(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された位置指令信号を微分して原速度指令信号を出力する微分手段を有し、モータを駆動すると共に原速度指令信号に基づいて第１の速度指令信号を発生する第１の速度指令発生手段と、
前記モータの速度検出信号と前記第１の速度指令信号との差となる速度偏差値に基づいて前記モータを駆動すると共に、速度ループを有する第１の制御手段と、
前記モータの位置検出信号と前記モータの位置指令信号との差となる位置偏差に基づく第２の速度指令信号より前記モータを駆動すると共に、前記位置偏差に基づく位置ループを有する第２の制御手段と、
前記モータの減速中に、切換え信号に基づいて前記第１の速度指令信号から前記第２の速度指令信号に切換えるスイッチ手段を有し、
前記第１の速度指令発生手段には、前記原速度指令信号の周波数成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分を除去すると共に、前記遮断周波数よりも低い周波数を通過させるとともに、前記原速度指令信号を一次遅れにした前記第１の速度指令信号を発生するフィルタ手段を有する
ことを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
前記位置偏差に基づく前記第２の速度指令信号を発生するのに第１のゲインＫpを有する第２の速度指令発生手段と、
前記速度偏差値に基づいて第２のゲインＫvにより前記モータに流す電流指令信号を発生する速度制御手段とを備え、
前記フィルタ手段は、前記遮断周波数をｆcとすると下式
Ｋp＝(Ｋv・２π・ｆc )／(Ｋv＋２π・ｆc)
を満たす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】
モータを駆動すると共に、原速度指令信号に基づいて第１の速度指令信号を発生する第１の速度指令発生手段と、
前記モータの速度検出信号と前記第１の速度指令信号との差となる速度偏差値に基づいて前記モータを駆動すると共に、速度ループを有する第１の制御手段と、
前記モータの位置検出信号と前記モータの位置指令信号との差となる位置偏差に基づく第２の速度指令信号より前記モータを駆動すると共に、前記位置偏差に基づく位置ループを有する第２の制御手段と、
前記モータの減速中に、切換え信号に基づいて前記第１の速度指令信号から前記第２の速度指令信号に切換えるスイッチ手段を有し、
前記切換え信号により前記第１のゲインを第２のゲインと同じ値から一次遅れで定常のものとなるように減衰させるゲイン減衰手段をさらに備えた
ことを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項４】
モータを駆動すると共に、原速度指令信号に基づいて第１の速度指令信号を発生する第１の速度指令発生手段と、
前記モータの速度検出信号と前記第１の速度指令信号との差となる速度偏差値に基づいて前記モータを駆動すると共に、速度ループを有する第１の制御手段と、
前記モータの位置検出信号と前記モータの位置指令信号との差となる位置偏差を第１のゲインにより増幅して第２の速度指令信号を発生し、前記第２の速度指令信号より前記モータを駆動すると共に、前記位置偏差に基づく位置ループを有する第２の制御手段と、
前記第１の速度指令信号と前記第２の速度指令信号とを加え合わせると共に、前記速度検出信号を減算した速度偏差を出力する演算手段と、
前記切換え信号に基づき０であった前記第１のゲイン値を定常なものまで増加させるゲイン増加手段とを備え、
前記第１の速度指令発生手段には、前記原速度指令信号の周波数成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分を除去すると共に、前記遮断周波数よりも低い周波数を通過して前記第１の速度指令信号を発生するフィルタ手段を有しており、
前記切換え信号に基づき前記フィルタ手段の遮断周波数を０まで減衰させる周波数減衰手段をさらに備えた
ことを特徴とするサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータを速度ループにより減速している時に、位置ループの制御に円滑に切換えるサーボ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のサーボ制御装置を特開平４−１４４８１０号公報によって説明する。該公報によれば、モータを速度ループで制御する速度制御部と、モータを位置ループで制御する位置制御部とを備え、モータを速度制御部又は位置制御部により駆動するように構成されている。
