WO2002082194A1

WO2002082194A1 - Dispositif de commande asservie

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Publication number: WO2002082194A1
Application number: PCT/JP2001/002799
Authority: WO
Inventors: Masahiro Ozawa; Kazuhiko Tsutsui
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-17
Also published as: JPWO2002082194A1; TW517446B; JP4664576B2

Description

明細書サーボ制御装置技術分野

本発明は、外乱抑制フィルタを用いて、機械の共振周波数や振動の周波数が低い場合に対しても工作機械などの機械系の共振を抑制するとともに応答性を向上させることができるサーボ制御装置に関するものである。背景技術

第 1図は、機械系の固有振動数等による共振や振動の除去を目的に機械共振抑制フィルタを備えた従来のサーボ制御装置の制御プロック図を示すものである。第 1図において、 1は位置指令生成部、 2は位置制御部、 3は速度制御部、 4は機械系の固有振動数等による共振や振動の除去を目的に挿入された機械共振抑制フィルタ、 5は電流制御部、 6は電流駆動手段としての例えば電力増幅回路である。 7は機械系を駆動するサーボモータ、 8はサーボモータ 7の回転位置を検出するエンコーダ、 9はエンコーダ 8の出力する位置検出信号を微分して速度を算出する微分手段である。エンコーダ 8および微分手段 9によりモータ速度の検出手投が構成される。 1 0は位置指令生成部 1から出力される位置指令、 1 1はェンコーダ 8から出力される位置フィードバック信号、 1 2は位置制御部 2から出力される速度指令、 1 3は微分手段 9から出力される速度検出信号（速度フィードバック信号）、 1 4は速度指令 1 2と速度検出信号 1 3との差分である速度偏差信号、 1 5は速度制御部 3から出力される電流指令、 1 6は機械共振抑制フィルタ 4を通して再度生成されたフィルタ出力電流指令、 1 7はサーボモータ 7に流れる電流を示す電流フィードバック信号である。

このサーボ制御装置は、位置指令生成部 1により出力される位置指令信号 1 0 にエンコーダ 8より検出されたサーボモータ 7の位置フィードバック信号 1 1が追従するようにサーボモータ 7を回転させるように構成されている。また、この動作を高速安定に行うために位置指令信号 1 0と位置フィードバック信号 1 1との偏差信号にもとづき位置制御部 2が速度指令 1 2を生成し、さらにこの速度指令 1 2に対し位置フィ一ドバック信号 1 1を微分手段 9で微分することにより生成される速度フィードバック信号 1 3が追従するように速度制御部 3がサーボモータ 7への電流指令 1 5を出力している。 1 6は機械共振抑制フィルタ 4が出力する電流指令である。電流制御部 5および電力増幅器 6はサーボモータ 7に流れる電流値を示す電流フィ一ドバック 1 7が電流指令 1 6に追従するようにサーボモータ 7に流す電流を制御する。また、 1 8はサーボモータ 7により駆動される機械系で、これによる反力 1 9がサーボモータ 7の出力に作用する。

このサーボ制御装置において、サーボモータ 7の指令に対する追従性を高めるために位置指令 1 0から位置フィ一ドバック 1 1までの位置ループの応答性、あるいは速度指令 1 2から速度フィードバク 1 3までの応答性である速度ループの応答性を上げていくと、サーボモータ 7によって駆動される機械系 1 8に存在する固有振動数により機械共振や振動が発生し、機械系 1 8の動作だけでなく、サーボモータ 7の制御ループ自体にも不安定さをもたらす。

上記のようなサーボ制御装置においては、機械共振や振動を低減する目的で、機械共振抑制フィルタ 4を速度制御部 3と電流制御部 5の間に挿入しているが、この機械共振抑制フィルタ 4としてはある固定周波数成分だけを除去するノツチフィルタが多く用いられている。機械系 1 8の固有振動数が高く、もともとサーボ制御系では十分に応答できない周波数帯域で、この機械共振抑制フィルタ 4を用いることは有効であるが、機械系 1 8の固有振動数が低く、機械の共振周波数や振動の周波数が低い場合、機械共振抑制フィルタ 4はその設定された周波数での応答性を下げてしまう欠点を有している。このため、指令に対して追従することを本来の目的としているサーボ制御系においては、これらの機械共振抑制フィルタを使用することができないという問題点があった。

また、機械共振抑制フィルタ 4を、固定周波数成分だけを除去するノッチフィルタによつて構成する場合、問題となる固有振動数が低レ、機械系に適用するためには、電流指令の古いサンプリングデータをメモリに多く記憶する必要があり、近年のデジタルサンプリング周期の高速化が進めば進むほど、そのためのメモリ容量を大きくする必要性が生じるという問題点があった。

従って、この発明は、機械共振や振動が低い周波数に発生した場合でも機械共振を抑制して応答性を上げるとともに、データを保存するメモリのメモリの容量を少なくできるサーボ制御装置を得ることを目的としてレ、る。発明の開示

