JP4362925B2 - 位置制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械など制御対象の位置を移動して目標停止位置に停止させる位置制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１７に従来の位置制御装置の構成を示す。図において１は制御対象、２は追従制御部である。
【０００３】
次に動作を説明する。制御対象１は追従制御部２の発生するトルク指令τｒに応じたトルクを発生して駆動される機械系である。また、追従制御部２は外部から入力した位置指令ｙｒを入力し、制御対象１の位置である実位置ｙｍを検出し、実位置ｙｍが位置指令ｙｒに特定の伝達特性を持って追従するように、例えばＰＩＤ制御や２自由度制御などの制御方式によりトルク指令τｒを演算して出力する。このような位置制御については例えば刊行物（「ＡＣサーボ応用マニュアル」編者：三菱電機株式会社、発行所：株式会社電気書院、１９９４年５月２５日第１版第２刷発行。ｐ．１９５）に記載されている。
【０００４】
次に、位置指令ｙｒおよび制御対象１の実位置ｙｍの特性について図１８および図１９に基づいて説明する。図１８は従来の技術における位置指令ｙｒの微分（速度）であるｖｒおよび制御対象１の実位置ｙｍの微分である実速度ｖｍの軌道を表す図であり、図１９は減速から停止にかけての位置指令ｙｒおよび実位置ｙｍの応答を表す図である。図１８および図１９において、ｔｓは位置指令ｙｒ（位置指令ｙｒの微分ｖｒ）の停止時刻である。
【０００５】
次に位置指令ｙｒの特性について説明する。位置指令ｙｒは位置制御装置の外部の装置によって生成され、制御対象１を移動させる距離に応じて、目標停止位置ｙｓまで位置指令ｙｒが変化するように生成される。また、制御対象１が発生するトルクには限界が有り、また制御対象１の機械強度にも限界が有るため、制御対象１のとり得る加速度には限界が有る。また、制御対象１の移動距離に応じて位置指令ｙｒの軌道を計算させる必要が有り、それを簡単に行うため、制御対象１を移動させて停止させる目的の場合、通常の位置指令ｙｒの軌道は加速度一定で加速し、長い距離を移動する場合には速度一定の期間を経過した後、加速度一定で減速させるよう、位置指令ｙｒの速度ｖｒが時間に対して台形状の軌跡となるように生成される。
【０００６】
次に、制御対象１の実位置ｙｍの応答については、追従制御部２は位置指令ｙｒの高周波数成分によって制御対象１に衝撃を与えないように、すなわち実位置ｙｍが滑らかになるよう、通常は位置指令ｙｒから実位置ｙｍの応答がローパス特性となるように設定され、その結果、実位置ｙｍの応答が位置指令ｙｒに比べて遅れの特性を持つ。したがって、図１８および図１９に示すように、実位置ｙｍおよび実速度ｖｍがそれぞれ位置指令ｙｒおよびその微分ｖｒに対して遅れて追従する特性を持つ。
【０００７】
また、位置制御装置を用いるシステムでは、制御対象１の実位置ｙｍが停止した後に何らかの作業を行うため、位置指令ｙｒが目標停止位置に停止した後、制御対象１の実位置ｙｍが停止するのを待つ必要が生じ、位置指令ｙｒが目標停止位置に停止した後、制御対象１の実位置ｙｍが目標停止位置に停止するまでの時間、すなわち整定時間を短縮したいという要求がある。
【０００８】
しかしながら、従来の位置制御装置において停止時の整定時間を短縮するために追従制御部２が遅れないように応答を速くすると、ローパス特性である位置指令ｙｒから実位置ｙｍの高域遮断特性（高周波数成分の減衰特性）が弱くなるため、位置指令ｙｒの速度や加速度の変化（以下、位置指令ｙｒの変化と記述する）やノイズに対して常に制御対象１に与える衝撃を大きくするという問題が起きる。またその結果、停止時にも制御対象１に与える衝撃を大きくしたり、機械共振を励起したりする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の位置制御装置は以上のように構成されており、位置指令をそのまま追従制御部２に入力するため、停止時の整定時間を短縮するために追従制御部２の応答を速くすると追従制御部２の高域遮断特性が弱くなり位置指令の変化やノイズに対して常に制御対象１に与える衝撃を大きくするため整定時間を短縮できないという問題が有る。また、停止時に制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくしたり機械共振を励起したりするため整定時間を短縮するのが困難であるという問題が有る。
【００１０】
本発明は、上述のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま停止時の整定時間を短縮することができる位置制御装置を提供することを第１の目的とする。
また、停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり、機械共振を励起したりすることなく整定時間を短縮できる位置制御装置を提供することを第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る位置制御装置は、外部から入力した第１の位置指令に基づいて実先行移動量を出力する先行移動量演算部と、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号である第２の位置指令を入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備え、前記先行移動量演算部は前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に予め設定した加速度増幅定数を乗じた信号との加算に基づいて前記実先行移動量を演算するものである。
【００１２】
また、外部から入力した第１の位置指令に基づいて実先行移動量を出力する先行移動量演算部と、前記第１の位置指令に基づいて第１の位置指令が減速中に切り替え時点の判別を行う切り替え判別部と、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号である第２の位置指令を入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備え、前記先行移動量演算部は前記切り替え時点以前は前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に予め設定した加速度増幅定数を乗じた信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算するとともに、前記切り替え時点以降は前記の切り替え時点以前と異なる演算により前記実先行移動量を演算するものである。
【００１３】
また、前記先行移動量演算部は、前記加速度増幅定数を前記第１の位置指令が加速するときは前記第１の位置指令が減速するときより小さい値になるよう切り替えるものである。
【００１４】
また、前記先行移動量演算部は、前記加速度増幅定数を前記先行時間Ｔｐの２乗を２で割った値に基づいて設定するものである。
【００１５】
また、前記先行移動量演算部は、次式で表される第１の位置指令ｙｒ１を入力とした２次以上の伝達関数演算により疑似指令速度ｖｆの演算を行い、次式においてｂ2＝ａ1とするものである。
ｖｆ／ｙｒ１＝（ｓ＋ｂ2・Ｓ2＋…＋ｂm・ｓm）／（１＋ａ1・ｓ＋ａ2・ｓ2＋…＋ａn・ｓn）
（ただし、ｎ、ｍは２以上の整数で、ａ1、ａ2、…、ａnおよびｂ2、…、ｂmは予め設定した定数、ｓはラプラス演算子である。）
【００１６】
また、外部から入力した第１の位置指令に基づいて第２の位置指令を生成し、前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備える位置制御装置において、前記第１の位置指令が減速中に前記第１の位置指令の変化特性に基づいて前記第１の位置指令が将来停止する位置である目標停止位置と前記第１の位置指令の現在の位置との差を推定して推定残距離として出力する残距離推定部と、前記第１の位置指令に基づいて前記第１の位置指令が減速開始時あるいは減速中に切り替え時点を判別する切り替え判別部とを備え、前記切り替え時点以降は前記第１の位置指令と前記推定残距離とに基づいて前記第２の位置指令を生成するものである。
【００１７】
また、外部から入力した第１の位置指令に基づいて第１の先行移動量を出力する第１の先行移動量演算部と、前記第１の位置指令を入力し前記第１の位置指令が減速中に前記第１の位置指令の変化特性に基づいて前記第１の位置指令が将来停止する位置である目標停止位置と前記第１の位置指令の現在の位置との差を推定して推定残距離として出力する残距離推定部と、前記推定残距離に基づいて第２の先行移動量を出力する第２の先行移動量演算部と、前記第１の位置指令に基づいて前記第１の位置指令が減速中に切り替え時点を判別する切り替え判別部と、前記切り替え時点以前は前記第１の先行移動量を実先行移動量として出力し前記切り替え時点以降は前記第２の先行移動量を実先行移動量として出力する切り替えスイッチと、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号を第２の位置指令として入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備えるものである。
【００１８】
また、前記残距離推定部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に基づき、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算する演算に基づいて前記推定残距離を演算するものである。
【００１９】
また、前記第２の先行移動量を前記推定残距離と同じにするものである。
【００２０】
また、前記第２の先行移動量を前記推定残距離の定数倍とするものである。
【００２１】
また、前記切り替え判別部は、前記第１の先行移動量と前記第２の先行移動量が一致する条件に基づいて前記切り替え時点を判別するものである。
【００２２】
また、前記第１の先行移動量演算部および前記第２の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令が減速中に前記第１の先行移動量と前記第２の先行移動量が一致する時点で前記第１の先行移動量の微分と前記第２の先行移動量の微分が一致するように構成するものである。
【００２３】
また、前記第１の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と、前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に前記先行時間Ｔｐの２乗を乗じて２で除算した信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算し、前記残距離推定部は、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算して前記推定残距離を演算し、前記第２の先行移動量演算部は、前記推定残距離を前記第２の先行移動量とするものである。
【００２４】
また、前記第１の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と、前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に前記先行時間Ｔｐの２乗と予め設定した加速度設定定数を乗じて２で除算した信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算し、前記残距離推定部は、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算して前記推定残距離を演算し、前記第２の先行移動量演算部は、前記推定残距離を前記加速度設定定数で除算した信号を前記第２の先行移動量とするものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による位置制御装置の構成を示す図である。図１において、１は工作機械などの駆動される機械である制御対象、２は追従制御部、３は第１の先行移動量演算部、４は残距離推定部、５は第２の先行移動量演算部、６は切り替え判別部、７は切り替えスイッチである。追従制御部２、第１の先行移動量演算部３、残距離推定部４、第２の先行移動量演算部５、切り替え判別部６、切り替えスイッチ７は例えばマイクロコンピュータで構成される。
【００２６】
次に図１に示した位置制御装置の動作について説明する。
まず、外部から制御対象１の位置である実位置ｙｍに対する指令として第１の位置指令ｙｒ１を位置制御装置に入力する。ここで、制御対象１が発生するトルクには限界が有り、また制御対象１の機械強度にも限界が有るため、制御対象１のとり得る加速度には限界が有る。したがって、制御対象１を移動させて停止させる目的の場合、通常では第１の位置指令ｙｒ１は、加速度一定で加速し、長い距離を移動する場合には速度一定の期間を経過した後、加速度一定で減速させるよう、図１８にｖｒで示したように、第１の位置指令ｙｒ１の速度が時間経過に対して台形状の軌跡になるように入力される。
【００２７】
次に、第１の先行移動量演算部３は、第１の位置指令ｙｒ１に基づいて後述の演算により第１の先行移動量ｙｐ１を出力し、残距離推定部４は第１の位置指令ｙｒ１に基づいて後述の演算により推定残距離ｙｅを出力し、第２の先行移動量演算部５は推定残距離ｙｅに基づいて後述の演算により第２の先行移動量ｙｐ２を出力し、切り替え判別部６は第１の位置指令ｙｒ１に基づいて後述の方法により切り替え信号ｓｗを出力し、切り替えスイッチ７は切り替え信号ｓｗに基づいて第１の先行移動量ｙｐ１と第２の先行移動量ｙｐ２のどちらかを切り替えて実先行移動量ｙｐとして出力する。また追従制御部２は、第１の位置指令ｙｒ１と実先行移動量ｙｐの和信号を第２の位置指令ｙｒ２として入力し、制御対象１の位置である実位置ｙｍが第２の位置指令ｙｒ２に追従するように制御を行う。
【００２８】
次に追従制御部２の動作について説明する。
追従制御部２は、切り替えスイッチ７により切り替えられた第１の先行移動量ｙｐ１あるいは第２の先行移動量ｙｐ２である実先行移動量ｙｐと第１の位置指令ｙｒ１との和信号を第２の位置指令ｙｒ２として入力し、実位置ｙｍを検出して実位置ｙｍが第２の位置指令ｙｒ２に追従するように、例えばＰＩＤ制御や２自由度制御などの制御方式によりトルク指令τｒを演算して出力し、制御対象１はトルク指令τｒに応じたトルクを発生することにより駆動される。
【００２９】
次に第１の先行移動量演算部３の動作について説明する。
第１の先行移動量演算部３は、第１の位置指令ｙｒ１を入力し、第１の位置指令ｙｒ１を微分あるいは後述の疑似微分演算により疑似指令速度ｖｆを演算し、第１の位置指令ｙｒ１の２階微分あるいは２階疑似微分により疑似指令加速度ａｆを演算する。また、第１の先行移動量演算部３は、予め設定した先行時間Ｔｐを用いて、第１の先行移動量ｙｐ１を疑似指令速度ｖｆに先行時間Ｔｐを乗じた信号と疑似加速度指令ａｆに加速度増幅定数を乗じた信号の和として演算する。ここで、加速度増幅定数は先行時間Ｔｐの２乗を２で除算した定数である。すなわち次の式（１）により第１の先行移動量ｙｐ１を演算して出力する。
ｙｐ１＝Ｔｐ・ｖｆ＋（Ｔｐ2／２）・ａｆ ・・・・（１）
【００３０】
ここで、上記の式（１）について、その物理的意味を図２を用いて説明する。以降では第１の位置指令の微分（速度）および２階微分（加速度）をそれぞれｖｒ１、ａｒ１で、また第２の位置指令ｙｒ２の微分（速度）および２階微分（加速度）をそれぞれｖｒ２、ａｒ２で記述する。
第１の位置指令ｙｒ１が加速度一定すなわちａｒ１が一定で変化しているとする。すなわちｖｒ１は図２に示すように変化しているとする。その場合ある時刻ｔにおいて、第１の位置指令ｙｒ１の先行時間Ｔｐ時間だけ未来の値と現在の値との差は図２における斜線部［Ａ］の面積で表され、その値は次の式（２）で表される。
ｙｒ１（ｔ＋Ｔｐ）ーｙｒ１（ｔ）＝Ｔｐ・ｖｒ（ｔ）＋（Ｔｐ2／２）・ａｒ１ ・・・・（２）
【００３１】
したがって、前述の疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆが第１の位置指令ｙｒ１の速度ｖｒ１および加速度ａｒ１に一致しているとすると、式（１）により演算した第１の先行移動量ｙｐ１を実先行移動量ｙｐとすることにより、第２の位置指令ｙｒ２は第１の位置指令ｙｒ１よりも先行時間Ｔｐだけ先行した信号とすることができ、また第２の位置指令ｙｒ２の速度であるｖｒ２も図２に示すように先行時間Ｔｐだけ先行した軌道になる。したがって第２の位置指令ｙｒ２の軌道を、位置指令ｙｒ１が将来停止する目標停止位置ｙｓに位置指令ｙｒ１よりも先行時間Ｔｐだけ早く到達するとともに、目標停止位置ｙｓに到達するときの速度が０になるように、良好な減速軌道として生成することができる。
【００３２】
次に、第１の先行移動量演算部３における上述の疑似指令速度ｖｆの演算について述べる。
第１の位置指令ｙｒ１が一定加速度で減速しているとき、第１の位置指令ｙｒ１の加速度ａｒ１は一定であるので、疑似指令加速度ａｆがａｒ１に対して通常のローパス特性を持つように、第１の位置指令ｙｒ１を通常の２階疑似微分する演算により、疑似指令加速度ａｆがａｒ１と定常誤差無く、また高周波数ノイズを除去して演算することができる。しかしながら第１の位置指令ｙｒ１の速度ｖｒ１は一定の変化率で変化するため、通常の疑似微分を用いると疑似指令速度ｖｆは第１の指令速度ｖｒ１に対して定常誤差を生じ、上記式（１）により求める第１の先行移動量が、式（２）の演算に対して誤差を生じる。そこで、第１の位置指令ｙｒ１から疑似指令速度ｖｆを求める演算を、次の式（３）で表される２次以上の伝達関数演算で行い、式（３）における定数であるｂ2とａ1を等しい値とすることにより、高周波数ノイズの影響を低減しながら疑似指令速度ｖｆと第１の指令速度ｖｒ１の定常誤差を無くし、式（１）の演算により式（２）の値を定常誤差無く推定することができる。ただし次の式（３）においてｎ、ｍは２以上の整数で、ａ1、ａ2、…、ａnおよびｂ1、ｂ2、…、ｂmは予め設定した定数、ｓはラプラス演算子である。
ｖｆ／ｙｒ１＝（ｓ＋ｂ2・ｓ2＋…＋ｂm・ｓm）／（１＋ａ1・ｓ＋ａ2・ｓ2＋…＋ａn・ｓn） ・・・・（３）
【００３３】
次に、残距離推定部４および第２の先行移動量演算部５の動作について説明する。
残距離推定部４は、第１の指令位置ｙｒ１に基づいて第１の先行移動量演算部３と同じ動作により疑似指令速度ｖｆと疑似指令加速度ａｆを演算する。なお、第１の先行移動量演算部３で演算した疑似指令速度ｖｆと疑似指令加速度ａｆを入力してもよい。次に、残距離推定部４は疑似指令速度ｖｆの２乗を疑似指令加速度ａｆの−２倍で除算する演算により推定残距離ｙｅを演算して出力する。すなわち次の式（４）の演算により推定残距離ｙｅを演算して出力する。
