JP2005174082A

JP2005174082A - 位置決め制御装置

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Publication number: JP2005174082A
Application number: JP2003414754A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hagiwara; 萩原　　淳
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】位置指令に対する制御対象の応答を改善し、整定時間を０とする。
【解決手段】加算器１１では、元の位置指令Ｐrefに、ハイパスフィルタ５からの低周波成分を除去した信号を加算して信号Ｂrefとして出力する。逆伝達関数補償器２は、電流指令Ｉrefから負荷機械８の位置までの伝達関数の逆数（逆伝達関数）の特性を有し、信号Ｂrefを入力して電流フィードフォワード指令Ｉffを出力する。逆伝達関数補償器３は、制御対象１２から入力された位置検出値Ｘfbから負荷機械８の位置までの伝達関数の逆数の特性を有し、信号Ｂrefを入力して第２の位置指令Ｘrefを出力する。誤差補償器４は、第２の位置指令Ｘrefと位置検出値Ｘfbが一致するような電流フィードバック指令Ｉfbを出力する。加算器１３は、電流フィードフォワード指令Ｉffと電流フィードバック指令Ｉfbとを加算して電流指令Ｉrefとして出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力された位置指令と、検出された電動機の位置検出値とに基づいて電動機に対する電流指令を生成することによりこの電動機と結合された負荷機械の位置決め制御を行う位置決め制御装置に関する。

従来の電動機のサーボ制御を行う位置決め制御装置では、フィードフォワード補償を行うことにより応答性の改善を図っている（例えば、特許文献１の実施例５、第７−８ページ、図６参照）。

このような従来の位置決め制御装置を図５に示す。この図５に示した従来技術では、位置決め制御装置である２自由度制御装置４１により制御対象１２の制御を行っている。ここで、２自由度制御装置とは、目標値応答特性とフィードバック特性とを独立に設定することが可能な制御装置である。

２自由度制御装置４１は、位置指令Prefと、制御対象１２からの位置検出値Ｘfbを入力し、制御対象１２に対して電流指令Ｉrefを出力する。

制御対象１２は、２自由度制御装置４１からの電流指令Ｉrefを入力し、位置検出値Ｘfbを２自由度制御装置４１に出力する。

制御対象１２は、図５に示されるように、電流制御部６と、電動機７と、負荷機械８と、位置検出器９と、電流検出器１０とから構成され、電流制御部６、電流検出器１０を用いて入力された電流指令Ｉrefに基づいた電動機７の制御を行い、電動機７に接続された負荷機械８の位置を制御するとともに位置検出器９により電動機７の位置を検出して位置検出値Ｘfbとして出力する
電動機７は、負荷機械８を駆動する。位置検出器９は、電動機７の位置を検出する。電流検出器１０は、電動機７に与えられる電流値を検出して電流検出値Ifbとして出力する。電流制御部６は、電流指令Ｉrefと電流検出器１０で検出された電流検出値Ｉfbが一致するような制御を行う。

次に２自由度制御装置４１内部の構成を説明する。この２自由度制御装置４１は、図５に示されるように、フィードフォワード補償器４２と、前置フィルタ４３と、フィードバック補償器４４と、減算器４５と、加算器４６とから構成されている。

フィードフォワード補償器４２は、位置指令Prefを入力し電流フィードフォワード指令Ｉffを出力する。前置フィルタ４３は、位置指令Ｐrefを入力しＣf(s)という特性をもつフィルタ処理を施し第２の位置指令Ｘrefを出力する。

そして、減算器４５において、前置フィルタ４３からの第２の位置指令Ｘrefと、制御対象１２からの位置検出値Ｘfbとの差が演算され、その演算結果が偏差Ｅrrとして出力される。フィードバック補償器４４は、減算器４５からの偏差Ｅrrを入力し、電流フィードバック指令Ｉfbを出力する。そして、最終的には電流フィードフォワード指令Iffと電流フィードバック指令Ｉfbが加算器４６において加算され、その和が電流指令Ｉrefとして制御対象１２に出力される。

