CN109283882A - 控制装置和其控制方法以及记录介质 - Google Patents

控制装置和其控制方法以及记录介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种控制装置和其控制方法以及记录介质。本发明提高多个伺服控制体系整体的追随性能。本发明的控制器(10)预测与校正后轨道(SPf)对应的第一伺服控制体系(20)的响应，并使用预测出的响应执行第一指令值(Pc)的校正或第二逆运动学轨道(IKt)的生成。

Description

控制装置和其控制方法以及记录介质
技术领域
本发明涉及一种对伺服驱动器(servo driver)等的反馈控制体系输出指令值的控制装置和其控制方法以及记录介质。
背景技术
以下控制装置等已为人所知，所述控制装置针对多个伺服控制体系分别根据目标轨道生成所述伺服控制体系各自的指令轨道，在对所述多个伺服控制体系各自的每个控制周期中输出根据所述指令轨道生成的指令值，协调控制所述多个伺服控制体系。
例如下文将述的专利文献1中公开了如下控制装置，此控制装置(1)对目标轨道进行逆运动学运算，将对运算结果进行低通滤波处理所生成的第一轨道作为第一伺服控制体系的指令轨道，(2)根据对所述第一轨道的正运动学运算结果与目标轨道的误差，生成第二伺服控制体系的指令轨道。此外，以下的说明中有时将逆运动学称为“逆向运动学(inversekinematics)”，将正运动学称为“正向运动学(forward kinematics)”。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]美国专利申请公开第2012/0095599号(2012年4月19日公开)
发明内容
[发明所要解决的问题]
然而，所述那样的现有技术存在以下问题：在所述第一伺服控制体系无法充分追随低通滤波处理后的轨道的情况下，所述多个伺服控制体系整体的追随性能(追随精度)降低等。具体而言，所述那样的现有技术是以所述第一伺服控制体系能充分追随低通滤波处理后的轨道为前提。对于所述那样的现有技术而言，存在以下问题：在不满足所述第一伺服控制体系能充分追随低通滤波处理后的轨道这一前提的情况下，所述第一伺服控制体系及所述第二伺服控制体系整体的追随性能也无法获得充分的性能等。
本发明的一实施方式的目的在于：对于协调控制多个伺服控制体系的控制装置等，提高所述多个伺服控制体系整体的追随性能。
[解决问题的技术手段]
为了解决所述问题，本发明的一实施方式的控制装置通过低通滤波处理，生成从基准轨道中除去高频成分所得的第一指令轨道作为第一伺服控制体系的指令轨道，并生成包含与所述高频成分对应的轨道的第二指令轨道作为第二伺服控制体系的指令轨道，且所述控制装置具备：预测部，使用所述第一伺服控制体系的动特性模型，预测与所述第一指令轨道对应的所述第一伺服控制体系的响应；以及生成部，使用由所述预测部预测出的所述第一伺服控制体系的响应，执行(1)根据所述第一指令轨道生成的第一指令值的校正或(2)所述第二指令轨道的生成。
根据所述构成，所述控制装置使用所述第一伺服控制体系的动特性模型，预测与所述低通滤波处理后的值即所述第一指令轨道对应的所述第一伺服控制体系的响应。而且，所述控制装置使用预测出的所述第一伺服控制体系的响应，执行(1)所述第一指令值的校正或(2)所述第二指令轨道的生成。
此处，在所述第一伺服控制体系无法充分追随低通滤波处理后的轨道的情况下，结果会导致所述第一伺服控制体系及所述第二伺服控制体系整体的追随性能降低。
相对于此，所述控制装置预测与所述第一指令轨道对应的所述第一伺服控制体系的响应，并使用预测出的所述第一伺服控制体系的响应，执行(1)所述第一指令值的校正或(2)所述第二指令轨道的生成。
例如，所述控制装置使用预测出的所述第一伺服控制体系的响应对所述第一指令值进行校正，并将经校正的所述第一指令值输出至所述第一伺服控制体系，由此提高所述第一伺服控制体系对所述第一指令轨道的追随性能。
又例如，所述控制装置使用预测出的所述第一伺服控制体系的响应生成所述第二指令轨道，并将根据所述第二指令轨道生成的第二指令值输出至所述第二伺服控制体系，由此使所述第二伺服控制体系补偿所述第一伺服控制体系的追随滞后。
因此，所述控制装置发挥以下效果：能提高所述第一伺服控制体系及所述第二伺服控制体系整体的追随性能。例如，所述控制装置使用预测出的所述第一伺服控制体系的响应对所述第一指令值进行校正，并将经校正的所述第一指令值输出至所述第一伺服控制体系，由此能提高所述第一伺服控制体系的追随性能。又例如，所述控制装置使用预测出的所述第一伺服控制体系的响应生成所述第二指令轨道，并将根据所述第二指令轨道生成的第二指令值输出至所述第二伺服控制体系，由此即便在所述第一伺服控制体系无法追随所述第一指令轨道的情况下，也能使所述第二伺服控制体系补偿所述第一伺服控制体系无法追随的部分。因此，所述控制装置发挥以下效果：能提高所述第一伺服控制体系及所述第二伺服控制体系整体的追随性能。
本发明的控制装置中也可为：所述预测部使用所述第一伺服控制体系的动特性模型，针对所述第一指令值的所述第一伺服控制体系的输出的控制量进行预测，所述生成部通过模型预测控制对所述第一指令值进行校正，所述模型预测控制使用所述预测部预测出的控制量、及从所述第一伺服控制体系取得的作为反馈信息的所述第一伺服控制体系的控制量的实测值。
根据所述构成，所述控制装置通过所述模型预测控制对第一指令值进行校正，所述模型预测控制利用使用所述第一伺服控制体系的动特性模型预测出的所述第一伺服控制体系的控制量、及所述第一伺服控制体系的控制量的实测值。
因此，所述控制装置将使用所述模型预测控制进行了校正的所述第一指令值输出至所述第一伺服控制体系，由此能提高所述第一伺服控制体系对所述低通滤波处理后的所述第一指令轨道的追随性能。即，所述控制装置发挥以下效果：能提高所述第一伺服控制体系及所述第二伺服控制体系整体的追随性能。
本发明的控制装置中，所述生成部也可生成包含和中间轨道与所述基准轨道的误差对应的轨道的所述第二指令轨道，所述中间轨道是使用由所述预测部预测出的所述第一伺服控制体系的响应而生成。
根据所述构成，所述控制装置预测所述第一伺服控制体系的与所述第一指令轨道对应的响应，使用预测出的响应生成中间轨道，并生成包含和所述中间轨道与所述基准轨道的误差对应的轨道的所述第二指令轨道。然后，所述控制装置将根据所述第二指令轨道生成的指令值(所述第二指令值)输出至第二伺服控制体系。
因此，所述控制装置使用预测出的所述第一伺服控制体系的响应生成所述第二指令轨道，并将根据所述第二指令轨道生成的第二指令值输出至所述第二伺服控制体系，由此能使所述第二伺服控制体系补偿所述第一伺服控制体系的追随滞后。即，所述控制装置发挥以下效果：能提高所述第一伺服控制体系及所述第二伺服控制体系整体的追随性能。
本发明的控制装置也可还具备滤波部，此滤波部对所述基准轨道在时间轴的正向与逆向此两方向上进行所述低通滤波处理，生成所述第一指令轨道。
根据所述构成，所述控制装置对所述基准轨道在时间轴的正向与逆向此两方向上进行所述低通滤波处理，生成所述第一指令轨道。例如，所述控制装置对所述基准轨道以时间轴的逆向到正向的顺序进行所述低通滤波处理，生成所述第一指令轨道。
此处已知，通过“在时间轴的正向与逆向上各执行一次”滤波处理(例如低通滤波处理)，能除去由滤波处理所致的相位滞后。即已知，能通过零相位滤波处理除去相位滞后。
因此，所述控制装置对所述基准轨道在时间轴的正向与逆向此两方向上进行低通滤波处理，即进行零相位滤波处理，从所述第一指令轨道中除去相位滞后。所述控制装置在不产生以前由所述低通滤波器导致产生的“与所述基准轨道相比的相位滞后”的情况下，生成所述第一指令轨道。
以前，在进行用于使所述第一伺服控制体系的追随性提高的低通滤波处理时，由所述低通滤波处理导致所述第一轨道产生相位滞后(相位延迟)，并使所述第二伺服控制体系补偿所产生的相位延迟。因此，以前作为提高所述第一伺服控制体系的追随性的代价，使所述第二伺服控制体系实现原本应由所述第一伺服控制体系实现的一部分轨道，从而无法有效利用所述第二伺服控制体系的可动范围。
相对于此，所述控制装置防止产生以前随着所述高频成分的除去而产生的“与所述基准轨道相比的相位滞后”，由此无需使所述第二伺服控制体系补偿所述第一伺服控制体系原本应实现的一部分轨道。即，所述控制装置能通过除去高频成分而维持所述第一伺服控制体系的追随性，并且通过防止产生相位延迟而有效利用所述第二伺服控制体系的可动范围。所述控制装置发挥以下效果：能维持所述第一伺服控制体系的追随性，并且有效利用所述第一伺服控制体系及所述第二伺服控制体系各自的可动范围。
本发明的控制装置中，所述滤波部也可对所述基准轨道以时间轴的逆向到正向的顺序进行所述低通滤波处理，生成所述第一指令轨道。
根据所述构成，所述控制装置对所述基准轨道以时间轴的逆向到正向的顺序进行所述低通滤波处理，生成所述第一指令轨道。
此处，在对所述基准轨道以时间轴的正向到逆向的顺序进行所述低通滤波处理(所述零相位滤波处理)的情况下，所述第一指令轨道在开始时刻(t＝0的时刻)产生相对于所述基准轨道的数据跳跃。
相对于此，所述控制装置对所述基准轨道以时间轴的逆向到正向的顺序进行所述低通滤波处理，生成所述第一指令轨道。因此，所述控制装置发挥以下效果：能防止所述第一指令轨道在开始时刻(t＝0的时刻)产生相对于所述基准轨道的数据跳跃。
为了解决所述问题，本发明的一实施方式的控制方法为以下控制装置的控制方法，所述控制装置通过低通滤波处理，生成从基准轨道中除去高频成分所得的第一指令轨道作为第一伺服控制体系的指令轨道，并生成包含与所述高频成分对应的轨道的第二指令轨道作为第二伺服控制体系的指令轨道，且所述控制方法包括：预测步骤，使用所述第一伺服控制体系的动特性模型，预测与所述第一指令轨道对应的所述第一伺服控制体系的响应；以及生成步骤，使用所述预测步骤中预测出的所述第一伺服控制体系的响应，执行(1)根据所述第一指令轨道生成的第一指令值的校正或(2)所述第二指令轨道的生成。
根据所述方法，所述控制方法使用所述第一伺服控制体系的动特性模型，预测与所述低通滤波处理后的值即所述第一指令轨道对应的所述第一伺服控制体系的响应。而且，所述控制方法使用预测出的所述第一伺服控制体系的响应，执行(1)所述第一指令值的校正或(2)所述第二指令轨道的生成。
此处，在所述第一伺服控制体系无法充分追随低通滤波处理后的轨道的情况下，结果会导致所述第一伺服控制体系及所述第二伺服控制体系整体的追随性能降低。
相对于此，所述控制方法预测与所述第一指令轨道对应的所述第一伺服控制体系的响应，并使用预测出的所述第一伺服控制体系的响应，执行(1)所述第一指令值的校正或(2)所述第二指令轨道的生成。
例如，所述控制方法使用预测出的所述第一伺服控制体系的响应对所述第一指令值进行校正，并将经校正的所述第一指令值输出至所述第一伺服控制体系，由此提高所述第一伺服控制体系对所述第一指令轨道的追随性能。
又例如，所述控制方法使用预测出的所述第一伺服控制体系的响应生成所述第二指令轨道，并将根据所述第二指令轨道生成的第二指令值输出至所述第二伺服控制体系，由此使所述第二伺服控制体系补偿所述第一伺服控制体系的追随滞后。
因此，所述控制方法发挥以下效果：能提高所述第一伺服控制体系及所述第二伺服控制体系整体的追随性能。例如，所述控制方法使用预测出的所述第一伺服控制体系的响应对所述第一指令值进行校正，并将经校正的所述第一指令值输出至所述第一伺服控制体系，由此能提高所述第一伺服控制体系的追随性能。又例如，所述控制方法使用预测出的所述第一伺服控制体系的响应生成所述第二指令轨道，并将根据所述第二指令轨道生成的第二指令值输出至所述第二伺服控制体系，由此即便在所述第一伺服控制体系无法追随所述第一指令轨道的情况下，也能使所述第二伺服控制体系补偿所述第一伺服控制体系无法追随的部分。因此，所述控制方法发挥以下效果：能提高所述第一伺服控制体系及所述第二伺服控制体系整体的追随性能。
本发明还提供一种记录介质，能由计算机读取且记录着一种信息处理程序，所述信息处理程序用于使计算机作为所述的控制装置而发挥所述控制装置中的所述各部的功能。
[发明的效果]
根据本发明的一实施方式，协调控制多个伺服控制体系的控制装置等发挥以下效果：能提高所述多个伺服控制体系整体的追随性能。
附图说明
图1为表示本发明的实施方式1的控制器等的要部构成等的方块图。
图2为表示包含图1的控制器的控制系统的整体概要的图。
图3为表示图1的控制器执行的处理的概要的流程图。
图4(A)、图4(B)为表示使用图2的控制系统等实施的控制测试的内容的图。
图5(A)、图5(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经图1的控制器控制的第一致动器及第二致动器各自的位置、位置偏差及转矩的变化的图。
图6(A)、图6(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经图1的控制器控制的第一致动器及第二致动器的合计位置及位置偏差的变化的图。
图7为表示本发明的实施方式2的控制器等的要部构成等的方块图。
图8为表示包含图7的控制器的控制系统的整体概要的图。
图9为表示图7的控制器执行的处理的概要的流程图。
图10(A)、图10(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经图7的控制器控制的第一致动器及第二致动器各自的位置、位置偏差及转矩的变化的图。
图11(A)、图11(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经图7的控制器控制的第一致动器及第二致动器的合计位置及位置偏差的变化的图。
图12为表示本发明的实施方式3的控制器等的要部构成等的方块图。
图13为表示包含图12的控制器的控制系统的整体概要的图。
图14为表示图12的控制器执行的处理的概要的流程图。
图15(A)、图15(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经图12的控制器控制的第一致动器及第二致动器各自的位置、位置偏差、模型预测误差及转矩的变化的图。
