JP6393767B2 - 自動制御装置 - Google Patents

Description

本明細書に開示の技術は、自動制御装置に関する。

特許文献１（日本国特開２００８−５０９４８０号公報）には、自動制御装置が開示されている。特許文献１の自動制御装置は、第１センサの出力を用いる第１制御部と、第２センサの出力を用いる第２制御部と、第１制御部と第２制御部を切り替える切替部とを備えている。特許文献１の自動制御装置では、切替部により第１制御部と第２制御部を切り替えて制御対象を制御している。

特許文献１の自動制御装置では、第１センサ（位置センサ）によるフィードバック制御を行う第１制御部と、第２センサ（圧力センサ）によるフィードバック制御を行う第２制御部とを切り替えている。しかしながら、同一のセンサからの出力を用いる同一の制御系であっても、制御に用いられるパラメータ（係数）を変更する際に、制御対象の作動が不安定になることがある。例えば、制御部の出力をデジタルフィルタを介して制御対象に入力する制御構成においては、デジタルフィルタに用いられるフィルタ係数を切替えると、制御対象に入力される入力値が大きく変動して、制御対象の作動が不安定になることがある。従来技術には、このような制御対象の不安定化に対応する技術は提案されていない。現状では、制御部による制御対象への制御を停止した状態でフィルタ係数を切替え、制御部からの出力が安定した後に、制御対象への制御を再開するようにしている。このため、制御部による制御対象への制御を停止して安定化するまで待機する分だけ切り替えに時間を要するという問題がある。本明細書は、制御部の出力をフィルタを介して制御対象に出力する自動制御装置において、フィルタ係数を切替える際に安定した制御を行うとともに、フィルタ係数の切替えを短時間で行うことができる自動制御装置を提供することを目的とする。

本明細書に開示する自動制御装置は、制御対象を制御する。自動制御装置は、制御対象の制御量の目標値と現在値の差に基づいて制御対象の操作量を演算する制御部を備えている。また、自動制御装置は、制御部により演算された操作量を所定のフィルタ係数を用いてフィルタリングして第１出力値を出力する第１フィルタと、第１フィルタと並列に配置され、第１フィルタのフィルタ係数とは異なる所定のフィルタ係数を用いて制御部により演算された操作量をフィルタリングして第２出力値を出力する第２フィルタとを備えている。また、自動制御装置は、第１フィルタの第１出力値と第２フィルタの第２出力値を切り替えていずれか一方の出力値を制御対象に送る切替部を備えている。

このような構成によれば、第１フィルタおよび第２フィルタに、様々なフィルタ係数を選択的に入力できる。例えば、第１フィルタには、第１フィルタ係数または第２フィルタ係数を選択的に入力できる。また、第２フィルタには、第３フィルタ係数を入力できる。各フィルタ係数が入力されると、第１フィルタから、第１フィルタ係数を用いた第１出力値、または、第２フィルタ係数を用いた第１出力値が出力される。一方、第２フィルタからは、第３フィルタ係数を用いた第２出力値が出力される。また、切替部により、第１出力値と第２出力値が切り替えられ、いずれか一方の出力値が制御対象に入力される。このように、フィルタ係数の変更により制御対象の制御状態が変えられる。

上記の自動制御装置では、各フィルタに同一の制御部で演算された操作量が入力されるため、各フィルタに入力される操作量は時間的に連続した値となる。その一方、フィルタのフィルタ係数が変わると、連続する操作量（入力値）に対して制御対象に出力される出力値が不連続となる。その結果、制御対象の制御量の目標値と現在値の差が大きくなり、制御部で演算される操作量（フィルタへの入力値）が大きく変化し、制御対象が不安定化する原因となる。ここで、フィルタ係数には、フィルタへの入力値の変化に対して、フィルタからの出力値の変化が急になる係数（応答性の高い係数）や、出力値の変化が緩やかになる係数（応答性の低い係数）がある。フィルタ係数を応答性の高い係数とすると、制御対象の制御量を短時間で目標値に制御できる一方で、制御が不安定化し易い。一方、フィルタ係数を応答性の低い係数とすると、制御対象の制御量を短時間で目標値に制御できないが、制御は安定化する。上記の自動制御装置では、例えば、上記の第１フィルタ係数または第２フィルタ係数を、フィルタからの出力値の変化が急になる係数とし、第３フィルタ係数を、フィルタからの出力値の変化が緩やかになる係数とすることができる。フィルタからの出力値の変化が急なフィルタ係数から、同じく出力値の変化が急なフィルタ係数へ直接変更すると、制御対象に送られる出力値が不安定になり、制御対象の作動が不安定になることがある。一方、フィルタからの出力値の変化が緩やかになる係数にフィルタ係数を変更した場合は、フィルタに入力される操作量が変化しても、制御対象に送られる出力値の変化は穏やかとなり、制御対象の作動は安定化する。

