JP2003259675A - サーボ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モータの減速中に速度ループから位置ループ
の制御に切換えても、切換ショックの少ないサーボ制御
装置を得ること。 【解決手段】 速度偏差Ｖeに基づいてモータ１１７を
駆動すると共に、速度ループを有する第１の制御手段
と、位置偏差θeに基づく第２の速度指令信号Ｖr2より
モータ１１７を駆動すると共に、位置偏差θeに基づく
位置ループを有する第２の制御手段と、モータ１１７の
減速中に、切換え信号に基づいて速度指令信号Ｖr1から
速度指令信号Ｖr2に切換える切換えスイッチ１０９とを
備え、指令部１０２には、原速度指令信号Ｖrの周波数
成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分を除去す
ると共に、遮断周波数よりも低い周波数を通過して速度
指令信号Ｖr1を発生する速度フィルタ回路１０６を有す
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータを速度ルー
プにより減速している時に、位置ループの制御に円滑に
切換えるサーボ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のサーボ制御装置を特開平４−１４
４８１０号公報によって説明する。該公報によれば、モ
ータを速度ループで制御する速度制御部と、モータを位
置ループで制御する位置制御部とを備え、モータを速度
制御部又は位置制御部により駆動するように構成されて
いる。かかるサーボ制御装置によれば、運転開始信号に
基づき速度制御部によりモータを速度ループにより駆動
して加速から一定速に達した後、減速信号に基づいてモ
ータを低速度に向かって減速し、所定の低速度に達した
ら低速度により一定の区間走行する。そして、モータの
回転位置が所定の位置まで移動すると、切換え信号に基
づいて速度制御部から位置制御部に切換え、モータを速
度ループから位置ループに切換えて制御している。この
ようなサーボ制御装置を自動倉庫の位置決めに適用する
ことにより荷崩れすることなく、高速高精度の位置決め
ができるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サーボ
制御装置を遠心分離機など用いる場合には、生産効率を
上げるためにタクトタイムの減少が望まれている。そこ
で、上記サーボ制御装置におけるモータの一定区間の低
速度走行を有することなく、減速中に速度ループから位
置ループに切換える図８のようなサーボ制御装置が考え
られる。図８において、サーボ制御装置は、モータ１７
の位置指令信号θrを発生させる位置指令発生部３と、
該位置指令信号θrを入力して速度指令信号Ｖr1を発生
する速度指令回路４と、モータ１７の回転位置を位置検
出信号θsによりエンコーダ１９が検出して、位置検出
信号θsと位置指令信号θrとの位置偏差θeを求める減
算器５と、入力された位置偏差θeに基づいて速度指令
信号Ｖr2を発生すると共に、位置ゲインＫpを有する位
置制御器７と、ａ端子，ｂ端子がそれぞれ位置制御器
７、速度指令回路４の出力に接続されると共に、速度ル
ープと位置ループとの切換えを成す切換えスイッチ９
と、位置検出信号θsにより速度検出信号Ｖsを求める速
度検出回路２０と、切換えスイッチ９のｃ端子に接続さ
れて速度指令信号Ｖr1(Ｖr2)と速度検出信号Ｖsとの差
となる速度偏差Ｖe(rad/s)を求める減算器１２と、速度
ゲインＫv(rad/s)を有すると共に、速度偏差Ｖeに基づ
いて電流指令信号Ｉrを発生する速度制御器１３と、電
流指令信号Ｉrに基づく電流をモータ１７に流す電流制
御回路１５とを備えている。

【０００４】このように構成されたサーボ制御装置によ
れば、運転開始前に切換えスイッチ９をａ端子に投入し
ておいて、運転開始信号により位置指令発生部３から発
生した位置指令信号θrを速度指令回路４に入力し、速
度指令回路４が速度指令信号Ｖr1を発生して、減算器１
２が速度指令信号Ｖr1と速度検出信号Ｖsとの速度偏差
Ｖeを求め、速度偏差Ｖeによりモータ１７を速度ループ
により制御する。やがて、モータ１７が一定速制御から
減速制御に移行すると、切換えスイッチ９をａ端子から
ｂ端子に投入して、減算器５が位置指令信号θrと位置
検出信号θsとの位置偏差θeを求め、位置偏差θeによ
りモータ１７を位置ループにより制御している。

【０００５】しかしながら、切換えスイッチ９をモータ
１７の減速中に切換えて速度ループから位置ループに移
行すると、切換える際にモータ１７の出力トルクが不連
続になって機械的なショックを生じる。かかるショック
が生じる原因を考察する。まず、切換えスイッチ９をａ
端子に投入して速度指令信号Ｖr1によってモータ１７を
速度ループにより制御している場合、図８に示すサーボ
制御装置は、図９(a)に示すブロック線図となる。この
ブロック線図は、速度ゲインＫvの単位を(rad/s)とし、
簡略化のためにモータ１７の慣性モーメントと電流制御
回路１５との伝達特性を合わせて「１」としている。こ
のブロック線図に基づいて位置指令信号θrから位置偏
差θeまでの伝達特性は、ラプラス演算子をｓとすると
下式となる。 θe＝θr−Ｋv・Ｖe／ｓ^２ ・・・・・(1) また、位置指令信号θ_ｒから速度偏差Ｖeまでの伝達特
性は下式となる。 Ｖe＝θr・ｓ−Ｋv・Ｖe／ｓ ・・・・・(2) 上記(1)式及び(2)式より位置偏差θeと位置指令信号θr
と関係を求めると下式となる。 θe＝ｓ・θr／(ｓ＋Ｋv) ・・・・・(3) この(3)式において、位置指令信号θr、ランプ入力１／
ｓ^２、速度Ｖとして一定速時における位置偏差Θeを、
最終値定理により求めると下記となる。

