JP2006302201A - サーボ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 各軸の振動特性に差がある場合でも、軌跡制御精度の劣化を招くことなく、制御対象の振動を抑制することができるようにする。
【解決手段】 位置指令に含まれている所定の周波数成分を減衰させる振動抑制フィルタ１と、所定の周波数領域において振動抑制フィルタ１の応答特性と一致する応答特性を有し、第２の軸の位置指令を入力する応答特性補正フィルタ４とを設け、第１の軸の位置検出信号が振動抑制フィルタ１から出力された振動抑制フィルタ信号に追従するように第１の軸を駆動し、第２の軸の位置検出信号が応答特性補正フィルタ４から出力された補正フィルタ信号に追従するように第２の軸を駆動する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、工作機械の送り軸や、産業ロボットのアームのような負荷機械をモータによって駆動するサーボ制御装置に関するものであり、特に、２つ以上の軸を有する機械において軌跡制御を行うサーボ制御装置に関するものである。

従来のサーボ制御装置は、指令位置である目標軌道をＧ_m（ｓ）で表される軌道生成モデルに入力して、その軌道生成モデルＧ_m（ｓ）の出力信号を目標位置信号とし、負荷機械の位置検出信号が目標位置信号に追従するように制御することで、負荷機械に生じる振動を抑制している。
軌道生成モデルＧ_m（ｓ）は、目標軌道に含まれる主共振周波数のパワーを低下させるように、次式で与えられる（例えば、特許文献１参照）。

ただし、ω_rは抑制したい振動の周波数、ζ_rは減衰比、ｓはラプラス演算子である。

ここで、このようなサーボ制御装置を用いて軌跡制御を実施する場合を考察する。
軌跡制御では、指令軌跡形状と送り速度から求められる各軸の位置指令に基づいてサーボ制御が行われ、各軸の実際の動きを示す応答位置から応答軌跡形状が形成される。
ただし、各軸の振動特性に差があると、各軸の指令位置から応答位置までの応答特性に差が生じ、その結果として、指令軌跡形状と応答軌跡形状の間に誤差が生じる。
例えば、Ｘ軸の剛性は低いが、Ｙ軸の剛性が高い機械系に対して、指令軌跡として真円形状の指令を与えた場合、応答軌跡はＸ軸方向に短く、Ｙ軸方向に長い楕円状の軌跡となる。

これは、下記の特許文献１における軌道生成モデルＧ_m（ｓ）のゲイン特性が、抑制したい振動の周波数ω_rと減衰比ζ_rに依存するため、その振動周波数ω_r及び減衰比ζ_rが軸によって異なると、各軸の指令位置から応答位置までのゲイン特性が異なってしまうことに起因する。
また、指令軌跡として真円形状の指令を与えた場合には、その応答軌跡が軸方向に対して斜めの方向に楕円化することもある。
これは、下記の特許文献１における軌道生成モデルＧ_m（ｓ）の位相特性が、抑制したい振動の周波数ω_rと減衰比ζ_rに依存するため、その振動周波数ω_r及び減衰比ζ_rが軸によって異なると、各軸の指令位置から応答位置までの位相特性が異なってしまって、軸間の同期が取れなくなることに起因する。

一方、各軸の目標位置信号から位置検出信号までの伝達特性を駆動系伝達特性とするとき、軌道生成モデルＧ_m（ｓ）が駆動系伝達特性の完全な逆特性を有していれば、各軸の指令位置から応答位置までのゲイン特性及び位相特性を一致させることが可能であるが、そのためには、全ての軸の駆動系伝達特性を完全に把握することが必要となり、実現が非常に困難となる。また、軌道生成モデルＧ_m（ｓ）の構成が複雑になり、多数のパラメータの設定が必要になるので、サーボ制御装置の調整作業が困難となり、調整に長時間を要する。

