位置制御装置
【課題】フルクローズド位置制御に於いて、送り軸機構部の剛性が低下した場合でも、低周波の振動が発生することなく、安定に動作させる位置制御装置を提供する。
【解決手段】被駆動体の位置検出値Ｐｌとモータの位置検出値Ｐｍの差分を入力とした１次遅れ回路１７の出力と、モータの位置検出値Ｐｍを加算した位置検出値を位置フィードバック値として使用する位置制御装置において、経年変化補正器３０が被駆動体の振動を検出した場合に、前記１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐが大きくなるように可変することで低周波振動の発生を抑制する。
【解決手段】被駆動体の位置検出値Ｐｌとモータの位置検出値Ｐｍの差分を入力とした１次遅れ回路１７の出力と、モータの位置検出値Ｐｍを加算した位置検出値を位置フィードバック値として使用する位置制御装置において、経年変化補正器３０が被駆動体の振動を検出した場合に、前記１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐが大きくなるように可変することで低周波振動の発生を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械等における送り軸（テーブル、サドルあるいは主軸頭等の被駆動体）の位置制御装置、特に位置指令値に従い被駆動体位置をフルクローズド制御する位置制御装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の可動部にリニアスケールを取り付けて被駆動体位置を検出し、これを位置指令値と比較してフルクローズド制御を行う位置制御装置において、位置誤差を小さくするために以下の試みがなされている。
【０００３】
過渡応答時の位置誤差を小さくするためには、速度ループと位置ループの各ゲインを高く設定することで、可動部の摺動抵抗の変化や切削負荷等の予測困難な負荷変動外乱に対して被駆動体を高精度に制御することが可能となる。
【０００４】
図５に一般的なフルクローズド制御システムのブロック図を示す。リニアスケール１１で検出した被駆動体１２の位置検出値Ｐｌを位置フィードバック値として位置指令Ｐｃとの偏差Ｐｄｉｆを減算器２が算出し、速度指令演算器３が前記位置偏差Ｐｄｉｆに基づき比例ゲインＫｐを乗算し速度指令Ｖｃ出力する。一方、モータ１０に取り付けられた位置検出器９の位置検出値Ｐｍを微分器１４が微分し、モータの速度検出値Ｖｍを出力する。前記速度指令Ｖｃとモータ速度検出値Ｖｍの偏差を減算器４により求め、速度偏差として出力する。この速度偏差と速度ループ比例ゲインＰｖと速度ループ積分ゲインＩｖに基づきトルク指令演算器（速度ループ比例ゲイン）５とトルク指令演算器（速度ループ積分ゲイン）６がそれぞれ速度偏差比例成分と速度偏差積分成分を出力し、加算器７が速度偏差比例成分と速度偏差積分成分を加算しトルク指令Ｔｃを出力する。図５中の記号８は、トルク指令をフィルタリングする各種のフィルタ部と電流制御部を示す。
【０００５】
ここで、簡単のため、速度指令Ｖｃからモータの速度検出値Ｖｍまでの伝達特性が１であるとし、被駆動体とモータがバネ係数Ｋｂのバネで連結され、被駆動体の重量がＭ、被駆動体の粘性摩擦係数がＤであるとしてモデル化する。その場合、図５のブロック図は図６に示すブロック図で表され、制御系全体の伝達関数は次の式１で表される。式１においてＳはラプラス演算子を示す。
【０００６】
Ｐｌ（Ｓ）／Ｐｃ（Ｓ）
＝Ｋｐ・Ｋｂ／（Ｍ・Ｓ３＋Ｄ・Ｓ２＋Ｋｂ・Ｓ＋Ｋｐ・Ｋｂ）・・・式１
【０００７】
上式において、Ｋｐ＜＜（Ｋｂ／Ｍ）１／２と設定した場合、制御系全体のゲイン線図は図１０に示す様な特性となる。
【０００８】
近年、各種のフィルタ技術と制振制御および速度ループの高速化によって高い位置・速度ループゲインの設定が可能になった。しかし、経年変化による駆動系部品の磨耗・部品のゆるみ、連続動作時の温度上昇によるボールネジの伸びを原因としたボールネジのテンション低下などにより、送り軸機構部の剛性が低下する場合がある。その場合、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２が低下し、式１における制御系全体のゲイン線図は図１１に示す様な特性となる。即ち、高く設定された位置ループゲインにより機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕が低下し、場合によっては被駆動体が低周波で振動してしまう課題が生じていた。また、大型マシニングセンタ等で想定以上の重量ワークを被駆動体に積載した場合においても、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２が低下するため、同様の低周波振動が発生する。この課題に対する従来技術を次に説明する。
【０００９】
図７は、低周波振動の抑制を目的とした従来技術を示す制御ブロック図である。図５と同一要素には同一符号を付しており説明は省略する。図７の位置検出値演算器２０は、前記被駆動体位置検出値Ｐｌと前記モータ位置検出値Ｐｍより、下記式２で表される位置を位置フィードバック値Ｐｄとして出力する。式２でＴｐは１次遅れ回路１７の時定数を示し、Ｓはラプラス演算子を示す。
Ｐｄ＝Ｐｍ＋（Ｐｌ−Ｐｍ）／（１＋Ｔｐ・Ｓ）・・・式２
【００１０】
式２において、１／（１＋Ｔｐ・Ｓ）は１次遅れ回路を示し、式２の第２項の演算は図７中の１次遅れ回路１７で行われる。
【００１１】
式２において、Ｔｐ＞＞（Ｋｂ／Ｍ）１／２と設定した場合、図７のブロック図における制御系全体のゲイン線図は図１２の点線で示す様な特性となり、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕が大きくなる。さらに、送り軸機構部の剛性が低下した場合は、図１２の実線で示す様な特性となり、図５の従来例で発生した低周波の振動に対する課題は解決している。
【００１２】
図８は、低周波振動の抑制を目的とした他の従来技術を示す制御ブロック図である。図５と同一要素には同一符号を付しており説明は省略する。速度検出値演算器２５は、前記被駆動体位置検出値Ｐｌを微分器２１で微分して得た被駆動体速度検出値Ｖｌと、前記モータ速度検出値Ｖｍより、下記式３で表される速度を速度フィードバック値Ｖｄとして出力する。式３でＴｖは１次遅れ回路２３の時定数を示し、Ｓはラプラス演算子を示す。
Ｖｄ＝Ｖｍ＋（Ｖｌ−Ｖｍ）／（１＋Ｔｖ・Ｓ）・・・式３
【００１３】
式３において、１／（１＋Ｔｖ・Ｓ）は１次遅れ回路を示し、式３の第２項の演算は図８中の１次遅れ回路２３で行われる。
【００１４】
式３において、Ｔｖ＞＞（Ｋｂ／Ｍ）１／２と設定した場合、図８のブロック図における制御系全体のゲイン線図は図１２の点線で示す様な特性となり、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕が大きくなる。さらに、送り軸機構部の剛性が低下した場合は、図１２の実線で示す様な特性となり、図５の従来例で発生した低周波の振動に対する課題は解決している。
【００１５】
ここで、図７、図８における１次遅れ回路１７、２３の時定数Ｔｐ，Ｔｖの最適値について説明する。機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕を大きくし、制御系の安定性を確保するためには、時定数Ｔｐ，Ｔｖの値を大きくすれば良い。しかし、過度にゲイン余裕を確保することは制御系の応答性を低下させることになる。即ち、ゲイン余裕を大きくすることは制御帯域におけるゲインを小さくすることを意味し、場合によっては、負荷変動外乱を抑制する効果や過渡応答時の位置誤差を小さくする効果が損なわれることとなる。したがって、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２の低下、即ち、送り軸機構部の剛性の低下の度合いにあわせて、１次遅れ回路１７，２３の時定数Ｔｐ，Ｔｖを大きくすることが好ましい。
【００１６】
図９は、送り軸機構部の剛性の低下にあわせて１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを大きくする従来技術を示す制御ブロック図である。減算器１５は前記被駆動体位置検出値Ｐｌと前記モータ位置検出値Ｐｍの差であるたわみ量Ｐｓを算出する。たわみ量検出器１６は、たわみ量Ｐｓに応じた時定数係数Ｋｔを算出し、時定数初期値Ｔｐ０を乗算して１次遅れ回路１７で使用する時定数Ｔｐを決定する。ここで、時定数係数Ｋｔは、たわみ量Ｐｓが大きくなるに従いその値が大きくなるように構成されている。この時、１次遅れ回路１７で使用する時定数ＴｐはＴｐ＝Ｔｐ０・Ｋｔであるから、たわみ量Ｐｓが大きくなるに従い、時定数Ｔｐは大きくなる。ここで、送り軸機構部の剛性とたわみ量Ｐｓの関係に着目すると、送り軸機構部の剛性は被駆動体とモータを連結するバネ係数Ｋｂのバネで表現されており、剛性が低下、即ち、バネによる結合が弱まれば被駆動体位置検出値Ｐｌとモータ位置検出値Ｐｍの差であるたわみ量Ｐｓは大きくなる。即ち、たわみ量検出器１６は、送り軸機構部の剛性が低下すると前記たわみ量Ｐｓが大きくなることに着目し、１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを大きくしている。
【００１７】
また、図９の従来技術では、送り軸機構部の剛性の低下にあわせて１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを大きくすると同時に、速度指令演算器３のゲインＫｐを小さくしている。たわみ量検出器１６は、たわみ量Ｐｓに応じた係数Ｋを算出し、ゲイン初期値Ｋｐ０を乗算して速度指令演算器３で使用するゲインＫｐを決定する。ここで、係数Ｋは、たわみ量Ｐｓが大きくなるに従いその値が小さくなるように構成されている。この時、ゲインＫｐはＫｐ＝Ｋｐ０・Ｋであるから、たわみ量Ｐｓが大きくなるに従い、ゲインＫｐは小さくなる。即ち、たわみ量検出器１６は、送り軸機構部の剛性が低下すると、速度指令演算器３のゲインＫｐを小さくしている。
【００１８】
送り軸機構部の剛性が低下した状態では、制御系全体のゲイン線図は図１１に示す様な特性であったが、送り軸機構部の剛性の低下にあわせて１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを大きくしたことにより、図７のブロック図における制御系全体のゲイン線図は図１３の点線で示す様な特性となる。更に、速度指令演算器３のゲインＫｐを小さくしたことにより、図７のブロック図における制御系全体のゲイン線図は図１３の実線で示す様な特性となる。結果、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕を大きくし、図５の従来例で発生した低周波の振動を解決すると同時に、送り軸機構部の剛性の低下にあわせて１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐ、及び速度指令演算器３のゲインＫｐを変更することで、過度にゲイン余裕が確保され、制御系の応答性が著しく低下することを回避している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平１０−３２６１１４号公報
【特許文献２】特開平３−３２５５０号公報
【特許文献３】特開２００７−２１９６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
図９に示した従来技術では、送り軸機構部の剛性の低下にあわせて１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを大きくしたり、速度指令演算器３のゲインＫｐを小さくしたりすることで、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕を確保し、低周波振動を抑制している。ここで、送り軸機構部の剛性の低下はたわみ量Ｐｓの増加により検出される。しかしながら、たわみ量Ｐｓが増加する現象は、送り軸機構部の剛性が低下した場合や被駆動体の積載重量が増加した場合に限らず、被駆動体に作用する摺動抵抗が増加した場合にも発生する。被駆動体に作用する摺動抵抗が増加したことにより、たわみ量Ｐｓが増加した場合、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕に変動は無いため、１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを大きくしたり、速度指令演算器３のゲインＫｐを小さくしたりする必要は無い。逆に、この状況下で時定数Ｔｐを大きくしたり、速度指令演算器３のゲインＫｐを小さくしたりすることは、過度にゲイン余裕を確保することとなり、結果として制御系の応答性を低下させてしまう。それどころか、被駆動体に作用する摺動抵抗が軽くなることでたわみ量Ｐｓが減少した場合、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕に変動は無いにも関らず、１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを小さくしたり、速度指令演算器３のゲインＫｐを大きくしたりすると低周波の振動が発生してしまう。
【００２１】
摺動抵抗の影響について詳しく説明する。被駆動体に作用する摺動抵抗をＦｄとすると被駆動体位置検出値Ｐｌはモータ位置検出値Ｐｍを用いて、下記式４で表される。式４においてＳはラプラス演算子を示す。
