JP3537416B2

JP3537416B2 - サーボ制御装置

Info

Publication number: JP3537416B2
Application number: JP2001385861A
Authority: JP
Inventors: 平輔岩下; 和臣前田
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2004-06-14
Anticipated expiration: 2021-12-19
Also published as: EP1321837B1; DE60210734T2; EP1321837A3; US6809493B2; EP1321837A2; DE60210734D1; JP2003189657A; US20030111973A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットのアー
ム、工作機械や射出成形機やプレス機械等の駆動機構の
送り軸を駆動制御するサーボ制御装置に関し、特に、一
つの可動部材を複数のモータで制御するタンデム制御に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ロボット、工作機械、射出成形機、プレ
ス機械等の各種機械の駆動機構において、移動させよう
とする可動部材が大型で、その移動軸を駆動するモータ
が１つでは加減速ができない場合、同一の移動指令を複
数のモータに与え、１つの可動部材を複数のモータで駆
動し、可動部材の姿勢を保ったまま安定して駆動する方
法の１つとしてタンデム制御が知られている。このタン
デム制御では、各モータの駆動軸は可動部材がねじれた
りしないように位置制御を行う必要がある。図１３は従
来のポジションタンデム制御の構成例を示すブロック図
である。この例は、第１のモータ１５及び第２のモータ
２５の２つのモータによって、１つの可動部材４を駆動
する駆動機構のタンデム制御の例を示している。

【０００３】第１のモータ１５に対する制御装置は、位
置ループ制御する位置制御部１１、速度ループ制御する
速度制御部１２、電流制御部１３、電流増幅器１４を備
える。更に、第１のモータ１５には速度フィードバック
量（速度ＦＢ１）を検出する速度検出器１７を備え、第
１のモータ側の可動部材４には位置フィードバック量
（位置ＦＢ１）を検出する位置検出器１８を備える。ま
た、第２のモータ２５に対する制御装置は、位置制御部
２１、速度制御部２２、電流制御部２３、電流増幅器２
４を備える。更に、第２のモータ２５には速度フィード
バック量（速度ＦＢ２）を検出する速度検出器２７を備
え、第２のモータ側の可動部材４には位置フィードバッ
ク量（位置ＦＢ２）を検出する位置検出器２８を備え
る。位置検出器１８及び位置検出器２８は両方共もしく
はいずれか一方のみが可動部材４の剛性等の条件によっ
ては可動部材４には取り付けられず、他方はモータの出
力軸に設置される場合もある。また、この位置検出器１
８，２８は、１つしか設けられない場合もある。すなわ
ち、位置検出器はタンデム制御として用いられる複数の
モータ毎に設けられる場合も、複数のモータに対して１
つだけ設けられる場合もある。さらに、この位置検出器
は、モータの出力軸等に取り付けられ、モータの回転位
置を検出することによって可動部材の位置を検出する場
合も、可動部材の移動を直接検出するように可動部材に
取り付けられる場合もある。また、この位置検出器をリ
ニアスケールで構成する場合も、ロータリエンコーダで
構成する場合もある。

【０００４】位置制御部１１，２１は、指令分配器３で
分配された同一の位置指令を上位の制御装置から受け取
り、位置フィードバック量（位置ＦＢ１，位置ＦＢ２、
位置検出器が１つの場合には、位置ＦＢ１＝位置ＦＢ２
となる）をそれぞれ差し引いて得た位置偏差量を処理し
て速度指令を出力する。速度制御部１２，２２は、位置
制御部１１，２１からそれぞれ速度指令を受け取り、モ
ータに取り付けられた速度検出器１７，２７で検出され
た速度フィードバック量（速度ＦＢ１，速度ＦＢ２）を
差し引いて得た速度偏差量に基づいて、比例、積分等の
速度ループ処理を行い電流指令を出力する。

【０００５】電流制御部１３，２３は、速度制御部１
２，２２からそれぞれ電流指令を受け取り、モータ電流
を検出するセンサ（図示していない）からの電流フィー
ドバック量を差し引いて得た電流偏差量（電流ＦＢ１，
電流ＦＢ２）を処理して電圧指令を出力する。電流増幅
器１４，２４は、電流制御部１３，２３からそれぞれ電
圧指令を受け取って、各モータ１５，２５を駆動する駆
動電流を形成し、各モータ１５，２５を駆動する。そし
て、可動部材４に取り付けられているボールナットと螺
合するボールねじ１６，２６を各モータ１５，２５で駆
動することにより、可動部材４を移動させる。

【０００６】このように２つのモータ１５，２５は、同
一の位置指令に基づいて、位置、速度、電流のループ処
理がなされ可動部材４を２つのモータの出力トルクの合
力によって駆動する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したような、ポジ
ションタンデム制御では、加減速を繰り返していると、
速度フィードバック（速度ＦＢ１、速度ＦＢ２）の取り
込みのタイミングの差や量子化の問題で、それぞれの速
度制御部の積分器が徐々逆符号に偏っていき、過大な電
流指令を発生する場合が生じる。特に、位置検出器を１
つしか設けず、すべてのモータに対する位置のフィード
バックは共通（位置ＦＢ１＝位置ＦＢ２）とした場合、
モータの駆動位置と位置検出器で検出される位置とに誤
差が少ないモータにおいては（位置検出器が当該モータ
にの回転軸に取り付けられている場合や、当該モータの
駆動機構の近傍に位置検出器が取り付けられている場合
等）、当該モータの制御系における速度制御部の積分器
は、この積分器の値に応じた電流指令がなされ、位置の
フィードバックとして帰ってくるのでその偏りは解消さ
れる。

