JPH0922304A

JPH0922304A - 振動抑制装置

Info

Publication number: JPH0922304A
Application number: JP7172301A
Authority: JP
Inventors: Shinji Mitsuta; 慎治光田; Kazuhiro Hatake; 一尋畠; Hideaki Kawakami; 秀明川上; Yoshinobu Masutani; 栄伸増谷
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1997-01-21
Also published as: KR970006984A; WO1997003386A1

Abstract

(57)【要約】【課題】機械的なガタのある制御対象について目標位置
追従性能と制振性能を高める制御装置を実現する。【解決手段】制御対象を、アクチュエータと可動部との
間に機械的なガタがある制御モデルとして予め設定す
る。そして、可動部の目標位置追従性能を示す感度関数
に乗ずべき周波数重み関数の関数値については、所定周
波数以下の低周波数域に対応する関数値が、他の周波数
域に対応する関数値よりも大きくなるように決定する。
また、制御対象の振動抑制性能を示す感度関数に乗ずべ
き周波数重み関数の関数値については、制御対象の共振
周波数に対応する関数値が、他の周波数域に対応する関
数値よりも大きくなるように決定する。また、制御モデ
ルの機械的ガタに対するロバスト安定性を評価する評価
関数（相補感度関数で代表される）に乗ずべき周波数重
み関数の関数値については、所定周波数以上の高周波数
域に対応する関数値が、他の周波数域に対応する関数値
よりも大きくなるように決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動系を含む構造
物を移動させる運動系の制御に関し、その運動系を制御
することによって同時に振動系に生じる振動を低減させ
るようにし、もって構造物の高速、高精度な移動、位置
決めを可能ならしめる振動抑制装置に関し、とりわけト
ランスファプレスのフィードバーの振動低減に適用して
好適な装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、トランスファプレスの搬送制御
装置、つまりフィードバーの制御装置の構成を示してい
る。

【０００３】同図１に示すように、プレス機械のプレス
角度はプレス角度検出用エンコ−ダ１によって検出さ
れ、そのプレス角度２を示す信号は、軌跡テーブル部３
に入力される。この軌跡テーブル部３は、入力された信
号２とフィードバー１９の目標軌跡とに基づき、プレス
角度２に対応する位置指令４を示す信号を位置制御回路
部７に出力する。

【０００４】位置制御回路部７は、軌跡テ―ブル部３よ
り入力される位置指令４に基づき速度指令９を示す信号
を速度制御回路部１１に出力する。

【０００５】速度制御回路部１１は、位置制御回路部７
より入力される速度指令９に基づきモ―タ駆動指令をサ
ーボモータ１５に出力する。

【０００６】サーボモータ１５は、速度制御回路部１１
より入力されるモ―タ駆動指令に応じて駆動機構１８
（たとえば、ラック・ピニオン機構）を介してフィ―ド
バ―１９を駆動する。

【０００７】このとき、速度制御回路部１１では、モー
タ１５に付設されたタコジェネレータ１６で検出される
速度フィードバック量１３に基づきモータ駆動指令を出
力する。

【０００８】また、速度フィードフォワード部５は、軌
跡テ―ブル部３から出力された位置指令４に基づき、速
度のフィ―ドフォワ―ド制御量６を演算し、これを位置
制御回路部７に加える。また、モータ１５に付設された
エンコーダ１７で検出される位置フィードバック量１４
は位置制御回路部７に加えられる。

【０００９】位置制御回路部７では、速度フィードフォ
ワード量６、位置フィードバック量１４に基づき速度指
令９が生成出力されることになる。

【００１０】このようにトランスファプレスのフィ―ド
バ―１９は、フィードバック制御あるいはフィードフォ
ワード制御により駆動されており、フィードバー１９を
目標軌跡に沿って精度よく追従させることは可能であ
る。

【００１１】しかし、フィ―ドバ―１９が所定位置に位
置決めされる際に発生する中央部の振動を抑制すること
は極めて困難であった。

【００１２】すなわち、トランスファプレスでは、フィ
ードバーによりワ―クが次行程の金型へ順次搬送される
が、次行程の金型にワークを位置決めしようとすると
き、ワークを把持しているフィ−ドバ―が振動してしま
う。この結果、ワ―クの位置決め不良が発生しやすくな
る。しかも、生産スピ―ド（搬送速度）が速くなるにつ
れ、振動は大きくなるため、ある一定以上に生産スピ―
ドを上げることができないという制限があり、生産効率
の低下を招く原因であった。

【００１３】ただし、図１のセミクローズドループ制御
系において、速度フィ―ドバック量１３をフィ―ドバ―
１９から直接取るフルクロ―ズドル―プ制御系にすれ
ば、機械系の振動をある程度抑えることはできる。

