制限部は、前記サーボモータの速度を検出する検出分解能または検出精度と予め設定された基準値との比較結果に基づいて、前記速度制御ゲインの上限を制限するものであることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、サーボモータの速度を制御する速度制御部と、前記サーボモータの電流を制御する電流制御部と、を備えたサーボ制御装置において、前記電流制御部の基準の積分時定数を、新たに設定する積分時定数で割った倍率を求め、前記電流制御部の電流制御カットオフ周波数の上限を電流制御遮断周波数に前記倍率を掛けた値とし、前記速度制御部の速度制御遮断周波数が前記電流制御カットオフ周波数の上限の１／８以下かどうか判断し、１／８以下の場合は、前記電流制御遮断周波数を前記速度制御遮断周波数の８倍とし、一方、１／８以下でない場合は、前記速度制御遮断周波数が前記電流制御カットオフ周波数の上限の１／４以下かどうか判断し、１／４以下の場合は、前記電流制御遮断周波数を前記速度制御遮断周波数の４倍とし、一方、１／４以下でない場合は、前記速度制御遮断周波数を前記電流制御遮断周波数の１／４倍とすることで、前記速度制御部の速度制御ゲインおよび前記電流制御部の電流制御ゲインを決定する手段を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１および５に記載の発明によると、速度制御ゲインも電流制御ゲインも必要以上に高くならないため振動が抑えられ、バランスと安定性のある制御ゲインを設定できる。  
【００１４】
また、請求項２および５に記載の発明によると、電流制御ゲインが決まっていても速度制御ゲインとのバランスがとれ、安定性のある制御ゲインとすることができる。  
【００１５】
また、請求項３および５に記載の発明によると、電流制御が比例積分制御で速度制御ゲインが上げられる場合も、それに応じたバランスと安定性のある制御ゲインとすることができる。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明によると、速度検出の分解能または検出精度が高く速度制御ゲインが上げられる場合も、その分解能又は精度に応じたバランスと安定性のある制御ゲインとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の第１実施例を示すサーボ制御装置のブロック図である。
図１において、１２は速度制御ゲイン変更部、１３は電流制御ゲイン変更部、１４は速度制御部、１５はトルク定数の逆数、１６は電流制御部、１７はトルク定数、２０は速度制御ゲイン制限部である。尚、従来技術と同じ説明符号のものは従来技術である図４、５、６と同じ構成要素を示しているものとし、その説明は省略する。
図１に示す本実施例の特徴とする点は、以下のとおりである。
すなわち、本実施例は、速度制御部１４の速度制御ゲインを電流制御ゲインに連動して変更する速度制御ゲイン変更部１２と、速度制御ゲインに連動して電流制御部１６の電流制御ゲインを変更する電流制御ゲイン変更部１３と、電流制御ゲインに基づいて速度制御ゲインの上限を制限する速度制御ゲイン制限部２０と、を備えるようにしている点であり、速度制御ゲインと電流制御ゲインを、具体的には、速度制御遮断周波数が電流制御カットオフ周波数の上限の１／８以下かどうか判断し、１／８以下の場合は、電流制御遮断周波数を速度制御遮断周波数の８倍とし、一方、１／８以下でない場合は、速度制御遮断周波数が電流制御カットオフ周波数の上限の１／４以下かどうか判断し、１／４以下の場合は、電流制御遮断周波数を速度制御遮断周波数の４倍とし、一方、１／４以下でない場合は、速度制御遮断周波数を電流制御遮断周波数の１／４倍とすることで、連動させている点である。
【００１９】
ここで、図１を用いて、本発明を適用するサーボ制御装置における速度制御部１４と電流制御部１６の関係について説明する。
電流制御部１６は、速度制御部１４の内側のループにある。この電流制御部１６はサーボモータ５に電流を流し、トルク定数ＫＴ分、サーボモータ５がトルクを発生することで速度となる。そこで、電流指令で即、電流が流れれば応答の問題はないが、応答が外側の速度制御部１４の応答に比べ遅いと遅れになり、速度制御部１４の応答が上げられなくなってしまう。速度制御部１４の遮断周波数で９０ｄｅｇ遅れると減衰してしまうので、それ以下にする必要がある。電流制御部１６を１次系とした場合の速度制御部の応答における振動限界は３Ｔである。但し、Ｔ＝１／２πｆoであり、ｆoは位相遅れ９０ｄｅｇの時の周波数である。従って、電流制御部１６の応答は、目安として速度制御部１４の応答の３〜４倍以上にする必要がある。
本発明は、振動限界に対して余裕がある場合とそうでない場合に分け、この３〜４倍を確保するものである。
【００２０】
図２は、本発明の第１実施例を示すサーボ制御装置の制御ゲイン設定手順のフローチャートである。
図２において、Ｋｖは速度制御ゲイン、ｆｃは電流制御遮断（カットオフ）周波数、ｆｃ１は電流制御カットオフ周波数の上限である。
以下、図２のフローチャートを用いて本実施例の制御ゲイン設定手順（ステップ）を説明する。
先ず、ステップＳＴ１で電流制御部１６に積分があるかどうか判断する。積分がある場合は、ステップＳＴ２で電流制御ゲインの限界値ｆｃ１をｆｃのＴ１／Ｔ倍の値とする。ここで、Ｔ１は基準の積分時定数、Ｔは設定する積分時定数であり、Ｔ１／Ｔ＜１．５程度とする。
