(57)【要約】【課題】従来のサーボ制御装置では、制御対象に関する位置検出値の擬似微分によって速度推定値を取得するため、サーボ制御装置の位置制御精度および速度制御精度の向上には限界があった。【解決手段】サーボ制御装置において、制御対象の速度を推定する速度推定器を、サーボ制御装置の速度制御帯域を内包する周波数領域における、制御指令値から位置検出値までの動特性に基づいたカルマンフィルタで構成し、制御対象の位置検出値、および制御対象への制御指令値を入力として、制御対象の速度推定値を算出して制御系へフィードバックする。【選択図】図１
2017041248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並進変位または回転変位で規定される位置を制御量とする制御対象と、
上記制御対象の位置を検出して位置検出値として出力する位置検出器と、
少なくとも上記位置検出値に基づいて、上記制御対象の並進速度または回転速度で規定される速度を推定し、速度推定値として出力する速度推定器と、
外部から与えられる位置指令値と上記位置検出値とに基づいて、制御対象への速度指令値を演算して出力する位置制御器と、
上記速度指令値と上記速度推定値とに基づいて、制御対象への制御指令値を演算して出力する速度制御器と、
上記制御指令値に基づいて、上記制御対象に対して並進変位を制御するための制御力、または、回転変位を制御するための制御トルクを印加するアクチュエータと
を備えたサーボ制御装置であって、
上記速度推定器が、
上記サーボ制御装置の速度制御帯域を内包する周波数領域における、上記制御指令値から上記位置検出値までの動特性、に基づいたカルマンフィルタで構成され、
上記位置検出値および上記制御指令値を入力として、上記制御対象の上記速度推定値を推定して出力することを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
上記速度推定器が、
上記カルマンフィルタが定係数フィルタへ収束した後の定常カルマンゲインを適用した定常カルマンフィルタで構成され、
上記位置検出値および上記制御指令値を入力として、上記制御対象の上記速度推定値を推定して出力することを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
【請求項３】
上記速度推定器を構成するカルマンフィルタまたは定常カルマンフィルタが、
上記位置検出値と、
上記速度指令値と上記速度推定値との速度偏差と、
を入力として、上記制御対象の上記速度推定値を推定して出力するように構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のサーボ制御装置。
【請求項４】
上記速度推定器を構成するカルマンフィルタまたは定常カルマンフィルタが、
上記位置検出値および上記制御指令値を入力とする場合には、
上記サーボ制御装置の速度制御帯域を内包する周波数領域における、上記制御指令値から上記位置検出値までの動特性を剛体特性で近似した等価慣性と、
上記サーボ制御装置のサンプリング周期とに基づいて構成されて、
上記速度指令値と上記速度推定値との速度偏差を入力とする場合には、
上記サーボ制御装置の速度制御帯域を内包する周波数領域における、上記制御指令値から上記位置検出値までの動特性を剛体特性で近似した等価慣性と、
上記サーボ制御装置のサンプリング周期と、
上記速度制御器における比例制御ゲインとに基づいて構成された
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のサーボ制御装置。
【請求項５】
上記速度推定器を構成するカルマンフィルタまたは定常カルマンフィルタが、
上記速度制御器で実現する速度制御系ゲイン交点周波数と、
上記サーボ制御装置のサンプリング周期と、
に基づいて構成されたことを特徴とする請求項３記載のサーボ制御装置。
【請求項６】
上記速度推定器を構成するカルマンフィルタまたは定常カルマンフィルタが、
上記速度推定値に加えて、上記制御対象の位置推定値を推定して出力し、
上記サーボ制御装置が、更に、
上記位置推定値の遅延信号を生成して出力する遅延器と、
上記位置推定値と上記位置検出値とのいずれか一方を位置選択信号に基づいて選択し、位置フィードバック信号として出力する第１の位置信号選択器と、
上記遅延器から出力される上記位置推定値の遅延信号と上記位置検出値とのいずれか一方を上記位置選択信号に基づいて選択し、速度推定器入力信号として出力する第２の位置信号選択器と、
上記速度推定器入力信号と上記位置検出値とに基づいて、上記第１の位置信号選択器および上記第２の位置信号選択器に入力するための上記位置選択信号を生成して出力する位置選択信号制御器と、
を備え、
上記速度推定器を構成するカルマンフィルタまたは定常カルマンフィルタが、
上記速度推定器入力信号と、
上記制御指令値、または、上記速度指令値と上記速度推定値との速度偏差、を入力として、上記制御対象の上記位置推定値および上記速度推定値を推定して出力し、
上記位置制御器が、
外部から与えられる上記位置指令値と、上記位置フィードバック信号とに基づいて、上記速度指令値を演算して出力する
ように構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のサーボ制御装置。
【請求項７】
上記遅延器が、
上記位置推定値の遅延信号として、上記サーボ制御装置のサンプリング周期に対応する１サンプル遅延信号を生成して出力するように構成されたことを特徴とする請求項６記載のサーボ制御装置。
【請求項８】
上記位置選択信号制御器が、
上記速度推定器入力信号と上記位置検出値との誤差絶対値が第１の閾値以上となった場合に、
上記第１の位置信号選択器が、上記位置フィードバック信号として上記位置推定値を選択して出力し、
上記第２の位置信号選択器が，上記速度推定器入力信号として上記位置推定値の遅延信号を選択して出力する
ように上記位置選択信号を切り換えて保持し、
更に、上記速度推定器入力信号と上記位置検出値との誤差絶対値が第２の閾値以下に収束した場合、または、予め設定した復帰時間が経過した場合に、
上記第１の位置信号選択器が、上記位置フィードバック信号として上記位置検出値を選択して出力し、
上記第２の位置信号選択器が、上記速度推定器入力信号として上記位置検出値を選択して出力する
ように上記位置選択信号を切り換えて保持する
ように構成されたことを特徴とする請求項６記載のサーボ制御装置。
【請求項９】
並進変位または回転変位で規定される位置を制御量とする制御対象と、
上記制御対象の位置を検出して位置検出値として出力する位置検出器と、
少なくとも上記位置検出値に基づいて、上記制御対象の並進速度または回転速度で規定される速度および位置を推定し、速度推定値および位置推定値として出力する速度推定器と、
外部から与えられる位置指令値と上記位置検出値とに基づいて、制御対象への速度指令値を演算して出力する位置制御器と、
上記速度指令値と上記速度推定値とに基づいて、制御対象への制御指令値を演算して出力する速度制御器と、
上記制御指令値に基づいて、上記制御対象に対して並進変位を制御するための制御力、または、回転変位を制御するための制御トルクを印加するアクチュエータと、
上記位置推定値の遅延信号を生成して出力する第１の遅延器と、
上記位置検出値および上記第１の遅延器から出力される位置推定値の遅延信号に基づいて、上記制御対象へ作用する外乱を推定し、外乱推定値として出力する外乱推定器と、
上記制御指令値の遅延信号を生成して出力する第２の遅延器と、
を備えたサーボ制御装置において、
上記速度推定器が、
上記サーボ制御装置の速度制御帯域を内包する周波数領域における、上記制御指令値から上記位置検出値までの動特性に基づいたカルマンフィルタで構成され、
上記位置検出値、上記外乱推定値、および第２の遅延器から出力される制御指令値の遅延信号を入力として、上記制御対象の速度推定値および位置推定値を推定して出力することを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項１０】
上記速度推定器が、
上記カルマンフィルタが定係数フィルタへ収束した後の定常カルマンゲインを適用した定常カルマンフィルタで構成され、
上記位置検出値、上記外乱推定値、および第２の遅延器から出力される制御指令値の遅延信号を入力として、上記制御対象の速度推定値および位置推定値を推定して出力することを特徴とする請求項９記載のサーボ制御装置。
【請求項１１】
上記第２の遅延器が、
上記速度指令値から上記速度推定値を減じた速度偏差を入力として、上記速度偏差の遅延信号を生成して出力し、
上記速度推定器を構成するカルマンフィルタまたは定常カルマンフィルタが、
上記位置検出値、上記外乱推定値、および第２の遅延器から出力される速度偏差の遅延信号を入力として、上記制御対象の速度推定値および位置推定値を推定して出力するように構成されたことを特徴とする請求項９または請求項１０記載のサーボ制御装置。
【請求項１２】
上記速度推定器を構成するカルマンフィルタまたは定常カルマンフィルタが、
上記位置検出値、上記外乱推定値、および第２の遅延器から出力される制御指令値の遅延信号を入力とする場合には、
サーボ制御装置の速度制御帯域を内包する周波数領域における、上記制御指令値から上記位置検出値までの動特性を剛体特性で近似した等価慣性と、
サーボ制御装置のサンプリング周期とに基づいて構成されて、
上記位置検出値、上記外乱推定値、および第２の遅延器から出力される速度偏差の遅延信号を入力とする場合には、
サーボ制御装置の速度制御帯域を内包する周波数領域における、上記制御指令値から上記位置検出値までの動特性を剛体特性で近似した等価慣性と、
サーボ制御装置のサンプリング周期と、
上記速度制御器における比例制御ゲインとに基づいて構成された
ことを特徴とする請求項９から請求項１１の何れか１項記載のサーボ制御装置。
【請求項１３】
上記速度推定器を構成するカルマンフィルタまたは定常カルマンフィルタが、
上記速度制御器で実現する速度制御系ゲイン交点周波数と、
上記サーボ制御装置のサンプリング周期と、
に基づいて構成されたことを特徴とする請求項１１記載のサーボ制御装置。
【請求項１４】
上記第１の遅延器が、
上記位置推定値の遅延信号として、上記サーボ制御装置のサンプリング周期に対応する１サンプル遅延信号を生成して出力するように構成されたことを特徴とする請求項９記載のサーボ制御装置。
【請求項１５】
上記第２の遅延器が、
上記制御指令値の遅延信号、または速度偏差の遅延信号として、上記サーボ制御装置のサンプリング周期に対応する１サンプル遅延信号を生成して出力するように構成されたことを特徴とする請求項９または請求項１１記載のサーボ制御装置。
【請求項１６】
上記外乱推定器が、
ＰＩ補償器と位相進み補償器との直列接続で構成され、
上記位置検出値から上記位置推定値の遅延信号を減じた位置推定誤差を入力として、上記制御対象へ作用する外乱推定値を推定して出力することを特徴とする請求項９から請求項１１の何れか１項記載のサーボ制御装置。
【請求項１７】
上記外乱推定器が、
外乱推定動作の実行または停止を位置選択信号に基づいて決定するように構成され、
上記サーボ制御装置が、更に、
上記位置検出値と上記位置推定値とのいずれか一方を上記位置選択信号に基づいて選択し、上記位置制御器への位置フィードバック信号として出力する第１の位置信号選択器と、
上記位置検出値と上記第１の遅延器から出力される位置推定値の遅延信号とのいずれか一方を上記位置選択信号に基づいて選択し、速度推定器入力信号として出力する第２の位置信号選択器と、
上記位置検出値および上記第１の遅延器から出力される位置推定値の遅延信号に基づいて、上記第１の位置信号選択器、上記第２の位置信号選択器、および上記外乱推定器に入力するための上記位置選択信号を生成して出力する位置選択信号制御器と、
を備え、
上記速度推定器を構成するカルマンフィルタまたは定常カルマンフィルタが、
上記第２の位置信号選択器からの上記速度推定器入力信号、上記外乱推定値、および上記第２の遅延器から出力される制御指令値または速度偏差の遅延信号を入力として、上記制御対象の速度推定値および位置推定値を推定して出力し、
上記位置制御器が、
外部から与えられる上記位置指令値と、上記第１の位置信号選択器からの上記位置フィードバック信号とに基づいて、上記速度指令値を演算して出力する
ように構成されたことを特徴とする請求項９から請求項１１の何れか１項記載のサーボ制御装置。
【請求項１８】
上記位置選択信号制御器が、
上記位置検出値と上記第１の遅延器から出力される位置推定値の遅延信号との誤差絶対値が第１の閾値以上となった場合に、
上記外乱推定器が、直前の外乱推定値を保持した状態で外乱推定動作を停止し、
上記第１の位置信号選択器が、上記位置推定値を選択して出力し、
上記第２の位置信号選択器が、上記第１の遅延器から出力される位置推定値の遅延信号を選択して出力する
ように上記位置選択信号を切り換えて保持し、
上記位置選択信号を切り換えた後に、上記位置検出値と上記第１の遅延器から出力される位置推定値の遅延信号との誤差絶対値が第２の閾値以下に収束した場合、または、上記位置選択信号を切り換えた後に、予め設定した復帰時間が経過した場合に、
上記外乱推定器が、外乱推定動作を実行し、
上記第１の位置信号選択器が、上記位置検出値を選択して出力し、
上記第２の位置信号選択器が、上記位置検出値を選択して出力する
ように上記位置選択信号を切り換えて保持する
