(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置指令と機械可動部位置を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度を入力しトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令を受けて増幅し電流を出力する電流制御部と、前記電流を供給されて回転するモータと、前記モータの軸の回転位置を検出してモータ位置信号を出力するモータ位置検出器と、前記モータ位置信号を受けてモータ速度信号を出力する速度演算部と、前記モータにより駆動される機械可動部の位置を検出して機械可動部位置信号を出力する機械可動部位置検出器とを備え、フィードバック制御により前記速度指令と前記モータ速度信号を一致させるモータの速度制御機能と、フィードバック制御により前記位置指令と前記機械可動部位置信号を一致させるモータの位置制御機能を備えた位置制御装置において、
前記機械可動部位置信号から前記モータ位置信号を減算してねじれ角信号を出力する減算器と、前記ねじれ角信号を受け位相を進めて出力するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの信号を入力して高周波成分のみをカットして出力するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの信号を受けトルク補正ゲインをかけてトルク補正信号を出力する係数器と、前記位置指令と前記機械可動部位置信号の差である位置偏差信号に基づいて前記トルク補正ゲインを変化させるトルク補正判定部と、前記トルク指令に前記トルク補正信号を加算し、新たなトルク指令とする加算器とを備えたことを特徴とする位置制御装置。
【請求項２】
前記トルク補正判定部において、
前記位置偏差信号の絶対値が基準値以上のときは前記トルク補正ゲインを零とし、前記位置偏差信号の絶対値が基準値以下へ変化するときに前記トルク補正ゲインを零から一定値に変化させることを特徴とする請求項１記載の位置制御装置。
【請求項３】
前記トルク補正判定部において、
前記位置偏差信号の絶対値が基準値以上のときは前記トルク補正ゲインを零とし、前記位置偏差信号の絶対値が前記基準値以下へ変化するときに前記トルク補正ゲインを零から一定値まで連続して変化させることを特徴とする請求項１記載の位置制御装置。
【請求項４】
位置指令と機械可動部位置を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度を入力しトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令を受けて増幅し電流を出力する電流制御部と、前記電流を供給されて回転するモータと、前記モータの軸の回転位置を検出してモータ位置信号を出力するモータ位置検出器と、前記モータ位置信号を受けてモータ速度信号を出力する速度演算部と、前記モータにより駆動される機械可動部の位置を検出して機械可動部位置信号を出力する機械可動部位置検出器とを備え、フィードバック制御により前記速度指令と前記モータ速度信号を一致させるモータの速度制御機能と、フィードバック制御により前記位置指令と前記機械可動部位置信号を一致させるモータの位置制御機能を備えた位置制御装置において、
比例演算を行う比例演算手段と、積分演算を行う積分演算手段と、前記速度制御部が出力するトルク指令を入力するイナーシャモデルと、前記イナーシャモデルの出力と前記比例演算手段の出力と前記積分手段の出力とを加算する加算器と、前記加算器の出力を積分し推定速度を出力する積分器と、前記速度演算部より出力されるモータ速度から前記推定速度を差し引いた差信号を前記比例演算手段と積分演算手段へ入力する減算器とから構成され前記モータ速度から推定速度を差し引いた差信号を出力とするオブザーバと、前記オブザーバ出力信号を受け位相を進めて出力するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの信号を入力して高周波成分のみをカットして出力するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの信号を受けトルク補正ゲインをかけてトルク補正信号を出力する係数器と、前記位置指令と前記機械可動部位置信号の差である位置偏差信号に基づいて前記トルク補正ゲインを変化させるトルク補正判定部と、前記トルク指令から前記トルク補正信号を減算し新たなトルク指令とする減算器とを備えたことを特徴とする位置制御装置。
