(57)【要約】【課題】本発明は、セミクローズド制御において、２慣性系の負荷側を軌跡誤差なく動かすことが可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のモータ制御装置は、被駆動部の位置を指令する位置指令部（１）と、位置指令を補正する補正フィルタ部（２）と、補正後位置指令に基づきサーボモータの移動を制御するサーボ制御部（３）と、を有し、補正フィルタ部（２）は、モータ位置から機械位置までの伝達特性の逆特性を近似する逆特性フィルタ（２１）と、位置指令の高周波成分を低減させる高周波遮断フィルタ（２２）と、を含み、逆特性フィルタ（２１）は、機械共振周波数ω0のゲインを低減するフィルタであり、高周波遮断フィルタ（２２）は、逆特性フィルタに設定した機械共振周波数ω0に対し、１以上の定数ａを用いて、定数ａ倍の高周波遮断周波数ａω0を持つ、ことを特徴とする。【選択図】図３
2017175890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータとサーボモータにより駆動される被駆動部との間の弾性変形を補正するモータ制御装置において、
被駆動部の位置を指令する位置指令部と、
前記位置指令部が出力する位置指令を補正する補正フィルタ部と、
前記補正フィルタ部が出力する補正後位置指令に基づきサーボモータの移動を制御するサーボ制御部と、を有し、
前記補正フィルタ部は、
モータ位置から機械位置までの伝達特性の逆特性を近似する逆特性フィルタと、
位置指令の高周波成分を低減させる高周波遮断フィルタと、を含み、
前記逆特性フィルタは、機械共振周波数ω0のゲインを低減するフィルタであり、
前記高周波遮断フィルタは、前記逆特性フィルタに設定した機械共振周波数ω0に対し、１以上の定数ａを用いて、定数ａ倍の高周波遮断周波数ａω0を持つ、
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記高周波遮断フィルタは移動平均フィルタである、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記高周波遮断フィルタはローパスフィルタである、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記定数ａは１である、請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記逆特性フィルタは、機械共振周波数ω0及びダンピングファクターζを用いて、
【数１】
2017175890.tif 000005
で表される、請求項１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、モータ制御装置に関し、特に、振動を抑制する機能を有するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータにより機械を駆動するモータ制御装置において、サーボ制御系がローパスフィルタあるいはノッチフィルタを有することによって、高周波共振に対処してきた。これらのフィルタは、サーボの制御ループ内に存在するフィルタであって、位置指令を補正することを目的とするのではなく、サーボの応答性及び安定性を向上させることを目的とする。
【０００３】
一方、従来、低周波共振に対しては、なめらかな指令を用いる（例えば、特許文献１）、指令にノッチフィルタを施す、指令にインプットシェイピングを用いる（例えば、非特許文献１）などの手法が行われてきた。これらは、高周波共振と異なり、サーボ制御系に与える位置指令から、機械系が共振する周波数のエネルギーを十分小さくするように設計するものである。
【０００４】
工作機械におけるモータの制御装置では、一般に、移動経路にこだわらないＰＴＰ（Ｐｏｉｎｔ  ｔｏ  Ｐｏｉｎｔ）制御と、移動経路どおりに機械の位置を制御する軌跡制御の両者が行われる。本発明は、後者、即ち軌跡制御に関連する発明である。モータの制御装置が軌跡制御を行う場合、ユーザがプログラムした指令からサーボ制御系が大きく逸脱することは望ましくない。
【０００５】