【０００８】しかし、他のモータ側では、当該モータの
制御系の速度制御部の積分器がどちらに偏っても、それ
を解消するように位置のフィードバックが帰ってくる訳
ではないので、積分器の積分値は偏った値を持ち、制御
性が悪化し、モータがオーバヒートしてしまう可能性が
ある。例えば、図１３の例で第１のモータ１５の回転位
置と位置検出器で検出される位置の誤差がない場合又は
小さい場合、第１のモータ１５の制御系の速度制御部１
２の積分器の積分値が特別大きくなることはない。しか
し、第２のモータ２５側では、その第２のモータ側の速
度制御部２２の積分器の積分値は、自己の積分器の積分
値を解消するように位置のフィードバック（位置ＦＢ
２）が帰還されてくる訳ではないので、この積分値は偏
ったものとなり、制御性を悪くし、第２のモータ２５を
オーバヒートさせる可能性が生じる。

【０００９】そこで、本発明は、上述した従来技術の問
題点を改善し、速度制御部の積分要素の積分値の偏りを
改善し、該偏りに起因するモータの制御性の悪化やオー
バヒートの発生を防止することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数のモータ
で一つの被駆動体を駆動するためのモータ制御装置であ
って、請求項１に係わる発明は、上位制御装置から入力
される位置指令値と前記被駆動体の位置を検出する位置
検出器から帰還されるフィードバック値との差分である
位置偏差値を演算処理して速度指令を出力する位置制御
部と、速度指令値を受け取り、該速度指令値と前記被駆
動体の速度を検出する速度検出器からの帰還される速度
フィードバック値とに基づいて積分要素と比例要素で処
理して電流指令を出力する速度制御部とを前記複数のモ
ータそれぞれに対応して備え、前記位置制御部の各々が
前記上位制御装置から同一の位置指令を受け取り、前記
一つの被駆動体を制御すると共に、前記速度制御部の各
々の前記積分要素の出力を同一にするための手段を備え
ることを特徴とするものである。また、請求項２に係わ
る発明は、前記積分要素の出力を同一にするための手段
を、前記複数の速度制御部のいずれかの積分要素の出力
をその他の速度制御部の積分要素の出力として使用する
ように構成したものである。請求項３に係わる発明は、
前記積分要素の出力を同一にするための手段を、前記複
数の速度制御部のいずれかの積分要素の積分値にその他
の速度制御部の積分要素の積分値を書き換える手段で構
成するものである。

【００１１】請求項４に係わる発明は、前記積分要素の
出力を同一にするための手段を、前記複数の速度制御部
のおのおのが入力する前記速度フィードバック量の平均
値を求め、該平均値を前記複数の速度制御部の積分要素
のおのおのの速度フィードバック量とすることによって
構成する。請求項５に係わる発明は、前記積分要素の出
力を同一にするための手段を、時定数回路で構成し、一
定時間遅らせて同一の値にするようにした。

【００１２】請求項６に係わる発明は、前記積分要素の
出力を同一にするための手段を、前記被駆動体の停止時
に有効するようにした。そして、請求項７に係わる発明
は、前記被駆動体の停止毎に１回書き換えが行われるこ
とを特徴とし、請求項８に係わる発明は、前記被駆動体
の停止毎、停止期間中書き換えが行われることを特徴と
するものである。また請求項９に係わる発明は、前記積
分要素の出力を同一にするための手段を、外部信号の入
力により有効とするようにした。さらに、請求項１０に
係わる発明は、外部信号入力後におのおのの積分要素が
同じ値になったときに、前記積分要素の出力を同一にす
るための手段を有効とするようにした。また、請求項１
１に係わる発明は、複数のモータの内いずれか１つの特
定のモータに対応する速度制御部のみ積分要素を備え、
他のモータに対応する速度制御部は、前記特定モータの
速度制御部の積分要素の出力を用いて比例、積分の速度
ループ制御を行うようにした。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態にお
けるタンデム制御によるモータの制御系のブロック図で
ある。この実施形態では図１３で示した従来例と同じよ
うに２つのモータによって１つの可動部材４を姿勢を保
持した状態で移動させる例を示している。

【００１４】図１３に示す従来例と比較して相違する点
は、この実施形態には、速度積分器共通手段５が加わっ
た点である。なお、この実施形態においても、位置検出
器１８，２８はどちらか一方を設けるだけでもよい。１
つだけ設けた場合には、その位置検出器で検出される位
置とモータの回転位置のずれが少ないモータをメインモ
ータとし、他をサブのモータとする。そしてこのメイン
のモータ及びその制御系を、第１のモータ及び第１のモ
ータ制御系とする。図１では第１の制御系を位置ループ
制御する位置制御部１１、速度ループ制御する速度制御
部１２，電流制御部１３、電流増幅器１４、モータ１
５，速度検出器１７で構成し、サブのモータとその制御
系を第２のモータとその制御系とし、位置ループ制御す
る位置制御部２１、速度ループ制御する速度制御部２
２，電流制御部２３、電流増幅器２４、モータ２５，速
度検出器２７で構成している。なお、従来例の図１３に
示す構成と同じ構成のものは同一の符号を付している。

【００１５】この実施形態においても、図１３の従来例
で説明したように、位置制御部１１，２１は、指令分配
器３で分配された同一の位置指令を上位の制御装置から
受け取り、位置フィードバック量（位置ＦＢ１，位置Ｆ
Ｂ２）をそれぞれ差し引いて得た位置偏差量を処理して
速度指令を速度制御部１２，２２に出力する。速度制御
部１２，２２は、この速度指令から速度検出器１７，２
７で検出された速度フィードバック量（速度ＦＢ１，速
度ＦＢ２）を差し引いて得た速度偏差量に基づいて、比
例、積分等の速度ループ処理を行い電流指令を出力す
る。

【００１６】電流制御部１３，２３は、速度制御部１
２，２２からそれぞれ電流指令を受け取り、モータ電流
を検出するセンサ（図示していない）からの電流フィー
ドバック量（電流ＦＢ１，電流ＦＢ２）を差し引いて得
た電流偏差量を処理して電圧指令を電流増幅器１４，２
４に出力し、電流増幅器１４，２４は各モータ１５，２
５を駆動する駆動電流を形成し、各モータ１５，２５を
駆動する。そして、ボールネジ／ナット機構を介して可
動部材４を駆動する。