ことを特徴とする請求項１７記載のサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象の位置を制御する位置制御系および制御対象の速度を制御する速度制御系を備えたサーボ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の最も基本的なサーボ制御装置２００の構成を図１０に示す。このサーボ制御装置２００は、並進変位または回転変位で規定される位置ｘを制御量とする制御対象１と、位置ｘを所定のサンプリング周期で標本化し、更に所定の検出分解能で量子化して位置検出値１０４として出力する位置検出器２と、位置検出値１０４の擬似微分に基づいて制御対象１の速度推定値１０５を出力する速度推定器２１０（擬似微分器）と、外部から与えられる位置指令値１０１と位置検出値１０４とに基づいて、速度指令値１０２を演算して出力する位置制御器３と、速度指令値１０２と速度推定値１０５とに基づいて、制御指令値１０３を演算して出力する速度制御器４と、制御指令値１０３に基づいて、制御対象１に対して制御力または制御トルクを印加するアクチュエータ５で構成される。サーボ制御装置２００では、制御系としての安定性、位置指令値１０１の変化に対する速応性、および定常状態における位置指令値１０１と位置検出値１０４との偏差、が所望の性能を満足するように、速度制御器４によって制御系インナーループとしての速度制御系を設計し、更に位置制御器３によって制御系アウターループとしての位置制御系を設計する。
【０００３】
図１０に記した記号の意味は以下の通りである。
【０００４】
【数１】
2017041248.tif 000003
【０００５】
また、従来のサーボ制御装置２００の他の例として、特許文献１に記載された位置制御装置がある。この位置制御装置において、制御対象１、位置検出器２、位置制御器３、速度制御器４、およびアクチュエータ５は、図１に示す最も基本的なサーボ制御装置２００と同一構成となる。一方で、この位置制御装置では、位置検出値１０４のフィードバックループにカルマンフィルタおよび外乱推定器を付加しており、カルマンフィルタにおいて位置検出値１０４から制御対象１の位置推定値および速度推定値を推定し、外乱推定器において制御指令値１０３および速度推定値から制御対象１に加わる外乱推定値を推定している。その上で、位置推定値を位置制御器３にフィードバックすると共に、速度推定値を速度制御器４にフィードバックすることで、位置検出値１０４に重畳する観測ノイズの影響、量子化ノイズの影響、および速度推定器として擬似微分器を適用した場合に速度推定値に重畳する微分ノイズの影響を低減している。更に、外乱推定値を速度制御器４の出力から減じた信号を制御対象に対する制御指令値１０３とすることで、制御対象１に作用する外乱を補償し、その速度変動および位置変動を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１４８２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように最も基本的な従来のサーボ制御装置２００では、速度推定器２１０として擬似微分器を適用し、位置検出器２によって検出された位置検出値１０４の擬似微分に基づいて、制御対象の速度推定値１０５を取得している。
【０００８】
しかしながら、このようなサーボ制御装置では、位置検出器２による量子化に起因して、真の位置ｘが一定値であっても、位置検出値１０４は位置検出器２の検出分解能を最小単位として矩形波状に変動し、更に速度推定値１０５には矩形波状に変動する位置検出値１０４の擬似微分によってスパイク状の速度推定誤差が発生する。したがって、速度推定器２１０として擬似微分器を適用した従来のサーボ制御装置２００では、矩形波状に変動する位置検出値１０４とスパイク状の速度推定誤差が重畳した速度推定値１０５とをフィードバックして、位置制御および速度制御を行うため、特に制御対象１の動作速度が零近傍となる低速駆動領域において、位置制御精度および速度制御精度が劣化する、という問題があった。
【０００９】
また、このようなサーボ制御装置２００において、低速駆動領域における位置制御精度および速度制御精度を向上させるためには、位置検出器２における検出分解能を向上させる必要がある。しかし、実現可能な検出分解能には限界があるため、位置制御精度および速度制御精度が位置検出器２の検出分解能によって制約を受ける、という問題もあった。
【００１０】
加えて、位置検出値１０４が真の位置ｘに同期した変動的な位置検出誤差を含む場合、この位置検出誤差も速度推定器２１０において擬似微分されるため、速度推定値１０５には位置検出誤差が増幅された変動的な速度推定誤差が重畳し、特に制御対象１の動作速度が中高速駆動となる領域において、サーボ制御装置２００の速度制御精度が劣化する、という問題もあった。
【００１１】
上記問題に対して、特許文献１に記載された位置制御装置では、位置検出値１０４からカルマンフィルタによって制御対象１の位置推定値および速度推定値を推定することで、位置検出値１０４に重畳する誤差成分、および当該誤差成分の擬似微分に起因して重畳する速度推定値１０５の誤差成分を低減させている。
【００１２】
しかしながら、このような位置制御装置においても、カルマンフィルタが制御対象１の位置検出値１０４のみに基づいて位置推定値および速度推定値を推定しているため、その推定精度の向上には限界がある。つまり、位置制御装置が実現し得る位置制御精度および速度制御精度には限界がある、という問題があった。
【００１３】
加えて、位置検出器２の内部で発生するビット反転等に起因して、真の位置ｘに対する位置検出値１０４の誤差が一定期間拡大する場合、カルマンフィルタで推定した位置推定値および速度推定値にも誤差が重畳し、一時的にせよ位置制御精度および速度制御精度の劣化が避けられない、という問題もあった。
【００１４】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、低速駆動領域において位置検出値１０４の矩形波状変動の影響と速度推定値１０５に重畳するスパイク状速度推定誤差の影響とを極小化し、中高速駆動領域において位置検出値１０４および速度推定値１０５に重畳する変動的な位置検出誤差および速度推定誤差の影響を極小化し、全駆動領域において位置制御精度および速度制御精度を向上させたサーボ制御装置を実現することを目的としている。
【００１５】
また、位置検出器２の不良動作に起因して、真の位置ｘに対する位置検出値１０４の誤差が一定期間拡大する場合においても、真の位置ｘおよび真の速度を高精度に推定してサーボ制御装置へフィードバックすることで、当該期間中における位置制御精度および速度制御精度の劣化を抑制可能なサーボ制御装置の実現を目的としている。
【００１６】
加えて、実現すべき位置制御精度および速度制御精度が与えられた場合に、当該制御精度に基づいて位置検出器２に従来必要とされた検出分解能に対して、より低分解能な位置検出器を適用しても、当該制御精度を満足させることが可能なサーボ制御装置の実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のサーボ制御装置は、
並進変位または回転変位で規定される位置を制御量とする制御対象と、
上記制御対象の位置を検出して位置検出値として出力する位置検出器と、
少なくとも上記位置検出値に基づいて、上記制御対象の並進速度または回転速度で規定される速度を推定し、速度推定値として出力する速度推定器と、
外部から与えられる位置指令値と上記位置検出値とに基づいて、制御対象への速度指令値を演算して出力する位置制御器と、
上記速度指令値と上記速度推定値とに基づいて、制御対象への制御指令値を演算して出力する速度制御器と、
上記制御指令値に基づいて、上記制御対象に対して並進変位を制御するための制御力、または回転変位を制御するための制御トルク、を印加するアクチュエータと、を備える。
そして、上記速度推定器が、サーボ制御装置の速度制御帯域を内包する周波数領域における、上記制御指令値から上記位置検出値までの動特性、に基づいたカルマンフィルタで構成され、上記位置検出値および上記制御指令値を入力として、上記制御対象の速度推定値を推定して出力することを特徴とする。
【００１８】
更に、上記速度推定器が、上記カルマンフィルタが定係数フィルタへ収束した後の定常カルマンゲインを適用した定常カルマンフィルタで構成され、上記位置検出値および上記制御指令値を入力として、上記制御対象の速度推定値を推定して出力するように構成しても良い。
【００１９】
また、上記速度推定器を構成するカルマンフィルタまたは定常カルマンフィルタが、上記速度推定値に加えて、上記制御対象の位置推定値を推定して出力するように構成しても良い。
その場合、上記サーボ制御装置は、更に、
上記位置推定値の遅延信号を生成して出力する遅延器と、
上記位置推定値と上記位置検出値とのいずれか一方を位置選択信号に基づいて選択し、位置フィードバック信号として出力する第１の位置信号選択器と、
上記遅延器から出力される上記位置推定値の遅延信号と上記位置検出値とのいずれか一方を位置選択信号に基づいて選択し、速度推定器入力信号として出力する第２の位置信号選択器と、
上記速度推定器入力信号と上記位置検出値とに基づいて、第１および第２の位置信号選択器に入力するための位置選択信号を生成して出力する位置選択信号制御器と、を備える。
そして、上記速度推定器を構成するカルマンフィルタまたは定常カルマンフィルタは，上記速度推定器入力信号と、上記制御指令値または上記速度指令値と上記速度推定値との速度偏差と、を入力として、上記制御対象の位置推定値および速度推定値を推定して出力する。また、上記位置制御器は、外部から与えられる上記位置指令値と、上記位置フィードバック信号とに基づいて、上記速度指令値を演算して出力する。
【００２０】
本発明のサーボ制御装置は、
並進変位または回転変位で規定される位置を制御量とする制御対象と、
上記制御対象の位置を検出して位置検出値として出力する位置検出器と、
少なくとも上記位置検出値に基づいて、上記制御対象の並進速度または回転速度で規定される速度および位置を推定し、速度推定値および位置推定値として出力する速度推定器と、
外部から与えられる位置指令値と上記位置検出値とに基づいて、制御対象への速度指令値を演算して出力する位置制御器と、
上記速度指令値と上記速度推定値とに基づいて、制御対象への制御指令値を演算して出力する速度制御器と、
上記制御指令値に基づいて、上記制御対象に対して並進変位を制御するための制御力、または、回転変位を制御するための制御トルクを印加するアクチュエータと、
上記位置推定値の遅延信号を生成して出力する第１の遅延器と、
上記位置検出値および上記第１の遅延器から出力される位置推定値の遅延信号に基づいて、上記制御対象へ作用する外乱を推定し、外乱推定値として出力する外乱推定器と、
上記制御指令値の遅延信号を生成して出力する第２の遅延器とを備える。
そして、上記速度推定器が、上記サーボ制御装置の速度制御帯域を内包する周波数領域における、上記制御指令値から上記位置検出値までの動特性に基づいたカルマンフィルタで構成され、上記位置検出値、上記外乱推定値、および第２の遅延器から出力される制御指令値の遅延信号を入力として、上記制御対象の速度推定値および位置推定値を推定して出力することを特徴とする。
【００２１】
更に、上記速度推定器が、上記カルマンフィルタが定係数フィルタへ収束した後の定常カルマンゲインを適用した定常カルマンフィルタで構成され、上記位置検出値、上記外乱推定値、および第２の遅延器から出力される制御指令値の遅延信号を入力として、上記制御対象の速度推定値および位置推定値を推定して出力するように構成しても良い。
【００２２】
また、上記サーボ制御装置を以下のように構成しても良い。
上記外乱推定器が、外乱推定動作の実行または停止を位置選択信号に基づいて決定するように構成される。
上記サーボ制御装置が、更に、
上記位置検出値と上記位置推定値のいずれか一方を上記位置選択信号に基づいて選択し、上記位置制御器への位置フィードバック信号として出力する第１の位置信号選択器と、
上記位置検出値と上記第１の遅延器から出力される位置推定値の遅延信号とのいずれか一方を上記位置選択信号に基づいて選択し、速度推定器入力信号として出力する第２の位置信号選択器と、
上記位置検出値および上記第１の遅延器から出力される位置推定値の遅延信号に基づいて、上記第１の位置信号選択器、上記第２の位置信号選択器、および上記外乱推定器に入力するための上記位置選択信号を生成して出力する位置選択信号制御器とを備える。
上記速度推定器を構成するカルマンフィルタまたは定常カルマンフィルタが、上記第２の位置信号選択器からの上記速度推定器入力信号、上記外乱推定値、および上記第２の遅延器から出力される制御指令値または速度偏差の遅延信号を入力として、上記制御対象の速度推定値および位置推定値を推定して出力する。
上記位置制御器が、外部から与えられる上記位置指令値と、上記第１の位置信号選択器からの上記位置フィードバック信号とに基づいて、上記速度指令値を演算して出力する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、速度推定器をカルマンフィルタで構成し、位置検出値および制御指令値に基づいて速度推定値を推定するため、真の速度に対する速度推定精度を高精度化することができ、低速および中高速を含む全駆動領域において、サーボ制御装置の位置制御精度および速度制御精度を向上させることが可能となる。
【００２４】
また、速度推定器を定常カルマンフィルタで構成し、位置検出値および制御指令値に基づいて速度推定値を推定することで、真の速度に対する速度推定精度と、サーボ制御装置の位置制御精度および速度制御精度を、カルマンフィルタ適用時と同等レベルに維持したまま、速度推定器における演算量を大幅に低減させることが可能となる。
【００２５】