特開２００１−２４９７０２号公報（段落番号［００５３］から［００５６］、図２）

従来のサーボ制御装置は以上のように構成されているので、軌跡制御を実施する際、指令位置をノッチフィルタである軌道生成モデルＧ_m（ｓ）に入力すると、制御対象の振動を抑制することができる。しかし、各軸の振動特性に差がある場合、各軸の応答性に差が生じるため、実際の軌跡が指令した軌跡からずれて、軌跡制御精度が劣化することがある課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、各軸の振動特性に差がある場合でも、軌跡制御精度の劣化を招くことなく、制御対象の振動を抑制することができるサーボ制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係るサーボ制御装置は、第１の軸の位置指令を入力して、その位置指令に含まれている所定の周波数成分を減衰させる振動抑制フィルタと、所定の周波数領域において振動抑制フィルタの応答特性と一致する応答特性を有し、第１の軸以外の軸の位置指令を入力する応答特性補正フィルタとを設け、第１の軸の位置検出信号が振動抑制フィルタから出力された位置指令に追従するように第１の軸を駆動し、第１の軸以外の軸の位置検出信号が応答特性補正フィルタから出力された位置指令に追従するように第１の軸以外の軸を駆動するようにしたものである。

この発明によれば、第１の軸の位置指令を入力して、その位置指令に含まれている所定の周波数成分を減衰させる振動抑制フィルタと、所定の周波数領域において振動抑制フィルタの応答特性と一致する応答特性を有し、第１の軸以外の軸の位置指令を入力する応答特性補正フィルタとを設け、第１の軸の位置検出信号が振動抑制フィルタから出力された位置指令に追従するように第１の軸を駆動し、第１の軸以外の軸の位置検出信号が応答特性補正フィルタから出力された位置指令に追従するように第１の軸以外の軸を駆動するように構成したので、各軸の振動特性に差がある場合でも、軌跡制御精度の劣化を招くことなく、制御対象の振動を抑制することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるサーボ制御装置を示す構成図であり、図において、振動抑制フィルタ１は第１の軸の位置指令を入力して、その位置指令に含まれている所定の周波数成分を減衰させるフィルタ演算を実施し、その演算結果である振動抑制フィルタ信号を第１の軸駆動部２に出力する。
第１の軸駆動部２は第１の軸の位置検出信号が振動抑制フィルタ１から出力された振動抑制フィルタ信号に追従するようなトルク指令信号を第１の軸モータ３に出力する。
第１の軸モータ３は第１の軸駆動部２から出力されたトルク指令信号によって第１の軸を駆動する。

応答特性補正フィルタ４は所定の周波数領域において振動抑制フィルタ１の応答特性（ゲイン特性、位相特性）と一致する応答特性（ゲイン特性、位相特性）を有し、第２の軸（第１の軸以外の軸）の位置指令を入力してフィルタ演算を実施し、その演算結果である補正フィルタ信号を第２の軸駆動部５に出力する。
第１の軸以外の軸駆動部である第２の軸駆動部５は第２の軸の位置検出信号が応答特性補正フィルタ４から出力された補正フィルタ信号に追従するようなトルク指令信号を第２の軸モータ６に出力する。
第２の軸モータ６は第２の軸駆動部５から出力されたトルク指令信号によって第２の軸を駆動する。

次に動作について説明する。
例えば、サーボ制御装置が第１の軸と第２の軸を有する機械を軌跡制御する場合、振動抑制フィルタ１が第１の軸の位置指令を入力して、その位置指令に含まれている所定の周波数成分を減衰させるフィルタ演算を実施し、その演算結果である振動抑制フィルタ信号を第１の軸駆動部２に出力する。なお、振動抑制フィルタ１のフィルタ演算の内容は後述する。

第１の軸駆動部２は、振動抑制フィルタ１から振動抑制フィルタ信号を受けると、フィードバック制御やフィードフォワード制御を実施することにより、第１の軸の位置検出信号が振動抑制フィルタ１から出力された振動抑制フィルタ信号に追従するようなトルク指令信号を第１の軸モータ３に出力する。
なお、第１の軸駆動部２の具体的構成は、例えば、特開平６−３０５７８公報の図１に記載されているものを用いることができる。
第１の軸モータ３は、第１の軸駆動部２から出力されたトルク指令信号によって第１の軸を駆動する。
これにより、第１の軸の振動が抑制されながら、第１の軸が駆動される。