图16(A)、图16(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经图12的控制器控制的第一致动器及第二致动器的合计位置及位置偏差的变化的图。
图17为表示本发明的实施方式4的控制器等的要部构成等的方块图。
图18为表示包含图17的控制器的控制系统的整体概要的图。
图19为表示图17的控制器执行的处理的概要的流程图。
图20(A)～图20(C)为对与高频成分的除去方法相应地产生的相位延迟及数据跳跃进行说明的图。
图21(A)、图21(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经图17的控制器控制的第一致动器及第二致动器各自的位置、位置偏差、模型预测误差及转矩的变化的图。
图22(A)、图22(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经图17的控制器控制的第一致动器及第二致动器的合计位置及位置偏差的变化的图。
图23(A)、图23(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经现有的协调控制控制器控制的第一致动器及第二致动器各自的位置、位置偏差及转矩的变化的图。
图24(A)、图24(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经现有的协调控制控制器控制的第一致动器及第二致动器的合计位置及位置偏差的变化的图。
[符号的说明]
1、2、3、4：控制系统；
10、11、12、13：控制器(控制装置)；
20：第一伺服控制体系；
21：第一伺服驱动器；
22：第一致动器；
30：第二伺服控制体系；
31：第二伺服驱动器；
32：第二致动器；
110：目标轨道取得部；
120：第一逆运动学运算部；
130：低通滤波部；
131：零相位滤波部；
140：正运动学运算部；
150：第二逆运动学运算部(生成部)；
160：存储部；
161：第一指示轨道表；
162：第二指示轨道表；
170、174：MPC指令部；
171：第一MPC位置指令部(生成部)；
172：第一响应预测部(预测部)；
173：位置指令部；
175：第二MPC位置指令部；
176：第二响应预测部；
180：指示部；
181：第一指示部；
182：第二指示部；
190：响应预测部(预测部)；
FKt：正运动学轨道(中间轨道)；
IKt、IKt(i)：第二逆运动学轨道(第二指令轨道)；
Pc、Pc(i)：第一指令值；
Sc(i)：第二指令值；
SP、SP(i)：第一逆运动学轨道(基准轨道)；
SPf、SPf(i)：校正后轨道(第一指令轨道)；
S170：预测步骤、生成步骤；
S340：预测步骤；
S370：生成步骤；
S110、S120、S130、S140、S150、S160、S180、S210、S220、S230、S240、S250、S260、S270、S280、S310、S320、S330、S350、S360、S380、S390、S410、S420、S430、S440、S450、S460、S470、S480：步骤；
Tt：目标轨道。
具体实施方式
[实施方式1]
以下，根据图1～图6(A)、图6(B)、图23(A)、图23(B)及图24(A)、图24(B)对本发明的实施方式1进行详细说明。对图中相同或相应部分标注相同符号而不重复进行说明。为了容易地理解本发明的一实施方式的控制器10(控制装置)，首先使用图2对包含控制器10的控制系统1的概要进行说明。
(控制系统的概要)
图2为表示包含控制器10的控制系统1的概要的图。图2所例示的控制系统1包含作为上级控制器的控制器10、与由控制器10协调控制的第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30。第一伺服控制体系20为包含第一伺服驱动器21及由第一伺服驱动器21控制驱动的第一致动器22的反馈控制体系。同样地，第二伺服控制体系30为包含第二伺服驱动器31及由第二伺服驱动器31控制驱动的第二致动器32的反馈控制体系。
控制器10与第一伺服驱动器21及第二伺服驱动器31分别可通信地连接，其连接方式为任意的有线连接方式或无线连接方式。
第一伺服驱动器21从控制器10接收各轴的指令值Pc(i)，并以作为控制对象的第一致动器22各轴的输出(即各轴的控制量)追随各轴的指令值Pc(i)的方式进行反馈控制。第一伺服驱动器21的控制周期例如为1/12ms。
第一致动器22为可动范围比第二致动器32广但动作速度比第二致动器32的动作速度低的致动器，例如为伺服电机(servo motor)或步进电机(stepping motor)。第一伺服驱动器21按照来自控制器10的指令值Pc驱动第一致动器22。第一伺服驱动器21将来自控制器10的指令值Pc设定为目标值，将实测值作为反馈值，对第一致动器22进行反馈控制。即，第一伺服驱动器21调整用于驱动第一致动器22的电流以使实测值接近目标值。此外，第一伺服驱动器21有时也被称为伺服电机放大器(servo motor amplifier)。
第二伺服驱动器31从控制器10接收各轴的指令值Sc(i)，并以作为控制对象的第二致动器32各轴的输出(即各轴的控制量)追随各轴的指令值Sc(i)的方式进行反馈控制。第二伺服驱动器31的控制周期例如为1/12ms。但是，1/12ms的控制周期仅为简单例示，第二伺服驱动器31的控制周期也可更短(快)，例如也可为10μs。
第二致动器32为与第一致动器22相比能高速动作但可动范围比第一致动器22窄的致动器，例如为压电致动器(piezo actuator)或检流扫描器(galvano scanner)。第二伺服驱动器31与第二致动器32可通信地连接，其连接方式为任意的有线连接方式或无线连接方式，第二伺服驱动器31与第二致动器32例如也可利用专用缆线连接。第二伺服驱动器31按照来自控制器10的指令值Sc驱动第二致动器32。第二伺服驱动器31将来自控制器10的指令值Sc设定为目标值，将实测值作为反馈值，对第二致动器32进行反馈控制。即，第二伺服驱动器31调整用于驱动第二致动器32的电流以使实测值接近目标值。此外，第二伺服驱动器31有时也被称为伺服电机放大器。
此外如上文所述，第二致动器32与第一致动器22相比能高速动作，以下的说明中有时将第二致动器32称为“高速致动器”，将第一致动器22称为“低速致动器”。
控制器10对包含第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30的整个控制系统1进行控制，例如为可编程控制器(可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC))。控制器10通过执行以下的(处理1)及(处理2)而协调控制第一伺服控制体系20与第二伺服控制体系30。
(处理1)控制器10对第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30分别使用目标轨道Tt生成指令轨道。具体而言，控制器10使用逆运动学运算及正运动学运算，根据目标轨道Tt生成“第一伺服控制体系20的指令轨道”及“第二伺服控制体系30的指令轨道”。即，控制器10对目标轨道Tt进行逆运动学运算而对第一伺服控制体系20的各轴生成第一逆运动学轨道SP(i)(未图示)，从中除去高频成分，生成校正后轨道SPf(i)(未图示)作为“第一伺服控制体系20的指令轨道”。具体而言，控制器10对第一逆运动学轨道SP(i)进行低通滤波处理而生成校正后轨道SPf(i)。此外，关于图2中未图示的第一逆运动学轨道SP(i)及校正后轨道SPf(i)，将使用图1等在下文中详述。
另外，控制器10对“第一伺服控制体系20的指令轨道”进行正运动学运算，对运算结果与目标轨道Tt的误差进行逆运动学运算而生成第二逆运动学轨道IKt(i)(未图示)，将其作为“第二伺服控制体系30的指令轨道”。此外，关于图2中未图示的第二逆运动学轨道IKt(i)，与第一逆运动学轨道SP(i)及校正后轨道SPf(i)同样地，将使用图1等在下文中详述。
(处理2)控制器10根据第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30各自的指令轨道，生成向第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30各自输出的指令值(第一指令值Pc(i)及第二指令值Sc(i))。具体而言，控制器10根据校正后轨道SPf(i)生成第一指令值Pc(i)，根据第二逆运动学轨道IKt(i)生成第二指令值Sc(i)。
此处，控制器10使用第一伺服控制体系20的动特性模型对第一伺服控制体系20进行模型预测控制(Model Predictive Control，MPC)。具体而言，控制器10通过使用第一伺服控制体系20的动特性模型的MPC对第一指令值Pc(i)进行校正，所述第一指令值Pc(i)是根据校正后轨道SPf(i)在对第一伺服控制体系20的每个控制周期中生成。然后，控制器10将经校正的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。
另外，控制器10在对第二伺服控制体系30的每个控制周期中，将第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。
控制器10对第二伺服控制体系30的控制周期比控制器10对第一伺服控制体系20的控制周期短(快)。具体而言，控制器10对第一伺服控制体系20的控制周期、即控制器10输出至第一伺服驱动器21的第一指令值Pc(i)的更新周期例如为1ms。另外，控制器10对第二伺服控制体系30的控制周期、即控制器10输出至第二伺服驱动器31的第二指令值Sc(i)的更新周期例如为1/12ms。
例如控制器10通过使用第一伺服控制体系20的动特性模型的MPC，对根据校正后轨道SPf(i)每隔1ms生成的第一指令值Pc(i)进行校正，并将校正后的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服驱动器21。另外，例如控制器10将根据第二逆运动学轨道IKt(i)每隔1/12ms生成的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服驱动器31。此处如上文所述，第一伺服驱动器21与第二伺服驱动器31的控制周期例如均为1/12ms。因此，第一伺服驱动器21使用由控制器10每隔1ms更新的第一指令值Pc(i)，以1/12ms的控制周期对第一致动器22进行反馈控制。第二伺服驱动器31使用由控制器10每隔1/12ms更新的第二指令值Sc(i)，以1/12ms的控制周期对第二致动器32进行反馈控制。
此外如上文所述，控制器10对第二伺服控制体系30的控制周期比控制器10对第一伺服控制体系20的控制周期短(快)。因此，以下的说明中，有时将第一伺服控制体系20称为“低速伺服控制体系(低速伺服系统)”，将第二伺服控制体系30称为“高速伺服控制体系(高速伺服系统)”。
另外，以下的说明中，有时将“逆运动学运算”称为“逆向运动学处理”，有时将“正运动学运算”称为“正向运动学处理”。进而，关于第一逆运动学轨道SP、校正后轨道SPf及指令值Pc，在为第一致动器22的各“轴”的值的情况下，有时分别记作第一逆运动学轨道SP(i)、校正后轨道SPf(i)及指令值Pc(i)。第一致动器22的轴数为“1～n”，即指令轨道SP(i)及指令值Pc(i)中“i＝1～n”。同样地，关于第二逆运动学轨道IKt及指令值Sc，在为第二致动器32的各“轴”的值的情况下，有时分别记作第二逆运动学轨道IKt(i)及指令值Sc(i)。第二致动器32的轴数为“1～m”，即第二逆运动学轨道IKt(i)及指令值Sc(i)中“i＝1～m”。关于第一逆运动学轨道SP(i)、校正后轨道SPf(i)、指令值Pc(i)、第二逆运动学轨道IKt(i)及指令值Sc(i)，在无需特别说明为各轴的值的情况下，有时省略“(i)”。
(控制装置的概要)
对于到此为止使用图2说明了概要的控制系统1所含的控制器10，接下来使用图1等对其构成及处理内容等进行说明。在参照图1进行详细说明之前，为了容易地理解控制器10，如以下那样预先整理其概要。
控制器10(控制装置)生成通过低通滤波处理从第一逆运动学轨道SP(基准轨道)中除去高频成分所得的校正后轨道SPf(第一指令轨道)作为第一伺服控制体系20的指令轨道，并生成包含与所述高频成分对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt(第二指令轨道)作为第二伺服控制体系30的指令轨道，且所述控制装置具备：第一响应预测部172(预测部)，使用第一伺服控制体系20的动特性模型，预测与校正后轨道SPf对应的第一伺服控制体系20的响应；以及第一MPC位置指令部171(生成部)，使用由第一响应预测部172预测出的第一伺服控制体系20的响应，执行(1)根据校正后轨道SPf生成的第一指令值Pc的校正或(2)第二逆运动学轨道IKt的生成。
根据所述构成，控制器10使用第一伺服控制体系20的动特性模型，预测与所述低通滤波处理后的值即校正后轨道SPf对应的第一伺服控制体系20的响应。然后，控制器10使用预测出的第一伺服控制体系20的响应，执行(1)第一指令值Pc的校正或(2)第二逆运动学轨道IKt的生成。具体而言，控制器10使用预测出的第一伺服控制体系20的响应执行第一指令值Pc的校正，换言之，通过使用预测出的第一伺服控制体系20的响应的MPC生成第一指令值Pc。
此处，在使用现有控制器的情况下，有时第一伺服控制体系20无法充分追随低通滤波处理后的轨道(即校正后轨道SPf)，此情况下，第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能降低。
相对于此，控制器10预测与校正后轨道SPf对应的第一伺服控制体系20的响应，并使用预测出的第一伺服控制体系20的响应执行第一指令值Pc的校正。具体而言，控制器10使用预测出的第一伺服控制体系20的响应，执行第一指令值Pc的校正(生成)。
