JP6316323B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に関するものである。

近年、ＮＣ工作機械に代表される工作機械及び産業用ロボットに代表されるロボットでは加工効率及び生産効率を向上させるために高速且つ高加減速駆動を行いつつ、高精度な軌跡制御を実現することが望まれている。工作機械及びロボットでは上述の理由により、駆動の高加減速化が求められているが、単純に各軸で位置制御系を高応答化するだけでは指令から機械端の位置までの伝達関数を一致させることができず、曲線軌跡の指令に対して機械端の軌跡はひずみを生じることになる。

従来の一例である特許文献１には、単軸での位置決め制御については機械共振を考慮して制御器を設計することにより、高加減速駆動時の工具端の振動を抑制している技術が開示されている。また、他の一例である特許文献２には、位置、速度及び加速度といった被制御量の指令値に対する応答の遅れを補償するために、いずれの軸の位置制御ループのサーボ帯域よりも低い周波数に設定された高域遮断フィルタで指令値を変換した上で、フィードフォワード制御を行うことにより、各軸での伝達関数の特性をほぼ同一にして同期性能を高める技術が開示されている。

特開平８−２３６９１号公報 特開２０００−３３９０３２号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、低剛性の機械の応答性を高くして高加減速で駆動すると、各軸での応答を高速にしても機械系の低剛性に起因して各軸での伝達関数の違いにより各軸で指令に対する過渡的な変化が異なってしまう。そのため、軌跡のひずみが発生してしまう、という問題があった。特に、工作機械またはロボットで加工を行うに際して、対称的な軌跡を往復動作する場合にはこのようなひずみに起因する誤差の影響は大きく、加工面の傷または加工精度の低下の原因になる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低剛性機械系で構成された制御対象であっても、高精度な軌跡制御を行うことが可能なモータ制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１制御対象内の第１の負荷機械に連結された第１モータ及び第２制御対象内の第２の負荷機械に連結された第２モータを制御するモータ制御装置であって、前記第１モータの位置を検出する第１検出器と、前記第２モータの位置を検出する第２検出器と、前記第１制御対象に対する位置指令である第１位置指令と前記第２制御対象に対する位置指令である第２位置指令とを出力する軌跡指令発生器と、前記軌跡指令発生器からの前記第１位置指令に対して第１応答補正フィルタを作用させる演算を行って補正後第１位置指令を出力する第１応答補正部と、前記第１応答補正部からの前記補正後第１位置指令と前記第１検出器で検出した位置とを入力として前記第１検出器で検出した位置が前記補正後第１位置指令に一致するように第１トルク指令を生成する第１位置制御部と、前記軌跡指令発生器からの前記第２位置指令と前記第２検出器で検出した位置を入力として前記第２検出器で検出した位置が前記第２位置指令に一致するように第２トルク指令を生成する第２位置制御部と、前記第２制御対象内の第２の負荷機械の機械端変位を検出する第２の負荷機械の測定器と、前記第２トルク指令または前記第２位置指令と、前記第２の負荷機械の測定器によって検出された前記第２の負荷機械の機械端変位とにより、前記第２制御対象の零点の特性として、前記第２トルク指令から前記第２の負荷機械の機械端変位までの伝達関数の零点の特性を表す伝達関数の多項式の情報を抽出する第２制御対象の零点推定部と、前記第２制御対象の零点推定部で抽出された前記第２制御対象の零点の特性を表す伝達関数の多項式の情報を用いて前記第１応答補正部の前記第１応答補正フィルタの設定を行う応答補正パラメータ決定部と、を備え、前記第１位置制御部が生成する前記第１トルク指令が前記第１モータに入力され、前記第２位置制御部が生成する前記第２トルク指令が前記第２モータに入力されることを特徴とする。

この発明によれば、低剛性機械系で構成された制御対象であっても、高精度な軌跡制御を行うことが可能なモータ制御装置を得ることができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１にかかるモータ制御装置の指令軌跡と工具先端部が描く実位置軌跡の関係を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１にかかるモータ制御装置の比較例である、Ｘ軸応答補正部とＹ軸応答補正部を適用していない状態におけるＸ軸とＹ軸の伝達関数のボード線図である。 図４は、実施の形態１にかかるモータ制御装置である、Ｘ軸応答補正部とＹ軸応答補正部とを適用した状態におけるＸ軸とＹ軸の伝達関数のボード線図である。 図５は、実施の形態２にかかるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図６は、実施の形態３にかかるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図７は、実施の形態４にかかるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図８は、実施の形態５にかかるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図９は、実施の形態５にかかるモータ制御装置の構成が備える周波数応答表示部を示す図である。

以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態１の構成を示すブロック図である。なお、本発明にかかるモータ制御装置では、高精度な軌跡制御を行う。なお、ここで、軌跡制御とは、２軸または３軸以上の多軸が同時に運動することによって、工具先端部またはロボットの把持部の軌跡を指令の曲線に追従させて制御することをいい、軌跡とは、複数の可動軸で構成された工具先端部が運動中に空間に占める位置を連ねた線のことをいう。可動軸が第１軸であるＸ軸と第２軸であるＹ軸の２軸構成である場合を例とすると、指令軌跡と工具先端部が描く実位置軌跡は図２のように２次元平面上で描かれる。なお、図２では、指令軌跡を実線で示し、実位置軌跡を点線で示す。

軌跡指令発生器１は、Ｘ軸とＹ軸の各々に対する位置指令信号として、Ｘ軸位置指令信号とＹ軸位置指令信号を出力する。Ｘ軸応答補正部１３は、軌跡指令発生器１からのＸ軸位置指令信号を応答補正フィルタＧ_ｘｒｃ（ｓ）によって補正し、Ｘ軸位置制御部１１に補正後Ｘ軸位置指令を出力する。Ｙ軸応答補正部２３は、軌跡指令発生器１からのＹ軸位置指令信号を応答補正フィルタＧ_ｙｒｃ（ｓ）によって補正し、Ｙ軸位置制御部２１に補正後Ｙ軸位置指令を出力する。なお、応答補正フィルタＧ_ｘｒｃ（ｓ），Ｇ_ｙｒｃ（ｓ）は、後述するように、応答補正パラメータ決定部２によって特性が決まる。

Ｘ軸制御対象１２は、Ｘ軸モータ１２ａと、Ｘ軸モータ１２ａに取り付けられたＸ軸検出器１２ｃと、Ｘ軸モータ１２ａに連結したＸ軸の負荷機械１２ｂと、により構成される。Ｘ軸制御対象１２は、Ｘ軸モータ１２ａがＸ軸トルク指令Ｔ１に応じたトルクを発生することで駆動される。また、Ｘ軸制御対象１２にはＸ軸測定器１４が取り付けられており、工具先端部に相当するＸ軸の負荷機械１２ｂの機械端の位置、速度、加速度のうちいずれかの変位信号を計測する。以下の説明では、加速度であるこの変位信号は、Ｘ軸機械端変位信号ａ１と表記する。

Ｘ軸位置制御部１１は、Ｘ軸応答補正部１３から出力された時間的に変化する補正後Ｘ軸位置指令に対してＸ軸モータ１２ａの位置が振動せずに正確に追従するように、入力された補正後Ｘ軸位置指令とＸ軸検出器１２ｃによって検出された位置検出値に応じて、ＰＩＤ制御または２自由度制御の演算によりＸ軸トルク指令Ｔ１をＸ軸モータ１２ａに出力する。

Ｙ軸制御対象２２は、Ｙ軸モータ２２ａと、Ｙ軸モータ２２ａに取り付けられたＹ軸検出器２２ｃと、Ｙ軸モータ２２ａに連結したＹ軸の負荷機械２２ｂと、により構成される。Ｙ軸制御対象２２は、Ｙ軸モータ２２ａがＹ軸トルク指令Ｔ２に応じたトルクを発生することで駆動される。また、Ｙ軸制御対象２２にはＹ軸測定器２４が取り付けられており、工具先端部に相当するＹ軸の負荷機械２２ｂの機械端の位置、速度、加速度のうちいずれかの変位信号を計測する。以下の説明では、加速度であるこの変位信号は、Ｙ軸機械端変位信号ａ２と表記する。

Ｙ軸位置制御部２１は、Ｙ軸応答補正部２３から出力された時間的に変化する補正後Ｙ軸位置指令に対してＹ軸モータ２２ａの位置が振動せずに正確に追従するように、入力された補正後Ｙ軸位置指令とＹ軸検出器２２ｃによって検出された位置検出値に応じて、ＰＩＤ制御または２自由度制御の演算によりＹ軸トルク指令Ｔ２をＹ軸モータ２２ａに出力する。