この発明にかかるサーポ制御装置においては、サーボモータの位置を検出する位置検出手段と、前記サーボモータの速度を検出する速度検出手段と、前記サーボモータに対する位置指令と上記位置検出手段が出力する位置フィードバックとの差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令と前記速度検出手段が出力する速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、前記電流指令に基づいて前記サーボモータを電流制御する電流制御部とを備え、サーボモータを用いて機械系を駆動制御するサーボ制御装置において、前記速度制御部と電流制御部との間に、前記機械系の伝達関数の逆伝達関数の特性をもつ外乱抑制フィルタを配し、この外乱抑制フィルタによつて前記速度制御部の電流指令を補正して前記電流制御部に出力することを特徴とする。この発明によれば、機械系の伝達関数の逆伝達関数の周波数特性をもつ外乱抑制フィルタをサーボ制御系に挿入しており、機械系の周波数特性が外乱抑制フィルタの特性によつて相殺され、特に低周波数域での共振が抑制されて応答性が向上する。

つぎの発明は、上記発明において、前記外乱抑制フィルタは、前記速度制御部で生成された電流指令値の 1サンプリング周期前のデータを記憶する第 1のメモリと、前記速度制御部で生成された電流指令値の 2サンプリング周期前のデータを記憶する第 2のメモリと、前記第 1のメモリの記憶データに係数 B 1を掛けたものと、前記第 2の記憶データに係数 B 2を掛けたものと、前記速度制御部で今回生成された電流指令値に係数 B 0を掛けたものとを加算する第 1の加算器と、前記外乱抑制フィルタの出力の 1サンプリング周期前のデータを記憶する第 3のメモリと、前記外乱抑制フィタの出力の 2サンプリング周期前のデータを記憶する第 4のメモリと、前記第 1のメモリの記憶データに係数 A 1を掛けたものと、前記第 2の記憶データに係数 A 2を掛けたものと、前記速度制御部で今回生成された電流指令値に係数 B 0を掛けたものとを前記第 1の加算機の出力に加算してその加算結果を外乱抑制フィルタの出力として前記電流制御部に入力する第 2の加算器とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、外乱抑制フィルタの周波数特性が機械系の伝達関数の逆伝達関数であるようにするとともに、

下式に示すような 2次の伝達関数によつて外乱抑制フィルタの特性を設定している。

B + B z ' + B z

F(z)

l + A z + A z

つぎの発明は、上記発明において、前記外乱抑制フィルタと前記電流制御部との間に、外乱抑制フィルタの出力の所定の周波数成分のみを除去する機械共振抑制フィルタをさらに介在させることを特徴とする。

この発明によれば、高レ、周波数域での機械共振は機械共振抑制フィルタを用いて抑制し、低レ、周波数域での機械共振は外乱抑制フィルタを用いて抑制している。つぎの発明は、上記発明おいて、前記機械系のもつ共振周波数o c、反共振周波数 ω η、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ nに基づいて、前記外乱抑制フィルタの出力が前記機械系の伝達関数の逆伝達関数となるように、前記外乱抑制フィルタで用いる係数 A 1，係数 A 2 , 係数 B O , 係数 B l，係数 B 2を演算する演算器を備えることを特徴とする。

この発明によれば、外乱抑制フィルタの出力が当該機械系のもつ伝達関数と逆伝達関数となるように計算する演算器を備えるようにしており、外部入力された共振周波数 co c、反共振周波数 ωη、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ ηに基づき、外乱抑制フィルタで用いる係数 A 1, 係数 A2，係数 BO, 係数 B 1，係数 B 2が演算される。

つぎの発明は、上記発明において、前記機械系の加速度あるいは速度を検出する検出手段と、この検出手段の検出信号に基づいて機械系の共振周波数 ω c、反共振周波数 ωη、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ ηを解析する第 1の演算部と、この第 1の演算部の演算結果に基づき前記外乱抑制フィルタの出力が前記機械系の伝達関数の逆伝達関数となるように、前記外乱抑制フィルタで用いる係数 Al，係数 Α2, 係数 ΒΟ, 係数 B l，係数 Β 2を演算し、この演算結果で前記外乱抑制フィルタの各係数値を設定する第 2の演算器とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、第 1の演算部は、サーボモータが駆動する機械系の加速度あるいは速度の検出情報に基づいて、機械系の共振周波数 w c、反共振周波数 ω η、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ ηを求める。そして、第 2の演算部は、第 1の演算部の演算結果に基づいて外乱抑制フィルタの出力が前記機械系の伝達関数の逆伝達関数となるように、前記外乱抑制フィルタで用いる係数 A 1，係数 A2, 係数 BO，係数 B l , 係数 B 2を演算し、この演算結果を前記外乱抑制フィルタに設定する。

