(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともサーボモータの位置信号と目標位置信号とから速度指令信号を生成する速度指令生成手段を備え、少なくとも該速度指令生成手段により出力された速度指令信号をサーボアンプに入力してサーボモータの位置決め制御を行なう位置決め制御装置において、
前記速度指令信号に相当する値として予め設定された相当信号を生成する相当信号生成手段と、
該相当信号生成手段により生成された前記相当信号を、前記目標位置信号の変化がなくなったときにフィードフォワードして前記サーボアンプに入力するとともに、前記相当信号のフィードフォワードを開始してから予め定められた時間が経過した後に該フィードフォワードを停止するフィードフォワード制御手段と、
を備えたことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置決め制御装置において、
前記速度指令生成手段が、
前記サーボモータの位置信号および前記目標位置信号に加え、前記サーボモータの目標位置信号の微分値に比例した値に基づいて前記速度指令信号を生成するものであることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の位置決め制御装置において、
前記相当信号生成手段が、前記目標位置信号の変化が大きくなるほど大きな値の前記相当信号を生成するものであることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項４】
請求項１から３にいずれか記載の位置決め制御装置において、
前記フィードフォワード制御手段は、フィードフォワードを開始してから予め定められた時間が経過していない場合、前記サーボモータの位置偏差量が予め定められた値以下になったら前記相当信号のフィードフォワードを停止するものであることを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項５】
請求項１から４にいずれか記載の位置決め制御装置において、
前記相当信号、および前記速度指令信号の入力を受けて、これらの内の大きい方のみを出力して前記サーボアンプに入力する比較手段を備えたことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項６】
少なくとも、サーボモータの位置信号と目標位置信号とから生成される速度指令信号を、サーボアンプに入力してサーボモータの位置決め制御を行なう位置決め制御方法において、
前記速度指令信号に相当する値として予め設定された相当信号を、前記目標位置信号の変化がなくなったときにフィードフォワードして前記サーボアンプに入力するとともに、前記相当信号のフィードフォワードを開始してから予め定められた時間が経過した後に該フィードフォワードを停止することを特徴とする位置決め制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載の位置決め制御方法において、
前記速度指令信号が、前記サーボモータの位置信号および前記目標位置信号に加え、前記サーボモータの目標位置信号の微分値に比例した値に基づいて生成されることを特徴とする位置決め制御方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の位置決め制御方法において、
前記相当信号が、前記目標位置信号の変化が大きくなるほど値が大きくされることを特徴とする位置決め制御方法。
【請求項９】
請求項６から８にいずれか記載の位置決め制御方法において、
前記相当信号のフィードフォワードを開始してから予め定められた時間が経過していない場合、前記サーボモータの位置偏差量が予め定められた値以下になったら前記相当信号のフィードフォワードを停止することを特徴とする位置決め制御方法。
【請求項１０】
請求項６から９にいずれか記載の位置決め制御方法において、
前記サーボアンプに、前記相当信号、前記速度指令信号の内の大きい方が入力されることを特徴とする位置決め制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボモータの位置決め制御装置およびその位置決め制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、サーボモータの位置決め時間を短くするために位置制御のループにフィードフォワードを入れる方法が取られている。図５はその制御系の一例を示すブロック図である。
【０００３】
この制御系２１は、演算器２から出力された目標位置信号ｒに追従するようモータ４を回転させ、ボールネジおよびナットなどにて構成される機械可動部６を所望の位置に移動させるサーボ系である。モータ４はその回転位置を検出するためのエンコーダ８を備えており、これによる検出結果がフィードバックされ、加算器１０にて目標位置信号ｒから減算され、速度指令としてサーボアンプ１２に出力される。
