圧力制御装置及び圧力制御方法
【課題】サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を動作させて受圧体に与える力を、ロードセル等を使わずに正確に制御し、機械の構成を簡単にし、信頼性を得る。
【解決手段】サーボモータ１１により射出圧力を制御する電動射出成形機１の制御装置１５は、電動射出成形機１の制御モデルに対して構築され射出スクリュー５が発生する力を推定するオブザーバ１９と、サーボモータ１１に対する電流指令値Ｉとパルスエンコーダ１４の回転位置θとによりオブザーバ１９が推定した力を入力して射出スクリュー５に作用させる力をフィードバック制御する射出圧力フィードバック制御部２０とを備え、オブザーバ１９は、電流指令として重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素を介して被駆動部に作用する力を外乱として同定した制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部を備え、被駆動部に作用する力を推定する。
【解決手段】サーボモータ１１により射出圧力を制御する電動射出成形機１の制御装置１５は、電動射出成形機１の制御モデルに対して構築され射出スクリュー５が発生する力を推定するオブザーバ１９と、サーボモータ１１に対する電流指令値Ｉとパルスエンコーダ１４の回転位置θとによりオブザーバ１９が推定した力を入力して射出スクリュー５に作用させる力をフィードバック制御する射出圧力フィードバック制御部２０とを備え、オブザーバ１９は、電流指令として重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素を介して被駆動部に作用する力を外乱として同定した制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部を備え、被駆動部に作用する力を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を動作させて受圧体に力を作用させる機械において、受圧体に作用する力をロードセル等の力検出器を使わずに制御する圧力制御装置及び圧力制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動射出成形機の圧力制御装置として、射出圧力の閉ループ制御部と、射出速度の閉ループ制御部と、外乱オブザーバ演算部と、射出圧力を検出するロードセルと、射出速度を検出するエンコーダとを備え、前記射出圧力の閉ループ制御部で圧力設定値とロードセルで検出された圧力検出値とから得られる動作信号を制御器で調節して射出速度指令値を出力し、この射出速度指令値と外乱オブザーバ演算部で推定した無効速度推定値とから得られる動作信号により、射出軸用の電動モータに入力するトルクを演算して、射出軸の圧力を圧力設定値と一致させるべくフィードバック制御するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、ロードセルは、電動モータから射出スクリューに至る射出軸系において機械に組み込むための構造が複雑になると共に、検出器自体が高価であるうえに、歪みゲージを検出部に貼り付ける構造のために、検出器不良が発生するおそれがある。
【０００３】
そこで、ロードセルに係る問題を回避するために、ロードセルを必要としないオブザーバを構成することにより、ロードセル（力覚センサ）を用いずに圧力制御を行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、電動射出成形機では、射出して金型を充填した後、所定の圧力を保持して加圧を続ける工程（保圧工程）を必要とする。保圧工程において、電動モータを用いて一定の圧力を保持するように印加する場合、電動モータが過負荷状態となる恐れがある。その問題を回避するために、必要とされる目標圧力に振動成分を重畳して圧力制御を行うことにより、電動モータ（サーボモータ）の実効負荷率を低下させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−４４２０６号公報
【特許文献２】特許第４０２２６２６号公報
【特許文献３】特開２００４−１１４４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の電動射出成形機の制御装置において、特許文献３に記載の圧力制御方法を適用すると、ロードセルによって検出された圧力では検出されない偽信号がオブザーバで推定された圧力では検出される場合がある。電動射出成形機において、そのような偽信号が重畳した推定圧力の値ではフィードバック制御の帰還信号とすることができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、電動射出成形機等のように、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を動作させて受圧体に力を作用させる機械において、受圧体に作用する力をロードセル等の力検出器を使わずに正確に制御するサーボモータを用いた圧力制御方法装置及び圧力制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、機械の構成を簡単にすることができ、信頼性が得られるサーボモータを用いた圧力制御装置及び圧力制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に係るサーボモータを用いた圧力制御装置は、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、制御手段により前記サーボモータの出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御装置であって、前記制御手段は、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された前記機械の制御モデルに対して構築され、かつ前記駆動部への電流指令と前記駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバと、前記駆動部に対する電流指令と前記駆動部の回転情報とにより前記オブザーバが推定した力に基づいて、前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、を備え、前記オブザーバは、前記電流指令として重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素を介して前記被駆動部に作用する力を外乱として同定した前記制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部を備え、前記外乱オブザーバ部から出力される状態量に基づいて、前記機械インピーダンス要素の特性に応じて前記電流指令に重畳する振動の影響を低減し、前記被駆動部に作用する力を推定することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係るサーボモータを用いた圧力制御装置は、請求項１に記載の圧力制御装置において、前記外乱オブザーバ部は、前記電流指令と前記回転情報とに基づいて、前記作用する力の変化量と、前記力の変化量の高次成分とからなる状態量を推定することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係るサーボモータを用いた圧力制御装置は、請求項１又は請求項２に記載の圧力制御装置において、前記回転情報に基づいて、前記機械において生じる摩擦の影響を前記電流指令に対して補償する摩擦補償部を備え、前記オブザーバは、前記補償された電流指令と、前記回転情報とに基づいて、前記作用する力の変化量と、前記力の変化量の高次成分とからなる状態量を推定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係るサーボモータを用いた圧力制御装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力制御装置において、前記外乱オブザーバ部は、前記外乱を、前記電流指令として重畳させた振動と同じ周波数の固有振動数の前記機械インピーダンス要素を経て前記被駆動部に作用するとみなした前記制御モデルに基づいて構成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係るサーボモータを用いた圧力制御方法は、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、前記サーボモータの出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御方法であって、前記機械を駆動部と動力伝達部と被駆動部とからなる制御モデルとして構築し、該制御モデルに対して、前記駆動部への電流指令と駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバを構築し、前記駆動部に対する電流指令と前記駆動部の回転情報とにより前記オブザーバが推定した力に基づいて、前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御する際に、前記オブザーバは、前記電流指令として重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素を介して前記被駆動部に作用する力を外乱として同定した前記制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部から出力される状態量に基づいて、前記機械インピーダンス要素の特性に応じて前記電流指令に重畳する振動の影響を低減させて前記被駆動部に作用する力を推定することを特徴とする。
なお、上記のサーボモータを用いた圧力制御装置及び圧力制御方法において、前記機械は、前記サーボモータによりプーリとベルトを介してボールねじ軸またはボールナットを回転させ、これらに螺合するボールナットまたはボールねじ軸を介して射出機構の射出スクリューを作動させて、型締機構によって型締めされた金型に溶融樹脂を圧力を制御しながら射出して成形を行う電動射出成形機としてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は以下の優れた効果を奏する。
すなわち、請求項１に係るサーボモータを用いた圧力制御装置及び請求項５に係る圧力制御方法によれば、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、制御手段により前記サーボモータの出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御装置であって、制御手段は、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された機械の制御モデルに対して構築され、かつ駆動部への電流指令と駆動部からの回転情報とに基づいて被駆動部が受ける力を推定するオブザーバと、駆動部に対する電流指令と駆動部の回転情報とによりオブザーバが推定した力に基づいて、作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、を備える。また、オブザーバは、電流指令として重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素を介して被駆動部に作用する力を外乱として同定した制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部を備える。そして、オブザーバは、外乱オブザーバ部から出力される状態量に基づいて、機械インピーダンス要素の特性に応じて電流指令に重畳する振動の影響を低減し、被駆動部に作用する力を推定することができるので、その力に基づいてサーボモータの動作をフィードバック制御することにより、作動体が受圧体に作用させる力をロードセル等の力検出器を使わずに正確に制御することができる。
これにより、機械にロードセルを組み込む格別の手段が不要となるので、機械の構成を簡単にすることができると共に、サーボモータを用いた圧力制御装置の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を適用した電動射出成形機の制御装置を示すブロック図である。
【図２】射出圧力設定部の構成を示すブロック図である。
【図３】圧力制御の指令値について示す図である。
【図４】本実施形態の制御モデルを示す図である。
【図５】制御対象を二慣性系制御モデルとして構成する場合の構成図である。
【図６】本実施形態における制御モデルについて示す図である。
【図７】同じく制御モデルについて示す図である。
【図８】同じく制御モデルの状態変数線図である。
【図９】同じく制御モデルを他の形式で示した状態変数線図である。
【図１０】同じく外乱オブザーバ部を付加した制御モデルの状態変数線図である。
【図１１】本実施形態の射出制御装置におけるオブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示す図である。
【図１２】一般的なオブザーバ方式による推定結果を示す図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、電動射出成形機の射出圧力を制御する制御装置に適用した他の形態を示すブロック図である。
【図１４】線形摩擦補償部とオブザーバの関係を示す図である。
【図１５】クーロン摩擦補償特性の一例を示す図である。
【図１６】本実施形態の射出制御装置において、オブザーバに供給する制御指令値にクーロン摩擦補償を施して推定した結果を示す図である。