【請求項５】
前記トルク補正判定部において、
前記位置偏差信号の絶対値が基準値以上のときは前記トルク補正ゲインを零とし、前記位置偏差信号の絶対値が基準値以下へ変化するときに前記トルク補正ゲインを零から一定値に変化させることを特徴とする請求項４記載の位置制御装置。
【請求項６】
前記トルク補正判定部において、
前記位置偏差信号の絶対値が基準値以上のときは前記トルク補正ゲインを零とし、前記位置偏差信号の絶対値が前記基準値以下へ変化するときに前記トルク補正ゲインを零から一定値まで連続して変化させることを特徴とする請求項４記載の位置制御装置。
【請求項７】
サーボモータの回転位置信号を微分した速度フィードバック信号に基づき速度制御を行うとともに、前記サーボモータで駆動される機械可動部あるいは前記サーボモータの回転軸に取り付けられた位置検出器からの位置フィードバック信号に基づき位置制御を行う機械可動部の位置制御装置において、
位置指令と前記位置フィードバック信号との位置偏差が所定の基準値より大きいとき可変ゲインを零とし、前記位置偏差が前記所定の基準値以下になったとき前記可変ゲインを一定の正数とする補正判別部と、前記位置偏差に前記可変ゲインを乗じた値を微分する微分処理部と、この微分処理部の出力を入力し速度指令補正量を出力するローパスフィルタとを備え、この速度指令補正量を速度指令基本量に加算し前記サーボモータの速度指令とすることを特徴とする位置制御装置。
【請求項８】
サーボモータの回転位置信号を微分した速度フィードバック信号に基づき速度制御を行うとともに、前記サーボモータで駆動される機械可動部あるいは前記サーボモータの回転軸に取り付けられた位置検出器からの位置フィードバック信号に基づき位置制御を行う機械可動部の位置制御装置において、
位置指令と前記位置フィードバック信号との位置偏差が所定の基準値より大きいとき可変ゲインを零とし、前記位置偏差が前記所定の基準値以下になったとき前記可変ゲインを一定の正数とする補正判別部と、前記位置偏差に前記可変ゲインを乗じた値を入力し速度補正量を出力するハイパスフィルタとを備え、この速度指令補正量を速度指令基本量に加算し前記サーボモータの速度指令とすることを特徴とする位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
［技術分野］
本発明は、モータが制御対象を駆動して位置制御するとき、モータが駆動する機構から生じる振動を抑えるための補償手段を備えた位置制御装置に関し、また、特に低周波数外乱が大きい場合に短時間に高精度位置決めすることができる位置制御装置に関する。
［背景技術］
一般に、位置制御においては、サーボモータに取り付けられたエンコーダ等の位置信号を微分して速度フィードバック信号とし、速度制御を行うとともに、上記サーボモータによって駆動される機械可動部に取り付けられたリニアスケール等（或いはサーボモータに取り付けられたエンコーダ等）の位置検出器からの位置フィードバック信号に基づいて、位置制御を行う。このような位置制御系のブロック線図は図９に示す通りである。
図９において、９０１は位置制御部で位置制御ゲインはＫpである。９０２は速度制御部、９０３はサーボモータ、９０４は機械可動部である。数値制御装置から出力される位置指令ｙrから位置フィードバック信号ｙfを減じて位置偏差ｅpを求め、この位置偏差から位置制御ゲインＫpを乗じて、速度指令ｖrが求められる。この速度指令ｖrから速度フィードバック信号ｖfを減じて速度偏差ｅvを求め、該速度偏差ｅvに基づいて速度制御部９０２でトルク指令（電流指令）Ｔrを求め、該トルク指令Ｔrに基づいてサーボモータ９０３、機械可動部９０４が駆動される。
モータによって駆動される機械可動部に取り付けられたリニアスケール等の位置検出器からの信号に基づいて位置制御を行なうモータの制御方式はクローズド・ループ方式として知られている。しかし、モータと機械可動部の結合部の剛性が弱く、ばね結合の状態になっている場合は、モータと機械可動部の動きが一致せず振動的になってしまう。このような時は、ループゲインを下げてループを安定させるか、ループゲインを下げずに機械可動部位置、もしくは、機械可動部速度と、モータ位置、もしくは、モータ速度をもとにトルク指令値に補正を加えてループを安定させる等の方法が必要となる。トルク指令値に補正を加えてループを安定させる方法として、例えば、特開平３−１１０６０７がある。これは、機械可動部速度とモータ速度の差をもとにトルク指令値に補正を加えてループを安定させている。また、機械可動部速度とモータ速度の差をもとにトルク指令値に補正を加えてループを安定させる方法は文献等にも示されている（例えば「ＡＣサーボシステムの理論と設計の実際」杉本英彦編著  総合電子出版社）。
