JP2004171333A - 機械制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】非線形要素・すべりという誤差要素を含む制御対象機械に対し、安定した制御を行うような機械制御装置を提供する。
【解決手段】第１フィルタ３ａ手段と、第２フィルタ手段３ｂと、加算手段３ｃと、減算手段３ｄと、ゲイン手段３ｅと、を備え、第１フィルタ手段３ａは制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を除く周波数特性を有し、かつ、第２フィルタ手段３ｂは制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を通過させる周波数特性を有する機械制御装置とした。
【選択図】 図２
【解決手段】第１フィルタ３ａ手段と、第２フィルタ手段３ｂと、加算手段３ｃと、減算手段３ｄと、ゲイン手段３ｅと、を備え、第１フィルタ手段３ａは制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を除く周波数特性を有し、かつ、第２フィルタ手段３ｂは制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を通過させる周波数特性を有する機械制御装置とした。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御対象機械を制御するための機械制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
制御対象機械を目標位置へ移動させる機械装置において、従来技術では、機械精度以上の位置決め精度が要求される場合、または、すべりやすいものをローラで搬送する場合などにはフルクローズド制御を採用することが多い。
以下、従来技術におけるフルクローズド制御がなされる機械装置の具体例について説明する。
【０００３】
まず、従来技術の第一例について図を参照しつつ説明する。図１３は、送りねじ機構を含む機械装置の構成図である。図１３に示すように、この機械装置は、大別して、制御対象機械１０と機械制御装置２０とを備えている。
制御対象機械１０は、搬送対象であるスライド移動部１１と、送りねじ１２と、搬送対象の位置検出器であるリニアスケール１３と、カップリング１４と、駆動源であるモータ１５と、駆動源の位置検出器であるモータエンコーダ１６とを備えている。
また、機械制御装置２０は、指令値出力手段２１と、位置制御手段２２と、速度制御手段２３とを備えている。
なお、リニアスケール１３の分解能はモータエンコーダ１６に比べて低い場合が多い。
【０００４】
スライド移動部１１は図示しないレールまたはエアスライド等に取り付けられており、図１３の左右の移動方向に滑らかに移動できるようになされている。
モータ１５の回転軸はカップリング１４を介して送りねじ１２と連結され、この送りねじ１２は、スライド移動部１１に取り付けられた図示しないねじ部内に螺挿されている。
【０００５】
モータ１５が送りねじ１２を回転駆動することにより、スライド移動部１１が図１３の左右方向へ移動する。モータ１５の回転位置・回転速度はモータエンコーダ１６によって検出され、速度制御手段２３へフィードバックされる。また、スライド移動部１１の位置はリニアスケール１３によって検出され、位置制御手段２２へフィードバックされる。
【０００６】
位置制御手段２２では、位置指令値とリニアスケール１３の位置検出値の差がゼロとなるような速度指令値を出力する。速度制御手段２３では、モータエンコーダ１６の検出値を使って、速度指令値に応じた速度制御を行うトルク指令値を出力してモータ１５の回転駆動を行う。
【０００７】
このような制御により、スライド移動部１１と送りねじ１２との間にあるバックラッシ、または、カップリング１４に含まれるねじれ等の誤差要素（以下、単に誤差要素という）があっても、搬送対象の検出位置と目標位置とが一致するような制御を行うため、誤差要素を吸収でき、正確に移動させることができる。
このようにフルクローズド制御では、制御対象機械に取り付けられたリニアスケール１３にて直接的に機械の位置を検出し、制御装置にフィードバックして制御するため、正確に機械の位置決め制御を行うことができる。
【０００８】
続いて、他の従来技術である第二例について図を参照しつつ説明する。図１４は、ケーブル等の線体を繰り出す機械装置の構成図である。図１４に示すように、この機械装置は、電線・メッセンジャワイヤ・ケーブルなど線状である線体３１を搬送対象とする装置であり、大別して機械制御装置２０と、制御対象機械３０とを備えている。
【０００９】
機械制御装置２０は、指令値出力手段２１と、位置制御手段２２と、速度制御手段２３とを備えている。
制御対象機械３０は、搬送対象である線体３１を搬送するため、従動ローラ３２と、搬送対象の位置検出器である外部エンコーダ３３と、送り出しローラ３４と、駆動源であるモータ３５と、駆動源の位置検出器であるモータエンコーダ３６とを備えている。
なお、外部エンコーダ３３の分解能はモータエンコーダ３６に比べて低い場合が多い。
【００１０】
この機械装置では、モータ３５が送り出しローラ３４を回転駆動することにより、送り出しローラ３４と従動ローラ３２とに挟まれる線体３１が送られる。
この線体３１の送り量は、送り出しローラ３４と従動ローラ３２との回転量に対応して増大するものであり、回転量を計測することで送り量を算出することができる。ここでは従動ローラ３２の回転により外部エンコーダ３３から出力される値を搬送対象の位置検出値とする。この位置検出値は、位置制御手段２２へフィードバックされる。
位置制御手段２２では、位置指令値と外部エンコーダ３３の位置検出値の差がゼロとなるような速度指令値を出力する。
【００１１】
また、送り出しローラ３４の回転によりモータエンコーダ３６から出力される値を駆動源の位置検出値とする。この位置検出値は、速度制御手段２３へフィードバックされる。
速度制御手段２３では、モータエンコーダ３６の検出値を使って、速度指令値に応じた速度制御を行うトルク指令値を出力してモータ３５の回転駆動を行う。
【００１２】
このような制御により、線体３１と送り出しローラ３４との間にすべりなどの誤差要素があっても、搬送対象を正確に目標長だけ送ることができる。
このようなフルクローズド制御により、制御対象機械３０に取り付けられた外部エンコーダ３３にて直接的に機械の位置を検出し、機械制御装置２０にフィードバックして制御するため、正確に機械の位置決め制御を行うことができる。
【００１３】
このような機械装置を制御するための制御装置は、他にも従来より各種検討がなされており、例えば他の例である位置決め制御装置が特許文献１として開示されている。
特許文献１に記載の位置決め制御装置は、共振周波数近傍の値をノッチフィルタによりフィルタリングすることで、開ループにおける制御ゲインを大きくするような制御装置である。
【００１４】
【特許文献１】
特開平５−２８５７８６号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来技術の第一例，第二例におけるフルクローズド制御系では、理論上は搬送対象の位置を正確に制御することができる。
しかしながら、従来技術の第一例の機械装置のように、制御対象機械２０の伝達機構において、例えば送りねじ１２のバックラッシまたはカップリング１４のねじれなどの誤差要素が多く含まれる場合には、安定な制御が困難であった。
【００１６】
これは、図１３で示すように、モータエンコーダ１６にて検出されるモータ１５の速度情報（スライド移動部１１等の誤差要素に影響されない）と、リニアスケール１３にて検出されるスライド移動部１１の位置情報（スライド移動部１１等の誤差要素に影響される）とは、伝達機構の誤差要素によるズレが生じており、位置制御が不安定になることに起因するものである。