【図１７】一般的なオブザーバ方式による推定結果を示す図である。
【図１８】第１実施形態に示した構成のオブザーバ方式による推定結果を示す図である。
【図１９】本実施形態を適用した射出制御装置を用いた結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、電動射出成形機の射出圧力を制御する制御装置に適用した一例を示す。図１において、１は電動射出成形機（機械）であり、支持盤２に取り付けられた先端にノズル３を有する加熱筒４と、該加熱筒４内に軸回りに回転自在にかつ軸方向に移動自在に挿入された射出スクリュー（受圧体）５と、該射出スクリュー５の外端を回転自在に支持する支持台６とを有する。また、前記支持台６は、前記支持盤２とこれに対向配置した他の支持盤７に対して回転自在に支承された一対のボールねじ軸８に、該ボールねじ軸８に螺合されたボールナット９を介して２箇所で支持されている。
【００１５】
また、各ボールねじ軸８の一端にはプーリ１０がそれぞれ取り付けられ、これらのプーリ１０とサーボモータ１１の出力軸に取り付けられたプーリ１２との間に、タイミングベルト（ベルト）１３が張設され、前記サーボモータ１１の回転により、タイミングベルト１３と各プーリ１０，１２を介して各ボールねじ軸８が回転され、これらに螺合されたボールナット９を介して前記支持台６が往復移動し、これにより、前記射出スクリュー５がその軸方向に移動して、射出スクリュー５の回転で加熱筒４内の先端部に計量された溶融樹脂を、型締機構によって型締めされた金型（図示せず）内に射出するようになっている。また、１４はサーボモータ１１の回転位置に応じたパルスを発生するパルスエンコーダである（位置検出器）。
【００１６】
一方、前記金型に溶融樹脂を射出する射出圧力を制御する制御装置（制御手段）１５は、オペレータが射出速度設定値ＶSVを設定する射出速度設定部１６と、射出圧力設定値を設定する射出圧力設定部１７と、前記パルスエンコーダ１４が検出したサーボモータ１１の現在の回転位置θに基づいて導かれる回転角速度（回転情報）ωｍ（図４参照）及び電流検出器１８が検出するサーボモータ１１に対する現在の電流値（電流指令）Ｉから射出圧力フィードバック値を推定するオブザーバ１９と、射出圧力フィードバック制御部２０とを備えている。該射出圧力フィードバック制御部２０は、前記オブザーバ１９が推定した射出圧力フィードバック値と前記射出圧力設定部１７による射出圧力設定値との偏差値を求める加算器２１と、その偏差値に対しＰＩＤ演算を実行する第１のＰＩＤ演算器２２と、このＰＩＤ演算器２２の出力値ＭV と前記射出速度設定部１６による射出速度設定値ＶSVとを比較する比較器２３と、該比較器２３でＭV ＞ＶSVのときＰＩＤ演算器２２の積分要素２２ａを回路から切り離すスイッチ２５とから構成されている。
【００１７】
さらに、前記制御装置１５は、前記出力値ＭV から速度指令値ＳV を得る射出速度指令部２６と、該射出速度指令部２６から入力された速度指令値ＳV を射出速度設定値ＶSVによってクランプ（制限）して出力値ＶＬIN（ＶSV＞ＳV のときＶＬIN＝ＳV 、ＶSV≦ＳV のときＶＬIN＝ＶSVとなる）を出力する射出速度制限部２７と、前記パルスエンコーダ１４からの回転位置θに基づいて回転角速度（回転情報）ωｍに変換する射出速度フィードバック入力回路２８と、加算器２９によって前記射出速度制限部２７の出力値ＶＬINと射出速度フィードバック入力回路２８から出力された回転角速度ωｍとの偏差値を求め、該偏差値に対し第２のＰＩＤ演算器３０によってＰＩＤ演算を実行する射出速度フィードバック制御部３１と、前記電流検出器１８からのフィードバック電流と前記第２のＰＩＤ演算器３０の演算出力との偏差値を求める加算器３２と、該加算器３２が求めた偏差値のＰＩＤ演算を行う電流制御用のＰＩＤ演算器３３とを備えている。該電流制御用のＰＩＤ演算器３３の出力電流が最終的にサーボモータ１１への電流指令値（電流指令）Ｉとなる。なお、前記各ＰＩＤ演算器２２，３０は可変できる制御定数である。
【００１８】
次に、前記オブザーバ１９は、前記電動射出成形機１を駆動部と動力伝達部と被駆動部とからなる制御モデルに基づいて構築して、該制御モデルの駆動部に対する動作指令と、射出速度フィードバック入力回路２８によって変換された駆動部の回転角速度（回転情報）から被駆動部に作用する力を推定する推定器として構築されている。例えば、本実施形態では２慣性系制御モデルを示す。
すなわち、前記電動射出成形機１の制御モデル（制御モデル）３８は、図４に示すように、前記サーボモータ１１が、トルク定数Ｋｔを有するトルク定数要素３５ａと、加え合わせ点３５ｂを介して前記トルク定数要素３５ａに結合されたトルク／回転要素３５ｃとを含む伝達要素からなる駆動部３５として構成される。なお、トルク／回転要素３５ｃには、パルスエンコーダ（位置検出器）１４及び射出速度フィードバック入力回路２８を含むこととし、駆動部３５の出力として前記サーボモータ１１の回転角速度ωｍを得るものとして以下、説明する。
【００１９】
また、制御モデル３８は、プーリ１０，１２およびタイミングベルト１３が、前記駆動部３５の加え合わせ点３５ｂと引き出し点３５ｄにそれぞれ結合されたギヤ比（回転比）Ｒｇを有する一対の回転角速度変換要素３６ａ，３６ｂと、一方の回転角速度変換要素３６ａと結合された前記タイミングベルト１３のバネ定数Ｋｓを有するバネ定数要素３６ｃと、該バネ定数要素３６ｃに結合されると共に加え合わせ点３６ｄを介して他方の回転角速度変換要素３６ｂと結合された変換要素３６ｅとを含む伝達要素からなる動力伝達部３６として構成される。
【００２０】
また、制御モデル３８は、前記ボールねじ軸８、ボールナット９，支持台６等が、加え合わせ点３７ａを介して前記バネ定数要素３６ｃに結合されると共に引き出し点３７ｂから加え合わせ点３６ｄを経て前記変換要素３６ｅに結合された従動側要素３７ｃとを含む伝達要素からなる被駆動部３７として構成されて構築されている。
【００２１】
なお、前記トルク／回転要素３５ｃは一次側の等価慣性モーメントＪｍと粘性係数Ｄｍを含んで構成され、前記従動側要素３７ｃは二次側の等価慣性モーメントＪＬと粘性係数ＤＬを含んで構成されている。
そして、前記オブザーバ１９は、前記駆動部３５に対する電流指令値（電流指令）ＩＣＭＤが引き出し点３５ｆから供給されると共に、駆動部３５からの出力である前記サーボモータ１１の回転角速度（回転情報）ωｍが射出速度フィードバック入力回路２８から供給され、推定されたトルク（力または圧力）である外力の直流成分の推定値τｅｘｔ＿ｄｃ（ハット）を出力する。
また、前記オブザーバ１９は、前記オブザーバ１９に供給される電流指令値ＩＣＭＤと回転角速度ωｍとに基づいて状態変数を導く外乱オブザーバ部１９ａと、外乱オブザーバ部１９ａによって導かれた状態変数、すなわち、外乱オブザーバ部１９ａによって推定された外乱の影響を低減させる振動除去部１９ｂを備える。前記オブザーバ１９に関する詳細な説明は、後述とする。
【００２２】
図２と図３を参照し、射出制御装置における圧力制御の指令値について説明する。
図２は、射出圧力設定部１７の構成を示すブロック図である。
また、図３は、圧力制御の指令値について示す図である。
射出圧力設定部１７は、前記射出圧力Ｐ における保圧設定値Ｐｉ（Ｐ１〜Ｐ３）を、それぞれ、図３（ａ）に示すように、時間ｔに関して変化しない一定値として設定する一定値設定部１７ａと、この一定値設定部１７ａに設定された一定値の保圧設定値Ｐｉを加工し、図３（ｂ）に示すように、所定の周波数ｆ（周期ω０）と振幅Ａの圧力変動（振動）を伴った保圧指令値を出力する設定値加工部１７ｂと、前記保圧指令値の周波数ｆ（周期ω０）を設定する周波数設定部１７ｃと、前記保圧指令値の振幅Ａを設定する振幅設定部１７ｄと、前記一定値設定部１７ａと前記設定値加工部１７ｂのいずれかを一方を前記射出圧力フィードバック制御部２０ に切換え接続するための切換スイッチ（切換手段）１７ｅとを備えている。
前記切換スイッチ１７ｅは、前記一定値設定部１７ａからの一定の保圧設定値Ｐｉと前記設定値加工部１７ｂからの保圧指令値Ｐｃのいずれによって前記サーボモータ１１を回転作動させるかの設定切り換えを行うものである。なお、前記一定値設定部１７ａ、周波数設定部１７ｃ、振幅設定部１７ｄはそれぞれ設定キー等によって適宜数値を入力するようになっている。
【００２３】
前記設定値加工部１７ｂは、前記一定値設定部１７ａから入力された図３（ａ）に示すような一定の保圧設定値Ｐｉを、前記周波数設定器１７ｃ、振幅設定器１７ｄからそれぞれ入力された周波数ｆ、振幅Ａに基づいて所要の演算を行って、図３（ｂ）に示すように、一定の保圧設定値Ｐｉを中心にしてその上下に、時間ｔの経過に従って圧力変化を繰り返す一定振幅Ａ、一定周波数ｆのｓｉｎ曲線、ｃｏｓ曲線、三角波、台形波、矩形等からなる振動を伴った保圧指令値Ｐｃに加工し、この保圧指令値Ｐｃに対応する制御データを、前記切換スイッチ１７ｅを経て前記射出圧力フィードバック制御部２０ の記憶領域に記憶させるようになっている。
【００２４】
これにより、前記設定値加工部１７ｂが一定値設定器１７ａから入力された保圧設定値Ｐｉを、周波数設定器１７ｃと振幅設定器１７ｄからそれぞれ入力された周波数ｆ、振幅Ａに基づいて、図３（ｂ）に示すような振動を伴った保圧指令値Ｐｃに加工する。この保圧指令値Ｐｃは前記一定値設定器１７ａで設定された充填圧力設定値Ｐ０と共に切換スイッチ１７ｅを介して前記射出圧力フィードバック制御部２０の記憶領域に記憶される。
なお、射出制御装置における圧力制御の指令値の詳細な制御方法については、特許文献３などを参照する。
【００２５】
図４は、本実施形態の制御モデルを示す図である。
図４に示される前記制御モデル３８において、前記駆動部３５（サーボモータ１１）のトルク定数要素３５ａに電流指令値ＩＣＭＤが入力されると、動力伝達部３６を介して被駆動部３７を作動させる。これにより、駆動部３５の回転位置θｍが変化するとともに、出力としての回転角速度ωｍが変化する。そして、前記オブザーバ１９が前記電流指令値ＩＣＭＤと前記回転角速度ωｍとを取り込む。前記電流指令値ＩＣＭＤによって本来発生されるべき回転角速度ωＬと前記取り込んだ実際の回転角速度ωｍとの偏差が生じる。
前記オブザーバ１９は、導かれた回転角速度の偏差に基づいて駆動部３５に加わった反抗トルクを推定する。その反抗トルクから被駆動部３７が抵抗物モデル３９から受ける力に対する反抗力（推定トルク（外力の直流成分の推定値τｅｘｔ＿ｄｃ（ハット）））を推定する。この推定トルク（外力の直流成分の推定値τｅｘｔ＿ｄｃ（ハット））が電動射出成形機１の射出圧力のフィードバック制御用の入力信号として使用されることとなる。
【００２６】
図５は、制御対象を二慣性系制御モデルとして構成する場合の構成図である。
最初に、オブザーバを二慣性反力推定オブザーバとして構成する場合の各状態変数に関する微分方程式を順に示す。各式に示される変数は、ＩＣＭＤがモータ電流指令値、Ｋｔがトルク定数、Ｒｇがギア比、Ｋｓがバネ定数、Ｊｍがモータ慣性モーメント、Ｄｍがモータ粘性係数、ＪＬが負荷側慣性モーメント、ＤＬが負荷側粘性係数である。
【００２７】
また、図８に示すような状態変数線図３８Ａとして展開することができるので、負荷側（被駆動部３７）の回転角速度（回転情報）ωＬ 、サーボモータ側（駆動部３５）と負荷側との回転位置の差（回転角度差）θｓ、サーボモータ側の回転角速度ωｍ、樹脂圧力（オブザーバ１９で推定する力）から射出スクリュー５が受ける負荷側トルクτＬ、負荷側トルクτＬの一次微分をτＬ（ドット）、負荷側トルクτＬの二次微分をτＬ（ツードット）として示す。式では、τＬ（ドット）は、τＬの上に点（ドット）を１つ附す。また、τＬ（ツードット）は、それぞれτＬの上に点（ドット）を２つ附す。
【００２８】
サーボモータ側（駆動部３５）と負荷側との回転位置の差（回転角度差）であるねじれ角θｓの微分方程式を、式（１）として示す。
【００２９】
【数１】
【００３０】
負荷側（被駆動部３７）の回転角速度（回転情報）ωＬの微分方程式を、式（２）として示す。
【００３１】
【数２】
【００３２】
サーボモータ側（駆動部３５）の回転角速度ωｍの微分方程式を、式（３）として示す。
【００３３】
【数３】
【００３４】
図６は、本実施形態における外乱の定義を示す図である。
図６に示されるサーボモータ側から供給されるトルクτｍに応じて慣性モーメントＪｍの駆動対象を駆動し回転角速度ωｍを得る。ただし、回転角速度ωｍは、供給されるトルクτｍに対して、負荷側からの負荷側トルクτＬの影響を受け変化する。
本実施形態では、電動射出成形機１の射出スクリュー（受圧体）５（以下、「射出軸」という。）を駆動する力指令値にあたる外力の直流成分τｅｘｔ＿ｄｃに外力の高調波成分τｅｘｔ＿ａｃを重畳させて、静止摩擦力が電動射出成形機１の射出軸に影響しない様に制御する。その外力の高調波成分τｅｘｔ＿ａｃの基本周波数をω０として示す。
外力の高調波成分τｅｘｔ＿ａｃが重畳された指令値によって、電動射出成形機１の射出軸が駆動される。射出軸が駆動され、溶融樹脂（射出対象物）を加圧した際に反力の高調波成分を生じる。
その反力の高調波成分は、指令値に基づいて駆動された外力の高調波成分τｅｘｔ＿ａｃによって生じることから、同じ周波数成分、つまり基本周波数ω０に生じる。
【００３５】
通常のオブザーバでは、入力信号に重畳された高調波入力成分だけであれば、その高調波の影響を受けずに、外乱入力を推定することができる。しかしながら、電動射出成形機１の場合、この外乱入力は、射出軸が溶融樹脂を押した際の反力であるため、重畳した高調波の力と同じ周波数の反力も、射出軸の射出による反力と同時に、外乱入力として、電動射出成形機１に加わることとなる。
