JP4074638B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の制御装置に関する。

カム研削盤やピストン旋盤等の、被加工物（すなわちワーク）を非円形断面の輪郭形状に機械加工する工作機械において、加工プログラムに従い、ワークや工具の送り動作の駆動源である電動機を、繰返し運動を含む重畳的運動を指令する目標位置指令に基づいて制御することは知られている。例えば、カム研削盤では、ワークを把持した工作主軸を回転制御軸上で連続回転させると同時に、高速回転する砥石車を搭載した砥石台を、工作主軸の回転に同期させて直線制御軸上で往復動作させることで、ワーク外面に非円形輪郭のカム面を研削加工している。ここで、カム面を所定寸法に研削加工するためには、砥石車に、ワークに対する所定深さの切込みを与える必要がある。つまり、カム研削における砥石台の直線制御軸上での運動は、カム面形状に対応する単純な繰返し（反復）運動としての往復動作に、カム面寸法を得るための切込み動作を重畳させた重畳的運動となる。したがって、カム研削盤の制御装置（例えばＮＣ装置）は、砥石台の直線駆動源である電動機を、往復動作（繰返し運動）に切込み動作を重畳させた重畳的運動を指令する目標位置指令に基づいて制御する。

上記したカム研削盤においては、工作主軸の回転と砥石台の重畳的直線運動とを正確に同期させることが、カム面の高精度加工を達成する条件となる。そこで従来、工作主軸の回転と砥石台の直線運動（以下、直動と称する）との同期ずれに起因する加工誤差を、学習制御により可及的に低減可能な電動機制御方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に開示される制御方法では、砥石台駆動源である電動機への目標位置指令と実際の砥石台の位置フィードバック量との位置偏差に基づき、次回の目標位置指令を補正する学習制御が行なわれる。ここで制御装置は、位置偏差に関するデータを、主軸回転角度を基準とする第１の記憶領域と、砥石台移動位置を基準とする第２の記憶領域とに記憶し、それら２種類の位置偏差データに基づいて目標位置指令を補正するように構成される。このような構成により、電動機の回転中に生ずるトルクリップルの影響を排除して、適正な学習制御を実行できる。

また関連技術として、特許文献２は、ＡＣサーボモータの制御において、コギングトルク（トルクリップル）の影響を学習制御により排除する手法を開示する。特許文献２に開示される制御装置は、位置入力と回転位置との位置偏差を回転位置毎に記憶し、この位置偏差に基づいて演算した入力電流補償値（学習データ）により、入力電流を繰返して補償するように構成される。それにより、回転速度に無関係にサーボモータのコギングトルクが補償される。さらに制御装置は、サーボモータの回転位置に依存する回転位置偏差と、サーボモータの回転位置及び入力電流に依存する回転位置偏差とを、分離して記憶、学習する構成を有する。それにより、コギングトルクに、回転位置のみに依存するトルク変動成分と回転位置及び入力電流に依存するトルク変動成分とが混在している場合にも、両変動成分を完全に補償することができる。

特開平９−２１２２１８号公報 特開平６−３４３２８４号公報

前述したカム研削盤では、カム面を所定寸法に高精度に加工する目的で、通常、１加工サイクル中に粗研削から精研削を経てスパークアウト研削を遂行するべく、段階的に深さが減少する切込みを砥石車に与えるように、砥石台の運動を制御している。このとき、砥石台の駆動源である電動機は、単純な繰返し運動である往復動作を表す位置成分と、送り量が段階的に変化する切込み動作を表す位置成分との、双方を含む目標位置指令に基づいて制御される。このような構成では、切込み動作の変化に伴い目標位置指令の反復性が失われるので、例えば工作主軸１回転に相当する砥石台駆動電動機の回転角度（つまり砥石台１往復に要する回転角度）を学習周期として通常の学習制御を行なった場合に、切込み動作が変化する時点で位置偏差が拡大し、結果として位置偏差を迅速に収束させることが困難になる。

他方、例えば歯車研削のように、適用によっては、１加工サイクル中に継続して砥石車に一定深さの切込みを与えるように、砥石台を制御する場合もある。この場合には、砥石台駆動電動機に指令される目標位置指令は、単純な繰返し運動である往復動作を表す位置成分と一定送り量の切込み動作を表す位置成分とを含むものとなり、指令の反復性が維持されている。したがって、工作主軸１回転に相当する回転角度を学習周期として通常の学習制御を行なえば、位置偏差を収束させることができる。しかしこの構成でも、学習周期から逸脱する周期で電動機に外乱が印加された場合には、学習制御によってそのような外乱を収束させることは困難になる。例えば、電動機の構造上不可避的に生じるトルクリップルは、往復動作と切込み動作との重畳的運動を駆動する間に、毎回の往復動作の度に切込み動作の分だけずれて生じることになるので、工作主軸１回転を学習周期とする学習制御で、トルクリップルに起因する位置偏差を収束させることは困難である。