上記の構成では、第１フィルタにおけるフィルタ係数を第１フィルタ係数から第２フィルタ係数に変更するときに、切替部により第１出力値から第２出力値に切り替えることができる。これにより、第３フィルタ係数を用いた第２出力値が制御対象に入力することができる。その後、再び切替部により第２出力値から第１出力値に切り替えることができる。これにより、第２フィルタ係数を用いた第１出力値を制御対象に入力することができる。このように、切替部により、第１フィルタ係数から第２フィルタ係数に変更するときに、両者の間に第３フィルタ係数を介在させることができる。したがって、第１フィルタ係数を用いた第１出力値から、第３フィルタ係数を用いた第２出力値を経て、第２フィルタ係数を用いた第１出力値へ順に切り替えられる。

このように、第１フィルタのフィルタ係数を第１フィルタ係数から第２フィルタ係数に変更するときに、両者の間に第２フィルタの第３フィルタ係数を介在させることができる。第１フィルタ係数、第２フィルタ係数及び第３フィルタ係数を適切に設定することで、制御対象の作動が不安定になることを抑制することができる。すなわち、第１フィルタ係数から第２フィルタ係数に変更するときに、第３フィルタ係数を介在させることにより、フィルタからの出力値の特性が、急−急の順で変わることを避けることができ、急−緩−急の順で変わるようにすることができる。これにより、制御対象の作動の急な変動が抑制され、制御対象の作動が安定する。よって、安定した制御を行うことができる。

また、第１フィルタのフィルタ係数を第１フィルタ係数から第２フィルタ係数に変更するときに、切替部による切り替えにより、自動制御装置による制御対象の制御を一旦停止しなくてもフィルタ係数を変更することができる。よって、自動制御装置の連続運転が可能になり、フィルタ係数の切替えを短時間で行うことができる。

自動制御装置の概略構成を示すブロック図である。 制御部の概略構成を示すブロック図である。 デジタルフィルタの一例を示すブロック図である。 切替部の概略構成を示すブロック図である。

以下に説明する実施形態の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

（特徴１）第１フィルタには、第１フィルタ係数または第２フィルタ係数を入力可能であり、前記第２フィルタには、第３フィルタ係数を入力可能であってもよい。第１フィルタ係数または第２フィルタ係数が第１フィルタに入力されたときの第１フィルタの第１出力値の時定数が、第３フィルタ係数が第２フィルタに入力されたときの第２フィルタの第２出力値の時定数よりも大きくてもよい。

（特徴２）第１フィルタの第１出力値が制御対象に送られている状態で、第１フィルタに入力されるフィルタ係数を第１フィルタ係数から第２フィルタ係数、あるいは、第２フィルタ係数から第１フィルタ係数へと切替える場合に、切替部は、第１フィルタのフィルタ係数を切替える前に第２フィルタの第２出力値が制御対象に送られる状態に切替えてもよい。また、切替部は、第１フィルタに入力されるフィルタ係数が切替えられた後に、第１フィルタの第１出力値が制御対象に送られる状態に切替えてもよい。

（特徴３）切替部は、第２フィルタの第２出力値が制御対象に送られる状態とする間に観測される第１フィルタの第１出力値の変化に基づいて、第２フィルタの第２出力値が制御対象に送られる状態から第１フィルタの第１出力値が制御対象に送られる状態に切替えるタイミングを決定してもよい。

（特徴４）制御対象は、サーボモータであってもよい。

以下、実施形態について添付図面を参照して説明する。実施形態に係る自動制御装置１は、図１に示すように、制御部１０、第１フィルタ２０、第２フィルタ３０、切替部４０、および、検出部７０を備えている。自動制御装置１は、サーボモータ５０を備える機械６０に適用される。自動制御装置１の制御対象は、サーボモータ５０である。機械６０としては、例えば電子部品を基板に実装する実装機などがある。自動制御装置１は、サーボモータ５０の作動を制御することにより、機械６０の作動を制御することができる。

自動制御装置１の制御部１０は、入力部８０に接続されている。入力部８０から制御部１０に制御対象の制御量の目標値１０１が入力される。制御対象の制御量の目標値１０１は、例えばサーボモータ５０の目標とする回転角度である。また、制御部１０は、検出部７０に接続されている。検出部７０から制御部１０に制御対象の制御量の現在値１０５が入力される。制御対象の制御量の現在値１０５は、例えばサーボモータ５０の基準値から現在までの回転角度である。