その高調波の反力は、重畳した高調波と同じ周波数であるが、溶融樹脂は機械インピーダンスを持つので同じ周波数の反力でも、重畳した高調波の力の位相と反力の位相が異なり、位相の値は未知となる。それゆえ、どのような波形の反力が加わるかを予測できないため、モデル化することができない。
したがって、この高調波成分の影響について、通常のオブザーバによる推定方法では完全に排除することができない。通常のオブザーバとは、状態オブザーバ及び外乱オブザーバの双方のことである。
【００３６】
図７は、本実施形態における制御モデルを示す図である。
そこで、図７に示すように、射出軸が受ける外力の直流成分τｅｘｔ＿ｄｃは、射出圧による反力が重畳する外力の高調波成分τｅｘｔ＿ａｃと同じ周波数の固有振動数の機械インピーダンス要素９０を通過して、射出軸に加わる負荷側トルクτＬとみなし、この固有振動数ω０の影響を受けない高次外乱オブザーバを構成する。
つまり、この高次外乱オブザーバは、射出軸に加わる負荷側トルクτＬを外乱入力とする外乱オブザーバ部１９ａを構築し、その推定出力とする状態量に負荷側トルクτＬの推定値を含めて構成する。
なお、射出軸に作用する負荷側トルクτＬは、外力τｅｘｔによって変化する。その、外力τｅｘｔは、外力の直流成分τｅｘｔ＿ｄｃと、重畳された外力の高調波成分τｅｘｔ＿ａｃとの加算値であり、式（４）として示される。
【００３７】
【数４】
【００３８】
この高次外乱オブザーバは、固有振動数を持つ機械インピーダンス要素９０を通過する前の外乱入力（外力の直流成分τｅｘｔ＿ｄｃ）を、外力の高調波成分τｅｘｔ＿ａｃの反力の位相に影響を受けずに推定することができる。
結果的に、電動射出成形機１が押す力の高調波も、溶融樹脂が環境から受ける高調波も影響を受けないで、外乱入力（反力）を推定することが可能となる。
【００３９】
外乱オブザーバ部１９ａは、未知の外乱入力を状態変数と見なして、状態方程式を加えて、外乱入力を推定する。
本実施形態による２慣性系でモデル化される射出成型機において、負荷側トルクτＬは、機械インピーダンス要素９０の影響を受けトルクτｍに影響を与える。
また、外乱オブザーバ部１９ａの状態変数に関する微分方程式を、式（５）として示す。
【００４０】
【数５】
【００４１】
図９は、電動射出成形機１の制御モデル３８を他の形式で示した状態変数線図である。
図９に示される電動射出成形機１の制御モデル３８Ｂは、式（６）として示す状態方程式と、式（７）として示す出力方程式とによって示すことができる。
【００４２】
【数６】
【００４３】
【数７】
【００４４】
式（６）と式（７）において、Ａがシステム行列を示し、Ｂが制御行列を示し、ｘが状態変数を示し、ｕが入力変数を示し、ｙが出力変数を示し、Ｃが出力行列を示す。
高次外乱オブザーバを反力推定オブザーバに適用するために、モデルパラメータを当てはめ、各状態変数の微分式を導いて、式（８）として示す。
【００４５】
【数８】
【００４６】
式（８）に示された微分方程式において、負荷側（被駆動部３７）の回転速度（回転情報）ωＬ 、サーボモータ側（駆動部３５）と負荷側との回転位置の差（回転角度差）θｓ、サーボモータ側の回転速度ωｍ、樹脂圧力（オブザーバ１９で推定する力）から射出スクリュー５が受ける負荷側トルクτＬ、負荷側トルクτＬの一次微分であるτＬ（ドット）、及び、負荷側トルクτＬの２次微分であるτＬ（ツードット）を、状態変数ｘとして与えると、式（９）として状態方程式と、式（１０）として出力方程式が得られる。
【００４７】
【数９】
【００４８】
【数１０】
【００４９】
図１０は、電動射出成形機１の制御モデル３８を他の形式で示し外乱オブザーバ部を付加した制御モデルの状態変数線図である。
図１０に示した構成に基づいて、オブザーバ１９における外乱オブザーバ部１９ａを同定することができる。
そして、式（９）として示した状態方程式に基づいて、例えば、「ゴピナスの設計法」を用いて高次外乱を考慮した反力推定オブザーバを設計する。
設計した反力推定オブザーバを式（１１）に示す。
【００５０】
【数１１】
【００５１】
式（１１）において、ｗは、状態変数を変換した変換状態変数を示し、ζは減衰係数を示す。また、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、式（１２）に示す。ただし、式を簡略化するためＬ＝１／ＪＬとする。
【００５２】
【数１２】
【００５３】
式（１１）を整理して、外乱オブザーバ部１９ａの出力として式（１３）を得る。
【００５４】
【数１３】
【００５５】
式（１３）において、θｓ（ハット）、ωＬ（ハット）、τＬ（ハット）、τＬ（ドットハット）、τＬ（ツードットハット）は、外乱オブザーバ部１９ａで推定された状態変数である。式中で示す推定値は、記号の上に「＾」（ハット）を附す。
θｓ（ハット）は、ねじり角θｓの推定値である。ωＬ（ハット）は、負荷側回転角速度ωＬの推定値である。τＬ（ハット）、τＬ（ドットハット）、τＬ（ツードットハット）は、それぞれ推定された負荷側トルクτＬの推定値、τＬの一次微分の推定値、τＬの二次微分の推定値である。
【００５６】
外力の直流成分τｅｘｔ＿ｄｃが機械インピーダンス要素９０（共振要素）によって影響を受けた負荷側トルクτＬが制御モデル３８に作用するとみなした制御モデル（図６参照）によって示される、外力τｅｘｔと負荷側トルクτＬの関係に基づいて、式（１３）によって導かれたτＬ（ハット）、τＬ（ドットハット）、τＬ（ツードットハット）を用いて、式（１４）を得る。
【００５７】
【数１４】
【００５８】
式（１４）において、τｅｘｔ＿ｄｃ（ハット）が外力の直流成分τｅｘｔ＿ｄｃの推定値である。
上記に示した手順により、外乱オブザーバ部１９ａを要素とするオブザーバ１９を構成することができる。
また、外乱オブザーバ部１９ａから状態変数が供給される振動除去部１９ｂは、先に示した機械インピーダンス要素９０と逆の特性を有するものとする。オブザーバ１９によって外力の直流成分τｅｘｔ＿ｄｃの推定値が導かれる。
【００５９】
図１１と図１２を参照し、本実施形態の効果を示す。
図１１は、本実施形態の射出制御装置におけるオブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示す図である。
この図の縦軸は、射出軸の反抗トルク（圧力推定値、ＭＰａ（メガパスカル））を示し、横軸は時間（秒）の経過を示す。
波形Ｇ１１は、オブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示すグラフである。また、波形Ｇ１２は、ロードセルによって検出された圧力を示すグラフである。
【００６０】
時刻ｔ１から、射出工程が開始され、射出圧力設定部１７から供給される制御指令値ＩＣＭＤに従って、射出軸が押し出される。それに伴って圧力が単調に上昇する。時刻ｔ２において、所定量の射出を終えると、射出圧力設定部１７は、射出軸の押し出しを停止させ、所定の圧力を維持しながら加圧する保圧工程としての制御指令値ＩＣＭＤに変更する。この保圧工程は、時刻ｔ３まで継続する。時刻ｔ３を経過すると、射出圧力設定部１７は、保圧工程を終了させ、保圧工程の加圧状態を解除する。そして、射出圧力設定部１７は、次の射出工程の準備を行う背圧工程としての制御指令値ＩＣＭＤに変更する。背圧工程では、射出軸の位置を次の射出工程の初期状態の位置まで後退させながら、溶融樹脂を加熱筒４内に充填する。射出軸は加熱筒４内にムラ無く溶融樹脂を充填させるため、所定の圧力を維持し、負圧状態が生じないように加圧しながら後退する。
図に示したグラフでは、時刻ｔ２から時刻ｔ３の保圧工程において、ロードセルで検出された圧力と推定圧力に一致が見られる。
【００６１】
また、図１１に示した本実施形態の効果と比較するため従来の一般的なオブザーバ方式による推定結果を示す。
図１２は、一般的なオブザーバ方式による推定結果を示す図である。
この図では、本実施形態と制御方式が異なる構成を用いた結果を示し、また、印加する指令値も高調波成分を重畳した場合の結果が示される。
波形Ｇ３１は、オブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）である。また、波形Ｇ３２は、ロードセルによって検出された圧力である。
時刻ｔ２から時刻ｔ３の保圧工程では、重畳した高調波と同じ周波数成分の変動が、推定圧力の波形Ｇ３１に生じている。
本実施形態による図１１の結果と比較すると、指令値に高調波成分を重畳させたことによる推定圧力の振動性の誤差が低減できていることが示される。
【００６２】
（第２実施形態）
以下、本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、添付図面を参照して説明する。
図１３は、本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、電動射出成形機の射出圧力を制御する制御装置に適用した他の形態を示す。図１、図４と同じ構成には、同じ符号を附す。
この図１３に示される電動射出成形機（機械）1は、図４に示された制御モデル３８とオブザーバ１９に加え、線形摩擦補償部４０を備える。
線形摩擦補償部４０は、クーロン摩擦補間演算を行うクーロン摩擦補間部４１と、クーロン摩擦補間部４１によって変換された補償値に、予め定められる比例係数を乗算する係数演算子４２とを備える。
線形摩擦補償部４０は、サーボモータ１１が反転するときにクーロン摩擦が変化するため、その影響を低減させる。線形摩擦補償部４０は、回転方向が変化する変化点において発生する急峻な変化を低減させるため、変化点付近の特性を補間することにより、摩擦力の影響を低減させることができる。
【００６３】
図１４は、線形摩擦補償部とオブザーバの関係を示す図である。
線形摩擦補償部４０は、分岐点３５ｄから分岐されるサーボモータ１１の回転角速度ωｍに基づいて、摩擦力の変化によるモータトルクの補償量を生成する。生成されたモータトルクの補償量は、加算器４３において、モータトルクに加算される。これにより、補償されたモータトルクが、オブザーバ１９に供給される。
つまり、オブザーバ１９として構成した制御モデルでは、クーロン摩擦力を補償する構成としていないものである。しかし、入力される制御指令値ＩＣＭＤと発生させるモータトルクとが対応するため、上記の補償方法で静止摩擦力の影響を低減させることができる。
【００６４】
図１５は、クーロン摩擦補償特性の一例を示す図である。
図１５に示されるグラフは、クーロン摩擦補間部４１が有する変換特性を示す。
縦軸は、回転角速度に応じて補償された摩擦力を示し、横軸が回転角速度を示す。
モータ速度の値が、−ｖ０から＋ｖ０までの範囲をｓｉｎ特性で補間する。
具体的な補間特性を、式（１５）として示す。
【００６５】
【数１５】
【００６６】
式（１５）において、クーロン摩擦補間速度ｖ０の設定範囲として、例えば、１（回転／分）から１５（回転／分）を範囲として、１（回転／分）刻みで設定可能とする。その際の標準値としては、１０（回転／分）とする。
【００６７】
図１６から図１８を参照し、本実施形態の効果をシミュレーション結果に基づいて説明する。
このシミュレーションでは、保圧振動１０Ｈｚ、オブザーバ極７０ｒａｄ／ｓの条件で構成された制御系を用いて、シミュレーションに用いる実験値を取得した。取得された実験値（モータトルク、モータ回転数）に基づいて、オブザーバの構成を変えて、異なる構成のオブザーバによる推定値の違いを比較する。制御対象とする２慣性系制御モデルのパラメータは、式（１６）に示す値を用いる。
【００６８】
【数１６】
【００６９】
図１６は、本実施形態の射出制御装置において、オブザーバに供給する制御指令値にクーロン摩擦補償を施して推定した結果を示す図である。
図１６（ａ）は、本実施形態の射出制御装置において、オブザーバに供給する指令値にクーロン摩擦補償を施して推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示す図である。
この図の縦軸は、射出軸の反抗トルク（圧力推定値、ＭＰａ（メガパスカル））を示し、横軸は時間（秒）の経過を示す。
波形Ｇ４１は、クーロン摩擦補償を施して、オブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示すグラフである。また、波形Ｇ４２は、ロードセルによって検出された圧力を示すグラフである。
【００７０】
本実施形態の構成としたことにより、時刻ｔ３以降の背圧工程においても、２つの波形がよく一致していることが示されている。
図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の一部を拡大して示した図である。
波形Ｇ５１は、波形Ｇ４１の一部を示す。波形Ｇ５２は、波形Ｇ４２の一部を示す。
抽出した範囲は、時刻４秒から５秒までの１秒間であり、保圧工程（図１６（ａ）参照）にあたる。
波形Ｇ５１の変動と、波形Ｇ５２の変動を比べると、波形Ｇ５１の方が少ない。また、平均値の圧力差が約０．７（ＭＰａ）であり、波形Ｇ５２を基準として平均値を比べても１０２％であり、推定値として十分な値が示された。
【００７１】
また、図１６に示した本実施形態の効果と比較するため従来の一般的なオブザーバ方式による推定結果を示す。
図１７は、一般的なオブザーバ方式による推定結果を示す図である。
図１７（ａ）では、一般的なオブザーバを用いて、クーロン摩擦補間処理を行わないで比較した結果を示す。
波形Ｇ６１は、オブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）である。また、波形Ｇ６２は、ロードセルによって検出された圧力である。
時刻ｔ２から時刻ｔ３の保圧工程では、重畳した高調波と同じ周波数成分の変動が、主意定圧力の波形Ｇ６１に生じている。また、時刻ｔ３以降の背圧工程においても差が生じている。
【００７２】