今、あるサーボ制御軸に対して時系列の位置指令が与えられることを考える。サーボ制御系の目的は、時系列の位置指令どおりに機械を動かすことである。しかしながら、機械の共振の影響により、位置指令どおりに機械を動かせない場合がある。機械共振は、軸が停止した際の残留振動を生み、工作機械が加工中であれば、加工ワークに筋目を残すなどの問題が発生する。
【０００６】
従来技術であるノッチフィルタやインプットシェイピングなどの技法を用いた場合、ノッチフィルタあるいはインプットシェイピングにより共振周波数に対応するエネルギー成分がカットされ、残留振動は減少する。しかしながら、これらのフィルタは残留振動を減少させる代わりに、指令軌跡を変更する。そのため、与えられた指令軌跡どおりに機械が動かないといった現象が発生する。例えば、指令に対してノッチフィルタを施した場合、一般にオーバシュートが発生する。これは、ノッチフィルタのステップ応答がオーバシュートを発生させることから容易に理解できる。ノッチフィルタを用いることで、指令軌跡がオーバシュートすれば、加工ワークにはオーバシュートに応じた跡が残り、加工品位は望ましいものではなくなるという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２３７９１６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】“Ｐｒｅｓｈａｐｉｎｇ  Ｃｏｍｍａｎｄ  Ｉｎｐｕｔｓ  ｔｏ  Ｒｅｄｕｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ”，  ＭＡＳＳＡＣＨＵＳＥＴＴＳ  ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ  ＯＦ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ  ＡＲＴＩＦＩＣＩＡＬ  ＩＮＴＥＬＬＩＧＥＮＣＥ  ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ，  Ａ．Ｉ．Ｍｅｍｏ  Ｎｏ．  １０２７  （ＡＩＭ−１０２７），  １９８８−０１−０１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、セミクローズド制御において、２慣性系のモデルを想定し、２慣性系の負荷側を軌跡誤差なく動かすことが可能なモータ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】
【００１０】
本発明の一実施例に係るモータ制御装置は、サーボモータとサーボモータにより駆動される被駆動部との間の弾性変形を補正するモータ制御装置において、被駆動部の位置を指令する位置指令部と、位置指令部が出力する位置指令を補正する補正フィルタ部と、補正フィルタ部が出力する補正後位置指令に基づきサーボモータの移動を制御するサーボ制御部と、を有し、補正フィルタ部は、モータ位置から機械位置までの伝達特性の逆特性を近似する逆特性フィルタと、位置指令の高周波成分を低減させる高周波遮断フィルタと、を含み、逆特性フィルタは、機械共振周波数ω0のゲインを低減するフィルタであり、高周波遮断フィルタは、逆特性フィルタに設定した機械共振周波数ω0に対し、１以上の定数ａを用いて、定数ａ倍の高周波遮断周波数ａω0を持つ、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一実施例に係るモータ制御装置によれば、セミクローズド制御において、２慣性系のモデルを想定し、２慣性系の負荷側を軌跡誤差なく動かすことが可能なモータ制御装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に関連する発明に係るモータ制御装置のブロック図である。
【図２】機械の共振周波数ω0をカットオフ周波数とする２次ローパスフィルタの特性を表すグラフである。
【図３】本発明の実施例に係るモータ制御装置のブロック図である。
【図４】移動平均フィルタの時系列データの特性を表すグラフである。
【図５】移動平均フィルタの周波数特性データの特性を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係るモータ制御装置について説明する。