図８はトルク指令値に補正を加えてループを安定させる従来の方法を説明するためのブロック図である。
図８において、１２は位置指令Ｐｒｅｆと検出された機械可動部位置信号Ｐｆｂｌを入力して速度指令Ｖｒｅｆを出力し、前記２つの入力信号が一致するようにモータの位置制御をする位置制御部、１３は速度指令Ｖｒｅｆと演算されたモータ速度信号Ｖｆｂｍを入力してトルク指令Ｔｒｅｆを出力し、前記２つの入力信号が一致するようにモータの速度制御をする速度制御部、１８はモータ位置検出器の出力信号であるモータ位置信号Ｐｆｂｍを受けて微分演算し、前記モータ速度Ｖｆｂｍを出力する速度演算部、３２は機械可動部位置検出器の出力信号である機械可動部位置信号Ｐｆｂｌを受けて微分演算し、機械可動部速度Ｖｆｂｌを出力する機械可動部速度演算部である。２１は位置指令Ｐｒｅｆから機械可動部位置Ｐｆｂｌを差し引いて位置偏差を出力する減算器、２２は位置偏差を受けて速度指令Ｖｒｅｆを出力する位置制御器、２３は速度指令Ｖｒｅｆからモータ速度Ｖｆｂｍを差し引いて速度偏差を出力する減算器、２４は速度偏差を受けてトルク指令Ｔｒｅｆを出力する速度制御器、２５は機械可動部速度信号Ｖｆｂｌとモータ速度信号Ｖｆｂｍの差を演算して出力する減算器、２８は前記機械可動部速度信号Ｖｆｂｌとモータ速度信号Ｖｆｂｍの差にトルク補正ゲインとしての係数αを乗じてトルク補正信号を出力する係数器、３１はトルク指令からトルク補正信号を減算し新たなトルク指令Ｔｒｅｆを出力する減算器である。
図１０は位置制御系が適用されるシステム構成図である。１００はベース、１０１はボールねじ、１０２はテーブル、１０３はサーボモータ、１０４はテーブルの位置を検出するリニアスケール、１０５は測定ヘッドである。サーボモータ１０３は、ボールねじ１０１を介してテーブル１０２を駆動する。駆動機構と被駆動体の不可動部分はすべて同一ベース１００上に固定され、ベース１００は地面に設置されている。リニアスケール１０４は本体がベース１００上に配置され、測定ヘッド１０５がテーブル１０２に取り付けられる。制御系はリニアスケール１０４からの位置信号に基づいてテーブル１０２の位置制御を行う。
近年、産業用機械においては、高速化の要求が高くなり、そのために、加（減）速時間をできるだけ短く（すなわち、加（減）速度をできるだけ大きく）して指令される。ベース１００が低剛性な機構で地面に配置される場合には、テーブル１０２が大きな加（減）速度で駆動されるとき、ベース１００はその加（減）速の反力を受けて大きく振動する。制御系にとってはベース１００の振動が位置信号の外乱信号になる。それに、サーボモータ１０３とテーブル１０２との連結機構の剛性が低くければ低いほど、ベース１００の振動が位置決めに与える影響は大きい。
ところが前記図９の従来技術では、低周波数外乱が大きく存在する場合には、短時間に高精度位置決めができないという大きな欠点があった。前記図８の従来の技術では、低周波の外乱が存在し微小な振動が生じる場合には、振動の位相が合わず外乱を抑制することができず、応答性を悪化させるという問題点があった。また、速度信号は位置信号をもとに演算されるため、微小な振動の場合はトルク補正信号として十分な分解能を得られず、ループを安定させることができないという問題があった。例えば、速度信号は位置信号の微分から求めるので、位置信号が数パルスで振動している場合、速度信号波形は粗くなり、精度が落ちる。トルク補正信号は、粗い速度信号の差をとるので、さらに粗い波形になり十分な分解能を得られない。
そこで本発明は、これらの問題を解決できる位置制御装置を提供することを目的とする。
［発明の開示］
