JPWO2004092859A1

JPWO2004092859A1 - サーボ制御器

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Publication number: JPWO2004092859A1
Application number: JP2004570853A
Authority: JP
Inventors: 寺田　啓; 啓寺田; 長野　鉄明; 鉄明長野; 高橋　和孝; 和孝高橋; 隆司磯田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: WO2004092859A1; CN100470433C; US7671553B2; GB2414818B; TW200421702A; US20060186845A1; DE10394201T5; TWI220812B; JP4289299B2; GB0520446D0; CN1745352A; GB2414818A

Abstract

この発明のサーボ制御器において、位置フィードバック補正部３は、自軸位置としての第１軸位置ｐｍ１と他軸位置としての第２軸位置ｐｍ２とから第１軸位置フィードバック信号ｐｍｆｂ１を演算し、位置制御部４は、モデル位置ｐａ１と第１軸位置フィードバック信号ｐｍｆｂ１との偏差を減算器５から入力して、位置制御を行い、速度指令を出力する。速度フィードバック補正部６は、自軸速度としての第１軸速度ｗｍ１と他軸速度としての第２軸速度ｗｍ２とから第１軸速度フィードバック信号ｗｍｆｂ１を演算し、速度制御部８は、モデル速度ｗａ１と位置制御部５から出力される速度指令とを加算し、第１軸速度フィードバック信号ｗｍｆｂ１を減算して、補正した速度指令を基にフィードバックのトルク指令Ｔｆｂ１を出力する。

Description

この発明は、負荷としての電動機を位置制御するサーボ制御器に係り、特に複数軸駆動機械の同期制御に適用されるサーボ制御器に関する。

移動台を並列に並べた２つのボールネジで支え、この２つのボールネジの各々に接続した２つのサーボモータを同期制御することによって移動台を駆動する２軸駆動機械がある。２軸駆動機械における移動台は、一般に可動する上位構造物を搭載しており、上位構造物の位置およびこの上位構造物で保持する負荷などによって移動台の重心が変化する。
また、工作機械におけるテーブルや電動式産業用ロボットのアームのような負荷機械を駆動する電動機（直流電動機、誘導電動機、同期電動機など）の位置制御装置に関するものとして、特許文献１（特開平６−３０５７８号公報）に開示された電動機の位置制御装置がある。
特許文献１は、高速応答性を有するとともに、機械振動を生じず、かつ負荷機械の慣性モーメントが変化しても常に一定の応答周波数を有する電動機の位置制御装置を得ることを目的としたもので、
特許文献１における電動機の位置制御装置においては、第１の位置制御回路によって第１の速度信号を得るとともに、機械系模擬回路を制御対象とする第２の位置制御回路によって第２の速度信号を得る。また、第１および第２の速度信号を加算して第３の速度信号を得、第３の速度信号を入力された第１の速度制御回路によって第１のトルク信号を得る。同様にして、第２および第３の速度制御回路から第２および第３のトルク信号を得、第１〜第３のトルク信号を加算した最終トルク信号に追従するように電動機の発生トルクを制御する（第５頁右欄の第２３行目〜第３６行目）。
特許文献１における電動機の位置制御装置においては、第２の位置制御回路、第２の速度制御回路および機械系模擬回路を付加することにより、回転角指令信号の変化に対する位置制御の応答性を改善できる効果がある。また、第３の速度制御回路を付加することにより、負荷トルクの変化に対しても位置制御の応答性を改善できる効果がある。
また、門型等の可動構造物を備えた工作機械等において、その両側の脚部を同期位置決めする制御方式に関し、外乱による非対称性を生じない同期位置制御方式を得ることを目的としたものとして、特許文献２（特開昭６２−２２６２０６号公報）に開示された同期位置制御方式がある。
特許文献２は、可動構造物の両側に、位置指令値に基づき各側を移動させる位置制御系をそれぞれ設け、この両位置制御系で可動構造物の両側を同期位置決めする方式において、可動構造物の両側の移動位置の差分を求め、この差分に補償要素を作用させて補償値を求め、この補償値を各位置制御系にそれぞれフィードバックすることにより、外乱による非対称性の問題を解消するようにしたものである（第２頁左下欄の第３行目〜第１０行目）。
上記特許文献１における電動機の位置制御装置を、２軸駆動機械の制御に適用した時、２軸の負荷イナーシャがバランスしている場合は、第１軸と第２軸が同一の動作を行うので適切な駆動を行うことができる。しかし、２軸の負荷イナーシャにアンバランスがある場合は、第１軸と第２軸の動作が一致しないので、第１軸の実位置と第２軸の実位置との間に偏差（軸間位置偏差）を生じ、この軸間位置偏差は移動台の位置決め精度を悪化させるとともに、機械に応力を発生させるため、機械の寿命を劣化させ、最悪の場合には機械の損傷を引き起こすという問題点があった。
したがって、上記特許文献１における電動機の位置制御装置は、大きな負荷アンバランスが存在するような２軸駆動機械の制御には適用できないという問題点があった。
また、上記特許文献２における同期位置制御方式は、２つの位置制御系の位置の差分（軸間位置偏差）を２つの位置指令値にフィードバックし、非対称性を解消するようにしたものであり、２軸駆動機械の制御に適用した時、ある程度の軸間位置偏差の抑制を行うことができるが、大きな軸間位置偏差を抑制するためには、位置指令補正部の応答（ここでは係数Ｈ１）を極めて大きく設定する必要がある。この位置指令補正部の応答を極めて大きく設定した場合には、高剛性の機械であれば問題はないが、剛性の低い機械では機械の発振を引き起こすなど不安定になることがあるという問題点があった。
また、ゲインを高く設定すると、位置検出誤差等が存在した場合に発生する軸間の喧嘩現象を助長することがある。軸間の喧嘩現象が発生すると、軸間で引っ張り合うトルクによりモータが発熱し高速・高精度制御の妨げとなり、最悪の場合には軸間の引っ張り合いによって機械が破損することも考えられるという問題点があった。
したがって、上記特許文献２における同期位置制御方式を低剛性な機械や位置検出誤差が存在するような機械には適用できないという問題点があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、低剛性な機械や位置検出誤差が存在するような２軸駆動機械に適用できるサーボ制御器を得ることを目的とするものである。

この発明のサーボ制御器は、自軸位置と他軸位置とを基に、位置フィードバック信号を補正する位置フィードバック補正部と、前記位置フィードバック補正部から出力される補正位置フィードバック信号から位置制御を行い、速度指令を出力する位置制御部と、自軸速度と他軸速度とを基に、速度フィードバック信号を補正する速度フィードバック補正部と、前記位置制御部から出力された速度指令と前記速度フィードバック補正部から出力された補正速度フィードバック信号とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する速度制御部と、を備えたので、
軸間位置偏差のフィードバックと軸間速度偏差のフィードバックを同時に行うことにより、軸間位置偏差の大幅な抑制効果が得られる。
また、位置フィードバック補正部において、自軸位置と他軸位置との差である軸間位置偏差にフィルタとゲインとをかけた値を使用して位置フィードバック信号を補正するようにしたので、
軸間位置偏差の低周波成分のみをフィードバックすれば高周波成分による振動を励起せずに軸間位置偏差の抑制効果を得ることができる。
さらに、位置フィードバック補正部において、自軸位置と他軸位置との差である軸間位置偏差にかけるゲインを可変にしたので、
ゲインを切り替えることによりマスタースレーブ制御に切り替えることができ、ソフトウェア負荷を増やすことなく多用途に利用することが可能となる。
また、速度フィードバック補正部において、自軸速度と他軸速度との差である軸間速度偏差にフィルタとゲインとをかけた値を使用して速度フィードバック信号を補正するようにしたので、
軸間速度偏差の低周波成分のみをフィードバックすれば高周波成分による振動を励起せずに軸間位置偏差の抑制効果を得ることができる。
さらに、速度フィードバック補正部において、自軸速度と他軸速度との差である軸間速度偏差にかけるゲインを可変にしたので、
ゲインを切り替えることによりマスタースレーブ制御に切り替えることができ、ソフトウェア負荷を増やすことなく多用途に利用することが可能となる。
また、この発明のサーボ制御器は、位置指令を基に、モデル位置、モデル加速度を演算する規範モデル制御部と、このモデル位置と自軸位置との差分から位置制御を行い、速度指令を出力する位置制御部と、この位置制御部から出力された速度指令と自軸速度とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する速度制御部と、前記モデル加速度を自軸位置と他軸位置とにより補正してモデルトルクを演算するモデルトルク演算部と、このモデルトルクと前記フィードバックのトルク指令とを基に、トルク指令を演算する加算器と、を備えたので、
モデルトルク補正部によって軸間位置偏差の補正を行うことにより、フィードフォワード成分による補正ができ、ゲインを上げても不安定になりにくいため、軸間位置偏差の大幅な抑制効果が得られる。
さらに、規範モデル制御部を、位置指令を基に、モデル位置、モデル速度、モデル加速度を演算するように構成するとともに、速度制御部を、前記位置制御部から出力された速度指令と前記モデル速度と自軸速度とを基に、フィードバックのトルク指令を出力するようにしたので、
高加減速指令の用途に対応できる。
また、モデルトルク補正部において、時刻または速度指令波形に応じて補正動作の開始／停止または補正ゲインの変更を行うようにしたので、大きな軸間位置偏差が発生する時に高ゲインとし、残りの期間は低ゲインもしくは補正停止とすることにより、ノイズや外乱の影響を抑え、モデルトルク補正の精度を向上させることが可能となり、軸間位置偏差の抑制性能が向上する。
さらに、モデルトルク補正部において、入力されるモデル加速度にハイパスフィルタを通した値の符号を利用して極性を反転させるようにしたので、
条件によって軸間位置偏差の符号が変化する場合にも適切に補正を行うことができ、軸間位置偏差の抑制性能の向上が得られる。
また、この発明のサーボ制御器は、位置指令を基に、モデル位置、モデル加速度を演算する規範モデル制御部と、自軸位置と他軸位置とを基に、位置フィードバック信号を補正する位置フィードバック補正部と、前記モデル位置と前記位置フィードバック補正部から出力される補正位置フィードバック信号との差分から位置制御を行い、速度指令を出力する位置制御部と、自軸速度と他軸速度とを基に、速度フィードバック信号を補正する速度フィードバック補正部と、前記位置制御部から出力された速度指令と前記速度フィードバック補正部から出力された補正速度フィードバック信号とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する速度制御部と、前記モデル加速度を、他軸モデル加速度ならびに自軸位置と他軸位置とにより補正してモデルトルクを演算するモデルトルク演算部と、このモデルトルクと前記フィードバックのトルク指令とを基に、トルク指令を演算する加算器と、を備えたので、
モデルトルク補正部によって軸間位置偏差の補正を行うことにより、完全なフィードフォワード成分による補正ができ、不安定を引き起こす心配がなく軸間位置偏差の抑制効果が得られる。
さらに、規範モデル制御部を、位置指令を基に、モデル位置、モデル速度、モデル加速度を演算するように構成するとともに、速度制御部を、前記位置制御部から出力された速度指令と前記モデル速度と前記速度フィードバック補正部から出力された補正速度フィードバック信号とを基に、フィードバックのトルク指令を出力するようにしたので、
高加減速指令の用途に対応できる。