ｙｅ＝−ｖｆ2／（２・ａｆ） ・・・・（４）
また、第２の先行移動量演算部５は、推定残距離ｙｅを入力し、推定残距離ｙｅに基づく第２の先行移動量ｙｐ２を出力する。本実施の形態では第２の先行移動量演算部５は推定残距離ｙｅを第２の先行位置ｙｐ２と同じ信号として出力する。
【００３４】
ここで、上記の式（４）について、その物理的意味を図３を用いて説明する。第１の位置指令ｙｒ１が一定の加速度ａｒ１で減速しているとき、ある時刻ｔにおいて第１の位置指令ｙｒ１が将来停止する位置である目標停止位置ｙｓと現在の位置ｙｒ１（ｔ）との差は図３における斜線部［Ｂ］の面積で表され、その値は次の式（５）で表される。
ｙｓ−ｙｒ１（ｔ）＝−ｖｒ１（ｔ）2／（２・ａｒ１） ・・・・（５）
【００３５】
したがって、前述の疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆがそれぞれｖｒ１およびａｒ１に一致しているとすると、第１の位置指令ｙｒ１に上記の式（４）の推定残距離ｙｅを加算すると目標停止位置ｙｓを推定できるため、実先行移動量ｙｐを推定残距離ｙｅに基づいて演算すると、目標停止位置ｙｓを基準とした任意の信号を第２の位置指令ｙｒ２として生成することが可能になる。
また、本実施の形態では上記の推定残距離をそのまま第２の先行移動量ｙｐ２としているため、実先行移動量ｙｐを第２の先行移動量ｙｐ２とすることにより、時刻ｔにおいて第２の位置指令ｙｒ２が目標停止位置ｙｓの一定値になるように第２の位置指令ｙｒ２を生成できる。
【００３６】
次に、切り替え判別部６の動作および切り替え判別部６による切り替え時の位置制御装置の動作について説明する。
切り替え判別部６は第１の位置指令ｙｒ１に基づいて第１の位置指令ｙｒ１が減速中に切り替え時点ｔｃの判別を行い、切り替えスイッチ７が切り替え時点ｔｃより以前は第１の先行移動量ｙｐ１を実先行移動量ｙｐにし、切り換え時点ｔｃ以降は第２の先行移動量ｙｐ２を実先行移動量ｙｐにするように切り替え信号ｓｗを出力する。
【００３７】
ここで、切り替え判別部６により上記のように切り替えた瞬間、第２の位置指令ｙｒ２およびその速度ｖｒ２が共に連続でなければ、切り替え時に制御対象１に対するトルク指令τｒにピークが生じ、制御対象１の機械系に衝撃を与えてしまう。その衝撃を防止するためには、まず、第１の先行移動量ｙｐ１と第２の先行移動量ｙｐ２が一致する時点ｔｃを判別して切り替えれば第２の位置指令ｙｒ２は連続になり、切り換え時に生じる衝撃を小さくすることができる。更に、その切り換え時点に第１の先行移動量ｙｐ１の微分と第２の先行移動量ｙｐ２の微分が同じ値になるように、第１の先行移動量演算部３および第２の先行移動量演算部４を構成していれば、制御対象１に衝撃を与えることなく切り替えることができる。
【００３８】
ここで、疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆが定常状態でｖｒ１およびａｒ１にそれぞれ一致していると考えると、上述の本実施の形態では、第１の位置指令ｙｒ１と第１の先行移動量ｙｐ１の和信号が、目標停止位置ｙｓに到達する時点でその速度が０になるように構成しており、また、第１の位置指令ｙｒ１と第２の先行移動量ｙｐ２の和信号が目標停止位置ｙｓで一定、すなわち速度が０になるように構成している。したがって第１の位置指令ｙｒ１と第１の先行移動量ｙｐ１の和信号が目標停止位置ｙｓに到達した時点を切り替え時点ｔｃとすることにより、第２の位置指令ｙｒ２がｙｓで連続で、第２の位置指令ｙｒ２の速度ｖｒ２が０で連続になり、制御対象１に衝撃を与えることなく切り替えることができると考えられる。また、第２の位置指令ｙｒ２が目標停止位置ｙｓに到達した時点すなわち切り替え時点ｔｃにおいて次の式（６）が成り立つ。
ｖｆ（ｔｃ）＝−Ｔｐ・ａｆ ・・・・（６）
【００３９】
したがって、切り替え判別部６は位置指令ｙｒ１が減速しているときに上式（６）の関係が成り立つ時点ｔｃで切り替えを判別し、実先行移動量ｙｐを第１の先行移動量ｙｐ１から第２の先行移動量ｙｐ２に切り替えればよいと考えられる。また、上述の説明では疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆが定常状態でｖｒ１およびａｒ１にそれぞれ一致していると考えて説明したが、疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆが過渡的変化をしている場合の確認のため第１の先行移動量ｙｐ１と第２の先行移動量ｙｐ２の差を計算すると次の式（７）になり、式（６）の関係が成り立つ時刻ｔｃにおいて、式（７）および式（７）の時間微分は０になる、すなわち第１の先行移動量ｙｐ１の微分と第２の先行移動量ｙｐ２の微分も一致し、制御対象１に衝撃を与えないように切り替えられることが確認できる。
ｙｐ１−ｙｐ２＝Ｔｐ・ｖｆ＋（Ｔｐ2／２）・ａｆ＋ｖｆ2／（２・ａｆ）
＝｛１／（２・ａｆ）｝（Ｖｆ＋Ｔｐ・ａｆ）2 ・・・・（７）
【００４０】
なお、実際の切り替え判別部６の動作は、式（６）の等号が成り立つ瞬間を判別するのは困難なため、第１の位置指令ｙｒ１が停止から加速開始した時点では実先行移動量ｙｐを第１の位置指令ｙｐ１とし、第１の位置指令が減速しているときに、次の式（８）が成立すれば実先行移動量ｙｐを第２の先行移動量ｙｐ２に切り替えればよい。
図４に切り替え判別部６および切り替えスイッチ７の動作のフローチャートを示す。図４において、まず、第１の位置指令速度ｙｒ１が減速中であるか否かを判別する（ＳＴ１）。減速中でなければｙｐ＝ｙｐ１のままとし（ＳＴ２）、減速中であれば、次式（８）が成立するか否かを判別する（ＳＴ３）。次式（８）が成立しなければｙｐ＝ｙｐ１のままとし（ＳＴ２）、成立すればｙｐ＝ｙｐ２に切り替える（ＳＴ４）。なお、ＳＴ１で第１の位置指令ｙｐ１が減速しているか否かの判別は、例えば疑似指令速度ｖｆと疑似指令加速度ａｆの積の符号が負であるか否かで判別すればよい。
｜ｖｆ｜ ＜ Ｔｐ・｜ａｆ｜ ・・・・（８）
【００４１】
本実施の形態による位置制御装置を以上のように構成することにより、第２の位置指令ｙｒ２は、第１の位置指令ｙｒ１よりも一定の先行時間Ｔｐだけ先行した軌道で減速して目標停止位置ｙｓで速度０になり、その後第１の位置指令ｙｒ１が目標停止位置ｙｓに到達するまで目標停止位置ｙｓで停止すような軌道として生成できる。図５に第１の位置指令ｙｒ１、第２の位置指令ｙｒ２および実位置ｙｍの減速から停止にかけた応答を示す。図５より、第１の位置指令をそのまま追従制御部２に入力した従来の技術の場合の図１９に比べて、実位置ｙｍの減速および停止時の応答を一定の先行時間Ｔｐだけ進めるようにすることができることが分かる。
【００４２】
なお、上記の説明では、第１の先行移動量演算部３、残距離推定演算部４、切り替え判別部６は第１の位置指令ｙｒ１を入力して演算しているが、第１の位置指令ｙｒ１を微分（あるいは差分）した信号ｖｒ１が得られる場合には、第１の位置指令ｙｒ１の代わりにｖｒ１を入力して上記の説明と等価な演算をしてもよい。
【００４３】
本実施の形態による位置制御装置は以上のように構成されており、従来の技術に比べて減速および停止時の制御対象１の位置の応答が一定の先行時間Ｔｐだけ先行するようにでき、追従制御部２における高域遮断特性を維持したまま、停止時にも制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくしたり機械共振を励起したりすることなく、整定時間を短縮することが可能である。
【００４４】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２による位置制御装置の構成を示す図である。図６において、図１と同一符号は同一部分を表し、その説明を省略する。１０３は第１の先行移動量演算部である。本実施の形態は実施の形態１における第１の先行移動量演算部３の演算方法を変更しただけものであり、それ以外の部分の説明を省略する。
【００４５】
次に第１の先行移動量演算部１０３の動作を説明する。
実施の形態１における第１の先行移動量演算部３は第１の位置指令ｙｒ１が加速中や一定速時も減速時と同じ演算をするように構成したが、位置指令ｙｒ１が加速中や一定速時は異なる演算に変えても停止近傍の制御対象１の動作は殆ど変わらないため、適切に変更してもよい。
【００４６】
第１の先行移動量演算部１０３は、予め設定した先行時間Ｔｐおよび第１の位置指令ｙｒ１を微分あるいは疑似微分した疑似速度ｖｆおよび第１の位置指令ｙｒ１を２階微分あるいは２階疑似微分した疑似加速度ａｆに基づき、第１の位置指令ｙｒ１が減速するときには、実施の形態１と同じ式（１）の演算により第１の先行移動量ｙｐ１を演算して出力する。
ｙｐ１＝Ｔｐ・ｖｆ＋（Ｔｐ2／２）・ａｆ ・・・・（１）
【００４７】
ここで、疑似指令加速度ａｆは第１の位置指令ｙｒ１が減速する場合には負の値であり、上記式（１）の右辺第２項は負である。また、第１の位置指令ｙｒ１が一定速度で変化する場合には上式の右辺第２項は定常的に０になり、上式の右辺第２項を省略しても定常的に第１の先行移動量ｙｐ１の値は変わらない。また、第１の位置指令ｙｒ１が加速するときには、式（１）の右辺第２項は定常的に一定の正の値を持つ。したがって、第１の位置指令ｙｒ１の加速が終了し一定速度あるいは減速に変わったとき、式（１）の右辺第２項は正の値から０あるいは負の値に変化する。しかしながら、第１の位置指令ｙｒ１が減速するときの軌道にとっては、第１の位置指令ｙｒ１の加速時に式（１）をそのまま用いて第１の先行移動量ｙｐ１を演算すると、式（１）の右辺第２項は無駄な先行移動量を加算していることになる。このため、加速開始時および加速終了時に制御対象１に無駄な動作を与え、場合によってはそれが制御対象１に与える衝撃となる。また、式（１）の右辺第２項は第１の位置指令ｙｒ１に含まれる高周波数ノイズが増幅して含まれるため、必要の無い場合は右辺第２項を省略した方が、第１の先行移動量ｙｐ１および第２の位置指令ｙｒ２に含まれる高周波数ノイズが低減され、よりなめらかに制御対象１を駆動することが可能になる。
【００４８】
したがって、本実施の形態における第１の先行移動量演算部１０３は、第１の位置指令ｙｒ１の加速時および一定速のときには上記式（１）における右辺第２項を省略した次の式（９）により第１の先行移動量ｙｐ１を演算する。
ｙｐ１＝Ｔｐ・ｖｆ ・・・・（９）
また、第１の位置指令ｙｒ１が減速時には実施の形態１と同様に式（１）により第１の先行移動量ｙｐ１を演算する。
【００４９】
なお、本実施の形態では第１の位置指令ｙｒ１が一定速のときにも第１の先行移動量を式（９）で演算するとしたが、上述のように第１の位置指令ｙｒ１が一定速のときは式（１）で演算しても定常的に同じであるため、第１の位置指令ｙｒ１が一定速のときに第１の先行移動量ｙｐ１を式（１）で演算するようにしてもよい。
【００５０】
また、本実施の形態では第１の位置指令ｙｒ１が少なくとも加速するときには上記式（９）により第１の先行移動量ｙｐ１を演算するとしたが、上記式（１）の第２項における疑似加速度ａｆに対する係数である加速度増幅定数を、第１の位置指令ｙｒ１が加速するときには上記式（１）のＴｐ2／２に比べて小さい値になるように切り替えても同様の効果が得られる。
【００５１】
本実施の形態による位置制御装置は以上のように構成されており、第１の位置指令ｙｒ１が加速するときの高周波数ノイズの影響および第１の位置指令ｙｒ１が加速開始および加速終了したときの制御対象１に与える衝撃を大きくせずに、従来の技術に比べて減速および停止時の制御対象１の位置の応答を先行時間Ｔｐだけ先行させることができ、追従制御部２における高域遮断特性を維持したまま、停止時にも制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくしたり機械共振を励起したりすることなく、整定時間を短縮することが可能である。
【００５２】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３による位置制御装置の構成を示す図である。図７において、図１と同一符号は同一部分を表しその説明を省略する。２０３は第１の先行移動量演算部、２０５は第２の先行移動量演算部、２０６は切り替え判別部である。
【００５３】
実施の形態１では第１の先行移動量の演算を第２の位置指令ｙｒ２が第１の位置指令ｙｒ１に対し一定の先行時間Ｔｐだけ正確に先行するように構成したが、本実施の形態は位置指令ｙｒ１に対し先行時間Ｔｐ時間だけ先行した信号を基準に変更したものである。また、実施の形態１では推定残距離ｙｅをそのまま第２の先行移動量とすることにより、第１の位置指令ｙｒ１が目標停止位置ｙｓに到達する以前に第２の位置指令ｙｒ２が目標停止位置ｙｓに静止しているように構成したが、推定残距離ｙｅに基づいて異なる軌道の第２の位置指令ｙｒ２を生成してもよい。
【００５４】
次に本実施の形態の位置制御装置の動作を説明する。
本実施の形態は実施の形態１における第１の先行移動量演算部３、第２の先行移動量演算部５、切り替え判別部６の演算方式を変更したものであり、実施の形態１と動作の異なる部分のみ説明する。
【００５５】
まず、第１の先行移動量演算部２０３の動作について説明する。
第１の先行移動量演算部２０３は第１の位置指令ｙｒ１を入力し、実施の形態１と同様の演算により疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆを演算する。
また、第１の先行移動量演算部２０３は予め設定した先行時間Ｔｐを用いて、第１の先行移動量ｙｐ１を疑似指令速度ｖｆに先行時間Ｔｐを乗じた信号と疑似加速度指令ａｆに加速度増幅定数を乗じた信号の和として演算する。ここで加速度増幅定数は予め設定した加速度設定定数ｒと先行時間Ｔｐの２乗を乗じ２で除算した定数である。すなわち次の式（１０）により第１の先行移動量ｙｐ１を演算して出力する。
ｙｐ１＝Ｔｐ・ｖｆ＋ｒ・（Ｔｐ2／２）・ａｆ ・・・・（１０）
【００５６】
本実施の形態における上記式（１０）に示した第１の先行移動量ｙｐ１の、実施の形態１における式（１）の第１の先行移動量ｙｐ１との差をｈｐ１と表すと、ｈｐ１は次の式（１１）で表される。
ｈｐ１＝（ｒ−１）（Ｔｐ2／２）・ａｆ ・・・・（１１）
【００５７】
したがって第１の位置指令ｙｒ１が一定の加速度で変化しているとき、上記式（１１）のｈｐ１は定常的に一定値となる。したがって第１の実施の形態と同様に第１の先行移動量ｙｐ１を実先行移動量ｙｐとしたとき、第２の位置指令ｙｒ２は第１の位置指令ｙｒ１を先行時間Ｔｐだけ先行させた信号に対して一定の値ｈｐ１を保持した信号として生成できる。また加速度設定定数ｒの設定を変更することにより、すなわち加速度増幅定数を適切に設定することにより、第２の位置指令ｙｒ２を第１の位置指令ｙｒ１より適切な距離だけ先行させることができる。またこのとき、第２の位置指令ｙｒ２の速度ｖｒ２は定常的に第１の位置指令ｙｒ１の速度ｖｒ１を先行時間Ｔｐだけ先行した信号として生成できる。すなわち、第２の位置指令を第１の位置指令より早く目標停止位置付近に到達させて減速させる。
【００５８】
次に、第２の先行移動量演算部２０５の動作について説明する。
第２の先行移動量演算部２０５は第１の位置指令ｙｒ１が減速しているときに、残距離推定部４において実施の形態１と同じ式（４）で演算した推定残距離ｙｅに基づき、推定残距離ｙｅを１／ｒ倍した信号を第２の先行移動量ｙｐ２として出力する。すなわち第２の先行移動量ｙｐ２は次の式（１２）で演算する。
ｙｐ２＝−ｖｆ2／（２・ｒ・ａｆ） ・・・・（１２）
【００５９】
また、第１の位置指令ｙｒ１が将来停止する目標停止位置ｙｓと第１の位置指令ｙｒ１の差の推定値が推定残距離ｙｅであるので、式（１２）により演算した第２の先行移動量ｙｐ２を実先行移動量ｙｐとすることにより、次の式（１３）の関係から、目標停止位置ｙｓと生成する第２の位置指令ｙｒ２との差を、目標停止位置と第１の位置指令の差の（１ー１／ｒ）倍にすることが分かる。
ｙｓ−ｙｒ２＝ｙｓ−ｙｒ１−ｙｐ２
＝ｙｓ−ｙｒ１−（１／ｒ）・ｙｅ
＝（１−１／ｒ）・ｙｅ ・・・・（１３）
【００６０】
すなわち第２の位置指令ｙｒ２の目標停止位置ｙｓを基準とした軌道を第１の位置指令ｙｒ１の目標停止位置ｙｓを基準とした軌道の（１−１／ｒ）倍である相似な軌道とすることが可能である。したがって、第１の位置指令ｙｒ１が一定の加速度ａｒ１で減速して停止する軌道に対して、第２の位置指令ｙｒ２が（１−１／ｒ）・ａｒ１の一定加速度で減速し、第１の位置指令ｙｒ１が停止する時刻ｔｓに第２の位置指令ｙｒ２も同じ目標停止位置ｙｓで停止するような軌道を生成することができる。
【００６１】
図８は本実施の形態において加速度設定定数ｒを１より大きくした場合の、停止近傍の動作を表す図で、ｖｒ１およびｖｒ２の動作を表している。図８において時刻ｔで、斜線部［Ｃ］と斜線部［Ｄ］の和が残距離推定部４で推定された推定残距離ｙｅ、すなわち第１の位置指令ｙｒ１の目標停止位置ｙｓとの差を表し、斜線部［Ｃ］が式（１２）により演算された第２の先行移動量ｙｐ２を、斜線部［Ｄ］が式（１３）で表される第２の位置指令ｙｒ２と目標停止位置ｙｓとの差を表す。
また図９は本実施の形態において加速度設定定数ｒを１より小さくした場合の、停止近傍の動作を表す図で、ｖｒ１およびｖｒ２の動作を示している。図９において時刻ｔで、斜線部［Ｅ］が残距離推定部４で推定された残距離ｙｅ、すなわち第１の位置指令ｙｒ１の目標停止位置ｙｓとの差を表し、斜線部［Ｅ］と斜線部［Ｆ］の和が式（１２）により演算された第２の先行移動量ｙｐ２を、斜線部［Ｆ］が式（１３）で表される第２の位置指令ｙｒ２の目標停止位置ｙｓとの差を表す。
【００６２】
次に、切り替え判別部２０６の動作および切り替え判別部２０６による切り替え時の位置制御装置の動作について説明する。
切り替え判別部２０６は第１の位置指令ｙｒ１に基づいて切り替え時点ｔｃを判別し、切り替えスイッチ７が切り替え時点ｔｃより以前は第１の先行移動量ｙｐ１を実先行移動量ｙｐにし、切り換え時点ｔｃ以降は第２の先行移動量ｙｐ２を実先行移動量ｙｐにするように切り替え信号ｓｗを出力する。
【００６３】
ここで、第１の先行移動量ｙｐ１と第２の先行移動量ｙｐ２の差は次の式（１４）で表される。
ｙｐ１−ｙｐ２＝Ｔｐ・ｖｆ＋（Ｔｐ2／２）・ｒ・ａｆ＋ｖｆ2／（２・ｒ・ａｆ）
＝｛１／（２・ｒ・ａｆ）｝（ｖｆ＋Ｔｐ・ｒ・ａｆ）2 ・・・・（１４）
【００６４】
したがって、第１の位置指令ｙｒ１が減速中に次の式（１５）が成り立つ時点を切り替え時点ｔｃとすれば、切り替え時点ｔｃで上記の式（１４）および式（１４）の時間微分は０になる。すなわち第１の先行移動量ｙｐ１と第２の先行移動量ｙｐ２が一致するとともに、第１の先行移動量ｙｐ１の微分と第２の先行移動量ｙｐ２の微分も一致する。したがって式（１５）が成り立つ時点でスイッチ７が第１の先行移動量ｙｐ１から第２の先行移動量ｙｐ２へ切り替えて実先行移動量ｙｐとして出力すれば、第２の位置指令ｙｒ２およびその微分ｖｒ２は連続になり、制御対象１に衝撃を与えることなく切り替えることが可能である。
