(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータを用いて工作機械や駆動装置の送り軸の位置を制御するサーボ制御装置において、上記モータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、上記モータの回転数に比例する周波数を持つ外乱が駆動している機械を含めたサーボ系に負荷されている場合に、その外乱周波数とモータ回転数との比例定数αの情報、モータ位置情報θ及び上記速度指令と速度フィードバック信号との差分信号を入力として、上記位置情報θの正弦波関数ｓｉｎ（α・θ）および余弦波関数ｃｏｓ（α・θ）と上記差分信号との積から、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算することを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
サーボモータを用いて工作機械や駆動装置の送り軸の位置を制御するサーボ制御装置において、上記モータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、サーボ系に負荷される外乱が機械固有の固定周波数をもつ場合に、その固有周波数の情報及び速度指令と速度フィードバック信号との差分信号を入力として、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算することを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項３】
サーボモータを用いて工作機械や駆動装置の送り軸の位置を制御するサーボ制御装置において、上記モータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、上記モータの回転数に比例する周波数を持つ外乱が駆動している機械を含めたサーボ系に負荷されている場合に、その外乱周波数とモータ回転数との比例定数αの情報、モータ位置情報θ及び機械端に取り付けられた外部変位センサからの出力信号を入力として、上記位置情報θの正弦波関数ｓｉｎ（α・θ）および余弦波関数ｃｏｓ（α・θ）と上記出力信号との積から、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算することを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項４】
サーボモータを用いて工作機械や駆動装置の送り軸の位置を制御するサーボ制御装置において、上記モータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、サーボ系に負荷される外乱が機械固有の固定周波数をもつ場合に、その固有周波数の情報及び機械端に取付けられた外部変位センサからの出力信号を入力として、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算することを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項５】
サーボモータを用いて工作機械や駆動装置の送り軸の位置を制御するサーボ制御装置において、上記モータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、主軸の回転角度θを検出する検出手段と、主軸の回転数に比例した外乱がサーボ系に加わる場合に、その外乱周波数と主軸回転数との比例定数αの情報、主軸の回転角度θの情報及び上記速度指令と速度フィードバック信号との差分信号を入力として、上記主軸角度θの正弦波関数ｓｉｎ（α・θ）および余弦波関数ｃｏｓ（α・θ）と上記差分信号との積から、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算する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】
この発明は、工作機械等を駆動するサーボ制御装置に係り、特に周期性外乱を抑制するサーボ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
第１０図は従来の周期性外乱が付加されるシステムにおいて、その補正を目的に周期性外乱補正器を速度制御ループに備えたサーボ制御装置の制御ブロック図である。
第１０図において、１は位置指令生成部、２は位置制御部、３は速度制御部、４は電流制御部、５は電力増幅回路、６は機械系を駆動するサーボモータ、７はサーボモータ６の回転位置を検出するエンコーダ、８はエンコーダ７の出力する位置検出信号を微分して速度を算出する微分手段である。なお、エンコーダ７及び微分手段８によりモータ速度の検出手段が構成される。９は位置指令生成部１から出力される位置指令、１０はエンコーダ７から出力される位置フィードバック信号、１１は位置制御部２から出力される速度指令、１２は微分手段８から出力される速度検出信号（速度フィードバック信号）、１３は速度指令１１と速度検出信号１２との差分である速度偏差信号、１４は速度制御部３から出力される電流指令、１５は周期性外乱補正器１９を通して出力される補正値２０を加算された電流指令、１６はサーボモータ６に流れる電流を示す電流フィードバック信号、１７はサーボモータ６により駆動される機械系、１８は周期性外乱である。
