JP3355101B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、搬送機や組立
機、自動機など同じ動作を連続的あるいは断続的に繰り
返すモータに用いられる制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は、例えば、「ＡＣサーボシステム
の理論と設計の実際」（１９９０年５月８日、総合電子
出版社発行）に記載されたモータの位置制御系の構成を
示すブロック図である。図９において、１はモータ、２
はモータ１の電流を検出する電流センサ、３はモータ１
の速度を検出する速度センサ、４はモータ１の角度を検
出する位置センサである。５は電流センサ２で検出され
た電流信号に対してノイズ除去などの信号処理を行う電
流センサインターフェース回路であり、電流検出値６を
出力する。

【０００３】７は速度センサ３で検出された速度信号に
対してノイズ除去などの信号処理を行う速度センサイン
ターフェース回路で、速度検出値８を出力する。９は位
置センサ４で検出された位置信号に対してノイズ除去な
どの信号処理を行う位置センサインターフェース回路で
あり、位置検出値１０を出力する。１１はモータ１の目
標位置指令値１２を生成する指令値生成手段、１３は目
標位置指令値１２と位置検出値１０との差から速度指令
値１４を出力する位置制御器である。

【０００４】１５は速度指令値１４と速度検出値８との
差から電流指令値１６を出力する速度制御器、１７は電
流指令値１６と電流検出値６との差からモータ印加電圧
を出力する電流制御器、１８は電流制御器１７の出力に
基づいてモータ１に電力を供給する電力変換器、１９は
モータ１、速度制御器１５、電流制御器１７及び電力変
換器１８等から成る制御対象、２０は位置制御器１３等
から成る、制御対象１９を制御するモータ制御手段であ
る。

【０００５】一般にモータの位置制御系は図９のように
構成され、指令値生成手段１１で生成された目標位置指
令値１２にモータ１が追従して動くように制御されてい
る。一般産業分野で用いられる搬送機や組立機、自動機
などに用いられるモータの制御装置でも、基本的には同
様の制御方式が用いらている。しかし、このような制御
方式では、高速・高精度動作が要求される分野では十分
な精度を得ることができず、そのために様々な制御方式
が開発されている。

【０００６】図１０は、高精度な制御を実現するために
提案されている繰り返し制御系のブロック図であり、
「繰り返し制御」（１９８６年１２月１０日、財団法人
計測自動制御学会発行）に記載されたものである。繰り
返し制御は一定周期で同じ動作を繰り返す目標指令値に
モータなどの制御対象を高精度に追従させるための制御
方式である。

【０００７】説明の都合上、図１０の制御装置のブロッ
ク図を図１１のブロック図に示すように等価変換する。
等価変換とは、制御系の作用を変化させないようにブロ
ック図を変換することであり、等価変換の前と後とでは
制御系の作用は全く同一に保たれる。したがって、図１
０に示す制御系と図１１に示す制御装置とは全く同一の
作用を持つ。よって、以下図１１に基づいて説明する。

【０００８】図１１において、２１は制御対象、２２は
制御対象２０を制御するモータ制御手段である。２３は
補正量計算手段であり、後述する第１の加算手段の出力
に応じて、モータの位置あるいは速度の誤差を零に近づ
けるための補正量２５を算出する。２６は記憶手段であ
り、補正量２５を記憶し、次回動作時に記憶した補正量
２５を信号２７として出力する。繰り返し制御系では、
目標指令値２４は一定周期で同じパターンを繰り返して
おり、記憶手段２６では、補正量２５を目標指令値２４
の１周期分だけ遅らせて信号２７として出力するように
なっている。すなわち、記憶手段２６の信号２７は、一
周期前の補正量２５に等しい。

【０００９】２８は制御対象２１内のモータの角度を検
出し、位置検出値２９を出力する位置検出手段、３０は
制御対象２１内のモータの目標指令値２４を生成する指
令値生成手段、３１は比較手段であり、目標指令値２４
と位置検出値２９との差、すなわち、追従誤差３２を計
算して出力する。３３は第１の加算手段であり、追従誤
差３２と信号２７との和を計算し、その結果を補正量計
算手段２３へ出力する。第２の加算手段３４では、信号
２７と目標指令値２４とが加算され、補正指令値３５と
してモータ制御手段２２に与えられる。制御対象２１と
モータ制御手段２２とを図９のモータ位置制御系にあて
はめると、制御対象２１は制御対象１９に相当し、モー
タ制御手段２２は位置制御器１３に相当する。

【００１０】次に、上記のように構成されたモータの制
御装置の動作について説明する。まず、目標指令値２４
は一定周期で同じパターンを繰り返す値となっている。
繰り返しの一回目の動作は、記憶手段２６からは何も出
力されないため、目標指令値２４がそのままモータ制御
手段２２に与えられる。また、これと同時に目標指令値
２４と位置検出値２９との差、すなわち、追従誤差３２
が補正量計算手段２３に入力され、さらにその出力であ
る補正量２５が記憶手段２６に入力される。

【００１１】繰り返しの二回目の動作では、記憶手段２
６からは一回目の動作時（前回動作時）に計算された補
正量２５が信号２７として出力され、この信号２７と目
標指令値２４との和が補正指令値３５としてモータ制御
手段２２に入力され、制御対象２１内のモータが駆動さ
れる。これと同時に、このときの位置検出値２９と元の
目標指令値２４との追従誤差３２が計算され、追従誤差
３２と記憶手段２６の信号２７との和から新たな補正量
２５を計算し、記憶手段２６に入力される。二回目の動
作時に計算された補正量２５は記憶手段２６から信号２
７として出力され、三回目の動作の目標指令値２４の補
正に用いられる。

【００１２】このように目標指令値２４を補正するの
は、以下の考えに基づいている。説明を簡単にするた
め、まず、補正量計算手段２３の伝達特性を１、すなわ
ち、入力値をそのまま出力するものとして説明する。