制御部１０は、図２に示すように、比例制御部Ｐ、積分制御部Ｉ、および、微分制御部Ｄを備えており、公知のＰＩＤ制御を行う。比例制御部Ｐは、制御対象の目標値１０１と現在値１０５の偏差に比例した値を演算する。積分制御部Ｉは、制御対象の目標値１０１と現在値１０５の偏差の積分に比例した値を演算する。微分制御部Ｄは、制御対象の目標値１０１と現在値１０５との偏差の微分に比例した値を演算する。制御部１０は、ＰＩＤ制御により、サーボモータ５０のトルクを操作するための操作量１０２を演算する。制御部１０は、入力部８０から入力された目標値１０１および検出部７０から入力された現在値１０５に基づいて操作量１０２を演算する。操作量１０２は、サーボモータ５０のトルクを制御するための値である。トルクの制御は、電流値の制御により行うことができる。制御部１０は、演算した操作量１０２を出力する。制御部１０から出力された操作量１０２は、第１フィルタ２０および第２フィルタ３０に送られる。

第１フィルタ２０は、図１に示すように、制御部１０に接続されている。制御部１０から出力された操作量１０２が第１フィルタ２０に入力値として入力される。第１フィルタ２０は、制御部１０から入力された操作量１０２をフィルタリングして、第１出力値１０３として出力する。

第１フィルタ２０は、デジタルフィルタである。デジタルフィルタは、時間変化する入力値を数学的に処理することにより、入力値から不要な周波数成分を除去し、入力値の時間変化を滑らかにする。デジタルフィルタとしては、例えば、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタなどが用いられる。ローパスフィルタは、所定の周波数以上の周波数成分を減衰させて除去する。ハイパスフィルタは、所定の周波数以下の周波数成分を減衰させて除去する。バンドパスフィルタは、所定の周波数帯域以外の周波数成分を減衰させて除去する。本実施形態では、第１フィルタ２０としてローパスフィルタを用いている。

また、本実施形態では、第１フィルタ２０として、図３に示すモデルのデジタルフィルタを用いている。本実施形態の第１フィルタ２０は、複数の遅延部２０１、複数の乗算部２０２、および、加算部２０３を備えている。遅延部２０１は、入力値を遅延させて出力する。すなわち、遅延部２０１は、現在時刻の入力値の１周期前の時刻の入力値を出力する。乗算部２０２は、入力値にフィルタ係数を掛け合わせて出力する。加算部２０３は、複数の乗算部２０２からの入力値を加算して出力する。デジタルフィルタにおける入力値は、所定の時間間隔（周期）でサンプリングされた値である。

図３に示すデジタルフィルタのモデルは、式（１）によって表すことができる。式（１）において、Ｙ（ｎ）は、所定の時刻（ｎ）におけるデジタルフィルタの出力値である。Ｘ（ｎ）、Ｘ（ｎ−１）、および、Ｘ（ｎ−２）は、それぞれ、所定の時刻（ｎ、ｎ−１、および、ｎ−２）におけるデジタルフィルタの入力値である。ａ_０、ａ_１、および、ａ_２は、入力値に掛け合わすフィルタ係数である。

Ｙ（ｎ）＝ａ_０・Ｘ（ｎ）+ａ_１・Ｘ（ｎ−１）+ａ_２・Ｘ（ｎ−２） 式（１）

第２フィルタ３０については、第１フィルタ２０と同様の構成を有している。よって、第２フィルタ３０については詳細な説明を省略する。図１に示すように、第１フィルタ２０および第２フィルタ３０は、並列で配置されている。第１フィルタ２０および第２フィルタ３０は、それぞれ、制御部１０および切替部４０に接続されている。第１フィルタ２０は、制御部１０から入力された操作量１０２をフィルタリングして第１出力値１０３を出力する。第２フィルタ３０は、制御部１０から入力された操作量１０２をフィルタリングして第２出力値１０４を出力する。第１フィルタ２０から出力された第１出力値１０３および第２フィルタ３０から出力された第２出力値１０４は切替部４０へ入力される。

第１フィルタ２０および第２フィルタ３０に係るデジタルフィルタでは、フィルタ係数（ａ_０、ａ_１、ａ_２）が変更可能である。ユーザーは、乗算部２０２において入力値に掛け合わされるフィルタ係数（ａ_０、ａ_１、ａ_２）を自由に設定できる。デジタルフィルタにおけるフィルタ係数が変更されることにより、デジタルフィルタから出力される出力値が変化する。

本実施形態では、第１フィルタ係数（ａ_０１、ａ_１１、ａ_２１）、第２フィルタ係数（ａ_０２、ａ_１２、ａ_２２）、および、第３フィルタ係数（ａ_０３、ａ_１３、ａ_２３）が用いられる。第１フィルタ係数および第２フィルタ係数は、第１フィルタ２０に入力可能である。第１フィルタ２０には、第１フィルタ係数または第２フィルタ係数のいずれか一方が選択的に入力される。第３フィルタ係数は、第２フィルタ３０に入力可能である。第１フィルタ２０および第２フィルタ３０におけるフィルタ係数が変更されると、デジタルフィルタの出力値の変化が急激になったり、緩慢になったりする。