次にこの２自由度制御装置４１を構成している各構成要素の詳細を説明する。

フィードバック補償器４４は、外乱抑圧特性などのフィードバック特性を決定するものであるため、閉ループ系が安定な範囲内でゲインを上げ、かつ積分特性を持つ必要がある。

フィードバック補償器４４は下記の式（１）により示される伝達関数を持つ。

Cb(s)=｛Kb・a1(s+a1)(s+a2)｝/[a1・a2・s(s+a3)] ・・・（１）
ここでa1、a2、a3は無駄時間の大きさから決まる閉ループ系の目標応答周波数から決定でき、ＫbはイナーシャＪの大きさに応じて決定できる。

前置フィルタ４３は、負荷機械８の機械共振を励起しない、電流指令Ｉrefに飽和を生じないなどの条件を満足するように、入出力の応答を制限するためのものである。

前置フィルタ４３は下記の式（２）により示される伝達関数を持つ。

Cf(s)=b1・b2/[(s+b1)(s+b2)] ・・・（２）
ここで、b1,b2は、負荷機械８の機械共振を励起しない、電流指令Ｉrefに飽和を生じないなどの上述した条件を満足するように決定される。

さらに、フィードフォワード補償器４２は、伝達関数がＣf(s)/Ｐm(s)となるように決定する。Ｐm(s)は制御対象のモデルであり、下記の式（３）により示される。

Pm(s)=(1/Jm・s²) ・・・（３）
ここでＪmはイナーシャＪの推定値である。

このように、従来の位置決め制御装置は、高速な応答を可能とすることを目的として、フィードバック補償器４４により外乱抑制などのフィードバック特性を良好に保ち、前置フィルタ４３とフィードフォワード補償器４２により望ましい応答モデルに実際の応答を一致させるものとして開示されている。

しかし、このような従来の位置決め制御装置では、前置フィルタ４３の特性Ｃf(s)によって応答が決定される。そのため、位置指令Ｐrefに対して必ずＣf(s)というフィルタの遅れが存在するという問題がある。また、たとえb1,b2を無限大にでき、Ｃf(s)の遅れを０にできたとしても、制御演算を行う時間は必ず存在するため、この場合も整定時間を０とすることはできないという問題があった。

特に、制御対象が振動を有する２慣性系の場合には、振動を抑えるためには、前置フィルタ４３の特性Ｃf(s)の応答を極端に遅くして、位置指令Ｐrefを大きく鈍らせて振動が発生しないように動作させる必要がでてくるので整定時間が長くなってしまうという問題がより顕著に現れてしまう。
特開平６−２８００６号公報

上述した従来の位置決め制御装置では、前置フィルタの特性によって応答が決定されるため、位置指令に対して必ず遅れを生じ整定時間を０とすることができないという問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、整定時間０を実現することができる位置決め制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の位置決め制御装置は、入力された位置指令と、検出された電動機の位置検出値とに基づいて前記電動機に対する電流指令を生成することにより前記電動機と結合された負荷機械の位置決め制御を行う位置決め制御装置であって、
前記位置指令を入力して低周波成分を除去した信号を出力するハイパスフィルタと、
前記位置指令に、前記ハイパスフィルタを通過した信号を加算する第１の加算器と、
前記電流指令から前記負荷機械の位置までの伝達関数の逆数の特性を有し、前記第１の加算器の出力を入力して電流フィードフォワード指令として出力する第１の逆伝達関数補償器と、
前記位置検出値から前記負荷機械の位置までの伝達関数の逆数の特性を有し、前記第１の加算器の出力を入力して新たな位置指令として出力する第２の逆伝達関数補償器と、
前記第２の逆伝達関数補償器からの新たな位置指令と、前記電動機の位置検出値が一致するようなフィードバック制御を行うための電流フィードバック指令を出力する誤差補償器と、
前記第１の逆伝達関数補償器からの電流フィードフォワード指令と、前記誤差補償器からの電流フィードバック指令とを加算して、前記電動機に対する電流指令として出力する第２の加算器とを備えている。