【００１７】
また、リニアスケール１３の分解能がモータエンコーダ１６の分解能よりも低い場合には、速度が素早く追値し、かつ、位置が粗いことに起因して階段状に移動するようになり、滑らかな制御にならないという問題があった。
【００１８】
また、従来技術の第二例の機械装置のように、すべりがある場合にも安定な制御が困難であった。これは、機械の伝達機構にすべりがある場合には、図１４で示すように、モータエンコーダ３６にて検出されるモータ３５の速度情報（線体３１のすべりに影響されない）と、外部エンコーダ３３にて検出される線体３１の位置情報（線体３１のすべりに影響される）とは、すべりなどによるズレが生じるため制御が不安定になってしまうことに起因するものであった。
【００１９】
また、外部エンコーダ３３の分解能が粗い場合には、速度が素早く追値し、かつ、位置が粗いことに起因して階段状に移動するようになり、滑らかな制御にならないという問題があった。
【００２０】
また、特許文献１の位置決め制御装置では、位相進み遅れ補償器・ゲイン調整等で対応しているが、先に説明した誤差要素に起因する場合に対処できるものではなく、制御が不安定になるおそれがあるというものであり、従来技術と同様の問題点を含むものであった。
【００２１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、誤差要素を含む制御対象機械に対しても、安定した制御を行うような機械制御装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決する請求項１に係る発明の機械制御装置は、
駆動源により搬送対象が搬送駆動されるときに駆動源の位置検出器および搬送対象の位置検出器がそれぞれ位置検出値を出力する制御対象機械に対し、位置指令値に基づいて目標位置へ移動するよう制御する機械制御装置であって、
搬送対象の位置検出値から所定周波数領域を除く成分を通過させる第１フィルタ手段と、
駆動源の位置検出値から所定周波数領域の成分を含む領域を通過させる第２フィルタ手段と、
第１フィルタ手段からの出力および第２フィルタ手段からの出力を加算して合成位置検出値を出力する加算手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項２に係る発明の機械制御装置は、
請求項１に記載の機械制御装置において、
第１フィルタ手段は制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を除く周波数特性を有し、第２フィルタ手段は制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を通過させる周波数特性を有することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項３に係る発明の機械制御装置は、
請求項１または２に記載の機械制御装置において、
前記第１フィルタ手段はローパスフィルタとし、前記第２フィルタ手段はハイパスフィルタとすることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項４に係る発明の機械制御装置は、
請求項１または２に記載の機械制御装置において、
前記第１フィルタ手段はバンドエリミネータフィルタとし、前記第２フィルタ手段はバンドパスフィルタとすることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項５に係る発明の機械制御装置は、
駆動源により搬送対象が搬送駆動されるときに駆動源の位置検出器および搬送対象の位置検出器がそれぞれ位置検出値を出力する制御対象機械に対し、位置指令値に基づいて目標位置へ移動するよう制御する機械制御装置であって、
搬送対象の位置検出値から駆動源の位置検出値を減算する第１減算手段と、
第１減算手段の出力から所定周波数領域の成分を通過させるフィルタ手段と、
フィルタ手段からの出力および駆動源の位置検出値を加算して合成位置検出値を出力する加算手段とを備えることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項６に係る発明の機械制御装置は、
請求項５に記載の機械制御装置において、
フィルタ手段は制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を除く周波数特性を有することを特徴とする。
【００２８】
また、請求項７に係る発明の機械制御装置は、
請求項５または６に記載の機械制御装置において、
前記フィルタ手段はローパスフィルタとすることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項８に係る発明の機械制御装置は、
請求項５または６に記載の機械制御装置において、
前記フィルタ手段はバンドエリミネータフィルタとすることを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の請求項１，２の発明に係る機械制御装置の第１実施形態について説明する。図１は機械制御装置および制御対象機械を含む機械装置の構成図、図２は本発明の機械制御装置の位置制御手段の構成図である。
本実施形態の機械装置は、基本的には図１３で示した従来技術の機械装置の構成と同様であるが、図１で示す機械制御装置１の位置制御手段３が新規な点および入力する位置検出値が相違する。
【００３１】
機械装置は、図１に示すように、機械制御装置１と制御対象機械１０とを備えている。
制御対象機械１０は、従来技術の構成と同様に、スライド移動部１１と、送りねじ１２と、リニアスケール１３と、カップリング１４と、モータ１５と、モータエンコーダ１６とを備えている。
機械制御装置１は、指令値出力手段２と、位置制御手段３と、速度制御手段４とを備えている。
【００３２】
これらのうち、制御対象機械１０のスライド移動部１１と、送りねじ１２と、リニアスケール１３と、カップリング１４と、モータ１５と、モータエンコーダ１６は従来技術と同様であり、同じ符号を付するとともに重複する説明を省略する。なお、この制御対象機械１０にも、誤差要素、つまり、スライド移動部１１と送りねじ１２との間に制御の安定性を阻害するバックラッシが、また、カップリング１４にねじれが含まれていることも従来と同様である。
【００３３】
従来技術ではリニアスケール１３（本発明の搬送対象の位置検出器の一具体例である。）によるスライド移動部１１（本発明の搬送対象の一具体例である。）の位置検出値のみフィードバックして位置制御を行っていたが、本発明では、これに加えて、モータエンコーダ１６（本発明の駆動源の位置検出器の一具体例である。）によるモータ１５（本発明の駆動源の一具体例である。）の位置検出値もフィードバックして位置制御を行う点、また、この位置検出値を位置制御に使用するように位置制御手段３の構成を改良した点が新規な点である。
【００３４】
この機械制御装置の制御対象機械１０は、リニアスケール１３の位置検出値とモータ１５の位置検出値とを位置制御手段３へフィードバックするように構成されている。
【００３５】
続いて、位置制御手段３の構成について説明する。
位置制御手段３は、図２で示すように、詳しくは第１フィルタ手段３ａ、第２フィルタ手段３ｂ、加算手段３ｃと、減算手段３ｄと、ゲイン手段３ｅとを備えている。
【００３６】
続いて、値の流れについて説明する。
指令値出力手段２は、図１で示すように、搬送対象であるスライド移動部１１の目標位置を位置指令値として、位置制御手段３へ出力する。
【００３７】
一方、本発明の搬送対象の一具体例であるスライド移動部１１の位置を検出するリニアスケール１３から位置検出値が出力され、この位置検出値は第１フィルタ手段３ａに入力される。第１フィルタ手段３ａは、位置検出値から所定周波数領域を除く領域を通過させた上で、第１のフィルタリング済み位置検出値を出力する。