Ｐｌ（Ｓ）＝｛Ｋｂ／（Ｍ・Ｓ２＋Ｄ・Ｓ＋Ｋｂ）｝・Ｐｍ（Ｓ）−｛１／（Ｍ・Ｓ２＋Ｄ・Ｓ＋Ｋｂ）｝・Ｆｄ（Ｓ）・・・式４
【００２２】
式４においてＦｄ＝０、即ち被駆動体に作用する摺動抵抗を無視した場合、式４は図６に示すブロック図のバネ系モデル２８と等価である。即ち、摺動抵抗の有無に関わらず、機械共振周波数は（Ｋｂ／Ｍ）１／２であり、送り軸機構部の剛性、及び被駆動体の積載重量によって決まる。
【００２３】
しかし、被駆動体位置検出値Ｐｌは被駆動体に作用する摺動抵抗の影響を受ける。式４においてＳ＝０とし、極低周波での駆動を想定した場合、式４は下記式５のように展開される。
Ｐｌ（Ｓ）＝Ｐｍ（Ｓ）−｛１／Ｋｂ｝・Ｆｄ（Ｓ）・・・式５
【００２４】
つまり、送り軸機構部の剛性低下、即ちバネ係数Ｋｂが小さくなる、あるいは摺動抵抗Ｆｄが大きくなることによって、被駆動体位置検出値Ｐｌとモータ位置検出値Ｐｍの差であるたわみ量Ｐｓの大きさは増大する。
【００２５】
更に、摺動抵抗Ｆｄの大きさは被駆動体の速度によって変化する。例えば、被駆動体が滑りガイド機構により支持・駆動される場合、高速移動時は油膜面上を滑るように移動するため摺動抵抗Ｆｄが小さくなる。一方、低速移動時は油膜の抵抗を受けながら進むため摺動抵抗Ｆｄが大きくなる。この他にも、摺動抵抗Ｆｄの大きさは温度や被駆動体の位置など種々の要因により変動するため、正確に把握することは困難である。即ち、被駆動体に摺動抵抗が作用し、変動する駆動系においては、たわみ量Ｐｓから送り軸機構部の剛性低下を検出することは困難であり、１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを適切に定めることができない。
【００２６】
また、図９に示した従来技術では、１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐ、及び速度指令演算器３のゲインＫｐを変更することで、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕を確保し、低周波振動を抑制している。しかし、ゲインＫｐを小さくすることは制御系を安定化する上で有効であるものの、指令に対する追従性が大きく損なわれてしまうといった問題がある。
【００２７】
図６と同様に、速度指令Ｖｃからモータの速度検出値Ｖｍまでの伝達特性が１であるとすると、図７の制御系における位置偏差Ｐｄｉｆ、被駆動体位置検出値Ｐｌは位置指令Ｐｃを用いて、下記式６、式７で表される。式６、式７においてＳはラプラス演算子を示す。
Ｐｄｉｆ（Ｓ）＝Ｐｃ（Ｓ）・｛Ｓ・（１＋Ｔｐ・Ｓ）・（Ｍ・Ｓ２＋Ｄ・Ｓ＋Ｋｂ）｝／｛Ｓ・（１＋Ｔｐ・Ｓ＋Ｋｐ・Ｔｐ）・（Ｍ・Ｓ２＋Ｄ・Ｓ＋Ｋｂ）＋Ｋｐ・Ｋｂ｝・・・式６
Ｐｌ（Ｓ）＝Ｐｃ（Ｓ）・｛（１＋Ｔｐ・Ｓ）・Ｋｐ・Ｋｂ｝／｛Ｓ・（１＋Ｔｐ・Ｓ＋Ｋｐ・Ｔｐ）・（Ｍ・Ｓ２＋Ｄ・Ｓ＋Ｋｂ）＋Ｋｐ・Ｋｂ｝・・・式７
式６、式７において、Ｔｐ＝０とした場合、図６の制御系における位置偏差Ｐｄｉｆ、被駆動体位置検出値Ｐｌと一致する。
【００２８】
反対に、１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを限りなく大きくした（Ｔｐ＝∞とした）場合、式６、式７は下記式８、式９のように展開される。
Ｐｄｉｆ（Ｓ）＝｛Ｓ／（Ｓ＋Ｋｐ）｝・Ｐｃ（Ｓ）・・・式８
Ｐｌ（Ｓ）＝｛Ｋｐ／（Ｓ＋Ｋｐ）｝・｛Ｋｂ／（Ｍ・Ｓ２＋Ｄ・Ｓ＋Ｋｂ）｝・Ｐｃ（Ｓ）・・・式９
【００２９】
これは、モータ位置検出値Ｐｍを位置フィードバック値Ｐｄとした場合に等しい。更に、式８は、位置制御系の制御応答帯域が速度指令演算器３のゲインＫｐによって決定されることを意味しており、１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを大きくしてもモータ位置検出値Ｐｍの追従性は劣化しない。また、式９に関しても、バネ系モデル２８の送り軸機構部の剛性が著しく低下して、Ｋｐ＜（Ｋｂ／Ｍ）１／２の関係が損なわれない限り、被駆動体位置検出値Ｐｌの応答帯域は速度指令演算器３のゲインＫｐによって決定されることを意味している。即ち、被駆動体位置検出値Ｐｌの追従性の劣化は、送り軸機構部の剛性低下が影響するが、この影響分はゲインＫｐの一次遅れ要素で抑制された上での変動であるため、殆ど無いといえる。
【００３０】
一方、速度指令演算器３のゲインＫｐを極端に小さくした（Ｋｐ＝０とした）場合、式６は下記式１０のように展開される。
Ｐｄｉｆ（Ｓ）＝Ｐｃ（Ｓ）・・・式１０
【００３１】
これは、位置制御系がまったく応答しない状態を意味している。速度指令演算器３のゲインＫｐを小さくすることは、送り軸機構部の剛性低下に起因した低周波振動を抑制することに対し効果的であるが、モータ位置検出値Ｐｍの追従性までもが損なわれてしまう。当然のことながら、被駆動体位置検出値Ｐｌの追従性はモータ位置検出値Ｐｍよりも更に送り軸機構部の剛性低下分だけ劣ったものとなる。
【００３２】
本発明が解決しようとする課題は、摺動抵抗など被駆動体にトルク外乱が作用する駆動系において、その大きさが変動することにより、たわみ量の大きさも変動し、送り軸機構部の剛性低下が検出できなくなることである。また、送り軸機構部の剛性低下の度合いにあわせて、位置・速度フィードバック値を算出するための１次遅れ回路の時定数等の値を適切な値に調節することができなくなり、結果として、過度にゲイン余裕が確保され制御系の応答性が低下してしまったり、反対にゲイン余裕が少なくなり被駆動体に低周波振動が発生したりすることである。そして、本発明の目的は、送り軸機構部の剛性低下や被駆動体の積載重量の増加による機械共振周波数の低下を検出し、少なくとも、共振特性にあわせて１次遅れ回路の時定数を最適化することで、被駆動体の低周波振動を防止するとともに制御系の追従性の低下を最小限に止める位置制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明は、上記課題に対してなされたものであり、モータ位置検出器と、モータにより駆動される被駆動体の被駆動体位置検出器とを含み、被駆動体の位置をフルクローズド制御する被駆動体の位置制御装置であって、前記モータ位置検出器からの位置検出値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値の差であるたわみ量を算出する減算器と、前記たわみ量を入力とする１次遅れ回路の出力と前記モータ位置検出器からの位置検出値を加算して位置フィードバック値を算出する加算器と、前記位置フィードバック値と上位装置から入力される位置指令値との偏差を比例増幅して速度指令値を出力する速度指令演算器と、前記モータ位置検出器からの位置検出値を微分して速度フィードバック値を算出する微分器と、前記速度フィードバック値と前記速度指令値との偏差を比例積分増幅してトルク指令値を出力するトルク指令演算器と、前記トルク指令値に応じて前記モータを駆動する手段と、前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を入力とし、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数が大きくなるように当該時定数を可変する経年変化補正器と、を備え、経年変化により機械共振周波数が低下しても低周波振動の発生を抑制することを特徴とする。
【００３４】
また、他の本発明は、モータ位置検出器と、モータにより駆動される被駆動体の被駆動体位置検出器とを含み、被駆動体の位置をフルクローズド制御する被駆動体の位置制御装置であって、前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を位置フィードバック値とし、前記位置フィードバック値と上位装置から入力される位置指令値との偏差を比例増幅して速度指令値を出力する速度指令演算器と、前記モータ位置検出器からの位置検出値を微分してモータ速度検出値を算出する微分器と、前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を微分して被駆動体速度検出値を算出する微分器と、前記モータ速度検出値と前記被駆動体速度検出値の差を入力とする１次遅れ回路の出力と前記モータ速度検出値を加算して速度フィードバック値を算出する加算器と、前記速度フィードバック値と前記速度指令値との偏差を比例積分増幅してトルク指令値を出力するトルク指令演算器と、前記トルク指令値に応じて前記モータを駆動する手段と、前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を入力とし、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数が大きくなるように当該時定数を可変する経年変化補正器と、を備え、経年変化により機械共振周波数が低下しても低周波振動の発生を抑制することを特徴とする。
【００３５】
好適な態様では、前記経年変化補正器は、前記位置指令値を２階微分して指令加速度を出力する２次微分器と、前記指令加速度の大きさが閾値以下である場合に駆動系が加減速状態に無いと判断し振動検出開始信号を出力する比較器と、前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値との差分から被駆動体の位置誤差を算出する減算器と、前記振動検出開始信号の出力時に前記被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数を算出し出力する振動検出器と、前記振動周波数から振動周期を算出し時定数初期値を出力する除算器と、前期振動検出器が振動を検出している間、前記時定数初期値に対し予め設定された時定数増加分を繰り返し加算して前記１次遅れ回路の時定数を更新出力する加算器と、を備え、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数を大きくする。
【００３６】
他の好適な態様では、前記経年変化補正器は、前記可変した時定数が、予め設定した許容時定数を超えた場合に、前記速度指令演算器のゲイン設定値が小さくなるように、当該ゲイン設定値を可変する。この場合、前記経年変化補正器は、前記位置指令値を２階微分して指令加速度を出力する２次微分器と、前記指令加速度の大きさが閾値以下である場合に駆動系が加減速状態に無いと判断し振動検出開始信号を出力する比較器と、前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値との差分から被駆動体の位置誤差を算出する減算器と、前記振動検出開始信号の出力時に前記被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数を算出し出力する振動検出器と、前記振動周波数から振動周期を算出し時定数初期値を出力する除算器と、前記振動検出器が振動を検出している間、前記時定数初期値に対し予め設定された時定数増加分を繰り返し加算して前記１次遅れ回路の時定数を更新出力する加算器と、前記振動周波数から振動角周波数を算出しゲイン初期値を出力する演算器と、前記振動検出器が振動を検出している間、前記ゲイン初期値に対し予め設定されたゲイン低減分を繰り返し減算してゲイン推奨値を算出する減算器と、前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合に前記ゲイン推奨値を前記速度指令演算器のゲイン設定値として更新出力し、前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数に満たない場合は前記速度指令演算器のゲイン設定値の変更を行わず出力値を保持し続けるゲイン出力切替器と、を備え、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数を大きくし、可変した時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合に前記速度指令演算器のゲイン設定値を小さくする、ことが望ましい。
【００３７】