【０００６】

【数１】

【０００７】次に、切換えスイッチ９をａ端子からｂ端
子に投入して位置ループに基づく速度指令信号Ｖr2に切
換えた場合、切換え直後の位置偏差θeをθe´とすれ
ば、図８に示すサーボ制御装置は図９(b)に示すブロッ
ク線図となる。このブロック線図に基づいて位置指令信
号θrから位置偏差θe´までの伝達特性は、下式とな
る。 θe´＝θr−Ｋv・Ｖe／ｓ^２ ・・・・・(5) また、位置指令信号θrから速度偏差Ｖeまでの伝達特性
は下式となる。 Ｖe＝θe´・Ｋp−Ｋv・Ｖe／ｓ ・・・・・(6) 上記(5)式及び(6)式より位置偏差θe´と位置指令信号
θrと関係を求めると下式となる。 θe´＝θr・ｓ(ｓ＋Ｋv)／（ｓ^２＋s・Ｋv＋Ｋv・Ｋp） ・・・・(7) この(7)式において、位置指令信号θr、ランプ入力１／
ｓ^２、速度Ｖとして一定速時における位置偏差Θe´を
最終値定理により求めると下記となる。

【０００８】

【数２】

【０００９】このようなサーボ制御装置において、切換
え時のショックをなくすには、上記(4)式の位置偏差Θe
と上記(8)式の位置偏差Θe´が等しければ生じない、す
なわち、速度ゲインＫvと位置ゲインＫpとが等しけれ
ば、生じない。

【００１０】しかしながら、一般に、速度ループ(マイ
ナーループ)の速度ゲインＫ_ｖは、最も高速に応答する
ために、位置ループ(メジャーループ)の位置ゲインＫ_p
に対して十分に大きい。すなわち、Ｋv≫Ｋpであるの
で、Θe≫Θe´となり、速度ループから位置ループに切
換えると、位置偏差Θeから位置偏差Θe´に急激な変化
に起因してモータ１７の出力トルクが急激に変動するの
で、機械的なショックが大きいという問題点があった。

【００１１】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、モータの減速中に速度ループから位置ル
ープの制御に切換えても、切換ショックの少ないサーボ
制御装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段、発明の作用及び効果】第
１の発明に係るサーボ制御装置は、モータを駆動すると
共に、原速度指令信号に基づいて第１の速度指令信号を
発生する第１の速度指令発生手段と、前記モータの速度
検出信号と前記第１の速度指令信号との差となる速度偏
差値に基づいて前記モータを駆動すると共に、速度ルー
プを有する第１の制御手段と、前記モータの位置検出信
号と前記モータの位置指令信号との差となる位置偏差に
基づく第２の速度指令信号より前記モータを駆動すると
共に、前記位置偏差に基づく位置ループを有する第２の
制御手段と、前記モータの減速中に、切換え信号に基づ
いて前記第１の速度指令信号から前記第２の速度指令信
号に切換えるスイッチ手段とを備え、前記第１の速度指
令発生手段には、前記原速度指令信号の周波数成分のう
ち、遮断周波数よりも高い周波数成分を除去すると共
に、前記遮断周波数よりも低い周波数を通過して前記第
１の速度指令信号を発生するフィルタ手段を有すること
を特徴とするものである。かかるサーボ制御装置によれ
ば、第１の速度指令発生手段は、原速度指令信号の周波
数成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分を除去
すると共に、低い周波数を通過した第１の速度指令信号
をモータに与えて、モータを速度ループによって制御す
る。モータを減速中にスイッチ手段に基づいて速度ルー
プから位置ループに切換えても、第１の速度指令信号と
第２の速度指令信号との差が減少するので、モータのト
ルク変動が減少して切換えショックを低減できるという
効果がある。

【００１３】第２の発明に係るサーボ制御装置における
第１の速度指令発生手段は、入力された位置指令信号を
微分して原速度指令信号を出力する微分手段を備えてお
り、フィルタ手段は、前記原速度指令信号を入力すると
共に、前記原速度指令信号を一次遅れにした第１の速度
指令信号を発生する、ことを特徴とするものである。か
かるサーボ制御装置によれば、第１の速度指令発生手段
が、微分手段と一次遅れ特性を有するフィルタ手段とか
ら成るので、第１の速度指令発生手段を簡易にできると
いう効果がある。