図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の一部を拡大して示した図である。
波形Ｇ７１は、波形Ｇ５１の一部を示す。波形Ｇ７２は、波形Ｇ５２の一部を示す。
抽出した範囲は、時刻４秒から５秒までの１秒間であり、保圧工程（図１７（ａ）参照）にあたる。
波形Ｇ７１が示す推定圧力の振動成分の振幅は、約７（ＭＰａ）にも達する。
【００７３】
図１８は、第１実施形態に示した構成のオブザーバ方式による推定結果を示す図である。すなわち、図１８は、第２実施形態として示したクーロン摩擦補間処理を行わないで比較した結果を示す。
図１８（ａ）では、第１実施形態による構成に基づいて比較した結果を示す。
波形Ｇ８１は、オブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）である。また、波形Ｇ８２は、ロードセルによって検出された圧力である。
時刻ｔ２から時刻ｔ３の保圧工程では、重畳した高調波と同じ周波数成分の変動が、推定圧力の波形Ｇ８１に生じている。また、時刻ｔ３以降の背圧工程においても差が生じている。
【００７４】
図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の一部を拡大して示した図である。
波形Ｇ９１は、波形Ｇ８１の一部を示す。波形Ｇ９２は、波形Ｇ８２の一部を示す。
抽出した範囲は、時刻４秒から５秒までの１秒間であり、保圧工程（図１８（ａ）参照）にあたる。
波形Ｇ９１が示す振動成分の振幅は、図１６（ｂ）と同じ程度であるが、平均値の差は図１６（ｂ）に比べて大きな値が示される。
このように、図１６から図１８に示した結果から、図１６に示した、クーロン摩擦補償処理を本実施形態に示すオブザーバ１９に供給する制御指令値に対して補償することにより、推定精度を高めることができる。
【００７５】
さらに、図１９を参照し、本実施形態の効果を実際の射出制御装置に適用した場合の結果について説明する。
図１９は、本実施形態を適用した射出制御装置を用いた結果を示す図である。
実際の射出制御装置（ニイガタマシンテクノ社のモデルＭＤ７５Ｘ）の圧力制御装置（モーションコントローラ）に、本実施形態として示した圧力制御方法を適用し比較を行った。
図１９（ａ）は、本実施形態に示したようにオブザーバの入力側でクーロン摩擦補償を施して、本実施形態のオブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示すグラフである。
この図の縦軸は、射出軸の反抗トルク（圧力推定値、ＭＰａ（メガパスカル））を示し、横軸は時間（秒）の経過を示す。
波形Ｇ１０１は、クーロン摩擦補償を施して、本実施形態のオブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示すグラフである。また、波形Ｇ１０２は、ロードセルによって検出された圧力を示すグラフである。
本実施形態の構成としたことにより、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけての保圧工程における振動成分も観測されず、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけての背圧工程においても、２つの波形の一致性が高いことが示されている。
【００７６】
図１９（ｂ）は、本実施形態に示したようにオブザーバの入力側でクーロン摩擦補償を施しているが、用いたオブザーバは、従来方式のオブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示すグラフである。
この図の縦軸は、射出軸の反抗トルク（圧力推定値、ＭＰａ（メガパスカル））を示し、横軸は時間（秒）の経過を示す。
波形Ｇ１１１は、クーロン摩擦補償を施して、従来方式のオブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示すグラフである。また、波形Ｇ１１２は、ロードセルによって検出された圧力を示すグラフである。
【００７７】
本実施形態の構成としたことにより、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけての背圧工程では、２つの波形の一致性が高いことが示されている。しかしながら、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけての保圧工程に振動成分が生じることが観測された。
これにより、シミュレーションで観測された現象を実際の射出制御装置を用いた場合でも再現することができ、本実施形態として示した構成を用いたシミュレーション結果についても妥当性を示された。
【００７８】
なお、本発明の実施形態と示した構成は、一実施態様を示したものであり、本発明の要旨を変えない範囲で、構成、容量、数量などを変更することができる。
例えば、本実施形態では、外乱を生じる機械インピーダンス要素９０の特性を二次系として示したが、必要とされる次数を選択することができる。選択した機械インピーダンス要素の次数に応じて、外乱オブザーバ部１９ａが推定する負荷側トルクτＬの次数を合わせて定め、さらに、その後段の振動除去部１９ｂの特性も、機械インピーダンス要素９０（共振系）に対応した逆の特性（減衰系）の特性に変更する。
【００７９】
また、摩擦補償の手段として示したクーロン摩擦補償において、補間関数をｓｉｎ関数として示したが、単調に変化する他の関数（折れ線近似、台形補間など）を用いることができる。
また、その摩擦補償の補償量については、構成する制御系の構成に依存することから適用する制御系に応じて適宜定めることとする。
また、オブザーバが参照するサーボモータの回転情報は、回転角度として検出される位置情報、又は、回転角速度情報とすることができる。
【００８０】
なお、前記においては、本発明に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、電動射出成形機１の射出機構において射出スクリューによって射出圧力を制御する場合に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、計量時に射出スクリューに付加する背圧の制御に適用したり、サーボモータによりボールねじ軸にボールナットを螺合してなる直線移動機構を介して可動盤を直接または間接に移動させ、可動盤と固定盤との間で金型を型締めする型締機構において金型の型締め圧力を制御する場合や、エジェクタの突き出し圧力を制御する場合にも適用することができる。
さらに、電動モータにより伝動機構を介してねじ軸にナットを螺合してなる直線移動機構を作動させ、該直線移動機構に連結された加圧盤を移動させて、該加圧盤と固定盤との間でワークを加圧成形するプレス機械において、加圧盤に加える圧力（力）を制御する場合、その他の産業機械において圧力（力）の制御を行う場合にも適用することができる。
【００８１】
なお、本実施形態のサーボモータ１１により動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって射出スクリュー５（受圧体）に力を作用させる機械において、射出スクリュー５に作用させる力の制御を、制御手段によりサーボモータ１１の出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御装置であって、制御手段１５は、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された前記機械の制御モデルに対して構築され、かつ前記駆動部への電流指令と駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバ１９と、駆動部に対する電流指令と駆動部の回転情報とにより前記オブザーバ１９が推定した力に基づいて、前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、を備える。そして、オブザーバ１９は、電流指令値ＩＣＭＤとして重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素９０を介して被駆動部に作用する力を外乱として同定した制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部１９ａと、外乱オブザーバ部１９ａから出力される状態量に基づいて、機械インピーダンス要素９０の特性に応じて電流指令に重畳する振動の影響を低減し、被駆動部（３７）に作用する力を推定する。
これにより、外乱オブザーバ部１９ａの特性を容易に定めることができる。
【００８２】
また、本実施形態の外乱オブザーバ部１９ａは、電流指令と回転情報とに基づいて、作用する力の変化量と、前記力の変化量の高次成分とからなる状態量を推定する。
これにより、作用する力の変化量を高次成分まで推定することができ、推定された情報から影響を低減することができる。
【００８３】
また、本実施形態の回転情報に基づいて、機械（１）において生じる摩擦の影響を前記電流指令に対して補償する摩擦補償部を備え、オブザーバ１９は、補償された電流指令と、回転情報とに基づいて、作用する力の変化量と、作用する力の変化量の高次成分とからなる状態量を推定する。
これにより、作用する力の変化量を高次成分まで推定することができ、推定された情報から影響を低減することができる。
【００８４】
また、本実施形態の外乱オブザーバ部１９ａは、外乱を、電流指令として重畳させた振動と同じ周波数の固有振動数の機械インピーダンス要素９０を経て被駆動部(３７)に作用するとみなした制御モデルに基づいて構成される。
これにより、外乱オブザーバ部１９ａによって推定された状態変数から、容易に外乱として検出される電流指令（制御指令値）に重畳させた振動の影響を容易に低減することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１ 電動射出成形機（機械）
４ 加熱筒
５ 射出スクリュー（受圧体）
６ 支持台
８ ボールねじ軸
９ ボールナット
１０，１２ プーリ
１３ タイミングベルト（ベルト）
１４ パルスエンコーダ（位置検出器）
１５ 制御装置
１６ 射出速度設定部
１７ 射出圧力設定部
１８ 電流検出器
１９ オブザーバ
２０ 射出圧力フィードバック制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を動作させて受圧体に力を作用させる機械において、受圧体に作用する力をロードセル等の力検出器を使わずに制御する圧力制御装置及び圧力制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動射出成形機の圧力制御装置として、射出圧力の閉ループ制御部と、射出速度の閉ループ制御部と、外乱オブザーバ演算部と、射出圧力を検出するロードセルと、射出速度を検出するエンコーダとを備え、前記射出圧力の閉ループ制御部で圧力設定値とロードセルで検出された圧力検出値とから得られる動作信号を制御器で調節して射出速度指令値を出力し、この射出速度指令値と外乱オブザーバ演算部で推定した無効速度推定値とから得られる動作信号により、射出軸用の電動モータに入力するトルクを演算して、射出軸の圧力を圧力設定値と一致させるべくフィードバック制御するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、ロードセルは、電動モータから射出スクリューに至る射出軸系において機械に組み込むための構造が複雑になると共に、検出器自体が高価であるうえに、歪みゲージを検出部に貼り付ける構造のために、検出器不良が発生するおそれがある。
【０００３】
そこで、ロードセルに係る問題を回避するために、ロードセルを必要としないオブザーバを構成することにより、ロードセル（力覚センサ）を用いずに圧力制御を行うようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、電動射出成形機では、射出して金型を充填した後、所定の圧力を保持して加圧を続ける工程（保圧工程）を必要とする。保圧工程において、電動モータを用いて一定の圧力を保持するように印加する場合、電動モータが過負荷状態となる恐れがある。その問題を回避するために、必要とされる目標圧力に振動成分を重畳して圧力制御を行うことにより、電動モータ（サーボモータ）の実効負荷率を低下させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−４４２０６号公報
【特許文献２】特許第４０２２６２６号公報