他の好適な態様では、前記経年変化補正器は、前記可変した時定数が、予め設定した許容時定数を超えた場合に、前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値が小さくなるように、当該ゲイン設定値を可変する。この場合、前記経年変化補正器は、前記位置指令値を２階微分して指令加速度を出力する２次微分器と、前記指令加速度の大きさが閾値以下である場合に駆動系が加減速状態に無いと判断し振動検出開始信号を出力する比較器と、前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値との差分から被駆動体の位置誤差を算出する減算器と、前記振動検出開始信号の出力時に前記被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数を算出し出力する振動検出器と、前記振動周波数から振動周期を算出し時定数初期値を出力する除算器と、前記振動検出器が振動を検出している間、前記時定数初期値に対し予め設定された時定数増加分を繰り返し加算して前記１次遅れ回路の時定数を更新出力する加算器と、予め設定したゲイン換算初期値を出力するゲイン換算初期値設定器と、前記振動検出器が振動を検出している間、前記ゲイン換算初期値に対し予め設定されたゲイン低減率分を繰り返し減算してゲイン換算値を算出する減算器と、前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合に前記ゲイン換算値を前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値に乗算し、前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数に満たない場合は前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値の変更を行わず、出力値を保持し続けるゲイン出力切替器と、を備え、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数を大きくし、可変した時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合にのみ前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値を小さくする、ことが望ましい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明による位置制御装置によれば、摺動抵抗など被駆動体に作用するトルク外乱の大きさが変動する送り軸駆動系においても、経年変化補正器が機構部の剛性低下に起因した振動を検出し、位置検出値演算部の１次遅れ回路の時定数Ｔｐ、または、速度検出値演算部の１次遅れ回路の時定数Ｔｖの値を大きくする。その結果、送り軸機構部の剛性が低下しても低周波の振動を発生させることなく被駆動体を動作させることができる。更に、必要に応じて速度指令演算器、トルク指令演算器のゲイン設定値を小さくする。その結果、送り軸機構部の剛性が低下しても低周波の振動を発生させることなく被駆動体を動作させることができるとともに制御系の追従性の低下を最小限に止めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図３】本発明の経年変化補正器の実施例を示すブロック図である。
【図４Ａ】本発明の他の実施形態を示すブロック図である。
【図４Ｂ】本発明の他の実施形態における経年変化補正器を示すブロック図である。
【図４Ｃ】本発明の他の実施形態を示すブロック図である。
【図４Ｄ】本発明の他の実施形態における経年変化補正器を示すブロック図である。
【図５】従来技術を示すブロック図である。
【図６】従来技術を示すブロック図である。
【図７】従来技術を示すブロック図である。
【図８】従来技術を示すブロック図である。
【図９】従来技術を示すブロック図である。
【図１０】機械共振周波数が低下する前のゲイン線図例である。
【図１１】機械共振周波数が低下したときのゲイン線図例である。
【図１２】１次遅れ回路時定数を大きくしたときのゲイン線図例である。
【図１３】１次遅れ回路時定数を大きく、速度指令演算器のゲインを小さくしたときのゲイン線図例である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の実施例について説明する。従来例と同一要素には同一符号を付しており説明は省略する。本発明の制御ブロック図を図１、図２に示す。経年変化補正器３０は位置指令Ｐｃと被駆動体位置検出値Ｐｌを入力とし、駆動系が非加減速状態にあるときの被駆動体の振動を検出する。更に、被駆動体の振動が検出された場合には、１次遅れ回路１７または２３で使用する時定数Ｔｐ，Ｔｖを可変する。
【００４１】
具体的に、時定数Ｔｐ，Ｔｖを可変する実施例を図３に示す。位置指令値Ｐｃを２次微分器３１に入力し、２階微分することで指令加速度Ａｃを算出する。算出された指令加速度Ａｃは比較器３３により予め設定された指令加速度閾値Ａｃｒｅｆと比較され、指令加速度Ａｃが指令加速度閾値Ａｃｒｅｆ以下の場合には、駆動系が加減速状態に無い（定常状態にある）と判断し、振動検出開始信号を振動検出器３８に出力する。
【００４２】
一方、振動検出器３８は、振動検出開始信号の他に位置指令値Ｐｃと被駆動体位置検出値Ｐｌとの差分により定義される被駆動体の位置誤差信号を入力に持ち、振動検出開始信号が出力されている間の被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数ｆｐを算出し出力する。この時、振動周波数ｆｐの検出範囲は予め定数設定されたｆｓｔからｆｅｎの範囲に限定される。更に、被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の大きさ（振幅）が予め定数設定されたＳＰｒｅｆの値よりも大きい場合にのみ振動が存在していると見なし、振動周波数ｆｐとして出力する。除算器３９は振動周波数ｆｐが出力された場合に逆数である振動周期を算出し、時定数初期値Ｔ０を出力する。
【００４３】
算出された時定数初期値Ｔ０は、１次遅れ回路１７または２３で使用する時定数Ｔｐ，Ｔｖの初期値として設定される。時定数Ｔｐ，Ｔｖの値が更新されても振動検出器３８が振動周波数ｆｐを検出し続けている場合、カウンタ４１，４４がカウントアップされ、予め定数設定された時定数増加量分ΔＴｐ，ΔＴｖの加算が行われ、時定数増加量分ΔＴｐ，ΔＴｖだけ時定数Ｔｐ，Ｔｖの値が大きくなる。上記カウントアップ操作は振動検出器３８が振動周波数ｆｐを検出し続けている間継続して行われるため、振動検出器３８にて振動が検出されなくなるまで時定数Ｔｐ，Ｔｖの値が大きくなる。言い換えれば、被駆動体の振動を抑制するのに必要な分だけ時定数Ｔｐ，Ｔｖの値が大きくされ、必要以上に大きな時定数が設定されることを防ぐことができる。
【００４４】
なお、除算器３９の出力である時定数初期値Ｔ０は、振動検出器３８において異なる振動周波数ｆｐが検知された場合に、その値が更新されるものとし、振動検出器３８が振動を検出していない間は、その値が保持されるものとする。
【００４５】
同様に、カウンタ４１，４４のカウンタ値ｎは、振動検出器３８において異なる振動周波数ｆｐが検知された場合に、カウントクリアされるものとし、振動検出器３８が振動を検出していない間は、その値が保持されるものとする。ただし、前述のように同一の振動周波数ｆｐを検出し続けている間はカウントアップ動作を行うものとする。
【００４６】
また、振動検出器３８は、振動検出開始信号が出力されている間の被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数ｆｐを算出することを示したが、その振動検出アルゴリズムの実現にあたっては、工学的に良く知られているＤＦＴ（ＦＦＴ）等を利用することによって実現できる。もしくは被駆動体の位置誤差信号が最大値あるいは最小値をとる時間の間隔を計測し、直接振動周期を検出することも可能である。なお、この場合、時定数初期値Ｔ０を単位換算のみで直接的に定めることが可能であるため、除算器３９による振動周波数ｆｐから時定数初期値Ｔ０に換算する処理は不要となる。
【００４７】
また、本実施例では、経年変化補正器３０により１次遅れ回路で使用する時定数Ｔｐ，Ｔｖを可変することを前提としているが、図１、図２に示した制御ブロック１７，２３の伝達特性Ｇｐ（Ｓ），Ｇｖ（Ｓ）は必ずしも１次遅れ特性である必要はない。具体的には、高域遮断特性を持つフィルタであればよく、例えば移動平均演算を行うＦＩＲフィルタであってもよい。この場合、制御系におけるサンプリング周期Ｔｓに対し、Ｔｐ／Ｔｓ段、Ｔｖ／Ｔｓ段の移動平均を構成すれば効果的な振動抑制効果を得ることができる。
【００４８】
以上のように、本発明による位置制御装置によれば、図１１のように機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２が低下した場合に発生する低周波振動に対し、振動が観測されなくなるまで時定数Ｔｐ，Ｔｖを大きくすることにより、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕が大きくなるため、図１２の実線で示す様なゲイン特性となる。結果として、制御系を安定化し、低周波振動の発生を抑制することができる。また、時定数Ｔｐ，Ｔｖの値として必要以上に大きな値が設定されることがないため、過度にゲイン余裕が確保され制御系の応答性を低下させることもない。更に、経年変化補正器３０は、被駆動体の振動を検出して時定数Ｔｐ，Ｔｖを可変するため、摺動抵抗など被駆動体に作用するトルク外乱の大きさが変動する送り軸駆動系においても、適切に機構部の剛性低下を検出し、低周波振動を抑制することができる。
【００４９】
次に、他の実施形態について、図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。図４Ａは位置制御装置の制御ブロックを示した図である。この図４のブロック図で示される位置制御装置は、図１の位置制御装置に対し、経年変化補正器３０が別構成の経年変化補正器５１に代わり、１次遅れ回路１７で使用する時定数Ｔｐに加え、速度指令演算器３のゲインＫｐを可変する構成となっていることを除けば、図１に示したものと同じである。また、図４Ｂは図４Ａで用いる経年変化補正器５１の構成を示す図である。
【００５０】
図４Ｂに示した経年変化補正器５１は、位置指令Ｐｃと被駆動体位置検出値Ｐｌを入力とし、駆動系が非加減速状態にあるときの被駆動体の振動を検出する。更に、被駆動体の振動が検出された場合には、１次遅れ回路１７で使用する時定数Ｔｐに加え、さらに、速度指令演算器のゲインＫｐも可変する。
【００５１】
具体的には、図４に示す経年変化補正器３０は、図３を用いて説明した流れと同じ流れで、時定数Ｔｐを可変する。また、次の手順で、速度指令演算器のゲインＫｐも可変する。
【００５２】
振動検出器３８から振動周波数ｆｐが出力された場合、振動周波数ｆｐを角周波数演算器５０にて振動角周波数に換算し、ゲイン初期値Ｋ０を出力する。比較器４８では、時定数Ｔｐと予め定数設定された許容時定数Ｔｐｒｅｆと比較される。この比較の結果、時定数Ｔｐが許容時定数Ｔｐｒｅｆを超えた場合に、算出されたゲイン初期値Ｋ０が、ゲイン出力切替器４９にて速度指令演算器３で使用するゲインＫｐの初期値として設定される。
【００５３】
ゲインＫｐの値が更新されても振動検出器３８が振動周波数ｆｐを検出し続けている場合、カウンタ５３がカウントアップされ、予め定数設定されたゲイン低減量分ΔＫｐの減算が行われ、ゲイン低減量分ΔＫｐだけゲインＫｐの値が小さくなる。上記カウントアップ操作は振動検出器３８が振動周波数ｆｐを検出し続けている間継続して行われるため、振動検出器３８にて振動が検出されなくなるまでゲインＫｐの値が小さくなる。言い換えれば、被駆動体の振動を抑制するのに必要な分だけゲインＫｐの値が小さくされ、必要以上に小さなゲインが設定されることを防ぐことができる。更に時定数Ｔｐを大きくしても振動を抑制できない場合にのみゲインＫｐを小さくするため位置制御系の追従性の低下を最小限に止めることができる。
【００５４】
以上の説明から明らかなとおり、本実施形態によれば、図１、図３を用いて説明した場合と同様の作用効果が、得られる。すなわち、本実施形態によれば、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２が低下した場合に発生する低周波振動に対し、振動が観測されなくなるまで時定数Ｔｐを大きくすることにより、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕が大きくなるため、制御系を安定化し、低周波振動の発生を抑制することができる。
【００５５】
また、時定数Ｔｐを大きくしても振動抑制できないほど機械共振周波数が低下した場合には、ゲインＫｐを小さくすることで振動を抑制するため、時定数Ｔｐのみで振動抑制する場合に比べ、広範囲の周波数帯での振動抑制が可能となる。更に、時定数Ｔｐの値として必要以上に大きな値が設定されたり、ゲインＫｐの値として必要以上に小さな値が設定されたりすることがないことに加え、振動抑制する上で時定数Ｔｐによる抑制を優先的に行うため、過度にゲイン余裕が確保されることもなく、制御系の追従性の低下を最小限に止めることができる。また、経年変化補正器５１は、被駆動体の振動を検出して時定数Ｔｐ、ゲインＫｐを可変するため、摺動抵抗など被駆動体に作用するトルク外乱の大きさが変動する送り軸駆動系においても、適切に機構部の剛性低下を検出し、低周波振動を抑制することができる。
【００５６】
次に、他の実施形態について、図４Ｃ、図４Ｄを参照して説明する。図４Ｃは位置制御装置の制御ブロックを示した図である。図２に対し、経年変化補正器３０が別構成の経年変化補正器５４に代わり、１次遅れ回路２３で使用する時定数Ｔｖに加え、速度指令演算器３のゲインＫｐ、トルク指令演算器の比例ゲインＰｖ、積分ゲインＩｖを可変する構成となっていることを除けば、図２に示したものと同じである。また、図４Ｄは図４Ｃで用いる経年変化補正器５４の構成を示す図である。
【００５７】
図４Ｄに示した経年変化補正器５４は、位置指令Ｐｃと被駆動体位置検出値Ｐｌを入力とし、駆動系が非加減速状態にあるときの被駆動体の振動を検出する。更に、被駆動体の振動が検出された場合には、１次遅れ回路２３で使用する時定数Ｔｖに加え、さらに、速度指令演算器のゲインＫｐ、トルク指令演算器の比例ゲインＰｖ、積分ゲインＩｖも可変する。
【００５８】
具体的には、図４Ｄに示した経年変化補正器５４は、図３を用いて説明した流れと同じ流れで、時定数Ｔｖを可変する。また、次の手順で速度指令演算器のゲインＫｐ、トルク指令演算器の比例ゲインＰｖ、積分ゲインＩｖも可変する。