かかるサーボ制御装置によれば、運転開始信号に基づき速度制御部によりモータを速度ループにより駆動して加速から一定速に達した後、減速信号に基づいてモータを低速度に向かって減速し、所定の低速度に達したら低速度により一定の区間走行する。そして、モータの回転位置が所定の位置まで移動すると、切換え信号に基づいて速度制御部から位置制御部に切換え、モータを速度ループから位置ループに切換えて制御している。
このようなサーボ制御装置を自動倉庫の位置決めに適用することにより荷崩れすることなく、高速高精度の位置決めができるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、サーボ制御装置を遠心分離機など用いる場合には、生産効率を上げるためにタクトタイムの減少が望まれている。そこで、上記サーボ制御装置におけるモータの一定区間の低速度走行を有することなく、減速中に速度ループから位置ループに切換える図８のようなサーボ制御装置が考えられる。
図８において、サーボ制御装置は、モータ１７の位置指令信号θrを発生させる位置指令発生部３と、該位置指令信号θrを入力して速度指令信号Ｖr1を発生する速度指令回路４と、モータ１７の回転位置を位置検出信号θsによりエンコーダ１９が検出して、位置検出信号θsと位置指令信号θrとの位置偏差θeを求める減算器５と、入力された位置偏差θeに基づいて速度指令信号Ｖr2を発生すると共に、位置ゲインＫpを有する位置制御器７と、ａ端子，ｂ端子がそれぞれ位置制御器７、速度指令回路４の出力に接続されると共に、速度ループと位置ループとの切換えを成す切換えスイッチ９と、位置検出信号θsにより速度検出信号Ｖsを求める速度検出回路２０と、切換えスイッチ９のｃ端子に接続されて速度指令信号Ｖr1(Ｖr2)と速度検出信号Ｖsとの差となる速度偏差Ｖe(rad/s)を求める減算器１２と、速度ゲインＫv(rad/s)を有すると共に、速度偏差Ｖeに基づいて電流指令信号Ｉrを発生する速度制御器１３と、電流指令信号Ｉrに基づく電流をモータ１７に流す電流制御回路１５とを備えている。
【０００４】
このように構成されたサーボ制御装置によれば、運転開始前に切換えスイッチ９をａ端子に投入しておいて、運転開始信号により位置指令発生部３から発生した位置指令信号θrを速度指令回路４に入力し、速度指令回路４が速度指令信号Ｖr1を発生して、減算器１２が速度指令信号Ｖr1と速度検出信号Ｖsとの速度偏差Ｖeを求め、速度偏差Ｖeによりモータ１７を速度ループにより制御する。
やがて、モータ１７が一定速制御から減速制御に移行すると、切換えスイッチ９をａ端子からｂ端子に投入して、減算器５が位置指令信号θrと位置検出信号θsとの位置偏差θeを求め、位置偏差θeによりモータ１７を位置ループにより制御している。
【０００５】
しかしながら、切換えスイッチ９をモータ１７の減速中に切換えて速度ループから位置ループに移行すると、切換える際にモータ１７の出力トルクが不連続になって機械的なショックを生じる。
かかるショックが生じる原因を考察する。まず、切換えスイッチ９をａ端子に投入して速度指令信号Ｖr1によってモータ１７を速度ループにより制御している場合、図８に示すサーボ制御装置は、図９(a)に示すブロック線図となる。このブロック線図は、速度ゲインＫvの単位を(rad/s)とし、簡略化のためにモータ１７の慣性モーメントと電流制御回路１５との伝達特性を合わせて「１」としている。このブロック線図に基づいて位置指令信号θrから位置偏差θeまでの伝達特性は、ラプラス演算子をｓとすると下式となる。
θe＝θr−Ｋv・Ｖe／ｓ２      ・・・・・(1)
また、位置指令信号θｒから速度偏差Ｖeまでの伝達特性は下式となる。
Ｖe＝θr・ｓ−Ｋv・Ｖe／ｓ    ・・・・・(2)
上記(1)式及び(2)式より位置偏差θeと位置指令信号θrと関係を求めると下式となる。
θe＝ｓ・θr／(ｓ＋Ｋv)        ・・・・・(3)
この(3)式において、位置指令信号θr、ランプ入力１／ｓ２、速度Ｖとして一定速時における位置偏差Θeを、最終値定理により求めると下記となる。
【０００６】
【数１】
0004080220.tif 000002
【０００７】
次に、切換えスイッチ９をａ端子からｂ端子に投入して位置ループに基づく速度指令信号Ｖr2に切換えた場合、切換え直後の位置偏差θeをθe´とすれば、図８に示すサーボ制御装置は図９(b)に示すブロック線図となる。このブロック線図に基づいて位置指令信号θrから位置偏差θe´までの伝達特性は、下式となる。
