JP2004070790A - 機械の位置制御装置および機械の位置制御システム - Google Patents
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Abstract
【課題】速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成すること。
【解決手段】他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に機械模擬回路部１０２，１０８および補償トルク演算器１６のパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部１０５を備えた。また、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に理論位置・速度制御部１０７内の指令フィルタ３０のパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部１１０を備えた。また、変更パラメータ演算部１０５、１０６、１１０では、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルが作成される。
【選択図】 図１
【解決手段】他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に機械模擬回路部１０２，１０８および補償トルク演算器１６のパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部１０５を備えた。また、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に理論位置・速度制御部１０７内の指令フィルタ３０のパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部１１０を備えた。また、変更パラメータ演算部１０５、１０６、１１０では、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルが作成される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械やロボット等におけるモータ等の駆動装置を用いた機械の制御に関し、特に機械の振動抑制を行う位置制御装置および位置制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２を用いて従来の技術を説明する。同図は、従来の技術による機械の位置制御装置の構成例であり、例えば特開平８−１６８２８０号公報に示されている電動機の速度および位置制御装置の具体的説明に示されるブロック図などは、この図２の構成と同じである。図２において、位置制御装置は、理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と実位置・速度制御部１０４とを有し、更にトルク制御回路２３と電動機２４と位置検出器２５とにより構成される。
【０００３】
このうち、理論位置・速度制御器１０１は、理論位置偏差演算器１とパラメータＫｐ１を有する理論位置制御器２と理論速度偏差演算器３とパラメータＫｖ１を有する理論速度制御器４と補償トルク減算器５とにより構成され、上位の制御装置より与えられる位置指令信号θｍ＊と、後述の機械模擬回路部１０２より得られて理論位置偏差演算器１に入力される理論電動機位置θａｍおよび理論速度偏差演算器３に入力される理論電動機速度ωａｍと、補償トルク演算回路より得られて補償トルク減算器５に入力される補償トルクＴｃとを入力とし、理論トルクＴｆｆを出力する。
【０００４】
また、機械模擬回路部１０２は、理論電動機トルク演算器６と理論電動機速度演算器７と理論電動機位置演算器８と理論機械端速度演算器９と理論機械端位置演算器１０と理論電動機対機械端位置偏差演算器１１と理論軸ねじれトルク演算器１２と理論電動機対機械端速度偏差演算器１３と理論摩擦トルク演算器１４と理論反力トルク演算器１５とにより構成され、理論位置・速度制御部１０１より得られる理論トルクＴｆｆを入力として、電動機の理論速度ωａｍおよび理論位置θａｍと、電動機と機械端の理論速度偏差（ωａｍ−ωａｌ）とを出力する。なお、機械模擬回路部１０２では、機械を電動機と機械端とからなる二慣性共振系として模擬しているが、共振軸が異なる場合には、例えば電動機＋電動機側負荷慣性と機械端側負荷慣性の二慣性共振系として模擬することも可能であり、また更には三慣性共振系以上にも同様に対応することが可能である。
【０００５】
補償トルク演算部１０３は、補償トルク演算器１６により構成され、機械模擬回路部１０２より得られる電動機と機械端の理論速度偏差（ωａｍ−ωａｌ）を入力として、補償トルクＴｃを出力する。
【０００６】
更に、実位置・速度制御部１０４は、実位置偏差演算器１７と実位置制御器１８と実速度演算器１９と実速度偏差演算器２０と実速度制御器２１と実トルク指令演算器２２とにより構成され、機械模擬回路部１０２より得られる理論電動機位置θａｍを実位置偏差演算器１７の入力とし、理論電動機速度ωａｍを実速度偏差演算器２０の入力とし、理論位置・速度制御部１０１より得られる理論トルクＴｆｆと、位置検出器２５より得られる電動機位置θｍを実トルク指令演算器２２の入力として、実トルク指令Ｔｍ＊を出力する。
【０００７】
次に図２に示す従来の技術の簡略動作を説明する。図２において、機械模擬回路部１０２では、実際の機械を二慣性共振系で模擬したものであり、理論トルクＴｆｆが入力された場合の理論電動機速度ωａｍ、理論電動機位置θａｍ等を演算して導出する。補償トルク演算部１０３では、理論電動機対機械端速度偏差（ωａｍ−ωａｌ）から、振動を抑制する為の補償トルクＴｃを演算する。理論位置・速度制御部１０１では、位置指令信号θｍ＊と理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θａｍとから得られるトルク成分から補償トルクＴｃを減算し、電動機の振動抑制制御を行うのに最適な理論トルクＴｆｆを導出する。実位置・速度制御部１０４では、理論電動機位置θａｍ、理論電動機速度ωａｍ、理論トルクＴｆｆを入力とし、実電動機位置θｍおよび実電動機速度ωｍが理論電動機位置θａｍ、理論電動機速度ωａｍに追従するように実トルク指令Ｔｍ＊を制御する。以上により、図２に示す位置制御装置においては、振動しやすい機械においても、振動を抑制しつつ位置指令信号θｍ＊に追従して電動機２４の位置制御を行うことが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−１６８２８０号公報の技術における機械の位置制御装置においては、機械模擬回路部１０２の各ブロックの機械系パラメータＪｍ＊，ＪＬ＊，Ｃｘ，Ｋｘについて、制御対象である機械の構造から理論計算を行うか、もしくは制御対象の機械特性を測定するなどの方法により、予め機械系のパラメータを抽出し、制御装置に格納しておく必要がある。また、補償トルク演算部１０３の補償パラメータＫｃｖ，Ｋｃｐについても、前記方法により得られた機械系パラメータを用いて最適値を演算し、同様に制御装置に格納しておく必要がある。
【０００９】