更に、本発明によれば、速度推定器における速度推定精度が高精度化するため、従来に比してより低分解能な位置検出器を適用したサーボ制御装置によって、従来と同等レベルの位置制御精度および速度制御精度を実現することが可能となる。
【００２６】
加えて、本発明によれば、位置検出器の不良動作に起因して、真の位置に対する位置検出値の誤差が一定期間拡大する場合においても、速度推定器を構成するカルマンフィルタまたは定常カルマンフィルタが、位置推定値の遅延信号と、制御指令値または速度偏差に基づいて、真の位置および真の速度を高精度に推定してサーボ制御装置へフィードバックする。そのため、当該期間中におけるサーボ制御装置の位置制御精度および速度制御精度の劣化を抑制することが可能となる。
【００２７】
本発明によれば、速度推定器をカルマンフィルタで構成し、位置検出値、外乱推定値、および制御指令値の遅延信号に基づいて速度推定値を推定するため、制御対象へ作用する外乱のレベルによらずに、真の速度に対する速度推定精度を高精度化することができる。そして、低速および中高速を含む全駆動領域において、サーボ制御装置の位置制御精度および速度制御精度を向上させることが可能となる。
【００２８】
また、速度推定器を定常カルマンフィルタで構成し、位置検出値、外乱推定値、および制御指令値の遅延信号に基づいて速度推定値を推定することで、真の速度に対する速度推定精度と、サーボ制御装置の位置制御精度および速度制御精度を、カルマンフィルタ適用時と同等レベルに維持したまま、速度推定器における演算量を大幅に低減させることが可能となる。
【００２９】
更に、本発明によれば、速度推定器における速度推定精度が高精度化するため、従来に比してより低分解能な位置検出器を適用したサーボ制御装置によって、従来と同等レベルの位置制御精度および速度制御精度を実現することが可能となる。
【００３０】
加えて、本発明によれば、位置検出器の不良動作に起因して、真の位置に対する位置検出値の誤差が一定期間拡大する場合においても、速度推定器を構成するカルマンフィルタまたは定常カルマンフィルタが、位置推定値の遅延信号と、外乱推定値と、制御指令値または速度偏差の遅延信号に基づいて、真の位置および真の速度を高精度に推定してサーボ制御装置へフィードバックする。そのため、当該期間中におけるサーボ制御装置の位置制御精度および速度制御精度の劣化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施の形態１によるサーボ制御装置１００の構成を示すブロック線図である。
【図２】従来の基本的なサーボ制御装置２００において、位置指令値を一定値とした場合の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【図３】実施の形態１によるサーボ制御装置１００において、位置指令値を一定値とした場合の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【図４】従来の基本的なサーボ制御装置２００において、位置指令値の時間変化率を所定の一定値とした場合の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【図５】実施の形態１によるサーボ制御装置１００において、位置指令値の時間変化率を所定の一定値とした場合の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【図６】実施の形態２によるサーボ制御装置１００の構成を示すブロック線図である。
【図７】実施の形態３によるサーボ制御装置１００の構成を示すブロック線図である。
【図８】実施の形態２によるサーボ制御装置１００において、位置検出値の誤差が一定期間拡大した場合の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【図９】実施の形態３によるサーボ制御装置１００において、位置検出値の誤差が一定期間拡大した場合の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【図１０】従来の基本的なサーボ制御装置２００の構成を示すブロック線図である。
【図１１】実施の形態４によるサーボ制御装置１００の構成を示すブロック線図である。
【図１２】従来の基本的なサーボ制御装置２００において、位置指令値を一定値とした場合の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【図１３】実施の形態４によるサーボ制御装置１００において、位置指令値を一定値とした場合の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【図１４】従来の基本的なサーボ制御装置２００において、位置指令値の時間変化率を所定の一定値とした場合の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【図１５】実施の形態４によるサーボ制御装置１００において、位置指令値の時間変化率を所定の一定値とした場合の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【図１６】実施の形態５によるサーボ制御装置１００の構成を示すブロック線図である。
【図１７】実施の形態６によるサーボ制御装置１００の構成を示すブロック線図である。
【図１８】実施の形態５によるサーボ制御装置１００において、位置検出値の誤差が一定期間拡大した場合の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【図１９】実施の形態６によるサーボ制御装置１００において、位置検出値の誤差が一定期間拡大した場合の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
実施の形態１．
以下、図を用いて実施の形態１について説明する。
図１は、実施の形態１によるサーボ制御装置１００の構成を示すブロック線図であり、図１において図１０と同じ構成要素には同一番号を付している。図１に記した記号の意味は、図１０における記号の意味と同じである。
【００３３】
図２は、従来の基本的なサーボ制御装置２００において、位置指令値を一定値とした場合の制御指令値、真の速度および速度推定値、真の位置および位置検出値の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
図３は、実施の形態１によるサーボ制御装置１００において、位置指令値を一定値とした場合の制御指令値、真の速度および速度推定値、真の位置および位置検出値の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【００３４】
図４は、従来の基本的なサーボ制御装置２００において、位置指令値の時間変化率を所定の一定値とした場合の制御指令値、真の速度および速度推定値、真の位置および位置検出値の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
図５は、実施の形態１によるサーボ制御装置１００において、位置指令値の時間変化率を所定の一定値とした場合の制御指令値、真の速度および速度推定値、真の位置および位置検出値の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【００３５】
図１に示したように、実施の形態１によるサーボ制御装置１００では、制御対象１の制御量である位置ｘ（並進変位または回転変位）を、位置検出器２においてサンプリング周期で標本化し、更に所定の検出分解能で量子化して位置検出値１０４として出力する。
位置制御器３では、外部から与えられる位置指令値１０１と位置検出器２から出力される位置検出値１０４との偏差に基づいて、サーボ制御装置１００の速度指令値１０２を演算して出力する。
速度制御器４では、位置制御器３から出力される速度指令値１０２と速度推定器６ａから出力される速度推定値１０５との偏差に基づいて、サーボ制御装置１００の制御指令値を演算して出力し、更に制御指令リミッタ７ａによって当該制御指令値にリミット処理を施した信号を最終的な制御指令値１０３として出力する。
アクチュエータ５では、制御指令リミッタ７ａから出力される制御指令値１０３に基づいて、位置ｘを位置指令値１０１に追従させるような制御力または制御トルクを制御対象１に対して印加する。
速度推定器６ａでは、位置検出器２から出力される位置検出値１０４、および制御指令リミッタ７ａから出力される制御指令値１０３に基づいて、制御対象１の並進速度または回転速度で規定される速度を推定し、速度推定値１０５として出力する。
【００３６】
このとき、速度制御器４によってサーボ制御系インナーループとしての速度制御系を設計し、更に位置制御器３によってサーボ制御系アウターループとしての位置制御系を設計する。これにより、サーボ制御装置１００における制御系としての安定性、位置指令値１０１の変化に対する位置検出値１０４の速応性、および定常状態における位置指令値１０１と位置検出値１０４との偏差、が所望の性能を満足するように調整することができる。
【００３７】
次に、従来の基本的なサーボ制御装置２００（図１０）における問題点を整理した上で、実施の形態１によるサーボ制御装置１００の動作について説明する。図１０に示す従来の基本的なサーボ制御装置２００では、例えば、連続系伝達関数が以下の擬似微分器伝達関数で与えられる擬似微分器を双一次変換したＩＩＲフィルタによって、速度推定器２１０を構成している。ＩＩＲは、Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅの略称である。
【００３８】
【数２】
2017041248.tif 000004
【００３９】
このとき、真の位置ｘが一定であっても、位置検出器２による量子化に起因して、位置検出値１０４は位置検出器２の検出分解能（１ＬＳＢ）を最小単位として矩形波状に変動する。ＬＳＢは、Ｌｅａｓｔ  Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ  Ｂｉｔの略称である。
従来の基本的なサーボ制御装置２００では、矩形波状に変動する位置検出値１０４の擬似微分によって推定される速度推定値１０５にはスパイク状の速度推定誤差が発生し、矩形波状に変動する位置検出値１０４と、スパイク状の速度推定誤差が重畳した速度推定値１０５と、をフィードバックして位置制御および速度制御を実施する。
したがって、従来の基本的なサーボ制御装置２００では、特に、制御対象１の動作速度が零近傍となる低速駆動領域において、位置制御精度および速度制御精度が劣化する。
【００４０】
例として、従来の基本的なサーボ制御装置２００において、位置指令値１０１を一定値とした場合の制御指令値１０３、真の速度および速度推定値１０５、真の位置ｘおよび位置検出値１０４の時間応答シミュレーション結果を図２に示す。
図２によれば、位置検出値１０４が検出分解能（１ＬＳＢ）を振幅として矩形波状に変動して、速度推定値１０５にスパイク状の速度推定誤差が重畳した結果、本来ゼロとなるべき制御指令値１０３が変動し、本来ゼロとなるべき真の速度、および本来一定値となるべき真の位置ｘの制御精度が劣化していることがわかる。
【００４１】
また、位置検出器２から出力される位置検出値１０４が真の位置ｘに同期した変動的な位置検出誤差を含む場合、この位置検出誤差も速度推定器２１０によって擬似微分されるため、速度推定値１０５には位置検出誤差が増幅された変動的な速度推定誤差が重畳する。
従来の基本的なサーボ制御装置２００では、真の位置ｘに同期した変動的な位置検出誤差を含む位置検出値１０４と、真の位置ｘに同期した変動的な速度推定誤差を含む速度推定値１０５と、をフィードバックして位置制御および速度制御を実施する。
このような従来の基本的なサーボ制御装置では、特に、制御対象１の動作速度が中高速駆動となる領域において、速度制御精度が劣化する。
【００４２】
例として、従来の基本的なサーボ制御装置２００において、位置指令値１０１の時間変化率を所定の一定値とした場合の制御指令値１０３、真の速度および速度推定値１０５、真の位置ｘおよび位置検出値１０４の時間応答シミュレーション結果を図４に示す。
図４によれば、速度推定値１０５に対して、真の位置ｘに同期した変動的な位置検出誤差が増幅された速度推定誤差が重畳した結果、制御指令値１０３も特に速度推定誤差に同期して変動し、本来一定値となるべき真の速度の制御精度が劣化していることがわかる。
なお、図４において、実線で表記した真の位置ｘと、破線で表記した位置検出値１０４は互いに重なっている。
【００４３】
そこで、実施の形態１によるサーボ制御装置１００（図１）では、制御指令値１０３から位置検出値１０４までの動特性、つまり、アクチュエータ５、制御対象１および位置検出器２の動特性が、サーボ制御装置１００の速度制御帯域を内包する周波数領域において剛体特性で近似できると仮定する。そして、速度推定器６ａを、以下に示すカルマンゲイン、フィルタ方程式および誤差共分散行列方程式で与えられるカルマンフィルタで構成する。
【００４４】
【数３】
2017041248.tif 000005
【００４５】
【数４】
2017041248.tif 000006
【００４６】
【数５】
2017041248.tif 000007
【００４７】
【数６】
2017041248.tif 000008
【００４８】
【数７】
2017041248.tif 000009
【００４９】
【数８】
2017041248.tif 000010
【００５０】
【数９】
2017041248.tif 000011
【００５１】
【数１０】
2017041248.tif 000012
【００５２】