本発明によれば、入力された位置指令をハイパスフィルタに通した信号を元の位置指令に加算するようにしていることにより、元の位置指令よりも先行した（位相の進んだ）信号を作り出し、その信号に制御対象が追従するよな制御が行われるため、ハイパスフィルタの遮断周波数を調整することで、制御演算時間の遅れ分を改善することができ、結果として、整定時間０を実現できるとともに、位置指令よりも早く位置決めを完了させることも可能にすることができる。

また、本発明の位置決め制御装置では、前記電流指令から前記負荷機械の位置までの伝達関数が不安定な零点を持つ場合、前記第１の逆伝達関数補償器は不安定な零点を無視した伝達関数の逆数の特性を有し、前記第２の逆伝達関数補償器は前記位置検出値から前記負荷機械の位置までの伝達関数の逆数の特性と、前記不安定な零点の特性を併せ持つ特性を有するようにしてもよい。

本発明によると、電流指令から制御量である負荷機械の位置までの伝達関数が不安定な零点を持つ場合に、逆伝達関数が不安定になることを回避することができ、制御対象を安定に制御することができる。

また、本発明の位置決め制御装置では、前記第２の逆伝達関数補償器は、前記位置検出値から前記負荷機械の位置までの伝達関数が不安定な零点を持つ場合、不安定な零点を無視した伝達関数の逆数の特性を有するようにしてもよい。

本発明によると、位置検出値から制御量である負荷機械の位置までの伝達関数が不安定な零点を持つ場合に、逆伝達関数が不安定になることを回避することができ、制御対象を安定に制御することができる。

さらに、本発明の位置決め制御装置では、前記誤差補償器は、ＰＩＤ制御を行うことにより前記第２の逆伝達関数補償器の出力と前記電動機の位置検出値とから前記電流フィードバック指令を生成するようにしてもよい。

本発明によると、誤差補償器内部ではＰＩＤ制御を用いて電流フィードバック指令を生成しているため、調整が簡単であるとともに、本制御系の構築が容易となる。

以上説明したように、本発明によれば、ハイパスフィルタの遮断周波数の調整により位置指令の位相を進めることができ、整定時間を０、あるいは、指令より早く位置決めを完了することが可能になるという効果を得ることができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の位置決め制御装置の構成を表すブロック図である。図１において、電流制御部６、電動機７、負荷機械８、位置検出器９、電流検出器１０により構成される制御対象１２は、図５に示した従来の位置決め制御装置において説明したものと同じものである。

本実施形態における位置決め制御装置１も、図５に示した２自由度制御装置４１と同様に、位置指令Prefと、制御対象１２からの位置検出値Ｘfbを入力し、制御対象１２に対して電流指令Ｉrefを出力する。

次に位置決め制御装置１内部の構成を説明する。本実施形態における位置決め制御装置１は、図１に示されるように、逆伝達関数補償器２、３と、誤差補償器４と、ハイパスフィルタ５と、加算器１１、１３とから構成されている。

ハイパスフィルタ５は、位置指令Ｐrefを入力して低周波成分を除去した信号を出力する。加算器１１は、元の位置指令Ｐrefに、ハイパスフィルタ５を通過した信号を加算して信号Ｂrefとして出力する。

第１の逆伝達関数補償器である逆伝達関数補償器２は、電流指令Ｉrefから制御量である負荷機械８の位置までの伝達関数の逆数（逆伝達関数）の特性を有し、加算器１１の出力である信号Ｂrefを入力して電流フィードフォワード指令Ｉffとして出力する。

第２の逆伝達関数補償器である逆伝達関数補償器３は、制御対象１２から入力された位置検出値Ｘfbから負荷機械８の位置までの伝達関数の逆数の特性を有し、加算器１１の出力である信号Ｂrefを入力して第２の位置指令（新たな位置指令）Ｘrefとして出力する。

誤差補償器４は、逆伝達関数補償器３からの第２の位置指令Ｘrefと、電動機７の位置検出値Ｘfbが一致するようなフィードバック制御を行うための電流フィードバック指令Ｉfbを出力する。

加算器１３は、逆伝達関数補償器２からの電流フィードフォワード指令Ｉffと、誤差補償器４からの電流フィードバック指令Ｉfbとを加算して、電動機７に対する電流指令Ｉrefとして制御対象１２に出力する。