ここで、例えば機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を考える。従来の技術における機械の位置制御装置では機械系パラメータを予め制御装置内に格納しておく必要があるため、Ｘ軸上の適当なＹ軸位置を代表条件とし、その時の機械系の特性を代表値として利用することになる。
【００１０】
しかしながら、機械によってはＹ軸位置がＸ軸に近い状態とＸ軸から遠く離れた状態とで機械系の特性が大きく変動する場合が考えられ、すなわち、ＸＹ平面においてＸ軸の駆動およびＸ軸上でのＹ軸の駆動にあって、Ｘ軸およびＹ軸の原点位置付近の座標設定に対し原点位置からＹ軸位置が離れた遠い座標設定の場合には、テーブルの振動状況が変わってしまい、このため振動を抑制するためのパラメータも変化する。その結果、制御装置内に格納している機械系パラメータに対し実際の機械のパラメータが大きくずれるという現象が発生する。この場合、制御装置の振動抑制性能が劣化し、最適な制御を行うことができなくなる。
【００１１】
以上により、従来の技術では、機械の他軸位置の変化等により、機械系の特性が大きく変動する対象には適応できないという問題点があり、このため従来では機械系の特性があまり変動しない対象に限定して利用されていた。
【００１２】
また、振動を抑制する別の技術には、特開昭６２−１２６４０２号公報に記載の技術がある。この技術では、機械系の特性に合わせたノッチフィルタを速度フィードバックループに挿入することにより、振動抑制を行うことが開示されている。しかしながら、ノッチフィルタを用いて振動抑制を行う手法では、速度制御器の応答がノッチフィルタの周波数で制限される。従って、機械系の剛性が低い場合、ノッチフィルタの設定周波数を低く設定する必要があるため、速度制御応答を上げることができない。
【００１３】
また、更に別の技術には、特開平４−２１９８０７号公報に記載の技術がある。この技術では、部品供給テーブルの総重量を検知し、これに基づいて制御系のパラメータを変更することにより、部品供給テーブルの総重量に応じた位置制御を行うという技術の開示がある。しかしながら、この技術では、機械系の振動を考慮しておらず、機械系の剛性が低い場合には速度制御応答を下げる以外に方法がない。
【００１４】
以上により、上記特開昭６２−１２６４０２号公報または特開平４−２１９８０７号公報に記載の技術では、機械模擬回路部を有さないことから、機械系の剛性が低い場合には速度制御応答を上げることができない為、高速な制御を行うことは不可能であるという問題点があった。
【００１５】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、例えばＸＹテーブルのＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が変動する場合のように、外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成する機械の位置制御装置および位置制御システムの提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる機械の位置制御装置は、位置指令を入力として理論位置・速度制御部にてトルクを出力し、このトルクを入力として機械模擬回路部にて位置および速度を出力し、この出力を直接におよび補償トルク演算部を介して理論位置・速度制御部に戻すことにより、機械の振動特性を考慮した位置制御を行う機械の位置制御装置において、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に機械模擬回路部および補償トルク演算部のパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、 他軸位置情報等を元に振動抑制パラメータを逐次変更し得ることから、例えばＸＹテーブルにおいてＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、つまり外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成することができる。
【００１８】
つぎの発明にかかる機械の位置制御装置は、位置指令を入力として理論位置・速度制御部にてトルクを出力し、このトルクを入力として機械模擬回路部にて位置および速度を出力し、この出力を理論位置・速度制御部に戻すことにより、機械の振動特性を考慮した位置制御を行う機械の位置制御装置において、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に理論位置・速度制御部内の指令フィルタのパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、他軸位置情報等を元に振動抑制のための指令フィルタのパラメータを逐次変更し得ることから、例えばＸＹテーブルにおいてＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、つまり外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成することができる。
【００２０】
つぎの発明にかかる機械の位置制御装置は、上記の発明において、変更パラメータ演算部では、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルが作成されることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、変更パラメータを演算する場合に予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成しているので、テーブル引きにより演算ができて機械系の構成より機械系のパラメータの理論計算を逐次演算する必要が無いため、少ない演算量で、機械系の特性が大きく変わった場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００２２】
つぎの発明にかかる機械の位置制御システムは、一つの位置指令生成装置と、複数軸の位置制御装置よりなる位置制御システムにおいて、位置指令生成装置内には、内部の位置指令生成部にて出力される複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータを演算し、しかもこの各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、各軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得るばかりでなく、各軸位置変化時の変更パラメータ演算を上位の位置指令生成装置において行っている為、位置制御装置の演算負荷を軽減させることが可能となる。
【００２４】
つぎの発明にかかる機械の位置制御システムは、一つの位置指令生成装置と、複数軸の位置制御装置よりなる位置制御システムにおいて、位置指令生成装置には、内部の位置指令生成部にて出力される複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量に関する情報を元に演算されたパラメータを加味した理論位置・速度制御を行い、機械の振動特性に応じた位置指令、速度指令およびトルク指令を生成する手段を有することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、各軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能であるとともに、理論位置・速度制御部、機械模擬回路部、補償トルク演算部の演算を上位の位置指令生成装置において行っている為、位置制御装置の演算負荷を軽減させることが可能となる。