【００１７】以上は、従来と同様であるが、本発明にお
いては、速度制御部１２，２２の積分器の値を同一とす
る速度積分器共通化手段５を備えている点で従来例と相
違するものである。

【００１８】図２は、この速度積分器共通化手段５の第
１の形態を示す図である。なお、速度制御部１２，２２
の構成は、ＰＩ制御の例を記載している。図２におい
て、第１のモータ制御系（メイン）の速度制御部１２
は、速度指令ＶＣＭＤ１と速度フィードバック量（速度
ＦＢ１）の差である速度偏差ＶＥＲ１を積分する積分器
１２１、該積分器１２１の出力を増幅する積分ゲインＫ
ｉの増幅器１２２，速度偏差ＶＥＲ１を増幅する比例ゲ
インＫｐの増幅器１２３、各増幅器１２２，１２３の出
力を加算し速度制御部１２の出力として出力する加算器
１２４で構成されている。

【００１９】第２のモータ制御系（サブ）の速度制御部
１２は、同様に、速度指令ＶＣＭＤ２（なお、位置検出
器が同じであれば、速度指令ＶＣＭＤ２＝ＶＣＭＤ１）
と速度フィードバック量（速度ＦＢ２）の差である速度
偏差ＶＥＲ２を積分する積分器２２１、該積分器２２１
の出力を増幅する積分ゲインＫｉの増幅器２２２，速度
偏差ＶＥＲ２を増幅する比例ゲインＫｐの増幅器２２
３、各増幅器２２２，２２３の出力を加算し速度制御部
２２の出力として出力する加算器２２４で構成されてい
る。

【００２０】この図２に示す速度積分器共通化手段５
は、第２のモータ制御系（サブ）の速度制御部２２にお
ける積分器２２１の積分値を第１のモータ制御系（メイ
ン）の速度制御部１２における積分器１２１の積分値に
切り替える手段で構成されている。図２では、切替スイ
ッチ５１でこれを表している。このスイッチ５１は外部
信号により、もしくは動作停止時に自動的に作動し、積
分器２２１の積分値を積分器１２１の積分値と等しくな
るように切り替える。動作停止の判断としては、上位制
御装置からの移動指令がある一定時間「０」のとき、さ
らには、所定時間移動指令が「０」で位置偏差がスレシ
ョルドレベル以下となったとき動作停止時としてこのス
イッチ５１を作動させる。

【００２１】上述したように、上位制御装置から指令分
配器３を介して同一の位置指令が各モータ制御系に出力
され、第１，第２のモータの加減速が繰り返し実行さ
れ、可動部材４が駆動され、積分器１２１の積分値と積
分器２２１の積分値が逆符号に偏ってその差が増大し続
けているとする。そこで、外部信号により又は動作が停
止したとき、自動的にスイッチ５１が切り替えられ、第
２のモータ制御系の積分器２２１の積分値は、第１のモ
ータ制御系の積分器１２１の積分値に切り替えられる。

【００２２】図３は、速度積分器共通化手段５の第２の
形態を示す図である。図２に示した第１の形態では、第
２のモータ制御系の積分器２２１の積分値を第１のモー
タ制御系の積分器１２１の積分値に直ちに切り替えるよ
うにしたが、これでは２つの積分器１２１，２２１の積
分値間に大きな差があると、第２のモータ制御系の積分
器２２１の積分値が急激に変化し、その結果、電流指令
（トルク指令）も急激に変化することから、これを緩和
するようにした速度積分器共通化手段５の例である。こ
の図３に示す第２の形態は、第１の形態にさらに一次遅
れ要素５２を付加したものであり、スイッチ５１が作動
すると、第２のモータ制御系の積分器２２１の積分値を
第１のモータ制御系の積分器１２１の積分値に一次遅れ
の伝達関数で徐々に切り替えるようにしたものである。
なお、他の構成は図２に示した構成と同じである。

【００２３】図４は、速度積分器共通化手段５の第３の
形態を示す図である。この第３の実施形態は、各積分器
１２１，２２１に入力される入力値を速度指令と速度フ
ィードバック値の平均値との差としたものである。速度
積分器共通化手段５の第３の形態は、第１のモータ制御
系の速度フィードバック量（速度ＦＢ１）から第２のモ
ータ制御系の速度フィードバック量（速度ＦＢ２）を減
じる減算器５３と、この減算器５３の出力を２で割る割
り算器５４で構成され、速度フィードバック量の平均を
求め、第１のモータ制御系の積分器１２１には、速度偏
差（速度指令と速度フィードバック量の差）にこの平均
値を加算して入力し、第２のモータ制御系の積分器２２
１には、速度偏差からこの平均値を減じて入力するよう
にしている。

【００２４】第１のモータ制御系の速度指令をＶＣＭＤ
１、速度フィードバック量（速度ＦＢ１）をＶＦＢ１、
第２のモータ制御系の速度指令をＶＣＭＤ２、速度フィ
ードバック量（速度ＦＢ２）をＶＦＢ２とすると、第１
のモータ制御系の積分器１２１の入力は、ＶＣＭＤ１−ＶＦＢ１＋（ＶＦＢ１−ＶＦＢ２）／２＝ＶＣＭＤ１−（ＶＦＢ１＋ＶＦＢ２）／２ …・（１）第２のモータ制御系の積分器２２１の入力は、ＶＣＭＤ２−ＶＦＢ２−（ＶＦＢ１−ＶＦＢ２）／２＝ＶＣＭＤ２−（ＶＦＢ１＋ＶＦＢ２）／２ …・（２）となる。この実施形態では、上記（１），（２）式に示
すように、各速度指令から各速度フィードバック量の平
均を差し引いた値を各積分器の入力としているものであ
る。この実施形態においては、速度積分器共通化手段５
の例として、各速度フィードバック量ＶＦＢ１、ＶＦＢ
２を加算し２で割り、平均値［（ＶＦＢ１＋ＶＦＢ２）
／２］を求め、この平均値をそれぞれの速度指令ＶＣＭ
Ｄ１、ＶＣＭＤ２から減じた値を各積分器１２１，２２
１の入力としてもよい。