本実施形態の位置決め制御装置１が、上記の特許文献１に記載された従来の位置決め制御装置と異なる部分は、ハイパスフィルタ５と加算器１１とを備えた部分および、逆伝達関数補償器２と逆伝達関数補償器３の処理内容である。次に、本実施形態の位置決め制御装置１を構成各構成要素ごとの処理内容をそれぞれ具体的に説明する。

尚、本実施形態では、電動機７と負荷機械８は剛体結合されており、また電流制御部６の応答は無視できるほど十分速いものとする。

本実施形態では、電動機７と負荷機械８が剛体結合されているため、電動機７の位置と負荷機械８の位置とは同じとなり、制御量Ｙは、位置検出値Ｘfbにより表される電動機７の位置とする。よって、操作量である電流指令Ｉrefから負荷機械８の位置である制御量Ｙまでの伝達関数Ｇ(s)および、位置検出値Ｘfbから制御量Ｙまでの伝達関数Ｍ(s)は、下記の式（５）、式（６）のように簡単化することができる。

G(s) = Y/Iref = Kt/(J・s²) ・・・（５）
M(s) = Y/Xfb = 1 ・・・（６）
ここで、Ｊは電動機７と負荷機械８をあわせた総イナーシャを表し、Ｋtは電流とトルクの換算係数を表す。

では、まず最初にハイパスフィルタ５の処理であるが、本実施形態では、下記の式（７）に示すようなハイパスフィルタを用いる。

H(s)=s/(s+λ) ・・・（７）
ここで、λはハイパスフィルタの遮断周波数を表す変数である。

したがって、位置指令Prefと前述した信号Brefとの関係は、下記の式（８）のようになる。

Bref = Pref + ｓ/(s+λ)・Pref ・・・（８）
次に、逆伝達関数補償器２の処理を説明する。Ｇ(s)は上記の式（５）で表されるため、逆伝達関数補償器２内部では、下記の式（９）に示されるような処理が行われる。

Iff = 1/G(s) ・Bref = （J・s²）/Kt・Bref ・・・（９）
また、逆伝達関数補償器２は、上記の式（９）の特性をもっているものならばどのような構成のものでも良く、例えば上記の式（９）に適当なゲインを乗じた処理を行っても良い。

次に、逆伝達関数補償器３の処理を説明する。Ｍ(ｓ)は上記の式（６）で表されるため、逆伝達関数補償器３内部では、下記の式（１０）により示される処理を行う。

Xref = 1/M(s) ・Bref = 1/1・Bref = Bref ・・・（１０）
次に、誤差補償器４内の処理を図２に基づいて説明する。本実施形態では、位置をＰ（比例）制御、速度をＰＩ（比例・積分）制御で制御する場合を用いて説明する。

誤差補償器４は、図２に示されるように、微分器２０、２３と、減算器２１と、位置制御器２２と、減算器２４と、乗算器２５と、積分器２６と、加算器２７と、電流指令生成器２８とから構成され、ＰＩＤ（比例・積分・微分）制御を行うことにより、逆伝達関数補償器３の出力と電動機７の位置検出値Ｘfbとから電流フィードバック指令Ｉfbを生成している。

ここで、Ｋpは位置比例ゲイン、Ｋvは速度ループゲイン、Ｋiは積分ゲイン、Ｋtは電流とトルクの換算係数である。

減算器２１は、第２の位置指令Ｘrefと位置検出値Ｘfbとの差を求めることにより位置偏差を算出する。位置制御器２２は、減算器２１からの位置偏差に位置比例ゲインＫpを乗算して速度指令としてして出力している。減算器２４では、この速度指令と微分器２０からの値を加算した値から、微分器２３からの回転速度を減算した値が算出され、この算出結果が速度偏差として出力される。乗算器２５、積分器２６、加算器２７からなる速度制御器では、減算器２４からの速度偏差にＫv・（１＋Ｋi／ｓ）を乗算してトルク指令として出力している。そして、電流指令生成器２８は、このトルク指令に係数Ｋtを乗算することにより、電動機７を制御するための電流指令Ｉfbを発生させている。