【００１４】しかし、このようにすると、機械系が速度
フィ―ドバックループ内に含まれるため、機械系の諸特
性、特に機械的ガタ（たとえばラックとピニオンとの間
のガタ）が、速度ル―プに悪影響を与える。これによ
り、モ―タ１５とフィ―ドバ―１９との間に速度差がな
い、つまり本来なら振動が発生していない状況下におい
ても、上記機械諸特性がフィ―ドバックされることによ
り速度ル―プが不安定となり、フィ―ドバ―１９が運動
中あるいは位置決め時に、逆に振動が発生しやすくなる
という問題が招来する。

【００１５】そこで、フィ―ドバ―１９の目標位置追従
性を損なわずに、外乱による負荷の変動を抑制するため
に、制御ゲインを低周波数領域で高くするとともに、位
置ル―プや速度ル―プなどに重畳する比較的周波数の高
いセンサノイズの影響を小さくするために制御ゲインを
高周波数領域で低くするという手法が用いられていた。

【００１６】ここに、Ｈ∞制御理論を用いて、感度特性
とロバスト安定性のトレードオフ（折り合い）を図ると
いう手法は、たとえば特開平６ー１１３５７８号公報に
その技術が開示されている。

【００１７】Ｈ∞制御理論は、周知のように、制御対象
に関するＨ∞ノルムが所定値以下となるように、制御対
象の感度関数および相補感度関数等、ロバスト安定性を
評価する評価関数に乗ずべき周波数重み関数の関数値を
決定し、これによりコントローラの周波数特性（周波数
伝達関数）を決定するという理論である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示された技術は、速応性や追従性を示す感度特性
と、軸ねじり振動や制御パラメータ変動等に対するロバ
スト安定性の改善を図らんとしているとはいえ、実際に
は、被制御対象自体に発生する振動や軸のねじり振動な
どを防ぐことは困難であり、そのような振動によって被
制御対象の高速、高精度な制御が阻まれる場合がしばし
ば生じる。

【００１９】とりわけ、フィードバー１９の搬送制御に
適用した場合、フィ―ドバ―１９全体の安定性を保証す
るために制御ゲインをどのように設定するかという部分
が勘と経験にまかされていたため、フィ―ドバ―１９自
体に発生する振動やモ―タ軸のねじり振動などを防ぐこ
とはきわめて困難となる。

【００２０】また、振動低減に関する他の従来の方法と
して、以下のような方法が挙げられる。

【００２１】１）フィードバー１９に軽量、高剛性の材
料を用いることにより振動を発生しにくくする。

【００２２】２）フィードバー１９にシリンダ等の動吸
振器を装着することにより振動を低減する。

【００２３】しかしながら、これらの方法１）、２）で
は、以下のような問題がある。

【００２４】まず、１）の軽量、高剛性の材料を使うと
いう方法では、一般に材料が高価となるとともに、加工
性や耐久性といった問題が生じる。また、そのような材
料を使用すれば、振動の振幅は小さくなるものの、残留
振動の減衰性は依然として向上しないままとなる。

【００２５】また、２）の動吸振器等を装着するという
方法では、共振周波数に応じてチューニングの必要があ
る。また、既存の装置に適用するには、既存の装置自身
に大きな改造が必要となり、高コストを招来する。

【００２６】本発明は、こうした問題点を解決するため
になされたものであり、フィードバー等、機械的ガタが
存在する被制御対象に発生する振動を、目標位置追従性
能を損なうことなく達成するようにして、被制御対象の
高速、高精度な制御を実現できるようにするとともに、
高価な材料の使用や、既存の装置の改造を要することな
く、簡易に制御装置を構成できるようにすることを目的
とするものである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の主た
る発明では、目標位置に位置決めされる可動部と、前記
可動部を駆動するアクチュエータと、前記目標位置を示
す信号に基づき前記可動部を前記目標位置に位置決めす
るための駆動指令信号を、前記アクチュエータに対して
出力するコントローラとを備え、Ｈ∞制御理論に基づき
前記可動部と前記アクチュエータとからなる制御対象の
Ｈ∞ノルムが所定値以下となるように、前記制御対象の
感度関数およびロバスト安定性を評価する評価関数に乗
ずべき周波数重み関数の関数値を決定することにより、
前記コントローラの周波数特性を決定するようにした振
動抑制装置において、前記制御対象を、前記アクチュエ
ータと前記可動部との間に機械的なガタがある制御モデ
ルとして予め設定しておき、前記可動部の目標位置追従
性能を示す感度関数に乗ずべき周波数重み関数の関数値
については、所定周波数以下の低周波数域に対応する関
数値が、他の周波数域に対応する関数値よりも大きくな
るように決定し、かつ、前記制御対象の振動抑制性能を
示す感度関数に乗ずべき周波数重み関数の関数値につい
ては、前記制御対象の共振周波数に対応する関数値が、
他の周波数域に対応する関数値よりも大きくなるように
決定するようにし、かつ、前記制御モデルの前記機械的
ガタに対するロバスト安定性を評価する評価関数に乗ず
べき周波数重み関数の関数値については、所定周波数以
上の高周波数域に対応する関数値が、他の周波数域に対
応する関数値よりも大きくなるように決定している。