つぎの発明は、上記発明において、前記機械系は複数のサーボモータによって駆動される複数のサーボ駆動軸を有するものであって、前記検出手段は、前記機械系の各サーボ駆動軸方向の加速度あるレ、は速度を別々に検出する複数の検出器を備え、前記第 1の演算部は、前記機械系の共振周波数 ω c、反共振周波数 ωη、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ ηを各サーボ駆動軸毎に解析するものであり、前記第 2の演算部は、外乱抑制フィルタで用いる係数 A 1, 係数 A2, 係数 B 0，係数 B l，係数 B 2を各サーボ駆動軸毎に演算することを特徴とする。この発明によれば、サーボモータが駆動する各サーボ駆動軸方向の機械の加速度あるいは速度を夫々検出し、これらの検出情報からサーボ駆動軸毎に設けられるサーボ駆動系の外乱抑制フィルタで用いる逆伝達関数を求める。

つぎの発明は、上記発明において、前記機械系は複数のサーボモータによって駆動される複数のサーボ駆動軸を有するものであって、前記検出手段は、前記機械系の移動方向の加速度あるいは速度を検出する単一の検出器であり、前記第 2 の演算部は、前記第 1の演算部の演算結果を各サーボ制御軸方向のベタトル成分【こ分解し、該分解した各軸方向の共振周波数 ω c、反共振周波数 ω η、共振の減衰係数 ζ c、反共捩の減衰係数 ζ ηの情報に基づいて、前記外乱抑制フィルタで用いる係数 A l，係数 Α 2，係数 B O , 係数 B l , 係数 B 2を各サーボ駆動軸毎に演算することを特徴とする。

この発明によれば、機械振動の各サーボ駆動軸方向へのべクトル成分を解析し、これらの解析情報に基づいてサーボ駆動軸毎に設けられるサーボ制御装置の外乱抑制フィルタの出力が当該機械系のもつ伝達関数の逆伝達関数となるようにしている。

つぎの発明は、サーボモータの位置を検出する位置検出手段と、前記サーボモータの速度を検出する速度検出手段と、前記サーボモータに対する位置指令と上記位置検出手段が出力する位置フィードバックとの差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令と前記速度検出手段が出力する速度フィードバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、前記電流指令に基づいて前記サーボモータを電流制御する電流制御部とを備え、サーボモータを用レ、て機械系を駆動制御するサーボ制御装置において、前記速度制御部の電流指令を補正して前記電流制御部に出力する外乱抑制フィルタを備え、

この外乱抑制フィルタは、前記速度制御部で生成された電流指令値の 1サンプリング周期前のデータを記憶する第 1のメモリと、前記速度制御部で生成された電流指令値の 2サンプリング周期前のデータを記憶する第 2のメモリと、前記第 1のメモリの記憶データに係数 B 1を掛けたものと、前記第 2の記憶データに係数 B 2を掛けたものと、前記速度制御部で今回生成された電流指令値に係数 B 0 を掛けたものとを加算する第 1の加算器と、前記外乱抑制フィルタの出力の 1サンプリング周期前のデータを記憶する第 3のメモリと、前記外乱抑制フィルタの出力の 2サンプリング周期前のデータを記憶する第 4のメモリと、前記第 1のメモリの記憶データに係数 A 1を掛けたものと、前記第 2の記憶データに係数 A 2 を掛けたものと、前記速度制御部で今回生成された電流指令値に係数 B 0を掛けたものとを前記第 1の加算機の出力に加算してその加算結果を外乱抑制フィルタの出力として前記電流制御部に入力する第 2の加算器とを有することを特徴とする。

この発明によれば、下式に示すような 2次の伝達関数によって外乱抑制フィルタの特性を設定している。 '

B + B z + B z

F(z) = .

l + A z + A z

図面の簡単な説明

第 1図は、従来の機械共振抑制フィルタを用いた場合のサーボ制御装置のプロック図であり、第 2図は、この発明による外乱抑制フィルタを組み込んだ時のサーボ制御装置のブロック図であり、第 3図は、この発明によるサーボ制御装置の外乱抑制フィルタの説明図であり、第 4図は、この発明によるサーボ制御装置の実施の形態 1の構成を示す説明図であり、第 5図は、この発明の外乱抑制フィルタを適用した場合の結果例であり、第 6図は、この発明によるサーボ制御装置の実施の形態 2の構成を示す説明図であり、第 7図は、この発明によるサーボ制御装置の実施の形態 3の構成を示す説明図であり、第 8図は、この発明によるサーボ制御装置の実施の形態 4の構成を示す説明図である。発明を実施するための最良の形態

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる受信機の好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態 1 .

第 2図は、機械系の固有振動数等による共振や振動の除去を目的とした外乱抑制フィルタ 2 0を備えたデジタルサーボ制御装置の制御ブロック図を示すものである。この場合、機械系としては、工作機械、駆動装置の送り軸の位置を制御するための装置などを想定している。

