JP6159196B2 - 低周波外乱を同定する位置制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御機械の軸制御を行う位置制御装置であって、特に、制御対象の機械プラントである対象プラントの特性パラメータを同定して、当該特性パラメータに基づいて対象プラントの特性に応じた補償制御を付加した位置制御装置に関するものである。

ここでは、制御対象プラントとして、図５に示す傾斜型回転テーブル１００（傾斜角β）を考える。回転テーブル１００は、サーボモータ（図示せず）に直結された回転軸Ｚｕ回りに、回転角ｘの回転運動を行う。なお、重心Ｇは回転角中心Ｏｕから、距離Ｌ及び、回転角ｘ＝０に対して、角度α進んだ位置に存在するものとする。位置制御装置は、上位装置（図示しない）で関数発生された位置指令値Ｘと、前記回転角ｘが一致する様に、位置制御を実行する。

次に、図５の傾斜型回転テーブル１００に対して、運動方程式を導出する。この場合、一般化座標として、回転角ｘをとればよく、式（１）の運動方程式が得られる。図６は、本運動方程式のブロック図表現である（以降、ＳＩＮβを「Ｓ_β」、ＣＯＳ（ｘ＋α）を「Ｃ_{（ｘ＋α）}」と表記する。）。
τ_ｍ＝（ＭＬ^２＋Ｉｒ）（ｄｖ／ｄｔ）＋ＭｇＬＳ_βＣ_{（ｘ＋α）}＋τ_Ｌ ・・・・・（１）
ここで、τ_ｍはモータ発生トルク、Ｍは回転テーブル１００全体の質量、Ｉｒは重心を通る回転軸の平行軸回りの回転テーブル１００全体の慣性モーメント（モータを含む）、ｖは回転角速度、ｇは重力加速度、τ_ｇ＝ＭｇＬＳ_βＣ_{（ｘ＋α）}は重力トルク、τ_Ｌは摺動負荷トルクである。

ここで、式（１）の運動方程式は、４次元の信号ベクトルξとパラメータベクトルγを、式（２），（３）により定義すれば、公知のパラメトリック表現を使って、式（４）で置換できる（以降、ベクトルや行列の転置は右上に^Ｔを付して表す）。なお、式（２）から明らかな通り、信号ベクトルξは、角加速度および回転角を要素とする。
ξ＝［ｄｖ／ｄｔ，Ｃ_ｘ，−Ｓ_ｘ，１］^Ｔ ・・・・・（２）
γ＝［ＭＬ^２＋Ｉｒ，ＭｇＬＳ_βＣ_α，ＭｇＬＳ_βＳ_α，τ_Ｌ］^Ｔ ・・・・・（３）
τ_ｍ＝ξ^Ｔγ ・・・・・（４）

図７は、回転軸の回転角ｘを、上位装置（図示しない）より、一定周期毎に関数発生された位置指令値Ｘ通りに制御するための、従来の位置制御装置２００のブロック図の一例である。なお、本例の位置制御装置２００は、対象プラント１００の特性パラメータを同定して、パラメータ同定値を用いた補償制御が付加された構成になっている。以下、図７の従来位置制御装置２００の動作について説明する。

図７では、指令応答の高速化を図るため、フィードフォワード構成をとっている。具体的には、位置指令値Ｘに対して、加減速処理部５０で、適当な加速度や加々速度を持つような加減速処理を加え、加減速処理後の位置指令値Ｘｃを出力する。位置指令値Ｘｃは、微分器５４で時間微分されて、速度フィードフォワード量Ｖｆとなり、更に、Ｖｆは微分器５５で時間微分されて、加速度フィードフォワード量Ａｆとなる。増幅器Ｒｂにおける増幅率Ｒｂは、対象プラント１００（この場合は回転テーブル）に、加速度Ａｆを発生させるモータトルク相当の加減速トルクフィードフォワード量τｆを求める定数である。