ｖｆ＝−Ｔｐ・ｒ・ａｆ ・・・・（１５）
【００６５】
なお、実際の切り替え判別部２０６の動作は、式（１５）の等号が一致する瞬間を判別するのは困難なため、第１の位置指令ｙｒ１が停止から加速開始した時は実先行移動量ｙｐを第１の位置指令ｙｐ１とし、第１の位置指令ｙｒ１が減速しているときに次の式（１６）が成立すれば実先行移動量ｙｐを第２の先行移動量ｙｐ２に切り替えればよい。
図１０に切り替え判別部６の動作のフローチャートを示す。図１０において、まず、第１の位置指令速度ｙｒ１が減速中であるか否かを判別する（ＳＴ１１）。減速中でなければｙｐ＝ｙｐ１のままとし（ＳＴ１２）、減速中であれば、次式（１６）が成立するか否かを判別する（ＳＴ１３）。次式（１６）が成立しなければｙｐ＝ｙｐ１のままとし（ＳＴ１２）、成立すればｙｐ＝ｙｐ２に切り替える（ＳＴ１４）。なお、第１の位置指令ｙｐ１が減速しているか否かの判別は、例えば疑似指令速度ｖｆと疑似指令加速度ａｆの積の符号が負であるか否かで判別すればよい。
｜ｖｆ｜ ＜ Ｔｐ・ｒ・｜ａｆ｜ ・・・・（１６）
【００６６】
図１１に、本実施の形態において加速度設定定数ｒが１より大きい場合の第１の位置指令ｙｒ１、第２の位置指令ｙｒ２および実位置ｙｍの減速から停止にかけた応答を示す。また図１１にはｙｒ２’として第１の位置指令ｙｒ１を先行時間Ｔｐだけ先行させた信号を併せて示す。図１１に示したように、加速度設定定数ｒが１より大きい場合は、第２の位置指令ｙｒ２は第１の位置指令ｙｒ１よりも先行時間Ｔｐだけ先行した軌道を基準に一定距離だけ遅れた軌道で減速し、停止近傍では第１の位置指令ｙｒ１の加速度ａｒ１を（１ー１／ｒ）倍した、加速度ａｒ１より小さな加速度で減速して目標停止位置ｙｓで停止する。すなわち第１の位置指令ｙｒ１が停止するのと同時に、かつ緩やかに目標停止位置ｙｓに停止するような軌道で第２の位置指令ｙｒ２を生成することができる。したがって、第１の位置指令ｙｒ１をそのまま追従制御部に入力した従来の技術に比べて、実位置ｙｍの整定を遅くすることなく、しかも制御対象１により衝撃を与えないように、より緩やかに、整定させることが可能になる。
【００６７】
また、図１２に加速度設定定数ｒが１より小さい場合の第１の位置指令ｙｒ１および第２の位置指令ｙｒ２および実位置ｙｍの減速から停止にかけた応答を示す。また図１２にはｙｒ２’として第１の位置指令ｙｒ１を先行時間Ｔｐだけ先行させた信号を併せて示す。図１２に示したように、加速度設定定数ｒが１より小さい場合は、第２の位置指令ｙｒ２は第１の位置指令ｙｒ１よりも先行時間Ｔｐだけ先行した軌道より一定距離だけ進んだ軌道で減速してオーバーシュートをし、停止近傍では第１の位置指令ｙｒ１の加速度ａｒ１を（１ー１／ｒ）倍した、加速度ａｒ１と逆符号の加速度で減速して目標停止位置ｙｓで停止する。このとき第２の位置指令ｙｒ２はオーバーシュートをするが、追従制御部２がローパス特性を持つため制御対象１の実位置ｙｍは第２の位置指令ｙｒ２より滑らかに整形され、このオーバーシュート量を調整することにより実位置ｙｍの停止時の応答を加速度設定定数ｒが１の場合に比べて急峻にし、整定時間を短縮することができる。したがって、第１の位置指令ｙｒ１をそのまま追従制御部に入力した従来の技術に比べて実位置ｙｍの応答を先行時間Ｔｐだけ先行させた場合より急峻に停止させ、整定時間を先行時間Ｔｐ以上に短縮することが可能になる。
【００６８】
本実施の形態による位置制御装置は以上のように構成されており、第２の位置指令を第１の位置指令より早く目標停止位置付近に到達させて減速させるため、追従制御部２における高域遮断特性を維持したまま、整定時間を短縮することが可能である。また、切り換え時点以降は第２の位置指令を適切に生成することにより、停止時にも制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくしたり機械共振を励起したりすることなく、整定時間を短縮することが可能であり、加速度設定定数ｒの設定に応じて、従来の技術より整定時間が長くなることなく停止時の応答を緩やかにして制御対象１に与える衝撃を更に低減したり、停止時の応答を急峻にして整定時間を更に短縮したりすることが可能になる。
【００６９】
実施の形態４．
上記各実施の形態では、第１の位置指令ｙｒ１が停止する近傍で残距離推定部４の出力である推定残距離ｙｅに基づいて第２の位置指令ｙｒ２を生成するような構成としたが、推定残距離ｙｅの演算を行わず近似的に上記各実施の形態と同様な効果を実現してもよい。
【００７０】
図１３は実施の形態４による位置制御装置の構成を示す図である。図１３において、図１と同一符号は同一部分を表し、その説明を省略する。３０３は先行移動量演算部であり、実施の形態１における第１の先行移動量演算部３に残距離推定部４および第２の先行移動量演算部５の機能を近似的に付加したものである。
【００７１】
次に図１３に示した位置制御装置の動作について説明する。
まず、外部から制御対象１の位置である実位置ｙｍに対する指令として第１の位置指令ｙｒ１を位置制御装置に入力する。第１の位置指令ｙｒ１の特性は実施の形態１と同じであり、説明を省略する。
【００７２】
切り替え判別部６は、第１の位置指令ｙｒ１を入力し切り替え信号ｓｗを出力する。切り替え判別部６の動作は実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
先行移動量演算部３０３は、第１の位置指令ｙｒ１と切り替え信号ｓｗに基づいて後述の演算により実先行移動量ｙｐを出力する。
追従制御部２は、第１の位置指令ｙｒ１と実先行移動量ｙｐの和を第２の位置指令ｙｒ２として入力し、制御対象１の位置である実位置ｙｍが第２の位置指令ｙｒ２に追従するように制御を行う。
【００７３】
次に、先行移動量演算部３０３の動作について説明する。
先行移動量演算部３０３は、第１の位置指令ｙｒ１と切り替え信号ｓｗを入力して実施の形態１と同様に疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆを演算し、第１の位置指令ｙｒ１が加速開始した時点から切り替え信号ｓｗが切り替わる切り替え時点ｔｃまで実施の形態１と同様に第１の先行移動量ｙｐ１を演算し、第１の先行移動量ｙｐ１を実先行移動量ｙｐとして出力する。すなわち次の式（１７）により第１の先行移動量ｙｐ１および実先行移動量ｙｐを演算する。ここで、疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆの演算については実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
ｙｐ＝ｙｐ１
＝ ｙｐ１＝Ｔｐ・ｖｆ＋（Ｔｐ2／２）・ａｆ ・・・・（１７）
【００７４】
ここで、第１の位置指令ｙｒ１が停止するまで上記の式（１７）の演算により実先行移動量ｙｐを演算すると、第２の位置指令ｙｒ２は目標停止位置ｙｓより小さくなるような逆応答を起こす。また第１の位置指令ｙｒ１が停止した以降に上記の式（１７）の演算により実先行移動量ｙｐを演算すると、疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆが過渡的応答をするため、第２の位置指令ｙｒ２の波形が乱れ、制御対象１の応答が乱れる。
したがって、第１の位置指令ｙｒ１が減速中で停止する以前に、実先行移動量ｙｐの演算方法を式（１７）から適切に変更することにより、制御対象１の実位置ｙｍの応答が適切な応答となるように変更することができる。
【００７５】
先行移動量演算部３０３は、切り替え判別部６が切り替えを判別した切り替え時点ｔｃから以降は、切り替え時点ｔｃにおける実先行移動量ｙｐ（ｔｃ）に基づいて、実先行移動量ｙｐが０になるまで徐々に減算する。すなわち、時刻ｔにおける実先行移動量ｙｐ（ｔ）は直前の実先行移動量ｙｐから適切な演算により減算していき、実先行移動量ｙｐが０になった時点以降は実先行移動量ｙｐを０に固定すれば、実施の形態１と同様な効果が得られる。また、実先行移動量ｙｐが切り換え時刻ｔｃから先行時間Ｔｐをかけて０になるように上述の減算を実現すれば、簡易な演算で実施の形態１に類似した特性が得られる。特に、次の式（１８）に基づいて実先行移動量ｙｐを演算し、先行移動量ｙｐが０になった時点で演算を停止すれば、第１の位置指令ｙｒ１の加速度ａｒ１と疑似指令加速度ａｆが一致している場合には実施の形態１と全く同じ動作を行う。
ｙｐ（ｔ）＝ｙｐ（ｔｃ）−∫（ｖｆ（ｔｃ））ｄｔ＋∫∫（ａｆ）ｄｔ2 ・・・・（１８）
ただし上式の右辺第２項は切り替え時点ｔｃにおける疑似指令速度ｖｆ（ｔｃ）の時間積分を表し、右辺第３項は疑似指令加速度ａｆの切り替え時点ｔｃからの２階時間積分を表す。なお、疑似指令加速度ａｆは負の値であるため右辺第３項も減算をしていることになる。
【００７６】
図１４に本実施の形態の切り替え判別部６および先行移動量演算部３０３の動作のフローチャートを示す。図１４において、まず、第１の位置指令速度ｙｒ１が減速中であるか否かを判別する（ＳＴ２１）。減速中でなければｙｐ＝ｙｐ１のままとし（ＳＴ２２）、減速中であれば、前述の式（８）が成立するか否かを判別する（ＳＴ２３）。式（８）が成立しなければｙｐ＝ｙｐ１のままとし（ＳＴ２２）、成立すれば実先行移動量ｙｐが０または負であるか否かを判別する（ＳＴ２４）。ｙｐが０または負であればｙｐ＝０とし（ＳＴ２５）、ｙｐが０または負でなければすなわち正であればｙｐを直前の値から減じる（ＳＴ２６）。なお、第１の位置指令ｙｐ１が減速しているか否かの判別は、例えば疑似指令速度ｖｆと疑似指令加速度ａｆの積の符号が負であるか否かで判別すればよい。
｜ｖｆ｜ ＜ Ｔｐ・｜ａｆ｜ ・・・・（８）
【００７７】
本実施の形態による位置制御装置は以上のように構成されており、第２の位置指令を第１の位置指令より早く目標停止位置付近に到達させて減速させるため、追従制御部２における高域遮断特性を維持したまま、整定時間を短縮することが可能である。また、切り換え時点以降は比較的簡単な演算で第２の位置指令を適切に生成することにより、停止時にも制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくしたり機械共振を励起したりすることなく、整定時間を短縮することが可能である。
【００７８】
実施の形態５．
図１５は本発明の実施の形態５による位置制御装置の構成を示す図である。図１５において、図１と同一符号は同一部分を表し、その説明を省略する。４０５は停止軌道生成部、４０６は切り替え判別部、４０７は切り替えスイッチである。
【００７９】
次に図１５に示した位置制御装置の動作について説明する。
残距離推定部４は、外部から入力した第１の位置指令ｙｒ１を入力し実施の形態１と同じ動作により演算した推定残距離ｙｅを第１の推定残距離ｙｅ１として出力しする。
停止軌道生成部４０５は、第１の位置指令ｙｒ１と第１の推定残距離ｙｅ１を入力して後述の演算により第３の位置指令ｙｒ３を出力する。
切り替え判別部４０６は、第１の位置指令ｙｒ１が減速開始あるいは減速中であることを判別して切り替え信号ｓｗを出力する。
切り替えスイッチ４０７は、第１の位置指令ｙｒ１と第３の位置指令ｙｒ３を入力し、切り替え信号ｓｗに基づいて第１の位置指令ｙｒ１が加速中および一定速中は第１の位置指令ｙｒ１をそのまま第２の位置指令ｙｒ２として出力し、第１の位置指令ｙｒ１の減速開始時あるいは減速中に切り替え信号ｓｗが切り替わって以降は第３の位置指令ｙｒ３を第２の位置指令ｙｒ２として出力する。
【００８０】
次に、停止軌道生成部４０５について説明する。
図１６は停止軌道生成部の内部の構成を表す図である。図１６において、４０８は積分器、４０９は速度軌道生成部である。
停止軌道生成部４０５は、まず、第１の位置指令ｙｒ１と残距離推定部４が出力した第１の推定残距離ｙｅ１と切り替え判別部４０６が出力した切り替え信号ｓｗを入力し、切り替え信号ｓｗが切り替わった瞬間に積分器４０８の出力の初期値を第１の位置指令ｙｒ１に一致させる。
次に、第１の位置指令ｙｒ１と第１の推定残距離ｙｅ１の和信号を推定停止位置ｙｓｅとして演算する。ここで、第１の位置指令ｙｒ１が加速度一定で減速している場合には、定常的に、前記の推定停止位置ｙｓｅは第１の位置指令ｙｒ１が将来停止する目標停止位置ｙｓに一致する。
【００８１】
次に、前記の推定停止位置ｙｓｅと積分器４０８の出力である第３の位置指令ｙｒ３との差信号を第２の推定残距離ｙｅ２とし、第１の位置指令ｙｒ１と第２の推定残距離ｙｅ２を速度軌道生成部４０９に入力する。ここで、第２の推定残距離ｙｅ２は、第１の位置指令ｙｒ１が将来停止する目標停止位置ｙｓと第３の位置指令ｙｒ３の現在の値との差を推定した値である。
【００８２】
次に、速度軌道生成部４０９は、第１の位置指令ｙｒ１の動作に応じて第２の推定残距離ｙｅ２に対する第３の指令速度ｖｒ３の軌道の関係を後述のような演算式あるいは参照テーブルにより予め定めておき、入力した第２の推定残距離ｙｅ２および第１の位置指令ｙｒ１に基づいて第３の指令速度ｖｒ３を出力する。
次に、積分器４０８は、第３の指令速度ｖｒ３を入力し、上述のように設定した出力初期値から第３の指令速度ｖｒ３を積分した信号を第３の位置指令ｙｒ３として出力し、停止軌道生成部４０５は第３の位置指令ｙｒ３を出力する。
【００８３】
停止軌道生成部４０５を以上のように構成することにより、第３の位置指令ｙｒ３の軌道は速度軌道生成部４０９において予め任意に設定した軌道に一致して生成され、また、切替判別部４０６が切り替わった後、すなわち第１の位置指令ｙｒ１が減速中から停止するまでは、第２の位置指令ｙｒ２を第３の位置指令ｙｒ３とすることにより、第２の位置指令ｙｒ２は速度軌道生成部４０９において予め任意に設定した軌道に一致して生成される。
【００８４】
次に、速度軌道生成部４０９における軌道の設定について説明する。
速度軌道生成部４０９は予め設定した関係式あるいはテーブル参照により、第２の推定残距離ｙｅ２に対して予め設定した速度軌道を描くような第３の指令速度ｖｒ３を算出する。例えば目標停止位置ｙｓに一定の加速度ａ０で停止させたいとした場合は、速度軌道生成部４０９は次の式（１９）により第３の指令速度ｖｒ３を演算することにより、第３の位置指令ｙｒ３は目標停止位置ｙｓに一定の加速度ａ０で減速して停止する。
ｖｒ３＝（−２・ａ０・ｙｅ２）1/2 ・・・・（１９）
【００８５】
本実施の形態では、第１の位置指令ｙｒ１の加速度である第１の指令加速度ａｒ１に応じて、第１の指令加速度ａｒ１より急な加速度で減速させるために、第１の位置指令ｙｒ１を２階微分あるいは２階疑似微分した疑似指令加速度ａｆを演算し、１より大きな定数ｇを用いて、次の式（２０）により第３の指令速度ｖｒ３を演算する。
ｖｒ３＝（−２・ｇ・ａｆ・ｙｅ２）1/2 ・・・・（２０）
【００８６】
更に、切替信号ｓｗが切り替わった直後に第３の指令速度ｖｒ３が大きくなると制御対象１に与える衝撃となるため、第１の位置指令ｙｒ１の微分あるいは２階微分である疑似指令速度ｖｆを演算しておき、切替信号ｓｗが切り替わった瞬間の疑似指令速度ｖｆを超えないように第３の指令速度ｖｒ３を制限しておく。
【００８７】
速度軌道生成部４０９の軌道を以上のように設定しておくことにより、切り替えスイッチ４０７が切り替わった後の第３の位置指令ｙｒ３、すなわち第２の位置指令ｙｒ２の動作は、切り替えスイッチ４０７が切り替わった直後は第１の位置指令ｙｒ１が減速しても一定速で変化し、その後に第１の位置指令の加速度ａｒ１をｇ倍した加速度で減速し、目標停止位置ｙｓに第１の位置指令ｙｒ１が停止するより早く停止するような軌道を生成することができる。
【００８８】
なお、上述の説明では第１の位置指令ｙｒ１の加速度のｇ倍の加速度で第２の位置指令ｙｒ２が減速して停止するように速度軌道生成部４０９を構成するとしたため、停止時の加速度変化がその分だけ大きくなるが、減速時間が長い場合には加速度を少し大きくするだけで第２の位置指令ｙｒ２が第１の位置指令ｙｒ１より早く目標到達位置に到達し、また追従制御部２の高域遮断特性は維持するため、従来の技術において追従制御部２の応答を速くした場合に比べると制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくせずに整定時間が短縮される。また速度軌道生成部４０９を、第３の位置指令ｙｒ３および第２の位置指令ｙｒ２が停止する直前は加速度を小さく変更するように構成することも可能であり、停止時に制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくしないようにする事も可能である。
【００８９】
本実施の形態では以上のように位置制御装置を構成することにより、第２の位置指令ｙｒ２が減速して停止する軌道を停止軌道生成部４０５および速度軌道生成部４０９で任意に設定することが可能になるため、第２の位置指令ｙｒ２を第１の位置指令ｙｒ１より早く目標停止位置ｙｓに停止させるように第３の位置指令ｙｒ３の軌道を生成することにより、停止時に制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくしたり機械共振を励起したりすることなく、整定時間を短縮することが可能である。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、以下に示すような効果が得られる。
外部から入力した第１の位置指令に基づいて実先行移動量を出力する先行移動量演算部と、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号である第２の位置指令を入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備え、前記先行移動量演算部は前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に予め設定した加速度増幅定数を乗じた信号との加算に基づいて前記実先行移動量を演算するので、
追従制御部に入力する第２の位置指令を第１の位置指令より早く目標停止位置付近に到達させて減速させるため、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【００９１】