このように、実施の形態１によるサーボ制御装置１００では、速度推定器６ａをサーボ制御装置１００の速度制御帯域を内包する周波数領域において制御指令値１０３から位置検出値１０４までの動特性を剛体特性で近似した等価慣性Ａと、サーボ制御装置１００のサンプリング周期Ｔｄとに基づいたカルマンフィルタで構成している。
この速度推定器６ａでは、図１に示すように位置検出器２から出力される位置検出値１０４と、制御指令リミッタ７ａから出力される制御指令値１０３とを入力として、制御対象１の速度推定値１０５を推定して速度制御器４へフィードバックする。
【００５３】
速度推定器６ａによって速度推定値１０５を推定することで、位置検出値１０４が位置検出器２の検出分解能（１ＬＳＢ）を最小単位として矩形波状に変動しても、速度推定値１０５にはスパイク状の速度推定誤差が発生せず、真の速度に対する速度推定精度を高精度化することができる。そのため、制御対象１の動作速度が零近傍となる低速駆動領域において、サーボ制御装置１００の位置制御精度および速度制御精度を向上させることが可能となる。
【００５４】
例として、実施の形態１によるサーボ制御装置１００において、位置指令値１０１を一定値とした場合の制御指令値１０３、真の速度および速度推定値１０５、真の位置ｘおよび位置検出値１０４の時間応答シミュレーション結果を図３に示す。
なお、図３に関する時間応答シミュレーションと、従来の基本的なサーボ制御装置２００の図２に関する時間応答シミュレーションとでは、縦軸が同一スケールであり、また、横軸が同一スケールである。サーボ制御装置の基本構成は速度推定器のみが異なっている。
図３において、実線で表記した真の速度と、破線で表記した速度推定値１０５と、が互いに重なっている。
【００５５】
図３によれば、位置検出値１０４が検出分解能（１ＬＳＢ）を振幅として矩形波状に変動しても、速度推定器６ａから出力される速度推定値１０５には、図２に見られたようなスパイク状の速度推定誤差が発生しておらず、真の速度が高精度に推定されている。その結果、制御指令値１０３の変動量が図２に比して大幅に抑制され、本来ゼロとなるべき真の速度、および本来一定値となるべき真の位置ｘの制御精度も大幅に向上していることがわかる。
【００５６】
また、位置検出器２から出力される位置検出値１０４が真の位置ｘに同期した変動的な位置検出誤差を含む場合においても、速度推定値１０５には位置検出誤差が増幅された変動的な速度推定誤差が発生せず、真の速度に対する速度推定精度を高精度化することができる。そのため、制御対象１の動作速度が中高速駆動となる領域において、サーボ制御装置１００の速度制御精度を向上させることが可能となる。
【００５７】
例として、実施の形態１によるサーボ制御装置１００において、位置指令値１０１の時間変化率を所定の一定値とした場合の制御指令値１０３、真の速度および速度推定値１０５、真の位置ｘおよび位置検出値１０４の時間応答シミュレーション結果を図５に示す。
なお、図５に関する時間応答シミュレーションと、従来の基本的なサーボ制御装置２００の図４に関する時間応答シミュレーションとでは、縦軸が同一スケールであり、また、横軸が同一スケールである。サーボ制御装置の基本構成は速度推定器のみが異なっている。
図５において、実線で表記した真の速度と、破線で表記した速度推定値１０５と、が互いに重なっている。
【００５８】
図５によれば、速度推定値１０５には従来の基本的なサーボ制御装置２００（図４）に見られた真の位置ｘに同期した変動的な速度推定誤差が発生しておらず、真の速度が高精度に推定されている。その結果、制御指令値１０３の変動量が図４に比して大幅に抑制され、本来一定値となるべき真の速度の制御精度も大幅に向上していることがわかる。
【００５９】
このように、実施の形態１によるサーボ制御装置１００によれば、速度推定器６ａにおいて真の速度に対する速度推定精度を高精度化することができ、低速および中高速を含む全駆動領域において、サーボ制御装置１００の位置制御精度および速度制御精度を向上させることが可能となる。換言すれば、従来に比してより低分解能な位置検出器２を適用したサーボ制御装置１００によって、従来と同等レベルの位置制御精度および速度制御精度を実現することが可能となる。
【００６０】
ところで、上記実施の形態１はあくまでも一例である。例えば、図１に示した制御指令リミッタ７ａは、必ずしも実装する必要が無いことは言うまでもない。
【００６１】
この実施の形態では、制御指令値から位置検出値までの動特性、つまり、アクチュエータ、制御対象および位置検出器の動特性が、サーボ制御装置の速度制御帯域を内包する周波数領域において剛体特性で近似できる、と仮定して、速度推定器をカルマンフィルタで構成した。その上で、速度推定器において、位置検出値と制御指令値とを入力として制御対象の速度推定値を推定して、速度制御器へフィードバックするようにした。
【００６２】
これにより、位置検出値が位置検出器の検出分解能（１ＬＳＢ）を最小単位として矩形波状に変動しても、速度推定値にはスパイク状の速度推定誤差が発生せず、真の速度に対する速度推定精度を高精度化することができる。そのため、制御対象の動作速度が零近傍となる低速駆動領域において、サーボ制御装置の位置制御精度および速度制御精度を向上させることが可能となる。
【００６３】
また、位置検出器による位置検出値が真の位置に同期した変動的な位置検出誤差を含む場合においても、速度推定値には位置検出誤差が増幅された変動的な速度推定誤差が発生せず、真の速度に対する速度推定精度を高精度化することができる。そのため、制御対象の動作速度が中高速駆動となる領域において、サーボ制御装置の速度制御精度を向上させることが可能となる。
【００６４】
したがって、低速および中高速を含む全駆動領域において、サーボ制御装置の位置制御精度および速度制御精度を向上させることが可能となる。換言すれば、従来に比してより低分解能な位置検出器を適用したサーボ制御装置によって、従来と同等レベルの位置制御精度および速度制御精度を実現することが可能となる。
【００６５】
特に、この実施の形態では、サーボ制御装置の速度制御帯域を内包する周波数領域において制御指令値から位置検出値までの動特性を剛体特性で近似した等価慣性と、サーボ制御装置のサンプリング周期と、に基づいて構築したカルマンフィルタによって、速度推定器を構成するようにした。
【００６６】
このため、従来から精度の高い情報として得られるサーボ制御装置のサンプリング周期と、実機特性の計測結果に基づいて高精度に決定した等価慣性と、によってカルマンフィルタを構成することができ、速度推定器において、真の速度に対する速度推定精度をより高精度化することが可能となる。
【００６７】
実施の形態２．
以下、図を用いて実施の形態２について説明する。
図６は、実施の形態２によるサーボ制御装置１００の構成を示すブロック線図である。図６において、図１と同じ構成要素には同一番号を付して説明は省略する。図６に記した記号の意味は以下の通りである。但し、図１と同じ記号の説明は省略する。
【００６８】
【数１１】
2017041248.tif 000013
【００６９】
図６に示したように、この実施の形態２によるサーボ制御装置１００では、位置制御器３から出力される速度指令値１０２と速度推定器６ｂから出力される速度推定値１０５との速度偏差を速度偏差リミッタ７ｂに入力する。そして、当該速度偏差にリミット処理を施した速度偏差１０６を速度制御器４に入力する。
速度制御器４では、速度偏差リミッタ７ｂから出力されるリミット処理後の速度偏差１０６に基づいて、サーボ制御装置１００の制御指令値１０３を演算して出力する。
速度推定器６ｂでは、位置検出器２から出力される位置検出値１０４と、速度偏差リミッタ７ｂから出力される速度偏差１０６とに基づいて、制御対象１の速度を推定して、速度推定値１０５として出力する。
【００７０】
次に、実施の形態２によるサーボ制御装置１００の動作について説明する。
実施の形態２によるサーボ制御装置１００（図６）では、速度偏差１０６から位置検出値１０４までの動特性、つまり、速度制御器４、アクチュエータ５、制御対象１および位置検出器２の動特性が、サーボ制御装置１００の速度制御帯域を内包する周波数領域において剛体特性で近似できると仮定する。そして、速度推定器６ｂを、以下に示すフィルタ方程式で与えられる定常カルマンフィルタで構成する。
【００７１】
【数１２】
2017041248.tif 000014
【００７２】
【数１３】
2017041248.tif 000015
【００７３】
【数１４】
2017041248.tif 000016
【００７４】
【数１５】
2017041248.tif 000017
【００７５】
【数１６】
2017041248.tif 000018
【００７６】
一般に、制御対象１のシステムパラメータＦｋ，Ｇｋ，Ｄｋ，Ｈｋが時間に依存しない時不変システムＦ，Ｇ，Ｄ，Ｈとして与えられる場合、カルマンフィルタは、定係数の定常カルマンフィルタに収束する。特に、（Ｆ，Ｇ）が可安定であり、（Ｈ，Ｆ）が可検出であれば、定常カルマンフィルタは漸近安定となる。
実施の形態２によるサーボ制御装置１００では、上記特性を利用して、カルマンフィルタが定係数フィルタへ収束した後の定常カルマンゲインを適用した。そして、定常カルマンフィルタによって速度推定器６ｂを構成した。
【００７７】
また、実施の形態２によるサーボ制御装置１００では、速度偏差１０６から位置検出値１０４までの動特性、つまり、速度制御器４、アクチュエータ５、制御対象１および位置検出器２の動特性が、サーボ制御装置１００の速度制御帯域を内包する周波数領域において剛体特性で近似できると仮定した。そして、速度推定器６ｂを、サーボ制御装置１００のサンプリング周期Ｔｄと、速度制御系ゲイン交点周波数ωｒｃと、に基づいた定常カルマンフィルタで構成している（上記フィルタ方程式（予測）の第３式）。
この速度推定器６ｂでは、図６に示すように位置検出器２から出力される位置検出値１０４と、速度偏差リミッタ７ｂから出力される速度偏差１０６と、を入力として、制御対象１の速度推定値１０５を推定して、速度偏差リミッタ７ｂへフィードバックする。
【００７８】
上記構成の速度推定器６ｂによって速度推定値１０５を推定することで、制御指令値１０３から位置検出値１０４までの動特性、つまり、アクチュエータ５、制御対象１および位置検出器２の動特性、を剛体特性で近似した等価慣性Ａが変化する場合においても、速度制御器４によって常に一定の低周波域制御特性（速度制御系ゲイン交点周波数ωｒｃ）が実現できれば、次のことが可能となる。つまり、定常カルマンフィルタが推定対象とするシステムを速度制御器４、アクチュエータ５、制御対象１および位置検出器２として、位置検出器２から出力される位置検出値１０４と、速度制御器４へ入力する速度偏差１０６と、を定常カルマンフィルタへの入力とすることで、任意の等価慣性Ａにおいて真の速度に対する速度推定値１０５の推定精度を維持することが可能となる。加えて、この場合の定常カルマンフィルタは、サーボ制御装置１００のサンプリング周期Ｔｄと、速度制御系ゲイン交点周波数ωｒｃとに基づいて構築することができる。
【００７９】
この場合、速度偏差リミッタ７ｂにおける速度偏差リミット値として、図１に示す制御指令リミッタ７ａにおける制御指令リミット値を以下の式によって等価変換した値、を適用することで、制御指令値１０３の整合性を確保する必要がある。
【００８０】
【数１７】
2017041248.tif 000019
【００８１】
なお、上記実施の形態２はあくまでも一例である。例えば、図６に示した速度偏差リミッタ７ｂは、必ずしも実装する必要が無いことは言うまでもない。また、上記実施の形態２では、速度推定器６ｂを構成する定常カルマンフィルタをサーボ制御装置１００のサンプリング周期Ｔｄと、速度制御系ゲイン交点周波数ωｒｃとに基づいて構築した。しかし、速度推定器６ｂを構成する定常カルマンフィルタを、サーボ制御装置１００の速度制御帯域を内包する周波数領域において制御指令値１０３から位置検出値１０４までの動特性を剛体特性で近似した等価慣性Ａ、サーボ制御装置１００のサンプリング周期Ｔｄ、および速度制御器４の比例制御ゲインＫＤに基づいて構築しても良い（上記フィルタ方程式（予測）の第２式）。
【００８２】
この実施の形態では、速度偏差から位置検出値までの動特性、つまり、速度制御器、アクチュエータ、制御対象、および位置検出器の動特性が、サーボ制御装置の速度制御帯域を内包する周波数領域において剛体特性で近似できると仮定した。そして、カルマンフィルタが定係数フィルタへ収束した後の定常カルマンゲイン、を適用した定常カルマンフィルタで速度推定器を構成した。その上で、速度推定器において、位置検出値と速度偏差とを入力として制御対象の速度推定値を推定して、速度偏差リミッタへフィードバックするようにした。
【００８３】
これにより、真の速度に対する速度推定値の推定精度、つまり、サーボ制御装置の位置制御精度および速度制御精度、をカルマンフィルタ適用時と同等レベルに維持したまま、速度推定器における演算量を大幅に低減させることが可能となる。
【００８４】
加えて、この実施の形態では、サーボ制御装置の速度制御器によって常に一定の低周波域制御特性（速度制御系ゲイン交点周波数）が実現できることを前提として、速度制御器、アクチュエータ、制御対象、および位置検出器、を対象システムとして定常カルマンフィルタを構築した。そして、この定常カルマンフィルタで構成された速度推定器において、位置検出値および速度偏差に基づいて、速度推定値を推定して出力する構成とした。
【００８５】
これにより、制御指令値から位置検出値までの動特性、つまり、アクチュエータ、制御対象、および位置検出器の動特性、を剛体特性で近似した等価慣性が変化する場合においても、任意の等価慣性を用いて、真の速度に対する速度推定値の制御精度を維持することが可能となる。