【００３８】
同様に、本発明の駆動源の一具体例であるモータ１５の位置を検出するモータエンコーダ１６から位置検出値が出力され、この位置検出値は第２フィルタ手段３ｂに入力される。第２フィルタ手段３ｂは、位置検出値から所定周波数領域を含む領域を通過させた上で、第２のフィルタリング済み位置検出値を出力する。
【００３９】
加算手段３ｃは、第１フィルタ手段３ａからの出力である第１のフィルタリング済み位置検出値、および、第２フィルタ手段３ｂからの出力である第２のフィルタリング済み位置検出値を加算して合成位置検出値を出力する。
【００４０】
減算手段３ｄは、指令値出力手段２が出力する位置指令値から、加算手段３ｃが出力する合成位置検出値を減算し、減算値を出力する。
ゲイン手段３ｅは、減算手段３ｄからの出力にゲインとなるゲイン定数Ｋｐを乗じて速度指令値を出力する。
【００４１】
この速度指令値は、図１で示すように速度制御手段４へ入力される。速度制御手段４は、ゲイン手段３ｅから出力された速度指令値に基づいてトルク指令値を出力する。
このトルク指令値により、モータ１５が駆動される。
【００４２】
この位置制御手段３では、第１フィルタ手段３ａは制御対象機械１０に固有の振動周波数の近傍領域を除くような周波数特性を有し、かつ、第２フィルタ手段３ｂは制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を含むような周波数特性を有するようにしている。なお、この振動周波数は制御対象機械を組み立てて実験的・理論的に予め算出されているものとし、第１フィルタ手段３ａおよび第２フィルタ手段３ｂのそれぞれの周波数特性も予め決定されるものとする。
【００４３】
このようにモータエンコーダの検出位置を併用することで、搬送対象であるスライド移動部１１を正確に目標位置へ止めるような比較的遅い動作はリニアスケール１３の位置検出値で対応することに加え、誤差要素による共振などの比較的速い動作はモータエンコーダ１６の位置検出値で対応できることから、安定したフルクローズド制御ができ、制御対象機械の位置精度とともに制御の安定性も確保できるようになる。
【００４４】
続いて、本発明の請求項３の発明に係る機械制御装置の第２実施形態について説明する。図３は位置制御手段の構成図、図４は周波数領域を説明するための説明図である。
本実施形態では、第１実施形態の第１フィルタ手段３ａおよび第２フィルタ手段３ｂをより具体化したものであり、詳しくは、第１実施形態の第１フィルタ手段３ａをローパスフィルタ３ａ’とし、第２フィルタ手段３ｂをハイパスフィルタ３ｂ’としたものである。
【００４５】
ここに図４を用いてこれらフィルタの通過できる周波数領域について説明する。
図４で示すようにローパスフィルタ３ａ’が通過させる周波数領域は、振動周波数領域が含まれないような領域（図４の実線で表される特性）であり、また、ハイパスフィルタ３ｂ’は振動周波数領域が含まれるような領域（図４の点線で表される特性）である。このように構成することで、第１実施形態と同様に、安定したフルクローズド制御系を構築することができる。
【００４６】
続いて、本発明の請求項４の発明に係る機械制御装置の第３実施形態について説明する。図５は位置制御手段の構成図、図６は周波数領域を説明するための説明図である。
本実施形態でも、第２実施形態と同様に、第１実施形態の第１フィルタ手段３ａおよび第２フィルタ手段３ｂをより具体化したものであり、詳しくは、第１実施形態の第１フィルタ手段３ａをバンドエリミネータフィルタ３ａ”とし、第２フィルタ手段３ｂをバンドパスフィルタ３ｂ”としたものである。
【００４７】
ここに図６を用いてこれらフィルタの通過できる周波数領域について説明する。
図６で示すようにバンドエリミネータフィルタ３ａ”が通過させる周波数領域（図６の実線で表される特性）は、振動周波数領域近傍を除去して振動周波数領域が含まれないような領域とし、また、バンドパスフィルタ３ｂ”が通過させる領域（図６の点線で表される特性）は、振動周波数領域近傍のみを通過させて振動周波数領域が含まれるような領域である。
このように構成することで、第１実施形態と同様に、安定したフルクローズド制御系を構築することができる。
【００４８】
続いて、本発明の請求項５，６の発明に係る機械制御装置の第４実施形態について説明する。図７は機械制御装置および制御対象機械を含む機械装置の構成図、図８は位置制御手段の構成図である。
本実施形態の機械装置は、基本的には図１４で示した従来技術の機械装置の構成と同様であるが、図７で示す機械制御装置５の位置制御手段７および入力される位置検出値が新規な点が相違する。
【００４９】
機械装置は、図７に示すように、機械制御装置５と制御対象機械３０とを備えている。
制御対象機械３０は、従来技術の構成と同様に、搬送対象である線体３１を繰り出す機械であり、従動ローラ３２と、外部エンコーダ３３と、送り出しローラ３４と、モータ３５と、モータエンコーダ３６とを備えている。
機械制御装置５は、指令値出力手段６と、位置制御手段７と、速度制御手段８とを備えている。
【００５０】
これらのうち、制御対象機械３０の従動ローラ３２と、外部エンコーダ３３と、送り出しローラ３４と、モータ３５と、モータエンコーダ３６とは従来技術と同様であり、同じ符号を付するとともに重複する説明を省略する。なお、この制御対象機械３０にも、機械の伝達機構にすべりや外部エンコーダの分解能が粗いことに起因する滑らかな制御にならないという問題を内在することも従来と同様である。
【００５１】
従来技術では線体３１（本発明の搬送対象の一具体例である。）の移動を従動ローラ３２の回転に変換し、外部エンコーダ３３（本発明の搬送対象の位置検出器の一具体例である。）により、回転位置を位置検出値として出力し、この位置検出値のみフィードバックして位置制御を行っていたが、本発明では、これに加えて、モータエンコーダ３６（本発明の駆動源の位置検出器の一具体例である。）によるモータ３５（本発明の駆動源の一具体例である。）の位置検出値もフィードバックして位置制御を行う点、また、この位置検出値を位置制御に使用するよう位置制御手段７の構成を改良した点が新規な点である。
【００５２】
この機械装置の制御対象機械３０は、外部エンコーダ３３の位置検出値とモータエンコーダ３６の位置検出値とを位置制御手段７へフィードバックするように構成されている。
【００５３】
続いて、位置制御手段７の構成について説明する。
位置制御手段７は、図８で示すように、詳しくは第１減算手段７ａ、フィルタ手段７ｂ、加算手段７ｃと、第２減算手段７ｄと、ゲイン手段７ｅとを備えている。
【００５４】
続いて、値の流れについて説明する。
指令値出力手段６は、図７で示すように、搬送対象である線体３１の移動量を従動ローラ３２の位置に換算した位置指令値を、位置制御手段３へ出力する。
一方、本発明の送り出しローラ３４・従動ローラ３２により繰り出される線体３１の位置を検出するため、外部エンコーダ３３から位置検出値が出力される。
同様に、本発明の駆動源の一具体例であるモータ３５の位置を検出するモータエンコーダ３６からも位置検出値が出力される。
【００５５】
第１減算手段７ａは、外部エンコーダ３３の位置検出値から、駆動源の一具体例であるモータ３５の位置を検出するモータエンコーダ３６からの位置検出値を、減算して第１の減算値を出力する。
フィルタ手段７ｂは、第１減算手段７ａが出力する第１の減算値から所定領域の成分を通過させてフィルタリング済み減算値を出力する。
【００５６】
加算手段７ｃは、フィルタ手段７ｂから出力されるフィルタリング済み減算値、および、モータエンコーダ３６から出力されるモータ３５の位置検出値を加算して合成位置検出値を出力する。
第２減算手段７ｄは、指令値出力手段６が出力する位置指令値から、加算手段７ｃが出力する合成位置検出値を減算し、第２の減算値を出力する。