【００５９】
振動検出器３８から振動周波数ｆｐが出力された場合、ゲイン換算初期値設定器５５はゲイン換算初期値Ｋｓを出力する。なお、Ｋｓには１（１００％）よりも若干小さい値を設定しておくものとする。
【００６０】
比較器４８では、時定数Ｔｖと予め定数設定された許容時定数Ｔｖｒｅｆと比較される。この比較の結果、時定数Ｔｖが許容時定数Ｔｖｒｅｆを超えた場合に、ゲイン出力切替器４９はゲイン換算初期値Ｋｓを、ゲイン換算値Ｋとして出力する。このゲイン換算値Ｋをトルク指令演算器の比例ゲインＰｖ、積分ゲインＩｖに乗算し、各値を更新することで、トルク指令演算器のゲイン設定値を小さくする。ゲイン設定値が更新されても振動検出器３８が振動周波数ｆｐを検出し続けている場合、カウンタ５３がカウントアップされ、予め定数設定されたゲイン低減率分ΔＫの減算が行われ、ゲイン低減率分ΔＫだけゲイン換算値Ｋの値が小さくなる。上記カウントアップ操作は振動検出器３８が振動周波数ｆｐを検出し続けている間継続して行われるため、振動検出器３８にて振動が検出されなくなるまでゲイン換算値Ｋの値が小さくなる。そして、この比率分だけトルク指令演算器の比例ゲインＰｖ、積分ゲインＩｖの値が小さくなる。言い換えれば、被駆動体の振動を抑制するのに必要な分だけゲイン設定値が小さくされ、必要以上に小さなゲインが設定されることを防ぐことができる。更に時定数Ｔｖを大きくしても振動を抑制できない場合にのみゲイン設定値を小さくするため速度制御系の追従性の低下を最小限に止めることができる。なお、トルク指令演算器のゲイン設定値を小さくした場合、速度フィードバック系の制御応答帯域が低下するため、速度指令演算器３のゲインＫｐを高い設定値のままにしておくと、位置制御系が不安定となり、振動的な応答を示す場合がある。このような場合、ゲイン換算値Ｋに従い、トルク指令演算器の比例ゲインＰｖ、積分ゲインＩｖを低減するのと同時に、速度指令演算器３のゲインＫｐを低減することで解決できる。
【００６１】
以上の説明から明らかなとおり、本実施形態によれば、図２、図３を用いて説明した場合と同様の作用効果が得られる。すなわち、本実施形態によれば、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２が低下した場合に発生する低周波振動に対し、振動が観測されなくなるまで時定数Ｔｖを大きくすることにより、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕が大きくなるため、制御系を安定化し、低周波振動の発生を抑制することができる。
【００６２】
また、時定数Ｔｖを大きくしても振動抑制できないほど機械共振周波数が低下した場合には、トルク指令演算器、速度指令演算器のゲイン設定値を小さくすることで振動を抑制するため、時定数Ｔｖのみで振動抑制する場合に比べ、広範囲の周波数帯での振動抑制が可能となる。更に、時定数Ｔｖの値として必要以上に大きな値が設定されたり、ゲイン設定値を必要以上に小さくしたりすることがないことに加え、振動抑制する上で時定数Ｔｖによる抑制を優先的に行うため、過度にゲイン余裕が確保されることもなく、制御系の追従性の低下を最小限に止めることができる。また、経年変化補正器５４は、被駆動体の振動を検出して時定数Ｔｖ、トルク指令演算器、速度指令演算器のゲインを可変するため、摺動抵抗など被駆動体に作用するトルク外乱の大きさが変動する送り軸駆動系においても、適切に機構部の剛性低下を検出し、低周波振動を抑制することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 上位制御装置、２，４，１５，２２，３４，４６ 減算器、３ 速度指令演算器（位置ループゲイン）、５ トルク指令演算器（速度ループ比例ゲイン）、６ トルク指令演算器（速度ループ積分ゲイン）、７，１８，２４，４２，４５ 加算器、８ 各種フィルタ部，電流制御部、９ モータ位置検出器、１０ モータ、１１ リニアスケール、１２ 被駆動体、１３ ボールネジ、１４，２１ 微分器、１６ たわみ量検出器、１７，２３ 一次遅れ回路、２０ 位置検出値演算器、２５ 速度検出値演算器、２６ 速度指令からモータ速度の伝達特性、２７ 積分器、２８ バネ系モデル、３０，５１，５４ 経年変化補正器、３１ ２次微分器、３２，３５，３６，３７，４０，４３，４７，５２，５６，５７，５８ 係数、３３，４８ 比較器、３８ 振動検出器、３９ 除算器、４１，４４，５３ カウンタ、４９ ゲイン出力切替器、５０ 角周波数演算器、５５ ゲイン換算初期値設定器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械等における送り軸（テーブル、サドルあるいは主軸頭等の被駆動体）の位置制御装置、特に位置指令値に従い被駆動体位置をフルクローズド制御する位置制御装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の可動部にリニアスケールを取り付けて被駆動体位置を検出し、これを位置指令値と比較してフルクローズド制御を行う位置制御装置において、位置誤差を小さくするために以下の試みがなされている。
【０００３】
過渡応答時の位置誤差を小さくするためには、速度ループと位置ループの各ゲインを高く設定することで、可動部の摺動抵抗の変化や切削負荷等の予測困難な負荷変動外乱に対して被駆動体を高精度に制御することが可能となる。
【０００４】
図５に一般的なフルクローズド制御システムのブロック図を示す。リニアスケール１１で検出した被駆動体１２の位置検出値Ｐｌを位置フィードバック値として位置指令Ｐｃとの偏差Ｐｄｉｆを減算器２が算出し、速度指令演算器３が前記位置偏差Ｐｄｉｆに基づき比例ゲインＫｐを乗算し速度指令Ｖｃ出力する。一方、モータ１０に取り付けられた位置検出器９の位置検出値Ｐｍを微分器１４が微分し、モータの速度検出値Ｖｍを出力する。前記速度指令Ｖｃとモータ速度検出値Ｖｍの偏差を減算器４により求め、速度偏差として出力する。この速度偏差と速度ループ比例ゲインＰｖと速度ループ積分ゲインＩｖに基づきトルク指令演算器（速度ループ比例ゲイン）５とトルク指令演算器（速度ループ積分ゲイン）６がそれぞれ速度偏差比例成分と速度偏差積分成分を出力し、加算器７が速度偏差比例成分と速度偏差積分成分を加算しトルク指令Ｔｃを出力する。図５中の記号８は、トルク指令をフィルタリングする各種のフィルタ部と電流制御部を示す。
【０００５】
ここで、簡単のため、速度指令Ｖｃからモータの速度検出値Ｖｍまでの伝達特性が１であるとし、被駆動体とモータがバネ係数Ｋｂのバネで連結され、被駆動体の重量がＭ、被駆動体の粘性摩擦係数がＤであるとしてモデル化する。その場合、図５のブロック図は図６に示すブロック図で表され、制御系全体の伝達関数は次の式１で表される。式１においてＳはラプラス演算子を示す。
【０００６】
Ｐｌ（Ｓ）／Ｐｃ（Ｓ）
＝Ｋｐ・Ｋｂ／（Ｍ・Ｓ３＋Ｄ・Ｓ２＋Ｋｂ・Ｓ＋Ｋｐ・Ｋｂ）・・・式１
【０００７】
上式において、Ｋｐ＜＜（Ｋｂ／Ｍ）１／２と設定した場合、制御系全体のゲイン線図は図１０に示す様な特性となる。
【０００８】
近年、各種のフィルタ技術と制振制御および速度ループの高速化によって高い位置・速度ループゲインの設定が可能になった。しかし、経年変化による駆動系部品の磨耗・部品のゆるみ、連続動作時の温度上昇によるボールネジの伸びを原因としたボールネジのテンション低下などにより、送り軸機構部の剛性が低下する場合がある。その場合、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２が低下し、式１における制御系全体のゲイン線図は図１１に示す様な特性となる。即ち、高く設定された位置ループゲインにより機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕が低下し、場合によっては被駆動体が低周波で振動してしまう課題が生じていた。また、大型マシニングセンタ等で想定以上の重量ワークを被駆動体に積載した場合においても、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２が低下するため、同様の低周波振動が発生する。この課題に対する従来技術を次に説明する。
【０００９】
図７は、低周波振動の抑制を目的とした従来技術を示す制御ブロック図である。図５と同一要素には同一符号を付しており説明は省略する。図７の位置検出値演算器２０は、前記被駆動体位置検出値Ｐｌと前記モータ位置検出値Ｐｍより、下記式２で表される位置を位置フィードバック値Ｐｄとして出力する。式２でＴｐは１次遅れ回路１７の時定数を示し、Ｓはラプラス演算子を示す。
Ｐｄ＝Ｐｍ＋（Ｐｌ−Ｐｍ）／（１＋Ｔｐ・Ｓ）・・・式２
【００１０】
式２において、１／（１＋Ｔｐ・Ｓ）は１次遅れ回路を示し、式２の第２項の演算は図７中の１次遅れ回路１７で行われる。
【００１１】
式２において、Ｔｐ＞＞（Ｋｂ／Ｍ）１／２と設定した場合、図７のブロック図における制御系全体のゲイン線図は図１２の点線で示す様な特性となり、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕が大きくなる。さらに、送り軸機構部の剛性が低下した場合は、図１２の実線で示す様な特性となり、図５の従来例で発生した低周波の振動に対する課題は解決している。
【００１２】
図８は、低周波振動の抑制を目的とした他の従来技術を示す制御ブロック図である。図５と同一要素には同一符号を付しており説明は省略する。速度検出値演算器２５は、前記被駆動体位置検出値Ｐｌを微分器２１で微分して得た被駆動体速度検出値Ｖｌと、前記モータ速度検出値Ｖｍより、下記式３で表される速度を速度フィードバック値Ｖｄとして出力する。式３でＴｖは１次遅れ回路２３の時定数を示し、Ｓはラプラス演算子を示す。
Ｖｄ＝Ｖｍ＋（Ｖｌ−Ｖｍ）／（１＋Ｔｖ・Ｓ）・・・式３
【００１３】
式３において、１／（１＋Ｔｖ・Ｓ）は１次遅れ回路を示し、式３の第２項の演算は図８中の１次遅れ回路２３で行われる。
【００１４】
式３において、Ｔｖ＞＞（Ｋｂ／Ｍ）１／２と設定した場合、図８のブロック図における制御系全体のゲイン線図は図１２の点線で示す様な特性となり、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕が大きくなる。さらに、送り軸機構部の剛性が低下した場合は、図１２の実線で示す様な特性となり、図５の従来例で発生した低周波の振動に対する課題は解決している。
【００１５】
ここで、図７、図８における１次遅れ回路１７、２３の時定数Ｔｐ，Ｔｖの最適値について説明する。機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕を大きくし、制御系の安定性を確保するためには、時定数Ｔｐ，Ｔｖの値を大きくすれば良い。しかし、過度にゲイン余裕を確保することは制御系の応答性を低下させることになる。即ち、ゲイン余裕を大きくすることは制御帯域におけるゲインを小さくすることを意味し、場合によっては、負荷変動外乱を抑制する効果や過渡応答時の位置誤差を小さくする効果が損なわれることとなる。したがって、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２の低下、即ち、送り軸機構部の剛性の低下の度合いにあわせて、１次遅れ回路１７，２３の時定数Ｔｐ，Ｔｖを大きくすることが好ましい。
【００１６】
図９は、送り軸機構部の剛性の低下にあわせて１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを大きくする従来技術を示す制御ブロック図である。減算器１５は前記被駆動体位置検出値Ｐｌと前記モータ位置検出値Ｐｍの差であるたわみ量Ｐｓを算出する。たわみ量検出器１６は、たわみ量Ｐｓに応じた時定数係数Ｋｔを算出し、時定数初期値Ｔｐ０を乗算して１次遅れ回路１７で使用する時定数Ｔｐを決定する。ここで、時定数係数Ｋｔは、たわみ量Ｐｓが大きくなるに従いその値が大きくなるように構成されている。この時、１次遅れ回路１７で使用する時定数ＴｐはＴｐ＝Ｔｐ０・Ｋｔであるから、たわみ量Ｐｓが大きくなるに従い、時定数Ｔｐは大きくなる。ここで、送り軸機構部の剛性とたわみ量Ｐｓの関係に着目すると、送り軸機構部の剛性は被駆動体とモータを連結するバネ係数Ｋｂのバネで表現されており、剛性が低下、即ち、バネによる結合が弱まれば被駆動体位置検出値Ｐｌとモータ位置検出値Ｐｍの差であるたわみ量Ｐｓは大きくなる。即ち、たわみ量検出器１６は、送り軸機構部の剛性が低下すると前記たわみ量Ｐｓが大きくなることに着目し、１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを大きくしている。
【００１７】
また、図９の従来技術では、送り軸機構部の剛性の低下にあわせて１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを大きくすると同時に、速度指令演算器３のゲインＫｐを小さくしている。たわみ量検出器１６は、たわみ量Ｐｓに応じた係数Ｋを算出し、ゲイン初期値Ｋｐ０を乗算して速度指令演算器３で使用するゲインＫｐを決定する。ここで、係数Ｋは、たわみ量Ｐｓが大きくなるに従いその値が小さくなるように構成されている。この時、ゲインＫｐはＫｐ＝Ｋｐ０・Ｋであるから、たわみ量Ｐｓが大きくなるに従い、ゲインＫｐは小さくなる。即ち、たわみ量検出器１６は、送り軸機構部の剛性が低下すると、速度指令演算器３のゲインＫｐを小さくしている。