前述した特許文献１及び２に記載される従来の学習制御法は、いずれも、カム研削盤における切込み動作の変化を伴う砥石台の直動制御のように、反復性の無い目標位置指令に基づいて電動機を制御する際の、反復性が失われる時点で拡大する位置偏差を収束させるものではない。ここで、単純な繰返し運動を表す位置成分と送り量が段階的に変化する位置成分との双方を含む目標位置指令に基づいて、電動機を制御する構成は、カム研削に限らず、ポリゴン研削やピストン旋削等の、ワークを非円形断面の輪郭形状に機械加工する際に多用されるものであるが、特許文献１及び２の学習制御法は、いずれもそのような汎用性を考慮していない。特に、特許文献１の学習制御法は、カム研削盤において、砥石台の毎回の往復動作の度に切込み動作の分だけずれて電動機に生じるトルクリップルを収束させることができるものの、カム研削以外の機械加工やトルクリップル以外の外乱補償に応用できるものではない。

本発明の目的は、繰返し運動を含む重畳的運動を指令する目標位置指令に基づいて電動機を制御する制御装置において、目標位置指令の反復性が、重畳的運動の変化や種々の外乱等に起因して失われている場合にも、目標位置指令と位置フィードバック量との位置偏差に基づいて適正な学習制御を行なうことができ、以って、電動機の動作を高精度に制御できる制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、繰返し運動を含む重畳的運動を指令する目標位置指令と電動機の出力部からの位置フィードバック量との位置偏差に基づき学習データを求めて記憶するとともに、学習データを用いて位置偏差を補正する学習制御手段と、学習制御手段によって得られた補正位置偏差に基づいて電動機の動作を制御する動作制御部とを具備する制御装置において、学習制御手段は、位置偏差に基づき所定の学習周期で学習データを求めて記憶する第１の学習部と、目標位置指令及び位置フィードバック量の少なくとも一方が、第１の学習部の学習周期とは異なる周期で生じる局部変化を含むときに、局部変化の影響を排除するように学習データを補正する学習データ補正部と、学習データ補正部が補正して得られた補正学習データを用いて、位置偏差を補正する位置偏差補正部とを具備し、学習データ補正部は、位置偏差に基づき、第１の学習部が求めた学習データとは異なる第２の学習データを、局部変化の周期に対応する第２の学習周期で求めて記憶する第２の学習部と、第１の学習部が求めた学習データに第２の学習データを加算する補正演算部と、位置偏差を第１の学習部と第２の学習部とのいずれか一方に切り換えて入力できるようにする入力切換部とを備えること、を特徴とする制御装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の制御装置において、学習データ補正部は、第２の学習部からの第２の学習データの出力を選択的に遮断する出力切換部をさらに備える、制御装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の制御装置において、第２の学習部の第２の学習周期は、位置フィードバック量に生じる外乱の周期に対応する、制御装置を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の制御装置において、目標位置指令は、第１の学習部の学習周期に対応する周期で繰返す第１位置成分と、第２の学習部の第２の学習周期に対応する周期で繰返す第２位置成分と、予め分離した指令としてを含み、第１の学習部は、単独で指令された第１位置成分に関する第１位置偏差に基づいて学習データを求め、第２の学習部は、双方共に指令された第１位置成分と第２位置成分との合成位置指令に関する合成位置偏差に基づいて第２の学習データを求める、制御装置を提供する。

請求項５に記載の発明は、繰返し運動を含む重畳的運動を指令する目標位置指令と電動機の出力部からの位置フィードバック量との位置偏差に基づき学習データを求めて記憶するとともに、学習データを用いて位置偏差を補正する学習制御手段と、学習制御手段によって得られた補正位置偏差に基づいて電動機の動作を制御する動作制御部とを具備する制御装置において、学習制御手段は、位置偏差に基づき所定の学習周期で学習データを求めて記憶する第１の学習部と、目標位置指令及び位置フィードバック量の少なくとも一方が、第１の学習部の学習周期とは異なる周期で生じる局部変化を含むときに、局部変化の影響を排除するように学習データを補正する学習データ補正部と、学習データ補正部が補正して得られた補正学習データを用いて、位置偏差を補正する位置偏差補正部とを具備し、目標位置指令は、第１の学習部の学習周期に対応する周期で繰返す第１位置成分と、局部変化の周期で繰返す第２位置成分とを、予め分離した指令として含み、学習データ補正部は、第２位置成分に関する位置フィードバック量を推定する伝達関数を推定器として有するとともに、第２位置成分と推定器が推定した位置フィードバック量とから第２位置偏差を推定する第２位置偏差推定部と、第２位置偏差推定部が推定した第２位置偏差と位置偏差とから、第１位置成分に関する第１位置偏差を演算する第１位置偏差演算部と、第２位置偏差推定部が推定した第２位置偏差を、第１の学習部が求めた学習データに加算する補正演算部とを備え、第１の学習部は、第１位置偏差演算部が演算した第１位置偏差に基づき、学習データを求めること、を特徴とする制御装置を提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の制御装置において、学習データ補正部は、第２位置偏差推定部が推定した第２位置偏差に基づき、第１の学習部が求めた学習データとは異なる第２の学習データを、局部変化の周期に相当する第２の学習周期で求めて記憶する第２の学習部をさらに備え、補正演算部は、第２位置偏差推定部が推定した第２位置偏差の代わりに、第２の学習部が求めた第２の学習データを、第１の学習部が求めた学習データに加算する、制御装置を提供する。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の制御装置において、目標位置指令が第１位置成分と第２位置成分とに分解された状態で指令され、第２位置偏差推定部に第２位置成分が入力される、制御装置を提供する。