第１図は２軸駆動機械の構成を示す図である。
第２図はこの発明の実施の形態１に係る２軸駆動機械に使用されるサーボ制御器の構成を示す図である。
第３図はサーボ制御器における規範モデル制御部１の構成を示す図である。
第４図はサーボ制御器における規範モデル制御部１の他の構成を示す図である。
第５図はこの発明の実施の形態１に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおける位置フィードバック補正部３の構成を示す図である。
第６図はこの発明の実施の形態１に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおける速度フィードバック補正部６の構成を示す図である。
第７図はこの発明の実施の形態１に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおける位置フィードバック補正部３の構成を示す図である。
第８図はこの発明の実施の形態１に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおける位置フィードバック補正部３のゲイン切替えの例を説明する図である。
第９図はこの発明の実施の形態１に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおける速度フィードバック補正部６の構成を示す図である。
第１０図はこの発明の実施の形態２に係る２軸駆動機械に使用されるサーボ制御器の構成を示す図である。
第１１図はこの発明の実施の形態２に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおけるモデルトルク補正部３２ａの構成を示す図である。
第１２図はこの発明の実施の形態２に係る第１軸サーボ制御器１０２ａのモデルトルク補正部３２ａにおいて、ＰＩ補正器４６で、ＰＩ補正に使用する比例ゲインＧｊｐおよび積分ゲインＧｊｉにおけるゲイン切替えの例を説明する図である。
第１３図はこの発明の実施の形態２に係る第１軸サーボ制御器１０２ａのモデルトルク補正部３２ａにおいて、ＰＩ補正器４６で、ＰＩ補正に使用する比例ゲインＧｊｐおよび積分ゲインＧｊｉにおけるゲイン切替えの例を説明する図である。
第１４図はこの発明の実施の形態２に係る第１軸サーボ制御器１０２ａのモデルトルク補正部３２ａにおいて、ＰＩ補正器４６で、ＰＩ補正に使用する比例ゲインＧｊｐおよび積分ゲインＧｊｉにおけるゲイン切替えの例を説明する図である。
第１５図はこの発明の実施の形態３に係る２軸駆動機械に使用されるサーボ制御器の構成を示す図である。
第１６図はこの発明の実施の形態３に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおけるモデルトルク補正部３２ｂの構成を示す図である。
第１７図はこの発明の実施の形態４に係る２軸駆動機械に使用される第１軸サーボ制御器の構成示す図である。
第１８図はこの発明の実施の形態４に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおけるモデルトルク補正部３２ｃの構成を示す図である。