フィードバック構成は次の様になっている。まず、回転角検出器（図示しない）により検出された回転角ｘは、減算器５１により、位置指令値Ｘｃから減算され、その出力である位置偏差は位置偏差増幅器Ｇｐで増幅される。その出力は、加算器５２で速度フィードフォワード量Ｖｆと加算されて速度指令値Ｖｃとなる。減算器５３は、速度指令値Ｖｃから、回転角ｘを微分器５６で微分した回転角速度ｖを減算し、その出力である速度偏差は、速度偏差増幅器Ｇｖで、通常、比例積分増幅される。

速度偏差増幅器Ｇｖの出力と加減速トルクフィードフォワード量τｆが、加算器５７で加算されて、トルク指令値τｃとなり、電力増幅器ＲｔでＲｔ倍される。Ｒｔは、サーボモータ特性に応じて定まる定数であり、この出力τ_ｍがサーボモータの発生トルクとなって対象プラント１００（この場合は回転テーブル）が駆動される。適応ループ演算部６０は、トルク指令値τｃと信号ベクトルξから、パラメータベクトルγの推定値である同定パラメータベクトル＾γを演算するブロックである。

図８は、適応ループ演算部６０の内部構成を示すブロック図である。一般化適応則６１は、例えば、「ロバスト適応制御入門」（金井喜美雄著、第５版、オーム社、（平成６年１２月１０日発行）、ｐ．６２―ｐ．６３）などで公知の式（５），（６）により、同定パラメータベクトル＾γ（ｋ）を演算する（以降、あるサンプリング時間毎の時系列信号において、ｋサイクル目の信号を（ｋ）と表記する。）。
＾γ（ｋ）＝＾γ（ｋ−１）−Ｐ（ｋ−１）ξ（ｋ）ξ（ｋ）^ＴΦ（ｋ） ・・・・・（５）
Ｐ（ｋ）^−１＝Ｃ_１（ｋ）Ｐ（ｋ−１）^−１＋Ｃ_２（ｋ）ξ（ｋ）ξ（ｋ）^Ｔ ・・・・・（６）
但し、Ｐ（ｋ）は、初期値Ｐ（０）を持つゲイン行列で、０＜Ｃ_１（ｋ）≦１，０≦Ｃ_２（ｋ）＜２，Ｐ（０）＞０とする。

ここで、追従スカラ誤差ξ（ｋ）^ＴΦ（ｋ）は、信号ベクトルξ（ｋ）と同定パラメータベクトル＾γ（ｋ）を乗算器６２で乗算して得たスカラ信号ξ（ｋ）^Ｔ・＾γ（ｋ）から、減算器６３でサーボモータの発生トルクτ_ｍ（ｋ）＝ξ（ｋ）^Ｔ・γを差し引いた信号である。つまり、追従スカラ誤差ξ（ｋ）^ＴΦ（ｋ）は、式（５）の＾γ（ｋ）を用いて、次の式（７）で表現できる。
ξ（ｋ）^ＴΦ（ｋ）＝ξ（ｋ）^Ｔ（＾γ（ｋ）−γ）＝ξ（ｋ）^Ｔ・＾γ（ｋ）−τ_ｍ（ｋ）
＝ξ（ｋ）^Ｔ｛＾γ（ｋ−１）−Ｐ（ｋ−１）・ξ（ｋ）・ξ（ｋ）^ＴΦ（ｋ）｝−τ_ｍ（ｋ） ・・・・・（７）

式（７）を、追従スカラ誤差ξ（ｋ）^ＴΦ（ｋ）についてまとめると、式（８）となり、これを前述の式（５）に代入すれば、＾γ（ｋ）は、＾γ（ｋ−１）より演算できる事になる。
ξ（ｋ）^ＴΦ（ｋ）＝｛ξ（ｋ）^Ｔ・＾γ（ｋ−１）−τ_ｍ（ｋ）｝／｛１＋ξ（ｋ）^ＴＰ（ｋ−１）ξ（ｋ）｝ ・・・・・（８）