θe´＝θr−Ｋv・Ｖe／ｓ２          ・・・・・(5)
また、位置指令信号θrから速度偏差Ｖeまでの伝達特性は下式となる。
Ｖe＝θe´・Ｋp−Ｋv・Ｖe／ｓ  ・・・・・(6)
上記(5)式及び(6)式より位置偏差θe´と位置指令信号θrと関係を求めると下式となる。
θe´＝θr・ｓ(ｓ＋Ｋv)／（ｓ２＋s・Ｋv＋Ｋv・Ｋp）    ・・・・(7)
この(7)式において、位置指令信号θr、ランプ入力１／ｓ２、速度Ｖとして一定速時における位置偏差Θe´を最終値定理により求めると下記となる。
【０００８】
【数２】
0004080220.tif 000003
【０００９】
このようなサーボ制御装置において、切換え時のショックをなくすには、上記(4)式の位置偏差Θeと上記(8)式の位置偏差Θe´が等しければ生じない、すなわち、速度ゲインＫvと位置ゲインＫpとが等しければ、生じない。
【００１０】
しかしながら、一般に、速度ループ(マイナーループ)の速度ゲインＫｖは、最も高速に応答するために、位置ループ(メジャーループ)の位置ゲインＫpに対して十分に大きい。すなわち、Ｋv≫Ｋpであるので、Θe≫Θe´となり、速度ループから位置ループに切換えると、位置偏差Θeから位置偏差Θe´に急激な変化に起因してモータ１７の出力トルクが急激に変動するので、機械的なショックが大きいという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、モータの減速中に速度ループから位置ループの制御に切換えても、切換ショックの少ないサーボ制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段、発明の作用及び効果】
第１の発明に係るサーボ制御装置は、モータを駆動すると共に、原速度指令信号に基づいて第１の速度指令信号を発生する第１の速度指令発生手段と、前記モータの速度検出信号と前記第１の速度指令信号との差となる速度偏差値に基づいて前記モータを駆動すると共に、速度ループを有する第１の制御手段と、前記モータの位置検出信号と前記モータの位置指令信号との差となる位置偏差に基づく第２の速度指令信号より前記モータを駆動すると共に、前記位置偏差に基づく位置ループを有する第２の制御手段と、前記モータの減速中に、切換え信号に基づいて前記第１の速度指令信号から前記第２の速度指令信号に切換えるスイッチ手段とを備え、前記第１の速度指令発生手段には、前記原速度指令信号の周波数成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分を除去すると共に、前記遮断周波数よりも低い周波数を通過して前記第１の速度指令信号を発生するフィルタ手段を有することを特徴とするものである。
かかるサーボ制御装置によれば、第１の速度指令発生手段は、原速度指令信号の周波数成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分を除去すると共に、低い周波数を通過した第１の速度指令信号をモータに与えて、モータを速度ループによって制御する。モータを減速中にスイッチ手段に基づいて速度ループから位置ループに切換えても、第１の速度指令信号と第２の速度指令信号との差が減少するので、モータのトルク変動が減少して切換えショックを低減できるという効果がある。
【００１３】
第２の発明に係るサーボ制御装置における第１の速度指令発生手段は、入力された位置指令信号を微分して原速度指令信号を出力する微分手段を備えており、フィルタ手段は、前記原速度指令信号を入力すると共に、前記原速度指令信号を一次遅れにした第１の速度指令信号を発生する、ことを特徴とするものである。かかるサーボ制御装置によれば、第１の速度指令発生手段が、微分手段と一次遅れ特性を有するフィルタ手段とから成るので、第１の速度指令発生手段を簡易にできるという効果がある。
【００１４】
第３の発明に係るサーボ制御装置は、位置偏差に基づく第２の速度指令信号を発生するのに第１のゲインＫpを有する第２の速度指令発生手段と、速度偏差値に基づいて第２のゲインＫvによりモータに流す電流指令信号を発生する速度制御手段とを備え、フィルタ手段は、遮断周波数をｆｃとすると下式、
Ｋp＝(Ｋv・２π・ｆc)／(Ｋv＋２π・ｆc)
を満たすことを特徴とするものである。
かかるサーボ制御装置によれば、モータの減速中に速度ループから位置ループに切換えても、切換えの際における第１の速度指令信号と第２の速度指令信号との差がより一層減少する。したがって、速度ループから位置ループの切換えの際におけるモータのトルク変動を減少できるので、モータの切換えショックをより一層低減できるという効果がある。