請求項８に記載の発明は、請求項５又は６に記載の制御装置において、学習データ補正部は、目標位置指令から第２位置成分を分離するローパスフィルタを用いて第２位置成分を推定する第２位置成分推定部をさらに備え、第２位置偏差推定部は、第２位置成分推定部が推定した第２位置成分に基づいて、第２位置偏差を推定する、制御装置を提供する。

請求項９に記載の発明は、請求項５又は６に記載の制御装置において、第２位置偏差推定部は、目標位置指令に含まれる第２位置成分を上位制御装置から読み取る処理を遂行し、読み取った第２位置成分に基づいて、第２位置偏差を推定する、制御装置を提供する。

請求項１に記載の発明によれば、学習制御手段の学習データ補正部が、目標位置指令及び位置フィードバック量の少なくとも一方に含まれる、第１の学習部の学習周期とは異なる周期で生じる局部変化の影響を排除するように、学習データを補正する構成としたから、重畳的運動の変化や種々の外乱等の局部変化に起因して、目標位置指令の反復性が失われている場合にも、位置偏差補正部は、学習データ補正部が学習データを補正することで得た補正学習データを用いて、位置偏差を適正に補正することができる。特に、目標位置指令及び位置フィードバック量の少なくとも一方に、第１の学習部の学習周期とは異なる周期で生じる局部変化（重畳的運動の変化や種々の外乱等）が含まれている場合に、第１の学習部が得た学習データだけでは位置偏差を収束させることが困難なところを、学習データ補正部の第２の学習部が得た第２の学習データを付加的に用いて、位置偏差を迅速に収束させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、目標位置指令及び位置フィードバック量に局部変化が含まれていないときに、出力切換部を操作して第２の学習データの出力を遮断することで、第１の学習部による学習制御のみが遂行されて、位置偏差が迅速に収束する。

請求項３に記載の発明によれば、電動機の位置フィードバック量にトルクリップル等の所定周期の外乱が含まれている場合に、第２の学習部がそのような外乱の周期に対応する第２の学習周期で求めた第２の学習データを用いることで、位置偏差を迅速に収束させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、目標位置指令に、単純な繰返し運動を表す第１位置成分と運動の局部変化を表す第２位置成分とが含まれている場合に、第２の学習部がそのような第２位置成分の周期に対応する第２の学習周期で求めた第２の学習データを用いることで、位置偏差を迅速に収束させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、目標位置指令に、第１の学習部の学習周期とは異なる周期で生じる局部変化（重畳的運動の変化）を表す第２位置成分が含まれている場合に、第１の学習部が位置偏差に基づいて求めた学習データを用いるだけでは位置偏差を収束させることが困難なところを、学習データ補正部の第２位置偏差推定部が推定した第２位置成分に関する第２位置偏差と、第１位置偏差演算部が第２位置偏差を用いて演算した第１位置成分に関する第１位置偏差とを用いることで、位置偏差を迅速に収束させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、第２位置偏差の推定値にばらつきが生じている場合にも、第２の学習部が求めた第２の学習データにより学習データを適性に補正でき、以って、位置偏差を迅速に収束させることができる。

請求項７に記載の発明によれば、制御装置側で目標位置指令から第２位置成分を分離する必要が無いから、制御装置の構成を簡略化できる。

請求項８に記載の発明によれば、外部から第２位置成分を制御装置に入力するための信号線路が不要になる。

請求項９に記載の発明によれば、第２位置成分を推定する構成よりも、第２位置偏差の精度が向上する。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。全図面に渡り、対応する構成要素には共通の参照符号を付す。
図面を参照すると、図１は、本発明に係る電動機の制御装置１０の基本構成を機能ブロック図で示す。制御装置１０は、繰返し運動を含む重畳的運動を指令する目標位置指令Ｃｐと電動機１２の出力部１４からの位置フィードバック量Ｆｐとの位置偏差Ｄｐに基づき学習データＬを求めて記憶するとともに、学習データＬを用いて位置偏差Ｄｐを補正する学習制御手段１６と、学習制御手段１６が補正して得られた補正位置偏差ＡＤｐに基づいて電動機１２の動作を制御する動作制御部１８とを備える。ここで、電動機１２の出力部１４とは、その語義として、電動機１２自体の出力要素（軸等）と電動機１２によって駆動される物体（以下、被駆動体と称する）との双方を包含するものであり、例えば電動機１２又は被駆動体に付設したエンコーダ等の位置検出器（図示せず）によって、位置フィードバック量Ｆｐを得ることができる。

図２に例示するように、制御装置１０は、上位制御装置２０から入力される目標位置指令Ｃｐに基づいて、電動機１２の動作を制御することができる。また、動作制御部１８は、補正位置偏差ＡＤｐから速度指令Ｃｓを演算する位置制御部２２と、速度指令Ｃｓと電動機１２の速度フィードバック量Ｆｓとからトルク指令Ｃｔを演算する速度制御部２４と、トルク指令Ｃｔと電動機１２の電流フィードバック量Ｆｃとから電圧指令Ｃｖを演算する電流制御部２６と、電圧指令Ｃｖに従って電動機１２に駆動信号を与える増幅器２８とを含むことができる。ここで、速度フィードバック量Ｆｓは、電動機１２に付設したエンコーダ等の速度検出器（図示せず）によって得ることができ、また電流フィードバック量Ｆｃは、増幅器２８に付設した電流検出器（図示せず）から得ることができる。