【００１４】第３の発明に係るサーボ制御装置は、位置
偏差に基づく第２の速度指令信号を発生するのに第１の
ゲインＫpを有する第２の速度指令発生手段と、速度偏
差値に基づいて第２のゲインＫvによりモータに流す電
流指令信号を発生する速度制御手段とを備え、フィルタ
手段は、遮断周波数をｆｃとすると下式、 Ｋp＝(Ｋv・２π・ｆc)／(Ｋv＋２π・ｆc) を満たすことを特徴とするものである。かかるサーボ制
御装置によれば、モータの減速中に速度ループから位置
ループに切換えても、切換えの際における第１の速度指
令信号と第２の速度指令信号との差がより一層減少す
る。したがって、速度ループから位置ループの切換えの
際におけるモータのトルク変動を減少できるので、モー
タの切換えショックをより一層低減できるという効果が
ある。

【００１５】第４の発明に係るサーボ制御装置は、モー
タの速度検出信号と前記モータの第１の速度指令信号と
の差となる速度偏差値に基づいて速度ループにより前記
モータを駆動する第１の制御手段と、前記モータの位置
検出信号と前記モータの位置指令信号との差となる位置
偏差を第１のゲインにより増幅して第２の速度指令信号
を発生し、前記第２の速度指令信号より前記モータを駆
動すると共に、位置ループを有する第２の制御手段と、
前記モータの減速中において、切換え信号により前記第
１から第２の速度指令手段に切換えるスイッチ手段と、
前記切換え信号により前記第１のゲイン値を所定の傾き
で減衰させるゲイン減衰手段と、を備えたことを特徴と
するものである。かかるサーボ制御装置によれば、モー
タの減速中にスイッチ手段により第１の速度指令信号か
ら第２の速度指令信号に切換えた場合、ゲイン減衰手段
が、第１のゲインを減衰させるので、第１の速度指令信
号と第２の速度指令信号との差が減少する。したがっ
て、モータの減速中に速度ループから位置ループに切換
えても、第１の速度指令信号と第２の速度指令信号との
差が減少するので、モータのトルク変動が減少して切換
えショックを低減できるという効果がある。

【００１６】第５の発明に係るサーボ制御装置は、モー
タを駆動すると共に、原速度指令信号に基づいて第１の
速度指令信号を発生する第１の速度指令発生手段と、前
記モータの速度検出信号と前記第１の速度指令信号との
差となる速度偏差値に基づいて前記モータを駆動すると
共に、速度ループを有する第１の制御手段と、前記モー
タの位置検出信号と前記モータの位置指令信号との差と
なる位置偏差を第１のゲインにより増幅して第２の速度
指令信号を発生し、前記第２の速度指令信号より前記モ
ータを駆動すると共に、前記位置偏差に基づく位置ルー
プを有する第２の制御手段と、前記第１の速度指令信号
と前記第２の速度指令信号とを加え合わせると共に、前
記速度検出信号を減算した速度偏差を出力する演算手段
と、前記切換え信号に基づき前記第１のゲイン値を所定
の傾きで増加させるゲイン増加手段とを備え、前記第１
の速度指令発生手段には、前記原速度指令信号の周波数
成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分を除去す
ると共に、前記遮断周波数よりも低い周波数を通過して
前記第１の速度指令信号を発生するフィルタ手段を有し
ており、前記切換え信号に基づき前記フィルタ手段の遮
断周波数を所定の傾きで減衰させる周波数減衰手段を、
有することを特徴とするものである。かかるサーボ制御
装置によれば、モータの減速中において、切換え信号に
基づき減衰手段は、遮断周波数を所定の傾きで減衰させ
ることにより第１の速度指令信号を所定の傾きで減衰さ
せる。一方、切換え信号に基づきゲイン増加手段は、第
１のゲインを所定の傾きで増加させることにより第２の
速度指令信号を所定の傾きで増加させる。演算手段は、
第１の速度指令信号と第２の速度指令信号とを加算する
と共に、速度検出信号を減算して速度偏差を得る。した
がって、モータの減速中において、演算手段に基づいて
速度ループから位置ループに除々に切換えてモータを制
御するので、外乱が生じてもモータのトルク変動が減少
して切換えショックを低減できるという効果がある。

【００１７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．本発明の一実施の
形態を図１乃至図３よって説明する。図１は、サーボ制
御装置の全体構成図、図２は図１に示すサーボ制御装置
の制御系を簡略化したブロック図、図３は、モータの動
作を示す時間対速度の曲線図である。図１おいて、サー
ボ制御装置は、モータ１１７の位置指令信号θr等を発
生する指令部１０２と、モータ１１７の回転位置などを
検出する検出部１１８と、指令部１０２からの指令信号
と検出部１１８の検出信号とに基づいて制御される制御
部とから成っており、指令部１０２は、位置指令信号θ
rを発生する位置指令発生手段としての位置指令発生部
１０３と、入力された位置指令信号θrを微分して原速
度指令信号Ｖrを出力する微分手段としての位置微分回
路１０４と、原速度指令信号Ｖrを入力すると共に、第
１の速度指令信号Ｖr1を発生するフィルタ手段としての
速度フィルタ回路１０６とを備え、位置微分回路１０４
及び速度フィルタ回路１０６により第１の速度指令発生
手段を成している。検出部１１８は、モータ１１７の回
転位置を位置検出信号θsとして検出する位置検出手段
としてのエンコーダ１１９と、エンコーダ１１９により
検出された位置検出信号θsを微分して速度検出信号Ｖs
とする速度検出手段としての速度検出回路１２０とから
成っている。