なお、Ｘ軸位置制御部１１及びＹ軸位置制御部２１については、補正後Ｘ軸位置指令から加速度であるＸ軸機械端変位信号ａ１の２階積分で表されるＸ軸機械端の位置までの応答遅れと、補正後Ｙ軸位置指令から加速度であるＹ軸機械端変位信号ａ２の２階積分で表されるＹ軸機械端の位置までの応答遅れと、が揃うように、制御パラメータを設定する。なお、ここで、応答遅れとは、指令が一定の速度で変化した場合に指令に対して遅れる時間を表す。このように、Ｘ軸とＹ軸で応答遅れを揃え、Ｘ軸位置指令とＹ軸位置指令が一定速度で変化するときには、Ｘ軸機械端の位置とＹ軸機械端の位置とにより描かれる軌跡は、補正後Ｘ軸位置指令と補正後Ｙ軸位置指令の位置とにより描かれる軌跡と一致する。

Ｘ軸加振信号生成部１６は、本実施の形態のモータ制御装置のパラメータ調整を実行する際に、使用者が行う調整開始の指示操作により決められた時間だけＭ系列波形の信号を生成し、Ｍ系列加振信号をＸ軸トルク指令Ｔ１に加算してＸ軸モータ１２ａを駆動してＸ軸制御対象１２を加振する。

Ｙ軸加振信号生成部２６は、Ｘ軸加振信号生成部１６と同様に、決められた時間だけＭ系列波形の信号を生成し、Ｍ系列加振信号をＹ軸トルク指令Ｔ２に加算してＹ軸モータ２２ａを駆動してＹ軸制御対象２２を加振する。ここで、Ｍ系列加振信号は、擬似白色性のランダム信号である。

Ｘ軸零点推定部１５は、上記のようにＸ軸加振信号生成部１６が加振信号を生成した時のＸ軸トルク指令Ｔ１とＸ軸測定器１４によって検出されたＸ軸機械端変位信号ａ１を入出力データとするシステム同定を行い、Ｘ軸トルク指令Ｔ１からＸ軸機械端変位信号ａ１までの伝達関数Ｇ_ｆａｘ（ｓ）を推定し、そのＸ軸の零点の情報を抽出した結果を、応答補正パラメータ決定部２へ出力する。

Ｙ軸零点推定部２５は、上記のようにＹ軸加振信号生成部２６が加振信号を生成した時のＹ軸トルク指令Ｔ２とＹ軸測定器２４によって検出されたＹ軸機械端変位信号ａ２を入出力データとするシステム同定を行い、Ｙ軸トルク指令Ｔ２からＹ軸機械端変位信号ａ２までの伝達関数Ｇ_ｆａｙ（ｓ）を推定し、そのＹ軸の零点の情報を抽出した結果を、応答補正パラメータ決定部２へ出力する。

また、応答補正パラメータ決定部２は、上述のＹ軸の零点の情報に基づいてＸ軸応答補正部１３の応答補正フィルタＧ_ｘｒｃ（ｓ）の特性を決定して設定し、上述のＸ軸の零点の情報に基づいてＹ軸応答補正部２３の応答補正フィルタＧ_ｙｒｃ（ｓ）の特性を決定して設定する。

Ｘ軸零点推定部１５におけるシステム同定では、Ｘ軸加振信号生成部１６によってＸ軸トルク指令Ｔ１にＭ系列加振信号を加算してＸ軸制御対象１２を加振し、Ｘ軸トルク指令Ｔ１と、Ｘ軸測定器１４によって検出されたＸ軸機械端変位信号ａ１の応答をデータとして取得する。このＭ系列加振時の入出力データに対して、一例として最小二乗法を用いてＸ軸トルク指令Ｔ１からＸ軸機械端変位信号ａ１までの伝達関数Ｇ_ｆａｘ（ｓ）を推定する。ここで、上述のＸ軸トルク指令Ｔ１からＸ軸機械端変位信号ａ１までの伝達関数Ｇ_ｆａｘ（ｓ）の特徴について説明する。伝達関数Ｇ_ｆａｘ（ｓ）は、機械端変位信号ａ１を機械端の加速度とした場合、一般的に下記の式（１）で近似される。

ここで、ｓはラプラス演算子である。また、Ｊ_ｘはＸ軸制御対象１２の慣性モーメントである。ω_ｐｘｉはｉ次モードの共振周波数、ζ_ｐｘｉはｉ次モードの共振周波数の減衰比、ω_ｚｘｊはｊ番目の反共振周波数、すなわち複素零点の絶対値、ζ_ｚｘｊはｊ番目の反共振特性、すなわち複素零点の減衰比である。

ここで、制御対象がモータと負荷慣性がバネで結合された２慣性系、またはモータと複数の負荷慣性がバネで直列に結合された多慣性系で、その先端の変位を機械端変位信号とした場合、反共振は現れなく、分子の次数は０、すなわちｍ＝０として近似される。しかしながら、実際の機械系の構造は複雑であり、モータが発生するトルクから機械端変位までの伝達関数に反共振の零点が含まれることが多く、このような場合はｍ≧１としてモデル化する必要がある。

また、実際の機械系は、厳密には無限次のシステムであるが、応答を近似可能な次数に低次元化してモデル化すればよく、分子の次数はｍ＝１または２として近似すればよい。このときの伝達関数の分子をＮ_ｘ（ｓ）とすると、Ｎ_ｘ（ｓ）は下記の式（２）で表される。

Ｘ軸零点推定部１５は上記の動作により、零点の情報、すなわち上記の式（２）の多項式の情報を応答補正パラメータ決定部２へ出力する。

Ｙ軸零点推定部２５におけるシステム同定では、上述のＸ軸の場合と同様であり、Ｙ軸加振信号生成部２６によってＹ軸トルク指令Ｔ２にＭ系列加振信号を加算してＹ軸制御対象２２を加振し、Ｙ軸トルク指令Ｔ２と、Ｙ軸測定器２４によって検出されたＹ軸機械端変位信号ａ２の応答をデータとして取得する。このＭ系列加振時の入出力データに対して、一例として最小二乗法を用いてＹ軸トルク指令Ｔ２からＹ軸機械端変位信号ａ２までの伝達関数Ｇ_ｆａｙ（ｓ）を推定する。ここで、伝達関数Ｇ_ｆａｙ（ｓ）は、機械端変位信号ａ２を機械端の加速度とした場合、一般的に下記の式（３）で近似される。

ここで、Ｊ_ｙはＹ軸制御対象２２の慣性モーメントである。また、ω_ｐｙｉはｉ次モードの共振周波数、ζ_ｐｙｉはｉ次モードの共振周波数の減衰比、ω_ｚｙｊはｊ番目の反共振周波数、すなわち複素零点の絶対値、ζ_ｚｙｊはｊ番目の反共振特性、すなわち複素零点の減衰比である。

ここで、上述したＸ軸の場合と同様にして、Ｙ軸についても分子の次数はｍ＝１または２として近似すればよい。このときの伝達関数の分子をＮ_ｙ（ｓ）とすると、Ｎ_ｙ（ｓ）は下記の式（４）で表される。

Ｙ軸零点推定部２５は、上記の動作により、零点の情報、すなわち上記の式（４）の多項式の情報を応答補正パラメータ決定部２へ出力する。

応答補正パラメータ決定部２は、Ｘ軸応答補正部１３の応答補正フィルタＧ_ｘｒｃ（ｓ）を、Ｙ軸零点推定部２５によって抽出されたＹ軸トルク指令Ｔ２からＹ軸機械端変位信号ａ２までの伝達関数Ｇ_ｆａｙ（ｓ）の有する零点を表す伝達関数の多項式Ｎ_ｙ（ｓ）と、ローパスフィルタＦ（ｓ）を用いて下記の式（５）で決定する。

式（５）右辺のＦ（ｓ）はローパスフィルタであり、応答補正フィルタＧ_ｘｒｃ（ｓ）をプロパーにするためのものであり、このローパスフィルタＦ（ｓ）は、軌跡指令発生器１から出力されたＸ軸位置指令信号のうち、制御帯域より高い周波数成分を低減して急峻な変化を抑制し、Ｘ軸位置指令信号を滑らかにする。Ｘ軸位置指令信号が元々滑らかに生成されている場合にはＦ（ｓ）＝１でもよい。

また、応答補正パラメータ決定部２は、Ｙ軸応答補正部２３の応答補正フィルタＧ_ｙｒｃ（ｓ）を、Ｘ軸零点推定部１５によって抽出されたＸ軸トルク指令Ｔ１からＸ軸機械端変位信号ａ１までの伝達関数Ｇ_ｆａｘ（ｓ）の有する零点を表す伝達関数の多項式Ｎ_ｘ（ｓ）と、ローパスフィルタＦ（ｓ）と、を用いて下記の式（６）で決定する。