【００２５】図５は、速度積分器共通化手段５の第４の
形態を示す図である。この形態は、第２のモータ制御系
（サブのモータ制御系）の積分増幅器２２２の入力を、
自己の積分器２２１の出力から第１のモータ制御系（メ
インのモータ制御系）の積分器１２１の出力に切り替え
る切替スイッチ５５で速度積分器共通化手段５を構成す
るものである。

【００２６】タンデム制御を行うときには、該スイッチ
５５を第１のモータ制御系の積分器１２１側に切り替え
ることによって、タンデム制御を行うモータの速度制御
部（１２，２２）における積分器を共通のものとする。
通常は、該スイッチを自己の積分器２２１側に接続して
おき、必要時に該スイッチ５５を第１のモータ制御系の
積分器１２１側に切り替えるようにしてもよい。この場
合、外部から切替の指令を与え、積分器１２１と積分器
２２１の積分値の差が所定値以下になったとき、該スイ
ッチ５５を切り替えるようにすると安定した切換ができ
る。

【００２７】また、スイッチ５５を設けずに常時接続状
態としてもよい。図６はこの場合を示すブロック図で、
速度積分要素を１つだけ備え、その出力を他の積分要素
が使用し、比例要素は、自分の速度フィードバックを使
用するものである。

【００２８】図７は、上述したタンデム制御を行うモー
タ制御系のブロック図である。構成は従来のサーボ制御
を行う装置と同一構成であるので、概略的に示してい
る。図７において、符号１００は、上位制御装置として
の数値制御装置（ＣＮＣ）であり、１０１は共有メモ
リ、１０２はプロセッサ（ＣＰＵ），ＲＯＭ，ＲＡＭ等
を有するディジタルサーボ回路、１０３、１０４はトラ
ンジスタインバータ等で構成されるサーボアンプ、１
５、２５はタンデム制御を行うサーボモータ、１７，２
７は、各サーボモータに取り付けられた速度検出器、１
８，２８は、可動部材の位置（又は各サーボモータの位
置）を検出する位置検出器である。

【００２９】上位制御装置としての数値制御装置１００
は、動作プログラム等に基づいて所定周期毎に各軸サー
ボモータに対して位置指令、あるいは位置指令の差分で
ある移動指令ＭＣＭＤを共有メモリ１０１に出力し書き
込む。モータ１５，２５のタンデム制御を行う場合は、
これらモータに対する位置指令、あるいは移動指令ＭＣ
ＭＤは同一の値の指令がなされる。ディジタルサーボ回
路１０２のプロセッサは、この位置指令、あるいは移動
指令ＭＣＭＤを読みとり所定周期毎に上述した位置制
御、速度制御、電流制御を行いサーボアンプ１０３、１
０４を介して、各サーボモータ１５，２５を駆動する。

【００３０】図８は、タンデム制御における積分値を共
通化する図２に示した形態の動作処理をディジタルサー
ボ回路１０２のプロセッサが行う場合の処理フローチャ
ートである。該プロセッサは、位置、速度処理周期毎に
このフローチャートの処理を実行する。

【００３１】まず、上位制御装置から指令された移動指
令ＭＣＭＤを読みとり、かつ、位置検出器１８，２８か
らの位置フィードバック量（位置ＦＢ１，位置ＦＢ２）
を読みとり、従来と同様に位置ループ処理を行いモータ
１５、２５に対するそれぞれの速度指令ＶＣＭＤ１，Ｖ
ＣＭＤ２を求める（ステップａ１）。次に、タンデム制
御を行うモータに対する移動指令ＭＣＭＤが「０」か否
か判断し（ステップａ２）、「０」でなければ、後述す
るカウンタを「０」、積分器の書き換え終了を記憶する
フラグＦ２「０」にセットする（ステップａ７）。

【００３２】次に、速度検出器１７，２７からフィード
バックされてくる速度フィードバック量（速度ＦＢ１，
速度ＦＢ２）をＶＦＢ１，ＶＦＢ２として記憶し（ステ
ップａ８）、ステップａ１の位置制御で求めた速度指令
ＶＣＭＤ１，ＶＣＭＤ２からそれぞれ速度フィードバッ
ク量ＶＦＢ１，ＶＦＢ２を減じて速度偏差ＶＥＲ１，Ｖ
ＥＲ２を求める（ステップａ９）。

【００３３】ＶＥＲ１＝ＶＣＭＤ１−ＶＦＢ１ …・（３）ＶＥＲ２＝ＶＣＭＤ２−ＶＦＢ２ …・（４）速度偏差を積算し積分値ＩＶＥＲ１，ＩＶＥＲ２を記憶
するレジスタにステップａ９で求めた速度偏差ＶＥＲ
１，ＶＥＲ２をそれぞれ加算し新たな積分値ＩＶＥＲ
１，ＩＶＥＲ２を求める（ステップａ１０）。

【００３４】停止状態を記憶するフラグＦ１が「１」か
否か判断し（ステップａ１１）、最初は初期設定で
「０」に設定されていることから、ステップａ１４に移
行し、ステップａ９で求めた速度偏差ＶＥＲ１，ＶＥＲ
２に比例定数（比例ゲイン）Ｋｐを乗じた値に、ステッ
プａ１０で求めた積分値ＩＶＥＲ１，ＩＶＥＲ２に積分
定数（積分ゲイン）Ｋｉを乗じて電流指令（トルク指
令）ＴＣＭＤ１，ＴＣＭＤ２を求め（ステップａ１
４）、電流ループ処理へ引き渡し、この位置、速度制御
周期の処理を終了する。