再び図１を参照すると、本発明の特徴的構成として、学習制御手段１６は、予め定めた学習周期で位置偏差Ｄｐに基づき学習データＬを求めて記憶する第１の学習部３０と、目標位置指令Ｃｐ及び位置フィードバック量Ｆｐの少なくとも一方が、第１の学習部３０の学習周期とは異なる周期で生じる局部変化を含むときに、局部変化の影響を排除するように学習データＬを補正する学習データ補正部３２と、学習データ補正部３２が補正して得られた補正学習データＡＬを用いて、位置偏差Ｄｐを補正する位置偏差補正部３４とを備える。

ここで、目標位置指令Ｃｐ及び位置フィードバック量Ｆｐの少なくとも一方の局部変化とは、例えばカム研削盤の砥石台の運動制御において、目標位置指令に含まれる切込み動作を表す位置成分における送り量の段階的変化や、電動機に印加される種々の外乱（例えばトルクリップル）等を包含するものである。このような信号の局部変化は、繰返し運動を含む重畳的運動を指令する目標位置指令Ｃｐが本来有している反復性を失わせる要因となる。

図３に例示するように、第１の学習部３０は、帯域制限フィルタ３６と、メモリ３８と、動特性補償要素４０とを備え、学習周期毎に、メモリ３８に記憶した前周期の学習データＬに今周期の位置偏差Ｄｐを加算することで、学習データＬを更新する。なお、帯域制限フィルタ３６は、制御系の安定化のため高周波の入力を制限する機能を有する。また、動特性補償要素４０は、制御対象の位相遅れ及びゲイン低下を補償する機能を有する。

上記構成を有する制御装置１０では、学習制御手段１６の学習データ補正部３２が、目標位置指令Ｃｐ及び位置フィードバック量Ｆｐの少なくとも一方に含まれる、第１の学習部３０の学習周期とは異なる周期で生じる局部変化の影響を排除するように、学習データＬを補正する構成としたから、重畳的運動の変化や種々の外乱等の局部変化に起因して、目標位置指令Ｃｐの反復性が失われている場合にも、位置偏差補正部３４は、学習データ補正部３２が学習データＬを補正することで得た補正学習データＡＬを用いて、位置偏差Ｄｐを適正に補正することができる。

例えば、制御装置１０を用いて、カム研削盤の砥石台駆動源としての電動機１２を制御する際には、前述したように、目標位置指令Ｃｐには通常、単純な繰返し運動である往復動作を表す位置成分（第１位置成分）と、送り量が段階的に変化する切込み動作を表す位置成分（第２位置成分）との、双方が含まれる。ここで、学習制御手段１６の第１の学習部３０が、工作主軸１回転に相当する電動機１２の回転角度（つまり砥石台１往復に要する回転角度）を学習周期として学習制御を行なった場合、第１位置成分に関しては適正な学習を遂行できるものの、第２位置成分における送り量の変化（つまり目標位置指令Ｃｐの局部変化）が学習周期とは異なる周期で生じているから、第２位置成分に関する学習が不完全になる。したがって、第１の学習部３０が得た学習データＬで位置偏差Ｄｐを補正した場合には、砥石台の切込み動作が変化する時点で、位置偏差Ｄｐが局部的に拡大することになる。そこで、学習制御手段１６の学習データ補正部３２は、目標位置指令Ｃｐの第２位置成分における送り量の変化の影響を排除するように、学習データＬを補正し、位置偏差補正部３４が、そのようにして得られた補正学習データＡＬを用いて、位置偏差Ｄｐを適正に補正することで、位置偏差Ｄｐを迅速に収束させることができる。

他方、例えば歯車研削盤における砥石台の運動制御のように、目標位置指令Ｃｐが、局部変化を含まずに指令の反復性が維持されたもの（例えば単純な繰返し運動である往復動作を表す位置成分と一定送り量の切込み動作を表す位置成分とを含むもの）である場合、制御装置１０は、学習制御手段１６の第１の学習部３０によって得られる学習データＬを用いて、位置偏差Ｄｐを収束させることができる。しかしこの場合でも、前述したように、学習周期から逸脱する周期で電動機にトルクリップル等の外乱が印加された場合には、そのような外乱（つまり位置フィードバック量Ｆｐの局部変化）を含む位置偏差Ｄｐを、学習データＬによって収束させることは困難である。そこで、学習制御手段１６の学習データ補正部３２は、位置フィードバック量Ｆｐに含まれる外乱の影響を排除するように、学習データＬを補正し、位置偏差補正部３４が、そのようにして得られた補正学習データＡＬを用いて、位置偏差Ｄｐを適正に補正することで、位置偏差Ｄｐを迅速に収束させることができる。

さらに、制御装置１０は、カム研削盤や歯車研削盤の砥石台制御に限らず、ポリゴン研削やピストン旋削等、ワークを非円形断面の輪郭形状に機械加工する際の、ワーク又は工具の送り駆動源である電動機のように、繰返し運動を含む重畳的運動を駆動するための種々の電動機の制御に、汎用的に用いることができ、いずれも同等の作用効果を奏するものである。このように、制御装置１０によれば、繰返し運動を含む重畳的運動を指令する目標位置指令Ｃｐに基づいて電動機１２を制御する際に、目標位置指令Ｃｐ及び位置フィードバック量Ｆｐの少なくとも一方に含まれる、第１の学習部３０の学習周期とは異なる周期で生じる局部変化（重畳的運動の変化や種々の外乱等）に起因して、目標位置指令Ｃｐの反復性が失われている場合にも、目標位置指令Ｃｐと位置フィードバック量Ｆｐとの位置偏差Ｄｐに基づき、適正な学習制御を行なって、電動機１２の動作を高精度に制御することができる。