応答特性補正フィルタ４は、所定の周波数領域において、振動抑制フィルタ１のゲイン特性と一致するゲイン特性を有するとともに、振動抑制フィルタ１の位相特性と一致する位相特性を有しており、第２の軸の位置指令を入力すると、フィルタ演算を実施して、その演算結果である補正フィルタ信号を第２の軸駆動部５に出力する。なお、応答特性補正フィルタ４のフィルタ演算の内容は後述する。

第２の軸駆動部５は、応答特性補正フィルタ４から補正フィルタ信号を受けると、フィードバック制御やフィードフォワード制御を実施することにより、第２の軸の位置検出信号が応答特性補正フィルタ４から出力された補正フィルタ信号に追従するようなトルク指令信号を第２の軸モータ６に出力する。
なお、第２の軸駆動部５の具体的構成は、第１の軸駆動部２と同様の構成を用いればよい。
第２の軸モータ６は、第２の軸駆動部５から出力されたトルク指令信号によって第２の軸を駆動する。

ここで、振動抑制フィルタ１と応答特性補正フィルタ４の位相特性が一致するために必要な条件について説明する。
まず、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｓ）は、ラプラス演算子ｓの有理多項式で表すことができる。
連続時間伝達関数Ｇ_v（ｓ）は、分子次数をｎ_v、分母次数をｍ_v、ｋを１からｎ_vまでの整数として分子多項式のｋ次の係数をｂ_vk、ｊを１からｍ_vまでの整数として分母多項式のｊ次の係数をａ_vjとすると、次の式（２）で表すことができる。

振動抑制フィルタ１は、第１の軸の位置指令に含まれている特定の周波数成分を減衰させる特性（ノッチ特性）を有するため、ノッチフィルタと呼ばれることもある。この振動抑制フィルタ１により減衰される振動成分の周波数をノッチ周波数とする。

また、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｓ）は、ラプラス演算子ｓの有理多項式で表すことができる。
連続時間伝達関数Ｇ_r（ｓ）は、分子次数をｎ_r、分母次数をｍ_r、ｋを１からｎ_rまでの整数として分子多項式のｋ次の係数をｂ_rk、ｊを１からｍ_rまでの整数として分母多項式のｊ次の係数をａ_rjとすると、次の式（３）で表すことができる。

振動抑制フィルタ１の位相特性φ_v（ω）は、連続時間伝達関数Ｇ_v（ｓ）の変数ｓにｊωを代入して得られる振動抑制フィルタ１の周波数伝達関数Ｇ_v（ｊω）の偏角∠Ｇ_v（ｊω）により求められる。
ここで、ｊは虚数単位であり、ωは周波数である。
周波数ωが連続時間伝達関数Ｇ_v（ｓ）の極及び零点の実部の絶対値よりも十分に小さい領域（１次近似可能周波数領域）では、周波数ωの２次以上の項は、周波数ωの１次の項よりも十分に小さいとして無視することができるため、振動抑制フィルタ１の位相特性φ_v（ω）は、周波数伝達関数Ｇ_v（ｊω）の偏角∠Ｇ_v（ｊω）の１次近似である周波数ωの１次式で表すことができる。

応答特性補正フィルタ４の位相特性φ_r（ω）は、連続時間伝達関数Ｇ_r（ｓ）の変数ｓにｊωを代入して得られる応答特性補正フィルタ４の周波数伝達関数Ｇ_r（ｊω）の偏角∠Ｇ_r（ｊω）により求められる。
周波数ωが連続時間伝達関数Ｇ_r（ｓ）の極及び零点の実部の絶対値よりも十分に小さい領域（１次近似可能周波数領域）では、周波数ωの２次以上の項は、周波数ωの１次の項よりも十分に小さいとして無視することができるため、応答特性補正フィルタ４の位相特性φ_r（ω）は、周波数伝達関数Ｇ_r（ｊω）の偏角∠Ｇ_r（ｊω）の１次近似である周波数ωの１次式で表すことができる。