【０００４】
これだけでは速やかな位置決めが期待できないため、目標位置信号ｒを微分器１４にて微分して速度指令を生成し、これをフィードフォワードして加算器１０の出力した速度指令と加算器１６にて加算する。こうすることにより速度指令信号のかさ上げをし、速やかな位置決めを図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によれば、位置決め終了時のインポジションチェック（モータ４の回転位置が正しいか否かのチェック）の時点では目標位置信号ｒはないのでフィードフォワードが実質的に掛からない。このため位置決めに時間が掛かってしまう。
【０００６】
この様子を示したのが図６である。図６（ａ）は速度指令（微分器１４の出力波形）を実線で示し、比較のためにエンコーダ８からの位置フィードバック信号を微分してなる信号（速度フィードバック）を示す一点鎖線と重ねたグラフである。
【０００７】
このように、速度指令が時刻ｔ1でゼロになった（一般には、目標位置信号ｒが変化しなくなった）後も、制御系２１に位置ループが含まれているため、実際の速度は速度指令に対して遅れた形となる。サーボアンプ１２への速度指令をグラフ化したのが図６（ｂ）である。速度指令が時刻ｔ1でゼロになると、実質的にフィードフォワードが働かなくなり、インポジションチェック時間を有効に短縮することができない。
【０００８】
本発明は係る課題に鑑みなされたもので、請求項１、２に記載の位置決め制御装置および請求項６、７に記載の位置決め制御方法は、インポジションチェック時間を短縮すること、本来の速度指令信号に影響を与えることなくインポジションチェック時間の短縮を行なうこと、及びインポジションチェック時間の短縮が有効に行なわれるようにすることを目的としている。また、請求項３に記載の位置決め制御装置および請求項８に記載の位置決め制御方法は、インポジションチェック時間を様々な速度に応じて短縮することを目的としている。
【０００９】
【００１０】
請求項４に記載の位置決め制御装置および請求項９に記載の位置決め制御方法は、オーバーシュートなどの制御不良が起きないようにすることを目的としている。請求項５に記載の位置決め制御装置および請求項１０に記載の位置決め制御方法は、サーボアンプへの入力信号の過大化を防ぐことを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
かかる目的を達成するためになされた本発明の請求項１に記載の位置決め制御装置は、少なくともサーボモータの位置信号と目標位置信号とから速度指令信号を生成する速度指令生成手段を備え、少なくとも該速度指令生成手段により出力された速度指令信号をサーボアンプに入力してサーボモータの位置決め制御を行なう位置決め制御装置において、に記載の発明では、速度指令信号に相当する値として予め設定された相当信号を生成する相当信号生成手段と、該相当信号生成手段により生成された相当信号を、目標位置信号の変化がなくなったときにフィードフォワードしてサーボアンプに入力するとともに、相当信号のフィードフォワードを開始してから予め定められた時間が経過した後に該フィードフォワードを停止するフィードフォワード制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
このような位置決め制御装置では、たとえ目標位置信号の変化がなくなった状態においても、代わりに相当信号がフィードフォワード制御手段によってフィードフォワードされるので、位置決めに掛かる時間が短縮される。そして更にフィードフォワード制御手段は、このフィードフォワードを、目標位置信号の変化がなくなった後、相当信号のフィードフォワードを開始してから予め定められた時間が経過した後に停止させるので、相当信号によってサーボモータの回転位置に偏差が生じる、といったこともない。
【００１３】
従って請求項１に記載の位置決め制御装置によれば、インポジションチェック時間を短縮することができる。なお、この請求項では微分器１４（図５参照）等により生成した速度指令のフィードフォワードを必須要件としていないが、このフィードフォワードを備えない制御系に相当信号生成手段およびフィードフォワード制御手段を適用しても、速度指令の代わりに相当信号をフィードフォワードし、それを目標位置信号の変化がなくなった後に停止させるので、インポジションチェック時間の短縮は実現される。
また、目標位置信号の変化がなくなったときに相当信号のフィードフォワードを開始するので、目標位置信号の変化が有る状態（例えば、図６（ａ）においてはｔ1までの期間）においては、フィードフォワード制御手段によって出力される相当信号はサーボアンプに全く入力されないことになる。そして目標位置信号の変化がなくなったとき（図６（ａ）における時刻ｔ1 ）に相当信号のフィードフォワードが開始される。