【００１５】
第４の発明に係るサーボ制御装置は、モータの速度検出信号と前記モータの第１の速度指令信号との差となる速度偏差値に基づいて速度ループにより前記モータを駆動する第１の制御手段と、前記モータの位置検出信号と前記モータの位置指令信号との差となる位置偏差を第１のゲインにより増幅して第２の速度指令信号を発生し、前記第２の速度指令信号より前記モータを駆動すると共に、位置ループを有する第２の制御手段と、前記モータの減速中において、切換え信号により前記第１から第２の速度指令手段に切換えるスイッチ手段と、前記切換え信号により前記第１のゲイン値を所定の傾きで減衰させるゲイン減衰手段と、を備えたことを特徴とするものである。
かかるサーボ制御装置によれば、モータの減速中にスイッチ手段により第１の速度指令信号から第２の速度指令信号に切換えた場合、ゲイン減衰手段が、第１のゲインを減衰させるので、第１の速度指令信号と第２の速度指令信号との差が減少する。したがって、モータの減速中に速度ループから位置ループに切換えても、第１の速度指令信号と第２の速度指令信号との差が減少するので、モータのトルク変動が減少して切換えショックを低減できるという効果がある。
【００１６】
第５の発明に係るサーボ制御装置は、モータを駆動すると共に、原速度指令信号に基づいて第１の速度指令信号を発生する第１の速度指令発生手段と、前記モータの速度検出信号と前記第１の速度指令信号との差となる速度偏差値に基づいて前記モータを駆動すると共に、速度ループを有する第１の制御手段と、前記モータの位置検出信号と前記モータの位置指令信号との差となる位置偏差を第１のゲインにより増幅して第２の速度指令信号を発生し、前記第２の速度指令信号より前記モータを駆動すると共に、前記位置偏差に基づく位置ループを有する第２の制御手段と、前記第１の速度指令信号と前記第２の速度指令信号とを加え合わせると共に、前記速度検出信号を減算した速度偏差を出力する演算手段と、前記切換え信号に基づき前記第１のゲイン値を所定の傾きで増加させるゲイン増加手段とを備え、前記第１の速度指令発生手段には、前記原速度指令信号の周波数成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分を除去すると共に、前記遮断周波数よりも低い周波数を通過して前記第１の速度指令信号を発生するフィルタ手段を有しており、前記切換え信号に基づき前記フィルタ手段の遮断周波数を所定の傾きで減衰させる周波数減衰手段を、有することを特徴とするものである。
かかるサーボ制御装置によれば、モータの減速中において、切換え信号に基づき減衰手段は、遮断周波数を所定の傾きで減衰させることにより第１の速度指令信号を所定の傾きで減衰させる。一方、切換え信号に基づきゲイン増加手段は、第１のゲインを所定の傾きで増加させることにより第２の速度指令信号を所定の傾きで増加させる。演算手段は、第１の速度指令信号と第２の速度指令信号とを加算すると共に、速度検出信号を減算して速度偏差を得る。したがって、モータの減速中において、演算手段に基づいて速度ループから位置ループに除々に切換えてモータを制御するので、外乱が生じてもモータのトルク変動が減少して切換えショックを低減できるという効果がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の一実施の形態を図１乃至図３よって説明する。図１は、サーボ制御装置の全体構成図、図２は図１に示すサーボ制御装置の制御系を簡略化したブロック図、図３は、モータの動作を示す時間対速度の曲線図である。
図１おいて、サーボ制御装置は、モータ１１７の位置指令信号θr等を発生する指令部１０２と、モータ１１７の回転位置などを検出する検出部１１８と、指令部１０２からの指令信号と検出部１１８の検出信号とに基づいて制御される制御部とから成っており、指令部１０２は、位置指令信号θrを発生する位置指令発生手段としての位置指令発生部１０３と、入力された位置指令信号θrを微分して原速度指令信号Ｖrを出力する微分手段としての位置微分回路１０４と、原速度指令信号Ｖrを入力すると共に、第１の速度指令信号Ｖr1を発生するフィルタ手段としての速度フィルタ回路１０６とを備え、位置微分回路１０４及び速度フィルタ回路１０６により第１の速度指令発生手段を成している。