第 2図において、 1は位置指令生成部、 2は位置制御部、 3は速度制御部、 4 は機械系の固有振動数等による共振や振動の除去を目的に挿入された機械共振抑制フィルタ、 5は電流制御部、 6は電流駆動手段としての例えば電力増幅回路である。 7は機械系 1 8を駆動するサーボモータ、 8はサーボモータ 7の回転位置を検出するエンコーダ、 9はエンコーダ 8の出力する位置検出信号を微分して速度を算出する微分手段である。エンコーダ 8および微分手段 9によりモータ速度の検出手段が構成される。. 1 0は位置指令生成部 1から出力される位置指令、 1 1はエンコーダ 8から出力される位置フィードバック信号、 1 2は位置制御部 2 から出力される速度指令、 1 3は微分手投 9から出力される速度検出信号（速度フィードバック信号）、 1 4は速度指令 1 2と速度検出信号 1 3との差分である速度偏差信号、 1 5は速度制御部 3から出力される電流指令、 1 6は機械共振抑制フィルタ（ノッチフィルタなど） 4が出力するフィルタ出力電流指令である。 1 7はサーボモータ 7に流れる電流を示す電流フィードバック信号である。 1 6 は外乱抑制フィルタ 2 0の出力である。 '

このサーボ制御装置は、位置指令生成部 1により出力される位置指令信号 1 0 にエンコーダ 8によって検出されたサーボモータ 7の位置フィードバック信号 1 1が追従するようにサーボモータ 7を回転させるように構成されている。また、この動作を高速安定に行うために位置指令信号 1 0と位置フィ一ドバック信号 1 1との偏差信号にもとづき位置制御部 2が速度指令 1 2を生成し、さらにこの速度指令 1 2に対し位置フィードバック信号 1 1を微分手段 9で微分することにより生成される速度フィードバック信号 1 3が追従するように速度制御部 3がサーボモータ 7への電流指令 1 5を出力している。電流制御部 5および電力増幅器 6 はサーボモータ 7に流れる電流値を示す電流フィ一ドバック 1 7が電流指令 1 6 に追従するようにサーボモータ 7に流す電流を制御する。また、 1 8はサーボモータ 7により駆動される機械系で、これによる反力 1 9がサーボモータ 7の出力に作用する。

このサーボ制御装置において、サーボモータ 7の指令に対する追従'性を高めるために位置指令 1 0から位置フィードバック 1 1までの位置ループの応答性、あるいは速度指令 1 2から速度フィードバック 1 3までの速度ループの応答性を上げていくと、サーボモータ 7が駆動する機械系 1 8に存在する固有振動数により機械共振や振動が発生し、機械系 1 8の動作だけでなく、サーボモータ 7の制御レープ自体にも不安定さをもたらす。サーボ制御系において十分に応答できないような高い周波数帯に共振点がある場合においては、少ないメモリ容量で構成される外乱抑制フィルタ 2 0を用いて機械共振を抑制することも可能であり、構成がより簡単で処理時間が短レ、機械共振抑制フィルタ 4を用いて機械共振を抑制し応答性の向上を図ることは有効である。

しかし、機械の共振周波数や振動周波数が低いところにある場合においては、前述したように、機械共振抑制フィルタ 4を用いると設定された周波数での応答性を下げてしまう。そこで、この実施の形態 1においては、機械系 1 8のもつ伝達関数に対して逆伝達関数となるような外乱抑制フィルタ 2 0をさらに挿入することにより、低周波数域での共振、振動を抑制しかつ低周波数域での応答性も向上させるようにしている。すなわち、この場合は、高い周波数帯での機械共振は機械共振抑制フィルタ 4を用いて抑制し、低い周波数帯での機械共振は外乱抑制フィルタ 2 0を用いて抑制している。

第 3図は、外乱抑制フィルタ 2 0のブロック図を示している。この外乱抑制フイノレタ 2 0は、速度制御部 3において生成された指令値 1 5の 1サンプリング周期前のデータ 26を保存する第 1のメモリ 32と、速度制御部 3において生成された指令値 15の 2サンプリング周期前のデータ 27を保存する第 2のメモリ 3 3とを有し、さらに第 1のメモリ 32に保存された 1サンプリング周期前のデータ 26に係数 B 1を掛けたものと、第 2のメモリ 33に保存された 2サンプリング周期前のデータ 27に係数 B 2を掛けたものと、今回速度制御部 3において生成された指令値 15に係数 B 0を掛けたものとを加算する第 1の加算器 30を有している。

また、外乱抑制フィルタ 20は、外乱抑制フィルタ 20から出力される電流指令 16 'の 1サンプリング周期前のデータ 28を保存する第 3のメモリ 34と、外乱抑制フィルタ 20から出力される電流指令 16 'の 2サンプリング周期前のデータ 28を保存する第 4のメモリ 35とを有し、さらに第 3のメモリ 34に保存された出力電流指令の 1サンプリング周期前のデータ 28に係数 A 1を掛けたものと、第 4のメモリ 35に保存された出力電流指令の 2サンプリング周期前のデータ 29に係数 A 2を掛けたものと、加算器 30の出力とを加算して電流指令 16 'を作成する第 2の加算器 31とを有している。

そして、下式に示す外乱抑制フィルタ 20の伝達関数において、係数 A1 , 係数 A2, 係数 B0，係数 B 1 , 係数 B 2に値を入力して外乱抑制フィルタ 20の特性を調整することにより、共振を抑制して応答性を上げるようにしている。