【００２８】ここで、可動部の目標位置追従性能を示す
感度関数は、具体的には、目標位置を入力信号とし、可
動部の現在位置と目標位置との偏差を出力信号とする伝
達関数のことである。

【００２９】また、制御対象の振動抑制性能を示す感度
関数は、具体的には、制御対象に加わる外乱を入力信号
とし、制御対象の振動量を出力信号とする伝達関数のこ
とである。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る振動抑制装置の実施の形態について説明する。

【００３１】この実施例では、図５に示すように、トラ
ンスファプレス１００、２００間でワークを矢印方向に
搬送するフィードバー１９で発生する振動の抑制に、本
発明を適用した場合を想定している。

【００３２】図６は、フィードバー１９の動作を説明す
る図である。

【００３３】すなわち、フィ―ドバ―１９は、２本のバ
―と、ワークを把持するフィンガ―とからなり（図５参
照）、ワークを挟む動作（クランプ）、金型と干渉しな
い位置まで持上げる動作（リフトアップ）、次行程の金
型ステ―ションまで搬出，位置決めする動作（アドバン
ス）、金型にワークをセットさせる動作（リフトダウ
ン）、ワークを離し、上型とフィンガ―が干渉しない位
置までフィ―ドバ―を退避させる動作（アンクラン
プ）、次の加工サイクルにてワークを搬送するために原
点位置まで戻る動作（リタ―ン）を、順次繰り返し行う
ものである。

【００３４】図２、図３および図４は、各実施例装置を
示すブロック図であり、図１の従来装置と同様の機能の
ものには同じ符号を付与している。

【００３５】すなわち、これら図に示すように、プレス
機械のプレスクランク軸の角度はプレス角度検出用エン
コ−ダ１によって検出され、そのプレス角度２を示す信
号は、軌跡テーブル部３に入力される。この軌跡テーブ
ル部３は、入力された信号２と、予め記憶されたフィー
ドバー１９の目標軌跡とに基づき、プレス角度２に対応
する位置指令４（上記目標軌跡上の）を示す信号を位置
制御回路部７に出力する（図２、図４の場合）かＨ∞制
御器８に出力する（図３の場合）。

【００３６】図２、図４の位置制御回路部７は、軌跡テ
―ブル部３より入力される位置指令４に基づき速度指令
９を示す信号をＨ∞制御器８に出力する。

【００３７】サーボアンプである速度制御回路部１１
は、Ｈ∞制御器８で演算出力される速度指令１０に基づ
きモ―タ駆動指令を生成し、これをサーボモータ１５に
出力する。

【００３８】サーボモータ１５は、速度制御回路部１１
より入力されるモ―タ駆動指令に応じて駆動機構１８
（たとえば、ラック・ピニオン機構）を介してフィ―ド
バ―１９を駆動する。

【００３９】このとき、速度制御回路部１１では、モー
タ１５に付設されたタコジェネレータ１６で検出される
速度フィードバック量１３に基づきモータ駆動指令を出
力する。

【００４０】また、図２、図４に示す速度フィードフォ
ワード部５は、軌跡テ―ブル部３から出力された位置指
令４に基づき、速度のフィ―ドフォワ―ド制御量６を演
算し、これを位置制御回路部７に加える。また、モータ
１５に付設されたエンコーダ１７で検出される位置フィ
ードバック量１４は、位置制御回路部７に加えられる
（図２、図４の場合）。

【００４１】よって、図２、図４に示す位置制御回路部
７では、速度フィードフォワード量６、位置フィードバ
ック量１４に基づき速度指令９が生成出力されることに
なる。

【００４２】図３の場合、位置フィードバック量１４
は、Ｈ∞制御器８に加えられる。

【００４３】図４の装置では、フィードバー１９で発生
する振動を検出する振動検出器２０がフィードバー１９
に付設されており、この振動検出器２０で検出された振
動信号２１がＨ∞制御器８に出力されるようになってい
る。