上記のような処理が行われることにより、電流フィードバック指令Ｉfbは下記の式（１１）のように計算される。

Ifb = Kt・Kv・[Kp・(Xref-Xfb)+(s・Xref-s・Xfb)](1+Ki/s) ・・・（１１）
このように、式（８）から式（１１）までの処理を各要素ごとに行うことで、最終的な電流指令Ｉrefは下記の式（１２）で求められる。

Iref = Ifb + Iff ・・・（１２）
次に、本実施形態の位置決め制御装置１における、制御周期毎の動作を図３のフローチャートを参照して説明する。

先ずハイパスフィルタ５では、入力された位置指令Ｐrefの低周波成分を除去した信号を生成する（ステップ１０１）。そして、このステップ１０１において生成された信号と、元の位置指令Ｐrefとが加算器１１において加算され、信号Ｂrefとなる（ステップ１０２）。

次に、逆伝達関数補償器２では、加算器１１により生成された信号Ｂrefから電流フィードフォワード指令Ｉffを生成する（ステップ１０３）。また、逆伝達関数補償器３では、加算器１１により生成された信号Ｂrefから第２の位置指令Ｘrefを生成する（ステップ１０４）。そして、誤差補償器４では、逆伝達関数補償器３により生成された第２の位置指令Ｘrefと、制御対象１２からの位置検出値Ｘfbをもとに、電流フィードバック指令Ｉfbを生成する（ステップ１０５）。

最後に、加算器１３において、逆伝達関数補償器２により生成された電流フィードフォワード指令Ｉffと、誤差補償器４により生成された電流フィードバック指令Ｉfbとが加算されて電流指令Ｉrefが生成される（ステップ１０６）。

次に、本実施形態の位置決め制御装置による効果について、図４に基づいて説明する。

図４（ａ）は、従来の制御装置を用いた時の位置指令Ｐrefと制御量Ｙとの関係を示したものである。ここでＴbは位置指令がＰref目標値に到達してから位置決めが完了するまでの時間であり、一般的に整定時間と呼ばれる。このように、従来の制御を用いた場合は、応答を改善しても、必ず、制御演算部の処理時間分だけは遅れる。

次に、図４（ｂ）に、本実施形態の位置決め制御装置を用いた場合の位置指令Ｐrefと制御量Ｙ、および上述したＢrefとの関係を示す。この場合、ハイパスフィルタ処理することで、位置指令Ｐrefに対して信号Ｂrefが先行する（位相が進んだ）関係となる。したがって、従来の制御を用いた場合と同様の制御演算時間の遅れが存在しても、信号Ｂrefに対して制御量Ｙが遅れるだけなので、ハイパスフィルタ５の遮断周波数λの値を適当な値に設定すれば、結果的に、位置指令Ｐrefと制御量Ｙは同時に終了し、整定時間０（Ｔb＝０）を実現することが可能となる。

また、ハイパスフィルタ５の遮断周波数λを調整することにより、位置指令Ｐrefが目標値に行き着く前に、制御量Ｙはすでに、位置決めを完了するような動作を実現することも可能である。

さらに、本実施形態の位置決め制御装置１では、逆伝達関数補償器２に、電流指令Ｉrefから負荷機械８の位置までの伝達関数Ｇ（ｓ）の逆数（１／Ｇ（ｓ））の特性を設定していることにより、信号Ｂrefから負荷位置までの伝達特性が理想的には、Ｇ（ｓ）＊１／Ｇ（ｓ）＝１となる。（＊は乗算を示す。）
この結果、実際には、信号Ｂrefに対する負荷位置の応答が、制御演算周期分の遅れのみになるため、ハイパスフィルタでは制御演算周期の遅れ分のみ、位置指令Ｐrefの位相を進めればよいため、指令を進めることによるオーバシュートが発生しにくくなるという効果がある。

また、ハイパスフィルタで指令を進める際、進め量が少し（制御演算周期分のみ）だけでよいため、ハイパスフィルタの遮断周波数の調整も簡単になるという効果も得られる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の位置決め制御装置について説明する。

