JP5836161B2 - Control device and positioning table device - Google Patents

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Description

本発明は、アクチュエータを制御する制御装置、および、位置決めテーブル装置に関する。   The present invention relates to a control device that controls an actuator and a positioning table device.

位置決め動作において、装置の内部あるいは外部に位置決め動作を乱す加振力等の外乱があると、より高精度な位置決めを目指す場合には、その外乱が微細であっても影響を無視できなくなる。そのような状況においては、通常のフィードバック系の制御システムで位置決め制御を行っても、外乱による偏差が生じてから制御量が決定されるため、本質的に外乱の影響を抑えることは難しい。   In the positioning operation, if there is a disturbance such as an excitation force that disturbs the positioning operation inside or outside of the apparatus, the influence cannot be ignored even if the disturbance is fine when aiming for more accurate positioning. In such a situation, even if positioning control is performed by a normal feedback control system, the control amount is determined after a deviation due to the disturbance occurs, so it is essentially difficult to suppress the influence of the disturbance.

そのため、制御装置に外乱を推定する手段を設け、外乱による影響を抑えるように制御量を調整することによって高精度な位置決めを行っている電気モータ用制御装置が知られている。(例えば、特許文献1参照)。   For this reason, there is known an electric motor control device in which means for estimating disturbance is provided in the control device, and positioning is performed with high accuracy by adjusting the control amount so as to suppress the influence of the disturbance. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2009−247098号公報JP 2009-247098 A

特許文献1に記載の発明では、ある特定の周波数の信号を選択的に増幅する伝達関数を用いて検出信号を増幅することで既に発生した外乱を推定し、この推定した外乱信号を用いて外乱による影響を抑える抑制信号を生成するようにしている。このように、外乱の影響を含む信号が入力されてから信号処理を行って抑制信号を生成しているので、この場合も信号処理に要する時間分の出力の遅延は避けられず、外乱を十分に抑えられない。また、外乱以外の信号成分も増幅されてしまうため、外乱の推定精度を十分に高められないという欠点もある。   In the invention described in Patent Document 1, a disturbance that has already occurred is estimated by amplifying a detection signal using a transfer function that selectively amplifies a signal of a specific frequency, and the disturbance is generated using the estimated disturbance signal. A suppression signal is generated that suppresses the influence of. As described above, since the signal including the influence of the disturbance is input and the signal processing is performed to generate the suppression signal, the output delay for the time required for the signal processing is unavoidable in this case as well, and the disturbance is sufficiently Can not be suppressed. Further, since signal components other than disturbances are also amplified, there is a drawback that the estimation accuracy of disturbances cannot be sufficiently increased.

請求項の発明は、駆動対象を駆動するアクチュエータを制御するための指令と、アクチュエータの駆動状態を検出する検出部の検出情報とに基づき、アクチュエータを制御する制御装置であって、検出情報に基づいて駆動対象が受ける外乱の周波数を推定する外乱周波数推定部と、外乱周波数推定部で推定された周波数に基づいて、その後の外乱を予測して予測外乱信号を発生する外乱予測部と、予測外乱信号に基づいて、外乱によって駆動対象が受ける力を相殺する外乱抑制力の発生をアクチュエータに要求する抑制力指示部と、を備え、検出情報と抑制力指示部の要求とに基づいてアクチュエータを制御し、外乱予測部は、外乱周波数推定部で推定した周波数で駆動される複数の説明変数を生成し、複数の説明変数と検出情報とから各説明変数の係数をそれぞれ決定し、複数の説明変数および複数の係数に基づいて予測外乱信号を発生し、外乱予測部は、予測外乱信号と検出情報に含まれる外乱信号成分とを比較し、重回帰分析を用いて複数の係数を決定することを特徴とする。
請求項の発明は、駆動対象を駆動するアクチュエータを制御するための指令と、アクチュエータの駆動状態を検出する検出部の検出情報とに基づき、アクチュエータを制御する制御装置であって、検出情報に基づいて駆動対象が受ける外乱の周波数を推定する外乱周波数推定部と、外乱周波数推定部で推定された周波数に基づいて、その後の外乱を予測して予測外乱信号を発生する外乱予測部と、予測外乱信号に基づいて、外乱によって駆動対象が受ける力を相殺する外乱抑制力の発生をアクチュエータに要求する抑制力指示部と、を備え、検出情報と抑制力指示部の要求とに基づいてアクチュエータを制御し、外乱予測部は、外乱周波数推定部で推定した周波数で駆動される複数の説明変数を生成し、複数の説明変数と検出情報とから各説明変数の係数をそれぞれ決定し、複数の説明変数および複数の係数に基づいて予測外乱信号を発生し、説明変数は、推定された周波数と同一周期のSIN関数およびCOS関数と、定数1とで構成されることを特徴とする。
請求項の発明は、請求項に記載の制御装置において、外乱周波数推定部による周波数の推定および外乱予測部による予測外乱信号の発生が繰り返し実行され、繰り返し実行の度に定数1の係数の変化量を検出する検出部と、推定された周波数を変化量に基づいて補正する補正部と、を備えたことを特徴とする。
請求項の発明は、駆動対象を駆動するアクチュエータを制御するための指令と、アクチュエータの駆動状態を検出する検出部の検出情報とに基づき、アクチュエータを制御する制御装置であって、検出情報に基づいて駆動対象が受ける外乱の周波数を推定する外乱周波数推定部と、外乱周波数推定部で推定された周波数に基づいて、その後の外乱を予測して予測外乱信号を発生する外乱予測部と、予測外乱信号に基づいて、外乱によって駆動対象が受ける力を相殺する外乱抑制力の発生をアクチュエータに要求する抑制力指示部と、を備え、検出情報と抑制力指示部の要求とに基づいてアクチュエータを制御し、外乱周波数推定部による周波数の推定および外乱予測部による予測外乱信号の発生は、所定の条件に基づいて繰り返し行われ、所定の条件とは、指令による指令位置と検出情報に基づく駆動対象の位置との差が所定閾値以上となったか否かの条件であり、指令位置と駆動対象の位置との差が所定閾値以上となった場合に、外乱周波数推定部による周波数の推定および外乱予測部による予測外乱信号の発生が行われることを特徴とする。
請求項の発明は、駆動対象を駆動するアクチュエータを制御するための指令と、アクチュエータの駆動状態を検出する検出部の検出情報とに基づき、アクチュエータを制御する制御装置であって、検出情報に基づいて駆動対象が受ける外乱の周波数を推定する外乱周波数推定部と、外乱周波数推定部で推定された周波数に基づいて、その後の外乱を予測して予測外乱信号を発生する外乱予測部と、予測外乱信号に基づいて、外乱によって駆動対象が受ける力を相殺する外乱抑制力の発生をアクチュエータに要求する抑制力指示部と、を備え、検出情報と抑制力指示部の要求とに基づいてアクチュエータを制御し、外乱周波数推定部は、検出情報に基づいて駆動対象が受ける外乱の周波数を複数推定し、外乱予測部は、外乱周波数推定部で推定された複数の周波数に基づいて予測外乱信号を発生することを特徴とする。
請求項の発明は、駆動対象を駆動するアクチュエータを制御するための指令と、アクチュエータの駆動状態を検出する検出部の検出情報とに基づき、アクチュエータを制御する制御装置であって、検出情報に基づいて駆動対象が受ける外乱の周波数を推定する外乱周波数推定部と、外乱周波数推定部で推定された周波数に基づいて、その後の外乱を予測して予測外乱信号を発生する外乱予測部と、予測外乱信号に基づいて、外乱によって駆動対象が受ける力を相殺する外乱抑制力の発生をアクチュエータに要求する抑制力指示部と、を備え、検出情報と抑制力指示部の要求とに基づいてアクチュエータを制御し、外乱周波数推定部は、検出情報に基づいて、アクチュエータの発生する駆動力と駆動対象の速度変化に必要な力との差分量、または、アクチュエータの発生する駆動トルクと駆動対象の速度変化に必要なトルクとの差分量を求め、その差分量に基づいて周波数の推定を行うことを特徴とする。
請求項の発明による位置決めテーブル装置は、請求項1乃至のいずれか一項に記載の制御装置と、駆動対象であってワークが搭載されるテーブルと、テーブルをスライド駆動するアクチュエータと、検出部であってアクチュエータによる駆動量を検出するエンコーダと、を備えたことを特徴とする。
The invention of claim 1 is a control device that controls an actuator based on a command for controlling an actuator that drives a drive target and detection information of a detection unit that detects a drive state of the actuator, A disturbance frequency estimator for estimating the frequency of the disturbance received by the driven object, a disturbance prediction unit for predicting the subsequent disturbance and generating a predicted disturbance signal based on the frequency estimated by the disturbance frequency estimator, and a prediction A suppression force instruction unit that requests the actuator to generate a disturbance suppression force that cancels out the force received by the driven object due to the disturbance, and the actuator is operated based on the detection information and the request of the suppression force instruction unit. The disturbance predicting unit generates a plurality of explanatory variables driven at the frequency estimated by the disturbance frequency estimating unit, and each of the plurality of explanatory variables and the detection information is used to generate each explanatory variable. The coefficient of light variable determining respectively, the predicted disturbance signal generated based on a plurality of explanatory variables and a plurality of coefficients, disturbance prediction unit compares the disturbance signal component contained in the predicted disturbance signal and the detection information, heavy It is characterized by determining a plurality of coefficients using regression analysis.
The invention of claim 2 is a control device that controls an actuator based on a command for controlling an actuator that drives a drive target and detection information of a detection unit that detects a driving state of the actuator, and the detection information includes A disturbance frequency estimator for estimating the frequency of the disturbance received by the driven object, a disturbance prediction unit for predicting the subsequent disturbance and generating a predicted disturbance signal based on the frequency estimated by the disturbance frequency estimator, and a prediction A suppression force instruction unit that requests the actuator to generate a disturbance suppression force that cancels out the force received by the driven object due to the disturbance, and the actuator is operated based on the detection information and the request of the suppression force instruction unit. The disturbance predicting unit generates a plurality of explanatory variables driven at the frequency estimated by the disturbance frequency estimating unit, and each of the plurality of explanatory variables and the detection information is used to generate each explanatory variable. The coefficient of light variable determining respectively, the predicted disturbance signal generated based on a plurality of explanatory variables and a plurality of coefficients, explanatory variables, a SIN function and COS functions estimated frequency the same period, with a constant 1 It is characterized by being configured.
According to a third aspect of the present invention, in the control device according to the second aspect , the frequency estimation by the disturbance frequency estimation unit and the generation of the predicted disturbance signal by the disturbance prediction unit are repeatedly executed, and the coefficient of the constant 1 is calculated each time the repetition is performed. A detection unit that detects a change amount and a correction unit that corrects the estimated frequency based on the change amount are provided.
The invention of claim 4 is a control device for controlling an actuator based on a command for controlling an actuator that drives a drive target and detection information of a detection unit that detects a driving state of the actuator, A disturbance frequency estimator for estimating the frequency of the disturbance received by the driven object, a disturbance prediction unit for predicting the subsequent disturbance and generating a predicted disturbance signal based on the frequency estimated by the disturbance frequency estimator, and a prediction A suppression force instruction unit that requests the actuator to generate a disturbance suppression force that cancels out the force received by the driven object due to the disturbance, and the actuator is operated based on the detection information and the request of the suppression force instruction unit. controlling the generation of the predicted disturbance signal by the estimated and the disturbance predictor of the frequency due to the disturbance frequency estimation unit is repeated based on a predetermined condition, The constant condition is a condition as to whether or not the difference between the commanded position based on the command and the position of the drive target based on the detection information is equal to or greater than a predetermined threshold. The difference between the command position and the position of the drive target is equal to or greater than the predetermined threshold. In this case, the frequency estimation by the disturbance frequency estimation unit and the generation of the predicted disturbance signal by the disturbance prediction unit are performed.
The invention of claim 5 is a control device for controlling an actuator based on a command for controlling an actuator that drives a drive target and detection information of a detection unit that detects a drive state of the actuator, A disturbance frequency estimator for estimating the frequency of the disturbance received by the driven object, a disturbance prediction unit for predicting the subsequent disturbance and generating a predicted disturbance signal based on the frequency estimated by the disturbance frequency estimator, and a prediction A suppression force instruction unit that requests the actuator to generate a disturbance suppression force that cancels out the force received by the driven object due to the disturbance, and the actuator is operated based on the detection information and the request of the suppression force instruction unit. controlled, disturbance frequency estimation unit, the frequency of the disturbance experienced by the drive object based on the detection information a plurality of estimated disturbance predictor is estimated by the disturbance frequency estimation unit Wherein the generating a predicted disturbance signal on the basis of a plurality of frequencies which are.
The invention of claim 6 is a control device that controls an actuator based on a command for controlling an actuator that drives a drive target and detection information of a detection unit that detects a driving state of the actuator, A disturbance frequency estimator for estimating the frequency of the disturbance received by the driven object, a disturbance prediction unit for predicting the subsequent disturbance and generating a predicted disturbance signal based on the frequency estimated by the disturbance frequency estimator, and a prediction A suppression force instruction unit that requests the actuator to generate a disturbance suppression force that cancels out the force received by the driven object due to the disturbance, and the actuator is operated based on the detection information and the request of the suppression force instruction unit. controlled, disturbance frequency estimation unit based on the detection information, the amount of difference between the drive force and the force required velocity change of the driven object generated the actuator, or Calculates a difference amount between the torque required for the speed change of the driving torque between the driven object generated the actuator, and performs estimation of the frequency based on the difference amount.
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a positioning table device according to any one of the first to sixth aspects, a table to be driven and mounted with a work, an actuator for sliding the table, and detection. And an encoder that detects the amount of drive by the actuator.