図４は、本発明の第１の実施形態による制御装置４０の構成を、機能ブロック図で示す。制御装置４０は、学習制御手段１６の学習データ補正部４２の構成を具体化した点以外は、上記した制御装置１０の基本構成を有するものであるから、対応する構成要素には共通の参照符号を付して、その説明を省略する。

制御装置４０の学習データ補正部４２は、位置偏差Ｄｐに基づき、第１の学習部３０が求めた学習データＬとは異なる第２の学習データＬ２を、目標位置指令Ｃｐ及び位置フィードバック量Ｆｐの少なくとも一方に含まれる局部変化（重畳的運動の変化や種々の外乱等）の周期に対応する第２の学習周期（すなわち第１の学習部３０の学習周期とは異なる周期）で求めて記憶する第２の学習部４４と、第１の学習部３０が求めた学習データＬに第２の学習データＬ２を加算する補正演算部４６と、位置偏差Ｄｐを第１の学習部３０と第２の学習部４４とのいずれか一方に切り換えて入力できるようにする入力切換部４８とを備える。ここで、局部変化の周期に対応する第２の学習周期とは、局部変化の周期のＮ倍（Ｎは１以上の整数）の周期であることを意味する。制御装置４０は、第１及び第２の学習部３０、４４のそれぞれにおける学習周期を、自在に設定できるように構成される。また第２の学習部４４は、図３に示す第１の学習部３０の構成と同様の構成を有することができる。

制御装置４０では、目標位置指令Ｃｐ及び位置フィードバック量Ｆｐの少なくとも一方に、第１の学習部３０の学習周期とは異なる周期で生じる局部変化（重畳的運動の変化や種々の外乱等）が含まれている場合に、第１の学習部３０が得た学習データＬで位置偏差Ｄｐを補正するだけでは位置偏差Ｄｐを収束させることが困難なところを、学習データ補正部４２の第２の学習部４４が得た第２の学習データＬ２を付加的に用いて、位置偏差Ｄｐを迅速に収束させることができる。具体的には、最初に入力切換部４８を第１の学習部３０側に接続して位置偏差Ｄｐを第１の学習部３０に入力し、学習データＬを用いた学習制御により位置偏差Ｄｐを補正する。それにより、目標位置指令Ｃｐ及び位置フィードバック量Ｆｐの局部変化以外の部分（すなわち反復性を有する部分）に関して、位置偏差Ｄｐが補正される。次に、入力切換部４８を第２の学習部４４側に切り換えて位置偏差Ｄｐを第２の学習部４４に入力し、第２の学習周期での第２の学習データＬ２を用いた学習制御を実行する。このとき、第１の学習部３０には位置偏差Ｄｐが入力されないが、学習データＬは出力されるので、補正演算部４６が学習データＬに第２の学習データＬ２を加算して学習データＬを補正する。このようにして得られた補正学習データＡＬを用いることで、位置偏差Ｄｐに残留していた局部変化に起因する偏差も適正に補正され、結果として、位置偏差Ｄｐが迅速に収束することになる。

制御装置４０において、学習データ補正部４２は、図示のように、第２の学習部４４からの第２の学習データＬ２の出力を選択的に遮断する出力切換部５０をさらに備えることができる。このような構成によれば、目標位置指令Ｃｐ及び位置フィードバック量Ｆｐに局部変化が含まれていないときに、出力切換部５０を操作して第２の学習データＬ２の出力を遮断することで、第１の学習部３０による学習制御のみが遂行されて、位置偏差Ｄｐが迅速に収束する。

上記構成を有する制御装置４０は、電動機１２（図１）の位置フィードバック量Ｆｐにトルクリップル等の所定周期の外乱が含まれている場合に、第２の学習部４４がそのような外乱の周期に対応する第２の学習周期で求めた第２の学習データＬ２を用いることで、位置偏差Ｄｐを迅速に収束させることができる。また、カム研削盤の砥石台制御のように、目標位置指令Ｃｐに、単純な繰返し運動（例えば往復運動）を表す第１位置成分と運動の局部変化（例えば送り量の段階的変化）を表す第２位置成分とが含まれている場合に、第２の学習部４４がそのような第２位置成分の周期に対応する第２の学習周期で求めた第２の学習データＬ２を用いることで、位置偏差Ｄｐを迅速に収束させることができる。

特に後者の場合には、図５に変形例として示すように、上位制御装置２０が、目標位置指令Ｃｐを、第１の学習部３０の学習周期に対応する周期で繰返す第１位置成分Ｃｐ１（すなわち繰返し運動の位置成分）と、第２の学習部４４の第２の学習周期に対応する周期で繰返す第２位置成分Ｃｐ２（すなわち局部変化の位置成分）とに、分離して指令する構成とすることもできる。この場合、上位制御装置２０は、第２位置成分Ｃｐ２の指令を選択的に遮断する指令切換部５２を備えることができる。なお、学習周期に対応する周期とは、学習周期の１／Ｎ倍（Ｎは１以上の整数）の周期であることを意味する。