第１フィルタ係数または第２フィルタ係数が第１フィルタ２０に入力されたときの第１フィルタ２０の第１出力値１０３の時定数は、第３フィルタ係数が第２フィルタ３０に入力されたときの第２フィルタ３０の第２出力値１０４の時定数よりも大きい。第１フィルタ係数または第２フィルタ係数が第１フィルタ２０に入力されたときの第１フィルタ２０の第１出力値１０３の周波数帯域は、第３フィルタ係数が第２フィルタ３０に入力されたときの第２フィルタ３０の第２出力値１０４の周波数帯域よりも高い。すなわち、第１フィルタ係数または第２フィルタ係数が用いられる場合は、デジタルフィルタから出力される出力値が急激に変化する。一方、第３フィルタ係数が用いられる場合は、デジタルフィルタから出力される出力値が緩慢に変化する。第１フィルタ係数または第２フィルタ係数が用いられる場合は、サーボモータ５０の動きが早くなり、サーボモータ５０の制御量が目標値１０１に素早く近づく。一方、第３フィルタ係数が用いられる場合は、サーボモータ５０の動きが遅くなり、サーボモータ５０の制御量が目標値１０１にゆっくり近づく。よって、第１フィルタ係数または第２フィルタ係数が用いられる場合は、第３フィルタ係数が用いられる場合よりも、目標値１０１に対するサーボモータ５０の応答が早くなる。

図１に示すように、切替部４０は、第１フィルタ２０および第２フィルタ３０にそれぞれ接続されている。第１フィルタ２０から出力された第１出力値１０３、および、第２フィルタ３０から出力された第２出力値１０４は、切替部４０を通過する。図４に示すように、切替部４０は、第１フィルタ２０からの第１出力値１０３と第２フィルタ３０からの第２出力値１０４を切り替える。切替部４０は、第１出力値１０３と第２出力値１０４を切り替え、いずれか一方の出力値を出力してサーボモータ５０に送る。切替部４０としては、スイッチング回路を用いることができる。

切替部４０は、第１フィルタ２０に入力されるフィルタ係数を第１フィルタ係数から第２フィルタ係数に変更するとき、あるいは、フィルタ係数を第２フィルタ係数から第１フィルタ係数に変更するときに、出力値の切り替えを行う。切替部４０は、第１フィルタ２０の第１出力値１０３がサーボモータ５０に送られている状態で、第１フィルタ２０のフィルタ係数を変更する前に、第２フィルタ３０の第２出力値１０４がサーボモータ５０に送られる状態に切り替える。また、切替部４０は、第２フィルタ３０の第２出力値１０４がサーボモータ５０に送られている状態で、第１フィルタ２０のフィルタ係数を変更した後に、第１フィルタ２０の第１出力値１０３がサーボモータ５０に送られる状態に切り替える。

切替部４０は、出力値の変化に基づいて切り替えのタイミングを決定できるように構成されていてもよい。すなわち、切替部４０は、第１フィルタ２０の第１出力値１０３の変化、および／または、第２フィルタ３０の第２出力値１０４の変化に基づいて、切り替えのタイミングを決定できるように構成されていてもよい。切替部４０は、第２フィルタ３０の第２出力値１０４がサーボモータ５０に送られているときに観測される第１フィルタ２０の第１出力値１０３の変化に基づいて、出力値の切り替えを行う。切替部４０は、第１フィルタ２０の第１出力値１０３の変化に基づいて、第２フィルタ３０の第２出力値１０４がサーボモータ５０に送られる状態から第１フィルタ２０の第１出力値１０３がサーボモータ５０に送られる状態に切替えるタイミングを決定する。

サーボモータ５０は、切替部４０に接続されている。切替部４０から出力された第１出力値１０３または第２出力値１０４がサーボモータ５０に入力される。第１出力値１０３または第２出力値１０４は、サーボモータ５０のトルクを操作する値である。サーボモータ５０は、入力される第１出力値１０３または第２出力値１０４に基づいて作動する。サーボモータ５０は、目標値１０１に近づくように作動する。サーボモータ５０は、正転または逆転することができる。サーボモータ５０は、電源（図示省略）に接続されており、電源からサーボモータ５０に通電する。電源は、サーボモータ５０に常に電力を供給している。