【００１３】一回目の動作に目標指令値２４をそのまま
モータ制御手段２２に与えると追従誤差３２が出たので
あるから、二回目の動作もほぼ同じ誤差が出ると仮定す
ると、目標指令値２４と一回目の動作の追従誤差３２と
の和を新たな補正指令値３５としてモータ制御手段２２
に与えるとモータは目標指令値２４に近い動きをすると
期待できる。そこで、二回目の動作は目標指令値２４と
一回目の動作の追従誤差３２との和を補正指令値３５と
してモータ制御手段２２に与える。

【００１４】さらに、三回目の動作は、二回目の動作の
補正指令値３５に二回目の動作の追従誤差３２とを足し
込んで、新たな補正指令値３５を計算し、モータ制御手
段２２に入力する。このように、一回前の補正指令値３
５と一回前の動作（前回の動作）の追従誤差３２との和
を新たな補正指令値３５とすることを繰り返すことによ
り、目標指令値２４への追従誤差３２はどんどん小さく
なると期待できる。

【００１５】以上が繰り返し制御の基本的な考え方であ
るが、単純に、一回前の補正指令値３５と一回前の動作
の追従誤差３２との和を新たな補正指令値３５とするだ
けでは、ほとんどの場合制御系が不安定になることが知
られており、補正量計算手段２３では補正量２５の高周
波成分をカットするなどの適切な処理をしなければなら
ない。制御系を安定化するための補正量計算手段で行う
処理内容については、たとえば先に挙げた文献「繰り返
し制御」に記載している。

【００１６】繰り返し制御系は以上のように構成されて
おり、１回前の動作の追従誤差３２に基づいて目標指令
値２４を補正することにより、追従誤差が小さくなるよ
うに構成されている。また、補正量計算手段２３を適切
に設定することにより、繰り返し回数が増えるに従って
追従誤差３２が小さくなることが証明されている。

【００１７】図１２は、繰り返し制御を用いた場合のシ
ミュレーション結果を示したものである。シミュレーシ
ョンに用いたモータの構成を図１３に模式的に示す。図
１３において、３６はモータ、３７は重り、３８はモー
タ３６と重り３７とを接続する軸である。軸３８は弾性
体にて形成されており、ねじり振動を発生する。

【００１８】図１２において、図１２（ａ）は補正指令
値３５、図１２（ｂ）は追従誤差３２、図１２（ｃ）は
モータ３６の速度と重り３７の速度との差であり、軸３
８のねじり振動速度を表している。また、図１２（ｄ）
はモータ３６の電流検出値である。目標指令値の繰り返
し周期は４秒で、０〜４秒が一回目の動作、４〜８秒が
二回目の動作、８〜１２秒が三回目の動作、１２〜１６
秒が四回目の動作の繰り返し動作を示している。

【００１９】図１２（ｂ）を見ると、繰り返し回数が増
えるに従って追従誤差３２が小さくなっているのが判
る。しかし、図１２（ｃ）を見ると、繰り返し回数が増
えるに従って、軸３８のねじり振動速度が大きくなって
いる。振動速度が大きくなると、目標指令値２４への追
従精度が悪くなるだけでなく、停止時に残留振動が発生
し、振動が整定するのに時間がかかることから作業時間
も長くなってしまう。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】従来のモータの制御装
置は図９のように構成されており、より高精度の追従制
御を実現したいと言う要求に十分答えられているとは言
えない。また、図１０のような繰り返し制御方式も提案
されているが、繰り返し制御によって振動が増大すると
いう問題点があった。

【００２１】また、学習した指令値は、全く同じ指令値
に対しての動作のみ有効である。したがって、同じパタ
ーンの動きであっても低速で動かしたり、高速で動かし
たりする場合には学習した効果が無くなり、ただ単に利
用すると逆に誤差が大きくなる可能性があった。このた
め、動作速度を変更すると学習をやり直さなければなら
なかった。

【００２２】さらに、重い負荷をモータで駆動する場合
は、最初から定常運転速度でモータを動かすのではな
く、停止状態から徐々に運転速度を上げていき、最終的
に定常運転に移行するように制御される。逆にモータを
停止させる時には、定常運転状態から徐々に運転速度を
下げて行き、最終的にモータを停止させるように制御さ
れる。このような加速時や減速時には繰り返し制御によ
って学習した補正指令値は有効には作用しないため、過
大な誤差が生じる可能性がある。

【００２３】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたものであり、振動の少ないモータの制
御装置を得るとともに、動作速度が変化した場合や加減
速運転時にも高い追従精度を実現するモータの制御装置
を得ることを目的としている。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る請求項１
の制御装置は、同じ動作を連続的あるいは断続的に繰り
返す目標指令値にモータの位置、あるいは、モータの速
度を追従させるようにモータを制御するために、前回動
作から目標指令値の補正量を作成し、補正量と目標指令
値とが加算された補正指令値に基づいて指令値を生成
し、指令値をモータに与えることによりモータを駆動さ
せる制御装置において、補正量を記憶する記憶手段と、
モータの電流値を検出する電流検出手段と、電流検出手
段によって検出された電流値に負の定数を乗ずる乗算手
段と、乗算手段の出力と記憶手段から出力された前回動
作時の補正量との和を計算する加算手段と、加算手段の
出力に応じて、モータの電流値の絶対値が小さくなるよ
うにするため補正量を算出して出力する補正量計算手段
とを備えたものである。