【０００３】
このサーボ制御装置は、位置指令生成部１により出力される位置指令信号９に、エンコーダ７より検出されたサーボモータ６の位置フィードバック信号１０が追従して、サーボモータ６を回転させるように構成されている。また、この動作を高速安定に行うために、位置指令９と位置フィードバック信号１０との偏差信号に基づいて位置制御部２が速度指令１１を生成し、また位置フィードバック信号１０に基づいて微分手段８により生成される速度フィードバック信号１２が速度指令１１に追従するように、速度制御部３がサーボモータ６への電流指令１４を出力している。この電流指令１４には、外乱による影響を抑制する補正値２０が加算され、サーボモータ６に流れる電流値を示す電流フィードバック信号１６がこれに追従するように、電流制御部４及び電力増幅器５はサーボモータ６に流す電流を制御する。
【０００４】
ところで、工作機械においてはモータ回転やボールネジの回転、あるいは、機械の固有振動数に起因して発生する外乱１８が切削精度に悪影響を及ぼすことが多い。
これに対し従来は、位置ループや速度ループの応答性を高めてこの影響を抑制しており、これを実現するためには位置制御部２や速度制御部３のゲインを高めたり、外乱オブザーバのゲインを高めたりする必要があった。
【０００５】
しかしながら、これらの方法では、全ての周波数帯域においてゲインを上げてしまい、機械系の固有振動数による機械共振を誘発するなどの問題があった。
また、外乱の周波数とモータ回転数との間の比例定数が既知の場合は、第１０図に示すように、この情報を基に補正値２０を電流指令１４に加算する方式などが用いられていたが、この場合にもその補正量の振幅や位相などは、機械の立上げ時に予め速度波形や電流波形を測定したり、切削結果を測定したりして決定する必要があり、仮にある回転数のときに適正値を設定しても、通常のモータ制御を実行中にはモータ回転数の変化による外乱周波数の変化により、補正量（ゲイン）や位相にずれが生じ、効果が得られ無いなどの問題が発生していた。
【０００６】
また、サーボ制御装置として検出できる速度フィードバック信号１２や電流フィードバック信号１６に周期性外乱１８による変動が現われず、機械端にのみこの外乱１８の影響が現われて切削精度に悪影響を及ぼす場合には、補正量の振幅や位相の適正値を決定することができないなどの問題が発生していた。
【０００７】
更にまた、主軸に取付けられた工具の歯数に起因して発生する切削外乱１８や電磁石を用いて工作機械の主軸モータの軸を支持する磁気軸受けなどの軸周りの触れ回りのような、制御している軸以外の要因である主軸の回転数に比例した外乱１８が加わるサーボ系においても、従来は基本的には位置ループや速度ループの応答性を高めてこの影響を抑制しており、これを実現するためには位置制御部２や速度制御部３のゲインを高めたり、外乱オブザーバのゲインを高めたりする必要があった。しかしながら、これらの方法では機械系の固有振動数による機械共振を誘発し易くなるなどの問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、種々の要因による外乱を、リアルタイムで適切に抑制できるサーボ制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
そこでこの発明に係るサーボ制御装置は、サーボモータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、上記モータの回転数に比例する周波数を持つ外乱が駆動している機械を含めたサーボ系に負荷されている（加わっている）場合に、その外乱周波数とモータ回転数との比例定数αの情報、モータ位置情報θ及び上記速度指令と速度フィードバック信号との差分信号を入力として、上記位置情報θの正弦波関数ｓｉｎ（α・θ）および余弦波関数ｃｏｓ（α・θ）と上記差分信号との積から、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算するように構成したものである。
【００１０】
このため、モータ回転数に比例する周波数を持つ外乱が駆動している機械を含めたサーボ系に負荷されている（加わっている）場合において、通常のモータ駆動中にリアルタイムで、その外乱の影響を抑制することができる。