【００１４】
まず、本発明に関連する発明であって、出願人が出願した関連出願（特願２０１５−００７２１９）に係る発明について説明する。図１に本発明に関連する発明に係るモータ制御装置のブロック図を示す。この関連発明に係るモータ制御装置は、モータ位置から機械位置までの逆特性フィルタＦ（ｓ）を用いて、位置指令を補正するものである。
【００１５】
図１に示したモータ制御装置１０００は、位置指令部１００１と、補正フィルタ部１００２と、サーボ制御部１００３と、トルクから機械位置までの伝達特性を表す要素１００４と、トルクからモータ位置までの伝達特性を表す要素１００５と、を有する。
【００１６】
図１において、位置指令部１００１により作成された位置指令は、補正フィルタ部１００２に入力される。補正フィルタ部１００２は、補正された位置指令である補正後位置指令を出力する。サーボ制御部１００３は、補正後位置指令に基づいてトルクを出力しモータ（図示せず）の移動を制御する。
【００１７】
図１に記載した関連発明に係るモータ制御装置の概要は下記の通りである。
【００１８】
モータ制御装置１０００は、セミクローズド構成のモータ制御系であるので、フィードフォワード制御の利用により応答が速い。即ち、図１における補正後位置指令（Ｂ）からモータ位置（Ｃ）までの伝達特性をほぼ１としたい。
【００１９】
関連発明は、位置指令（Ａ）から機械位置（Ｄ）までの伝達特性を改善することを目的としている。即ち、位置指令（Ａ）から機械位置（Ｄ）までの伝達特性を１に近づけたい。
【００２０】
上記の目的のため、モータ位置（Ｃ）から機械位置（Ｄ）までの逆特性を有するフィルタを位置指令（Ａ）に施す。
【００２１】
上記の関連発明に係るモータ制御装置によれば、逆特性フィルタの導出に振動モデルである２慣性系を用いているため、残留振動が少ない位置制御を実現できる。
【００２２】
関連出願における逆特性フィルタの具体的な導出に関して、２慣性系においてモータ位置（Ｃ）から機械位置（Ｄ）までの伝達特性の逆特性フィルタＦ（ｓ）が下記の式（１）で表されることが導出されている。
【００２３】
【数１】
2017175890.tif 000003
ただし、ω0は機械共振周波数、ζはダンピングファクターである。
【００２４】
関連出願では導出を省略しているが、モータ位置（Ｃ）から機械位置（Ｄ）までの伝達特性Ｇ（ｓ）は下記の式（２）で表される。
【００２５】
【数２】
2017175890.tif 000004
【００２６】
図１に記載のモータ位置（Ｃ）から機械位置（Ｄ）までの伝達特性は、機械の共振周波数（以下、単に「共振周波数」ともいう。）ω0をカットオフ周波数とする２次ローパスフィルタで表される。例として、ω0＝１［Ｈｚ］、ζ＝０．１の場合の特性を図２に示す。図２において、横軸は周波数［Ｈｚ］であり、縦軸はゲイン［ｄＢ］である。
【００２７】
同図より、モータ位置（Ｃ）から機械位置（Ｄ）までの伝達特性は、下記の２点の特性を有することが分かる。
（ｉ）共振周波数ω0において０［ｄＢ］以上のゲインを有する。これは、機械系が周波数ω0で揺れる要因となる。
（ｉｉ）共振周波数ω0より十分高い周波数において、ゲインが下がっていく。従って、低周波共振を有する系では、共振周波数ω0より十分高い周波数は機械系が応答しない。
【００２８】
関連出願においては、上記の２点の特性を解消するため、図２に記載の特性に対する逆特性フィルタを用いて補正を行っている。
【００２９】
ところで、上記の（ｉｉ）の特性のため、低周波共振を有する機械系は共振周波数ω0を大きく越えた周波数まで応答しない。このような機械に対しては、位置指令の周波数特性から（もともと機械系が応答しない）、ω0を大きく越えた周波数を遮断した、なめらかな位置指令に対して位置制御を施すのが望ましいと考えられる。
【００３０】