【００１８】制御部は、位置指令信号θrと位置検出信
号θsとの差となる位置偏差θeを求める第１の減算手段
としての減算器１０５と、位置偏差θeを入力し、第２
の速度指令信号Ｖr2を発生すると共に、第１のゲインと
しての位置ゲインＫpを有する第２の速度指令発生手段
としての位置制御器１０７と、ａ端子，ｂ端子がそれぞ
れ速度フィルタ回路１０６、位置制御器１０７の出力に
接続されると共に、速度ループと位置ループとの切換え
を成すスイッチ手段としての切換えスイッチ１０９と、
切換えスイッチ１０９のｃ端子に接続されて速度指令信
号Ｖr1又は速度指令信号Ｖr2と速度検出信号Ｖsとの差
となる速度偏差Ｖeを求める第２の減算手段としての減
算器１１２と、第２のゲインとしての速度ゲインＫvを
有すると共に、電流指令信号Ｉrを発生する速度制御手
段としての速度制御器１１３と、電流指令信号Ｉrに基
づく電流をモータ１１７に流す電流制御回路１１５とを
備えている。

【００１９】サーボ制御装置の位置ループは、位置指令
信号θrを減算器１０５に入力し、減算器１０５が位置
指令信号θrと位置検出信号θsとの差となる位置偏差θ
eを求め、位置偏差θeに基づく位置制御器１０７→切換
えスイッチ１０９→減算器１１２→速度制御器１１３→
電流制御回路１１５→モータ１１７→エンコーダ１１９
→減算器１０５からなる位置指令信号θrによる閉ルー
プをいい、位置ループによりモータ１１７を制御する第
１の制御手段を成している。同様に速度ループは、速度
指令信号Ｖr1を減算器１１２に入力し、減算器１１２が
速度指令信号Ｖr1と速度検出信号Ｖsとの差となる速度
偏差Ｖeを求め、速度偏差Ｖeに基づく速度制御器１１３
→電流制御回路１１５→モータ１１７→エンコーダ１１
９→速度検出回路１２０→減算器１１２からなる速度指
令信号Ｖr1による閉ループをいい、速度ループによりモ
ータ１１７を制御する第２の制御手段を成している。

【００２０】速度フィルタ回路１０６は、原速度指令信
号Ｖrの周波数成分うち、遮断周波数ｆcよりも高い周波
数成分を除去し、遮断周波数ｆcよりも低い周波数を通
過させる一次遅れのローパス特性を有している。なお、
遮断角周波数ωfは、遮断周波数ｆcに２πを乗じた２π
ｆc(rad/s)となる。ここで、速度フィルタ回路１０６が
一次遅れの特性を有していると、速度ループから位置ル
ープへの切換えの際に、すなわち、切換えスイッチ１０
９をａ端子からb端子に切換えた際に、速度ループの位
置偏差θeと位置ループの位置偏差θe´とを同一にし得
ることを説明する。まず、切換えスイッチ１０９をａ端
子に投入して速度ループによりモータ１１７を制御して
いる場合、位置指令信号θrから速度偏差Ｖeまでの伝達
特性は、上記(2)式及び図９(a)を参考にし、速度フィル
タ回路１０６の伝達関数Ｇf(s)すると、下式となる。 Ｖe＝θr・ｓ・Ｇf(s)−Ｋv・Ｖe／ｓ ・・・・・(9) 上記(1)式及び(9)式より位置指令信号θrと位置偏差θe
との比を求めると下式となる。 θe＝θr・{ｓ＋Ｋv−Ｋv・Ｇf(s)}／(ｓ＋Ｋv) ・・・・(10) 切換えスイッチ１０９がａ端子からｂ端子に切換えられ
て位置ループによりモータ１１７を制御している場合、
位置偏差θ_e´は、上記(7)式となり、一定速時の位置偏
差Θ_e´は上記(8)式になる。

【００２１】上記(10)式における位置偏差θeによる一
定速時の位置偏差Θeが上記(8)式の位置偏差Θe´(Ｖ／
Ｋp)のようにその値が定数になるには、上記(10)式にお
ける分子のラプラス演算子ｓの次数を同一にし、分母に
定数を含む式すれば良い。分母に定数を含まずにラプラ
ス演算子ｓの次数のみであれば、最終値定理によってｓ
→０とすると、分母がゼロとなり、位置偏差Θ_eが無限
大となるからである。この要件を満たすには、伝達関数
Ｇf(s)が＝１／(１＋ｓＴ_ｆ)とするのが適当であり、Ｇ
f(s)＝１／(１＋ｓＴ_ｆ)を上記(10)式に代入して下式を
得る。 θe＝θr・s{ｓ・Ｔf+(１+Ｋv・Ｔf) }/{ｓ^２・Ｔf+ｓ(１+Ｋv・Ｔf)+Ｋv} ・・・(11) 上記(11)式において、位置指令信号θr、ランプ入力１
／ｓ^２、速度Ｖとして一定速時における位置偏差Θe
は、最終値定理により下式となる。