【００２５】又、この発明に係る請求項２の制御装置
は、同じ動作を連続的あるいは断続的に繰り返す目標指
令値にモータの位置、あるいは、モータの速度を追従さ
せるようにモータを制御するために、前回動作から目標
指令値の補正量を作成し、補正量と目標指令値とが加算
された補正指令値に基づいて指令値を生成し、指令値を
モータに与えることによりモータを駆動させる制御装置
において、第１の補正量を記憶する第１の記憶手段と、
モータの電流値を検出する電流検出手段と、電流検出手
段によって検出された電流値に負の定数を乗ずる乗算手
段と、乗算手段の出力と記憶手段から出力された前回動
作時の第１の補正量との和を計算する第１の加算手段
と、第１の加算手段の出力に応じて、モータの電流値の
絶対値が小さくなるようにするための値から成る第１の
補正量を算出して出力する第１の補正量計算手段とを備
え、第２の補正量を記憶する第２の記憶手段と、目標指
令値とモータの位置、あるいは、モータの速度との差を
算出する比較手段と、比較手段の出力と第２の記憶手段
から出力される前回動作時の第２の補正量とを加算する
第２の加算手段と、第２の加算手段の出力に応じて目標
指令値のモータの位置あるいは速度との誤差を零に近づ
けるための第２の補正量を計算する第２の補正量計算手
段と、第１の補正量と第２の記憶手段から出力される前
回動作時の第２の補正量とを加算し、補正量を生成する
第３の加算手段とを備えたものである。

【００２６】又、この発明に係る請求項３の制御装置
は、所望の動作を実現するように、モータを制御する制
御装置において、与えられた指令値に対してモータの位
置あるいは速度を追従させるようにモータを制御するモ
ータ制御手段と、所望の動作と同じ動作を所望の動作と
は異なる動作時間でモータが制御されたときに、モータ
制御手段に与えられた指令値を学習指令値として記憶す
る記憶手段と、記憶手段に記憶された学習指令値を時間
軸方向に伸縮する指令値伸縮手段と、指令値伸縮手段の
出力を入力しモータ制御手段に指令値として出力する動
的補償器とを備え、記憶手段の記憶した学習指令値の時
間長をＬ1、実際にモータを動かすときの指令値の時間
長をＬ2、モータ制御手段の制御時定数をＴとしたと
き、記憶手段に記憶された学習指令値を指令値伸縮手段
において時間軸方向に一様にＬ2／Ｌ1に伸縮するととも
に、動的補償器の伝達特性を（Ｌ1・Ｔ・ｓ＋Ｌ1）／
（Ｌ2・Ｔ・ｓ＋Ｌ1）としたものである。

【００２７】又、この発明に係る請求項４の制御装置
は、加減速運動を伴う所望の動作を実現するように、モ
ータを制御する制御装置において、与えられた指令値に
対してモータの位置あるいは速度を追従させるようにモ
ータを制御するモータ制御手段と、所望の動作を加減速
を伴わず定常運転速度にてモータが制御されたときに、
モータ制御手段に与えられた指令値を学習指令値として
記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された学習指令値
に対して加減速処理を行う加減速手段と、加減速手段の
出力を入力しモータ制御手段に指令値として出力する動
的補償器とを備え、記憶手段の記憶した学習指令値の動
的補償器の伝達特性を可変とし、モータ制御手段の制御
時定数をＴ、定常運転速度に対する加減速手段における
指令速度の割合をＫvとしたとき、動的補償器の伝達特
性を（Ｋv・Ｔ・ｓ＋Ｋv）／（Ｔ・ｓ＋Ｋv）としたも
のである。

【００２８】又、この発明に係る請求項５の制御装置
は、請求項３または請求項４に記載の記憶手段に記憶さ
せる学習指令値として、同じ動作を連続的あるいは断続
的に繰り返す目標指令値にモータの位置、あるいは、モ
ータの速度を追従させるようにモータを制御するため
に、上記繰り返し動作に基づいて補正されモータ制御手
段に与えられた指令値を用いたものである。

【００２９】又、この発明に係る請求項６の制御装置
は、請求項３または請求項４に記載の記憶手段に記憶さ
せる学習指令値として、請求項１または請求項２に記載
の制御装置によって補正された指令値を用いたものであ
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態を図につい
て説明する。図１はこの発明の実施の形態１におけるモ
ータの制御装置の構成を示すブロック図である。図にお
いて、図１１に示した従来モータの制御装置と同様の部
分は同一の記号を付して説明を省略する。また、３９は
モータの電流値４０を検出する電流検出手段、４１は電
流値４０に負の定数を乗ずる乗算手段、４２は後述する
第２の加算手段の出力に応じてモータの電流値４０を零
に近づける補正量４３を算出する補正量計算手段であ
る。

【００３１】４４は記憶手段であり、補正量４３を記憶
し、目標指令値２４の一周期分だけ時間を遅らせて次回
動作時に出力する。４５は加算手段としての第２の加算
手段であり、乗算手段４１の出力と記憶手段４４の出力
とを加算する。第２の加算手段４５の出力は補正量計算
手段４２に入力される。また、４６は第１の加算手段で
あり、目標指令値２４と補正量４３とを加算することに
より、補正指令値４７を出力する。

【００３２】次に上記のように構成された実施の形態１
のモータの制御装置の動作について説明する。まず、一
回目の動作（前回動作にあたるもの）について説明す
る。検出された電流値４０は乗算手段４１により負の定
数を乗じた後、第２の加算手段４５にて記憶手段４４の
出力と加算される。しかし、一回目の動作は記憶手段４
４の出力は零であるから、第２の加算手段４５からは乗
算手段４１の出力がそのまま出力され、補正量計算手段
４２に入力される。補正量計算手段４２で計算された補
正量４３は第１の加算手段４６により、目標指令値２４
と加算され、目標指令値２４を補正する。

【００３３】この補正により、モータの電流値４０がプ
ラスの値を持つときは目標指令値２４が減少し、モータ
の電流値４０も減少する。逆に、モータの電流値４０が
マイナスの値を持つときは目標指令値２４が増加し、モ
ータの電流値４０も増加することになる。すなわち、い
ずれの場合もモータの電流値４０が零に近づくように補
正指令値４７が補正されることになる。

【００３４】補正量４３はこのように第１の加算手段４
６に入力されるが、それと同時に記憶手段４４に入力さ
れる。二回目の動作もほぼ同様に動作するが、記憶手段
４４からは一回目の動作の補正量４３が出力されること
になるから、第２の加算手段４５では、一回目の動作の
補正量４３と乗算手段４１の出力とが加算され、それら
の和が補正量計算手段４２に入力されることになる。

