WO2001088649A1

WO2001088649A1 - Servomecanisme de positionnement

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Publication number: WO2001088649A1
Application number: PCT/JP2001/003907
Authority: WO
Inventors: Koji Tomita
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2001-05-10
Publication date: 2001-11-22
Also published as: CN1429355A; EP1291747B1; DE60141630D1; KR100855798B1; EP1291747A4; US6784632B2; EP1496412B1; EP1291747A1; EP1496412A1; KR20020091840A; US20030169010A1; CN1242308C; TW502141B; DE60135586D1

Description

明細書

位置決めサ一ボコントローラ〈技術分野〉

本発明は、制御対象の位置決めを行う位置決めサーボコントローラ（位置制御装置）、特に、モ一夕の位置決めを行う位置決めサ一ボコントローラに関する。

〈背景技術〉

図 30は、従来の位置決めサ一ボコントローラの構成を示す制御プロック線図である。図 30に示すように、従来の位置決めサ一ボコントローラは、位置制御器 1と、速度制御器 2と、トルクアンプ 3と、モータ 4と、微分器 5とから構成されている。

この位置決めサ一ボコントローラは、イナ一シャが J [N ' m' s²] であるモ —タ 4の位置 [r ad] を制御するものである。

モ一夕 4にはエンコーダ（不図示）が備え付けられており、このエンコーダによってモー夕 4の位置 0が検出できるようになつている。上位装置（不図示）から発せられる位置指令 0rとモ一夕 4の位置 0との位置偏差（0r— 0) は、位置制御器 1に入力される。

位置制御器 1は、位置ループゲイン Kp [1/s] によって、その偏差を Kp倍した値を、モ一夕 4への速度指令 [r ad/s] として出力する比例制御器であ。。

微分器 5は、モ一夕 4め位置 0 [rad] を微分してモー夕 4の速度 [r a d/s] を出力する。

速度制御器 2は、速度指令 wr [r ad/s] とモータ 4の速度 ω [rad/ s] との速度偏差を入力し、速度ループゲイン Kv [Ν · m · s] によってその偏差を Kv倍した値をモー夕 4へのトルク指令 Tref [N · m] として出力する比例制御器である。

トルクアンプ 3は、トルク指令 Tref を入力してトルク Tr を発生させてモー夕 4を駆動する。つまり、この位置決めサ一ボコントローラは、位置指令 0r にモータ 4の位置 0を追従させるためのものであり、モータ 4の位置 0は、位置指令 0r に対する位置応答である。

このような従来の位置決めサーボコントローラには、フィードバックされたモ一夕 4の位置応答 0を元に位置決め制御を行うフィ一ドバック制御方式が用いられている。

上述のように、位置決めサ一ボコントローラは、通常、位置ループ処理の中に、マイナ一ループとして速度ループ処理を有している。

しかし、このようなフィードバック制御方式の位置決めサーボコントローラでは、位置ループゲイン Kp 、速度ループゲイン Κν の値は有限の値であり上限値を有している。

そのため、モー夕 4の位置応答 Θは、位置指令 0r とは完全には一致せず、いわゆるサ一ボ遅れが発生する。

図 3 1は、従来の位置決めサーボコントロ一ラの動作を示すグラフである。図 3 1 (a) には、位置指令 0r と位置応答 0とが示され、図 3 1 (b) には、位置指令 0r および位置応答 0の微分 d0r /d t、 d 0/d tが示されている。図 3 1 (a) および（b) に示すように、 d 0rノ d tは、モー夕 4が一定の加速度で加速して速度が定常速度 V [r ad/s] に達し、所定の時間だけ定常速度 Vで移動した後、一定の加速度で減速するような指令となっている。

このような場合には、位置偏差は最大で V/Kp [r ad] となり、 d 0r / d tの値が 0になってから位置応答 Θが実際に位置指令 Θ r の値に達するまでの時間は、 lZKp [s] に比例して長くなる。

なお、図 3 1では、加減速時間- 0. 1 [s]s 定常速度 V= 100 [r ad/ s]、所定の時間： = 0. 2 [s]、位置ループゲイン Kp= 2 5 [ l/s]、速度ル —プゲイン Kv= 2 00 [Ν · m · s]、イナ一シャ J = 1 [N · m · s²] の場合の指令 0r、 d0r tおよび応答 0、 dS/d tの変動の様子が示されている。

図 3 1では、定常偏差は、 V/Kp= l 0 0/2 5 = 4 [r ad] となり、 ά θτ /d tが 0になってから位置応答 0の値が実際に位置指令 r の値に達するまでの時間は 0 . 1 [ s ] となっている。

このような位置決めサーボコントローラでは、上述のサ一ボ遅れを解消するために、フィードパック制御方式とともにフィードフォワード制御方式が用いられることがある。

図 3 2は、フィ一ドバック制御方式とともにフィードフォヮ一ド制御方式を用いた位置決めサーボコントローラの構成を示す制御ブロック線図である。

この位置決めサーボコントローラでは、図 2の位置決めサ一ボコントロ一ラの構成要素の他に、フィードフォワード制御器 6、 7を備えている。

フィードフォワード制御器 6は位置指令 0 r を入力して位置指令 0 r を微分し、その微分値を第 1のフィードフォワードゲイン Kffl [ 1 / s ] により Kffl倍した値を出力する。

この値は、位置制御器 1から出力される速度指令 ω_Γ [ 1 / s ] に加算される第 1のフィードフォヮ一ド制御量である。

このようにすることによって、図 3 2の位置決めサーボコントローラでは、位置指令 0 r から直接生成されたサーボ遅れ要素を含まない速度指令に基づいて速度ループ処理が行われるので、フィードバック制御のみのときよりも、サーボ遅れを解消することができる。

また、フィードフォヮ一ド制御器 7はフィードフォヮ一ド制御器 6から出力された第 1のフィードフォヮ一ド補償量を入力して微分し、その微分を第 2のフィードフォヮ一ドゲイン Kff2によって Kff2倍した値を第 2のフィ一ドフォワード補償量として出力する。

この第 2のフィードフォヮ一ド補償量は、速度制御器 2から出力された値に加算され、その加算された値がトルク指令 T rとしてトルクアンプ 3に入力される _c このようにすることによって、トルクアンプ 3は、サ一ボ遅れ要素を含まないトルク指令 T rに基づいてモー夕 4を駆動することができる。

上述のように、図 3 2の位置決めサ一ボコントロ一ラでは、速度フィードフォワード制御とトルクフィードフォヮ一ド制御とを行うことによって、フィードバック制御によって発生するサーボ遅れを補償することができる。

図 3 3は、図 3 2の位置決めサーボコントロ一ラの各ブロックを簡略化した制御プロヅク線図である。図 3 3に示すように、この位置決めサ一ボコントローラの制御性能は、フィードフォワードゲイン Kffl、 Kff2の値で決まる。

したがって、図 3 2の位置決めサ一ボコントローラでは、フィードフォワードゲイン Kffl、 Kff2を最適な値に設定し、サ一ボ遅れができるだけ少なくなるような状態でモータ 4の制御が行われている。

なお、フィードフォワードゲイン Kffl= 1とすると、この位置決めサ一ボコントローラの制御ブロック線図は、図 3 4のようになる。

さらに、フィードフォワードゲイン Kff2= Jとすると、位置指令 0 r から位置応答 0までの伝達関数 Gの値は 1となり、理想的には、位置指令 0 r と位置応答 Θとの間に遅れはなくなり、位置決めサーボコントロ一ラのサ一ボ遅れは 0となる。

しかし、実際には、制御対象であるモ一夕 4のイナ一シャ J等の物理量は完全に把握されてない場合が多く、フィードフォワードゲイン Kffl、 K 2の値を最適な値に設定するのは困難である。

このような場合では、モー夕 4の位置決めを行うときに、オーバシュートゃァンダーシュートなどの現象が発生する。例えば、 Kff2= Jとすれば、位置決めサ —ボコントローラのサ一ボ遅れは 0となるが、 Jの値が未知である場合には、フィ一ドフォヮ一ドゲイン K ff2の値を Jの値に設定することができないので、応答にオーバシュートやアンダーシュートが発生する。

図 3 5は、フィ一ドフォヮ一ドゲイン Kff2の値が最適に設定されていない場合の位置決めサーボコントローラ位置応答 Sの微分である速度応答 d 0 / d tの変動の様子が示されている。

なお、図 3 5では、 Kff2= 0 . 5 = J / 2.としている。

そして、図 3 5 ( a ) の Aの部分を拡大したものが図 3 5 ( b ) である。

図 3 5 ( b ) に示すように、速度応答 d 0 / d tには、オーバ一シュートが発生している。

このようなオーバシュ一トを無くすためには、フィ一ドフォワードゲイン K fi 1の値を下げたり、フィードフォヮ一ド制御器 7の出力にフィル夕を設けたりするなどの対策をとつていたが、従来の位置決めサーボコントローラでは、そのような対策によつて再びサ一ボ遅れが生じてしまうという問題があつた。また、図 3 0に戻って、従来の位置決めサ一ボコントローラは、位置制御器 1 と、速度制御器 2と、トルクアンプ 3と、モータ 4と、微分器 5とから構成されている。この従来の位置決めサ一ボコントローラは、イナ一シャが J [N . m · s ²] であるモ一夕 4の位置 0 [ r a d ] を制御するものである。

説明を簡単にするために、ここでは、制御対象が剛体で制御対象とモー夕 4の合計イナ一シャを Jとすることができ、かつ、トルクアンプ 3の応答は無視することができるほど充分速いものとする。