本発明によれば、アクチュエータの駆動を高精度に制御することができる。   According to the present invention, the drive of the actuator can be controlled with high accuracy.

位置決めテーブル装置の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of a positioning table apparatus. 外乱推定器10の構成を示す図である。2 is a diagram illustrating a configuration of a disturbance estimator 10. FIG. 外乱推定器10の動作を説明するフローチャートである。5 is a flowchart for explaining the operation of a disturbance estimator 10; テーブルの変位xを示す図である。It is a figure which shows the displacement x of a table. 位置制御器9の出力O1(N)の時間的変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the output O1 (N) of the position controller 9. FIG. 外乱推定器10の出力を示す図である。It is a figure which shows the output of the disturbance estimator 10. 外乱推定器10の推定精度が悪い場合のテーブル1の変位xを示す図である。It is a figure which shows the displacement x of the table 1 when the estimation precision of the disturbance estimator 10 is bad. 変形例1を説明する図である。It is a figure explaining the modification 1. FIG.

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下では、サーボモータを用いてテーブルを動かして位置決めを行う装置、すなわち、生産設備等で用いられる位置決めテーブル装置を例に、本発実施の形態の制御装置について説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Hereinafter, the control apparatus according to the present embodiment will be described by taking as an example an apparatus that performs positioning by using a servomotor to move a table, that is, a positioning table apparatus that is used in production equipment or the like.

図1は、位置決めテーブル装置の全体構成を示す図である。テーブル1は、左ガイド2aおよび右ガイド2bによりガイド長手方向にスライドできるように保持されている。テーブル1には、テーブル1をスライドさせるための駆動ベルト4が固定されている。駆動ベルト4は、駆動プーリ3aおよび従動プーリ3bに架け回されている。サーボモータ5の出力軸は駆動プーリ3aの軸に直結しており、サーボモータ5により駆動プーリ3aに回転力を与えると駆動ベルト4が駆動され、テーブル1がガイド長手方向にスライド移動する。   FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a positioning table device. The table 1 is held by a left guide 2a and a right guide 2b so as to be slidable in the guide longitudinal direction. A driving belt 4 for sliding the table 1 is fixed to the table 1. The drive belt 4 is wound around the drive pulley 3a and the driven pulley 3b. The output shaft of the servo motor 5 is directly connected to the shaft of the drive pulley 3a. When the servo motor 5 applies a rotational force to the drive pulley 3a, the drive belt 4 is driven and the table 1 slides in the guide longitudinal direction.

サーボアンプ7は、図示しない上位コントローラからの指令とサーボモータ5に設けられたエンコーダ6からの信号S1とに基づいて、サーボモータ5を駆動するための三相交流を生成し、サーボモータ5に供給する。   The servo amplifier 7 generates a three-phase alternating current for driving the servo motor 5 based on a command from a host controller (not shown) and a signal S 1 from the encoder 6 provided in the servo motor 5. Supply.