また、外部から入力した第１の位置指令に基づいて実先行移動量を出力する先行移動量演算部と、前記第１の位置指令に基づいて第１の位置指令が減速中に切り替え時点の判別を行う切り替え判別部と、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号である第２の位置指令を入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備え、前記先行移動量演算部は前記切り替え時点以前は前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に予め設定した加速度増幅定数を乗じた信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算するとともに、前記切り替え時点以降は前記の切り替え時点以前と異なる演算により前記実先行移動量を演算するので、
切り替え時点以前は追従制御部に入力する第２の位置指令を第１の位置指令より早く目標停止位置付近に到達させて減速させ、切り換え時点以降の第２の位置指令を適切に生成させるため、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、また停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり機械共振を励起したりすることなく停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【００９２】
さらに、前記先行移動量演算部は、前記加速度増幅定数を前記第１の位置指令が加速するときは前記第１の位置指令が減速するときより小さい値になるよう切り替えるので、
加速時に制御対象に高周波数成分を印加しないようにし、また加速開始時および加速終了時に制御対象に加える衝撃が増大しないようにしながら、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【００９３】
さらに、先行移動量演算部は、前記加速度増幅定数を前記先行時間Ｔｐの２乗を２で割った値に基づいて設定するので、
追従制御部に入力する第２の位置指令を第１の位置指令に対して先行時間Ｔｐだけ先行させて目標停止位置で速度が零になるように生成し、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【００９４】
さらに、前記先行移動量演算部は、次式で表される第１の位置指令ｙｒ１を入力とした２次以上の伝達関数演算により疑似指令速度ｖｆの演算を行い、次式においてｂ2＝ａ1とするので、
疑似速度指令を高周波数ノイズを除去しながら第１の位置指令の微分に定常的に一致させることができ、先行移動量を定常的誤差無く演算することができる。これにより第２の位置指令の軌道を定常誤差無く正確に生成するため、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、整定時間を短縮することが可能である。
ｖｆ／ｙｒ１＝（ｓ＋ｂ2・Ｓ2＋…＋ｂm・ｓm）／（１＋ａ1・ｓ＋ａ2・ｓ2＋…＋ａn・ｓn）
（ただし、ｎ、ｍは２以上の整数で、ａ1、ａ2、…、ａnおよびｂ2、…、ｂmは予め設定した定数、ｓはラプラス演算子である。）
【００９５】
また、外部から入力した第１の位置指令に基づいて第２の位置指令を生成し、前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備える位置制御装置において、前記第１の位置指令が減速中に前記第１の位置指令の変化特性に基づいて前記第１の位置指令が将来停止する位置である目標停止位置と前記第１の位置指令の現在の位置との差を推定して推定残距離として出力する残距離推定部と、前記第１の位置指令に基づいて前記第１の位置指令が減速開始時あるいは減速中に切り替え時点を判別する切り替え判別部とを備え、前記切り替え時点以降は前記第１の位置指令と前記推定残距離とに基づいて前記第２の位置指令を生成するので、
切り替え時点以降は目標停止位置を基準に任意に設定した軌道で第２の位置指令を生成できる。これにより切り替え時点以降に第２の位置指令を第１の位置指令より早く目標停止位置に停止させるように軌道を生成させ、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、また停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり機械共振を励起したりすることなく停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【００９６】
また、外部から入力した第１の位置指令に基づいて第１の先行移動量を出力する第１の先行移動量演算部と、前記第１の位置指令を入力し前記第１の位置指令が減速中に前記第１の位置指令の変化特性に基づいて前記第１の位置指令が将来停止する位置である目標停止位置と前記第１の位置指令の現在の位置との差を推定して推定残距離として出力する残距離推定部と、前記推定残距離に基づいて第２の先行移動量を出力する第２の先行移動量演算部と、前記第１の位置指令に基づいて前記第１の位置指令が減速中に切り替え時点を判別する切り替え判別部と、前記切り替え時点以前は前記第１の先行移動量を実先行移動量として出力し前記切り替え時点以降は前記第２の先行移動量を実先行移動量として出力する切り替えスイッチと、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号を第２の位置指令として入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備えるので、
切り替え時点以前に第２の位置指令を予め第１の位置指令より先行させておき、切り替え時点以降に第２の位置指令を目標停止位置を基準として任意に設定した軌道として生成することができる。これにより第２の位置指令を切り替え時点以前は第１の位置指令より早く目標停止位置の近くに到達させ、切り替え時点以降は適切な軌道で目標停止位置に停止させることができ、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、また停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり機械共振を励起したりすることなく停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【００９７】
さらに、前記残距離推定部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に基づき、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算する演算に基づいて前記推定残距離を演算するので、
第１の位置指令が一定の加速度で減速して停止する場合に正確に推定残距離を演算することができる。これにより第２の位置指令の軌道を正確に演算させる、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、また停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり機械共振を励起したりすることなく停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【００９８】
さらに、前記第２の先行移動量を推定残距離と同じにするので、
第１の位置指令が停止する以前に第２の位置指令を目標停止位置に静止するように生成することができる。これにより追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま整定時間を短縮することが可能である。
【００９９】
さらに、前記第２の先行移動量を推定残距離の定数倍とするので、
切り替え時点以降は第１の位置指令が停止する以前に第２の位置指令を第１の位置指令と相似な軌道として生成することができる。これにより制御対象の位置を緩やかに減速停止させ、停止時に制御対象の機械系に衝撃を与えたり機械共振を励起したりすることを更に低減させながら停止時の整定時間を短縮したり、制御対象の位置を急峻に減速停止させ、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、整定時間を更に短縮したりすることが可能である。
【０１００】
さらに、前記切り替え判別部は、前記第１の先行移動量と前記第２の先行移動量が一致する条件に基づいて前記切り替え時点を判別するので、
切り替え時点で第２の位置指令を連続にすることができる。これにより切り替え時点に制御対象に与える衝撃を小さくしながら第２の位置指令を切り替え時点以前は第１の位置指令より早く目標停止位置の近くに到達させ、切り替え時点以降は適切な軌道で目標停止位置に停止させることができ、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、また停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり機械共振を励起したりすることなく停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【０１０１】
さらに、前記第１の先行移動量演算部および前記第２の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令が減速中に前記第１の先行移動量と前記第２の先行移動量が一致する時点で前記第１の先行移動量の微分と前記第２の先行移動量の微分が一致するように構成するので、
切り替え時点で第２の位置指令およびその微分を連続にすることができる。これにより切り替え時点に制御対象に与える衝撃を与えることなく第２の位置指令を切り替え時点以前は第１の位置指令より早く目標停止位置の近くに到達させ、切り替え時点以降は適切な軌道で目標停止位置に停止させることができ、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、また停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり機械共振を励起したりすることなく停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【０１０２】
さらに、前記第１の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と、前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に前記先行時間Ｔｐの２乗を乗じて２で除算した信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算し、前記残距離推定部は、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算して前記推定残距離を演算し、前記第２の先行移動量演算部は、前記推定残距離を前記第２の先行移動量とするので、
第１の位置指令が加速度一定で減速停止する場合に、第２の位置指令を切り替え時点以前は第１の位置指令に対して先行時間Ｔｐだけ先行するようにし、切り替え時点で第２の位置指令およびその微分は連続にし、切り替え時点以降は目標停止位置に静止するように生成できる。これにより切り替え時点で制御対象に与える衝撃を大きくすることなく、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、また停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり機械共振を励起したりすることなく停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【０１０３】
さらに、前記第１の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と、前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に前記先行時間Ｔｐの２乗と予め設定した加速度設定定数を乗じて２で除算した信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算し、前記残距離推定部は、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算して前記推定残距離を演算し、前記第２の先行移動量演算部は、前記推定残距離を前記加速度設定定数で除算した信号を前記第２の先行移動量とするので、
第１の位置指令が加速度一定で減速停止する場合に、第２の位置指令を切り替え時点以前は第１の位置指令に対して先行時間Ｔｐだけ先行した軌道に一定の差を保つように減速し、切り替え時点で第２の位置指令およびその微分を連続にし、切り替え時点以降は第１の位置指令と相似な軌道になるように生成できる。これにより切り替え時点で制御対象に与える衝撃を大きくすることなく、停止時に制御対象の機械系に衝撃を与えたり機械共振を励起したりすることを更に低減させながら停止時の整定時間を短縮したり、制御対象の位置を急峻に減速停止させ、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、整定時間を更に短縮したりすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による位置制御装置の構成図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係り、第１の先行移動量演算部の動作原理を説明する図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係り、第２の先行移動量演算部の動作原理を説明する図である。
【図４】 本発明の実施の形態１に係り、切り替え判別部および切り替えスイッチの動作の流れを表すフローチャート図である。
【図５】 本発明の実施の形態１に係り、第１の位置指令、第２の位置指令および実位置の減速から停止にかけた応答を表す図である。
【図６】 本発明の実施の形態２による位置制御装置の構成図である。
【図７】 本発明の実施の形態３による位置制御装置の構成図である。
【図８】 本発明の実施の形態３に係り、第２の先行移動量演算部の動作原理を説明する図である。
【図９】 本発明の実施の形態３に係り、第２の先行移動量演算部の動作原理を説明する図である。
【図１０】 本発明の実施の形態３に係り、切り替え判別部および切り替えスイッチの動作の流れを表すフローチャート図である。
【図１１】 本発明の実施の形態３に係り、第１の位置指令、第２の位置指令および実位置の減速から停止にかけた応答の一例を表す図である。
【図１２】 本発明の実施の形態３に係り、第１の位置指令、第２の位置指令および実位置の減速から停止にかけた応答の別の例を表す図である。
【図１３】 本発明の実施の形態４による位置制御装置の構成図である。
【図１４】 本発明の実施の形態４に係り、切り替え判別部および切り替えスイッチの動作の流れを表す図である。
【図１５】 本発明の実施の形態５による位置制御装置の構成図である。
【図１６】 本発明の実施の形態５に係り、停止軌道生成部の内部の構成を表す図である。
【図１７】 従来の技術による位置制御装置の構成図である。
【図１８】 従来の技術における位置指令の速度および実速度の軌道を表す図である。
【図１９】 従来の技術における位置指令および実位置の応答を表す図である。
【符号の説明】
１ 制御対象、２ 追従制御部、３，１０３，２０３ 第１の先行移動量演算部、３０３ 先行移動量演算部、４ 残距離推定部、５，２０５ 第２の先行移動量演算部、６，２０６，４０６ 切り替え判別部、７，４０７ 切り替えスイッチ、４０５ 停止軌道生成部、４０８ 積分器、４０９ 速度軌道生成部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械など制御対象の位置を移動して目標停止位置に停止させる位置制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１７に従来の位置制御装置の構成を示す。図において１は制御対象、２は追従制御部である。
【０００３】
次に動作を説明する。制御対象１は追従制御部２の発生するトルク指令τｒに応じたトルクを発生して駆動される機械系である。また、追従制御部２は外部から入力した位置指令ｙｒを入力し、制御対象１の位置である実位置ｙｍを検出し、実位置ｙｍが位置指令ｙｒに特定の伝達特性を持って追従するように、例えばＰＩＤ制御や２自由度制御などの制御方式によりトルク指令τｒを演算して出力する。このような位置制御については例えば刊行物（「ＡＣサーボ応用マニュアル」編者：三菱電機株式会社、発行所：株式会社電気書院、１９９４年５月２５日第１版第２刷発行。ｐ．１９５）に記載されている。
【０００４】
次に、位置指令ｙｒおよび制御対象１の実位置ｙｍの特性について図１８および図１９に基づいて説明する。図１８は従来の技術における位置指令ｙｒの微分（速度）であるｖｒおよび制御対象１の実位置ｙｍの微分である実速度ｖｍの軌道を表す図であり、図１９は減速から停止にかけての位置指令ｙｒおよび実位置ｙｍの応答を表す図である。図１８および図１９において、ｔｓは位置指令ｙｒ（位置指令ｙｒの微分ｖｒ）の停止時刻である。
【０００５】
次に位置指令ｙｒの特性について説明する。位置指令ｙｒは位置制御装置の外部の装置によって生成され、制御対象１を移動させる距離に応じて、目標停止位置ｙｓまで位置指令ｙｒが変化するように生成される。また、制御対象１が発生するトルクには限界が有り、また制御対象１の機械強度にも限界が有るため、制御対象１のとり得る加速度には限界が有る。また、制御対象１の移動距離に応じて位置指令ｙｒの軌道を計算させる必要が有り、それを簡単に行うため、制御対象１を移動させて停止させる目的の場合、通常の位置指令ｙｒの軌道は加速度一定で加速し、長い距離を移動する場合には速度一定の期間を経過した後、加速度一定で減速させるよう、位置指令ｙｒの速度ｖｒが時間に対して台形状の軌跡となるように生成される。
【０００６】
次に、制御対象１の実位置ｙｍの応答については、追従制御部２は位置指令ｙｒの高周波数成分によって制御対象１に衝撃を与えないように、すなわち実位置ｙｍが滑らかになるよう、通常は位置指令ｙｒから実位置ｙｍの応答がローパス特性となるように設定され、その結果、実位置ｙｍの応答が位置指令ｙｒに比べて遅れの特性を持つ。したがって、図１８および図１９に示すように、実位置ｙｍおよび実速度ｖｍがそれぞれ位置指令ｙｒおよびその微分ｖｒに対して遅れて追従する特性を持つ。
【０００７】
また、位置制御装置を用いるシステムでは、制御対象１の実位置ｙｍが停止した後に何らかの作業を行うため、位置指令ｙｒが目標停止位置に停止した後、制御対象１の実位置ｙｍが停止するのを待つ必要が生じ、位置指令ｙｒが目標停止位置に停止した後、制御対象１の実位置ｙｍが目標停止位置に停止するまでの時間、すなわち整定時間を短縮したいという要求がある。
【０００８】