上述のように、位置決めサ一ボコントローラには、通常、位置ループ処理の中にマイナーループとして速度ループゲイン Kvを有する速度ループが設けられている。そして、速度ループの中にはトルクを発生させるトルクアンプ 3が設けられている。この発生トルク T rによりイナーシャ Jのモータを回転させる。その位置 0がエンコーダによってコントロ一ラに読み込まれ制御に使用される。このような従来の位置決めサ一ボコントローラでは、モータの先には機械が接続されており、その機械の特性と動作要求使用に応じて、 Kp、 Kvの値をバランスよく調整することが重要である。

図 3 0の制御系にステップ指令を入力した場合の応答特性は、 Kpと Kvの値の組み合わせにより、図 3 6に示すように様々な特性を示す。

図 3 6では、 3種類の線図（a ) 〜（c ) が描かれている。

① （a ) は Kv= 5 0、 Kp- 1 0の場合、

② （b ) は Kv= 1 0 0、 Kp= 2 5の場合、

③ （ c ) は Κν= 5 0、 Κρ= 5 0の場合

の各応答特性を示している。ただし、ここでは全ての場合において J = 1である。例えば、要求仕様が図 3 6の線図（b ) のようにオーバシュートしないでかつ高応答であり、最初に図 3 6の線図（a ) の状態であった場合について考える。これを要求どおりに調整しょうとすると、先ず、位置フィードバックの波形をモ二夕しながら、徐々に Kpの値を大きくし、図 3 6の線図（c ) の状態になったら- 今度は Kvの値を大きくしていく。すると、図 3 6の線図（b ) の状態が得られる, ただし、通常は、ここでは無視した機械系および、速度ループの中に設けられているトルクアンプ 3の遅れにより、 Kvを大きくしすぎるとサ一ボ系が発振する, 従って、 Kvを大きくする途中で発振した場合には、再び Kpの値を小さくして、最適な Kvの値を探す必要がある。

このように、従来の位置決めサーボコントローラでは、 Kvと Kpの値を交互に変化させながら最適なゲインを調整する必要があった。そして、この Kpと Kvの関係を熟知していないと、バランスよく調整することは困難であった。

つまり、熟練者であれば、図 6のような構成で制御対象が剛体であり、モー夕と機械の合計負荷イナ一シャを Jとした場合、 K v = 4 ' Kp ' Jとすることにより、図 3 6の線図（b ) の状態とすることができることを知っているが、経験 - 知識が乏しい人の場合には、このバランスを取ることが難しい。さらに、図 3 7は、図 3 0の従来の位置決めサ一ボコントローラとは構が若干異なる別の従来の位置決めサーボコントローラを示す制御プロック線図である。図 3 7に示すように、この従来の位置決めサーボコントローラは、位置制御器 1 と、速度制御器 2と、モー夕 4と、微分器 5とから構成されている。

この従来の位置決めサ一ボコントローラは、イナ一シャが J [ N ' m . s ²] であるモー夕 4の位置 0 [ r a d ] を制御するものである。

また、通常は、作成されたトルク指令を入力しトルクを発生させてモー夕 4を駆動するためのトルクアンプが設けられるが、トルクアンプの応答は無視することができるほど充分速いものとして図中からは省略している。

また、説明を簡単にするために、ここでは、制御対象が剛体で制御対象とモー夕 4の合計イナ一シャを Jとすることができるものとする。

モー夕 4にはエンコーダ（不図示）が備え付けれており、エンコーダによってモータ 4の位置 0が検出できるようになつている。上位装置（不図示）から発せられる位置指令とモータ 4の位置 0との位置偏差は、位置制御器 1および微分器 5に入力される。

位置制御器 1は、比例ゲイン Kp [ Ν · m · s によって、その偏差を Kp倍した値を出力する比例制御器である。微分器 5は、位置指令 0 r とモ一夕 4の位置 0との位置偏差を微分した値を出力する。

速度制御器 2は、微分器 5により求められた値を微分ゲイン Kd [ 1 / s ] によつて Kd倍した値を出力する比例制御器である。この従来の位置決めサーボコントローラは、位置指令 0 r にモ一夕 4の位置 0を追従させるためのものであり、モ一夕 4の位置 0は、位置指令 0 r に対する位置応答である。

そして、この従来の位置決めサ一ボコントロ一ラにおいてモータ 4を制御するためのトルクは、位置制御器 1と速度制御器 2とからそれそれ出力された値どうしを加算した値をトルク指令として、図示されていないトルクアンプにより生成される。

また、図 3 7に示した従来の位置決めサ一ボコントローラに対して、積分器 6、積分制御器 3を新たに備えるようにした従来の他の位置決めサーボコントロ一ラを図 3 8に示す。

積分器 6は、位置指令 0 r とモー夕 4の位置との位置偏差を積分してその値を出力する。積分制御器 3は、積分器 3により求められた値を積分ゲイン K iによつて増幅して出力する。

そして、この従来の位置決めサーボコントローラにおいてモ一夕 4を制御するためのトルは、位置制御器 1、速度制御器 2、積分制御器 3とからそれそれ出力された値どうしを加算した値をトルク指令として、図示されていないトルクァンプにより生成される。

図 3 7および図 3 8に示したような従来の位置決めサ一ボコントローラでは、位置指令 0 r に対する 0の応答、外乱 T dに対する Sの応答等に所望の性能を発揮させるためには、ゲイン Kp、 Kd K iの値を調整して最適な値とする必要がある _c この調整は、制御対象（ァクチユエ一夕とァクチユエ一夕に接続された機械の合計）が理想的な剛体の場合には、制御理論から容易に求めることができるが、現実の制御対象は摩擦やばね要素が存在するため、調整は試行錯誤で行われているのが一般的である。

そのため、パラメ一夕の調整は、手間のかかる作業となっていた。

このような問題を解決するための従来の位置決めサーボコントローラを図 3 9 および図 4 0に示す。

図 3 9は、図 3 7に示した従来の位置決めサ一ボコントローラに対して、増幅器 2 7、 2 8を追加したものであり、図 4 0は、図 3 8に示した従来の位置決めサ一ボコントローラに対して、増幅器 2 7、 2 8、 2 9を追加したものである。

'増幅器 2 7は、位置制御器 1から出力された値を調整ゲイン Kgを 2乗した値 K g²によって増幅して出力する。

増幅器 2 8は、速度制御器 8から出力された値を調整ゲイン Kgによって増幅して出力する。

増幅器 2 9は、積分制御器 3から出力された値を調整ゲイン Kgを 3乗した値 K g3によって増幅して出力する。

このような従来の位置決めサーボコントローラでは、比例要素、微分要素、積分要素を同時に変化させるためのパラメ一夕 Kgを導入し、一旦、比例ゲイン Kp、微分ゲイン Kd、積分ゲイン K iを決定すれば、 1つのパラメ一夕である調整ゲイン Kgを変化させるだけでバランスを保ったままゲイン調整することができるため、要求された応答特性を容易に実現することができた。

しかし、この図 3 9および図 4 0に示した従来の位置決めサ一ボコントローラでは、外乱応答を考慮した場合には問題がある。

例えば、図 4 0に示した従来の位置決めサ一ボコントローラでは、位置指令 0 rに対する位置偏差 0 1の応答である指令応答と、外乱 T dに対する位置偏差 02の応答である外乱応答を計算してみると、図 4 1に示すようになる。

このような制御系では、外乱 T dの影響による位置偏差 02を小さくしょうとして、 Kp、 Kd、 K i、 Kgを調整したとしても、位置指令 0 rから位置偏差 0 1までの伝達関数も同じパラメ一夕のみに依存するので、指令応答における位置偏差 0 1も外乱応答における位置偏差とともに変化してしまう。

つまり、このような構成では、いわゆる 1自由度制御系であるため、フィードバック側の調整ゲイン Kgだけでは調整がうまくいかない。また、サーボ遅れを解消する方法としては、後述する図 1に示す位置決めサーボコントロ一ラのように、速度フィードフォワード制御器 6と加速度フィードフォヮード制御器 7と、モータ 4の加速度と加速度指令との偏差に基づいて加速度フィードバック制御とを行ってトルクアンプ 3へトルク指令を出力する加速度制御器 8とを追加する方法がある。

一方、位置ループゲイン Kp、速度ループゲイン Κν等の様々な制御系のパラメ一夕を調整して位置応答 0の位置決め状態の最適調整を簡単に行う方法として、後述する図 5に示す位置決めサ一ボコントロ一ラのように、位置制御器 1および速度制御器 2の後に入力を調整ゲイン Kgによって Kg倍する増幅器 1 0を備える方法がある。

ただ、このような位置決めサ一ボコントローラでは、調整ゲインとフィードフォヮードゲインとをトライアンドエラ一で調整して位置決め状態の最適調整を行つているため、調整に時間がかかってしまうという問題があった。上述したように、図 3 0に示す従来の位置決めサーボコントローラでは、制御に影響を与えるモー夕の物理量が未知である場合には、フィードフォヮ一ドゲイン等の制御パラメ一夕の値を最適な値に設定することがでぎないため、制御応答にオーバシュートやアンダーシュートが発生し、良好な制御応答を得られないという問題があった。

本発明は、モー夕の物理量が未知であっても、良好な制御応答が得られる位置決めサーボコントローラを提供することを第 1の目的とする。また、上述した従来の位置決めサ一ボコントローラでは、調整しなければならないパラメ一夕が 2つあるため、要求された応答特性を実現することが困難であるという問題点があった。

本発明は、要求された応答特性を容易に実現することができる位置決めサーボコントローラを提供することを第 2の目的とする。さらに、上述した図 3 7の位置決めサーボコントローラでは、フィードバック制御系のゲインを 1つのパラメ一夕により調整するために調整ゲインを用いても、外乱応答を調整する場合には要求された応答特性を実現することが困難であるという問題点があった。