検出部１１８は、モータ１１７の回転位置を位置検出信号θsとして検出する位置検出手段としてのエンコーダ１１９と、エンコーダ１１９により検出された位置検出信号θsを微分して速度検出信号Ｖsとする速度検出手段としての速度検出回路１２０とから成っている。
【００１８】
制御部は、位置指令信号θrと位置検出信号θsとの差となる位置偏差θeを求める第１の減算手段としての減算器１０５と、位置偏差θeを入力し、第２の速度指令信号Ｖr2を発生すると共に、第１のゲインとしての位置ゲインＫpを有する第２の速度指令発生手段としての位置制御器１０７と、ａ端子，ｂ端子がそれぞれ速度フィルタ回路１０６、位置制御器１０７の出力に接続されると共に、速度ループと位置ループとの切換えを成すスイッチ手段としての切換えスイッチ１０９と、切換えスイッチ１０９のｃ端子に接続されて速度指令信号Ｖr1又は速度指令信号Ｖr2と速度検出信号Ｖsとの差となる速度偏差Ｖeを求める第２の減算手段としての減算器１１２と、第２のゲインとしての速度ゲインＫvを有すると共に、電流指令信号Ｉrを発生する速度制御手段としての速度制御器１１３と、電流指令信号Ｉrに基づく電流をモータ１１７に流す電流制御回路１１５とを備えている。
【００１９】
サーボ制御装置の位置ループは、位置指令信号θrを減算器１０５に入力し、減算器１０５が位置指令信号θrと位置検出信号θsとの差となる位置偏差θeを求め、位置偏差θeに基づく位置制御器１０７→切換えスイッチ１０９→減算器１１２→速度制御器１１３→電流制御回路１１５→モータ１１７→エンコーダ１１９→減算器１０５からなる位置指令信号θrによる閉ループをいい、位置ループによりモータ１１７を制御する第１の制御手段を成している。
同様に速度ループは、速度指令信号Ｖr1を減算器１１２に入力し、減算器１１２が速度指令信号Ｖr1と速度検出信号Ｖsとの差となる速度偏差Ｖeを求め、速度偏差Ｖeに基づく速度制御器１１３→電流制御回路１１５→モータ１１７→エンコーダ１１９→速度検出回路１２０→減算器１１２からなる速度指令信号Ｖr1による閉ループをいい、速度ループによりモータ１１７を制御する第２の制御手段を成している。
【００２０】
速度フィルタ回路１０６は、原速度指令信号Ｖrの周波数成分うち、遮断周波数ｆcよりも高い周波数成分を除去し、遮断周波数ｆcよりも低い周波数を通過させる一次遅れのローパス特性を有している。なお、遮断角周波数ωfは、遮断周波数ｆcに２πを乗じた２πｆc(rad/s)となる。
ここで、速度フィルタ回路１０６が一次遅れの特性を有していると、速度ループから位置ループへの切換えの際に、すなわち、切換えスイッチ１０９をａ端子からb端子に切換えた際に、速度ループの位置偏差θeと位置ループの位置偏差θe´とを同一にし得ることを説明する。
まず、切換えスイッチ１０９をａ端子に投入して速度ループによりモータ１１７を制御している場合、位置指令信号θrから速度偏差Ｖeまでの伝達特性は、上記(2)式及び図９(a)を参考にし、速度フィルタ回路１０６の伝達関数Ｇf(s)すると、下式となる。
Ｖe＝θr・ｓ・Ｇf(s)−Ｋv・Ｖe／ｓ      ・・・・・(9)
上記(1)式及び(9)式より位置指令信号θrと位置偏差θeとの比を求めると下式となる。
θe＝θr・{ｓ＋Ｋv−Ｋv・Ｇf(s)}／(ｓ＋Ｋv)  ・・・・(10)
切換えスイッチ１０９がａ端子からｂ端子に切換えられて位置ループによりモータ１１７を制御している場合、位置偏差θe´は、上記(7)式となり、一定速時の位置偏差Θe´は上記(8)式になる。
【００２１】
上記(10)式における位置偏差θeによる一定速時の位置偏差Θeが上記(8)式の位置偏差Θe´(Ｖ／Ｋp)のようにその値が定数になるには、上記(10)式における分子のラプラス演算子ｓの次数を同一にし、分母に定数を含む式すれば良い。分母に定数を含まずにラプラス演算子ｓの次数のみであれば、最終値定理によってｓ→０とすると、分母がゼロとなり、位置偏差Θeが無限大となるからである。この要件を満たすには、伝達関数Ｇf(s)が＝１／(１＋ｓＴｆ)とするのが適当であり、Ｇf(s)＝１／(１＋ｓＴｆ)を上記(10)式に代入して下式を得る。
θe＝θr・s{ｓ・Ｔf+(１+Ｋv・Ｔf) }/{ｓ２・Ｔf+ｓ(１+Ｋv・Ｔf)+Ｋv}・・・(11)
上記(11)式において、位置指令信号θr、ランプ入力１／ｓ２、速度Ｖとして一定速時における位置偏差Θeは、最終値定理により下式となる。
【００２２】
【数３】
0004080220.tif 000004
【００２３】
この(12)式の位置偏差Θeと上記(8)式の位置偏差Θe´とが等しい場合に、切換えショックが発生しないので、上記(8)式と上記(12)式とを等しいとおいて、位置ゲインＫpと速度ゲインＫvとの関係を求めると、下式となる。