ゲイン手段７ｅは、第２減算手段７ｄが出力する第２の減算値にゲインとなるゲイン定数Ｋｐを乗じて速度指令値を出力する。
【００５７】
この速度指令値は、図７で示すように速度制御手段８へ入力される。速度制御手段８は、ゲイン手段７ｅから出力された速度指令値に基づいてトルク指令値を出力する。
このトルク指令値により、モータ３５が駆動される。
【００５８】
この位置制御手段７では、外部エンコーダ３３の位置検出値から、モータエンコーダ３６の位置検出値を減算し、フィルタ手段７ｂにより制御対象機械１０に固有の振動周波数の近傍領域を除き、その上で、再度モータエンコーダ３６の位置検出値を加算している。
【００５９】
このように構成することで、モータエンコーダ３６の位置検出値は、制御対象機器１０に固有の振動周波数を含む領域を通過させたフィルタリング済み位置検出値として、加算手段７ｃに入力されることと同等となり、第１実施形態と同様の効果が得られる。
すなわち、モータエンコーダ３６によって検出したモータ３５の位置検出値を位置制御に使用することで、機械の伝達機構に含まれるすべり等の誤差要素があっても、安定した制御を行うことができるようになる。
【００６０】
続いて、本発明の請求項７の発明に係る機械制御装置の第５実施形態について説明する。図９は位置制御手段の構成図、図１０は周波数領域を説明するための説明図である。
本実施形態では、第４実施形態のフィルタ手段７ｂをより具体化したものであり、詳しくは、第４実施形態のフィルタ手段７ｂをローパスフィルタ７ｂ’としたものである。
【００６１】
ここに図１０を用いてこのローパスフィルタが通過させる周波数領域の特性について説明する。
図１０で示すようにローパスフィルタ７ｂ’が通過させる周波数領域は、振動周波数領域が含まれないような領域（図１０の実線で表される特性）である。
【００６２】
この場合、モータエンコーダ３６の検出位置を、直接加算手段７ｃへ入力するルートと、第１減算手段７ａからフィルタ手段７ｂを通って加算手段７ｃへ入力するルートを合わせて考えると、もとの検出位置にハイパスフィルタを通したものと同様の動作となる。すなわち、一つのローパスフィルタで第２実施形態の位置制御装置３と同様の動作を行わせることができ、安定したフルクローズド制御を行うことができる。
【００６３】
続いて、本発明の請求項８の発明に係る機械制御装置の第６実施形態について説明する。図１１は位置制御手段の構成図、図１２は周波数領域を説明するための説明図である。
本実施形態でも、第６実施形態と同様に、第４実施形態のフィルタ手段７ｂをより具体化したものであり、詳しくは、第４実施形態のフィルタ手段７ｂをバンドエリミネータフィルタ７ｂ”としたものである。
【００６４】
ここに図１２を用いてこれらフィルタの通過できる周波数領域について説明する。
図１２で示すようにバンドエリミネータフィルタ７ｂ”が通過させる周波数領域（図６の実線で表される特性）は、振動周波数領域近傍を除去して振動周波数領域が含まれないような領域である。
【００６５】
モータエンコーダ６の検出位置は、第５実施形態と同様の考え方で、もとの位置にバンドパスフィルタを通したことと同様の動作となる。すなわち、一つのバンドエリミネータフィルタ７ｂ”で第３実施形態と同様の動作を行うことができ、安定したフルクローズド制御を行うことができる。
【００６６】
以上本発明の第１〜第６の実施形態について説明した。
これら第１〜第３実施形態の位置制御手段３では、ゲイン手段３ｅへ入力される減算手段３ｄからの減算値が振動要素を含まないため、ゲインを増加させて追値性等を向上させることもできる。この点は第４〜第６実施形態の位置制御手段７でも同様である。
【００６７】
また、第１〜第３本実施形態では、説明の具体化のため、送りねじとスライドレール装置とを用いる制御対象機械１０について説明した。しかしながら、制御対象機械はこのような機械に限定する趣旨ではなく、例えば、回転駆動用のモータにボールねじを連結したスライドレール装置を移動させ、アーム先端の重量物を移動させる制御対象機械、同様に回転駆動用モータとベルトを用いる制御対象機械、ラック・ピニオンを用いる制御対象機械、リニアモータを用いる制御対象機械などに適用することができる。
【００６８】
また、第４〜第６実施形態ではケーブル等の線体を繰り出すための送り出しローラ・従動ローラについて説明したが、これはローラに限定される趣旨ではなく、例えば、一対のキャタピラによる搬送手段、三個またはそれ以上の個数のローラ搬送手段など各種構成を採用することができる。
【００６９】
また、第１〜第３実施形態で制御対象機械１０を機械制御装置１で制御し、また、第４〜第６実施形態で制御対象機械３０を機械制御装置５で制御するものとして説明したが、これら制御対象機械１０を機械制御装置５で制御し、また、第４〜第６実施形態で制御対象機械３０を機械制御装置１で制御するものとしても本発明の実施は可能である。
これらは事情に応じて適宜選択できる。
【００７０】
【発明の効果】
以上本発明によれば、非線形要素・すべりという誤差要素を含む制御対象機械に対し、安定した制御を行うような機械制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】機械制御装置および制御対象機械を含む機械装置の構成図である。
【図２】本発明の機械制御装置の位置制御手段の構成図である。
【図３】位置制御手段の構成図である。
【図４】周波数領域を説明するための説明図である。
【図５】位置制御手段の構成図である。
【図６】周波数領域を説明するための説明図である。
【図７】機械制御装置および制御対象機械を含む機械装置の構成図である。
【図８】本発明の機械制御装置の位置制御手段の構成図である。
【図９】位置制御手段の構成図である。
【図１０】周波数領域を説明するための説明図である。
【図１１】位置制御手段の構成図である。
【図１２】周波数領域を説明するための説明図である。
【図１３】送りねじ機構を含む機械装置の構成図である。
【図１４】ケーブル等の線体を繰り出す機械装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 機械制御装置
２ 指令値出力手段
３ 位置制御手段
３ａ 第１フィルタ手段
３ａ’ ローパスフィルタ
３ａ” バンドエリミネータフィルタ
３ｂ 第２フィルタ手段
３ｂ’ ハイパスフィルタ
３ｂ” バンドパスフィルタ
３ｃ 加算手段
３ｄ 減算手段
３ｅ ゲイン手段
４ 速度制御手段
５ 機械制御装置
６ 指令値出力手段
７ 位置制御手段
７ａ 第１減算手段
７ｂ フィルタ手段
７ｂ’ ローパスフィルタ
７ｂ” バンドエリミネータフィルタ
７ｃ 加算手段
７ｄ 第２減算手段
７ｅ ゲイン手段
８ 速度制御手段
１０ 制御対象機械
１１ スライド移動部
１２ 送りねじ
１３ リニアスケール
１４ カップリング
１５ モータ
１６ モータエンコーダ
２０ 機械制御装置
２１ 指令値出力手段
２２ 位置制御手段
２３ 速度制御手段
３０ 制御対象機械
３１ 線体
３２ 従動ローラ
３３ 外部エンコーダ
３４ 送り出しローラ
３５ モータ
３６ モータエンコーダ
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御対象機械を制御するための機械制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
制御対象機械を目標位置へ移動させる機械装置において、従来技術では、機械精度以上の位置決め精度が要求される場合、または、すべりやすいものをローラで搬送する場合などにはフルクローズド制御を採用することが多い。
以下、従来技術におけるフルクローズド制御がなされる機械装置の具体例について説明する。
【０００３】