しかしながら、従来の位置制御装置において停止時の整定時間を短縮するために追従制御部２が遅れないように応答を速くすると、ローパス特性である位置指令ｙｒから実位置ｙｍの高域遮断特性（高周波数成分の減衰特性）が弱くなるため、位置指令ｙｒの速度や加速度の変化（以下、位置指令ｙｒの変化と記述する）やノイズに対して常に制御対象１に与える衝撃を大きくするという問題が起きる。またその結果、停止時にも制御対象１に与える衝撃を大きくしたり、機械共振を励起したりする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の位置制御装置は以上のように構成されており、位置指令をそのまま追従制御部２に入力するため、停止時の整定時間を短縮するために追従制御部２の応答を速くすると追従制御部２の高域遮断特性が弱くなり位置指令の変化やノイズに対して常に制御対象１に与える衝撃を大きくするため整定時間を短縮できないという問題が有る。また、停止時に制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくしたり機械共振を励起したりするため整定時間を短縮するのが困難であるという問題が有る。
【００１０】
本発明は、上述のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま停止時の整定時間を短縮することができる位置制御装置を提供することを第１の目的とする。
また、停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり、機械共振を励起したりすることなく整定時間を短縮できる位置制御装置を提供することを第２の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る位置制御装置は、外部から入力した第１の位置指令に基づいて実先行移動量を出力する先行移動量演算部と、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号である第２の位置指令を入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備え、前記先行移動量演算部は前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に予め設定した加速度増幅定数を乗じた信号との加算に基づいて前記実先行移動量を演算するものである。
【００１２】
また、外部から入力した第１の位置指令に基づいて実先行移動量を出力する先行移動量演算部と、前記第１の位置指令に基づいて第１の位置指令が減速中に切り替え時点の判別を行う切り替え判別部と、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号である第２の位置指令を入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備え、前記先行移動量演算部は前記切り替え時点以前は前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に予め設定した加速度増幅定数を乗じた信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算するとともに、前記切り替え時点以降は前記の切り替え時点以前と異なる演算により前記実先行移動量を演算するものである。
【００１３】
また、前記先行移動量演算部は、前記加速度増幅定数を前記第１の位置指令が加速するときは前記第１の位置指令が減速するときより小さい値になるよう切り替えるものである。
【００１４】
また、前記先行移動量演算部は、前記加速度増幅定数を前記先行時間Ｔｐの２乗を２で割った値に基づいて設定するものである。
【００１５】
また、前記先行移動量演算部は、次式で表される第１の位置指令ｙｒ１を入力とした２次以上の伝達関数演算により疑似指令速度ｖｆの演算を行い、次式においてｂ2＝ａ1とするものである。
ｖｆ／ｙｒ１＝（ｓ＋ｂ2・Ｓ2＋…＋ｂm・ｓm）／（１＋ａ1・ｓ＋ａ2・ｓ2＋…＋ａn・ｓn）
（ただし、ｎ、ｍは２以上の整数で、ａ1、ａ2、…、ａnおよびｂ2、…、ｂmは予め設定した定数、ｓはラプラス演算子である。）
【００１６】
また、外部から入力した第１の位置指令に基づいて第２の位置指令を生成し、前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備える位置制御装置において、前記第１の位置指令が減速中に前記第１の位置指令の変化特性に基づいて前記第１の位置指令が将来停止する位置である目標停止位置と前記第１の位置指令の現在の位置との差を推定して推定残距離として出力する残距離推定部と、前記第１の位置指令に基づいて前記第１の位置指令が減速開始時あるいは減速中に切り替え時点を判別する切り替え判別部とを備え、前記切り替え時点以降は前記第１の位置指令と前記推定残距離とに基づいて前記第２の位置指令を生成するものである。
【００１７】
また、外部から入力した第１の位置指令に基づいて第１の先行移動量を出力する第１の先行移動量演算部と、前記第１の位置指令を入力し前記第１の位置指令が減速中に前記第１の位置指令の変化特性に基づいて前記第１の位置指令が将来停止する位置である目標停止位置と前記第１の位置指令の現在の位置との差を推定して推定残距離として出力する残距離推定部と、前記推定残距離に基づいて第２の先行移動量を出力する第２の先行移動量演算部と、前記第１の位置指令に基づいて前記第１の位置指令が減速中に切り替え時点を判別する切り替え判別部と、前記切り替え時点以前は前記第１の先行移動量を実先行移動量として出力し前記切り替え時点以降は前記第２の先行移動量を実先行移動量として出力する切り替えスイッチと、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号を第２の位置指令として入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備えるものである。
【００１８】
また、前記残距離推定部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に基づき、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算する演算に基づいて前記推定残距離を演算するものである。
【００１９】
また、前記第２の先行移動量を前記推定残距離と同じにするものである。
【００２０】
また、前記第２の先行移動量を前記推定残距離の定数倍とするものである。
【００２１】
また、前記切り替え判別部は、前記第１の先行移動量と前記第２の先行移動量が一致する条件に基づいて前記切り替え時点を判別するものである。
【００２２】
また、前記第１の先行移動量演算部および前記第２の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令が減速中に前記第１の先行移動量と前記第２の先行移動量が一致する時点で前記第１の先行移動量の微分と前記第２の先行移動量の微分が一致するように構成するものである。
【００２３】
また、前記第１の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と、前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に前記先行時間Ｔｐの２乗を乗じて２で除算した信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算し、前記残距離推定部は、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算して前記推定残距離を演算し、前記第２の先行移動量演算部は、前記推定残距離を前記第２の先行移動量とするものである。
【００２４】
また、前記第１の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と、前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に前記先行時間Ｔｐの２乗と予め設定した加速度設定定数を乗じて２で除算した信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算し、前記残距離推定部は、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算して前記推定残距離を演算し、前記第２の先行移動量演算部は、前記推定残距離を前記加速度設定定数で除算した信号を前記第２の先行移動量とするものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による位置制御装置の構成を示す図である。図１において、１は工作機械などの駆動される機械である制御対象、２は追従制御部、３は第１の先行移動量演算部、４は残距離推定部、５は第２の先行移動量演算部、６は切り替え判別部、７は切り替えスイッチである。追従制御部２、第１の先行移動量演算部３、残距離推定部４、第２の先行移動量演算部５、切り替え判別部６、切り替えスイッチ７は例えばマイクロコンピュータで構成される。
【００２６】
次に図１に示した位置制御装置の動作について説明する。
まず、外部から制御対象１の位置である実位置ｙｍに対する指令として第１の位置指令ｙｒ１を位置制御装置に入力する。ここで、制御対象１が発生するトルクには限界が有り、また制御対象１の機械強度にも限界が有るため、制御対象１のとり得る加速度には限界が有る。したがって、制御対象１を移動させて停止させる目的の場合、通常では第１の位置指令ｙｒ１は、加速度一定で加速し、長い距離を移動する場合には速度一定の期間を経過した後、加速度一定で減速させるよう、図１８にｖｒで示したように、第１の位置指令ｙｒ１の速度が時間経過に対して台形状の軌跡になるように入力される。
【００２７】
次に、第１の先行移動量演算部３は、第１の位置指令ｙｒ１に基づいて後述の演算により第１の先行移動量ｙｐ１を出力し、残距離推定部４は第１の位置指令ｙｒ１に基づいて後述の演算により推定残距離ｙｅを出力し、第２の先行移動量演算部５は推定残距離ｙｅに基づいて後述の演算により第２の先行移動量ｙｐ２を出力し、切り替え判別部６は第１の位置指令ｙｒ１に基づいて後述の方法により切り替え信号ｓｗを出力し、切り替えスイッチ７は切り替え信号ｓｗに基づいて第１の先行移動量ｙｐ１と第２の先行移動量ｙｐ２のどちらかを切り替えて実先行移動量ｙｐとして出力する。また追従制御部２は、第１の位置指令ｙｒ１と実先行移動量ｙｐの和信号を第２の位置指令ｙｒ２として入力し、制御対象１の位置である実位置ｙｍが第２の位置指令ｙｒ２に追従するように制御を行う。
【００２８】
次に追従制御部２の動作について説明する。
追従制御部２は、切り替えスイッチ７により切り替えられた第１の先行移動量ｙｐ１あるいは第２の先行移動量ｙｐ２である実先行移動量ｙｐと第１の位置指令ｙｒ１との和信号を第２の位置指令ｙｒ２として入力し、実位置ｙｍを検出して実位置ｙｍが第２の位置指令ｙｒ２に追従するように、例えばＰＩＤ制御や２自由度制御などの制御方式によりトルク指令τｒを演算して出力し、制御対象１はトルク指令τｒに応じたトルクを発生することにより駆動される。
【００２９】
次に第１の先行移動量演算部３の動作について説明する。
第１の先行移動量演算部３は、第１の位置指令ｙｒ１を入力し、第１の位置指令ｙｒ１を微分あるいは後述の疑似微分演算により疑似指令速度ｖｆを演算し、第１の位置指令ｙｒ１の２階微分あるいは２階疑似微分により疑似指令加速度ａｆを演算する。また、第１の先行移動量演算部３は、予め設定した先行時間Ｔｐを用いて、第１の先行移動量ｙｐ１を疑似指令速度ｖｆに先行時間Ｔｐを乗じた信号と疑似加速度指令ａｆに加速度増幅定数を乗じた信号の和として演算する。ここで、加速度増幅定数は先行時間Ｔｐの２乗を２で除算した定数である。すなわち次の式（１）により第１の先行移動量ｙｐ１を演算して出力する。
ｙｐ１＝Ｔｐ・ｖｆ＋（Ｔｐ2／２）・ａｆ ・・・・（１）
【００３０】
ここで、上記の式（１）について、その物理的意味を図２を用いて説明する。以降では第１の位置指令の微分（速度）および２階微分（加速度）をそれぞれｖｒ１、ａｒ１で、また第２の位置指令ｙｒ２の微分（速度）および２階微分（加速度）をそれぞれｖｒ２、ａｒ２で記述する。
第１の位置指令ｙｒ１が加速度一定すなわちａｒ１が一定で変化しているとする。すなわちｖｒ１は図２に示すように変化しているとする。その場合ある時刻ｔにおいて、第１の位置指令ｙｒ１の先行時間Ｔｐ時間だけ未来の値と現在の値との差は図２における斜線部［Ａ］の面積で表され、その値は次の式（２）で表される。
ｙｒ１（ｔ＋Ｔｐ）ーｙｒ１（ｔ）＝Ｔｐ・ｖｒ（ｔ）＋（Ｔｐ2／２）・ａｒ１ ・・・・（２）
【００３１】
したがって、前述の疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆが第１の位置指令ｙｒ１の速度ｖｒ１および加速度ａｒ１に一致しているとすると、式（１）により演算した第１の先行移動量ｙｐ１を実先行移動量ｙｐとすることにより、第２の位置指令ｙｒ２は第１の位置指令ｙｒ１よりも先行時間Ｔｐだけ先行した信号とすることができ、また第２の位置指令ｙｒ２の速度であるｖｒ２も図２に示すように先行時間Ｔｐだけ先行した軌道になる。したがって第２の位置指令ｙｒ２の軌道を、位置指令ｙｒ１が将来停止する目標停止位置ｙｓに位置指令ｙｒ１よりも先行時間Ｔｐだけ早く到達するとともに、目標停止位置ｙｓに到達するときの速度が０になるように、良好な減速軌道として生成することができる。
【００３２】
次に、第１の先行移動量演算部３における上述の疑似指令速度ｖｆの演算について述べる。
第１の位置指令ｙｒ１が一定加速度で減速しているとき、第１の位置指令ｙｒ１の加速度ａｒ１は一定であるので、疑似指令加速度ａｆがａｒ１に対して通常のローパス特性を持つように、第１の位置指令ｙｒ１を通常の２階疑似微分する演算により、疑似指令加速度ａｆがａｒ１と定常誤差無く、また高周波数ノイズを除去して演算することができる。しかしながら第１の位置指令ｙｒ１の速度ｖｒ１は一定の変化率で変化するため、通常の疑似微分を用いると疑似指令速度ｖｆは第１の指令速度ｖｒ１に対して定常誤差を生じ、上記式（１）により求める第１の先行移動量が、式（２）の演算に対して誤差を生じる。そこで、第１の位置指令ｙｒ１から疑似指令速度ｖｆを求める演算を、次の式（３）で表される２次以上の伝達関数演算で行い、式（３）における定数であるｂ2とａ1を等しい値とすることにより、高周波数ノイズの影響を低減しながら疑似指令速度ｖｆと第１の指令速度ｖｒ１の定常誤差を無くし、式（１）の演算により式（２）の値を定常誤差無く推定することができる。ただし次の式（３）においてｎ、ｍは２以上の整数で、ａ1、ａ2、…、ａnおよびｂ1、ｂ2、…、ｂmは予め設定した定数、ｓはラプラス演算子である。
ｖｆ／ｙｒ１＝（ｓ＋ｂ2・ｓ2＋…＋ｂm・ｓm）／（１＋ａ1・ｓ＋ａ2・ｓ2＋…＋ａn・ｓn） ・・・・（３）
【００３３】
次に、残距離推定部４および第２の先行移動量演算部５の動作について説明する。
残距離推定部４は、第１の指令位置ｙｒ１に基づいて第１の先行移動量演算部３と同じ動作により疑似指令速度ｖｆと疑似指令加速度ａｆを演算する。なお、第１の先行移動量演算部３で演算した疑似指令速度ｖｆと疑似指令加速度ａｆを入力してもよい。次に、残距離推定部４は疑似指令速度ｖｆの２乗を疑似指令加速度ａｆの−２倍で除算する演算により推定残距離ｙｅを演算して出力する。すなわち次の式（４）の演算により推定残距離ｙｅを演算して出力する。
ｙｅ＝−ｖｆ2／（２・ａｆ） ・・・・（４）
また、第２の先行移動量演算部５は、推定残距離ｙｅを入力し、推定残距離ｙｅに基づく第２の先行移動量ｙｐ２を出力する。本実施の形態では第２の先行移動量演算部５は推定残距離ｙｅを第２の先行位置ｙｐ２と同じ信号として出力する。
【００３４】
ここで、上記の式（４）について、その物理的意味を図３を用いて説明する。第１の位置指令ｙｒ１が一定の加速度ａｒ１で減速しているとき、ある時刻ｔにおいて第１の位置指令ｙｒ１が将来停止する位置である目標停止位置ｙｓと現在の位置ｙｒ１（ｔ）との差は図３における斜線部［Ｂ］の面積で表され、その値は次の式（５）で表される。
ｙｓ−ｙｒ１（ｔ）＝−ｖｒ１（ｔ）2／（２・ａｒ１） ・・・・（５）
【００３５】
したがって、前述の疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆがそれぞれｖｒ１およびａｒ１に一致しているとすると、第１の位置指令ｙｒ１に上記の式（４）の推定残距離ｙｅを加算すると目標停止位置ｙｓを推定できるため、実先行移動量ｙｐを推定残距離ｙｅに基づいて演算すると、目標停止位置ｙｓを基準とした任意の信号を第２の位置指令ｙｒ２として生成することが可能になる。
また、本実施の形態では上記の推定残距離をそのまま第２の先行移動量ｙｐ２としているため、実先行移動量ｙｐを第２の先行移動量ｙｐ２とすることにより、時刻ｔにおいて第２の位置指令ｙｒ２が目標停止位置ｙｓの一定値になるように第２の位置指令ｙｒ２を生成できる。
【００３６】
次に、切り替え判別部６の動作および切り替え判別部６による切り替え時の位置制御装置の動作について説明する。
切り替え判別部６は第１の位置指令ｙｒ１に基づいて第１の位置指令ｙｒ１が減速中に切り替え時点ｔｃの判別を行い、切り替えスイッチ７が切り替え時点ｔｃより以前は第１の先行移動量ｙｐ１を実先行移動量ｙｐにし、切り換え時点ｔｃ以降は第２の先行移動量ｙｐ２を実先行移動量ｙｐにするように切り替え信号ｓｗを出力する。
【００３７】
ここで、切り替え判別部６により上記のように切り替えた瞬間、第２の位置指令ｙｒ２およびその速度ｖｒ２が共に連続でなければ、切り替え時に制御対象１に対するトルク指令τｒにピークが生じ、制御対象１の機械系に衝撃を与えてしまう。その衝撃を防止するためには、まず、第１の先行移動量ｙｐ１と第２の先行移動量ｙｐ２が一致する時点ｔｃを判別して切り替えれば第２の位置指令ｙｒ２は連続になり、切り換え時に生じる衝撃を小さくすることができる。更に、その切り換え時点に第１の先行移動量ｙｐ１の微分と第２の先行移動量ｙｐ２の微分が同じ値になるように、第１の先行移動量演算部３および第２の先行移動量演算部４を構成していれば、制御対象１に衝撃を与えることなく切り替えることができる。
【００３８】
ここで、疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆが定常状態でｖｒ１およびａｒ１にそれぞれ一致していると考えると、上述の本実施の形態では、第１の位置指令ｙｒ１と第１の先行移動量ｙｐ１の和信号が、目標停止位置ｙｓに到達する時点でその速度が０になるように構成しており、また、第１の位置指令ｙｒ１と第２の先行移動量ｙｐ２の和信号が目標停止位置ｙｓで一定、すなわち速度が０になるように構成している。したがって第１の位置指令ｙｒ１と第１の先行移動量ｙｐ１の和信号が目標停止位置ｙｓに到達した時点を切り替え時点ｔｃとすることにより、第２の位置指令ｙｒ２がｙｓで連続で、第２の位置指令ｙｒ２の速度ｖｒ２が０で連続になり、制御対象１に衝撃を与えることなく切り替えることができると考えられる。また、第２の位置指令ｙｒ２が目標停止位置ｙｓに到達した時点すなわち切り替え時点ｔｃにおいて次の式（６）が成り立つ。