【００１１】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、サーボモータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、サーボ系に負荷される（加わる）外乱が機械固有の固定周波数をもつ場合に、その固有周波数の情報及び速度指令と速度フィードバック信号との差分信号を入力として、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算するものである。
【００１２】
このため、サーボモータに加わる外乱が機械固有の固定周波数を持つ場合において、その外乱の影響を抑制することができる。
【００１３】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、サーボモータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、上記モータの回転数に比例する周波数を持つ外乱が駆動している機械を含めたサーボ系に負荷されている（加わっている）場合に、その外乱周波数とモータ回転数との比例定数αの情報、モータ位置情報θ及び機械端に取り付けられた外部変位センサからの出力信号を入力として、上記位置情報θの正弦波関数ｓｉｎ（α・θ）および余弦波関数ｃｏｓ（α・θ）と上記出力信号との積から、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算するものである。
【００１４】
このため、サーボ制御装置として検出できる速度フィードバック信号や電流フィードバック信号に、モータ回転数に比例する周波数を持つ周期性外乱による変動が現われず、機械端にのみこの外乱の影響が現われて切削精度に悪影響を及ぼす場合、その外乱の影響を抑制することができる。
【００１５】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、サーボモータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、サーボ系に負荷される（加わる）外乱が機械固有の固定周波数をもつ場合に、その固有周波数の情報及び機械端に取付けられた外部変位センサからの出力信号を入力として、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算するものである。
【００１６】
このため、サーボ制御装置として検出できる速度フィードバック信号や電流フィードバック信号に、機械固有の固定周波数を持つ周期性外乱による変動が現われず、機械端にのみこの外乱の影響が現われて切削精度に悪影響を及ぼす場合、その外乱の影響を抑制することができる。
【００１７】
またこの発明に係るサーボ制御装置は、サーボモータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、主軸の回転角度θを検出する検出手段と、主軸の回転数に比例した外乱がサーボ系に加わる場合に、その外乱周波数と主軸回転数との比例定数αの情報、主軸の回転角度θの情報及び上記速度指令と速度フィードバック信号との差分信号を入力として、上記主軸角度θの正弦波関数ｓｉｎ（α・θ）および余弦波関数ｃｏｓ（α・θ）と上記差分信号との積から、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算するものである。
【００１８】
このため、サーボモータに加わる外乱が、同じ数値制御装置で制御される主軸制御装置及び主軸モータの回転数に起因する外乱（例えば、主軸に取付けられた工具の歯数に起因して発生する切削外乱や電磁石を用いて工作機械の主軸モータの軸を支持する磁気軸受けなどの軸周り触れ回りのような、制御している軸以外の要因である主軸の回転数に比例した外乱）である場合において、その外乱の影響を抑制することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１を第１図〜第４図を用いて説明する。
なおこの実施の形態１は、モータ回転数に比例する周波数を持つ外乱が駆動している機械を含めたサーボ系に負荷されている（加わっている）場合において、その外乱の影響を抑制するためのものである。
【００２０】
第１図はこの発明の実施の形態１によるサーボ制御装置のブロック図を示し、図において、速度制御部３を一般的な制御方式であるＰＩ制御で現わし、比例制御器２１の出力２３と積分制御器２２の出力２４との和が周期性外乱１８の補正値２６を加算する前の電流指令となっており、また速度偏差信号１３とサーボモータ６の位置を示す検出器７の出力１０を入力として、周期性外乱１８の補正値を演算する周期性外乱推定器２５を備えている他は、従来装置を示す第１０図と同様である。
【００２１】
また、第２図は周期性外乱推定器２５の詳細を示すブロック図であり、図において、速度偏差信号１３は、既知であるモータのトルク定数パラメータKT＾、機械を含めたモータ軸まわりのイナーシャパラメータＪ＾、及び比例制御器２１のゲインKPを係数に持つ積分器２７の出力と加算され、このあとゲイン２８（パラメータ（周期性外乱推定時定数）γとイナーシャパラメータＪ＾を係数とするゲイン）を掛けて出力２９となる。なお、以下の説明において、上記KT、Ｊ等のパラメータを表す記号の後に「＾」を付加したものは、真値に対して計算値や推定値を表すものとする。
