JPH0628006A

JPH0628006A - ２自由度制御装置及び電動機のサーボ制御装置

Info

Publication number: JPH0628006A
Application number: JP5077404A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Sugie; 俊治杉江; Takashi Iwasaki; 隆至岩崎; Tomonori Satou; 智典佐藤; Juichi Maruyama; 寿一丸山; Atsushi Morita; 温森田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-04-06
Filing date: 1993-03-12
Publication date: 1994-02-04
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: JP3545006B2

Abstract

(57)【要約】【目的】入出力応答特性と外乱抑制特性の両方を良好
にする２自由度制御装置および２自由度制御に基づく電
動機のサーボ制御装置を得る。【構成】２自由度制御装置を前置フィルタ３とフィー
ドフォワード補償器５とフィードバック補償器４とによ
り構成し、これらをフィードバック補償器４の出力信号
をもとにオートチューニング部２により修正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、入出力応答特性と外
乱抑制特性との両方を良好にする２自由度制御装置及び
電動機のサーボ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１７は例えば特開平３−２６８１０３
号公報に示された従来のオートチューニング機能を持つ
２自由度制御装置の一例を示すブロック図であり、図に
おいて１は制御対象、２１ａは制御対象１を制御するた
めのプラント２自由度補償器、２は２自由度補償器２１
ａを適切なものに修正するオートチューニング部、１１
は指令値、１２は制御対象１に与えられる操作量、１３
ｅは制御対象１の出力信号を示す。また、オートチュー
ニング部２の構成要素として、２０は制御対象１のモデ
ル、２１ｂはモデル２０を制御するためのモデル２自由
度補償器でプラント２自由度補償器２１ａと同じもので
ある。１２ｂはモデル２０に与えられる操作量、１３ｄ
はモデル２０の出力信号、２２ａは制御対象１の出力信
号１３ｅ、指令値１１、制御対象１への操作量１２から
特徴量を求めるプラント特徴量抽出部、１８ａはプラン
ト特徴量抽出部２２ａの出力であるプラント特徴量、２
２ｂはモデル２０の出力信号１３ｄ、指令値１１、モデ
ル２０への操作量１２ｂから特徴量を求めるモデル特徴
量抽出部、１８ｂはモデル特徴量抽出部２２ｂの出力で
あるモデル特徴量、２３はプラント特徴量１８ａとモデ
ル特徴量１８ｂとを比較する特徴量比較部、２４は特徴
量比較部２３の出力をもとに推論を行いモデル２０の変
更を行う推論部、２５はモデル２０に適したプラント２
自由度補償器２１ａおよびモデル２自由度補償器２１ｂ
を設計する２自由度補償器設計部である。

【０００３】次に動作について説明する。このオートチ
ューニング機能を持つ２自由度制御装置は、例えばステ
ップ応答における立ち上がり時間、オーバシュート量、
操作量の大きさなどの特徴量をもとにプラント２自由度
補償器２１ａを修正していくものである。まず、制御対
象１とプラント２自由度補償器２１ａとから構成される
制御系と、モデル２０とモデル２自由度補償器２１ｂと
から構成される制御系に、同じ指令値１１を入力する。
そのときの指令値１１、操作量１２、出力信号１３ｅを
もとにプラント特徴量抽出部２２ａにおいてプラント特
徴量１８ａを抽出し、同時に指令値１１、操作量１２
ｂ、出力信号１３ｄをもとにモデル特徴量抽出部２２ｂ
においてプラント特徴量１８ａを抽出する。このプラン
ト特徴量１８ａとモデル特徴量１８ｂとの差は、制御対
象１とモデル２０との違いによるものであるため、それ
らを特徴量比較部２３で比較し、その結果をもとに推論
部２４でモデル２０を制御対象１に近づけるための推論
を行い、モデル２０を修正する。２自由度補償器設計部
２５では、修正されたモデル２０に最適な２自由度補償
器を決定し、プラント２自由度補償器２１ａとモデル２
自由度補償器２１ｂとを修正する。以上の修正を繰り返
すことにより、モデル２０が制御対象１に一致し、制御
対象１に最適なプラント２自由度補償器２１ａが決定で
きる。

【０００４】図１８は、例えば「アナログサーボからデ
ィジタルサーボへ」（岩金：日本ロボット学会誌、７巻
３号、２１２〜２１７ページ、１９８９年６月）に記載
された従来の電動機のサーボ制御装置の一例を示すブロ
ック図であり、図において、４１は電動機、４２は電動
機４１に取り付けられた機械系、４３は電動機４１の回
転角度と速度を測定する位置検出器、４４は電動機４１
に流れる電流を測定するための電流検出器、３１は電流
制御部、５２は速度制御部、５１は位置制御部、１１ａ
は位置指令値、１１ｂは速度指令値、１２ａは電流指令
値、１３ａは位置検出値、１３ｂは速度検出値、１３ｃ
は電流検出値、１５ａは位置誤差、１５ｂは速度誤差、
１９は電動機４１に流れる電流である。

【０００５】次に動作について説明する。この電動機４
１のサーボ制御装置は、例えば工作機械やロボットなど
に対し軌跡制御を行うためのもので、望ましい軌跡指令
値から位置指令値１１ａを生成し、機械系４２が取り付
けられた電動機４１を位置指令値１１ａに応じて動作さ
せるためのものである。すなわち、位置検出器４３によ
って得られた位置検出値１３ａと位置指令値１１ａとの
差を計算して位置誤差１５ａを求め、位置制御部５１に
おいて適切な演算を行い速度指令値１１ｂを決定する。
次に、位置検出器４３によって得られた速度検出値１３
ｂと上記速度指令値１１ｂとの差を計算して速度誤差１
５ｂを求め、速度制御部５２において適切な演算を行い
電流指令値１２ａを決定する。さらに、電流検出器４４
によって得られた電流検出値１３ｃと上記電流指令値１
２ａとの差をもとに電流制御部３１において適切な演算
を行い電動機４１の電流１９を制御する。この従来例で
は、位置制御部５１、速度制御部５２、電流制御部３１
において、それぞれＰ（比例）演算、ＰＩ（比例・積
分）演算、ＰＩ演算を行っている。

【０００６】図１９は例えば同じく特開平４−３２５８
８６号公報に示された従来の機械振動の大きさを考慮し
たオートチューニング機能を持つサーボ装置の一例を示
すブロック図であり、図において図１８と対応する部分
には同一符号を付して重複説明を省略する。２は機械振
動を考慮したオートチューニング機能付き電動機サーボ
系コントローラ、６１は同定・設計部により求められた
ゲイン候補値、６２は機械振動判定部により求められた
機械振動によるゲイン制限値、６３は振動限界値、７１
は機械振動判定部、７２は同定・設計部、７３はゲイン
決定部である。

【０００７】つぎに動作について説明する。同定・設計
部７２は、例えば図１７の従来例と同様に負荷イナーシ
ャ推定値を用いたサーボ系シミュレーション部、電流面
積計算部、イナーシャ修正量決定部を含み、ある位置指
令値１１ａに対する電流検出値１３ｃより負荷イナーシ
ャ推定値を修正しながらその推定値に最適なゲイン候補
値６１を決定する。一方、機械振動判定部７１では、ま
ず、同じ位置指令値１１ａに対する電流検出値１３ｃあ
るいは電流指令値１２ａをハイパスフィルタに通し、そ
の２乗値を時間積分することによって、振動評価値を求
め、予め設定された振動限界値６３と比較する。また、
機械振動判定部７１には、同じ位置指令値１１ａに対し
て過去に試行した速度ループ比例ゲインと振動評価値の
関係が記憶されており、それらのデータを総合してゲイ
ン制限値６２を決定する。ゲイン決定部７３では、同定
・設計部７２で得たゲイン候補値６１の比例ゲインと、
機械振動判定部７１で得たゲイン制限値６２を比較し、
ゲイン制限値６２の方が大きければゲイン候補値６１を
速度制御部５２で用いるゲイン５３とする。一方、ゲイ
ン制限値６２の方が小さい場合、速度制御部５２で用い
るゲイン５３の比例ゲインをゲイン制限値６２とし、積
分ゲインは比例ゲインに適した値とする。