実施の形態１．
第１図により、２軸駆動機械の構成および動作について説明する。
位置指令出力装置１０１は、位置指令ｐｍ＊を第１軸サーボ制御器１０２ａおよび第２軸サーボ制御器１０２ｂに出力する。
第１軸サーボ制御器１０２ａは、位置指令出力装置１０１から出力された位置指令ｐｍ＊と第１軸実位置ｐｍ１とに基づき、トルク指令Ｔｍ＊１を第１軸トルク制御手段１０３ａに出力する。第１軸トルク制御手段１０３ａはトルク指令Ｔｍ＊１に応じて第１軸サーボモータ１０４ａを制御する。
第２軸サーボ制御器１０２ｂは、位置指令出力装置１０１から出力された位置指令ｐｍ＊と第２軸実位置ｐｍ２とに基づき、トルク指令Ｔｍ＊２を第２軸トルク制御手段１０３ｂに出力する。第２軸トルク制御手段１０３ｂはトルク指令Ｔｍ＊２に応じて第２軸サーボモータ１０４ｂを制御する。
第１軸サーボモータ１０４ａ、第２軸サーボモータ１０４ｂは各々第１軸ボールネジ１０５ａ、第２軸ボールネジ１０５ｂに連結されており、両軸を駆動することによって移動台１０６を移動させる。２軸駆動機械における移動台１０６は、上位構造物１０７を搭載しており、上位構造物１０７の位置などによって移動台１０６の重心が変化する。
また、Ｌは軸間（第１軸ボールネジ１０５ａ、第２軸ボールネジ１０５ｂ間）の距離、ｘは軸間の中心位置から上位構造物１０７の中心位置までの距離である。
また、両軸のサーボ制御器間では、互いの実位置情報や実速度情報を交換できる構成となっている。
また、第１軸サーボ制御器１０２ａおよび第２軸サーボ制御器１０２ｂの制御は同様のものであり、以下第１軸サーボ制御器１０２ａを例にサーボ制御器の制御について説明する。
次に、第２図により実施の形態１に係るサーボ制御器の構成および処理について、第１軸サーボ制御器１０２ａを例に説明する。
規範モデル制御部１は、位置指令出力装置１０１（図示せず）から出力された位置指令ｐｍ＊を入力し、モデル位置ｐａ１、モデル速度ｗａ１およびモデル加速度ａａ１を演算して、出力する。
モデルトルク演算部２は、モデル加速度ａａ１に第１軸のイナーシャ設定値Ｊｅ１をかけてモデルトルクＴａ１を出力する。
位置フィードバック補正部３は、自軸位置としての第１軸位置ｐｍ１と他軸位置としての第２軸位置ｐｍ２とから第１軸位置フィードバック信号ｐｍｆｂ１を出力する。位置制御部４は、モデル位置ｐａ１と第１軸位置フィードバック信号ｐｍｆｂ１との偏差を減算器５から入力して、位置制御を行い、速度指令を出力する。
速度フィードバック捕正部６は、自軸速度としての第１軸速度ｗｍ１と他軸速度としての第２軸速度ｗｍ２とから第１軸速度フィードバック信号ｗｍｆｂ１を出力する。演算器７は、モデル速度ｗａ１位置制御部５から出力される速度指令とを加算し、第１軸速度フィードバック信号ｗｍｆｂ１を減算して、補正した速度指令を出力する。速度制御部８は、演算器７から出力された速度指令を基にフィードバックのトルク指令Ｔｆｂ１を出力する。
加算器９は、フィードバックのトルク指令Ｔｆｂ１とモデルトルク演算部２から出力されるモデルトルクＴａ１とを加算して、第１軸のトルク指令Ｔｍ＊１として出力する。
実施の形態１に係るサーボ制御器においては、互いの実位置情報や実速度情報を交換する構成としたものである。第２図では、第１軸サーボ制御器１０２ａにおいて、第２軸位置ｐｍ２および第２軸速度ｗｍ２を使用する例を示した。
次に、第３図により規範モデル制御部１の構成および処理について説明する。規範モデル制御部１は、位置指令より機械の理想動作を模擬するモデル位置ｐａ、モデル速度ｗａ、モデル加速度ａａを出力するものである。
モデル位置制御部１１０は、位置指令出力装置１０１（図示せず）から出力された位置指令ｐｍ＊と機械系模擬部１１２から出力されるモデル位置ｐａとの差分を入力してモデル速度指令を生成し、モデル速度制御部１１１に出力する。モデル速度制御部１１１は、モデル速度指令とモデル速度ｗａの差分を入力してモデル加速度ａａを生成し、機械系模擬部１１２に出力する。機械系模擬部１１２は、モデル加速度ａａを入力してモデル速度ｗａ、モデル位置ｐａを演算する。
また、第４図により規範モデル制御部１の他の構成例および処理について説明する。
位置指令出力装置１０１（図示せず）から出力された位置指令ｐｍ＊とモデル位置ｐａとするとともに、速度フィードフォワード演算部１１３は位置指令ｐｍ＊を入力し、モデル速度ｗａを演算し、出力する。加速度フィードフォワード演算部１１４はモデル速度ｗａを入力し、モデル加速度ａａを演算し、出力する。
速度フィードフォワード演算部１１３および加速度フィードフォワード演算部１１４は、一般には微分器やハイパスフィルタによって構成される。
次に、第５図により第１軸サーボ制御器１０２ａにおける位置フィードバック補正部３の構成および処理について説明する。
減算器１１で、第１軸実位置ｐｍ１と第２軸実位置ｐｍ２との偏差（＝軸間位置偏差）を算出し、フィルタ１２を通した値に、係数器１３で係数Ｇｐ２をかける。また、係数器１４で第１軸実位置ｐｍ１に係数Ｇｐ１をかけた値と係数器１３で係数Ｇｐ２をかけた値とを、加算器１５で加算して、第１軸位置フィードバック信号ｐｍｆｂ１を算出する。
第１軸位置フィードバック信号ｐｍｆｂ１は、位置指令ｐａ１との差分を取って、位置制御に利用される。
軸間位置偏差を入力するフィルタ１２を、ローパスフィルタとすることにより、高周波成分の通過を防ぐことができ、上記特許文献２と比較して振動を励起しにくくなるので、よりゲインを上げることができ軸間位置偏差抑制性能を向上させることが可能となる。
次に、第６図により第１軸サーボ制御器１０２ａにおける速度フィードバック補正部６の構成および処理について説明する。
減算器２１で、第１軸実速度ｗｍ１と第２軸実速度ｗｍ２との偏差（＝軸間速度偏差）を算出し、フィルタ２２をかけた値に、係数器２３で係数Ｇｗ２をかける。また、第１軸実速度ｗｍ１に係数器２４で係数Ｇｗ１をかけた値と係数器２３で係数Ｇｗ２をかけた値とを、加算器２５で加算して、第１軸速度フィードバック信号ｗｍｆｂ１を算出する。
第１軸速度フィードバック信号ｗｍｆｂ１は、速度指令ｗａ１との差分を取って、速度制御に利用される。
軸間速度偏差を入力するフィルタ２２を、ローパスフィルタとすることにより、高周波成分の通過を防ぐことができ、上記特許文献２と比較して振動を励起しにくくなるので、よりゲインを上げることができ軸間速度偏差抑制性能を向上させることが可能となる。
次に、第７図により位置フィードバック補正部３の他の構成例および処理について説明する。第７図に示した係数器１３の係数Ｇｐ２と係数器１４の係数Ｇｐ１をＧｐ１＝−Ｇｐ２＞０となるように設定すると、位置フィードバック補正部は第５図とほぼ等価な構成となる。
第１軸実位置ｐｍ１をハイパスフィルタ１６を通した値と、第２軸実位置ｐｍ２をローパスフィルタ１７を通した値とを、加算器１８で加算し、第１軸位置フィードバック信号ｐｍｆｂ１を出力する。
第７図の構成においては、高周波成分は自軸（第１軸）の実位置をフィードバックし、低周波成分は相手軸（第２軸）の実位置をフィードバックすることになる。その結果、この軸は相手軸位置に従って位置決めを行うマスタースレーブに近い形となるため、位置検出誤差が有った場合でも軸間の喧嘩現象を発生させることがない。
位置フィードバック補正部３における係数器１３の係数Ｇｐ２および係数器１４の係数Ｇｐ１の切替え例を、第８図により説明する。第８図（ａ）は速度指令の変化を示す図、第８図（ｂ）は係数器１４の係数Ｇｐ１の変化を示す図、第８図（ｃ）は係数器１３の係数Ｇｐ２の変化を示す図である。
速度指令発生中は軸間位置偏差が発生するため、第８図（ｃ）に示すように係数器１３の係数Ｇｐ２＞０によって軸間位置偏差の抑制を行い、停止間際および停止後に係数Ｇｐ２＝−Ｇｐ１＝−１とし、マスタースレーブ制御に切替えて軸間の喧嘩を防ぐ。
係数器１３、１４の係数の値を可変にすることにより、容易に制御器の構成を切り替えることができ、軸間位置偏差を抑制しつつ軸間の喧嘩を防ぐことができる。
次に、第９図により速度フィードバック補正部６の他の構成例および処理について説明する。第６図に示した係数器２３の係数Ｇｗ２と係数器２４の係数Ｇｗ１をＧｗ１＝−Ｇｗ２＞０となるように設定すると、速度フィードバック補正部は第９図とほぼ等価な構成となる。
第１軸実速度ｗｍ１をハイパスフィルタ２６を通した値と、第２軸実速度ｗｍ２をローパスフィルタ２７を通した値とを、加算器２８で加算し、第１軸速度フィードバック信号ｗｍｆｂ１出力する。
第９図の構成においては、高周波成分は自軸（第１軸）の実速度をフィードバックし、低周波成分は相手軸（第２軸）の実速度をフィードバックすることになる。その結果、この軸は相手軸速度に従って速度決めを行うマスタースレーブに近い形となるため、速度検出誤差が有った場合でも軸間の喧嘩現象を発生させることがない。
実施の形態１に係るサーボ制御器は位置偏差と速度偏差の両方に対して補正を行うようにしたので、２軸駆動機械の制御に適用した場合は、上記特許文献２よりも低いゲインで同程度の効果が得られるので、より安定に機械の軸間位置偏差抑制を行うことができる。
また軸間位置偏差の高周波成分の通過を防ぐように構成しているため、上記特許文献２に比較して振動を励起にしにくくなり、より低剛性な機械に適用することも可能となる。
また簡単にマスタースレーブ制御に切り替えることができ、軸間の喧嘩を防ぐことができ、位置検出誤差のある機械にも適用することが可能となる。
実施の形態１に係るサーボ制御器は、従来の位置フィードバックおよび速度フィードバックを行っていた部分に、位置フィードバック補正部、速度フィードバック補正部を付け加えるだけでよいため、従来のサーボ制御器から容易に置き換えることが可能である。また、１つの構成で多種の制御構造に切り替えることができるためソフトウェア負荷の低減にも繋がる。
ところで、上記実施の形態１においては、位置指令を基に、モデル位置、モデル速度、モデル加速度を演算する規範モデル制御部を使用した構成とし、位置制御部はモデル位置と位置フィードバック補正部から出力される補正位置フィードバック信号との差分から位置制御を行って、速度指令を出力し、また速度制御部は位置制御部から出力された速度指令とモデル速度と補正速度フィードバック信号とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する例を説明したが、必ずしも規範モデル制御部を使用しなくともよい。ただし、指令パルスが粗いとか位置指令が急変するような場合には、規範モデル制御部を使用することにより、目標値応答が改善される。
実施の形態２．
第１０図により、実施の形態２に係るサーボ制御器の構成および処理について、第１軸サーボ制御器１０２ａを例に説明する。
規範モデル制御部３１は、位置指令出力装置１０１（図示せず）から出力された位置指令ｐｍ＊を入力し、モデル位置ｐａ１、モデル速度ｗａ１およびモデル加速度ａａ１を演算して出力する。
モデルトルク補正部３２ａは、モデル加速度ａａ１と自軸位置としての第１軸実位置ｐｍ１と他軸位置としての第２軸実位置ｐｍ２とからモデルトルクＴａ１を出力する。
位置制御部３４は、モデル位置ｐａ１と自軸位置としての第１軸実位置ｐｍ１との偏差を減算器３５から入力して、位置制御を行い、速度指令を出力する。
演算器３７は、モデル速度ｗａ１と位置制御部３５から出力される速度指令とを加算し、自軸速度としての第１軸実速度ｗｍ１を減算して、補正した速度指令を出力する。
速度制御部３８は、演算器３７から出力された速度指令を基にフィードバックのトルク指令Ｔｆｂ１を出力する。
加算器３９は、フィードバックのトルク指令Ｔｆｂ１とモデルトルク補正部３２ａから出力されるモデルトルクＴａ１とを加算して、第１軸のトルク指令Ｔｍ＊１として出力する。
実施の形態２に係る第１軸サーボ制御器は、実施の形態１に係る第１軸サーボ制御器におけるモデルトルク演算部２をモデルトルク補正部３２ａに置き換えた構成である。
実施の形態２に係るサーボ制御器においては、互いの実位置情報を交換する構成としたものである。第１０図では、第１軸サーボ制御器１０２ａにおいて、第２軸位置ｐｍ２を使用する例を示した。
次に、第１１図によりモデルトルク補正部３２ａの構成および処理について説明する。
規範モデル制御部１（図示せず）から出力されたモデル加速度ａａ１にハイパスフィルタ４１をかけた後、符号検出器４２においてモデル加速度の符号を検出する。
減算器４３で求めた第１軸実位置ｐｍ１と第２軸実位置ｐｍ２との偏差をハイパスフィルタ４４を通した値に、乗算器４５で符号検出器４２で求めたモデル加速度の符号をかけて、ＰＩ補正器４６に出力する。
ＰＩ補正器４６で、比例ゲインＧｊｐおよび積分ゲインＧｊｉを用いてＰＩ補正を行い、イナーシャ補正値△Ｊｅ１を出力する。
減算器４７で、ノミナルな係数器４８で設定しているモデルイナーシャ値Ｊｅ１よりイナーシャ補正値△Ｊｅ１を減算する。
乗算器４９で、規範モデル制御部３１（図示せず）から出力されたモデル加速度ａａ１に、減算器４７で求めた値をかけて、補正されたモデルトルクＴａ１を得る。
実施の形態２に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおけるモデルトルク補正部３２ａにおいては、ノミナルな係数器４８で設定しているモデルイナーシャ値Ｊｅ１が実際の駆動イナーシャに一致していれば、モデルトルクＴａ１により実際の位置をモデル位置にほぼ一致するように動作する。
また、モデルイナーシャ値Ｊｅ１に誤差があった場合には、軸間位置偏差に基づいて実際のイナーシャに一致させるように補正が行われる。例えば、上位構造物が反対側に有り、負荷アンバランスにより実際のイナーシャがモデルイナーシャ値Ｊｅ１より小さい場合、加速度の変化が正の場合には正の軸間位置偏差が、加速度の変化が負の場合には負の軸間位置偏差が発生する。従って、モデル加速度ａａ１にハイパスフィルタをかけた値の極性を利用して軸間位置偏差補正入力を反転させることにより常にモデルイナーシャ値を小さくする方向に、つまり実際のイナーシャに一致する方向に補正されることになる。この補正により第１軸位置と第２軸位置は一致するように制御され、軸間位置偏差が抑制される。
また制御器や機械の条件によっては、加速時には正の軸間位置偏差が、減速時に負の軸間位置偏差が発生する場合がある。このような場合にはハイパスフィルタのゲインを０などの小さい値を与えてやれば、同様に常にモデルイナーシャ値が補正され軸間位置偏差が抑制される。
ハイパスフィルタやＰＩ補正器のゲインは規範モデル制御器、位置制御部、速度制御部の応答、機械の構成に応じて決定されるが、ハイパスフィルタのゲインは条件によっては、ゲインを０とし直達項としてもよい。
ＰＩ補正器４６で、ＰＩ補正に使用する比例ゲインＧｊｐおよび積分ゲインＧｊｉにおけるゲイン切替えの例について、第１２図により説明する。第１２図（ａ）は速度指令の変化を示す図、第１２図（ｂ）は比例ゲインＧｊｐおよび積分ゲインＧｊｉの変化を示す図である。
軸間位置偏差は、加減速の途中や加減速開始点、終了点などに大きな値が発生するため、ＰＩ補正ゲインについては、その近傍においてゲインを高くするなどの可変ゲインを行う。
第１２図では、停止中はＰＩゲインを０としておいて速度指令ｗｍ^＊が入る瞬間にゲイン最大にし単調減少させてある一定期間で一定値に落ち着くようにした例を示した。このように構成することにより、補正に重要な信号が多く入ってくる期間においてより多くの補正を行うようになるため、ノイズや外乱等の影響を受けにくくなり、補正イナーシャ演算の演算精度を向上させることが可能となる。
上述の第１２図では、大きな軸間位置偏差が発生する加減速の途中や加減速開始点、終了点の近傍においてゲインを高くする例を示したが、上位構造物などの動作シーケンスがあらかじめわかっている場合には、そのシーケンスに沿った時刻に応じて可変ゲインを行うことにより、同様に演算精度を向上させることが可能となる。他のゲインの可変例について、第１３図、第１４図により説明する。第１３図（ａ）は速度指令の変化を示す図、第１３図（ｂ）は比例ゲインＧｊｐおよび積分ゲインＧｊｉの変化を示す図である。また、第１４図（ａ）は速度指令の変化を示す図、第１４図（ｂ）は比例ゲインＧｊｐおよび積分ゲインＧｊｉの変化を示す図である。
第１３図は加速時および減速時に軸間位置偏差が大きくなる場合におけるゲインの可変例であり、補正演算の精度向上および軸間位置偏差の抑制に有効である。
また、第１４図は加減速開始点、終了点に軸間位置偏差が大きくなる場合におけるゲインの可変例であり、補正演算の精度向上および軸間位置偏差の抑制に有効である。
モデルトルク補正部３２ａは、上記方式に限られたものではなく、例えばＰＩ補正器４６の代わりにＰ制御やＰＩＤ制御、位相進み補償、逐次最小自乗法に代表される統計的手法を用いる方式を使用してもよい。また、上記では軸間位置偏差にハイパスフィルタをかけた値を用いた例を示したが、軸間位置偏差を直接用いることも可能であり、また軸間位置偏差に不感帯を設けてもよい。
実施の形態２に係るサーボ制御器を、２軸駆動機械の制御に適用した場合は、軸間位置偏差の発生要因を直接しかもリアルタイムに補正を行うため、移動台の上位構造物の動作等で負荷アンバランスが変化するような場合でも軸間位置偏差の抑制ができる。
また、上記特許文献２と異なりフィードフォワード側での補正であるため、ゲインを高く設定することなく安定かつ高速に軸間位置偏差の抑制を行うことができるので、剛性の高くない機械でも利用することができる。更に、ＰＩ補正などを利用する場合には数式演算を行う必要がないため、少ない演算量で抑制効果が得られるとともに、２軸間の距離や剛性、各部分の質量などの機械定数が正確には得られないような機械についても容易に適用することができる。
実施の形態２に係るサーボ制御器は、従来は係数器であったモデルトルク演算部分をモデルトルク補正部に変更するだけでよいため、従来のサーボ制御器から容易に置き換えることが可能である。
また、速度指令や時刻に応じて可変ゲインを行うことにより、補正イナーシャ値の演算精度をより向上させることができ、軸間位置偏差の抑制性能を向上させることができる。
ところで、上記実施の形態２においては、規範モデル制御部は位置指令を基に、モデル位置、モデル速度、モデル加速度を演算する構成とし、速度制御部は位置制御部から出力された速度指令とモデル速度と自軸速度とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する例を示したが、モデル速度は必ずしも使用しなくてもよい。ただし、高加減速指令の用途おいては、モデル速度を使用することにより、軸間位置偏差の抑制性能を向上させることができる。
実施の形態３．
第１５図により、実施の形態３に係るサーボ制御器の構成および処理について、第１軸サーボ制御器１０２ａを例に説明する。第１５図において、１、３４〜３９は第１０図と同様であり、その説明を省略する。
モデルトルク補正部３２ｂは、規範モデル制御部３１から出力された第１軸モデル加速度ａａ１と第２軸サーボ制御器（図示せず）の規範モデル制御部から出力された第２軸モデル加速度ａａ２とから補正されたモデルトルクＴａ１を出力する。
実施の形態３に係るサーボ制御器においては、互いのモデル加速度情報を交換する構成としたものである。第１５図では、第１軸サーボ制御器１０２ａにおいて、第２軸モデル加速度ａａ２を使用する例を示した。
第１６図により、モデルトルク補正部３２ｂの構成および処理について説明する。
規範モデル制御部３１から出力された第１軸モデル加速度ａａ１に係数器５１で係数Ｊ１１をかけた値と、第２軸サーボ制御器（図示せず）の規範モデル制御部から出力された第２軸モデル加速度ａａ２に係数器５２で係数Ｊ１２をかけた値とを、加算器５３で加算して、補正されたモデルトルクＴａ１を出力する。ここで、Ｊ１１は係数器５１に設定される自己イナーシャ、Ｊ１２は係数器５２に設定される干渉イナーシャである。
また、第１図に示した構成の２軸駆動機械における機械のイナーシャを、第１軸イナーシャをＪ１、第２軸イナーシャをＪ２、移動台イナーシャをＪ３、上位構造物のイナーシャをＪ４、これら４つのイナーシャから得られる重心まわりの回転モーメントをＪ０とし、運動方程式を立てると、自己イナーシャＪ１１および干渉イナーシャＪ１２を下式のように得ることができる。
Ｊ１１＝Ｊ１＋Ｊ３／４＋（１／２−ｘ／Ｌ）^２・Ｊ４＋Ｊ０／Ｌ^２
Ｊ１２＝Ｊ１＋Ｊ３／４＋（１／２−ｘ／Ｌ）^２・Ｊ４−Ｊ０／Ｌ^２
ここで、Ｌは軸間の距離、ｘは軸間の中心位置から上位構造物の中心位置までの距離である。
従って、第１６図における係数器５１のＪ１１および係数器５２のＪ１２を、上式の値に設定してやることにより、上述の実施の形態２と同様に、実際の位置をモデル位置に一致させる適切なモデルトルクが得られ、第１軸位置と第２軸位置は一致する方向に制御され、軸間位置偏差が抑制される。
なお、係数器５１、係数器５２の設定値は移動台の負荷配分が固定である場合には定数として設定すればよいが、例えば上位構造物の位置が変化した場合など負荷配分が変動する場合には、上位のコントローラ等から設定値を変更してやればよい。例えば、上式のｘ（軸間の中心位置から上位構造物の中心位置までの距離）の値を受け取って演算して設定する方法や上位のコントローラにおいてイナーシャ値を演算してパラメータ値を受け取って変更する方法などが考えられる。
実施の形態３に係るサーボ制御器を、２軸駆動機械の制御に適用した場合は、上記の動作により軸間位置偏差を抑制することができる。また、完全にフィードフォワード部分のみによる補正であるため、ゲイン設定値が誤った場合などでも不安定になることがないという利点がある。あらかじめ機械定数がわかっている場合や、上位コントローラなどから情報が得られる場合には、実施の形態３に係るサーボ制御器は、実施の形態１や実施の形態２と比較してサーボ制御器側のソフトウェア負荷を軽減させることが可能となる。
また、このサーボ制御器は、実施の形態２の場合と同様に、従来は係数器であったモデルトルク演算部分を補正フィードフォワード部に変更するだけでよいため、従来例のサーボ制御器から容易に置き換えることが可能である。
ところで、上記実施の形態３においては、規範モデル制御部は位置指令を基に、モデル位置、モデル速度、モデル加速度を演算する構成とし、速度制御部は位置制御部から出力された速度指令とモデル速度と速度フィードバック補正部から出力された補正速度フィードバック信号とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する例を示したが、モデル速度は必ずしも使用しなくてもよい。ただし、高加減速指令の用途おいては、モデル速度を使用することにより、軸間位置偏差の抑制性能を向上させることができる。
実施の形態４．
第１７図により、実施の形態４に係る第１軸サーボ制御器の構成および処理について説明する。第１７図において、１、３〜９は第２図と同様であり、その説明を省略する。
モデルトルク補正部３２ｃは、規範モデル制御部１から出力された第１軸モデル加速度ａａ１、第２軸サーボ制御器（図示せず）の規範モデル制御部から出力された第２軸モデル加速度ａａ２、自軸位置としての第１軸位置ｐｍ１および他軸位置としての第２軸位置ｐｍ２から補正されたモデルトルクＴａ１を出力する。
第１８図により、モデルトルク補正部３２ｃの構成および処理について説明する。第１８図において、４１〜４６は第１１図と同様であり、その説明を省略する。
ＰＩ補正器４６で、比例ゲインＧｊｐおよび積分ゲインＧｊｉを用いてＰＩ補正を行い、イナーシャ補正値△Ｊｅ１を出力する。
減算器５４で、自己イナーシャＪ１１からイナーシャ補正値△Ｊｅ１を減算し、乗算器５５で規範モデル制御部３１（図示せず）から出力されたモデル加速度ａａ１に、減算器５４で求めた値をかける。加算器５６で、干渉イナーシャＪ１２からイナーシャ補正値△Ｊｅ１を減算し、乗算器５７で第２軸サーボ制御器（図示せず）の規範モデル制御部から出力された第２軸モデル加速度ａａ２に、減算器５６で求めた値をかける。ここで、自己イナーシャＪ１１および干渉イナーシャＪ１２は、第１６図においてノミナルな係数設定器５１、ノミナルな係数設定器５２に設定する数値と同じものを使用する。
加算器５８で、乗算器５５で求めた値と乗算器５７で求めた値とを加算して、補正されたモデルトルクＴａ１を得る。
実施の形態４に係る第１軸サーボ制御器におけるモデルトルク補正部３２ｃでは、自己イナーシャＪ１１に対してはＰＩ補正器４６で得られたイナーシャ補正値△Ｊｅ１を減算することにより補正し、また干渉イナーシャＪ１２に対してはＰＩ補正器４６で得られたイナーシャ補正値△Ｊｅ１を加算することにより補正し、これらの補正した値を、それぞれモデル加速度ａａ１，ａａ２と掛けた値を加算してモデルトルクＴａ１とする。
実施の形態４に係る第１軸サーボ制御器においては、あらかじめ機械定数として得られている負荷アンバランスは、実施の形態３と同様に、ノミナルな係数設定器５１、５２で設定している自己イナーシャＪ１１、干渉イナーシャＪ１２により補正する。ただし、機械定数がずれている場合に発生するアンバランス分に対しては、実施の形態２と同様にＰＩ補正器４６によって得られるイナーシャ補正値△Ｊｅ１によって補正する。これらのイナーシャ補正によって、軸間位置偏差が効果的に抑制される。それでも抑制しきれなかった軸間位置偏差については、実施の形態１と同様に、位置フィードバック補正部３と速度フィードバック補正部６で抑制される。以上により、非常に大きな軸間位置偏差の抑制効果が得られる。
実施の形態４に係る第１軸サーボ制御器を、２軸駆動機械の制御に適用した場合、あらかじめ機械定数として得られている負荷アンバランスに対しては実施の形態３と同様にフィードフォワード補正し、その定数がずれている場合に発生するアンバランス分に対しては実施の形態２と同様に補正し、それでも抑制しきれなかった軸間位置偏差に対してはフィードバックにより実施の形態１と同様に補正するようにしたので、非常に大きな軸間位置偏差の抑制効果が得られる。
また実施の形態１〜３の技術を併用することにより、モデルトルク補正部のＰＩ補正ゲインや位置フィードバック補正部、速度フィードバック補正部のゲインを大きく設定しなくてもよいので、安定に所望の軸間位置偏差の抑制効果が得られる。
ところで、上記実施の形態４に係る第１軸サーボ制御器においては、上述の実施の形態１〜３に示した技術を併用した例について述べたが、用途に応じて上述の実施の形態１〜３に示した技術の内の２つだけを併用してもよい。また、速度指令や時刻に応じて上述の実施の形態１〜３に示した技術を切替えて使用するようにしてもよい。
また、上記説明においては、この発明のサーボ制御器を２軸駆動機械に使用する例について述べたが、適用対象は２軸駆動機械に限られるものではなく、３軸以上の複数軸の場合には、例えば自軸以外の複数軸の平均位置と自軸位置との位置偏差を用いるなどして適用することができる。また、２軸駆動機械を構成する２軸の同期は１：１だけに限られるものではなく、１：Ｎの場合には、その比を係数として掛ければ同様に適用することができる。
また、アクチュエータとしてはボールネジを使用する例について述べたが、ボールネジに限るものではない。
また、この発明のサーボ制御器を使用する機械については、直動系でなく回転系等の同期制御についても同様に適応できる。