【００２２】

【数３】

【００２３】この(12)式の位置偏差Θeと上記(8)式の位
置偏差Θe´とが等しい場合に、切換えショックが発生
しないので、上記(8)式と上記(12)式とを等しいとおい
て、位置ゲインＫpと速度ゲインＫvとの関係を求める
と、下式となる。 Ｋp＝(Ｋv・ωf)／(Ｋv＋ωf) ・・・・(13) ここに、ωf：時定数Ｔfの逆数である遮断角周波数(rad
/s) したがって、上記(13)式を満たすように位置ゲインＫ
p，速度ゲインＫvを設定する。

【００２４】次に、速度指令信号Ｖr1から速度指令信号
Ｖr2の切換え点の設定について説明する。該切換え点
は、切換えショックを少なくするためには、モータ１１
７の停止間際に切換えることになる。しかしながら、実
機械に摩擦などの外乱が生じると、上記(13)式を満たし
ていても、第1の速度指令信号Ｖr1から第２の速度指令
信号Ｖr2を切換えた場合に位置偏差θeが生じるので、
モータ１１７から発生するトルクが不連続となって所定
の時間振動が発生する。したがって、モータ１１７の停
止間際に切換えると、上記振動が停止するまで運転は終
了しないので、さほどタクトタイムが減少しないことに
なる。一方、サーボ制御装置は、速度ループの応答性が
位置ループに比べて十分に速い。したがって、サーボ制
御装置の制御系は、図２に示すように位置指令信号θr
(rad)、位置ゲインＫp(rad/s)、積分器１／ｓを介して
モータ１１７の実位置となる位置検出信号θsが発生す
る一次遅れ系と仮定できる。かかる制御系より位置検出
信号θs(ｓ)は、ラプラス演算子をｓとすると下式とな
る。 θs(ｓ)＝{１／(１＋s・Ｔp)}・θr ・・・・(14) ここに、Ｔp：位置ゲインＫpの逆数(sec) この(14)式より、ステップ入力の位置指令信号θrに基
づく位置検出信号θsの応答は、位置検出信号θsが定常
値の９５％に達するようにすると、ほとんど振動を無視
できる。位置検出信号θsが定常値の９５％に達する時
間を整定時間とし、整定時間は、位置ゲインＫpの逆数
の３倍となる。このため、図３に示すように減速開始か
らの切換え信号が発生するまでの切換え時間ｔcは、減
速時間ｔ _βから３／Ｋpを差し引いた下式となる。 ｔc＝ｔ_β−３／Ｋ_p ・・・・(15) この(15)式を満たすように、切換え信号を発生して切換
えスイッチ１０９をａ端子からｂ端子に切換える。

【００２５】上記のように構成されたサーボ制御装置の
動作を図１及び図３によって説明する。いま、切換えス
イッチ１０９をａ端子に投入しており、運転指令(図示
せず)が位置指令発生部１０３に入力されると、位置指
令発生部１０３から位置指令信号θrが発生し、位置微
分回路１０４を介して速度フィルタ回路１０６から第１
の速度指令信号Ｖr1が発生する。この第１の速度指令信
号Ｖr1を減算器１１２に入力してモータ１１７が回転す
る。一方、エンコーダ１１９から検出された位置検出信
号θsを速度検出回路１２０に入力すると、速度検出回
路１２０が速度検出信号Ｖsを減算器１１２に入力し、
減算器１１２が第１の速度指令信号Ｖr1と速度検出信号
Ｖsとの差となる速度偏差Ｖeを求める。速度制御器１１
３が速度偏差Ｖeに基づいて電流指令信号Ｉrを発生し、
電流制御回路１１５がモータ１１７に電流を流してモー
タ１１７を加速、一定速で回転する。すなわち、速度ル
ープによりモータ１１７を制御する。

【００２６】やがて、モータ１１７が減速を始め、減速
中の時間ｔxで、切換え信号(図示せず)が発生し、切換
えスイッチ１０９をａ端子からｂ端子に投入すると、減
算器１０５が位置指令信号θrと位置検出信号θsとの差
となる位置偏差θeを求め、位置制御器１０７が位置偏
差θ_ｅにより第２の速度指令信号Ｖr2を発生する。ここ
で、切換えスイッチ１０９の切換え直後において、切換
えスイッチ１０９の切換え直前の位置偏差θeすなわ
ち、速度ループから位置ループに切換え直前の位置偏差
θeと、切換えスイッチ１０９の切換え直後の位置偏差
θe´すなわち、位置ループに切換えた直後の位置偏差
θe´との差が上記のように極めて小さくなるよう設定
されているので、位置偏差θe´に基づく第２の速度指
令信号Ｖr2と前の第１の速度指令信号Ｖr1との差が極め
て少なくなる。したがって、速度ループから位置ループ
に切換えても、速度指令信号信号Ｖr1と速度指令信号Ｖ
r2との差に基づくモータ１１７のトルク変動を減少でき
る。したがって、モータ１１７の切換えショックを減少
できる。