また、フィードフォワード制御手段が相当信号のフィードフォワードを開始するのは目標位置信号の変化がなくなったとき、すなわち本来の速度指令信号に影響を与えない範囲の内の最も早い時点で行なうため、相当信号をフィードフォワードする期間を確保し易い。
従って、請求項１に記載の位置決め制御装置によれば、本来の速度指令信号に相当信号が影響を一切与えることなく、インポジションチェック時間の短縮を行なうことができる。
また、フィードフォワード制御手段が、相当信号のフィードフォワードを開始してから予め定められた時間が経過した後に該フィードフォワードを停止するので、相当信号のフィードフォワードを、予め定められた時間分だけ確実に行なうことができ、インポジションチェック時間の短縮が有効に行なわれる。
【００１４】
速度指令のフィードフォワードを行なう制御系に適用することを明示したのが請求項２に記載の位置決め制御装置である。すなわち請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の位置決め制御装置において、前記速度指令生成手段が、前記サーボモータの位置信号および前記目標位置信号に加え、前記サーボモータの目標位置信号の微分値に比例した値に基づいて前記速度指令信号を生成するものであることを特徴とする。
【００１５】
このように速度指令のフィードフォワードを行なう制御系では前述のように、目標位置信号が変化しなくなるとフィードフォワードが働かなくなるので、そうした状態においても、相当信号生成手段により生成された相当信号をフィードフォワードするフィードフォワード制御手段を備えたこの位置決め制御装置によれば、インポジションチェック時間の短縮を実現することができる。
【００１６】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または２に記載の位置決め制御装置において、前記相当信号生成手段が、前記目標位置信号の変化が大きくなるほど大きな値の前記相当信号を生成するものであることを特徴とする。これは、速度指令の大きさが大きいほど、相当信号を大きさを大きくすることに対応している。これに反し、速度指令の大きさに関わらず相当信号の大きさを一定にすると、速度信号が大きいときに相当信号のフィードフォワードが十分に働かなかったり、速度信号が小さいときに相当信号によってサーボモータがオーバーシュートを起こしてしまったりする虞がある。また、様々な速度に対応できる最適な相当信号の大きさを設定するのが困難、という事態も発生しうる。逆に、速度指令が大きくなるほど相当信号を小さくすると、これらの不具合が発生する可能性が高くなる。
【００１７】
この点、請求項３に記載の位置決め制御装置によれば、インポジションチェック時間の短縮を様々な速度において有効に実現することができる。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
請求項４に記載の本発明は、請求項１から３にいずれか記載の位置決め制御装置において、前記フィードフォワード制御手段が、前記目標位置信号の変化がなくなり、かつ前記サーボモータの位置偏差量が予め定められた値以下になったら前記相当信号のフィードフォワードを停止するものであることを特徴とする。
【００２２】
これに反し、位置偏差量が十分小さくなっているにも拘わらず、相当信号のフィードフォワードを続行すると、モータの回転位置がオーバーシュートを起こすなどの制御不良を生じる虞がある。この点、請求項４に記載の位置決め制御装置によれば、こうした制御不良が起きないようにすることができる。
【００２３】
請求項５に記載の本発明は、請求項１から４にいずれか記載の位置決め制御装置において、前記相当信号、および前記速度指令信号の入力を受けて、これらの内の大きい方のみを出力して前記サーボアンプに入力する比較手段を備えたことを特徴とする。
【００２４】
これに反し、サーボアンプに、相当信号、および速度指令信号を単純加算して入力すると、入力信号が過大化する可能性がある。そこで、請求項５では比較手段を備えており、これにて、これらの信号の内の大きい方のみをサーボアンプに入力している。このような位置決め制御装置によれば、サーボアンプへの入力信号の過大化を防ぐことができる。
【００２５】
なお、請求項１〜５の位置決め制御装置を位置決め制御方法として構成したのが、それぞれ請求項８〜１０に記載の本発明であり、それぞれ対応する位置決め制御装置と同様の効果を奏することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面と共に説明する。まず、図１は本発明を適用した制御系１のブロック図である。なお、図５に示した制御系２１と同じ名称の構成については同じ符号を付している。
【００２７】