以上のように、本発明のサーボ制御器は、低剛性な機械や位置検出誤差が存在するような２軸駆動機械に適用できるので、複数軸駆動機械の同期制御する用途に適している。

移動台を並列に並べた２つのボールネジで支え、この２つのボールネジの各々に接続した２つのサーボモータを同期制御することによって移動台を駆動する２軸駆動機械がある。２軸駆動機械における移動台は、一般に可動する上位構造物を搭載しており、上位構造物の位置およびこの上位構造物で保持する負荷などによって移動台の重心が変化する。

また、工作機械におけるテーブルや電動式産業用ロボットのアームのような負荷機械を駆動する電動機（直流電動機、誘導電動機、同期電動機など）の位置制御装置に関するものとして、特許文献１（特開平６−３０５７８号公報）に開示された電動機の位置制御装置がある。

特許文献１は、高速応答性を有するとともに、機械振動を生じず、かつ負荷機械の慣性モーメントが変化しても常に一定の応答周波数を有する電動機の位置制御装置を得ることを目的としたもので、
特許文献１における電動機の位置制御装置においては、第１の位置制御回路によって第１の速度信号を得るとともに、機械系模擬回路を制御対象とする第２の位置制御回路によって第２の速度信号を得る。また、第１および第２の速度信号を加算して第３の速度信号を得、第３の速度信号を入力された第１の速度制御回路によって第１のトルク信号を得る。同様にして、第２および第３の速度制御回路から第２および第３のトルク信号を得、第１〜第３のトルク信号を加算した最終トルク信号に追従するように電動機の発生トルクを制御する（第５頁右欄の第２３行目〜第３６行目）。
特許文献１における電動機の位置制御装置においては、第２の位置制御回路、第２の速度制御回路および機械系模擬回路を付加することにより、回転角指令信号の変化に対する位置制御の応答性を改善できる効果がある。また、第３の速度制御回路を付加することにより、負荷トルクの変化に対しても位置制御の応答性を改善できる効果がある。

また、門型等の可動構造物を備えた工作機械等において、その両側の脚部を同期位置決めする制御方式に関し、外乱による非対称性を生じない同期位置制御方式を得ることを目的としたものとして、特許文献２（特開昭６２−２２６２０６号公報）に開示された同期位置制御方式がある。