本発明は、外乱応答を調整する場合でも要求された応答特性を容易に実現することができる位置決めサ一ボコントローラを提供することを第 3の目的とする。さらに、本発明は、位置決め状態の最適調整を簡単に行うことができる位置決めサーボコントローラを提供することを第 4の目的とする。

〈発明の開示〉

上記第 1の目的を達成するために、本第 1発明の実施形態に係る位置決めサーボコントローラでは、上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、前記位置指令を微分した値を第 1のフィードフォヮ一ドゲインにより増幅することによつて得られる第 1のフィードフォワード補償量を前記位置制御手段から出力された値に加算した値を速度指令とする速度フィードフォワード制御手段と、前記速度指令と前記制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、前記第 1のフィードフォワード補償量を微分した値を第 2のフィ一ドフォヮ一ドゲインにより増幅して得られる第 2のフィ一ドフォヮ一ド補償量を前記速度制御手段から出力された値に加算した値を加速度指令とする加速度フィードフォワード手段と、前記加速度指令と前記制御対象の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインによって増幅してトルク指令として出力する加速度制御手段と、前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプとを備えるものである。

以上のように、上記実施形態の位置決めサ一ボコントローラでは、加速度指令と制御対象の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインによつて増幅した値をトルク指令として出力する加速度制御手段を備えることによって、位置指令を入力とし位置応答を出力とする伝達関数の係数の中に含まれる制御対象の物理量が未知であっても、その係数の中で加速度ループゲインの値がその制御対象の物理量の分母となり、加速度ループゲインの値を適当な値に設定することによって位置応答に対する制御対象の物理量の値の影響を無視することができるようになるため、加速度ループゲインを適当な値に設定することによって良好な制御応答を得ることができる。上記第 2の目的を達成するために、第 2発明の実施形態に係る位置決めサ一ボコントローラは、上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、該位置制御手段から出力された値を調整ゲインによって増幅して速度指令として出力する第 1 の増幅手段と、前記制御対象の位置を微分することにより前記制御対象の速度を求める微分手段と、前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、該速度制御手段から出力された値を前記調整ゲインによって増幅してトルク指令として出力する第 2の増幅手段と、前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプとを備えるものである。

以上のように、上記実施形態の位置決めサ一ボコントローラによれば、速度ループゲイン、位置ループゲインを一旦設定してオーバシュート量を決定すると、調整ゲインにより時間方向だけが変化するため、要求された応答特性を容易に実現することができる。

また、別の実施形態に係る他の位置決めサ一ボコントローラは、上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、該位置制御手段から出力された値を調整ゲインによって増幅して速度指令として出力する第 1の増幅手段と、前記制御対象の位置を微分することにより前記制御対象の速度を求める微分手段と、前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差を積分し、速度ループ積分ゲインを乗算した値を出力する積分手段と、前記積分手段から出力された値を前記調整ゲインによって増幅して出力する第 2の増幅手段と、前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差に、前記第 2 の増幅手段から出力された値を加算した値を速度ループゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、該速度制御手段から出力された値を前記調整ゲインによって増幅してトルク指令として出力する第 3の増幅手段と、前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプとを備えるものである。

この位置決めサーボコントローラは、位置が P (比例）制御、速度が P— I

(比例一積分）制御により制御される位置決めサ一ボコントローラに対して本発明を適用したものである。

さらに、他の実施形態の位置決めサーボコントローラは、上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、該位置制御手段から出力された値を調整ゲインによつて増幅して速度指令として出力する第 1の増幅手段と、前記制御対象の位置を微分することにより前記制御対象の速度を求める微分手段と、前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差を積分し、速度ループ積分ゲインを乗算した値を出力する積分手段と、前記積分手段から出力された値を前記調整ゲインによって増幅して出力する第 2の増幅手段と、記第 2の増幅手段から出力された値と、前記制御対象の速度との偏差を速度ループゲインによつて増幅して出力する速度制御手段と、該速度制御手段から出力された値を前記調整ゲインによって増幅してトルク指令として出力する第 3の増幅手段と、前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプとを備えるものであるこの位置決めサーボコントローラは、位置が P (比例）制御、速度が I一 P (積分—比例）制御により制御される位置決めサ一ボコントロ一ラに対して本発明を適用したものである。上記第 3の目的を達成するために、第 3発明の実施形態に係る位置決めサーボコントローラは、上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を比例グインによって増幅して出力する位置制御手段と、前記位置制御手段から出力された値を調整ゲインを 2乗した値によって増幅して出力する第 1の増幅手段と、前記位置指令と制御対象との位置偏差を微分する微分手段と、前記微分手段により求められた値を微分ゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、該速度制御手段から出力された値を前記調整ゲインによって増幅して出力する第 2の増幅手段と、前記位置指令を 2回微分した値を第 1のフィードフォワードゲィンにより増幅した値と、前記位置指令を微分した値を第 2のフィードフォヮ一ドゲインおよび前記調整ゲインにより増幅した値とを加算することにより得られた値を出力するフィードフォワード制御手段と、前記第 1および第 2の増幅手段と、前記フィードフォヮ一ド手段とからそれそれ出力された値どうしを加算した値をトルク指令とし、該トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクァンプとを備えるものである。

以上のように、上記第 3発明によれば、フィードフォワード制御手段を備えるようにして制御系を 2自由度系とし、フィードフォヮ一ド制御手段のゲインとフイードバック系のゲインを 1つのパラメ一夕である調整ゲインにより調整することができるようにしているので、要求された応答特性を決定するためのゲイン調整を簡単化することができる。

また、別の実施形態では、上記の構成に加えて、位置指令と制御対象との位置偏差を積分する積分手段と、積分手段により求められた値を積分ゲインによって増幅して出力する積分制御手段と、積分制御手段から出力'された値を前記調整ゲィンを 3乗した値によって増幅して出力する第 3の増幅手段とをさらに備えるようにしてもよい。

さらに、別の実施形態では、上記の構成にさらに加えて、位置指令と制御対象との位置偏差を 2回微分する 2回微分手段と、 2回微分手段により求められた値を加速度ゲインによって増幅して出力する加速度制御手段とを備えるようにしてもよい。上記第 4の目的を達成するために、第 4発明の実施形態は、上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、該位置制御手段から出力された値を調整ゲインによって増幅して出力する第 1の増幅手段と、前記位置指令を微分した値を第 1のフィードフォヮ'一ドゲインにより増幅することによって得られる第 1のフィードフォワード補償量を前記第 1の増幅手段から出力された値に加算した値を速度指令とする速度フィードフォワード制御手段と、前記速度指令と前記制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、該速度制御手段から出力された値を前記調整ゲインによって増幅して出力する第 2の増幅手段と、前記第 1のフィードフォワード補償量を微分した値を第 2のフイードフォワードゲインにより増幅して得られる第 2のフィードフォワード補償量を前記第 2の増幅手段から出力された値に加算した値を加速度指令とする加速度フィードフォワード手段と、前記加速度指令と前記制御対象の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインによって増幅してトルク指令として出力する加速度制御手段と、前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプとを備える位置決めサ一ボコントローラであって、前記第 1のフィードフォヮ一ドゲインおよび前記第 2のフィードフォワードゲインの値は、前記調整ゲインの値を引数とする関数の値であることを特徴としている。

以上のような上記第 4発明の位置決めサ一ボコントローラでは、第 1のフィ一ドフォヮードゲインおよび第 2フィードフォヮ一ドゲインの値を調整ゲインを引数とする関数の値とすることによって、調整ゲインだけを調整するだけで位置決め状態の最適化を計ることができるため、位置決め状態の最適調整を簡単に行うことができるようになる。

〈図面の簡単な説明〉

図 1は、第 1の実施形態の位置決めサ一ボコントローラの構成を示す制御ブ口ック線図である。

図 2は、図 1の制御プロヅク線図を簡略化した制御プロヅク線図である。図 3は、図 2の制御ブロック線図を簡略化した制御ブロック線図である。図 4は、本発明の一実施形態の位置決めサーボコントローラの動作を示すグラフである。