【０００８】図２０は例えば特開平４−１０１７４９号
公報に示された従来の加工反力を正確に検出可能な工作
機械の一例を示す図であり、図において、１０１は力セ
ンサ、１０２は工具、１０３は刃物台、１０４はサーボ
駆動される送り装置、１０５はワーク、１０６はチャッ
ク、１０７は主軸である。

【０００９】つぎに動作について説明する。ワーク１０
５はチャック１０６により主軸１０７に取り付けられ、
回転運動を行う。工具１０２は刃物台１０３により送り
装置１０４に取り付けられ、数値制御装置からの指令に
より移動することで加工を行う。力センサ１０１は送り
装置１０４と工具１０２の間に取り付けられており、工
具にかかる衝突時の力、加工中に生じる加工反力等を測
定することができる。加工反力を数値制御装置のサーボ
系に入力することにより、安定した制御を行うことがで
きる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のオートチューニ
ング機能を持つ２自由度制御装置は以上のように構成さ
れているので、通常動作中の信号をもとにオートチュー
ニングが可能という利点はあるが、オートチューニング
部２の構成が複雑で計算量が多いという問題点があっ
た。

【００１１】また、従来の電動機のサーボ制御装置は以
上のように構成されているので、位置制御部５１の比例
ゲインを上げすぎると、フィードバックループの安定性
を損なうことになり、ある限界以上の良好な高速応答が
得られないという問題点があった。

【００１２】また、機械振動評価値を求めるために、電
流データをハイパスフィルタに通す必要があり、またそ
のハイパスフィルタのカットオフ周波数を機械共振周波
数の大きさによって調整する必要があり、さらに機械共
振周波数が低い場合には機械系を駆動するための電流値
と機械振動のために発生した電流値を分離しにくいとい
う問題点があった。

【００１３】しかも、工作機械に力センサを付加する必
要があり、機械の剛性も劣化するという問題点があっ
た。

【００１４】請求項１の発明は計算量が少ないオートチ
ューニング機能を持つ２自由度制御装置を得ることを目
的とする。

【００１５】請求項２の発明は高速な応答を可能とする
ことを目的とする。

【００１６】請求項３乃至請求項５の発明は専門知識の
ないユーザでも良好な制御特性を容易に得ることを目的
とする。

【００１７】請求項６の発明は加工中のトラブルや切込
み量の適切さなどを簡単に認識できるようにすることを
目的とする。

【００１８】請求項７および請求項８の発明は万一の機
械の衝突に対して、機械に大きな損傷を与えることがな
いようにすることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る２
自由度制御装置は、前置補償器とフィードフォワード補
償器とフィードバック補償器とを設けるとともに、制御
対象モデルの同定とその同定結果に適した補償器の決定
を行うオートチューニング部を設けたものである。

【００２０】請求項２の発明に係る電動機のサーボ制御
装置は、電動機の電流制御部を設けるとともに、前置補
償器とフィードフォワード補償器とフィードバック補償
器とを設けたものである。

【００２１】請求項３の発明に係る電動機のサーボ制御
装置は、前置補償器、フィードフォワード補償器と、フ
ィードバック補償器とを設けると共に、これらを修正す
るオートチューニング部を設けたものである。

【００２２】請求項４の発明に係る電動機のサーボ制御
装置は、前置補償器とフィードフォワード補償器および
フィードバック補償器とを設けると共に、これらを、最
小２乗法により制御対象パラメータを同定しその結果を
もとに修正するオートチューニング部を設けたものであ
る。

【００２３】請求項５の発明に係る電動機のサーボ制御
装置は、加減速フィルタ、フィードフォワード補償器
と、フィードバック補償器とを設けると共に、フィード
バック補償器の入力あるいは出力を用いる機械振動検出
部、前置補償器とフィードフォワード補償器とフィード
バック補償器とを修正するオートチューニング部とを設
けたものである。

【００２４】請求項６の発明に係る電動機のサーボ制御
装置は、加減速フィルタ、フィードフォワード補償器
と、フィードバック補償器とを設けると共に、フィード
バック補償器の入力あるいは出力を用いる加工反力表示
部とを設けたものである。

【００２５】請求項７の発明に係る電動機のサーボ制御
装置は、加減速フィルタ、フィードフォワード補償器
と、フィードバック補償器とを設けると共に、フィード
バック補償器の入力あるいは出力を用いる機械衝突検出
部、位置指令値を切り換える指令値切り換え部とを修正
するオートチューニング部とを設けたものである。

【００２６】請求項８の発明に係る電動機のサーボ制御
装置は、加減速フィルタ、フィードフォワード補償器
と、フィードバック補償器とを設けると共に、ＮＣプロ
グラムを用いる加工実行判断部、フィードバック補償器
の入力あるいは出力を用いる機械衝突検出部、位置指令
値を切り換える指令値切り換え部とを設けたものであ
る。

【００２７】

【作用】請求項１の発明における２自由度制御装置は、
ある指令値に対するフィードバックループ内の信号の大
きさを評価し、その結果をもとに最適な前置補償器とフ
ィードフォワード補償器とフィードバック補償器とを修
正する。

【００２８】請求項２の発明における電動機のサーボ制
御装置は、フィードバック補償器により外乱抑制などの
フィードバック特性を良好に保ち、前置補償器とフィー
ドフォワード補償器により望ましい応答モデルに実際の
応答を一致させる。

【００２９】請求項３の発明における電動機のサーボ制
御装置は、オートチューニング部がフィードバック電流
指令値と電流検出値をもとに前置補償器と、フィードバ
ック補償器と、フィードフォワード補償器を修正する。

【００３０】請求項４の発明における電動機のサーボ制
御装置は、オートチューニング部が電流検出値あるいは
電流指令値と応答目標値とを用いて最小２乗法により制
御対象パラメータを同定し、その結果をもとに前置補償
器、フィードバック補償器、フィードフォワード補償器
を修正する。

【００３１】請求項５の発明における電動機のサーボ制
御装置は、機械振動検出部がフィードバック補償器の入
力あるいは出力を用いて機械振動の大きさを測定し、オ
ートチューニング部が電流検出値あるいは電流指令値と
応答目標値と機械振動の大きさを用いて前置補償器と、
フィードバック補償器と、フィードフォワード補償器を
修正する。

【００３２】請求項６の発明における電動機のサーボ制
御装置は、加工反力表示部がフィードバック補償器の入
力あるいは出力を用いて加工反力の大きさを測定し、そ
の結果を表示する。

【００３３】請求項７の発明における電動機のサーボ制
御装置は、機械衝突検出部がフィードバック補償器の入
力あるいは出力を用いて機械系の衝突の有無を検知し、
衝突ありと判断した場合には指令値切り換え部が機械を
停止させるように指令値を切り換える。

【００３４】請求項８の発明における電動機のサーボ制
御装置は、加工実行判断部が実行中のＮＣプログラムか
ら現在の動作の加工実行の可能性について判断し、その
可能性の無い場合に機械衝突検出部がフィードバック補
償器の入力あるいは出力を用いて機械系の衝突の有無を
検知し、衝突ありと判断した場合には指令値切り換え部
が機械を停止させるように指令値を切り換える。