【特許文献３】特開２００４−１１４４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２の電動射出成形機の制御装置において、特許文献３に記載の圧力制御方法を適用すると、ロードセルによって検出された圧力では検出されない偽信号がオブザーバで推定された圧力では検出される場合がある。電動射出成形機において、そのような偽信号が重畳した推定圧力の値ではフィードバック制御の帰還信号とすることができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、電動射出成形機等のように、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を動作させて受圧体に力を作用させる機械において、受圧体に作用する力をロードセル等の力検出器を使わずに正確に制御するサーボモータを用いた圧力制御方法装置及び圧力制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、機械の構成を簡単にすることができ、信頼性が得られるサーボモータを用いた圧力制御装置及び圧力制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に係るサーボモータを用いた圧力制御装置は、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、制御手段により前記サーボモータの出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御装置であって、前記制御手段は、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された前記機械の制御モデルに対して構築され、かつ前記駆動部への電流指令と前記駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバと、前記駆動部に対する電流指令と前記駆動部の回転情報とにより前記オブザーバが推定した力に基づいて、前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、を備え、前記オブザーバは、前記電流指令として重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素を介して前記被駆動部に作用する力を外乱として同定した前記制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部を備え、前記外乱オブザーバ部から出力される状態量に基づいて、前記機械インピーダンス要素の特性に応じて前記電流指令に重畳する振動の影響を低減し、前記被駆動部に作用する力を推定することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係るサーボモータを用いた圧力制御装置は、請求項１に記載の圧力制御装置において、前記外乱オブザーバ部は、前記電流指令と前記回転情報とに基づいて、前記作用する力の変化量と、前記力の変化量の高次成分とからなる状態量を推定することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係るサーボモータを用いた圧力制御装置は、請求項１又は請求項２に記載の圧力制御装置において、前記回転情報に基づいて、前記機械において生じる摩擦の影響を前記電流指令に対して補償する摩擦補償部を備え、前記オブザーバは、前記補償された電流指令と、前記回転情報とに基づいて、前記作用する力の変化量と、前記力の変化量の高次成分とからなる状態量を推定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係るサーボモータを用いた圧力制御装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧力制御装置において、前記外乱オブザーバ部は、前記外乱を、前記電流指令として重畳させた振動と同じ周波数の固有振動数の前記機械インピーダンス要素を経て前記被駆動部に作用するとみなした前記制御モデルに基づいて構成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係るサーボモータを用いた圧力制御方法は、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、前記サーボモータの出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御方法であって、前記機械を駆動部と動力伝達部と被駆動部とからなる制御モデルとして構築し、該制御モデルに対して、前記駆動部への電流指令と駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバを構築し、前記駆動部に対する電流指令と前記駆動部の回転情報とにより前記オブザーバが推定した力に基づいて、前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御する際に、前記オブザーバは、前記電流指令として重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素を介して前記被駆動部に作用する力を外乱として同定した前記制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部から出力される状態量に基づいて、前記機械インピーダンス要素の特性に応じて前記電流指令に重畳する振動の影響を低減させて前記被駆動部に作用する力を推定することを特徴とする。
なお、上記のサーボモータを用いた圧力制御装置及び圧力制御方法において、前記機械は、前記サーボモータによりプーリとベルトを介してボールねじ軸またはボールナットを回転させ、これらに螺合するボールナットまたはボールねじ軸を介して射出機構の射出スクリューを作動させて、型締機構によって型締めされた金型に溶融樹脂を圧力を制御しながら射出して成形を行う電動射出成形機としてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は以下の優れた効果を奏する。
すなわち、請求項１に係るサーボモータを用いた圧力制御装置及び請求項５に係る圧力制御方法によれば、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、制御手段により前記サーボモータの出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御装置であって、制御手段は、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された機械の制御モデルに対して構築され、かつ駆動部への電流指令と駆動部からの回転情報とに基づいて被駆動部が受ける力を推定するオブザーバと、駆動部に対する電流指令と駆動部の回転情報とによりオブザーバが推定した力に基づいて、作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、を備える。また、オブザーバは、電流指令として重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素を介して被駆動部に作用する力を外乱として同定した制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部を備える。そして、オブザーバは、外乱オブザーバ部から出力される状態量に基づいて、機械インピーダンス要素の特性に応じて電流指令に重畳する振動の影響を低減し、被駆動部に作用する力を推定することができるので、その力に基づいてサーボモータの動作をフィードバック制御することにより、作動体が受圧体に作用させる力をロードセル等の力検出器を使わずに正確に制御することができる。
これにより、機械にロードセルを組み込む格別の手段が不要となるので、機械の構成を簡単にすることができると共に、サーボモータを用いた圧力制御装置の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を適用した電動射出成形機の制御装置を示すブロック図である。
【図２】射出圧力設定部の構成を示すブロック図である。
【図３】圧力制御の指令値について示す図である。
【図４】本実施形態の制御モデルを示す図である。
【図５】制御対象を二慣性系制御モデルとして構成する場合の構成図である。
【図６】本実施形態における制御モデルについて示す図である。
【図７】同じく制御モデルについて示す図である。
【図８】同じく制御モデルの状態変数線図である。
【図９】同じく制御モデルを他の形式で示した状態変数線図である。
【図１０】同じく外乱オブザーバ部を付加した制御モデルの状態変数線図である。
【図１１】本実施形態の射出制御装置におけるオブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示す図である。
【図１２】一般的なオブザーバ方式による推定結果を示す図である。
【図１３】本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、電動射出成形機の射出圧力を制御する制御装置に適用した他の形態を示すブロック図である。
【図１４】線形摩擦補償部とオブザーバの関係を示す図である。
【図１５】クーロン摩擦補償特性の一例を示す図である。
【図１６】本実施形態の射出制御装置において、オブザーバに供給する制御指令値にクーロン摩擦補償を施して推定した結果を示す図である。
【図１７】一般的なオブザーバ方式による推定結果を示す図である。
【図１８】第１実施形態に示した構成のオブザーバ方式による推定結果を示す図である。
【図１９】本実施形態を適用した射出制御装置を用いた結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、電動射出成形機の射出圧力を制御する制御装置に適用した一例を示す。図１において、１は電動射出成形機（機械）であり、支持盤２に取り付けられた先端にノズル３を有する加熱筒４と、該加熱筒４内に軸回りに回転自在にかつ軸方向に移動自在に挿入された射出スクリュー（受圧体）５と、該射出スクリュー５の外端を回転自在に支持する支持台６とを有する。また、前記支持台６は、前記支持盤２とこれに対向配置した他の支持盤７に対して回転自在に支承された一対のボールねじ軸８に、該ボールねじ軸８に螺合されたボールナット９を介して２箇所で支持されている。
【００１５】
また、各ボールねじ軸８の一端にはプーリ１０がそれぞれ取り付けられ、これらのプーリ１０とサーボモータ１１の出力軸に取り付けられたプーリ１２との間に、タイミングベルト（ベルト）１３が張設され、前記サーボモータ１１の回転により、タイミングベルト１３と各プーリ１０，１２を介して各ボールねじ軸８が回転され、これらに螺合されたボールナット９を介して前記支持台６が往復移動し、これにより、前記射出スクリュー５がその軸方向に移動して、射出スクリュー５の回転で加熱筒４内の先端部に計量された溶融樹脂を、型締機構によって型締めされた金型（図示せず）内に射出するようになっている。また、１４はサーボモータ１１の回転位置に応じたパルスを発生するパルスエンコーダである（位置検出器）。
【００１６】
一方、前記金型に溶融樹脂を射出する射出圧力を制御する制御装置（制御手段）１５は、オペレータが射出速度設定値ＶSVを設定する射出速度設定部１６と、射出圧力設定値を設定する射出圧力設定部１７と、前記パルスエンコーダ１４が検出したサーボモータ１１の現在の回転位置θに基づいて導かれる回転角速度（回転情報）ωｍ（図４参照）及び電流検出器１８が検出するサーボモータ１１に対する現在の電流値（電流指令）Ｉから射出圧力フィードバック値を推定するオブザーバ１９と、射出圧力フィードバック制御部２０とを備えている。該射出圧力フィードバック制御部２０は、前記オブザーバ１９が推定した射出圧力フィードバック値と前記射出圧力設定部１７による射出圧力設定値との偏差値を求める加算器２１と、その偏差値に対しＰＩＤ演算を実行する第１のＰＩＤ演算器２２と、このＰＩＤ演算器２２の出力値ＭV と前記射出速度設定部１６による射出速度設定値ＶSVとを比較する比較器２３と、該比較器２３でＭV ＞ＶSVのときＰＩＤ演算器２２の積分要素２２ａを回路から切り離すスイッチ２５とから構成されている。
【００１７】
さらに、前記制御装置１５は、前記出力値ＭV から速度指令値ＳV を得る射出速度指令部２６と、該射出速度指令部２６から入力された速度指令値ＳV を射出速度設定値ＶSVによってクランプ（制限）して出力値ＶＬIN（ＶSV＞ＳV のときＶＬIN＝ＳV 、ＶSV≦ＳV のときＶＬIN＝ＶSVとなる）を出力する射出速度制限部２７と、前記パルスエンコーダ１４からの回転位置θに基づいて回転角速度（回転情報）ωｍに変換する射出速度フィードバック入力回路２８と、加算器２９によって前記射出速度制限部２７の出力値ＶＬINと射出速度フィードバック入力回路２８から出力された回転角速度ωｍとの偏差値を求め、該偏差値に対し第２のＰＩＤ演算器３０によってＰＩＤ演算を実行する射出速度フィードバック制御部３１と、前記電流検出器１８からのフィードバック電流と前記第２のＰＩＤ演算器３０の演算出力との偏差値を求める加算器３２と、該加算器３２が求めた偏差値のＰＩＤ演算を行う電流制御用のＰＩＤ演算器３３とを備えている。該電流制御用のＰＩＤ演算器３３の出力電流が最終的にサーボモータ１１への電流指令値（電流指令）Ｉとなる。なお、前記各ＰＩＤ演算器２２，３０は可変できる制御定数である。
【００１８】
次に、前記オブザーバ１９は、前記電動射出成形機１を駆動部と動力伝達部と被駆動部とからなる制御モデルに基づいて構築して、該制御モデルの駆動部に対する動作指令と、射出速度フィードバック入力回路２８によって変換された駆動部の回転角速度（回転情報）から被駆動部に作用する力を推定する推定器として構築されている。例えば、本実施形態では２慣性系制御モデルを示す。
すなわち、前記電動射出成形機１の制御モデル（制御モデル）３８は、図４に示すように、前記サーボモータ１１が、トルク定数Ｋｔを有するトルク定数要素３５ａと、加え合わせ点３５ｂを介して前記トルク定数要素３５ａに結合されたトルク／回転要素３５ｃとを含む伝達要素からなる駆動部３５として構成される。なお、トルク／回転要素３５ｃには、パルスエンコーダ（位置検出器）１４及び射出速度フィードバック入力回路２８を含むこととし、駆動部３５の出力として前記サーボモータ１１の回転角速度ωｍを得るものとして以下、説明する。
【００１９】
また、制御モデル３８は、プーリ１０，１２およびタイミングベルト１３が、前記駆動部３５の加え合わせ点３５ｂと引き出し点３５ｄにそれぞれ結合されたギヤ比（回転比）Ｒｇを有する一対の回転角速度変換要素３６ａ，３６ｂと、一方の回転角速度変換要素３６ａと結合された前記タイミングベルト１３のバネ定数Ｋｓを有するバネ定数要素３６ｃと、該バネ定数要素３６ｃに結合されると共に加え合わせ点３６ｄを介して他方の回転角速度変換要素３６ｂと結合された変換要素３６ｅとを含む伝達要素からなる動力伝達部３６として構成される。