まず、従来技術の第一例について図を参照しつつ説明する。図１３は、送りねじ機構を含む機械装置の構成図である。図１３に示すように、この機械装置は、大別して、制御対象機械１０と機械制御装置２０とを備えている。
制御対象機械１０は、搬送対象であるスライド移動部１１と、送りねじ１２と、搬送対象の位置検出器であるリニアスケール１３と、カップリング１４と、駆動源であるモータ１５と、駆動源の位置検出器であるモータエンコーダ１６とを備えている。
また、機械制御装置２０は、指令値出力手段２１と、位置制御手段２２と、速度制御手段２３とを備えている。
なお、リニアスケール１３の分解能はモータエンコーダ１６に比べて低い場合が多い。
【０００４】
スライド移動部１１は図示しないレールまたはエアスライド等に取り付けられており、図１３の左右の移動方向に滑らかに移動できるようになされている。
モータ１５の回転軸はカップリング１４を介して送りねじ１２と連結され、この送りねじ１２は、スライド移動部１１に取り付けられた図示しないねじ部内に螺挿されている。
【０００５】
モータ１５が送りねじ１２を回転駆動することにより、スライド移動部１１が図１３の左右方向へ移動する。モータ１５の回転位置・回転速度はモータエンコーダ１６によって検出され、速度制御手段２３へフィードバックされる。また、スライド移動部１１の位置はリニアスケール１３によって検出され、位置制御手段２２へフィードバックされる。
【０００６】
位置制御手段２２では、位置指令値とリニアスケール１３の位置検出値の差がゼロとなるような速度指令値を出力する。速度制御手段２３では、モータエンコーダ１６の検出値を使って、速度指令値に応じた速度制御を行うトルク指令値を出力してモータ１５の回転駆動を行う。
【０００７】
このような制御により、スライド移動部１１と送りねじ１２との間にあるバックラッシ、または、カップリング１４に含まれるねじれ等の誤差要素（以下、単に誤差要素という）があっても、搬送対象の検出位置と目標位置とが一致するような制御を行うため、誤差要素を吸収でき、正確に移動させることができる。
このようにフルクローズド制御では、制御対象機械に取り付けられたリニアスケール１３にて直接的に機械の位置を検出し、制御装置にフィードバックして制御するため、正確に機械の位置決め制御を行うことができる。
【０００８】
続いて、他の従来技術である第二例について図を参照しつつ説明する。図１４は、ケーブル等の線体を繰り出す機械装置の構成図である。図１４に示すように、この機械装置は、電線・メッセンジャワイヤ・ケーブルなど線状である線体３１を搬送対象とする装置であり、大別して機械制御装置２０と、制御対象機械３０とを備えている。
【０００９】
機械制御装置２０は、指令値出力手段２１と、位置制御手段２２と、速度制御手段２３とを備えている。
制御対象機械３０は、搬送対象である線体３１を搬送するため、従動ローラ３２と、搬送対象の位置検出器である外部エンコーダ３３と、送り出しローラ３４と、駆動源であるモータ３５と、駆動源の位置検出器であるモータエンコーダ３６とを備えている。
なお、外部エンコーダ３３の分解能はモータエンコーダ３６に比べて低い場合が多い。
【００１０】
この機械装置では、モータ３５が送り出しローラ３４を回転駆動することにより、送り出しローラ３４と従動ローラ３２とに挟まれる線体３１が送られる。
この線体３１の送り量は、送り出しローラ３４と従動ローラ３２との回転量に対応して増大するものであり、回転量を計測することで送り量を算出することができる。ここでは従動ローラ３２の回転により外部エンコーダ３３から出力される値を搬送対象の位置検出値とする。この位置検出値は、位置制御手段２２へフィードバックされる。
位置制御手段２２では、位置指令値と外部エンコーダ３３の位置検出値の差がゼロとなるような速度指令値を出力する。
【００１１】
また、送り出しローラ３４の回転によりモータエンコーダ３６から出力される値を駆動源の位置検出値とする。この位置検出値は、速度制御手段２３へフィードバックされる。
速度制御手段２３では、モータエンコーダ３６の検出値を使って、速度指令値に応じた速度制御を行うトルク指令値を出力してモータ３５の回転駆動を行う。
【００１２】
このような制御により、線体３１と送り出しローラ３４との間にすべりなどの誤差要素があっても、搬送対象を正確に目標長だけ送ることができる。
このようなフルクローズド制御により、制御対象機械３０に取り付けられた外部エンコーダ３３にて直接的に機械の位置を検出し、機械制御装置２０にフィードバックして制御するため、正確に機械の位置決め制御を行うことができる。
【００１３】
このような機械装置を制御するための制御装置は、他にも従来より各種検討がなされており、例えば他の例である位置決め制御装置が特許文献１として開示されている。
特許文献１に記載の位置決め制御装置は、共振周波数近傍の値をノッチフィルタによりフィルタリングすることで、開ループにおける制御ゲインを大きくするような制御装置である。
【００１４】
【特許文献１】
特開平５−２８５７８６号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来技術の第一例，第二例におけるフルクローズド制御系では、理論上は搬送対象の位置を正確に制御することができる。
しかしながら、従来技術の第一例の機械装置のように、制御対象機械２０の伝達機構において、例えば送りねじ１２のバックラッシまたはカップリング１４のねじれなどの誤差要素が多く含まれる場合には、安定な制御が困難であった。
【００１６】
これは、図１３で示すように、モータエンコーダ１６にて検出されるモータ１５の速度情報（スライド移動部１１等の誤差要素に影響されない）と、リニアスケール１３にて検出されるスライド移動部１１の位置情報（スライド移動部１１等の誤差要素に影響される）とは、伝達機構の誤差要素によるズレが生じており、位置制御が不安定になることに起因するものである。
【００１７】
また、リニアスケール１３の分解能がモータエンコーダ１６の分解能よりも低い場合には、速度が素早く追値し、かつ、位置が粗いことに起因して階段状に移動するようになり、滑らかな制御にならないという問題があった。
【００１８】
また、従来技術の第二例の機械装置のように、すべりがある場合にも安定な制御が困難であった。これは、機械の伝達機構にすべりがある場合には、図１４で示すように、モータエンコーダ３６にて検出されるモータ３５の速度情報（線体３１のすべりに影響されない）と、外部エンコーダ３３にて検出される線体３１の位置情報（線体３１のすべりに影響される）とは、すべりなどによるズレが生じるため制御が不安定になってしまうことに起因するものであった。
【００１９】
また、外部エンコーダ３３の分解能が粗い場合には、速度が素早く追値し、かつ、位置が粗いことに起因して階段状に移動するようになり、滑らかな制御にならないという問題があった。
【００２０】
また、特許文献１の位置決め制御装置では、位相進み遅れ補償器・ゲイン調整等で対応しているが、先に説明した誤差要素に起因する場合に対処できるものではなく、制御が不安定になるおそれがあるというものであり、従来技術と同様の問題点を含むものであった。
【００２１】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、誤差要素を含む制御対象機械に対しても、安定した制御を行うような機械制御装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記のような課題を解決する請求項１に係る発明の機械制御装置は、
駆動源により搬送対象が搬送駆動されるときに駆動源の位置検出器および搬送対象の位置検出器がそれぞれ位置検出値を出力する制御対象機械に対し、位置指令値に基づいて目標位置へ移動するよう制御する機械制御装置であって、
搬送対象の位置検出値から所定周波数領域を除く成分を通過させる第１フィルタ手段と、