【００３５】

【実施例】

実施例１．以下、請求項１の発明の一実施例を図につい
て説明する。図１において、１は制御対象、２１は制御
対象１を制御するための２自由度補償器、２は２自由度
補償器２１を適切なものに修正するオートチューニング
部、１１は２自由度補償器２１に与えられる指令値、１
２は制御対象１に与えられる操作量、１３は制御対象１
の出力信号を示す。また、２自由度補償器２１の構成要
素として、３は前置補償器としての前置フィルタ、４は
フィードバック補償器、５はフィードフォワード補償
器、１４は前置フィルタ３の出力信号としての応答目標
値、１５は差信号としての応答目標誤差、１６はフィー
ドバック操作量、１７はフィードフォワード操作量、６
は減算器、７は加算器である。

【００３６】次に動作について説明する。制御対象１の
伝達関数をＰ（ｓ）とする。まず、２自由度補償器２１
の動作について説明する。前置フィルタ３は、制御系全
体の目標特性である入出力伝達関数Ｃｆ（ｓ）と同じ伝
達関数を持ち、指令値１１が入力され、応答目標値１４
が出力される。フィードフォワード補償器５は、制御対
象１のモデルの伝達関数をＰｍ（ｓ）として、Ｐｍ
（ｓ）^-1・Ｃｆ（ｓ）という伝達関数を持ち、指令値１
１が入力され、フィードフォワード操作量１７が出力さ
れる。フィードバック補償器４は、減算器６から得られ
る応答目標値１４と制御対象１の出力信号１３との差信
号である応答目標誤差１５が入力され、フィードバック
操作量１６が出力される。このフィードバック補償器４
は、制御系のフィードバック特性を決めるものであり、
制御対象１の伝達関数Ｐ（ｓ）に応じて決定され、通常
フィードバックループが安定な範囲で可能な限りゲイン
を上げたものが採用される。ここではフィードバック補
償器４の伝達関数をＣｂ（ｓ）とする。加算器７はフィ
ードバック操作量１６とフィードフォワード操作量１７
とを加算し、制御対象１への入力である操作量１２を出
力する。

【００３７】２自由度補償器２１において、制御対象１
のモデルが完全に制御対象１を表現できているとする
と、すなわちＰｍ（ｓ）がＰ（ｓ）に等しいとすると、
指令値１１から制御対象１の出力信号１３までの伝達関
数はＣｆ（ｓ）となる。言い換えれば、指令値１１にあ
る信号が加わった場合、他の外乱がなければ、応答目標
誤差１５やフィードバック操作量１６は０となる。ま
た、たとえば操作量１２に外乱が加わった場合の出力信
号１３への影響は、フィードバック補償器４の伝達関数
Ｃｂ（ｓ）によって決定され、通常フィードバックルー
プが可能な限りハイゲインになるようにＣｂ（ｓ）を決
める。以上のように目標値応答特性とフィードバック特
性とを独立に設定できることが一般的な２自由度制御系
の特長であり、とくに２自由度補償器２１のように構成
することにより、目標値応答性とフィードバック特性の
設定をより見通しよく行うことが可能になる。

【００３８】オートチューニング部２では、フィードバ
ック操作量１６を用いて、２自由度補償器２１内部の各
構成要素を適切なものに自動的に修正する。上述したよ
うに、Ｐｍ（ｓ）がＰ（ｓ）に等しいと仮定すると、あ
る信号が指令値１１として入力された場合、フィードバ
ック操作量１６は０となる。したがって、もしフィード
バック操作量１６が０にならない場合にはＰｍ（ｓ）が
Ｐ（ｓ）に一致していないことになる。そこで、オート
チューニング部２では、現在のモデルの伝達関数Ｐｍ
（ｓ）を記憶しておき、フィードバック操作量１６から
時間積分値などの特徴量を抽出し、その値により制御対
象１のモデルの伝達関数Ｐｍ（ｓ）を修正し、それに適
したＣｂ（ｓ）、Ｃｆ（ｓ）を決定して、前置フィルタ
３、フィードバック補償器４、フィードフォワード補償
器５を修正する。

【００３９】次にオートチューニングを実施するための
手順を示すと、図２のフローチャートのようになる。ま
ず、ステップＳＴ１においてオートチューニング開始の
指示があると、ステップＳＴ２において指令値１１への
信号入力を待つ。ある信号が入力されるとステップＳＴ
３においてフィードバック操作量１６から特徴量を抽出
する。ステップＳＴ４において抽出された特徴量が予め
定められたオートチューニング終了の条件を満たせば、
例えばフィードバック操作量１６の時間積分値がある値
以下になれば、ステップＳＴ５に進みチューニングを終
了する。ステップＳＴ４においてオートチューニング終
了の条件を満たさなければ、ステップＳＴ６において抽
出した特徴量をもとにモデルの伝達関数Ｐｍ（ｓ）を修
正する。ステップＳＴ７においては、修正したＰｍ
（ｓ）に適した入出力伝達関数Ｃｆ（ｓ）と、フィード
バック補償器４の伝達関数Ｃｂ（ｓ）とを決定する。入
出力伝達関数Ｃｆ（ｓ）の決定は、入出力間応答の目標
値、高周波外乱の大きさなどを考慮して行う。また、フ
ィードバック補償器４の伝達関数Ｃｂ（ｓ）の決定は、
位相余裕などの評価指標による古典制御の手法、最適制
御、Ｈ∞制御などのフィードバック制御系の設計法によ
り行うことができる。ステップＳＴ８において、修正し
たＰｍ（ｓ）、Ｃｆ（ｓ）、Ｃｂ（ｓ）から前置フィル
タ３のＣｆ（ｓ）、フィードバック補償器４のＣｂ
（ｓ）、フィードフォワード補償器５のＰｍ（ｓ）^-1・
Ｃｆ（ｓ）を決定する。この後、ステップＳＴ２に戻
り、次の入力を待つ。以上の手順を繰り返すことによ
り、最終的に適切な２自由度補償器２１を得ることがで
きる。

【００４０】なお、通常フィードバック操作量１６の目
標基準はどの様な入力に対しても０になることであるた
め、上記実施例１で述べたオートチューニングのための
指令値１１の入力は繰り返しごとに同一の入力である必
要はない。また、上記実施例１では、前置フィルタ３、
フィードバック補償器４、フィードフォワード補償器５
をすべて修正していくとしたが、必要に応じて、これら
のうちいずれか２つ、あるいは１つを修正することとし
てもよい。

【００４１】実施例２．他の実施例を図３に示す。図３
において、図１と同一符号は同一部分を示す。図３は、
オートチューニング部２において、フィードバック操作
量１６とフィードフォワード操作量１７とを用いた場合
である。入力の大きさが繰り返しごとに変わる場合、フ
ィードバック操作量１６の０からの誤差の大きさを評価
する比較対象として、フィードフォワード操作量１７や
操作量１２や指令値１１を併せて用いることが有効であ
る。この実施例では、フィードバック操作量１６からと
同時にフィードフォワード操作量１７から特徴量を抽出
し、フィードフォワード操作量１７からの特徴量でフィ
ードバック操作量１６からの特徴量を規格化したのち、
その値をもとにモデルの伝達関数Ｐｍ（ｓ）の修正量を
決定する。オートチューニング部２をこのような構成に
することにより、指令値１１の大きさが大きく変化する
場合でも、良好なオートチューニングが実現できる。

【００４２】実施例３．他の実施例を図４に示す。図４
において、図１と同一符号は同一部分を示す。図４は、
オートチューニング部２においてフィードバック操作量
１６とフィードフォワード操作量１７とに加え、さらに
制御対象１の出力信号１３を用いた場合である。制御対
象１の出力信号１３から特徴量を抽出し、それをオート
チューニング部２で用いることにより、制御対象１の応
答波形が直接確認でき、望ましい応答波形を確認しなが
らのチューニングが可能になる。