例如，控制器10使用预测出的第一伺服控制体系20的响应对第一指令值Pc进行校正，并将经校正的第一指令值Pc输出至第一伺服控制体系20，由此提高第一伺服控制体系20对校正后轨道SPf的追随性能。
因此，控制器10发挥以下效果：能提高第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能。例如，控制器10使用预测出的第一伺服控制体系20的响应对第一指令值Pc进行校正，并将经校正的第一指令值Pc输出至第一伺服控制体系20，由此能提高第一伺服控制体系20的追随性能。因此，控制器10发挥以下效果：能提高第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能。
控制器10中，第一响应预测部172使用第一伺服控制体系20的动特性模型，预测针对第一指令值Pc的第一伺服控制体系20的输出即控制量，第一MPC位置指令部171通过模型预测控制对第一指令值Pc进行校正，所述模型预测控制使用由第一响应预测部172预测出的控制量、及从第一伺服控制体系20作为反馈信息而取得的第一伺服控制体系20的控制量的实测值。
根据所述构成，控制器10通过所述模型预测控制对第一指令值Pc进行校正，所述模型预测控制利用使用第一伺服控制体系20的动特性模型预测出的第一伺服控制体系20的控制量、及第一伺服控制体系20的控制量的实测值。
因此，控制器10将使用所述模型预测控制进行了校正的第一指令值Pc输出至第一伺服控制体系20，由此能提高第一伺服控制体系20对所述低通滤波处理后的校正后轨道SPf的追随性能。即，控制器10发挥以下效果：能提高第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能。
控制器10使用第一伺服控制体系20的动特性模型(第一伺服驱动器21及第一致动器22的动特性模型)，预测第一致动器22(第一伺服控制体系20)的响应。然后，控制器10计算相对于校正后轨道SPf(i)的响应滞后部分，在第一伺服控制体系20中补偿所计算出的响应滞后部分。具体而言，控制器10通过使用第一伺服控制体系20的动特性模型的模型预测控制的位置校正控制，在第一伺服控制体系20中补偿第一伺服控制体系20所产生的响应滞后。控制器10能在第一伺服控制体系20中完成第一伺服控制体系20所产生的响应滞后的补偿。控制器10通过模型预测控制的位置校正控制而提高第一伺服控制体系20的追随性能，由此能提高总体(第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体)的追随性能。
(控制装置的详情)
图1为表示本发明的实施方式1的控制器10等的要部构成的方块图。如图1所示，控制器10具备目标轨道取得部110、第一逆运动学运算部120、低通滤波部130、正运动学运算部140、第二逆运动学运算部150、MPC指令部170及位置指令部173作为功能块(functionblock)。
此外，为了确保记载的简洁性，将与本实施方式并无直接关系的构成从说明及方块图中省略。但是，控制器10也可依实施实情而具备所述省略的构成。图1所例示的各功能块例如可通过中央处理器(central processing unit，CPU)等将由只读存储器(read onlymemory，ROM)、非易失性随机存取存储器(non-Volatile random access memory，NVRAM)等实现的存储装置(未图示的存储部)中存储的程序读取到未图示的随机存取存储器(randomaccess memory，RAM)等中并执行而实现。以下，对控制器10的各功能块进行说明。
(存储部以外的功能块的详情)
目标轨道取得部110从外部(例如用户)接受目标轨道数据(目标轨道Tt)，将所接受的目标轨道Tt输出至第一逆运动学运算部120及第二逆运动学运算部150。
第一逆运动学运算部120对从目标轨道取得部110取得的目标轨道Tt进行逆运动学运算，生成第一伺服控制体系20的各轴的第一逆运动学轨道SP(i)。第一逆运动学运算部120将生成的第一逆运动学轨道SP(i)输出至低通滤波部130。
低通滤波部130从自第一逆运动学运算部120取得的第一逆运动学轨道SP(i)中除去高频成分，生成第一伺服控制体系20的各轴的校正后轨道SPf(i)。具体而言，低通滤波部130对第一逆运动学轨道SP(i)进行低通滤波处理而生成校正后轨道SPf(i)。低通滤波部130所使用的低通滤波器的滤波特性例如为截止频率10Hz的四阶巴特沃斯(Butterworth)型。
低通滤波部130将生成的校正后轨道SPf(i)作为“第一伺服控制体系20的指令轨道”告知MPC指令部170(特别是第一MPC位置指令部171)。低通滤波部130也可将生成的校正后轨道SPf(i)存储在未图示的存储部中。另外，低通滤波部130将生成的校正后轨道SPf(i)输出至正运动学运算部140。
正运动学运算部140对从低通滤波部130取得的“i＝1～n”的校正后轨道SPf(i)全部进行正运动学运算，由此生成正运动学轨道FKt(中间轨道)。正运动学运算部140将生成的正运动学轨道FKt输出至第二逆运动学运算部150。
第二逆运动学运算部150生成第二逆运动学轨道IKt(第二指令轨道)作为“第二伺服控制体系30的指令轨道”，所述第二逆运动学轨道IKt(第二指令轨道)包含与利用低通滤波部130从第一逆运动学轨道SP(i)中除去的高频成分对应的轨道。
具体而言，第二逆运动学运算部150以“校正后轨道SPf和第二逆运动学轨道IKt的合成轨道与目标轨道Tt一致”的方式生成第二逆运动学轨道IKt，此第二逆运动学轨道IKt包含和第一逆运动学轨道SP与校正后轨道SPf的误差对应的轨道。第二逆运动学运算部150生成第二逆运动学轨道IKt(第二指令轨道)作为“第二伺服控制体系30的指令轨道”，所述第二逆运动学轨道IKt(第二指令轨道)包含与利用低通滤波部130从第一逆运动学轨道SP(i)中除去的高频成分对应的轨道。例如，第二逆运动学运算部150对“从正运动学运算部140取得的正运动学轨道FKt与目标轨道Tt的误差”进行逆运动学运算，生成作为第二伺服控制体系30的各轴的指令轨道的第二逆运动学轨道IKt(i)。
作为第二伺服控制体系30的指令轨道的第二逆运动学轨道IKt(第二指令轨道)包含利用低通滤波部130从第一逆运动学轨道SP(i)中除去的高频成分。另外，第二逆运动学轨道IKt(第二指令轨道)满足“第一伺服控制体系20的指令轨道(校正后轨道SPf)和第二伺服控制体系30的指令轨道(第二逆运动学轨道IKt)的合成轨道与目标轨道Tt一致”的条件。即，第二逆运动学运算部150只要以“校正后轨道SPf和第二逆运动学轨道IKt的合成轨道与目标轨道Tt一致”的方式，生成包含和第一逆运动学轨道SP与校正后轨道SPf的误差对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt即可。
第二逆运动学运算部150将生成的第二逆运动学轨道IKt(i)告知位置指令部173。第二逆运动学运算部150也可将生成的第二逆运动学轨道IKt(i)作为“第二伺服控制体系30的指令轨道”存储在未图示的存储部中。
MPC指令部170包含将第一指令值Pc(i)(特别是校正后的第一指令值Pc(i))输出至第一伺服控制体系20的第一MPC位置指令部171。
第一MPC位置指令部171含有第一响应预测部172，第一响应预测部172中设定有预先制作的第一伺服控制体系20的动特性模型。第一响应预测部172也可预先制作第一伺服控制体系20的动特性模型，并自行设定所制作的第一伺服控制体系20的动特性模型。
第一MPC位置指令部171执行以下两个处理。第一，第一MPC位置指令部171在对第一伺服控制体系20的每个控制周期中，根据“第一伺服控制体系20的指令轨道”生成第一伺服控制体系20的各轴的第一指令值Pc(i)。例如，第一MPC位置指令部171从低通滤波部130取得校正后轨道SPf(i)作为“第一伺服控制体系20的指令轨道”。然后，第一MPC位置指令部171例如每隔1ms根据校正后轨道SPf(i)生成第一伺服控制体系20的各轴的第一指令值Pc(i)。
第二，第一MPC位置指令部171通过模型预测控制对根据校正后轨道SPf(i)在对第一伺服控制体系20的每个控制周期中生成的第一指令值Pc(i)进行校正，并将经校正的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。
具体而言，第一响应预测部172使用所设定的第一伺服控制体系20的动特性模型，预测针对第一指令值Pc(i)的第一伺服控制体系20的输出即控制量。然后，第一MPC位置指令部171执行模型预测控制，此模型预测控制使用第一响应预测部172预测出的控制量、及从第一伺服控制体系20作为反馈信息而取得的第一伺服控制体系20的控制量的实测值。即，第一MPC位置指令部171利用第一响应预测部172使用第一伺服控制体系20的动特性模型预测出的“第一伺服控制体系20的输出即控制量”、及第一伺服控制体系20的控制量的实测值，对第一指令值Pc(i)进行校正。然后，第一MPC位置指令部171在对第一伺服控制体系20的每个控制周期中，将使用模型预测控制进行了校正的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。第一MPC位置指令部171例如每隔1ms将经校正的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。
此外，即便在不应用模型预测控制(MPC)的位置校正控制的情况下，第一指令值Pc(i)也是根据校正后轨道SPf(i)在对第一伺服控制体系20的每个控制周期中生成，即第一指令值Pc(i)与校正后轨道SPf(i)不同。第一MPC位置指令部171通过使用第一响应预测部172预测出的“第一伺服控制体系20的输出即控制量”、及第一伺服控制体系20的控制量的实测值的模型预测控制，生成第一指令值Pc(i)。换言之，第一MPC位置指令部171通过应用MPC的位置校正控制，对“在不应用MPC的位置校正控制的情况下可根据校正后轨道SPf(i)生成的第一指令值Pc(i)”进行校正。本实施方式中，所谓第一MPC位置指令部171“对第一指令值Pc(i)进行校正”是指以下事态。即是指：第一MPC位置指令部171通过应用MPC的位置校正控制，对“在不应用MPC的位置校正控制的情况下可根据校正后轨道SPf(i)生成的第一指令值Pc(i)”进行校正。以下，有时将通过使用第一响应预测部172预测出的“第一伺服控制体系20的输出即控制量”、及第一伺服控制体系20的控制量的实测值的MPC生成第一指令值Pc(i)这一情况，表述作“对第一指令值Pc(i)进行校正”。
位置指令部173在对第二伺服控制体系30的每个控制周期中，根据“第二伺服控制体系30的指令轨道”生成第二伺服控制体系30的各轴的第二指令值Sc(i)，并将生成的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。具体而言，位置指令部173从第二逆运动学运算部150取得第二逆运动学轨道IKt(i)作为“第二伺服控制体系30的指令轨道”。然后，位置指令部173例如每隔1/12ms根据第二逆运动学轨道IKt(i)生成第二伺服控制体系30的各轴的第二指令值Sc(i)，并将生成的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。
(存储部的详情)
控制器10具备未图示的存储部。存储部为存储控制器10使用的各种数据的存储装置。此外，存储部也可非暂时性地存储控制器10执行的(1)控制程序、(2)操作系统(Operating System，OS)程序、(3)用于使控制器10执行所具有的各种功能的应用程序(application program)、及(4)执行所述应用程序时读取的各种数据。所述(1)～(4)的数据例如存储在ROM(read only memory)、闪速存储器、可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable ROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(Electrically EPROM，EEPROM)(注册商标)、硬盘驱动器(Hard Disc Drive，HDD)等非挥发性存储装置中。控制器10也可具备未图示的暂时存储部。暂时存储部为在控制器10执行各种处理的过程中，暂时存储用于运算的数据及运算结果等的所谓工作存储器(working memory)，由RAM(Random AccessMemory)等挥发性存储装置构成。将哪个数据存储在哪个存储装置中是根据控制器10的使用目的、便利性、成本或物理方面的限制等而适当决定。
(关于动特性模型)
第一伺服控制体系20的动特性模型例如可如以下的(式1)所示的离散时间传递函数那样表示。(式1)中，u表示输入，y表示输出(控制量的预测，即控制量的预测值)，d、a1～an及b1～bm表示特性参数，z-1表示延迟运算符。
动特性模型例：离散时间传递函数
控制器10中，预先制作(式1)所例示那样的第一伺服控制体系20的动特性模型，并将所制作的动特性模型设定在第一响应预测部172中。
(关于控制器执行的处理)
图3为表示控制器10执行的处理的概要的流程图。控制器10预先制作第一伺服控制体系20的动特性模型，并使用所制作的第一伺服控制体系20的动特性模型执行低速致动器(第一致动器22)侧的MPC位置校正控制。具体而言，控制器10通过使用第一伺服控制体系20的动特性模型的MPC对第一指令值Pc(i)进行校正，并将经校正的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。以下，使用图3对控制器10执行的处理的详情进行说明。