B +B z +B z

F(z) =

1+ A z +A z 第 4図に、本発明における外乱抑制フィルタ 20の伝達関数の各係数を NC ( numerical control) 装置 41から入力するようにした場合のシステム構成図を示す。外部入力装置 40を用いて係数 A 1，係数 A 2，係数 BO, 係数 B 1 , 係数 B 2を NC装置 41に入力する。 1^0装置41は係数八1 , 係数 A 2, 係数 B 0, 係数 B 1 , 係数 B 2を外乱抑制フィルタ 20に入力して、これらの係数値を調整することにより、応答性が上がるようにサーボ制御装置 4 2の外乱抑制フィルタ 2 0の特性を調整する。

第 5図は、本発明を適用したシミュレーション結果の一例を示すボード線図である。第 5図（a ) は、共振モデノレのゲイン特性および位相特性を示すものである。第 5図（b ) は、第 5図（a ) の共振モデルの速度ループ応答波形である。第 5図（c ) は、本発明で用いた外乱抑制フィルタ 2 0のゲイン特性および位相特性を示すものであり、第 5図（a ) の共振モデノレ特性のほぼ逆伝達関数に対応する特性を有している。第 5図（d ) は、第 5図（a ) の共振モデルに対して第 5図（c ) の外乱抑制フィルタ 2 0を適用したシミュレーション結果である。第 5図（d ) に示すように、本発明の外乱抑制フィルタ 2 0を挿入することで、速度ループの応答性を全帯域にわたって安定させることが可能になる。

このようにこの実施の形態 1においては、機械系 1 8の伝達関数の逆伝達関数の周波数特性をもつ外乱抑制フィルタ 2 0をサーボ制御系内に挿入しており、機械系 1 8の周波数特性が外乱抑制フィルタの特性によって相殺され、特に低周波数域での共振が抑制されかつ応答性が向上する。また、所定の周波数成分のみを除去する機械共振抑制フィルタ 4も介在させるようにしているので、高い周波数域での機械共振を抑制することができる。また、速度制御部 3において生成された指令値、その 1サンプリング周期前のデータ、その 2サンプリング周期前のデータと、外乱抑制フィルタ 2 0の出力の 1サンプリング周期前のデータ、その 2 サンプリング前のデータを用いた 2次の伝達関数によって外乱抑制フィルタ 2 0 の特性を設定しているので、 2サンプリング周期前までのデータを保存するメモリがあれば十分となり、デジタルフィルタ用のメモリの容量を少なくできる。実施の形態 2 .

第 6図に、係数演算器 5 0をサーボ制御装置 4 2に組み込んだ場合のシステム構成を示す。本サーボシステムが制御する機械系 1 8のもつ共振周波数 ω c、反共振周波数 co n、共振の減衰係数反共振の減衰係数 ζ nを外部入力装置 4 0を用いて N C装置 4 1に入力する。 N C装置 4 1は、これら機械系の共振に関する情報を係数演算器 50に入力する。係数演算器 50は、これら入力された共振周波数 ω c、反共振周波数 ωη、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ η に基づいて、外乱抑制フィルタ 20の出力がこの機械系 18のもつ伝達関数と逆伝達関数となるように、外乱抑制フィルタ 20における係数 A 1，係数 A2，係数 BO，係数 B l , 係数 B 2を計算する。この係数演算器 50の計算内容を以下に示す。

機械系のもつ伝達関数の逆伝達関数を )—

と仮定すると、求める外乱抑制フィルタ 20の伝達関数は、

B +B z +B z

F(z) = - l + A z +A z となる。ただし、

A, = -αΤ

-2e COS

■2aT

A₂ =e

。 =(άノ ώ J²(l + Ar)

-αΤ

Β_{ = (ύ _n/u_c)² {BTsm(bT}ATcos(bT}2cos(bT)}-e

-2αΤ

^Β2 = ψ η^ο) '^β で、 a = ω_η

A = 2 ω ^ ω_π)

Β_ ²-ω_η ²)-Αζ_ηω_η である。このような係数演算器 5 0をサ一ボ制御装置 4 2に組み込み、本サーボシステムが制御する機械系 1 8のもつ共振周波数 ω (：、反共振周波数 ω η、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ ηを入力装置 4 0、 N C装置 4 1を介して係数演算器 5 0に入力すれば、外乱抑制フィルタ 2 0の係数 A 1 , 係数 A 2，係数 B 0，係数 B 1 , 係数 B 2が自動的に計算されて、外乱抑制フィルタ 2 0が調整されることになる。

このようにこの実施の形態 2によれば、外乱抑制フィルタ 2 0の出力がこの機械系 1 8のもつ伝達関数と逆伝達関数となるように計算する演算器を備える、伝達関数の係数値を調整する労力、手間を省くことができる。

実施の形態 3 .