【００１８】
送り軸機構部の剛性が低下した状態では、制御系全体のゲイン線図は図１１に示す様な特性であったが、送り軸機構部の剛性の低下にあわせて１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを大きくしたことにより、図７のブロック図における制御系全体のゲイン線図は図１３の点線で示す様な特性となる。更に、速度指令演算器３のゲインＫｐを小さくしたことにより、図７のブロック図における制御系全体のゲイン線図は図１３の実線で示す様な特性となる。結果、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕を大きくし、図５の従来例で発生した低周波の振動を解決すると同時に、送り軸機構部の剛性の低下にあわせて１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐ、及び速度指令演算器３のゲインＫｐを変更することで、過度にゲイン余裕が確保され、制御系の応答性が著しく低下することを回避している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平１０−３２６１１４号公報
【特許文献２】特開平３−３２５５０号公報
【特許文献３】特開２００７−２１９６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
図９に示した従来技術では、送り軸機構部の剛性の低下にあわせて１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを大きくしたり、速度指令演算器３のゲインＫｐを小さくしたりすることで、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕を確保し、低周波振動を抑制している。ここで、送り軸機構部の剛性の低下はたわみ量Ｐｓの増加により検出される。しかしながら、たわみ量Ｐｓが増加する現象は、送り軸機構部の剛性が低下した場合や被駆動体の積載重量が増加した場合に限らず、被駆動体に作用する摺動抵抗が増加した場合にも発生する。被駆動体に作用する摺動抵抗が増加したことにより、たわみ量Ｐｓが増加した場合、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕に変動は無いため、１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを大きくしたり、速度指令演算器３のゲインＫｐを小さくしたりする必要は無い。逆に、この状況下で時定数Ｔｐを大きくしたり、速度指令演算器３のゲインＫｐを小さくしたりすることは、過度にゲイン余裕を確保することとなり、結果として制御系の応答性を低下させてしまう。それどころか、被駆動体に作用する摺動抵抗が軽くなることでたわみ量Ｐｓが減少した場合、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕に変動は無いにも関らず、１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを小さくしたり、速度指令演算器３のゲインＫｐを大きくしたりすると低周波の振動が発生してしまう。
【００２１】
摺動抵抗の影響について詳しく説明する。被駆動体に作用する摺動抵抗をＦｄとすると被駆動体位置検出値Ｐｌはモータ位置検出値Ｐｍを用いて、下記式４で表される。式４においてＳはラプラス演算子を示す。
Ｐｌ（Ｓ）＝｛Ｋｂ／（Ｍ・Ｓ２＋Ｄ・Ｓ＋Ｋｂ）｝・Ｐｍ（Ｓ）−｛１／（Ｍ・Ｓ２＋Ｄ・Ｓ＋Ｋｂ）｝・Ｆｄ（Ｓ）・・・式４
【００２２】
式４においてＦｄ＝０、即ち被駆動体に作用する摺動抵抗を無視した場合、式４は図６に示すブロック図のバネ系モデル２８と等価である。即ち、摺動抵抗の有無に関わらず、機械共振周波数は（Ｋｂ／Ｍ）１／２であり、送り軸機構部の剛性、及び被駆動体の積載重量によって決まる。
【００２３】
しかし、被駆動体位置検出値Ｐｌは被駆動体に作用する摺動抵抗の影響を受ける。式４においてＳ＝０とし、極低周波での駆動を想定した場合、式４は下記式５のように展開される。
Ｐｌ（Ｓ）＝Ｐｍ（Ｓ）−｛１／Ｋｂ｝・Ｆｄ（Ｓ）・・・式５
【００２４】
つまり、送り軸機構部の剛性低下、即ちバネ係数Ｋｂが小さくなる、あるいは摺動抵抗Ｆｄが大きくなることによって、被駆動体位置検出値Ｐｌとモータ位置検出値Ｐｍの差であるたわみ量Ｐｓの大きさは増大する。
【００２５】
更に、摺動抵抗Ｆｄの大きさは被駆動体の速度によって変化する。例えば、被駆動体が滑りガイド機構により支持・駆動される場合、高速移動時は油膜面上を滑るように移動するため摺動抵抗Ｆｄが小さくなる。一方、低速移動時は油膜の抵抗を受けながら進むため摺動抵抗Ｆｄが大きくなる。この他にも、摺動抵抗Ｆｄの大きさは温度や被駆動体の位置など種々の要因により変動するため、正確に把握することは困難である。即ち、被駆動体に摺動抵抗が作用し、変動する駆動系においては、たわみ量Ｐｓから送り軸機構部の剛性低下を検出することは困難であり、１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを適切に定めることができない。
【００２６】
また、図９に示した従来技術では、１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐ、及び速度指令演算器３のゲインＫｐを変更することで、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕を確保し、低周波振動を抑制している。しかし、ゲインＫｐを小さくすることは制御系を安定化する上で有効であるものの、指令に対する追従性が大きく損なわれてしまうといった問題がある。
【００２７】
図６と同様に、速度指令Ｖｃからモータの速度検出値Ｖｍまでの伝達特性が１であるとすると、図７の制御系における位置偏差Ｐｄｉｆ、被駆動体位置検出値Ｐｌは位置指令Ｐｃを用いて、下記式６、式７で表される。式６、式７においてＳはラプラス演算子を示す。
Ｐｄｉｆ（Ｓ）＝Ｐｃ（Ｓ）・｛Ｓ・（１＋Ｔｐ・Ｓ）・（Ｍ・Ｓ２＋Ｄ・Ｓ＋Ｋｂ）｝／｛Ｓ・（１＋Ｔｐ・Ｓ＋Ｋｐ・Ｔｐ）・（Ｍ・Ｓ２＋Ｄ・Ｓ＋Ｋｂ）＋Ｋｐ・Ｋｂ｝・・・式６
Ｐｌ（Ｓ）＝Ｐｃ（Ｓ）・｛（１＋Ｔｐ・Ｓ）・Ｋｐ・Ｋｂ｝／｛Ｓ・（１＋Ｔｐ・Ｓ＋Ｋｐ・Ｔｐ）・（Ｍ・Ｓ２＋Ｄ・Ｓ＋Ｋｂ）＋Ｋｐ・Ｋｂ｝・・・式７
式６、式７において、Ｔｐ＝０とした場合、図６の制御系における位置偏差Ｐｄｉｆ、被駆動体位置検出値Ｐｌと一致する。
【００２８】
反対に、１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを限りなく大きくした（Ｔｐ＝∞とした）場合、式６、式７は下記式８、式９のように展開される。
Ｐｄｉｆ（Ｓ）＝｛Ｓ／（Ｓ＋Ｋｐ）｝・Ｐｃ（Ｓ）・・・式８
Ｐｌ（Ｓ）＝｛Ｋｐ／（Ｓ＋Ｋｐ）｝・｛Ｋｂ／（Ｍ・Ｓ２＋Ｄ・Ｓ＋Ｋｂ）｝・Ｐｃ（Ｓ）・・・式９
【００２９】
これは、モータ位置検出値Ｐｍを位置フィードバック値Ｐｄとした場合に等しい。更に、式８は、位置制御系の制御応答帯域が速度指令演算器３のゲインＫｐによって決定されることを意味しており、１次遅れ回路１７の時定数Ｔｐを大きくしてもモータ位置検出値Ｐｍの追従性は劣化しない。また、式９に関しても、バネ系モデル２８の送り軸機構部の剛性が著しく低下して、Ｋｐ＜（Ｋｂ／Ｍ）１／２の関係が損なわれない限り、被駆動体位置検出値Ｐｌの応答帯域は速度指令演算器３のゲインＫｐによって決定されることを意味している。即ち、被駆動体位置検出値Ｐｌの追従性の劣化は、送り軸機構部の剛性低下が影響するが、この影響分はゲインＫｐの一次遅れ要素で抑制された上での変動であるため、殆ど無いといえる。
【００３０】
一方、速度指令演算器３のゲインＫｐを極端に小さくした（Ｋｐ＝０とした）場合、式６は下記式１０のように展開される。
Ｐｄｉｆ（Ｓ）＝Ｐｃ（Ｓ）・・・式１０
【００３１】
これは、位置制御系がまったく応答しない状態を意味している。速度指令演算器３のゲインＫｐを小さくすることは、送り軸機構部の剛性低下に起因した低周波振動を抑制することに対し効果的であるが、モータ位置検出値Ｐｍの追従性までもが損なわれてしまう。当然のことながら、被駆動体位置検出値Ｐｌの追従性はモータ位置検出値Ｐｍよりも更に送り軸機構部の剛性低下分だけ劣ったものとなる。
【００３２】
本発明が解決しようとする課題は、摺動抵抗など被駆動体にトルク外乱が作用する駆動系において、その大きさが変動することにより、たわみ量の大きさも変動し、送り軸機構部の剛性低下が検出できなくなることである。また、送り軸機構部の剛性低下の度合いにあわせて、位置・速度フィードバック値を算出するための１次遅れ回路の時定数等の値を適切な値に調節することができなくなり、結果として、過度にゲイン余裕が確保され制御系の応答性が低下してしまったり、反対にゲイン余裕が少なくなり被駆動体に低周波振動が発生したりすることである。そして、本発明の目的は、送り軸機構部の剛性低下や被駆動体の積載重量の増加による機械共振周波数の低下を検出し、少なくとも、共振特性にあわせて１次遅れ回路の時定数を最適化することで、被駆動体の低周波振動を防止するとともに制御系の追従性の低下を最小限に止める位置制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明は、上記課題に対してなされたものであり、モータ位置検出器と、モータにより駆動される被駆動体の被駆動体位置検出器とを含み、被駆動体の位置をフルクローズド制御する被駆動体の位置制御装置であって、前記モータ位置検出器からの位置検出値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値の差であるたわみ量を算出する減算器と、前記たわみ量を入力とする１次遅れ回路の出力と前記モータ位置検出器からの位置検出値を加算して位置フィードバック値を算出する加算器と、前記位置フィードバック値と上位装置から入力される位置指令値との偏差を比例増幅して速度指令値を出力する速度指令演算器と、前記モータ位置検出器からの位置検出値を微分して速度フィードバック値を算出する微分器と、前記速度フィードバック値と前記速度指令値との偏差を比例積分増幅してトルク指令値を出力するトルク指令演算器と、前記トルク指令値に応じて前記モータを駆動する手段と、前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を入力とし、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数が大きくなるように当該時定数を可変する経年変化補正器と、を備え、経年変化により機械共振周波数が低下しても低周波振動の発生を抑制することを特徴とする。
【００３４】
また、他の本発明は、モータ位置検出器と、モータにより駆動される被駆動体の被駆動体位置検出器とを含み、被駆動体の位置をフルクローズド制御する被駆動体の位置制御装置であって、前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を位置フィードバック値とし、前記位置フィードバック値と上位装置から入力される位置指令値との偏差を比例増幅して速度指令値を出力する速度指令演算器と、前記モータ位置検出器からの位置検出値を微分してモータ速度検出値を算出する微分器と、前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を微分して被駆動体速度検出値を算出する微分器と、前記モータ速度検出値と前記被駆動体速度検出値の差を入力とする１次遅れ回路の出力と前記モータ速度検出値を加算して速度フィードバック値を算出する加算器と、前記速度フィードバック値と前記速度指令値との偏差を比例積分増幅してトルク指令値を出力するトルク指令演算器と、前記トルク指令値に応じて前記モータを駆動する手段と、前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を入力とし、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数が大きくなるように当該時定数を可変する経年変化補正器と、を備え、経年変化により機械共振周波数が低下しても低周波振動の発生を抑制することを特徴とする。
【００３５】
好適な態様では、前記経年変化補正器は、前記位置指令値を２階微分して指令加速度を出力する２次微分器と、前記指令加速度の大きさが閾値以下である場合に駆動系が加減速状態に無いと判断し振動検出開始信号を出力する比較器と、前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値との差分から被駆動体の位置誤差を算出する減算器と、前記振動検出開始信号の出力時に前記被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数を算出し出力する振動検出器と、前記振動周波数から振動周期を算出し時定数初期値を出力する除算器と、前期振動検出器が振動を検出している間、前記時定数初期値に対し予め設定された時定数増加分を繰り返し加算して前記１次遅れ回路の時定数を更新出力する加算器と、を備え、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数を大きくする。
【００３６】