【００２２】
ここで、周期性外乱１８の補正値を構成する正弦波成分のゲインをＡ＾、余弦波成分のゲインをＢ＾とすると、正弦波成分のゲインＡ＾は、出力２９に符号３０で示すcos（α・θ）をかけて、ローパスフィルタ３１を通し、これを積分器３２により積分することで検出することができる。なお、αは既知である外乱周波数とモータ回転数との間の比例定数であり、θはモータ位置（モータ角度情報）である。
また、同様に余弦波成分のゲインＢ＾は、出力２９に符号３５で示すsin（α・θ）をかけて、ローパスフィルタ３６を通し、これを−１を係数とする積分器３７により積分することで検出することができる。
【００２３】
従って、これらの正弦波成分のゲインＡ＾、余弦波成分のゲインＢ＾に、それぞれsin（α・θ）、及びcos（α・θ）を掛けてこの和をとることで、周期性外乱１８の補正値２６を算出できる。
そしてこの信号を電流指令１４に加算して、実際のサーボモータ６への電流指令１５とすることで、機械を含めたサーボ系に負荷されている（加わっている）モータ回転数に比例した周波数を持つ外乱１８に対して、通常のモータ駆動中にリアルタイムでこの影響を抑制することが可能となる。
【００２４】
次に上記の周期性外乱推定器２５により、通常のモータ駆動中にリアルタイムで、モータ回転数に比例した周波数を持つ外乱を抑制できる理由を以下に示す。
まず、サーボモータ６に加わる外乱１８がサーボモータの回転数に比例する周波数をもつ外乱である場合、その外乱は一般的に次式で表される。
【００２５】
なお、（１）式において、Ｔは振幅、φは位相、αは既知である外乱周波数とモータ回転数との間の比例定数で、例えば、切削外乱の除去を目的とした場合、αは工具の刃数となり、またコギングトルクの大きなモータの速度リップルの改善を目的とした場合には、αは一般的にはモータの極数とスロット数との最小公倍数となる。またθはモータ位置（モータ角度情報）を示す。
（外乱１８）＝Ｔ・sin（α・θ＋φ）………………………………（１）
このときの補正値２６は次式
（補正値２６）＝−Ａ＾・sin（α・θ）−Ｂ＾・cos（α・θ）……（２）
で表される。ここで、ある回転数でサーボモータが回転しているとすると、（１）、（２）式は次式で置き換えることができる。なお、ωはモータの角速度であり、ｔは時間を示す。
（外乱１８）＝Ｔ・sin（α・ω・ｔ＋φ）        ………………………（３）
（補正値２６）＝−Ａ＾・sin（α・ω・ｔ）−Ｂ＾・cos（α・ω・ｔ）     ……………（４）
【００２６】
またこのとき、電流指令１５を入力とし電流フィードバック１６を出力とする電流ループの応答性が、速度ループの応答性より十分高く、また速度指令１１から速度フィードバック１２までの速度ループで考えると、速度指令が０の場合、モータ６に加わるトルクＴＭは外乱を含めて（５）式となる。ここで、計算を簡略化するため積分制御器２２のゲインKI＝０とすると、第１図は第３図のブロック図のように表せる。
【００２７】
（モータに加わるトルク：TM）＝〔１／｛１＋KP・KT／（Ｊ・s）｝〕・
｛（−KT・Ａ＾−Ｔcosφ）・sin（α・ω・ｔ）＋
（−KT・Ｂ＾−Ｔsinφ）・cos（α・ω・ｔ）｝……………（５）
なお、KTは実際のモータのトルク定数、Ｊは実際の機械を含めたモータ軸まわりのイナーシャである。このとき、周期性外乱推定器２５により演算される正弦波成分のゲインＡ＾は、（６）式のように表すことができる。
【００２８】
Ａ＾＝｛1／s｝・｛β／（s+β）｝・cos（α・ω・ｔ）・γ・Ｊ＾・
｛１＋KP・KT＾／（Ｊ＾・s）｝・〔０−｛1／（Ｊ・s）｝・TM〕
＝｛1／s｝・｛β／（s+β）｝・cos（α・ω・ｔ）・γ・Ｊ＾・
｛１＋KP・KT＾／（Ｊ＾・s）｝・｛−1／（Ｊ・s）｝・
〔１／｛１＋KP・KT／（Ｊ・s）｝〕・
｛（−KT・Ａ＾−Ｔcosφ）・sin（α・ω・ｔ）＋
（−KT・Ｂ＾−Ｔsinφ）・cos（α・ω・ｔ）｝……………（６）
【００２９】
ここで、KT＾≒KT、Ｊ＾≒Ｊとすると（６）式は（７）式のように表すことができる。
Ａ＾＝｛1／s｝・｛β／（s+β）｝・cos（α・ω・ｔ）・γ・
（−１／s）・｛（−KT・Ａ＾−Ｔcosφ）・sin（α・ω・ｔ）＋
（−KT・Ｂ＾−Ｔsinφ）・cos（α・ω・ｔ）｝
＝｛1／s｝・｛β／（s+β）｝・γ・
〔｛（−KT・Ａ＾−Ｔcosφ）／（２α・ω）｝・
｛１＋cos（２α・ω・ｔ）｝−
｛（−KT・Ｂ＾−Ｔsinφ）／（２α・ω）｝・
sin（２α・ω・ｔ）〕
＝｛1／s｝・γ・｛（−KT・Ａ＾−Ｔcosφ）／（２α・ω）｝          ……………（７）
【００３０】
従って、
Ａ＾＝｛γ・KT／（２α・ω）｝／〔s＋｛γ・KT／（２α・ω）｝〕・