上記問題を解決するために、本発明は、位置指令と機械可動部位置を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度を入力しトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令を受けて増幅し電流を出力する電流制御部と、前記電流を供給されて回転するモータと、前記モータの軸の回転位置を検出してモータ位置信号を出力するモータ位置検出器と、前記モータ位置信号を受けてモータ速度信号を出力する速度演算部と、前記モータにより駆動される機械可動部の位置を検出して機械可動部位置信号を出力する機械可動部位置検出器とを備え、フィードバック制御により前記速度指令と前記モータ速度信号を一致させるモータの速度制御機能と、フィードバック制御により前記位置指令と前記機械可動部位置信号を一致させるモータの位置制御機能を備えた位置制御装置において、
前記機械可動部位置信号から前記モータ位置信号を減算してねじれ角信号を出力する減算器と、前記ねじれ角信号を受け位相を進めて出力するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの信号を入力して高周波成分のみをカットして出力するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの信号を受けトルク補正ゲインをかけてトルク補正信号を出力する係数器と、前記位置指令と前記機械可動部位置信号の差である位置偏差信号に基づいて前記トルク補正ゲインを変化させるトルク補正判定部と、前記トルク指令に前記トルク補正信号を加算し、新たなトルク指令とする加算器とを備えたことを特徴とし、
さらに、前記トルク補正判定部において、前記位置偏差信号の絶対値が基準値以上のときは前記トルク補正ゲインを零とし、前記位置偏差信号の絶対値が基準値以下へ変化するときに前記トルク補正ゲインを零から一定値に変化させ、あるいは、前記トルク補正ゲイン切換判定部において、前記位置偏差信号の絶対値が基準値以上のときは前記トルク補正ゲインを零とし、前記位置偏差信号の絶対値が前記基準値以下へ変化するときに前記トルク補正ゲインを零から一定値まで連続して変化させることを特徴とする。
また、本発明は、位置指令と機械可動部位置を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令とモータ速度を入力しトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令を受けて増幅し電流を出力する電流制御部と、前記電流を供給されて回転するモータと、前記モータの軸の回転位置を検出してモータ位置信号を出力するモータ位置検出器と、前記モータ位置信号を受けてモータ速度信号を出力する速度演算部と、前記モータにより駆動される機械可動部の位置を検出して機械可動部位置信号を出力する機械可動部位置検出器とを備え、フィードバック制御により前記速度指令と前記モータ速度信号を一致させるモータの速度制御機能と、フィードバック制御により前記位置指令と前記機械可動部位置信号を一致させるモータの位置制御機能を備えた位置制御装置において、
比例演算を行う比例演算手段と、積分演算を行う積分演算手段と、前記速度制御部が出力するトルク指令を入力するイナーシャモデルと、前記イナーシャモデルの出力と前記比例演算手段の出力と前記積分手段の出力とを加算する加算器と、前記加算器の出力を積分し推定速度を出力する積分器と、前記速度演算部より出力されるモータ速度から前記推定速度を差し引いた差信号を前記比例演算手段と積分演算手段へ入力する減算器とから構成され前記モータ速度から推定速度を差し引いた差信号を出力とするオブザーバと、前記オブザーバ出力信号を受け位相を進めて出力するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの信号を入力して高周波成分のみをカットして出力するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの信号を受けトルク補正ゲインをかけてトルク補正信号を出力する係数器と、前記位置指令と前記機械可動部位置信号の差である位置偏差信号に基づいて前記トルク補正ゲインを変化させるトルク補正判定部と、前記トルク指令に前記トルク補正信号を減算し、新たなトルク指令とする減算器とを備えたことを特徴とし、さらに、前記トルク補正判定部において、前記位置偏差信号の絶対値が基準値以上のときは前記トルク補正ゲインを零とし、前記位置偏差信号の絶対値が基準値以下へ変化するときに前記トルク補正ゲインを零から一定値に変化させ、あるいは、前記トルク補正判定部において、前記位置偏差信号の絶対値が基準値以上のときは前記トルク補正ゲインを零とし、前記位置偏差信号の絶対値が前記基準値以下へ変化するときに前記トルク補正ゲインを零から一定値まで連続して変化させるζとを特徴とする。