一方で、同定収束に関しては、信号ベクトルξ（ｋ）^Ｔを時系列に行方向に並べた、式（９）の信号行列Ξ（ｋ）を考えた時、
Ξ（ｋ）＝［ξ（１），ξ（２），・・・，ξ（ｋ）］^Ｔ ・・・・・（９）
Ξ（ｋ）の各列ベクトル間が継続的に線形独立（以降、「列フルランク」の呼称も併用する）であれば、ｋ→∞で、＾γ（ｋ）→γに収束して、パラメータ同定が成立し、更に、Ξ（ｋ）の各列ベクトル間の線形独立性が強いほど収束応答は高速になる事が知られている。

図７に戻って、従来の位置制御装置２００の動作について説明する。信号ベクトル生成部７０は、回転角ｘに対して三角関数演算を行い、Ｃ_ｘ（＝ＣＯＳｘ）と−Ｓ_ｘ（＝−ＳＩＮｘ）を演算し、回転角速度ｖを微分してｄｖ／ｄｔを求める。つまり、信号ベクトル生成部７０は、式（２）における信号ベクトルξの元信号を生成するブロックになる。但し、この出力は、パラメータ同定制御部７１の２値（１または０）信号ＩＤＣと乗算器７２で乗算されて、適応ループ演算部６０の入力である信号ベクトルξになる。ここで、２値信号ＩＤＣ＝０の時は、信号ベクトルξ＝０となるため、式（５）から、パラメータ同定動作が停止する事がわかる。

式（９）の信号行列Ξ（ｋ）が列フルランク性を確保できないとパラメータ同定動作が機能しないことから、式（２）の信号ベクトルξにおいて、ｄｖ／ｄｔ≠０であること（ｄｖ／ｄｔ＝０が継続しないこと）が、パラメータ同定の必須要件となる。そこで、パラメータ同定制御部７１では、速度フィードフォワード量Ｖｆと、加速度フィードフォワード量Ａｆから、加速状態を検出し、加速中と加速完了後の整定時間（予め設定された値）中のみ、パラメータ同定を動作させる条件として、２値信号ＩＮＩＤＣ＝１を内部設定する。

２値信号ＯＩＤＣは、対象プラント１００に外部環境からの接触や加工があると想定される場合に、上位装置から０を出力することで、パラメータ同定動作を停止させることができるものである。最終的に、パラメータ同定制御部７１の２値信号ＩＤＣは、式（１０）で決定する。
ＩＤＣ＝ＯＩＤＣ∩ＩＮＩＤＣ ・・・・・（１０）
つまり、上位装置からのパラメータ同定動作条件（ＯＩＤＣ＝１）と、前述のパラメータ同定制御部７１で検出したパラメータ同定動作条件（ＩＮＩＤＣ＝１）が共に成立する時のみ、２値信号ＩＤＣ＝１を出力する。適応ループ演算部６０は、２値信号ＩＤＣが、０→１に変化すると、ゲイン行列Ｐ（ｋ）に、予め決められた初期値Ｐ（０）を設定し、毎サンプリングタイムで、式（８），（５），（６）の一連の適応ループ演算を実行し、同定パラメータベクトル＾γ（ｋ）を演算する。

本例の場合、同定パラメータベクトル＾γ（ｋ）の第２，３，４要素は、式（３）から、＾ＭｇＬＳ_βＣ_α，＾ＭｇＬＳ_βＳ_α，＾τ_Ｌになる。非線形要素演算部７３は、位置指令値Ｘｃに対してＣ_Ｘｃと−Ｓ_Ｘｃを求め、式（１１）の演算によって、非線形要素トルク補償量τ_ｎｒを決定している。
τ_ｎｒ＝（１／Ｒｔ）｛＾ＭｇＬＳ_βＣ_αＣ_Ｘｃ＋＾ＭｇＬＳ_βＳ_α（−Ｓ_Ｘｃ）＋＾τ_Ｌ｝＝（１／Ｒｔ）｛＾τ_ｇ＋＾τ_Ｌ｝ ・・・・・（１１）
Ｒｔ・τ_ｎｒは、式（１）の運動方程式において、非線形要素である右辺第２項（重力トルク）τ_ｇと第３項（摺動負荷トルク）τ_Ｌの推定値の和になるから、加算器５７出力とτ_ｎｒを加算器５８で加算することで、非線形要素に対するフィードフォワード補償ができる。