控制器10对低速伺服系统(第一伺服控制体系20)预先制作动特性模型，并设定在第一响应预测部172中(S110)。第一逆运动学运算部120根据目标轨道Tt生成第一致动器22各轴的指令值，即对目标轨道Tt进行逆运动学运算而生成第一逆运动学轨道SP(i)(S120)。低通滤波部130对各轴的轨道(即第一逆运动学轨道SP(i))执行低通滤波(S130)，生成校正后轨道SPf(i)。低通滤波部130将生成的校正后轨道SPf(i)告知MPC指令部170(特别是第一MPC位置指令部171)。
控制器10计算“根据低通滤波后的指令轨道生成的指令值与目标轨道的指令值的差值”，并根据计算出的差值生成高速致动器(第二致动器32)各轴的指令值。
例如，正运动学运算部140通过正运动学运算根据低通滤波后的轨道(即校正后轨道SPf(i))生成中间轨道(即正运动学轨道FKt)(S140)。然后，第二逆运动学运算部150计算中间轨道与目标轨道Tt的差值(误差)(S150)。接着，第二逆运动学运算部150使用S150中计算出的误差(差值)，生成第二致动器32各轴的轨道(S160)。具体而言，第二逆运动学运算部150对“中间轨道(即正运动学轨道FKt)与目标轨道Tt的误差”进行逆运动学运算，生成作为第二伺服控制体系30的各轴的指令轨道的第二逆运动学轨道IKt(i)。第二逆运动学运算部150将生成的第二逆运动学轨道IKt(i)告知位置指令部173。
此外如上文所述，第二逆运动学运算部150生成包含和第一逆运动学轨道SP与校正后轨道SPf的误差对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt。具体而言，第二逆运动学运算部150只要以“校正后轨道SPf和第二逆运动学轨道IKt的合成轨道与目标轨道Tt一致”的方式，生成包含和第一逆运动学轨道SP与校正后轨道SPf的误差对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt即可。第二逆运动学运算部150生成包含与利用低通滤波部130从第一逆运动学轨道SP(i)中除去的高频成分对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt(第二指令轨道)，作为“第二伺服控制体系30的指令轨道”。
控制器10通过使用第一伺服控制体系20的动特性模型的MPC位置校正控制，计算对低速伺服系统(第一伺服控制体系20)的校正后指令值，并将计算出的校正后指令值输出至低速伺服系统。另外，控制器10计算对高速伺服系统(第二伺服控制体系30)的指令值，并将计算出的指令值输出至高速伺服系统(S170)。
具体而言，第一MPC位置指令部171通过使用第一伺服控制体系20的动特性模型的MPC对第一指令值Pc(i)进行校正，所述第一指令值Pc(i)是根据校正后轨道SPf(i)在对第一伺服控制体系20的每个控制周期中生成。即，第一MPC位置指令部171利用第一响应预测部172使用第一伺服控制体系20的动特性模型预测出的“第一伺服控制体系20的输出即控制量”、及第一伺服控制体系20的控制量的实测值，对第一指令值Pc(i)进行校正。然后，第一MPC位置指令部171将经校正的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。
位置指令部173在对第二伺服控制体系30的每个控制周期中，根据作为“第二伺服控制体系30的指令轨道”的第二逆运动学轨道IKt(i)生成第二指令值Sc(i)，并将生成的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。
然后，控制器10一面判定是否到达轨道终点(S180)，一面在每个控制周期中重复S120～S170的处理。具体而言，控制器10一面判定是否到达轨道终点(S180)，一面以对第一伺服控制体系20的控制周期重复执行S120～S170的处理中“仅第一伺服控制体系20的相关处理”。另外，控制器10一面判定是否到达轨道终点(S180)，一面以对第二伺服控制体系30的控制周期重复执行S120～S170的处理中“仅第一伺服控制体系20的相关处理”以外的处理(例如第二伺服控制体系30的相关处理)。
到此为止使用图3进行了说明的控制器10执行的控制方法能以如下方式整理。即，控制器10执行的控制方法为以下控制装置的控制方法，所述控制装置生成通过低通滤波处理从第一逆运动学轨道SP(基准轨道)中除去高频成分所得的校正后轨道SPf(第一指令轨道)作为第一伺服控制体系20的指令轨道，并生成包含与所述高频成分对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt(第二指令轨道)作为第二伺服控制体系30的指令轨道，且所述控制方法包括：预测步骤，使用第一伺服控制体系20的动特性模型，预测与校正后轨道SPf对应的第一伺服控制体系20的响应(S170中，第一响应预测部172使用第一伺服控制体系20的动特性模型预测“第一伺服控制体系20的输出即控制量”)；以及生成步骤，使用所述预测步骤中预测出的第一伺服控制体系20的响应，执行(1)根据校正后轨道SPf生成的第一指令值Pc的校正或(2)第二逆运动学轨道IKt的生成(S170中，第一MPC位置指令部171使用MPC对第一指令值Pc(i)进行校正)。
根据所述方法，所述控制方法使用第一伺服控制体系20的动特性模型，预测与所述低通滤波处理后的值即校正后轨道SPf对应的第一伺服控制体系20的响应。然后，所述控制方法使用预测出的第一伺服控制体系20的响应，执行(1)第一指令值Pc的校正或(2)第二逆运动学轨道IKt的生成。
此处，在第一伺服控制体系20无法充分追随低通滤波处理后的轨道的情况下，结果会导致第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能降低。
相对于此，所述控制方法预测与校正后轨道SPf对应的第一伺服控制体系20的响应，并使用预测出的第一伺服控制体系20的响应，执行(1)第一指令值Pc的校正或(2)第二逆运动学轨道IKt的生成。
例如，所述控制方法使用预测出的第一伺服控制体系20的响应对第一指令值Pc进行校正，并将经校正的第一指令值Pc输出至第一伺服控制体系20，由此提高第一伺服控制体系20对校正后轨道SPf的追随性能。
又例如，所述控制方法使用预测出的第一伺服控制体系20的响应生成第二逆运动学轨道IKt，并将根据第二逆运动学轨道IKt生成的第二指令值Sc输出至第二伺服控制体系30，由此使第二伺服控制体系30补偿第一伺服控制体系20的追随滞后。
因此，所述控制方法发挥以下效果：能提高第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能。例如，所述控制方法使用预测出的第一伺服控制体系20的响应对第一指令值Pc进行校正，并将经校正的第一指令值Pc输出至第一伺服控制体系20，由此能提高第一伺服控制体系20的追随性能。又例如，所述控制方法使用预测出的第一伺服控制体系20的响应生成第二逆运动学轨道IKt，并将根据第二逆运动学轨道IKt生成的第二指令值Sc输出至第二伺服控制体系30，由此即便在第一伺服控制体系20无法追随校正后轨道SPf的情况下，也能使第二伺服控制体系30补偿第一伺服控制体系20无法追随的部分。因此，所述控制方法发挥以下效果：能提高第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能。
(关于控制器发挥的效果)
使用图4(A)、图4(B)等对控制器10经由第一伺服驱动器21及第二伺服驱动器31实际上如何控制第一致动器22及第二致动器32进行说明。
图4(A)、图4(B)为表示控制系统1中使用控制器10实施的控制测试(控制模拟)的内容的图。对于控制器10与现有控制器，针对复杂二维轨迹的X轴成分比较控制性能(位置偏差)。
此外，所谓“现有控制器”，为未进行使用伺服控制体系的动特性模型的MPC的协调控制控制器。即，控制器10通过使用第一伺服控制体系20的动特性模型的MPC，对根据校正后轨道SPf(i)生成的第一指令值Pc(i)进行校正，并将经校正的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。相对于此，“现有控制器”将根据校正后轨道SPf(i)在对第一伺服控制体系20的每个控制周期中生成的第一指令值Pc(i)不通过MPC进行校正而直接输出至第一伺服控制体系20。关于其他方面，控制器10与现有控制器无异。
用于控制测试的二维轨迹是将以下两条曲线1及曲线2合成而成，即设定为“曲线1：圆，1秒1周，半径10mm”，“曲线2：叶形线(folium)，0.1秒1周，叶数9，叶长2mm”。图4(A)中示出曲线1+曲线2的XY轨迹。图4(A)中纵轴为Y轴位置，横轴为X轴位置。图4(B)中示出图4(A)的XY轨迹的X轴指令值，图4(B)中纵轴为X轴指令值(位置)，横轴为时间(t)。此外，刚开始后的0.02s期间以一定加速度平稳加速。
第一致动器22及第二致动器32均设为XY双轴的构成。第一伺服驱动器21及第二伺服驱动器31各自的控制周期均设为1/12ms。即，第一伺服驱动器21对第一致动器22的控制周期为1/12ms，第二伺服驱动器31对第二致动器32的控制周期为1/12ms。另外，控制器10的控制周期、即控制器10对第一伺服驱动器21(低速伺服控制体系)及第二伺服驱动器31(高速伺服控制体系)各自的指令值更新周期设为低速侧：1ms、高速侧：1/12ms。
(现有控制器进行的位置等的控制)
图23(A)、图23(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经现有的协调控制控制器控制的第一致动器22及第二致动器32各自的位置、位置偏差及转矩的变化的图。图23(A)中，自上而下示出经现有控制器控制的第一致动器22的位置、位置偏差及转矩的变化。图23(B)中，自上而下示出经现有控制器控制的第二致动器32的位置、位置偏差及转矩的变化。图23(A)、图23(B)所示的各图中，横轴均为时间(t)。
图24(A)、图24(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经现有的协调控制控制器控制的第一致动器22及第二致动器32的合计位置(图24(A))及位置偏差(图24(B))的变化的图。图24(A)、图24(B)所示的各图中，横轴均为时间(t)。此外，图24(A)中，指令值与低速高速合成控制量(将第一致动器22的控制量的实测值与第二致动器32的控制量的实测值合计(合成)的值)几乎重合。
关于显示图23(A)、图23(B)及图24(A)、图24(B)的控制测试(控制模拟)结果的“现有的协调控制控制器”，低通滤波特性为截止频率10Hz的四阶巴特沃斯型。如上文所述，“现有的协调控制控制器”除了“将根据校正后轨道SPf(i)生成的第一指令值Pc(i)不通过MPC进行校正而直接输出至第一伺服控制体系20”的方面以外，与控制器10相同。如图24(B)所示，使用“现有控制器”的情况下，峰值偏差(第一致动器22及第二致动器32的合计(综合)追随误差的峰值)为约正负0.5mm。
(控制器10进行的位置等的控制)
图5(A)、图5(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经控制器10控制的第一致动器22及第二致动器32各自的位置、位置偏差及转矩的变化的图。图5(A)中，自上而下示出经控制器10控制的第一致动器22的位置、位置偏差、模型预测误差及转矩的变化。图5(B)中，自上而下示出经控制器10控制的第二致动器32的位置、位置偏差、模型预测误差及转矩的变化。图5(A)、图5(B)所示的各图中，横轴均为时间(t)。
图6(A)、图6(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经控制器10控制的第一致动器22及第二致动器32的合计位置(图6(A))及位置偏差(图6(B))的变化的图。图6(A)、图6(B)所示的各图中，横轴均为时间(t)。此外，图6(A)中，指令值与低速高速合成控制量(将第一致动器22的控制量的实测值与第二致动器32的控制量的实测值合计(合成)的值)几乎重合。
如上文所述，控制器10对第一逆运动学轨道SP(i)进行低通滤波处理而生成校正后轨道SPf(i)。控制器10所使用的低通滤波器的滤波特性例如为截止频率10Hz的四阶巴特沃斯型。而且，控制器10通过使用第一伺服控制体系20的动特性模型的MPC对根据校正后轨道SPf(i)生成的第一指令值Pc(i)进行校正，并将经校正的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。控制器10通过将使用第一伺服控制体系20的动特性模型的MPC应用于第一伺服控制体系20的控制，而提高第一伺服控制体系20的追随性能。
因此，图6(B)所示的峰值偏差(第一致动器22及第二致动器32的合计(综合)追随误差的峰值)降低到图24(B)所示的峰值偏差的1/2左右。具体而言，图24(B)中峰值偏差为约正负0.5mm，相对于此，图6(B)中峰值偏差为约正负0.25mm。另外，图5(A)的第2段所示的低速侧的峰值偏差(第一致动器22的位置偏差的峰值)降低到图23(A)的第2段所示的峰值偏差的1/100以下。
[实施方式2]
如以下那样根据图7～图11(A)、图11(B)对本发明的实施方式2进行说明。此外，为了便于说明，对与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同符号而省略其说明。本实施方式的控制系统2与所述实施方式1的控制系统1的不同方面在于：作为本实施方式的控制装置的控制器11具备第二MPC位置指令部175代替控制器10的位置指令部173。在“具备第二MPC位置指令部175代替位置指令部173”的方面以外的方面，控制器11的构成与控制器10的构成相同。
(控制系统的概要)
图8为表示包含控制器11的控制系统2的整体概要的图。控制系统2的控制器11不仅将MPC位置校正控制应用于低速致动器(第一伺服控制体系20)侧，而且将MPC位置校正控制也应用于高速致动器(第二致动器32)侧。控制器11通过在高速致动器侧应用MPC位置校正控制而减少高速致动器的响应滞后引起的追随误差。