【００８６】
特に、この実施の形態では、サーボ制御装置のサンプリング周期と、速度制御系ゲイン交点周波数と、に基づいて構築した定常カルマンフィルタによって、速度推定器を構成するようにした。
【００８７】
このため、従来から精度の高い情報として得られるサーボ制御装置のサンプリング周期と、速度制御器を設計した後の実機特性に基づいて高精度に計測される速度制御系ゲイン交点周波数と、によって定常カルマンフィルタを構成することができる。そして、速度推定器において、真の速度に対する速度推定精度をより高精度化することが可能となる。
【００８８】
実施の形態３．
以下、図を用いて実施の形態３について説明する。
図７は、実施の形態３によるサーボ制御装置１００の構成を示すブロック線図である。図７において、図６と同じ構成要素には同一番号を付して説明は省略する。図７に記した記号の意味は以下の通りである。但し、図６と同じ記号の説明は省略する。
【００８９】
【数１８】
2017041248.tif 000020
【００９０】
図８は、実施の形態２によるサーボ制御装置１００において、位置検出値の誤差が一定期間拡大した場合の制御指令値、真の速度および速度推定値、真の位置および位置検出値の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
図９は、実施の形態３によるサーボ制御装置１００において、位置検出値の誤差が一定期間拡大した場合の制御指令値、真の速度および速度推定値、真の位置および位置検出値の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【００９１】
図７に示したように、実施の形態３によるサーボ制御装置１００では、速度推定器６ｂが、制御対象１の速度推定値１０５に加えて、位置推定値１０７も推定して出力する。
遅延器８では、速度推定器６ｂから出力される位置推定値１０７を入力とし、その１サンプリング遅延信号１０８を生成して出力する。
第１の位置信号選択器９では、速度推定器６ｂから出力される位置推定値１０７と、位置検出器２から出力される位置検出値１０４とのいずれか一方を、位置選択信号制御器１１から出力される位置選択信号に基づいて選択して、位置フィードバック信号として出力する。
第２の位置信号選択器１０では、遅延器８から出力される位置推定値の１サンプリング遅延信号１０８と、位置検出器２から出力される位置検出値１０４とのいずれか一方を、位置選択信号制御器１１から出力される位置選択信号に基づいて選択して、速度推定器入力信号として出力する。
位置選択信号制御器１１では、第２の位置信号選択器１０から出力される速度推定器入力信号と、位置検出器２から出力される位置検出値１０４とに基づいて、第１の位置信号選択器９および第２の位置信号選択器１０に入力するための位置選択信号、を生成して出力する。
速度推定器６ｂでは、第２の位置信号選択器１０から出力される速度推定器入力信号と、速度偏差リミッタ７ｂから出力される速度偏差１０６とに基づいて、制御対象１の位置および速度を推定する。そして、速度推定器６ｂは、推定した位置を位置推定値１０７として出力し、推定した速度を速度推定値１０５として出力する。
位置制御器３では、外部から与えられる位置指令値１０１と第１の位置信号選択器９から出力される位置フィードバック信号との偏差に基づいて、サーボ制御装置１００の速度指令値１０２を演算して出力する。
【００９２】
次に、実施の形態２によるサーボ制御装置１００において位置検出値１０４の誤差が一定期間拡大した場合の動作を示した上で、実施の形態３によるサーボ制御装置１００の動作について説明する。
図６に示す実施の形態２によるサーボ制御装置１００において、位置検出器２の不良動作に起因して、真の位置ｘに対する位置検出値１０４の誤差が一定期間拡大した場合、定常カルマンフィルタで構成された速度推定器６ｂでは、過大な誤差が重畳した位置検出値１０４に基づいて速度推定値１０５を推定する。そのため、真の速度に対する速度推定精度が劣化する。このとき、サーボ制御装置１００では、一定期間にせよ、過大な誤差が重畳した位置検出値１０４と、推定精度が劣化した速度推定値１０５とをフィードバックして、位置制御および速度制御を実施する。そのため、位置検出値１０４に一定期間重畳する誤差量に応じて、位置制御精度および速度制御精度が極度に劣化する。
【００９３】
例として、実施の形態２によるサーボ制御装置１００において、位置指令値１０１の時間変化率を所定の一定値とした状態で、時刻０．１ｓから概ね５０ｍｓの期間において、位置検出値１０４の誤差が拡大した場合の制御指令値１０３、真の速度および速度推定値１０５、真の位置ｘおよび位置検出値１０４の時間応答シミュレーション結果を図８に示す。
図８によれば、制御指令値１０３は速度偏差リミッタ７ｂに対応した制御指令リミット値まで到達している。つまり、位置検出値１０４に対する過大な誤差の重畳に応じて速度推定値１０５の推定精度が極度に劣化し、制御指令値１０３が大幅に乱される。そのため、位置検出値１０４における誤差拡大期間（５０ｍｓ）に対して、サーボ制御装置１００が正常動作に復帰するまでに、概ね０．３ｓの期間を要していることがわかる。
【００９４】
そこで、実施の形態３によるサーボ制御装置１００（図７）では、速度推定器６ｂを構成する定常カルマンフィルタが、速度推定値１０５に加えて、位置推定値１０７も推定していること（実施の形態２で説明したフィルタ方程式（推定））を利用する。つまり、位置検出値１０４の誤差拡大期間において、速度推定器６ｂへの入力信号と、位置制御器３への位置フィードバック信号とに、位置推定値１０７を適用する。これにより、位置検出器２の不良動作に起因するサーボ制御装置１００の位置制御精度および速度制御精度の劣化を抑制している。
【００９５】
具体的には、定常カルマンフィルタで構成された速度推定器６ｂからは、実施の形態２で説明したフィルタ方程式（推定）に基づいて、制御対象１の速度推定値１０５に加えて、位置推定値１０７も出力される。この位置推定値１０７は、遅延器８においてサーボ制御装置１００のサンプリング周期に対応する１サンプリング遅延信号１０８に変換されると共に、第１の位置信号選択器９に入力される。
第１の位置信号選択器９では、速度推定器６ｂから出力される位置推定値１０７と、位置検出器２から出力される位置検出値１０４とのいずれか一方を、位置選択信号制御器１１から出力される位置選択信号に基づいて選択して、位置フィードバック信号として出力する。
第２の位置信号選択器１０では、遅延器８から出力される位置推定値の１サンプリング遅延信号１０８と、位置検出器２から出力される位置検出値１０４とのいずれか一方を、位置選択信号制御器１１から出力される位置選択信号に基づいて選択して、速度推定器入力信号として出力する。
【００９６】
位置選択信号制御器１１では、第２の位置信号選択器１０から出力される速度推定器入力信号と、位置検出器２から出力される位置検出値１０４とに基づいて、第１の位置信号選択器９および第２の位置信号選択器１０に入力するための位置選択信号を、以下の条件に基づいて切り換えて保持する。
【００９７】
【数１９】
2017041248.tif 000021
【００９８】
【数２０】
2017041248.tif 000022
【００９９】
速度推定器６ｂでは、第２の位置信号選択器１０から出力される速度推定器入力信号と、速度偏差リミッタ７ｂから出力される速度偏差１０６とに基づいて、制御対象１の位置および速度を推定する。そして、速度推定器６ｂは、推定した位置を位置推定値１０７として出力し、推定した速度を速度推定値１０５として出力する。
位置制御器３では、外部から与えられる位置指令値１０１と第１の位置信号選択器９から出力される位置フィードバック信号との偏差に基づいて、サーボ制御装置１００の速度指令値１０２を演算して出力する。
【０１００】
これにより、位置検出器２が出力する位置検出値１０４が正常である場合、上記条件（２）または上記条件（３）に基づいて、位置制御器３へフィードバックされる位置フィードバック信号（第１の位置信号選択器９出力）、および、速度推定器６ｂへ入力される速度推定器入力信号（第２の位置信号選択器１０出力）として、従来通り、位置検出値１０４が適用される。
【０１０１】
一方、位置検出器２の不良動作に起因して位置検出値１０４の誤差が一定期間拡大した場合、上記条件（１）に基づいて、位置制御器３へフィードバックされる位置フィードバック信号（第１の位置信号選択器９出力）に、速度推定器６ｂから出力される位置推定値１０７を適用して、速度推定器６ｂへ入力される速度推定器入力信号（第２の位置信号選択器１０出力）に、位置推定値の１サンプリング遅延信号１０８を適用する。これにより、位置検出器２の不良動作に起因するサーボ制御装置１００の位置制御精度および速度制御精度の劣化を抑制している。
【０１０２】
例として、実施の形態３によるサーボ制御装置１００において、位置指令値１０１の時間変化率を所定の一定値とした状態で、時刻０．１ｓから概ね５０ｍｓの期間において位置検出値１０４の誤差が拡大した場合の制御指令値１０３、真の速度および速度推定値１０５、真の位置ｘおよび位置検出値１０４の時間応答シミュレーション結果を図９に示す。
なお、図９に関する時間応答シミュレーションと、図８に関する時間応答シミュレーションとでは、縦軸が同一スケールであり、また、横軸が同一スケールである。さらに、位置検出値１０４に重畳する誤差量も同一である。
図９において、実線で表記した真の速度と、破線で表記した速度推定値１０５とは、互いに重なっている。
【０１０３】
図９によれば、位置検出器２の不良動作に起因して位置検出値１０４の誤差が一定期間拡大しても、速度推定器６ｂから出力される速度推定値１０５には、図８に見られたような速度推定精度の劣化が発生しておらず、真の速度が高精度に推定されている。
位置検出値１０４の誤差拡大期間において、位置推定値１０７と、速度推定精度が大幅に向上した速度推定値１０５と、を位置制御器３および速度偏差リミッタ７ｂへフィードバックすることで、制御指令値１０３の変動量も図８に比して大幅に抑制され、サーボ制御装置１００の挙動がほぼ正常動作に維持されることがわかる。
【０１０４】
なお、上記実施の形態３はあくまでも一例である。例えば、図７に示した速度偏差リミッタ７ｂは、必ずしも実装する必要が無いことは言うまでもない。また、上記実施の形態３では、遅延器８の構成をサーボ制御装置１００のサンプリング周期に対応する１サンプリング遅延としたが、遅延器８の構成を必ずしも１サンプリング遅延とする必要は無い。つまり、遅延器８を任意の遅延量で構築しても良い。加えて、上記実施の形態３では、速度推定器６ｂを定常カルマンフィルタで構成したが、実施の形態１で説明したカルマンフィルタで速度推定器６ｂを構成しても良い。更に、速度推定器６ｂの入力を制御指令値および速度推定器入力信号で構成しても良い。
【０１０５】
実施の形態３では、速度推定器を構成する定常カルマンフィルタが速度推定値に加えて位置推定値も推定していることを利用した。そして、位置検出値の誤差拡大期間において、位置制御器への位置フィードバック信号に、定常カルマンフィルタによって推定される位置推定値を適用して、速度推定器への入力信号に位置推定値の１サンプリング遅延信号を適用することで、位置検出器の不良動作に起因するサーボ制御装置の位置制御精度および速度制御精度の劣化を抑制するようにした。
【０１０６】
これにより、位置検出器の不良動作に起因して、真の位置に対する位置検出値の誤差が一定期間拡大する場合においても、速度推定器を構成する定常カルマンフィルタが、位置推定値の１サンプリング遅延信号と速度偏差とに基づいて、真の位置および真の速度を高精度に推定してサーボ制御装置へフィードバックする。そのため、当該期間中におけるサーボ制御装置の位置制御精度および速度制御精度の劣化を抑制することが可能となる。
【０１０７】
実施の形態３では、位置選択信号制御器によって、速度推定器入力信号と位置検出値との誤差絶対値が第１の閾値以上となった場合に、位置フィードバック信号（第１の位置信号選択器出力）に、速度推定器から出力される位置推定値を適用して、速度推定器へ入力される速度推定器入力信号（第２の位置信号選択器出力）に、位置推定値の１サンプリング遅延信号を適用した。更に、速度推定器入力信号と位置検出値との誤差絶対値が第２の閾値以下に収束した場合、または、予め設定した復帰時間が経過した場合に、位置フィードバック信号（第１の位置信号選択器出力）と、速度推定器入力信号（第２の位置信号選択器出力）との双方に、従来どおりの位置検出値を適用するようにした。
【０１０８】
これにより、第１および第２の位置信号選択器における出力信号の切り換えに関して、位置検出値の誤差拡大検知による出力信号切換えと、位置検出器の正常動作復帰による出力信号切換えとの双方において、出力信号の不連続変化を極小化することができる。したがって、位置検出器の不良動作に起因するサーボ制御装置の位置制御精度および速度制御精度の劣化を極小化することが可能となる。加えて、位置検出器の正常動作復帰による出力信号切換えにおいて、予め設定した復帰時間が経過した場合にも出力信号切換えを実行することで、第１および第２の位置信号選択器における出力信号切換え動作を確実に実行することが可能となる。
【０１０９】
実施の形態４．
以下、図を用いて実施の形態４について説明する。
図１１は、実施の形態４によるサーボ制御装置の構成を示すブロック線図であり、図１１において図１０と同じ構成要素には同一番号を付している。図１１に記した記号の意味は以下の通りである。但し、図１０と同じ記号の説明は省略する。なお、変数（記号）の右下添字ｋは、当該変数に対応する時刻ｋＴｄ（ｋ＝０，１，２，…）を表している。