実施形態２では、制御対象として、電動機７と負荷８が振動要素で結合されている２慣性系である場合を考える。この場合、電動機７の位置と負荷機械８の位置は一致しないため、負荷機械８の位置を制御量Ｙとする。

この場合も制御系の構成は図１に示すとおりである。上記で説明した第１の実施形態との違いはＧ(s)とＭ(s)の値である。

このような制御対象の場合、Ｇ(s)とＭ(s)はそれぞれ下記の式（１３）、式(１４)のようになる。

G(s) = Y/Iref = Kt / [(J1・J2)/K2 ・s⁴+ (J1+J2)・s²] ・・・（１３）
M(s) = Y/Xfb = 1 / (J2/K2・s²+ 1) ・・・（１４）
ここで、Ｊ1は電動機７のイナーシャ、Ｊ2は負荷のイナーシャ、Ｋ2はばね定数を表す。

よって、逆伝達関数補償器２では、下記の式（１５）により示される処理を行うことになる。

Iff = 1/G(s) =[(J1・J2)/K2 ・s⁴+ (J1+J2)・s²]/Kt ・Bref ・・・(１５)
ここで、逆伝達関数補償器２は、上記の式（１５）の特性をもっているものならば何でも良く、例えば式（１５）に適当なゲインを乗じた処理を行っても良い。

また、逆伝達関数補償器３では、下記の式（１６）に示されるような処理することになる。

Xref = 1/M(s)・Bref = (J2/K2・s²+ 1)・Bref ・・・（１６）
ここで、本実施形態の位置決め制御装置１では、逆伝達関数補償器２に、電流指令Ｉrefから負荷機械８の位置までの伝達関数Ｇ（ｓ）の逆数（１／Ｇ（ｓ））の特性を設定していることにより、信号Ｂrefから負荷位置までの伝達特性が理想的には、Ｇ（ｓ）＊１／Ｇ（ｓ）＝１となる。（＊は乗算を示す。）
制御対象１２が２慣性系のような振動を有するメカであっても、伝達特性が１ということは、負荷位置が位置指令と一致するということであるから、本実施形態の位置決め制御装置を用いれば、振動を発生しない動作も実現できるという効果もある。

このように、本実施形態では、ハイパスフィルタおよび逆伝達関数を使用しているため、応答性向上の効果だけでなく、振動抑制効果も同時に得ることが可能である。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態の位置決め制御装置について説明する。

本発明の第３の実施形態では、制御対象として、電動機７が地面との間に振動特性を有する台の上に取り付けれているような場合を考える。

この場合も制御系の構成は図１に示す第１の実施形態と同様であるが、上記の第１の実施形態の場合との違いはＧ(ｓ)とＭ(ｓ)の値である。

このような制御対象の場合、Ｇ(ｓ)とＭ(ｓ)はそれぞれ下記の式（１７）、式(１８)のようになる。

G(s) = Y/Iref = Kt・[(M+Mb)/Kb・s²+ 1]/[M・Mb/Kb・s⁴+ M・s²] ・・・（１７）
M(s) = Y/Xfb = 1 ・・・（１８）
ここで、Ｍは電動機７の質量、Ｍbは台の質量、Ｋbは台と地面の間のばね定数を表す。

この場合、Ｇ(ｓ)の伝達関数は不安定な零点（虚軸上に存在する）を持つ。よって、Ｇ(s)の逆数を表す１／Ｇ(s)は不安定な極を持つことになり、その場合、システムが不安定になることが知られている。

このように、Ｇ(ｓ)の伝達関数が不安定な零点を持つ場合は、逆伝達関数補償器２では、下記の式（１９）に示すように、Ｇ(s)の不安定な零点[(M+Mb)/Kb・s²+ 1]を無視した伝達関数の逆数を用いればよい。

Iff =｛M・Mb/Kb・s⁴+ M・s²｝/Kt・Bref ・・・(１９)
ここで、逆伝達関数補償器２は、上記の式（１９）の特性をもっているものならばどのような構成のものでも良く、例えば式（１９）に適当なゲインを乗じた処理を行っても良い。