【００３５】図１に示したの実施の形態１は、いわば、
モータの電流値４０の絶対値を小さくするような繰り返
し制御系を構成していることになる。従来の場合の図１
２（ｃ）と図１２（ｄ）を見ると、モータの電流値と機
械振動とには密接な関係があることがわかる。すなわ
ち、機械振動が発生している所でモータの電流値も振動
している。さらに、繰り返しの回数が増え、機械振動が
大きくなるに従って、電流の振動も大きくなっている。
このように、モータの電流値と振動とは密接な関係があ
ることから、モータの電流値の振動を小さくすることに
より、機械振動も低減することができると期待できる。

【００３６】図２は図１に示した実施の形態１の制御装
置を従来と同様図１３に示したモータを用いてシミュレ
ーションした結果をプロットしたものである。図におい
て、図２（ａ）は補正指令値４７、図２（ｂ）は追従誤
差、図２（ｃ）はモータ３６の速度と重り３７の速度と
の差であり、軸３８のねじり振動速度を表している。ま
た、図２（ｄ）はモータの電流値４０である。図１２
（ｃ），（ｄ）と図２（ｃ），（ｄ）とを比較すると、
図２では繰り返しの回数が増えるに従ってモータの電流
値の振動が押さえられており、それにともなって機械振
動も抑制されており、振動抑制効果があることがわか
る。

【００３７】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２におけるモータの制御装置の構成を示すブロック図
である。実施の形態２は、図１１に示す制御装置と図１
に示す制御装置を組み合わせたものであり、図１１の制
御装置と同様に目標指令値への追従精度を向上させるこ
とができると同時に、図１の制御装置が有する振動抑制
効果をも有する。図３において、上記実施の形態１と同
様の場合は同一の記号を付して説明を省略する。４８は
後述する第１の加算手段の出力に応じてモータの電流値
４０を零に近づける第１の補正量４９を算出する第１の
補正量計算手段、５０は第１の記憶手段であり、第１の
補正量４９を記憶し、目標指令値２４の一周期分だけ時
間を遅らせて次回動作時に出力する。５１は第１の加算
手段であり、乗算手段４１の出力と第１の記憶手段５０
の出力とを加算する。第１の加算手段５１の出力は第１
の補正量計算手段４８に入力される。

【００３８】５２は第２の補正量計算手段であり、後述
する第２の加算手段の出力に応じて、モータの位置ある
いは速度の誤差を零に近づけるための第２の補正量５３
を算出する。５４は第２の記憶手段であり、第２の補正
量５３を記憶し、次回動作時に記憶した第２の補正量５
３を信号５５としてを出力する。繰り返し制御系では、
目標指令値２４は一定周期で同じパターンを繰り返して
おり、第２の記憶手段５４では、第２の補正量５３を目
標指令値２４の１周期分だけ遅らせて、信号５５として
出力するようになっている。すなわち、第２の記憶手段
５４の信号５５は、一周期前の第２の補正量５３に等し
い。

【００３９】５６は第２の加算手段であり、追従誤差３
２と信号５５との和を計算し、その結果を第２の補正量
計算手段５２へ出力する。５７は第１の補正量４９と信
号５５と目標指令値２４とが加算され、補正指令値５８
としてモータ制御手段２２に与える第３の加算手段であ
る。

【００４０】次に、上記のように構成された実施の形態
２のモータの制御装置の動作について説明する。まず、
目標指令値２４は一定周期で同じパターンを繰り返す値
となっている。繰り返しの一回目の動作（前回の動作に
あたるもの）は、両記憶手段５０、５４からは何も出力
されない。また、これと同時に比較手段３１にて目標指
令値２４と位置検出値２９との差、すなわち、追従誤差
３２が出力され第２の補正量計算手段５２に入力され
る。さらにその出力である第２の補正量５３が第２の記
憶手段５４に入力される。

【００４１】又、検出された電流値４０は乗算手段４１
により負の定数を乗じた後、第１の加算手段５１にて第
１の記憶手段５５の出力と加算される。しかし、一回目
の動作は第１の記憶手段５０の出力は零であるから、第
１の加算手段５１からは乗算手段４１の出力がそのまま
出力され、第１の補正量計算手段４８に入力される。第
１の補正量計算手段４８では第１の補正量４９が計算さ
れる。そして、第３の加算手段５７により、目標指令値
２４と第１の補正量４９と信号５５とが加算され、目標
指令値２４を補正する。

【００４２】繰り返しの二回目の動作では、第２の記憶
手段５４からは一回目の動作時（前回動作時）に計算さ
れた第２の補正量５３が信号５５として出力され、又、
第１の記憶手段５０からは一回目の動作の第１の補正量
４９が出力されることになるから、第１の加算手段５１
では、一回目の動作の第１の補正量４９と乗算手段４１
の出力とが加算され、それらの和が第１の補正量計算手
段４８に入力され、第１の補正量４９として出力され
る。そして、信号５５と第１の補正量４９と目標指令値
２４との和が補正指令値５８としてモータ制御手段２２
に入力され、制御対象２１内のモータが駆動される。

【００４３】図３に示したの実施の形態２は、いわば、
モータの電流値４０の絶対値を小さくし、且つ、モータ
の位置誤差を小さくするような繰り返し制御系を構成し
ていることになる。

【００４４】図４は図３に示した実施の形態２の制御装
置を従来と同様図１３に示したモータを用いてシミュレ
ーションした結果をプロットしたものである。図におい
て、図４（ａ）は補正指令値５８、図４（ｂ）は追従誤
差３２、図４（ｃ）はモータ３６の速度と重り３７の速
度との差であり、軸３８のねじり振動速度を表してい
る。また、図４（ｄ）はモータの電流値４０である。

【００４５】図１２（ｃ），（ｄ）と図４（ｃ），
（ｄ）とを比較すると、図４では繰り返しの回数が増え
るに従ってモータの電流値の振動が押さえられており、
それにともなって機械振動も抑制されており、振動抑制
効果があることがわかる。さらに、図４（ｂ）を見る
と、繰り返し回数が増えるに従って追従誤差３２が小さ
くなっているのが判る。