（−Ｔcosφ）／KT                           ……………（８）
ここで、サーボモータがある回転数ω0以上で回転している時のみ正弦波成分のゲインＡ＾の推定、及び補正の実行を行うと仮定すると、正弦波成分のゲインＡ＾は時定数（２α・ω0）／（γ・KT）で（−Ｔcosφ）／KTに収束する。
Ａ＾⇒（−Ｔcosφ）/KT                          ……………（９）
【００３１】
同様に、周期性外乱推定器２５により演算される余弦波成分のゲインＢ＾は、（１０）式で表すことが出来る。
Ｂ＾＝｛1／s｝・｛β／（s+β）｝・sin（α・ω・ｔ）・γ・Ｊ＾・
｛１＋KP・KT＾／（Ｊ＾・s）｝・〔０−｛1／（Ｊs）｝・TM〕
＝｛1／s｝・｛β／（s+β）｝・sin（α・ω・ｔ）・γ・Ｊ＾・
｛１＋KP・KT＾／（Ｊ＾・s）｝・｛−1／（Ｊ・s）｝・
〔１／｛１＋KP・KT／（Ｊ・s）｝〕・
｛（−KT・Ａ＾−Ｔcosφ）・sin（α・ω・ｔ）＋
（−KT・Ｂ＾−Ｔsinφ）・cos（α・ω・ｔ）｝………（１０）
【００３２】
ここで、KT＾≒KT、Ｊ＾≒Ｊとすると（１０）式は（１１）式のように表すことができる。
Ｂ＾＝｛1／s｝・｛β／（s+β）｝・sin（α・ω・ｔ）・γ・
（−１／s）・｛（−KT・Ａ＾−Ｔcosφ）・sin（α・ω・ｔ）＋
（−KT・Ｂ＾−Ｔsinφ）・cos（α・ω・ｔ）｝
＝｛1／s｝・｛β／（s+β）｝・γ・
〔｛（−KT・Ａ＾−Ｔcosφ）／（２α・ω）｝・
sin（２α・ω・ｔ）−｛（−KT・Ｂ＾−Ｔsinφ）／（２α・ω）｝・
｛１−cos（２α・ω・ｔ）｝〕
＝｛1／s｝・γ・｛（−KT・Ｂ＾−Ｔsinφ）／（２α・ω）｝          …………（１１）
【００３３】
従って、
Ｂ＾＝｛γ・KT／（２α・ω）｝／〔s＋｛γ・KT／（２α・ω）｝〕・
（−Ｔsinφ）／KT                                  …………（１２）
ここで、サーボモータがある回転数ω0以上で回転している時のみ余弦波成分のゲインＢ＾の推定、及び、補正の実行を行うと仮定すると、余弦波成分のゲインＢ＾は時定数（２α・ω0）／（γ・KT）で（−Ｔsinφ）／KTに収束する。
Ｂ＾⇒（−Ｔsinφ）／KT                                    …………（１３）
従って、（９）、（１３）、及び（５）式よりモータに加わるトルクTMは、外乱の影響が打ち消され、
TM ⇒ ０
となり、外乱による速度偏差や位置偏差の影響が無くなる。
【００３４】
第４図は、モータ回転数に比例した周波数を持つ外乱１８に対する第１図及び第２図から構成されるサーボ制御装置の有効性を示すために行ったシミュレーションの結果である。ここではサーボモータの回転数がある一定値の時に、外乱１８の大きさとして30kgf・cmの定常負荷に10kgf・cmの振幅を持つ周期性外乱（周波数が40Hzで位相φが225deg）が印加されている場合を想定しており、また上段は位置偏差(Dloop)、中段は正弦波成分のゲインＡ＾の推定値、下段は余弦波成分のゲインＢ＾の推定値を示している。
第４図から明らかなように、外乱１８を負荷した（加わった）直後には位置偏差として現われている振動が、正弦波成分のゲインＡ＾、余弦波成分のゲインＢ＾の推定が収束するにつれ減衰していることが確認された。
【００３５】
実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２を第５図及び第６図を用いて説明する。
なおこの実施の形態２は、サーボモータ６に加わる外乱１８が機械固有の固定周波数を持つ場合において、その外乱１８の影響を抑制するためのものである。
第５図はこの発明の実施の形態２によるサーボ制御装置のブロック図を示し、周期性外乱１８の補正値を演算する周期性外乱推定器２５が、位置信号１０の代わりに、サーボ制御装置内部のクロック４０から得られる周期信号４１を入力としている他は、第１図に示すものと同様である。
【００３６】
また、第６図は周期性外乱推定器２５の詳細を示すブロック図であり、この周期性外乱推定器２５は、サーボモータに加わる外乱１８が機械固有の固定周波数をもつ場合に、その固有周波数の情報αと、既知である機械系の共振周波数をサーボ制御装置内部のクロック４０から得られる周期信号４１を用いて作成し、これによりcos(α・ωc・t)及びsin(α・ωc・t)を作成する。そして実施の形態１と同様に、速度指令と速度フィードバック信号との差分信号１３を入力として周期性外乱18の補正値を構成する正弦波成分のゲインＡ＾、余弦波成分のゲインＢ＾を推定し、これらの正弦波成分のゲインＡ＾、余弦波成分のゲインＢ＾にそれぞれsin(α・ωc・t)及びcos(α・ωc・t)を掛けてこの和をとることで、機械固有の固定周波数をもつ周期性外乱１８の補正値２６を算出する。
【００３７】