サーボアンプ7に設けられた入力処理器8では、エンコーダ6からの信号S1をサーボモータ5の制御に必要な物理量、例えば、サーボモータ5の角加速度や角速度、回転角度等に変換する。位置制御器9、外乱推定器10は、入力処理器8から出力される物理量(駆動情報としての制御信号)を用いてサーボモータ5の駆動トルクを計算する。電力変換器11は、この駆動トルクに基づいてサーボモータ5に印加する三相交流O3を生成する。なお、この他の構成として、電力変換器11へ電力供給を行うパワーライン系や、サーボモータ5に流れる電流を調整する電流制御系などの付随回路等があるが、これらについては説明及び図示を省略する。   In the input processor 8 provided in the servo amplifier 7, the signal S 1 from the encoder 6 is converted into a physical quantity necessary for controlling the servo motor 5, for example, angular acceleration, angular velocity, rotational angle, etc. of the servo motor 5. The position controller 9 and the disturbance estimator 10 calculate the drive torque of the servo motor 5 using the physical quantity (control signal as drive information) output from the input processor 8. The power converter 11 generates a three-phase AC O3 to be applied to the servo motor 5 based on this driving torque. Other configurations include an accompanying circuit such as a power line system that supplies power to the power converter 11 and a current control system that adjusts the current flowing through the servo motor 5. However, these are described and illustrated. Omitted.

図1において、エンコーダ6→入力処理器8→位置制御器9→電力変換器11→サーボモータ5で示す制御系は、従来のフィードバック制御系に相当するものである。例えば、位置決めテーブル装置にて位置決め動作を行う場合、上位コントローラからサーボアンプ7に対して指令(例えば、サーボモータ5の速度指令)が入力される。上述したように、サーボアンプ7の入力処理器8には、サーボモータ5に取り付けられているエンコーダ6の検出する位置信号(パルス信号)S1が入力されている。入力処理器8は、その位置信号S1に基づいて現在の状態でのサーボモータ5の速度を計算する。   In FIG. 1, a control system indicated by encoder 6 → input processor 8 → position controller 9 → power converter 11 → servo motor 5 corresponds to a conventional feedback control system. For example, when a positioning operation is performed by the positioning table device, a command (for example, a speed command for the servo motor 5) is input from the host controller to the servo amplifier 7. As described above, the position signal (pulse signal) S <b> 1 detected by the encoder 6 attached to the servo motor 5 is input to the input processor 8 of the servo amplifier 7. The input processor 8 calculates the speed of the servo motor 5 in the current state based on the position signal S1.

位置制御器9は、位置と速度の両方を指令値に近付けるようにサーボモータで発生させるトルクを計算する。指令値は上位コントローラから入力される。なお、位置制御器9では位置制御の計算と速度制御の計算は独立になされるため、速度指令だけを入力した場合には、位置制御器9は速度制御を行う計算ブロックとして動作する。そのため、本実施の形態に示す例では、速度指令のみを入力し速度制御を行うように動作させている。   The position controller 9 calculates the torque generated by the servo motor so that both the position and the speed are close to the command value. The command value is input from the host controller. Since the position controller 9 calculates the position control and the speed control independently, when only the speed command is input, the position controller 9 operates as a calculation block for performing the speed control. Therefore, in the example shown in the present embodiment, only the speed command is input and the operation is performed so as to perform the speed control.

なお、本実施例では速度制御の例で説明するが、これに限らず、位置指令を入力して位置制御を行っても良いし、位置と速度の両方指令を入力しての両方の制御を行っても良い。このようにして、位置制御器9の出力O1として、サーボモータ5の速度を指令値と一致させるような駆動トルクが算出される。外乱推定器10を備えていない従来の制御装置では、電力変換器11は、この出力O1と、入力処理器8から入力されるモータロータ位置信号S2とに基づいて、三相交流O3を生成する。   In this embodiment, an example of speed control will be described. However, the present invention is not limited to this, and position control may be performed by inputting a position command, or both controls by inputting both position and speed commands. You can go. In this way, a drive torque that causes the speed of the servo motor 5 to coincide with the command value is calculated as the output O1 of the position controller 9. In a conventional control device that does not include the disturbance estimator 10, the power converter 11 generates a three-phase alternating current O3 based on the output O1 and the motor rotor position signal S2 input from the input processor 8.

本実施の形態では、このようなフィードバック制御系に加えて外乱推定器10を備えている。図2は外乱推定器10の構成を示す図であり、図3は外乱推定器10の動作を説明するフローチャートである。以下では、図2,3を用いて外乱推定器10の構成および動作を説明する。外乱推定器10は、外乱周波数推定部10a、関数決定部10bおよび外乱補正信号発生部10cを備えている。外乱推定器10に入力された物理量(制御信号)は,外乱周波数推定部10aおよび関数決定部10bに入力される。   In this embodiment, a disturbance estimator 10 is provided in addition to such a feedback control system. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the disturbance estimator 10, and FIG. 3 is a flowchart for explaining the operation of the disturbance estimator 10. Hereinafter, the configuration and operation of the disturbance estimator 10 will be described with reference to FIGS. The disturbance estimator 10 includes a disturbance frequency estimation unit 10a, a function determination unit 10b, and a disturbance correction signal generation unit 10c. The physical quantity (control signal) input to the disturbance estimator 10 is input to the disturbance frequency estimation unit 10a and the function determination unit 10b.

ここで、外乱推定器10に入力され制御信号(物理量)としては、例えば、(a)サーボモータ5の角加速度、(b)サーボモータ5の角速度とサーボモータ5によって駆動される慣性体の慣性合計値の積、(c)サーボモータ5によって駆動される慣性体の慣性合計値とサーボモータ5の角加速度との積からサーボモータ5の発生するトルクを引いた値、(d)図示しないトルクセンサ(例えば、サーボモータ5に設けられている)の値の計測値、(e)上位コントローラで計算されたサーボモータ5の発生する駆動力、(f)サーボモータ5によって駆動される慣性体の慣性合計値とサーボモータ5の角加速度との積から図示しないトルクセンサの計測値を引いた値等を用いることができる。いずれを制御信号として使用するかは、装置の構成や要求仕様に依存し、算出にかかるコストや精度等を考慮して適するものを用いれば良い。   Here, examples of the control signal (physical quantity) input to the disturbance estimator 10 include (a) angular acceleration of the servo motor 5 and (b) angular velocity of the servo motor 5 and inertia of the inertial body driven by the servo motor 5. Product of the total value, (c) a value obtained by subtracting the torque generated by the servo motor 5 from the product of the total inertia value of the inertial body driven by the servo motor 5 and the angular acceleration of the servo motor 5, and (d) a torque not shown. A measured value of a value of a sensor (for example, provided in the servomotor 5), (e) a driving force generated by the servomotor 5 calculated by the host controller, and (f) an inertial body driven by the servomotor 5. A value obtained by subtracting a measured value of a torque sensor (not shown) from the product of the total inertia value and the angular acceleration of the servo motor 5 can be used. Which one is used as the control signal depends on the configuration of the apparatus and the required specifications, and may be one that is suitable in consideration of the cost and accuracy of calculation.

図3のステップS101では、外乱周波数推定部10aは、現在の状態でのサーボモータ5の速度および電力変換器11から出力されるサーボモータ5の出力トルクモニタ信号S3等から得られる上記制御信号に基づいて、制御信号の変動の周波数f(外乱成分の周波数)を求める。なお、出力トルクモニタ信号S3は必ずしも使用しなくても良いが。使用することで推定精度を高めることができる。周波数の求め方としては、高速フーリエ変換を行っても良いし、制御信号の波形の山と山の間などの時間から求めても良い。本実施形態では高速フーリエ変換を用いて変換後の信号強度から周波数を求めている。なお、高速フーリエ変換については確立された技術であるためその動作説明は省略する。外乱周波数推定部10aから出力された周波数fは、増幅器10dで2π倍されて角速度ωに変換される。   In step S101 in FIG. 3, the disturbance frequency estimation unit 10a uses the control signal obtained from the speed of the servo motor 5 in the current state, the output torque monitor signal S3 of the servo motor 5 output from the power converter 11, and the like. Based on this, the control signal fluctuation frequency f (disturbance component frequency) is obtained. Note that the output torque monitor signal S3 is not necessarily used. By using it, the estimation accuracy can be increased. As a method of obtaining the frequency, fast Fourier transform may be performed, or it may be obtained from a time such as between the peaks of the waveform of the control signal. In the present embodiment, the frequency is obtained from the signal intensity after conversion using fast Fourier transform. Since the fast Fourier transform is an established technique, description of its operation is omitted. The frequency f output from the disturbance frequency estimation unit 10a is multiplied by 2π by the amplifier 10d and converted to an angular velocity ω.