さらに、本発明は、サーボモータの回転位置信号を微分した速度フィードバック信号に基づき速度制御を行うとともに、前記サーボモータで駆動される機械可動部あるいは前記サーボモータの回転軸に取り付けられた位置検出器からの位置フィードバック信号に基づき位置制御を行う機械可動部の位置制御装置において、位置指令と前記位置フィードバック信号との位置偏差が所定の基準値より大きいとき可変ゲインを零とし、前記位置偏差が前記所定の基準値以下になったとき前記可変ゲインを一定の正数とする補正判別部と、前記位置偏差に前記可変ゲインを乗じた値を微分する微分処理部と、この微分処理部の出力を入力し速度指令補正量を出力するローパスフィルタとを備え、この速度指令補正量を速度指令基本量に加算し前記サーボモータの速度指令とすることを特徴とし、
また、サーボモータの回転位置信号を微分した速度フィードバック信号に基づき速度制御を行うとともに、前記サーボモータで駆動される機械可動部あるいは前記サーボモータの回転軸に取り付けられた位置検出器からの位置フィードバック信号に基づき位置制御を行う機械可動部の位置制御装置において、位置指令と前記位置フィードバック信号との位置偏差が所定の基準値より大きいとき可変ゲインを零とし、前記位置偏差が前記所定の基準値以下になったとき前記可変ゲインを一定の正数とする補正判別部と、前記位置偏差に前記可変ゲインを乗じた値を入力し速度補正量を出力するハイパスフィルタとを備え、この速度指令補正量を速度指令基本量に加算し前記サーボモータの速度指令とすることを特徴とする
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施例を適用したモータ制御システムのブロック図である。図２は、本発明の第１の実施例を示すブロック図である。図３は、トルク補正ゲインの変化を説明するためのである。図４は、本発明の第２の実施例を示すブロック図である。図５は、本発明の第３の実施例を示すブロック図である。図６は、速度指令補正量の作り方を説明する図である。図７は、速度指令補正量の作り方を説明する図である。図８は、トルク指令値に補正を加えてループを安定させる従来の方法を説明するためのブロック図である。図９は、従来の位置制御系のブロック線図である。図１０は、位置制御系が適用されるシステム構成図である。
［発明を実施するための最良の形態］
以下本発明の第１の具体的実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明の位置制御装置を適用したモータ制御システムのブロック図である。図において、１１は位置指令Ｐｒｅｆを出力する指令発生部、ユ２は位置指令Ｐｒｅｆと検出された機械可動部位置Ｐｆｂｌを入力して速度指令Ｖｒｅｆを出力し、前記２つの入力信号が一致するようにモータの位置制御をする位置制御部、１３は速度指令Ｖｒｅｆと演算されたモータ速度Ｖｆｂｍを入力してトルク指令Ｔｒｅｆを出力し、前記２つの入力信号が一致するようにモータの速度制御をする速度制御部、１４はトルク指令Ｔｒｅｆを受けてモータ１５に電流を供給する電流制御部、１６はモータ１５の回転軸に接続するなどして回転軸の回転位置を検出するモータ位置検出器、１７はモータ１５によって駆動される機械可動部２０の位置を検出する機械可動部位置検出器、１８はモータ位置検出器の出力信号であるモータ位置信号Ｐｆｂｍを受けて微分演算し、前記モータ速度Ｖｆｂｍを出力する速度演算部、１９は前記モータ位置信号Ｐｆｂｍと機械可動部位置検出器の出力信号である機械可動部位置信号Ｐｆｂｌを入力しトルク補正信号を出力するトルク補正信号演算部である。
図２は本発明の実施例を示す詳細なブロック図である。図において、２１は位置指令Ｐｒｅｆから機械可動部位置信号Ｐｆｂｌを差し引いて位置偏差信号を出力する減算器、２２は位置偏差信号を受けて速度指令Ｖｒｅｆを出力する位置制御器、２３は速度指令Ｖｒｅｆからモータ速度信号Ｖｆｂｍを差し引いて速度偏差信号を出力する減算器、２４は速度偏差信号を受けてトルク指令Ｔｒｅｆを出力する速度制御器、２５は機械可動部位置信号Ｐｆｂｌとモータ位置信号Ｐｆｂｍの差を演算してねじれ角信号を出力する減算器、２６はねじれ角信号を受け位相を進めて出力するハイパスフィルタ、２７は前記ハイパスフィルタの出力信号の高周波成分をカットして出力するローパスフィルタ、２８は前記ローパスフィルタの出力にトルク補正ゲインとしての係数αを乗じてトルク補正信号を出力する係数器、２９は前記位置偏差信号に基づいて前記トルク補正ゲインを変化させるトルク補正判定部、３０はトルク指令にトルク補正信号を加えて新たなトルク指令Ｔｒｅｆを出力する加算器である。