【００４６】図１、図３に示した両実施の形態では、電
流検出値を用いて制御系を構成していたが、電流制御手
段が十分高い制御時定数を有する場合には、電流指令値
とモータから検出している電流検出値とはほぼ一致する
から、電流検出値の代わりに電流指令値を用いても良
い。また、モータの電流値とモータトルクは比例関係に
あることから、電流検出値の代わりにモータトルクを検
出して同様に用いても、上記各実施の形態と同様の効果
を奏することは言うまでもない。

【００４７】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３におけるモータの制御装置の構成を示すブロック図
である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は
同一の記号を付して説明を省略する。５９は今回行う所
望の動作と同じ動作を所望の動作とは異なる動作時間で
モータが制御されたときに、モータ制御手段２２に与え
られた指令値を学習指令値６０として記憶する記憶手
段、６１は記憶手段５９に記憶された学習指令値６０を
時間軸方向に伸縮する指令値伸縮手段、６２は指令値伸
縮手段６１の出力を入力しモータ制御手段２２に指令値
として出力する動的補償器である。

【００４８】記憶手段５９の記憶した学習指令値６０の
時間長をＬ1、実際にモータを動かすときの指令値の時
間長をＬ2、モータ制御手段２２の制御時定数をＴとし
たとき、記憶手段５９に記憶された学習指令値６０を指
令値伸縮手段６１において時間軸方向に一様にＬ2／Ｌ1
に伸縮するとともに、動的補償器６２の伝達特性を（Ｌ
1・Ｔ・ｓ＋Ｌ1）／（Ｌ2・Ｔ・ｓ＋Ｌ1）とする。

【００４９】ここで、動的補償器６２の伝達特性を（Ｌ
1・Ｔ・ｓ＋Ｌ1）／（Ｌ2・Ｔ・ｓ＋Ｌ1）としたことに
ついて以下説明する。まず、ここでは他の繰り返し制御
によって学習した補正指令値Ｕ（ｓ）を指令値伸縮手段
６１により時間軸方向に伸縮することによりＵk（ｓ）
を生成し、動的補償器６２を通すことによりモータ制御
手段２２に与える指令値を生成している。

【００５０】所望の動作と同じ動作を所望の動作とは異
なる動作時間でモータが制御された時の目標指令値ｒ
（ｔ）とする。また、この時、他の繰り返し制御によっ
て学習した補正指令値をｕ（ｔ）とする。理想的な場合
を考え、補正指令値ｕ（ｔ）をモータ制御手段２２に与
えてモータを制御した結果、上記目標指令値ｒ（ｔ）へ
の追従誤差が零になったとする。このとき、上記補正指
令値ｕ（ｔ）は、上記目標指令値ｒ（ｔ）を上記モータ
制御手段２２の逆システムに通した信号になっている。
すなわち、上記目標指令値ｒ（ｔ）、上記補正指令値ｕ
（ｔ）のラプラス変換をそれぞれＲ（ｓ）、Ｕ（ｓ）と
し、モータ制御手段の伝達特性をＧ（ｓ）とすると、補
正指令値Ｕ（ｓ）は、 Ｕ（ｓ）＝｛１／Ｇ（ｓ）｝・Ｒ（ｓ） (1) となっている。尚ｓは、ラプラス演算子である。

【００５１】また、目標指令値Ｒ（ｓ）、補正指令値Ｕ
（ｓ）を時間軸方向にＫ倍した指令値をそれぞれ、Ｒk
（ｓ）、Ｕk（ｓ）とすると、ラプラス変換の性質によ
り、 Ｒk（ｓ）＝ｋ・Ｒ（ｋ・ｓ） (2) Ｕk（ｓ）＝ｋ・Ｕ（ｋ・ｓ） (3) となる。

【００５２】時間軸方向にｋ倍した目標指令値Ｕk
（ｓ）に対して繰り返し制御を適用し、補正指令値を学
習したとすると、その補正指令値Ｕ1（ｓ）は(1)式と同
様に、 Ｕ1（ｓ）＝｛１／Ｇ（ｓ）｝・Ｒk（ｓ） （４） となる。

【００５３】（４）式に(2)式を代入すると、 Ｕ1（ｓ）＝｛１／Ｇ（ｓ）｝・k・Ｒ（ｋ・ｓ） (5) となる。また、(1)式より、Ｕ（ｋ・ｓ）＝｛１／Ｇ
（ｋ・ｓ）｝・Ｒ（ｋ・ｓ）であるから、(5)式は Ｕ1（ｓ）＝｛１／Ｇ（ｓ）｝・k・Ｇ（ｋ・ｓ）・Ｕ（ｋ・ｓ） (6) となる。又、(6)式に(3)式を適用すると、 Ｕ1（ｓ）＝｛Ｇ（ｋ・ｓ）／Ｇ（ｓ）｝・Ｕk（ｓ） (7) となる。

【００５４】ここで、モータ制御手段の伝達特性Ｇ
（ｓ）を一次遅れ要素と近似し、その時定数をＴとする
と、 Ｇ（ｓ）＝１／（Ｔ・ｓ＋１） (8) であるから、(7)式に(8)式を代入することにより、 Ｕ1（ｓ）＝｛（Ｔ・ｓ＋１）／（Ｔ・ｋ・ｓ＋１）｝・Ｕk（ｓ） (9) となる。

【００５５】(9)式により、ひとつの動作速度で学習し
た補正指令値Ｕ（ｓ）から、別の動作速度に対する補正
指令値Ｕ1（ｓ）を生成することができることがわか
る。ここで記憶手段５９に記憶されている学習指令値６
０を時間の関数としてu(t)と表すと、指令値伸縮手段６
１の出力はu(L1・t/L2)となる。よって、(9)式にＫ＝Ｌ
2／Ｌ1を代入すれば得られることとなる。

【００５６】以上のことより、学習時とは異なる動作速
度の指令値に対して、学習をやり直すこと無しに補正指
令値を生成することができ、一度だけ補正指令値を学習
しておけば、常に高精度の制御を実現することができ
る。