従って、この補正値２６を電流指令１４に加算して、実際のサーボモータへの電流指令１５とすることで、機械を含めたサーボ系に負荷されている（加わっている）機械系固有の周波数を持つ外乱１８に対して、通常のモータ駆動中にリアルタイムで、この影響を抑制することが可能となる。
【００３８】
実施の形態３．
次にこの発明の実施の形態３を第７図を用いて説明する。
なおこの実施の形態３は、サーボ制御装置として検出できる速度フィードバック信号１２や電流フィードバック信号１６に、モータ回転数に比例する周波数を持つ周期性外乱１８による変動が現われず、機械端にのみこの外乱１８の影響が現われて切削精度に悪影響を及ぼす場合において、その外乱１８の影響を抑制するためのものである。
【００３９】
第７図はこの発明の実施の形態３によるサーボ制御装置のブロック図を示し、周期性外乱１８の補正値を演算する周期性外乱推定器２５が、偏差信号１４の代わりに、機械端に取付けられ、その振動成分を検出する外部センサ４２の出力信号４３を入力としている他は、第１図に示すものと同様である。
また、周期性外乱推定器２５の内部構成は、第２図においてフィードバック信号１３の代わりに、外部センサ４２の出力信号４３が入力される以外は、第２図のものと同様である。
【００４０】
第7図に示すものは、サーボ制御装置として検出できる速度フィードバック信号１２や電流フィードバック信号１６に、モータ回転数に比例する周波数を持つ周期性外乱１８による変動が現われず、機械端にのみこの外乱１８の影響が現われて切削精度に悪影響を及ぼす場合、機械端に取付けられ、その振動成分を検出する外部センサ４２の出力信号４３と、既知である外乱周波数とモータ回転数との比例定数αの情報と、サーボモータ６の位置を示す検出器７の出力１０とを入力として、実施の形態１と同様に周期性外乱１８の補正値を構成する正弦波成分のゲインをＡ＾、余弦波成分のゲインをＢ＾を推定する。
そして、これらの正弦波成分のゲインＡ＾、余弦波成分のゲインＢ＾にそれぞれsin(α・θ)及びcos(α・θ)を掛けてこの和をとることで、周期性外乱１８の補正値２６を算出する。
【００４１】
従って、この補正値２６を電流指令１４に加算して、実際のサーボモータへの電流指令１５とすることで、サーボ制御装置として検出できる速度フィードバック信号１２や電流フィードバック信号１６に、モータ回転数に比例する周波数を持つ周期性外乱１８による変動が現われず、機械端にのみこの外乱１８の影響が現われて切削精度に悪影響を及ぼす場合にあっても、通常のモータ駆動中にリアルタイムでこの影響を抑制することが可能となる。
【００４２】
実施の形態４．
次にこの発明の実施の形態４を第８図を用いて説明する。
なおこの実施の形態４は、サーボ制御装置として検出できる速度フィードバック信号１２や電流フィードバック信号１６に、機械固有の固定周波数を持つ周期性外乱１８による変動が現われず、機械端にのみこの外乱１８の影響が現われて切削精度に悪影響を及ぼす場合において、その外乱１８の影響を抑制するためのものである。
【００４３】
第８図はこの発明の実施の形態４によるサーボ制御装置のブロック図を示し、周期性外乱１８の補正値を演算する周期性外乱推定器２５が、偏差信号１３に代わり、機械端に取付けられ、その振動成分を検出する外部センサ４２の出力信号４３を入力としている他は、第５図に示すものと同様である。
また、周期性外乱推定器２５の内部構成は、第６図においてフィードバック信号１３の代わりに、外部センサ４２の出力信号４３が入力される以外は、第６図のものと同様である。
【００４４】
第８図に示すものは、サーボ制御装置として検出できる速度フィードバック信号１２や電流フィードバック信号１６に、機械固有の固定周波数を持つ周期性外乱１８による変動が現われず、機械端にのみこの外乱１８の影響が現われて切削精度に悪影響を及ぼす場合、その固有周波数の情報αと、既知である機械系の共振周波数をサーボ制御装置内部のクロック４０から得られる周期信号４１を用いて作成し、これによりcos(α・ωc・t)及びsin(α・ωc・t)を作成する。そして実施の形態２と同様に、機械端に取付けられその振動成分を検出する外部センサ４２の出力信号４３を入力として、周期性外乱１８の補正値を構成する正弦波成分のゲインＡ＾、余弦波成分のゲインＢ＾を推定し、これらの正弦波成分のゲインＡ＾、余弦波成分のゲインＢ＾にそれぞれsin(α・ωc・t)及びcos(α・ωc・t)を掛けてこの和をとることで、周期性外乱１８の補正値２６を算出する。
【００４５】
従って、この補正値２６を電流指令１４に加算して、実際のサーボモータ６への電流指令１５とすることで、サーボ制御装置として検出できる速度フィードバック信号１２や電流フィードバック信号１６に、機械系固有の周波数を持つ周期性外乱１８による変動が現われず、機械端にのみこの外乱１８の影響が現われて切削精度に悪影響を及ぼす場合にあっても、通常のモータ駆動中にリアルタイムでこの影響を抑制することが可能となる。
【００４６】
実施の形態５．
次にこの発明の実施の形態５を第９図を用いて説明する。