Ｋp＝(Ｋv・ωf)／(Ｋv＋ωf)        ・・・・(13)
ここに、ωf：時定数Ｔfの逆数である遮断角周波数(rad/s)
したがって、上記(13)式を満たすように位置ゲインＫp，速度ゲインＫvを設定する。
【００２４】
次に、速度指令信号Ｖr1から速度指令信号Ｖr2の切換え点の設定について説明する。該切換え点は、切換えショックを少なくするためには、モータ１１７の停止間際に切換えることになる。
しかしながら、実機械に摩擦などの外乱が生じると、上記(13)式を満たしていても、第1の速度指令信号Ｖr1から第２の速度指令信号Ｖr2を切換えた場合に位置偏差θeが生じるので、モータ１１７から発生するトルクが不連続となって所定の時間振動が発生する。
したがって、モータ１１７の停止間際に切換えると、上記振動が停止するまで運転は終了しないので、さほどタクトタイムが減少しないことになる。
一方、サーボ制御装置は、速度ループの応答性が位置ループに比べて十分に速い。したがって、サーボ制御装置の制御系は、図２に示すように位置指令信号θr(rad)、位置ゲインＫp(rad/s)、積分器１／ｓを介してモータ１１７の実位置となる位置検出信号θsが発生する一次遅れ系と仮定できる。かかる制御系より位置検出信号θs(ｓ)は、ラプラス演算子をｓとすると下式となる。
θs(ｓ)＝{１／(１＋s・Ｔp)}・θr    ・・・・(14)
ここに、Ｔp：位置ゲインＫpの逆数(sec)
この(14)式より、ステップ入力の位置指令信号θrに基づく位置検出信号θsの応答は、位置検出信号θsが定常値の９５％に達するようにすると、ほとんど振動を無視できる。位置検出信号θsが定常値の９５％に達する時間を整定時間とし、整定時間は、位置ゲインＫpの逆数の３倍となる。このため、図３に示すように減速開始からの切換え信号が発生するまでの切換え時間ｔcは、減速時間ｔβから３／Ｋpを差し引いた下式となる。
ｔc＝ｔβ−３／Ｋp                      ・・・・(15)
この(15)式を満たすように、切換え信号を発生して切換えスイッチ１０９をａ端子からｂ端子に切換える。
【００２５】
上記のように構成されたサーボ制御装置の動作を図１及び図３によって説明する。いま、切換えスイッチ１０９をａ端子に投入しており、運転指令(図示せず)が位置指令発生部１０３に入力されると、位置指令発生部１０３から位置指令信号θrが発生し、位置微分回路１０４を介して速度フィルタ回路１０６から第１の速度指令信号Ｖr1が発生する。この第１の速度指令信号Ｖr1を減算器１１２に入力してモータ１１７が回転する。
一方、エンコーダ１１９から検出された位置検出信号θsを速度検出回路１２０に入力すると、速度検出回路１２０が速度検出信号Ｖsを減算器１１２に入力し、減算器１１２が第１の速度指令信号Ｖr1と速度検出信号Ｖsとの差となる速度偏差Ｖeを求める。速度制御器１１３が速度偏差Ｖeに基づいて電流指令信号Ｉrを発生し、電流制御回路１１５がモータ１１７に電流を流してモータ１１７を加速、一定速で回転する。すなわち、速度ループによりモータ１１７を制御する。
【００２６】
やがて、モータ１１７が減速を始め、減速中の時間ｔxで、切換え信号(図示せず)が発生し、切換えスイッチ１０９をａ端子からｂ端子に投入すると、減算器１０５が位置指令信号θrと位置検出信号θsとの差となる位置偏差θeを求め、位置制御器１０７が位置偏差θｅにより第２の速度指令信号Ｖr2を発生する。
ここで、切換えスイッチ１０９の切換え直後において、切換えスイッチ１０９の切換え直前の位置偏差θeすなわち、速度ループから位置ループに切換え直前の位置偏差θeと、切換えスイッチ１０９の切換え直後の位置偏差θe´すなわち、位置ループに切換えた直後の位置偏差θe´との差が上記のように極めて小さくなるよう設定されているので、位置偏差θe´に基づく第２の速度指令信号Ｖr2と前の第１の速度指令信号Ｖr1との差が極めて少なくなる。したがって、速度ループから位置ループに切換えても、速度指令信号信号Ｖr1と速度指令信号Ｖr2との差に基づくモータ１１７のトルク変動を減少できる。したがって、モータ１１７の切換えショックを減少できる。
【００２７】
実施の形態２
上記実施の形態１では、速度ループから位置ループの切換えの際に生じるモータ１１７の切換えショックを減少するために、速度フィルタ回路１０６を設けた。すなわち、速度フィルタ回路１０６は、第１の速度指令信号Ｖr1による速度ループ側の伝達特性を適正にするために挿入した。しかしながら、位置指令信号θrによる位置ループ側の伝達特性を適正にする手段もある。