以降では、線形独立性の強さについて説明する。最初に、式（９）で示した信号行列Ξ（ｋ）を、展開表現する。
式（１２）は、過去ｍサイクル分のΞ（ｋ）（ｍｘｎ）を展開表現したものである。

本例では、信号ベクトルξが式（２）で示した様に４次元であるから、ｎ＝４となり、ξ_１はｄｖ／ｄｔ，ξ_２はＣ_ｘ，ξ_３は−Ｓ_ｘ，ξ_４は１を時系列に行方向に並べた列ベクトルになる。

一般に、行列の列ベクトル間の線形独立性の強さを表す指標として、行列の最小特異値σ_ｍｉｎと最大特異値σ_ｍａｘの比が利用される。この比は、式（１３）の示す範囲となって、大きいほど線形独立性が強いと考える事ができる。
０≦（σ_ｍｉｎ／σ_ｍａｘ）≦１ ・・・・・（１３）
例えば、単位行列は、各列ベクトルが正規直交関係にあり、線形独立性が極めて強い行列であって、σ_ｍｉｎ／σ_ｍａｘ＝１である。逆に、行列が列フルランクで無い（各列ベクトルが線形独立でない）場合は、σ_ｍｉｎ＝０であり、σ_ｍｉｎ／σ_ｍａｘ＝０になる。

一方で、行列Ａ（ｍｘｎ）に、大きさ１の任意ベクトルｙ（ｎｘ１）（｜｜ｙ｜｜＝１）を乗じた、ベクトルＡｙ（ｍｘ１）の大きさ｜｜Ａｙ｜｜は、式（１４）の範囲を取る事が知られている。
σ_ｍｉｎ（Ａ）≦｜｜Ａｙ｜｜≦σ_ｍａｘ（Ａ） ；但し、｜｜ｙ｜｜＝１ ・・・・・（１４）

式（１２）の信号行列Ξ（ｋ）に、式（１４）の関係を適用すると、式（１２）の列ベクトルξ_＊（＊＝１，２，・・・，ｎ）毎の最大絶対要素ξ_{＊＿ｍａｘ}を比較した時、「最小のξ_{＊＿ｍａｘ} 」⇒σ_ｍｉｎ（Ξ），「最大のξ_{＊＿ｍａｘ} 」⇒σ_ｍａｘ（Ξ）の関係が、概略的には成立するため、ξ_{＊＿ｍａｘ}の最小値に対するξ_{＊＿ｍａｘ}の最大値の比が小さいほど（ξ_{＊＿ｍａｘ}の最小値／ξ_{＊＿ｍａｘ}の最大値の値が大きいほど）、信号行列Ξ（ｋ）は線形独立性が強い事になる。

特許第４６７３３２６号公報

信号行列Ξ（ｋ）が継続的に列フルランクであれば、同定パラメータベクトル＾γ（ｋ）の推定演算は、実際のパラメータベクトルγに収束していく。しかしながら、本例の様な、重力トルクや摺動負荷トルクなどの低周波外乱成分の同定は、対応する信号成分（具体的には、式（２）の信号ベクトルξ（ｋ）の第２，３，４列成分）の振幅や時間変化が小さいため、信号行列Ξ（ｋ）の列ベクトル間の線形独立性が弱くなって、結果的に同定収束が遅れ、高精度な非線形補償制御を実現できなかった。

図９は、図７の従来位置制御装置におけるパラメータ同定の収束特性の一例を示した図である。左上図は、位置制御動作で指令される時系列な速度指令値Ｖｃ（ｋ）（＝Ｘｃ（ｋ）−Ｘｃ（ｋ−１））を示している。時間軸上の５０ｍｓの時点で、Ｘｃ＝０より正方向に向かう加速が発生し、以後、２値信号ＩＤＣ＝１となって同定演算が有効になる。対象プラントは、式（１）において、ＭＬ^２＋Ｉｒ＝０．０４［ｋｇ・ｍ^２］，｜τ_ｇ｜＝ＭｇＬＳ_β＝２［Ｎｍ］，α＝π／６［ｒａｄ］，τ_Ｌ＝１［Ｎｍ］としている。