【００２６】
つぎの発明にかかる機械の位置制御システムは、上記の発明において、各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータについて、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成することを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、変更パラメータを演算する場合に予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成しているので、テーブル引きにより演算ができて機械系の構成より機械系のパラメータの理論計算を逐次演算する必要が無いため、少ない演算量で、機械系の特性が大きく変わった場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００２８】
つぎの発明にかかる機械の位置制御システムは、上記の発明において、複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、重量に関する情報を元に演算されたパラメータを加味した理論位置・速度制御を行い、機械の振動特性に応じた位置指令、速度指令およびトルク指令を生成する場合に、予め位置指令、速度指令およびトルク指令を演算することを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、予めパラメータを変更して演算を行った結果を得ることになるので、位置指令生成ではその結果を順に呼び出すだけで、各指令を発生することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる機械の位置制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお以下に説明するこの発明の実施の形態においては、上述の図２に示す従来の技術と同一あるいは同等の構成部分については、上述の従来の技術と同一の符号を付してその説明を省略する。すなわち、図１、図３〜図６において、理論位置・速度制御部１０１，１０７、機械模擬回路部１０２，１０８、補償トルク演算部１０３、実位置・速度制御部１０４，１０９それぞれの各ブロック、トルク制御回路２３、電動機２４、位置検出器２５について同一ブロックには同一符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である機械の位置制御装置の構成を示すブロック図である。この位置制御装置は、理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と実位置・速度制御部１０４と新たな変更パラメータ演算部１０５とにより構成される。以下では、機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を仮定し、他軸位置としてＹ軸位置を仮定する。
【００３２】
変更パラメータ演算部１０５は、機械端慣性演算器２６と補償トルク比例係数演算器２７と補償トルク積分係数演算器２８とにより構成され、上位の位置指令生成装置もしくはＹ軸の位置制御装置もしくはＹ軸の位置検出器等より得られるＹ軸位置θｍ２を入力として、機械端慣性演算器２６による機械端慣性ＪＬと補償トルク比例係数演算器２７による補償トルク比例係数Ｋｃｖと補償トルク積分係数演算器２８による補償トルク積分係数Ｋｃｐとをそれぞれ出力する。
【００３３】
このうち、機械端慣性演算器２６は、予めＹ軸位置θｍ２に対する機械端慣性ＪＬをテーブル値として格納している。このテーブル値の導出においては、制御対象である機械の構成が既知の場合には理論計算により求めることが可能である。機械の構成が未知の場合には、Ｙ軸の各位置において設計段階での理論計算によりあるいはその後の制御対象の機械特性を測定することによりＹ軸の各位置におけるパラメータを抽出しテーブル化を行う。また、補償トルク比例係数演算器２７と補償トルク積分係数演算器２８とについても、前述の機械端慣性ＪＬのテーブル値の各々に対して、理論計算により最適な補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐを得て、テーブル値として格納している。
【００３４】
なお、ここではＹ軸位置θｍ２に応じて、機械端慣性ＪＬと補償トルク比例係数Ｋｃｖと補償トルク積分係数Ｋｃｐとを変更しているが、弾性係数Ｋｘや摩擦トルクＣｘが変動する場合にも同様の手法にて変更することが可能である。また、同時に理論位置・速度制御部１０１および実位置・速度制御部１０４のパラメータを変更することももちろん可能である。本実施の形態ではＸＹテーブルを対象として振動の抑制を意図しており、機械端慣性ＪＬと補償トルク比例係数Ｋｃｖと補償トルク積分係数Ｋｃｐとを変更するものであるが、振動を抑制するための機械の種類や性質・特性等により、制御することによって効果的に振動の抑制をもたらすような、変更の対象となるパラメータを特定することになる。一般的には、図１の装置についていえば、機械模擬回路部１０２にて模擬の精度が得られれば高精度の振動制御が可能となるので、この機械模擬回路部１０２のパラメータを変更するのが好ましい。なお、後述する図３から図６のケースについても同様のことが言える。
【００３５】
次に、図１に示した実施の形態１について、機械の位置制御装置の動作を説明する。図１において、Ｙ軸位置θｍ２が、制御定数を格納するために予めパラメータ抽出を行った代表条件における位置である場合には、図１の位置制御装置は従来の技術による位置制御装置と同じ動作を行うことになる。
【００３６】
Ｙ軸位置が、前記位置と異なる位置に移動した場合、機械端慣性演算器２６は、その位置情報θｍ２を入力として、当該位置における機械端慣性ＪＬを出力する。補償トルク比例係数演算器２７は、前記機械端慣性演算器２６より得られた機械端慣性ＪＬを入力として補償トルク比例係数Ｋｃｖを出力する。同様に、補償トルク積分係数演算器２８は、機械端慣性ＪＬを入力として補償トルク積分係数Ｋｃｐを出力する。
【００３７】
そして、機械端速度演算器９は、前記機械端慣性演算器２６より得られた機械端慣性ＪＬにその内部定数値が書き換えられる。同様に、補償トルク演算部１０３は、前記補償トルク比例係数演算器２７および補償トルク積分係数演算器２８より得られた補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐを用いてその内部定数が書き換えられる。これらのパラメータ変更はＹ軸位置の移動に応じて逐次なされることが可能である。その結果、Ｙ軸位置の移動により機械系の特性が変化した場合においても、機械系の特性に合った最適な制御を得ることができる。
【００３８】
以上により、この実施の形態１における機械の位置制御装置では、他軸であるＹ軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００３９】
実施の形態２．