よって、振動抑制フィルタ１の位相特性φ_v（ω）と応答特性補正フィルタ４の位相特性φ_r（ω）とが等しくなるように、即ち、振動抑制フィルタ１と応答特性補正フィルタ４の１次近似した位相特性が等しくなる関係式が成立するように、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｓ）の分子多項式及び分母多項式の係数と、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｓ）の分子多項式及び分母多項式の係数とを定めることにより、周波数ωが小さい領域（１次近似可能周波数領域）において、振動抑制フィルタ１と応答特性補正フィルタ４の位相特性を一致させることができる。
振動抑制フィルタ１と応答特性補正フィルタ４の１次近似した位相特性が等しくなる関係式は、次の式（４）で表される。
ｂ_r1−ａ_r1＝ｂ_v1−ａ_v1 （４）

式（４）から明らかなように、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｓ）の分子多項式の１次の係数ｂ_v1と分母多項式の１次の係数ａ_v1との差と、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｓ）の分子多項式の１次の係数ｂ_r1と分母多項式の１次の係数ａ_r1との差とを等しくすれば、周波数ωが小さい領域（１次近似可能周波数領域）において、振動抑制フィルタ１と応答特性補正フィルタ４の位相特性を一致させることができる。即ち、振動抑制フィルタ１と応答特性補正フィルタ４の位相特性の差を“０”にすることができる。

次に、振動抑制フィルタ１と応答特性補正フィルタ４のゲイン特性を一致させるために必要な条件について説明する。
振動抑制フィルタ１のゲイン特性Ｍ_v（ω）は、振動抑制フィルタ１の周波数伝達関数Ｇ_v（ｊω）の絶対値｜Ｇ_v（ｊω）｜により求められる。
周波数ωが周波数伝達関数Ｇ_v（ｓ）の極及び零点の実部の絶対値よりも十分に小さい領域（１次近似可能周波数領域）では、周波数ωの２次以上の項は、周波数ωの１次の項よりも十分に小さいとして無視することができるため、振動抑制フィルタ１のゲイン特性Ｍ_v（ω）は、周波数伝達関数Ｇ_v（ｊω）の絶対値｜Ｇ_v（ｊω）｜の１次近似である周波数ωの１次式で表すことができる。

応答特性補正フィルタ４のゲイン特性Ｍ_r（ω）は、応答特性補正フィルタ４の周波数伝達関数Ｇ_r（ｊω）の絶対値｜Ｇ_r（ｊω）｜により求められる。
周波数ωが周波数伝達関数Ｇ_r（ｓ）の極及び零点の実部の絶対値よりも十分に小さい領域（１次近似可能周波数領域）では、周波数ωの２次以上の項は、周波数ωの１次の項よりも十分に小さいとして無視することができるため、応答特性補正フィルタ４のゲイン特性Ｍ_r（ω）は、周波数伝達関数｜Ｇ_r（ｊω）｜の１次近似である周波数ωの１次式で表すことができる。

よって、振動抑制フィルタ１のゲイン特性Ｍ_v（ω）と応答特性補正フィルタ４のゲイン特性Ｍ_r（ω）が等しくなるように、即ち、振動抑制フィルタ１と応答特性補正フィルタ４の１次近似したゲイン特性が等しくなる関係式が成立するように、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｊω）の分子多項式及び分母多項式の係数と、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）の分子多項式及び分母多項式の係数とを定めることにより、周波数ωが小さい領域（１次近似可能周波数領域）において、振動抑制フィルタ１と応答特性補正フィルタ４のゲイン特性を一致させることができる。
振動抑制フィルタ１と応答特性補正フィルタ４の１次近似したゲイン特性が等しくなる関係式は、次の式（５）で表される。

式（５）から明らかなように、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｊω）の分子多項式の１次の係数ｂ_v1及び２次の係数ｂ_v2と、分母多項式の１次の係数ａ_v1及び２次の係数ａ_v2と、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）の分子多項式の１次の係数ｂ_r1及び２次の係数ｂ_r2と、分母多項式の１次の係数ａ_r1及び２次の係数ａ_r2とを、式（５）が成立するように定めることにより、周波数ωが小さい領域（１次近似可能周波数領域）において、振動抑制フィルタ１と応答特性補正フィルタ４の位相特性を一致させることができる。即ち、振動抑制フィルタ１と応答特性補正フィルタ４のゲイン特性の差を“０”にすることができる。