ｖｆ（ｔｃ）＝−Ｔｐ・ａｆ ・・・・（６）
【００３９】
したがって、切り替え判別部６は位置指令ｙｒ１が減速しているときに上式（６）の関係が成り立つ時点ｔｃで切り替えを判別し、実先行移動量ｙｐを第１の先行移動量ｙｐ１から第２の先行移動量ｙｐ２に切り替えればよいと考えられる。また、上述の説明では疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆが定常状態でｖｒ１およびａｒ１にそれぞれ一致していると考えて説明したが、疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆが過渡的変化をしている場合の確認のため第１の先行移動量ｙｐ１と第２の先行移動量ｙｐ２の差を計算すると次の式（７）になり、式（６）の関係が成り立つ時刻ｔｃにおいて、式（７）および式（７）の時間微分は０になる、すなわち第１の先行移動量ｙｐ１の微分と第２の先行移動量ｙｐ２の微分も一致し、制御対象１に衝撃を与えないように切り替えられることが確認できる。
ｙｐ１−ｙｐ２＝Ｔｐ・ｖｆ＋（Ｔｐ2／２）・ａｆ＋ｖｆ2／（２・ａｆ）
＝｛１／（２・ａｆ）｝（Ｖｆ＋Ｔｐ・ａｆ）2 ・・・・（７）
【００４０】
なお、実際の切り替え判別部６の動作は、式（６）の等号が成り立つ瞬間を判別するのは困難なため、第１の位置指令ｙｒ１が停止から加速開始した時点では実先行移動量ｙｐを第１の位置指令ｙｐ１とし、第１の位置指令が減速しているときに、次の式（８）が成立すれば実先行移動量ｙｐを第２の先行移動量ｙｐ２に切り替えればよい。
図４に切り替え判別部６および切り替えスイッチ７の動作のフローチャートを示す。図４において、まず、第１の位置指令速度ｙｒ１が減速中であるか否かを判別する（ＳＴ１）。減速中でなければｙｐ＝ｙｐ１のままとし（ＳＴ２）、減速中であれば、次式（８）が成立するか否かを判別する（ＳＴ３）。次式（８）が成立しなければｙｐ＝ｙｐ１のままとし（ＳＴ２）、成立すればｙｐ＝ｙｐ２に切り替える（ＳＴ４）。なお、ＳＴ１で第１の位置指令ｙｐ１が減速しているか否かの判別は、例えば疑似指令速度ｖｆと疑似指令加速度ａｆの積の符号が負であるか否かで判別すればよい。
｜ｖｆ｜ ＜ Ｔｐ・｜ａｆ｜ ・・・・（８）
【００４１】
本実施の形態による位置制御装置を以上のように構成することにより、第２の位置指令ｙｒ２は、第１の位置指令ｙｒ１よりも一定の先行時間Ｔｐだけ先行した軌道で減速して目標停止位置ｙｓで速度０になり、その後第１の位置指令ｙｒ１が目標停止位置ｙｓに到達するまで目標停止位置ｙｓで停止すような軌道として生成できる。図５に第１の位置指令ｙｒ１、第２の位置指令ｙｒ２および実位置ｙｍの減速から停止にかけた応答を示す。図５より、第１の位置指令をそのまま追従制御部２に入力した従来の技術の場合の図１９に比べて、実位置ｙｍの減速および停止時の応答を一定の先行時間Ｔｐだけ進めるようにすることができることが分かる。
【００４２】
なお、上記の説明では、第１の先行移動量演算部３、残距離推定演算部４、切り替え判別部６は第１の位置指令ｙｒ１を入力して演算しているが、第１の位置指令ｙｒ１を微分（あるいは差分）した信号ｖｒ１が得られる場合には、第１の位置指令ｙｒ１の代わりにｖｒ１を入力して上記の説明と等価な演算をしてもよい。
【００４３】
本実施の形態による位置制御装置は以上のように構成されており、従来の技術に比べて減速および停止時の制御対象１の位置の応答が一定の先行時間Ｔｐだけ先行するようにでき、追従制御部２における高域遮断特性を維持したまま、停止時にも制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくしたり機械共振を励起したりすることなく、整定時間を短縮することが可能である。
【００４４】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２による位置制御装置の構成を示す図である。図６において、図１と同一符号は同一部分を表し、その説明を省略する。１０３は第１の先行移動量演算部である。本実施の形態は実施の形態１における第１の先行移動量演算部３の演算方法を変更しただけものであり、それ以外の部分の説明を省略する。
【００４５】
次に第１の先行移動量演算部１０３の動作を説明する。
実施の形態１における第１の先行移動量演算部３は第１の位置指令ｙｒ１が加速中や一定速時も減速時と同じ演算をするように構成したが、位置指令ｙｒ１が加速中や一定速時は異なる演算に変えても停止近傍の制御対象１の動作は殆ど変わらないため、適切に変更してもよい。
【００４６】
第１の先行移動量演算部１０３は、予め設定した先行時間Ｔｐおよび第１の位置指令ｙｒ１を微分あるいは疑似微分した疑似速度ｖｆおよび第１の位置指令ｙｒ１を２階微分あるいは２階疑似微分した疑似加速度ａｆに基づき、第１の位置指令ｙｒ１が減速するときには、実施の形態１と同じ式（１）の演算により第１の先行移動量ｙｐ１を演算して出力する。
ｙｐ１＝Ｔｐ・ｖｆ＋（Ｔｐ2／２）・ａｆ ・・・・（１）
【００４７】
ここで、疑似指令加速度ａｆは第１の位置指令ｙｒ１が減速する場合には負の値であり、上記式（１）の右辺第２項は負である。また、第１の位置指令ｙｒ１が一定速度で変化する場合には上式の右辺第２項は定常的に０になり、上式の右辺第２項を省略しても定常的に第１の先行移動量ｙｐ１の値は変わらない。また、第１の位置指令ｙｒ１が加速するときには、式（１）の右辺第２項は定常的に一定の正の値を持つ。したがって、第１の位置指令ｙｒ１の加速が終了し一定速度あるいは減速に変わったとき、式（１）の右辺第２項は正の値から０あるいは負の値に変化する。しかしながら、第１の位置指令ｙｒ１が減速するときの軌道にとっては、第１の位置指令ｙｒ１の加速時に式（１）をそのまま用いて第１の先行移動量ｙｐ１を演算すると、式（１）の右辺第２項は無駄な先行移動量を加算していることになる。このため、加速開始時および加速終了時に制御対象１に無駄な動作を与え、場合によってはそれが制御対象１に与える衝撃となる。また、式（１）の右辺第２項は第１の位置指令ｙｒ１に含まれる高周波数ノイズが増幅して含まれるため、必要の無い場合は右辺第２項を省略した方が、第１の先行移動量ｙｐ１および第２の位置指令ｙｒ２に含まれる高周波数ノイズが低減され、よりなめらかに制御対象１を駆動することが可能になる。
【００４８】
したがって、本実施の形態における第１の先行移動量演算部１０３は、第１の位置指令ｙｒ１の加速時および一定速のときには上記式（１）における右辺第２項を省略した次の式（９）により第１の先行移動量ｙｐ１を演算する。
ｙｐ１＝Ｔｐ・ｖｆ ・・・・（９）
また、第１の位置指令ｙｒ１が減速時には実施の形態１と同様に式（１）により第１の先行移動量ｙｐ１を演算する。
【００４９】
なお、本実施の形態では第１の位置指令ｙｒ１が一定速のときにも第１の先行移動量を式（９）で演算するとしたが、上述のように第１の位置指令ｙｒ１が一定速のときは式（１）で演算しても定常的に同じであるため、第１の位置指令ｙｒ１が一定速のときに第１の先行移動量ｙｐ１を式（１）で演算するようにしてもよい。
【００５０】
また、本実施の形態では第１の位置指令ｙｒ１が少なくとも加速するときには上記式（９）により第１の先行移動量ｙｐ１を演算するとしたが、上記式（１）の第２項における疑似加速度ａｆに対する係数である加速度増幅定数を、第１の位置指令ｙｒ１が加速するときには上記式（１）のＴｐ2／２に比べて小さい値になるように切り替えても同様の効果が得られる。
【００５１】
本実施の形態による位置制御装置は以上のように構成されており、第１の位置指令ｙｒ１が加速するときの高周波数ノイズの影響および第１の位置指令ｙｒ１が加速開始および加速終了したときの制御対象１に与える衝撃を大きくせずに、従来の技術に比べて減速および停止時の制御対象１の位置の応答を先行時間Ｔｐだけ先行させることができ、追従制御部２における高域遮断特性を維持したまま、停止時にも制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくしたり機械共振を励起したりすることなく、整定時間を短縮することが可能である。
【００５２】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３による位置制御装置の構成を示す図である。図７において、図１と同一符号は同一部分を表しその説明を省略する。２０３は第１の先行移動量演算部、２０５は第２の先行移動量演算部、２０６は切り替え判別部である。
【００５３】
実施の形態１では第１の先行移動量の演算を第２の位置指令ｙｒ２が第１の位置指令ｙｒ１に対し一定の先行時間Ｔｐだけ正確に先行するように構成したが、本実施の形態は位置指令ｙｒ１に対し先行時間Ｔｐ時間だけ先行した信号を基準に変更したものである。また、実施の形態１では推定残距離ｙｅをそのまま第２の先行移動量とすることにより、第１の位置指令ｙｒ１が目標停止位置ｙｓに到達する以前に第２の位置指令ｙｒ２が目標停止位置ｙｓに静止しているように構成したが、推定残距離ｙｅに基づいて異なる軌道の第２の位置指令ｙｒ２を生成してもよい。
【００５４】
次に本実施の形態の位置制御装置の動作を説明する。
本実施の形態は実施の形態１における第１の先行移動量演算部３、第２の先行移動量演算部５、切り替え判別部６の演算方式を変更したものであり、実施の形態１と動作の異なる部分のみ説明する。
【００５５】
まず、第１の先行移動量演算部２０３の動作について説明する。
第１の先行移動量演算部２０３は第１の位置指令ｙｒ１を入力し、実施の形態１と同様の演算により疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆを演算する。
また、第１の先行移動量演算部２０３は予め設定した先行時間Ｔｐを用いて、第１の先行移動量ｙｐ１を疑似指令速度ｖｆに先行時間Ｔｐを乗じた信号と疑似加速度指令ａｆに加速度増幅定数を乗じた信号の和として演算する。ここで加速度増幅定数は予め設定した加速度設定定数ｒと先行時間Ｔｐの２乗を乗じ２で除算した定数である。すなわち次の式（１０）により第１の先行移動量ｙｐ１を演算して出力する。
ｙｐ１＝Ｔｐ・ｖｆ＋ｒ・（Ｔｐ2／２）・ａｆ ・・・・（１０）
【００５６】
本実施の形態における上記式（１０）に示した第１の先行移動量ｙｐ１の、実施の形態１における式（１）の第１の先行移動量ｙｐ１との差をｈｐ１と表すと、ｈｐ１は次の式（１１）で表される。
ｈｐ１＝（ｒ−１）（Ｔｐ2／２）・ａｆ ・・・・（１１）
【００５７】
したがって第１の位置指令ｙｒ１が一定の加速度で変化しているとき、上記式（１１）のｈｐ１は定常的に一定値となる。したがって第１の実施の形態と同様に第１の先行移動量ｙｐ１を実先行移動量ｙｐとしたとき、第２の位置指令ｙｒ２は第１の位置指令ｙｒ１を先行時間Ｔｐだけ先行させた信号に対して一定の値ｈｐ１を保持した信号として生成できる。また加速度設定定数ｒの設定を変更することにより、すなわち加速度増幅定数を適切に設定することにより、第２の位置指令ｙｒ２を第１の位置指令ｙｒ１より適切な距離だけ先行させることができる。またこのとき、第２の位置指令ｙｒ２の速度ｖｒ２は定常的に第１の位置指令ｙｒ１の速度ｖｒ１を先行時間Ｔｐだけ先行した信号として生成できる。すなわち、第２の位置指令を第１の位置指令より早く目標停止位置付近に到達させて減速させる。
【００５８】
次に、第２の先行移動量演算部２０５の動作について説明する。
第２の先行移動量演算部２０５は第１の位置指令ｙｒ１が減速しているときに、残距離推定部４において実施の形態１と同じ式（４）で演算した推定残距離ｙｅに基づき、推定残距離ｙｅを１／ｒ倍した信号を第２の先行移動量ｙｐ２として出力する。すなわち第２の先行移動量ｙｐ２は次の式（１２）で演算する。
ｙｐ２＝−ｖｆ2／（２・ｒ・ａｆ） ・・・・（１２）
【００５９】
また、第１の位置指令ｙｒ１が将来停止する目標停止位置ｙｓと第１の位置指令ｙｒ１の差の推定値が推定残距離ｙｅであるので、式（１２）により演算した第２の先行移動量ｙｐ２を実先行移動量ｙｐとすることにより、次の式（１３）の関係から、目標停止位置ｙｓと生成する第２の位置指令ｙｒ２との差を、目標停止位置と第１の位置指令の差の（１ー１／ｒ）倍にすることが分かる。
ｙｓ−ｙｒ２＝ｙｓ−ｙｒ１−ｙｐ２
＝ｙｓ−ｙｒ１−（１／ｒ）・ｙｅ
＝（１−１／ｒ）・ｙｅ ・・・・（１３）
【００６０】
すなわち第２の位置指令ｙｒ２の目標停止位置ｙｓを基準とした軌道を第１の位置指令ｙｒ１の目標停止位置ｙｓを基準とした軌道の（１−１／ｒ）倍である相似な軌道とすることが可能である。したがって、第１の位置指令ｙｒ１が一定の加速度ａｒ１で減速して停止する軌道に対して、第２の位置指令ｙｒ２が（１−１／ｒ）・ａｒ１の一定加速度で減速し、第１の位置指令ｙｒ１が停止する時刻ｔｓに第２の位置指令ｙｒ２も同じ目標停止位置ｙｓで停止するような軌道を生成することができる。
【００６１】
図８は本実施の形態において加速度設定定数ｒを１より大きくした場合の、停止近傍の動作を表す図で、ｖｒ１およびｖｒ２の動作を表している。図８において時刻ｔで、斜線部［Ｃ］と斜線部［Ｄ］の和が残距離推定部４で推定された推定残距離ｙｅ、すなわち第１の位置指令ｙｒ１の目標停止位置ｙｓとの差を表し、斜線部［Ｃ］が式（１２）により演算された第２の先行移動量ｙｐ２を、斜線部［Ｄ］が式（１３）で表される第２の位置指令ｙｒ２と目標停止位置ｙｓとの差を表す。
また図９は本実施の形態において加速度設定定数ｒを１より小さくした場合の、停止近傍の動作を表す図で、ｖｒ１およびｖｒ２の動作を示している。図９において時刻ｔで、斜線部［Ｅ］が残距離推定部４で推定された残距離ｙｅ、すなわち第１の位置指令ｙｒ１の目標停止位置ｙｓとの差を表し、斜線部［Ｅ］と斜線部［Ｆ］の和が式（１２）により演算された第２の先行移動量ｙｐ２を、斜線部［Ｆ］が式（１３）で表される第２の位置指令ｙｒ２の目標停止位置ｙｓとの差を表す。
【００６２】
次に、切り替え判別部２０６の動作および切り替え判別部２０６による切り替え時の位置制御装置の動作について説明する。
切り替え判別部２０６は第１の位置指令ｙｒ１に基づいて切り替え時点ｔｃを判別し、切り替えスイッチ７が切り替え時点ｔｃより以前は第１の先行移動量ｙｐ１を実先行移動量ｙｐにし、切り換え時点ｔｃ以降は第２の先行移動量ｙｐ２を実先行移動量ｙｐにするように切り替え信号ｓｗを出力する。
【００６３】
ここで、第１の先行移動量ｙｐ１と第２の先行移動量ｙｐ２の差は次の式（１４）で表される。
ｙｐ１−ｙｐ２＝Ｔｐ・ｖｆ＋（Ｔｐ2／２）・ｒ・ａｆ＋ｖｆ2／（２・ｒ・ａｆ）
＝｛１／（２・ｒ・ａｆ）｝（ｖｆ＋Ｔｐ・ｒ・ａｆ）2 ・・・・（１４）
【００６４】
したがって、第１の位置指令ｙｒ１が減速中に次の式（１５）が成り立つ時点を切り替え時点ｔｃとすれば、切り替え時点ｔｃで上記の式（１４）および式（１４）の時間微分は０になる。すなわち第１の先行移動量ｙｐ１と第２の先行移動量ｙｐ２が一致するとともに、第１の先行移動量ｙｐ１の微分と第２の先行移動量ｙｐ２の微分も一致する。したがって式（１５）が成り立つ時点でスイッチ７が第１の先行移動量ｙｐ１から第２の先行移動量ｙｐ２へ切り替えて実先行移動量ｙｐとして出力すれば、第２の位置指令ｙｒ２およびその微分ｖｒ２は連続になり、制御対象１に衝撃を与えることなく切り替えることが可能である。
ｖｆ＝−Ｔｐ・ｒ・ａｆ ・・・・（１５）
【００６５】
なお、実際の切り替え判別部２０６の動作は、式（１５）の等号が一致する瞬間を判別するのは困難なため、第１の位置指令ｙｒ１が停止から加速開始した時は実先行移動量ｙｐを第１の位置指令ｙｐ１とし、第１の位置指令ｙｒ１が減速しているときに次の式（１６）が成立すれば実先行移動量ｙｐを第２の先行移動量ｙｐ２に切り替えればよい。
図１０に切り替え判別部６の動作のフローチャートを示す。図１０において、まず、第１の位置指令速度ｙｒ１が減速中であるか否かを判別する（ＳＴ１１）。減速中でなければｙｐ＝ｙｐ１のままとし（ＳＴ１２）、減速中であれば、次式（１６）が成立するか否かを判別する（ＳＴ１３）。次式（１６）が成立しなければｙｐ＝ｙｐ１のままとし（ＳＴ１２）、成立すればｙｐ＝ｙｐ２に切り替える（ＳＴ１４）。なお、第１の位置指令ｙｐ１が減速しているか否かの判別は、例えば疑似指令速度ｖｆと疑似指令加速度ａｆの積の符号が負であるか否かで判別すればよい。
｜ｖｆ｜ ＜ Ｔｐ・ｒ・｜ａｆ｜ ・・・・（１６）
【００６６】
図１１に、本実施の形態において加速度設定定数ｒが１より大きい場合の第１の位置指令ｙｒ１、第２の位置指令ｙｒ２および実位置ｙｍの減速から停止にかけた応答を示す。また図１１にはｙｒ２’として第１の位置指令ｙｒ１を先行時間Ｔｐだけ先行させた信号を併せて示す。図１１に示したように、加速度設定定数ｒが１より大きい場合は、第２の位置指令ｙｒ２は第１の位置指令ｙｒ１よりも先行時間Ｔｐだけ先行した軌道を基準に一定距離だけ遅れた軌道で減速し、停止近傍では第１の位置指令ｙｒ１の加速度ａｒ１を（１ー１／ｒ）倍した、加速度ａｒ１より小さな加速度で減速して目標停止位置ｙｓで停止する。すなわち第１の位置指令ｙｒ１が停止するのと同時に、かつ緩やかに目標停止位置ｙｓに停止するような軌道で第２の位置指令ｙｒ２を生成することができる。したがって、第１の位置指令ｙｒ１をそのまま追従制御部に入力した従来の技術に比べて、実位置ｙｍの整定を遅くすることなく、しかも制御対象１により衝撃を与えないように、より緩やかに、整定させることが可能になる。
【００６７】
また、図１２に加速度設定定数ｒが１より小さい場合の第１の位置指令ｙｒ１および第２の位置指令ｙｒ２および実位置ｙｍの減速から停止にかけた応答を示す。また図１２にはｙｒ２’として第１の位置指令ｙｒ１を先行時間Ｔｐだけ先行させた信号を併せて示す。図１２に示したように、加速度設定定数ｒが１より小さい場合は、第２の位置指令ｙｒ２は第１の位置指令ｙｒ１よりも先行時間Ｔｐだけ先行した軌道より一定距離だけ進んだ軌道で減速してオーバーシュートをし、停止近傍では第１の位置指令ｙｒ１の加速度ａｒ１を（１ー１／ｒ）倍した、加速度ａｒ１と逆符号の加速度で減速して目標停止位置ｙｓで停止する。このとき第２の位置指令ｙｒ２はオーバーシュートをするが、追従制御部２がローパス特性を持つため制御対象１の実位置ｙｍは第２の位置指令ｙｒ２より滑らかに整形され、このオーバーシュート量を調整することにより実位置ｙｍの停止時の応答を加速度設定定数ｒが１の場合に比べて急峻にし、整定時間を短縮することができる。したがって、第１の位置指令ｙｒ１をそのまま追従制御部に入力した従来の技術に比べて実位置ｙｍの応答を先行時間Ｔｐだけ先行させた場合より急峻に停止させ、整定時間を先行時間Ｔｐ以上に短縮することが可能になる。