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。図３は本発明の実施の形態２である機械の位置制御装置の構成を示す図である。この位置制御装置は、理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と実位置・速度制御部１０４と新たな変更パラメータ演算部１０６とにより構成される。
【００４０】
この変更パラメータ演算部１０６は、機械端慣性演算器２９と補償トルク比例係数演算器２７と補償トルク積分係数演算器２８とにより構成され、上位の位置指令生成装置もしくは他軸の制御装置もしくは自軸の制御装置等より得られる負荷であるワーク質量ＭＬを入力として、機械端慣性演算器２９による機械端慣性ＪＬと補償トルク比例係数演算器２７による補償トルク比例係数Ｋｃｖと補償トルク積分係数演算器２８による補償トルク積分係数Ｋｃｐとを出力する。この場合、ワーク質量ＭＬと同様な負荷入力としては、機械の負荷慣性を採用することもできる。
【００４１】
ここで機械端慣性演算器２９は、予めワーク質量ＭＬに対する機械端慣性ＪＬをテーブル値として格納している。このテーブル値の導出においては、制御対象である機械の構成が既知の場合には理論計算により求めることが可能である。機械の構成が未知の場合には設計段階での理論計算によりあるいはその後の制御対象の機械特性を測定することによりテーブル化を行う。補償トルク比例係数演算器２７と補償トルク積分係数演算器２８とは、実施の形態１と同様に、前記のＪＬのテーブル値の各々に対して、理論計算により最適な補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐを得て、テーブル値として格納している。
【００４２】
次に図３に示した実施の形態２について機械の位置制御装置の動作を説明する。図３において、ワーク質量ＭＬが、制御定数を格納するために予めパラメータ抽出を行った代表条件と同じである場合には、図３の位置制御装置は従来の技術による位置制御装置と同じ動作を行う。
【００４３】
ワーク質量ＭＬが、前記条件と異なる値に変化した場合、機械端慣性演算器２９は、その質量ＭＬを入力として機械端慣性ＪＬを出力する。補償トルク比例係数演算器２７は、前記機械端慣性演算器２９より得られた機械端慣性ＪＬを入力として補償トルク比例係数Ｋｃｖを出力する。同様に、補償トルク積分係数演算器２８は、機械端慣性ＪＬを入力として補償トルク積分係数Ｋｃｐを出力する。機械端速度演算器９は、前記機械端慣性演算器２９より得られた機械端慣性ＪＬにその内部定数値が書き換えられる。同様に、補償トルク演算部１０３は、前記補償トルク比例係数演算器２７および補償トルク積分係数演算器より得られた補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐを用いてその内部定数が書き換えられる。これらの値はワーク質量ＭＬの変化に応じて逐次変更されることが可能である。その結果、ワーク質量ＭＬの変化により機械系の特性が変化した場合においても、機械系の特性に合った最適な制御を得ることができる。
【００４４】
以上により、実施の形態２における機械の位置制御装置では、ワーク質量ＭＬの変化によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００４５】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３である機械の位置制御装置の構成を示す図である。この位置制御装置は、理論位置・速度制御部１０７と機械模擬回路部１０８と実位置・速度制御部１０９と変更パラメータ演算部１１０とにより構成される。ここでも以下、機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を仮定し、他軸位置としてＹ軸位置を仮定する。
【００４６】
理論位置・速度制御部１０７は、指令フィルタ３０と理論位置偏差演算器１と理論位置制御器２と理論速度偏差演算器３と理論速度制御器４とにより構成され、上位の制御装置等より与えられる位置指令信号θｍ＊と、機械模擬回路部１０８より得られる理論電動機位置θａｍおよび理論電動機速度ωａｍとを入力とし、理論トルクＴｆｆを出力する。
【００４７】
機械模擬回路部１０８は、理論電動機速度演算器７と理論電動機位置演算器８とにより構成され、理論位置・速度制御部１０７より得られる理論トルクＴｆｆを入力として、電動機の理論速度ωａｍと理論位置θａｍとを出力する。
【００４８】
実位置・速度制御部１０９は、実位置偏差演算器１７と実位置制御器１８と実速度演算器１９と実速度偏差演算器２０と実速度制御器２１と実トルク指令演算器２２とにより構成され、機械模擬回路部１０８より得られる理論電動機位置θａｍおよび理論電動機速度ωａｍと、理論位置・速度制御部１０７より得られる理論トルクＴｆｆと、位置検出器２５より得られる電動機位置θｍとを入力として、実トルク指令Ｔｍ＊を出力する。
【００４９】
変更パラメータ演算部１１０は、共振周波数演算器３２と反共振周波数演算器３３とにより構成され、上位の位置指令生成装置もしくはＹ軸の位置制御装置もしくはＹ軸の位置検出器等より得られるＹ軸位置θｍ２を入力として、共振周波数ωｎと反共振周波数ωｆと、を出力する。共振周波数演算器３２と反共振周波数演算器３３とはそれぞれ予めＹ軸位置θｍ２に対する共振周波数ωｎと反共振周波数ωｆとをテーブル値として格納している。テーブル値の導出については、周波数ωと慣性ＪＬとの違いはあるが、実施の形態１における機械端慣性演算器２６の場合と同様である。
【００５０】
次に図４に示した実施の形態３について機械の位置制御装置の動作を説明する。まず、他軸であるＹ軸位置が固定である条件下での動作について説明する。図４において、機械模擬回路部１０８は、実際の機械の電動機側の慣性を模擬したものであり、理論トルクＴｆｆが入力された場合の理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θａｍとを演算して導出する。理論位置・速度制御部１０７では、位置指令信号θｍ＊が入力される指令フィルタ３０からの指令信号θｍ＊’と理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θａｍとから電動機の理論トルクＴｆｆを導出する。
【００５１】
ここで、指令フィルタ３０は、実際の機械の共振特性を考慮した特性となっており、出力される指令信号θｍ＊’は、機械共振を抑制するような指令信号となっている。従ってこの理論位置・速度制御部１０７は、電動機の振動抑制制御を行うのに最適な理論トルクＴｆｆを出力する。実位置・速度制御部１０９では、理論電動機位置θａｍ、理論電動機速度ωａｍ、理論トルクＴｆｆを入力とし、実電動機位置θｍおよび実電動機速度ωｍが理論電動機位置θａｍ、理論電動機速度ωａｍに追従するように実トルク指令Ｔｍ＊を制御する。このようにして、図４に示す位置制御装置においては、振動しやすい機械においても、振動を抑制しつつ位置指令信号θｍ＊に追従して電動機２４の位置制御を行うことが可能である。
【００５２】
以上により、実施の形態３における機械の位置制御装置では、他軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。また、上述の説明は、Ｙ軸位置θｍ２を入力として機械の共振特性を得るパラメータテーブルを備えたものであるが、図１に対する図３の関係と同様入力はＹ軸位置θｍ２に限らず、機械の負荷慣性や重量とし、機械の共振特性を得るパラメータテーブルを備えるようにしてもよい。