式（６）右辺のＦ（ｓ）は式（５）と同じローパスフィルタである。

Ｘ軸位置制御部１１とＹ軸位置制御部２１において、補正後Ｘ軸位置指令から加速度であるＸ軸機械端変位信号ａ１の２階積分で表されるＸ軸機械端の位置までの応答遅れと、補正後Ｙ軸位置指令から加速度であるＹ軸機械端変位信号ａ２の２階積分で表されるＹ軸機械端の位置までの応答遅れと、が揃うように、Ｘ軸位置制御部１１とＹ軸位置制御部２１の制御パラメータを設定することは、上述したようにＸ軸とＹ軸とで指令に対する遅れ時間を同一にするということである。

そのため、仮にＸ軸制御対象とＹ軸制御対象に零点がない場合には、Ｘ軸位置指令ｘ_ｒｅｆからＸ軸機械端位置ｘ_ａまでの伝達関数は、ｘ_ｒｅｆからｘ_ａまでの伝達関数の分母多項式をＤ（ｓ）とおくと、下記の式（７）で表される。また、補正後Ｘ軸位置指令からＸ軸機械端変位信号ａ１までの応答遅れと、補正後Ｙ軸位置指令からＹ軸機械端変位信号ａ２までの応答遅れと、が揃っているので、Ｙ軸位置指令ｙ_ｒｅｆとＹ軸機械端位置ｙ_ａとの間の関係は、下記の式（８）で表される。

一方で、制御対象のＸ軸トルク指令Ｔ１からＸ軸機械端位置ｘ_ａまでの伝達関数及びＹ軸トルク指令Ｔ２からＹ軸機械端位置ｙ_ａまでの伝達関数に零点がある場合には、Ｘ軸位置制御部１１の位置制御器の特性を変更することで指令応答特性を変更しても零点は保存されるため、Ｘ軸位置指令ｘ_ｒｅｆとＸ軸機械端位置ｘ_ａとの間の関係は下記の式（９）で表される。また、上述したＸ軸の場合と同様に、Ｙ軸位置指令ｙ_ｒｅｆとＹ軸機械端位置ｙ_ａとの間の関係は下記の式（１０）で表される。

そのため、Ｘ軸とＹ軸の零点の特性が異なる場合（Ｎ_ｘ（ｓ）≠Ｎ_ｙ（ｓ））には、零点の影響によりＸ軸機械端位置ｘ_ａとＹ軸機械端位置ｙ_ａによる軌跡は、補正後Ｘ軸位置指令と補正後Ｙ軸位置指令による指令曲線にひずみが生じたものとなる。そこで、このようにＸ軸制御対象とＹ軸制御対象に零点があっても、曲線におけるひずみが生じないように補正する必要がある。ここで、上記の補正を行う方法として、最初に考えられるのは、上記の式（９），（１０）に現れた零点Ｎ_ｘ（ｓ）及びＮ_ｙ（ｓ）を相殺することである。仮にこの方式を用いた場合には、Ｘ軸応答補正部１３の応答補正フィルタＧ_ｘｒｃ（ｓ）の特性としてＮ_ｘ（ｓ）の逆関数を設定し、Ｙ軸応答補正部２３の応答補正フィルタＧ_ｙｒｃ（ｓ）の特性としてＮ_ｙ（ｓ）の逆関数を設定すると、理想的な数式上では、Ｘ軸位置指令ｘ_ｒｅｆに対するＸ軸機械端位置ｘ_ａの応答及びＹ軸位置指令ｙ_ｒｅｆに対するＹ軸機械端位置ｙ_ａの応答が、下記の式（１１），（１２）に表すように同一になる。

しかし、このように設定するとＸ軸及びＹ軸において、応答補正フィルタとして２次共振系のフィルタを用いることになるため、各軸の機械端位置は振動しなくてもトルク指令及びモータの位置は振動的になる。また、零点の推定に誤差があった場合には機械端も振動的になる。そのため、上記のように反共振特性を相殺するようにＸ軸及びＹ軸の応答補正フィルタを設定するのは適切ではない。そのため、本実施の形態では、応答補正パラメータ決定部２の動作によってＸ軸応答補正部１３の応答補正フィルタＧ_ｘｒｃ（ｓ）にＹ軸の零点の特性Ｎ_ｙ（ｓ）を代入し、Ｙ軸応答補正部２３の応答補正フィルタＧ_ｙｒｃ（ｓ）にＸ軸の零点の特性Ｎ_ｘ（ｓ）を代入する。このとき、Ｘ軸位置指令ｘ_ｒｅｆからＸ軸機械端位置ｘ_ａまでの特性とＹ軸位置指令ｙ_ｒｅｆからＹ軸機械端位置ｙ_ａまでの特性は、各々下記の式（１３），（１４）で表される。

このような構成によれば、Ｘ軸の位置指令信号からＸ軸の負荷機械位置までの伝達関数とＹ軸の位置指令信号からＹ軸の負荷機械位置までの伝達関数が同じものになる。

図３は、ある工作機械に関する、Ｘ軸応答補正部とＹ軸応答補正部を適用していない状態におけるＸ軸とＹ軸の伝達関数のボード線図である。図３では、Ｘ軸とＹ軸で各軸の零点の影響により、伝達関数は違う特性となっている。

図４は、本発明において、Ｘ軸応答補正部とＹ軸応答補正部とを適用した状態におけるＸ軸とＹ軸の伝達関数のボード線図である。図４では、Ｘ軸応答補正部及びＹ軸応答補正部が適用された結果、Ｘ軸とＹ軸で同じ伝達関数となっている。

本実施の形態のモータ制御装置は、上記のように動作することにより、指令に対する過渡的応答もＸ軸とＹ軸で同じになるため、剛性の低い制御対象で曲線の軌跡を描くような場合も指令軌跡との軌跡追従誤差及び振動を抑制しつつ、指令の軌跡に対して高速高精度でひずみのない応答の軌跡制御を実行することができる、という効果を有する。また、円弧を描く場合の指標である真円度を高くすることができる。

なお、本実施の形態においては、Ｘ軸零点推定部１５はＸ軸トルク指令Ｔ１を入力として用いてＸ軸の零点を推定したが、上述したようにＸ軸位置制御部１１の特性を変えても零点は不変であることから、Ｘ軸トルク指令Ｔ１に代えてＸ軸位置指令を用いても、Ｘ軸トルク指令Ｔ１からＸ軸機械端変位信号ａ１までの伝達関数の零点を抽出することが可能である。同様に、Ｙ軸零点推定部２５ではＹ軸位置指令を用いるようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、Ｘ軸モータ１２ａ及びＹ軸モータ２２ａとしては、直流モータ、永久磁石同期モータ及び誘導モータのいずれを用いてもよいし、回転型のモータに限定されるものではなく、リニアモータを用いてもよい。

また、本実施の形態においては、Ｘ軸加振信号生成部１６が入力であるＸ軸トルク指令に与える信号は、様々な周波数成分を含んだ信号であり、Ｘ軸の負荷機械１２ｂを決まった加速度以上で動かすことができるのであれば、Ｍ系列加振信号、サインスイープ信号またはランダム信号を入力信号として用いてもよい。Ｙ軸加振信号生成部２６が入力であるＹ軸トルク指令に与える信号も、Ｘ軸の場合と同様に、Ｍ系列加振信号、サインスイープ信号またはランダム信号を入力信号として用いてもよい。さらに、上述したいずれかの加振信号をＸ軸トルク指令とＹ軸トルク指令に入力する機能が予め機械に備わっているのであれば、Ｘ軸加振信号生成部１６とＹ軸加振信号生成部２６が設けられていなくてもよい。

また、本実施の形態においては、最小二乗法を用いてシステム同定を行ったが、これに限定されず、スペクトル解析法、ＡＲＸモデルに基づくマルチデシメーション同定法またはＭＯＥＳＰ法に代表される他の手法を用いてもよい。

また、本実施の形態においては、Ｘ軸機械端変位信号ａ１とＹ軸機械端変位信号ａ２を検出するＸ軸測定器１４及びＹ軸測定器２４はパラメータ調整時のみ必要であるため、Ｘ軸測定器１４及びＹ軸測定器２４を着脱可能とし、調整後に取り外してもよい。すなわち、モータ制御装置として動作する際にはこのセンサが設けられていなくてもよい。

以上説明したように、本実施の形態によれば、零点推定部で得られた各軸の零点の特性に基づいて応答補正パラメータ決定部が各軸の応答補正部を設定し、各軸における指令から機械端位置までの伝達関数を同一にすることで、低剛性機械系で構成された制御対象であっても、高精度な軌跡制御を行うことが可能である。

実施の形態２．
図５は、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態２の構成を示すブロック図である。実施の形態２において、実施の形態１の図１と同じ符号のブロックは同等の機能を有し、重複する構成及び動作の説明は省略する。