ステップS102では、外乱周波数推定部10aで決定した周波数f(角速度ω)で駆動される説明変数(波形)が生成される。本実施形態では、角速度をω、現在の時刻をtとしたとき、sin(ω・t)、cos(ω・t)および定数1を説明変数に用いた。なお、本実施形態で用いた説明変数は一例であって、例えば、tの累乗関数や指数関数や分数関数、また、これらの組合せであっても良く、装置の構成や要求仕様を考慮して、算出にかかるコストや精度等を考慮して適するものを用いれば良い。   In step S102, an explanatory variable (waveform) that is driven at the frequency f (angular velocity ω) determined by the disturbance frequency estimation unit 10a is generated. In the present embodiment, sin (ω · t), cos (ω · t) and constant 1 are used as explanatory variables, where ω is the angular velocity and t is the current time. Note that the explanatory variables used in the present embodiment are examples, and may be, for example, a power function of t, an exponential function, a fractional function, or a combination of these, taking into consideration the configuration of the apparatus and the required specifications. A suitable one may be used in consideration of the cost and accuracy of calculation.

ステップS103では、関数決定部10bにおいて、生成された説明変数と入力された制御信号とから説明変数の係数が決定される。決定方法としては回帰分析やT検定のような種々の方法があるが、ここでは、制御信号を目的変数として説明変数への回帰計算を行って、各説明変数の係数を決定する。すなわち、係数の決定においては、目的変数と説明変数の係数倍の線形和の誤差が最小となるように計算を行う。例えば、最小二乗法により計算する。本実施形態では、この計算に重回帰分析による計算を用いて係数の決定を行っている。制御信号には上述した(a)〜(f)のような制御信号が用いられ、信号S1に含まれる外乱成分に近いものが用いられるので、回帰分析の結果は外乱信号を精度良く近似している。   In step S103, the function determination unit 10b determines the coefficient of the explanatory variable from the generated explanatory variable and the input control signal. As a determination method, there are various methods such as regression analysis and T test. Here, the regression calculation to the explanatory variable is performed using the control signal as the objective variable, and the coefficient of each explanatory variable is determined. That is, in determining the coefficients, calculation is performed so that the error of the linear sum of the coefficient times of the objective variable and the explanatory variable is minimized. For example, the calculation is performed by the least square method. In the present embodiment, the coefficient is determined using calculation by multiple regression analysis for this calculation. As the control signal, the control signals such as (a) to (f) described above are used, and those close to the disturbance component included in the signal S1 are used. Therefore, the result of the regression analysis approximates the disturbance signal with high accuracy. Yes.

ステップS104では、外乱補正信号発生部10cは、推定した周波数f(角速度ω)を用いた説明変数と、関数決定部10bで決定した係数とを用いて現在以後(周波数推定後)に印加される外乱を予測し、予測外乱信号モデルを生成する。関数決定部10bで決定した係数をそれぞれA1,A2,A3とすると、予測外乱信号モデルは次式(1)のように表される。
A1・sin(ω・t)+A2・cos(ω・t)+A3 …(1)
In step S104, the disturbance correction signal generation unit 10c is applied after the present time (after frequency estimation) using the explanatory variable using the estimated frequency f (angular velocity ω) and the coefficient determined by the function determination unit 10b. A disturbance is predicted and a predicted disturbance signal model is generated. Assuming that the coefficients determined by the function determination unit 10b are A1, A2, and A3, respectively, the predicted disturbance signal model is expressed by the following equation (1).
A1 · sin (ω · t) + A2 · cos (ω · t) + A3 (1)

このようにして予測外乱信号モデルが決定したならば、ステップS105に進んで、外乱補正信号発生部10cは、予測外乱信号モデルに基づく外乱補正信号O2を出力する。なお、外乱補正信号は予測外乱信号の正負を反転したものである。すなわち、上位コントローラからの指令に基づく駆動トルクに加えて、駆動対象であるテーブル1が受けると予測される外乱による力(加振力)と逆方向の力(外乱抑制力)を、外乱に遅れることなくサーボモータ5に発生させることによって、外乱による加振力がサーボモータ5によって発生した外乱抑制力(補正トルク)によって相殺される。   When the predicted disturbance signal model is determined in this way, the process proceeds to step S105, and the disturbance correction signal generation unit 10c outputs a disturbance correction signal O2 based on the predicted disturbance signal model. The disturbance correction signal is obtained by inverting the sign of the predicted disturbance signal. That is, in addition to the drive torque based on the command from the host controller, the force (excitation force) caused by the disturbance predicted to be received by the table 1 to be driven is delayed by the disturbance (force to suppress disturbance) to the disturbance. By causing the servo motor 5 to generate without the vibration, the excitation force due to the disturbance is canceled by the disturbance suppression force (correction torque) generated by the servo motor 5.

エンコーダ6からの信号S1には外乱による加振力の情報が含まれているが、外乱予測を精度良く行うためには、この加振力をサーボモータ軸トルクとして適切に変換された制御信号を用いれば、外乱による加振力をサーボモータ5の補正トルクによって精度良く相殺(抑制)することができる。例えば、上述した(a)〜(f)の制御信号を比較した場合、(c)の信号が最も正確に外乱を表しており、これを制御信号として用いるのが好ましい。(c)の制御信号をモータに限らずより一般的に表現すれば、アクチュエータの発生する駆動力と駆動対象の速度変化に必要な力との差分量、または、アクチュエータの発生する駆動トルクと駆動対象の速度変化に必要なトルクとの差分量となる。   The signal S1 from the encoder 6 includes information on the excitation force due to the disturbance. In order to accurately predict the disturbance, a control signal obtained by appropriately converting the excitation force as the servo motor shaft torque is used. If used, the excitation force due to the disturbance can be accurately canceled (suppressed) by the correction torque of the servo motor 5. For example, when the control signals (a) to (f) described above are compared, the signal (c) most accurately represents the disturbance, and this is preferably used as the control signal. If the control signal of (c) is expressed more generally than the motor, the difference between the driving force generated by the actuator and the force required for the speed change of the driving target, or the driving torque generated by the actuator and the driving This is the difference from the torque required for the target speed change.

ここで、図3に示す外乱推定器10の動作は、サーボアンプ7の計算周期毎に実行しても良いし、または、計算周期とは別の所定時間間隔で行うようにしても良い。また、後述するように所定条件が整った場合に行うようにしても良い。特に、外乱推定器10の中の関数決定部10bについては、この動作が行われるたびに、係数A1〜A3が更新され、更新されたA1〜A2を予測外乱信号モデルに用いることにより、推定器の誤差による累積的なずれをリセットすることができることになり、外乱に対する補正精度がより向上する。また、外乱推定器10内の外乱補正信号発生部10c、外乱周波数推定部10aについてもサーボアンプ7の計算周期毎に実行しても良いし、ある一定の時間間隔、あるいは、ある条件が整った場合に動作を行っても良い。   Here, the operation of the disturbance estimator 10 shown in FIG. 3 may be executed for each calculation cycle of the servo amplifier 7 or may be performed at a predetermined time interval different from the calculation cycle. Further, as described later, it may be performed when a predetermined condition is satisfied. In particular, for the function determination unit 10b in the disturbance estimator 10, the coefficients A1 to A3 are updated each time this operation is performed, and the updated A1 to A2 are used for the predicted disturbance signal model, thereby the estimator. The cumulative shift due to the error can be reset, and the correction accuracy for disturbance is further improved. Also, the disturbance correction signal generator 10c and the disturbance frequency estimator 10a in the disturbance estimator 10 may be executed every calculation cycle of the servo amplifier 7, or a certain time interval or certain condition is satisfied. In some cases, the operation may be performed.

外乱補正信号発生部10cから出力された外乱補正信号O2は、図1に示す電力変換器11に入力される。電力変換器11は、位置制御器9からの出力O1と外乱推定器10からの出力される外乱補正信号O2とモータロータ位置信号S2とからサーボモータ5に加える三相交流の参照値を生成し、PWMによる電力変換を行ってサーボモータ5に加える電力を生成する。上述したように、本実施形態における出力O1は、サーボモータ5の速度を上位コントローラからの指令値と一致させるような駆動トルクを発生させる指令である。一方、外乱補正信号O2は、外乱による加振力を相殺する補正トルクを発生させる指令である。その結果、サーボモータ5は、上位コントローラの指令に追従しつつ、外乱による加振力を抑制するトルクを発生する。   The disturbance correction signal O2 output from the disturbance correction signal generator 10c is input to the power converter 11 shown in FIG. The power converter 11 generates a reference value of a three-phase alternating current to be applied to the servomotor 5 from the output O1 from the position controller 9, the disturbance correction signal O2 output from the disturbance estimator 10, and the motor rotor position signal S2. Electric power to be applied to the servo motor 5 is generated by performing power conversion by PWM. As described above, the output O1 in the present embodiment is a command for generating a driving torque that matches the speed of the servo motor 5 with the command value from the host controller. On the other hand, the disturbance correction signal O2 is a command for generating a correction torque that cancels the excitation force caused by the disturbance. As a result, the servo motor 5 generates torque that suppresses the excitation force due to disturbance while following the command of the host controller.