検出部７０は、サーボモータ５０および制御部１０に接続されている。検出部７０は、サーボモータ５０の制御量の現在値１０５を検出する。具体的には、検出部７０は、サーボモータ５０の回転角度を検出する。基準値から現在までの回転角度が検出される。検出部７０により検出された検出値（サーボモータ５０の制御量の現在値１０５）は、制御部１０に送られる。現在値１０５（検出値）は、所定周期でサンプリングされた値である。制御部１０に送られた現在値１０５（検出値）は、制御部１０に入力される。検出部７０がサーボモータ５０の制御量の現在値１０５を制御部１０に返すことにより、フィードバック制御が行われる。検出部７０としては、公知のエンコーダを用いることができる。エンコーダは、サーボモータ５０に取り付けられている。

次に、上記の構成を備える自動制御装置による制御について説明する。上記の自動制御装置１では、まず、第１フィルタ２０に第１フィルタ係数（ａ_０１、ａ_１１、ａ_２１）が入力されている。また、第２フィルタ３０に第３フィルタ係数（ａ_０３、ａ_１３、ａ_２３）が入力されている。また、切替部４０は、第１フィルタ２０から出力される第１出力値１０３をサーボモータ５０に送るように設定されている（図４参照）。すなわち、切替部４０は、第２フィルタ３０から出力される第２出力値１０４を遮断している。

この状態で、ある時刻において、入力部８０から制御部１０にサーボモータ５０の目標とする回転角度（目標値１０１）が入力される。また、検出部７０がサーボモータ５０の現在の回転角度（現在値１０５）を検出する。検出部７０によって検出された現在値１０５が制御部１０に入力される。目標値１０１および現在値１０５が制御部１０に入力されると、制御部１０は、ＰＩＤ制御により、サーボモータ５０のトルクの操作量１０２を演算する。制御部１０によって演算された操作量１０２は、第１フィルタ２０および第２フィルタ３０にそれぞれ入力される。

第１フィルタ２０は、入力された操作量１０２をフィルタリングして、第１出力値１０３として出力する。このとき、第１フィルタ２０は、第１フィルタ係数（ａ_０１、ａ_１１、ａ_２１）を用いて、入力された操作量１０２をフィルタリングする。また、第２フィルタ３０は、入力された操作量１０２をフィルタリングして、第２出力値１０４として出力する。第２フィルタ３０は、第３フィルタ係数（ａ_０３、ａ_１３、ａ_２３）を用いて、入力された操作量１０２をフィルタリングする。

第１フィルタ２０から出力された第１出力値１０３および第２フィルタ３０から出力された第２出力値１０４は、それぞれ、切替部４０に入力される。切替部４０は、第１フィルタ２０から出力された第１出力値１０３をサーボモータ５０に送る。一方、切替部４０は、第２フィルタ３０から出力された第２出力値１０４を遮断する。第１出力値１０３がサーボモータ５０に入力される。そうすると、サーボモータ５０は、第１出力値１０３に基づいて作動する。

自動制御装置１では、状況に応じて、デジタルフィルタに用いられるフィルタ係数が変更される場合がある。例えば、自動制御装置１が適用されている機械６０の構造が変わると、機械６０の周波数特性が変わる。それに応じて、不要な周波数成分が変わるので、ユーザーがフィルタ係数を変更する場合がある。より詳細には、例えば機械６０が基板に電子部品を実装する実装機である場合、基板および／または電子部品の種類に応じて、電子部品を吸着搬送する吸着ノズルを備えた搬送ヘッドの種類が自動的に変更される場合がある。あるいは、機械６０の経年劣化に応じて、摩擦係数等の機械６０の系が変わる場合がある。このような場合には、機械６０の重量や機械６０の部品間の摩擦特性が変わり、機械６０の周波数特性が変わることがある。よって、それに応じて、デジタルフィルタのフィルタ係数を変える。

本実施形態では、ユーザーが、第１フィルタ２０において用いられるフィルタ係数を、第１フィルタ係数（ａ_０１、ａ_１１、ａ_２１）から第２フィルタ係数（ａ_０２、ａ_１２、ａ_２２）に変更する。よって、第１フィルタ２０には、第２フィルタ係数（ａ_０２、ａ_１２、ａ_２２）が入力さる。

このとき、第１フィルタ２０に入力されるフィルタ係数が第１フィルタ係数（ａ_０１、ａ_１１、ａ_２１）から第２フィルタ係数（ａ_０２、ａ_１２、ａ_２２）に変わると、サーボモータ５０の回転が不安定にある場合がある。より詳細には、第１フィルタ係数または第２フィルタ係数が第１フィルタ２０に用いられると、それぞれ、時定数が大きい第１出力値１０３が第１フィルタ２０から出力される。すなわち、第１フィルタ係数または第２フィルタ係数が用いられると、それぞれ、制御部１０から入力される操作量１０２の変化に対して、変化が急な第１出力値１０３が第１フィルタ２０から出力される。これにより、第１フィルタ２０におけるフィルタ係数が第１フィルタ係数から第２フィルタ係数に変わると、第１フィルタ２０から出力される第１出力値１０３は、第１フィルタ係数による変化が急な第１出力値１０３から、第２フィルタ係数による変化が急な第１出力値１０３へ変わる。そうすると、第１フィルタ係数による時定数が大きい第１出力値１０３から、第２フィルタ係数による時定数が大きい第１出力値１０３に変化することにより、サーボモータ５０の作動が急激に変化してしまう。その結果、目標値１０１に近づくためのサーボモータ５０の作動が急激に変化してしまい、サーボモータ５０の回転が不安定になる場合がある。