【００６８】
本実施の形態による位置制御装置は以上のように構成されており、第２の位置指令を第１の位置指令より早く目標停止位置付近に到達させて減速させるため、追従制御部２における高域遮断特性を維持したまま、整定時間を短縮することが可能である。また、切り換え時点以降は第２の位置指令を適切に生成することにより、停止時にも制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくしたり機械共振を励起したりすることなく、整定時間を短縮することが可能であり、加速度設定定数ｒの設定に応じて、従来の技術より整定時間が長くなることなく停止時の応答を緩やかにして制御対象１に与える衝撃を更に低減したり、停止時の応答を急峻にして整定時間を更に短縮したりすることが可能になる。
【００６９】
実施の形態４．
上記各実施の形態では、第１の位置指令ｙｒ１が停止する近傍で残距離推定部４の出力である推定残距離ｙｅに基づいて第２の位置指令ｙｒ２を生成するような構成としたが、推定残距離ｙｅの演算を行わず近似的に上記各実施の形態と同様な効果を実現してもよい。
【００７０】
図１３は実施の形態４による位置制御装置の構成を示す図である。図１３において、図１と同一符号は同一部分を表し、その説明を省略する。３０３は先行移動量演算部であり、実施の形態１における第１の先行移動量演算部３に残距離推定部４および第２の先行移動量演算部５の機能を近似的に付加したものである。
【００７１】
次に図１３に示した位置制御装置の動作について説明する。
まず、外部から制御対象１の位置である実位置ｙｍに対する指令として第１の位置指令ｙｒ１を位置制御装置に入力する。第１の位置指令ｙｒ１の特性は実施の形態１と同じであり、説明を省略する。
【００７２】
切り替え判別部６は、第１の位置指令ｙｒ１を入力し切り替え信号ｓｗを出力する。切り替え判別部６の動作は実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
先行移動量演算部３０３は、第１の位置指令ｙｒ１と切り替え信号ｓｗに基づいて後述の演算により実先行移動量ｙｐを出力する。
追従制御部２は、第１の位置指令ｙｒ１と実先行移動量ｙｐの和を第２の位置指令ｙｒ２として入力し、制御対象１の位置である実位置ｙｍが第２の位置指令ｙｒ２に追従するように制御を行う。
【００７３】
次に、先行移動量演算部３０３の動作について説明する。
先行移動量演算部３０３は、第１の位置指令ｙｒ１と切り替え信号ｓｗを入力して実施の形態１と同様に疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆを演算し、第１の位置指令ｙｒ１が加速開始した時点から切り替え信号ｓｗが切り替わる切り替え時点ｔｃまで実施の形態１と同様に第１の先行移動量ｙｐ１を演算し、第１の先行移動量ｙｐ１を実先行移動量ｙｐとして出力する。すなわち次の式（１７）により第１の先行移動量ｙｐ１および実先行移動量ｙｐを演算する。ここで、疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆの演算については実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
ｙｐ＝ｙｐ１
＝ ｙｐ１＝Ｔｐ・ｖｆ＋（Ｔｐ2／２）・ａｆ ・・・・（１７）
【００７４】
ここで、第１の位置指令ｙｒ１が停止するまで上記の式（１７）の演算により実先行移動量ｙｐを演算すると、第２の位置指令ｙｒ２は目標停止位置ｙｓより小さくなるような逆応答を起こす。また第１の位置指令ｙｒ１が停止した以降に上記の式（１７）の演算により実先行移動量ｙｐを演算すると、疑似指令速度ｖｆおよび疑似指令加速度ａｆが過渡的応答をするため、第２の位置指令ｙｒ２の波形が乱れ、制御対象１の応答が乱れる。
したがって、第１の位置指令ｙｒ１が減速中で停止する以前に、実先行移動量ｙｐの演算方法を式（１７）から適切に変更することにより、制御対象１の実位置ｙｍの応答が適切な応答となるように変更することができる。
【００７５】
先行移動量演算部３０３は、切り替え判別部６が切り替えを判別した切り替え時点ｔｃから以降は、切り替え時点ｔｃにおける実先行移動量ｙｐ（ｔｃ）に基づいて、実先行移動量ｙｐが０になるまで徐々に減算する。すなわち、時刻ｔにおける実先行移動量ｙｐ（ｔ）は直前の実先行移動量ｙｐから適切な演算により減算していき、実先行移動量ｙｐが０になった時点以降は実先行移動量ｙｐを０に固定すれば、実施の形態１と同様な効果が得られる。また、実先行移動量ｙｐが切り換え時刻ｔｃから先行時間Ｔｐをかけて０になるように上述の減算を実現すれば、簡易な演算で実施の形態１に類似した特性が得られる。特に、次の式（１８）に基づいて実先行移動量ｙｐを演算し、先行移動量ｙｐが０になった時点で演算を停止すれば、第１の位置指令ｙｒ１の加速度ａｒ１と疑似指令加速度ａｆが一致している場合には実施の形態１と全く同じ動作を行う。
ｙｐ（ｔ）＝ｙｐ（ｔｃ）−∫（ｖｆ（ｔｃ））ｄｔ＋∫∫（ａｆ）ｄｔ2 ・・・・（１８）
ただし上式の右辺第２項は切り替え時点ｔｃにおける疑似指令速度ｖｆ（ｔｃ）の時間積分を表し、右辺第３項は疑似指令加速度ａｆの切り替え時点ｔｃからの２階時間積分を表す。なお、疑似指令加速度ａｆは負の値であるため右辺第３項も減算をしていることになる。
【００７６】
図１４に本実施の形態の切り替え判別部６および先行移動量演算部３０３の動作のフローチャートを示す。図１４において、まず、第１の位置指令速度ｙｒ１が減速中であるか否かを判別する（ＳＴ２１）。減速中でなければｙｐ＝ｙｐ１のままとし（ＳＴ２２）、減速中であれば、前述の式（８）が成立するか否かを判別する（ＳＴ２３）。式（８）が成立しなければｙｐ＝ｙｐ１のままとし（ＳＴ２２）、成立すれば実先行移動量ｙｐが０または負であるか否かを判別する（ＳＴ２４）。ｙｐが０または負であればｙｐ＝０とし（ＳＴ２５）、ｙｐが０または負でなければすなわち正であればｙｐを直前の値から減じる（ＳＴ２６）。なお、第１の位置指令ｙｐ１が減速しているか否かの判別は、例えば疑似指令速度ｖｆと疑似指令加速度ａｆの積の符号が負であるか否かで判別すればよい。
｜ｖｆ｜ ＜ Ｔｐ・｜ａｆ｜ ・・・・（８）
【００７７】
本実施の形態による位置制御装置は以上のように構成されており、第２の位置指令を第１の位置指令より早く目標停止位置付近に到達させて減速させるため、追従制御部２における高域遮断特性を維持したまま、整定時間を短縮することが可能である。また、切り換え時点以降は比較的簡単な演算で第２の位置指令を適切に生成することにより、停止時にも制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくしたり機械共振を励起したりすることなく、整定時間を短縮することが可能である。
【００７８】
実施の形態５．
図１５は本発明の実施の形態５による位置制御装置の構成を示す図である。図１５において、図１と同一符号は同一部分を表し、その説明を省略する。４０５は停止軌道生成部、４０６は切り替え判別部、４０７は切り替えスイッチである。
【００７９】
次に図１５に示した位置制御装置の動作について説明する。
残距離推定部４は、外部から入力した第１の位置指令ｙｒ１を入力し実施の形態１と同じ動作により演算した推定残距離ｙｅを第１の推定残距離ｙｅ１として出力しする。
停止軌道生成部４０５は、第１の位置指令ｙｒ１と第１の推定残距離ｙｅ１を入力して後述の演算により第３の位置指令ｙｒ３を出力する。
切り替え判別部４０６は、第１の位置指令ｙｒ１が減速開始あるいは減速中であることを判別して切り替え信号ｓｗを出力する。
切り替えスイッチ４０７は、第１の位置指令ｙｒ１と第３の位置指令ｙｒ３を入力し、切り替え信号ｓｗに基づいて第１の位置指令ｙｒ１が加速中および一定速中は第１の位置指令ｙｒ１をそのまま第２の位置指令ｙｒ２として出力し、第１の位置指令ｙｒ１の減速開始時あるいは減速中に切り替え信号ｓｗが切り替わって以降は第３の位置指令ｙｒ３を第２の位置指令ｙｒ２として出力する。
【００８０】
次に、停止軌道生成部４０５について説明する。
図１６は停止軌道生成部の内部の構成を表す図である。図１６において、４０８は積分器、４０９は速度軌道生成部である。
停止軌道生成部４０５は、まず、第１の位置指令ｙｒ１と残距離推定部４が出力した第１の推定残距離ｙｅ１と切り替え判別部４０６が出力した切り替え信号ｓｗを入力し、切り替え信号ｓｗが切り替わった瞬間に積分器４０８の出力の初期値を第１の位置指令ｙｒ１に一致させる。
次に、第１の位置指令ｙｒ１と第１の推定残距離ｙｅ１の和信号を推定停止位置ｙｓｅとして演算する。ここで、第１の位置指令ｙｒ１が加速度一定で減速している場合には、定常的に、前記の推定停止位置ｙｓｅは第１の位置指令ｙｒ１が将来停止する目標停止位置ｙｓに一致する。
【００８１】
次に、前記の推定停止位置ｙｓｅと積分器４０８の出力である第３の位置指令ｙｒ３との差信号を第２の推定残距離ｙｅ２とし、第１の位置指令ｙｒ１と第２の推定残距離ｙｅ２を速度軌道生成部４０９に入力する。ここで、第２の推定残距離ｙｅ２は、第１の位置指令ｙｒ１が将来停止する目標停止位置ｙｓと第３の位置指令ｙｒ３の現在の値との差を推定した値である。
【００８２】
次に、速度軌道生成部４０９は、第１の位置指令ｙｒ１の動作に応じて第２の推定残距離ｙｅ２に対する第３の指令速度ｖｒ３の軌道の関係を後述のような演算式あるいは参照テーブルにより予め定めておき、入力した第２の推定残距離ｙｅ２および第１の位置指令ｙｒ１に基づいて第３の指令速度ｖｒ３を出力する。
次に、積分器４０８は、第３の指令速度ｖｒ３を入力し、上述のように設定した出力初期値から第３の指令速度ｖｒ３を積分した信号を第３の位置指令ｙｒ３として出力し、停止軌道生成部４０５は第３の位置指令ｙｒ３を出力する。
【００８３】
停止軌道生成部４０５を以上のように構成することにより、第３の位置指令ｙｒ３の軌道は速度軌道生成部４０９において予め任意に設定した軌道に一致して生成され、また、切替判別部４０６が切り替わった後、すなわち第１の位置指令ｙｒ１が減速中から停止するまでは、第２の位置指令ｙｒ２を第３の位置指令ｙｒ３とすることにより、第２の位置指令ｙｒ２は速度軌道生成部４０９において予め任意に設定した軌道に一致して生成される。
【００８４】
次に、速度軌道生成部４０９における軌道の設定について説明する。
速度軌道生成部４０９は予め設定した関係式あるいはテーブル参照により、第２の推定残距離ｙｅ２に対して予め設定した速度軌道を描くような第３の指令速度ｖｒ３を算出する。例えば目標停止位置ｙｓに一定の加速度ａ０で停止させたいとした場合は、速度軌道生成部４０９は次の式（１９）により第３の指令速度ｖｒ３を演算することにより、第３の位置指令ｙｒ３は目標停止位置ｙｓに一定の加速度ａ０で減速して停止する。
ｖｒ３＝（−２・ａ０・ｙｅ２）1/2 ・・・・（１９）
【００８５】
本実施の形態では、第１の位置指令ｙｒ１の加速度である第１の指令加速度ａｒ１に応じて、第１の指令加速度ａｒ１より急な加速度で減速させるために、第１の位置指令ｙｒ１を２階微分あるいは２階疑似微分した疑似指令加速度ａｆを演算し、１より大きな定数ｇを用いて、次の式（２０）により第３の指令速度ｖｒ３を演算する。
ｖｒ３＝（−２・ｇ・ａｆ・ｙｅ２）1/2 ・・・・（２０）
【００８６】
更に、切替信号ｓｗが切り替わった直後に第３の指令速度ｖｒ３が大きくなると制御対象１に与える衝撃となるため、第１の位置指令ｙｒ１の微分あるいは２階微分である疑似指令速度ｖｆを演算しておき、切替信号ｓｗが切り替わった瞬間の疑似指令速度ｖｆを超えないように第３の指令速度ｖｒ３を制限しておく。
【００８７】
速度軌道生成部４０９の軌道を以上のように設定しておくことにより、切り替えスイッチ４０７が切り替わった後の第３の位置指令ｙｒ３、すなわち第２の位置指令ｙｒ２の動作は、切り替えスイッチ４０７が切り替わった直後は第１の位置指令ｙｒ１が減速しても一定速で変化し、その後に第１の位置指令の加速度ａｒ１をｇ倍した加速度で減速し、目標停止位置ｙｓに第１の位置指令ｙｒ１が停止するより早く停止するような軌道を生成することができる。
【００８８】
なお、上述の説明では第１の位置指令ｙｒ１の加速度のｇ倍の加速度で第２の位置指令ｙｒ２が減速して停止するように速度軌道生成部４０９を構成するとしたため、停止時の加速度変化がその分だけ大きくなるが、減速時間が長い場合には加速度を少し大きくするだけで第２の位置指令ｙｒ２が第１の位置指令ｙｒ１より早く目標到達位置に到達し、また追従制御部２の高域遮断特性は維持するため、従来の技術において追従制御部２の応答を速くした場合に比べると制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくせずに整定時間が短縮される。また速度軌道生成部４０９を、第３の位置指令ｙｒ３および第２の位置指令ｙｒ２が停止する直前は加速度を小さく変更するように構成することも可能であり、停止時に制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくしないようにする事も可能である。
【００８９】
本実施の形態では以上のように位置制御装置を構成することにより、第２の位置指令ｙｒ２が減速して停止する軌道を停止軌道生成部４０５および速度軌道生成部４０９で任意に設定することが可能になるため、第２の位置指令ｙｒ２を第１の位置指令ｙｒ１より早く目標停止位置ｙｓに停止させるように第３の位置指令ｙｒ３の軌道を生成することにより、停止時に制御対象１の機械系に与える衝撃を大きくしたり機械共振を励起したりすることなく、整定時間を短縮することが可能である。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、以下に示すような効果が得られる。
外部から入力した第１の位置指令に基づいて実先行移動量を出力する先行移動量演算部と、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号である第２の位置指令を入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備え、前記先行移動量演算部は前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に予め設定した加速度増幅定数を乗じた信号との加算に基づいて前記実先行移動量を演算するので、
追従制御部に入力する第２の位置指令を第１の位置指令より早く目標停止位置付近に到達させて減速させるため、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【００９１】
また、外部から入力した第１の位置指令に基づいて実先行移動量を出力する先行移動量演算部と、前記第１の位置指令に基づいて第１の位置指令が減速中に切り替え時点の判別を行う切り替え判別部と、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号である第２の位置指令を入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備え、前記先行移動量演算部は前記切り替え時点以前は前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に予め設定した加速度増幅定数を乗じた信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算するとともに、前記切り替え時点以降は前記の切り替え時点以前と異なる演算により前記実先行移動量を演算するので、
切り替え時点以前は追従制御部に入力する第２の位置指令を第１の位置指令より早く目標停止位置付近に到達させて減速させ、切り換え時点以降の第２の位置指令を適切に生成させるため、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、また停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり機械共振を励起したりすることなく停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【００９２】
さらに、前記先行移動量演算部は、前記加速度増幅定数を前記第１の位置指令が加速するときは前記第１の位置指令が減速するときより小さい値になるよう切り替えるので、
加速時に制御対象に高周波数成分を印加しないようにし、また加速開始時および加速終了時に制御対象に加える衝撃が増大しないようにしながら、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【００９３】
さらに、先行移動量演算部は、前記加速度増幅定数を前記先行時間Ｔｐの２乗を２で割った値に基づいて設定するので、
追従制御部に入力する第２の位置指令を第１の位置指令に対して先行時間Ｔｐだけ先行させて目標停止位置で速度が零になるように生成し、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【００９４】
さらに、前記先行移動量演算部は、次式で表される第１の位置指令ｙｒ１を入力とした２次以上の伝達関数演算により疑似指令速度ｖｆの演算を行い、次式においてｂ2＝ａ1とするので、
疑似速度指令を高周波数ノイズを除去しながら第１の位置指令の微分に定常的に一致させることができ、先行移動量を定常的誤差無く演算することができる。これにより第２の位置指令の軌道を定常誤差無く正確に生成するため、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、整定時間を短縮することが可能である。
ｖｆ／ｙｒ１＝（ｓ＋ｂ2・Ｓ2＋…＋ｂm・ｓm）／（１＋ａ1・ｓ＋ａ2・ｓ2＋…＋ａn・ｓn）
（ただし、ｎ、ｍは２以上の整数で、ａ1、ａ2、…、ａnおよびｂ2、…、ｂmは予め設定した定数、ｓはラプラス演算子である。）
【００９５】
また、外部から入力した第１の位置指令に基づいて第２の位置指令を生成し、前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備える位置制御装置において、前記第１の位置指令が減速中に前記第１の位置指令の変化特性に基づいて前記第１の位置指令が将来停止する位置である目標停止位置と前記第１の位置指令の現在の位置との差を推定して推定残距離として出力する残距離推定部と、前記第１の位置指令に基づいて前記第１の位置指令が減速開始時あるいは減速中に切り替え時点を判別する切り替え判別部とを備え、前記切り替え時点以降は前記第１の位置指令と前記推定残距離とに基づいて前記第２の位置指令を生成するので、