サーボモータ5からのトルクは駆動プーリ3aを回転させてベルト4を動かし、テーブル1をスライドさせる。外乱による加振力に変化があってテーブルの運動が変化した場合、その運動の変化はテーブル1からベルト4および駆動プーリ3aを介してサーボモータ5の回転運動の変化として現れる。その回転運動の変化はエンコーダ6により検出されサーボアンプ7へと入力され、再び外乱推定器10による演算が行われ角速度ωおよび係数A1〜A3が更新される。その結果、変化後の外乱を打ち消すような新たな外乱補正信号O2が、外乱推定器10から出力されることになる。すなわち、図3の動作を繰り返し行うことにより、外乱の変化に対しても追従することができ、テーブル1の制御を精度良く行うことができる。   Torque from the servo motor 5 rotates the drive pulley 3a to move the belt 4 and slide the table 1. When the table motion changes due to a change in the excitation force due to disturbance, the change in the motion appears as a change in the rotational motion of the servo motor 5 from the table 1 through the belt 4 and the drive pulley 3a. The change in the rotational motion is detected by the encoder 6 and input to the servo amplifier 7, and the calculation by the disturbance estimator 10 is performed again to update the angular velocity ω and the coefficients A1 to A3. As a result, a new disturbance correction signal O2 that cancels the changed disturbance is output from the disturbance estimator 10. That is, by repeatedly performing the operation of FIG. 3, it is possible to follow a change in disturbance and to control the table 1 with high accuracy.

図4〜6は外乱推定器10の効果を説明する図であり、テーブル1を所定位置に位置決めさせた場合の動作を示している。図4はテーブルの変位xを示したものであり、縦軸は変位、横軸は時間である。0secから0.2secまではサーボアンプ7による制御を行っていない場合であり、0.2secから0.4secまでは位置制御器9による位置制御のみを行った場合、0.4seから0.6secまでは位置制御に加えて外乱推定器10を用いた外乱抑制制御を行った場合を示している。   4-6 is a figure explaining the effect of the disturbance estimator 10, and has shown operation | movement at the time of positioning the table 1 in a predetermined position. FIG. 4 shows the displacement x of the table, where the vertical axis is the displacement and the horizontal axis is the time. From 0 sec to 0.2 sec is the case where the control by the servo amplifier 7 is not performed, and from 0.2 sec to 0.4 sec, when only the position control by the position controller 9 is performed, from 0.4 se to 0.6 sec Shows a case where disturbance suppression control using the disturbance estimator 10 is performed in addition to position control.

図4に示す例では、テーブル1には一定周期で振動する外乱が模擬的に与えられており、区間A(0sec〜0.2sec)の制御無しの場合には外乱による加振力でテーブル変位が周期的に振動している。なお、区間B(0.2sec〜0.4sec)は位置制御のみが行われる区間、区間C(0.4sec〜0.6sec)は位置制御と上述した外乱抑制制御とが行われている区間である。図5は位置制御器9の出力O1(N)の時間的変化を示したものであり、図6は外乱推定器10の出力(外乱補正信号O2)(N)を示したものである。制御無しの区間Aではいずれの出力もゼロとなっている。   In the example shown in FIG. 4, a disturbance oscillating at a constant period is given to the table 1 in a simulated manner, and when there is no control in the section A (0 sec to 0.2 sec), the table displacement is caused by the excitation force due to the disturbance. Is oscillating periodically. The section B (0.2 sec to 0.4 sec) is a section where only position control is performed, and the section C (0.4 sec to 0.6 sec) is a section where position control and the above-described disturbance suppression control are performed. is there. FIG. 5 shows temporal changes in the output O1 (N) of the position controller 9, and FIG. 6 shows the output (disturbance correction signal O2) (N) of the disturbance estimator 10. In section A without control, all outputs are zero.

時刻0.2secからテーブル位置が変位=0の位置に位置決めされるような位置制御が開始されると、位置制御器9からは図5に示すような振動的な出力O1が出力される。その結果、テーブル1の位置=0からの変位は小さくなるが、外乱の加振力による影響を位置制御だけでは抑えることができず、テーブル1は位置=0を中心として振動している。   When position control is started so that the table position is positioned at the position of displacement = 0 from time 0.2 sec, the position controller 9 outputs a vibration output O1 as shown in FIG. As a result, the displacement of the table 1 from the position = 0 is reduced, but the influence of the disturbance excitation force cannot be suppressed only by the position control, and the table 1 vibrates around the position = 0.

一方、外乱推定器10は入力される制御信号に基づいて図6に示すような外乱補正信号O2を生成し、その外乱補正信号O2を時刻0.4secから出力する。外乱補正信号O2が出力されると外乱の加振力による影響が打ち消され、図4の区間Cに示すようにテーブル1の変位xはほぼゼロとなり、目標位置(x=0)に精度良く位置決めされる。このように外乱推定器10の推定精度が高いことから、0.4secから外乱推定器10による外乱抑制を開始すると外乱推定器10の出力(外乱補正信号)O2のみでテーブル1の振動を抑えることができ、位置制御器9の出力O1が04sec以後(区間C)はゼロとなっていることが分かる。   On the other hand, the disturbance estimator 10 generates a disturbance correction signal O2 as shown in FIG. 6 based on the input control signal, and outputs the disturbance correction signal O2 from time 0.4 sec. When the disturbance correction signal O2 is output, the influence of the disturbance excitation force is canceled, and the displacement x of the table 1 becomes almost zero as shown in the section C of FIG. 4, and the positioning to the target position (x = 0) with high accuracy. Is done. Thus, since the estimation accuracy of the disturbance estimator 10 is high, when the disturbance suppression by the disturbance estimator 10 is started from 0.4 sec, the vibration of the table 1 is suppressed only by the output (disturbance correction signal) O2 of the disturbance estimator 10. It can be seen that the output O1 of the position controller 9 is zero after 04 sec (section C).

図7は、外乱推定器10の推定精度を意図的に悪くした場合のテーブル1の変位xを示したものである。各区間A〜Cにおける制御動作は図4に示したものと同様である。この場合、推定精度が悪いために、外乱補正信号O2だけでは外乱の影響を抑えることが不完全となり、サーボアンプ7の入力信号S1に、外乱による変位が含まれている。そのため、位置制御器9の制御によって偏差(変位)をゼロにしようとする制御が働くが、それだけでは振動的な外乱の影響を抑えることができない。そのため、図7の区間Cに示すように、変位xは位置制御のみの場合の大きさに近づくように徐々に大きくなっている。   FIG. 7 shows the displacement x of the table 1 when the estimation accuracy of the disturbance estimator 10 is intentionally deteriorated. The control operation in each section A to C is the same as that shown in FIG. In this case, since the estimation accuracy is poor, it is incomplete to suppress the influence of the disturbance only by the disturbance correction signal O2, and the displacement due to the disturbance is included in the input signal S1 of the servo amplifier 7. For this reason, the control to make the deviation (displacement) zero by the control of the position controller 9 works, but the influence of the vibrational disturbance cannot be suppressed only by that. Therefore, as shown in the section C of FIG. 7, the displacement x gradually increases so as to approach the magnitude in the case of only position control.

[変形例1]
図4,7に示した例では、外乱推定器10は学習(周波数の推定)を一度だけ行う場合であって、角速度ωおよび係数A1〜A3の更新(予測外乱信号を生成するモデルの更新)が行われない。ただし、ここで与えた模擬的な外乱は一定周期で振幅の変化のない正弦波的な外乱であるため、上述したように推定精度が高ければ図4の区間Cのように変位xをゼロに抑えることができる。しかし、計算誤差によって推定精度が悪い場合や、実際の複雑な外乱の場合には、テーブル1の振動を抑えることができない可能性がある。
[Modification 1]
In the example shown in FIGS. 4 and 7, the disturbance estimator 10 performs learning (frequency estimation) only once, and updates the angular velocity ω and coefficients A1 to A3 (updating a model that generates a predicted disturbance signal). Is not done. However, since the simulated disturbance given here is a sinusoidal disturbance with a constant period and no amplitude change, as described above, if the estimation accuracy is high, the displacement x is set to zero as in section C of FIG. Can be suppressed. However, when the estimation accuracy is poor due to a calculation error, or in the case of an actual complicated disturbance, the vibration of the table 1 may not be suppressed.