なおこの実施の形態５は、サーボモータ６に加わる外乱１８が、同じ数値制御装置４４で制御される主軸制御装置４５及び主軸モータ４６の回転数に起因する外乱（例えば、主軸に取付けられた工具の歯数に起因して発生する切削外乱や電磁石を用いて工作機械の主軸モータの軸を支持する磁気軸受けなどの軸周り触れ回りのような、制御している軸以外の要因である主軸の回転数に比例した外乱）である場合において、その外乱１８の影響を抑制するためのものである。
【００４７】
第９図はこの発明の実施の形態５によるサーボ制御装置のブロック図を示し、周期性外乱１８の補正値を演算する周期性外乱推定器２５が、位置信号１０に代わり、主軸モータ４６の回転数を検出するPLGなどの検出器４７の出力信号４８を入力としている他は、第１図に示すものと同様である。
また、周期性外乱推定器２５の内部構成は、第２図においてサーボモータ６の位置信号１０の代わりに、検出器４７の出力信号４８が入力される以外は、第２図のものと同様である。
【００４８】
第９図に示すものは、サーボモータ６に加わる外乱１８が同じ数値制御装置４４で制御される主軸制御装置４５及び主軸モータ４６の回転数に起因する外乱１８である場合に、PLGなどの検出器４７によりその主軸モータの回転角度信号４８を直接サーボ制御装置で監視し、その主軸モータ回転角度信号４８、外乱周波数と主軸モータ回転数との比例定数の情報、及び速度指令と速度フィードバック信号との差分信号１３を入力として、実施の形態１と同様に周期性外乱１８の補正値を構成する正弦波成分のゲインをＡ＾、余弦波成分のゲインをＢ＾を推定し、これらの正弦波成分のゲインＡ＾、余弦波成分のゲインＢ＾に、主軸モータ回転角度信号４８、及び外乱周波数と主軸モータ回転数との比例定数の情報に基づいて得られる情報を、それぞれ掛けてこの和をとることで、周期性外乱１８の補正値２６を算出する。
【００４９】
従って、この補正値２６を電流指令１４に加算して、実際のサーボモータ６への電流指令１５とすることで、サーボモータ６に加わる外乱１８が同じ数値制御装置４４で制御される主軸制御装置４５及び主軸モータ４６の回転数に起因する外乱１８である場合にあっても、通常のモータ駆動中にリアルタイムでこの影響を抑制することが可能となる。
なお、上記各実施の形態において、周波数の異なる外乱が複数存在する場合には、周期性外乱推定器２５を複数個並列に設ければよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、上記モータの回転数に比例する周波数を持つ外乱が駆動している機械を含めたサーボ系に負荷されている（加わっている）場合に、その外乱周波数とモータ回転数との比例定数αの情報、モータ位置情報θ及び上記速度指令と速度フィードバック信号との差分信号を入力として、上記位置情報θの正弦波関数ｓｉｎ（α・θ）および余弦波関数ｃｏｓ（α・θ）と上記差分信号との積から、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算するように構成したため、モータの回転数に比例する周波数を持つ外乱が駆動している機械を含めたサーボ系に負荷されている（加わっている）場合において、従来の周期性外乱の補正で行なっていた位相のチューニングが必要なく、リアルタイムで補正を実行しながら検出できる。
【００５１】
このことは、実際の切削中などのモータ回転中に、モータ回転数の変化による外乱周波数の変化で補正量（ゲイン）や位相にずれが生じても、リアルタイムで補正量が修正されるので、ある速度以上の全ての速度範囲において位相遅れなく補正を行ない、良好な切削結果が得られるという効果がある。また、リアルタイムで補正を行なうので、人が行なっていた機械毎の補正ゲインや位相のチューニングも必要がなくなるという効果がある。
【００５２】
また、本発明によれば、モータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、サーボ系に負荷される（加わる）外乱が機械固有の固定周波数をもつ場合に、その固有周波数の情報及び速度指令と速度フィードバック信号との差分信号を入力として、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算するように構成したので、機械の固有振動数に起因して発生する外乱が切削精度に悪影響を及ぼす場合にも、従来の周期性外乱の補正で行なっていた位相のチューニングが必要なく、外乱成分をリアルタイムで位相遅れの影響無く検出しながら補正を実行でき、外乱の影響を抑える効果がある。
【００５３】