【００３５】ＴＣＭＤ１＝Ｋｐ×ＶＥＲ１＋Ｋｉ×ＩＶＥＲ１ …・（５）ＴＣＭＤ２＝Ｋｐ×ＶＥＲ２＋Ｋｉ×ＩＶＥＲ２ …・（６）以下、移動指令が出力され該移動指令が「０」でない限
り、ステップａ１、ａ２、ステップａ７〜ａ１１、ステ
ップａ１４の処理を各位置、速度制御周期毎に実行す
る。

【００３６】一方、移動指令が「０」であると、ステッ
プａ２からステップａ３に移行し、積分器の書き換え終
了を記憶するフラグＦ２が「１」か判断する。「１」で
なければ、ステップａ４に移行し、カウンタの値がパラ
メータで設定されている値Ｎより小さいか判断し、小さ
ければ、該カウンタに「１」を加算し（ステップａ
５）、ステップａ８以降の処理を実行する。

【００３７】「０」の移動指令が続きカウンタが設定値
Ｎを超えるまでは、ステップａ１〜ａ５、ステップａ８
〜ａ１１、ステップａ１４の処理を実行する。そして、
カウンタが設定値Ｎに達する前に移動指令が「０」でな
くなると、前述したステップａ１、ａ２、ステップａ７
〜ａ１１、ステップａ１４の処理がなされ、カウンタは
ステップａ７の処理で「０」にクリアされる。

【００３８】一方、「０」の移動指令が続き、カウンタ
の値が設定値Ｎを超えると、ステップａ４からステップ
ａ６に移行して、動作が停止したとして動作停止状態を
示すフラグＦ１を「１」にセットしステップａ８以降の
処理を行う。この場合、フラグＦ１が「１」にセットさ
れていることから、ステップａ１１からステップａ１２
に移行して、第２のモータ２５の制御系の速度制御にお
ける積分要素の積分値ＩＶＥＲ２を，第１のモータ１５
の制御系の速度制御における積分要素の積分値ＩＶＥＲ
１に書き換える。そして、フラグＦ１を「０」、フラグ
Ｆ２を「１」にセットする（ステップａ１３）。

【００３９】そして、ステップａ１４の処理では、各制
御系の積分要素の積分値は同一（ＩＶＥＲ１＝ＩＶＥＲ
２）となり、この同一の積分値に基づいて上述した
（５）、（６）式の演算を行って、電流指令（トルク指
令）ＴＣＭＤ１，ＴＣＭＤ２を求めて、電流ループ処理
に出力することになる。

【００４０】次の周期からは、移動指令が「０」であっ
ても、フラグＦ２が「１」にセットされているから、ス
テップａ３からステップａ８に移行して、フラグＦ１は
「０」の状態が保持され、ステップａ１１からステップ
ａ１４に進み、積分器の書き換えはなされない。

【００４１】すなわちこの実施形態では、移動指令が
「０」の状態が設定時間（設定値Ｎ）経過して動作停止
と判断されたとき、１回のみ積分値の書き換えがなさ
れ、同一の積分値とされるものである。

【００４２】なお、停止状態が検出された後、各位置、
速度制御周期毎に積分値の書き換えを行うようにしても
よい。この場合には、例えば、ステップａ３の処理はな
く、ステップａ２で位置指令が「０」のときには、ステ
ップａ４へ移行するようにし、ステップａ１３の処理も
削除し、ステップａ７では、フラグＦ２の代わりにフラ
グＦ１を「０」にセットするようにすればよい。これに
より、移動指令の「０」が続きカウンタが設定値Ｎを超
え、フラグＦ１が「１」にセットされた後は、位置指令
が「０」でなくなり、ステップａ７でフラグＦ１が
「０」にセットされるまで、各位置、速度制御周期毎に
ステップａ１２の処理がなされ、常に積分値が同一にな
るように書き換えられる。

【００４３】なお、この実施形態では、移動指令が
「０」の状態が設定時間（設定値Ｎ）続いたとき、動作
停止と判断したが、さらに、位置偏差がスレショルドレ
ベル以下にもなったとき動作停止と判断するようにして
もよい。この場合は、ステップａ４でカウンタの値が設
定値Ｎを超えたと判別されたとき、位置偏差がスレショ
ルドレベル以下か判別し、スレショルドレベル以下のと
きのみステップａ６の処理を行うようにすればよい。

【００４４】上述した例では、動作が停止したとき自動
的に積分値の書き換えを行うようにしたが、外部からの
書き換え指令によってこの積分値の書き換えを行うよう
にしてもよい。この場合には、ステップａ２〜ａ７及び
ステップａ１３の処理が必要なく、ステップａ１からス
テップａ８に移行し、ステップａ１１では、フラグＦ１
が「１」かの判断ではなく、外部信号があるか否かの判
断となり、外部信号がある場合にはステップａ１２の処
理を行い、積分値を書き換えてステップａ１４に進むよ
うにすればよい。

【００４５】また、上述した例は、図２に示した動作ブ
ロック図の動作をディジタルサーボ回路１０２のプロセ
ッサが実施する実施形態であるが、この実施形態の場
合、カウンタの値が設定値Ｎを超えて、積分器の積分値
を書き換えようとするときに、書き換え前の積分値と書
き換え後の積分値に大きな差があると、電流指令（トル
ク指令）ＴＣＭＤ２は急激に大きく変化することにな
る。この急激な変化を避けるために、図３の動作ブロッ
ク図で示すように一次遅れで書き換えを徐々に行い急激
な電流指令の変化を避けた実施形態の動作処理について
説明する。図９は、デジタルサーボ回路１０２のプロセ
ッサがこの実施形態を実行するときの位置、速度制御処
理におけるフローチャートである。