そこで、図3に示した推定動作を繰り返すことにより、角速度ωおよび係数A1〜A3の更新を行うことで、外乱推定器10の推定精度が悪い場合や外乱が変化する場合であっても、テーブル変位xを非常に小さく抑えて高精度に位置決めすることが可能となる。推定動作の繰り返しを行う方法としては、上述したように、サーボアンプ7の計算周期毎に実行しても良いし、計算周期とは別の所定時間間隔で行うようにしても良い。また、図7の区間Cのように変位xが徐々に大きくなるような場合を考慮して、例えば、変位xの大きさ(peak−peakの大きさ)が所定の閾値以上となった場合に図3の推定動作を再度行うようにしても良い。   Therefore, by repeating the estimation operation shown in FIG. 3 to update the angular velocity ω and the coefficients A1 to A3, even if the estimation accuracy of the disturbance estimator 10 is poor or the disturbance changes, the table It is possible to perform positioning with high accuracy while keeping the displacement x very small. As a method of repeating the estimation operation, as described above, it may be executed every calculation cycle of the servo amplifier 7 or may be performed at a predetermined time interval different from the calculation cycle. In consideration of the case where the displacement x gradually increases as in the section C of FIG. 7, for example, when the magnitude of the displacement x (peak-peak magnitude) is equal to or greater than a predetermined threshold. The estimation operation in FIG. 3 may be performed again.

また、図8に示すようにΔω算出部10eを設けて、推定された角速度ωを補正するようにしても良い。外乱周波数推定部10aに演算誤差が生じたりして推定された周波数と外乱の周波数との間にずれが発生すると、関数決定部10bで算出される説明変数(定数1)の係数A3が変化する。そこで、係数A3をΔω算出部10eに入力し、Δω算出部10eにおいて係数A3の変化から角速度ωのずれΔωを算出する。ここで、Δω=(外乱による角速度ω0)−(推定角速度ω)である。算出されたΔωは推定された角速度ωに加算され、その加算結果ω+Δω=ω’を用いて説明変数sin(ω’・t)およびcos(ω’・t)が生成される。   Further, as shown in FIG. 8, a Δω calculation unit 10e may be provided to correct the estimated angular velocity ω. When a deviation occurs between the estimated frequency and the disturbance frequency due to an operation error in the disturbance frequency estimation unit 10a, the coefficient A3 of the explanatory variable (constant 1) calculated by the function determination unit 10b changes. . Therefore, the coefficient A3 is input to the Δω calculating unit 10e, and the Δω calculating unit 10e calculates the deviation Δω of the angular velocity ω from the change of the coefficient A3. Here, Δω = (angular velocity ω0 due to disturbance) − (estimated angular velocity ω). The calculated Δω is added to the estimated angular velocity ω, and explanatory variables sin (ω ′ · t) and cos (ω ′ · t) are generated using the addition result ω + Δω = ω ′.

また、図8の二点差線で示すようにΔωを外乱周波数推定部10aに入力し、外乱周波数推定部10aにおける推定演算をチューニングするようにしても良い。そうすることで、外乱周波数推定部10aからは、ω+Δωに相当する周波数が出力されることになる。   Alternatively, Δω may be input to the disturbance frequency estimation unit 10a as shown by a two-dot line in FIG. 8 to tune the estimation calculation in the disturbance frequency estimation unit 10a. By doing so, a frequency corresponding to ω + Δω is output from the disturbance frequency estimation unit 10a.

このように算出された係数A3からΔωを算出し、角速度ωを補正することで予測外乱信号(すなわち、外乱補正信号O2)の精度を向上させることができる。ここでは、Δωは演算誤差に基づくものであるので、Δωが一度算出されてそれによる周波数の補正が行われるようにすれば、それ以後は正確な角速度(ω+Δω)を用いて予測外乱信号の演算が行われる。そのため、演算誤差が変化しない限りΔωの演算は一回行えば良い。Δωによる補正が行われる構成とした場合、角速度の演算精度が向上するので、外乱推定器10による推定動作の繰り返し間隔を、Δω補正を行わない場合に比べて延ばすことができる。   By calculating Δω from the coefficient A3 thus calculated and correcting the angular velocity ω, the accuracy of the predicted disturbance signal (that is, the disturbance correction signal O2) can be improved. Here, since Δω is based on the calculation error, if Δω is once calculated and the frequency is corrected accordingly, calculation of the predicted disturbance signal is performed using an accurate angular velocity (ω + Δω) thereafter. Is done. Therefore, as long as the calculation error does not change, Δω may be calculated once. When the correction by Δω is performed, the calculation accuracy of the angular velocity is improved. Therefore, the repetition interval of the estimation operation by the disturbance estimator 10 can be extended as compared with the case where the Δω correction is not performed.

なお、算出された角速度ωにΔωを加算するような構成の場合には、Δω算出部10eはΔωを一度算出したならばそのΔωを出力し続け、角速度ωが推定される度にΔωの加算が行われる。また、算出されたΔωの値が閾値以上となったならば、Δωの加算またはΔωによるチューニングを行うようにしても良い。   In the case of a configuration in which Δω is added to the calculated angular velocity ω, the Δω calculation unit 10e continues to output Δω once it has been calculated, and adds Δω each time the angular velocity ω is estimated. Is done. If the calculated value of Δω is equal to or greater than the threshold value, addition of Δω or tuning by Δω may be performed.

[変形例2]
上述した実施の形態では、外乱周波数推定部10aにおいて周波数推定を行う場合、周波数分析を行って得られた周波数ピークの内の最もピークの高い周波数(角速度ω)を出力するようにした。外乱源が一つの場合にはこのように周波数を決定しても、図4に示した場合と同様に効果的に外乱の影響を抑制することができる。しかしながら、外乱が複雑な波形であったり、外乱源が複数あったりした場合には、周波数分析を行うと複数の周波数ピークが得られ、ピーク高さが2番目以降のものも無視できなくなる。
[Modification 2]
In the embodiment described above, when frequency estimation is performed in the disturbance frequency estimation unit 10a, the highest frequency (angular velocity ω) among the frequency peaks obtained by performing frequency analysis is output. When the number of disturbance sources is one, even if the frequency is determined in this way, the influence of the disturbance can be effectively suppressed as in the case shown in FIG. However, when the disturbance is a complex waveform or there are a plurality of disturbance sources, a plurality of frequency peaks can be obtained by performing frequency analysis, and the peak heights of the second and subsequent peaks cannot be ignored.

そこで、第2の変形例では、外乱周波数推定部10aにおいて、ピークの高い順に複数の周波数を決定するようにした。例えば、2つの周波数(角速度ω1、ω2)を決定した場合には、説明変数としてsin(ω1・t)、cos(ω1・t)、sin(ω2・t)、cos(ω2・t)および定数1を生成する。関数決定部10bではそれらの説明変数部に対して5つの係数A1,A2,A3,B1,B2を決定する。この場合、予測外乱信号は次式(2)のように表される。
A1・sin(ω1・t)+A2・cos(ω1・t)
+B1・sin(ω2・t)+B2・cos(ω2・t)+A3 …(2)
Therefore, in the second modification, the disturbance frequency estimation unit 10a determines a plurality of frequencies in descending order of peaks. For example, when two frequencies (angular velocities ω1, ω2) are determined, sin (ω1 · t), cos (ω1 · t), sin (ω2 · t), cos (ω2 · t) and constants are used as explanatory variables. 1 is generated. The function determining unit 10b determines five coefficients A1, A2, A3, B1, and B2 for these explanatory variable units. In this case, the predicted disturbance signal is expressed by the following equation (2).
A1 · sin (ω1 · t) + A2 · cos (ω1 · t)
+ B1 · sin (ω2 · t) + B2 · cos (ω2 · t) + A3 (2)

周波数を3以上推定する場合も同様にして予測外乱信号を生成する。このように、制御信号から複数の周波数を推定することにより、複雑な外乱であっても精度良く外乱補正信号O2を生成することができ、外乱によるテーブル1の振動を効果的に抑えることができる。   A predicted disturbance signal is generated in the same manner when three or more frequencies are estimated. As described above, by estimating a plurality of frequencies from the control signal, it is possible to generate the disturbance correction signal O2 with high accuracy even for a complicated disturbance, and to effectively suppress the vibration of the table 1 due to the disturbance. .