図 5は、第 2の実施形態の第 1位置決めサ一ボコントローラの構成を示すブ口ヅク図である。

図 6は、図 5の位置決めサーボコントローラの動作を説明するための極配置図である。

図 7は、調整ゲイン Kgの値を変化させた場合の応答特性の変化を示す図である。

図 8は、第 2の実施形態の第 2位置決めサーボコントローラの構成を示すプ口ヅク図である。

図 9は、第 3の実施形態の第 3位置決めサーボコントローラの構成を示すプ口ック図である。

図 1 0は、第 3の実施形態の第 1位置決めサ一ボコントローラの構成を示すブロック図である。

図 1 1は、図 1 0の位置決めサ一ボコントロ一ラの応答を説明するための図である。

図 1 2は、図 1 0の位置決めサ一ボコントローラにおける外乱応答の動作を説明するための極配置図である。

図 1 3は、図 1 0の位置決めサ一ボコントローラにおける指令応答の動作を説明するための極配置図である。

図 1 4は、図 1 0の位置決めサ一ボコント口ラにおいて、調整ゲイン Kgの値を変化させた場合の応答波形の変化を示す図である。

図 1 5は、フィードフォワードゲイン Kffl、 K f2を 0とした場合の応答波形の変化を示す図である。

図 1 6は、フィードフォワード制御器 1 0中の調整ゲイン Kgを 1とした場合の応答波形の変化を示す図である。

図 1 7は、第 3の実施形態の第 2位置決めサ一ボコントロ一ラの構成を示すプロック図である。

図 1 8は、図 1 7の位置決めサーボコントローラの応答を説明するための図である。

図 1 9は、第 3の実施形態の第 3位置決めサ一ボコントローラの構成を示すプロック図である。

図 2 0は、図 1 9の位置決めサーボコントローラの応答を説明するための図である。

図 2 1は、従来の調整ゲインを用いたフィードフォワード制御方式の位置決めサ一ボコントロ一ラの構成を示す制御プロック線図である。

図 2 2は、図 2 1の制御ブロック線図の等価ブロック線図である。

図 2 3は、制御対象となる機械系を含めた図 2 1の位置決めサ一ボコント口 —ラの構成を示すブロック線図である。

図 2 4は、機械系の剛性が高いときの、位置指令および位置応答の変動を示すグラフである。

図 2 5は、機械系の剛性が低いときの、位置指令および位置応答の変動を示すグラフである。

図 2 6は、調整ゲインの値を調整したときの位置指令および位置応答の変動を示すグラフである。

図 2 7は、フィードフォワードゲインを調整したときの位置指令および位置応答の変動を示すグラフである。

図 2 8は、位置決め状態の最適調整を行ったときの、位置指令および位置応答の変動を示すグラフである。

図 2 9は、第 4の実施形態の位置決めサ一ポコントローラの構成を示す制御ブロヅク線図である。

図 3 0は、従来の位置決めサーボコントローラの構成を示す制御ブロック線図である。

図 3 1は、従来の位置決めサーボコントローラの動作を示すグラフである。図 3 2は、フィードバック制御方式とともにフィードフォワード制御方式を用いた位置決めサ一ボコントロ一ラの構成を示す制御プロック線図である。

図 3 3は、図 3 2の制御ブロック線図を簡略化した制御ブロック線図である。図 3 4は、図 3 3の制御ブロック線図を簡略化した制御プロック線図である。図 3 5は、従来の位置決めサ一ボコントロ一ラの動作を示すグラフである。図 3 6は、従来の位置決めサーボコントローラの応答特性の変化を示す図でめる。

図 3 7は、従来の位置決めサーボコントローラの構成を示すプロック図である。

図 3 8は、従来の他の位置決めサ一ボコン卜ローラの構成を示すプロック図である。

図 3 9は、図 3 7の従来の位置決めサ一ボコントローラに対して調整ゲイン K gによりゲイン調整することができるようにした位置決めサ一ボコン卜ローラの構成を示すプロック図である。

図 4 0は、図 3 8の従来の位置決めサーボコントローラに対して調整ゲイン Kgによりゲイン調整することができるようにした位置決めサ一ボコントローラの構成を示すプロック図である。

図 4 1は、図 4 0の位置決めサーボコントローラの応答を説明するための図である。なお、図中の符号の 1は位置制御器、 2は速度制御器、 3はトルクアンプ、 4 はモー夕、 5、 9は微分器、 6、 7、 1 0， 1 1、 2 2、 2 3はフィードフォヮード制御器、 8は加速度制御器、 1 2は 2回微分器、 1 3は加速度制御器、 1 6 は積分器、 1 7は微分器、 2 7、 2 8、 2 9は増幅器、 3 0は制御対象である。

〈発明を実施するための最良の形態〉

次に、各発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

全図において、同一の符号がつけられている構成要素は、すべて同一のものを示している。

(実施の形態 1 ) '

まず、第 1の目的を達成する発明の実施の形態 1である位置決めサ一ボコントローラについて図 1〜図 4に基づいて詳細に説明する。

図 1は、この一実施形態の位置決めサ一ボコントローラの構成を示す制御プロック線図である。本実施形態の位置決めサ一ボコントローラは、加速度制御器 8 と、微分器 9を備えている点が図 3 2の従来の位置決めサ一ボコントローラと異なっている。

微分器 9は、モー夕 4の位置応答 0を 2階微分してモー夕 4の加速度を出力する。加速度制御器 8は、速度制御器 2から出力された値とフィードフォワード制御器 7から出力された値とが加算された値と、微分器 9から出力されたモ一夕 4 の加速度との加速度偏差を入力して、加速度ループゲイン Kaによって加速度偏差を Ka倍した値をトルク指令 T rとしてトルクアンプ 3に出力する比例制御器である o

図 1の制御プロック線図を簡略化したものを図 2に示す。

図 2の制御ブロック線図をさらに簡略化するために、フィードフォヮ一ドゲイン Kffl=lとすると、図 2の制御プロック線図は、図 3の制御ブロック線図のように簡略化される。

図 3の制御ブロック線図と図 34の制御プロック線図とを比較した場合、分母の S²の項の係数は、図 34の制御プロヅク線図では Jであるのに対して、図 3の制御プロヅク線図では 1 + J/Kaとなっている。

伝達関数 Gの中で加速度ループゲイン Kaの値がモー夕 4のイナ一シャ Jの分母となっているため、加速度ループゲイン Kaの値が大きくなればなるほど J/Ka は 0に近づく。

つまり、イナ一シャ Jの値が明確でないときでも、加速度ループゲイン Kaの値を適当な値に設定することによって、位置応答 0に対するイナーシャ Jの影響を少なくすることができる。

また、図 3の制御プロヅク線図ではフィードフォヮ一ドゲイン Kff2= 1とすれば、位置指令 0rと位置応答 0との間の伝達関数 Gをほぼ 1にすることができ、位置応答 0の位置指令 0rに対する遅れを解消することができる。

図 4は、 Kp=25 [ Kv= 200 [ 1/s], Ka=10、 Kffl= 1 [l/s]、 Kff2= 1 [1/s] としたときの本実施形態の位置決めサ一ボコントロ一ラの動作を示すグラフである。

図 4には、位置指令 0rおよび位置応答 0の微分 d0/dt、 d0/dtの変動の様子が示されている。

図 4の d6>r/dtは、図 35の dSrZdtと同じ波形となっている。

また、図 4では、加減速時間、定常速度、所定の時間、位置ループゲイン Kp、速度ループゲイン Κν、イナ一シャ Jの値も図 35での値と同じであるとし、加速度ループゲイン Ka= 10、イードフォワードゲイン Kffl= 1、 Kff2= lとしている。

図 4 (a) の Bの部分を拡大した図 4 (b) と、図 35 (b) と比較した場合、速度応答 d θ/ά tのオーバシュート量が減っているのがわかる。以上述べたように、本実施形態の位置決めサーポコントローラでは、加速度指令とモ一夕 4の加速度との加速度偏差を加速度ループゲイン Kaによって増幅した値をトルク指令として出力する加速度制御器 8を備える。

こうすることによって、本実施形態の位置決めサ一ボコントローラでは、位置指令 0 rを入力とし位置応答 0を出力とする伝達関数 Gの係数の中に含まれるモー夕 4のイナ一シャ Jが未知であっても、伝達関数 Gの中で加速度ループゲイン K aがその係数中におけるモ一夕 4のイナ一シャ Jの分母となるため、加速度ループゲイン Kaの値が適当な値に設定されることによってモー夕 4のイナ一シャ Jの位置応答 ( に対する影響を無視することができるようになる。

そのため、本実施形態の位置決めサーボコントローラでは、良好な制御応答を得ることができる。

また、本実施形態の位置決めサーボコントローラでは、モー夕 4のイナーシャ Jの値が変化しても、加速度ループゲイン Kaの値が適当な値に設定されることによって、モ一夕 4のイナーシャ Jの位置応答 0に対する影響を無視することができるようになるため、良好な制御応答を得ることができる。

また、本実施形態の位置決めサ一ボコントローラでは、イナーシャ Jの値が明確であるときには、

Kff = 1 + J /Ka

とすることによって、伝達関数 G = 1とすることもできる。

したがって、本実施形態の位置決めサ一ボコントローラは、イナ一シャ Jの値が明確であるかないかに関わらず、モータ 4を最適に位置決めすることができる。以上述べたように、本発明の位置決めサーボコントローラでは、加速度指令とモー夕の実際の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインによって増幅した値をトルク指令として出力する加速度制御器を備えることによって、位置指令を入力とし位置応答を出力とする伝達関数の係数の中に含まれるモ一夕のイナ一シャが未知であっても、伝達関数の中で加速度ループゲインの値がそのモ一夕のイナ —シャの分母となる。

したがって、加速度ループゲインの値が適当な値に設定されることによってモ一夕のイナ一シャの位置応答に対する影響を無視することができるようになる。そのため、本発明の位置決めサーボコントローラでは、良好な制御応答を得ることができる。

(実施の形態 2)

次に、前記第 2の目的を達成する発明の実施の形態 2について図 5〜図 9を参照して詳細に説明する。

(実施の形態 2— 1)

図 5は実施の形態 2— 1の位置決めサーボコントローラの構成を示すブロック図である。

図 5において、図 6中の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略するものとする。

本実施形態の位置決めサ一ボコントローラは、図 6に示した従来の位置決めサ —ボコントローラに対して、増幅器 101、 102 を、位置制御器 1と速度制御器 2の後にそれそれ備えるようにしたものである。

増幅器 101 は、位置制御器 1から出力された値を調整ゲイン Kg によって K g倍して速度指令として出力する。増幅器 102 は、速度制御器 2から出力された値を調整ゲイン Kg によって Kg倍してトルク指令 Tr として出力する。説明を簡単にするために、本実施形態においても従来例の場合と同様に、制御対象が剛体で制御対象とモータ 4の合計ィナーシャを Jとすることができ、かつ、トルクアンプ 3の応答は無視することができるほど充分速いものとする。

図 5の位置指令 0rから位置応答までの伝達関数 G (S) を計算すると、（ここで、速度ループゲイン Kv は通常イナーシャ Jと連動させて変化されるのがふつうであるため、 KvO = Kv/Jとおくと、）