【００４６】図８に示したフローチャートと比較し、図
８におけるステップａ３がなく、ステップｂ１〜ｂ５ま
での処理は図８のステップａ１、ａ２，ａ４〜ａ６の処
理と同一である。また、ステップｂ６の処理は、フラグ
Ｆ２の代わりにフラグＦ１を「０」セットする点でこと
なるだけで、ステップａ７と同じ処理である。すなわ
ち、この図９の処理では、カウンタの値が設定値Ｎを超
えるまで、位置指令の「０」が続くと、フラグＦ１
「１」にセットされ、このフラグＦ１は、「０」以外の
位置指令が指令されるまで「１」の状態を保持するもの
である。

【００４７】また、ステップｂ７〜ｂ９の処理はステッ
プａ８〜ａ１０の処理と同じである。そして、本実施形
態では、一次遅れの伝達関数で積分値を一致させるよう
にするためにステップｂ１０〜ｂ１２の処理を行う点に
特徴がある。

【００４８】まず、一次遅れ要素の伝達関数１／（１＋
τＳ）の差分方程式を求めると、次の（７）式となる。
なお、ｉ周期における一次遅れ要素の入力をＵ_ｉ、出力
をＹ _ｉとする。

【００４９】Ｙ_ｉ＝ｋ×Ｙ_ｉ−１＋（１−ｋ）Ｕ_ｉ ……・（７）なお、ｋは一次遅れ要素の時定数τ及びサンプリング周
期（このケースでは位置、速度制御周期）によって決ま
る定数である。

【００５０】この実施形態の場合、一次遅れ要素の入力
Ｕ_ｉを第１のモータ制御系の積分要素の積分値ＩＶＥＲ
１と第２のモータ制御系の積分要素の積分値ＩＶＥＲ２
との差（ＩＶＥＲ１−ＩＶＥＲ２）とし、この差を一次
遅れで第２のモータ制御系の積分要素の積分値ＩＶＥＲ
２に加算し新しい積分値ＩＶＥＲ２’にしている。

【００５１】Ｙ_ｉ＝ｋ×Ｙ_ｉ−１＋（１−ｋ）Ｕ_ｉ＝ｋ×Ｙ_ｉ−１＋（１−ｋ）（ＩＶＥＲ１_ｉ−ＩＶＥＲ２_ｉ） …（８）ＩＶＥＲ２’＝ＩＶＥＲ２＋Ｙ_ｉ …（９）第１のモータ制御系の積分値ＩＶＥＲ１が大きくて第２
のモータ制御系のＩＶＥＲ２が小さい場合には、一次遅
れ要素の出力Ｙ_ｉは正となり、この正の値が第２のモー
タ制御系のＩＶＥＲ２に加算されて第１のモータ制御系
の積分値ＩＶＥＲ１に一次遅れで近づくことになる。当
然積分値の符号が異なる場合でも同様である。例えば、
積分値ＩＶＥＲ１が正、積分値ＩＶＥＲ２が負の場合、
一次遅れ要素の出力Ｙ_ｉは正となり、これが積分値ＩＶ
ＥＲ２に加算され積分値ＩＶＥＲ１に近づく。

【００５２】上述した（８）、（９）式の処理をステッ
プｂ１０で行っている。すなわち、前周期の一次遅れ要
素の出力Ｙ２に定数ｋを乗じた値とステップｂ９で求め
た第１のモータの制御系の積分値ＩＶＥＲ１から第２の
モータの制御系の積分値ＩＶＥＲ２を減じた値に（１−
ｋ）を乗じた値を加算して当該周期における一次遅れ要
素の出力Ｙ２を求め記憶する。さらに、第２のモータの
制御系の積分値ＩＶＥＲ２にこの出力Ｙ２を加算してあ
らたな第２のモータの制御系の積分値ＩＶＥＲ２’を求
める。

【００５３】そして、フラグＦ１が「１」か否か判断
し、すなわち動作が停止しているか否か判断し（ステッ
プｂ１１）、フラグＦ１が「１」でなければ、ステップ
ｂ１３に移行し、フラグＦ１が「１」であれば、第２の
モータの制御系の積分値ＩＶＥＲ２として、ステップｂ
１０で求めた新たな積分値ＩＶＥＲ２’とし（ステップ
ｂ１２）、ステップｂ１３に移行する。ステップｂ１３
では、ステップｂ８で求められた速度偏差ＶＥＲ１，Ｖ
ＥＲ２及びステップｂ９及びステップｂ１２で求められ
た積分値ＩＶＥＲ１、ＩＶＥＲ２に基づいて電流指令
（トルク指令）ＴＣＭＤ１，ＴＣＭＤ２が求められる。

【００５４】すなわち、フラグＦ１が「１」にセットさ
れず、動作が停止状態ではないときは、各モータの位
置、速度制御の処理は、上位制御装置１００から指令さ
れた位置指令ＭＣＭＤ１，ＭＣＭＤ２と各位置のフィー
ドバック量（位置ＦＢ１、位置ＦＢ２）、各速度フィー
ドバック量（速度ＦＢ１＝ＶＦＢ１、速度ＦＢ２＝ＶＦ
Ｂ２）に基づいて、従来と同様の位置、速度制御がなさ
れ、求められた速度偏差ＶＥＲ１，ＶＥＲ２、積分値Ｉ
ＶＥＲ１，ＩＶＥＲ２（ステップｂ８、ｂ９）により速
度ループ制御処理がなされ電流指令ＴＣＭＤ１，ＴＣＭ
Ｄ２が求められる（ステップｂ１３）。