駆動源の位置検出値から所定周波数領域の成分を含む領域を通過させる第２フィルタ手段と、
第１フィルタ手段からの出力および第２フィルタ手段からの出力を加算して合成位置検出値を出力する加算手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項２に係る発明の機械制御装置は、
請求項１に記載の機械制御装置において、
第１フィルタ手段は制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を除く周波数特性を有し、第２フィルタ手段は制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を通過させる周波数特性を有することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項３に係る発明の機械制御装置は、
請求項１または２に記載の機械制御装置において、
前記第１フィルタ手段はローパスフィルタとし、前記第２フィルタ手段はハイパスフィルタとすることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項４に係る発明の機械制御装置は、
請求項１または２に記載の機械制御装置において、
前記第１フィルタ手段はバンドエリミネータフィルタとし、前記第２フィルタ手段はバンドパスフィルタとすることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項５に係る発明の機械制御装置は、
駆動源により搬送対象が搬送駆動されるときに駆動源の位置検出器および搬送対象の位置検出器がそれぞれ位置検出値を出力する制御対象機械に対し、位置指令値に基づいて目標位置へ移動するよう制御する機械制御装置であって、
搬送対象の位置検出値から駆動源の位置検出値を減算する第１減算手段と、
第１減算手段の出力から所定周波数領域の成分を通過させるフィルタ手段と、
フィルタ手段からの出力および駆動源の位置検出値を加算して合成位置検出値を出力する加算手段とを備えることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項６に係る発明の機械制御装置は、
請求項５に記載の機械制御装置において、
フィルタ手段は制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を除く周波数特性を有することを特徴とする。
【００２８】
また、請求項７に係る発明の機械制御装置は、
請求項５または６に記載の機械制御装置において、
前記フィルタ手段はローパスフィルタとすることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項８に係る発明の機械制御装置は、
請求項５または６に記載の機械制御装置において、
前記フィルタ手段はバンドエリミネータフィルタとすることを特徴とする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の請求項１，２の発明に係る機械制御装置の第１実施形態について説明する。図１は機械制御装置および制御対象機械を含む機械装置の構成図、図２は本発明の機械制御装置の位置制御手段の構成図である。
本実施形態の機械装置は、基本的には図１３で示した従来技術の機械装置の構成と同様であるが、図１で示す機械制御装置１の位置制御手段３が新規な点および入力する位置検出値が相違する。
【００３１】
機械装置は、図１に示すように、機械制御装置１と制御対象機械１０とを備えている。
制御対象機械１０は、従来技術の構成と同様に、スライド移動部１１と、送りねじ１２と、リニアスケール１３と、カップリング１４と、モータ１５と、モータエンコーダ１６とを備えている。
機械制御装置１は、指令値出力手段２と、位置制御手段３と、速度制御手段４とを備えている。
【００３２】
これらのうち、制御対象機械１０のスライド移動部１１と、送りねじ１２と、リニアスケール１３と、カップリング１４と、モータ１５と、モータエンコーダ１６は従来技術と同様であり、同じ符号を付するとともに重複する説明を省略する。なお、この制御対象機械１０にも、誤差要素、つまり、スライド移動部１１と送りねじ１２との間に制御の安定性を阻害するバックラッシが、また、カップリング１４にねじれが含まれていることも従来と同様である。
【００３３】
従来技術ではリニアスケール１３（本発明の搬送対象の位置検出器の一具体例である。）によるスライド移動部１１（本発明の搬送対象の一具体例である。）の位置検出値のみフィードバックして位置制御を行っていたが、本発明では、これに加えて、モータエンコーダ１６（本発明の駆動源の位置検出器の一具体例である。）によるモータ１５（本発明の駆動源の一具体例である。）の位置検出値もフィードバックして位置制御を行う点、また、この位置検出値を位置制御に使用するように位置制御手段３の構成を改良した点が新規な点である。
【００３４】
この機械制御装置の制御対象機械１０は、リニアスケール１３の位置検出値とモータ１５の位置検出値とを位置制御手段３へフィードバックするように構成されている。
【００３５】
続いて、位置制御手段３の構成について説明する。
位置制御手段３は、図２で示すように、詳しくは第１フィルタ手段３ａ、第２フィルタ手段３ｂ、加算手段３ｃと、減算手段３ｄと、ゲイン手段３ｅとを備えている。
【００３６】
続いて、値の流れについて説明する。
指令値出力手段２は、図１で示すように、搬送対象であるスライド移動部１１の目標位置を位置指令値として、位置制御手段３へ出力する。
【００３７】
一方、本発明の搬送対象の一具体例であるスライド移動部１１の位置を検出するリニアスケール１３から位置検出値が出力され、この位置検出値は第１フィルタ手段３ａに入力される。第１フィルタ手段３ａは、位置検出値から所定周波数領域を除く領域を通過させた上で、第１のフィルタリング済み位置検出値を出力する。
【００３８】
同様に、本発明の駆動源の一具体例であるモータ１５の位置を検出するモータエンコーダ１６から位置検出値が出力され、この位置検出値は第２フィルタ手段３ｂに入力される。第２フィルタ手段３ｂは、位置検出値から所定周波数領域を含む領域を通過させた上で、第２のフィルタリング済み位置検出値を出力する。
【００３９】
加算手段３ｃは、第１フィルタ手段３ａからの出力である第１のフィルタリング済み位置検出値、および、第２フィルタ手段３ｂからの出力である第２のフィルタリング済み位置検出値を加算して合成位置検出値を出力する。
【００４０】
減算手段３ｄは、指令値出力手段２が出力する位置指令値から、加算手段３ｃが出力する合成位置検出値を減算し、減算値を出力する。
ゲイン手段３ｅは、減算手段３ｄからの出力にゲインとなるゲイン定数Ｋｐを乗じて速度指令値を出力する。
【００４１】
この速度指令値は、図１で示すように速度制御手段４へ入力される。速度制御手段４は、ゲイン手段３ｅから出力された速度指令値に基づいてトルク指令値を出力する。
このトルク指令値により、モータ１５が駆動される。
【００４２】
この位置制御手段３では、第１フィルタ手段３ａは制御対象機械１０に固有の振動周波数の近傍領域を除くような周波数特性を有し、かつ、第２フィルタ手段３ｂは制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を含むような周波数特性を有するようにしている。なお、この振動周波数は制御対象機械を組み立てて実験的・理論的に予め算出されているものとし、第１フィルタ手段３ａおよび第２フィルタ手段３ｂのそれぞれの周波数特性も予め決定されるものとする。
【００４３】
このようにモータエンコーダの検出位置を併用することで、搬送対象であるスライド移動部１１を正確に目標位置へ止めるような比較的遅い動作はリニアスケール１３の位置検出値で対応することに加え、誤差要素による共振などの比較的速い動作はモータエンコーダ１６の位置検出値で対応できることから、安定したフルクローズド制御ができ、制御対象機械の位置精度とともに制御の安定性も確保できるようになる。