【００２７】実施の形態２ 上記実施の形態１では、速度ループから位置ループの切
換えの際に生じるモータ１１７の切換えショックを減少
するために、速度フィルタ回路１０６を設けた。すなわ
ち、速度フィルタ回路１０６は、第１の速度指令信号Ｖ
r1による速度ループ側の伝達特性を適正にするために挿
入した。しかしながら、位置指令信号θrによる位置ル
ープ側の伝達特性を適正にする手段もある。そこで、他
の実施の形態では、位置指令信号θrによる位置ループ
側の伝達特性を適正する例を図４及び図５によって説明
する。図４は、実施の形態によるサーボ制御装置の全体
構成図、図５は、ゲイン減衰部の出力となる位置ゲイン
対時間を示す特性曲線図である。なお、図４中、図１と
同一符号は、同一又は相当部分を示し説明を省略する。

【００２８】図４において、サーボ制御装置は、速度ル
ープから位置ループの切換えにより位置ゲインを減衰さ
せるゲイン減衰部１３５を設けており、ゲイン減衰部１
３５は、初期値となる「Ｋv」が設定された初期ゲイン部
１３６ａ、定常値となる「Ｋp」が設定された定常ゲイン
部１３６ｂを有するゲイン設定部１３６と、ゲイン設定
部１３６のａ端子、ｂ端子に接続されると共に、切換え
スイッチ１０９と連動されたゲイン切換えスイッチ１３
９と、ゲイン切換えスイッチ１３９のｃ端子に入力が接
続されると共に、図５に示すゲインＫp´を出力する一
次遅れの特性、すなわち、伝達関数Ｇd(s)が遮断角周波
数ωgとすると、Ｇd(s)＝ωg／(ｓ＋ωg)の遅れ回路１
４０を備え、遅れ回路１４０の出力となるゲインＫp´
により位置制御器１０７の位置ゲインの値が決定されよ
うに形成されている。

【００２９】実施の形態１と同様に減速開始からの切換
え信号が発生するまでの切換え時間ｔcは、上記(15)式
の位置ゲインの値が、図５に示すＫp´のように減衰す
るので、実施の形態１と同様にして下式となる。 ｔc＝ｔ_β−３／Ｋp´≒ｔ_β−３／Ｋp_ave・・・・(16) ここに、Ｋp_ave：(Ｋv＋Ｋp)／２ そして、遅れ回路１４０の遮断角周波数ωgは、位置ゲ
インが９５％に減衰する時間ｔfが位置ゲインＫp´の逆
数の３倍より短くなるように設定することが好ましい。
これは、モータ１１７の減速中に位置ゲインを減衰させ
るためである。

【００３０】このようなサーボ制御装置によれば、モー
タ１１７の減速中に切換え信号の発生により切換えスイ
ッチ１０９をａ端子からｂ端子に投入して、速度ループ
から位置ループに切換え、同時に、切換え信号の発生に
よりゲイン切換えスイッチ１３９をａ端子からｂ端子に
投入して、図５に示すように位置ゲインＫp´を速度ゲ
インＫvと同一の値から一次遅れで、定常の位置ゲイン
Ｋpに減衰させる。したがって、実施の形態１と同様に
切換えスイッチ１０９の切換え直後において、速度ルー
プから位置ループに切換え直前の位置偏差θeと、位置
ループに切換えた直後の位置偏差θe´との差が上記の
ように極めて小さくなる。よって、位置偏差θe´に基
づく第２の速度指令信号Ｖr2と前の第１の速度指令信号
Ｖr1との差が極めて少なくなる。このため、速度ループ
から位置ループへの切換えの際に生じるモータ１１７の
切換えショックを減少できる。

【００３１】実施の形態３．実施の形態１，２では、負
荷外乱を無視したが、実際には、外乱が存在し、該外乱
が大きい場合、位置偏差θｅが上記(10)式よりも大きく
なるので、速度ループから位置ループへの切換えショッ
クが大きくなる。したがって、モータ１１７の出力トル
クが不連続になり振動が発生する。かかる課題を解決す
る実施の形態を図６によって説明する。図６は、サーボ
制御装置の全体構成図を示し、図６中、図４と同一符号
は、同一又は相当部分を示し説明を省略する。

【００３２】図６において、サーボ制御装置は、速度ル
ープから位置ループの切換えにより位置ゲインＫpを増
加させるゲイン増加手段としてのゲイン増加部２００
と、速度フィルタ回路１０６の遮断角周波数ωgを減衰
させる周波数減衰手段としての周波数減衰部３００と、
速度フィルタ回路１０６からの速度指令信号Ｖr1と、位
置制御器１０７からの速度指令信号Ｖr2とを加算すると
共に、速度検出回路１２０からの速度検出信号Ｖｓを減
算して速度偏差Ｖeを発生する演算手段としての加減算
器２１２を有している。