【００４３】実施例４．他の実施例を図５に示す。図５
において、図１と同一符号は同一部分を示す。上記実施
例１〜３ではフィードバック操作量１６が０となること
を目標にモデルの伝達関数Ｐｍ（ｓ）の修正を行った
が、応答目標誤差１５に対しても同じ理由によりどの様
な入力に対しても０となることが目標となる。従って、
上記実施例１〜３のフィードバック操作量１６の代わり
に応答目標誤差１５から特徴量を抽出し、その特徴量を
もとにモデルの伝達関数Ｐｍ（ｓ）の修正を行うことに
より、同様の効果を得ることができる。図５は、オート
チューニング部２において、応答目標誤差１５から抽出
した特徴量と、規格化するための比較対象として制御対
象１の出力信号１３とから抽出した特徴量をもとに、モ
デルの伝達関数Ｐｍ（ｓ）の修正を行うように構成した
場合の実施例である。

【００４４】なお、これまでの実施例１〜４では、フィ
ードバック操作量１６や応答目標誤差１５が０となるこ
とを目標として、オートチューニング部２において２自
由度補償器２１の修正を行っている。しかし、実際に
は、操作量１２に加わる定常的な外乱や、モデルの伝達
関数Ｐｍ（ｓ）と実際の制御対象の間の構造的なモデル
化誤差などによって、フィードバック操作量１６や応答
目標誤差１５が完全に０となる場合は少ない。このよう
な場合でも、特徴量の選び方を工夫することにより、外
乱やモデル化誤差の悪影響をあまり受けずに良好なオー
トチューニングが実現できる。

【００４５】また、上記実施例１〜４では、特徴量をも
とにモデルの伝達関数Ｐｍ（ｓ）の修正を行ったが、通
常の適応制御で用いられるような逐次的な計算法を用い
ても、同様にオートチューニング機能を持つ２自由度制
御装置が実現できる。

【００４６】実施例５．次に、電動機のサーボ制御装置
に関する請求項２の発明の一実施例を図について説明す
る。図６において、４１は電動機、４２は電動機４１に
取り付けられた機械系、４３は電動機４１の回転角度を
測定する位置検出器、４４は電動機４１に流れる電流を
測定するための電流検出器、３１は電流制御部、２１は
２自由度サーボ制御装置、１１ａは位置指令値、１２ａ
は電流指令値、１３ａは位置検出値、１３ｃは電流検出
値、１９は電動機４１に流れる電流である。また、２自
由度サーボ制御装置２１の構成要素として、３は前置フ
ィルタ、４はフィードバック補償器、５はフィードフォ
ワード補償器、７は加算器、１４ａは前置フィルタ３の
出力信号としての応答目標値、１５ａは差信号としての
応答目標誤差、１６ａはフィードバック電流指令値、１
７ａはフィードフォワード電流指令値である。

【００４７】次に動作について説明する。この電動機の
サーボ制御装置に関する発明は、例えば図１の実施例に
示された２自由度制御装置を、電動機のサーボ制御に適
用したものである。電動機４１には機械系４２が取り付
けられている。この機械系４２に対して位置決め、軌跡
追従などの所定の動作を行わせることがサーボ制御装置
の目的である。位置検出器４３は電動機４１に取り付け
られ、電動機４１の回転角度を検出することにより、機
械系の位置の情報を得ている。電流制御部３１では、２
自由度制御装置２１からの電流指令値１２ａと、電流検
出器４４で測定された電流１９の値との誤差を用いて、
電流１９が電流指令値１２ａに追従するようにＰＩ制御
を行う。この実施例においては、電動機４１と位置検出
器４３と機械系４２、および電流制御部３１を含む電流
フィードバックループ全体を、仮に制御対象とみなし、
この制御対象に対して２自由度サーボ制御装置２１を用
いる。

【００４８】電流フィードバックループが十分速く応答
すると仮定し、制御対象の伝達関数を次式とする。Ｐ（ｓ）＝｛１／（Ｊ・ｓ²）｝・（むだ時間）‥‥‥‥‥‥‥‥（１）ここで、Ｊは電動機の回転子と機械系の負荷イナーシャ
の大きさである。むだ時間の大きさは、電流フィードバ
ックループを実現する場合のサンプリング時間やＰＷＭ
スイッチング周波数などによって決まる。制御対象がこ
のような伝達関数で表わされる場合、２自由度サーボ制
御装置２１は以下のように設計できる。

【００４９】まず、フィードバック補償器４は、外乱抑
制特性などのフィードバック特性を決定するものである
ため、閉ループ系が安定な範囲内でゲインを上げ、かつ
積分特性を持つ必要がある。フィードバック補償器４は
次式の伝達関数を持つ。Ｃｂ（ｓ）＝｛Ｋｂ・ａ₃（ｓ＋ａ₁）（ｓ＋ａ₂）｝／｛ａ₁・ａ₂・ｓ（ｓ＋ａ₃）｝‥‥‥‥‥‥‥（２）ここで、ａ₁，ａ₂，ａ₃はむだ時間の大きさから決ま
る閉ループ系の目標応答周波数から決定でき、ＫｂはＪ
の大きさに応じて決定できる。

【００５０】また、前置フィルタ３は、機械系４２の機
械共振を励起しない、電流指令値１２ａに飽和を生じな
いなどの条件を満足するように、入出力の応答を制限す
るためのものである。前置フィルタ３は次式の伝達関数
を持つ。Ｃｆ（ｓ）＝ｂ₁・ｂ₂／｛（ｓ＋ｂ₁）（ｓ＋ｂ₂）｝‥‥‥‥（３）ここで、ｂ₁，ｂ₂は前記のような条件を満足するよう
に決定する。さらに、フィードフォワード補償器５は、
伝達関数がＰｍ（ｓ）^-1・Ｃｆ（ｓ）となるように決定
する。ここで、Ｐｍ（ｓ）は実施例１に示したように制
御対象のモデルであり、この実施例では次式の伝達関数
とする。Ｐｍ（ｓ）＝（１／Ｊｍ・ｓ²） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（４）ここで、ＪｍはＪの推定値である。

【００５１】この実施例では、Ｐｍ（ｓ），Ｃｆ（ｓ）
とも分母２次、分子０次であるため、Ｐｍ（ｓ）^-1・Ｃ
ｆ（ｓ）は分母２次、分子２次となり、実現しやすい伝
達関数となっている。以上のように２自由度サーボ制御
装置２１を構成することにより、目標値応答特性とフィ
ードバック特性を独立にかつ見通しよく設定できる電動
機のサーボ制御装置が実現できる。

【００５２】なお、この実施例において、ａ₃＝ｂ₁＝ｂ₂＝∞ としたものは、図１８の従来例に示された電動機のサー
ボ制御装置において、速度と電流のフィードフォワード
を行ったものと等価になる。すなわち、上記実施例は、
通常行われるフィードフォワード付の電動機のサーボ制
御装置の拡張になっているといえる。

【００５３】なお、上記実施例５では、制御対象モデル
Ｐｍ（ｓ）を簡単な（４）式で表現しているが、より実
際に近い複雑なモデルをもとにしてもよい。また、前置
フィルタ３、フィードバック補償器４、フィードフォワ
ード補償器５の各々の特性も要求する制御特性を満足す
るものであればよい。さらに、上記実施例５では、制御
対象出力を、電動機４１に取り付けた位置検出器４３か
らの信号としているが、たとえば機械系に取り付けたリ
ニアスケールのような検出器でも同様の２自由度サーボ
制御装置２１が構成できる。

【００５４】実施例６．次に、オートチューニング機能
を持つ電動機のサーボ制御装置に関する請求項３の発明
の一実施例を図について説明する。図７において、図６
と同一符号は同一部分を示し、２はオートチューニング
部である。