特許文献２は、可動構造物の両側に、位置指令値に基づき各側を移動させる位置制御系をそれぞれ設け、この両位置制御系で可動構造物の両側を同期位置決めする方式において、可動構造物の両側の移動位置の差分を求め、この差分に補償要素を作用させて補償値を求め、この補償値を各位置制御系にそれぞれフィードバックすることにより、外乱による非対称性の問題を解消するようにしたものである（第２頁左下欄の第３行目〜第１０行目）。

特開平６−３０５７８号公報特開昭６２−２２６２０６号公報

上記特許文献１における電動機の位置制御装置を、２軸駆動機械の制御に適用した時、２軸の負荷イナーシャがバランスしている場合は、第１軸と第２軸が同一の動作を行うので適切な駆動を行うことができる。しかし、２軸の負荷イナーシャにアンバランスがある場合は、第１軸と第２軸の動作が一致しないので、第１軸の実位置と第２軸の実位置との間に偏差（軸間位置偏差）を生じ、この軸間位置偏差は移動台の位置決め精度を悪化させるとともに、機械に応力を発生させるため、機械の寿命を劣化させ、最悪の場合には機械の損傷を引き起こすという問題点があった。
したがって、上記特許文献１における電動機の位置制御装置は、大きな負荷アンバランスが存在するような２軸駆動機械の制御には適用できないという問題点があった。

また、上記特許文献２における同期位置制御方式は、２つの位置制御系の位置の差分（軸間位置偏差）を２つの位置指令値にフィードバックし、非対称性を解消するようにしたものであり、２軸駆動機械の制御に適用した時、ある程度の軸間位置偏差の抑制を行うことができるが、大きな軸間位置偏差を抑制するためには、位置指令補正部の応答（ここでは係数Ｈ１）を極めて大きく設定する必要がある。この位置指令補正部の応答を極めて大きく設定した場合には、高剛性の機械であれば問題はないが、剛性の低い機械では機械の発振を引き起こすなど不安定になることがあるという問題点があった。
また、ゲインを高く設定すると、位置検出誤差等が存在した場合に発生する軸間の喧嘩現象を助長することがある。軸間の喧嘩現象が発生すると、軸間で引っ張り合うトルクによりモータが発熱し高速・高精度制御の妨げとなり、最悪の場合には軸間の引っ張り合いによって機械が破損することも考えられるという問題点があった。
したがって、上記特許文献２における同期位置制御方式を低剛性な機械や位置検出誤差が存在するような機械には適用できないという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、低剛性な機械や位置検出誤差が存在するような２軸駆動機械に適用できるサーボ制御器を得ることを目的とするものである。

この発明のサーボ制御器は、自軸位置と他軸位置との差である軸間位置偏差にフィルタとゲインとをかけた値と自軸位置にゲインをかけた値とを加算して、位置フィードバック信号を補正する位置フィードバック補正部と、前記位置フィードバック補正部から出力される補正位置フィードバック信号から位置制御を行い、速度指令を出力する位置制御部と、前記位置制御部から出力された速度指令と自軸速度とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する速度制御部と、を備えたものである。

また、位置フィードバック補正部において、前記自軸位置と前記他軸位置との差である軸間位置偏差にかけるゲインを、停止時は負とし動作時は正とするようにしたもので、
軸間位置偏差を抑制しつつ軸間の喧嘩を防ぐことができる。

さらに、前記自軸速度と他軸速度との差である軸間速度偏差にフィルタとゲインとをかけた値と前記自軸速度にゲインをかけた値とを加算して、速度フィードバック信号を補正する速度フィードバック補正部を備えるとともに、前記速度制御部は前記位置制御部から出力された速度指令と前記速度フィードバック補正部から出力された補正速度フィードバック信号とを基に、フィードバックのトルク指令を出力するようにしたもので、
軸間位置偏差のフィードバックと軸間速度偏差のフィードバックを同時に行うことにより、軸間位置偏差の大幅な抑制効果が得られ、さらに振動を励起しにくくなるので、よりゲインを上げることができ軸間速度偏差抑制性能を向上させることが可能となる。

また、自軸位置にハイパスフィルタをかけた値と他軸位置にローパスフィルタをかけた値とを加算して、位置フィードバック信号を補正する位置フィードバック補正部と、前記位置フィードバック補正部から出力される補正位置フィードバック信号から位置制御を行い、速度指令を出力する位置制御部と、この位置制御部から出力された速度指令と自軸速度とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する速度制御部と、を備えたもので、
低剛性な機械や位置検出誤差が存在するような２軸駆動機械においても、他軸位置に従って位置決めを行うマスタースレーブに近い形となるため、位置検出誤差が有った場合でも軸間の喧嘩現象を発生させることがない。

さらに、前記自軸速度にハイパスフィルタをかけた値と他軸速度にローパスフィルタをかけた値とを加算して、速度フィードバック信号を補正する速度フィードバック補正部を備えるとともに、前記速度制御部は、前記位置制御部から出力された速度指令と前記速度フィードバック補正部から出力された補正速度フィードバック信号とを基に、速度フィードバック信号を補正するようにしたもので、
軸間位置偏差のフィードバックと軸間速度偏差のフィードバックを同時に行うことにより、軸間位置偏差の大幅な抑制効果が得られる。さらに、他軸速度に従って速度決めを行うマスタースレーブに近い形となるため、速度検出誤差が有った場合でも軸間の喧嘩現象を発生させることがない。

また、この発明のサーボ制御器は、位置指令を基に、機械の理想動作を模擬するモデル位置、モデル加速度を演算する規範モデル制御部と、このモデル位置と自軸位置との差分から位置制御を行い、速度指令を出力する位置制御部と、この位置制御部から出力された速度指令と自軸速度とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する速度制御部と、前記モデル加速度を自軸位置と他軸位置とにより補正してモデルトルクを演算するモデルトルク補正部と、このモデルトルクと前記フィードバックのトルク指令とを基に、トルク指令を演算する加算器と、を備えたもので、
モデルトルク補正部によって軸間位置偏差の補正を行うことにより、フィードフォワード成分による補正ができ、ゲインを上げても不安定になりにくいため、軸間位置偏差の大幅な抑制効果が得られる。

さらに、規範モデル制御部を、位置指令を基に、機械の理想動作を模擬するモデル位置、モデル速度、モデル加速度を演算するように構成するとともに、速度制御部を、前記位置制御部から出力された速度指令と前記モデル速度と自軸速度とを基に、フィードバックのトルク指令を出力するようにしたもので、
高加減速指令の用途に対応できる。

また、モデルトルク補正部において、時刻または速度指令波形に応じて補正動作の開始／停止または補正ゲインの変更を行うようにしたもので、
大きな軸間位置偏差が発生する時に高ゲインとし、残りの期間は低ゲインもしくは補正停止とすることにより、ノイズや外乱の影響を抑え、モデルトルク補正の精度を向上させることが可能となり、軸間位置偏差の抑制性能が向上する。

さらに、モデルトルク補正部において、前記モデル加速度を、前記自軸位置と他軸位置と、更に前記モデル加速度の符号と、により、補正してモデルトルクを演算するようにしたもので、
条件によって軸間位置偏差の符号が変化する場合にも適切に補正を行うことができ、軸間位置偏差の抑制性能の向上が得られる。

また、この発明のサーボ制御器は、位置指令を基に、機械の理想動作を模擬するモデル位置、モデル加速度を演算する規範モデル制御部と、自軸位置と他軸位置とを基に、位置フィードバック信号を補正する位置フィードバック補正部と、前記モデル位置と前記位置フィードバック補正部から出力される補正位置フィードバック信号との差分から位置制御を行い、速度指令を出力する位置制御部と、自軸速度と他軸速度とを基に、速度フィードバック信号を補正する速度フィードバック補正部と、前記位置制御部から出力された速度指令と前記速度フィードバック補正部から出力された補正速度フィードバック信号とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する速度制御部と、前記モデル加速度を、他軸モデル加速度ならびに自軸位置と他軸位置とにより補正してモデルトルクを演算するモデルトルク補正部と、このモデルトルクと前記フィードバックのトルク指令とを基に、トルク指令を演算する加算器と、を備えたもので、
モデルトルク補正部によって軸間位置偏差の補正を行うことにより、完全なフィードフォワード成分による補正ができ、不安定を引き起こす心配がなく軸間位置偏差の抑制効果が得られる。

さらに、規範モデル制御部を、位置指令を基に、機械の理想動作を模擬するモデル位置、モデル速度、モデル加速度を演算するように構成するとともに、速度制御部を、前記位置制御部から出力された速度指令と前記モデル速度と前記速度フィードバック補正部から出力された補正速度フィードバック信号とを基に、フィードバックのトルク指令を出力するようにしたもので、
高加減速指令の用途に対応できる。

第１の発明に係るサーボ制御器は、低剛性な機械や位置検出誤差が存在するような２軸駆動機械においても、振動を励起しにくくなるので、よりゲインを上げることができ軸間位置偏差抑制性能を向上させることが可能となる。

実施の形態１．
第１図により、２軸駆動機械の構成および動作について説明する。
位置指令出力装置１０１は、位置指令pm*を第１軸サーボ制御器１０２ａおよび第２軸サーボ制御器１０２ｂに出力する。
第１軸サーボ制御器１０２ａは、位置指令出力装置１０１から出力された位置指令pm*と第１軸実位置pm1とに基づき、トルク指令Tm*1を第１軸トルク制御手段１０３ａに出力する。第１軸トルク制御手段１０３ａはトルク指令Tm*1に応じて第１軸サーボモータ１０４ａを制御する。
第２軸サーボ制御器１０２ｂは、位置指令出力装置１０１から出力された位置指令pm*と第２軸実位置pm2とに基づき、トルク指令Tm*2を第２軸トルク制御手段１０３ｂに出力する。第２軸トルク制御手段１０３ｂはトルク指令Tm*2に応じて第２軸サーボモータ１０４ｂを制御する。

第１軸サーボモータ１０４ａ、第２軸サーボモータ１０４ｂは各々第１軸ボールネジ１０５ａ、第２軸ボールネジ１０５ｂに連結されており、両軸を駆動することによって移動台１０６を移動させる。２軸駆動機械における移動台１０６は、上位構造物１０７を搭載しており、上位構造物１０７の位置などによって移動台１０６の重心が変化する。

また、Ｌは軸間（第１軸ボールネジ１０５ａ、第２軸ボールネジ１０５ｂ間）の距離、ｘは軸間の中心位置から上位構造物１０７の中心位置までの距離である。
また、両軸のサーボ制御器間では、互いの実位置情報や実速度情報を交換できる構成となっている。
また、第１軸サーボ制御器１０２ａおよび第２軸サーボ制御器１０２ｂの制御は同様のものであり、以下第１軸サーボ制御器１０２ａを例にサーボ制御器の制御について説明する。

次に、第２図により実施の形態１に係るサーボ制御器の構成および処理について、第１軸サーボ制御器１０２ａを例に説明する。
規範モデル制御部１は、位置指令出力装置１０１（図示せず）から出力された位置指令pm*を入力し、モデル位置pa1、モデル速度wa1およびモデル加速度aa1を演算して、出力する。
モデルトルク演算部２は、モデル加速度aa1に第１軸のイナーシャ設定値Je1をかけてモデルトルクTa1を出力する。