そこで、他の実施の形態では、位置指令信号θrによる位置ループ側の伝達特性を適正する例を図４及び図５によって説明する。図４は、実施の形態によるサーボ制御装置の全体構成図、図５は、ゲイン減衰部の出力となる位置ゲイン対時間を示す特性曲線図である。なお、図４中、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示し説明を省略する。
【００２８】
図４において、サーボ制御装置は、速度ループから位置ループの切換えにより位置ゲインを減衰させるゲイン減衰部１３５を設けており、ゲイン減衰部１３５は、初期値となる「Ｋv」が設定された初期ゲイン部１３６ａ、定常値となる「Ｋp」が設定された定常ゲイン部１３６ｂを有するゲイン設定部１３６と、ゲイン設定部１３６のａ端子、ｂ端子に接続されると共に、切換えスイッチ１０９と連動されたゲイン切換えスイッチ１３９と、ゲイン切換えスイッチ１３９のｃ端子に入力が接続されると共に、図５に示すゲインＫp´を出力する一次遅れの特性、すなわち、伝達関数Ｇd(s)が遮断角周波数ωgとすると、Ｇd(s)＝ωg／(ｓ＋ωg)の遅れ回路１４０を備え、遅れ回路１４０の出力となるゲインＫp´により位置制御器１０７の位置ゲインの値が決定されように形成されている。
【００２９】
実施の形態１と同様に減速開始からの切換え信号が発生するまでの切換え時間ｔcは、上記(15)式の位置ゲインの値が、図５に示すＫp´のように減衰するので、実施の形態１と同様にして下式となる。
ｔc＝ｔβ−３／Ｋp´≒ｔβ−３／Ｋpave・・・・(16)
ここに、Ｋpave：(Ｋv＋Ｋp)／２
そして、遅れ回路１４０の遮断角周波数ωgは、位置ゲインが９５％に減衰する時間ｔfが位置ゲインＫp´の逆数の３倍より短くなるように設定することが好ましい。これは、モータ１１７の減速中に位置ゲインを減衰させるためである。
【００３０】
このようなサーボ制御装置によれば、モータ１１７の減速中に切換え信号の発生により切換えスイッチ１０９をａ端子からｂ端子に投入して、速度ループから位置ループに切換え、同時に、切換え信号の発生によりゲイン切換えスイッチ１３９をａ端子からｂ端子に投入して、図５に示すように位置ゲインＫp´を速度ゲインＫvと同一の値から一次遅れで、定常の位置ゲインＫpに減衰させる。したがって、実施の形態１と同様に切換えスイッチ１０９の切換え直後において、速度ループから位置ループに切換え直前の位置偏差θeと、位置ループに切換えた直後の位置偏差θe´との差が上記のように極めて小さくなる。よって、位置偏差θe´に基づく第２の速度指令信号Ｖr2と前の第１の速度指令信号Ｖr1との差が極めて少なくなる。このため、速度ループから位置ループへの切換えの際に生じるモータ１１７の切換えショックを減少できる。
【００３１】
実施の形態３．
実施の形態１，２では、負荷外乱を無視したが、実際には、外乱が存在し、該外乱が大きい場合、位置偏差θｅが上記(10)式よりも大きくなるので、速度ループから位置ループへの切換えショックが大きくなる。したがって、モータ１１７の出力トルクが不連続になり振動が発生する。かかる課題を解決する実施の形態を図６によって説明する。図６は、サーボ制御装置の全体構成図を示し、図６中、図４と同一符号は、同一又は相当部分を示し説明を省略する。
【００３２】
図６において、サーボ制御装置は、速度ループから位置ループの切換えにより位置ゲインＫpを増加させるゲイン増加手段としてのゲイン増加部２００と、速度フィルタ回路１０６の遮断角周波数ωgを減衰させる周波数減衰手段としての周波数減衰部３００と、速度フィルタ回路１０６からの速度指令信号Ｖr1と、位置制御器１０７からの速度指令信号Ｖr2とを加算すると共に、速度検出回路１２０からの速度検出信号Ｖｓを減算して速度偏差Ｖeを発生する演算手段としての加減算器２１２を有している。
【００３３】
位置ゲイン増加部２００には、位置制御器１０７の位置ゲインの初期値「ゼロ」が設定された初期ゲイン部２０１ａと、位置ゲインの定常値「Ｋp」が設定された定常ゲイン部２０１ｂとを有するゲイン設定部２０１と、ゲイン設定部２０１のａ端子、ｂ端子に接続されたゲイン切換えスイッチ１３９と、ゲイン切換えスイッチ１３９のｃ端子に接続されると共に、図７に示すように位置ゲインＫp´を位置制御回路１０７に出力する遅れ回路２４０を備え、位置制御器１０７の位置ゲインの値がＫp´となるように形成されている。
【００３４】