G (S) =G1 /G2 (1)

Gl = Kg² · KvO · Kp (2)

G2= (S +Kg · KvO · S+ Kgに KvO · Kp) · · · ( 3)

となる。

ここで、制御系の安定性は、特性方程式 G2=0の根、つまり制御系の極 <o+、 P -により決定される。式（3) より、

+=-Kg {KvO- (KvO^a-KvO · Kp) 0.5} /2 · · . (4)

-=-Kg {KvO- (Kv0²+KvO · Kp) 0.5} /2 · . · (5)

もし、ここで、 KvOと Kpを一旦決定すると、 Kgを変化させると極配置における時間に関するスケールのみ変化し、オーバシュートに関する量は変化しない。これを通常よく用いられる形で説明するため、

G2= (S²+ 2 ζω^+ω¹) (6)

とおくと、

w = K (KvO - Kp) 0.5 (7)

ζ= (ΚνΟ/Κρ) 0.5/2 (8)

となり、 ωだけ Kgに関係することが分かる。

このときの極配置は図 6のようになり、一旦、 Kp、 KvOを決定すれば、 Kg により、オーバシュート量は変化しないため応答波形のバランスは変化せず、時間方向（つまり ω) だけ変化することがわかる。

例えば、図 7では、 Kg = 0. 5から Kg = 5まで変化させたものであるが、オーバシュートが無い状態に変化は無く、応答速度だけ速くなつている。ただし、図 36の線図（b) の状態を Kg == 1とする。

このように、本実施形態の位置決めサ一ボコントローラでは、 Kv、 K の値を一旦決定しその値を固定すると、 Kg という 1つのパラメ一夕により応答特性が決定される。

(実施の形態 2— 2)

次に、実施の形態 2— 2の位置決めサ一ボコントローラについて説明する。図 8は、本発明の第 2の実施形態の位置決めサーボコントローラの構成を示すプロヅク線図である。

本実施形態の位置決めサ一ボコントローラは、位置が P (比例）制御、速度が P- I (比例一積分）制御により制御される位置決めサーボコントローラに対して本発明を適用した場合である。

本実施形態の位置決めサーボコントローラは、図 5に示した第 1の実施形態の位置決めサーボコントローラに対して、積分器 16と、増幅器 103 が新たに設けられているものである。

積分器 16は、速度指令 wr とモータ 4の速度 ωとの速度偏差を積分し、積分ゲイン Ki倍した値を出力する。増幅器 103 は、積分器 16から出力された値を調整ゲイン Kgによって Kg倍して速度制御器 2に出力する。

そして、本実施形態における速度制御器 2は、増幅器器 101 から出力された速度指令 ωΓ と微分器 5により求められたモー夕 4の速度 ωとの速度偏差に、増幅器 103から出力された値を加算した値を入力し、その値を速度ループゲイン Κ V倍した値を増幅器 Γ02 に出力する。

このときの位置指令 0rから位置応答 0までの伝達関数 G (S) を計算すると、

G (S) =G1/G2 (9)

Gl = Kg² - KvO · KD (S+Kg² · Ki) (10)

G2= (S³+Kg · KvO - S²+Kg^! (KvO - Ki+KvO · Kp) S

+ Kg³ · KvO · Kp . Ki) (11)

となる。

ここで、特性方程式 G2 =0の根（極）は、 KvO、 Ki 、 Kp が一旦決まれば、その応答波形は Kgの値によっては変化しない。

例として、 G2 =0が 3重根一 Kgpを有する場合を考えると、

G2= (S + Kg ) ³

= (S³+ 3 Kg S²+ 3 K^ ^ + Kg³^³) - - - - (12)

となり、式（11) と式（12) を比較すると、

KvO= 3 .

3 <ο²=ΚνΟ · Ki -HKvO · Kpヽ

なので、 pは Kgの値に関わらず、 KvO、 Ki 、 Kp が一旦決まれば決まる定数となる。

従って、式（12) より、 3重根— Kgpは Kgを変化させるとその大きさだけ変化し、 3重根であることには変化ない。つまり、応答特性は変化しない。 (実施の形態 2— 3)

次に、実施の形態 2— 3の位置決めサ一ボコントローラについて説明する。図 9は、本発明の第 3の実施形態の位置決めサ一ボコントローラの構成を示すプロヅク線図である。

本実施形態の位置決めサーボコントローラは、位置が P (比例）制御、速度が I -P (比例一積分）制御により制御される位置決めサ一ボコントローラに対して本発明を適用した場合である。

本実施形態の位置決めサーボコントローラは、図 8に示した第 2の実施形態の位置決めサ一ボコントローラに対して、微分器 17が新たに設けられたものである。微分器 17は、モー夕 4の位置 0を微分してモ一夕 4の速度 ωを出力する。そして、本実施形態における速度制御器 2は、増幅器器 103 から出力された値に微分器 17からの出力である速度 ωの値とを加算した値を入力し、その値を速度ループゲイン Κν倍した値を出力する。

本実施形態の位置決めサーボコントロ一ラにおける位置指令 0rから位置応答 0までの伝達関数 G (S) の特性方程式は、

G2， = (S³+Kg · KvO - S²+Kg²■ ΚνΟ · Ki · S

+ Kg³ · KvO · Kp · Ki) (14)

となり、

式（ 12) と式（ 14) を比較すると、

3 ²=KvO · Kiヽ

3=KvO · Kp · Ki (15)

なので、

pは Kgの値に関わらず、 KvO、 Ki、 Kpが一旦決まれば決まる定数となる。そのため、本実施形態の位置決めサーボコントローラによれば、第 2の実施形態の位置決めサーボコントローラと同様な効果を得ることができる。

上記実施の形態 2— 1〜2— 3では、位置ループゲイン Kp、速度ループゲイン

Κνが定数の場合を用いて説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、位置ループゲイン Κρ、速度ループゲイン Κνを位置偏差等の内部変数やフィードバック速度等で可変にするような場合にも有効であり、パラメ一夕の調整を容易とする。

つまり、このような場合には、位置ループゲイン Kp、速度ループゲイン Κν、速度ループ積分ゲイン K i は固定のままにして、 Kg だけを可変とすればよい。以上説明したように、本発明によれば、 1つのパラメ一夕を調整するのみで応答特定の調整を行うことができるため、要求された応答特性を容易に実現することができるという効果が得られる。

(実施の形態 3 )

次に、前記第 3の目的を達成する発明の実施の形態 3について図 1 0〜図 2 0 を参照して詳細に説明する。

(実施の形態 3— 1 )

図 1 0は実施の形態 3— 1の位置決めサ一ボコントローラの構成を示すプロック図である。

図 1 0において、図 3 9中の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略するものとする。

本実施形態の位置決めサ一ボコントローラは、図 3 9に示した従来の位置決めサーボコントローラに対して、フィードフォワード制御器 1 0を新たに備えるようにして、制御系を 2自由度系とし、かつ、そのゲインをフィードバック系の共通パラメ一夕である調整ゲイン Kgと関連するようにしたものである。

フィードフォヮ一ド制御器 1 0は、位置指令 0 rを 2回微分した値をフィ一ドフォヮ一ドゲイン Kfflにより増幅した値と、位置指令 ( rを 1回微分した値をフィ ―ドフォヮードゲイン Kff2および調整ゲイン Kgにより増幅した値とを加算することにより得られた値を出力する。

そして、本実施形態においてモー夕 4を制御するためのトルクは、増幅器 2 7 , 2 8と、フィードフォヮ一ド器 1 0とからそれぞれ出力された値どうしを加算した値をトルク指令として、図示されていないトルクアンプにより生成される。図 1 0に示した本実施形態の位置決めサ一ボコントロ一ラにおける伝達関数は図 1 1に示すようになるが、このとき外乱応答を決定するのは、外乱 T dから 02 までの伝達関数の分母のみである。

これを Gdとすると以下のような式（ 1 6) により表現することができる。ただし、説明を簡単にするために J = 1とする。

Gd= S²+Kg - Kd ' S +Kg Kp ( 1 6)

ここで、制御系の安定性は、特性方程式 Gd= 0の根、つまり制御系の極十、 /0-により決定される。

式（ 1 6) より、

+=-Kg {Kd- (Kd²-4Kp) 。 /2 · · · · ( 1 7)

p-=-Kg {Kd+ (Kd^!-4Kp) ⁰⁵} /2 · · · · ( 1 8)

もし、ここで、 Kdと Kpを一旦決定すると、 Kgを変化させると極配置における時間に関するスケールのみ変化し、オーバシユートに関する量は変化しない。これを通常よく用いられる形で説明するため、

Gd= (S²+ 2 ^ωβ+ω²) ( 1 9)

とおくと、

ω = Κ (Κρ) °·⁵ (2 0)

^ = Kd/ (2 Κρ⁰·⁵) · · ' · (2 1)

となり、 ωだけ Kgに関係することが分かる。

このときの極配置は図 1 2のようになり、一旦、 Kp、 Kdを決定すれば、 Kgにより、ォ一パシュート量は変化しないため応答波形のバランスは変化せず、時間方向（つまり）だけ変化することがわかる。

一方、指令応答は、位置指令 0rから位置偏差 01までの伝達関数により決定される。この場合の伝達関数を G = G1/G2とおく。制御ゲインにより、分母に加えて分子も変化するため、制御系の応答性は、特性方程式 G2= 0の根、つまり制御系の極 <o+、 p-と、特性方程式 G1= 0の根、つまり制御系の零点により決定される

極に関しては、 G2=Gdであるため、式（ 1 6) から（2 1 ) がそのまま同様に当てはまるため、ここでは零点について述べる。ただし、説明を簡単にするために J = 1とする。