また、本発明によれば、モータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、上記モータの回転数に比例する周波数を持つ外乱が駆動している機械を含めたサーボ系に負荷されている（加わっている）場合に、その外乱周波数とモータ回転数との比例定数αの情報、モータ位置情報θ及び機械端に取り付けられた外部変位センサからの出力信号を入力として、上記位置情報θの正弦波関数ｓｉｎ（α・θ）および余弦波関数ｃｏｓ（α・θ）と上記出力信号との積から、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算するように構成したので、サーボ制御装置として検出できる速度フィードバック信号や電流フィードバック信号に周期性外乱による変動が現われず、機械端にのみこの外乱の影響が現われて切削精度に悪影響を及ぼす場合にも、外乱成分をリアルタイムで位相遅れの影響無く検出しながら補正を実行でき、外乱の影響を抑える効果がある。
【００５４】
また本発明によれば、モータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、サーボ系に負荷される（加わる）外乱が機械固有の固定周波数をもつ場合に、その固有周波数の情報及び機械端に取付けられた外部変位センサからの出力信号を入力として、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算するように構成したので、サーボ制御装置として検出できる速度フィードバック信号や電流フィードバック信号に周期性外乱による変動が現われず、機械端にのみこの外乱の影響が現われて切削精度に悪影響を及ぼす場合にも、外乱成分をリアルタイムで位相遅れの影響無く検出しながら補正を実行でき、外乱の影響を抑える効果がある。
【００５５】
更にまた本発明によれば、モータの位置及び速度を検出する検出手段と、位置指令と上記検出手段の出力する位置フィードバック信号との差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、上記速度指令と速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、上記電流指令に基づき上記モータに流す電流を制御する電流制御部と、主軸の回転角度θを検出する検出手段と、主軸の回転数に比例した外乱がサーボ系に加わる場合に、その外乱周波数と主軸回転数との比例定数αの情報、主軸の回転角度θの情報及び上記速度指令と速度フィードバック信号との差分信号を入力として、上記主軸角度θの正弦波関数ｓｉｎ（α・θ）および余弦波関数ｃｏｓ（α・θ）と上記差分信号との積から、その外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分との大きさを通常のモータ駆動中にリアルタイムで推定する周期性外乱推定器とを備え、この推定した外乱の周波数における正弦波成分と余弦波成分とを合成したものを、通常のモータ駆動中にリアルタイムで補正値として上記電流指令に加算するように構成したので、サーボモータに加わる外乱が同じ数値制御装置で制御される主軸制御装置や主軸モータの回転数に起因する外乱である場合にあっても、通常のモータ駆動中にリアルタイムでこの影響を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１によるサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図２】  この発明の実施の形態１によるサーボ制御装置における周期性外乱推定器の詳細を示すブロック図である。
【図３】  この発明の実施の形態１によるサーボ制御装置における速度制御ループを示すブロック図である。
【図４】  この発明の実施の形態１の効果を示すシミュレーション結果を示す図である。
【図５】  この発明の実施の形態２によるサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図６】  この発明の実施の形態２によるサーボ制御装置における周期性外乱推定器の詳細を示すブロック図である。
【図７】  この発明の実施の形態３によるサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図８】  この発明の実施の形態４によるサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図９】  この発明の実施の形態５によるサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図１０】  従来のサーボ制御装置を示すブロック図である。
【図１】
0003822565.tif 000002
【図２】
0003822565.tif 000003
【図３】
0003822565.tif 000004
【図４】
0003822565.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003822565.tif 000008
【図８】
0003822565.tif 000009
【図９】
0003822565.tif 000010
【図１０】
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