Ｘ軸制御対象２１２は、Ｘ軸モータ２１２ａと、Ｘ軸モータ２１２ａに取り付けられたＸ軸検出器２１２ｃと、Ｘ軸モータ２１２ａに連結したＸ軸の負荷機械２１２ｂと、により構成される。Ｘ軸モータ２１２ａとＸ軸の負荷機械２１２ｂとは高い剛性で連結されており、Ｘ軸の負荷機械２１２ｂの挙動は、Ｘ軸検出器２１２ｃによって検出される。Ｘ軸制御対象２１２は、Ｘ軸モータ２１２ａがＸ軸トルク指令Ｔ１に応じたトルクを発生することで駆動される。このような剛性を有する制御対象の一例にはＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）旋盤が挙げられる。

Ｘ軸位置制御部１１とＹ軸位置制御部２２１については、補正後Ｘ軸位置指令から加速度であるＸ軸機械端変位信号ａ１の２階積分で表されるＸ軸機械端の位置までの応答遅れと、Ｙ軸位置指令から加速度であるＹ軸機械端変位信号ａ２の２階積分で表されるＹ軸機械端の位置までの応答遅れが揃うようにＸ軸位置制御部１１とＹ軸位置制御部２２１の制御演算に用いる制御パラメータを設定する。

応答補正パラメータ決定部２０２は、Ｘ軸応答補正部１３の応答補正フィルタＧ_ｘｒｃ（ｓ）を、Ｙ軸零点推定部２５によって抽出されたＹ軸トルク指令Ｔ２からＹ軸機械端変位信号ａ２までの伝達関数Ｇ_ｆａｙ（ｓ）の有する零点を表す伝達関数の多項式Ｎ_ｙ（ｓ）と、ローパスフィルタＦ（ｓ）と、を用いて下記の式（１５）で決定する。下記の式（１５）の右辺のローパスフィルタＦ（ｓ）は、実施の形態１と同様に、軌跡指令発生器１から出力されたＸ軸位置指令信号のうち、制御帯域より高い周波数成分を低減して急峻な変化を抑制し、Ｘ軸位置指令信号を滑らかにする。

Ｘ軸制御対象２１２の剛性が高い場合、Ｘ軸トルク指令Ｔ１からＸ軸の機械端の加速度までの伝達関数Ｇ_ｆａｘ（ｓ）は下記の式（１６）で近似される。ここで、Ｘ軸の機械端の加速度は、Ｘ軸モータ２１２ａとＸ軸の負荷機械２１２ｂが高い剛性で連結されているので、Ｘ軸検出器２１２ｃの検出値を２回微分することで得ることができる。また、Ｙ軸制御対象２２については、Ｙ軸トルク指令Ｔ２からＹ軸測定器２４によって検出されたＹ軸機械端変位信号ａ２までの伝達関数Ｇ_ｆａｙ（ｓ）が、実施の形態１と同様にＹ軸機械端変位信号ａ２を機械端の加速度とした場合には、下記の式（１７）で近似される。

このとき、Ｘ軸位置指令ｘ_ｒｅｆからＸ軸機械端位置ｘ_ａまでの伝達関数は、ｘ_ｒｅｆからｘ_ａまでの伝達関数の分母多項式をＤ（ｓ）とおくと、多項式Ｄ（ｓ）を用いて下記の式（１８）で表される。また、Ｙ軸位置指令ｙ_ｒｅｆからＹ軸機械端位置ｙ_ａまでの伝達関数は、下記の式（１９）で表される。

ここで、実施の形態１と同様に、応答補正パラメータ決定部２０２では、零点を逆関数によって相殺するのではなく、Ｘ軸応答補正部１３の応答補正フィルタＧ_ｘｒｃ（ｓ）にＹ軸の零点の特性Ｎ_ｙ（ｓ）を代入する方法を用いる。このとき、Ｘ軸位置指令ｘ_ｒｅｆからＸ軸機械端位置ｘ_ａまでの特性とＹ軸位置指令ｙ_ｒｅｆからＹ軸機械端位置ｙ_ａまでの特性は、各々下記の式（２０），（２１）のように表され、Ｘ軸とＹ軸の伝達特性を揃えることができる。

本実施の形態のモータ制御装置は、上記のように動作することにより、指令に対する過渡的応答もＸ軸とＹ軸で同じになるため、剛性の低い軸と高い軸の混在した制御対象で曲線の軌跡を描くような場合も指令軌跡との軌跡追従誤差及び振動を抑制しつつ、指令の軌跡に対して高速高精度でひずみのない応答の軌跡制御を実行することができる、という効果を有する。また円弧を描く場合の指標である真円度を高くすることができる。また、制御対象の２軸のうちの１軸の剛性が高い場合には、少ない測定センサと補正演算で軌跡制御を行うことが可能となる。

実施の形態３．
図６は、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態３の構成を示すブロック図である。実施の形態３において、実施の形態１の図１と同じ符号のブロックは同等の機能を有し、重複する構成及び動作の説明は省略する。図６に示すように、本実施の形態のモータ制御装置は、実施の形態１のモータ制御装置に対して第３軸であるＺ軸が加わった構成である。

軌跡指令発生器３０１は、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸の各々に対する位置指令信号であるＸ軸位置指令信号とＹ軸位置指令信号とＺ軸位置指令信号とを出力する。

Ｚ軸応答補正部３３は、軌跡指令発生器３０１からのＺ軸の位置指令信号を応答補正フィルタＧ_ｚｒｃ（ｓ）によって補正し、Ｚ軸位置制御部３１に補正後Ｚ軸位置指令を出力する。なお、応答補正フィルタＧ_ｚｒｃ（ｓ）は、後述するように、応答補正パラメータ決定部３０２によって特性が決まる。

Ｚ軸制御対象３２は、Ｚ軸モータ３２ａと、Ｚ軸モータ３２ａに取り付けられたＺ軸検出器３２ｃと、Ｚ軸モータ３２ａに連結したＺ軸の負荷機械３２ｂと、により構成される。Ｚ軸制御対象３２は、Ｚ軸モータ３２ａがＺ軸トルク指令Ｔ３に応じたトルクを発生することで駆動される。また、Ｚ軸制御対象３２にはＺ軸測定器３４が取り付けられており、工具先端部に相当するＺ軸の負荷機械３２ｂの機械端の位置、速度、加速度のうちいずれかの変位信号を計測する。以下の説明では、加速度であるこの変位信号は、Ｚ軸機械端変位信号ａ３と表記する。

Ｚ軸位置制御部３１は、Ｚ軸応答補正部３３から出力された時間的に変化する補正後Ｚ軸位置指令に対してＺ軸モータ３２ａの位置が振動せずに正確に追従するように、入力された補正後Ｚ軸位置指令とＺ軸検出器３２ｃによって検出された位置検出値に応じて、ＰＩＤ制御または２自由度制御の演算によりＺ軸トルク指令Ｔ３をＺ軸モータ３２ａに出力する。

なお、Ｘ軸位置制御部１１、Ｙ軸位置制御部２１及びＺ軸位置制御部３１については、補正後Ｘ軸位置指令から加速度であるＸ軸機械端変位信号ａ１の２階積分で表されるＸ軸機械端の位置までの応答遅れと、補正後Ｙ軸位置指令から加速度であるＹ軸機械端変位信号ａ２の２階積分で表されるＹ軸機械端の位置までの応答遅れと、補正後Ｚ軸位置指令から加速度であるＺ軸機械端変位信号ａ３の２階積分で表されるＺ軸機械端の位置までの応答遅れと、が揃うように、制御パラメータを設定する。

Ｚ軸加振信号生成部３６は、本実施の形態のモータ制御装置のパラメータ調整を実行する際に、使用者が行う調整開始の指示操作により決まった時間だけＭ系列波形の信号を生成し、Ｍ系列加振信号をＺ軸トルク指令Ｔ３に加算してＺ軸モータ３２ａを駆動してＺ軸制御対象３２を加振する。

Ｚ軸零点推定部３５は、上記のようにＺ軸加振信号生成部３６が加振信号を生成した時のＺ軸トルク指令Ｔ３とＺ軸測定器３４によって検出されたＺ軸機械端変位信号ａ３を入出力データとするシステム同定を行い、Ｚ軸トルク指令Ｔ３からＺ軸機械端変位信号ａ３までの伝達関数Ｇ_ｆａｚ（ｓ）を推定し、そのＺ軸の零点に関する情報を抽出した結果を、応答補正パラメータ決定部３０２へ出力する。

また、応答補正パラメータ決定部３０２は、上述のＹ軸の零点の情報及びＺ軸の零点の情報に基づいてＸ軸応答補正部１３の応答補正フィルタＧ_ｘｒｃ（ｓ）の特性を決定して設定し、上述のＸ軸の零点の情報及びＺ軸の零点の情報に基づいてＹ軸応答補正部２３の応答補正フィルタＧ_ｙｒｃ（ｓ）の特性を決定して設定し、上述のＸ軸の零点の情報及びＹ軸の零点の情報に基づいてＺ軸応答補正部３３の応答補正フィルタＧ_ｚｒｃ（ｓ）の特性を決定して設定する。