周波数減衰部３００は、速度フィルタ回路１０６の遮断角周波数の初期値「ωf」が設定された初期周波数部３０１ａと、遮断角周波数の定常値「ゼロ」が設定された定常周波数部３０１ｂとを有する周波数設定部３０１と、周波数設定部３０１のａ端子、ｂ端子に接続されると共に、ゲイン切換えスイッチ１３９と連動する周波数切換えスイッチ２３９と、周波数切換えスイッチ２３９のｃ端子に接続されて出力に図７に示すように減衰して遮断角周波数ωf´を出力する遅れ回路３４０を備え、遅れ回路１４０の出力となる遮断角周波数ωf´により速度フィルタ回路１０６の遮断角周波数の値が決定される。なお、遮断角周波数ωf´を減衰させることは、遮断周波数を減衰させることになる。
【００３５】
遅れ回路２４０，３４０の遮断角周波数ωgは、実施の形態２と同様にそれぞれ位置ゲインが９５％に増加する時間、遮断角周波数ωfが９５％に減衰する時間を整定時間３／Ｋp´よりも短く設定することが好ましい。これは、モータ１１７の減速中に位置ゲインを減衰させるためである。
【００３６】
このような構成によるサーボ制御装置によれば、モータ１１７の減速中に切換え信号の発生によりゲイン切換えスイッチ１３９、周波数切換えスイッチ２３９をａ端子からｂ端子に投入すると、図７に示すように切換え信号の発生した時には、位置制御器１０７の位置ゲインが「ゼロ」であるから、位置ループが開放し、速度フィルタ回路１０６の速度指令信号Ｖr1により速度ループによりモータ１１７を制御する。
その後、時間の経過にしたがって図７に示すように速度フィルタ回路１０６の遮断周波数がωf´のように低下(減衰)して速度指令信号Ｖr1を加減算器２１２に入力する。一方、位置制御回路１０７の位置ゲインがＫp´のように増加して位置制御器１０７から速度指令信号Ｖr2を加減算器２１２に入力する。同時に、速度検出回路１２０から速度検出信号θsを加減算器２１２に入力する。加減算器２１２は、速度指令信号Ｖr1と速度指令信号Ｖr2とを加算すると共に、速度検出信号θsを減算した速度偏差θeによってモータ１１７を速度ループ及び位置ループにより一時的に制御する。
【００３７】
やがて、遮断角周波数ωf´がほぼゼロになると、速度制フィルタ回路１０６が開放し、同時に、位置ゲインＫp´がＫpになると、位置制御回路１０７が位置ゲインＫpに基づく速度指令信号Ｖr2を発生する。加減算器２１２は、速度指令信号Ｖr1がゼロであるから、速度指令信号Ｖr2と速度検出信号Ｖsとの差となる速度偏差Ｖeを求めて位置ループによりモータ１１７を制御する。
以上のように、モータ１１７の減速中に切換え信号によりモータ１１７を速度ループの制御から、速度ループ及び位置ループの制御を経て位置ループの制御に円滑に切換えることができる。したがって、速度ループから位置ループの切換えにおいて、モータ１１７の負荷外乱が生じても、該負荷外乱に影響を受けにくくなるので、モータ１１７の切換えショックを一層減少できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態を示すサーボ制御装置の全体構成図である。
【図２】  図１に示すサーボ制御装置の制御系の簡略化したブロック図である。
【図３】  図１に示すモータの動作を示す時間対速度の曲線図である。
【図４】  他の実施の形態によるサーボ制御装置の全体構成図である。
【図５】  図４に示すゲイン減衰部の出力となる位置ゲイン対時間を示す特性曲線図である。
【図６】  他の実施の形態によるサーボ制御装置の全体構成図である。
【図７】  図６に示すゲイン増加部、周波数減衰部の時間対出力特性曲線図である。
【図８】  減速中において、速度ループから位置ループに切換えるサーボ制御装置の全体構成図である。
【図９】  図８に示すサーボ制御装置の切換えスイッチをａ端子に投入したブロック図９(ａ)、切換えスイッチをｂ端子に投入したブロック図９(ｂ)である。
【符号の説明】
１０３  位置指令発生部、１０６  速度フィルタ回路、１０７  位置制御器(第２の速度指令発生手段)、１０９  切換えスイッチ、１１３  速度制御器、１１７  モータ、１１９  エンコーダ(位置検出手段)、１２０  速度検出回路(速度検出手段)、１３５  ゲイン減衰部(ゲイン減衰手段)、１５０  速度フィルタ回路(フィルタ手段)、２００、位置ゲイン増加部(ゲイン増加手段)、３００  遮断角周波数減衰部(周波数減衰手段)。
【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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