【００５７】図６に図５に示した実施の形態３の制御装
置を用いた際のシミュレーション結果を示す。図６
（ａ）はモータ制御手段に与えられる補正指令値を示し
たものであり、図６（ｂ）は目標指令値への追従誤差を
示している。図６のシミュレーションでは、Ｌ1＝４秒
で学習した補正指令値を学習指令値６０として用い、Ｌ
2＝８秒で動かした場合の結果である。記憶手段５９に
記憶されている学習指令値６０は従来の場合の図１１の
繰り返し制御によって学習した、図１２（ａ）の12秒〜
16秒の補正指令値が記憶されているものとする。図６
（ｂ）より、追従誤差の最大値は図１２（ｂ）の12秒〜
16秒における最大誤差と同程度であり、繰り返し周期が
変わっても学習をやり直す必要が無く、高精度の追従制
御が実現されていることが確認できた。

【００５８】実施の形態４．図７はこの発明の実施の形
態４におけるモータの制御装置の構成を示すブロック図
である。図において、上記実施の形態３と同様の部分は
同一符号を付して説明を省略する。６３は記憶手段５９
に記憶された学習指令値６０に対して加減速処理を行う
加減速手段、６４は加減速手段６３の出力を入力しモー
タ制御手段２２に指令値として出力する動的補償器であ
る。

【００５９】そして、動的補償器６４の伝達特性を可変
とし、モータ制御手段２２の制御時定数をＴ、定常運転
速度に対する加減速手段における指令速度の割合をＫv
としたとき、動的補償器６４の伝達特性を（Ｋv・Ｔ・
ｓ＋Ｋv）／（Ｔ・ｓ＋Ｋv）とする。

【００６０】この動的補償器６４の伝達特性の式は学習
指令値の停止状態から定常運転速度まで、直線的に加速
する場合は、Ｋを定数として、ｋv＝Ｋ・ｔとなる。こ
のとき、記憶手段５９に記憶されている学習指令値６０
を時間の関数としてu(t)と表すと、加減速手段から出力
される指令値はｕ（0.5・Ｋ・ｔ・ｔ）となる。このこ
とから、上記実施の形態３にて示した式（９）にＫ＝１
／Ｋvを代入すれば、得られることとなる。

【００６１】図８に図７に示した実施の形態４の制御装
置を用いたシミュレーション結果を示す。図８では、停
止状態から直線的に動作速度を速くして行き、８秒で定
常運転速度に達している。８秒から１２秒の間は定常運
転速度でモータを動かし、１２秒から２０秒では動作速
度を徐々に遅くして行き、２０秒で停止状態になってい
る。図８（ａ）はモータ制御手段２２に与えられる補正
指令値を示したものであり、図８（ｂ）は目標指令値へ
の追従誤差を示している。図８のシミュレーションで
は、上記実施の形態３と同様にＬ1＝４秒で学習した補
正指令値を学習指令値６０として用いており、記憶手段
５９には図１２（ａ）の12秒〜16秒の補正指令値が記憶
されている。図８（ｂ）より、追従誤差の最大値は図１
２（ｂ）の12秒〜16秒における最大誤差と同程度であ
り、動作中に動作速度が変化しても高精度の追従制御が
実現されていることが確認できた。

【００６２】このように、重い負荷をモータで駆動し、
最初から定常運転速度でモータを動かすのではなく、停
止状態から徐々に運転速度を上げていき、最終的に定常
運転に移行するように制御される。又、逆にモータを停
止させる時には、定常運転状態から徐々に運転速度を下
げて行き、最終的にモータを停止させるように制御され
る。このような加速時や減速時、繰り返し制御によって
学習した指令値を有効に作用させることができる。

【００６３】上記実施の形態３及び実施の形態４では学
習指令値として、従来の動作のものを用いる例を示した
が、これに限られることはなく、例えば、上記実施の形
態１及び実施の形態２の制御装置にて補正された指令値
を学習指令値とに用いるようにしても、同様に行うこと
ができる。

【００６４】又、上記実施の形態３及び実施の形態４で
は繰り返し動作に基づいて補正された指令値を用いる例
を示したが、これに限られることはなく、１度きりの動
作による指令値を用いても、上記実施の形態と同様に用
いることができるため、精度よく制御を行うことができ
る。

【００６５】上記各実施の形態では、繰り返し動作を連
続的行う場合について説明したが、断続的に繰り返し動
作を行う場合に適用することができることは言うまでも
ない。

【００６６】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、同じ動作を連続的あるいは断続的に繰り返す目標
指令値にモータの位置、あるいは、モータの速度を追従
させるようにモータを制御するために、前回動作から目
標指令値の補正量を作成し、補正量と目標指令値とが加
算された補正指令値に基づいて指令値を生成し、指令値
をモータに与えることによりモータを駆動させる制御装
置において、補正量を記憶する記憶手段と、モータの電
流値を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって
検出された電流値に負の定数を乗ずる乗算手段と、乗算
手段の出力と記憶手段から出力された前回動作時の補正
量との和を計算する加算手段と、加算手段の出力に応じ
て、モータの電流値の絶対値が小さくなるようにするた
め補正量を算出して出力する補正量計算手段とを備えた
ので、モータの電流値の増大を抑制し、これに起因して
いたモータの振動を低減することができる制御装置を提
供することが可能である。