Gl = Kffl - S² + Kg (Kd+Kff₂) S +Kg² · Kp= 0 · - - (2 2) とおくと、

この式（22) を解くことにより、零点 z+、 Z-が決定される。

式（22) より、下記の式（23)、 (24) が得られる。

z_t=-Kg {Kd+Kff2} ― [(Kd+Kff2) ²

一 4 Kffl · Κρ] °·⁵} / ( 2 Kffl) (23)

z-=-Kg {Kd+Kff2} + [(Kd+Kff2) ²

一 4 Kffl · Kp]。·⁵} / ( 2 Kffl) (24)

もし、ここで、極を決定する Kd、 Kpを一旦決定しても、 Kffl、 Kff2によつて応答を変化させることができる。

つまり、外乱応答と独立に制御系を決定することができる。

一方、一旦、 Kd、 Kffl, Kff2を決定してしまえば、 Kgにより、時間に関するスケールのみ変化し、オーバシュートに関する量は変化しない。

これを通常よく用いられる形で説明するため、

Gl=Kffl (S²+2 lwlS+ω ) (25)

とおくと、

wl=Kg (Kp/Kffl) °·⁵ (26)

ί= (Kd+Kff2) / {2 (Kffl · Kp) °'⁵} · · - (27)

となり、 ωΐだけ Kgに関係することが分かる。

このときの極配置は図 13のようになり、一旦、 Kd、 Kp、 Kffls Kff2を決定してしまえば、 Kgにより、バランスは変化せず、時間方向（つまり ωΐ) だけ変化することがわかる。

本実施形態における応答波形を図 14に示す。

' 図 14は、 Kg=0. 5から Kg=l. 5まで変化させた場合の応答波形を示したものであるが、全体の波形には変化は無く、応答速度だけ速くなつている。ただし、 Kd= 40、 Kp= 800、 Kffl= 0、 Kff2=- 16、 J = 1、位置指令は最大速度 = 200 (rad/s)、加速時間、減速時間 =0. 05 (s e c)、指令払い出し時間 0. 1 (s e c) である。

このように、一旦 Kd、 Kpを決定した後では、指令応答は、 1つのパラメ一夕 Kgにより応答特性が決定される。本実施形態の位置決めサーボコントローラにより得られる効果を、従来例と比較するために、本実施形態におけるフィードフォヮ一ドゲイン Kffl= Kff2= 0 として、 Kg= 0 . 5〜1 . 5まで変化させた場合の応答波形を図 1 5に示す。 K ffl= Kff2= 0とすることにより、図 1 5の応答波形は図 3 9に示した従来の位置決めサーボコントローラの応答波形となる。

フィードフォヮ一ド制御器 1 0が設けられていない従来の位置決めサ一ボコントロ一ラの応答波形である図 1 5の応答波形を、図 1 4に示した応答波形と比較すると、従来の位置決めサーボコントローラによる応答波形のほうがオーバーシユート量が大きくなつていることがわかる。

本実施形態による位置決めサ一ボコントローラでは、フィードフォワード制御器 1 0のゲインをフィードバヅク系の共通パラメ一夕である調整ゲイン Kgと関連するようにしたことにより、調整ゲイン Kgという 1つのパラメ一夕により応答特性の調整可能としたものである。

つまり、従来の位置決めサーボコントロ一ラに対してフィードフォヮ一ド制御器をただ設けて、そのフィードフォヮ一ド制御器のゲインに調整ゲイン Kgが含まれていない場合には応答特性の調整は困難となり本実施形態のような効果を得ることはできなレ、。

このことを説明するために、図 1 0のフィードフォワード制御器 1 0中の Kgを 1とし、 Kg= 0 . 5 - 1 . 5まで変化させた場合の応答波形を図 1 6に示す。図 1 6を参照すると、指令応答は、調整ゲイン Kgに応じて波形が大きく変化するため調整が困難なものとなっていることがわかる

本実施形態の位置決めサ一ボコントローラでは、フィードバック制御系とは独立してフィードフォワードゲイン； Kffl、 K ff2を設定することができ、さらにフイードバック制御系とフィードフォワード制御系ともに位置の項には Kg²、速度項 ( 1回微分項）には Kgが乗算されるようにしているので、一旦応答波形が決定されると調整ゲイン Kgのみを調整することにより、その応答波形を保ったまま動作時間だけを変更することが可能となる。

つまり、本実施形態の位置決めサーボコントローラでは、フィードフォワード制御器 1 0を備えるようにして制御系を 2自由度系とし、フィードフォワード制御器 1 0のゲインとフィードパック系のゲインを 1つのパラメ一夕である調整ゲィン Kgにより調整することができるようにしているので、要求された応答特性を決定するためのゲイン調整を簡単化することができる。

(実施の形態 3— 2 )

次に、実施の形態 3— 2の位置決めサーボコントローラについて説明する。図 1 7は、本発明の第 2の実施形態の位置決めサーボコントロ一ラの構成を示すプロック図であり、図 1 8は図 1 7の位置決めサ一ボコントローラの応答を説明するための図である。

本実施形態の位置決めサーボコントローラは、図 4 0に示した従来の位置決めサ一ボコントローラに対して、フィードフォヮ一ド制御器 1 1を新たに備えるようにしたものである。

フィードフォワード制御器 1 1は、位置指令を 2回微分した値をフィードフォヮードゲイン Kfflにより増幅した値と、位置指令 0 rを微分した値をフィードフォヮ一ドゲイン Kff2および調整ゲイン Kgにより増幅した値と、位置指令 0 rをフィードフォワードゲイン Kif3および調整ゲイン Kgを 2乗した値 Kg²により増幅した値とを加算することにより得られた値を出力する。

そして、本実施形態においてモー夕 4を制御するためのトルクは、増幅器 2 7， 2 8、 2 9と、フィードフォワード器 1 1とからそれそれ出力された値どうしを加算した値をトルク指令として、図示されていないトルクアンプにより生成される o

本実施形態の位置決めサーボコントローラでは、フィードフォヮ一ド制御器 1 1を備えるようにして制御系を 2自由度系とし、フィードフォヮ一ド制御器 1 1 のゲインとフィ一ドバック系のゲインを 1つのパラメ一夕である調整ゲイン Kgにより調整することができるようにしているので、上記第 1の実施形態の位置決めサ一ボコントローラと同様に、要求された応答特性を決定するためのゲイン調整を簡単化することができる。

(実施の形態 3— 3 ) 次に、実施の形態 3— 3の位置決めサ一ボコントローラについて説明する。図 1 9は、本発明の第 3の実施形態の位置決めサ一ボコントローラの構成を示すブロック図、図 2 0は、図 1 9の位置決めサーボコントローラの応答を説明するための図である。

本実施形態の位置決めサーボコントローラは、図 1 7に示した第 3の実施形態の位置決めサ一ポコントローラに対して、 2回微分器 1 2および加速度制御器 1 3を新たに備えるようにしたものである。

2回微分器 1 2は、位置指令 0 rと制御対象との位置偏差を 2回微分する。加速度制御器 1 3は、 2回微分器 1 2により求められた値を加速度ゲイン K iによって増幅して出力する。

そして、本実施形態においてモ一夕 4を制御するためのトルクは、増幅器 2 7， 2 8、 2 9と、加速度制御器 1 3と、フィードフォワード器 1 1とからそれそれ出力された値どうしを加算した値をトルク指令として、図示されていないトルクアンプにより生成される。

本実施形態の位置決めサーボコントローラでは、フィードフォヮ一ド制御器 1 1を備えるようにして制御系を 2自由度系とし、フィードフォワード制御器 1 1 のゲインとフィードバック系のゲインを 1つのパラメ一夕である調整ゲイン Kgにより調整することができるようにしているので、上記第 1の実施形態の位置決めサ一ボコントローラと同様に、要求された応答特性を決定するためのゲイン調整を簡単化することができる。

以上説明したように、本発明によれば、 1つのパラメ一タを調整するのみでフイードバック制御系とフィードフォヮ一ド制御系のゲインの両方のゲインを調整して応答波形の調整を行うことができるため、外乱応答を調整する場合でも要求された応答特性を容易に実現することができるという効果が得られる。

(実施の形態 4 )

次に、前述の第 1および第 2の発明の改良に係る第 4の発明の実施の形態について、図 2 1〜図 2 9に基づいて説明する。

上述のように、位置決めサーボコントローラは、通常、位置ループ処理の中にマイナーループとして速度ループ処理を有している。このようなフィードバック制御方式の位置決めサーボコントローラでは、位置ループゲイン Kp 、速度ループゲイン Κν の値は有限の値であり上限値を有している。そのため、モー夕 4の位置応答 0は、位置指令 0 r とは完全には一致せず、いわゆるサ一ボ遅れが発生する。

このようなサ一ボ遅れを解消する方法としては、上述した図 1に示す位置決めサ一ボコントロ一ラのように、速度フィードフォワード制御器 6と加速度フィ一ドフォヮード制御器 7と、モ一夕 4の加速度と加速度指令との偏差に基づいて加速度フィードバック制御とを行ってトルクアンプ 3へトルク指令を出力する加速度制御器 8とを追加する方法がある。

速度フィードフォワード制御器 6は、位置指令 0 r を微分した値を第 1のフィ一ドフォヮ一ドゲインであるフィードフォヮ一ドゲイン Kffl により増幅することによって得られる第 1のフィードフォヮ一ド補償量を出力する。

第 1のフィードフォヮ一ド補償量は、位置制御器 1から出力された値に加算される。

加速度フィードフォヮ一ド制御器 7は、第 1のフィードフォヮ一ド補償量を微分した値を第 2のフィードフォワードゲインであるフィードフォワードゲイン K m により増幅して得られる第 2のフィードフォヮ一ド補償量を出力する。