【００４４】
続いて、本発明の請求項３の発明に係る機械制御装置の第２実施形態について説明する。図３は位置制御手段の構成図、図４は周波数領域を説明するための説明図である。
本実施形態では、第１実施形態の第１フィルタ手段３ａおよび第２フィルタ手段３ｂをより具体化したものであり、詳しくは、第１実施形態の第１フィルタ手段３ａをローパスフィルタ３ａ’とし、第２フィルタ手段３ｂをハイパスフィルタ３ｂ’としたものである。
【００４５】
ここに図４を用いてこれらフィルタの通過できる周波数領域について説明する。
図４で示すようにローパスフィルタ３ａ’が通過させる周波数領域は、振動周波数領域が含まれないような領域（図４の実線で表される特性）であり、また、ハイパスフィルタ３ｂ’は振動周波数領域が含まれるような領域（図４の点線で表される特性）である。このように構成することで、第１実施形態と同様に、安定したフルクローズド制御系を構築することができる。
【００４６】
続いて、本発明の請求項４の発明に係る機械制御装置の第３実施形態について説明する。図５は位置制御手段の構成図、図６は周波数領域を説明するための説明図である。
本実施形態でも、第２実施形態と同様に、第１実施形態の第１フィルタ手段３ａおよび第２フィルタ手段３ｂをより具体化したものであり、詳しくは、第１実施形態の第１フィルタ手段３ａをバンドエリミネータフィルタ３ａ”とし、第２フィルタ手段３ｂをバンドパスフィルタ３ｂ”としたものである。
【００４７】
ここに図６を用いてこれらフィルタの通過できる周波数領域について説明する。
図６で示すようにバンドエリミネータフィルタ３ａ”が通過させる周波数領域（図６の実線で表される特性）は、振動周波数領域近傍を除去して振動周波数領域が含まれないような領域とし、また、バンドパスフィルタ３ｂ”が通過させる領域（図６の点線で表される特性）は、振動周波数領域近傍のみを通過させて振動周波数領域が含まれるような領域である。
このように構成することで、第１実施形態と同様に、安定したフルクローズド制御系を構築することができる。
【００４８】
続いて、本発明の請求項５，６の発明に係る機械制御装置の第４実施形態について説明する。図７は機械制御装置および制御対象機械を含む機械装置の構成図、図８は位置制御手段の構成図である。
本実施形態の機械装置は、基本的には図１４で示した従来技術の機械装置の構成と同様であるが、図７で示す機械制御装置５の位置制御手段７および入力される位置検出値が新規な点が相違する。
【００４９】
機械装置は、図７に示すように、機械制御装置５と制御対象機械３０とを備えている。
制御対象機械３０は、従来技術の構成と同様に、搬送対象である線体３１を繰り出す機械であり、従動ローラ３２と、外部エンコーダ３３と、送り出しローラ３４と、モータ３５と、モータエンコーダ３６とを備えている。
機械制御装置５は、指令値出力手段６と、位置制御手段７と、速度制御手段８とを備えている。
【００５０】
これらのうち、制御対象機械３０の従動ローラ３２と、外部エンコーダ３３と、送り出しローラ３４と、モータ３５と、モータエンコーダ３６とは従来技術と同様であり、同じ符号を付するとともに重複する説明を省略する。なお、この制御対象機械３０にも、機械の伝達機構にすべりや外部エンコーダの分解能が粗いことに起因する滑らかな制御にならないという問題を内在することも従来と同様である。
【００５１】
従来技術では線体３１（本発明の搬送対象の一具体例である。）の移動を従動ローラ３２の回転に変換し、外部エンコーダ３３（本発明の搬送対象の位置検出器の一具体例である。）により、回転位置を位置検出値として出力し、この位置検出値のみフィードバックして位置制御を行っていたが、本発明では、これに加えて、モータエンコーダ３６（本発明の駆動源の位置検出器の一具体例である。）によるモータ３５（本発明の駆動源の一具体例である。）の位置検出値もフィードバックして位置制御を行う点、また、この位置検出値を位置制御に使用するよう位置制御手段７の構成を改良した点が新規な点である。
【００５２】
この機械装置の制御対象機械３０は、外部エンコーダ３３の位置検出値とモータエンコーダ３６の位置検出値とを位置制御手段７へフィードバックするように構成されている。
【００５３】
続いて、位置制御手段７の構成について説明する。
位置制御手段７は、図８で示すように、詳しくは第１減算手段７ａ、フィルタ手段７ｂ、加算手段７ｃと、第２減算手段７ｄと、ゲイン手段７ｅとを備えている。
【００５４】
続いて、値の流れについて説明する。
指令値出力手段６は、図７で示すように、搬送対象である線体３１の移動量を従動ローラ３２の位置に換算した位置指令値を、位置制御手段３へ出力する。
一方、本発明の送り出しローラ３４・従動ローラ３２により繰り出される線体３１の位置を検出するため、外部エンコーダ３３から位置検出値が出力される。
同様に、本発明の駆動源の一具体例であるモータ３５の位置を検出するモータエンコーダ３６からも位置検出値が出力される。
【００５５】
第１減算手段７ａは、外部エンコーダ３３の位置検出値から、駆動源の一具体例であるモータ３５の位置を検出するモータエンコーダ３６からの位置検出値を、減算して第１の減算値を出力する。
フィルタ手段７ｂは、第１減算手段７ａが出力する第１の減算値から所定領域の成分を通過させてフィルタリング済み減算値を出力する。
【００５６】
加算手段７ｃは、フィルタ手段７ｂから出力されるフィルタリング済み減算値、および、モータエンコーダ３６から出力されるモータ３５の位置検出値を加算して合成位置検出値を出力する。
第２減算手段７ｄは、指令値出力手段６が出力する位置指令値から、加算手段７ｃが出力する合成位置検出値を減算し、第２の減算値を出力する。
ゲイン手段７ｅは、第２減算手段７ｄが出力する第２の減算値にゲインとなるゲイン定数Ｋｐを乗じて速度指令値を出力する。
【００５７】
この速度指令値は、図７で示すように速度制御手段８へ入力される。速度制御手段８は、ゲイン手段７ｅから出力された速度指令値に基づいてトルク指令値を出力する。
このトルク指令値により、モータ３５が駆動される。
【００５８】
この位置制御手段７では、外部エンコーダ３３の位置検出値から、モータエンコーダ３６の位置検出値を減算し、フィルタ手段７ｂにより制御対象機械１０に固有の振動周波数の近傍領域を除き、その上で、再度モータエンコーダ３６の位置検出値を加算している。
【００５９】
このように構成することで、モータエンコーダ３６の位置検出値は、制御対象機器１０に固有の振動周波数を含む領域を通過させたフィルタリング済み位置検出値として、加算手段７ｃに入力されることと同等となり、第１実施形態と同様の効果が得られる。
すなわち、モータエンコーダ３６によって検出したモータ３５の位置検出値を位置制御に使用することで、機械の伝達機構に含まれるすべり等の誤差要素があっても、安定した制御を行うことができるようになる。
【００６０】
続いて、本発明の請求項７の発明に係る機械制御装置の第５実施形態について説明する。図９は位置制御手段の構成図、図１０は周波数領域を説明するための説明図である。
本実施形態では、第４実施形態のフィルタ手段７ｂをより具体化したものであり、詳しくは、第４実施形態のフィルタ手段７ｂをローパスフィルタ７ｂ’としたものである。
【００６１】
ここに図１０を用いてこのローパスフィルタが通過させる周波数領域の特性について説明する。
図１０で示すようにローパスフィルタ７ｂ’が通過させる周波数領域は、振動周波数領域が含まれないような領域（図１０の実線で表される特性）である。
【００６２】