【００５３】
なお実施の形態３における機械の位置制御装置では、指令フィルタは帯域遮断型フィルタ構成にて形成しているが、低域通過型フィルタなどの異なる形態のフィルタを用いてもよいし、機械の振動特性に応じて複数個のフィルタを並列に接続した構成を取ってもよい。また、実位置・速度制御部１０９にフィルタを置いて併用することも可能であり、それらの場合においても同様にフィルタ制御を適用することが可能である。
【００５４】
実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態４である機械の位置制御システムの構成を示す図である。ここでは、機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を仮定し、他軸位置としてＹ軸位置を仮定する。この位置制御システムは、位置指令生成装置２０１とＸ軸位置制御装置２０２とＸ軸電動機２４とＹ軸位置制御装置２０３とＹ軸電動機３４とにより構成される。
【００５５】
位置指令生成装置２０１は、位置指令生成部１１１と、変更パラメータ演算部１０５とにより構成され、Ｘ軸位置指令信号θｍ＊およびＹ軸位置指令信号θｍ２＊およびＸ軸変更パラメータＪＬ，Ｋｃｖ，Ｋｃｐを出力する。このうち、変更パラメータ演算部１０５は、図１の実施の形態１の位置制御装置における変更パラメータ演算部１０５と同じものであり、Ｙ軸位置指令信号θｍ２＊を入力として変更パラメータＪＬ，Ｋｃｖ，Ｋｃｐを出力する。ここで変更パラメータの演算は、実施の形態１において既に説明しているように、理論計算演算により求めても良いし、予め測定してテーブル値を用意してもよい。Ｘ軸位置制御装置２０２は、図１の実施の形態１の位置制御装置から変更パラメータ演算部１０５のみを除去したものと同じ構成であり、位置指令θｍ＊と変更パラメータＪＬ，Ｋｃｖ，Ｋｃｐを入力とし、トルクを出力して電動機２４を駆動する。Ｙ軸位置制御装置２０３およびＹ軸電動機３４は、Ｘ軸位置制御装置２０２およびＸ軸電動機２４と、同等のもので構成される。
【００５６】
次に図５に示した実施の形態５の機械の位置制御システムの動作を説明する。まず、位置指令生成部１１１は上位の制御装置もしくは外部からの指令入力に従って、Ｘ軸位置指令θｍ＊およびＹ軸位置指令θｍ２＊を生成する。Ｘ軸位置制御装置２０２は、Ｘ軸位置指令θｍ＊に従って機械の位置制御を行う。図５において、Ｙ軸位置θｍ２＊が、Ｘ軸の制御定数を格納するために予めパラメータ抽出を行った代表条件における位置である場合には、Ｘ軸位置制御装置２０２は図１の従来の技術による位置制御装置と同じ動作を行う。
【００５７】
Ｙ軸位置指令θｍ２＊が前記位置から移動した場合、Ｙ軸実位置θｍ２も同様に移動していると仮定する。この場合、変更パラメータ演算部１０５ではＹ軸位置指令θｍ２＊を入力として、前記Ｙ軸位置に対する機械端慣性値ＪＬと最適な補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐとを出力する。Ｘ軸位置制御装置２０２は、前記機械端慣性値ＪＬと、補償トルク比例係数Ｋｃｖと、補償トルク積分係数Ｋｃｐを、位置指令生成装置２０１より受け取り、内部のパラメータを変更する。これらのパラメータ変更はＹ軸位置の移動に応じて逐次なされることが可能である。その結果、Ｙ軸位置の移動により機械系の特性が変化した場合においても、Ｘ軸位置制御装置２０２は機械系の特性に合った最適な制御を得ることができる。
【００５８】
以上により、実施の形態４における機械の位置制御システムでは、他軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。また、他軸位置変化時の変更パラメータ演算を上位の位置指令生成装置２０１において行っている為、位置制御装置２０２、２０３の演算負荷を軽減させることが可能である。
【００５９】
なお図５において、この実施の形態４による位置制御装置２０２、２０３は、実施の形態１の位置制御装置の基本構成を元に展開した位置制御装置であるが、前記基本構成に実施の形態２の重量や慣性を入力とする場合や、実施の形態３のような指令フィルタ３０を用いた場合についても、同様に効果が得られるものである。
【００６０】
実施の形態５．
図６は本発明の実施の形態５である機械の位置制御システムの構成を示す図である。ここでは、機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を仮定し、他軸位置としてＹ軸位置を仮定する。この位置制御システムは、位置指令生成装置２０４とＸ軸位置制御装置２０５とＸ軸電動機２４とＹ軸位置制御装置２０３とＹ軸電動機３４とにより構成される。
【００６１】
位置指令生成装置２０４は、位置指令生成部１１１と変更パラメータ演算部１０５と理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３とにより構成され、理論トルク指令Ｔｆｆと理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θａｍとを出力する。ここで、変更パラメータ演算部１０５は図５の実施の形態４の位置指令生成装置における変更パラメータ演算部１０５と同じである。理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３とは図１の実施の形態１の位置制御装置における理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と同じものである。
【００６２】
また、Ｘ軸位置制御装置２０５は、図１の実施の形態１にあって位置制御装置そのものから理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と変更パラメータ演算部１０５とを除去したものと同じであり、理論トルク指令Ｔｆｆと理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θａｍとを入力とし、トルクＴｍ＊を出力して電動機２４を駆動する構成である。Ｙ軸位置制御装置２０３およびＹ軸電動機３４は、Ｘ軸位置制御装置２０５およびＸ軸電動機２４と同等のもので構成される。
【００６３】
図６に示した実施の形態５の機械の位置制御システムの動作については、図５の実施の形態４の位置制御装置２０２，２０３において、理論位置・速度制御部１０１および機械模擬回路部１０２および補償トルク演算部１０３の演算を、位置指令生成装置２０４側で行う点を除き、同一の動作を行う。
【００６４】
こうして、実施の形態５の機械の位置制御システムでは、他軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。更に、理論位置・速度制御部１０１、機械模擬回路部１０２、補償トルク演算部１０３の演算を上位の位置指令生成装置２０４において行っている為、位置制御装置２０５、２０６の演算負荷を軽減させることが可能である。
【００６５】
なお図６に記載の実施の形態５の機械の位置制御システムでは、理論位置・速度制御部１０１、機械模擬回路部１０２、補償トルク演算部１０３の演算を逐次行っているが、入力θｍおよびθｍ２のパターンが予め判明しているときには、予めパラメータを変更して理論位置・速度制御部１０１、機械模擬回路部１０２、補償トルク演算部１０３の演算を行った結果をメモリに格納しておき、逐次呼び出すことによって位置指令、速度指令およびトルク指令を生成しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６６】