この制御系１は、制御系２１と同様、演算器２から出力された目標位置信号ｒに追従するようモータ４を回転させることにより機械可動部６を所望の位置に移動させるサーボ系である。この制御系１においても、モータ４の備えるエンコーダ８による検出結果はフィードバックされ、加算器１０にて目標位置信号ｒから減算され、後述する比較器１９を介してサーボアンプ１２へ入力される速度指令指令となる。そして目標位置信号ｒを微分器１４にて微分し、これをフィードフォワードして加算器１０の出力した速度指令信号と加算器１６にて加算する。ここで加算器１６が本発明の速度指令生成手段に相当する。
【００２８】
また演算器２は、目標位置信号ｒだけでなく、速度指令信号に相当する値として予め設定された相当信号ｖも出力する。つまり演算器２は、本発明の相当信号生成手段に相当する。なお、制御系１において相当信号ｖは、目標位置信号ｒやその微分値などの大きさに関わらず一定値となっている。
【００２９】
相当信号ｖは、スイッチ動作を行なうフィードフォワード制御部２０を介して比較器１９に入力される。フィードフォワード制御部２０では、相当信号ｖを比較器１９に出力するか否かのＯＮ／ＯＦＦ制御が行なわれる。ＯＮになる条件は、目標位置信号ｒの変化が有る状態から、その変化がなくなった状態に移行したことである。制御系１では微分器１４の出力がゼロになったことを検出することにより、この相当信号ｖはＯＮされ、比較器１９に入力される。
【００３０】
一方、ＯＦＦ条件は２つあり、次の内のいずれかが成立するとＯＦＦになる。すなわち、その１つは相当信号ｖがＯＮされてから一定時間経過したことであり、他方は、位置偏差量が一定量以下になったことである。これらの内の一方が成立すると、相当信号ｖはＯＦＦされる。
【００３１】
比較器１９には、加算器１６からの出力信号ｘと相当信号ｖ（フィードフォワード制御部２０がＯＮ状態になっている場合）とが入力され、それらの内の大きい方が出力される。従って、フィードフォワード制御部２０がＯＦＦ状態になっていれば、加算器１６からの出力信号ｘが出力される。つまり比較器１９は本発明の比較手段に相当する。
【００３２】
この制御系１は例えば図２に示すように構成される。所望の順序で機械可動部６を稼働させるＮＣ（数値制御）プログラムが予め記録されたフロッピーディスクをフロッピーディスクドライブ（本図ではＦＤＤと記載）２３に読み取らせると、そのＮＣプログラムがＦＤＤコントローラ２４を介してＣＰＵ２７に解釈される。そのＮＣプログラム中にある、テーブル２５を目標位置に位置決めする命令に基づき、その目標位置から目標速度の時系列データ（これが図４（ａ）の速度指令に相当）をＣＰＵ２７が算出し、ＲＡＭ２９内に展開する。それに基づいて、モータ４、サーボアンプ１２からなる制御対象のインポジションチェック時間を短縮すべく、更にＣＰＵ２７が適切な制御信号を算出してインタフェース（本図ではＩ／Ｆと記載）３１からＤ／Ａ変換器３３に出力する。こうした一連の処理を行なうソフトウェアはＲＯＭ３５に予め格納されている。Ｄ／Ａ変換器３３では、Ｉ／Ｆ３１から受け取ったデジタル信号がアナログ化され、サーボアンプ１２に入力される。するとモータ４が稼働してボールネジ３９を回転させ、ナット４１とともにテーブル２５が移動される。なお、符号４３は、ＣＰＵ２７などからなる制御ユニット４５の処理タイミングや後述するタイマーの基準となるクロック信号を発する水晶発信子である。
【００３３】
演算器２、加算器１０、微分器１４、加算器１６、フィードフォワード制御部２０、比較器１９はソフトウェアとしてＲＯＭ３５に記憶されており、ＣＰＵ２７がこのソフトウェアを実行することにより実現される。このＣＰＵ２７にて実行されるソフトウェアの内、フィードフォワード制御部２０としての処理のフローチャートを図３に示す。本処理は所定時間（例えば２ｍｓｅｃ）毎に起動される。
【００３４】
本処理が起動されるとまずステップ（以下、Ｓと記す）１００にて指令速度、すなわち微分器１４の出力がゼロか否かを判定する。ゼロであればＳ１１０に進み、前回、本処理を起動したときの指令速度がゼロでなかったか否かを判定する。Ｙｅｓ、すなわちゼロでなかったときにはＳ１２０に移行し、フィードフォワード制御部２０のスイッチをＯＮにする。実際にはこのスイッチはソフトウェアで実現されているため、正確にはこれは、相当信号ｖを比較器１９における比較対象とする、というべきである。そして、Ｓ１３０にてタイマーをスタートさせ、Ｓ１４０に進む。なお、Ｓ１００にてＮＯと判定された場合、またはＳ１１０にてＮＯと判定された場合にはＳ１４０に直行する。
【００３５】
Ｓ１４０ではフィードフォワード制御部２０のスイッチがＯＮ、すなわち相当信号ｖが比較器１９における比較の対象となっているか否かを判定する。比較の対象になっていればＳ１５０に移行し、タイマーの計測値が予め設定された時間よりも大きいか否か、つまり相当信号ｖが比較器１９における比較の対象に成ってから設定時間だけ経過したかどうかを判定する。経過していればＳ１６０に進み、スイッチＯＦＦ、すなわち相当信号ｖが比較器１９に出力されないようにし、Ｓ１７０でタイマーの計測値をゼロに戻し（本図ではリセットと記載）本処理を終了する。Ｓ１５０にてＮＯと判定された場合は、Ｓ１８０に移行し、位置偏差量が予め設定された偏差量以下になっているか否かを判定する。この判定の結果がＹｅｓであればＳ１６０に移行し、Ｎｏであれば本処理を終了する。またＳ１４０にてＮＯと判定された場合にはそのまま本処理を終了する。