【００５５】一方、動作が停止し、フラグＦ１が「１」
となると、ステップｂ１０で第２のモータの制御系の積
分値ＩＶＥＲ２が第１のモータの制御系の積分値ＩＶＥ
Ｒ１と一致するように一次遅れで補正され、それがステ
ップｂ１２で、積分値ＩＶＥＲ２として置き換えられ、
この積分値を使用して電流指令が求められる。これによ
り、第２のモータ制御系の積分値は第１のモータの制御
系の積分値に一次遅れで追従し緩やかに一致することに
なる。

【００５６】なお、この実施形態においても、動作の停
止を検出して自動的に積分値の書き換え処理を行う例で
あるが、外部信号によって書き換えを行わせるようにし
てもよい。この場合、ステップｂ２からステップｂ６の
処理は必要がなく、ステップｂ１１の処理が書き換え指
令の外部信号があるか否かの判断処理となる。

【００５７】図１０は、図４に示した動作をデジタルサ
ーボ回路１０２のプロセッサが実施するときのフローチ
ャートである。位置制御を行い速度指令ＶＣＭＤ１，Ｖ
ＣＭＤ２を求め（ステップｃ１）、第１、第２の速度検
出器１７、２７からの速度フィードバック量ＶＦＢ１，
ＶＦＢ２を読みとり（ステップｃ２）、速度偏差ＶＥＲ
１，ＶＥＲ２を求める（ステップｃ３）点は、図８に示
したステップａ１，ａ８，ａ９と同一である。

【００５８】この実施形態では、求めた第１のモータ１
５の速度フィードバック量ＶＦＢ１から第２のモータの
速度フィードバック量ＶＦＢ２を減じて２で割り、速度
フィードバック量の差の１／２に値する量Ｘ（＝（ＶＦ
Ｂ１−ＶＦＢ２）／２）を求める（ステップｃ４）。ス
テップｃ３で求めた速度偏差ＶＥＲ１，ＶＥＲ２を前周
期の各積分値ＩＶＥＲ１，ＩＶＥＲ２にそれぞれ加算す
るとともに、上記量Ｘを積分値ＩＶＥＲ１側には加算
し、積分値ＩＶＥＲ２側には減算して新たな積分値ＩＶ
ＥＲ１，ＩＶＥＲ２を求める（ステップｃ５）。すなわ
ち前述したように（（１）式、（２）式参照）、各積分
値には、それぞれの速度指令から速度フィードバック量
の平均値を差し引いた速度偏差が加算され積算されるこ
となる。

【００５９】こうして求めた、各積分値ＩＶＥＲ１，Ｉ
ＶＥＲ２と、ステップｃ３で求めた各速度偏差ＶＥＲ
１，ＶＥＲ２よりそれぞれ電流指令ＴＣＭＤ１，ＴＣＭ
Ｄ２を求め電流ループ処理に引き渡し（ステップｃ
６）、当該周期の処理を終わる。各周期毎上述したステ
ップｃ１〜ステップｃ６の処理を行うことによって、各
積分要素の積分値を同一とするものである。

【００６０】図１１は、図５に示した動作をデジタルサ
ーボ回路１０２のプロセッサが実施するときのフローチ
ャートである。位置制御を行い速度指令ＶＣＭＤ１，Ｖ
ＣＭＤ２を求め（ステップｄ１）、第１、第２の速度検
出器１７、２７からの速度フィードバック量ＶＦＢ１，
ＶＦＢ２を読みとり（ステップｄ２）、速度偏差ＶＥＲ
１，ＶＥＲ２を求める（ステップｄ３）点は、図１０に
示したステップｃ１〜ｃ３と同一である。さらに、速度
偏差ＶＥＲ１，ＶＥＲ２を積分して積分値ＩＶＥＲ１，
ＩＶＥＲ２を求める（ステップｄ４）。これまでの処理
は従来の位置、速度制御処理と同様である。

【００６１】この実施形態では、外部信号があるか否か
判別し（ステップｄ５）、外部信号がなければ、又は、
外部信号が入力されていても、各モータ制御系の速度制
御部の積分値の差が設定所定範囲ε内でなければ（ステ
ップｄ６）、従来と同様に、ステップｄ３で求めた速度
偏差ＶＥＲ１，ＶＥＲ２と、ステップｄ４で求めた積分
値ＩＶＥＲ１，ＩＶＥＲ２に基づいて電流指令（トルク
指令）ＴＣＭＤ１，ＴＣＭＤ２をそれぞれ求め電流制御
処理に引き渡し当該周期の処理を終了する（ステップｄ
８）。

【００６２】一方、オペレータが積分値を共通化する指
令を外部信号として入力すると、それが記憶され、ステ
ップｄ５で検出される。そして、各速度制御部の積分器
の積分値は変動していることから、各積分値の差が設定
所定範囲ε内になるまで待ち（ステップｄ６）、所定範
囲ε内になると、第２のモータ制御系の積分値ＩＶＥＲ
２を第１のモータ制御系の積分値ＩＶＥＲ１の値に切り
替え、同一とする（ステップｄ７）。また、外部信号入
力の記憶をクリアする。そして、この積分値（ＩＶＥＲ
２＝ＩＶＥＲ１）によって、ステップｄ８の処理で各電
流指令ＴＣＭＤ１，ＴＣＭＤ２を求める。

【００６３】なお上記実施形態では、ステップｄ６を設
けて、外部信号が入力されても、各モータ制御系の積分
値の差が設定範囲ε内に達しなければ、積分値の書き換
えを行わないようにしている。これは、積分値の差が大
きいときに書き換えを行うと、電流指令が大きく変化す
ることから、これを避けたものである。通常後述するよ
うに、積分値の値は変動しているから、積分値の差が小
さくなる場合が生じるものである。さらに、このステッ
プｄ６の処理を設けず、外部信号があるとただ値に積分
値の書き換え（ステップｄ７）を行うようにしてもよ
い。

