(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置制御器の後段に速度制御器、
前記速度制御器の後段にトルク制御器、
前記トルク制御器の後段にモータ、
前記モータの後段に負荷を設け、
前記モータの角度検出手段を具備し、
前記角度検出手段の出力を、前記位置制御器に及び微分器を介して前記速度制御器に、それぞれフィードバックさせているサーボ系において、
前記モータの巻線からの出力と前記角度検出手段の出力の差異に基づき、前記モータまたは前記負荷のトルクを推測する第一のオブザーバを設けるとともに、前記サーボ系への入力指令である制御入力から前記角度検出手段の出力値を減算したものである制御偏差に基づき、前記モータまたは前記負荷のトルクを推測する第二のオブザーバを設け、
前記第一のオブザーバの出力と前記第二のオブザーバの出力を掛け算して、その掛け算した値を前記トルク制御器へネガティブフィードバックさせるように構成し、
前記第二のオブザーバは、絶対値演算器、不感帯演算器、アンプ、飽和器及びローパスフィルタを含むものであり、
前記位置制御器への入力指令を入力する前記絶対値演算器は、第二のオブザーバから負のゲインが出力されることを防止するものであり、
前記絶対演算器の後段の前記不感帯演算器は、その入力値が所定値以上のときは比例制御器として働き、その入力値が所定値以下のときは、ゲイン０を出力するように働く、伝達要素であり、
前記不感帯演算器の後段の前記アンプは、第二のオブザーバのゲイン調整のための増幅器であり、
前記アンプの後段の飽和器は、ゲイン１以上の出力が後段のモータに出力されないように設けてあり、
前記飽和器の後段のローパスフィルタは、一次遅れ要素である、サーボ系の残留振動抑制方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボ系の残留振動抑制方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、サーボ（制御）系のモータの回転状態を検出する手段であるロータリエンコーダの出力及びモータの巻線からの出力をオブザーバ（状態観測器）を介して、トルクループ（加速度ループ）、すなわち速度制御器の後段、トルク（加速度ないし電流）制御器の前段、へとフィードバックさせ、制御系の負荷の残留振動を抑制する方法があった。
この従来の方法は、モータの操作量（前記トルク制御器の出力）と検出可能なモータの状態量である前記ロータリエンコーダの出力とモータの該巻線出力から、負荷またはモータの状態（速度または加速度）を推定するオブザーバを使い、該オブザーバの出力をサーボ系の所定ループへとフィードバックさせることで残留振動を抑制する、というものである。
しかし、この従来の残留振動抑制方式では、制御対象である負荷（機械）の剛性が低い場合、ループゲインを高くすると残留振動が発生し易くなるという欠点があった。一般に、ループゲインを上げれば上げるほど、制御入力とロータリエンコーダ出力との位相差が−１８０度に近づき、いわゆる位相余有が少なくなり、サーボ系は振動的になる。つまり、高ゲインに対して敏感になる。従来の残留振動抑制方式では、機械の剛性の強度によっては、その機械の動作で望まれるほどのループゲインでもって、モータを駆動すると、残留振動が無視できないほどの大きさになるということである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、次の課題を解決することを目的とする。
従来、所定ループゲインでモータを駆動した場合、残留振動が無視できないほど発生するような負荷を持つサーボ系であっても、上記した従来のオブザーバを前記サーボ系に使用しながら、残留振動を減少させることができるサーボ系の残留振動抑制方式を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方式は、上記した課題を解決したものであり、請求項１の発明は、次のようなものである。位置制御器の後段に速度制御器、前記速度制御器の後段にトルク制御器、前記トルク制御器の後段にモータ、前記モータの後段に負荷を設け、前記モータの角度検出手段を具備し、前記角度検出手段の出力を、前記位置制御器に及び微分器を介して前記速度制御器に、それぞれフィードバックさせているサーボ系において、前記モータの巻線からの出力と前記角度検出手段の出力の差異に基づき、前記モータまたは前記負荷のトルクを推測する第一のオブザーバを設けるとともに、前記サーボ系への制御入力（値）から前記角度検出手段の出力値を減算したものである制御偏差に基づき、前記モータまたは前記負荷のトルクを推測する第二のオブザーバを設け、前記第一のオブザーバの出力と前記第二のオブザーバの出力を掛け算して、その掛け算した値を前記トルク制御器へネガティブフィードバックさせるように構成されている。