次に、サーボ制御装置に対する指令軌跡形状と応答軌跡形状を一致させるには、低い周波数領域において、指令位置から応答位置までの各軸の応答特性を一致させればよい。ここでは、ゲイン特性と位相特性を合わせて応答特性と称する。
低い周波数領域の範囲を厳密に定めることは難しいが、目安としては、振動抑制フィルタ１のノッチ周波数よりも小さい周波数領域、ないしは、振動抑制フィルタ１のノッチ周波数の１／５程度以下の領域とすることができる。
特に、円弧指令時の指令軌跡形状と応答軌跡形状を一致させるには、円弧指令速度を円弧指令半径で除して得られる円弧指令周波数において、指令位置から応答位置までの応答特性が各軸で一致していればよい。

円弧指令周波数は、通常用いられる範囲では、１次近似可能周波数領域の範囲内にあるため、式（４）及び式（５）が成立するように、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｊω）及び応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）における分子多項式係数と分母多項式係数を設定することにより、１次近似可能周波数領域において、振動抑制フィルタ１と応答特性補正フィルタ４のゲイン特性及び位相特性が一致して、円弧指令時の指令軌跡形状が応答軌跡形状と一致する。

この実施の形態１では、例えば、振動抑制フィルタ１は、図２に示すように、分子次数を“２”、分母次数を“２”とするものを用いるものとする。また、応答特性補正フィルタ４は、図３に示すように、分子次数を“２”、分母次数を“２”とするものを用いるものとする。
第１の軸駆動部２に入力される位置指令（振動抑制フィルタ信号）から第１の軸の位置検出信号までの制御系を第１の軸の駆動制御系とすると、振動抑制フィルタ１では、入力信号である第１の軸の位置指令に含まれている所定の周波数成分、即ち、第１の軸の駆動制御系の共振周波数成分を減衰させるフィルタ演算が行われる。

したがって、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｊω）における分子多項式の１次の係数ｂ_v1及び２次の係数ｂ_v2は、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｊω）の零点（分子多項式の根）が、第１の軸の駆動制御系の共振周波数ω_n及び減衰比ζ_nから決まる第１の軸の駆動制御系の振動極と一致するように、次の式（６）で設定される。

ただし、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｊω）における分母多項式の１次の係数ａ_v1及び２次の係数ａ_v2は、設定のし易さを考慮して０としている。

応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）における各係数は、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｊω）の各係数から、ゲイン特性を一致させるための条件である式（５）と、位相特性を一致させるための条件である式（４）とが成立するように設定する。
具体的には、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）における各係数の設定は、図４に示すように、フィルタ係数設定部７が、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｊω）の各係数に応じて、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）の各係数を設定する。
ここでは、設定のし易さを考慮して、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）の分母多項式の１次の係数ａ_r1及び２次の係数ａ_r2を“０”にして、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）の分子多項式の１次の係数ｂ_r1及び２次の係数ｂ_r2を、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｊω）の分子多項式の１次の係数ｂ_v1及び２次の係数ｂ_v2と等しくしている。

なお、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）の係数が固定的に使用される場合には、その係数の初期設定時だけ、フィルタ係数設定部７がサーボ制御装置に搭載されていれば足りるが、実際にサーボ制御装置が使用されているとき、振動抑制フィルタ１のフィルタ係数が変化することがある場合、フィルタ係数設定部７がサーボ制御装置に常時搭載されていれば、振動抑制フィルタ１のフィルタ係数が変化しても、常に、応答特性補正フィルタ４のフィルタ係数の最適化を図ることができる。

次に、この実施の形態１の効果を数値シミュレーションを用いて説明する。
図５はサーボ制御装置と制御対象を示す説明図であり、図において、ｘ軸用サーボ制御装置２１は図１の振動抑制フィルタ１及び第１の軸駆動部２から構成されており、ｙ軸用サーボ制御装置２２は図１の応答特性補正フィルタ４及び第２の軸駆動部５から構成されている。
また、ｘ軸用モータ２３は図１の第１の軸モータ３に相当し、ｙ軸用モータ２４は図１の第２の軸モータ６に相当する。