Ｚ軸零点推定部３５におけるシステム同定では、実施の形態１で述べたＸ軸またはＹ軸の場合と同様であり、Ｚ軸加振信号生成部３６によってＺ軸トルク指令Ｔ３にＭ系列加振信号を加算してＺ軸制御対象３２を加振し、Ｚ軸トルク指令Ｔ３と、Ｚ軸測定器３４によって検出されたＺ軸機械端変位信号ａ３の応答をデータとして取得する。このＭ系列加振時の入出力データに対して、一例として最小二乗法を用いてＺ軸トルク指令Ｔ３からＺ軸機械端変位信号ａ３までの伝達関数Ｇ_ｆａｚ（ｓ）を推定する。ここで、上述のＺ軸トルク指令Ｔ３からＺ軸機械端変位信号ａ３までの伝達関数Ｇ_ｆａｚ（ｓ）の特徴について説明する。伝達関数Ｇ_ｆａｚ（ｓ）は、機械端変位信号ａ３を機械端の加速度とした場合、一般的に下記の式（２２）で近似される。

ここで、Ｊ_ｚはＺ軸制御対象３２の慣性モーメントである。また、ω_ｐｚｉはｉ次モードの共振周波数、ζ_ｐｚｉはｉ次モードの共振周波数の減衰比、ω_ｚｚｊはｊ番目の反共振周波数、すなわち複素零点の絶対値、ζ_ｚｚｊはｊ番目の反共振特性、すなわち複素零点の減衰比である。ここで、上記実施の形態のＸ軸またはＹ軸と同様に、Ｚ軸についても分子の次数はｍ＝１または２として近似すればよい。このときの伝達関数の分子をＮ_ｚ（ｓ）とすると、Ｎ_ｚ（ｓ）は、下記の式（２３）で表される。

Ｚ軸零点推定部３５は上記の動作により、零点の情報、すなわち上記の式（２３）の多項式の情報を応答補正パラメータ決定部３０２へ出力する。

応答補正パラメータ決定部３０２は、Ｘ軸応答補正部１３の応答補正フィルタＧ_ｘｒｃ（ｓ）を、Ｙ軸零点推定部２５によって抽出されたＹ軸トルク指令Ｔ２からＹ軸機械端変位信号ａ２までの伝達関数Ｇ_ｆａｙ（ｓ）の有する零点を表す伝達関数の多項式Ｎ_ｙ（ｓ）と、Ｚ軸零点推定部３５によって抽出されたＺ軸トルク指令Ｔ３からＺ軸機械端変位信号ａ３までの伝達関数Ｇ_ｆａｚ（ｓ）の有する零点を表す伝達関数の多項式Ｎ_ｚ（ｓ）と、ローパスフィルタＦ（ｓ）と、を用いて下記の式（２４）で決定する。

式（２４）右辺のＦ（ｓ）はローパスフィルタであり、応答補正フィルタＧ_ｘｒｃ（ｓ）をプロパーにするためのものであり、ローパスフィルタＦ（ｓ）は、軌跡指令発生器３０１から出力されたＸ軸位置指令信号のうち、制御帯域より高い周波数成分を低減して急峻な変化を抑制し、Ｘ軸位置指令信号を滑らかにする。Ｘ軸位置指令信号が元々滑らかに生成されている場合はＦ（ｓ）＝１でもよい。

また、応答補正パラメータ決定部３０２は、Ｙ軸応答補正部２３の応答補正フィルタＧ_ｙｒｃ（ｓ）を、Ｘ軸零点推定部１５によって抽出されたＸ軸トルク指令Ｔ１からＸ軸機械端変位信号ａ１までの伝達関数Ｇ_ｆａｘ（ｓ）の有する零点を表す伝達関数の多項式Ｎ_ｘ（ｓ）と、Ｚ軸零点推定部３５によって抽出されたＺ軸トルク指令Ｔ３からＺ軸機械端変位信号ａ３までの伝達関数Ｇ_ｆａｚ（ｓ）の有する零点を表す伝達関数の多項式Ｎ_ｚ（ｓ）と、ローパスフィルタＦ（ｓ）と、を用いて下記の式（２５）で決定する。

式（２５）右辺のＦ（ｓ）は上記の式（２４）と同じローパスフィルタである。

また、応答補正パラメータ決定部３０２は、Ｚ軸応答補正部３３の応答補正フィルタＧ_ｚｒｃ（ｓ）を、Ｘ軸零点推定部１５によって抽出されたＸ軸トルク指令Ｔ１とＸ軸機械端変位信号ａ１までの伝達関数Ｇ_ｆａｘ（ｓ）の有する零点を表す伝達関数の多項式Ｎ _ｘ （ｓ）と、Ｙ軸零点推定部２５によって抽出されたＹ軸トルク指令Ｔ２からＹ軸機械端変位信号ａ２までの伝達関数Ｇ_ｆａｙ（ｓ）の有する零点を表す伝達関数の多項式Ｎ_ｙ（ｓ）と、ローパスフィルタＦ（ｓ）と、を用いて下記の式（２６）で決定する。

式（２６）右辺のＦ（ｓ）は式（２４）と同じローパスフィルタである。

本実施の形態においても、実施の形態１の場合と同様に、Ｘ軸位置制御部１１、Ｙ軸位置制御部２１及びＺ軸位置制御部３１において、補正後Ｘ軸位置指令からＸ軸機械端変位信号ａ１までの応答遅れと、補正後Ｙ軸位置指令からＹ軸機械端変位信号ａ２までの応答遅れと、補正後Ｚ軸位置指令からＺ軸機械端変位信号ａ３までの応答遅れと、が揃うように、Ｘ軸位置制御部１１、Ｙ軸位置制御部２１及びＺ軸位置制御部３１の制御パラメータを設定することは、上述したように、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とで指令に対する遅れ時間を同一にするということである。

制御対象のＸ軸トルク指令Ｔ１からＸ軸機械端位置ｘ_ａまでの伝達関数、Ｙ軸トルク指令Ｔ２からＹ軸機械端位置ｙ_ａまでの伝達関数及びＺ軸トルク指令Ｔ３からＺ軸機械端位置ｚ_ａまでの伝達関数に零点がある場合には、Ｘ軸位置指令ｘ_ｒｅｆとＸ軸機械端位置ｘ_ａとの間の関係は下記の式（２７）で表され、Ｙ軸位置指令ｙ_ｒｅｆとＹ軸機械端位置ｙ_ａとの間の関係は下記の式（２８）で表され、Ｚ軸位置指令ｚ_ｒｅｆとＺ軸機械端位置ｚ_ａとの間の関係は下記の式（２９）で表される。

そのため、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の零点の特性が異なり、Ｎ_ｘ（ｓ）≠Ｎ_ｙ（ｓ）≠Ｎ_ｚ（ｓ）である場合には、零点の影響によりＸ軸機械端位置ｘ_ａとＹ軸機械端位置ｙ_ａによる軌跡は、補正後Ｘ軸位置指令と補正後Ｙ軸位置指令による指令曲線にひずみが生じたものとなる。そこで、このようにＸ軸制御対象、Ｙ軸制御対象及びＺ軸制御対象に零点があっても、曲線におけるひずみが生じないように補正する必要がある。ここで、上記の補正を行う方法としては、実施の形態１で説明した理由により逆関数を用いず、応答補正パラメータ決定部３０２において、Ｘ軸応答補正部１３の応答補正フィルタＧ_ｘｒｃ（ｓ）にＹ軸の零点の特性Ｎ_ｙ（ｓ）とＺ軸の零点の特性Ｎ_ｚ（ｓ）とを代入し、Ｙ軸応答補正部２３の応答補正フィルタＧ_ｙｒｃ（ｓ）にＸ軸の零点の特性Ｎ_ｘ（ｓ）とＺ軸の零点の特性Ｎ_ｚ（ｓ）とを代入し、Ｚ軸応答補正部３３の応答補正フィルタＧ_ｚｒｃ（ｓ）にＸ軸の零点の特性Ｎ_ｘ（ｓ）とＹ軸の零点の特性Ｎ_ｙ（ｓ）とを代入する方法を用いる。このとき、Ｘ軸位置指令ｘ_ｒｅｆからＸ軸機械端位置ｘ_ａまでの特性は下記の式（３０）で表され、Ｙ軸位置指令ｙ_ｒｅｆからＹ軸機械端位置ｙ_ａまでの特性は下記の式（３１）で表され、Ｚ軸位置指令ｚ_ｒｅｆからＺ軸機械端位置ｚ_ａまでの特性は下記の式（３２）で表される。Ｘ軸の伝達特性と、Ｙ軸の伝達特性と、Ｚ軸の伝達特性と、を揃えることで、零点の影響を同じにしている。