また図６において、この発明による位置制御システムは、実施の形態１の位置制御装置の基本構成を元に展開した位置制御装置であるが、前記基本構成に実施の形態２や実施の形態３のような構成を用いても同様に効果が得られるものである。特に、実施の形態３を基本構成とした場合には、変更パラメータ演算部１０５と指令フィルタ３０のみを位置指令生成装置で演算させるという構成を用いても、同様の効果が得られる。
【００６７】
また、これらの発明による位置制御システムおよび位置制御装置は、機械を二慣性共振系としているが三軸慣性以上の場合にも同様に適用可能である。またＸＹ二軸で説明を行ってきたが、三軸以上の場合にも同様に適用可能である。
【００６８】
またこれらの発明による位置制御システムおよび位置制御装置においては、振動抑制制御方式として規範モデル追従型制御やノッチ方式を用いているが、別の振動抑制制御方式を用いてもよく、また補償トルク演算部として比例積分演算を用いているが、全次元状態フィードバックなどの別の構成を用いてもよい。
【００６９】
またこれらの発明による位置制御システムおよび位置制御装置においては、他軸の位置情報として位置フィードバックθｍ２もしくは位置指令θｍ２＊を利用しているが、速度情報もしくはトルク情報を得て、それを元に位置情報を演算しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また負荷慣性や弾性係数、共振周波数などの情報を直接リアルタイムチューニング技術により求めてもよい。
【００７０】
またこれらの発明による位置制御システムでは、位置指令生成装置と位置制御装置とが別々に存在しているが、各々の機能が同一の装置内において実現される場合にも、同様に効果が得られることは言うまでもない。
【００７１】
図７に本発明の一実施例による応答例を用いて発明の効果の具体例を示す。図７は機械系の特性が変動した条件のもとで位置制御を行った場合の位置ドループ（位置指令と実位置の偏差）応答のシミュレーション結果である。ここで従来の技術は特開平８−１６８２８０号公報に記載の技術を模擬している。従来の技術においては０．３〜０．４秒付近において大きな振動を発生しており、位置ドループが収束するまでに時間がかかっていることが確認される。一方、本発明による技術では、振動が抑制され速やかに位置決めが完了していることがわかる。また、機械模擬回路部により振動抑制が行われる為、速度制御応答を下げる必要がなく、高速な制御が達成される。以上により、このシミュレーション結果より本発明の効果が確認される。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、位置指令を入力として理論位置・速度制御部にてトルクを出力し、このトルクを入力として機械模擬回路部にて位置および速度を出力し、この出力を直接におよび補償トルク演算部を介して理論位置・速度制御部に戻すことにより、機械の振動特性を考慮した位置制御を行う機械の位置制御装置において、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に機械模擬回路部および補償トルク演算部のパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことにより、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、他軸位置情報等を元に振動抑制パラメータを逐次変更し得ることから、例えばＸＹテーブルにおいてＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、つまり外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成することができる。
【００７３】
つぎの発明によれば、位置指令を入力として理論位置・速度制御部にてトルクを出力し、このトルクを入力として機械模擬回路部にて位置および速度を出力し、この出力を理論位置・速度制御部に戻すことにより、機械の振動特性を考慮した位置制御を行う機械の位置制御装置において、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に理論位置・速度制御部内の指令フィルタのパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことにより、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、他軸位置情報等を元に振動抑制のための指令フィルタのパラメータを逐次変更し得ることから、例えばＸＹテーブルにおいてＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、つまり外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成することができる。
【００７４】
つぎの発明によれば、変更パラメータ演算部では、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルが作成されることにより、変更パラメータを演算する場合に予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成しているので、テーブル引きにより演算ができて機械系の構成より機械系のパラメータの理論計算を逐次演算する必要が無いため、少ない演算量で、機械系の特性が大きく変わった場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００７５】
つぎの発明によれば、一つの位置指令生成装置と、複数軸の位置制御装置よりなる位置制御システムにおいて、位置指令生成装置内には、内部の位置指令生成部にて出力される複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータを演算し、しかもこの各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことにより、各軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得るばかりでなく、各軸位置変化時の変更パラメータ演算を上位の位置指令生成装置において行っている為、位置制御装置の演算負荷を軽減させることが可能となる。
【００７６】
つぎの発明によれば、一つの位置指令生成装置と、複数軸の位置制御装置よりなる位置制御システムにおいて、位置指令生成装置には、内部の位置指令生成部にて出力される複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量に関する情報を元に演算されたパラメータを加味した理論位置・速度制御を行い、機械の振動特性に応じた位置指令、速度指令およびトルク指令を生成する手段を有することにより、各軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能であるとともに、理論位置・速度制御部、機械模擬回路部、補償トルク演算部の演算を上位の位置指令生成装置において行っている為、位置制御装置の演算負荷を軽減させることが可能となる。