【０１１０】
【数２１】
2017041248.tif 000023
【０１１１】
図１２は、従来の基本的なサーボ制御装置２００において、位置指令値を一定値とした場合の制御指令値、真の速度および速度推定値、真の位置および位置検出値の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
図１３は、実施の形態４によるサーボ制御装置１００において、位置指令値を一定値とした場合の制御指令値、真の速度および速度推定値、真の位置および位置検出値の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【０１１２】
図１４は、従来の基本的なサーボ制御装置２００において、位置指令値の時間変化率を所定の一定値とした場合の制御指令値、真の速度および速度推定値、真の位置および位置検出値の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
図１５は、実施の形態４によるサーボ制御装置１００において、位置指令値の時間変化率を所定の一定値とした場合の制御指令値、真の速度および速度推定値、真の位置および位置検出値の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【０１１３】
図１１に示したように、この実施の形態４によるサーボ制御装置１００では、制御対象１の制御量である位置ｘを、位置検出器２においてサンプリング周期Ｔｄで標本化し、更に所定の検出分解能で量子化して、時刻ｋＴｄにおける位置検出値１０４として出力する。位置ｘは並進変位または回転変位で規定される。
位置制御器３では、外部から与えられる位置指令値１０１と、位置検出器２から出力される位置検出値１０４との偏差に基づいて、制御対象１への速度指令値１０２を演算して出力する。
速度制御器４では、位置制御器３から出力される速度指令値１０２と、速度推定器６ａから出力される速度推定値１０５との偏差に基づいて、制御対象１への制御指令値を演算して出力し、更に制御指令リミッタ７ａによって当該制御指令値にリミット処理を施した信号を、最終的な制御指令値１０３として出力する。
アクチュエータ５では、制御指令リミッタ７ａから出力される制御指令値１０３に基づいて、位置ｘを位置指令値１０１に追従させるような制御力または制御トルクを制御対象１に対して印加する。
第１の遅延器８ａでは、速度推定器６ａから出力される位置推定値１０７を入力とし、サンプリング周期Ｔｄに対応する１サンプル遅延信号１０８ａを生成して出力する。
外乱推定器１２ａでは、位置検出器２から出力される位置検出値１０４から第１の遅延器８ａの出力である１サンプル遅延信号１０８ａを減じた位置推定誤差に基づいて、制御対象１へ作用する外乱を推定し、外乱推定値１０９ａとして出力する。
第２の遅延器８ｂでは、制御指令リミッタ７ａから出力される制御指令値１０３を入力とし、サンプリング周期Ｔｄに対応する１サンプル遅延信号１０８ｂを生成して出力する。
速度推定器６ａでは、位置検出器２から出力される位置検出値１０４、外乱推定器１２ａから出力される外乱推定値１０９ａ、および第２の遅延器８ｂから出力される１サンプル遅延信号１０８ｂを入力として、制御対象１の並進速度または回転速度で規定される速度を推定し、速度推定値１０５として出力する。さらに、速度推定器６ａでは、制御対象１の位置ｘを推定し、位置推定値１０７として出力する。
【０１１４】
このとき、速度制御器４によってサーボ制御系インナーループとしての速度制御系を設計し、更に位置制御器３によってサーボ制御系アウターループとしての位置制御系を設計する。これにより、サーボ制御装置１００における制御系としての安定性、位置指令値１０１の変化に対する位置検出値１０４の速応性、および定常状態における位置指令値１０１と位置検出値１０４との偏差が、所望の性能を満足するように調整することができる。
【０１１５】
次に、従来の基本的なサーボ制御装置２００（図１０）における問題点を整理した上で、実施の形態４によるサーボ制御装置１００の動作について説明する。図１０に示す従来の基本的なサーボ制御装置２００では、例えば、連続系伝達関数が、以下の疑似微分器伝達関数で与えられる擬似微分器を双一次変換したＩＩＲフィルタによって、速度推定器２１０を構成している。
【０１１６】
【数２２】
2017041248.tif 000024
【０１１７】
このとき、真の位置ｘが一定であっても、位置検出器２による量子化に起因して、位置検出値１０４は位置検出器２の検出分解能（１ＬＳＢ）を最小単位として矩形波状に変動する。
従来の基本的なサーボ制御装置２００では、矩形波状に変動する位置検出値１０４の擬似微分によって推定される速度推定値１０５にはスパイク状の速度推定誤差が発生し、矩形波状に変動する位置検出値１０４と、スパイク状の速度推定誤差が重畳した速度推定値１０５とをフィードバックして、位置制御および速度制御を実施する。
したがって、従来の基本的なサーボ制御装置２００では、特に、制御対象１の動作速度が零近傍となる低速駆動領域において、位置制御精度および速度制御精度が劣化する。
【０１１８】
例として、従来の基本的なサーボ制御装置２００において、位置指令値１０１を一定値とした場合の制御指令値１０３、真の速度および速度推定値１０５、真の位置ｘおよび位置検出値１０４の時間応答シミュレーション結果を図１２に示す。
図１２によれば、位置検出値１０４が検出分解能（１ＬＳＢ）を振幅として矩形波状に変動し、速度推定値１０５にスパイク状の速度推定誤差が重畳した結果、本来零となるべき制御指令値１０３が変動し、本来零となるべき真の速度、および本来一定値となるべき真の位置ｘの制御精度が劣化していることが分かる。
【０１１９】
また、位置検出器２から出力される位置検出値１０４が真の位置ｘに同期した変動的な位置検出誤差を含む場合、この位置検出誤差も速度推定器２１０によって擬似微分されるため、速度推定値１０５には位置検出誤差が増幅された変動的な速度推定誤差が重畳する。
従来の基本的なサーボ制御装置２００では、真の位置ｘに同期した変動的な位置検出誤差を含む位置検出値１０４と、真の位置ｘに同期した変動的な速度推定誤差を含む速度推定値１０５とをフィードバックして、位置制御および速度制御を実施する。
このような従来の基本的なサーボ制御装置では、特に、制御対象１の動作速度が中高速駆動となる領域において、速度制御精度が劣化する。
【０１２０】
例として、従来の基本的なサーボ制御装置２００において、位置指令値１０１の時間変化率を所定の一定値とした場合の制御指令値１０３、真の速度および速度推定値１０５、真の位置ｘおよび位置検出値１０４の時間応答シミュレーション結果を図１４に示す。図１４によれば、速度推定値１０５に対して、真の位置ｘに同期した変動的な位置検出誤差が増幅された速度推定誤差が重畳した結果、制御指令値１０３も特に速度推定誤差に同期して変動し、本来一定値となるべき真の速度の制御精度が劣化していることが分かる。
なお、図１４において、実線で表記した真の位置ｘと、破線で表記した位置検出値１０４は互いに重なっている。
【０１２１】
そこで、実施の形態４によるサーボ制御装置１００（図１１）では、制御指令値１０３から位置検出値１０４までの動特性、つまり、アクチュエータ５、制御対象１、および位置検出器２の動特性が、サーボ制御装置１００の速度制御帯域を内包する周波数領域において剛体特性で近似できると仮定する。
そして、速度推定器６ａを、以下に示すカルマンゲイン、フィルタ方程式および誤差共分散行列方程式で与えられるカルマンフィルタで構成する。
【０１２２】
【数２３】
2017041248.tif 000025
【０１２３】
【数２４】
2017041248.tif 000026
【０１２４】
【数２５】
2017041248.tif 000027
【０１２５】
【数２６】
2017041248.tif 000028
【０１２６】
【数２７】
2017041248.tif 000029
【０１２７】
【数２８】
2017041248.tif 000030
【０１２８】
【数２９】
2017041248.tif 000031
【０１２９】
【数３０】
2017041248.tif 000032
【０１３０】
このように、実施の形態４によるサーボ制御装置１００では、サーボ制御装置１００の速度制御帯域を内包する周波数領域において制御指令値１０３から位置検出値１０４までの動特性を剛体特性で近似した等価慣性Ａと、サーボ制御装置１００のサンプリング周期Ｔｄと、に基づいたカルマンフィルタで、速度推定器６ａを構成している。
【０１３１】
また、実施の形態４によるサーボ制御装置１００（図１１）では、連続系伝達関数がＰＩ補償器と位相進み補償器との直列接続に相当する以下の外乱推定器伝達関数で与えられる推定器を双一次変換したＩＩＲフィルタによって、外乱推定器１２ａを構成している。
【０１３２】
【数３１】
2017041248.tif 000033
【０１３３】
【数３２】
2017041248.tif 000034
【０１３４】
速度推定器６ａを構成するカルマンフィルタでは、制御対象１に作用する外乱は考慮されていない。そのため、外乱作用下では、位置検出値１０４に対して位置推定値１０７に誤差が発生する。外乱推定器１２ａでは、この位置推定誤差に基づいて外乱推定値１０９ａを推定し、この外乱推定値１０９ａと制御指令値との加算値を、新たな制御指令値として速度推定器６ａに入力する。このような構成とすることで、位置検出値１０４に対する位置推定値１０７の推定誤差が零に収束し、制御対象１に作用する外乱の影響が補償される。
【０１３５】
その上で、この実施の形態４によるサーボ制御装置１００では、時刻ｋＴｄにおける動作として、はじめに、位置検出器２によって制御対象１の位置検出値１０４を取得する。
次いで、当該位置検出値１０４から、第１の遅延器８ａの出力である１サンプル遅延信号１０８ａ（前時刻（ｋ−１）Ｔｄにおける位置推定値）を減じた位置推定誤差に基づいて、外乱推定器１２ａによって、制御対象１へ作用する外乱推定値１０９ａを演算して出力する。
更に、位置検出値１０４、外乱推定値１０９ａ、および第２の遅延器８ｂから出力される１サンプル遅延信号１０８ｂ（前時刻（ｋ−１）Ｔｄにおける制御指令値）に基づいて、速度推定器６ａによって、制御対象１の速度推定値１０５、および位置推定値１０７を演算して出力する。
位置制御器３では、位置指令値１０１と位置検出値１０４との偏差に基づいて、速度指令値１０２を演算して出力する。
最後に、速度指令値１０２と速度推定値１０５との偏差に基づいて、速度制御器４、および制御指令リミッタ７ａによって、制御対象１への制御指令値１０３を算出して出力する。
【０１３６】
このように、速度推定器６ａによって速度推定値１０５を推定することで、位置検出値１０４が位置検出器２の検出分解能（１ＬＳＢ）を最小単位として矩形波状に変動しても、速度推定値１０５にはスパイク状の速度推定誤差が発生せず、真の速度に対する速度推定精度を高精度化することができる。そのため、制御対象１の動作速度が零近傍となる低速駆動領域において、サーボ制御装置１００の位置制御精度および速度制御精度を向上させることが可能となる。
【０１３７】
例として、実施の形態４によるサーボ制御装置１００において、位置指令値１０１を一定値とした場合の制御指令値１０３、真の速度および速度推定値１０５、真の位置ｘおよび位置検出値１０４の時間応答シミュレーション結果を図１３に示す。
なお、図１３に関する時間応答シミュレーションと、従来の基本的なサーボ制御装置２００の図１２に関する時間応答シミュレーションとでは、縦軸が同一スケールであり、また、横軸が同一スケールである。
図１３において、実線で表記した真の速度と、破線で表記した速度推定値１０５とが、互いに重なっている。
【０１３８】
図１３によれば、位置検出値１０４が検出分解能（１ＬＳＢ）を振幅として矩形波状に変動しても、速度推定器６ａから出力される速度推定値１０５には図１２に見られたようなスパイク状の速度推定誤差が発生せず、真の速度が高精度に推定されている。その結果、制御指令値１０３の変動量が図１２に比して大幅に抑制され、本来零となるべき真の速度、および本来一定値となるべき真の位置ｘの制御精度も大幅に向上していることが分かる。
【０１３９】
また、位置検出器２から出力される位置検出値１０４が真の位置ｘに同期した変動的な位置検出誤差を含む場合においても、速度推定値１０５に重畳する変動的な速度推定誤差が抑制され、真の速度に対する速度推定精度を高精度化することができる。そのため、制御対象１の動作速度が中高速駆動となる領域において、サーボ制御装置１００の速度制御精度を向上させることが可能となる。
【０１４０】
例として、実施の形態４によるサーボ制御装置１００において、位置指令値１０１の時間変化率を所定の一定値とした場合の制御指令値１０３、真の速度および速度推定値１０５、真の位置ｘおよび位置検出値１０４の時間応答シミュレーション結果を図１５に示す。
なお、図１５に関する時間応答シミュレーションと、従来の基本的なサーボ制御装置２００の図１４に関する時間応答シミュレーションとでは、縦軸が同一スケールであり、また、横軸が同一スケールである。
図１５において、実線で表記した真の位置ｘと、破線で表記した位置検出値１０４とは、互いに重なっている。
【０１４１】
図１５によれば、速度推定値１０５に重畳する変動的な速度推定誤差が図１４に比して抑制され、その結果として、制御指令値１０３の変動量も抑制される。これにより、本来一定値となるべき真の速度の制御精度も向上している。
【０１４２】