具体而言，控制器11中设定有预先制作的低速伺服系统(第一伺服控制体系20)的动特性模型。控制器11使用第一伺服控制体系20的动特性模型，对第一伺服控制体系20进行MPC。
另外，控制器11中设定有预先制作的高速伺服系统(第二伺服控制体系30)的动特性模型。控制器11使用第二伺服控制体系30的动特性模型，对第二伺服控制体系30进行MPC。即，控制器11通过使用第二伺服控制体系30的动特性模型的MPC，对根据第二逆运动学轨道IKt(i)在对第二伺服控制体系30的每个控制周期中生成的第二指令值Sc(i)进行校正。然后，控制器11将经校正的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。
控制器11使用第一伺服控制体系20的动特性模型预测第一伺服控制体系20的响应滞后，并在第一伺服控制体系20中挽回预测出的响应滞后。即，控制器11通过使用第一伺服控制体系20的动特性模型的MPC的位置校正控制，提高低速致动器(第一致动器22)的轨道追随性。
另外，控制器11使用第二伺服控制体系30的动特性模型预测第二伺服控制体系30的响应滞后，并在第二伺服控制体系30中挽回预测出的响应滞后。即，控制器11通过使用第二伺服控制体系30的动特性模型的MPC的位置校正控制，提高高速致动器(第二致动器32)的轨道追随性。
(控制装置的详情)
图7为表示本发明的实施方式2的控制器11等的要部构成等的方块图。如上文所述，除了“具备第二MPC位置指令部175代替位置指令部173”的方面以外，控制器11的构成与控制器10的构成相同，因此仅对第二MPC位置指令部175进行说明。
第二MPC位置指令部175含有第二响应预测部176，在第二响应预测部176中设定有预先制作的第二伺服控制体系30的动特性模型。第二响应预测部176也可预先制作第二伺服控制体系30的动特性模型，并自行设定所制作的第二伺服控制体系30的动特性模型。
第二MPC位置指令部175执行以下两个处理。第一，第二MPC位置指令部175在对第二伺服控制体系30的每个控制周期中，根据“第二伺服控制体系30的指令轨道”生成第二伺服控制体系30的各轴的第二指令值Sc(i)。例如，第二MPC位置指令部175从第二逆运动学运算部150取得第二逆运动学轨道IKt(i)作为“第二伺服控制体系30的指令轨道”。然后，第二MPC位置指令部175例如每隔1/12ms根据第二逆运动学轨道IKt(i)生成第二伺服控制体系30的各轴的第二指令值Sc(i)。
第二，第二MPC位置指令部175通过模型预测控制对根据第二逆运动学轨道IKt(i)在对第二伺服控制体系30的每个控制周期中生成的第二指令值Sc(i)进行校正，并将经校正的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。
具体而言，第二响应预测部176使用所设定的第二伺服控制体系30的动特性模型，预测针对第二指令值Sc(i)的第二伺服控制体系30的输出即控制量。第二MPC位置指令部175执行模型预测控制，此模型预测控制使用由第二响应预测部176预测出的控制量、及从第二伺服控制体系30作为反馈信息而取得的第二伺服控制体系30的控制量的实测值。即，第二MPC位置指令部175利用第二响应预测部176使用第二伺服控制体系30的动特性模型预测出的“第二伺服控制体系30的输出即控制量”、及第二伺服控制体系30的控制量的实测值，对第二指令值Sc(i)进行校正。然后，第二MPC位置指令部175在对第二伺服控制体系30的每个控制周期中，将使用模型预测控制进行了校正的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。第二MPC位置指令部175例如每隔1/12ms将经校正的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。
(关于动特性模型)
第二伺服控制体系30的动特性模型可如所述(式1)所示的离散时间传递函数那样表示。控制器11中，预先制作(式1)所例示那样的第二伺服控制体系30的动特性模型，并将所制作的动特性模型设定在第二响应预测部176中。
(关于控制器执行的处理)
图9为表示控制器11执行的处理的概要的流程图。关于图9所例示的控制器11执行的处理，S220～S260的处理与图3例示的控制器10执行的S120～S160的处理相同，另外，图9的S280的处理与图3的S180的处理相同。因此，省略S220～S260的处理及S280的处理的说明，对S210及S270的处理进行说明。
控制器11预先制作低速伺服系统(第一伺服控制体系20)的动特性模型及高速伺服系统(第二伺服控制体系30)的动特性模型，并分别设定在第一响应预测部172及第二响应预测部176中(S210)。
控制器11通过使用低速伺服系统(第一伺服控制体系20)的动特性模型的MPC位置校正控制，计算对低速伺服系统的校正后指令值，并将计算出的校正后指令值输出至低速伺服系统。另外，控制器11通过使用高速伺服系统(第二伺服控制体系30)的动特性模型的MPC位置校正控制，计算对高速伺服系统的校正后指令值，并将计算出的校正后指令值输出至高速伺服系统(S270)。
具体而言，第一MPC位置指令部171通过使用第一伺服控制体系20的动特性模型的MPC，对根据校正后轨道SPf(i)在对第一伺服控制体系20的每个控制周期中生成的第一指令值Pc(i)进行校正。即，第一MPC位置指令部171利用第一响应预测部172使用第一伺服控制体系20的动特性模型预测出的“第一伺服控制体系20的输出即控制量”、及第一伺服控制体系20的控制量的实测值，对第一指令值Pc(i)进行校正。然后，第一MPC位置指令部171将经校正的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。
另外，第二MPC位置指令部175通过使用第二伺服控制体系30的动特性模型的MPC，对根据第二逆运动学轨道IKt(i)在对第二伺服控制体系30的每个控制周期中生成的第二指令值Sc(i)进行校正。即，第二MPC位置指令部175利用第二响应预测部176使用第二伺服控制体系30的动特性模型预测出的“第二伺服控制体系30的输出即控制量”、及第二伺服控制体系30的控制量的实测值，对第二指令值Sc(i)进行校正。然后，第二MPC位置指令部175将使用模型预测控制进行了校正的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。
(关于控制器发挥的效果)
图10(A)、图10(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经控制器11控制的第一致动器22及第二致动器32各自的位置、位置偏差及转矩的变化的图。图10(A)中，自上而下示出经控制器11控制的第一致动器22的位置、位置偏差及转矩的变化。图10(B)中，自上而下示出经控制器11控制的第二致动器32的位置、位置偏差及转矩的变化。图10(A)、图10(B)所示的各图中，横轴均为时间(t)。
图11(A)、图11(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经控制器11控制的第一致动器22及第二致动器32的合计位置(图11(A))及位置偏差(图11(B))的变化的图。此外，图11(A)中，指令值与低速高速合成控制量(将第一致动器22的控制量的实测值与第二致动器32的控制量的实测值合计(合成)的值)几乎重合。
如上文所述，控制器11对第一逆运动学轨道SP(i)进行低通滤波处理而生成校正后轨道SPf(i)。控制器11所使用的低通滤波器的滤波特性例如为截止频率10Hz的四阶巴特沃斯型。然后，控制器11通过使用第一伺服控制体系20的动特性模型的MPC对根据校正后轨道SPf(i)生成的第一指令值Pc(i)进行校正，并将经校正的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。另外，控制器11通过使用第二伺服控制体系30的动特性模型的MPC对根据第二逆运动学轨道IKt(i)生成的第二指令值Sc(i)进行校正，并将经校正的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。
控制器11通过将使用第一伺服控制体系20的动特性模型的MPC应用于第一伺服控制体系20的控制，而提高第一伺服控制体系20的追随性能。另外，控制器11通过将使用第二伺服控制体系30的动特性模型的MPC应用于第二伺服控制体系30的控制，而提高第二伺服控制体系30的追随性能。
将图10(A)、图10(B)及图11(A)、图11(B)与图5(A)、图5(B)及图6(A)、图6(B)分别相比显示：控制器11也能补偿高速伺服控制系统(第二伺服控制体系30)侧的响应滞后部分，因此与控制器10相比能格外提高控制性能。
[实施方式3]
如以下那样根据图12～图16(A)、图16(B)对本发明的实施方式3进行说明。此外，为了便于说明，对与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同符号而省略其说明。本实施方式的控制系统3与所述实施方式1的控制系统1的不同方面在于：作为本实施方式的控制装置的控制器12具备指示部180代替控制器10的MPC指令部170及位置指令部173。控制器12还具备控制器10不具备的响应预测部190。在“具备指示部180代替MPC指令部170及位置指令部173，还具备响应预测部190”的方面以外的方面，控制器12的构成与控制器10的构成相同。
(控制系统的概要)
图13为表示包含控制器12的控制系统3的整体概要的图。控制系统3的控制器12中，设定有预先制作的低速伺服系统(第一伺服控制体系20)的动特性模型。控制器12使用所设定的低速伺服系统的动特性模型，预测与低通滤波处理后的校正后轨道SPf(i)对应的低速伺服系统(即第一伺服控制体系20)的响应。
此外，控制器12也可在预测低速伺服系统(第一伺服控制体系20)的响应时，除了使用低速伺服系统的动特性模型以外，还使用来自低速伺服系统的反馈控制量，由此改善低速伺服系统的响应的预测精度。
此处，上文所述的控制器10与控制器12在使用第一伺服控制体系20的动特性模型预测响应滞后的方面相同。控制器10与控制器12不同的是在何处挽回预测出的响应滞后。控制器10在第一伺服控制体系20中挽回预测出的响应滞后，相对于此，控制器12在第二伺服控制体系30(第二致动器32)中挽回预测出的响应滞后。
控制器12预测第一致动器22的响应，并将响应滞后部分反映在第二致动器32的指令轨道中，由此在第二伺服控制体系30(第二致动器32)中挽回响应滞后部分。具体而言，控制器12对“对预测出的第一伺服控制体系20的响应进行正运动学运算而生成的中间轨道与目标轨道Tt的误差”进行逆运动学运算，生成第二伺服控制体系30的指令轨道。
通过所述方法，控制器12生成反映出“预测出的第一伺服控制体系20(第一致动器22)的响应”的“第二伺服控制体系30的指令轨道”。然后，控制器12根据反映出“预测出的第一伺服控制体系20的响应”的“第二伺服控制体系30的指令轨道”，生成作为“对第二伺服控制体系30的指令值”的第二指令值Sc(i)。控制器12将生成的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30，由此能提高第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能。
即，控制器12通过在第二致动器32侧弥补第一致动器22侧的响应滞后部分，而提高第一致动器22与第二致动器32的合计(综合)追随性能。然而，控制器12的控制与控制器10的控制相比，有扩大第二致动器32的动作范围的倾向。
(控制装置的概要)
对于到此为止使用图13说明了概要的控制系统3所含的控制器12，接下来使用图12等对其构成及处理内容等进行说明。在参照图12进行详细说明之前，为了容易地理解控制器12，预先如以下那样整理其概要。
控制器12(控制装置)生成通过低通滤波处理从第一逆运动学轨道SP(基准轨道)中除去高频成分所得的校正后轨道SPf(第一指令轨道)作为第一伺服控制体系20的指令轨道，并生成包含与所述高频成分对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt(第二指令轨道)作为第二伺服控制体系30的指令轨道，且所述控制装置具备：响应预测部190(预测部)，使用第一伺服控制体系20的动特性模型，预测与校正后轨道SPf对应的第一伺服控制体系20的响应；以及第二逆运动学运算部150(生成部)，使用由响应预测部190预测出的第一伺服控制体系20的响应，执行(1)根据校正后轨道SPf生成的第一指令值Pc的校正或(2)第二逆运动学轨道IKt的生成。
根据所述构成，控制器12使用第一伺服控制体系20的动特性模型，预测与所述低通滤波处理后的值即校正后轨道SPf对应的第一伺服控制体系20的响应。然后，控制器12使用预测出的第一伺服控制体系20的响应，执行(1)第一指令值Pc的校正或(2)第二逆运动学轨道IKt的生成。具体而言，控制器12使用预测出的第一伺服控制体系20的响应生成第二逆运动学轨道IKt。
此处，使用现有控制器的情况下，有时第一伺服控制体系20无法充分追随低通滤波处理后的轨道(即校正后轨道SPf)，此情况下，第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能降低。
相对于此，控制器12预测与校正后轨道SPf对应的第一伺服控制体系20的响应，并使用预测出的第一伺服控制体系20的响应，执行第二逆运动学轨道IKt的生成。具体而言，控制器12使用预测出的第一伺服控制体系20的响应，执行第二逆运动学轨道IKt的生成。
例如，控制器12使用预测出的第一伺服控制体系20的响应生成第二逆运动学轨道IKt，并将根据第二逆运动学轨道IKt生成的第二指令值Sc输出至第二伺服控制体系30，由此使第二伺服控制体系30补偿第一伺服控制体系20的追随滞后。