【００７７】
つぎの発明によれば、各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータについて、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成することにより、変更パラメータを演算する場合に予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成しているので、テーブル引きにより演算ができて機械系の構成より機械系のパラメータの理論計算を逐次演算する必要が無いため、少ない演算量で、機械系の特性が大きく変わった場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００７８】
つぎの発明によれば、複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、重量に関する情報を元に演算されたパラメータを加味した理論位置・速度制御を行い、機械の振動特性に応じた位置指令、速度指令およびトルク指令を生成する場合に、予め位置指令、速度指令およびトルク指令を演算することにより、予めパラメータを変更して演算を行った結果を得ることになるので、位置指令生成ではその結果を順に呼び出すだけで、各指令を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の機械の位置制御装置のブロック図である。
【図２】従来の技術による機械の位置制御装置のブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態２の機械の位置制御装置のブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態３の機械の位置制御装置のブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態４の機械の位置制御システムのブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態５の機械の位置制御システムのブロック図である。
【図７】この発明の効果を示す線図である。
【符号の説明】
１６ 補償トルク演算器、２６，２９ 機械端慣性演算器、２７ 補償トルク比例係数演算器、２８ 補償トルク積分係数演算器、３０ 指令フィルタ、３２共振周波数演算器、３３ 反共振周波数演算器、１０１，１０７ 理論位置・速度制御部、１０２，１０８ 機械模擬回路部、１０３ 補償トルク演算部、１０４，１０９ 実位置・速度制御部、１０５，１０６，１１０ 変更パラメータ演算部、１１１ 位置指令生成部、２０１，２０４ 位置指令生成装置、２０２，２０５ Ｘ軸位置制御装置、２０３ Ｙ軸位置制御装置。
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械やロボット等におけるモータ等の駆動装置を用いた機械の制御に関し、特に機械の振動抑制を行う位置制御装置および位置制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２を用いて従来の技術を説明する。同図は、従来の技術による機械の位置制御装置の構成例であり、例えば特開平８−１６８２８０号公報に示されている電動機の速度および位置制御装置の具体的説明に示されるブロック図などは、この図２の構成と同じである。図２において、位置制御装置は、理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と実位置・速度制御部１０４とを有し、更にトルク制御回路２３と電動機２４と位置検出器２５とにより構成される。
【０００３】
このうち、理論位置・速度制御器１０１は、理論位置偏差演算器１とパラメータＫｐ１を有する理論位置制御器２と理論速度偏差演算器３とパラメータＫｖ１を有する理論速度制御器４と補償トルク減算器５とにより構成され、上位の制御装置より与えられる位置指令信号θｍ＊と、後述の機械模擬回路部１０２より得られて理論位置偏差演算器１に入力される理論電動機位置θａｍおよび理論速度偏差演算器３に入力される理論電動機速度ωａｍと、補償トルク演算回路より得られて補償トルク減算器５に入力される補償トルクＴｃとを入力とし、理論トルクＴｆｆを出力する。
【０００４】
また、機械模擬回路部１０２は、理論電動機トルク演算器６と理論電動機速度演算器７と理論電動機位置演算器８と理論機械端速度演算器９と理論機械端位置演算器１０と理論電動機対機械端位置偏差演算器１１と理論軸ねじれトルク演算器１２と理論電動機対機械端速度偏差演算器１３と理論摩擦トルク演算器１４と理論反力トルク演算器１５とにより構成され、理論位置・速度制御部１０１より得られる理論トルクＴｆｆを入力として、電動機の理論速度ωａｍおよび理論位置θａｍと、電動機と機械端の理論速度偏差（ωａｍ−ωａｌ）とを出力する。なお、機械模擬回路部１０２では、機械を電動機と機械端とからなる二慣性共振系として模擬しているが、共振軸が異なる場合には、例えば電動機＋電動機側負荷慣性と機械端側負荷慣性の二慣性共振系として模擬することも可能であり、また更には三慣性共振系以上にも同様に対応することが可能である。
【０００５】
補償トルク演算部１０３は、補償トルク演算器１６により構成され、機械模擬回路部１０２より得られる電動機と機械端の理論速度偏差（ωａｍ−ωａｌ）を入力として、補償トルクＴｃを出力する。
【０００６】
更に、実位置・速度制御部１０４は、実位置偏差演算器１７と実位置制御器１８と実速度演算器１９と実速度偏差演算器２０と実速度制御器２１と実トルク指令演算器２２とにより構成され、機械模擬回路部１０２より得られる理論電動機位置θａｍを実位置偏差演算器１７の入力とし、理論電動機速度ωａｍを実速度偏差演算器２０の入力とし、理論位置・速度制御部１０１より得られる理論トルクＴｆｆと、位置検出器２５より得られる電動機位置θｍを実トルク指令演算器２２の入力として、実トルク指令Ｔｍ＊を出力する。
【０００７】
次に図２に示す従来の技術の簡略動作を説明する。図２において、機械模擬回路部１０２では、実際の機械を二慣性共振系で模擬したものであり、理論トルクＴｆｆが入力された場合の理論電動機速度ωａｍ、理論電動機位置θａｍ等を演算して導出する。補償トルク演算部１０３では、理論電動機対機械端速度偏差（ωａｍ−ωａｌ）から、振動を抑制する為の補償トルクＴｃを演算する。理論位置・速度制御部１０１では、位置指令信号θｍ＊と理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θａｍとから得られるトルク成分から補償トルクＴｃを減算し、電動機の振動抑制制御を行うのに最適な理論トルクＴｆｆを導出する。実位置・速度制御部１０４では、理論電動機位置θａｍ、理論電動機速度ωａｍ、理論トルクＴｆｆを入力とし、実電動機位置θｍおよび実電動機速度ωｍが理論電動機位置θａｍ、理論電動機速度ωａｍに追従するように実トルク指令Ｔｍ＊を制御する。以上により、図２に示す位置制御装置においては、振動しやすい機械においても、振動を抑制しつつ位置指令信号θｍ＊に追従して電動機２４の位置制御を行うことが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−１６８２８０号公報の技術における機械の位置制御装置においては、機械模擬回路部１０２の各ブロックの機械系パラメータＪｍ＊，ＪＬ＊，Ｃｘ，Ｋｘについて、制御対象である機械の構造から理論計算を行うか、もしくは制御対象の機械特性を測定するなどの方法により、予め機械系のパラメータを抽出し、制御装置に格納しておく必要がある。また、補償トルク演算部１０３の補償パラメータＫｃｖ，Ｋｃｐについても、前記方法により得られた機械系パラメータを用いて最適値を演算し、同様に制御装置に格納しておく必要がある。