そこで、本発明に係るモータ制御装置１０１は、図３に示すブロック図のように、位置指令のなめらかさを保証するため、位置指令に施すフィルタ補正部２に、逆特性フィルタ２１だけでなく高周波遮断フィルタ２２も同時に有する点を特徴とする。本発明の実施例に係るモータ制御装置１０１は、サーボモータ（図示せず。以下、単に「モータ」ともいう。）とサーボモータにより駆動される被駆動部（図示せず）との間の弾性変形を補正するモータ制御装置において、位置指令部１と、補正フィルタ部２と、サーボ制御部３と、を有し、補正フィルタ部２は、逆特性フィルタ２１と、高周波遮断フィルタ２２と、を含む。モータ制御装置１０１は、さらに、トルクから機械位置までの伝達特性を表す要素４と、トルクからモータ位置までの伝達特性を表す要素５と、を有する。
【００３１】
位置指令部１は、被駆動部の位置（機械位置（Ｄ））を指令する。位置指令部１により作成された位置指令は、補正フィルタ部２に入力される。
【００３２】
補正フィルタ部２は、位置指令部１が出力する位置指令を補正する。補正フィルタ部２は補正された位置指令である補正後位置指令を出力する。本発明に係るモータ制御装置においては、負荷位置の高精度制御のため、モータの指令位置を上位制御装置（図示せず）が指令する位置から変更する点が根底にある。そのため、本発明に係るモータ制御装置は、上位制御装置からの位置指令を補正している。
【００３３】
サーボ制御部３は、補正フィルタ部２が出力する補正後位置指令に基づきサーボモータ（モータ）の移動を制御する。モータの移動により伝達機構（図示せず）を介して機械が移動する。
【００３４】
逆特性フィルタ２１は、モータ位置（Ｃ）から機械位置（Ｄ）までの伝達特性の逆特性を近似する。逆特性フィルタ２１は、機械共振周波数ω0のゲインを低減するフィルタである。なお、本実施例では単一の逆特性フィルタを用いている。単一の逆特性フィルタを用いているため、プログラム実装上のメリットが得られる。
【００３５】
高周波遮断フィルタ２２は、位置指令の高周波成分を低減させる。高周波遮断フィルタ２２は、逆特性フィルタ２１に設定した機械共振周波数ω0に対し、１以上の定数ａを用いて、定数ａ倍の高周波遮断周波数ａω0を持つ。ａの値は、機械剛性や、モデル化精度により異なるが、概ね１〜５程度が適切な値と考えられる。高周波遮断フィルタ２２は、ローパスフィルタであってもよい。
【００３６】
高周波遮断フィルタ２２は、移動平均フィルタであってもよい。移動平均フィルタは、インプットシェイピングと呼ばれる技法の最も簡単な構造と同形であり、櫛形の周波数特性を持つ。例として、１秒の移動平均フィルタの時系列データを図４に示す。図４において、横軸は時間［ｓｅｃ］であり、縦軸は振幅である。また、移動平均フィルタの周波数特性データを図５に示す。図５において、横軸は周波数［Ｈｚ］であり、縦軸はゲイン［ｄＢ］である。
【００３７】
図３に示した本発明の実施例に係るモータ制御装置のブロック図において、機械共振のゲインを低減するのは基本的に逆特性フィルタ２１である。しかしながら、モデル化誤差の問題などにより、逆特性フィルタ２１による振動抑制が十分ではない場合には、高周波遮断フィルタ２２として、櫛型特性を有する移動平均フィルタを用いると効果的である。具体的には、ａ＝１とした移動平均フィルタを用いることで、移動平均フィルタの櫛形のゲイン低減効果を振動抑制に利用することができる。本発明は、逆特性フィルタ２１と高周波遮断フィルタ２２を同時に持つ制御構造に関する発明であるが、特にａ＝１とすることによって、高周波遮断フィルタ２２として用いた移動平均フィルタがインプットシェイピング効果を持つという効果が得られる。
【００３８】
逆特性フィルタ２１は、機械共振周波数ω0及びダンピングファクターζを用いて、上記の式（１）で表される。本発明では２次標準系においてダンパ定数に相当する値であるζをノンゼロの値として扱っている。実際の機械では、振動は必ず減衰するため、ダンパ定数相当の調整パラメータを有する本発明に係るモータ制御装置は、振動抑制の効果が高いと考えられる。
【符号の説明】
【００３９】
１    位置指令部
２    補正フィルタ部
３    サーボ制御部
２１    逆特性フィルタ
２２    高周波遮断フィルタ
１０１    モータ制御装置
【図１】
2017175890.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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