【０００５】
また、請求項１の発明は、サーボ系の残留振動抑制方式において、前記第二のオブザーバは、絶対値演算器、不感帯演算器、掛け算器、飽和器及びローパスフィルタを含むものである。
【０００６】
図１は、本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方式の実施の形態を示すブロック図である。本発明のサーボ系の主構成要件（主構成要素）は、従来と同様、制御入力（または、目標値ないし設定値入力）の後段に、いわゆる伝達要素として、位置制御器１、速度制御器２、トルク制御器３及びモータ４が位置している。モータ４の後段には、負荷６が接続されているとともに、モータ４の回転状態（例、回転速度）を検出するための角度検出手段（例、光学式ロータリエンコーダ、エンコーダ５）が設けられている。角度検出手段の出力は、位置制御器１へと及び必要なら微分器（図示せず）を介して速度制御器２へと、それぞれネガティブフィードバックさせ、それぞれ、位置ループ１０及び速度ループ１１を形成させている。この点も従来と同様である。なお、図中、円で表されている制御要素は、いわゆる加え合わせ点であり、加減算を行う部位である。
【０００７】
本発明が従来と異なる点は、第一のオブザーバ７（この内部構成は従来技術通り）の出力と第二のオブザーバ９の出力を掛け算したもの（積算出力）をトルク制御器３へとネガティブフィードバックさせることである。
なお、本明細書でいう第二のオブザーバ９というのは、振動制御器のことであり、第一のオブザーバのゲイン調整する機能を果たす伝達要素のことである。
本発明を実施するには、トルク制御器３、モータ４、エンコーダ５、第一のオブザーバ７、掛け算器８、そしてトルク制御器３へと戻り、トルクループ１２を形成させなければならない。一方において、従来同様、モータ４の巻線出力１８は第一のオブザーバ７へ出力される必要があり、また、巻出力は、トルク制御器３へとフィードバックさせることが望ましい。
第一のオブザーバ７は、従来と同様、モータ４の巻線出力１８とエンコーダ５の出力（モータ４の角速度）を取り込んで、モータ４または負荷６の状態（例、トルク、回転速度など）を推定して、後段へと出力する。
当然、残留振動を無くしたり、減少させたりするためには、モータが停止状態のとき、この第一のオブザーバ７の出力が０またはほとんど０でなければならない。しかし、現実には、残留振動が発生するサーボ系では、モータ４が停止状態であっても、第一のオブザーバ７の出力が０とはならない。
【０００８】
この不具合への対策として、例えば、第一のオブザーバ７の内部パラメータを再設定するなどして、第一のオブザーバ７の内部を適当に調節することが考えられる。しかし、この方策では、モータ４を動かしている状態、すなわち、加速制御、減速制御及び定速制御の際に悪影響が出てくる恐れがある。モータ４を動かしている状態では、第一のオブザーバ７によって、（ともかくも）理想的な制御がなされているのに、第一のオブザーバ７の内部パラメータを変更してしまうのは、適当ではないと考えられる。
【０００９】
そこで、本発明では、第一のオブザーバ７のほうは、特にいじらず、その出力を第二のオブザーバ９の出力と掛け算して、その積算出力をネガティブフィードバックさせて、トルクループ１２を形成させる方式を採った。
第二のオブザーバ９は、モータ４が動いているときは、ゲイン１ないしゲイン１に近い数値を出力するとともに、モータ４が停止しているときは、ゲイン０または０に集束していくようなゲイン値を出力するものである。
【００１０】