そこで、サーボモータ５０の回転が不安定になることを回避するために、ユーザーが、第１フィルタ２０におけるフィルタ係数を第１フィルタ係数から第２フィルタ係数に変える前に、切替部４０において第１フィルタ２０の第１出力値１０３と第２フィルタ３０の第２出力値１０４を切り替える（図４参照）。切替部４０が切り替わると、切替部４０からサーボモータ５０に送られる出力値が、第１フィルタ２０の第１出力値１０３から第２フィルタ３０の第２出力値１０４に切り替わる。第２フィルタ３０から出力された第２出力値１０４がサーボモータ５０に入力される。そうすると、サーボモータ５０は、第２出力値１０４に基づいて作動する。切替部４０による出力値の切り替えは、電源（図示省略）からサーボモータ５０に常に通電した状態で行う。

第２フィルタ３０には第３フィルタ係数（ａ_０３、ａ_１３、ａ_２３）が入力されており、この第３フィルタ係数を用いた第２フィルタ３０から出力される第２出力値１０４は時定数が小さい。すなわち、第３フィルタ係数を用いた第２フィルタ３０から出力される第２出力値１０４は、制御部１０から第２フィルタに入力される操作量１０２の変化に対して変化が緩やかである。したがって、切替部４０における切り替えにより、第１フィルタ２０の第１出力値１０３から第２フィルタ３０の第２出力値１０４に切り替わると、第１フィルタ係数による変化が急な第１出力値１０３から、第３フィルタ係数による変化が緩やかな第２出力値１０４へ変わる。そうすると、切替部４０からサーボモータ５０に送られる出力値が、第１フィルタ係数による時定数が大きい第１出力値１０３から、第３フィルタ係数による時定数が小さい第２出力値１０４へ変化する。これにより、変化か急な第１出力値１０３から変化が緩やかな第２出力値１０４に変わるので、サーボモータ５０の急激な作動の変動が抑制される。よって、サーボモータ５０の回転が安定する。

その後、所定時間が経過した後に、ユーザーが再び、切替部４０において第２フィルタ３０の第２出力値１０４と第１フィルタ２０の第１出力値１０３を切り替える。すなわち、上述のように、ユーザーが切替部４０により第１フィルタ２０の第１出力値１０３から第２フィルタ３０の第２出力値１０４に切り替え、次に、第１フィルタ２０のフィルタ係数を第１フィルタ係数から第２フィルタ係数に変更した後、再び、切替部４０により第２フィルタ３０の第２出力値１０４から第１フィルタ２０の第１出力値１０３に戻す。すなわち、第１フィルタ２０のフィルタ係数を第１フィルタ係数から第２フィルタ係数に変更すると、第１フィルタ２０から出力される第１出力値１０３は大きく変動し、不安定となる。第１フィルタ２０から出力される第１出力値１０３が大きく変動している間は、第２フィルタ３０から出力される第２出力値１０４がサーボモータ５０に出力される。これによって、サーボモータ５０の制御が不安定化することが抑制される。一方、第１フィルタ２０から出力される第１出力値１０３は、時間の経過とともに安定化する。したがって、第１フィルタ係数から出力される第１出力値１０３の変化が安定化した後に、切替部４０による切り替えを行う。また、切替部４０による出力値の切り替えは、電源（図示省略）からサーボモータ５０に常に通電した状態で行う。切替部４０による切り替えにより、再び、第１フィルタ２０から出力された第１出力値１０３がサーボモータ５０に入力される。そうすると、サーボモータ５０は、第１出力値１０３に基づいて作動する。なお、切り替部４０による第２出力値１０４から第１出力値１０３への切替えるタイミングは、第１フィルタ２０からの第１出力値１０３をモニタリングし、第１出力値１０３が安定化したタイミングで行えばよい。すなわち、第２出力値１０４がサーボモータ５０に送られている間に観測される第１出力値１０３の変化に基づいて切り替えのタイミングを決定すればよい。第１出力値１０３の変化が安定化したタイミングで、第２フィルタ３０の第２出力値１０４がサーボモータ５０に送られる状態から第１フィルタ２０の第１出力値１０３がサーボモータ５０に送られる状態に切り替える。第１出力値１０３が安定化したか否かは、第１出力値１０３の振幅の大きさに基づいて判断することができる。