他の好適な態様では、前記経年変化補正器は、前記可変した時定数が、予め設定した許容時定数を超えた場合に、前記速度指令演算器のゲイン設定値が小さくなるように、当該ゲイン設定値を可変する。この場合、前記経年変化補正器は、前記位置指令値を２階微分して指令加速度を出力する２次微分器と、前記指令加速度の大きさが閾値以下である場合に駆動系が加減速状態に無いと判断し振動検出開始信号を出力する比較器と、前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値との差分から被駆動体の位置誤差を算出する減算器と、前記振動検出開始信号の出力時に前記被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数を算出し出力する振動検出器と、前記振動周波数から振動周期を算出し時定数初期値を出力する除算器と、前記振動検出器が振動を検出している間、前記時定数初期値に対し予め設定された時定数増加分を繰り返し加算して前記１次遅れ回路の時定数を更新出力する加算器と、前記振動周波数から振動角周波数を算出しゲイン初期値を出力する演算器と、前記振動検出器が振動を検出している間、前記ゲイン初期値に対し予め設定されたゲイン低減分を繰り返し減算してゲイン推奨値を算出する減算器と、前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合に前記ゲイン推奨値を前記速度指令演算器のゲイン設定値として更新出力し、前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数に満たない場合は前記速度指令演算器のゲイン設定値の変更を行わず出力値を保持し続けるゲイン出力切替器と、を備え、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数を大きくし、可変した時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合に前記速度指令演算器のゲイン設定値を小さくする、ことが望ましい。
【００３７】
他の好適な態様では、前記経年変化補正器は、前記可変した時定数が、予め設定した許容時定数を超えた場合に、前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値が小さくなるように、当該ゲイン設定値を可変する。この場合、前記経年変化補正器は、前記位置指令値を２階微分して指令加速度を出力する２次微分器と、前記指令加速度の大きさが閾値以下である場合に駆動系が加減速状態に無いと判断し振動検出開始信号を出力する比較器と、前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値との差分から被駆動体の位置誤差を算出する減算器と、前記振動検出開始信号の出力時に前記被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数を算出し出力する振動検出器と、前記振動周波数から振動周期を算出し時定数初期値を出力する除算器と、前記振動検出器が振動を検出している間、前記時定数初期値に対し予め設定された時定数増加分を繰り返し加算して前記１次遅れ回路の時定数を更新出力する加算器と、予め設定したゲイン換算初期値を出力するゲイン換算初期値設定器と、前記振動検出器が振動を検出している間、前記ゲイン換算初期値に対し予め設定されたゲイン低減率分を繰り返し減算してゲイン換算値を算出する減算器と、前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合に前記ゲイン換算値を前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値に乗算し、前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数に満たない場合は前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値の変更を行わず、出力値を保持し続けるゲイン出力切替器と、を備え、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数を大きくし、可変した時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合にのみ前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値を小さくする、ことが望ましい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明による位置制御装置によれば、摺動抵抗など被駆動体に作用するトルク外乱の大きさが変動する送り軸駆動系においても、経年変化補正器が機構部の剛性低下に起因した振動を検出し、位置検出値演算部の１次遅れ回路の時定数Ｔｐ、または、速度検出値演算部の１次遅れ回路の時定数Ｔｖの値を大きくする。その結果、送り軸機構部の剛性が低下しても低周波の振動を発生させることなく被駆動体を動作させることができる。更に、必要に応じて速度指令演算器、トルク指令演算器のゲイン設定値を小さくする。その結果、送り軸機構部の剛性が低下しても低周波の振動を発生させることなく被駆動体を動作させることができるとともに制御系の追従性の低下を最小限に止めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図３】本発明の経年変化補正器の実施例を示すブロック図である。
【図４Ａ】本発明の他の実施形態を示すブロック図である。
【図４Ｂ】本発明の他の実施形態における経年変化補正器を示すブロック図である。
【図４Ｃ】本発明の他の実施形態を示すブロック図である。
【図４Ｄ】本発明の他の実施形態における経年変化補正器を示すブロック図である。
【図５】従来技術を示すブロック図である。
【図６】従来技術を示すブロック図である。
【図７】従来技術を示すブロック図である。
【図８】従来技術を示すブロック図である。
【図９】従来技術を示すブロック図である。
【図１０】機械共振周波数が低下する前のゲイン線図例である。
【図１１】機械共振周波数が低下したときのゲイン線図例である。
【図１２】１次遅れ回路時定数を大きくしたときのゲイン線図例である。
【図１３】１次遅れ回路時定数を大きく、速度指令演算器のゲインを小さくしたときのゲイン線図例である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明の実施例について説明する。従来例と同一要素には同一符号を付しており説明は省略する。本発明の制御ブロック図を図１、図２に示す。経年変化補正器３０は位置指令Ｐｃと被駆動体位置検出値Ｐｌを入力とし、駆動系が非加減速状態にあるときの被駆動体の振動を検出する。更に、被駆動体の振動が検出された場合には、１次遅れ回路１７または２３で使用する時定数Ｔｐ，Ｔｖを可変する。
【００４１】
具体的に、時定数Ｔｐ，Ｔｖを可変する実施例を図３に示す。位置指令値Ｐｃを２次微分器３１に入力し、２階微分することで指令加速度Ａｃを算出する。算出された指令加速度Ａｃは比較器３３により予め設定された指令加速度閾値Ａｃｒｅｆと比較され、指令加速度Ａｃが指令加速度閾値Ａｃｒｅｆ以下の場合には、駆動系が加減速状態に無い（定常状態にある）と判断し、振動検出開始信号を振動検出器３８に出力する。
【００４２】
一方、振動検出器３８は、振動検出開始信号の他に位置指令値Ｐｃと被駆動体位置検出値Ｐｌとの差分により定義される被駆動体の位置誤差信号を入力に持ち、振動検出開始信号が出力されている間の被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数ｆｐを算出し出力する。この時、振動周波数ｆｐの検出範囲は予め定数設定されたｆｓｔからｆｅｎの範囲に限定される。更に、被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の大きさ（振幅）が予め定数設定されたＳＰｒｅｆの値よりも大きい場合にのみ振動が存在していると見なし、振動周波数ｆｐとして出力する。除算器３９は振動周波数ｆｐが出力された場合に逆数である振動周期を算出し、時定数初期値Ｔ０を出力する。
【００４３】
算出された時定数初期値Ｔ０は、１次遅れ回路１７または２３で使用する時定数Ｔｐ，Ｔｖの初期値として設定される。時定数Ｔｐ，Ｔｖの値が更新されても振動検出器３８が振動周波数ｆｐを検出し続けている場合、カウンタ４１，４４がカウントアップされ、予め定数設定された時定数増加量分ΔＴｐ，ΔＴｖの加算が行われ、時定数増加量分ΔＴｐ，ΔＴｖだけ時定数Ｔｐ，Ｔｖの値が大きくなる。上記カウントアップ操作は振動検出器３８が振動周波数ｆｐを検出し続けている間継続して行われるため、振動検出器３８にて振動が検出されなくなるまで時定数Ｔｐ，Ｔｖの値が大きくなる。言い換えれば、被駆動体の振動を抑制するのに必要な分だけ時定数Ｔｐ，Ｔｖの値が大きくされ、必要以上に大きな時定数が設定されることを防ぐことができる。
【００４４】
なお、除算器３９の出力である時定数初期値Ｔ０は、振動検出器３８において異なる振動周波数ｆｐが検知された場合に、その値が更新されるものとし、振動検出器３８が振動を検出していない間は、その値が保持されるものとする。
【００４５】
同様に、カウンタ４１，４４のカウンタ値ｎは、振動検出器３８において異なる振動周波数ｆｐが検知された場合に、カウントクリアされるものとし、振動検出器３８が振動を検出していない間は、その値が保持されるものとする。ただし、前述のように同一の振動周波数ｆｐを検出し続けている間はカウントアップ動作を行うものとする。
【００４６】
また、振動検出器３８は、振動検出開始信号が出力されている間の被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数ｆｐを算出することを示したが、その振動検出アルゴリズムの実現にあたっては、工学的に良く知られているＤＦＴ（ＦＦＴ）等を利用することによって実現できる。もしくは被駆動体の位置誤差信号が最大値あるいは最小値をとる時間の間隔を計測し、直接振動周期を検出することも可能である。なお、この場合、時定数初期値Ｔ０を単位換算のみで直接的に定めることが可能であるため、除算器３９による振動周波数ｆｐから時定数初期値Ｔ０に換算する処理は不要となる。
【００４７】
また、本実施例では、経年変化補正器３０により１次遅れ回路で使用する時定数Ｔｐ，Ｔｖを可変することを前提としているが、図１、図２に示した制御ブロック１７，２３の伝達特性Ｇｐ（Ｓ），Ｇｖ（Ｓ）は必ずしも１次遅れ特性である必要はない。具体的には、高域遮断特性を持つフィルタであればよく、例えば移動平均演算を行うＦＩＲフィルタであってもよい。この場合、制御系におけるサンプリング周期Ｔｓに対し、Ｔｐ／Ｔｓ段、Ｔｖ／Ｔｓ段の移動平均を構成すれば効果的な振動抑制効果を得ることができる。
【００４８】
以上のように、本発明による位置制御装置によれば、図１１のように機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２が低下した場合に発生する低周波振動に対し、振動が観測されなくなるまで時定数Ｔｐ，Ｔｖを大きくすることにより、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕が大きくなるため、図１２の実線で示す様なゲイン特性となる。結果として、制御系を安定化し、低周波振動の発生を抑制することができる。また、時定数Ｔｐ，Ｔｖの値として必要以上に大きな値が設定されることがないため、過度にゲイン余裕が確保され制御系の応答性を低下させることもない。更に、経年変化補正器３０は、被駆動体の振動を検出して時定数Ｔｐ，Ｔｖを可変するため、摺動抵抗など被駆動体に作用するトルク外乱の大きさが変動する送り軸駆動系においても、適切に機構部の剛性低下を検出し、低周波振動を抑制することができる。
【００４９】
次に、他の実施形態について、図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。図４Ａは位置制御装置の制御ブロックを示した図である。この図４のブロック図で示される位置制御装置は、図１の位置制御装置に対し、経年変化補正器３０が別構成の経年変化補正器５１に代わり、１次遅れ回路１７で使用する時定数Ｔｐに加え、速度指令演算器３のゲインＫｐを可変する構成となっていることを除けば、図１に示したものと同じである。また、図４Ｂは図４Ａで用いる経年変化補正器５１の構成を示す図である。
【００５０】
図４Ｂに示した経年変化補正器５１は、位置指令Ｐｃと被駆動体位置検出値Ｐｌを入力とし、駆動系が非加減速状態にあるときの被駆動体の振動を検出する。更に、被駆動体の振動が検出された場合には、１次遅れ回路１７で使用する時定数Ｔｐに加え、さらに、速度指令演算器のゲインＫｐも可変する。
【００５１】
具体的には、図４に示す経年変化補正器３０は、図３を用いて説明した流れと同じ流れで、時定数Ｔｐを可変する。また、次の手順で、速度指令演算器のゲインＫｐも可変する。
【００５２】
振動検出器３８から振動周波数ｆｐが出力された場合、振動周波数ｆｐを角周波数演算器５０にて振動角周波数に換算し、ゲイン初期値Ｋ０を出力する。比較器４８では、時定数Ｔｐと予め定数設定された許容時定数Ｔｐｒｅｆと比較される。この比較の結果、時定数Ｔｐが許容時定数Ｔｐｒｅｆを超えた場合に、算出されたゲイン初期値Ｋ０が、ゲイン出力切替器４９にて速度指令演算器３で使用するゲインＫｐの初期値として設定される。
【００５３】