【００３３】位置ゲイン増加部２００には、位置制御器
１０７の位置ゲインの初期値「ゼロ」が設定された初期ゲ
イン部２０１ａと、位置ゲインの定常値「Ｋp」が設定さ
れた定常ゲイン部２０１ｂとを有するゲイン設定部２０
１と、ゲイン設定部２０１のａ端子、ｂ端子に接続され
たゲイン切換えスイッチ１３９と、ゲイン切換えスイッ
チ１３９のｃ端子に接続されると共に、図７に示すよう
に位置ゲインＫp´を位置制御回路１０７に出力する遅
れ回路２４０を備え、位置制御器１０７の位置ゲインの
値がＫp´となるように形成されている。

【００３４】周波数減衰部３００は、速度フィルタ回路
１０６の遮断角周波数の初期値「ωf」が設定された初期
周波数部３０１ａと、遮断角周波数の定常値「ゼロ」が設
定された定常周波数部３０１ｂとを有する周波数設定部
３０１と、周波数設定部３０１のａ端子、ｂ端子に接続
されると共に、ゲイン切換えスイッチ１３９と連動する
周波数切換えスイッチ２３９と、周波数切換えスイッチ
２３９のｃ端子に接続されて出力に図７に示すように減
衰して遮断角周波数ωf´を出力する遅れ回路３４０を
備え、遅れ回路１４０の出力となる遮断角周波数ωf´
により速度フィルタ回路１０６の遮断角周波数の値が決
定される。なお、遮断角周波数ωf´を減衰させること
は、遮断周波数を減衰させることになる。

【００３５】遅れ回路２４０，３４０の遮断角周波数ω
gは、実施の形態２と同様にそれぞれ位置ゲインが９５
％に増加する時間、遮断角周波数ωfが９５％に減衰す
る時間を整定時間３／Ｋp´よりも短く設定することが
好ましい。これは、モータ１１７の減速中に位置ゲイン
を減衰させるためである。

【００３６】このような構成によるサーボ制御装置によ
れば、モータ１１７の減速中に切換え信号の発生により
ゲイン切換えスイッチ１３９、周波数切換えスイッチ２
３９をａ端子からｂ端子に投入すると、図７に示すよう
に切換え信号の発生した時には、位置制御器１０７の位
置ゲインが「ゼロ」であるから、位置ループが開放し、速
度フィルタ回路１０６の速度指令信号Ｖr1により速度ル
ープによりモータ１１７を制御する。その後、時間の経
過にしたがって図７に示すように速度フィルタ回路１０
６の遮断周波数がωf´のように低下(減衰)して速度指
令信号Ｖr1を加減算器２１２に入力する。一方、位置制
御回路１０７の位置ゲインがＫp´のように増加して位
置制御器１０７から速度指令信号Ｖr2を加減算器２１２
に入力する。同時に、速度検出回路１２０から速度検出
信号θsを加減算器２１２に入力する。加減算器２１２
は、速度指令信号Ｖr1と速度指令信号Ｖr2とを加算する
と共に、速度検出信号θsを減算した速度偏差θeによっ
てモータ１１７を速度ループ及び位置ループにより一時
的に制御する。

【００３７】やがて、遮断角周波数ωf´がほぼゼロに
なると、速度制フィルタ回路１０６が開放し、同時に、
位置ゲインＫp´がＫpになると、位置制御回路１０７が
位置ゲインＫpに基づく速度指令信号Ｖr2を発生する。
加減算器２１２は、速度指令信号Ｖr1がゼロであるか
ら、速度指令信号Ｖr2と速度検出信号Ｖsとの差となる
速度偏差Ｖeを求めて位置ループによりモータ１１７を
制御する。以上のように、モータ１１７の減速中に切換
え信号によりモータ１１７を速度ループの制御から、速
度ループ及び位置ループの制御を経て位置ループの制御
に円滑に切換えることができる。したがって、速度ルー
プから位置ループの切換えにおいて、モータ１１７の負
荷外乱が生じても、該負荷外乱に影響を受けにくくなる
ので、モータ１１７の切換えショックを一層減少でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態を示すサーボ制御装置
の全体構成図である。