第 7図に実施の形態 3のシステム構成を示す。この実施の形態 3においては、本サーボシステムが制御する機械系 1 8として XYテープノレ 6 5を想定している。 X Yテーブル 6 5は、 X軸（ボールネジ） 6 8を X軸モータ 6 9によって駆動し、 Y軸（ボールネジ） 6 6を Y軸モータ 6 7によって駆動することによって X, Y 方向に駆動されるものである。サーボ制御装置 4 2は、 X軸モータ 6 9および Y 軸モータ 6 7毎に、第 2図に示したサーボ制御系を各別に有している。

X軸モータ 6 9および Y軸モータ 6 7に取付けられたエンコーダ 7 1 , 7 0は、第 2図のエンコーダ 8に対応し、検出したサーボモータ 6 9， 6 7の位置フィードバック信号を各軸のサーボ制御系に入力する。

センサ 6 2は、 X軸サーボモータ 6 9が駆動する X軸 6 8の軸方向に沿った X Yテーブル 6 5の加速度あるいは速度を検出するために XYテーブル 6 5に直接取付けられた加速度センサあるいは速度センサである。センサ 6 3は、 Y軸サーボモータ 6 7が駆動する Y軸 6 6の軸方向に沿った XYテーブル 6 5の加速度あるいは速度を検出するために X Yテーブル 6 5に直接取付けられた加速度センサあるいは速度センサである。演算部 6 1は、これらセンサ 6 2 , 6 3からの出力信号 7 2、 7 3を高速に入力できるセンサ信号入力部を備え、これらセンサ 6 2， 6 3の検出信号情報に基づいて、 X Yテーブル 6 5の共振周波数 ω c、反共振周波数 ω η、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ ηを、各軸（X軸、 Υ軸）毎に角军析する。演算部 6 1の角¥析結果 4 3は、 N C装置 4 1に入力される。

サーボ制御装置 4 2に組み込まれた係数演算器 5 0は、 N C装置 4 1を介して入力された演算部 4 3の演算結果、すなわち Χ Υテーブル 6 5のもつ各軸毎の共振周波数 ω c、反共振周波数 n、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ η の情報 4 4に基づいて、各軸毎のサーボ制御系における外乱抑制フィルタ 2 0の出力がそれぞれこの機械系（ΧΥテーブル 6 5 ) のもつ伝達関数の逆伝達関数となるように、係数 A l，係数 A 2 , 係数 B 0，係数 B l，係数 B 2を各軸（X軸、 Y軸）毎に計算し、計算した各係数を各軸毎のサーポ制御系における外乱抑制フィルタ 2 0に入力設定する。

このようにこの実施の形態 3によれば、サーボモータが駆動する機械系の加速度あるいは速度の検出情報に基づいて、外乱抑制フィルタ 2 0に設定する伝達関数を自動的にかつ高精度に設定することができ、リアルタイムでの設定更新も可能である。また、各サーボモータが駆動する各サーボ駆動軸方向の機械の加速度あるいは速度を夫々検出し、これらの検出情報からサーボ駆動軸毎に設けられるサーボ駆動系の外乱抑制フィルタ 2 0で用いる逆伝達関数を求めるようにしているので、より正確に外乱抑制フィルタに設定する伝達関数を自動的に設定することができる。

実施の形態 4 .

第 8図に実施の形態 4のシステム構成を示す。この実施の形態 4においても、本サーボシステムが制御する機械系 1 8として X Yテープノレ 6 5を想定している。サーボ制御装置 4 2は、第 7図の実施の形態と同様、 X軸モータ 6 9および Y軸モータ 6 7毎に、第 2図に示したサーボ制御系を各別に有している。エンコーダ 7 1 , 7 0は、第 2図のエンコーダ 8に対応し、検出したサーボモータ 6 9， 6 7の位置フィ一ドバック信号を各軸のサーボ制御系に入力してレヽる。

この実施の形態 4においては、各サーボモータ 6 7 , 6 9が駆動する X Yテーブル 6 5における性能上問題となる機械振動を検出するために、 XYテーブル 6 5の移動方向の加速度あるいは速度を検出するセンサ 8 0を X Yテーブルに直接取付けている。

演算部 6 1は、センサ 8 0からの出力信号 8 1を高速に入力できるセンサ信号入力部を備え、センサ 8 0の検出信号情報に基づいて、 XYテーブル 6 5の共振周波数 ω c、反共振周波数 ω η、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ ηを解析する。演算部 6 1の解析結果 4 3は、 N C装置 4 1に入力される。

サーボ制御装置 4 2に組み込まれた係数演算器 5 0は、 N C装置 4 1を介して入力された演算部 4 3の演算結果、すなわち Χ Υテーブル 6 5のもつ共振周波数 ω c、反共振周波数 ω η、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ ηの情報 4 4に基づいて、振動の各サーボ制御軸（X軸， Υ軸）方向のベクトル成分に分解する。そして、係数演算器 5 0は、求めた各軸方向の共振周波数 co c、反共振周波数 ω η、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ nの情報に基づいて、各軸毎のサーボ制御系における外乱抑制フィルタ 2 0の出力がそれぞれこの機械系（ X Yテーブル 6 5 ) のもつ伝達関数の逆伝達関数となるように、各外乱抑制フィルタ 2 0で用いる係数 A 1 , 係数 A 2 , 係数 B 0 , 係数 B 1，係数 B 2をそれぞれ計算し、該計算した各係数を各軸のサーボ制御系における外乱抑制フィルタ 2 0に入力設定する。