【００５５】次に動作について説明する。この電動機の
サーボ制御装置に関する発明は、図６の実施例５に示さ
れた電動機のサーボ制御装置にオートチューニング機能
を加えたものである。オートチューニング部２では、フ
ィードバック電流指令値１６ａと電流検出値１３ｃをも
とに前置フィルタ３、フィードバック補償器４、フィー
ドフォワード補償器５を修正する。オートチューニング
部２は電動機の回転子と機械系の負荷イナーシャの大き
さＪの推定値Ｊｍを持ち、特徴量としてステップ状の位
置指令値１１ａが入力された時のフィードバック電流指
令値１６ａと電流検出値１３ｃのそれぞれの時間積分値
を抽出し、それらを比較してＪｍの修正を行う。すなわ
ち、フィードバック電流指令値１６ａからの特徴量と電
流検出値１３ｃからの特徴量の大きさがあまり変わらな
ければ、Ｊｍが小さすぎるとしてＪｍを増加させる。ま
た、フィードバック電流指令値１６ａからの特徴量が電
流検出値１３ｃからの特徴量に比べて十分小さければ、
Ｊｍは適切と判断して修正しない。前置フィルタ３、フ
ィードバック補償器４、フィードフォワード補償器５の
修正は、Ｊｍおよび電流検出値１３ｃから評価した機械
振動の大きさなどをもとに、図２のフローチャートに示
したような手順で行われる。ステップ状の位置指令値１
１ａが繰り返し行われた後、適切な前置フィルタ３、フ
ィードバック補償器４、フィードフォワード補償器５が
得られる。

【００５６】なお、上記実施例６では電流検出値１３ｃ
を用いたが、電流フィードバックループの応答が十分速
い場合には、電流指令値１２ａを用いてもよい。また、
上記実施例６では、実施例５に示されたような構成の２
自由度サーボ制御装置２１に対してのオートチューニン
グ機能について述べたが、フィードフォワード補償器と
してのフィードフォワード部とフィードバック補償器と
してのフィードバック部とを持つ電動機のサーボ制御装
置であれば、同様のオートチューニング機能が実現でき
る。

【００５７】実施例７．次に、オートチューニング機能
を持つ電動機のサーボ制御装置に関する請求項４の発明
の一実施例を図８について説明する。図８において、図
７と同一符号は同一部分を示し、３ａは図７の前置フィ
ルタ３に相当する加減速フィルタ、５ａ，５ｂ，５ｃは
フィードフォワード補償器５の構成要素であり、それぞ
れ粘性補償器、慣性補償器、摩擦補償器である。また、
４２ａは図７の機械系４２に相当するＸＹテーブルを示
す。

【００５８】次に動作について説明する。この実施例は
制御対象であるＸＹテーブル４２ａの動特性として、粘
性、慣性、クーロン摩擦からなるモデルを考えたもので
ある。加減速フィルタ３ａはＸＹテーブル４２ａの指令
動作軌跡をもとに滑らかな加減速パターンを生成し、
Ｘ，Ｙの各電動機への滑らかな時系列データを出力す
る。粘性補償器５ａでは次式により粘性補償量ＦＦｃを
決定する。ＦＦｃ＝ｃ・（ｄｘ／ｄｔ） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（５）ここで、ｃは粘性パラメータ、ｘは加減速フィルタの出
力で滑らかな目標応答値である。また、慣性補償器５ｂ
では次式により慣性補償量ＦＦｉを決定する。ＦＦｉ＝Ｉ・（ｄ²ｘ／ｄｔ²） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（６）ここで、Ｉは粘性パラメータである。さらに、摩擦補償
器５ｃでは次式により摩擦補償量ＦＦｆを決定する。ＦＦｆ＝Ｆ・ｓｇｎ（ｄｘ／ｄｔ）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（７）ここで、Ｆは摩擦パラメータである。目標応答値ｘは滑
らかに生成されているため、（５），（６），（７）式
における微分計算は可能である。フィードフォワード操
作量１７ａはＦＦｃとＦＦｉとＦＦｆの和として求め
る。

【００５９】ｃ，Ｉ，Ｆの各パラメータはある指令値に
対しＸＹテーブル４２ａを複数回動作させ、オートチュ
ーニング部２においてその時系列データを用いて最小２
乗法により求める。すなわち、動作時の電流指令値の時
系列データを横ベクトルｙ、応答目標値の微分値の時系
列データを横ベクトルｘ１、応答目標値の２回微分値の
時系列データを横ベクトルｘ２、応答目標値の微分値の
符号を表わす時系列データを横ベクトルｘ３とし、Ｘを
（８）式のようにすると、

【００６０】

【数１】

【００６１】オートチューニング部２では、まず、動作
時に得られるＸ，ｙを保存し、そのデータを用いて、（ｃ，Ｉ，Ｆ）＝ｙ・Ｘ^T・（Ｘ・Ｘ^T）^-1 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥（９）を求め、その結果をそれぞれ粘性補償部５ａ、慣性補償
部５ｂ、摩擦補償部５ｃに送る。ただし、たとえば正確
でないｃ，Ｉ，Ｆの値で動作させたデータの電流指令値
は、応答目標値１４ａと位置検出値１３ａとの誤差をも
とにフィードバック補償器により生成されたものである
ため、応答目標値に誤差なく追従する望ましい電流指令
値とは言えない。

【００６２】したがって、この電流指令値をもとに
（９）式で求めたｃ，Ｉ，Ｆの各パラメータは最適なも
のにはならない可能性がある。そこで、ＸＹテーブル４
２ａを動作させた後、（８）式によりｃ，Ｉ，Ｆの各パ
ラメータを求め、その値をフィードフォワード補償器５
で用いて、再びＸＹテーブルを動作させる。手順を繰り
返すことにより、ｃ，Ｉ，Ｆの各パラメータを望ましい
値に収束させる。

【００６３】図９は、ｃ，Ｉ，Ｆの各パラメータを収束
させる手順を示すフローチャートである。まず、ステッ
プＳＴ１１で動作を開始後、ステップＳＴ１２において
フィードフォワード補償器５で用いるｃ，Ｉ，Ｆの初期
値を与える。この初期値としては、たとえば、Ｉの値に
は予めわかっているモータの慣性モーメントの値、ｃ，
Ｆはそれぞれ０を代入しておく。つぎに、ステップＳＴ
１３ではＸＹテーブル４２ａを動作させその時の時系列
データＸ，ｙをオートチューニング部２に保存する。ス
テップＳＴ１４では同じくオートチューニング部２にお
いて、保存したデータから（８）式によりｃ，Ｉ，Ｆを
決定する。またさらに、同じくオートチューニング部２
において、ステップＳＴ１５では、ステップＳＴ１４に
て求めたＩをもとに、予め与えられた周波数に開ループ
の交差周波数が一致するようにフィードバック補償器を
修正する。さらにステップＳＴ１６では、ステップＳＴ
１４にて決定したｃ，Ｉ，Ｆの値とそれまでのｃ，Ｉ，
Ｆの値を比較し、それぞれの差が予め設定された値より
小さければステップＳＴ１７に進んでｃ，Ｉ，Ｆの決定
手順を終了する。ステップＳＴ１６において、その差が
設定値より小さくなければ、ステップＳＴ１３に戻って
再びＸＹテーブル４２ａを動作させる。

【００６４】本実施例のように最小２乗法によるチュー
ニングを行うことにより、特別なチューニングのための
指令値を必要とせずに、実際に動作させる指令値により
チューニングが可能となる。また、動作させる指令値が
変化した場合にも１度求めたチューニング結果は用いる
ことができる。

【００６５】実施例８．次に、オートチューニング機能
を持つ電動機のサーボ制御装置に関する請求項５の発明
の一実施例を図１０について説明する。図１０におい
て、図８と同一符号は同一部分を示し、２ａは機械振動
も考慮したオートチューニング部、１１１は機械振動検
出部、１０１は機械振動検出部で検出された機械振動の
大きさである。