第 2のフィードフォワード補償量は、速度制御器 2から出力された値に加算される ο

図 1の位置決めサーボコントロ一ラでは、モー夕 4のイナ一シャ Jが明確に解らない場合でも加速度制御器 8の加速度ループゲイン K aの値に適当な値を設定すると、この位置決めコントローラの制御応答に対するイナ一シャ Jの影響を除去することができ、加速度フィードフォワードゲイン Kff2 = 1とすれば、位置指令 0 r を入力とし位置応答 Θを出力とする伝達関数を 1としてサーボ遅れを解消することができる。

一方、位置ループゲイン Kp 、速度ループゲイン Kv 等の様々な制御系のパラメータを調整して位置応答 0の位置決め状態の最適調整を簡単に行う方法として、上述の図 5に示す位置決めサーボコントローラのように、位置制御器 1および速度制御器 2の後に入力を調整ゲイン Kg によって Kg倍する増幅器 1 0を備える方法がある。

この位置決めサ一ボコントローラでは、位置ループゲイン Kp および速度ループゲイン Κν を別々に調整せずに調整ゲイン Kg だけを調整することによって、位置応答 0の位置決め状態の最適調整を簡単に行うことができる。

図 2 1は、上述した 2つの方法を用いた位置決めサ一ボコントロ一ラの構成を示すプロック図である。

このような位置決めコントローラでは、前述のとおり、サ一ボ遅れを解消することができ、位置決め状態の最適調整が簡単に行えるようになる。

また、図 2 1の位置決めサ一ボコントローラのブロック線図は、図 22 (a)、図 22 (b) のように変形できる。このとき、トルクアンプのゲインは 1であるとする。

通常、上述の位置決めサーボコントローラのモータ 4の軸端には、そのコントローラの制御対象となる機械系が接続されている。

一般に、調整ゲイン Kg等のフィードバック制御系のゲインの値を大きく上げられる場合には、その機械系は、固有振動数の高い剛体であると見なすことができる。

また、調整ゲイン Kg等のフィードバック制御系のゲインの値が大きく上げられない場合には、その機械系は、固有振動数の低い剛性が低い機械系であると見なすことができる。

機械系を固有振動数の高い剛体であると見なすことができる場合には、各フィ —ドフォワードゲイン： Kffl 、 KffZ = 1とおくことができ、図 2 2 (b) のプロック線図は図 22 (c) のブロック線図の様に置き換えることができる。

また、加速度ループゲイン Ka の値をイナーシャ Jの値よりも十分大きくとれば、 J/Ka = 0とみなすことができるため、図 2 2 ( c) のブロック線図は、図 2 2 (d) のプロック線図の様に置き換えることができる。

図 2 3 (a) は、制御対象となる機械系を含めた位置決めサーボコントローラのプロック線図である。図 2 3 (a) では、機械系 1 1からモー夕 4への反力は、無視できるほど小さいとしている。はモータの位置、はモータ 4に接続された機械系 1 1の位置応答、 ωは機械系 1 1の共振周波数、は機械系 1 1の減衰係数である。

機械系 1 1のイナ一シャを JLくばね定数を Κとすると、 ωの値は，

ω= (K/JL) °'^s

となり、機械系 1 1が振動系である場合、は 1より小さい。

ここで、フィードフォワードゲイン Kffl、 Km = 1とし、 J/Ka を 0に近似すると、図 23 (a) のプロヅク線図は、図 23 (b) のブロック線図のように近似される。

図 24〜図 28は、図 2 1の位置決めサ一ボコントロ一ラにおける位置指令 0 rおよび位置応答の変動の様子を示すグラフである。

図 24〜図 28では、モー夕の加減速時間が 0. 03 [秒] の S字加減速、モ —夕 4の移動時間が 0. 0 6 [秒]、モー夕 4の回転角度が 3 [r ad] となるような位置指令がこの位置決めサ一ボコントローラに入力されている。

図 24〜図 28では、 0秒より加速が始まり、 0. 06秒で位置指令 0r が 3 [r ad] となる。この時刻を指令終了時刻とする。

また、図 24〜図 2 8では、位置指令 0r と位置応答との誤差が位置決め完了幅以内であるときには、位置応答の位置決めが完了しているものとし、指令終了時刻から位置決め完了までの時間を整定時間とする。

位置決め完了幅は、 ± 0. 5 [r ad] とする。

図 24には、機械系 1 1が剛性の高い機械系であり、

ω= 300、 ξ=0. 0 1であるときの位置応答の変動の様子が示されている, 各制御パラメ一夕は、 Kp= 2 0、 Kv= 60、 Kg= 2、

フィードフォヮ一ドゲイン Kffl = Kff2= 1と設定されている。

図 24に示すように、指令終了時刻後において、位置応答の振動は、位置決め完了幅以内となっており、指令終了時刻にはすでに位置応答の位置決めが完了している。したがって、このときの整定時間は 0秒となる。

しかし、機械系 1 1の剛性が低く ω= 1 00であり、各制御パラメ一夕の値が図 24と同じ条件であるとすると、位置応答には図 2 5に示すような振幅の大きな振動が発生する。通常、このような場合、振動を抑制するために、各制御パラメータのうち調整ゲイン Kgの値を引き下げるようにする。

図 2 6は、図 2 5と同様の低剛性の機械系 1 1において、図 2 5における各制御パラメ一夕の値のうち、調整ゲイン Kg の値を 2から 1に引き下げた場合の位置応答の変動の様子を示すグラフである。

しかし、図 2 6に示すように、位置応答の振動は依然収束せず、指令終了後から 0 . 1 4秒絰過しても、位置応答の位置決めは完了しない。

そこで、今度は、フィードフォワードゲイン Kffl、 Kff2 の値が引き下げられる。図 2 7は、図 2 6と同様の低剛性の機械系 1 1において、図 2 6における各制御パラメ一夕のうち、フィードフォワードゲイン Kffl、 Kif2 の値を 1から 0に変更した場合の位置応答の変動の様子を示すグラフである。

図 2 7に示すように、フィードフォワードゲイン Kffl = Kff2 = 0とすると、位置応答の振動の振幅は小さくなつて、振動が位置決め完了幅以内に収束し、整定時間は約 0 . 0 1 2秒となる。

しかし、フィードフォワードゲイン Kffl = Kff2 = 0としたのでは、フィ一ドフォヮード制御の効果が全く失われてしまう。

よって、再び、フィードフォヮ一ドゲイン Kffl、 Kff2 、調整ゲイン Kg を卜ライアンドエラ一によつて調整し、位置応答の位置決めの最適調整を行う c 図 2 8は、フィードフォワードゲイン Kffl = K ff2 = 0 . 5、調整ゲイン K g = 1 . 5としたときの位置応答 6>L の変動の様子を示すグラフである。

この場合、位置応答の振動の振幅は位置決め完了幅より小さくなり、整定時間は 0となる。

以上述べたように、前述の位置決めサ一ボコントローラでは、調整ゲイン Kg の値と速度フィ一ドフォヮードゲイン Kffl の値および加速度フィードフォヮ一ドゲイン Kff2 の値とを調整しながら位置決め状態の最適調整を行っている。しかしながら、上述の各制御パラメ一夕の調整は、トライアンドエラーによつて行われているため、調整に時間がかかってしまうという問題があった。

上述したように、上述の位置決めサーボコントローラでは、調整ゲインとフィードフォワードゲインとをトライアンドエラーで調整して位置決め状態の最適調整を行っているため、調整に時間がかかってしまうという問題があった。

したがって、本発明は、位置決め状態の最適調整を簡単に行うことができる位置決めサーボコントロ一ラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、該位置制御手段から出力された値を調整ゲインによって増幅して出力する第 1の増幅手段と、前記位置指令を微分した値を第 1のフィードフォワードゲインにより増幅することによって得られる第 1のフィードフォワード補償量を前記第 1の増幅手段から出力された値に加算した値を速度指令とする速度フィードフォヮ一ド制御手段と、前記速度指令と前記制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、該速度制御手段から出力された値を前記調整ゲインによって増幅して出力する第 2の増幅手段と、前記第 1のフイードフォヮ一ド補償量を微分した値を第 2のフィードフォワードゲインにより増幅して得られる第 2のフィードフォヮ一ド補償量を前記第 2の増幅手段から出力された値に加算した値を加速度指令とする加速度フィードフォヮ一ド手段と、前記加速度指令と前記制御対象の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインによって増幅してトルク指令として出力する加速度制御手段と、前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプとを備える位置決めサ一ボコントローラであって、前記第 1のフィードフォヮ一ドゲインおよび前記第 2のフィ一ドフォヮードゲインの値は、前記調整ゲインの値を引数とする関数の値であることを特徴とする。

以上のような上記発明の位置決めサーボコントロ一ラでは、第 1のフィードフォヮ一ドゲインおよび第 2フィードフォヮ一ドゲインの値を調整ゲインを引数とする関数の値とすることによって、調整ゲインだけを調整するだけで位置決め状態の最適化を計ることができるため、位置決め状態の最適調整を簡単に行うことができるようになる。

次に、本発明の一実施形態の位置決めサーボコントローラについて図面を参照して詳細に説明する。

図 2 9は、本実施形態の位置決めサ一ボコントローラの構成を示す制御プロック線図である。本実施形態の位置決めサ一ボコントローラは、速度フィードフォワード制御器 6、加速度フィードフォワード制御器 7の代わりに、速度フィードフォワード制御器 12、加速度フィードフォワード制御器 1 3を備えている点が, 図 2 1の位置决めサ一ボコントロ一ラと異なっている。