以上説明したように、本実施の形態の制御装置は、駆動対象であるテーブル1を駆動するアクチュエータとしてのサーボモータ5を制御するための指令と、サーボモータ5の駆動状態を検出するエンコーダ6の検出情報(信号S1)とに基づき、サーボモータ5を制御する制御装置に適用される。そして、検出情報に基づいてテーブル1が受ける外乱の周波数を外乱周波数推定部10aで推定し、外乱推定器10は、推定された周波数に基づいて、その後(周波数推定後)の外乱を予測して予測外乱信号を発生する。外乱補正信号発生部10cは、予測外乱信号に基づいて、外乱によってテーブル1が受ける力を相殺する外乱抑制力の発生をサーボモータ5に要求する外乱補正信号O2を生成する。そして、検出情報と外乱補正信号O2とに基づいてアクチュエータ(サーボモータ5)を制御する。   As described above, the control device according to the present embodiment has a command for controlling the servo motor 5 as an actuator that drives the table 1 to be driven, and the encoder 6 that detects the drive state of the servo motor 5. The present invention is applied to a control device that controls the servo motor 5 based on the detection information (signal S1). The disturbance frequency estimation unit 10a estimates the disturbance frequency received by the table 1 based on the detection information, and the disturbance estimator 10 predicts the subsequent disturbance (after frequency estimation) based on the estimated frequency. Generate a predicted disturbance signal. Based on the predicted disturbance signal, the disturbance correction signal generation unit 10c generates a disturbance correction signal O2 that requests the servo motor 5 to generate a disturbance suppression force that cancels the force received by the table 1 due to the disturbance. Then, the actuator (servo motor 5) is controlled based on the detection information and the disturbance correction signal O2.

このような制御を行うことにより、位置決め装置等に用いられるアクチュエータの制御装置において、装置の内部あるいは外部に位置決め動作を乱す加振力等の外乱があって、位置決めが難しい場合であっても、外乱の影響を抑制し、高精度な位置決め動作を実施することができる。なお、検出情報(信号S1)に基づいて、アクチュエータの発生する駆動力と駆動対象の速度変化に必要な力との差分量、または、アクチュエータの発生する駆動トルクと駆動対象の速度変化に必要なトルクとの差分量を制御量として求め、外乱周波数推定部10aはその制御量に基づいて周波数の推定を行うのが好ましい。   By performing such control, in an actuator control device used for a positioning device or the like, even if there is a disturbance such as an excitation force that disturbs the positioning operation inside or outside the device, positioning is difficult, The influence of disturbance can be suppressed and highly accurate positioning operation can be performed. Note that, based on the detection information (signal S1), the difference between the driving force generated by the actuator and the force required for the speed change of the driving target, or the driving torque generated by the actuator and the speed change of the driving target is required. It is preferable that the amount of difference from the torque is obtained as a control amount, and the disturbance frequency estimation unit 10a estimates the frequency based on the control amount.

なお、上述した実施形態では、位置決めテーブル装置の位置決め動作を例に説明したが、本発明は位置決め動作に限らず、移動中の正確な位置制御や速度制御にも適用することができる。また、テーブル1をベルト駆動する構成に限らず、リニアモータによりテーブル1をスライド駆動する構成にも適用できる。さらには、図1の構成に限らず、駆動対象を並進移動や回転移動等を行わせるアクチュエータの制御装置であれば、種々の形態に適用することができる。   In the above-described embodiment, the positioning operation of the positioning table device has been described as an example. However, the present invention is not limited to the positioning operation, and can be applied to accurate position control and speed control during movement. Further, the present invention is not limited to the configuration in which the table 1 is driven by a belt, but can be applied to a configuration in which the table 1 is slid by a linear motor. Furthermore, the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and can be applied to various forms as long as it is a control device for an actuator that performs a translational movement, a rotational movement, or the like of a drive target.

また、上述した実施形態では、図示しない加振力源から周期的な加振力が加えられているとしたが、加振源は装置に含まれる場合であっても同様に適用でき、振動を抑制することができる。装置に含まれる加振源としては、例えば、機構のガイド等の振れや表面粗さ等幾何学的な変動要素であっても良いし、サーボモータ5のトルク脈動などの電磁気的な変動要素であっても良いし、サーボアンプ7のインバータ部(電力変換器11)の電気的な変動要素であっても良いし、空隙の圧力の変化等の流体的な変動要素、またこれらの組合せであっても良い。   In the above-described embodiment, a periodic excitation force is applied from an excitation force source (not shown). However, even if the excitation source is included in the apparatus, it can be applied in the same manner. Can be suppressed. The excitation source included in the apparatus may be, for example, a geometric fluctuation element such as a shake of a mechanism guide or a surface roughness, or an electromagnetic fluctuation element such as a torque pulsation of the servo motor 5. It may be an electric fluctuation element of the inverter part (power converter 11) of the servo amplifier 7, a fluid fluctuation element such as a change in the air gap pressure, or a combination thereof. May be.

なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。   The above description is merely an example, and when interpreting the invention, there is no limitation or restriction on the correspondence between the items described in the above embodiment and the items described in the claims.

1:テーブル、2a:左ガイド、2b:右ガイド、3a:駆動プーリ、3b:従動プーリ、4:ベルト、5:サーボモータ、6:エンコーダ、7:サーボアンプ、8:入力処理器、9:位置制御器、10:外乱推定器、10a:外乱周波数推定部、10b:関数決定部、10c:外乱補正信号発生部、10e:Δω算出部、11:電力変換器   1: table, 2a: left guide, 2b: right guide, 3a: drive pulley, 3b: driven pulley, 4: belt, 5: servo motor, 6: encoder, 7: servo amplifier, 8: input processor, 9: Position controller, 10: disturbance estimator, 10a: disturbance frequency estimation unit, 10b: function determination unit, 10c: disturbance correction signal generation unit, 10e: Δω calculation unit, 11: power converter

Claims (7)