【００２０】
また、制御モデル３８は、前記ボールねじ軸８、ボールナット９，支持台６等が、加え合わせ点３７ａを介して前記バネ定数要素３６ｃに結合されると共に引き出し点３７ｂから加え合わせ点３６ｄを経て前記変換要素３６ｅに結合された従動側要素３７ｃとを含む伝達要素からなる被駆動部３７として構成されて構築されている。
【００２１】
なお、前記トルク／回転要素３５ｃは一次側の等価慣性モーメントＪｍと粘性係数Ｄｍを含んで構成され、前記従動側要素３７ｃは二次側の等価慣性モーメントＪＬと粘性係数ＤＬを含んで構成されている。
そして、前記オブザーバ１９は、前記駆動部３５に対する電流指令値（電流指令）ＩＣＭＤが引き出し点３５ｆから供給されると共に、駆動部３５からの出力である前記サーボモータ１１の回転角速度（回転情報）ωｍが射出速度フィードバック入力回路２８から供給され、推定されたトルク（力または圧力）である外力の直流成分の推定値τｅｘｔ＿ｄｃ（ハット）を出力する。
また、前記オブザーバ１９は、前記オブザーバ１９に供給される電流指令値ＩＣＭＤと回転角速度ωｍとに基づいて状態変数を導く外乱オブザーバ部１９ａと、外乱オブザーバ部１９ａによって導かれた状態変数、すなわち、外乱オブザーバ部１９ａによって推定された外乱の影響を低減させる振動除去部１９ｂを備える。前記オブザーバ１９に関する詳細な説明は、後述とする。
【００２２】
図２と図３を参照し、射出制御装置における圧力制御の指令値について説明する。
図２は、射出圧力設定部１７の構成を示すブロック図である。
また、図３は、圧力制御の指令値について示す図である。
射出圧力設定部１７は、前記射出圧力Ｐ における保圧設定値Ｐｉ（Ｐ１〜Ｐ３）を、それぞれ、図３（ａ）に示すように、時間ｔに関して変化しない一定値として設定する一定値設定部１７ａと、この一定値設定部１７ａに設定された一定値の保圧設定値Ｐｉを加工し、図３（ｂ）に示すように、所定の周波数ｆ（周期ω０）と振幅Ａの圧力変動（振動）を伴った保圧指令値を出力する設定値加工部１７ｂと、前記保圧指令値の周波数ｆ（周期ω０）を設定する周波数設定部１７ｃと、前記保圧指令値の振幅Ａを設定する振幅設定部１７ｄと、前記一定値設定部１７ａと前記設定値加工部１７ｂのいずれかを一方を前記射出圧力フィードバック制御部２０ に切換え接続するための切換スイッチ（切換手段）１７ｅとを備えている。
前記切換スイッチ１７ｅは、前記一定値設定部１７ａからの一定の保圧設定値Ｐｉと前記設定値加工部１７ｂからの保圧指令値Ｐｃのいずれによって前記サーボモータ１１を回転作動させるかの設定切り換えを行うものである。なお、前記一定値設定部１７ａ、周波数設定部１７ｃ、振幅設定部１７ｄはそれぞれ設定キー等によって適宜数値を入力するようになっている。
【００２３】
前記設定値加工部１７ｂは、前記一定値設定部１７ａから入力された図３（ａ）に示すような一定の保圧設定値Ｐｉを、前記周波数設定器１７ｃ、振幅設定器１７ｄからそれぞれ入力された周波数ｆ、振幅Ａに基づいて所要の演算を行って、図３（ｂ）に示すように、一定の保圧設定値Ｐｉを中心にしてその上下に、時間ｔの経過に従って圧力変化を繰り返す一定振幅Ａ、一定周波数ｆのｓｉｎ曲線、ｃｏｓ曲線、三角波、台形波、矩形等からなる振動を伴った保圧指令値Ｐｃに加工し、この保圧指令値Ｐｃに対応する制御データを、前記切換スイッチ１７ｅを経て前記射出圧力フィードバック制御部２０ の記憶領域に記憶させるようになっている。
【００２４】
これにより、前記設定値加工部１７ｂが一定値設定器１７ａから入力された保圧設定値Ｐｉを、周波数設定器１７ｃと振幅設定器１７ｄからそれぞれ入力された周波数ｆ、振幅Ａに基づいて、図３（ｂ）に示すような振動を伴った保圧指令値Ｐｃに加工する。この保圧指令値Ｐｃは前記一定値設定器１７ａで設定された充填圧力設定値Ｐ０と共に切換スイッチ１７ｅを介して前記射出圧力フィードバック制御部２０の記憶領域に記憶される。
なお、射出制御装置における圧力制御の指令値の詳細な制御方法については、特許文献３などを参照する。
【００２５】
図４は、本実施形態の制御モデルを示す図である。
図４に示される前記制御モデル３８において、前記駆動部３５（サーボモータ１１）のトルク定数要素３５ａに電流指令値ＩＣＭＤが入力されると、動力伝達部３６を介して被駆動部３７を作動させる。これにより、駆動部３５の回転位置θｍが変化するとともに、出力としての回転角速度ωｍが変化する。そして、前記オブザーバ１９が前記電流指令値ＩＣＭＤと前記回転角速度ωｍとを取り込む。前記電流指令値ＩＣＭＤによって本来発生されるべき回転角速度ωＬと前記取り込んだ実際の回転角速度ωｍとの偏差が生じる。
前記オブザーバ１９は、導かれた回転角速度の偏差に基づいて駆動部３５に加わった反抗トルクを推定する。その反抗トルクから被駆動部３７が抵抗物モデル３９から受ける力に対する反抗力（推定トルク（外力の直流成分の推定値τｅｘｔ＿ｄｃ（ハット）））を推定する。この推定トルク（外力の直流成分の推定値τｅｘｔ＿ｄｃ（ハット））が電動射出成形機１の射出圧力のフィードバック制御用の入力信号として使用されることとなる。
【００２６】
図５は、制御対象を二慣性系制御モデルとして構成する場合の構成図である。
最初に、オブザーバを二慣性反力推定オブザーバとして構成する場合の各状態変数に関する微分方程式を順に示す。各式に示される変数は、ＩＣＭＤがモータ電流指令値、Ｋｔがトルク定数、Ｒｇがギア比、Ｋｓがバネ定数、Ｊｍがモータ慣性モーメント、Ｄｍがモータ粘性係数、ＪＬが負荷側慣性モーメント、ＤＬが負荷側粘性係数である。
【００２７】
また、図８に示すような状態変数線図３８Ａとして展開することができるので、負荷側（被駆動部３７）の回転角速度（回転情報）ωＬ 、サーボモータ側（駆動部３５）と負荷側との回転位置の差（回転角度差）θｓ、サーボモータ側の回転角速度ωｍ、樹脂圧力（オブザーバ１９で推定する力）から射出スクリュー５が受ける負荷側トルクτＬ、負荷側トルクτＬの一次微分をτＬ（ドット）、負荷側トルクτＬの二次微分をτＬ（ツードット）として示す。式では、τＬ（ドット）は、τＬの上に点（ドット）を１つ附す。また、τＬ（ツードット）は、それぞれτＬの上に点（ドット）を２つ附す。
【００２８】
サーボモータ側（駆動部３５）と負荷側との回転位置の差（回転角度差）であるねじれ角θｓの微分方程式を、式（１）として示す。
【００２９】
【数１】
【００３０】
負荷側（被駆動部３７）の回転角速度（回転情報）ωＬの微分方程式を、式（２）として示す。
【００３１】
【数２】
【００３２】
サーボモータ側（駆動部３５）の回転角速度ωｍの微分方程式を、式（３）として示す。
【００３３】
【数３】
【００３４】
図６は、本実施形態における外乱の定義を示す図である。
図６に示されるサーボモータ側から供給されるトルクτｍに応じて慣性モーメントＪｍの駆動対象を駆動し回転角速度ωｍを得る。ただし、回転角速度ωｍは、供給されるトルクτｍに対して、負荷側からの負荷側トルクτＬの影響を受け変化する。
本実施形態では、電動射出成形機１の射出スクリュー（受圧体）５（以下、「射出軸」という。）を駆動する力指令値にあたる外力の直流成分τｅｘｔ＿ｄｃに外力の高調波成分τｅｘｔ＿ａｃを重畳させて、静止摩擦力が電動射出成形機１の射出軸に影響しない様に制御する。その外力の高調波成分τｅｘｔ＿ａｃの基本周波数をω０として示す。
外力の高調波成分τｅｘｔ＿ａｃが重畳された指令値によって、電動射出成形機１の射出軸が駆動される。射出軸が駆動され、溶融樹脂（射出対象物）を加圧した際に反力の高調波成分を生じる。
その反力の高調波成分は、指令値に基づいて駆動された外力の高調波成分τｅｘｔ＿ａｃによって生じることから、同じ周波数成分、つまり基本周波数ω０に生じる。
【００３５】
通常のオブザーバでは、入力信号に重畳された高調波入力成分だけであれば、その高調波の影響を受けずに、外乱入力を推定することができる。しかしながら、電動射出成形機１の場合、この外乱入力は、射出軸が溶融樹脂を押した際の反力であるため、重畳した高調波の力と同じ周波数の反力も、射出軸の射出による反力と同時に、外乱入力として、電動射出成形機１に加わることとなる。
その高調波の反力は、重畳した高調波と同じ周波数であるが、溶融樹脂は機械インピーダンスを持つので同じ周波数の反力でも、重畳した高調波の力の位相と反力の位相が異なり、位相の値は未知となる。それゆえ、どのような波形の反力が加わるかを予測できないため、モデル化することができない。
したがって、この高調波成分の影響について、通常のオブザーバによる推定方法では完全に排除することができない。通常のオブザーバとは、状態オブザーバ及び外乱オブザーバの双方のことである。
【００３６】
図７は、本実施形態における制御モデルを示す図である。
そこで、図７に示すように、射出軸が受ける外力の直流成分τｅｘｔ＿ｄｃは、射出圧による反力が重畳する外力の高調波成分τｅｘｔ＿ａｃと同じ周波数の固有振動数の機械インピーダンス要素９０を通過して、射出軸に加わる負荷側トルクτＬとみなし、この固有振動数ω０の影響を受けない高次外乱オブザーバを構成する。
つまり、この高次外乱オブザーバは、射出軸に加わる負荷側トルクτＬを外乱入力とする外乱オブザーバ部１９ａを構築し、その推定出力とする状態量に負荷側トルクτＬの推定値を含めて構成する。
なお、射出軸に作用する負荷側トルクτＬは、外力τｅｘｔによって変化する。その、外力τｅｘｔは、外力の直流成分τｅｘｔ＿ｄｃと、重畳された外力の高調波成分τｅｘｔ＿ａｃとの加算値であり、式（４）として示される。
【００３７】
【数４】
【００３８】
この高次外乱オブザーバは、固有振動数を持つ機械インピーダンス要素９０を通過する前の外乱入力（外力の直流成分τｅｘｔ＿ｄｃ）を、外力の高調波成分τｅｘｔ＿ａｃの反力の位相に影響を受けずに推定することができる。
結果的に、電動射出成形機１が押す力の高調波も、溶融樹脂が環境から受ける高調波も影響を受けないで、外乱入力（反力）を推定することが可能となる。
【００３９】
外乱オブザーバ部１９ａは、未知の外乱入力を状態変数と見なして、状態方程式を加えて、外乱入力を推定する。
本実施形態による２慣性系でモデル化される射出成型機において、負荷側トルクτＬは、機械インピーダンス要素９０の影響を受けトルクτｍに影響を与える。
また、外乱オブザーバ部１９ａの状態変数に関する微分方程式を、式（５）として示す。
【００４０】
【数５】
【００４１】
図９は、電動射出成形機１の制御モデル３８を他の形式で示した状態変数線図である。
図９に示される電動射出成形機１の制御モデル３８Ｂは、式（６）として示す状態方程式と、式（７）として示す出力方程式とによって示すことができる。
【００４２】
【数６】
【００４３】
【数７】
【００４４】
式（６）と式（７）において、Ａがシステム行列を示し、Ｂが制御行列を示し、ｘが状態変数を示し、ｕが入力変数を示し、ｙが出力変数を示し、Ｃが出力行列を示す。
高次外乱オブザーバを反力推定オブザーバに適用するために、モデルパラメータを当てはめ、各状態変数の微分式を導いて、式（８）として示す。
【００４５】
【数８】
【００４６】
式（８）に示された微分方程式において、負荷側（被駆動部３７）の回転速度（回転情報）ωＬ 、サーボモータ側（駆動部３５）と負荷側との回転位置の差（回転角度差）θｓ、サーボモータ側の回転速度ωｍ、樹脂圧力（オブザーバ１９で推定する力）から射出スクリュー５が受ける負荷側トルクτＬ、負荷側トルクτＬの一次微分であるτＬ（ドット）、及び、負荷側トルクτＬの２次微分であるτＬ（ツードット）を、状態変数ｘとして与えると、式（９）として状態方程式と、式（１０）として出力方程式が得られる。
【００４７】
【数９】
【００４８】
【数１０】
【００４９】
図１０は、電動射出成形機１の制御モデル３８を他の形式で示し外乱オブザーバ部を付加した制御モデルの状態変数線図である。
図１０に示した構成に基づいて、オブザーバ１９における外乱オブザーバ部１９ａを同定することができる。
そして、式（９）として示した状態方程式に基づいて、例えば、「ゴピナスの設計法」を用いて高次外乱を考慮した反力推定オブザーバを設計する。
設計した反力推定オブザーバを式（１１）に示す。
【００５０】
【数１１】
【００５１】
式（１１）において、ｗは、状態変数を変換した変換状態変数を示し、ζは減衰係数を示す。また、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、式（１２）に示す。ただし、式を簡略化するためＬ＝１／ＪＬとする。
【００５２】
【数１２】
【００５３】
式（１１）を整理して、外乱オブザーバ部１９ａの出力として式（１３）を得る。
【００５４】
【数１３】
【００５５】
式（１３）において、θｓ（ハット）、ωＬ（ハット）、τＬ（ハット）、τＬ（ドットハット）、τＬ（ツードットハット）は、外乱オブザーバ部１９ａで推定された状態変数である。式中で示す推定値は、記号の上に「＾」（ハット）を附す。
θｓ（ハット）は、ねじり角θｓの推定値である。ωＬ（ハット）は、負荷側回転角速度ωＬの推定値である。τＬ（ハット）、τＬ（ドットハット）、τＬ（ツードットハット）は、それぞれ推定された負荷側トルクτＬの推定値、τＬの一次微分の推定値、τＬの二次微分の推定値である。
【００５６】
外力の直流成分τｅｘｔ＿ｄｃが機械インピーダンス要素９０（共振要素）によって影響を受けた負荷側トルクτＬが制御モデル３８に作用するとみなした制御モデル（図６参照）によって示される、外力τｅｘｔと負荷側トルクτＬの関係に基づいて、式（１３）によって導かれたτＬ（ハット）、τＬ（ドットハット）、τＬ（ツードットハット）を用いて、式（１４）を得る。
【００５７】
【数１４】