本例の場合、最大加速度は２００［ｒａｄ／ｓ^２］（＝８［ｒａｄ／ｓ］／０．０４［ｓ］）であるから、ξ_{１＿ｍａｘ}＝２００，ξ_{２＿ｍａｘ}＝ξ_{３＿ｍａｘ}＝ξ_{４＿ｍａｘ}＝１となって、ξ_{＊＿ｍａｘ}の最小値に対する最大値の比が大きく（ξ_{＊＿ｍａｘ}の最小値／ξ_{＊＿ｍａｘ}の最大値の値が小さく）、信号行列Ξ（ｋ）の線形独立性は強くない。右上図は、過去２０サイクルの信号行列Ξ（ｋ）に関して、最小特異値σ_ｍｉｎ（Ξ）と最大特異値σ_ｍａｘ（Ξ）の比を表現したもので、式（１３）で説明した様に、時々刻々と変わる列ベクトル間の線形独立性の強さを表している。

左下図は、同定収束応答を示している。縦軸には、Φ_＊（ｋ）／γ_＊＝（＾γ_＊（ｋ）−γ_＊）／γ_＊（＊＝１，２，３，４）をとっているため、０への漸近が収束を示している。この場合、重力トルクと摺動負荷トルクの低周波外乱成分の同定が遅く、同定誤差が１０％以内になるのに、加速開始後２００ｍｓ程度を要している。右下図は、重力トルクτ_ｇ（ｋ）＝ＭｇＬＳ_βＣ_{（ｘ＋α）}と、同定パラメータベクトル＾γ（ｋ）の第２，３要素（＾ＭｇＬＳ_βＣ_α，＾ＭｇＬＳ_βＳ_α）から導出した推定重力トルク＾τ_ｇ（ｋ）を比較したものである。左下図の同定収束と同等の時間で、＾τ_ｇ（ｋ）はτ_ｇ（ｋ）に一致していく事がわかる。

次に、対象プラント１００を、直動テーブルとした例について説明する。運動方程式を式（１５）で表し、ブロック図表現は図１０となる。
τ_ｍ＝Ｉ（ｄｖ／ｄｔ）＋Ｄｖ＋τ_Ｌ ・・・・・（１５）
ここで、τ_ｍはモータ発生トルク、Ｉは全体の慣性モーメント（モータを含む）、ｖは速度、Ｄは粘性抵抗、τ_Ｌは摺動負荷トルクである。
この場合のパラメトリック表現は、式（１６），（１７）となる。
ξ＝［ｄｖ／ｄｔ，ｖ，１］^Ｔ ・・・・・（１６）
γ＝［Ｉ，Ｄ，τ_Ｌ］^Ｔ ・・・・・（１７）

図１１は、本例の従来位置制御装置におけるパラメータ同定の収束特性の一例を示した図である。本例では、最大速度を１６［ｒａｄ／ｓ］，最大加速度を４００［ｒａｄ／ｓ^２］とした加速が、時間軸上２０ｍｓの時点で正方向に発生し、以後、２値信号ＩＤＣ＝１となって同定演算が有効になる。対象プラントは、式（１５）において、Ｉ＝６．５・１０^−４［ｋｇ・ｍ^２］，Ｄ＝０．０１［Ｎｍ／（ｒａｄ／ｓ）］，τ_Ｌ＝１［Ｎｍ］としている。

図９と同様に、左上図は時系列な速度指令値Ｖｃ（ｋ）、右上図は、過去２０サイクルの信号行列Ξ（ｋ）に対して演算したσ_ｍｉｎ（Ξ）／σ_ｍａｘ（Ξ）、左下図が同定収束応答である。本例の場合も、ξ_{１＿ｍａｘ}＝４００，ξ_{２＿ｍａｘ}＝１６，ξ_{３＿ｍａｘ}＝１となって、ξ_{＊＿ｍａｘ}の最小値に対する最大値の比が大きく、信号行列Ξ（ｋ）の線形独立性は強くない。この場合、同定収束時間は、特に、粘性抵抗Ｄの同定が遅れて、加速開始後２０ｍｓ以上を要している。