次に、ステップＳＴ３で速度制御遮断周波数Ｋｖが電流制御部１６の遮断周波数ｆｃ１の１／８以下かどうか比較する。ステップＳＴ３で電流制御部１６の遮断周波数ｆｃ１の１／８以下の場合は、ステップＳＴ４で電流制御部１６の周波数ｆｃを速度制御部１４の周波数Ｋｖの８倍として設定する。
一方、ステップＳＴ３で電流制御部１６の遮断周波数ｆｃ１の１／８以下でない場合は、ステップＳＴ５で速度制御部１４の遮断周波数Ｋｖが電流制御部１６の遮断周波数ｆｃ１の１／４以下かどうか比較する。ステップＳＴ５で電流制御部１６の遮断周波数ｆｃ１の１／４以下の場合は、ステップＳＴ６で電流制御部１６の周波数ｆｃを速度制御部１４の周波数Ｋｖの４倍として設定する。
一方、ステップＳＴ５で電流制御部１６の遮断周波数ｆｃ１の１／４以下でない場合は、速度制御部１４の周波数は限界値を超えているので、ステップＳＴ７で速度制御部１４の周波数Ｋｖを電流制御部１６の周波数ｆｃの１／４倍として設定する。
最後に、ステップＳＴ８で決定した速度制御ゲインＫｖと電流制御ゲインｆｃを設定する。
【００２１】
このようにして速度制御ゲインと電流制御ゲインのゲイン関係を確認しながらゲイン調整するので、電流制御ゲインが決まっていても速度制御ゲインとのバランスがとれ、電流制御が比例積分制御で速度制御ゲインが上げられる場合も、速度制御ゲインも電流制御ゲインも必要以上に高くならず、バランスがとれ、安定性のある制御ゲインに設定できる。
【実施例２】
【００２２】
本実施例の構成は、第１実施例を示す図１と同じであるので、その説明は省略する。
本実施例の特徴とする点は以下のとおりである。
すなわち、本実施例のサーボ制御装置は、第１実施例のサーボ制御装置における速度制御ゲイン制限部２０に、速度検出の検出分解能又は検出精度に応じて速度制御ゲインの上限を制限する機能を付与している点である。
【００２３】
図３は、第２実施例を示すサーボ制御装置の制御ゲイン設定手順のフローチャートである。
第１実施例を示す図２のフローチャートと相違する点は、本実施例は、ステップＳＴ８の替わりにステップＳＴ９、１０、１１を有するようにしている点である。
以下、図３を用いて本実施例のサーボ制御装置の制御ゲイン設定手順について説明する。
本フローチャートのステップＳＴ１からステップＳＴ７は、前述した図２と同じであるので、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ７の説明は省略する。
ステップＳＴ９でサーボモータの速度を検出する検出分解能または検出精度と予め設定された基準値とを比較し、ステップＳＴ１０で速度検出の検出分解能又は検出精度に応じて、速度制御ゲインの上限を制限値Ｋｖｌに制限する。制限値Ｋｖｌは、Ｋｖｌ＝Ａ×Ｋｖとする。ここで、Ａは検出分解能又は検出精度に応じて決める係数で０．５≦Ａ≦１．５の値をとる。係数は標準的な分解能を１として、例えば検出分解能が１／４倍の場合を０．５、そして検出分解能が４倍の場合を１．５というように予め決めておく。なお、速度制御ゲインＫｖの値もこの係数分掛けても構わない。
以上の手順で決定した速度制御ゲインおよび電流制御ゲインをステップＳＴ１１で設定する。
【００２４】
以上述べたように、本実施例に係るサーボ制御装置は、速度制御部１４の速度制御ゲインを電流制御ゲインに連動して変更する速度制御ゲイン変更部１２と、速度制御ゲインに連動して電流制御部１６の電流制御ゲインを変更する電流制御ゲイン変更部１３と、電流制御ゲインに基づいて速度制御ゲインの上限を制限する速度制御ゲイン制限部２０と、を備え、速度制御ゲインと電流制御ゲインのゲイン関係を確認しながらゲイン調整するようにしているので、速度検出の分解能が高く速度制御ゲインが上げられる場合も、必要以上に大きくならず安定性のある制御ゲインが設定できるのである。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、サーボモータを駆動するサーボ制御装置を用いた一般産業機械などで制御ゲインを可変することが望まれる用途に広く適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施例を示すサーボ制御装置のブロック図
【図２】本発明の第１実施例を示すサーボ制御装置の制御ゲイン設定手順のフローチャート
【図３】本発明の第２実施例を示すサーボ制御装置の制御ゲイン設定手順のフローチャート
【図４】従来技術および本発明を実施するサーボ制御装置の構成図
【図５】従来技術および本発明を実施するサーボ制御装置の速度制御部のブロック図
【図６】従来技術および本発明を実施するサーボ制御装置の電流制御部のブロック図
【符号の説明】
【００２７】
１  マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）
２  電流制御部
３  ベースドライブ駆動回路
４  パワートランジスタモジュール
５  サーボモータ
６  エンコーダ
７  エンコーダ入力回路
８  速度制御部
９  積分
１０  位置のサンプリング
１１  モータ電機子コイル
１２  速度制御ゲイン変更部
１３  電流制御ゲイン変更部
１４  速度制御部
１５  トルク定数の逆数
１６  電流制御部
１７  トルク定数
２０  速度制御ゲイン制限部
【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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