【００４４】Ｈ∞制御器８は、Ｈ∞制御理論により設計
されたコントローラであり、フィ―ドバ―１９の振動加
速度が最小となるような速度指令１０を演算する。

【００４５】このＨ∞制御器８の入力信号としては、以
下の（１）〜（３）の信号のうちのいづれか１つ以上の
信号である。

【００４６】（１）軌跡テ―ブル部３より出力されるフ
ィ―ドバ―１９の目標位置４と実際のフィ―ドバ―１９
の移動位置１４との偏差を示す信号９（２）軌跡テ―ブル部３より出力されるフィ―ドバ―１
９の目標位置４を示す信号と実際のフィ―ドバ―１９の
移動位置１４を示す信号（３）フィ―ドバ―１９の振動信号２１すなわち、図２の装置では、Ｈ∞制御器８の入力信号
は、上記（１）に示す入力信号９となっており、また図
３の装置では、Ｈ∞制御器８の入力信号は、上記（２）
に示す入力信号４、１４となっており、また図４の装置
では、Ｈ∞制御器８の入力信号は、上記（１）、（３）
に示す入力信号９、２１となっている。

【００４７】可動部であるフィ―ドバ―１９が、モ―タ
１５の回転力により加減速運動すると、フィ―ドバ―１
９に働く慣性力によりフィ―ドバ―１９は変形する。フ
ィ―ドバ―１９には、同時にその変形量に応じて復原力
が働くために、特に次工程位置への位置決め時（次工程
への搬送終了時）に振動が生じることになる。

【００４８】フィ―ドバ―１９の移動、位置決めの制御
は、一般的には、図１に示すように、位置制御回路部７
によってフィードバックバック制御として行われる。す
なわち、位置制御回路部７によってフィ―ドバ―１９の
目標位置４と現在位置１４との偏差が取られ、当該偏差
に適切な係数が掛けられたものが、必要に応じて低減通
過フィルタ等を通されて速度制御回路部１１に出力され
る。

【００４９】本発明に係る図２、図４に示す実施例装置
では、さらに、この位置制御部７と速度制御回路部１１
の間に、Ｈ∞制御器８が挿入されるとともに、さらに図
４の装置では、フィ―ドバ−１９の振動変位（振動量）
を検出する振動検出器２０がフィードバー１９に装着さ
れている。

【００５０】こうした装置が付加されることで、振動検
出器２０の出力２１がＨ∞制御器８に取り込まれ、フィ
ードバー１９の振動を減衰させるための適切な制御演算
が施され、この結果、フィードバ―１９で振動が発生し
ないようにフィ―ドバ―１９を移動させることができる
とともに、フィ―ドバ―１９の停止時に外力等によりフ
ィ―ドバ―１９に生じた振動を速やかに減衰させること
ができるようになる。Ｈ∞制御器８の制御アルゴリズム
は、その検出できる量が位置制御回路部７の出力９と振
動検出器２０の出力２１の２つであり、出力フィ―ドバ
ックの形態となる。

【００５１】Ｈ∞制御器８を振動系の制御という視点で
見る場合、振動検出器２０から振動量２１をフィ―ドバ
ックしている制御は、フィ―ドバ―１９に減衰を付加す
る制御に相当する。

【００５２】一方、フィ―ドバ―１９の位置決めのため
に位置制御回路部７から入力している位置偏差信号であ
る速度指令信号９は、振動系にとっては、振動を起こす
外乱信号にあたるものであり、Ｈ∞制御器８は、この外
乱信号に対してフィ―ドフォワ―ド制御によりフィ―ド
バ―１９に生じる振動を励起しないようにフィードバー
１９を移動させる制御を行うものである。

【００５３】つぎに、Ｈ∞制御器８の制御アルゴリズム
の設計方法の１つとして、μーシンセシス法を用いた制
御法について説明する。まず、実施例装置の制御対象で
あるモータ１５、駆動機構１８、フィードバー１９を、
図７に示すように、３つの質量（マス）がバネと減衰
（ダンパ）によって結合されているものと仮定して、線
形モデル化する。

【００５４】すなわち、モ―タ１５とフィードバー１９
との間の駆動機構１８、つまり例えばラック・ピニオン
機構による結合を、硬めのバネｋ2とダンパｃ2による結
合として扱い、さらにこの結合部に未知の外力ｆgが加
わるものとする。つまり、駆動機構１８で発生する機械
的ガタによる非線形性を、外力ｆgで表すものとする。

【００５５】ここで、モータ１５の等価質量ｍm、フィ
ードバー１９の等価質量ｍ1、ｍ2、等価剛性ｋ1、ｋ2、
等価減衰ｃ1、ｃ2は、インパクト加振等の手法により伝
達関数や時間応答を測定することにより実験的に求める
ことができる。