第１の軸をｘ軸、第２の軸をｙ軸として、ｘ軸は剛性が低く、共振周波数が５０Ｈｚで、減衰比０．１の振動特性を有するものとする。ｙ軸は十分剛性が高いものとする。
図６はこの実施の形態１のサーボ制御装置に対する円弧指令時の指令軌跡と応答軌跡のシミュレーション結果を示しており、図７は先の特許文献１に記載されているサーボ制御装置に対する円弧指令時の指令軌跡と応答軌跡のシミュレーション結果を示している。

図６及び図７の例では、円弧の指令半径が２５ｍｍ、送り速度が５０００ｍｍ／ｍｉｎ、指令方向が反時計回りである。また、応答軌跡は指令半径を基準にして、半径方向に５０倍に拡大しており、半径方向の目盛りの１目盛りが５０μｍに相当する。
図７の例では、応答軌跡が楕円状となっているのに対して、図６の例では、応答軌跡が真円形状となっていることがわかる。
このように、図１の振動抑制フィルタ１及び第１の軸駆動部２から構成されているｘ軸用サーボ制御装置２１がｘ軸を振動させることなくｘ軸用モータ２３を駆動し、図１の応答特性補正フィルタ４及び第２の軸駆動部５から構成されているｙ軸用サーボ制御装置２２がｙ軸用モータ２４を駆動することにより、円弧指令時の指令軌跡と応答軌跡の形状を一致させることができる。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、第１の軸の位置指令を入力して、その位置指令に含まれている所定の周波数成分を減衰させる振動抑制フィルタ１と、所定の周波数領域において振動抑制フィルタ１の応答特性と一致する応答特性を有し、第２の軸の位置指令を入力する応答特性補正フィルタ４とを設け、第１の軸の位置検出信号が振動抑制フィルタ１から出力された振動抑制フィルタ信号に追従するように第１の軸を駆動し、第２の軸の位置検出信号が応答特性補正フィルタ４から出力された補正フィルタ信号に追従するように第２の軸を駆動するように構成したので、ｘ軸とｙ軸の振動特性に差がある場合でも、軌跡制御精度の劣化を招くことなく、ｘ軸の振動を抑制することができる効果を奏する。

また、振動抑制フィルタ１は第１の軸の軸駆動系の共振周波数ω_n及び減衰比ζ_nで表される振動特性に基づいて設定することができ、応答特性補正フィルタ４は振動抑制フィルタ１のフィルタ係数に基づいて設定することができるので、すべての軸の駆動系の伝達特性を完全に把握する必要がない。したがって、容易に実現が可能であり、サーボ制御装置の調整作業の簡単化を図ることができる効果を奏する。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、特に言及していないが、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）が実数ではない零点（虚部が“０”でない複素数の零点）を有する場合、ステップ応答が振動的になる。
ステップ応答が振動的になると、円弧指令時には問題にならないが、コーナ形状の指令の場合には、コーナ通過時の応答軌跡が振動的になるため、指令軌跡からの誤差が大きくなることがある。
そこで、この実施の形態２では、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）が零点を持たないようにしている。あるいは、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）が持つ零点のすべてが実数であるようにしている。

具体的には、応答特性補正フィルタ４の分子次数が“２”の場合、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）における分子多項式が実数根を持つように、即ち、次の式（７）が成立するように、その分子多項式の係数ｂ_r1及びｂ_r2を設定する。
ｂ_r1 ²−４ｂ_r2≧０ （７）

振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｊω）における分子多項式の係数ｂ_v1及びｂ_v2は、上記実施の形態１と同様に設定する。
また、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｊω）における分母多項式の係数ａ_v1及びａ_v2は、後で定める応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）における各係数の設定のし易さを考慮して、分母多項式の１次の係数ａ_v1を分子多項式の１次の係数ｂ_v1と等しく設定し、２次の係数ａ_v2を“０”に設定する。

次に、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）の各係数は、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｊω）の各係数に応じて設定する。この際、ゲイン特性を一致させるための条件である式（５）と、位相特性を一致させるための条件である式（４）と、零点がすべて実数となる条件である式（７）とが成立するように設定する。
これらの各係数の設定も、図４のフィルタ係数設定部７が、振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｊω）の各係数に応じて、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）の各係数を設定するが、設定のし易さを考慮して、応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数Ｇ_r（ｊω）における分子多項式の２次の係数ｂ_r2を振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数Ｇ_v（ｊω）における分子多項式の２次の係数ｂ_v2と等しくし、１次の係数ｂ_r1は２次の係数ｂ_r2から式（７）の等号が成立するように設定する。
また、分母多項式の１次の係数ａ_r1は分子多項式の１次の係数ｂ_r1と等しくし、２次の係数ａ_r2は“０”に設定する。