本発明が解決しようとする課題は、重力トルクや摺動負荷トルクなどの低周波外乱成分の同定収束を高速化させる事で、起動直後から高精度な非線形補償制御を達成できる位置制御装置を提供することにある。

制御対象が決定すると、対象プラントの運動方程式が構成でき、信号ベクトルξの構造が特定できる。本発明では、起動時の加減速に関する情報と、信号ベクトルξの構造から、加速時に、信号ベクトル成分毎の信号増幅率λを設定することで、線形独立性を強化した信号ベクトルξの生成を実現し、低周波外乱成分の同定収束を高速化して前記課題を解決するものである。

本発明による位置制御装置では、重力トルクや摺動負荷トルクなどの低周波外乱成分の同定収束が高速化でき、起動直後から高精度な同定が可能になるため、軸動作距離が短い場合や、機械パラメータが急変した場合にも、速やかに適正な補償量が演算でき、非線形補償制御の高精度化が達成できる。

本発明による位置制御装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の位置制御装置に入力する基準信号増幅率Ｆの適正値の決定例を説明するフローチャートである。 本発明の位置制御装置による同定収束応答の一例を示す図である。 本発明の位置制御装置による同定収束応答の他の一例を示す図である。 傾斜型回転テーブルを説明する概略図である。 傾斜型回転テーブルの運動方程式をブロック図で表現した図である。 従来の位置制御装置の構成例を示すブロック図である。 適応ループ演算部の構成を説明するブロック図である。 従来の位置制御装置による同定収束応答の一例を示す図である。 直動テーブルの運動方程式をブロック図で表現した図である。 従来の位置制御装置による同定収束応答の他の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について例（以下実施例という）を用いて説明する。図１は、本発明による位置制御装置１０の一例を示すブロック図である。以下、これまでに説明した従来例と異なる部分について説明する。加減速処理部５０は、上位装置（図示しない）より一定周期毎に関数発生された位置指令値Ｘに対して、適当な加速度や加々速度を持つような加減速処理を加えるため、最大速度や加減速時間などの加減速に関する情報である処理情報を起動時には保持している。

ξ_ｍａｘ検出部１は、加速起動時に、加速中の信号行列Ξ（ｋ）の列ベクトルξ_＊（＊＝１，２，・・・，ｎ）毎の最大絶対要素ξ_{＊＿ｍａｘ}（＊＝１，２，・・・，ｎ）を、前述の処理情報から推定し出力する。ここでは、従来例と同様に、制御対象として、傾斜型回転テーブルを考えると、ｎ＝４で、ξ_{１＿ｍａｘ}＝最大加速度［ｒａｄ／ｓｅｃ^２］，ξ_{２＿ｍａｘ}＝１，ξ_{３＿ｍａｘ}＝１，ξ_{４＿ｍａｘ}＝１であるから、通常は、ξ_{１＿ｍａｘ}が圧倒的に大きい事になる。

信号行列ゲイン演算部２は、信号行列Ξ（ｋ）における列ベクトル間の線形独立性を強める事を目的としている。ξ_ｍａｘ検出部１より出力された列ベクトルξ_＊（＊＝１，２，・・・，ｎ）毎の最大絶対要素ξ_{＊＿ｍａｘ}（＊＝１，２，・・・，ｎ）を入力として、それらの最大値をξ_ｍａｘに選び、信号行列Ξ（ｋ）の列ベクトル毎の信号増幅率λ_＊（＊＝１，２，・・・，ｎ）を演算する。