駆動対象を駆動するアクチュエータを制御するための指令と、前記アクチュエータの駆動状態を検出する検出部の検出情報とに基づき、前記アクチュエータを制御する制御装置であって、
前記検出情報に基づいて前記駆動対象が受ける外乱の周波数を推定する外乱周波数推定部と、
前記外乱周波数推定部で推定された周波数に基づいて、その後の前記外乱を予測して予測外乱信号を発生する外乱予測部と、
前記予測外乱信号に基づいて、外乱によって前記駆動対象が受ける力を相殺する外乱抑制力の発生を前記アクチュエータに要求する抑制力指示部と、を備え、
前記検出情報と前記抑制力指示部の要求とに基づいて前記アクチュエータを制御し、
前記外乱予測部は、前記外乱周波数推定部で推定した周波数で駆動される複数の説明変数を生成し、前記複数の説明変数と前記検出情報とから各説明変数の係数をそれぞれ決定し、前記複数の説明変数および前記複数の係数に基づいて前記予測外乱信号を発生し、
前記外乱予測部は、前記予測外乱信号と前記検出情報に含まれる外乱信号成分とを比較し、重回帰分析を用いて前記複数の係数を決定することを特徴とする制御装置。
A control device for controlling the actuator based on a command for controlling an actuator that drives a drive target and detection information of a detection unit that detects a driving state of the actuator,
A disturbance frequency estimation unit for estimating a frequency of disturbance received by the drive target based on the detection information;
Based on the frequency estimated by the disturbance frequency estimation unit, a disturbance prediction unit that predicts the subsequent disturbance and generates a predicted disturbance signal;
A suppression force instruction unit that requests the actuator to generate a disturbance suppression force that cancels out the force received by the drive target due to the disturbance based on the predicted disturbance signal,
Control the actuator based on the detection information and the request of the suppression force instruction unit,
The disturbance prediction unit generates a plurality of explanatory variables driven at the frequency estimated by the disturbance frequency estimation unit, determines a coefficient of each explanatory variable from the plurality of explanatory variables and the detection information, and Generating the predicted disturbance signal based on the explanatory variables and the plurality of coefficients,
The said disturbance prediction part compares the said disturbance signal component with the disturbance signal component contained in the said detection information, and determines the said some coefficient using multiple regression analysis.
駆動対象を駆動するアクチュエータを制御するための指令と、前記アクチュエータの駆動状態を検出する検出部の検出情報とに基づき、前記アクチュエータを制御する制御装置であって、
前記検出情報に基づいて前記駆動対象が受ける外乱の周波数を推定する外乱周波数推定部と、
前記外乱周波数推定部で推定された周波数に基づいて、その後の前記外乱を予測して予測外乱信号を発生する外乱予測部と、
前記予測外乱信号に基づいて、外乱によって前記駆動対象が受ける力を相殺する外乱抑制力の発生を前記アクチュエータに要求する抑制力指示部と、を備え、
前記検出情報と前記抑制力指示部の要求とに基づいて前記アクチュエータを制御し、
前記外乱予測部は、前記外乱周波数推定部で推定した周波数で駆動される複数の説明変数を生成し、前記複数の説明変数と前記検出情報とから各説明変数の係数をそれぞれ決定し、前記複数の説明変数および前記複数の係数に基づいて前記予測外乱信号を発生し、
前記説明変数は、前記推定された周波数と同一周期のSIN関数およびCOS関数と、定数1とで構成されることを特徴とする制御装置。
A control device for controlling the actuator based on a command for controlling an actuator that drives a drive target and detection information of a detection unit that detects a driving state of the actuator,
A disturbance frequency estimation unit for estimating a frequency of disturbance received by the drive target based on the detection information;
Based on the frequency estimated by the disturbance frequency estimation unit, a disturbance prediction unit that predicts the subsequent disturbance and generates a predicted disturbance signal;
A suppression force instruction unit that requests the actuator to generate a disturbance suppression force that cancels out the force received by the drive target due to the disturbance based on the predicted disturbance signal,
Control the actuator based on the detection information and the request of the suppression force instruction unit,
The disturbance prediction unit generates a plurality of explanatory variables driven at the frequency estimated by the disturbance frequency estimation unit, determines a coefficient of each explanatory variable from the plurality of explanatory variables and the detection information, and Generating the predicted disturbance signal based on the explanatory variables and the plurality of coefficients,
The control device is characterized in that the explanatory variable includes a SIN function and a COS function having the same period as the estimated frequency, and a constant 1.
請求項に記載の制御装置において、
前記外乱周波数推定部による周波数の推定および前記外乱予測部による前記予測外乱信号の発生が繰り返し実行され、
前記繰り返し実行の度に前記定数1の係数の変化量を検出する検出部と、
前記推定された周波数を前記変化量に基づいて補正する補正部と、を備えたことを特徴とする制御装置。
The control device according to claim 2 ,
The frequency estimation by the disturbance frequency estimation unit and the generation of the predicted disturbance signal by the disturbance prediction unit are repeatedly executed,
A detection unit that detects a change amount of the coefficient of the constant 1 each time the repetition is performed;
And a correction unit that corrects the estimated frequency based on the amount of change.
駆動対象を駆動するアクチュエータを制御するための指令と、前記アクチュエータの駆動状態を検出する検出部の検出情報とに基づき、前記アクチュエータを制御する制御装置であって、
前記検出情報に基づいて前記駆動対象が受ける外乱の周波数を推定する外乱周波数推定部と、
前記外乱周波数推定部で推定された周波数に基づいて、その後の前記外乱を予測して予測外乱信号を発生する外乱予測部と、
前記予測外乱信号に基づいて、外乱によって前記駆動対象が受ける力を相殺する外乱抑制力の発生を前記アクチュエータに要求する抑制力指示部と、を備え、
前記検出情報と前記抑制力指示部の要求とに基づいて前記アクチュエータを制御し、
前記外乱周波数推定部による周波数の推定および前記外乱予測部による前記予測外乱信号の発生は、所定の条件に基づいて繰り返し行われ、
前記所定の条件とは、前記指令による指令位置と前記検出情報に基づく前記駆動対象の位置との差が所定閾値以上となったか否かの条件であり、
前記指令位置と前記駆動対象の位置との差が所定閾値以上となった場合に、前記外乱周波数推定部による周波数の推定および前記外乱予測部による前記予測外乱信号の発生が行われることを特徴とする制御装置。
A control device for controlling the actuator based on a command for controlling an actuator that drives a drive target and detection information of a detection unit that detects a driving state of the actuator,
A disturbance frequency estimation unit for estimating a frequency of disturbance received by the drive target based on the detection information;
Based on the frequency estimated by the disturbance frequency estimation unit, a disturbance prediction unit that predicts the subsequent disturbance and generates a predicted disturbance signal;
A suppression force instruction unit that requests the actuator to generate a disturbance suppression force that cancels out the force received by the drive target due to the disturbance based on the predicted disturbance signal,
Control the actuator based on the detection information and the request of the suppression force instruction unit,
The frequency estimation by the disturbance frequency estimation unit and the generation of the predicted disturbance signal by the disturbance prediction unit are repeatedly performed based on a predetermined condition,
The predetermined condition is a condition as to whether or not the difference between the command position based on the command and the position of the drive target based on the detection information is equal to or greater than a predetermined threshold,
When the difference between the command position and the position of the drive target is equal to or greater than a predetermined threshold, the frequency estimation by the disturbance frequency estimation unit and the generation of the predicted disturbance signal by the disturbance prediction unit are performed. Control device.
駆動対象を駆動するアクチュエータを制御するための指令と、前記アクチュエータの駆動状態を検出する検出部の検出情報とに基づき、前記アクチュエータを制御する制御装置であって、
前記検出情報に基づいて前記駆動対象が受ける外乱の周波数を推定する外乱周波数推定部と、
前記外乱周波数推定部で推定された周波数に基づいて、その後の前記外乱を予測して予測外乱信号を発生する外乱予測部と、
前記予測外乱信号に基づいて、外乱によって前記駆動対象が受ける力を相殺する外乱抑制力の発生を前記アクチュエータに要求する抑制力指示部と、を備え、
前記検出情報と前記抑制力指示部の要求とに基づいて前記アクチュエータを制御し、
前記外乱周波数推定部は、前記検出情報に基づいて前記駆動対象が受ける外乱の周波数を複数推定し、
前記外乱予測部は、前記外乱周波数推定部で推定された複数の周波数に基づいて前記予測外乱信号を発生することを特徴とする制御装置。
A control device for controlling the actuator based on a command for controlling an actuator that drives a drive target and detection information of a detection unit that detects a driving state of the actuator,
A disturbance frequency estimation unit for estimating a frequency of disturbance received by the drive target based on the detection information;
Based on the frequency estimated by the disturbance frequency estimation unit, a disturbance prediction unit that predicts the subsequent disturbance and generates a predicted disturbance signal;
A suppression force instruction unit that requests the actuator to generate a disturbance suppression force that cancels out the force received by the drive target due to the disturbance based on the predicted disturbance signal,
Control the actuator based on the detection information and the request of the suppression force instruction unit,
The disturbance frequency estimation unit estimates a plurality of disturbance frequencies received by the drive target based on the detection information,
The said disturbance prediction part produces | generates the said prediction disturbance signal based on the some frequency estimated by the said disturbance frequency estimation part, The control apparatus characterized by the above-mentioned.
駆動対象を駆動するアクチュエータを制御するための指令と、前記アクチュエータの駆動状態を検出する検出部の検出情報とに基づき、前記アクチュエータを制御する制御装置であって、
前記検出情報に基づいて前記駆動対象が受ける外乱の周波数を推定する外乱周波数推定部と、
前記外乱周波数推定部で推定された周波数に基づいて、その後の前記外乱を予測して予測外乱信号を発生する外乱予測部と、
前記予測外乱信号に基づいて、外乱によって前記駆動対象が受ける力を相殺する外乱抑制力の発生を前記アクチュエータに要求する抑制力指示部と、を備え、
前記検出情報と前記抑制力指示部の要求とに基づいて前記アクチュエータを制御し、
前記外乱周波数推定部は、前記検出情報に基づいて、前記アクチュエータの発生する駆動力と前記駆動対象の速度変化に必要な力との差分量、または、前記アクチュエータの発生する駆動トルクと前記駆動対象の速度変化に必要なトルクとの差分量を求め、その差分量に基づいて前記周波数の推定を行うことを特徴とする制御装置。
A control device for controlling the actuator based on a command for controlling an actuator that drives a drive target and detection information of a detection unit that detects a driving state of the actuator,
A disturbance frequency estimation unit for estimating a frequency of disturbance received by the drive target based on the detection information;
Based on the frequency estimated by the disturbance frequency estimation unit, a disturbance prediction unit that predicts the subsequent disturbance and generates a predicted disturbance signal;
A suppression force instruction unit that requests the actuator to generate a disturbance suppression force that cancels out the force received by the drive target due to the disturbance based on the predicted disturbance signal,
Control the actuator based on the detection information and the request of the suppression force instruction unit,
The disturbance frequency estimation unit is configured to, based on the detection information, a difference amount between a driving force generated by the actuator and a force necessary for a speed change of the driving target, or a driving torque generated by the actuator and the driving target. A control device characterized in that a difference amount with respect to a torque required for the speed change is obtained and the frequency is estimated based on the difference amount.
請求項1乃至のいずれか一項に記載の制御装置と、
前記駆動対象であってワークが搭載されるテーブルと、
前記テーブルをスライド駆動するアクチュエータと、
前記検出部であって前記アクチュエータによる駆動量を検出するエンコーダと、を備えたことを特徴とする位置決めテーブル装置。
A control device according to any one of claims 1 to 6 ;
A table on which the workpiece is mounted,
An actuator for slidingly driving the table;
A positioning table device comprising: an encoder that is the detection unit and detects a driving amount of the actuator.
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