【００６６】まず、機械振動検出部１１１における動作
について説明する。機械振動検出部ではフィードバック
電流指令値１６ａをもとに機械振動の大きさの評価値を
検出する。図に示したようなフィードフォワード補償器
５を備えたサーボ系では、外乱の無い場合には応答目標
値と位置検出値が一致するため、フィードバック電流指
令値１６ａは０になる。実際には位置検出値の量子化の
影響やフィードフォワード補償器５におけるモデル化誤
差の影響のため小さな信号は発生するが、機械振動は通
常これらより大きな外乱となる。

【００６７】機械振動によるフィードバック電流指令値
の様子が図１１である。図１１において、１７ｂはフィ
ードフォワード電流指令値、１６ｂはフィードバック電
流指令値、ｔ１は機械振動が発生した時刻、ｔ２は機械
振動が収まった時刻を示す。図１１（ａ）が機械共振周
波数が高い場合、図１１（ｂ）が機械共振周波数が低い
場合である。機械振動の大きさの評価値は、指令開始時
刻から終了後一定時間経過後の時刻までのフィードバッ
ク電流指令値の２乗積分値、あるいは絶対値積分値で決
定する。あるいは、それらの時間領域の信号をフーリエ
変換し、機械振動の周波数が存在すると考えられる範囲
でのパワーのピーク値を機械振動の大きさの評価値とし
てもよい。また、機械振動検出部１１１への入力として
フィードバック補償器への入力１５ａを用いても同様の
効果は得られる。

【００６８】つぎに、機械信号を考慮したオートチュー
ニング部２ａの動作について説明する。図１２は図１０
でのオートチューニングの手順を示すフローチャートで
ある。まず、ステップＳＴ１１ａで動作を開始後、ステ
ップＳＴ１２ａでｃ，Ｉ，Ｆおよびフィードバック補償
器のゲインＧｂ初期値を決定する。ゲインＧｂの初期値
は安全性を考慮して低めの値にしておく。ステップＳＴ
１３，１４，１５，１６は図９の対応するステップと同
一の手順を示し、ｃ，Ｉ，Ｆを決定する。つぎにステッ
プＳＴ１８にて上述の方法により機械振動評価値を測定
し、ステップＳＴ１９にて予め決めておいた機械振動の
許容基準値と比較する。その結果振動評価値が基準値よ
り大きければステップＳＴ２０にて加減速フィルタ３ａ
の時定数を下げ、ステップＳＴ１８にてＸＹテーブル４
２ａを動作させ、ステップＳＴ１８に戻る。振動評価値
が基準値より小さければ、ステップＳＴ２２にてＧｂを
増加させ、ステップＳＴ２３にてＸＹテーブル４２ａを
動作させ、ステップＳＴ２４にて機械振動評価値を測定
し、ステップＳＴ２５にて許容基準値と比較する。その
結果振動評価値が基準値より大きければステップＳＴ２
６にてＧｂを減少させ、振動評価値が基準値より大きけ
ればステップＳＴ２７にて終了判定を行ったあとステッ
プＳＴ２８にてＧｂを増加させ、ステップＳＴ２３に戻
ってＸＹテーブル４２ａを動作させる。ステップＳＴ２
２，ＳＴ２６，ＳＴ２８におけるＧｂの増減量の決定
は、それまでの動作におけるＧｂと振動評価値との関係
を保存しておき、振動評価値が基準値以下であった最大
のＧｂと振動評価値が基準値以上であった最小のＧｂと
の平均により行う。ステップＳＴ２７における終了判定
は、今回のＧｂの値と振動評価値が基準値以上であった
最小のＧｂの値との差が十分小さくなった場合、あるい
は今回のＧｂの値とＩに最適なＧｂの値との差が十分小
さくなった場合に終了とみなす。なお、この実施例では
フィードバック補償器のゲインＧｂをチューニングの対
象としたが、積分補償や位相進みなどの動特性を持つ補
償要素についても同様にチューニングが可能である。ま
た、この実施例では加減速フィルタ３ａの調整とフィー
ドバック補償器４の調整を順に行ったが、両方を同時に
調整していく手順にしてもよい。

【００６９】実施例９．次に、加工反力表示部を持つ電
動機のサーボ制御装置に関する請求項６の発明の一実施
例を図１３について説明する。図１３において、図８と
同一符号は同一部分を示し、５０は切削工具、５１はワ
ーク、１１２は加工反力を検知し表示する加工反力検知
部である。

【００７０】旋盤やマシニングセンタにおいて切削加工
を行う場合、工具５０とワーク５１との間に切削加工力
が働き、その反力が送り軸および主軸の外乱となる。実
施例８において示したようにサーボ制御装置２１を構成
したので、フィードバック電流指令値１６ａには主とし
て外乱を補償するために必要な電流が現れ、切削中には
ほぼ切削反力が現われる。加工反力検知部１１２は、フ
ィードバック電流指令１６ａをトルク定数倍することに
より、加工反力の大きさを求め、加工反力を表示するメ
ータに逐次表示する。加工中に作業者がこのメータを見
ることにより、切込み量が大きすぎる、びびり振動が発
生している、工具が破損しているといったトラブルを容
易に発見できるようになる。なお、この実施例では加工
反力をメータで表示するとしたが、予め加工反力の限界
を設定しておきそれを超えた場合に点灯するランプを用
意してもよい。また、振動的で過大な加工反力を検知し
た時に点灯するびびり振動検知ランプを用意してもよ
い。

【００７１】実施例１０．次に、機械衝突検知部を持つ
電動機のサーボ制御装置に関する請求項７の発明の一実
施例を図１４について説明する。図１４において、図８
と同一符号は同一部分を示し、１１ａは通常の指令値、
１１ｂは機械を停止させるための指令値、１１３は電動
機に取り付けられた機械が衝突したことを検知する衝突
検知部、１０２は指令値を切り換えるための信号であ
る。

【００７２】サーボ制御装置により機械を駆動させる場
合、作業者のミスなどの原因により他の物体との衝突が
発生することがある。衝突が発生した場合には、駆動す
る機械や他の物体を保護するため、速やかに機械を停止
することが望ましい。衝突が発生した場合には、衝突力
が発生しその反力が送り軸および主軸の外乱となる。実
施例８において示したようにサーボ制御装置２１を構成
したので、フィードバック電流指令値１６ａには主とし
て外乱を補償するために必要な電流が現れ、衝突時には
ほぼ衝突反力が現われる。図１５は衝突時のフィードバ
ック電流指令値１６ａを示すものであり、図において、
１６ａがフィードバック電流指令値、ｔ３が衝突が発生
した時刻を示す。衝突時は図に示したようにフィードバ
ック電流指令値１６ａが大きな変化を示すため、衝突検
知部１１３ではあるレベル以上のフィードバック電流指
令値１６ａが発生した場合に、指令値切り換え信号１０
２を停止側信号にし、加減速フィルタ３ａへの入力を停
止指令値１１ｂに切り換える。停止指令値１１ｂが入力
されるとサーボ制御装置２１は機械を速やかに停止させ
る。

【００７３】なお、この実施例では衝突検知部でフィー
ドバック電流指令値１６ａがあるレベル以上になった場
合を衝突とみなしたが、フィードバック電流指令値１６
ａのある時間幅の変化の大きさなどを基準にしても同様
の効果が得られる。

【００７４】実施例１１．さらに、機械衝突検知部を持
つ電動機のサーボ制御装置に関する請求項８の発明の一
実施例を図１６について説明する。図１６において、図
１４と同一符号は同一部分を示し、１１４は現在の工作
機械の動作の加工実行の可能性を判断する加工実行判断
部、１０３は加工実行の可能性を示す加工実行信号であ
る。