【００５８】
式（１４）において、τｅｘｔ＿ｄｃ（ハット）が外力の直流成分τｅｘｔ＿ｄｃの推定値である。
上記に示した手順により、外乱オブザーバ部１９ａを要素とするオブザーバ１９を構成することができる。
また、外乱オブザーバ部１９ａから状態変数が供給される振動除去部１９ｂは、先に示した機械インピーダンス要素９０と逆の特性を有するものとする。オブザーバ１９によって外力の直流成分τｅｘｔ＿ｄｃの推定値が導かれる。
【００５９】
図１１と図１２を参照し、本実施形態の効果を示す。
図１１は、本実施形態の射出制御装置におけるオブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示す図である。
この図の縦軸は、射出軸の反抗トルク（圧力推定値、ＭＰａ（メガパスカル））を示し、横軸は時間（秒）の経過を示す。
波形Ｇ１１は、オブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示すグラフである。また、波形Ｇ１２は、ロードセルによって検出された圧力を示すグラフである。
【００６０】
時刻ｔ１から、射出工程が開始され、射出圧力設定部１７から供給される制御指令値ＩＣＭＤに従って、射出軸が押し出される。それに伴って圧力が単調に上昇する。時刻ｔ２において、所定量の射出を終えると、射出圧力設定部１７は、射出軸の押し出しを停止させ、所定の圧力を維持しながら加圧する保圧工程としての制御指令値ＩＣＭＤに変更する。この保圧工程は、時刻ｔ３まで継続する。時刻ｔ３を経過すると、射出圧力設定部１７は、保圧工程を終了させ、保圧工程の加圧状態を解除する。そして、射出圧力設定部１７は、次の射出工程の準備を行う背圧工程としての制御指令値ＩＣＭＤに変更する。背圧工程では、射出軸の位置を次の射出工程の初期状態の位置まで後退させながら、溶融樹脂を加熱筒４内に充填する。射出軸は加熱筒４内にムラ無く溶融樹脂を充填させるため、所定の圧力を維持し、負圧状態が生じないように加圧しながら後退する。
図に示したグラフでは、時刻ｔ２から時刻ｔ３の保圧工程において、ロードセルで検出された圧力と推定圧力に一致が見られる。
【００６１】
また、図１１に示した本実施形態の効果と比較するため従来の一般的なオブザーバ方式による推定結果を示す。
図１２は、一般的なオブザーバ方式による推定結果を示す図である。
この図では、本実施形態と制御方式が異なる構成を用いた結果を示し、また、印加する指令値も高調波成分を重畳した場合の結果が示される。
波形Ｇ３１は、オブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）である。また、波形Ｇ３２は、ロードセルによって検出された圧力である。
時刻ｔ２から時刻ｔ３の保圧工程では、重畳した高調波と同じ周波数成分の変動が、推定圧力の波形Ｇ３１に生じている。
本実施形態による図１１の結果と比較すると、指令値に高調波成分を重畳させたことによる推定圧力の振動性の誤差が低減できていることが示される。
【００６２】
（第２実施形態）
以下、本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、添付図面を参照して説明する。
図１３は、本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、電動射出成形機の射出圧力を制御する制御装置に適用した他の形態を示す。図１、図４と同じ構成には、同じ符号を附す。
この図１３に示される電動射出成形機（機械）1は、図４に示された制御モデル３８とオブザーバ１９に加え、線形摩擦補償部４０を備える。
線形摩擦補償部４０は、クーロン摩擦補間演算を行うクーロン摩擦補間部４１と、クーロン摩擦補間部４１によって変換された補償値に、予め定められる比例係数を乗算する係数演算子４２とを備える。
線形摩擦補償部４０は、サーボモータ１１が反転するときにクーロン摩擦が変化するため、その影響を低減させる。線形摩擦補償部４０は、回転方向が変化する変化点において発生する急峻な変化を低減させるため、変化点付近の特性を補間することにより、摩擦力の影響を低減させることができる。
【００６３】
図１４は、線形摩擦補償部とオブザーバの関係を示す図である。
線形摩擦補償部４０は、分岐点３５ｄから分岐されるサーボモータ１１の回転角速度ωｍに基づいて、摩擦力の変化によるモータトルクの補償量を生成する。生成されたモータトルクの補償量は、加算器４３において、モータトルクに加算される。これにより、補償されたモータトルクが、オブザーバ１９に供給される。
つまり、オブザーバ１９として構成した制御モデルでは、クーロン摩擦力を補償する構成としていないものである。しかし、入力される制御指令値ＩＣＭＤと発生させるモータトルクとが対応するため、上記の補償方法で静止摩擦力の影響を低減させることができる。
【００６４】
図１５は、クーロン摩擦補償特性の一例を示す図である。
図１５に示されるグラフは、クーロン摩擦補間部４１が有する変換特性を示す。
縦軸は、回転角速度に応じて補償された摩擦力を示し、横軸が回転角速度を示す。
モータ速度の値が、−ｖ０から＋ｖ０までの範囲をｓｉｎ特性で補間する。
具体的な補間特性を、式（１５）として示す。
【００６５】
【数１５】
【００６６】
式（１５）において、クーロン摩擦補間速度ｖ０の設定範囲として、例えば、１（回転／分）から１５（回転／分）を範囲として、１（回転／分）刻みで設定可能とする。その際の標準値としては、１０（回転／分）とする。
【００６７】
図１６から図１８を参照し、本実施形態の効果をシミュレーション結果に基づいて説明する。
このシミュレーションでは、保圧振動１０Ｈｚ、オブザーバ極７０ｒａｄ／ｓの条件で構成された制御系を用いて、シミュレーションに用いる実験値を取得した。取得された実験値（モータトルク、モータ回転数）に基づいて、オブザーバの構成を変えて、異なる構成のオブザーバによる推定値の違いを比較する。制御対象とする２慣性系制御モデルのパラメータは、式（１６）に示す値を用いる。
【００６８】
【数１６】
【００６９】
図１６は、本実施形態の射出制御装置において、オブザーバに供給する制御指令値にクーロン摩擦補償を施して推定した結果を示す図である。
図１６（ａ）は、本実施形態の射出制御装置において、オブザーバに供給する指令値にクーロン摩擦補償を施して推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示す図である。
この図の縦軸は、射出軸の反抗トルク（圧力推定値、ＭＰａ（メガパスカル））を示し、横軸は時間（秒）の経過を示す。
波形Ｇ４１は、クーロン摩擦補償を施して、オブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示すグラフである。また、波形Ｇ４２は、ロードセルによって検出された圧力を示すグラフである。
【００７０】
本実施形態の構成としたことにより、時刻ｔ３以降の背圧工程においても、２つの波形がよく一致していることが示されている。
図１６（ｂ）は、図１６（ａ）の一部を拡大して示した図である。
波形Ｇ５１は、波形Ｇ４１の一部を示す。波形Ｇ５２は、波形Ｇ４２の一部を示す。
抽出した範囲は、時刻４秒から５秒までの１秒間であり、保圧工程（図１６（ａ）参照）にあたる。
波形Ｇ５１の変動と、波形Ｇ５２の変動を比べると、波形Ｇ５１の方が少ない。また、平均値の圧力差が約０．７（ＭＰａ）であり、波形Ｇ５２を基準として平均値を比べても１０２％であり、推定値として十分な値が示された。
【００７１】
また、図１６に示した本実施形態の効果と比較するため従来の一般的なオブザーバ方式による推定結果を示す。
図１７は、一般的なオブザーバ方式による推定結果を示す図である。
図１７（ａ）では、一般的なオブザーバを用いて、クーロン摩擦補間処理を行わないで比較した結果を示す。
波形Ｇ６１は、オブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）である。また、波形Ｇ６２は、ロードセルによって検出された圧力である。
時刻ｔ２から時刻ｔ３の保圧工程では、重畳した高調波と同じ周波数成分の変動が、主意定圧力の波形Ｇ６１に生じている。また、時刻ｔ３以降の背圧工程においても差が生じている。
【００７２】
図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の一部を拡大して示した図である。
波形Ｇ７１は、波形Ｇ５１の一部を示す。波形Ｇ７２は、波形Ｇ５２の一部を示す。
抽出した範囲は、時刻４秒から５秒までの１秒間であり、保圧工程（図１７（ａ）参照）にあたる。
波形Ｇ７１が示す推定圧力の振動成分の振幅は、約７（ＭＰａ）にも達する。
【００７３】
図１８は、第１実施形態に示した構成のオブザーバ方式による推定結果を示す図である。すなわち、図１８は、第２実施形態として示したクーロン摩擦補間処理を行わないで比較した結果を示す。
図１８（ａ）では、第１実施形態による構成に基づいて比較した結果を示す。
波形Ｇ８１は、オブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）である。また、波形Ｇ８２は、ロードセルによって検出された圧力である。
時刻ｔ２から時刻ｔ３の保圧工程では、重畳した高調波と同じ周波数成分の変動が、推定圧力の波形Ｇ８１に生じている。また、時刻ｔ３以降の背圧工程においても差が生じている。
【００７４】
図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の一部を拡大して示した図である。
波形Ｇ９１は、波形Ｇ８１の一部を示す。波形Ｇ９２は、波形Ｇ８２の一部を示す。
抽出した範囲は、時刻４秒から５秒までの１秒間であり、保圧工程（図１８（ａ）参照）にあたる。
波形Ｇ９１が示す振動成分の振幅は、図１６（ｂ）と同じ程度であるが、平均値の差は図１６（ｂ）に比べて大きな値が示される。
このように、図１６から図１８に示した結果から、図１６に示した、クーロン摩擦補償処理を本実施形態に示すオブザーバ１９に供給する制御指令値に対して補償することにより、推定精度を高めることができる。
【００７５】
さらに、図１９を参照し、本実施形態の効果を実際の射出制御装置に適用した場合の結果について説明する。
図１９は、本実施形態を適用した射出制御装置を用いた結果を示す図である。
実際の射出制御装置（ニイガタマシンテクノ社のモデルＭＤ７５Ｘ）の圧力制御装置（モーションコントローラ）に、本実施形態として示した圧力制御方法を適用し比較を行った。
図１９（ａ）は、本実施形態に示したようにオブザーバの入力側でクーロン摩擦補償を施して、本実施形態のオブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示すグラフである。
この図の縦軸は、射出軸の反抗トルク（圧力推定値、ＭＰａ（メガパスカル））を示し、横軸は時間（秒）の経過を示す。
波形Ｇ１０１は、クーロン摩擦補償を施して、本実施形態のオブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示すグラフである。また、波形Ｇ１０２は、ロードセルによって検出された圧力を示すグラフである。
本実施形態の構成としたことにより、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけての保圧工程における振動成分も観測されず、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけての背圧工程においても、２つの波形の一致性が高いことが示されている。
【００７６】
図１９（ｂ）は、本実施形態に示したようにオブザーバの入力側でクーロン摩擦補償を施しているが、用いたオブザーバは、従来方式のオブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示すグラフである。
この図の縦軸は、射出軸の反抗トルク（圧力推定値、ＭＰａ（メガパスカル））を示し、横軸は時間（秒）の経過を示す。
波形Ｇ１１１は、クーロン摩擦補償を施して、従来方式のオブザーバを用いて推定した射出軸の反抗トルク（圧力推定値）を示すグラフである。また、波形Ｇ１１２は、ロードセルによって検出された圧力を示すグラフである。
【００７７】
本実施形態の構成としたことにより、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけての背圧工程では、２つの波形の一致性が高いことが示されている。しかしながら、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけての保圧工程に振動成分が生じることが観測された。
これにより、シミュレーションで観測された現象を実際の射出制御装置を用いた場合でも再現することができ、本実施形態として示した構成を用いたシミュレーション結果についても妥当性を示された。
【００７８】
なお、本発明の実施形態と示した構成は、一実施態様を示したものであり、本発明の要旨を変えない範囲で、構成、容量、数量などを変更することができる。
例えば、本実施形態では、外乱を生じる機械インピーダンス要素９０の特性を二次系として示したが、必要とされる次数を選択することができる。選択した機械インピーダンス要素の次数に応じて、外乱オブザーバ部１９ａが推定する負荷側トルクτＬの次数を合わせて定め、さらに、その後段の振動除去部１９ｂの特性も、機械インピーダンス要素９０（共振系）に対応した逆の特性（減衰系）の特性に変更する。
【００７９】
また、摩擦補償の手段として示したクーロン摩擦補償において、補間関数をｓｉｎ関数として示したが、単調に変化する他の関数（折れ線近似、台形補間など）を用いることができる。
また、その摩擦補償の補償量については、構成する制御系の構成に依存することから適用する制御系に応じて適宜定めることとする。