このような構成によれば、Ｘ軸の位置指令信号からＸ軸の負荷機械位置までの伝達関数と、Ｙ軸の位置指令信号からＹ軸の負荷機械位置までの伝達関数と、Ｚ軸の位置指令信号からＺ軸の負荷機械位置までの伝達関数と、が全て同じものになる。

本実施の形態のモータ制御装置は、上記のように動作することにより、指令に対する過渡的応答もＸ軸とＹ軸とＺ軸とで同じになるため、剛性の低い制御対象で曲線の軌跡を描くような場合も指令軌跡との軌跡追従誤差及び振動を抑制しつつ、指令の軌跡に対して高速高精度でひずみのない応答の軌跡制御を実行することができる、という効果を有する。

なお、本実施の形態においては駆動システムを３軸構成としたが、これに限定されず、同じ手法を用いることで４軸以上の多軸構成としてもよい。

実施の形態４．
図７は、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態４の構成を示すブロック図である。実施の形態４において、実施の形態１の図１と同じ符号のブロックは同等の機能を有し、重複する構成及び動作の説明は省略する。図７に示すように、本実施の形態のモータ制御装置は、実施の形態１のモータ制御装置に対してＸ軸機械特性分析部４１７、Ｙ軸機械特性分析部４２７及び自動調整判断部４０３が追加された構成である。

Ｘ軸機械特性分析部４１７は、Ｘ軸加振信号生成部１６における加振信号生成時のＸ軸トルク指令Ｔ１とＸ軸測定器１４によって検出されたＸ軸機械端変位信号ａ１を入出力データとして時間領域から周波数領域への変換を行い、Ｘ軸の周波数特性を自動調整判断部４０３へ出力する。

Ｙ軸機械特性分析部４２７は、Ｙ軸加振信号生成部２６における加振信号生成時のＹ軸トルク指令Ｔ２とＹ軸測定器２４によって検出されたＹ軸機械端変位信号ａ２を入出力データとして時間領域から周波数領域への変換を行い、Ｙ軸の周波数特性を自動調整判断部４０３へ出力する。

自動調整判断部４０３は、Ｘ軸機械特性分析部４１７が出力したＸ軸の周波数特性からＸ軸の反共振特性の有無を検出し、反共振特性が存在する場合にはＸ軸零点推定部４１５に動作命令を出力する。また、自動調整判断部４０３は、Ｙ軸についても同様に、Ｙ軸機械特性分析部４２７が出力したＹ軸の周波数特性からＹ軸の反共振特性の有無を検出し、反共振特性が存在する場合にはＹ軸零点推定部４２５に動作命令を出力する。反共振特性の有無の検出は、取得した周波数特性について隣接する周波数間の微小なゲイン値の変動を抑えて概形を得られるように、移動平均フィルタを用いて平滑化処理を施し、平滑化処理した周波数特性から極小点を導出することにより行う。

Ｘ軸零点推定部４１５は、自動調整判断部４０３から動作命令が出力されると、Ｘ軸加振信号生成部１６における加振信号生成時のＸ軸トルク指令Ｔ１とＸ軸測定器１４によって検出されたＸ軸機械端変位信号ａ１を入出力データとするシステム同定を行い、Ｘ軸トルク指令Ｔ１からＸ軸機械端変位信号ａ１までの伝達関数Ｇ_ｆａｘ（ｓ）を推定し、そのＸ軸の零点に関する情報を抽出した結果、すなわち零点を表す伝達関数の多項式Ｎ_ｘ（ｓ）の情報を応答補正パラメータ決定部２に出力する。自動調整判断部４０３からの動作命令が出力されていない場合には、応答補正パラメータ決定部２に下記の式（３３）を出力する。

Ｙ軸零点推定部４２５は、自動調整判断部４０３から動作命令が出力されると、Ｙ軸加振信号生成部２６における加振信号生成時のＹ軸トルク指令Ｔ２とＹ軸測定器２４によって検出されたＹ軸機械端変位信号ａ２を入出力データとするシステム同定を行い、Ｙ軸トルク指令Ｔ２からＹ軸機械端変位信号ａ２までの伝達関数Ｇ_ｆａｙ（ｓ）を推定し、そのＹ軸の零点に関する情報を抽出した結果、すなわち零点を表す伝達関数の多項式Ｎ_ｙ（ｓ）の情報を応答補正パラメータ決定部２に出力する。自動調整判断部４０３からの動作命令が出力されていない場合には、応答補正パラメータ決定部２に下記の式（３４）を出力する。

このような構成とすることで、制御対象に剛性の低い軸と剛性の高い軸が混在している場合であっても、剛性の低い軸と剛性の高い軸を自動で判別して適切なパラメータ調整を行うことができる。具体的には、いずれの軸の剛性も高い場合には、応答補正パラメータ決定部２に上記の式（３３）及び式（３４）が入力されるので、Ｘ軸位置指令ｘ_ｒｅｆからＸ軸機械端位置ｘ_ａまでの伝達関数の分母多項式をＤ（ｓ）とおくと、Ｘ軸位置指令ｘ_ｒｅｆからＸ軸機械端位置ｘ_ａまでの特性は、ローパスフィルタＦ（ｓ）を用いて下記の式（３５）で表される。

同様に、Ｙ軸位置指令ｙ_ｒｅｆからＹ軸機械端位置ｙ_ａまでの特性は、下記の式（３６）で表される。

このようにして、Ｘ軸の伝達特性とＹ軸の伝達特性を揃えることができる。なお、いずれかの軸の剛性が低い場合には、実施の形態２におけるＸ軸とＹ軸の関係と同様であり、Ｘ軸の伝達特性とＹ軸の伝達特性を揃えることができる。また、いずれの軸の剛性も低い場合には、実施の形態１におけるＸ軸とＹ軸の関係と同様であり、Ｘ軸の伝達特性とＹ軸の伝達特性を揃えることができる。

本実施の形態のモータ制御装置は、上記のように動作することにより、剛性の低い軸と剛性の高い軸が混在した制御対象で曲線の軌跡を描く場合に各軸の剛性の高さが不明であっても剛性の低い軸と剛性の高い軸を自動で判別して適切なパラメータ調整を行うことができ、指令に対する過渡的応答もＸ軸とＹ軸で同じになるため、指令軌跡との軌跡追従誤差及び振動を抑制しつつ、指令軌跡に対して高速高精度でひずみのない応答の軌跡制御を行うことができる、という効果を有する。

なお、本実施の形態においては駆動システムを２軸構成としたが、これに限定されず、同じ手法を用いることで３軸以上の多軸構成としてもよい。

実施の形態５．
図８は、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態５の構成を示すブロック図である。実施の形態５において、実施の形態１の図１と同じ符号のブロックは同等の機能を有し、重複する構成及び動作の説明は省略する。図８に示すように、本実施の形態のモータ制御装置は、実施の形態１のモータ制御装置のＸ軸零点推定部１５及びＹ軸零点推定部２５に代えて周波数応答表示部５０４を備える。周波数応答表示部５０４は、第１モニタ部５０４ａ、第２モニタ部５０４ｂ及びユーザ入力装置５０４ｃを備える。なお、図９は、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態５の構成が備える周波数応答表示部５０４を示す図である。

第１モニタ部５０４ａは、Ｘ軸加振信号生成部１６における加振信号生成時のＸ軸トルク指令Ｔ１とＸ軸測定器１４によって検出されたＸ軸機械端変位信号ａ１を入出力データとするシステム同定を行い、Ｘ軸トルク指令Ｔ１からＸ軸機械端変位信号ａ１までの周波数特性Ｆ_ｒｘと、周波数特性Ｆ_ｒｘを低次元モデル化した伝達関数Ｇ_ｆａｘ５（ｓ）の周波数特性Ｆ_ｆａｘ５を同一グラフ上に表示する。なお、図９においては、周波数特性Ｆ_ｒｘを実線、周波数特性Ｆ_ｆａｘ５を点線で表している。

第２モニタ部５０４ｂは、Ｙ軸加振信号生成部２６における加振信号生成時のＹ軸トルク指令Ｔ２とＹ軸測定器２４によって検出されたＹ軸機械端変位信号ａ２を入出力データとするシステム同定を行い、Ｙ軸トルク指令Ｔ２からＹ軸機械端変位信号ａ２までの周波数特性Ｆ_ｒｙと、周波数特性Ｆ_ｒｙを低次元モデル化した伝達関数Ｇ_ｆａｙ５（ｓ）の周波数特性Ｆ_ｆａｙ５を同一グラフ上に表示する。なお、図９においては、周波数特性Ｆ_ｒｙを実線、周波数特性Ｆ_ｆａｙ５を点線で表している。