【００６７】又、この発明の請求項２によれば、同じ動
作を連続的あるいは断続的に繰り返す目標指令値にモー
タの位置、あるいは、モータの速度を追従させるように
モータを制御するために、前回動作から目標指令値の補
正量を作成し、補正量と目標指令値とが加算された補正
指令値に基づいて指令値を生成し、指令値をモータに与
えることによりモータを駆動させる制御装置において、
第１の補正量を記憶する第１の記憶手段と、モータの電
流値を検出する電流検出手段と、電流検出手段によって
検出された電流値に負の定数を乗ずる乗算手段と、乗算
手段の出力と記憶手段から出力された前回動作時の第１
の補正量との和を計算する第１の加算手段と、第１の加
算手段の出力に応じて、モータの電流値の絶対値が小さ
くなるようにするための値から成る第１の補正量を算出
して出力する第１の補正量計算手段とを備え、第２の補
正量を記憶する第２の記憶手段と、目標指令値とモータ
の位置、あるいは、モータの速度との差を算出する比較
手段と、比較手段の出力と第２の記憶手段から出力され
る前回動作時の第２の補正量とを加算する第２の加算手
段と、第２の加算手段の出力に応じて目標指令値のモー
タの位置あるいは速度との誤差を零に近づけるための第
２の補正量を計算する第２の補正量計算手段と、第１の
補正量と第２の記憶手段から出力される前回動作時の第
２の補正量とを加算し、補正量を生成する第３の加算手
段とを備えたので、モータの電流値の増大を抑制し、こ
れに起因していたモータの振動を低減することができる
とともに、モータの位置あるいは速度の誤差を減少し、
モータの位置あるいは速度誤差を低減することができる
制御装置を提供することが可能である。

【００６８】又、この発明の請求項３によれば、所望の
動作を実現するように、モータを制御する制御装置にお
いて、与えられた指令値に対してモータの位置あるいは
速度を追従させるようにモータを制御するモータ制御手
段と、所望の動作と同じ動作を所望の動作とは異なる動
作時間でモータが制御されたときに、モータ制御手段に
与えられた指令値を学習指令値として記憶する記憶手段
と、記憶手段に記憶された学習指令値を時間軸方向に伸
縮する指令値伸縮手段と、指令値伸縮手段の出力を入力
しモータ制御手段に指令値として出力する動的補償器と
を備え、記憶手段の記憶した学習指令値の時間長をＬ
1、実際にモータを動かすときの指令値の時間長をＬ2、
モータ制御手段の制御時定数をＴとしたとき、記憶手段
に記憶された学習指令値を指令値伸縮手段において時間
軸方向に一様にＬ2／Ｌ1に伸縮するとともに、動的補償
器の伝達特性を（Ｌ1・Ｔ・ｓ＋Ｌ1）／（Ｌ2・Ｔ・ｓ
＋Ｌ1）としたので、異なる動作時間の動作の学習指令
値を利用し、モータの制御を精度よく行うことのできる
制御装置を提供することが可能である。

【００６９】又、この発明の請求項４によれば、加減速
運動を伴う所望の動作を実現するように、モータを制御
する制御装置において、与えられた指令値に対してモー
タの位置あるいは速度を追従させるようにモータを制御
するモータ制御手段と、所望の動作を加減速を伴わず定
常運転速度にてモータが制御されたときに、モータ制御
手段に与えられた指令値を学習指令値として記憶する記
憶手段と、記憶手段に記憶された学習指令値に対して加
減速処理を行う加減速手段と、加減速手段の出力を入力
しモータ制御手段に指令値として出力する動的補償器と
を備え、記憶手段の記憶した学習指令値の動的補償器の
伝達特性を可変とし、モータ制御手段の制御時定数を
Ｔ、定常運転速度に対する加減速手段における指令速度
の割合をＫvとしたとき、動的補償器の伝達特性を（Ｋv
・Ｔ・ｓ＋Ｋv）／（Ｔ・ｓ＋Ｋv）としたので、定常運
転速度の動作の学習指令値を利用し、加減速運動を伴う
モータの制御を精度よく行うことのできる制御装置を提
供することが可能である。

【００７０】又、この発明の請求項５によれば、請求項
３または請求項４に記載の記憶手段に記憶させる学習指
令値として、同じ動作を連続的あるいは断続的に繰り返
す目標指令値にモータの位置、あるいは、モータの速度
を追従させるようにモータを制御するために、上記繰り
返し動作に基づいて補正されモータ制御手段に与えられ
た指令値を用いたので、繰り返し動作に基づいて補正さ
れた学習指令値を利用し、モータの繰り返し制御を精度
よく行うことのできる制御装置を提供することが可能で
ある。

【００７１】又、この発明の請求項６によれば、請求項
３または請求項４に記載の記憶手段に記憶させる学習指
令値として、請求項１または請求項２に記載の制御装置
によって補正された指令値を用いたので、モータの振動
が低減された、あるいは、モータの位置あるいは速度誤
差が低減されたモータの動作の指令値を利用し、モータ
の制御を精度よく行うことのできる制御装置を提供する
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の制御装置の構成を
示すブロック図である。

【図２】 図１に示した制御装置のシミュレーションの
結果を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態２の制御装置の構成を
示すブロック図である。

【図４】 図３に示した制御装置のシミュレーションの
結果を示す図である。

【図５】 この発明の実施の形態３の制御装置の構成を
示すブロック図である。

【図６】 図５に示した制御装置のシミュレーションの
結果を示す図である。

【図７】 この発明の実施の形態４の制御装置の構成を
示すブロック図である。

【図８】 図７に示した制御装置のシミュレーションの
結果を示す図である。

【図９】 従来の制御装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図１０】 従来の制御装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図１１】 従来の制御装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図１２】 図１１に示した制御装置のシミュレーショ
ンの結果を示す図である。