モータとモータによって駆動される機械可動部の結合部の剛性が弱くばね結合の状態になっている場合、機械可動部速度とモータ速度の差をトルク補正信号としてトルク指令値から引くことによりループを安定化させ振動を抑えることができる。しかし、低周波の外乱が存在し、その影響で微小な振動が生じる場合は振動の位相とトルク補正信号の位相が合わず振動を抑制することが出来ない。また、速度信号は位置信号をもとに演算されるため、微小な振動の場合はトルク補正信号として十分な分解能を得ることができず、ループを安定させることができない。そこで本実施例では機械可動部位置とモータ位置の差であるねじれ角信号をトルク補正値とすることによりトルク補正信号としての分解能を確保している、また、ハイパスフィルタ２６によりトルク補正信号の位相を進め、振動の位相とトルク補正信号の位相を合わせることで、振動を抑制することができる。また、微小な振動を抑制するためにはトルク補正ゲインを大きくとる必要があるが、トルク補正ゲインを大きくとると全体の応答性が悪化してしまう。そこでトルク補正判定部において位置偏差の絶対値が所定の基準値より大きいときはトルク補正ゲインを０とし、位置偏差の絶対値が所定の基準値以下になったときトルク補正ゲインを一定の値とすることで、トルク補正ゲインを大きくとっても、全体の応答性は変わらず、微小な振動のみを抑制することができる。さらに、トルク補正ゲインを連続的に変化させることにより、トルク補正ゲインを変化させたときの衝撃を弱めることができ、ループが振動的になるのを防ぐことができる。
図３はトルク補正ゲインの変化を説明するための図である。図３（ａ）では、位置偏差の絶対値が基準値以下になる点でゲインは零からαに中間値をとらずに変化する。また、図３（ｂ）では、位置偏差の絶対値が基準値以下になる点からゲインは零からαまで時間とともに大きくなる。それぞれの効果は前述のとおりである。
図４は本発明の第２の実施例を示す詳細なブロック図である。図において、４２１は位置指令Ｐｒｅｆから機械可動部位置信号Ｐｆｂｌを差し引いて位置偏差信号を出力する減算器、４２２は位置偏差信号を受けて速度指令Ｖｒｅｆを出力する位置制御器、４２３は速度指令Ｖｒｅｆからモータ速度信号Ｖｆｂｍを差し引いて速度偏差信号を出力する減算器、４２４は速度偏差信号を受けてトルク指令Ｔｒｅｆを出力する速度制御器、４２５はトルク指令Ｔｒｅｆと前記モータ速度Ｖｆｂｍを入力し推定速度を演算しモータ速度から推定速度を差し引いた差信号を出力するオブザーバである。オブザーバは比例演算を行う比例演算手段４３３と、積分演算を行う積分演算手段４３４と、トルク指令を入力するイナーシャモデル４３７と、イナーシャモデルの出力と比例演算手段の出力と積分手段の出力とを加算する加算器４３６と、加算器の出力を積分し推定速度を出力する積分器４３８と、モータ速度から推定速度を差し引いた差信号を比例演算手段と積分演算手段へ入力する減算器４３５とから構成される。４２６はオブザーバ出力信号を受け位相を進めて出力するハイパスフィルタ、４２７は前記ハイパスフィルタの出力信号の高周波成分をカットして出力するローパスフィルタ、４２８は前記ローパスフィルタの出力にトルク補正ゲインとしての係数αを乗じてトルク補正信号を出力する係数器、４２９は前記位置偏差信号に基づいて前記トルク補正ゲインを変化させるトルク補正判定部、４３０はトルク指令にトルク補正信号を減算し新たなトルク指令Ｔｒｅｆを出力する減算器である。
モータとモータによって駆動される機械可動部の結合部の剛性が弱くばね結合の状態になっている場合、機械可動部速度とモータ速度の差をトルク補正信号としてトルク指令値から引くことによりループを安定化させ振動を抑えることができる。しかし、低周波の外乱が存在し、その影響で微小な振動が生じる場合は振動の位相とトルク補正信号の位相が合わず振動を抑制することが出来ない。また、速度信号は位置信号をもとに演算されるため、微小な振動の場合はトルク補正信号として十分な分解能を得ることができず、ループを安定させることができない。そこで本実施例ではオブザーバにより推定速度を演算しモータ速度から推定速度を差し引いた差信号をトルク補正値とすることにより、低周波で微小な振動であっても振動成分を高分解能で検出しトルク補正信号とすることができる。