図示変形例の構成では、上記したように最初に第１の学習部３０が学習制御を遂行する際には、指令切換部５２を操作して第２位置成分Ｃｐ２の指令を遮断し、上位制御装置２０から第１位置成分Ｃｐ１のみを含む目標位置指令Ｃｐが指令される状態とする。それにより、第１の学習部３０は、第１位置成分Ｃｐ１に関する第１位置偏差Ｄｐ１に基づいて学習データＬを求めるので、学習データＬを用いた学習制御により、第１位置偏差Ｄｐ１を収束させることができる。次に、第２の学習部４４が第２の学習周期で学習制御を遂行する際には、指令切換部５２を操作して、上位制御装置２０から第１位置成分Ｃｐ１及び第２位置成分Ｃｐ２の双方を含む目標位置指令Ｃｐが指令される状態とする。それにより、第２の学習部４４は、第１位置成分Ｃｐ１と第２位置成分Ｃｐ２との合成位置（すなわち目標位置指令Ｃｐ）に関する合成位置偏差（すなわち位置偏差Ｄｐ）に基づいて、第２の学習データＬ２を求める。このとき、第１位置成分Ｃｐ１に関する第１位置偏差Ｄｐ１は学習データＬにより収束させることができるから、第２の学習データＬ２を学習データＬに加算することにより、第２位置成分Ｃｐ２に関する第２位置偏差Ｄｐ２も収束させることができ、結果として、位置偏差Ｄｐが迅速に収束することになる。

なお、制御装置４０によりカム研削盤の砥石台駆動用の電動機１２を制御する際には、第２位置成分Ｃｐ２に基づく砥石台送り量の段階的変化は、１加工サイクルを１周期として生じるので、第２の学習部４４における第２の学習周期は、１加工サイクルを実行する電動機回転数に対応する（すなわちＮ倍（Ｎは１以上の整数）の）周期となる。

図６は、本発明の第２の実施形態による制御装置６０の構成を、機能ブロック図で示す。制御装置６０は、学習制御手段１６の学習データ補正部６２の構成を具体化した点以外は、前述した制御装置１０の基本構成を有するものであるから、対応する構成要素には共通の参照符号を付して、その説明を省略する。また、制御装置６０は、上位制御装置２０が、目標位置指令Ｃｐを、第１の学習部３０の学習周期に対応する周期で繰返す第１位置成分Ｃｐ１（すなわち繰返し運動の位置成分）と、局部変化（重畳的運動の変化）の周期（すなわち第１の学習部３０の学習周期とは異なる周期）で繰返す第２位置成分Ｃｐ２（すなわち局部変化の位置成分）とに、分離して指令する構成を、前提とするものである。なお、学習周期に対応する周期とは、学習周期の１／Ｎ倍（Ｎは１以上の整数）の周期であることを意味する。

制御装置６０の学習データ補正部６２は、目標位置指令Ｃｐの第２位置成分Ｃｐ２に関する第２位置偏差Ｄｐ２を推定する第２位置偏差推定部６４と、第２位置偏差推定部６４が推定した第２位置偏差Ｄｐ２と実際の位置偏差Ｄｐとから、目標位置指令Ｃｐの第１位置成分Ｃｐ１に関する第１位置偏差Ｄｐ１を演算する第１位置偏差演算部６６と、第２位置偏差推定部６４が推定した第２位置偏差Ｄｐ２を、第１の学習部３０が求めた学習データＬに加算する補正演算部６８とを備える。ここで、第１の学習部３０は、第１位置偏差演算部６６が演算した第１位置偏差Ｄｐ１に基づき、学習データＬを求める。

第２位置偏差推定部６４は、第２位置成分Ｃｐ２に関する位置フィードバック量Ｆｐ２を推定する推定器７０を有し、第２位置成分Ｃｐ２と推定器７０が推定した位置フィードバック量Ｆｐ２とから、第２位置偏差Ｄｐ２を推定することができる。推定器７０としては、例えば下記の伝達関数Ｇ（ｓ）を採用できる。
Ｇ（ｓ）＝（αｓ＋Ｐｇ）／（ｓ＋Ｐｇ）
ただし、Ｐｇはポジションゲイン、αはフィードフォワード係数である。

制御装置６０では、目標位置指令Ｃｐに、第１の学習部３０の学習周期とは異なる周期で生じる局部変化（重畳的運動の変化）を表す第２位置成分Ｃｐ２が含まれている場合に、第１の学習部３０が位置偏差Ｄｐに基づいて求めた学習データＬを用いるだけでは位置偏差Ｄｐを収束させることが困難なところを、学習データ補正部６２の第２位置偏差推定部６４が推定した第２位置成分Ｃｐ２に関する第２位置偏差Ｄｐ２と、第１位置偏差演算部６６が第２位置偏差Ｄｐ２を用いて演算した第１位置成分Ｃｐ１に関する第１位置偏差Ｄｐ１とを用いることで、位置偏差Ｄｐを迅速に収束させることができる。つまり、第１の学習部３０は、第１位置成分Ｃｐ１に関する第１位置偏差Ｄｐ１に基づいて学習データＬを求めているので、学習データＬを用いて第１位置偏差Ｄｐ１を迅速に収束させることができる。さらに、補正演算部６８で、学習データＬに第２位置偏差Ｄｐ２を加算して学習データＬを補正する。このようにして得られた補正学習データＡＬを用いることで、位置偏差Ｄｐに残留していた局部変化に起因する第２位置偏差Ｄｐ２も適正に補正され、結果として、位置偏差Ｄｐが迅速に収束することになる。