【００３６】
図１、２のように構成され、図３に示した処理をはじめとする処理を行なう制御系１において、図６（ａ）に示した速度指令と同じ指令パターンを与えたときの速度フィードバック、比較器１９の出力信号（制御系２１におけるサーボアンプ１２への速度指令に相当）を示したのが図２（ａ）、図２（ｂ）である。
【００３７】
すなわち、図６（ａ）で演算器２に発生させたのと同じ目標位置信号ｒを演算器２に発生させると、速度指令は当然同じとなる。速度フィードバックも、速度指令がゼロになるまでは同じである。時刻ｔ1で速度指令がゼロになると、フィードフォワード制御部２０がＯＮになり、相当信号ｖが比較器１９に入力されるようになる。この結果、図２（ｂ）に示すように比較器１９からは一定の相当信号ｖが出力されることとなる。これにより速度フィードバックは、図２（ａ）に一点鎖線で示すように、図６（ａ）に示した速度フィードバックよりも大きな値を呈する。この結果、図６に示した時刻ｔ2よりも早い時刻ｔ3 にてモータ４が正しい回転位置に到達し、インポジションチェック時間は短縮される。なお、ここで相当信号ｖは、位置偏差が一定量以下になったためにＯＦＦにされているものとする。このため、速度フィードバックもオーバーシュートや振動を呈することなくインポジションチェック時間が短縮される、という望ましい制御結果が得られている。ここでは最高速度を５０ｍ／ｍｉｎとし、相当信号ｖはＯＮされてから５０ｍｓｅｃ経過したか、または位置偏差が１００パルス以下になったらＯＦＦされるようにして実験を行なった。
【００３８】
目標位置信号ｒの与え方によっては、相当信号ｖのＯＦＦが、ＯＮされてから一定時間が経過したために行なわれることもある。その場合にも、その一定時間分、相当信号ｖのフィードフォワードが行なわれるので、インポジションチェック時間の短縮が図られる。また、この一定時間の途中で位置偏差が小さくなった場合には相当信号ｖはＯＦＦされるので、相当信号ｖのＯＮ期間が長すぎて、望ましい制御結果が得られない、ということもない。
【００３９】
以上、本発明の一実施の形態として、制御系１について説明してきたが、本発明はこの実施の形態に何等限定されるものではなく様々な態様で実施しうる。例えば、制御系１において相当信号ｖは一定値としたが、目標位置信号ｒやその微分値などに応じて変化させても良い。その一例として、目標位置信号ｒの変化が大きくなるほど（つまり速度指令が大きくなるほど）大きな値の相当信号ｖが大きくなるようにしておけば、速度信号が大きいときに相当信号のフィードフォワードが十分に働かなかったり、速度信号が小さいときに相当信号によってサーボモータがオーバーシュートを起こす、といった事態を防ぐことができる。
【００４０】
また、フィードフォワード制御部２０における相当信号ｖのＯＦＦ条件を、位置偏差が一定量以下になったことのみ（つまりＳ１５０を削除する）にしても良いし、フィードフォワード制御部２０がＯＮになってから一定時間が経過しかことのみ（Ｓ１８０を削除することに相当）にしても良い。一方、相当信号ｖのＯＮ条件を速度指令がゼロになったときではなく、それよりも前の時点（例えば、速度指令が減少し始めた時点）としてもよい。このようにしても、比較器１９により、出力信号ｘ、相当信号ｖの大きい方がサーボアンプ１２に入力されるので、適切な速度指令がサーボアンプ１２に入力される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態である制御系１のブロック図である。
【図２】  制御系１の構成の概略を示す説明図である。
【図３】  ＣＰＵ２７にて実行される、フィードフォワード制御手段に相当する処理のフローチャートである。
【図４】  制御系１における速度フィードバック、サーボアンプ１２への速度指令信号の変化を表すグラフである。
【図５】  従来の位置決め制御系の一例である制御系２１のブロック図である。
【図６】  制御系２１における速度フィードバック、サーボアンプ１２への速度指令信号の変化を表すグラフである。
【符号の説明】
１…制御系、２…演算器、４…モータ、６…機械可動部、８…エンコーダ、
１０、１６…加算器、１２…サーボアンプ、１４…微分器、１９…比較器
２０…フィードフォワード制御部、２１…従来の制御系、
２７…ＣＰＵ、ｒ…目標位置信号、ｖ…相当信号、ｘ…出力信号。
【図１】
0004281167.tif 000002
【図２】
0004281167.tif 000003
【図３】
0004281167.tif 000004
【図４】
0004281167.tif 000005
【図５】
0004281167.tif 000006
【図６】
0004281167.tif 000007