ユーザ入力装置５０４ｃは、低次元モデル化した伝達関数Ｇ_ｆａｘ５（ｓ），Ｇ_ｆａｙ５（ｓ）について、各々の伝達関数のパラメータをユーザが手動操作で変更し、第１モニタ部５０４ａにパラメータ変更後の周波数特性Ｆ_ｆａｘ５の再描画を行い、第２モニタ部５０４ｂにパラメータ変更後の周波数特性Ｆ_ｆａｙ５の再描画を行うよう指示することが可能な構成である。

最終的に、ユーザが手動操作によるパラメータ変更を行わなかった場合には、ユーザ入力装置５０４ｃは、第１モニタ部５０４ａ及び第２モニタ部５０４ｂで最初に導出された低次元モデル化した伝達関数Ｇ_ｆａｘ５（ｓ），Ｇ_ｆａｙ５（ｓ）の結果を周波数応答表示部５０４に出力し、ユーザが手動操作によるパラメータ変更を行った場合には、パラメータ変更後の低次元モデル化した伝達関数Ｇ_ｆａｘ５（ｓ），Ｇ_ｆａｙ５（ｓ）の結果を周波数応答表示部５０４に出力する。

周波数応答表示部５０４は、ユーザ入力装置５０４ｃから出力された低次元モデル化した伝達関数Ｇ_ｆａｘ５（ｓ），Ｇ_ｆａｙ５（ｓ）の結果から、応答補正パラメータ決定部２に各軸の調整用パラメータを出力して表示する。ユーザは、Ｘ軸の応答性をさらに調整する必要があると判断した場合にはユーザ入力装置５０４ｃでＹ軸の低次元モデルＧ_ｆａｙ５（ｓ）の伝達関数のパラメータを調整し、Ｙ軸の応答性をさらに調整する必要があると判断した場合にはユーザ入力装置５０４ｃでＸ軸の低次元モデルＧ_ｆａｘ５（ｓ）の伝達関数のパラメータを調整する。

このような構成により、Ｘ軸及びＹ軸の応答補正パラメータの調整にあたり、周波数応答表示部５０４によって導出された各軸の調整用パラメータを基本としつつ、ユーザがさらに手動調整を加えることを希望する場合にはパラメータの変更度合を画面上で確認しつつ簡単に設定作業を行うことができる、という効果を有する。

なお、本実施の形態においては駆動システムを２軸構成としたが、これに限定されず、同じ手法を用いることで３軸以上の多軸構成とし、これに対応した複数のモニタを備える構成としてもよい。

以上、実施の形態１から５にて説明したように、本発明のモータ制御装置は、各軸についての位置フィードバックによる位置制御部と、各軸のトルク指令とモータに連結された負荷機械の変位信号から各軸の零点の特性を推定する零点推定部と、零点推定部で推定された零点の特性を元に、各軸の応答補正フィルタを演算する応答補正パラメータ決定部と、各軸での位置指令に対し、応答補正パラメータ決定部で演算された応答補正フィルタに従って変換を施した補正後位置指令を各位置制御部に入力する応答補正部と、を備え、零点推定部で得られた各軸の零点の特性に基づいて応答補正パラメータ決定部が各軸の応答補正部を設定し、各軸における指令から機械端位置までの伝達関数を同一にすることで、制御対象を駆動するモータ制御装置において、剛性の低い機械であっても高加減速で駆動することができ、指令曲線に対して機械端の描く軌跡がひずみを生じずに追従できる軌跡制御が可能である。

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、制御対象が低剛性機械系で構成されている工作機械及びロボットに有用であり、特に、ＮＣ工作機械及び産業用ロボットに適している。

１ 軌跡指令発生器、２ 応答補正パラメータ決定部、１１ Ｘ軸位置制御部、１２ Ｘ軸制御対象、１２ａ Ｘ軸モータ、１２ｂ Ｘ軸の負荷機械、１２ｃ Ｘ軸検出器、１３ Ｘ軸応答補正部、１４ Ｘ軸測定器、１５ Ｘ軸零点推定部、１６ Ｘ軸加振信号生成部、２１ Ｙ軸位置制御部、２２ Ｙ軸制御対象、２２ａ Ｙ軸モータ、２２ｂ Ｙ軸の負荷機械、２２ｃ Ｙ軸検出器、２３ Ｙ軸応答補正部、２４ Ｙ軸測定器、２５ Ｙ軸零点推定部、２６ Ｙ軸加振信号生成部、２０２ 応答補正パラメータ決定部、２１２ Ｘ軸制御対象、２１２ａ Ｘ軸モータ、２１２ｂ Ｘ軸の負荷機械、２１２ｃ Ｘ軸検出器、２２１ Ｙ軸位置制御部、３０１ 軌跡指令発生器、３０２ 応答補正パラメータ決定部、３１ Ｚ軸位置制御部、３２ Ｚ軸制御対象、３２ａ Ｚ軸モータ、３２ｂ Ｚ軸の負荷機械、３２ｃ Ｚ軸検出器、３３ Ｚ軸応答補正部、３４ Ｚ軸測定器、３５ Ｚ軸零点推定部、３６ Ｚ軸加振信号生成部、４０３ 自動調整判断部、４１５ Ｘ軸零点推定部、４１７ Ｘ軸機械特性分析部、４２５ Ｙ軸零点推定部、４２７ Ｙ軸機械特性分析部、５０４ 周波数応答表示部、５０４ａ 第１モニタ部、５０４ｂ 第２モニタ部、５０４ｃ ユーザ入力装置、Ｔ１ Ｘ軸トルク指令、Ｔ２ Ｙ軸トルク指令、Ｔ３ Ｚ軸トルク指令、ａ１ Ｘ軸機械端変位信号、ａ２ Ｙ軸機械端変位信号、ａ３ Ｚ軸機械端変位信号。

Claims (7)