このように、実施の形態４によるサーボ制御装置１００によれば、外乱推定器１２ａによって制御対象１に作用する外乱を推定し、この外乱推定値１０９ａと第２の遅延器８ｂから出力される１サンプル遅延信号１０８ｂとの加算値を新たな制御指令値として速度推定器６ａに入力する。このような構成とすることで、制御対象１に作用する外乱の影響を補償することができる。したがって、制御対象１へ作用する外乱のレベルによらずに真の速度に対する速度推定精度を高精度化することができ、低速および中高速を含む全駆動領域において、サーボ制御装置１００の位置制御精度および速度制御精度を向上させることが可能となる。換言すれば、従来に比してより低分解能な位置検出器２を適用したサーボ制御装置１００によって、従来と同等レベルの位置制御精度および速度制御精度を実現することが可能となる。
【０１４３】
ところで、上記実施の形態４はあくまでも一例であって、例えば、図１１に示した制御指令リミッタ７ａは、必ずしも実装する必要が無いことは言うまでもない。
【０１４４】
この実施の形態では、制御指令値１０３から位置検出値１０４までの動特性、つまりアクチュエータ５、制御対象１、および位置検出器２の動特性が、サーボ制御装置１００の速度制御帯域を内包する周波数領域において剛体特性で近似できると仮定し、速度推定器６ａをカルマンフィルタで構成した。また、外乱推定器１２ａで制御対象１に作用する外乱を推定し、外乱推定値１０９ａとして出力する構成とした。その上で、速度推定器６ａにおいて、位置検出値１０４、外乱推定値１０９ａ、および前時刻（ｋ−１）Ｔｄにおける制御指令値を入力として、制御対象１の速度推定値１０５を推定して速度制御器４へフィードバックするようにした。
【０１４５】
これにより、位置検出値１０４が位置検出器２の検出分解能（１ＬＳＢ）を最小単位として矩形波状に変動しても、速度推定値１０５にはスパイク状の速度推定誤差が発生せず、制御対象１へ作用する外乱のレベルによらずに真の速度に対する速度推定精度を高精度化することができる。そのため、制御対象１の動作速度が零近傍となる低速駆動領域において、サーボ制御装置１００の位置制御精度および速度制御精度を向上させることが可能となる。
【０１４６】
また、位置検出器２による位置検出値１０４が真の位置ｘに同期した変動的な位置検出誤差を含む場合においても、速度推定値１０５に重畳する変動的な速度推定誤差が抑制され、制御対象１へ作用する外乱のレベルによらずに真の速度に対する速度推定精度を高精度化することができる。そのため、制御対象１の動作速度が中高速駆動となる領域において、サーボ制御装置１００の速度制御精度を向上させることが可能となる。
【０１４７】
したがって、低速および中高速を含む全駆動領域において、サーボ制御装置１００の位置制御精度および速度制御精度を向上させることが可能となる。換言すれば、従来に比してより低分解能な位置検出器２を適用したサーボ制御装置１００によって、従来と同等レベルの位置制御精度および速度制御精度を実現することが可能となる。
【０１４８】
特に、この実施の形態４では、サーボ制御装置１００の速度制御帯域を内包する周波数領域において、制御指令値１０３から位置検出値１０４までの動特性を剛体特性で近似した等価慣性Ａと、サーボ制御装置１００のサンプリング周期Ｔｄと、に基づいて構築したカルマンフィルタによって、速度推定器６ａを構成するようにした。
【０１４９】
このため、従来から精度の高い情報として得られるサーボ制御装置１００のサンプリング周期Ｔｄと、実機特性の計測結果に基づいて高精度に決定した等価慣性Ａとによってカルマンフィルタを構成することができる。そして、速度推定器６ａにおいて、真の速度に対する速度推定精度をより高精度化することが可能となる。
【０１５０】
実施の形態５．
以下、図を用いて実施の形態５について説明する。
図１６は、実施の形態５によるサーボ制御装置１００の構成を示すブロック線図である。図１６において、図１１と同じ構成要素には同一番号を付して説明は省略する。図１６に記した記号の意味は以下の通りである。但し、図１１と同じ記号の説明は省略する。
【０１５１】
【数３３】
2017041248.tif 000035
【０１５２】
図１６に示したように、この実施の形態５によるサーボ制御装置１００では、位置制御器３から出力される速度指令値１０２と、速度推定器６ｂから出力される速度推定値１０５との速度偏差を速度偏差リミッタ７ｂに入力する。そして、当該速度偏差にリミット処理を施した速度偏差１０６を、速度制御器４に入力する。
速度制御器４では、速度偏差リミッタ７ｂから出力されるリミット処理後の速度偏差１０６に基づいて、サーボ制御装置１００の制御指令値１０３を演算して出力する。
第１の遅延器８ａでは、速度推定器６ｂから出力される位置推定値１０７を入力とし、サンプリング周期Ｔｄに対応する１サンプル遅延信号１０８ａを生成して出力する。
外乱推定器１２ｂでは、位置検出器２から出力される位置検出値１０４から、第１の遅延器８ａの出力である１サンプル遅延信号１０８ａを減じた位置推定誤差に基づいて、制御対象１へ作用する外乱を推定し、外乱推定値１０９ｂとして出力する。
第２の遅延器８ｃでは、速度偏差リミッタ７ｂから出力される速度偏差１０６を入力とし、サンプリング周期Ｔｄに対応する１サンプル遅延信号１０８ｃを生成して出力する。速度推定器６ｂでは、位置検出器２から出力される位置検出値１０４、外乱推定器１２ｂから出力される外乱推定値１０９ｂ、および第２の遅延器８ｃから出力される１サンプル遅延信号１０８ｃを入力として、制御対象１の速度および位置ｘを推定し、速度推定値１０５および位置推定値１０７として出力する。
【０１５３】
次に、実施の形態５によるサーボ制御装置１００の動作について説明する。
実施の形態５によるサーボ制御装置１００（図１６）では、速度偏差１０６から位置検出値１０４までの動特性、つまり、速度制御器４、アクチュエータ５、制御対象１、および位置検出器２の動特性が、サーボ制御装置１００の速度制御帯域を内包する周波数領域において剛体特性で近似できると仮定する。そして、速度推定器６ｂを、以下に示すフィルタ方程式で与えられる定常カルマンフィルタで構成する。
【０１５４】
【数３４】
2017041248.tif 000036
【０１５５】
【数３５】
2017041248.tif 000037
【０１５６】
【数３６】
2017041248.tif 000038
【０１５７】
【数３７】
2017041248.tif 000039
【０１５８】
【数３８】
2017041248.tif 000040
【０１５９】
一般に、制御対象１のシステムパラメータＦｋ，Ｇｋ，Ｄｋ，Ｈｋが時間に依存しない時不変システムＦ，Ｇ，Ｄ，Ｈとして与えられる場合、カルマンフィルタは、定係数の定常カルマンフィルタに収束する。特に、（Ｆ，Ｇ）が可安定であり、（Ｈ，Ｆ）が可検出であれば、定常カルマンフィルタは漸近安定となる。
実施の形態５によるサーボ制御装置１００では、上記特性を利用して、カルマンフィルタが定係数フィルタへ収束した後の定常カルマンゲインを適用した。そして、定常カルマンフィルタによって速度推定器６ｂを構成している。
【０１６０】
また、実施の形態５によるサーボ制御装置１００では、速度偏差１０６から位置検出値１０４までの動特性、つまり、速度制御器４、アクチュエータ５、制御対象１、および位置検出器２の動特性が、サーボ制御装置１００の速度制御帯域を内包する周波数領域において剛体特性で近似できると仮定した。そして、速度推定器６ｂをサーボ制御装置１００のサンプリング周期Ｔｄと、速度制御系ゲイン交点周波数ωｒｃとに基づいた定常カルマンフィルタで構成している（上記フィルタ方程式（予測）の第３式）。
【０１６１】
一方、実施の形態５によるサーボ制御装置１００では、連続系伝達関数がＰＩ補償器と位相進み補償器との直列接続に相当する外乱推定器伝達関数（実施の形態４を参照）で与えられる推定器を双一次変換したＩＩＲフィルタによって、外乱推定器１２ｂを構成している。
速度推定器６ｂを構成する定常カルマンフィルタでは、制御対象１に作用する外乱は考慮されていない。そのため、外乱作用下では、位置検出値１０４に対して位置推定値１０７に誤差が発生する。外乱推定器１２ｂでは、この位置推定誤差に基づいて外乱推定値１０９ｂを推定し、この外乱推定値１０９ｂと速度偏差との加算値を、新たな速度偏差として速度推定器６ｂに入力する。このような構成とすることで、位置検出値１０４に対する位置推定値１０７の推定誤差が零に収束し、制御対象１に作用する外乱の影響が補償される。
【０１６２】
その上で、この実施の形態５によるサーボ制御装置１００では、時刻ｋＴｄにおける動作として、はじめに、位置検出器２によって制御対象１の位置検出値１０４を取得する。
次いで、当該位置検出値１０４から、第１の遅延器８ａの出力である１サンプル遅延信号１０８ａ（前時刻（ｋ−１）Ｔｄにおける位置推定値）を減じた位置推定誤差に基づいて、外乱推定器１２ｂによって制御対象１へ作用する外乱推定値１０９ｂを演算して出力する。
更に、位置検出値１０４、外乱推定値１０９ｂ、および第２の遅延器８ｃから出力される１サンプル遅延信号１０８ｃ（前時刻（ｋ−１）Ｔｄにおける速度偏差）に基づいて、速度推定器６ｂによって、制御対象１の速度推定値１０５、および位置推定値１０７を演算して出力する。
位置制御器３では、位置指令値１０１と位置検出値１０４との偏差に基づいて、速度指令値１０２を演算して出力する。
次いで、速度指令値１０２と速度推定値１０５との偏差にリミット処理を施した信号を、速度偏差リミッタ７ｂから速度偏差１０６として出力する。
最後に、速度偏差１０６に基づいて、速度制御器４によって制御対象１への制御指令値１０３を算出して出力する。
【０１６３】
このように、実施の形態５によるサーボ制御装置１００によれば、上記構成の速度推定器６ｂによって速度推定値１０５を推定することで、制御指令値１０３から位置検出値１０４までの動特性、つまり、アクチュエータ５、制御対象１、および位置検出器２の動特性を剛体特性で近似した等価慣性Ａが変化する場合においても、速度制御器４によって常に一定の低周波域制御特性（速度制御系ゲイン交点周波数ωｒｃ）が実現できれば、次のことが可能となる。具体的には、定常カルマンフィルタへの入力を、位置検出器２から出力される位置検出値１０４、外乱推定器１２ｂから出力される外乱推定値１０９ｂ、および第２の遅延器８ｃから出力される速度偏差の１サンプル遅延信号１０８ｃとする。これにより、定常カルマンフィルタが推定対象とするシステムを速度制御器４、アクチュエータ５、制御対象１、および位置検出器２として、制御対象１へ作用する外乱のレベルによらず、任意の等価慣性Ａにおいて真の速度に対する速度推定値１０５の推定精度を維持することが可能となる。
【０１６４】
加えて、この場合の定常カルマンフィルタは、サーボ制御装置１００のサンプリング周期Ｔｄと、速度制御系ゲイン交点周波数ωｒｃとに基づいて構築することができる。
この場合、速度偏差リミッタ７ｂにおける速度偏差リミット値として、図１１に示す制御指令リミッタ７ａにおける制御指令リミット値を、以下の式によって等価変換した値を適用することで、制御指令値１０３との整合性を確保する必要がある。
【０１６５】
【数３９】
2017041248.tif 000041
【０１６６】
ところで、上記実施の形態５はあくまでも一例であって、例えば、図１６に示した速度偏差リミッタ７ｂは、必ずしも実装する必要が無いことは言うまでもない。また、上記実施の形態５では、速度推定器６ｂを構成する定常カルマンフィルタをサーボ制御装置１００のサンプリング周期Ｔｄと、速度制御系ゲイン交点周波数ωｒｃとに基づいて構築した。しかし、サーボ制御装置１００の速度制御帯域を内包する周波数領域において、制御指令値１０３から位置検出値１０４までの動特性を剛体特性で近似した等価慣性Ａ、サーボ制御装置１００のサンプリング周期Ｔｄ、および速度制御器４の比例制御ゲインＫＤに基づいて構築しても良い（上記フィルタ方程式（予測）の第２式）。
【０１６７】
この実施の形態では、速度偏差１０６から位置検出値１０４までの動特性、つまり、速度制御器４、アクチュエータ５、制御対象１、および位置検出器２の動特性が、サーボ制御装置１００の速度制御帯域を内包する周波数領域において剛体特性で近似できると仮定した。そして、カルマンフィルタが定係数フィルタへ収束した後の定常カルマンゲインを適用して定常カルマンフィルタで速度推定器６ｂを構成した。また、外乱推定器１２ｂで制御対象１に作用する外乱を推定し、外乱推定値１０９ｂとして出力する構成とした。その上で、速度推定器６ｂにおいて、位置検出値１０４、外乱推定値１０９ｂ、および前時刻（ｋ−１）Ｔｄにおける速度偏差１０８ｃを入力として制御対象１の速度推定値１０５を推定し、速度偏差リミッタ７ｂへフィードバックするようにした。
【０１６８】
これにより、真の速度に対する速度推定値１０５の推定精度、つまり、サーボ制御装置１００の位置制御精度および速度制御精度、をカルマンフィルタ適用時と同等レベルに維持したまま、速度推定器６ｂにおける演算量を大幅に低減させることが可能となる。
【０１６９】
加えて、この実施の形態５では、サーボ制御装置１００の速度制御器４によって常に一定の低周波域制御特性（速度制御系ゲイン交点周波数ωｒｃ）が実現できることを前提として、速度制御器４、アクチュエータ５、制御対象１、および位置検出器２を対象システムとして定常カルマンフィルタを構築した。そして、この定常カルマンフィルタで構成された速度推定器６ｂにおいて、速度推定値１０５を推定して出力する構成とした。
【０１７０】
これにより、制御指令値１０３から位置検出値１０４までの動特性、つまり、アクチュエータ５、制御対象１、および位置検出器２の動特性を剛体特性で近似した等価慣性Ａが変化する場合においても、任意の等価慣性において真の速度に対する速度推定値１０５の制御精度を維持することが可能となる。