【００５６】図７の制御モデルに対して運動方程式を立
てると、次式（１）、（２）、（３）が得られる。

【００５７】ここで、ｘm、ｘ1、ｘ2は、それぞれ質量ｍm、ｍ1、ｍ2
の絶対座標系ｘにおける位置、ｆd は質量ｍ2 に働く外
乱力、ｆmはサーボモータ１５の駆動力をそれぞれ表し
ている。

【００５８】サ―ボモ―タ１５に関しては、その入力信
号に対する駆動トルクの応答を１次遅れ系とみなし、そ
の時定数をτ、ゲインをａとする。モ―タ１５への入力
信号を、速度指令ｕと実速度ｘm・との誤差に係数Ｋvが
かけられた信号であるとすると、サ―ボモ―タ１５の駆
動力ｆm に関して次式（４）の関係が成り立つ。

【００５９】以上の（１）〜（４）式をまとめると、次式（５）に示
す状態方程式が得られる。

【００６０】ここで、行列ｘは、状態変数を表しており、次式（６）
で定義される。

【００６１】ここで、Ｈ∞制御器８が直接検出して利用できる情報
は、フィ―ドバ−１９中央部の加速度ｙ1と、モ−タ１
５の目標軌道４と実軌道１４との誤差ｙ2であるとする
と、制御対象の制御出力ｙ＝［ｙ1 ｙ2］を求める出力
方程式は、次式（７）のように書き表わされる。

【００６２】この結果、状態方程式および出力方程式は、以下
（８）、（９）式のように記述される。

【００６３】このとき、制御対象（プラント）Ｐを次式（１０）のよ
うに定義する。

【００６４】このようにして得られた制御モデルを元にしてＨ∞制御
理論に基づき、Ｈ∞制御器８の周波数特性を決定すれば
よい。

【００６５】すなわち、Ｈ∞制御器８には、以下の事項
が要求される（ａ）可動部であるフィードバー１９（モータ１５）の
位置を、その指令位置に追従させる。

【００６６】（ｂ）フィードバー１９に生じる振動を速
やかに減衰させる。

【００６７】（ｃ）モデルで考慮していない高次モード
等のダイナミクスに対して安定である（ロバスト安定
性）。

【００６８】このような要求は、以下のようにして考え
ることができる。

【００６９】まず、上記（ａ）の要求は、アクチュエー
タであるモータ１５（フィードバー１９）の目標位置４
を入力信号とし、実際の位置１４と目標位置４との偏差
を出力信号とする伝達関数を、小さく抑えることにより
実現できる。

【００７０】また、上記（ｂ）の要求は、振動を励起す
るような外乱ｆdを入力信号とし、振動量２１（ｘ2ーｘ
1）を出力信号とする伝達関数を、小さく抑えることに
より実現される。

【００７１】さらに、上記（ｃ）の要求は、制御対象の
比較的高周波域での非モデル化モードを加法的誤差や乗
法的誤差として扱い、これらの不確かさに対してロバス
ト安定になるようにすることで実現される。

【００７２】しかしながら、一つの制御信号ｕによって
振動と運動が行われる制御対象のコントローラを設計し
ようとするとき、上記要求（ａ）〜（ｃ）は互いに従属
な関係にあり、トレードオフが存在する。

【００７３】このうち、上記要求（ａ）、（ｂ）につい
ては、制御モデルのパラメータのみに依存しており、も
ともと互いに従属の関係にある。

【００７４】したがって、一つのアクチュエータである
モータ１５によって運動と振動の制御が行われる制御対
象の場合、制振性能と目標位置追従性能のトレードオフ
が図られるように、周波数領域において両者を分離して
考えればよい。

【００７５】また、感度関数を小さくすれば相補感度関
数が大きくなり、逆に相補感度関数が小さくなれば感度
関数が大きくなるように、制御性能とロバスト安定性と
の間にもトレードオフが必ず存在する。

【００７６】したがって、これらのトレードオフが図ら
れるように、周波数領域において両者を分離して考えれ
ばよい。

【００７７】さて、モータ１５とフィードバー１９との
間には、前述したように機械的なガタが存在する。よっ
て、上記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に加え、（ｄ）機械的
ガタによる悪影響を抑える。

【００７８】ことが不可欠となる。この機械的ガタとい
う外乱に対しては制御を積極的に行わないようにすれば
よい。つまり、ガタという外乱から制御入力への感度を
抑えるロバスト安定化の問題として捕らえればよい。