ゲインＫｐの値が更新されても振動検出器３８が振動周波数ｆｐを検出し続けている場合、カウンタ５３がカウントアップされ、予め定数設定されたゲイン低減量分ΔＫｐの減算が行われ、ゲイン低減量分ΔＫｐだけゲインＫｐの値が小さくなる。上記カウントアップ操作は振動検出器３８が振動周波数ｆｐを検出し続けている間継続して行われるため、振動検出器３８にて振動が検出されなくなるまでゲインＫｐの値が小さくなる。言い換えれば、被駆動体の振動を抑制するのに必要な分だけゲインＫｐの値が小さくされ、必要以上に小さなゲインが設定されることを防ぐことができる。更に時定数Ｔｐを大きくしても振動を抑制できない場合にのみゲインＫｐを小さくするため位置制御系の追従性の低下を最小限に止めることができる。
【００５４】
以上の説明から明らかなとおり、本実施形態によれば、図１、図３を用いて説明した場合と同様の作用効果が、得られる。すなわち、本実施形態によれば、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２が低下した場合に発生する低周波振動に対し、振動が観測されなくなるまで時定数Ｔｐを大きくすることにより、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕が大きくなるため、制御系を安定化し、低周波振動の発生を抑制することができる。
【００５５】
また、時定数Ｔｐを大きくしても振動抑制できないほど機械共振周波数が低下した場合には、ゲインＫｐを小さくすることで振動を抑制するため、時定数Ｔｐのみで振動抑制する場合に比べ、広範囲の周波数帯での振動抑制が可能となる。更に、時定数Ｔｐの値として必要以上に大きな値が設定されたり、ゲインＫｐの値として必要以上に小さな値が設定されたりすることがないことに加え、振動抑制する上で時定数Ｔｐによる抑制を優先的に行うため、過度にゲイン余裕が確保されることもなく、制御系の追従性の低下を最小限に止めることができる。また、経年変化補正器５１は、被駆動体の振動を検出して時定数Ｔｐ、ゲインＫｐを可変するため、摺動抵抗など被駆動体に作用するトルク外乱の大きさが変動する送り軸駆動系においても、適切に機構部の剛性低下を検出し、低周波振動を抑制することができる。
【００５６】
次に、他の実施形態について、図４Ｃ、図４Ｄを参照して説明する。図４Ｃは位置制御装置の制御ブロックを示した図である。図２に対し、経年変化補正器３０が別構成の経年変化補正器５４に代わり、１次遅れ回路２３で使用する時定数Ｔｖに加え、速度指令演算器３のゲインＫｐ、トルク指令演算器の比例ゲインＰｖ、積分ゲインＩｖを可変する構成となっていることを除けば、図２に示したものと同じである。また、図４Ｄは図４Ｃで用いる経年変化補正器５４の構成を示す図である。
【００５７】
図４Ｄに示した経年変化補正器５４は、位置指令Ｐｃと被駆動体位置検出値Ｐｌを入力とし、駆動系が非加減速状態にあるときの被駆動体の振動を検出する。更に、被駆動体の振動が検出された場合には、１次遅れ回路２３で使用する時定数Ｔｖに加え、さらに、速度指令演算器のゲインＫｐ、トルク指令演算器の比例ゲインＰｖ、積分ゲインＩｖも可変する。
【００５８】
具体的には、図４Ｄに示した経年変化補正器５４は、図３を用いて説明した流れと同じ流れで、時定数Ｔｖを可変する。また、次の手順で速度指令演算器のゲインＫｐ、トルク指令演算器の比例ゲインＰｖ、積分ゲインＩｖも可変する。
【００５９】
振動検出器３８から振動周波数ｆｐが出力された場合、ゲイン換算初期値設定器５５はゲイン換算初期値Ｋｓを出力する。なお、Ｋｓには１（１００％）よりも若干小さい値を設定しておくものとする。
【００６０】
比較器４８では、時定数Ｔｖと予め定数設定された許容時定数Ｔｖｒｅｆと比較される。この比較の結果、時定数Ｔｖが許容時定数Ｔｖｒｅｆを超えた場合に、ゲイン出力切替器４９はゲイン換算初期値Ｋｓを、ゲイン換算値Ｋとして出力する。このゲイン換算値Ｋをトルク指令演算器の比例ゲインＰｖ、積分ゲインＩｖに乗算し、各値を更新することで、トルク指令演算器のゲイン設定値を小さくする。ゲイン設定値が更新されても振動検出器３８が振動周波数ｆｐを検出し続けている場合、カウンタ５３がカウントアップされ、予め定数設定されたゲイン低減率分ΔＫの減算が行われ、ゲイン低減率分ΔＫだけゲイン換算値Ｋの値が小さくなる。上記カウントアップ操作は振動検出器３８が振動周波数ｆｐを検出し続けている間継続して行われるため、振動検出器３８にて振動が検出されなくなるまでゲイン換算値Ｋの値が小さくなる。そして、この比率分だけトルク指令演算器の比例ゲインＰｖ、積分ゲインＩｖの値が小さくなる。言い換えれば、被駆動体の振動を抑制するのに必要な分だけゲイン設定値が小さくされ、必要以上に小さなゲインが設定されることを防ぐことができる。更に時定数Ｔｖを大きくしても振動を抑制できない場合にのみゲイン設定値を小さくするため速度制御系の追従性の低下を最小限に止めることができる。なお、トルク指令演算器のゲイン設定値を小さくした場合、速度フィードバック系の制御応答帯域が低下するため、速度指令演算器３のゲインＫｐを高い設定値のままにしておくと、位置制御系が不安定となり、振動的な応答を示す場合がある。このような場合、ゲイン換算値Ｋに従い、トルク指令演算器の比例ゲインＰｖ、積分ゲインＩｖを低減するのと同時に、速度指令演算器３のゲインＫｐを低減することで解決できる。
【００６１】
以上の説明から明らかなとおり、本実施形態によれば、図２、図３を用いて説明した場合と同様の作用効果が得られる。すなわち、本実施形態によれば、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２が低下した場合に発生する低周波振動に対し、振動が観測されなくなるまで時定数Ｔｖを大きくすることにより、機械共振周波数（Ｋｂ／Ｍ）１／２におけるゲイン余裕が大きくなるため、制御系を安定化し、低周波振動の発生を抑制することができる。
【００６２】
また、時定数Ｔｖを大きくしても振動抑制できないほど機械共振周波数が低下した場合には、トルク指令演算器、速度指令演算器のゲイン設定値を小さくすることで振動を抑制するため、時定数Ｔｖのみで振動抑制する場合に比べ、広範囲の周波数帯での振動抑制が可能となる。更に、時定数Ｔｖの値として必要以上に大きな値が設定されたり、ゲイン設定値を必要以上に小さくしたりすることがないことに加え、振動抑制する上で時定数Ｔｖによる抑制を優先的に行うため、過度にゲイン余裕が確保されることもなく、制御系の追従性の低下を最小限に止めることができる。また、経年変化補正器５４は、被駆動体の振動を検出して時定数Ｔｖ、トルク指令演算器、速度指令演算器のゲインを可変するため、摺動抵抗など被駆動体に作用するトルク外乱の大きさが変動する送り軸駆動系においても、適切に機構部の剛性低下を検出し、低周波振動を抑制することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 上位制御装置、２，４，１５，２２，３４，４６ 減算器、３ 速度指令演算器（位置ループゲイン）、５ トルク指令演算器（速度ループ比例ゲイン）、６ トルク指令演算器（速度ループ積分ゲイン）、７，１８，２４，４２，４５ 加算器、８ 各種フィルタ部，電流制御部、９ モータ位置検出器、１０ モータ、１１ リニアスケール、１２ 被駆動体、１３ ボールネジ、１４，２１ 微分器、１６ たわみ量検出器、１７，２３ 一次遅れ回路、２０ 位置検出値演算器、２５ 速度検出値演算器、２６ 速度指令からモータ速度の伝達特性、２７ 積分器、２８ バネ系モデル、３０，５１，５４ 経年変化補正器、３１ ２次微分器、３２，３５，３６，３７，４０，４３，４７，５２，５６，５７，５８ 係数、３３，４８ 比較器、３８ 振動検出器、３９ 除算器、４１，４４，５３ カウンタ、４９ ゲイン出力切替器、５０ 角周波数演算器、５５ ゲイン換算初期値設定器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ位置検出器と、モータにより駆動される被駆動体の被駆動体位置検出器と、を含み、被駆動体の位置をフルクローズド制御する被駆動体の位置制御装置であって、
前記モータ位置検出器からの位置検出値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値の差であるたわみ量を算出する減算器と、
前記たわみ量を入力とする１次遅れ回路の出力と前記モータ位置検出器からの位置検出値を加算して位置フィードバック値を算出する加算器と、
前記位置フィードバック値と上位装置から入力される位置指令値との偏差を比例増幅して速度指令値を出力する速度指令演算器と、
前記モータ位置検出器からの位置検出値を微分して速度フィードバック値を算出する微分器と、
前記速度フィードバック値と前記速度指令値との偏差を比例積分増幅してトルク指令値を出力するトルク指令演算器と、
前記トルク指令値に応じて前記モータを駆動する手段と、
前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を入力とし、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数が大きくなるように当該時定数を可変する経年変化補正器と、
を備え、
経年変化により機械共振周波数が低下しても低周波振動の発生を抑制する、
ことを特徴とする位置制御装置。
【請求項２】
モータ位置検出器と、モータにより駆動される被駆動体の被駆動体位置検出器と、を含み、被駆動体の位置をフルクローズド制御する被駆動体の位置制御装置であって、
前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を位置フィードバック値とし、前記位置フィードバック値と上位装置から入力される位置指令値との偏差を比例増幅して速度指令値を出力する速度指令演算器と、
前記モータ位置検出器からの位置検出値を微分してモータ速度検出値を算出する微分器と、
前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を微分して被駆動体速度検出値を算出する微分器と、
前記モータ速度検出値と前記被駆動体速度検出値の差を入力とする１次遅れ回路の出力と前記モータ速度検出値を加算して速度フィードバック値を算出する加算器と、
前記速度フィードバック値と前記速度指令値との偏差を比例積分増幅してトルク指令値を出力するトルク指令演算器と、
前記トルク指令値に応じて前記モータを駆動する手段と、
前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を入力とし、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数が大きくなるように当該時定数を可変する経年変化補正器と、
を備え、
経年変化により機械共振周波数が低下しても低周波振動の発生を抑制する、
ことを特徴とする位置制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の位置制御装置であって、
前記経年変化補正器は、
前記位置指令値を２階微分して指令加速度を出力する２次微分器と、
前記指令加速度の大きさが閾値以下である場合に駆動系が加減速状態に無いと判断し振動検出開始信号を出力する比較器と、
前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値との差分から被駆動体の位置誤差を算出する減算器と、
前記振動検出開始信号の出力時に前記被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数を算出し出力する振動検出器と、
前記振動周波数から振動周期を算出し時定数初期値を出力する除算器と、
前期振動検出器が振動を検出している間、前記時定数初期値に対し予め設定された時定数増加分を繰り返し加算して前記１次遅れ回路の時定数を更新出力する加算器と、
を備え、
被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数を大きくする、
ことを特徴とする位置制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の位置制御装置であって、
前記経年変化補正器は、前記可変した時定数が、予め設定した許容時定数を超えた場合に、前記速度指令演算器のゲイン設定値が小さくなるように、当該ゲイン設定値を可変する、ことを特徴とする位置制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の位置制御装置であって、
前記経年変化補正器は、
前記位置指令値を２階微分して指令加速度を出力する２次微分器と、
前記指令加速度の大きさが閾値以下である場合に駆動系が加減速状態に無いと判断し振動検出開始信号を出力する比較器と、
前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値との差分から被駆動体の位置誤差を算出する減算器と、
前記振動検出開始信号の出力時に前記被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数を算出し出力する振動検出器と、
前記振動周波数から振動周期を算出し時定数初期値を出力する除算器と、
前記振動検出器が振動を検出している間、前記時定数初期値に対し予め設定された時定数増加分を繰り返し加算して前記１次遅れ回路の時定数を更新出力する加算器と、
前記振動周波数から振動角周波数を算出しゲイン初期値を出力する演算器と、