【００７５】数値制御装置により駆動される工作機械に
おいて、実施例１０のようにフィードバック電流指令値
１６ａから衝突検知を行おうとした場合、機械を停止さ
せるべき衝突であるか、切削加工のためのワークと工具
との衝突であるかを判断することは難しい。そこで、加
工実行判断部１１４では、加工のためのＮＣプログラム
から切削送り実行中には１、それ以外の場合には０の加
工実行信号１０３を出力し、衝突検知部１１３では加工
実行信号１０３が０の場合にのみ実施例１０に示した衝
突検知および指令値の切り換えを行う。これにより、切
削のための衝突には反応しない衝突検知部を持つ電動機
のサーボ制御装置が実現できる。

【００７６】なお、この実施例では加工実行判断部１１
４での加工実行信号１０３の作り方として、切削送りか
否かに判断するとしたが、予め加工プログラムのステッ
プごとに加工の可能性についてユーザが書き込んでおい
てもよい。また、書き込み方法を加工開始からの時間で
入力するようにしてもよい。さらに、対話型のプログラ
ミング装置では、各ステップごとに自動的に加工実行信
号を設定するようにしても同様の効果が得られる。

【００７７】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
前置フィルタ，フィードフォワード補償器，フィードバ
ック補償器から成り、入出力応答特性とフィードバック
特性を独立に設定できる２自由度補償器を自動的に適切
な値に調整できるように構成したので、計算量が少ない
オートチューニング機能を持つ２自由度制御装置を得る
ことができる効果がある。

【００７８】請求項２の発明によれば、電動機のサーボ
制御装置を前置フィルタ，フィードフォワード補償器、
フィードバック補償器から構成したので、入出力応答特
性とフィードバック特性を独立に見通しよく設定でき、
従来より高速な応答が可能になる電動機のサーボ制御を
容易に得ることができる効果がある。

【００７９】請求項３および請求項４の発明によれば、
入出力応答特性とフィードバック特性を独立に設定でき
る電動機のサーボ補償器を自動的に適切な値に調整でき
るように構成したので、専門知識のない電動機ユーザで
も良好な制御特性を容易に得ることができる効果があ
る。

【００８０】請求項５の発明によれば、入出力応答とフ
ィードバック特性を独立に設定できる電動機のサーボ補
償器を機械振動の大きさも考慮しながら自動的に適切な
値に調整できるように構成したので、専門知識のない電
動機ユーザでも良好な制御特性を容易に得ることができ
る効果がある。

【００８１】請求項６の発明によれば、数値制御装置が
加工反力を表示できるように構成したので、加工中のト
ラブルや切込み量の適切さなどを簡単に認識できる効果
がある。

【００８２】請求項７および請求項８の発明によれば、
サーボ制御装置が機械の衝突を自動的に検知し機械を停
止させるように構成したので、万一の機械の衝突に対し
ても機械に大きな損傷を与えずにすむ効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の一実施例による２自由度制御
装置を示すブロック図である。