【００７９】そこで、要求（ａ）に対しては、目標位置
追従性能を示す感度関数に乗じる周波数重み関数の関数
値を低周波数域において大きくし、また要求（ｂ）に対
しては、振動制御性能を示す感度関数に乗じる周波数重
み関数の関数値を共振周波数域において大きくし、また
要求（ｃ）に対しては、制御対象の不確定さに対するロ
バスト安定性を評価する相補感度関数等の評価関数に乗
じる周波数重み関数の関数値を高周波域において大きく
し、さらに要求（ｄ）に対しては、制御対象の機械的ガ
タに対するロバスト安定性を評価する評価関数に乗じる
周波数重み関数の関数値を高周波域において大きくする
よう設定することによって、通常なら相矛盾する要求を
両立させるようにしている。

【００８０】なお、要求（ａ）、（ｂ）、（ｄ）のみを
満たすようにしてもよい。

【００８１】以下、モデルの不確かさに対するロバスト
安定性を保証する相補感度関数等の評価関数を、最大許
容不確かさ関数と呼び、機械的ガタに対するロバスト安
定性を保証する評価関数を、ガタ不確かさ関数と呼ぶこ
とにする。

【００８２】これら要求（ａ）〜（ｄ）を考慮した上
で、μーシンセシスの制御問題として考える。すると、
図８に示すように、一般化プラントと構造的不確かさを
有する系の安定化の問題として扱うことができる。

【００８３】図８において、Δは、大きさ１未満の任意
の安定な伝達関数である。

【００８４】また、Ｐは、制御対象の線形モデルを表
し、次式（１１）で示される伝達関数である。

【００８５】制御対象のモデルパラメ―タは、下表の通りとする。

【００８６】いま、振動系の振動制御性能を示す感度関数に乗じる周
波数重み関数をＷpf1、目標位置追従性能を示す感度関
数に乗じる周波数重み関数をＷpf2、線形モデルＰの出
力であるフィードバー加速度（ｘ2の２階微分値）およ
びモータの位置ｘmに関する最大許容不確かさ関数に乗
じる周波数重み関数をＷad1、Ｗad2、ガタ不確かさ関数
に乗じる周波数重み関数をＷrtとする。

【００８７】そこで、制振性能を決める周波数重み関数
Ｗpf1については、制振しようとする１次の共振周波数
付近において関数値が最大となり、他の低周波数帯、高
周波数帯の関数値が共振周波数の関数値より小さくなる
ように設定する。

【００８８】また、目標位置追従性能を決める周波数重
み関数Ｗpf2については、低周波数域において関数値が
大きくなり、他の高周波数域では関数値が小さくなるよ
う設定する。

【００８９】また、最大許容不確かさ関数およびガタ不
確かさ関数に乗じる周波数関数Ｗad1、Ｗad2、Ｗrtにつ
いては、高周波数域において関数値が大きくなり、他の
低周波数域では関数値が小さくなるよう設定する。

【００９０】この結果、これら各周波数重み関数Ｗpf
1、Ｗpf2、Ｗad1、Ｗad2、Ｗrtの周波数特性は、図９
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）にそれぞれ示
すように設定される。また、これら周波数重み関数Ｗpf
1、Ｗpf2、Ｗad1、Ｗad2、Ｗrtは、次式（１２）〜（１
６）のごとく表される。

【００９１】以上のようにして各周波数重み関数Ｗpf1、Ｗpf2、Ｗad
1、Ｗad2、Ｗrtが設定されると、これらに基づきＨ∞制
御理論によりＨ∞ノルムが所定値以下となるように、制
御器Ｋ、つまりＨ∞制御器８の周波数特性が決定される
ことになる。

【００９２】つぎに、図３に示す実施例装置を、２自由
度制御とみたときの設計手順について説明する。

【００９３】図１０は、２自由度制御の基本構造であ
り、サ―ボフィ―ダの制御モデルをＰとし、フィ―ドバ
ック制御器の測定量をｙ、被制御量をｚとして、ｒから
ｚへの伝達特性を改善することを考える。Ｐの右既約分
解を、とおくと、ｒからｚへの伝達特性がＮ1Ｔとなり、フィ
―ドバック制御器であるＫがＮ1Ｔに影響しない。

【００９４】本実施例装置（図３）に適用した場合にお
ける２自由度制御＋Ｈ∞制御器の構成を、図１１に示し
ている。この制御系の設計手順としては以下のようにな
る。（１）フィ―ドバック特性を改善するようにＨ∞制御
を用いて、制御器Ｋ1 、Ｋ2 を設計する。

【００９５】（２）ｒからｚへの伝達特性Ｎ1Ｔが望ま
しくなるようにＴを設計する。

【００９６】（３）Ｋ1 、Ｋ2とＴを用いて制御器を構
成する。

【００９７】図１１に示すように、位置フィ―ドバック
については、予め位置偏差に対して定数Ｋ2をかける定
数ル―プゲインとしており、加速度フィ―ドバックに対
してＨ∞制御を施すようにしている。位置フィードバッ
クに関しては、たとえば下記（１８）に示すような値の
定数Ｋ2を用いることができる。