上記構成を有する制御装置６０では、学習データ補正部６２の第２位置偏差推定部６４が、目標位置指令Ｃｐの第２位置成分Ｃｐ２から第２位置偏差Ｄｐ２を正確に推定できることが、位置偏差Ｄｐを迅速に収束させるための要件である。しかし、目標位置指令Ｃｐの第２位置成分Ｃｐ２が複雑な運動を指令する等の要因により、第２位置偏差Ｄｐ２の推定値にばらつきが生じる場合には、図７に変形例として示すように、第２位置偏差Ｄｐ２も学習する構成として、学習データＬを適性に補正できるようにすることが望ましい。

図７に示す変形例では、学習データ補正部６２は、第２位置偏差推定部６４が推定した第２位置偏差Ｄｐ２に基づき、第１の学習部３０が求めた学習データＬとは異なる第２の学習データＬ２を、局部変化の周期に相当する第２の学習周期で求めて記憶する第２の学習部７２をさらに備える。そして、補正演算部６８は、第２位置偏差推定部６４が推定した第２位置偏差Ｄｐ２の代わりに、第２の学習部７２が求めた第２の学習データＬ２を、第１の学習部３０が求めた学習データＬに加算するように構成される。このような構成によれば、第２位置偏差Ｄｐ２の推定値にばらつきが生じている場合にも、第２の学習データＬ２により学習データＬを適性に補正でき、以って、位置偏差Ｄｐを迅速に収束させることができる。

図６及び図７に示す制御装置６０は、上位制御装置２０において目標位置指令Ｃｐが予め第１位置成分Ｃｐ１と第２位置成分Ｃｐ２とに分解されていて、第２位置偏差推定部６４に第２位置成分Ｃｐ２が直接入力される構成を採用している。したがって、制御装置６０側で目標位置指令Ｃｐから第２位置成分Ｃｐ２を分離する必要が無いから、制御装置６０の構成を簡略化できる。その反面、上位制御装置２０から第２位置成分Ｃｐ２を制御装置６０に入力するための信号線路が必要になる。

これに代えて、図８に示すように、制御装置６０の学習データ補正部６２が、目標位置指令Ｃｐから第２位置成分Ｃｐ２を推定する第２位置成分推定部７４をさらに備える構成とすることもできる（図８（ａ））。この場合、第２位置偏差推定部６４は、第２位置成分推定部７４が推定した第２位置成分Ｃｐ２に基づいて、第２位置偏差Ｄｐ２を推定する。このような構成によれば、上位制御装置２０から第２位置成分Ｃｐ２を制御装置６０に入力するための信号線路が不要になる。

第２位置成分推定部７４としては、ローパスフィルタ７６によって、目標位置指令Ｃｐから第２位置成分Ｃｐ２を分離する構成を採用できる（図８（ｂ））。この場合、ローパスフィルタ７６に起因して生じる第２位置成分Ｃｐ２側の信号遅れに合わせて、目標位置指令Ｃｐ（＝Ｃｐ１＋Ｃｐ２）の出力側にも、遅れ（Ｚ^−ｎ）要素７８を入れる。

さらに上記構成に代えて、図９に示すように、第２位置偏差推定部６４が、目標位置指令Ｃｐに含まれる第２位置成分Ｃｐ２を参照することで、第２位置偏差Ｄｐ２を推定する構成とすることもできる。この場合、第２位置偏差推定部６４は、上位制御装置２０に記憶されている第２位置成分Ｃｐ２を、自ら読み取る処理を遂行する。このような構成によれば、上位制御装置２０から第２位置成分Ｃｐ２を制御装置６０に入力するための信号線路が不要になるだけでなく、第２位置成分Ｃｐ２を推定する図８の構成よりも、第２位置偏差Ｄｐ２の精度が向上する。

本発明に係る電動機制御装置の基本構成を示す機能ブロック図である。 図１の制御装置を適用した制御系の一例を示す図である。 図１の制御装置における学習部の一構成例を示す図である。 本発明の第１実施形態による制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 図４の制御装置の変形例の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態による制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 図６の制御装置の第１変形例の構成を示す図である。 図６の制御装置の第２変形例の構成を示す図で、（ａ）学習データ補正部の一部分の構成、及び（ｂ）第２位置成分推定部の構成を、それぞれ示す。 図６の制御装置の第３変形例の構成を示す図である。

符号の説明

１０、４０、６０ 制御装置
１２ 電動機
１４ 出力部
１６ 学習制御手段
１８ 動作制御部
２０ 上位制御装置
３０ 第１の学習部
３２、４２、６２ 学習データ補正部
３４ 位置偏差補正部
４４、７２ 第２の学習部
４６ 補正演算部
４８ 入力切換部
５０ 出力切換部
６４ 第２位置偏差推定部
６６ 第１位置偏差演算部
６８ 補正演算部
７４ 第２位置成分推定部

Claims (9)