また、オブザーバが参照するサーボモータの回転情報は、回転角度として検出される位置情報、又は、回転角速度情報とすることができる。
【００８０】
なお、前記においては、本発明に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、電動射出成形機１の射出機構において射出スクリューによって射出圧力を制御する場合に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、計量時に射出スクリューに付加する背圧の制御に適用したり、サーボモータによりボールねじ軸にボールナットを螺合してなる直線移動機構を介して可動盤を直接または間接に移動させ、可動盤と固定盤との間で金型を型締めする型締機構において金型の型締め圧力を制御する場合や、エジェクタの突き出し圧力を制御する場合にも適用することができる。
さらに、電動モータにより伝動機構を介してねじ軸にナットを螺合してなる直線移動機構を作動させ、該直線移動機構に連結された加圧盤を移動させて、該加圧盤と固定盤との間でワークを加圧成形するプレス機械において、加圧盤に加える圧力（力）を制御する場合、その他の産業機械において圧力（力）の制御を行う場合にも適用することができる。
【００８１】
なお、本実施形態のサーボモータ１１により動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって射出スクリュー５（受圧体）に力を作用させる機械において、射出スクリュー５に作用させる力の制御を、制御手段によりサーボモータ１１の出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御装置であって、制御手段１５は、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された前記機械の制御モデルに対して構築され、かつ前記駆動部への電流指令と駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバ１９と、駆動部に対する電流指令と駆動部の回転情報とにより前記オブザーバ１９が推定した力に基づいて、前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、を備える。そして、オブザーバ１９は、電流指令値ＩＣＭＤとして重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素９０を介して被駆動部に作用する力を外乱として同定した制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部１９ａと、外乱オブザーバ部１９ａから出力される状態量に基づいて、機械インピーダンス要素９０の特性に応じて電流指令に重畳する振動の影響を低減し、被駆動部（３７）に作用する力を推定する。
これにより、外乱オブザーバ部１９ａの特性を容易に定めることができる。
【００８２】
また、本実施形態の外乱オブザーバ部１９ａは、電流指令と回転情報とに基づいて、作用する力の変化量と、前記力の変化量の高次成分とからなる状態量を推定する。
これにより、作用する力の変化量を高次成分まで推定することができ、推定された情報から影響を低減することができる。
【００８３】
また、本実施形態の回転情報に基づいて、機械（１）において生じる摩擦の影響を前記電流指令に対して補償する摩擦補償部を備え、オブザーバ１９は、補償された電流指令と、回転情報とに基づいて、作用する力の変化量と、作用する力の変化量の高次成分とからなる状態量を推定する。
これにより、作用する力の変化量を高次成分まで推定することができ、推定された情報から影響を低減することができる。
【００８４】
また、本実施形態の外乱オブザーバ部１９ａは、外乱を、電流指令として重畳させた振動と同じ周波数の固有振動数の機械インピーダンス要素９０を経て被駆動部(３７)に作用するとみなした制御モデルに基づいて構成される。
これにより、外乱オブザーバ部１９ａによって推定された状態変数から、容易に外乱として検出される電流指令（制御指令値）に重畳させた振動の影響を容易に低減することができる。
【符号の説明】
【００８５】
１ 電動射出成形機（機械）
４ 加熱筒
５ 射出スクリュー（受圧体）
６ 支持台
８ ボールねじ軸
９ ボールナット
１０，１２ プーリ
１３ タイミングベルト（ベルト）
１４ パルスエンコーダ（位置検出器）
１５ 制御装置
１６ 射出速度設定部
１７ 射出圧力設定部
１８ 電流検出器
１９ オブザーバ
２０ 射出圧力フィードバック制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、制御手段により前記サーボモータの出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御装置であって、
前記制御手段は、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された前記機械の制御モデルに対して構築され、かつ前記駆動部への電流指令と前記駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバと、
前記駆動部に対する電流指令と前記駆動部の回転情報とにより前記オブザーバが推定した力に基づいて、前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、
を備え、
前記オブザーバは、
前記電流指令として重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素を介して前記被駆動部に作用する力を外乱として同定した前記制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部を備え、
前記外乱オブザーバ部から出力される状態量に基づいて、前記機械インピーダンス要素の特性に応じて前記電流指令に重畳する振動の影響を低減し、前記被駆動部に作用する力を推定する
ことを特徴とするサーボモータを用いた圧力制御装置。
【請求項２】
前記外乱オブザーバ部は、
前記電流指令と前記回転情報とに基づいて、前記作用する力の変化量と、前記力の変化量の高次成分とからなる状態量を推定する
ことを特徴とする請求項１に記載のサーボモータを用いた圧力制御装置。
【請求項３】
前記回転情報に基づいて、前記機械において生じる摩擦の影響を前記電流指令に対して補償する摩擦補償部を備え、
前記オブザーバは、
前記補償された電流指令と、前記回転情報とに基づいて、前記作用する力の変化量と、前記力の変化量の高次成分とからなる状態量を推定する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のサーボモータを用いた圧力制御装置。
【請求項４】
前記外乱オブザーバ部は、
前記外乱を、前記電流指令として重畳させた振動と同じ周波数の固有振動数の前記機械インピーダンス要素を経て前記被駆動部に作用するとみなした前記制御モデルに基づいて構成される
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のサーボモータを用いた圧力制御装置。
【請求項５】
サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、前記サーボモータの出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御方法であって、
前記機械を駆動部と動力伝達部と被駆動部とからなる制御モデルとして構築し、
該制御モデルに対して、前記駆動部への電流指令と駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバを構築し、
前記駆動部に対する電流指令と前記駆動部の回転情報とにより前記オブザーバが推定した力に基づいて、前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御する際に、
前記オブザーバは、
前記電流指令として重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素を介して前記被駆動部に作用する力を外乱として同定した前記制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部から出力される状態量に基づいて、前記機械インピーダンス要素の特性に応じて前記電流指令に重畳する振動の影響を低減させて前記被駆動部に作用する力を推定する
ことを特徴とするサーボモータを用いた圧力制御方法。
【請求項１】
サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、制御手段により前記サーボモータの出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御装置であって、
前記制御手段は、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された前記機械の制御モデルに対して構築され、かつ前記駆動部への電流指令と前記駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバと、
前記駆動部に対する電流指令と前記駆動部の回転情報とにより前記オブザーバが推定した力に基づいて、前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、
を備え、
前記オブザーバは、
前記電流指令として重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素を介して前記被駆動部に作用する力を外乱として同定した前記制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部を備え、
前記外乱オブザーバ部から出力される状態量に基づいて、前記機械インピーダンス要素の特性に応じて前記電流指令に重畳する振動の影響を低減し、前記被駆動部に作用する力を推定する
ことを特徴とするサーボモータを用いた圧力制御装置。
【請求項２】
前記外乱オブザーバ部は、
前記電流指令と前記回転情報とに基づいて、前記作用する力の変化量と、前記力の変化量の高次成分とからなる状態量を推定する
ことを特徴とする請求項１に記載のサーボモータを用いた圧力制御装置。
【請求項３】
前記回転情報に基づいて、前記機械において生じる摩擦の影響を前記電流指令に対して補償する摩擦補償部を備え、
前記オブザーバは、
前記補償された電流指令と、前記回転情報とに基づいて、前記作用する力の変化量と、前記力の変化量の高次成分とからなる状態量を推定する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のサーボモータを用いた圧力制御装置。
【請求項４】
前記外乱オブザーバ部は、
前記外乱を、前記電流指令として重畳させた振動と同じ周波数の固有振動数の前記機械インピーダンス要素を経て前記被駆動部に作用するとみなした前記制御モデルに基づいて構成される
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のサーボモータを用いた圧力制御装置。
【請求項５】
サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、前記サーボモータの出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御方法であって、
前記機械を駆動部と動力伝達部と被駆動部とからなる制御モデルとして構築し、
該制御モデルに対して、前記駆動部への電流指令と駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバを構築し、
前記駆動部に対する電流指令と前記駆動部の回転情報とにより前記オブザーバが推定した力に基づいて、前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御する際に、
前記オブザーバは、
前記電流指令として重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素を介して前記被駆動部に作用する力を外乱として同定した前記制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部から出力される状態量に基づいて、前記機械インピーダンス要素の特性に応じて前記電流指令に重畳する振動の影響を低減させて前記被駆動部に作用する力を推定する
ことを特徴とするサーボモータを用いた圧力制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−１８６６６９（Ｐ２０１１−１８６６６９Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４９８６１（Ｐ２０１０−４９８６１）
【出願日】平成２２年３月５日（２０１０．３．５）
【出願人】（３０３０２４１３８）株式会社ニイガタマシンテクノ (78)
【出願人】（３０４０２１２８８）国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月５日（２０１０．３．５）
【出願人】（３０３０２４１３８）株式会社ニイガタマシンテクノ (78)
【出願人】（３０４０２１２８８）国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【Ｆターム（参考）】
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