【図１３】 モータの構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

２１ 制御対象、２２ モータ制御手段、２４ 目標指
令値、３９ 電流検出手段、４０ 電流値、４１ 乗算
手段、４２ 補正量計算手段、４３ 補正量、４４ 記
憶手段、４５ 第２の加算手段、４６ 第１の加算手
段、４７，５８ 補正指令値、４８ 第１の補正量計算
手段、４９ 第１の補正量、５０ 第１の記憶手段、５
１ 第１の加算手段、５２ 第２の補正量計算手段、５
３ 第２の補正量、５４ 第２の記憶手段、５５ 信
号、５６ 第２の加算手段、５７ 第３の加算手段、５
９ 記憶手段、６０ 学習指令値、６１ 指令値伸縮手
段、６２ 動的補償手段、６３ 加減速手段、６４ 動
的補償手段。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−266401（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−264890（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−67705（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−323706（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−318102（ＪＰ，Ａ) 原辰次，繰り返し制御，計測と制御, 日本，社団法人計測制御学会，1986年12 月，Ｖｏｌ．25，Ｎｏ．12，Ｐ．51〜 Ｐ．59 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 3/00 - 3/20 G05B 11/00 - 13/04 H02P 5/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同じ動作を連続的あるいは断続的に繰り
   返す目標指令値にモータの位置、あるいは、前記モータ
   の速度を追従させるように前記モータを制御するため
   に、前回動作から前記目標指令値の補正量を作成し、前
   記補正量と前記目標指令値とが加算された補正指令値に
   基づいて指令値を生成し、前記指令値を前記モータに与
   えることにより前記モータを駆動させる制御装置におい
   て、 前記補正量を記憶する記憶手段と、前記モータの電流値
   を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段によって
   検出された前記電流値に負の定数を乗ずる乗算手段と、
   前記乗算手段の出力と前記記憶手段から出力された前回
   動作時の前記補正量との和を計算する加算手段と、前記
   加算手段の出力に応じて、前記モータの電流値の絶対値
   が小さくなるようにするため前記補正量を算出して出力
   する補正量計算手段とを備えたことを特徴とする制御装
   置。
2. 【請求項２】 同じ動作を連続的あるいは断続的に繰り
   返す目標指令値にモータの位置、あるいは、前記モータ
   の速度を追従させるように前記モータを制御するため
   に、前回動作から前記目標指令値の補正量を作成し、前
   記補正量と前記目標指令値とが加算された補正指令値に
   基づいて指令値を生成し、前記指令値を前記モータに与
   えることにより前記モータを駆動させる制御装置におい
   て、 第１の補正量を記憶する第１の記憶手段と、前記モータ
   の電流値を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段
   によって検出された前記電流値に負の定数を乗ずる乗算
   手段と、前記乗算手段の出力と前記記憶手段から出力さ
   れた前回動作時の前記第１の補正量との和を計算する第
   １の加算手段と、前記第１の加算手段の出力に応じて、
   前記モータの電流値の絶対値が小さくなるようにするた
   めの値から成る前記第１の補正量を算出して出力する第
   １の補正量計算手段とを備え、 第２の補正量を記憶する第２の記憶手段と、前記目標指
   令値と前記モータの位置、あるいは、前記モータの速度
   との差を算出する比較手段と、前記比較手段の出力と前
   記第２の記憶手段から出力される前回動作時の前記第２
   の補正量とを加算する第２の加算手段と、前記第２の加
   算手段の出力に応じて前記目標指令値の前記モータの位
   置あるいは速度との誤差を零に近づけるための前記第２
   の補正量を計算する第２の補正量計算手段と、前記第１
   の補正量と前記第２の記憶手段から出力される前回動作
   時の前記第２の補正量とを加算し、前記補正量を生成す
   る第３の加算手段とを備えたことを特徴とする制御装
   置。
3. 【請求項３】 所望の動作を実現するように、モータを
   制御する制御装置において、 与えられた指令値に対して前記モータの位置あるいは速
   度を追従させるように前記モータを制御するモータ制御
   手段と、前記所望の動作と同じ動作を前記所望の動作と
   は異なる動作時間で前記モータが制御されたときに、前
   記モータ制御手段に与えられた指令値を学習指令値とし
   て記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記
   学習指令値を時間軸方向に伸縮する指令値伸縮手段と、
   前記指令値伸縮手段の出力を入力し前記モータ制御手段
   に前記指令値として出力する動的補償器とを備え、前記
   記憶手段の記憶した前記学習指令値の時間長をＬ1、実
   際に前記モータを動かすときの前記指令値の時間長をＬ
   2、前記モータ制御手段の制御時定数をＴとしたとき、
   前記記憶手段に記憶された前記学習指令値を前記指令値
   伸縮手段において時間軸方向に一様にＬ2／Ｌ1に伸縮す
   るとともに、前記動的補償器の伝達特性を（Ｌ1・Ｔ・
   ｓ＋Ｌ1）／（Ｌ2・Ｔ・ｓ＋Ｌ1）としたことを特徴と
   する制御装置。
4. 【請求項４】 加減速運動を伴う所望の動作を実現する
   ように、前記モータを制御する制御装置において、 与えられた指令値に対して前記モータの位置あるいは速
   度を追従させるように前記モータを制御するモータ制御
   手段と、前記所望の動作を加減速を伴わず定常運転速度
   にて前記モータが制御されたときに、前記モータ制御手
   段に与えられた指令値を学習指令値として記憶する記憶
   手段と、前記記憶手段に記憶された前記学習指令値に対
   して加減速処理を行う加減速手段と、前記加減速手段の
   出力を入力し前記モータ制御手段に前記指令値として出
   力する動的補償器とを備え、前記記憶手段の記憶した前
   記学習指令値の前記動的補償器の伝達特性を可変とし、
   前記モータ制御手段の制御時定数をＴ、前記定常運転速
   度に対する前記加減速手段における指令速度の割合をＫ
   vとしたとき、前記動的補償器の伝達特性を（Ｋv・Ｔ・
   ｓ＋Ｋv）／（Ｔ・ｓ＋Ｋv）としたことを特徴とする制
   御装置。
5. 【請求項５】 請求項３または請求項４に記載の記憶手
   段に記憶させる学習指令値として、同じ動作を連続的あ
   るいは断続的に繰り返す目標指令値にモータの位置、あ
   るいは、前記モータの速度を追従させるように前記モー
   タを制御するために、上記繰り返し動作に基づいて補正
   されモータ制御手段に与えられた指令値を用いたことを
   特徴とする制御装置。
6. 【請求項６】 請求項３または請求項４に記載の記憶手
   段に記憶させる学習指令値として、請求項１または請求
   項２に記載の制御装置によって補正された指令値を用い
   たことを特徴とする制御装置。