各フィードフォワード制御器 12、 1 3は、フィードフォワードゲイン Kifl 、 Kff2 によってフィードフォワード制御を行うが、そのフィードフォワードゲイン Kffl 、 ff2 の値は、式（28)、 (29) に示すような調整ゲイン Kg を引数とする単調増加関数 Kl (Kg), K2 (Kg) の値となっている。

Kff1=Kl (Kg; (28 )

Kff2=K2 (Kg) (2 9)

ただし、

(Kg- Kgmin) (K max- Kgmin) ( gmin≤ Kg≤gmax)

K1=

( Kg > Kgmax )

(Kg- Kgmin) (Kgmax— Kgmin ( gmin≤ K g≤gmax)

K1=

( Kg > Kgmax )

ここで、 Kgmin、 Kgmaxは、 Kgminく Kgmaxとなる所定の値であり、

Kgminは、 Kgの最小値である。

実施の形態 4の位置決めサーボコントローラでは、機械系の剛性か'低く、位置応答に振幅の大きな振動が図 2 5のように発生しても、調整ゲイン Kg の値を変更することにより、フィードフォワードゲイン K 1 、 ff2 の値も同時に変更することができるため、調整ゲイン Kg を調整するだけで、機械系の位置決め状態を図 23に示すような最適状態に簡単に調整することができる。

なお、実施の形態 4の位置決めサーボコントローラでは、フィードフォワードゲインの関数 Kl.、 Κ2 は、直線の単調増加関数であるとしたが、本 ¾明の範囲はこれに限定されるものではなく、フィードフォワードゲインの関数 Kl 、 Κ2 は、増加関数であれば、曲線であってもよい。

以上述べたように、本発明の位置決めサーボコントローラでは、フィードフォヮードゲインの値を調整ゲインを引き数とする関数の値とすることによって、位置応答の位置決め状態の調整を行う際に、複数の制御パラメ一夕を別々に調整する必要がなくなるため、機械系の位置決め状態の最適調整を簡単に行うことができる。

〈産業上の利用可能性〉

以上述べたように、第 1発明の位置決めサーボコントローラでは、加速度指令とモ一夕の実際の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインによって増幅した値をトルク指令として出力する加速度制御器を備えることによって、位置指令を入力とし位置応答を出力とする伝達関数の係数の中に含まれるモー夕のイナーシャが未知であっても、伝達関数の中で加速度ループゲインの値がそのモ一夕のィナ一シャの分母となる。したがって、加速度ループゲインの値が適当な値に設定されることによってモー夕のイナ一シャの位置応答に対する影響を無視することができるようになる。そのため、本発明の位置決めサ一ボコントローラでは、良好な制御応答を得ることができる。また、第 2発明によれば、 1つのパラメ一夕を調整するのみで応答特定の調整を行うことができるため、要求された応答特性を容易に実現することができるという効果が得られる。さらに、第 3発明 3によれば、 1つのパラメ一夕を調整するのみでフィードバック制御系とフィードフォヮ一ド制御系のゲインの両方のゲインを調整して応答波形の調整を行うことができるため、外乱応答を調整する場合でも要求された応答特性を容易に実現することができるという効果が得られる。そして、第 4の発明の位置決めサ一ボコントローラでは、フィードフォワードゲインの値を調整ゲインを引き数とする関数の値とすることによって、位置応答の位置決め状態の調整を行う際に、複数の制御パラメ一夕を別々に調整する必要がなくなるため、機械系の位置決め状態の最適調整を簡単に行うことができる。きる。

Claims

請求の範囲

1 . 上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、

前記位置指令を微分した値を第 1のフィードフォワードゲインにより増幅することによって得られる第 1のフィードフォヮ一ド補償量を前記位置制御手段から出力された値に加算した値を速度指令とする速度フィードフォワード制御手段と、前記速度指令と前記制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、

前記第 1のフィードフォヮ一ド補償量を微分した値を第 2のフィードフォヮ一ドゲインにより増幅して得られる第 2のフィードフォヮ一ド補償量を前記速度制御手段から出力された値に加算した値を加速度指令とする加速度フィードフォヮード手段と、

前記加速度指令と前記制御対象の加速度との加速度偏差を加速度ループゲインによって増幅してトルク指令として出力する加速度制御手段と、

前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプとを備える位置決めサーボコントローラ。

2 . 上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、

該位置制御手段から出力された値を調整ゲインによって増幅して速度指令として出力する第 1の増幅手段と、

前記制御対象の位置を微分することにより前記制御対象の速度を求める微分手段と、

前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、

該速度制御手段から出力された値を前記調整ゲインによって増幅してトルク指令として出力する第 2の増幅手段と、

前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプとを備えた位置決めサーボコントローラ。

3 . 上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、

該位置制御手段から出力された値を調整ゲインによつて増幅して速度指令として出力する第 1の増幅手段と、

前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差を積分し、速度ループ積分ゲインを乗算した値を出力する積分手段と、

前記積分手段から出力された値を前記調整ゲインによって増幅して出力する第 2の増幅手段と、

前記速度指令と前記微分手段により求められた制御対象の速度との速度偏差に、前記第 2の増幅手段から出力された値を加算した値を速度ループゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、

該速度制御手段から出力された値を前記調整ゲインによって増幅してトルク指令として出力する第 3の増幅手段と、

前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプとを備えた位置決めサ一ボコントロ一ラ。

4 . 上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、

前記第 2の増幅手段から出力された値と、前記制御対象の速度との偏差を速度ル —プゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、

5 . 上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を比例ゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、

前記位置制御手段から出力された値を調整ゲインを 2乗した値によって増幅して出力する第 1の増幅手段と、

前記位置指令と制御対象との位置偏差を微分する微分手段と、

前記微分手段により求められた値を微分ゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、

該速度制御手段から出力された値を前記調整ゲインによって増幅して出力する第 2の増幅手段と、

前記位置指令を 2回微分した値を第 1のフィードフォワードゲインにより増幅した値と、前記位置指令を微分した値を第 2のフィードフォワードゲインおよび前記調整ゲインにより増幅した値とを加算することにより得られた値を出力するフィードフォヮ一ド制御手段と、

前記第 1および第 2の増幅手段と、前記フィードフォワード手段とからそれそれ出力された値どうしを加算した値をトルク指令とし、該トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプとを備えた位置決めサ一ボコントローラ。

6 . 上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を比例ゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、

前記位置制御手段から出力された値を調整ゲインを 2乗した値によつて増幅して出力する第 1の増幅手段と、前記位置指令と制御対象との位置偏差を微分する微分手段と、

前記位置指令と制御対象との位置偏差を積分する積分手段と、

前記積分手段により求められた値を積分ゲインによって増幅して出力する積分制御手段と、

該積分制御手段から出力された値を前記調整ゲインを 3乗した値によって増幅して出力する第 3の増幅手段と、

前記位置指令を 2回微分した値を第 1のフィードフォワードゲインにより増幅した値と、前記位置指令を微分した値を第 2のフィードフォワードゲインおよび前記調整ゲインにより増幅した値と、前記位置指令を第 3のフィードフォヮ一ドゲインおよび前記調整ゲインを 2乗した値により増幅した値とを加算することにより得られた値を出力するフィードフォヮ一ド制御手段と、

前記第 1、第 2および第 3の増幅手段と、前記フィードフォワード手段とからそれそれ出力された値どうしを加算した値をトゾレク指令とし、該トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプとを備えた位置決めサ一ボコント口 —ラ。

7 . 上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を比例ゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、

該速度制御手段から出力された値を前記調整ゲインによって増幅して出力する第 2の増幅手段と、前記位置指令と制御対象との位置偏差を積分する積分手段と、

前記位置指令と制御対象との位置偏差を 2回微分する 2回微分手段と、前記 2回微分手段により求められた値を加速度ゲインによって増幅して出力する加速度制御手段と、

前記位置指令を 2回微分した値を第 1のフィードフォヮ一ドゲインにより増幅した値と、前記位置指令を微分した値を第 2のフィードフォヮ一ドゲインおよび前記調整ゲインにより増幅した値と、前記位置指令を第 3のフィードフォヮ一ドゲインおよび前記調整ゲインを 2乗した値により増幅した値とを加算することにより得られた値を出力するフィードフォヮ一ド制御手段と、

前記第 1、第 2および第 3の増幅手段と、前記加速度制御手段と、前記フィ一ドフォヮード手段とからそれそれ出力された値どうしを加算した値をトルク指令とし、該トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプとを備えた位置決めサ一ボコントローラ。

8 . 上位装置から発せられる位置指令と制御対象の位置との位置偏差を位置ループゲインによって増幅して出力する位置制御手段と、

該位置制御手段から出力された値を調整ゲインによって増幅して出力する第 1 の増幅手段と、

前記位置指令を微分した値を第 1のフィードフォワードゲインにより増幅することによって得られる第 1のフィードフォヮ一ド補償量を前記第 1の増幅手段から出力された値に加算した値を速度指令とする速度フィードフォヮ一ド制御手段と、

前記速度指令と前記制御対象の速度との速度偏差を速度ループゲインによって増幅して出力する速度制御手段と、

前記第 1のフィードフォヮ一ド補償量を微分した値を第 2のフィードフォヮ一ドゲインにより増幅して得られる第 2のフィードフォヮ一ド補償量を前記第 2の増幅手段から出力された値に加算した値を加速度指令とする加速度フィードフォワード手段と、

前記トルク指令に基づいて前記制御対象を駆動するトルクアンプとを備える位置決めサ一ボコントローラにおいて、

前記第 1のフィードフォワードゲインおよび前記第 2のフィードフォワードゲィンの値は、前記調整ゲインの値を引数とする関数の値であることを特徴とする位置決めサーボコントローラ。