【０１７１】
特に、この実施の形態では、サーボ制御装置１００のサンプリング周期Ｔｄと、速度制御系ゲイン交点周波数ωｒｃとに基づいて構築した定常カルマンフィルタによって、速度推定器６ｂを構成するようにした。
【０１７２】
このため、従来から精度の高い情報として得られるサーボ制御装置１００のサンプリング周期Ｔｄと、速度制御器４を設計した後の実機特性に基づいて高精度に計測される速度制御系ゲイン交点周波数ωｒｃとによって定常カルマンフィルタを構成することができる。そして、速度推定器６ｂにおいて、真の速度に対する速度推定精度をより高精度化することが可能となる。
【０１７３】
実施の形態６．
以下、図を用いて実施の形態６について説明する。
図１７は、実施の形態６によるサーボ制御装置１００の構成を示すブロック線図である。図１７において、図１６と同じ構成要素には同一番号を付して説明は省略する。
【０１７４】
図１８は、実施の形態５によるサーボ制御装置１００において、位置検出値の誤差が一定期間拡大した場合の制御指令値、真の速度および速度推定値、真の位置および位置検出値の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
図１９は、実施の形態６によるサーボ制御装置１００において、位置検出値の誤差が一定期間拡大した場合の制御指令値、真の速度および速度推定値、真の位置および位置検出値の時間応答特性シミュレーション結果を示す時間波形図である。
【０１７５】
図１７に示したように、この実施の形態６によるサーボ制御装置１００では、第１の位置信号選択器９によって、位置検出器２から出力される位置検出値１０４と速度推定器６ｂから出力される位置推定値１０７とのいずれか一方を、位置選択信号制御器１１から出力される位置選択信号に基づいて選択し、位置制御器３への位置フィードバック信号として出力する。
第２の位置信号選択器１０では、位置検出器２から出力される位置検出値１０４と、第１の遅延器８ａから出力される位置推定値の１サンプル遅延信号１０８ａとのいずれか一方を、位置選択信号制御器１１から出力される位置選択信号に基づいて選択し、速度推定器入力信号として出力する。
位置選択信号制御器１１では、位置検出器２から出力される位置検出値１０４と第１の遅延器８ａから出力される位置推定値の１サンプル遅延信号１０８ａとに基づいて、第１の位置信号選択器９、第２の位置信号選択器１０、および外乱推定器１２ｂに入力するための位置選択信号を生成して出力する。
外乱推定器１２ｂでは、位置選択信号制御器１１から出力される位置選択信号に基づいて、外乱推定動作の実行または停止を決定する。
速度推定器６ｂでは、第２の位置信号選択器１０から出力される速度推定器入力信号、外乱推定器１２ｂから出力される外乱推定値１０９ｂ、および第２の遅延器８ｃから出力される速度偏差の１サンプル遅延信号１０８ｃに基づいて、制御対象１の速度および位置を推定し、速度推定値１０５および位置推定値１０７として出力する。
位置制御器３では、外部から与えられる位置指令値１０１と、第１の位置信号選択器９から出力される位置フィードバック信号との偏差に基づいて、サーボ制御装置１００の速度指令値１０２を演算して出力する。
【０１７６】
次に、実施の形態５によるサーボ制御装置１００において、真の位置ｘに対する位置検出値１０４の誤差が一定期間拡大した場合の動作を示した上で、実施の形態６によるサーボ制御装置１００の動作について説明する。
図１６に示す実施の形態５によるサーボ制御装置１００において、位置検出器２の不良動作に起因して、真の位置ｘに対する位置検出値１０４の誤差が一定期間拡大した場合、定常カルマンフィルタで構成された速度推定器６ｂでは、過大な誤差が重畳した位置検出値１０４に基づいて速度推定値１０５を推定する。そのため、真の速度に対する速度推定精度が劣化する。このとき、サーボ制御装置１００では、一定期間にせよ、過大な誤差が重畳した位置検出値１０４、および推定精度が劣化した速度推定値１０５をフィードバックして位置制御、および速度制御を実施する。そのため、位置検出値１０４に一定期間重畳する誤差量に応じて、位置制御精度および速度制御精度が極度に劣化する。
【０１７７】
例として、実施の形態５によるサーボ制御装置１００において、位置指令値１０１の時間変化率を所定の一定値とした状態で、時刻０．１ｓから概ね５０ｍｓの期間において、位置検出値１０４の誤差が拡大した場合の制御指令値１０３、真の速度および速度推定値１０５、真の位置ｘおよび位置検出値１０４の時間応答シミュレーション結果を図１８に示す。
図１８によれば、位置検出値１０４に対する過大な誤差の重畳に応じて速度推定値１０５の推定精度が極度に劣化し、制御指令値１０３が大幅に乱される。図１８では，制御指令値１０３は速度偏差リミッタ７ｂに対応した制御指令リミット値まで到達している。そのため、位置検出値１０４における誤差拡大期間（５０ｍｓ）に対して、サーボ制御装置１００が正常動作に復帰するまでに、概ね０．１５ｓの期間を要していることがわかる。
【０１７８】
そこで、実施の形態６によるサーボ制御装置１００（図１７）では、位置検出値１０４の誤差拡大期間において、外乱推定器１２ｂにおける外乱推定動作を停止し、位置制御器３への位置フィードバック信号に位置推定値１０７を適用し、速度推定器６ｂへの速度推定器入力信号に位置推定値の１サンプル遅延信号１０８ａを適用する。これにより、位置検出器２の不良動作に起因するサーボ制御装置１００の位置制御精度および速度制御精度の劣化を抑制している。
【０１７９】
具体的には、位置選択信号制御器１１によって、位置検出器２から出力される位置検出値１０４、および第１の遅延器８ａから出力される位置推定値の１サンプル遅延信号１０８ａに基づいて、位置選択信号を以下のように切り換える。
【０１８０】
位置選択信号が“正常”状態において、以下の条件が成立した場合に、位置選択信号制御器１１によって、位置選択信号を“正常”から“異常”に切り換えて保持する。
【０１８１】
【数４０】
2017041248.tif 000042
【０１８２】
位置選択信号が“異常”状態に切り換えられた後において、以下の条件が成立した場合に、位置選択信号制御器１１によって、位置選択信号を“異常”から“正常”に切り換えて保持する。
【０１８３】
【数４１】
2017041248.tif 000043
【０１８４】
外乱推定器１２ｂでは、位置選択信号制御器１１から出力される位置選択信号が“正常”である場合に、実施の形態５と同様の外乱推定動作を実行して外乱推定値１０９ｂを出力する。
一方で、時刻ｋＴｄにおいて位置選択信号が“異常”に切り換わった場合、外乱推定器１２ｂでは、切り換え直前（ｋ−１）Ｔｄの外乱推定値１０９ｂを保持した状態で、外乱推定動作を停止する。
【０１８５】
第１の位置信号選択器９では、位置選択信号制御器１１から出力される位置選択信号に基づいて、その出力である位置フィードバック信号を以下の式にしたがって選択する。
【０１８６】
【数４２】
2017041248.tif 000044
【０１８７】
第２の位置信号選択器１０では、位置選択信号制御器１１から出力される位置選択信号に基づいて、その出力である速度推定器入力信号を以下の式にしたがって選択する。
【０１８８】
【数４３】
2017041248.tif 000045
【０１８９】
速度推定器６ｂでは、第２の位置信号選択器１０から出力される速度推定器入力信号、外乱推定器１２ｂから出力される外乱推定値１０９ｂ、および第２の遅延器８ｃから出力される速度偏差の１サンプル遅延信号１０８ｃに基づいて、制御対象１の速度推定値１０５、および位置推定値１０７を推定して出力する。
位置制御器３では、外部から与えられる位置指令値１０１と、第１の位置信号選択器９から出力される位置フィードバック信号との偏差に基づいて、サーボ制御装置１００の速度指令値１０２を演算して出力する。
【０１９０】
これにより、位置検出器２が出力する位置検出値１０４が正常である場合は、位置制御器３に対する位置フィードバック信号（第１の位置信号選択器９の出力）、および速度推定器６ｂに対する速度推定器入力信号（第２の位置信号選択器１０の出力）として、従来通りに位置検出値１０４が適用される。
【０１９１】
一方、位置検出器２の不良動作に起因して位置検出値１０４の誤差が一定期間拡大した場合は、位置制御器３に対する位置フィードバック信号（第１の位置信号選択器９の出力）に位置推定値１０７を適用し、速度推定器６ｂに対する速度推定器入力信号（第２の位置信号選択器１０の出力）に位置推定値の１サンプル遅延信号１０８ａを適用することで、位置検出器２の不良動作に起因するサーボ制御装置１００の位置制御精度および速度制御精度の劣化を抑制している。
【０１９２】
例として、実施の形態６によるサーボ制御装置１００において、位置指令値１０１の時間変化率を所定の一定値とした状態で、時刻０．１ｓから概ね５０ｍｓの期間において位置検出値１０４の誤差が拡大した場合の制御指令値１０３、真の速度および速度推定値１０５、真の位置ｘおよび位置検出値１０４の時間応答シミュレーション結果を図１９に示す。
なお，図１９に関する時間応答シミュレーションと、図１８に関する時間応答シミュレーションとでは、縦軸が同一スケールであり、横軸が同一スケールである。さらに、位置検出値１０４に重畳する誤差量も同一である。
【０１９３】
図１９によれば、位置検出器２の不良動作に起因して位置検出値１０４の誤差が一定期間拡大しても、速度推定器６ｂから出力される速度推定値１０５には、図１８に見られたような速度推定精度の劣化が発生せず、真の速度が高精度に推定されている。
位置検出値１０４の誤差拡大期間において、位置推定値１０７、および速度推定精度が大幅に向上した速度推定値１０５を位置制御器３、および速度偏差リミッタ７ｂへフィードバックすることで、制御指令値１０３の変動量も図１８に比して大幅に抑制され、サーボ制御装置１００の挙動がほぼ正常動作に維持されることがわかる。
【０１９４】
なお、上記実施の形態６はあくまでも一例であって、例えば、図１７に示した速度偏差リミッタ７ｂは、必ずしも実装する必要が無いことは言うまでもない。また、上記実施の形態６では速度推定器６ｂを定常カルマンフィルタで構成したが、速度推定器６ｂを実施の形態４で説明したカルマンフィルタで構成しても良い。更に、速度推定器６ｂの入力信号を、制御指令値の１サンプル遅延信号１０８ｂ、外乱推定値１０９ａ、および速度推定器入力信号で構成しても良い。
【０１９５】
この実施の形態６では、位置検出値１０４の誤差拡大期間において、外乱推定器１２ｂにおける外乱推定動作を停止し、位置制御器３への位置フィードバック信号に位置推定値１０７を適用し、速度推定器６ｂへの速度推定器入力信号に位置推定値の１サンプル遅延信号１０８ａを適用することで、位置検出器２の不良動作に起因するサーボ制御装置１００の位置制御精度および速度制御精度の劣化を抑制するようにした。
【０１９６】
これにより、位置検出器２の不良動作に起因して，真の位置ｘに対する位置検出値１０４の誤差が一定期間拡大する場合においても、速度推定器６ｂを構成する定常カルマンフィルタが、真の位置ｘおよび真の速度を高精度に推定してサーボ制御装置１００へフィードバックする。そのため、当該期間中におけるサーボ制御装置１００の位置制御精度および速度制御精度の劣化を抑制することが可能となる。
【０１９７】
特に、この実施の形態６では、位置選択信号制御器１１において、位置検出値１０４と位置推定値の１サンプル遅延信号１０８ａとの誤差絶対値が第１の閾値以上となった場合に、位置選択信号を“正常”から“異常”に切り換えて保持する。更に、位置検出値１０４と位置推定値の１サンプル遅延信号１０８ａとの誤差絶対値が第２の閾値以下に収束した場合、または、予め設定した復帰時間が経過した場合に、位置選択信号を“異常”から“正常”に切り換えて保持する。
【０１９８】
これにより、位置検出値１０４の誤差拡大検知による切り換えタイミング、および位置検出器２の正常動作復帰による切り換えタイミングの双方において、外乱推定器１２ｂの動作切り換えにおける不連続変化、および第１および第２の位置信号選択器の出力信号切り換えにおける不連続変化を極小化することができる。したがって、位置検出器２の不良動作に起因するサーボ制御装置１００の位置制御精度および速度制御精度の劣化を極小化することが可能となる。加えて、予め設定した復帰時間が経過した場合にも位置検出器２の正常動作復帰を実行することで、外乱推定器１２ｂの動作切り換え、および第１および第２の位置信号選択器における出力信号切り換えを確実に実行することが可能となる。
【符号の説明】
【０１９９】
１  制御対象、２  位置検出器、３  位置制御器、４  速度制御器、５  アクチュエータ、６ａ  速度推定器、６ｂ  速度推定器、７ａ  制御指令リミッタ、７ｂ  速度偏差リミッタ、８  遅延器、８ａ  第１の遅延器、８ｂ，８ｃ  第２の遅延器、９  第１の位置信号選択器、１０  第２の位置信号選択器、１１  位置選択信号制御器、１２ａ，１２ｂ  外乱推定器、１００  サーボ制御装置、１０１  位置指令値、１０２  速度指令値、１０３  制御指令値、１０４  位置検出値、１０５  速度推定値、１０６  速度偏差、１０７  位置推定値、１０８  １サンプリング遅延信号、１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ  １サンプル遅延信号、１０９ａ，１０９ｂ  外乱推定値、２００  サーボ制御装置、２１０  速度推定器。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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