以上より、この実施の形態２における振動抑制フィルタ１及び応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数における分子多項式係数と分母多項式係数は、次の式のようになる。

振動抑制フィルタ１の連続時間伝達関数をＧ_v2（ｓ）とすると、連続時間伝達関数Ｇ_v2（ｓ）は、次の式（９）で表される。

また、上記のようにして、係数が設定された応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数をＧ_r2（ｓ）とすると、連続時間伝達関数Ｇ_r2（ｓ）は、次の式（１０）で表される。

次に、この実施の形態１の効果を数値シミュレーションを用いて説明する。
第１の軸をｘ軸、第２の軸をｙ軸として、ｘ軸は剛性が低く、共振周波数が５０Ｈｚで、減衰比０．１の振動特性を有するものとする。ｙ軸は十分剛性が高いものとする。
図８はこの実施の形態２のサーボ制御装置（図５を参照）に対する円弧指令時の指令軌跡と応答軌跡のシミュレーション結果を示しており、図９は上記実施の形態１のサーボ制御装置（図５を参照）に対する円弧指令時の指令軌跡と応答軌跡のシミュレーション結果を示している。

図８及び図９の例では、コーナの速度が５００ｍｍ／ｍｉｎ、コーナの角度が９０度である。
図９の例では、応答軌跡がコーナ通過時に振動的となり、指令軌跡からの誤差が大きくなっているのに対し、図８の例では、応答軌跡が振動的にならずにコーナを通過していることがわかる。
なお、この実施の形態２においても、円弧指令時の応答軌跡が楕円化しないことを示すため、サーボ制御装置に対する円弧指令時の指令軌跡と応答軌跡のシミュレーション結果を図１０に示している。
円弧の指令半径が２５ｍｍ、送り速度が５０００ｍｍ／ｍｉｎ、指令方向が反時計回りである。また、応答軌跡は指令半径を基準にして半径方向に５０倍に拡大しており、半径方向の目盛りの１目盛りが５０μｍに相当する。図１０に示すように、円弧指令時の応答軌跡も図６と同様に、真円となっており、先行技術に見られるような楕円化が生じない。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、応答特性補正フィルタ４の伝達特性を連続時間伝達関数で表現するとき、その応答特性補正フィルタ４の伝達関数が零点を持たない伝達関数、あるいは、すべての零点が実数である伝達関数であるように構成したので、コーナ通過時の応答軌跡が振動的にならず、指令軌跡との誤差が大きくなる状況を防止することができる効果を奏する。

実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、制御軸数が２軸の場合について説明したが、制御軸数が３軸以上であってもよい。
この場合、上記実施の形態１，２における第２の軸は、第１の軸以外の軸に置き換えて適用される。即ち、第１の軸以外の全ての軸には、第２の軸に挿入している応答特性補正フィルタ４と同一の応答特性補正フィルタを挿入すればよい。

また、上記実施の形態１，２では、振動抑制フィルタ１及び応答特性補正フィルタ４の連続時間伝達関数に基づいて、振動抑制フィルタ１及び応答特性補正フィルタ４の伝達特性を説明したが、同じ特性を有する離散時間伝達関数に基づいて設計されたデジタルフィルタを用いるようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態１，２では、第１の軸が、剛性が低く振動が生じる軸であり、第２の軸が、剛性が高く振動が生じない軸であるものとして説明したが、第１の軸と第２の軸の双方が、剛性が低く振動が生じる軸であってもよい。
この場合、第２の軸の振動を抑制するための振動抑制フィルタ１を第２の軸の応答特性補正フィルタ４の前段又は後段に新たに挿入し、第２の軸に新たに挿入した振動抑制フィルタと所定の周波数領域でゲイン・位相特性が同じである応答特性補正フィルタ４を第１の軸の振動抑制フィルタ１の前段又は後段に挿入すればよい。