一例として、信号増幅率λ_＊を、次の式（１８）の演算で決定する。

ここで、基準信号増幅率Ｆは、外部から、予め信号行列ゲイン演算部２に設定された、大きさ１前後の定数である。

本発明実施例の信号ベクトル増幅生成部３では、信号ベクトルξの各要素に、信号増幅率λ_＊を乗じた、同定用信号ベクトルξを生成する。つまり、本例の場合のパラメトリック表現式である式（２），（３）は、式（１９），（２０）に置換わり、信号ベクトル増幅生成部３の出力が式（１９）になる。
ξ＝［λ_１・ｄｖ／ｄｔ，λ_２・Ｃ_ｘ，λ_３・−Ｓ_ｘ，λ_４］^Ｔ ・・・・・（１９）
γ＝［（ＭＬ^２＋Ｉｒ）／λ_１，ＭｇＬＳ_βＣ_α／λ_２，ＭｇＬＳ_βＳ_α／λ_３，τ_Ｌ／λ_４］^Ｔ ・・・・・（２０）
なお、式（４）の表現は不変である。

以降、式（１９）で構成された同定用信号ベクトルξを用いて、適応ループ演算によりパラメータ同定を実行する動作は、従来位置制御装置の場合と同様である。但し、同定パラメータベクトル＾γ（ｋ）は、式（２０）に収束するため、実際の物理量に換算するには、各項に信号増幅率λ_＊（＊＝１，２，・・・，ｎ）を乗ずる必要がある。

前述の基準信号増幅率Ｆは、対象プラント１００の構造に応じて適正値が異なるため、予めシミュレート演算を実施して決定してもよい。図２はシミュレート演算の一例を説明する動作フローチャートである。加減速処理部５０の動作や処理情報は既知であるから、Ｓ１００では、基準信号増幅率Ｆの初期設定と、位置制御装置と同様の位置指令値Ｘを入力した時に、加減速処理部５０から出力される、時系列な位置指令値Ｘｃ（ｋ）の生成を、同定収束が十分に完了する演算サイクル（ｋ＝ｃｙｃｅｎｄ）まで算出しておく。

対象プラント１００の構造は既知であるから、位置指令値Ｘｃ（ｋ）の生成時に、信号行列Ξ（ｋ）の列ベクトル毎の最大絶対要素ξ_{＊＿ｍａｘ}（＊＝１，２，・・・，ｎ）が決定でき、Ｓ１０１では、式（１８）によって信号増幅率λ_＊（＊＝１，２，・・・，ｎ）が設定できる。次に、Ｓ１０２で演算サイクルｋ＝１とおく。

位置指令値Ｘｃに対する位置制御装置１０と対象プラント１００の応答を、Ｓ１０３プラント応答シミュレーションで演算する。ここで得られた位置・速度・加速度などの情報（シミュレーション結果）から、式（１９）の同定用信号ベクトルξを生成し、適応ループ演算部６０の動作をＳ１０４同定応答シミュレーションで実行して、同定パラメータベクトル＾γを演算する。

Ｓ１０６でサイクルを進めながら、Ｓ１０３プラント応答シミュレーションとＳ１０４同定応答シミュレーションを、Ｓ１０５でｋ＝ｃｙｃｅｎｄと判定されるまで繰返し処理する。Ｓ１０７は同定パラメータベクトル＾γ（ｋ）の収束特性を調査する。調査結果を受けて、Ｓ１０８で同定収束が良好と判定された場合は、Ｓ１１０で、現時点の基準信号増幅率Ｆを位置制御装置１０に設定する。

Ｓ１０９のＦの修正は、Ｓ１０８で同定収束が遅いと判定された場合は、基準信号増幅率Ｆを増加させ、逆に、同定収束が過剰に速く、オーバーシュートぎみと判定された場合は、基準信号増幅率Ｆを減少させる。その後、Ｓ１０１に戻って、信号増幅率λ_＊を再設定し、演算サイクルｋ＝１からシミュレーション動作を再度実行し、Ｓ１０８で同定収束が良好と判定されるまで一連の動作を繰り返す。