また、逆伝達関数補償器３は、不安定な零点[(M+Mb)/Kb・s²+ 1]とＭ(s)の逆数の特性を併せ持つよう、下記の式（２０）のように処理することになる。

Xref = 1/M(s) ・[(M+Mb)/Kb・s²+ 1]・Bref
= [(M+Mb)/Kb・s²+ 1]・Bref ・・・（２０）
こうすることによって、もともとの制御対象の伝達関数が不安定な零点を持つ場合も、安定に制御対象を制御することができる。

また、同様にして、逆伝達関数補償器３は、位置検出値Ｘfbから負荷機械８の位置までの伝達関数が不安定な零点を持つ場合、不安定な零点を無視した伝達関数の逆数を用いればよい。

本発明は、ハイパスフィルタを用いて指令の位相を進ませることによって、制御対象の応答を早くでき、整定時間０あるいは位置指令より早く位置決めが完了できるので、タクトタイムの短縮が望まれる半導体製造装置や電子部品実装装置の位置決め用途にも適用することができる。

本発明の第１実施形態の位置決め制御装置の構成を示すブロック図である。図１中の誤差補償器４内部の処理を説明するブロック図である。本発明の第１の実施形態の位置決め制御装置の動作を示すフローチャートである。本発明の第１の実施形態の位置決め制御装置における各信号の関係を説明する図である。従来の電動機のサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１位置決め制御装置
２、３逆伝達関数補償器
４誤差補償器
５ハイパスフィルタ
６電流制御部
７電動機
８負荷機械
９位置検出器
１０電流検出器
１１加算器
１２制御対象
２０微分器
２１減算器
２２位置制御器
２３微分器
２４減算器
２５乗算器
２６積分器
２７加算器
２８電流指令生成器
４１２自由度制御装置
４２フィードフォワード補償器
４３前置フィルタ
４４フィードバック補償器
４５減算器
４６加算器
１０１〜１０６ステップ

Claims

入力された位置指令と、検出された電動機の位置検出値とに基づいて前記電動機に対する電流指令を生成することにより前記電動機と結合された負荷機械の位置決め制御を行う位置決め制御装置であって、
前記位置指令を入力して低周波成分を除去した信号を出力するハイパスフィルタと、
前記位置指令に、前記ハイパスフィルタを通過した信号を加算する第１の加算器と、
前記電流指令から前記負荷機械の位置までの伝達関数の逆数の特性を有し、前記第１の加算器の出力を入力して電流フィードフォワード指令として出力する第１の逆伝達関数補償器と、
前記位置検出値から前記負荷機械の位置までの伝達関数の逆数の特性を有し、前記第１の加算器の出力を入力して新たな位置指令として出力する第２の逆伝達関数補償器と、
前記第２の逆伝達関数補償器からの新たな位置指令と、前記電動機の位置検出値が一致するようなフィードバック制御を行うための電流フィードバック指令を出力する誤差補償器と、
前記第１の逆伝達関数補償器からの電流フィードフォワード指令と、前記誤差補償器からの電流フィードバック指令とを加算して、前記電動機に対する電流指令として出力する第２の加算器と、
を備えている位置決め制御装置。
前記電流指令から前記負荷機械の位置までの伝達関数が不安定な零点を持つ場合、前記第１の逆伝達関数補償器は不安定な零点を無視した伝達関数の逆数の特性を有し、前記第２の逆伝達関数補償器は前記位置検出値から前記負荷機械の位置までの伝達関数の逆数の特性と、前記不安定な零点の特性を併せ持つ特性を有する請求項１記載の位置決め制御装置。
前記第２の逆伝達関数補償器は、前記位置検出値から前記負荷機械の位置までの伝達関数が不安定な零点を持つ場合、不安定な零点を無視した伝達関数の逆数の特性を有する請求項１記載の位置決め制御装置。
前記誤差補償器は、ＰＩＤ制御を行うことにより前記第２の逆伝達関数補償器の出力と前記電動機の位置検出値とから前記電流フィードバック指令を生成している請求項１記載の位置決め制御装置。