また、ハイパスフィルタ４２６によりトルク補正信号の位相を進め、振動の位相とトルク補正信号の位相を合わせることで、振動を抑制することができる。また、微小な振動を抑制するためにはトルク補正ゲインを大きくとる必要があるが、トルク補正ゲインを大きくとると全体の応答性が悪化してしまう、そこでトルク補正判定部において位置偏差の絶対値が所定の基準値より大きいときはトルク補正ゲインを０とし、位置偏差の絶対値が所定の基準値以下になったときトルク補正ゲインを一定の値とすることで、トルク補正ゲインを大きくとっても、全体の応答性は変わらず、微小な振動のみを抑制することができる。さらに、トルク補正ゲインを連続的に変化させることにより、トルク補正ゲイン切換時の衝撃を弱めることができ、トルク補正ゲイン切換時にループが振動的になるのを防ぐことができる。
本発明の第３の実施例を図において説明する。図５は制御系の原理的な構成ブロック図である。図５は従来の位置制御系に速度指令補正部５０８を加えたものである。位置指令ｙrとリニアスケール等の位置検出器５０６からの位置フィードバック信号ｙfとの位置偏差ｅpが演算される。位置制御系がセミクローズドループを構成するときは、位置フィードバック信号はサーボモータ５０３に取り付けられたエンコーダ５０５から得られ、位置偏差ｅpが演算される。位置制御部５０１において、前記位置偏差ｅpに位置制御ゲインＫpを乗じて速度指令基本量Ｖrbを求め、後述するように前記位置偏差ｅpに基づいて速度指令補正部５０８で速度指令補正量ｖrbを演算する。速度指令基本量ｖrbと速度指令補正量ｖrbを合成した信号を速度指令ｖfとする。速度制御部５０２は、前記速度指令ｖrとサーボモータ５０３に取り付けられたエンコーダ５０５からのサーボモータの位置信号ｙmを微分処理部５０７で微分演算した速度フィードバック信号Ｖfとの速度偏差ｅvに基づいてトルク指令Ｔrを演算し、サーボモータ５０３に出力する。
図６および図７は速度指令補正量の作り方を説明する図である。本発明の一実施例を示すものである。図６においては、前記位置偏差ｅpが所定の基準値Ｅpより大きいとき、補正判別部６０１がゲイン設定部６０２の可変ゲインＫdを０とし、前記位置偏差ｅpが所定の基準値Ｅp以下になったとき、前記補正判別部６０１が前記可変ゲインＫdを一定正数とし、前記位置偏差ｅpに可変ゲインＫdを乗じた値は、微分処理部６０３で微分され、ローパスフィルタ６０４（１／（１＋τｓ）；τは時定数、ｓはラプラス演算子、以下同様）を介して速度指令補正量ｖrhとなる。一方、図７においては、前記位置偏差ｅpが所定の基準値Ｅpより大きいとき、補正判別部６０１がゲイン設定部７０５の可変ゲインＫbを０とし、前記位置偏差ｅpが所定の基準値Ｅp以下になったとき、前記補正判別部６０１が前記可変ゲインＫbを一定正数とし、前記位置偏差ｅpに可変ゲインＫhを乗じた値は、ハイパスフィルタ７０６（τｓ／（１＋τｓ））を介して速度指令補正量ｖrbとなる。図６、７において可変ゲインＫd、Ｋbを一定正数とすることは、位置ループ系にダンピング補償器を加えるものである。すなわち、位置偏差ｅpが小さくなったとき、ダンピング効果を効かせ、低い周波数の外乱を抑制し、一方、位置偏差ｅpが大きくなったとき、ダンピング効果をなくすため、速やかに制御量を目標に追従させることができ、全体の位置決め時間が短くなる。
［産業上の利用可能性］
以上述べたように、クローズド・ループ方式で制御を行なう場合に、低周波の外乱が存在し微小な振動が生じる場合においても、全体の応答性を悪化させることなく、振動のみを抑制することができる位置制御装置を提供できる。
また、低周波数外乱が大きく存在する場合に、位置偏差の大きさによって速度指令補正ゲインを調節することで、位置決め時間を短縮することができる。
位置偏差が所定の基準値以下になったときのみ、速度指令補正を行うことは、制御された可動部が目標位置から遠いときには、ダンピング効果をなくし、速やかに制御量を目標に追従させ、制御された可動部が目標位置に近くなったとき、ダンピング効果を効かせ、低い周波数の外乱を抑制し、短時間に高精度位置決めをすることができる。
【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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