このとき、第１フィルタ２０には、上述のように第１フィルタ係数から変更した第２フィルタ係数（ａ_０２、ａ_１２、ａ_２２）が入力されているので、第１フィルタ２０は、第２フィルタ係数を用いて操作量１０２をフィルタリングしている。第１フィルタ２０は、制御部１０から入力された操作量１０２を第２フィルタ係数を用いてフィルタリングし、第１出力値１０３として出力している。第２フィルタ係数を用いた第１フィルタ２０から出力された第１出力値１０３は、切替部４０によりサーボモータ５０に送られる。そうすると、切替部４０からサーボモータ５０に送られる出力値が、第３フィルタ係数による時定数が小さい第２出力値１０４から、第２フィルタ係数による時定数が大きい第１出力値１０３へ変化する。これにより、変化が緩やかな第２出力値１０４から変化か急な第１出力値１０３に変わるので、サーボモータ５０の急激な作動の変動が抑制される。よって、サーボモータ５０の回転が安定する。

上述の説明から明らかなように、実施形態に係る自動制御装置１は、制御部１０により演算されたサーボモータ５０の操作量１０２をフィルタリングして第１出力値１０３を出力する第１フィルタ２０と、第１フィルタ２０と並列に配置され、制御部１０により演算されたサーボモータ５０の操作量１０２をフィルタリングして第２出力値１０４を出力する第２フィルタ３０とを備えている。また、自動制御装置１は、第１フィルタ２０の第１出力値１０３と第２フィルタ３０の第２出力値１０４を切り替えていずれか一方の出力値を制御対象に送る切替部４０を備えている。このような構成によれば、第１フィルタ２０に第１フィルタ係数または第２フィルタ係数を入力できる。また、第２フィルタ３０に第３フィルタ係数を入力できる。これにより、第１フィルタ２０から、第１フィルタ係数を用いた第１出力値１０３、または、第２フィルタ係数を用いた第１出力値１０３を出力できる。また、第２フィルタ３０から、第３フィルタ係数を用いた第２出力値１０４を出力できる。更に、切替部４０の切り替えにより、第１フィルタ係数を用いた第１出力値１０３、第３フィルタ係数を用いた第２出力値１０４、および、第２フィルタ係数を用いた第１出力値１０３を順に切り替えることができる。したがって、第１フィルタ係数による変化が急な第１出力値１０３から、第３フィルタ係数による変化が緩やかな第２出力値１０４に切り替え、再び、第２フィルタ係数による変化が急な第１出力値１０３に切り替えることができる。このように、第１フィルタ２０のフィルタ係数を第１フィルタ係数から第２フィルタ係数に変更するときに、両者の間に第２フィルタ３０における第３フィルタ係数を介在させることができ、変化が緩やかな第２出力値１０４を介在させることができる。すなわち、デジタルフィルタのフィルタ係数を切り替えるときに、デジタルフィルタの出力値の特性が、急−急の順で変わることを避けることができ、急−緩−急の順で変わるようにすることができる。その結果、サーボモータ５０の回転の急激な変動が抑制され、サーボモータ５０の回転が安定する。したがって、自動制御装置１による制御が安定する。また、電源からサーボモータ５０に常に電力を供給した状態（すなわち、制御された状態）で、第１フィルタ２０のフィルタ係数を第１フィルタ係数から第２フィルタ係数に変更することができる。これにより、自動制御装置１を一旦停止しなくても第１フィルタ２０のフィルタ係数を変えることができ、自動制御装置１の連続運転が可能になる。よって、フィルタ係数の切替えを短時間で行うことができる。例えば、自動制御装置１が適用された機械６０が基板に電子部品を実装する実装機である場合に、自動制御装置１の連続運転により、機械６０を一旦停止させずに連続して電子部品を実装することができる。

以上、一実施形態について説明したが、具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、第１フィルタ２０または第２フィルタ３０に係るデジタルフィルタの一例として、図３に示すモデルについて説明したが、この構成に限定されるものではない。例えば、デジタルフィルタにおける遅延部２０１、乗算部２０２、および、加算部２０３の個数は特に限定されるものではない。

上記実施形態では、自動制御装置１の制御対象としてサーボモータ５０を用いていたが、制御対象は特に限定されるものではない。制御対象は、適宜変更可能である。

上記実施形態では、制御部１０に入力される目標値１０１としてサーボモータ５０の回転角度を用いていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、目標値１０１として、例えば、サーボモータ５０の回転速度、トルクなどを用いてもよい。あるいは、目標値１０１として、サーボモータ５０を備える機械６０の部材の位置などを用いてもよい。例えば、基板に実装するための電子部品を保持するヘッドの位置を目標値１０１としてもよい。また、複数の目標値１０１を組み合わせてもよい。