【００９８】加速度フィ―ドバックＫ1 に関しては、図１２のよう
に、一般化プラントおよび構造的不確かさのモデルを用
いて、Ｈ∞制御理論により設計する。

【００９９】ここで、図８の場合と同様にして、制振性
能を決める周波数重み関数Ｗpf1については、制振しよ
うとする１次の共振周波数付近において関数値が最大と
なり、他の低周波数帯、高周波数帯の関数値が共振周波
数の関数値より小さくなるように設定する。

【０１００】また、目標位置追従性能を決める周波数重
み関数Ｗpf2については、低周波数域において関数値が
大きくなり、他の高周波数域では関数値が小さくなるよ
う設定する。

【０１０１】また、最大許容不確かさ関数およびガタ不
確かさ関数に乗じる周波数関数Ｗad1、Ｗad2、Ｗrtにつ
いては、高周波数域において関数値が大きくなり、他の
低周波数域では関数値が小さくなるよう設定する。

【０１０２】各周波数重み関数Ｗpf1、Ｗpf2、Ｗad1の
周波数特性は、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にそれぞ
れ示すように設定される。また、これら周波数重み関数
Ｗpf1、Ｗpf2、Ｗad1は、次式（１９）〜（２１）のご
とく表される。

【０１０３】また、２自由度制御則のパラメ―タＴ、Ｄ、Ｎ2（加速
度フィードバック側）、Ｎ2（位置フィードバック
側）、Ｋ1（加速度フィードバック側）は、図１４
（ａ）〜（ｅ）に示す周波数特性を有するフィルタを用
いている。

【０１０４】なお、上述した２自由度制御については、
たとえば文献「制御系設計−Ｈ∞制御とその応用」（シ
ステム情報学会編／細江繁幸，荒木光彦監修／朝倉書
店）にに示されるよう公知の技術である。

【０１０５】図１５〜図１７は、フィ―ドバ―１９が位
置決めされたときの振動変位の時間変化の様子を示して
いる。

【０１０６】生産スピ―ド（フィードバーの速度）が、
１５ＳＰＭの場合、２０ＳＰＭの場合、２７ＳＰＭの場
合をそれぞれ示している。

【０１０７】図１５は、従来の制御を行ったときの振動
変位を示しており、生産スピ―ドにほぼ比例して振幅が
大きくなっていることがわかる。

【０１０８】図１６は、本実施例のＨ∞制御を行ったと
きの振動変位を示しており、図１５に示す従来の制御法
に比べて、全体的に振幅が小さくなっていることがわか
る。図１７は、本実施例のＨ∞制御＋２自由度制御を行
ったときの振動変位を示しており、図１５の従来の場合
ばかりか図１６の本実施例の場合との比較においても、
オ―バ―シュ―トがほとんど発生していないことがわか
る。

【０１０９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
周波数領域を、低周波数域と共振周波数域と高周波数域
に分離して、目標位置追従性能と制振性能と制御対象の
機械的ガタに対するロバスト安定性のトレードオフを図
るようにしている。

【０１１０】このため、高価な材料の使用や、既存の装
置の改造を要することなく、簡易に制御装置を構成する
ことができるようになる。

【０１１１】また、機械的なガタがある制御対象につい
て目標位置追従性能と制振性能を同時に満足することが
できるため、制御対象の振動系において振動を引き起こ
すことなく運動指令に速やかに追従させることができる
ようになり、制御対象の高速、高精度な制御が実現され
る。

【０１１２】とりわけ、フィ―ドバ―の振動の抑制に適
用した場合には、フィ―ドバ―の振動を最小限に抑える
ことができるため、ワ―ク搬送時に位置決め不良が発生
することがなくなる。この結果、トランスファプレスの
生産スピ―ドに余裕が生れ、生産効率を飛躍的に向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は従来装置の構成を示す図である。

【図２】図２は実施例装置の構成を示す図である。

【図３】図３は実施例装置の構成を示す図である。

【図４】図４は実施例装置の構成を示す図である。

【図５】図５はトランスファプレスの外観を示す斜視図
である。

【図６】図６はフィードバーの動作を説明する図であ
る。

【図７】図７は制御対象の制御モデル図である。

【図８】図８は実際の制御対象の不確かさを考慮した制
御ブロック図である。

【図９】図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）
は、周波数重み関数の周波数特性を示す図である。