1. 繰返し運動を含む重畳的運動を指令する目標位置指令と電動機の出力部からの位置フィードバック量との位置偏差に基づき学習データを求めて記憶するとともに、該学習データを用いて該位置偏差を補正する学習制御手段と、該学習制御手段によって得られた補正位置偏差に基づいて電動機の動作を制御する動作制御部とを具備する制御装置において、
   前記学習制御手段は、
   前記位置偏差に基づき所定の学習周期で学習データを求めて記憶する第１の学習部と、
   前記目標位置指令及び前記位置フィードバック量の少なくとも一方が、前記第１の学習部の前記学習周期とは異なる周期で生じる局部変化を含むときに、該局部変化の影響を排除するように前記学習データを補正する学習データ補正部と、
   前記学習データ補正部が補正して得られた補正学習データを用いて、前記位置偏差を補正する位置偏差補正部とを具備し、
   前記学習データ補正部は、
   前記位置偏差に基づき、前記第１の学習部が求めた前記学習データとは異なる第２の学習データを、前記局部変化の前記周期に対応する第２の学習周期で求めて記憶する第２の学習部と、
   前記第１の学習部が求めた前記学習データに前記第２の学習データを加算する補正演算部と、
   前記位置偏差を前記第１の学習部と前記第２の学習部とのいずれか一方に切り換えて入力できるようにする入力切換部とを備えること、
   を特徴とする制御装置。
2. 前記学習データ補正部は、前記第２の学習部からの前記第２の学習データの出力を選択的に遮断する出力切換部をさらに備える、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記第２の学習部の前記第２の学習周期は、前記位置フィードバック量に生じる外乱の周期に対応する、請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記目標位置指令は、前記第１の学習部の前記学習周期に対応する周期で繰返す第１位置成分と、前記第２の学習部の前記第２の学習周期に対応する周期で繰返す第２位置成分とを、予め分離した指令として含み、前記第１の学習部は、単独で指令された該第１位置成分に関する第１位置偏差に基づいて前記学習データを求め、前記第２の学習部は、双方共に指令された該第１位置成分と該第２位置成分との合成位置指令に関する合成位置偏差に基づいて前記第２の学習データを求める、請求項１又は２に記載の制御装置。
5. 繰返し運動を含む重畳的運動を指令する目標位置指令と電動機の出力部からの位置フィードバック量との位置偏差に基づき学習データを求めて記憶するとともに、該学習データを用いて該位置偏差を補正する学習制御手段と、該学習制御手段によって得られた補正位置偏差に基づいて電動機の動作を制御する動作制御部とを具備する制御装置において、
   前記学習制御手段は、
   前記位置偏差に基づき所定の学習周期で学習データを求めて記憶する第１の学習部と、
   前記目標位置指令及び前記位置フィードバック量の少なくとも一方が、前記第１の学習部の前記学習周期とは異なる周期で生じる局部変化を含むときに、該局部変化の影響を排除するように前記学習データを補正する学習データ補正部と、
   前記学習データ補正部が補正して得られた補正学習データを用いて、前記位置偏差を補正する位置偏差補正部とを具備し、
   前記目標位置指令は、前記第１の学習部の前記学習周期に対応する周期で繰返す第１位置成分と、前記局部変化の前記周期で繰返す第２位置成分とを、予め分離した指令として含み、
   前記学習データ補正部は、
   前記第２位置成分に関する位置フィードバック量を推定する伝達関数を推定器として有するとともに、該第２位置成分と該推定器が推定した該位置フィードバック量とから第２位置偏差を推定する第２位置偏差推定部と、
   前記第２位置偏差推定部が推定した前記第２位置偏差と前記位置偏差とから、前記第１位置成分に関する第１位置偏差を演算する第１位置偏差演算部と、
   前記第２位置偏差推定部が推定した前記第２位置偏差を、前記第１の学習部が求めた前記学習データに加算する補正演算部とを備え、
   前記第１の学習部は、前記第１位置偏差演算部が演算した前記第１位置偏差に基づき、前記学習データを求めること、
   を特徴とする制御装置。
6. 前記学習データ補正部は、前記第２位置偏差推定部が推定した前記第２位置偏差に基づき、前記第１の学習部が求めた前記学習データとは異なる第２の学習データを、前記局部変化の前記周期に相当する第２の学習周期で求めて記憶する第２の学習部をさらに備え、前記補正演算部は、前記第２位置偏差推定部が推定した前記第２位置偏差の代わりに、該第２の学習部が求めた該第２の学習データを、前記第１の学習部が求めた前記学習データに加算する、請求項５に記載の制御装置。
7. 前記目標位置指令が前記第１位置成分と前記第２位置成分とに分解された状態で指令され、前記第２位置偏差推定部に該第２位置成分が入力される、請求項５又は６に記載の制御装置。
8. 前記学習データ補正部は、前記目標位置指令から前記第２位置成分を分離するローパスフィルタを用いて該第２位置成分を推定する第２位置成分推定部をさらに備え、前記第２位置偏差推定部は、該第２位置成分推定部が推定した該第２位置成分に基づいて、前記第２位置偏差を推定する、請求項５又は６に記載の制御装置。
9. 前記第２位置偏差推定部は、前記目標位置指令に含まれる前記第２位置成分を上位制御装置から読み取る処理を遂行し、読み取った該第２位置成分に基づいて、前記第２位置偏差を推定する、請求項５又は６に記載の制御装置。

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