位置フィードバック補正部３は、自軸位置としての第１軸位置pm1と他軸位置としての第２軸位置pm2とから第１軸位置フィードバック信号pmfb1を出力する。位置制御部４は、モデル位置pa1と第１軸位置フィードバック信号pmfb1との偏差を減算器５から入力して、位置制御を行い、速度指令を出力する。
速度フィードバック補正部６は、自軸速度としての第１軸速度wm1と他軸速度としての第２軸速度wm2とから第１軸速度フィードバック信号wmfb1を出力する。演算器７は、モデル速度wa1と位置制御部５から出力される速度指令とを加算し、第１軸速度フィードバック信号wmfb1を減算して、補正した速度指令を出力する。速度制御部８は、演算器７から出力された速度指令を基にフィードバックのトルク指令Tfb1を出力する。

加算器９は、フィードバックのトルク指令Tfb1とモデルトルク演算部２から出力されるモデルトルクTa1とを加算して、第１軸のトルク指令Tm*1として出力する。
実施の形態１に係るサーボ制御器においては、互いの実位置情報や実速度情報を交換する構成としたものである。第２図では、第１軸サーボ制御器１０２ａにおいて、第２軸位置pm2および第２軸速度wm2を使用する例を示した。

次に、第３図により規範モデル制御部１の構成および処理について説明する。規範モデル制御部１は、位置指令より機械の理想動作を模擬するモデル位置pa、モデル速度ｗａ、モデル加速度ａａを出力するものである。
モデル位置制御部１１０は、位置指令出力装置１０１（図示せず）から出力された位置指令pm*と機械系模擬部１１２から出力されるモデル位置paとの差分を入力してモデル速度指令を生成し、モデル速度制御部１１１に出力する。モデル速度制御部１１１は、モデル速度指令とモデル速度ｗａの差分を入力してモデル加速度ａａを生成し、機械系模擬部１１２に出力する。機械系模擬部１１２は、モデル加速度ａａを入力してモデル速度ｗａ、モデル位置paを演算する。

また、第４図により規範モデル制御部１の他の構成例および処理について説明する。
位置指令出力装置１０１（図示せず）から出力された位置指令pm*をモデル位置paとするとともに、速度フィードフォワード演算部１１３は位置指令pm*を入力し、モデル速度ｗａを演算し、出力する。加速度フィードフォワード演算部１１４はモデル速度ｗａを入力し、モデル加速度ａａを演算し、出力する。
速度フィードフォワード演算部１１３および加速度フィードフォワード演算部１１４は、一般には微分器やハイパスフィルタによって構成される。

次に、第５図により第１軸サーボ制御器１０２ａにおける位置フィードバック補正部３の構成および処理について説明する。
減算器１１で、第１軸実位置pm1と第２軸実位置pm2との偏差（＝軸間位置偏差）を算出し、フィルタ１２を通した値に、係数器１３で係数Gp2をかける。また、係数器１４で第１軸実位置pm1に係数Gp1をかけた値と係数器１３で係数Gp2をかけた値とを、加算器１５で加算して、第１軸位置フィードバック信号pmfb1を算出する。
第１軸位置フィードバック信号pmfb1は、位置指令pa1との差分を取って、位置制御に利用される。
軸間位置偏差を入力するフィルタ１２を、ローパスフィルタとすることにより、高周波成分の通過を防ぐことができ、上記特許文献２と比較して振動を励起しにくくなるので、よりゲインを上げることができ軸間位置偏差抑制性能を向上させることが可能となる。

次に、第６図により第１軸サーボ制御器１０２ａにおける速度フィードバック補正部６の構成および処理について説明する。
減算器２１で、第１軸実速度wm1と第２軸実速度wm2との偏差（＝軸間速度偏差）を算出し、フィルタ２２をかけた値に、係数器２３で係数Gw2をかける。また、第１軸実速度wm1に係数器２４で係数Gw1をかけた値と係数器２３で係数Gw2をかけた値とを、加算器２５で加算して、第１軸速度フィードバック信号wmfb1を算出する。
第１軸速度フィードバック信号wmfb1は、速度指令wa1との差分を取って、速度制御に利用される。
軸間速度偏差を入力するフィルタ２２を、ローパスフィルタとすることにより、高周波成分の通過を防ぐことができ、上記特許文献２と比較して振動を励起しにくくなるので、よりゲインを上げることができ軸間速度偏差抑制性能を向上させることが可能となる。

次に、第７図により位置フィードバック補正部３の他の構成例および処理について説明する。第７図に示した係数器１３の係数Gp2と係数器１４の係数Gp1をGp1=-Gp2 > 0 となるように設定すると、位置フィードバック補正部は第５図とほぼ等価な構成となる。
第１軸実位置pm1をハイパスフィルタ１６を通した値と、第２軸実位置pm2をローパスフィルタ１７を通した値とを、加算器１８で加算し、第１軸位置フィードバック信号pmfb1を出力する。

第７図の構成においては、高周波成分は自軸（第１軸）の実位置をフィードバックし、低周波成分は相手軸（第２軸）の実位置をフィードバックすることになる。その結果、この軸は相手軸位置に従って位置決めを行うマスタースレーブに近い形となるため、位置検出誤差が有った場合でも軸間の喧嘩現象を発生させることがない。

位置フィードバック補正部３における係数器１３の係数Gp2および係数器１４の係数Gp1の切替え例を、第８図により説明する。第８図（ａ）は速度指令の変化を示す図、第８図（ｂ）は係数器１４の係数Gp1の変化を示す図、第８図（ｃ）は係数器１３の係数Gp2の変化を示す図である。

速度指令発生中は軸間位置偏差が発生するため、第８図（ｃ）に示すように係数器１３の係数Gp2>0によって軸間位置偏差の抑制を行い、停止間際および停止後に係数Gp2=-Gp1=-1とし、マスタースレーブ制御に切替えて軸間の喧嘩を防ぐ。
係数器１３、１４の係数の値を可変にすることにより、容易に制御器の構成を切り替えることができ、軸間位置偏差を抑制しつつ軸間の喧嘩を防ぐことができる。

次に、第９図により速度フィードバック補正部６の他の構成例および処理について説明する。第６図に示した係数器２３の係数Gw2と係数器２４の係数Gw1をGw1=-Gw2 > 0 となるように設定すると、速度フィードバック補正部は第９図とほぼ等価な構成となる。
第１軸実速度wm1をハイパスフィルタ２６を通した値と、第２軸実速度wm2をローパスフィルタ２７を通した値とを、加算器２８で加算し、第１軸速度フィードバック信号wmfb1を出力する。

第９図の構成においては、高周波成分は自軸（第１軸）の実速度をフィードバックし、低周波成分は相手軸（第２軸）の実速度をフィードバックすることになる。その結果、この軸は相手軸速度に従って速度決めを行うマスタースレーブに近い形となるため、速度検出誤差が有った場合でも軸間の喧嘩現象を発生させることがない。

実施の形態１に係るサーボ制御器は位置偏差と速度偏差の両方に対して補正を行うようにしたので、２軸駆動機械の制御に適用した場合は、上記特許文献２よりも低いゲインで同程度の効果が得られるので、より安定に機械の軸間位置偏差抑制を行うことができる。
また軸間位置偏差の高周波成分の通過を防ぐように構成しているため、上記特許文献２に比較して振動を励起にしにくくなり、より低剛性な機械に適用することも可能となる。
また簡単にマスタースレーブ制御に切り替えることができ、軸間の喧嘩を防ぐことができ、位置検出誤差のある機械にも適用することが可能となる。

実施の形態１に係るサーボ制御器は、従来の位置フィードバックおよび速度フィードバックを行っていた部分に、位置フィードバック補正部、速度フィードバック補正部を付け加えるだけでよいため、従来のサーボ制御器から容易に置き換えることが可能である。また、１つの構成で多種の制御構造に切り替えることができるためソフトウェア負荷の低減にも繋がる。

ところで、上記実施の形態１においては、位置指令を基に、モデル位置、モデル速度、モデル加速度を演算する規範モデル制御部を使用した構成とし、位置制御部はモデル位置と位置フィードバック補正部から出力される補正位置フィードバック信号との差分から位置制御を行って、速度指令を出力し、また速度制御部は位置制御部から出力された速度指令とモデル速度と補正速度フィードバック信号とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する例を説明したが、必ずしも規範モデル制御部を使用しなくともよい。ただし、指令パルスが粗いとか位置指令が急変するような場合には、規範モデル制御部を使用することにより、目標値応答が改善される。

実施の形態２．
第１０図により、実施の形態２に係るサーボ制御器の構成および処理について、第１軸サーボ制御器１０２ａを例に説明する。
規範モデル制御部３１は、位置指令出力装置１０１（図示せず）から出力された位置指令pm*を入力し、モデル位置pa1、モデル速度wa1およびモデル加速度aa1を演算して出力する。
モデルトルク補正部３２ａは、モデル加速度aa1と自軸位置としての第１軸実位置pm1と他軸位置としての第２軸実位置pm2とからモデルトルクTa1を出力する。

位置制御部３４は、モデル位置pa1と自軸位置としての第１軸実位置pm1との偏差を減算器３５から入力して、位置制御を行い、速度指令を出力する。
演算器３７は、モデル速度wa1と位置制御部３５から出力される速度指令とを加算し、自軸速度としての第１軸実速度wm1を減算して、補正した速度指令を出力する。
速度制御部３８は、演算器３７から出力された速度指令を基にフィードバックのトルク指令Tfb1を出力する。
加算器３９は、フィードバックのトルク指令Tfb1とモデルトルク補正部３２ａから出力されるモデルトルクTa1とを加算して、第１軸のトルク指令Tm*1として出力する。

実施の形態２に係る第１軸サーボ制御器は、実施の形態１に係る第１軸サーボ制御器におけるモデルトルク演算部２をモデルトルク補正部３２ａに置き換えた構成である。
実施の形態２に係るサーボ制御器においては、互いの実位置情報を交換する構成としたものである。第１０図では、第１軸サーボ制御器１０２ａにおいて、第２軸位置pm2を使用する例を示した。

次に、第１１図によりモデルトルク補正部３２ａの構成および処理について説明する。
規範モデル制御部１（図示せず）から出力されたモデル加速度aa1にハイパスフィルタ４１をかけた後、符号検出器４２においてモデル加速度の符号を検出する。
減算器４３で求めた第１軸実位置pm1と第２軸実位置pm2との偏差をハイパスフィルタ４４を通した値に、乗算器４５で、符号検出器４２で求めたモデル加速度の符号をかけて、ＰＩ補正器４６に出力する。
ＰＩ補正器４６で、比例ゲインGjpおよび積分ゲインGjiを用いてＰＩ補正を行い、イナーシャ補正値△Je1を出力する。
減算器４７で、ノミナルな係数器４８で設定しているモデルイナーシャ値Je1よりイナーシャ補正値△Je1を減算する。
乗算器４９で、規範モデル制御部３１（図示せず）から出力されたモデル加速度aa1に、減算器４７で求めた値をかけて、補正されたモデルトルクTa1を得る。