この場合、モータエンコーダ３６の検出位置を、直接加算手段７ｃへ入力するルートと、第１減算手段７ａからフィルタ手段７ｂを通って加算手段７ｃへ入力するルートを合わせて考えると、もとの検出位置にハイパスフィルタを通したものと同様の動作となる。すなわち、一つのローパスフィルタで第２実施形態の位置制御装置３と同様の動作を行わせることができ、安定したフルクローズド制御を行うことができる。
【００６３】
続いて、本発明の請求項８の発明に係る機械制御装置の第６実施形態について説明する。図１１は位置制御手段の構成図、図１２は周波数領域を説明するための説明図である。
本実施形態でも、第６実施形態と同様に、第４実施形態のフィルタ手段７ｂをより具体化したものであり、詳しくは、第４実施形態のフィルタ手段７ｂをバンドエリミネータフィルタ７ｂ”としたものである。
【００６４】
ここに図１２を用いてこれらフィルタの通過できる周波数領域について説明する。
図１２で示すようにバンドエリミネータフィルタ７ｂ”が通過させる周波数領域（図６の実線で表される特性）は、振動周波数領域近傍を除去して振動周波数領域が含まれないような領域である。
【００６５】
モータエンコーダ６の検出位置は、第５実施形態と同様の考え方で、もとの位置にバンドパスフィルタを通したことと同様の動作となる。すなわち、一つのバンドエリミネータフィルタ７ｂ”で第３実施形態と同様の動作を行うことができ、安定したフルクローズド制御を行うことができる。
【００６６】
以上本発明の第１〜第６の実施形態について説明した。
これら第１〜第３実施形態の位置制御手段３では、ゲイン手段３ｅへ入力される減算手段３ｄからの減算値が振動要素を含まないため、ゲインを増加させて追値性等を向上させることもできる。この点は第４〜第６実施形態の位置制御手段７でも同様である。
【００６７】
また、第１〜第３本実施形態では、説明の具体化のため、送りねじとスライドレール装置とを用いる制御対象機械１０について説明した。しかしながら、制御対象機械はこのような機械に限定する趣旨ではなく、例えば、回転駆動用のモータにボールねじを連結したスライドレール装置を移動させ、アーム先端の重量物を移動させる制御対象機械、同様に回転駆動用モータとベルトを用いる制御対象機械、ラック・ピニオンを用いる制御対象機械、リニアモータを用いる制御対象機械などに適用することができる。
【００６８】
また、第４〜第６実施形態ではケーブル等の線体を繰り出すための送り出しローラ・従動ローラについて説明したが、これはローラに限定される趣旨ではなく、例えば、一対のキャタピラによる搬送手段、三個またはそれ以上の個数のローラ搬送手段など各種構成を採用することができる。
【００６９】
また、第１〜第３実施形態で制御対象機械１０を機械制御装置１で制御し、また、第４〜第６実施形態で制御対象機械３０を機械制御装置５で制御するものとして説明したが、これら制御対象機械１０を機械制御装置５で制御し、また、第４〜第６実施形態で制御対象機械３０を機械制御装置１で制御するものとしても本発明の実施は可能である。
これらは事情に応じて適宜選択できる。
【００７０】
【発明の効果】
以上本発明によれば、非線形要素・すべりという誤差要素を含む制御対象機械に対し、安定した制御を行うような機械制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】機械制御装置および制御対象機械を含む機械装置の構成図である。
【図２】本発明の機械制御装置の位置制御手段の構成図である。
【図３】位置制御手段の構成図である。
【図４】周波数領域を説明するための説明図である。
【図５】位置制御手段の構成図である。
【図６】周波数領域を説明するための説明図である。
【図７】機械制御装置および制御対象機械を含む機械装置の構成図である。
【図８】本発明の機械制御装置の位置制御手段の構成図である。
【図９】位置制御手段の構成図である。
【図１０】周波数領域を説明するための説明図である。
【図１１】位置制御手段の構成図である。
【図１２】周波数領域を説明するための説明図である。
【図１３】送りねじ機構を含む機械装置の構成図である。
【図１４】ケーブル等の線体を繰り出す機械装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 機械制御装置
２ 指令値出力手段
３ 位置制御手段
３ａ 第１フィルタ手段
３ａ’ ローパスフィルタ
３ａ” バンドエリミネータフィルタ
３ｂ 第２フィルタ手段
３ｂ’ ハイパスフィルタ
３ｂ” バンドパスフィルタ
３ｃ 加算手段
３ｄ 減算手段
３ｅ ゲイン手段
４ 速度制御手段
５ 機械制御装置
６ 指令値出力手段
７ 位置制御手段
７ａ 第１減算手段
７ｂ フィルタ手段
７ｂ’ ローパスフィルタ
７ｂ” バンドエリミネータフィルタ
７ｃ 加算手段
７ｄ 第２減算手段
７ｅ ゲイン手段
８ 速度制御手段
１０ 制御対象機械
１１ スライド移動部
１２ 送りねじ
１３ リニアスケール
１４ カップリング
１５ モータ
１６ モータエンコーダ
２０ 機械制御装置
２１ 指令値出力手段
２２ 位置制御手段
２３ 速度制御手段
３０ 制御対象機械
３１ 線体
３２ 従動ローラ
３３ 外部エンコーダ
３４ 送り出しローラ
３５ モータ
３６ モータエンコーダ
Claims (8)
- 駆動源により搬送対象が搬送駆動されるときに駆動源の位置検出器および搬送対象の位置検出器がそれぞれ位置検出値を出力する制御対象機械に対し、位置指令値に基づいて目標位置へ移動するよう制御する機械制御装置であって、
搬送対象の位置検出値から所定周波数領域を除く成分を通過させる第１フィルタ手段と、
駆動源の位置検出値から所定周波数領域の成分を含む領域を通過させる第２フィルタ手段と、
第１フィルタ手段からの出力および第２フィルタ手段からの出力を加算して合成位置検出値を出力する加算手段とを備えることを特徴とする機械制御装置。 - 請求項１に記載の機械制御装置において、
第１フィルタ手段は制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を除く周波数特性を有し、第２フィルタ手段は制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を通過させる周波数特性を有することを特徴とする機械制御装置。 - 請求項１または２に記載の機械制御装置において、
前記第１フィルタ手段はローパスフィルタとし、前記第２フィルタ手段はハイパスフィルタとすることを特徴とする機械制御装置。 - 請求項１または２に記載の機械制御装置において、
前記第１フィルタ手段はバンドエリミネータフィルタとし、前記第２フィルタ手段はバンドパスフィルタとすることを特徴とする機械制御装置。 - 駆動源により搬送対象が搬送駆動されるときに駆動源の位置検出器および搬送対象の位置検出器がそれぞれ位置検出値を出力する制御対象機械に対し、位置指令値に基づいて目標位置へ移動するよう制御する機械制御装置であって、
搬送対象の位置検出値から駆動源の位置検出値を減算する第１減算手段と、
第１減算手段の出力から所定周波数領域の成分を通過させるフィルタ手段と、
フィルタ手段からの出力および駆動源の位置検出値を加算して合成位置検出値を出力する加算手段とを備えることを特徴とする機械制御装置。 - 請求項５に記載の機械制御装置において、
フィルタ手段は制御対象機械に固有の振動周波数の近傍領域を除く周波数特性を有することを特徴とする機械制御装置。 - 請求項５または６に記載の機械制御装置において、
前記フィルタ手段はローパスフィルタとすることを特徴とする機械制御装置。 - 請求項５または６に記載の機械制御装置において、
前記フィルタ手段はバンドエリミネータフィルタとすることを特徴とする機械制御装置。
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-
2002
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