【００６４】図１２は、本発明の効果をみるための実験
結果を示す図である。この図１２に示す例は、三角波状
の位置指令を８秒間入力し、２秒間指令を停止したとき
の第１モータ制御系の速度制御部の積分値と第２モータ
制御系の速度制御部の積分値の差を検出したものであ
り、横軸は時間、縦軸は積分値の差である。図１２
（ａ）は、積分値の書き換え等の処理は何ら行わない場
合の実験結果であり、停止状態になったとき、積分値の
差が残っている。また、図１２（ｂ）は、８．５秒後に
積分器の書き換えを１度行ったときの実験結果であり、
積分値の差はほぼ「０」になっている。図１２（ｃ）
は、８．５秒後から積分器の書き換えを継続して行った
場合の実験結果である。完全に積分値の差は除去されて
いる。

【００６５】

【発明の効果】タンデム制御において、速度制御部にお
ける積分器の積分値の偏りを抑えることができるので、
該偏りに起因する各モータの制御制の悪化やオーバーヒ
ートの発生を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるタンデム制御によ
るモータの制御系のブロック図である。

【図２】同実施形態における速度積分器共通化手段の第
１の形態を示す図である。

【図３】同実施形態における速度積分器共通化手段の第
２の形態を示す図である。

【図４】同実施形態における速度積分器共通化手段の第
３の形態を示す図である。

【図５】同実施形態における速度積分器共通化手段の第
４の形態を示す図である。

【図６】同実施形態における速度積分器が１つだけ存在
するの第５の形態を示す図である。

【図７】同実施形態の要部ブロック図である。

【図８】第１の態様の速度積分器共通化手段を適用した
ときのディジタルサーボ回路のプロセッサが位置、速度
制御周期毎実施する処理のフローチャートである。

【図９】第２の態様の速度積分器共通化手段を適用した
ときのディジタルサーボ回路のプロセッサが位置、速度
制御周期毎実施する処理のフローチャートである。

【図１０】第３の態様の速度積分器共通化手段を適用し
たときのディジタルサーボ回路のプロセッサが位置、速
度制御周期毎実施する処理のフローチャートである。

【図１１】第４の態様の速度積分器共通化手段を適用し
たときのディジタルサーボ回路のプロセッサが位置、速
度制御周期毎実施する処理のフローチャートである。

【図１２】実験結果を表す図である。

【図１３】従来のポジションタンデム制御の構成例を示
すブロック図である。

【符号の説明】

４可動部材５速度積分器共通化手段１２、２２速度制御部１５、２５モータ１７，２７速度検出器１８，２８位置検出器５１切替スイッチ５２一次遅れ要素１２１、２２１積分器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/00 G05D 3/12 H02P 7/67

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のモータで一つの被駆動体を駆動す
るためのモータ制御装置であって、上位制御装置から入
力される位置指令値と前記被駆動体の位置を検出する位
置検出器から帰還されるフィードバック値との差分であ
る位置偏差値を演算処理して速度指令を出力する位置制
御部と、速度指令値を受け取り、該速度指令値と前記被
駆動体の速度を検出する速度検出器からの帰還される速
度フィードバック値とに基づいて積分要素と比例要素で
処理して電流指令を出力する速度制御部とを前記複数の
モータそれぞれに対応して備え、前記位置制御部の各々
が前記上位制御装置から同一の位置指令を受け取り、前
記一つの被駆動体を制御するモータ制御装置において、
前記速度制御部の各々の前記積分要素の出力を同一にす
るための手段を備えることを特徴とするモータ制御装
置。
【請求項２】前記積分要素の出力を同一にするための
手段は、前記複数の速度制御部のいずれかの積分要素の
出力をその他の速度制御部の積分要素の出力として使用
することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】前記積分要素の出力を同一にするための
手段は、前記複数の速度制御部のいずれかの積分要素の
積分値にその他の速度制御部の積分要素の積分値を書き
換えることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装
置。
【請求項４】前記積分要素の出力を同一にするための
手段は、前記複数の速度制御部のおのおのが入力する前
記速度フィードバック量の平均値を求め、該平均値を前
記複数の速度制御部の積分要素のおのおのの速度フィー
ドバック量とすることを特徴とする請求項１記載のモー
タ制御装置。
【請求項５】前記積分要素の出力を同一にするための
手段は、時定数回路により、一定時間遅らせて同一の値
にすることを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装
置。
【請求項６】前記積分要素の出力を同一にするための
手段は、前記被駆動体の停止時に有効とされることを特
徴とする請求項１、請求項３又は請求項５に記載のモー
タ制御装置。
【請求項７】前記積分要素の出力を同一にするための
手段は、前記被駆動体の停止毎に１回書き換えが行われ
る請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項８】前記積分要素の出力を同一にするための
手段は、前記被駆動体の停止毎、停止期間中書き換えが
行われる請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項９】前記積分要素の出力を同一にするための
手段は、外部信号の入力により有効とされることを特徴
とする請求項１、請求項３又は請求項５に記載のモータ
制御装置。
【請求項１０】前記積分要素の出力を同一にするため
の手段は、外部信号入力後におのおのの積分要素が同じ
値になったときに有効とされることを特徴とする請求項
２に記載のモータ制御装置。
【請求項１１】複数のモータで一つの被駆動体を駆動
するためのモータ制御装置であって、前記複数の各モー
タに対応してそれぞれ位置ループ制御を行う位置制御部
と、比例、積分処理の速度ループ制御を行う速度制御部
を備え、各位置制御部には、上位制御装置から同一の位
置指令が入力され位置ループ制御が行われ速度指令をそ
れぞれ出力し、前記複数のモータの内いずれか１つの特
定のモータに対応する速度制御部のみ積分要素を備え、
他のモータに対応する速度制御部は、前記特定のモータ
の速度制御部の積分要素の出力を用いて積分処理を、各
自の速度フィートバック値に基づいて比例処理を行う速
度ループ制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。