因此，控制器12发挥以下效果：能提高第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能。例如，控制器12使用预测出的第一伺服控制体系20的响应生成第二逆运动学轨道IKt，并将根据第二逆运动学轨道IKt生成的第二指令值Sc输出至第二伺服控制体系30，由此即便在第一伺服控制体系20无法追随校正后轨道SPf的情况下，也能使第二伺服控制体系30补偿第一伺服控制体系20无法追随的部分。因此，控制器12发挥以下效果：能提高第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能。
控制器12中，第二逆运动学运算部150生成包含和正运动学轨道FKt(中间轨道)与第一逆运动学轨道SP的误差对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt，所述正运动学轨道FKt(中间轨道)是使用由响应预测部190预测出的第一伺服控制体系20的响应而生成。
如上文所述，第二逆运动学运算部150生成包含与利用低通滤波部130从第一逆运动学轨道SP(i)中除去的高频成分对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt(第二指令轨道)，作为“第二伺服控制体系30的指令轨道”。控制器12中，第二逆运动学运算部150生成包含和正运动学轨道FKt与第一逆运动学轨道SP的误差对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt，所述正运动学轨道FKt是使用“响应预测部190预测出的第一伺服控制体系20的响应”而生成。例如，第二逆运动学运算部150根据正运动学轨道FKt与目标轨道Tt的差值(误差)生成第二逆运动学轨道IKt，所述正运动学轨道FKt是正运动学运算部140对“响应预测部190预测出的第一伺服控制体系20的响应”进行正运动学运算而生成。
第二逆运动学运算部150也能以“正运动学轨道FKt(中间轨道)和第二逆运动学轨道IKt的合成轨道与目标轨道Tt一致”的方式，生成包含和目标轨道Tt与正运动学轨道FKt(中间轨道)的误差对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt。第二逆运动学运算部150以“中间轨道和第二逆运动学轨道IKt的合成轨道与目标轨道Tt一致”的方式，生成包含和第一逆运动学轨道SP与中间轨道的误差对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt。
根据所述构成，控制器12预测第一伺服控制体系20的与校正后轨道SPf对应的响应，使用预测出的响应生成正运动学轨道FKt，并生成包含和所述正运动学轨道FKt与第一逆运动学轨道SP的误差对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt。然后，控制器12将根据第二逆运动学轨道IKt生成的指令值(第二指令值Sc)输出至第二伺服控制体系30。
因此，控制器12使用预测出的第一伺服控制体系20的响应生成第二逆运动学轨道IKt，并将根据第二逆运动学轨道IKt生成的第二指令值Sc输出至第二伺服控制体系30，由此能使第二伺服控制体系30补偿第一伺服控制体系20的追随滞后。即，控制器12发挥以下效果：能提高第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能。
(控制装置的详情)
图12为表示本发明的实施方式3的控制器12等的要部构成等的方块图。如上文所述，除了“具备指示部180代替MPC指令部170及位置指令部173，还具备响应预测部190”的方面以外，控制器12的构成与控制器10的构成相同，因此仅对指示部180及响应预测部190进行说明。
指示部180包含将第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20的第一指示部181、及将第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30的第二指示部182。
第一指示部181在对第一伺服控制体系20的每个控制周期中，根据“第一伺服控制体系20的指令轨道”生成第一伺服控制体系20的各轴的第一指令值Pc(i)，并将生成的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。具体而言，第一指示部181从低通滤波部130取得校正后轨道SPf(i)作为“第一伺服控制体系20的指令轨道”。然后，第一指示部181例如每隔1ms根据校正后轨道SPf(i)生成第一伺服控制体系20的各轴的第一指令值Pc(i)，并将生成的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。
第二指示部182在对第二伺服控制体系30的每个控制周期中，根据“第二伺服控制体系30的指令轨道”生成第二伺服控制体系30的各轴的第二指令值Sc(i)，并将生成的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。具体而言，第二指示部182从第二逆运动学运算部150取得第二逆运动学轨道IKt(i)作为“第二伺服控制体系30的指令轨道”。然后，第二指示部182例如每隔1/12ms根据第二逆运动学轨道IKt(i)生成第二伺服控制体系30的各轴的第二指令值Sc(i)，并将生成的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。
响应预测部190预先制作低速伺服系统(即第一伺服控制体系20)的动特性模型，并使用所制作的动特性模型，预测与低通滤波部130生成的校正后轨道SPf(i)对应的第一伺服控制体系20的响应。响应预测部190将预测出的第一伺服控制体系20的响应输出至正运动学运算部140，正运动学运算部140对由响应预测部190预测出的第一伺服控制体系20的响应进行正运动学运算，由此生成正运动学轨道FKt(中间轨道)。响应预测部190所使用的“第一伺服控制体系20的动特性模型”例如也可如上文所述的(式1)所示的离散时间传递函数那样表示。
(关于控制器执行的处理)
图14为表示控制器12执行的处理的概要的流程图。首先，制作低速伺服系统(第一伺服控制体系20)的动特性模型，并设定在低速伺服响应预测部(即响应预测部190)中(S310)。
第一逆运动学运算部120根据目标轨道Tt生成第一致动器22各轴的指令值，即对目标轨道Tt进行逆运动学运算而生成第一逆运动学轨道SP(i)(S320)。
低通滤波部130对各轴的轨道(即第一逆运动学轨道SP(i))执行低通滤波(S330)，并将生成的校正后轨道SPf(i)作为“第一伺服控制体系20的指令轨道”告知响应预测部190。
响应预测部190使用第一伺服控制体系20的动特性模型，预测计算针对校正后轨道SPf(i)的低速伺服系统的各轴的响应，即预测与校正后轨道SPf(i)对应的第一伺服控制体系20的响应(S340)。
控制器12计算“预测响应(第一伺服控制体系20的控制量的预测值)与目标轨道的指令值的差值”，并根据计算出的差值生成高速致动器(第二致动器32)各轴的指令值。
例如，正运动学运算部140对由响应预测部190预测出的第一伺服控制体系20的响应(第一伺服控制体系20的控制量的预测值)进行正运动学运算，生成中间轨道(即正运动学轨道FKt)(S350)。然后，第二逆运动学运算部150计算中间轨道与目标轨道Tt的差值(误差)(S360)。接着，第二逆运动学运算部150使用S360中计算出的误差(差值)，计算第二致动器32各轴的轨道(S370)，即生成第二逆运动学轨道IKt(i)。具体而言，第二逆运动学运算部150对“中间轨道(即正运动学轨道FKt)与目标轨道Tt的误差”进行逆运动学运算，生成作为第二伺服控制体系30的各轴的指令轨道的第二逆运动学轨道IKt(i)。第二逆运动学运算部150生成包含和正运动学轨道FKt与第一逆运动学轨道SP的误差对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt，所述正运动学轨道FKt是根据“响应预测部190预测出的第一伺服控制体系20的响应”而生成。例如，第二逆运动学运算部150以“中间轨道和第二逆运动学轨道IKt的合成轨道与目标轨道Tt一致”的方式，生成包含和正运动学轨道FKt(中间轨道)与第一逆运动学轨道SP的误差对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt。
第二逆运动学运算部150将生成的第二逆运动学轨道IKt(i)作为“第二伺服控制体系30的指令轨道”告知第二指示部182。
指示部180根据各轴的轨道(校正后轨道SPf(i)及第二逆运动学轨道IKt(i))，将当前时刻的指令值输出给低速伺服系统(即第一伺服控制体系20)及高速伺服系统(即第二伺服控制体系30)(S380)。具体而言，第一指示部181根据由低通滤波部130告知的校正后轨道SPf(i)，在对第一伺服控制体系20的每个控制周期中生成第一指令值Pc(i)，并将生成的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。
另外，第二指示部182根据由第二逆运动学运算部150告知的第二逆运动学轨道IKt(i)，在对第二伺服控制体系30的每个控制周期中生成第二指令值Sc(i)，并将生成的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。
控制器12一面判定是否到达轨道终点(S390)，一面在每个控制周期中重复S320～S380的处理。具体而言，控制器12一面判定是否到达轨道终点(S390)，一面以对第一伺服控制体系20的控制周期重复执行S320～S380的处理中“仅第一伺服控制体系20的相关处理”。另外，控制器12一面判定是否到达轨道终点(S390)，一面以对第二伺服控制体系30的控制周期重复执行S320～S380的处理中“仅第一伺服控制体系20的相关处理”以外的处理(例如第二伺服控制体系30的相关处理)。
到此为止使用图14进行了说明的控制器12执行的控制方法能以如下方式整理。即，控制器12执行的控制方法为以下控制装置的控制方法，所述控制装置生成通过低通滤波处理从第一逆运动学轨道SP(基准轨道)中除去高频成分所得的校正后轨道SPf(第一指令轨道)作为第一伺服控制体系20的指令轨道，并生成包含与所述高频成分对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt(第二指令轨道)作为第二伺服控制体系30的指令轨道，且所述控制方法包括：预测步骤(S340)，使用第一伺服控制体系20的动特性模型，预测与校正后轨道SPf对应的第一伺服控制体系20的响应；以及生成步骤(S370)，使用所述预测步骤中预测出的第一伺服控制体系20的响应，执行(1)根据校正后轨道SPf生成的第一指令值Pc的校正或(2)第二逆运动学轨道IKt的生成。
根据所述方法，所述控制方法使用第一伺服控制体系20的动特性模型，预测与所述低通滤波处理后的值即校正后轨道SPf对应的第一伺服控制体系20的响应。然后，所述控制方法使用预测出的第一伺服控制体系20的响应，执行(1)第一指令值Pc的校正或(2)第二逆运动学轨道IKt的生成。
此处，在第一伺服控制体系20无法充分追随低通滤波处理后的轨道的情况下，结果会导致第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能降低。
相对于此，所述控制方法预测与校正后轨道SPf对应的第一伺服控制体系20的响应，并使用预测出的第一伺服控制体系20的响应，执行(1)第一指令值Pc的校正或(2)第二逆运动学轨道IKt的生成。
例如，所述控制方法使用预测出的第一伺服控制体系20的响应对第一指令值Pc进行校正，并将经校正的第一指令值Pc输出至第一伺服控制体系20，由此提高第一伺服控制体系20对校正后轨道SPf的追随性能。
又例如，所述控制方法使用预测出的第一伺服控制体系20的响应生成第二逆运动学轨道IKt，并将根据第二逆运动学轨道IKt生成的第二指令值Sc输出至第二伺服控制体系30，由此使第二伺服控制体系30补偿第一伺服控制体系20的追随滞后。
因此，所述控制方法发挥以下效果：能提高第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能。例如，所述控制方法使用预测出的第一伺服控制体系20的响应对第一指令值Pc进行校正，并将经校正的第一指令值Pc输出至第一伺服控制体系20，由此能提高第一伺服控制体系20的追随性能。又例如，所述控制方法使用预测出的第一伺服控制体系20的响应生成第二逆运动学轨道IKt，并将根据第二逆运动学轨道IKt生成的第二指令值Sc输出至第二伺服控制体系30，由此即便在第一伺服控制体系20无法追随校正后轨道SPf的情况下，也能使第二伺服控制体系30补偿第一伺服控制体系20无法追随的部分。因此，所述控制方法发挥以下效果：能提高第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体的追随性能。
(关于控制器发挥的效果)
图15(A)、图15(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经控制器12控制的第一致动器22及第二致动器32各自的位置、位置偏差、模型预测误差及转矩的变化的图。图15(A)中，自上而下示出经控制器12控制的第一致动器22的位置、位置偏差、模型预测误差及转矩的变化。图15(B)中，自上而下示出经控制器12控制的第二致动器32的位置、位置偏差、模型预测误差及转矩的变化。图15(A)、图15(B)所示的各图中，横轴均为时间(t)。