【図１０】図１０は２自由度制御の基本的な構造を説明
する図である。

【図１１】図１１は２自由度制御を実施例装置に適用し
た場合を説明する図である。

【図１２】図１２は実際の制御対象の不確かさを考慮し
た制御ブロック図である。

【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、周波数重
み関数の周波数特性を示す図である。

【図１４】図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、
（ｅ）は、２自由度制御則のパラメータのフィルタの周
波数特性を示す図である。

【図１５】図１５はフィードバーの振動変位の時間変化
を示す図である。

【図１６】図１６はフィードバーの振動変位の時間変化
を示す図である。

【図１７】図１７はフィードバーの振動変位の時間変化
を示す図である。

【符号の説明】

８Ｈ∞制御器１５サーボモータ１８駆動機構１９フィードバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者増谷栄伸石川県小松市八日市町地方５株式会社小松製作所産機事業本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】目標位置に位置決めされる可動部
と、前記可動部を駆動するアクチュエータと、前記目標
位置を示す信号に基づき前記可動部を前記目標位置に位
置決めするための駆動指令信号を、前記アクチュエータ
に対して出力するコントローラとを備え、Ｈ∞制御理論
に基づき前記可動部と前記アクチュエータとからなる制
御対象に関するＨ∞ノルムが所定値以下となるように、
前記制御対象の感度関数およびロバスト安定性を評価す
る評価関数に乗ずべき周波数重み関数の関数値を決定す
ることにより、前記コントローラの周波数特性を決定す
るようにした振動抑制装置において、前記制御対象を、前記アクチュエータと前記可動部との
間に機械的なガタがある制御モデルとして予め設定して
おき、前記可動部の目標位置追従性能を示す感度関数に乗ずべ
き周波数重み関数の関数値については、所定周波数以下
の低周波数域に対応する関数値が、他の周波数域に対応
する関数値よりも大きくなるように決定し、かつ、前記制御対象の振動抑制性能を示す感度関数に乗ずべき
周波数重み関数の関数値については、前記制御対象の共
振周波数に対応する関数値が、他の周波数域に対応する
関数値よりも大きくなるように決定するようにし、か
つ、前記制御モデルの前記機械的ガタに対するロバスト安定
性を評価する評価関数に乗ずべき周波数重み関数の関数
値については、所定周波数以上の高周波数域に対応する
関数値が、他の周波数域に対応する関数値よりも大きく
なるように決定した、振動抑制装置。
【請求項２】目標位置に位置決めされる可動部
と、前記可動部を駆動するアクチュエータと、前記目標
位置を示す信号に基づき前記可動部を前記目標位置に位
置決めするための駆動指令信号を、前記アクチュエータ
に対して出力するコントローラとを備え、Ｈ∞制御理論
に基づき前記可動部と前記アクチュエータとからなる制
御対象に関するＨ∞ノルムが所定値以下となるように、
前記制御対象の感度関数およびロバスト安定性を評価す
る評価関数に乗ずべき周波数重み関数の関数値を決定す
ることにより、前記コントローラの周波数特性を決定す
るようにした振動抑制装置において、前記制御対象を、不確定要素が存在し、かつ前記アクチ
ュエータと前記可動部との間に機械的なガタがある制御
モデルとして予め設定しておき、前記可動部の目標位置追従性能を示す感度関数に乗ずべ
き周波数重み関数の関数値については、所定周波数以下
の低周波数域に対応する関数値が、他の周波数域に対応
する関数値よりも大きくなるように決定し、かつ、前記制御対象の振動抑制性能を示す感度関数に乗ずべき
周波数重み関数の関数値については、前記制御対象の共
振周波数に対応する関数値が、他の周波数域に対応する
関数値よりも大きくなるように決定し、かつ、前記制御モデルの前記不確定要素に対するロバスト安定
性を評価する評価関数に乗ずべき周波数重み関数の関数
値については、所定周波数以上の高周波数域に対応する
関数値が、他の周波数域に対応する関数値よりも大きく
なるように決定し、かつ、前記制御モデルの前記機械的ガタに対するロバスト安定
性を評価する評価関数に乗ずべき周波数重み関数の関数
値については、所定周波数以上の高周波数域に対応する
関数値が、他の周波数域に対応する関数値よりも大きく
なるように決定した、振動抑制装置。
【請求項３】前記可動部の目標位置追従性能を示
す感度関数は、前記目標位置を入力信号とし、前記可動
部の現在位置と前記目標位置との偏差を出力信号とする
伝達関数である請求項１または２記載の振動抑制装置。
【請求項４】前記制御対象の振動抑制性能を示す
感度関数は、前記制御対象に加わる外乱を入力信号と
し、前記制御対象の振動量を出力信号とする伝達関数で
ある請求項１または２記載の振動抑制装置。
【請求項５】前記可動部は、トランスファプレスのフィ
ードバーである請求項１または２記載の振動抑制装置。