1. 第１制御対象内の第１の負荷機械に連結された第１モータ及び第２制御対象内の第２の負荷機械に連結された第２モータを制御するモータ制御装置であって、
   前記第１モータの位置を検出する第１検出器と、
   前記第２モータの位置を検出する第２検出器と、
   前記第１制御対象に対する位置指令である第１位置指令と前記第２制御対象に対する位置指令である第２位置指令とを出力する軌跡指令発生器と、
   前記軌跡指令発生器からの前記第１位置指令に対して第１応答補正フィルタを作用させる演算を行って補正後第１位置指令を出力する第１応答補正部と、
   前記第１応答補正部からの前記補正後第１位置指令と前記第１検出器で検出した位置とを入力として前記第１検出器で検出した位置が前記補正後第１位置指令に一致するように第１トルク指令を生成する第１位置制御部と、
   前記軌跡指令発生器からの前記第２位置指令と前記第２検出器で検出した位置を入力として前記第２検出器で検出した位置が前記第２位置指令に一致するように第２トルク指令を生成する第２位置制御部と、
   前記第２制御対象内の第２の負荷機械の機械端変位を検出する第２の負荷機械の測定器と、
   前記第２トルク指令または前記第２位置指令と、前記第２の負荷機械の測定器によって検出された前記第２の負荷機械の機械端変位とにより、前記第２制御対象の零点の特性として、前記第２トルク指令から前記第２の負荷機械の機械端変位までの伝達関数の零点の特性を表す伝達関数の多項式の情報を抽出する第２制御対象の零点推定部と、
   前記第２制御対象の零点推定部で抽出された前記第２制御対象の零点の特性を表す伝達関数の多項式の情報を用いて前記第１応答補正部の前記第１応答補正フィルタの設定を行う応答補正パラメータ決定部と、を備え、
   前記第１位置制御部が生成する前記第１トルク指令が前記第１モータに入力され、前記第２位置制御部が生成する前記第２トルク指令が前記第２モータに入力されることを特徴とするモータ制御装置。
2. 第１制御対象内の第１の負荷機械に連結された第１モータ及び第２制御対象内の第２の負荷機械に連結された第２モータを制御するモータ制御装置であって、
   前記第１モータの位置を検出する第１検出器と、
   前記第２モータの位置を検出する第２検出器と、
   前記第１制御対象に対する位置指令である第１位置指令と前記第２制御対象に対する位置指令である第２位置指令とを出力する軌跡指令発生器と、
   前記軌跡指令発生器からの前記第１位置指令に対して第１応答補正フィルタを作用させる演算を行って補正後第１位置指令を出力する第１応答補正部と、
   前記第１応答補正部からの前記補正後第１位置指令と前記第１検出器で検出した位置とを入力として前記第１検出器で検出した位置が前記補正後第１位置指令に一致するように第１トルク指令を生成する第１位置制御部と、
   前記軌跡指令発生器からの前記第２位置指令に対して、第２応答補正フィルタを作用させる演算を行って、補正後第２位置指令を、第２位置制御部に出力する第２応答補正部と、
   前記第２応答補正部からの前記補正後第２位置指令と前記第２検出器で検出した位置とを入力として前記第２検出器で検出した位置が前記補正後第２位置指令に一致するように第２トルク指令を生成する前記第２位置制御部と、
   前記第１制御対象内の第１の負荷機械の機械端変位を検出する第１の負荷機械の測定器と、
   前記第１トルク指令または前記第１位置指令と、前記第１の負荷機械の測定器によって検出された前記第１の負荷機械の機械端変位とにより、前記第１制御対象の零点の特性として、前記第１トルク指令から前記第１の負荷機械の機械端変位までの伝達関数の零点の特性を表す伝達関数の多項式の情報を抽出する第１制御対象の零点推定部と、
   前記第２制御対象内の第２の負荷機械の機械端変位を検出する第２の負荷機械の測定器と、
   前記第２トルク指令または前記第２位置指令と、前記第２の負荷機械の測定器によって検出された前記第２の負荷機械の機械端変位とにより、前記第２制御対象の零点の特性として、前記第２トルク指令から前記第２の負荷機械の機械端変位までの伝達関数の零点の特性を表す伝達関数の多項式の情報を抽出する第２制御対象の零点推定部と、
   前記第２制御対象の零点推定部で抽出された前記第２制御対象の零点の特性を表す伝達
   関数の多項式の情報を用いて前記第１応答補正部の前記第１応答補正フィルタの設定を行い、前記第１制御対象の零点推定部で抽出された前記第１制御対象の零点の特性を表す伝達関数の多項式の情報を用いて前記第２応答補正部の前記第２応答補正フィルタの設定を行う応答補正パラメータ決定部と、を備え、
   前記第１位置制御部が生成する前記第１トルク指令が前記第１モータに入力され、前記第２位置制御部が生成する前記第２トルク指令が前記第２モータに入力されることを特徴とするモータ制御装置。
3. 前記第２トルク指令に対してシステム同定用に加える第２加振信号を生成する第２軸加振信号生成部を備え、
   前記第２制御対象の零点推定部は、前記第２軸加振信号生成部によって生成された前記第２加振信号に基づく入力信号と前記第２の負荷機械の機械端変位とにより、前記第２加振信号から前記第２の負荷機械の機械端変位までの伝達関数を同定することで、前記第２制御対象の零点の特性を表す伝達関数の多項式の情報を抽出することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記第１トルク指令に対してシステム同定用に加える第１加振信号を生成する第１軸加振信号生成部と、
   前記第２トルク指令に対してシステム同定用に加える第２加振信号を生成する第２軸加振信号生成部と、を備え、
   前記第１制御対象の零点推定部は、前記第１軸加振信号生成部によって生成された前記第１加振信号に基づく入力信号と前記第１の負荷機械の機械端変位とにより、前記第１加振信号から前記第１の負荷機械の機械端変位までの伝達関数を同定することで、前記第１制御対象の零点の特性を表す伝達関数の多項式の情報を抽出し、
   前記第２制御対象の零点推定部は、前記第２軸加振信号生成部によって生成された前記第２加振信号に基づく入力信号と前記第２の負荷機械の機械端変位とにより、前記第２加振信号から前記第２の負荷機械の機械端変位までの伝達関数を同定することで、前記第２制御対象の零点の特性を表す伝達関数の多項式の情報を抽出することを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
5. 前記第１加振信号に基づく入力信号と前記第１の負荷機械の機械端変位とに基づいて、前記第１制御対象の第１周波数特性を求める第１機械特性分析部と、
   前記第２加振信号に基づく入力信号と前記第２の負荷機械の機械端変位とに基づいて、前記第２制御対象の第２周波数特性を求める第２機械特性分析部と、
   前記第１機械特性分析部によって求められた前記第１周波数特性と前記第２機械特性分析部によって求められた前記第２周波数特性とにより、前記第１制御対象と前記第２制御対象の反共振特性の有無をそれぞれ探索し、前記第１制御対象の零点推定部と前記第２制御対象の零点推定部を動作させるかどうかを決定する自動調整判断部とを備え、
   前記応答補正パラメータ決定部は、前記第１応答補正フィルタと前記第２応答補正フィルタとの設定を行うにあたって、前記自動調整判断部が前記第１制御対象の零点推定部を動作させた時は前記第１制御対象の反共振特性も用いて前記第２応答補正フィルタの設定を行い、前記第２制御対象の零点推定部を動作させた時は前記第２制御対象の反共振特性も用いて前記第１応答補正フィルタの設定を行うことを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 第１制御対象内の第１の負荷機械に連結された第１モータ及び第２制御対象内の第２の負荷機械に連結された第２モータを制御するモータ制御装置であって、
   前記第１モータの位置を検出する第１検出器と、
   前記第２モータの位置を検出する第２検出器と、
   前記第１制御対象に対する位置指令である第１位置指令と、前記第２制御対象に対する位置指令である第２位置指令を出力する軌跡指令発生器と、
   前記軌跡指令発生器からの前記第１位置指令に対して第１応答補正フィルタを作用させる演算を行って補正後第１位置指令を出力する第１応答補正部と、
   前記第１応答補正部からの前記補正後第１位置指令と前記第１検出器で検出した位置とを入力として、前記第１検出器で検出した位置が前記補正後第１位置指令に一致するように第１トルク指令を生成する第１位置制御部と、
   前記軌跡指令発生器からの前記第２位置指令に対して第２応答補正フィルタを作用させる演算を行って補正後第２位置指令を出力する第２応答補正部と、
   前記第２応答補正部からの前記補正後第２位置指令と前記第２検出器で検出した位置とを入力として前記第２検出器で検出した位置が前記補正後第２位置指令に一致するように第２トルク指令を生成する第２位置制御部と、
   前記第１制御対象内の第１の負荷機械の機械端変位を検出する第１の負荷機械の測定器と、
   前記第２制御対象内の第２の負荷機械の機械端変位を検出する第２の負荷機械の測定器と、
   前記第１トルク指令または前記第１位置指令と、前記第１の負荷機械の測定器によって検出された前記第１の負荷機械の機械端変位と、前記第２トルク指令または前記第２位置指令と、前記第２の負荷機械の測定器によって検出された前記第２の負荷機械の機械端変位とにより、周波数特性を表示する周波数応答表示部と、
   前記第１トルク指令または前記第１位置指令と前記第１の負荷機械の機械端変位とにより、前記第１トルク指令から前記第１の負荷機械の機械端変位までの第１周波数特性を計算し、前記第１周波数特性と前記第１周波数特性を簡易的に伝達関数で表現した第１簡易モデルの周波数特性とを表示する前記周波数応答表示部の第１モニタ部と、
   前記第２トルク指令または前記第２位置指令と前記第２の負荷機械の機械端変位とにより、前記第２トルク指令から前記第２の負荷機械の機械端変位までの第２周波数特性を計算し、前記第２周波数特性と前記第２周波数特性を簡易的に伝達関数で表現した第２簡易モデルの周波数特性とを表示する前記周波数応答表示部の第２モニタ部と、
   前記周波数応答表示部の前記第１モニタ部に表示された前記第１簡易モデルの周波数特性と前記第２モニタ部に表示された前記第２簡易モデルの周波数特性とについてグラフ形状の設定変更を行うための前記周波数応答表示部のユーザ入力装置と、
   前記周波数応答表示部の前記第１モニタ部で得られた前記第１簡易モデルの伝達関数の情報と前記第２モニタ部で得られた前記第２簡易モデルの伝達関数の情報とを用いて、前記第１応答補正部の前記第１応答補正フィルタ及び前記第２応答補正部の前記第２応答補正フィルタの設定を行う応答補正パラメータ決定部とを備えることを特徴とするモータ制御装置。
7. 前記第１トルク指令に対してシステム同定用に加える第１加振信号を生成する第１軸加振信号生成部と、
   前記第２トルク指令に対してシステム同定用に加える第２加振信号を生成する第２軸加振信号生成部と、を備え、
   前記第１モニタ部は、前記第１軸加振信号生成部によって前記第１加振信号が加えられた時の前記第１トルク指令及び前記第１の負荷機械の機械端変位により、前記第１周波数特性を計算して、前記第１周波数特性と前記第１周波数特性を簡易的に伝達関数で表現した前記第１簡易モデルの周波数特性とを表示し、
   前記第２モニタ部は、前記第２軸加振信号生成部によって前記第２加振信号が加えられた時の前記第２トルク指令及び前記第２の負荷機械の機械端変位により、前記第２周波数特性を計算して、前記第２周波数特性と前記第２周波数特性を簡易的に伝達関数で表現した前記第２簡易モデルの周波数特性とを表示することを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。

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