图16(A)、图16(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经控制器12控制的第一致动器22及第二致动器32的合计位置(图16(A))及位置偏差(图16(B))的变化的图。图16(A)、图16(B)所示的各图中，横轴均为时间(t)。此外，图16(A)中，指令值与低速高速合成控制量(将第一致动器22的控制量的实测值与第二致动器32的控制量的实测值合计(合成)的值)几乎重合。
如上文所述，控制器12对第一逆运动学轨道SP(i)进行低通滤波处理而生成校正后轨道SPf(i)。控制器12所使用的低通滤波器的滤波特性例如为截止频率10Hz的四阶巴特沃斯型。此外，优先响应预测的精度，设定为低速伺服控制体系(第一伺服控制体系20)侧的速度前馈(Feed Forward，FF)增益＝0％。
而且，控制器12使用第一伺服控制体系20的动特性模型，预测与校正后轨道SPf(i)对应的第一伺服控制体系20的响应，并使用预测出的第一伺服控制体系20的响应生成第二逆运动学轨道IKt(i)。控制器12将反映出第一致动器22侧的响应滞后部分的第二逆运动学轨道IKt(i)作为“第二致动器32的指令轨道”，由此在第二致动器32侧弥补第一致动器22侧的响应滞后部分。
因此，图16(B)所示的峰值偏差(第一致动器22及第二致动器32的合计(综合)追随误差的峰值)降低到图24(B)所示的峰值偏差的1/2左右。具体而言，图24(B)中峰值偏差为约正负0.5mm，相对于此，图16(B)中峰值偏差为约正负0.25mm。
[实施方式4]
如以下那样根据图17～图22(A)、图22(B)对本发明的实施方式4进行说明。此外，为了便于说明，对与所述实施方式中说明的构件具有相同功能的构件标注相同符号而省略其说明。本实施方式中的控制系统4与所述实施方式2的控制系统2的不同方面在于：作为本实施方式的控制装置的控制器13具备零相位滤波部131代替控制器11的低通滤波部130。进而，控制器13具备存储部160。在“具备零相位滤波部131代替低通滤波部130”的方面及“具备存储部160”的方面以外的方面，控制器13的构成与控制器11的构成相同。
(控制系统的概要)
图18为表示包含控制器13的控制系统4的整体概要的图。此处，控制器13从第一逆运动学轨道SP(i)中以不产生相位延迟的方式除去高频成分，生成校正后轨道SPf(i)。具体而言，控制器13对第一逆运动学轨道SP(i)在时间轴的正向与逆向此两方向上进行低通滤波处理，即进行零相位滤波处理，生成校正后轨道SPf(i)。控制器13将生成的校正后轨道SPf(i)存储在存储器(具体而言为下文将述的存储部160的第一指示轨道表161)中。
另外，控制器13为使用第一伺服控制体系20的动特性模型预测第一伺服控制体系20的响应滞后，并在第一伺服控制体系20中挽回预测出的响应滞后的协调控制控制器。即，控制器13通过使用第一伺服控制体系20的动特性模型的模型预测控制的位置校正控制，提高低速致动器(第一致动器22)的轨道追随性。
进而，控制器13通过使用第二伺服控制体系30的动特性模型的模型预测控制的位置校正控制，提高高速致动器(第二致动器32)的轨道追随性。
(控制装置的概要)
控制器13具备低通滤波部130(滤波部)，此低通滤波部130(滤波部)对第一逆运动学轨道SP在时间轴的正向与逆向此两方向上进行所述低通滤波处理，生成校正后轨道SPf。
根据所述构成，控制器13对第一逆运动学轨道SP在时间轴的正向与逆向此两方向上进行所述低通滤波处理，生成校正后轨道SPf。例如，控制器13对第一逆运动学轨道SP以时间轴的逆向到正向的顺序进行所述低通滤波处理，生成校正后轨道SPf。
此处已知，通过“在时间轴的正向与逆向上各执行一次”滤波处理(例如低通滤波处理)，能除去由滤波处理所致的相位滞后。即已知，能通过零相位滤波处理除去相位滞后。
因此，控制器13对第一逆运动学轨道SP在时间轴的正向与逆向此两方向上进行低通滤波处理，即进行零相位滤波处理，从校正后轨道SPf中除去相位滞后。控制器13在不产生以前由所述低通滤波器导致产生的“与第一逆运动学轨道SP相比的相位滞后”的情况下，生成校正后轨道SPf。
以前，在进行用于使第一伺服控制体系20的追随性提高的低通滤波处理时，由所述低通滤波处理导致校正后轨道SPf产生相位滞后(相位延迟)，并使第二伺服控制体系30补偿所产生的相位延迟。因此，以前作为提高第一伺服控制体系20的追随性的代价，使第二伺服控制体系30实现原本应由第一伺服控制体系20实现的一部分轨道，从而无法有效利用第二伺服控制体系30的可动范围。
相对于此，控制器13防止产生以前随着所述高频成分的除去而产生的“与第一逆运动学轨道SP相比的相位滞后”，由此无需使第二伺服控制体系30补偿第一伺服控制体系20原本应实现的一部分轨道。即，控制器13能通过除去高频成分而维持第一伺服控制体系20的追随性，并且通过防止产生相位延迟而有效利用第二伺服控制体系30的可动范围。控制器13发挥以下效果：能维持第一伺服控制体系20的追随性，并且有效利用第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30各自的可动范围等。
控制器13中，低通滤波部130对第一逆运动学轨道SP以时间轴的逆向到正向的顺序进行所述低通滤波处理，生成校正后轨道SPf。
根据所述构成，控制器13对第一逆运动学轨道SP以时间轴的逆向到正向的顺序进行所述低通滤波处理，生成校正后轨道SPf。
此处，在对第一逆运动学轨道SP以时间轴的正向到逆向的顺序进行所述低通滤波处理(所述零相位滤波处理)的情况下，校正后轨道SPf在开始时刻(t＝0的时刻)产生相对于第一逆运动学轨道SP的数据跳跃。
相对于此，控制器13对第一逆运动学轨道SP以时间轴的逆向到正向的顺序进行所述低通滤波处理，生成校正后轨道SPf。因此，控制器13发挥以下效果：能防止校正后轨道SPf在开始时刻(t＝0的时刻)产生相对于第一逆运动学轨道SP的数据跳跃。
若整理以上内容，则控制器13对针对目标轨道Tt进行逆运动学运算所生成的轨道实施带延迟补偿的低通滤波处理，将实施所述处理所得的轨道作为第一致动器22的指令轨道。具体而言，控制器13使用零相位滤波器。零相位滤波器通过执行时间轴的正向与逆向上的两次(往返一次)滤波处理而使相位滞后抵消。进而，控制器13为了消除开始时的数据跳跃，以逆向到正向的顺序执行零相位滤波处理。
控制器13通过减少低速致动器(第一致动器22)的轨道(指令轨道)的相位滞后，能节省高速致动器(第二致动器32)的动作范围。因此，控制器13能应对更高速的轨道。另外，控制器13能增强低通滤波器的效果而提高低速致动器的追随性，从而能提高总体(第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30整体)的控制精度。进而，控制器13能扩展控制系统1中采用的高速致动器的选项，从而能容易地选定所采用的高速致动器。对于到此为止整理了概要的控制器13，接下来将使用图17等对其构成等的详情进行说明。
(控制装置的详情)
图17为表示本发明的实施方式4的控制器13等的要部构成等的方块图。如上文所述，除了“具备零相位滤波部131代替低通滤波部130”的方面及“具备存储部160”的方面以外，控制器13的构成与控制器11的构成相同。因此，以下仅对存储部160及零相位滤波部131进行说明。
控制器13具备作为存储各种数据的存储装置的存储部160，存储部160中存储着第一指示轨道表161及第二指示轨道表162。第一指示轨道表161中存储“第一伺服控制体系20的指令轨道”，具体而言由低通滤波部130存储校正后轨道SPf(i)。第二指示轨道表162中存储“第二伺服控制体系30的指令轨道”，具体而言由第二逆运动学运算部150存储第二逆运动学轨道IKt(i)。
零相位滤波部131从自第一逆运动学运算部120取得的第一逆运动学轨道SP(i)中以不产生相位延迟的方式除去高频成分，生成第一伺服控制体系20的各轴的校正后轨道SPf(i)。具体而言，零相位滤波部131对第一逆运动学轨道SP(i)进行零相位滤波处理而生成校正后轨道SPf(i)。
此处所谓零相位滤波处理，是指以正向与逆向此两方向(例如时间轴的正向与逆向各1次，共计2次)执行滤波处理(本实施方式中为低通滤波处理)。具体而言，将对第一逆运动学轨道SP(i)进行的时间轴的正向与逆向此两方向上的低通滤波处理称为“零相位滤波处理”。此外，低通滤波处理有时称为低通滤波，零相位滤波处理有时称为零相位滤波。
尤其零相位滤波部131对第一逆运动学轨道SP(i)以时间轴的逆向到正向的顺序进行低通滤波处理，即以时间轴的逆向(逆序)进行零相位滤波处理，生成校正后轨道SPf(i)。通过以时间轴的逆向到正向的顺序进行低通滤波处理，零相位滤波部131能生成在开始时刻(t＝0的时刻)并无相对于第一逆运动学轨道SP(i)的数据跳跃的校正后轨道SPf(i)。零相位滤波部131所使用的低通滤波器(零相位滤波器)的滤波特性例如为截止频率10Hz的二阶巴特沃斯型。关于零相位滤波部131执行的零相位滤波处理的详情，将使用图20(A)～图20(C)在下文中描述。
零相位滤波部131将生成的校正后轨道SPf(i)作为“第一伺服控制体系20的指令轨道”存储在存储部160的第一指示轨道表161中。另外，零相位滤波部131将生成的校正后轨道SPf(i)输出至正运动学运算部140。
零相位滤波部131以离线(off-line)方式事先执行轨道计算，将执行轨道计算的结果存储在存储器中。即，零相位滤波部131将对第一逆运动学轨道SP(i)进行零相位滤波处理而生成的校正后轨道SPf(i)存储在第一指示轨道表161中。
控制器13(零相位滤波部131)通过离线处理预先制作第一指示轨道表161，即预先算出“第一伺服控制体系20的指令轨道”。控制器13也能以离线形式执行所有处理，也预先制作第二指示轨道表162，即也可预先算出“第二伺服控制体系30的指令轨道”。此外，图17中示出控制器13以离线形式预先执行所有处理，预先制作第二指示轨道表162的示例。但是，控制器13无需预先算出“第二伺服控制体系30的指令轨道”，即无需预先制作第二指示轨道表162。
此外，关于到此为止进行了说明的控制器10、控制器11及控制器12，由于不进行零相位处理，因此无需预先生成第一伺服控制体系20的指令轨道(校正后轨道SPf)并存储在第一指示轨道表161中。因此，控制器10、控制器11及控制器12不具备第一指示轨道表161及第二指示轨道表162。然而，控制器10、控制器11及控制器12也可具备未图示的存储部，并在此存储部中存储着第一指示轨道表161及第二指示轨道表162。
(关于控制器执行的处理)
图19为表示控制器13执行的处理的概要的流程图。控制器13对第一逆运动学轨道SP(i)以“时间轴的逆向到正向”的顺序执行零相位滤波处理，由此抑制校正后轨道SPf(i)产生相位滞后。
另外，控制器13预先制作第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30的动特性模型，并使用制作的动特性模型，对第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30执行MPC位置校正控制。具体而言，控制器13通过使用第一伺服控制体系20的动特性模型的MPC对第一指令值Pc(i)进行校正，并将经校正的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。另外，控制器13通过使用第二伺服控制体系30的动特性模型的MPC对第二指令值Sc(i)进行校正，并将经校正的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。控制器13通过在对第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30的控制中也应用MPC位置校正控制，能减少第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30的响应滞后引起的追随误差。以下，使用图19对控制器13执行的处理的详情进行说明。
控制器13对低速伺服系统(第一伺服控制体系20)及高速伺服系统(第二伺服控制体系30)分别预先制作动特性模型，并设定在第一响应预测部172及第二响应预测部176中(S410)。
第一逆运动学运算部120根据目标轨道Tt生成第一致动器22各轴的指令值，即对目标轨道Tt进行逆运动学运算而生成第一逆运动学轨道SP(i)(S420)。
零相位滤波部131对各轴的轨道(即第一逆运动学轨道SP(i))执行零相位滤波，将生成的校正后轨道SPf(i)存储在存储部160的第一指示轨道表161中(S430)。
控制器13计算“根据零相位滤波后的指令轨道生成的指令值与目标轨道的指令值的差值”，并根据计算出的差值生成高速致动器(第二致动器32)各轴的指令值。
例如，正运动学运算部140通过正运动学运算根据零相位滤波后的轨道(即校正后轨道SPf(i))生成中间轨道(即正运动学轨道FKt)(S440)。然后，第二逆运动学运算部150计算中间轨道与目标轨道Tt的差值(误差)(S450)。接着，第二逆运动学运算部150使用S450中计算出的误差(差值)，计算第二致动器32各轴的轨道，并存储在存储部160的第二指示轨道表162中(S460)。具体而言，第二逆运动学运算部150对“中间轨道(即正运动学轨道FKt)与目标轨道Tt的误差”进行逆运动学运算，生成作为第二伺服控制体系30的各轴的指令轨道的第二逆运动学轨道IKt(i)。然后，第二逆运动学运算部150将生成的第二逆运动学轨道IKt(i)存储在存储部160的第二指示轨道表162中。
第二逆运动学运算部150以“正运动学轨道FKt(中间轨道)和第二逆运动学轨道IKt的合成轨道与目标轨道Tt一致”的方式，生成包含和目标轨道Tt与正运动学轨道FKt的误差对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt。第二逆运动学运算部150也能以“中间轨道和第二逆运动学轨道IKt的合成轨道与目标轨道Tt一致”的方式，生成包含和第一逆运动学轨道SP与中间轨道的误差对应的轨道的第二逆运动学轨道IKt。第二逆运动学运算部150生成第二逆运动学轨道IKt(第二指令轨道)作为“第二伺服控制体系30的指令轨道”，所述第二逆运动学轨道IKt(第二指令轨道)包含与利用零相位滤波部131从第一逆运动学轨道SP(i)中除去的高频成分对应的轨道。