本発明実施例におけるパラメータ同定の収束特性の一例を図３に示す。図９の従来位置制御装置の場合と、全く同一の速度指令値Ｖｃ（ｋ）及び対象プラントとしているため、パラメータ同定の収束特性が比較できる。ここでは、基準信号増幅率Ｆ＝０．５６を選び、式（１８）によって、信号増幅率λ_＊を、λ_１ ＝１，λ_２ ＝λ_３ ＝λ_４＝８としている。結果、図９の従来例と較べて、加速中のσ_ｍｉｎ（Ξ）／σ_ｍａｘ（Ξ）が１０倍ほど大きくなっており、加速開始後１００ｍｓ程度で、同定誤差は１０％以内になり、収束時間は半減できている。

次に、従来例と同様に、制御対象として、直動テーブルの場合を考える。本発明における、この場合のパラメトリック表現は、式（１６），（１７）が、式（２１），（２２）に置換される。
ξ＝［λ_１・ｄｖ／ｄｔ，λ_２・ｖ，λ_３］^Ｔ ・・・・・（２１）
γ＝［Ｉ／λ_１，Ｄ／λ_２，τ_Ｌ／λ_３］^Ｔ ・・・・・（２２）

本発明実施例におけるパラメータ同定の収束特性の一例を図４に示す。図１１の従来位置制御装置の場合と、全く同一の速度指令値Ｖｃ（ｋ）及び対象プラントとしているため、パラメータ同定の収束特性が比較できる。ここでは、基準信号増幅率Ｆ＝２を選び、式（１８）によって、信号増幅率λ_＊を、λ_１ ＝１，λ_２ ＝１０，λ_３ ＝４０としている。結果、図１１の従来例と較べて、加速中のσ_ｍｉｎ（Ξ）／σ_ｍａｘ（Ξ）が１０倍〜１００倍ほど大きくなっており、加速開始後１０ｍｓ以内で、同定が完了し、収束時間は１／３程度に短縮できている。

１ ξ_ｍａｘ検出部、２ 信号行列ゲイン演算部、３ 信号ベクトル増幅生成部、１０ 位置制御装置（本発明実施例）、５０ 加減速処理部、５１，５３，６３ 減算器、５２，５７，５８ 加算器、５４，５５，５６ 微分器、６０ 適応ループ演算部、６１ 一般化適応則、７０ 信号ベクトル生成部、７１ パラメータ同定制御部、６２，７２ 乗算器、７３ 非線形要素演算部、１００ 対象プラント、２００ 位置制御装置（従来例）。

Claims (2)

1. 制御対象の機械プラントである対象プラントの特性パラメータを同定し、前記同定された特性パラメータに基づいて前記対象プラントの特性に応じた補償制御を付加する位置制御装置において、
   前記対象プラントの信号ベクトルの構造と予め規定された加減速に関する情報とに基づいて、前記対象プラントの加速中における前記信号ベクトルを時系列に行方向に並べた信号行列の列ベクトル毎の最大絶対要素を出力するξ_ｍａｘ検出部と、
   少なくとも前記最大絶対要素から、前記信号行列の列ベクトル毎の信号増幅率を演算する信号行列ゲイン演算部と、
   前記信号ベクトルの各要素と前記信号増幅率とから、パラメータ同定演算に適用する同定用信号ベクトルを構成する信号ベクトル増幅生成部と、
   を具備し、
   前記対象プラントの出力トルクは、前記信号ベクトルの転置行列と、前記特性パラメータを示すパラメータベクトルとの積である、
   ことを特徴とする位置制御装置。
2. 請求項１に記載の位置制御装置において、
   前記ゲイン演算部は、基準信号増幅率と前記最大絶対要素とから前記信号増幅率を演算し、
   前記基準信号増幅率は、軸動作指令発生中の位置制御装置と前記対象プラントの動作を演算するプラント応答シミュレーションと、基準信号増幅率より設定した前記信号増幅率と該プラント応答シミュレーション結果から得られる同定用信号ベクトルによって同定パラメータを演算する同定応答シミュレーションと、前記同定応答シミュレーション結果の収束特性に応じて、基準信号増幅率を修正する修正処理と、を前記収束特性が良好と判断されるまで繰り返す事で決定されることを特徴とした位置制御装置。
   

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