このようにこの実施の形態 4によれば、サーボモータが駆動する機械系の加速度あるいは速度の検出情報に基づいて、外乱抑制フィルタ 2 0に設定する伝達関数を自動的にかつ高精度に設定することができ、リアルタイムでの設定更新も可能である。また、機械振動の各サーボ駆動軸方向へのべクトル成分を解析し、これらの解析情報に基づいてサーボ駆動軸毎に設けられるサーボ制御装置の外乱抑制フィルタの出力が当該機械系のもつ伝達関数の逆伝達関数となるようにしているので、少なレヽセンサによつて外乱抑制フィルタに設定する伝達関数を自動的に設定することができる。

なお、本発明においては、第 2図のサーボ制御装置において、機械共振抑制フィルタ 4を省略するようにしてもよレ、。また、本発明のサーボ制御装置の制御対象も、 XYテーブルに限らない任意の N C装置さらには産業ロボットなどの任意の機械系に適用することができる。

以上のように、この発明によれば、機械系の伝達関数の逆伝達関数の周波数特性をもつ外乱抑制フィルタをサーボ制御系内に挿入しており、機械系の周波数特性が外乱抑制フィルタの特性によって相殺され、特に低周波数域での共振が抑制されかつ応答性が向上する。

つぎの発明によれば、速度制御部において生成された指令値、その 1サンプリング周期前のデータ、その 2サンプリング周期前のデータと、外乱抑制フィルタの出力の 1サンプリング周期前のデータ、その 2サンプリング前のデータを用いた 2次の伝達関数によって外乱抑制フィルタの特性を設定しているので、 2サンプリング周期前までのデータを保存するメモリがあれば十分となり、メモリの容量を少なくできる。

つぎの発明によれば、所定の周波数成分のみを除去する機械共振抑制フィルタをさらに介在させるようにしているので、高い周波数域での機械共振は機械共振抑制フィルタを用レ、て抑制され、低、周波数域での機械共振は外乱抑制フィルタを用いて抑制することができ、さらにサーボ制御系の応答性も向上される。つぎの発明によれば、外部入力された振動に関する情報に基づいて外乱抑制フィルタの出力が当該機械系のもつ伝達関数と逆伝達関数となるように計算する演算器を備えるようにしているので、伝達関数の係数値を調整する労力、手間を省くことができる。

つぎの発明によれば、サーボモータが駆動する機械系の加速度あるいは速度の検出情報に基づいて、外乱抑制フィルタに設定する伝達関数を自動的にかつ高精度に設定することができ、リアルタイムでの設定更新も可能である。

つぎの発明によれば、サーボモータが駆動する各サーボ駆動軸方向の機械の加速度あるいは速度を夫々検出し、これらの検出情報からサーボ駆動軸毎に設けられるサーボ駆動系の外乱抑制フィルタで用いる逆伝達関数を求めるようにしているので、より正確に外乱抑制フィルタに設定する伝達関数を自動的に設定することができ、またリアルタイムでの設定更新も可能である。

つぎの発明によれば、機械振動の各サーボ , E動軸方向へのベタトル成分を解奸し、これらの解析情報に基づいてサーボ駆動軸毎に設けられるサーボ制御装置の外乱抑制フィルタの出力が当該機械系のもつ伝達関数の逆伝達関数となるようにしているので、少ないセンサによって外乱抑制フィルタに設定する伝達関数を自動的に設定することができ、またリアルタイムでの設定更新も可能である。

つぎの発明によれば、第 1〜第 4のメモリを備え、速度制御部において生成された指令値、その 1サンプリング周期前のデ^"タ、その 2サンプリング周期前のデータと、外乱抑制フィルタの出力の 1サンプリング周期前のデータ、その 2サンプリング周期前のデータを用いて外乱抑制フィルタの特性を設定しているので、

2サンプリング周期前までのデータを保存するメモリがあれば十分となり、メモリの容量を少なくすることが可能になる。産業上の利用可能性

以上のように、本発明にかかるサーボ制御装置は、工作機械の共振対策として有用であり、外乱抑制フィルタを用いて機械の共振周波数や振動の周波数が低い場合にあっても応答性を向上させるのに適している。

Claims

請求の範囲

1 . サーボモータの位置を検出する位置検出手段と、

前記サーボモータの速度を検出する速度検出手段と、

前記サーボモータに対する位置指令と上記位置検出手段が出力する位置フィードバックとの差分に基づき速度指令を生成する位置制御部と、

前記速度指令と前記速度検出手段が出力する速度フィ一ドバック信号との差分に基づき電流指令を生成する速度制御部と、

前記電流指令に基づいて前記サーボモータを電流制御する電流制御部と、を備え、サーボモータを用いて機械系を駆動制御するサーボ制御装置において、前記速度制御部と電流制御部との間に、前記機械系の伝達関数の逆伝達関数の特性をもつ外乱抑制フィルタを配し、この外乱抑制フィルタによつて前記速度制御部の電流指令を補正して前記電流制御部に出力することを特徴とするサーボ制