また、上記実施形態では、制御部１０に入力される現在値１０５としてサーボモータ５０の回転角度を用いていたが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、現在値１０５として、例えば、サーボモータ５０の回転速度、トルクなどを用いてもよい。あるいは、現在値１０５として、サーボモータ５０を備える機械６０の部材の位置などを用いてもよい。例えば、基板に実装するための電子部品を保持するヘッドの位置を現在値１０５としてもよい。また、複数の現在値１０５を組み合わせてもよい。

また、上記実施形態では、サーボモータ５０のトルクを操作してサーボモータ５０の作動を制御する構成について説明したが、この構成に限定されるものではない。他の実施形態では、サーボモータ５０の回転角度あるいは回転速度などを操作してもよい。

また、上記実施形態では第１フィルタ２０の一例について説明したが、上記の構成に限定されるものではない。例えば、第１フィルタ２０は、それぞれ目的が異なる複数のフィルタを備えていてもよい。例えば、第１フィルタ２０は、制振フィルタ、トルクフィルタ、および、前置フィルタを備えていてもよい。制振フィルタ、トルクフィルタ、および、前置フィルタは、それぞれ目的が異なっており、その目的に応じて除去する周波数成分が異なっている。制振フィルタは、自動制御装置１が適用される機械６０の振動を抑制するために不要な周波数成分を除去する。トルクフィルタは、サーボモータ５０のトルクを安定させるために不要な周波数成分を除去する。前置フィルタは、サーボモータ５０の回転を安定させるために不要な周波数成分を除去する。また、第２フィルタ３０についても第１フィルタ２０と同様に、上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、第１フィルタ２０のフィルタ係数を第１フィルタ係数から第２フィルタ係数に切り替える場合について説明したが、この構成に限定されるものではない。第１フィルタ２０のフィルタ係数を第２フィルタ係数から第１フィルタ係数に切り替える場合についても上記と同様の切り替えを行うことにより、サーボモータ５０の作動を安定させることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１；自動制御装置
１０；制御部
２０；第１フィルタ
３０；第２フィルタ
４０；切替部
５０；サーボモータ
６０；機械
７０；検出部
８０；入力部
２０１；遅延部
２０２；乗算部
２０３；加算部
１０１；目標値
１０２；操作量
１０３；第１出力値
１０４；第２出力値
１０５；現在値
Ｐ；比例制御部
Ｉ；積分制御部
Ｄ；微分制御部

Claims (4)

1. 制御対象を制御する自動制御装置であって、
   前記制御対象の制御量の目標値と現在値の差に基づいて前記制御対象の操作量を演算する制御部と、
   前記制御部により演算された操作量を所定のフィルタ係数を用いてフィルタリングして第１出力値を出力する第１フィルタと、
   前記第１フィルタと並列に配置され、前記第１フィルタのフィルタ係数とは異なる所定のフィルタ係数を用いて前記制御部により演算された操作量をフィルタリングして第２出力値を出力する第２フィルタと、
   前記第１フィルタの第１出力値と前記第２フィルタの第２出力値を切り替えていずれか一方の出力値を前記制御対象に送る切替部と、を備え、
   前記第１フィルタには、第１フィルタ係数または第２フィルタ係数を入力可能であり、
   前記第２フィルタには、第３フィルタ係数を入力可能であり、
   第１フィルタ係数または第２フィルタ係数が前記第１フィルタに入力されたときの前記第１フィルタの第１出力値の時定数が、第３フィルタ係数が前記第２フィルタに入力されたときの前記第２フィルタの第２出力値の時定数よりも大きい、自動制御装置。
2. 前記第１フィルタの第１出力値が前記制御対象に送られている状態で、前記第１フィルタに入力されるフィルタ係数を第１フィルタ係数から第２フィルタ係数、あるいは、第２フィルタ係数から第１フィルタ係数へと切替える場合に、前記切替部は、前記第１フィルタのフィルタ係数を切替える前に前記第２フィルタの第２出力値が前記制御対象に送られる状態に切替え、前記第１フィルタに入力されるフィルタ係数が切替えられた後に、前記第１フィルタの第１出力値が前記制御対象に送られる状態に切替える、請求項１に記載の自動制御装置。
3. 前記切替部は、前記第２フィルタの第２出力値が前記制御対象に送られている間に観測される前記第１フィルタの第１出力値の変化に基づいて、前記第２フィルタの第２出力値が前記制御対象に送られる状態から前記第１フィルタの第１出力値が前記制御対象に送られる状態に切替えるタイミングを決定する、請求項２に記載の自動制御装置。
4. 前記制御対象は、サーボモータである、請求項１から３のいずれか一項に記載の自動制御装置。

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