例えば、第二のオブザーバ９には、制御偏差（制御入力からエンコーダ出力を減算したもの）の後段に、絶対値演算器１３、不感帯演算器１４、アンプ１５、飽和器１６及びローパスフィルタ１７（一次遅れ要素）を設けたものを使うことによって、モータ４の駆動状態に応じた、第一のオブザーバ７の出力値のゲイン調整ができる。
【００１１】
絶対値演算器１３は、第二のオブザーバ９から負のゲインが出力されることを防止するために設けている。不感帯演算器１４は、その入力値（制御偏差）が所定値以上のときは比例制御器として働き、その入力値が所定値以下のときは、ゲイン０を出力するように働く、伝達要素である。
アンプ１５は、第二のオブザーバ９のゲイン調整のためのもので、単純に増幅器として働く。飽和器１６は、ゲイン１以上の出力が後段に出力されないように設けている。モータ４を駆動しているときに、本来の制御目的のために必要なゲイン以上に高いゲインがトルク制御器３からモータ４へ出力されないようにするためである。
ローパスフィルタ１７は、一次遅れ要素そのものであり、モータ４停止後に、徐々に、第二のオブザーバ９を設けたことの効果が効いてくるようにするための伝達要素として設けている。つまり、掛け算器８の出力は、急激にゲインが０になるのではなく、モータ停止後、ある割合でもってゲイン０へ向かって減少していくのである
【００１２】
図２は、本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方式の実施の一形態を示すブロック図である。
本発明に係るサーボ系は、制御偏差を第二のオブザーバ９へ取り込ませるとともに、第一のオブザーバ７の出力と第二のオブザーバ９の出力を掛け算したものをトルク制御器３に、ネガティブフィードバックさせるものであればよく、位置制御器１、速度制御器２及びトルク制御器３の実際の構成は、当業者の設計上の選択事項である。
例えば、位置制御器１及び速度制御器２に、それぞれ比例制御要素Ｋａ及び比例制御要素Ｋｂをバイパスさせて、位置制御器１及び速度制御器２の後ろ側において、その出力に対して加算または減算させてもよい。このようなことは、応答を素早くしたり、応答が過敏にならないように、サーボ系において、普通に行われている。
つまり、本発明は、位置制御器１、速度制御器２、トルク制御器３及び第一のオブザーバ７など、従来から用いられているサーボ系の伝達要素については、それらの構成に係りなく実施できるということである。
【００１３】
【発明の効果】
本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方式は、上述してきたように構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
所定ループゲインでモータ４を駆動した場合、残留振動が無視できないほど発生するような負荷６を持つサーボ系であっても、従来の第一のオブザーバ７をそのまま使用することができる。残留振動の原因の一つである位相余有が少ないことによる僅少ゲインに対する敏感性を、モータ４停止時において、余分に残有しているゲインを徐々に０にしていく効果を持つ第二のオブザーバ９を設け、第一のオブザーバ７の出力と第二のオブザーバ９の出力を掛け算したものをモータ４のトルク制御に直接的に係るトルク制御器３へとネガティブフィードバックさせているので、モータ４駆動時に悪影響を及ぼすことなく、モータ４停止時の余分なゲインから起因する残留振動を減少させることができるサーボ系の残留振動抑制方式を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方式の実施の形態を示すブロック図
【図２】本発明に係るサーボ系の残留振動抑制方式の実施の一形態を示すブロック図
【符号の説明】
１  位置制御器
２  速度制御器
３  トルク制御器
４  モータ
５  エンコーダ
６  負荷
７  第一のオブザーバ
８  掛け算器
９  第二のオブザーバ
１０  位置ループ
１１  速度ループ
１２  トルクループ
１３  絶対値演算器
１４  不感帯演算器
１５  アンプ
１６  飽和器
１７  ローパスフィルタ
１８  巻線出力
Ｋａ、Ｋｂ  比例制御要素
【図１】
0004058524.tif 000002
【図２】
0004058524.tif 000003