切り替え時点以降は目標停止位置を基準に任意に設定した軌道で第２の位置指令を生成できる。これにより切り替え時点以降に第２の位置指令を第１の位置指令より早く目標停止位置に停止させるように軌道を生成させ、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、また停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり機械共振を励起したりすることなく停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【００９６】
また、外部から入力した第１の位置指令に基づいて第１の先行移動量を出力する第１の先行移動量演算部と、前記第１の位置指令を入力し前記第１の位置指令が減速中に前記第１の位置指令の変化特性に基づいて前記第１の位置指令が将来停止する位置である目標停止位置と前記第１の位置指令の現在の位置との差を推定して推定残距離として出力する残距離推定部と、前記推定残距離に基づいて第２の先行移動量を出力する第２の先行移動量演算部と、前記第１の位置指令に基づいて前記第１の位置指令が減速中に切り替え時点を判別する切り替え判別部と、前記切り替え時点以前は前記第１の先行移動量を実先行移動量として出力し前記切り替え時点以降は前記第２の先行移動量を実先行移動量として出力する切り替えスイッチと、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号を第２の位置指令として入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備えるので、
切り替え時点以前に第２の位置指令を予め第１の位置指令より先行させておき、切り替え時点以降に第２の位置指令を目標停止位置を基準として任意に設定した軌道として生成することができる。これにより第２の位置指令を切り替え時点以前は第１の位置指令より早く目標停止位置の近くに到達させ、切り替え時点以降は適切な軌道で目標停止位置に停止させることができ、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、また停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり機械共振を励起したりすることなく停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【００９７】
さらに、前記残距離推定部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に基づき、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算する演算に基づいて前記推定残距離を演算するので、
第１の位置指令が一定の加速度で減速して停止する場合に正確に推定残距離を演算することができる。これにより第２の位置指令の軌道を正確に演算させる、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、また停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり機械共振を励起したりすることなく停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【００９８】
さらに、前記第２の先行移動量を推定残距離と同じにするので、
第１の位置指令が停止する以前に第２の位置指令を目標停止位置に静止するように生成することができる。これにより追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま整定時間を短縮することが可能である。
【００９９】
さらに、前記第２の先行移動量を推定残距離の定数倍とするので、
切り替え時点以降は第１の位置指令が停止する以前に第２の位置指令を第１の位置指令と相似な軌道として生成することができる。これにより制御対象の位置を緩やかに減速停止させ、停止時に制御対象の機械系に衝撃を与えたり機械共振を励起したりすることを更に低減させながら停止時の整定時間を短縮したり、制御対象の位置を急峻に減速停止させ、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、整定時間を更に短縮したりすることが可能である。
【０１００】
さらに、前記切り替え判別部は、前記第１の先行移動量と前記第２の先行移動量が一致する条件に基づいて前記切り替え時点を判別するので、
切り替え時点で第２の位置指令を連続にすることができる。これにより切り替え時点に制御対象に与える衝撃を小さくしながら第２の位置指令を切り替え時点以前は第１の位置指令より早く目標停止位置の近くに到達させ、切り替え時点以降は適切な軌道で目標停止位置に停止させることができ、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、また停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり機械共振を励起したりすることなく停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【０１０１】
さらに、前記第１の先行移動量演算部および前記第２の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令が減速中に前記第１の先行移動量と前記第２の先行移動量が一致する時点で前記第１の先行移動量の微分と前記第２の先行移動量の微分が一致するように構成するので、
切り替え時点で第２の位置指令およびその微分を連続にすることができる。これにより切り替え時点に制御対象に与える衝撃を与えることなく第２の位置指令を切り替え時点以前は第１の位置指令より早く目標停止位置の近くに到達させ、切り替え時点以降は適切な軌道で目標停止位置に停止させることができ、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、また停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり機械共振を励起したりすることなく停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【０１０２】
さらに、前記第１の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と、前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に前記先行時間Ｔｐの２乗を乗じて２で除算した信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算し、前記残距離推定部は、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算して前記推定残距離を演算し、前記第２の先行移動量演算部は、前記推定残距離を前記第２の先行移動量とするので、
第１の位置指令が加速度一定で減速停止する場合に、第２の位置指令を切り替え時点以前は第１の位置指令に対して先行時間Ｔｐだけ先行するようにし、切り替え時点で第２の位置指令およびその微分は連続にし、切り替え時点以降は目標停止位置に静止するように生成できる。これにより切り替え時点で制御対象に与える衝撃を大きくすることなく、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、また停止時に制御対象の機械系に与える衝撃を増大したり機械共振を励起したりすることなく停止時の整定時間を短縮することが可能である。
【０１０３】
さらに、前記第１の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と、前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に前記先行時間Ｔｐの２乗と予め設定した加速度設定定数を乗じて２で除算した信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算し、前記残距離推定部は、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算して前記推定残距離を演算し、前記第２の先行移動量演算部は、前記推定残距離を前記加速度設定定数で除算した信号を前記第２の先行移動量とするので、
第１の位置指令が加速度一定で減速停止する場合に、第２の位置指令を切り替え時点以前は第１の位置指令に対して先行時間Ｔｐだけ先行した軌道に一定の差を保つように減速し、切り替え時点で第２の位置指令およびその微分を連続にし、切り替え時点以降は第１の位置指令と相似な軌道になるように生成できる。これにより切り替え時点で制御対象に与える衝撃を大きくすることなく、停止時に制御対象の機械系に衝撃を与えたり機械共振を励起したりすることを更に低減させながら停止時の整定時間を短縮したり、制御対象の位置を急峻に減速停止させ、追従制御部における位置指令に対する実位置の高域遮断特性を維持したまま、整定時間を更に短縮したりすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による位置制御装置の構成図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係り、第１の先行移動量演算部の動作原理を説明する図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係り、第２の先行移動量演算部の動作原理を説明する図である。
【図４】 本発明の実施の形態１に係り、切り替え判別部および切り替えスイッチの動作の流れを表すフローチャート図である。
【図５】 本発明の実施の形態１に係り、第１の位置指令、第２の位置指令および実位置の減速から停止にかけた応答を表す図である。
【図６】 本発明の実施の形態２による位置制御装置の構成図である。
【図７】 本発明の実施の形態３による位置制御装置の構成図である。
【図８】 本発明の実施の形態３に係り、第２の先行移動量演算部の動作原理を説明する図である。
【図９】 本発明の実施の形態３に係り、第２の先行移動量演算部の動作原理を説明する図である。
【図１０】 本発明の実施の形態３に係り、切り替え判別部および切り替えスイッチの動作の流れを表すフローチャート図である。
【図１１】 本発明の実施の形態３に係り、第１の位置指令、第２の位置指令および実位置の減速から停止にかけた応答の一例を表す図である。
【図１２】 本発明の実施の形態３に係り、第１の位置指令、第２の位置指令および実位置の減速から停止にかけた応答の別の例を表す図である。
【図１３】 本発明の実施の形態４による位置制御装置の構成図である。
【図１４】 本発明の実施の形態４に係り、切り替え判別部および切り替えスイッチの動作の流れを表す図である。
【図１５】 本発明の実施の形態５による位置制御装置の構成図である。
【図１６】 本発明の実施の形態５に係り、停止軌道生成部の内部の構成を表す図である。
【図１７】 従来の技術による位置制御装置の構成図である。
【図１８】 従来の技術における位置指令の速度および実速度の軌道を表す図である。
【図１９】 従来の技術における位置指令および実位置の応答を表す図である。
【符号の説明】
１ 制御対象、２ 追従制御部、３，１０３，２０３ 第１の先行移動量演算部、３０３ 先行移動量演算部、４ 残距離推定部、５，２０５ 第２の先行移動量演算部、６，２０６，４０６ 切り替え判別部、７，４０７ 切り替えスイッチ、４０５ 停止軌道生成部、４０８ 積分器、４０９ 速度軌道生成部。
Claims (14)
- 外部から入力した第１の位置指令に基づいて実先行移動量を出力する先行移動量演算部と、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号である第２の位置指令を入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備え、前記先行移動量演算部は前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に予め設定した加速度増幅定数を乗じた信号との加算に基づいて前記実先行移動量を演算することを特徴とする位置制御装置。
- 外部から入力した第１の位置指令に基づいて実先行移動量を出力する先行移動量演算部と、前記第１の位置指令に基づいて第１の位置指令が減速中に切り替え時点の判別を行う切り替え判別部と、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号である第２の位置指令を入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備え、前記先行移動量演算部は前記切り替え時点以前は前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に予め設定した加速度増幅定数を乗じた信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算するとともに、前記切り替え時点以降は前記の切り替え時点以前と異なる演算により前記実先行移動量を演算することを特徴とする位置制御装置。
- 前記先行移動量演算部は、前記加速度増幅定数を前記第１の位置指令が加速するときは前記第１の位置指令が減速するときより小さい値になるよう切り替えることを特徴とする請求項１または２に記載の位置制御装置。
- 前記先行移動量演算部は、前記加速度増幅定数を前記先行時間Ｔｐの２乗を２で割った値に基づいて設定することを特徴とする請求項１または２に記載の位置制御装置。
- 前記先行移動量演算部は、次式で表される第１の位置指令ｙｒ１を入力とした２次以上の伝達関数演算により疑似指令速度ｖｆの演算を行い、次式においてｂ2＝ａ1とすることを特徴とする請求項１または２に記載の位置制御装置。
ｖｆ／ｙｒ１＝（ｓ＋ｂ2・Ｓ2＋…＋ｂm・ｓm）／（１＋ａ1・ｓ＋ａ2・ｓ2＋…＋ａn・ｓn）
（ただし、ｎ、ｍは２以上の整数で、ａ1、ａ2、…、ａnおよびｂ2、…、ｂmは予め設定した定数、ｓはラプラス演算子である。） - 外部から入力した第１の位置指令に基づいて第２の位置指令を生成し、前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備える位置制御装置において、前記第１の位置指令が減速中に前記第１の位置指令の変化特性に基づいて前記第１の位置指令が将来停止する位置である目標停止位置と前記第１の位置指令の現在の位置との差を推定して推定残距離として出力する残距離推定部と、前記第１の位置指令に基づいて前記第１の位置指令が減速開始時あるいは減速中に切り替え時点を判別する切り替え判別部とを備え、前記切り替え時点以降は前記第１の位置指令と前記推定残距離とに基づいて前記第２の位置指令を生成することを特徴とする位置制御装置。
- 外部から入力した第１の位置指令に基づいて第１の先行移動量を出力する第１の先行移動量演算部と、前記第１の位置指令を入力し前記第１の位置指令が減速中に前記第１の位置指令の変化特性に基づいて前記第１の位置指令が将来停止する位置である目標停止位置と前記第１の位置指令の現在の位置との差を推定して推定残距離として出力する残距離推定部と、前記推定残距離に基づいて第２の先行移動量を出力する第２の先行移動量演算部と、前記第１の位置指令に基づいて前記第１の位置指令が減速中に切り替え時点を判別する切り替え判別部と、前記切り替え時点以前は前記第１の先行移動量を実先行移動量として出力し前記切り替え時点以降は前記第２の先行移動量を実先行移動量として出力する切り替えスイッチと、前記第１の位置指令と前記実先行移動量の和信号を第２の位置指令として入力し制御対象の位置が前記第２の位置指令に追従するように制御を行う追従制御部を備えることを特徴とする位置制御装置。
- 前記残距離推定部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度と前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に基づき、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算する演算に基づいて前記推定残距離を演算することを特徴とする請求項６または７に記載の位置制御装置。
- 前記第２の先行移動量を前記推定残距離と同じにすることを特徴とする請求項７に記載の位置制御装置。
- 前記第２の先行移動量を前記推定残距離の定数倍とすることを特徴とする請求項７に記載の位置制御装置。
- 前記切り替え判別部は、前記第１の先行移動量と前記第２の先行移動量が一致する条件に基づいて前記切り替え時点を判別することを特徴とする請求項７に記載の位置制御装置。
- 前記第１の先行移動量演算部および前記第２の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令が減速中に前記第１の先行移動量と前記第２の先行移動量が一致する時点で前記第１の先行移動量の微分と前記第２の先行移動量の微分が一致するように構成することを特徴とする請求項７に記載の位置制御装置。
- 前記第１の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と、前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に前記先行時間Ｔｐの２乗を乗じて２で除算した信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算し、前記残距離推定部は、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算して前記推定残距離を演算し、前記第２の先行移動量演算部は、前記推定残距離を前記第２の先行移動量とすることを特徴とする請求項１２に記載の位置制御装置。
- 前記第１の先行移動量演算部は、前記第１の位置指令の微分あるいは疑似微分である疑似指令速度に予め設定した先行時間Ｔｐを乗じた信号と、前記第１の位置指令の２階微分あるいは２階疑似微分である疑似指令加速度に前記先行時間Ｔｐの２乗と予め設定した加速度設定定数を乗じて２で除算した信号との加算に基づいて前記第１の先行移動量を演算し、前記残距離推定部は、前記疑似指令速度の２乗を前記疑似加速度の−２倍で除算して前記推定残距離を演算し、前記第２の先行移動量演算部は、前記推定残距離を前記加速度設定定数で除算した信号を前記第２の先行移動量とすることを特徴とする請求項１２に記載の位置制御装置。
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