控制器13通过MPC位置校正控制，计算对低速伺服系统及高速伺服系统各自的校正后指令值，并将计算出的校正后指令值分别输出至低速伺服系统及高速伺服系统(S470)。具体而言，MPC指令部174通过使用第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30的动特性模型的MPC，对第一指令值Pc(i)及第二指令值Sc(i)分别进行校正，并将经校正的第一指令值Pc(i)及第二指令值Sc(i)输出。
第一MPC位置指令部171通过使用第一伺服控制体系20的动特性模型的MPC对第一指令值Pc(i)进行校正，所述第一指令值Pc(i)是根据第一指示轨道表161中存储的校正后轨道SPf(i)在对第一伺服控制体系20的每个控制周期中生成。然后，第一MPC位置指令部171将经校正的第一指令值Pc(i)输出至第一伺服控制体系20。
第二MPC位置指令部175通过使用第二伺服控制体系30的动特性模型的MPC对第二指令值Sc(i)进行校正，所述第二指令值Sc(i)是根据第二指示轨道表162中存储的第二逆运动学轨道IKt(i)在对第二伺服控制体系30的每个控制周期中生成。然后，第二MPC位置指令部175将经校正的第二指令值Sc(i)输出至第二伺服控制体系30。接着，控制器13一面判定是否到达轨道终点(S480)，一面在每个控制周期中重复S450～S470的处理或S470的处理。具体而言，控制器13一面判定是否到达轨道终点(S480)，一面以对第一伺服控制体系20的控制周期重复执行“S450～S470的处理或S470的处理”中“仅第一伺服控制体系20的相关处理”。另外，控制器13一面判定是否到达轨道终点(S480)，一面以对第二伺服控制体系30的控制周期重复执行“S450～S470的处理或S470的处理”中“仅第一伺服控制体系20的相关处理”以外的处理(例如第二伺服控制体系30的相关处理)。
(关于零相位滤波处理)
此处，对零相位滤波部131进行的零相位滤波处理(零相位滤波)进行详细说明。如上文所述，零相位滤波部131对第一逆运动学轨道SP(i)以时间轴的逆向到正向的顺序(即时间轴上逆向(逆序))进行低通滤波处理，生成校正后轨道SPf(i)。
零相位滤波部131预先求出一阶滞后滤波计算的系数。具体而言，零相位滤波部131预先求出“a＝Ts/(T+Ts)”及“b＝T/(T+Ts)”。此处，Ts为采样周期，T为滤波时间常数。
零相位滤波部131对第一逆运动学轨道SP(i)制作使时间轴逆转的暂时轨道数据SPr(i)，求出“SPr(i)＝SP(n-i)”。零相位滤波部131执行第一次(时间轴的逆向)滤波计算(低通滤波处理)，即求出“SPfr(i)＝a×SPr(i)+b×SPr(i-1)”。其中，设定为“SPr(-1)＝SPr(0)”。
零相位滤波部131使时间轴再次逆转而还原，即求出“SPfn(i)＝SPfr(n-i)”。零相位滤波部131执行第二次(正向)滤波计算，求出零相位滤波后的校正后轨道SPf(i)。即，零相位滤波部131求出“SPf(i)＝a×SPfn(i)+b×SPfn(i-1)”。其中，设定为“SPfn(-1)＝SP(0)”。此处，通过设定为“SPfn(-1)＝SP(0)”而非“SPfn(-1)＝SPfn(0)”，零相位滤波部131能使开始时的SP不产生跳跃。
关于零相位滤波部131通过以时间轴的逆序进行零相位滤波处理(即，进行时间轴的逆向到正向的往返一次低通滤波处理)而防止产生开始时的数据跳跃的方面，使用图20(A)～图20(C)进行说明。
(关于高频成分的除去方法)
图20(A)～图20(C)为对与从第一逆运动学轨道SP(i)中除去高频成分的方法相应而校正后轨道SPf(i)中产生的相位延迟及数据跳跃进行说明的图。图20(A)～图20(C)中纵轴为位置，横轴为时间(t)，图20(A)、图20(B)、图20(C)中分别将上段的开始时刻(t＝0)附近放大而表示成下段的图。图20(A)表示对第一逆运动学轨道SP(i)进行通常的低通滤波处理(低通滤波)时的第一逆运动学轨道SP(i)及校正后轨道SPf(i)。图20(A)中，低通滤波特性为截止频率10Hz的四阶巴特沃斯型。图20(B)表示对第一逆运动学轨道SP(i)执行从时间轴的正向到逆向的往返一次低通滤波处理时的第一逆运动学轨道SP(i)及校正后轨道SPf(i)。图20(C)表示对第一逆运动学轨道SP(i)执行从时间轴的逆向到正向的往返一次低通滤波处理时的第一逆运动学轨道SP(i)及校正后轨道SPf(i)。图20(B)及图20(C)中，零相位滤波器的滤波特性为截止频率10Hz的二阶巴特沃斯型。
如图20(A)所示，进行通常的低通滤波处理(滤波处理)的情况下，此滤波处理导致校正后轨道SPf(i)与第一逆运动学轨道SP(i)相比产生相位滞后。
相对于此，如图20(B)及图20(C)所示，通过执行零相位滤波处理，换言之通过“执行时间轴的正向与逆向此两方向上各1次、共计2次滤波处理(执行往返一次)”，能除去相位滞后。
然而，在“执行时间轴的正向到逆向的往返一次滤波处理(即，以时间轴的正向到逆向的顺序执行滤波处理)”的情况下，如图20(B)所示，在开始时刻(t＝0)产生数据跳跃。
因此，通过以“时间轴的逆向到正向”的顺序执行零相位滤波处理，换言之通过“执行时间轴的逆向到正向的往返一次滤波处理”，能避免开始时刻的数据跳跃。图20(C)中，通过以“时间轴的逆向到正向”的顺序执行零相位滤波处理，能避免开始时刻(t＝0)的数据跳跃。
(关于控制器发挥的效果)
图21(A)、图21(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经控制器13控制的第一致动器22及第二致动器32各自的位置、位置偏差、模型预测误差及转矩的变化的图。图21(A)中，自上而下示出经控制器13控制的第一致动器22的位置、位置偏差、模型预测误差及转矩的变化。图21(B)中，自上而下示出经控制器13控制的第二致动器32的位置、位置偏差、模型预测误差及转矩的变化。图21(A)、图21(B)所示的各图中，横轴均为时间(t)。
图22(A)、图22(B)为针对图4(A)、图4(B)所示的控制测试，示出经控制器13控制的第一致动器22及第二致动器32的合计位置(图22(A))及位置偏差(图22(B))的变化的图。图22(A)、图22(B)所示的各图中，横轴均为时间(t)。此外，图22(A)中，指令值与低速高速合成控制量(将第一致动器22的控制量的实测值与第二致动器32的控制量的实测值合计(合成)的值)几乎重合。
控制器13对第一逆运动学轨道SP(i)以“时间轴的逆向到正向”的顺序执行往返一次低通滤波处理，生成“第一伺服控制体系20的指令轨道”。即，控制器13对第一逆运动学轨道SP(i)以“时间轴的逆向到正向”的顺序执行零相位滤波处理，生成“第一伺服控制体系20的指令轨道”。控制器13所使用的低通滤波器的低通滤波特性为截止频率10Hz的二阶巴特沃斯型。控制器13进而通过使用第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30的动特性模型的MPC对第一指令值Pc(i)及第二指令值Sc(i)分别进行校正，提高追随性能。
将图21(B)与图5(B)比较得知，控制器13与控制器10相比，能抑制高速致动器(第二致动器32)的动作范围。
[补充]
关于图6(B)及图16(B)所示的第一致动器22及第二致动器32的合计(综合)峰值偏差(追随精度)仅能降低到0.2mm多的原因，能列举以下方面。即，利用控制器10及控制器12来评价控制偏差导致“峰值偏差(追随精度)仅能降低到0.2mm多”。
换言之，“峰值偏差(追随精度)仅能降低到0.2mm多”的原因在于以下两个方面。即，第一，从控制器10及控制器12向“第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30”传输指令位置所需要的时间导致“峰值偏差(追随精度)仅能降低到0.2mm多”。另外，第二，从“第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30”向控制器10及控制器12传输反馈位置(实测位置)所需要的时间导致“峰值偏差(追随精度)仅能降低到0.2mm多”。
因此，在能缩短高速侧(即第二伺服控制体系30)的所述第一传输及所述第二传输所需要的时间的情况下，能进一步降低图6(B)及图16(B)所示的合计(综合)峰值偏差(追随精度)。此情况下，图6(B)及图16(B)所示的合计(综合)峰值偏差(追随精度)与图11(B)所示的合计(综合)峰值偏差(追随精度)的差变小。
控制器11及控制器13分别通过对第二伺服控制体系30(高速伺服系统)应用MPC，能补偿控制器11及控制器13各自与第二伺服控制体系30之间的传输滞后。因此，图11(B)及图22(B)所示的合计(综合)峰值偏差变小。
[变形例]
到此为止，对控制器10、控制器11、控制器12及控制器13协调控制第一伺服控制体系20及第二伺服控制体系30此两个伺服控制体系的示例进行了说明。但是，控制器10、控制器11、控制器12及控制器13协调控制的伺服控制体系未必是两个。控制器10、控制器11、控制器12及控制器13只要能对多个伺服控制体系分别输出使用目标轨道Tt生成的指令值，协调控制所述多个伺服控制体系即可。
[利用软件的实现例]
控制器10、控制器11、控制器12及控制器13的控制块(特别是目标轨道取得部110、第一逆运动学运算部120、低通滤波部130、零相位滤波部131、正运动学运算部140、第二逆运动学运算部150、MPC指令部170、第一MPC位置指令部171、第一响应预测部172、位置指令部173、第二MPC位置指令部175、第二响应预测部176、指示部180、第一指示部181、第二指示部182及响应预测部190)可利用由集成电路(集成电路(Integrated Circuit，IC)芯片)等形成的逻辑电路(硬盘)实现，也可利用软件来实现。
后者的情况下，控制器10、控制器11、控制器12及控制器13具备计算机，此计算机执行作为实现各功能的软件的程序的命令。所述计算机例如具备一个以上的处理器，并且具备存储着所述程序且能由计算机读取的记录介质。而且，所述计算机通过所述处理器从所述记录介质中读取所述程序并执行而达成本发明的目的。所述处理器例如能使用CPU(Centra1 Processing Unit)。所述记录介质能使用“非暂时性的有形介质”，例如除了ROM(Read Only Memory)等以外，还能使用磁带(tape)、光盘(disc)、卡(card)、半导体存储器、可编程的逻辑电路等。另外，也可还具备展开所述程序的RAM(Random Access Memory)等。另外，所述程序也可经由能传输此程序的任意传输介质(通信网络或广播波等)而提供给所述计算机。此外，本发明的一实施方式也能以通过电子传输将所述程序具体化的嵌入到载波中的数据信号的形态实现。
本发明不限定于所述各实施方式，可在权利要求所示的范围内进行各种变更，将不同实施方式中分别公开的技术方案适当组合所得的实施方式也包括在本发明的技术范围内。

Claims (7)

1.一种控制装置，特征在于通过低通滤波处理，生成从基准轨道中除去高频成分所得的第一指令轨道作为第一伺服控制体系的指令轨道，并生成包含与所述高频成分对应的轨道的第二指令轨道作为第二伺服控制体系的指令轨道，且所述控制装置包括：
预测部，使用所述第一伺服控制体系的动特性模型，预测与所述第一指令轨道对应的所述第一伺服控制体系的响应；以及
生成部，使用由所述预测部预测出的所述第一伺服控制体系的响应，
执行(1)根据所述第一指令轨道生成的第一指令值的校正、或
(2)所述第二指令轨道的生成。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述预测部使用所述第一伺服控制体系的动特性模型，针对所述第一指令值的所述第一伺服控制体系的输出的控制量进行预测，
所述生成部使用模型预测控制对所述第一指令值进行校正，其中所述模型预测控制使用由所述预测部预测出的控制量、及从所述第一伺服控制体系取得的作为反馈信息的所述第一伺服控制体系的控制量的实测值。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述生成部生成包含和中间轨道与所述基准轨道的误差对应的轨道的所述第二指令轨道，其中所述中间轨道是使用由所述预测部预测出的所述第一伺服控制体系的响应而生成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于还包括滤波部，所述滤波部对所述基准轨道在时间轴的正向与逆向此两方向上进行所述低通滤波处理，生成所述第一指令轨道。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于：所述滤波部对所述基准轨道以时间轴的逆向到正向的顺序进行所述低通滤波处理，生成所述第一指令轨道。
6.一种控制装置的控制方法，特征在于所述控制装置通过低通滤波处理，生成从基准轨道中除去高频成分所得的第一指令轨道作为第一伺服控制体系的指令轨道，并生成包含与所述高频成分对应的轨道的第二指令轨道作为第二伺服控制体系的指令轨道，且所述控制方法包括：
预测步骤，使用所述第一伺服控制体系的动特性模型，预测与所述第一指令轨道对应的所述第一伺服控制体系的响应；以及
生成步骤，使用所述预测步骤中预测出的所述第一伺服控制体系的响应，
执行(1)根据所述第一指令轨道生成的第一指令值的校正、或
(2)所述第二指令轨道的生成。
7.一种记录介质，其特征在于能由计算机读取且记录着一种信息处理程序，所述信息处理程序用于使计算机作为权利要求1-3所述的控制装置而发挥所述控制装置中的所述各部的功能。
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