実施の形態２に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおけるモデルトルク補正部３２ａにおいては、ノミナルな係数器４８で設定しているモデルイナーシャ値Je1が実際の駆動イナーシャに一致していれば、モデルトルクTa1により実際の位置をモデル位置にほぼ一致するように動作する。
また、モデルイナーシャ値Je1に誤差があった場合には、軸間位置偏差に基づいて実際のイナーシャに一致させるように補正が行われる。例えば、上位構造物が反対側に有り、負荷アンバランスにより実際のイナーシャがモデルイナーシャ値Je1より小さい場合、加速度の変化が正の場合には正の軸間位置偏差が、加速度の変化が負の場合には負の軸間位置偏差が発生する。従って、モデル加速度aa1にハイパスフィルタをかけた値の極性を利用して軸間位置偏差補正入力を反転させることにより、常にモデルイナーシャ値を小さくする方向に、つまり実際のイナーシャに一致する方向に補正されることになる。この補正により第１軸位置と第２軸位置は一致するように制御され、軸間位置偏差が抑制される。

また制御器や機械の条件によっては、加速時には正の軸間位置偏差が、減速時に負の軸間位置偏差が発生する場合がある。このような場合にはハイパスフィルタのゲインを０などの小さい値を与えてやれば、同様に常にモデルイナーシャ値が補正され軸間位置偏差が抑制される。
ハイパスフィルタやＰＩ補正器のゲインは規範モデル制御器、位置制御部、速度制御部の応答、機械の構成に応じて決定されるが、ハイパスフィルタのゲインは条件によっては、ゲインを０とし直達項としてもよい。

ＰＩ補正器４６で、ＰＩ補正に使用する比例ゲインGjpおよび積分ゲインGjiにおけるゲイン切替えの例について、第１２図により説明する。第１２図（ａ）は速度指令の変化を示す図、第１２図（ｂ）は比例ゲインGjpおよび積分ゲインGjiの変化を示す図である。
軸間位置偏差は、加減速の途中や加減速開始点、終了点などに大きな値が発生するため、ＰＩ補正ゲインについては、その近傍においてゲインを高くするなどの可変ゲインを行う。
第１２図では、停止中はＰＩゲインを０としておいて速度指令wm*が入る瞬間にゲイン最大にし単調減少させてある一定期間で一定値に落ち着くようにした例を示した。このように構成することにより、補正に重要な信号が多く入ってくる期間においてより多くの補正を行うようになるため、ノイズや外乱等の影響を受けにくくなり、補正イナーシャ演算の演算精度を向上させることが可能となる。

上述の第１２図では、大きな軸間位置偏差が発生する加減速の途中や加減速開始点、終了点の近傍においてゲインを高くする例を示したが、上位構造物などの動作シーケンスがあらかじめわかっている場合には、そのシーケンスに沿った時刻に応じて可変ゲインを行うことにより、同様に演算精度を向上させることが可能となる。他のゲインの可変例について、第１３図、第１４図により説明する。

第１３図（ａ）は速度指令の変化を示す図、第１３図（ｂ）は比例ゲインGjpおよび積分ゲインGjiの変化を示す図である。また、第１４図（ａ）は速度指令の変化を示す図、第１４図（ｂ）は比例ゲインGjpおよび積分ゲインGjiの変化を示す図である。
第１３図は加速時および減速時に軸間位置偏差が大きくなる場合におけるゲインの可変例であり、補正演算の精度向上および軸間位置偏差の抑制に有効である。
また、第１４図は加減速開始点、終了点に軸間位置偏差が大きくなる場合におけるゲインの可変例であり、補正演算の精度向上および軸間位置偏差の抑制に有効である。

モデルトルク補正部３２ａは、上記方式に限られたものではなく、例えばＰＩ補正器４６の代わりにＰ制御やＰＩＤ制御、位相進み補償、逐次最小自乗法に代表される統計的手法を用いる方式を使用してもよい。
また、上記では軸間位置偏差にハイパスフィルタをかけた値を用いた例を示したが、軸間位置偏差を直接用いることも可能であり、また軸間位置偏差に不感帯を設けてもよい。

実施の形態２に係るサーボ制御器を、２軸駆動機械の制御に適用した場合は、軸間位置偏差の発生要因を直接しかもリアルタイムに補正を行うため、移動台の上位構造物の動作等で負荷アンバランスが変化するような場合でも軸間位置偏差の抑制ができる。
また、上記特許文献２と異なりフィードフォワード側での補正であるため、ゲインを高く設定することなく安定かつ高速に軸間位置偏差の抑制を行うことができるので、剛性の高くない機械でも利用することができる。更に、ＰＩ補正などを利用する場合には数式演算を行う必要がないため、少ない演算量で抑制効果が得られるとともに、２軸間の距離や剛性、各部分の質量などの機械定数が正確には得られないような機械についても容易に適用することができる。

実施の形態２に係るサーボ制御器は、従来は係数器であったモデルトルク演算部分をモデルトルク補正部に変更するだけでよいため、従来のサーボ制御器から容易に置き換えることが可能である。
また、速度指令や時刻に応じて可変ゲインを行うことにより、補正イナーシャ値の演算精度をより向上させることができ、軸間位置偏差の抑制性能を向上させることができる。

ところで、上記実施の形態２においては、規範モデル制御部は位置指令を基に、モデル位置、モデル速度、モデル加速度を演算する構成とし、速度制御部は位置制御部から出力された速度指令とモデル速度と自軸速度とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する例を示したが、モデル速度は必ずしも使用しなくてもよい。ただし、高加減速指令の用途おいては、モデル速度を使用することにより、軸間位置偏差の抑制性能を向上させることができる。

実施の形態３．
第１５図により、実施の形態３に係るサーボ制御器の構成および処理について、第１軸サーボ制御器１０２ａを例に説明する。第１５図において、１、３４〜３９は第１０図と同様であり、その説明を省略する。
モデルトルク補正部３２ｂは、規範モデル制御部１から出力された第１軸モデル加速度aa1と第２軸サーボ制御器（図示せず）の規範モデル制御部から出力された第２軸モデル加速度ａａ２とから補正されたモデルトルクTa1を出力する。
実施の形態３に係るサーボ制御器においては、互いのモデル加速度情報を交換する構成としたものである。第１５図では、第１軸サーボ制御器１０２ａにおいて、第２軸モデル加速度ａａ２を使用する例を示した。

第１６図により、モデルトルク補正部３２ｂの構成および処理について説明する。
規範モデル制御部１から出力された第１軸モデル加速度aa1に係数器５１で係数Ｊ１１をかけた値と、第２軸サーボ制御器（図示せず）の規範モデル制御部から出力された第２軸モデル加速度ａａ２に係数器５２で係数Ｊ１２をかけた値とを、加算器５３で加算して、補正されたモデルトルクTa1を出力する。ここで、Ｊ１１は係数器５１に設定される自己イナーシャ、Ｊ１２は係数器５２に設定される干渉イナーシャである。

また、第１図に示した構成の２軸駆動機械における機械のイナーシャを、第１軸イナーシャをＪ１、第２軸イナーシャをＪ２、移動台イナーシャをＪ３、上位構造物のイナーシャをＪ４、これら４つのイナーシャから得られる重心まわりの回転モーメントをＪ０とし、運動方程式を立てると、自己イナーシャＪ１１および干渉イナーシャＪ１２を下式のように得ることができる。
Ｊ１１＝Ｊ１＋Ｊ３／４＋（１／２−ｘ／Ｌ）^２・Ｊ４＋Ｊ０／Ｌ^２
Ｊ１２＝Ｊ１＋Ｊ３／４＋（１／２−ｘ／Ｌ）^２・Ｊ４−Ｊ０／Ｌ^２
ここで、Ｌは軸間の距離、ｘは軸間の中心位置から上位構造物の中心位置までの距離である。
従って、第１６図における係数器５１のＪ１１および係数器５２のＪ１２を、上式の値に設定してやることにより、上述の実施の形態２と同様に、実際の位置をモデル位置に一致させる適切なモデルトルクが得られ、第１軸位置と第２軸位置は一致する方向に制御され、軸間位置偏差が抑制される。

なお、係数器５１、係数器５２の設定値は移動台の負荷配分が固定である場合には定数として設定すればよいが、例えば上位構造物の位置が変化した場合など負荷配分が変動する場合には、上位のコントローラ等から設定値を変更してやればよい。例えば、上式のｘ（軸間の中心位置から上位構造物の中心位置までの距離）の値を受け取って演算して設定する方法や上位のコントローラにおいてイナーシャ値を演算してパラメータ値を受け取って変更する方法などが考えられる。

実施の形態３に係るサーボ制御器を、２軸駆動機械の制御に適用した場合は、上記の動作により軸間位置偏差を抑制することができる。また、完全にフィードフォワード部分のみによる補正であるため、ゲイン設定値が誤った場合などでも不安定になることがないという利点がある。
あらかじめ機械定数がわかっている場合や、上位コントローラなどから情報が得られる場合には、実施の形態３に係るサーボ制御器は、実施の形態１や実施の形態２と比較してサーボ制御器側のソフトウェア負荷を軽減させることが可能となる。
また、このサーボ制御器は、実施の形態２の場合と同様に、従来は係数器であったモデルトルク演算部分を補正フィードフォワード部に変更するだけでよいため、従来例のサーボ制御器から容易に置き換えることが可能である。

ところで、上記実施の形態３においては、規範モデル制御部は位置指令を基に、モデル位置、モデル速度、モデル加速度を演算する構成とし、速度制御部は位置制御部から出力された速度指令とモデル速度と速度フィードバック補正部から出力された補正速度フィードバック信号とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する例を示したが、モデル速度は必ずしも使用しなくてもよい。ただし、高加減速指令の用途おいては、モデル速度を使用することにより、軸間位置偏差の抑制性能を向上させることができる。

実施の形態４．
第１７図により、実施の形態４に係る第１軸サーボ制御器の構成および処理について説明する。第１７図において、１、３〜９は第２図と同様であり、その説明を省略する。
モデルトルク補正部３２ｃは、規範モデル制御部１から出力された第１軸モデル加速度aa1、第２軸サーボ制御器（図示せず）の規範モデル制御部から出力された第２軸モデル加速度ａａ２、自軸位置としての第1軸位置ｐｍ１および他軸位置としての第2軸位置ｐｍ２から補正されたモデルトルクTa1を出力する。

第１８図により、モデルトルク補正部３２ｃの構成および処理について説明する。第１８図において、４１〜４６は第１１図と同様であり、その説明を省略する。
ＰＩ補正器４６で、比例ゲインGjpおよび積分ゲインGjiを用いてＰＩ補正を行い、イナーシャ補正値△Je1を出力する。
減算器５４で、自己イナーシャＪ１１からイナーシャ補正値△Je1を減算し、乗算器５５で規範モデル制御部３１（図示せず）から出力されたモデル加速度aa1に、減算器５４で求めた値をかける。加算器５６で、干渉イナーシャＪ１２からイナーシャ補正値△Je1を減算し、乗算器５７で第２軸サーボ制御器（図示せず）の規範モデル制御部から出力された第２軸モデル加速度ａａ２に、減算器５６で求めた値をかける。ここで、自己イナーシャＪ１１および干渉イナーシャＪ１２は、第１６図においてノミナルな係数設定器５１、ノミナルな係数設定器５２に設定する数値と同じものを使用する。
加算器５８で、乗算器５５で求めた値と乗算器５７で求めた値とを加算して、補正されたモデルトルクTa1を得る。