【図２】オートチューニング機能の手順を示すフローチ
ャートである。

【図３】他の実施例による２自由度制御装置を示すブロ
ック図である。

【図４】他の実施例による２自由度制御装置を示すブロ
ック図である。

【図５】他の実施例による２自由度制御装置を示すブロ
ック図である。

【図６】請求項２の発明の一実施例による電動機のサー
ボ制御装置を示すブロック図である。

【図７】請求項３の発明の一実施例による電動機のサー
ボ制御装置を示すブロック図である。

【図８】請求項４の発明の一実施例による電動機のサー
ボ制御装置を示すブロック図である。

【図９】請求項４のオートチューニング機能の手順を示
すフローチャート図である。

【図１０】請求項５の発明の一実施例による電動機のサ
ーボ制御装置を示すブロック図である。

【図１１】電流指令値における機械振動の様子を示す図
である。

【図１２】請求項５の機械振動を考慮したオートチュー
ニング機能の手順を示すフローチャート図である。

【図１３】請求項６の発明の一実施例による電動機のサ
ーボ制御装置を示すブロック図である。

【図１４】請求項７の発明の一実施例による電動機のサ
ーボ制御装置を示すブロック図である。

【図１５】電流指令値における衝突の様子を示す図であ
る。

【図１６】請求項８の発明の一実施例による電動機のサ
ーボ制御装置を示すブロック図である。

【図１７】従来の２自由度制御装置を示すブロック図で
ある。

【図１８】従来の電動機のサーボ制御装置を示すブロッ
ク図である。

【図１９】従来の機械振動を考慮したオートチューニン
グ機能を有する電動機のサーボ制御装置を示すブロック
図である。

【図２０】従来の加工反力を測定する工作機械を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１制御対照２，２ａオートチューニング部３前置フィルタ（前置補償器）３ａ加減速フィルタ４フィードバック補償器５フィードフォワード補償器７加算器１１指令値１１ａ位置指令値１２操作量１２ａ電流指令値１３出力信号１３ａ位置検出値１３ｃ電流検出値１４，１４ａ応答目標値（出力信号）１５，１５ａ応答目標誤差（差信号）１６フィードバック操作量１６ａフィードバック電流指令値１７フィードフォワード操作量１７ａフィードフォワード電流指令値１９電流３１電流制御部４１電動機４２機械系（工作機械）４３位置検出器４４電流検出器１１１機械振動検出部１１２加工反力検知部１１３衝突検知部１１４加工実行判断部１２０指令値切り換え部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年６月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】また、従来の加工反力を正確に測定可能な
工作機械は、力センサを付加する必要があり、機械の剛
性も劣化するという問題点があった。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５８】次に動作について説明する。この実施例は
制御対象であるＸＹテーブル４２ａの動特性として、粘
性、慣性、クーロン摩擦からなるモデルを考えたもので
ある。加減速フィルタ３ａはＸＹテーブル４２ａの指令
動作軌跡をもとに滑らかな加減速パターンを生成し、
Ｘ，Ｙの各電動機への滑らかな時系列データを出力す
る。粘性補償器５ａでは次式により粘性補償量ＦＦｃを
決定する。ＦＦｃ＝ｃ・（ｄｘ／ｄｔ） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（５）ここで、ｃは粘性パラメータ、ｘは加減速フィルタの出
力で滑らかな目標応答値である。また、慣性補償器５ｂ
では次式により慣性補償量ＦＦｉを決定する。ＦＦｉ＝Ｉ・（ｄ²ｘ／ｄｔ²） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（６）ここで、Ｉは慣性パラメータである。さらに、摩擦補償
器５ｃでは次式により摩擦補償量ＦＦｆを決定する。ＦＦｆ＝Ｆ・ｓｇｎ（ｄｘ／ｄｔ）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（７）ここで、Ｆは摩擦パラメータである。目標応答値ｘは滑
らかに生成されているため、（５），（６），（７）式
における微分計算は可能である。フィードフォワード操
作量１７ａはＦＦｃとＦＦｉとＦＦｆの和として求め
る。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６２】したがって、この電流指令値をもとに
（９）式で求めたｃ，Ｉ，Ｆの各パラメータは最適なも
のにはならない可能性がある。そこで、ＸＹテーブル４
２ａを動作させた後、（８）式によりｃ，Ｉ，Ｆの各パ
ラメータを求め、その値をフィードフォワード補償器５
で用いて、再びＸＹテーブルを動作させる。この手順を
繰り返すことにより、ｃ，Ｉ，Ｆの各パラメータを望ま
しい値に収束させる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０５Ｂ 11/36 ５０５Ａ 7531−3Ｈ５０７Ｇ 7531−3ＨＧ０５Ｄ 3/12 Ｓ 9179−3ＨＨ０２Ｐ 5/00 Ｆ 7315−5Ｈ (72)発明者丸山寿一尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社産業システム研究所内 (72)発明者森田温尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社産業システム研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】指令値を入力とする前置補償器と、上記
指令値を入力としフィードフォワード操作量を出力とす
るフィードフォワード補償器と、上記前置補償器の出力
信号と制御対象の出力信号との差信号を入力としフィー
ドバック操作量を出力とするフィードバック補償器と、
上記フィードバック操作量とフィードフォワード操作量
とを加算して上記制御対象への操作量を生成する加算器
と、上記フィードバック操作量又は差信号を用いて上記
前置補償器とフィードバック補償器とフィードフォワー
ド補償器とのうちの少なくとも１つを修正するオートチ
ューニング部とを備えた２自由度制御装置。
【請求項２】位置検出器と電流検出器とを備えた電動
機を抑制する電動機のサーボ制御装置において、上記電
動機に対する位置指令値を入力とする前置補償器と、上
記位置指令値を入力としフィードフォワード電流指令値
を出力とするフィードフォワード補償器と、上記前置補
償器の出力信号と上記位置検出器の位置検出値との差信
号を入力としフィードバック電流指令値を出力とする積
分特性を持つフィードバック補償器と、上記フィードバ
ック電流指令値と上記フィードフォワード電流指令値と
を加算して電流指令値を生成する加算器と、上記電動機
の電流検出値をもとにこの電流指令値に上記電動機を流
れる電流が追従するように制御する電流制御部とを設け
たことを特徴とする電動機のサーボ制御装置。
【請求項３】位置検出器と電流検出器とを備えた電動
機を抑制する電動機のサーボ制御装置において、位置指
令値をもとにフィードフォワード電流指令値を決定する
フィードフォワード補償器と、上記位置指令値と上記位
置検出器の位置検出値とをもとにフィードバック電流指
令値を出力とするフィードバック補償器と、上記フィー
ドバック電流指令値と上記フィードフォワード電流指令
値とを加算して電流指令値を生成する加算器と、上記電
動機の電流検出値をもとにこの電流指令値に電動機電流
が追従するように制御する電流制御部と、上記電流検出
値又は電流指令値を用いて上記フィードフォワード部と
上記フィードバック部とのうちの少なくとも１つを修正
するオートチューニング部とを備えたことを特徴とする
電動機のサーボ制御装置。
【請求項４】少なくとも位置検出器と電流検出器を備
えた電動機により機械系を駆動する電動機のサーボ制御
装置において、位置指令値から滑らかな応答目標値を生
成する加減速フィルタと、上記応答目標値をもとにフィ
ードフォワード電流指令値を出力するフィードフォワー
ド補償器と、上記応答目標値と上記位置検出器からの位
置検出値との差信号を入力としフィードバック電流指令
値を出力とする積分特性を持つフィードバック補償器
と、上記フィードフォワード電流指令値と上記フィード
バック電流指令値とを加算して電流指令値を生成する加
算器と、上記電流検出器の電流検出値をもとに上記電流
指令値に上記電動機を流れる電流が追従するように制御
する電流制御部と、上記電流検出値または電流指令値と
上記応答目標値とを用いて最小２乗法により制御対象パ
ラメータを同定し上記フィードフォワード部と上記フィ
ードバック部と上記加減速フィルタとを修正するオート
チューニング部を備えたことを特徴とする電動機のサー
ボ制御装置。
【請求項５】少なくとも位置検出器と電流検出器を備
えた電動機により機械系を駆動する電動機のサーボ制御
装置において、位置指令値から滑らかな応答目標値を生
成する加減速フィルタと、上記応答目標値をもとにフィ
ードフォワード電流指令値を出力するフィードフォワー
ド補償器と、上記応答目標値と上記位置検出器からの位
置検出値との差信号を入力としフィードバック電流指令
値を出力とする積分特性を持つフィードバック補償器
と、上記フィードフォワード電流指令値とフィードバッ
ク電流指令値とを加算して電流指令値を生成する加算器
と、上記電流検出器の電流検出値をもとに上記電流指令
値に上記電動機を流れる電流が追従するように制御する
電流制御部と、上記応答目標値と上記位置検出器の位置
検出値との差信号あるいは上記フィードバック電流指令
値を用いて機械振動の大きさを出力する機械振動検出部
と、上記電流検出値または電流指令値と上記応答目標値
と上記機械振動検出値とを用いて上記フィードフォワー
ド部と上記フィードバック部と上記加減速フィルタとを
修正するオートチューニング部を備えたことを特徴とす
る電動機のサーボ制御装置。
【請求項６】少なくとも位置検出器と電流検出器を備
えた電動機により工作機械を駆動する電動機のサーボ制
御装置において、位置指令値から滑らかな応答目標値を
生成する加減速フィルタと、上記応答目標値をもとにフ
ィードフォワード電流指令値を出力するフィードフォワ
ード補償器と、上記応答目標値と上記位置検出器からの
位置検出値との差信号を入力としフィードバック電流指
令値を出力とする積分特性を持つフィードバック補償器
と、上記フィードフォワード電流指令値とフィードバッ
ク電流指令値とを加算して電流指令値を生成する加算器
と、上記電流検出器の電流検出値をもとに上記電流指令
値に上記電動機を流れる電流が追従するように制御する
電流制御部と、上記応答目標値と上記位置検出器からの
位置検出値との差信号あるいは上記フィードバック電流
指令値を用いて加工時の反力を検知しその結果を表示す
る加工反力表示部とを備えたことを特徴とする電動機の
サーボ制御装置。
【請求項７】少なくとも位置検出器と電流検出器を備
えた電動機により機械系を駆動する電動機のサーボ制御
装置において、位置指令値から滑らかな応答目標値を生
成する加減速フィルタと、上記応答目標値をもとにフィ
ードフォワード電流指令値を出力するフィードフォワー
ド補償器と、上記応答目標値と上記位置検出器からの位
置検出値との差信号を入力としフィードバック電流指令
値を出力とする積分特性を持つフィードバック補償器
と、上記フィードフォワード電流指令値とフィードバッ
ク電流指令値とを加算して電流指令値を生成する加算器
と、上記電流検出器の電流検出値をもとに上記電流指令
値に上記電動機を流れる電流が追従するように制御する
電流制御部と、上記応答目標値と上記位置検出器の位置
検出値との差信号あるいは上記フィードバック電流指令
値を用いて機械系の衝突を検知しその結果を出力する機
械衝突検知部と、上記衝突検知結果により上記位置指令
値を切り換える指令値切り換え部とを備えたことを特徴
とする電動機のサーボ制御装置。
【請求項８】少なくとも位置検出器と電流検出器を備
えた電動機により工作機械を駆動する電動機のサーボ制
御装置において、位置指令値から滑らかな応答目標値を
生成する加減速フィルタと、上記応答目標値をもとにフ
ィードフォワード電流指令値を出力するフィードフォワ
ード補償器と、上記応答目標値と上記位置検出器からの
位置検出値との差信号を入力としフィードバック電流指
令値を出力とする積分特性を持つフィードバック補償器
と、上記フィードフォワード電流指令値とフィードバッ
ク電流指令値とを加算して電流指令値を生成する加算器
と、上記電流検出器の電流検出値をもとに上記電流指令
値に上記電動機を流れる電流が追従するように制御する
電流制御部と、ＮＣプログラムをもとに現在の動作が加
工を伴うかどうかを出力する加工実行判定部と、上記応
答目標値と上記位置検出器からの位置検出値との差信号
あるいは上記フィードバック電流指令値と上記加工実行
判断部からの出力とを用いて機械系の衝突を検知しその
結果を出力する機械衝突検知部と、上記衝突検知結果に
より上記位置指令値を切り換える指令値切り換え部とを
備えたことを特徴とする電動機のサーボ制御装置。