2 . 前記外乱抑制フィルタは、

前記速度制御部で生成された電流指令値の 1サンプリング周期前のデータを記憶する第 1のメモリと、

前記速度制御部で生成された電流指令値の 2サンプリング周期前のデータを記憶する第 2のメモリと、

前記第 1のメモリの記憶データに係数 B 1を掛けたものと、前記第 2の記憶データに係数 B 2を掛けたものと、前記速度制御部で今回生成された電流指令値に係数 B 0を掛けたものとを加算する第 1の加算器と、

前記外乱抑制フィルタの出力の 1サンプリング周期前のデータを記憶する第 3 のメモリと、

前記外乱抑制フィルタの出力の 2サンプリング周期前のデータを記憶する第 4 のメモリと、前記第 1のメモリの記憶データに係数 A 1を掛けたものと、前記第 2の記憶デ一タに係数 A 2を掛けたものと、前記速度制御部で今回生成された電流指令値に係数 B 0を掛けたものとを前記第 1の加算機の出力に加算してその加算結果を外乱抑制フィルタの出力として前記電流制御部に入力する第 2の加算器と、を備えることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のサーボ制御装置。

3 . 前記外乱抑制フィルタと前記電流制御部との間に、外乱抑制フィルタの出力の所定の周波数成分のみを除去する機械共振抑制フィルタをさらに介在させることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載のサーボ制御装置。

4 . 前記機械系のもつ共振周波数 ω c、反共振周波数 ω η、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ nに基づいて、前記外乱抑制フィルタの出力が前記機械系の伝達関数の逆伝達関数となるように、前記外乱抑制フィルタで用いる係数 A 1 , 係数 A 2，係数 B O，係数 B l，係数 B 2を演算する演算器を備えることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のサーボ制御装置。

5 . 前記機械系の加速度あるいは速度を検出する検出手段と、

この検出手段の検出信号に基づいて機械系の共振周波数 ω c、反共振周波数 ω η、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ ηを解析する第 1の演算部と、この第 1の演算部の演算結果に基づき前記外乱抑制フィルタの出力が前記機械系の伝達関数の逆伝達関数となるように、前記外乱抑制フィルタで用いる係数 A 1 , 係数 A 2，係数 B O , 係数 B 1 , 係数 B 2を演算し、この演算結果で前記外乱抑制フィルタの各係数値を設定する第 2の演算器と、

を備えることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のサーボ制御装置。

6 . 前記機械系は複数のサーボモータによって駆動される複数のサーボ駆動軸を有するものであって、前記検出手段は、前記機械系の各サーボ駆動軸方向の加速度あるいは速度を別々に検出する複数の検出器を備え、

前記第 1の演算部は、前記機械系の共振周波数 ω c、反共振周波数 ω η、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ ηを各サーボ駆動軸毎に解析するものであり、

前記第 2の演算部は、前記外乱抑制フィルタで用いる係数 A 1，係数 A 2，係数 B 0 , 係数 B 1 , 係数 B 2を各サーボ駆動軸毎に演算することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載のサーボ制御装置。

7 . 前記機械系は複数のサーボモータによって駆動される複数のサーボ駆動軸を有するものであって、

前記検出手段は、前記機械系の移動方向の加速度あるいは速度を検出する単一の検出器であり、

前記第 2の演算部は、前記第 1の演算部の演算結果を各サーボ制御軸方向のベクトル成分に分解し、該分解した各軸方向の共振周波数 ω c、反共振周波数 ω n、共振の減衰係数 ζ c、反共振の減衰係数 ζ ηの情報に基づいて、前記外乱抑制フィルタで用いる係数 A 1，係数 A 2，係数 B O，係数 B 1 , 係数 B 2を各サーボ駆動軸毎に演算することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載のサーボ制御装置。

8 . サーボモータの位置を検出する位置検出手段と、

前記サーボモータの速度を検出する速度検出手段と、

前記電流指令に基づいて前記サーボモータを電流制御する電流制御部と、を備え、サーボモータを用いて機械系を駆動制御するサーボ制御装置において、前記速度制御部の電流指令を補正して前記電流制御部に出力する外乱抑制フィルタを備え、

この乱抑制フィルタは、

前記外乱抑制ブイルタの出力の 1サンプリング周期前のデータを記憶する第 3 のメモリと、

前記外乱抑制フィルタの出力の 2サンプリング周期前のデータを記憶する第 4 のメモリと、

前記第 1のメモリの記憶データに係数 A 1を掛けたものと、前記第 2の記憶デ一タに係数 A 2を掛けたものと、前記速度制御部で今回生成された電流指令値に係数 B 0を掛けたものとを前記第 1の加算機の出力に加算してその加算結果を外乱抑制フィルタの出力として前記電流制御部に入力する第 2の加算器と、を有することを特徴とするサーボ制御装置。