前記振動検出器が振動を検出している間、前記ゲイン初期値に対し予め設定されたゲイン低減分を繰り返し減算してゲイン推奨値を算出する減算器と、
前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合に前記ゲイン推奨値を前記速度指令演算器のゲイン設定値として更新出力し、前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数に満たない場合は前記速度指令演算器のゲイン設定値の変更を行わず出力値を保持し続けるゲイン出力切替器と、
を備え、
被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数を大きくし、可変した時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合に前記速度指令演算器のゲイン設定値を小さくする、
ことを特徴とする位置制御装置。
【請求項６】
請求項２に記載の位置制御装置であって、
前記経年変化補正器は、前記可変した時定数が、予め設定した許容時定数を超えた場合に、前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値が小さくなるように、当該ゲイン設定値を可変する、ことを特徴とする位置制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の位置制御装置であって、
前記経年変化補正器は、
前記位置指令値を２階微分して指令加速度を出力する２次微分器と、
前記指令加速度の大きさが閾値以下である場合に駆動系が加減速状態に無いと判断し振動検出開始信号を出力する比較器と、
前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値との差分から被駆動体の位置誤差を算出する減算器と、
前記振動検出開始信号の出力時に前記被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数を算出し出力する振動検出器と、
前記振動周波数から振動周期を算出し時定数初期値を出力する除算器と、
前記振動検出器が振動を検出している間、前記時定数初期値に対し予め設定された時定数増加分を繰り返し加算して前記１次遅れ回路の時定数を更新出力する加算器と、
予め設定したゲイン換算初期値を出力するゲイン換算初期値設定器と、
前記振動検出器が振動を検出している間、前記ゲイン換算初期値に対し予め設定されたゲイン低減率分を繰り返し減算してゲイン換算値を算出する減算器と、
前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合に前記ゲイン換算値を前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値に乗算し、前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数に満たない場合は前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値の変更を行わず、出力値を保持し続けるゲイン出力切替器と、
を備え、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数を大きくし、可変した時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合にのみ前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値を小さくする、
ことを特徴とする位置制御装置。
【請求項１】
モータ位置検出器と、モータにより駆動される被駆動体の被駆動体位置検出器と、を含み、被駆動体の位置をフルクローズド制御する被駆動体の位置制御装置であって、
前記モータ位置検出器からの位置検出値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値の差であるたわみ量を算出する減算器と、
前記たわみ量を入力とする１次遅れ回路の出力と前記モータ位置検出器からの位置検出値を加算して位置フィードバック値を算出する加算器と、
前記位置フィードバック値と上位装置から入力される位置指令値との偏差を比例増幅して速度指令値を出力する速度指令演算器と、
前記モータ位置検出器からの位置検出値を微分して速度フィードバック値を算出する微分器と、
前記速度フィードバック値と前記速度指令値との偏差を比例積分増幅してトルク指令値を出力するトルク指令演算器と、
前記トルク指令値に応じて前記モータを駆動する手段と、
前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を入力とし、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数が大きくなるように当該時定数を可変する経年変化補正器と、
を備え、
経年変化により機械共振周波数が低下しても低周波振動の発生を抑制する、
ことを特徴とする位置制御装置。
【請求項２】
モータ位置検出器と、モータにより駆動される被駆動体の被駆動体位置検出器と、を含み、被駆動体の位置をフルクローズド制御する被駆動体の位置制御装置であって、
前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を位置フィードバック値とし、前記位置フィードバック値と上位装置から入力される位置指令値との偏差を比例増幅して速度指令値を出力する速度指令演算器と、
前記モータ位置検出器からの位置検出値を微分してモータ速度検出値を算出する微分器と、
前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を微分して被駆動体速度検出値を算出する微分器と、
前記モータ速度検出値と前記被駆動体速度検出値の差を入力とする１次遅れ回路の出力と前記モータ速度検出値を加算して速度フィードバック値を算出する加算器と、
前記速度フィードバック値と前記速度指令値との偏差を比例積分増幅してトルク指令値を出力するトルク指令演算器と、
前記トルク指令値に応じて前記モータを駆動する手段と、
前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値を入力とし、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数が大きくなるように当該時定数を可変する経年変化補正器と、
を備え、
経年変化により機械共振周波数が低下しても低周波振動の発生を抑制する、
ことを特徴とする位置制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の位置制御装置であって、
前記経年変化補正器は、
前記位置指令値を２階微分して指令加速度を出力する２次微分器と、
前記指令加速度の大きさが閾値以下である場合に駆動系が加減速状態に無いと判断し振動検出開始信号を出力する比較器と、
前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値との差分から被駆動体の位置誤差を算出する減算器と、
前記振動検出開始信号の出力時に前記被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数を算出し出力する振動検出器と、
前記振動周波数から振動周期を算出し時定数初期値を出力する除算器と、
前期振動検出器が振動を検出している間、前記時定数初期値に対し予め設定された時定数増加分を繰り返し加算して前記１次遅れ回路の時定数を更新出力する加算器と、
を備え、
被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数を大きくする、
ことを特徴とする位置制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の位置制御装置であって、
前記経年変化補正器は、前記可変した時定数が、予め設定した許容時定数を超えた場合に、前記速度指令演算器のゲイン設定値が小さくなるように、当該ゲイン設定値を可変する、ことを特徴とする位置制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の位置制御装置であって、
前記経年変化補正器は、
前記位置指令値を２階微分して指令加速度を出力する２次微分器と、
前記指令加速度の大きさが閾値以下である場合に駆動系が加減速状態に無いと判断し振動検出開始信号を出力する比較器と、
前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値との差分から被駆動体の位置誤差を算出する減算器と、
前記振動検出開始信号の出力時に前記被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数を算出し出力する振動検出器と、
前記振動周波数から振動周期を算出し時定数初期値を出力する除算器と、
前記振動検出器が振動を検出している間、前記時定数初期値に対し予め設定された時定数増加分を繰り返し加算して前記１次遅れ回路の時定数を更新出力する加算器と、
前記振動周波数から振動角周波数を算出しゲイン初期値を出力する演算器と、
前記振動検出器が振動を検出している間、前記ゲイン初期値に対し予め設定されたゲイン低減分を繰り返し減算してゲイン推奨値を算出する減算器と、
前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合に前記ゲイン推奨値を前記速度指令演算器のゲイン設定値として更新出力し、前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数に満たない場合は前記速度指令演算器のゲイン設定値の変更を行わず出力値を保持し続けるゲイン出力切替器と、
を備え、
被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数を大きくし、可変した時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合に前記速度指令演算器のゲイン設定値を小さくする、
ことを特徴とする位置制御装置。
【請求項６】
請求項２に記載の位置制御装置であって、
前記経年変化補正器は、前記可変した時定数が、予め設定した許容時定数を超えた場合に、前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値が小さくなるように、当該ゲイン設定値を可変する、ことを特徴とする位置制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の位置制御装置であって、
前記経年変化補正器は、
前記位置指令値を２階微分して指令加速度を出力する２次微分器と、
前記指令加速度の大きさが閾値以下である場合に駆動系が加減速状態に無いと判断し振動検出開始信号を出力する比較器と、
前記位置指令値と前記被駆動体位置検出器からの位置検出値との差分から被駆動体の位置誤差を算出する減算器と、
前記振動検出開始信号の出力時に前記被駆動体の位置誤差信号に含まれる振動の振動周波数を算出し出力する振動検出器と、
前記振動周波数から振動周期を算出し時定数初期値を出力する除算器と、
前記振動検出器が振動を検出している間、前記時定数初期値に対し予め設定された時定数増加分を繰り返し加算して前記１次遅れ回路の時定数を更新出力する加算器と、
予め設定したゲイン換算初期値を出力するゲイン換算初期値設定器と、
前記振動検出器が振動を検出している間、前記ゲイン換算初期値に対し予め設定されたゲイン低減率分を繰り返し減算してゲイン換算値を算出する減算器と、
前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合に前記ゲイン換算値を前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値に乗算し、前記１次遅れ回路の時定数が予め設定した許容時定数に満たない場合は前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値の変更を行わず、出力値を保持し続けるゲイン出力切替器と、
を備え、被駆動体の振動が検出された場合に前記１次遅れ回路の時定数を大きくし、可変した時定数が予め設定した許容時定数を超えた場合にのみ前記トルク指令演算器および前記速度指令演算器の少なくとも一方のゲイン設定値を小さくする、
ことを特徴とする位置制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１６８９２６（Ｐ２０１２−１６８９２６Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８３７４４（Ｐ２０１１−２８３７４４）
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【出願人】（０００１４９０６６）オークマ株式会社 (476)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２６日（２０１１．１２．２６）
【出願人】（０００１４９０６６）オークマ株式会社 (476)
【Ｆターム（参考）】
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