実施の形態４に係る第１軸サーボ制御器におけるモデルトルク補正部３２ｃでは、自己イナーシャＪ１１に対してはＰＩ補正器４６で得られたイナーシャ補正値△Ｊｅ１を減算することにより補正し、また干渉イナーシャＪ１２に対してはＰＩ補正器４６で得られたイナーシャ補正値△Ｊｅ１を加算することにより補正し、これらの補正した値を、それぞれモデル加速度ａａ１，ａａ２と掛けた値を加算してモデルトルクＴａ１とする。

実施の形態４に係る第１軸サーボ制御器においては、あらかじめ機械定数として得られている負荷アンバランスは、実施の形態３と同様に、ノミナルな係数設定器５１、５２で設定している自己イナーシャＪ１１、干渉イナーシャＪ１２により補正する。ただし、機械定数がずれている場合に発生するアンバランス分に対しては、実施の形態２と同様にＰＩ補正器４６によって得られるイナーシャ補正値△Ｊｅ１によって補正する。これらのイナーシャ補正によって、軸間位置偏差が効果的に抑制される。それでも抑制しきれなかった軸間位置偏差については、実施の形態１と同様に、位置フィードバック補正部３と速度フィードバック補正部６で抑制される。以上により、非常に大きな軸間位置偏差の抑制効果が得られる。

実施の形態４に係る第１軸サーボ制御器を、２軸駆動機械の制御に適用した場合、あらかじめ機械定数として得られている負荷アンバランスに対しては実施の形態３と同様にフィードフォワード補正し、その定数がずれている場合に発生するアンバランス分に対しては実施の形態２と同様に補正し、それでも抑制しきれなかった軸間位置偏差に対してはフィードバックにより実施の形態１と同様に補正するようにしたので、非常に大きな軸間位置偏差の抑制効果が得られる。
また実施の形態１〜３の技術を併用することにより、モデルトルク補正部のＰＩ補正ゲインや位置フィードバック補正部、速度フィードバック補正部のゲインを大きく設定しなくてもよいので、安定に所望の軸間位置偏差の抑制効果が得られる。

ところで、上記実施の形態４に係る第１軸サーボ制御器においては、上述の実施の形態１〜３に示した技術を併用した例について述べたが、用途に応じて上述の実施の形態１〜３に示した技術の内の２つだけを併用してもよい。また、速度指令や時刻に応じて上述の実施の形態１〜３に示した技術を切替えて使用するようにしてもよい。

また、上記説明においては、この発明のサーボ制御器を２軸駆動機械に使用する例について述べたが、適用対象は２軸駆動機械に限られるものではなく、３軸以上の複数軸の場合には、例えば自軸以外の複数軸の平均位置と自軸位置との位置偏差を用いるなどして適用することができる。また、２軸駆動機械を構成する２軸の同期は１：１だけに限られるものではなく、１：Nの場合には、その比を係数として掛ければ同様に適用することができる。
また、アクチュエータとしてはボールネジを使用する例について述べたが、ボールネジに限るものではない。
また、この発明のサーボ制御器を使用する機械については、直動系でなく回転系等の同期制御についても同様に適応できる。

以上のように、本発明のサーボ制御器は、低剛性な機械や位置検出誤差が存在するような２軸駆動機械に適用できるので、複数軸駆動機械の同期制御する用途に適している

第１図は２軸駆動機械の構成を示す図である。第２図はこの発明の実施の形態１に係る２軸駆動機械に使用されるサーボ制御器の構成を示す図である。第３図はサーボ制御器における規範モデル制御部１の構成を示す図である。第４図はサーボ制御器における規範モデル制御部１の他の構成を示す図である。第５図はこの発明の実施の形態１に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおける位置フィードバック補正部３の構成を示す図である。第６図はこの発明の実施の形態１に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおける速度フィードバック補正部６の構成を示す図である。第７図はこの発明の実施の形態１に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおける位置フィードバック補正部３の構成を示す図である。第８図はこの発明の実施の形態１に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおける位置フィードバック補正部３のゲイン切替えの例を説明する図である。第９図はこの発明の実施の形態１に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおける速度フィードバック補正部６の構成を示す図である。第１０図はこの発明の実施の形態２に係る２軸駆動機械に使用されるサーボ制御器の構成を示す図である。第１１図はこの発明の実施の形態２に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおけるモデルトルク補正部３２ａの構成を示す図である。第１２図はこの発明の実施の形態２に係る第１軸サーボ制御器１０２ａのモデルトルク補正部３２ａにおいて、ＰＩ補正器４６で、ＰＩ補正に使用する比例ゲインGjpおよび積分ゲインGjiにおけるゲイン切替えの例を説明する図である。第１３図はこの発明の実施の形態２に係る第１軸サーボ制御器１０２ａのモデルトルク補正部３２ａにおいて、ＰＩ補正器４６で、ＰＩ補正に使用する比例ゲインGjpおよび積分ゲインGjiにおけるゲイン切替えの例を説明する図である。第１４図はこの発明の実施の形態２に係る第１軸サーボ制御器１０２ａのモデルトルク補正部３２ａにおいて、ＰＩ補正器４６で、ＰＩ補正に使用する比例ゲインGjpおよび積分ゲインGjiにおけるゲイン切替えの例を説明する図である。第１５図はこの発明の実施の形態３に係る２軸駆動機械に使用されるサーボ制御器の構成を示す図である。第１６図はこの発明の実施の形態３に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおけるモデルトルク補正部３２ｂの構成を示す図である。第１７図はこの発明の実施の形態４に係る２軸駆動機械に使用される第１軸サーボ制御器の構成示す図である。第１８図はこの発明の実施の形態４に係る第１軸サーボ制御器１０２ａにおけるモデルトルク補正部３２ｃの構成を示す図である。

符号の説明

１規範モデル制御部、２モデルトルク演算部、３位置フィードバック補正部、４位置制御部、５減算器、６速度フィードバック補正部、７演算器、８速度制御部、９加算器、１１減算器、１２フィルタ、１３係数器、１４係数器、１５加算器、１６ハイパスフィルタ、１７ローパスフィルタ、１８加算器、２１減算器、２２フィルタ、２３係数器、２４係数器、２５加算器、２６ハイパスフィルタ、２７ローパスフィルタ、２８加算器、３１規範モデル制御部、３２ａ、３２ｂ、３２ｃモデルトルク補正部、３４位置制御部、３５減算器、３７演算器、３８速度制御部、３９加算器、４１ハイパスフィルタ、４２符号検出器、４３減算器、４４ハイパスフィルタ、４５乗算器、４６ＰＩ補正器、４７減算器、４８係数器、４９乗算器、５１係数器、５２係数器、５４減算器、５５乗算器、５６加算器、５７乗算器、５８加算器、１０１位置指令出力装置、１０２ａ第１軸サーボ制御器、１０２ｂ第２軸サーボ制御器、１０３ａ第１軸トルク制御手段、１０３ｂ第２軸トルク制御手段、１０４ａ第１軸サーボモータ、１０４ｂ第２軸サーボモータ、１０５ａ各々第１軸ボールネジ、１０５ｂ第２軸ボールネジ、１０６移動台、１０７上位構造物、１１０モデル位置制御部、１１１モデル速度制御部、１１２機械系模擬部、１１３速度フィードフォワード演算部、１１４加速度フィードフォワード演算部。

Claims

自軸位置と他軸位置とを基に、位置フィードバック信号を補正する位置フィードバック補正部と、
前記位置フィードバック補正部から出力される補正位置フィードバック信号から位置制御を行い、速度指令を出力する位置制御部と、
自軸速度と他軸速度とを基に、速度フィードバック信号を補正する速度フィードバック補正部と、
前記位置制御部から出力された速度指令と前記速度フィードバック補正部から出力された補正速度フィードバック信号とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する速度制御部と、
前記モデル加速度に自軸イナーシャ設定値をかけてモデルトルクを出力するモデルトルク演算部と、
このモデルトルクと前記フィードバックのトルク指令とを基に、トルク指令を演算する加算器と、を備えたサーボ制御器。
位置フィードバック補正部において、前記自軸位置と前記他軸位置との差である軸間位置偏差にフィルタとゲインとをかけた値を使用して位置フィードバック信号を補正するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のサーボ制御器。
位置フィードバック補正部において、前記自軸位置と前記他軸位置との差である軸間位置偏差にかけるゲインを可変にしたことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のサーボ制御器。
速度フィードバック補正部において、前記自軸速度と前記他軸速度との差である軸間速度偏差にフィルタとゲインとをかけた値を使用して速度フィードバック信号を補正するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のサーボ制御器。
速度フィードバック補正部において、前記自軸速度と前記他軸速度との差である軸間速度偏差にかけるゲインを可変にしたことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載のサーボ制御器。
位置指令を基に、モデル位置、モデル加速度を演算する規範モデル制御部と、
このモデル位置と自軸位置との差分から位置制御を行い、速度指令を出力する位置制御部と、
この位置制御部から出力された速度指令と自軸速度とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する速度制御部と、
前記モデル加速度を前記自軸位置と他軸位置とにより補正してモデルトルクを演算するモデルトルク演算部と、
このモデルトルクと前記フィードバックのトルク指令とを基に、トルク指令を演算する加算器と、を備えたサーボ制御器。
前記規範モデル制御部を、位置指令を基に、モデル位置、モデル速度、モデル加速度を演算するように構成するとともに、
前記速度制御部を、前記位置制御部から出力された速度指令と前記モデル速度と自軸速度とを基に、フィードバックのトルク指令を出力するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のサーボ制御器。
モデルトルク補正部において、時刻または速度指令波形に応じて補正動作の開始／停止または補正ゲインの変更を行うようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第６項または第７項に記載のサーボ制御器。
モデルトルク補正部において、入力されるモデル加速度にハイパスフィルタを通した値の符号を利用して極性を反転させるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第６項ないし第８項のいずれかに記載のサーボ制御器。
位置指令を基に、モデル位置、モデル加速度を演算する規範モデル制御部と、
自軸位置と他軸位置とを基に、位置フィードバック信号を補正する位置フィードバック補正部と、
前記モデル位置と前記位置フィードバック補正部から出力される補正位置フィードバック信号との差分から位置制御を行い、速度指令を出力する位置制御部と、
自軸速度と他軸速度とを基に、速度フィードバック信号を補正する速度フィードバック補正部と、
前記位置制御部から出力された速度指令と前記速度フィードバック補正部から出力された補正速度フィードバック信号とを基に、フィードバックのトルク指令を出力する速度制御部と、
前記モデル加速度を、他軸モデル加速度ならびに前記自軸位置と前記他軸位置とにより補正してモデルトルクを演算するモデルトルク演算部と、
このモデルトルクと前記フィードバックのトルク指令とを基に、トルク指令を演算する加算器と、を備えたサーボ制御器。
前記規範モデル制御部を、位置指令を基に、モデル位置、モデル速度、モデル加速度を演算するように構成するとともに、
前記速度制御部を、前記位置制御部から出力された速度指令と前記モデル速度と前記速度フィードバック補正部から出力された補正速度フィードバック信号とを基に、フィードバックのトルク指令を出力するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載のサーボ制御器。