【図２】 図１に示すサーボ制御装置の制御系の簡略化
したブロック図である。

【図３】 図１に示すモータの動作を示す時間対速度の
曲線図である。

【図４】 他の実施の形態によるサーボ制御装置の全体
構成図である。

【図５】 図４に示すゲイン減衰部の出力となる位置ゲ
イン対時間を示す特性曲線図である。

【図６】 他の実施の形態によるサーボ制御装置の全体
構成図である。

【図７】 図６に示すゲイン増加部、周波数減衰部の時
間対出力特性曲線図である。

【図８】 減速中において、速度ループから位置ループ
に切換えるサーボ制御装置の全体構成図である。

【図９】 図８に示すサーボ制御装置の切換えスイッチ
をａ端子に投入したブロック図９(ａ)、切換えスイッチ
をｂ端子に投入したブロック図９(ｂ)である。

【符号の説明】

１０３ 位置指令発生部、１０６ 速度フィルタ回路、
１０７ 位置制御器(第２の速度指令発生手段)、１０９
切換えスイッチ、１１３ 速度制御器、１１７ モー
タ、１１９ エンコーダ(位置検出手段)、１２０ 速度
検出回路(速度検出手段)、１３５ ゲイン減衰部(ゲイ
ン減衰手段)、１５０ 速度フィルタ回路(フィルタ手
段)、２００、位置ゲイン増加部(ゲイン増加手段)、３
００ 遮断角周波数減衰部(周波数減衰手段)。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 七瀬 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 中村 忠義 東京都千代田区大手町二丁目６番２号 三 菱電機エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 5H303 AA11 BB01 BB06 BB11 BB14 CC03 DD01 EE03 EE07 GG01 HH05 KK02 KK03 KK04 KK18 KK22 KK24 KK35 5H550 AA06 AA18 BB08 FF03 FF04 FF07 FF08 GG01 GG03 GG05 GG10 JJ22 JJ26

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータを駆動すると共に、原速度指令信
   号に基づいて第１の速度指令信号を発生する第１の速度
   指令発生手段と、 前記モータの速度検出信号と前記第１の速度指令信号と
   の差となる速度偏差値に基づいて前記モータを駆動する
   と共に、速度ループを有する第１の制御手段と、 前記モータの位置検出信号と前記モータの位置指令信号
   との差となる位置偏差に基づく第２の速度指令信号より
   前記モータを駆動すると共に、前記位置偏差に基づく位
   置ループを有する第２の制御手段と、 前記モータの減速中に、切換え信号に基づいて前記第１
   の速度指令信号から前記第２の速度指令信号に切換える
   スイッチ手段とを備え、 前記第１の速度指令発生手段には、前記原速度指令信号
   の周波数成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分
   を除去すると共に、前記遮断周波数よりも低い周波数を
   通過して前記第１の速度指令信号を発生するフィルタ手
   段を、 有することを特徴とするサーボ制御装置。
2. 【請求項２】 前記第１の速度指令発生手段は、入力さ
   れた前記位置指令信号を微分して原速度指令信号を出力
   する微分手段を備えており、 前記フィルタ手段は、前記原速度指令信号を入力すると
   共に、前記原速度指令信号を一次遅れにした前記第１の
   速度指令信号を発生する、 ことを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御装置。
3. 【請求項３】 前記位置偏差に基づく前記第２の速度指
   令信号を発生するのに第１のゲインＫpを有する第２の
   速度指令発生手段と、 前記速度偏差値に基づいて第２のゲインＫvにより前記
   モータに流す電流指令信号を発生する速度制御手段とを
   備え、 前記フィルタ手段は、前記遮断周波数をｆcとすると下
   式 Ｋp＝(Ｋv・２π・ｆc )／(Ｋv＋２π・ｆc) を満たすことを特徴とする請求項２に記載のサーボ制御
   装置。
4. 【請求項４】 モータの速度検出信号と前記モータの第
   １の速度指令信号との差となる速度偏差値に基づいて速
   度ループにより前記モータを駆動する第１の制御手段
   と、 前記モータの位置検出信号と前記モータの位置指令信号
   との差となる位置偏差を第１のゲインにより増幅して第
   ２の速度指令信号を発生し、前記第２の速度指令信号よ
   り前記モータを駆動すると共に、位置ループを有する第
   ２の制御手段と、 前記モータの減速中において、切換え信号により前記第
   １から第２の速度指令手段に切換えるスイッチ手段と、 前記切換え信号により前記第１のゲイン値を所定の傾き
   で減衰させるゲイン減衰手段と、 を備えたことを特徴とするサーボ制御装置．
5. 【請求項５】 モータを駆動すると共に、原速度指令信
   号に基づいて第１の速度指令信号を発生する第１の速度
   指令発生手段と、 前記モータの速度検出信号と前記第１の速度指令信号と
   の差となる速度偏差値に基づいて前記モータを駆動する
   と共に、速度ループを有する第１の制御手段と、 前記モータの位置検出信号と前記モータの位置指令信号
   との差となる位置偏差を第１のゲインにより増幅して第
   ２の速度指令信号を発生し、前記第２の速度指令信号よ
   り前記モータを駆動すると共に、前記位置偏差に基づく
   位置ループを有する第２の制御手段と、 前記第１の速度指令信号と前記第２の速度指令信号とを
   加え合わせると共に、前記速度検出信号を減算した速度
   偏差を出力する演算手段と、 前記切換え信号に基づき前記第１のゲイン値を所定の傾
   きで増加させるゲイン増加手段とを備え、 前記第１の速度指令発生手段には、前記原速度指令信号
   の周波数成分のうち、遮断周波数よりも高い周波数成分
   を除去すると共に、前記遮断周波数よりも低い周波数を
   通過して前記第１の速度指令信号を発生するフィルタ手
   段を有しており、 前記切換え信号に基づき前記フィルタ手段の遮断周波数
   を所定の傾きで減衰させる周波数減衰手段を、ことを特
   徴とするサーボ制御装置。