また、上記実施の形態１，２では、第１の軸モータ３及び第２の軸モータ６が回転型でトルクを発生するものとして説明したが、リニアモータのように推力を得るものであってもよい。
この場合、上記実施の形態１，２におけるトルクを推力に置き換えることによって、同様の効果を得ることができる。

この発明の実施の形態１によるサーボ制御装置を示す構成図である。 振動抑制フィルタの連続時間伝達関数を示す説明図である。 応答特性補正フィルタの連続時間伝達関数を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による他のサーボ制御装置を示す構成図である。 サーボ制御装置と制御対象を示す説明図である。 この実施の形態１のサーボ制御装置に対する円弧指令時の指令軌跡と応答軌跡のシミュレーション結果を示す説明図である。 従来のサーボ制御装置に対する円弧指令時の指令軌跡と応答軌跡のシミュレーション結果を示す説明図である。 この実施の形態２のサーボ制御装置に対するコーナ指令時の指令軌跡と応答軌跡のシミュレーション結果を示す説明図である。 この実施の形態１のサーボ制御装置に対するコーナ指令時の指令軌跡と応答軌跡のシミュレーション結果を示す説明図である。 この実施の形態２のサーボ制御装置に対する円弧指令時の指令軌跡と応答軌跡のシミュレーション結果を示す説明図である。

符号の説明

１ 振動抑制フィルタ、２ 第１の軸駆動部、３ 第１の軸モータ、４ 応答特性補正フィルタ、５ 第２の軸駆動部（第１の軸以外の軸駆動部）、６ 第２の軸モータ、７ フィルタ係数設定部、２１ ｘ軸用サーボ制御装置、２２ ｙ軸用サーボ制御装置、２３ ｘ軸用モータ、２４ ｙ軸用モータ。

Claims (6)

1. 第１の軸の位置指令を入力して、その位置指令に含まれている所定の周波数成分を減衰させる振動抑制フィルタと、第１の軸の位置検出信号が上記振動抑制フィルタから出力された位置指令に追従するように第１の軸を駆動する第１の軸駆動部と、所定の周波数領域において上記振動抑制フィルタの応答特性と一致する応答特性を有し、第１の軸以外の軸の位置指令を入力する応答特性補正フィルタと、第１の軸以外の軸の位置検出信号が上記応答特性補正フィルタから出力された位置指令に追従するように第１の軸以外の軸を駆動する第１の軸以外の軸駆動部とを備えたサーボ制御装置。
2. 応答特性補正フィルタは、所定の周波数領域において、振動抑制フィルタのゲイン特性と一致するゲイン特性を有するとともに、その振動抑制フィルタの位相特性と一致する位相特性を有していることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
3. 振動抑制フィルタの伝達特性を連続時間伝達関数で表現するとともに、応答特性補正フィルタの伝達特性を連続時間伝達関数で表現するとき、その振動抑制フィルタの伝達関数における分子多項式の１次の係数と分母多項式の１次の係数との差と、その応答特性補正フィルタの伝達関数における分子多項式の１次の係数と分母多項式の１次の係数との差が等しいことを特徴とする請求項１または請求項２記載のサーボ制御装置。
4. 振動抑制フィルタの伝達特性を連続時間伝達関数で表現するとともに、応答特性補正フィルタの伝達関数を連続時間伝達関数で表現するとき、その振動抑制フィルタの伝達関数における分子多項式及び分母多項式の１次及び２次の係数と、その応答特性補正フィルタの伝達関数における分子多項式及び分母多項式の１次及び２次の係数との間で、その振動抑制フィルタと上記応答特性補正フィルタのゲイン特性が所定の周波数領域で等しくなる所定の関係式が成立することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のサーボ制御装置。
5. 応答特性補正フィルタの伝達特性を連続時間伝達関数で表現するとき、その応答特性補正フィルタの伝達関数が零点を持たない伝達関数、あるいは、すべての零点が実数である伝達関数であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のサーボ制御装置。
6. 振動抑制フィルタの伝達関数の係数に応じて、応答特性補正フィルタの伝達関数の係数を設定するフィルタ係数設定部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のサーボ制御装置。
   

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