【０００９】
ここで、例えば機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を考える。従来の技術における機械の位置制御装置では機械系パラメータを予め制御装置内に格納しておく必要があるため、Ｘ軸上の適当なＹ軸位置を代表条件とし、その時の機械系の特性を代表値として利用することになる。
【００１０】
しかしながら、機械によってはＹ軸位置がＸ軸に近い状態とＸ軸から遠く離れた状態とで機械系の特性が大きく変動する場合が考えられ、すなわち、ＸＹ平面においてＸ軸の駆動およびＸ軸上でのＹ軸の駆動にあって、Ｘ軸およびＹ軸の原点位置付近の座標設定に対し原点位置からＹ軸位置が離れた遠い座標設定の場合には、テーブルの振動状況が変わってしまい、このため振動を抑制するためのパラメータも変化する。その結果、制御装置内に格納している機械系パラメータに対し実際の機械のパラメータが大きくずれるという現象が発生する。この場合、制御装置の振動抑制性能が劣化し、最適な制御を行うことができなくなる。
【００１１】
以上により、従来の技術では、機械の他軸位置の変化等により、機械系の特性が大きく変動する対象には適応できないという問題点があり、このため従来では機械系の特性があまり変動しない対象に限定して利用されていた。
【００１２】
また、振動を抑制する別の技術には、特開昭６２−１２６４０２号公報に記載の技術がある。この技術では、機械系の特性に合わせたノッチフィルタを速度フィードバックループに挿入することにより、振動抑制を行うことが開示されている。しかしながら、ノッチフィルタを用いて振動抑制を行う手法では、速度制御器の応答がノッチフィルタの周波数で制限される。従って、機械系の剛性が低い場合、ノッチフィルタの設定周波数を低く設定する必要があるため、速度制御応答を上げることができない。
【００１３】
また、更に別の技術には、特開平４−２１９８０７号公報に記載の技術がある。この技術では、部品供給テーブルの総重量を検知し、これに基づいて制御系のパラメータを変更することにより、部品供給テーブルの総重量に応じた位置制御を行うという技術の開示がある。しかしながら、この技術では、機械系の振動を考慮しておらず、機械系の剛性が低い場合には速度制御応答を下げる以外に方法がない。
【００１４】
以上により、上記特開昭６２−１２６４０２号公報または特開平４−２１９８０７号公報に記載の技術では、機械模擬回路部を有さないことから、機械系の剛性が低い場合には速度制御応答を上げることができない為、高速な制御を行うことは不可能であるという問題点があった。
【００１５】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、例えばＸＹテーブルのＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が変動する場合のように、外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成する機械の位置制御装置および位置制御システムの提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる機械の位置制御装置は、位置指令を入力として理論位置・速度制御部にてトルクを出力し、このトルクを入力として機械模擬回路部にて位置および速度を出力し、この出力を直接におよび補償トルク演算部を介して理論位置・速度制御部に戻すことにより、機械の振動特性を考慮した位置制御を行う機械の位置制御装置において、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に機械模擬回路部および補償トルク演算部のパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、 他軸位置情報等を元に振動抑制パラメータを逐次変更し得ることから、例えばＸＹテーブルにおいてＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、つまり外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成することができる。
【００１８】
つぎの発明にかかる機械の位置制御装置は、位置指令を入力として理論位置・速度制御部にてトルクを出力し、このトルクを入力として機械模擬回路部にて位置および速度を出力し、この出力を理論位置・速度制御部に戻すことにより、機械の振動特性を考慮した位置制御を行う機械の位置制御装置において、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に理論位置・速度制御部内の指令フィルタのパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、他軸位置情報等を元に振動抑制のための指令フィルタのパラメータを逐次変更し得ることから、例えばＸＹテーブルにおいてＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、つまり外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成することができる。
【００２０】
つぎの発明にかかる機械の位置制御装置は、上記の発明において、変更パラメータ演算部では、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルが作成されることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、変更パラメータを演算する場合に予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成しているので、テーブル引きにより演算ができて機械系の構成より機械系のパラメータの理論計算を逐次演算する必要が無いため、少ない演算量で、機械系の特性が大きく変わった場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００２２】
つぎの発明にかかる機械の位置制御システムは、一つの位置指令生成装置と、複数軸の位置制御装置よりなる位置制御システムにおいて、位置指令生成装置内には、内部の位置指令生成部にて出力される複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータを演算し、しかもこの各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、各軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得るばかりでなく、各軸位置変化時の変更パラメータ演算を上位の位置指令生成装置において行っている為、位置制御装置の演算負荷を軽減させることが可能となる。
【００２４】
つぎの発明にかかる機械の位置制御システムは、一つの位置指令生成装置と、複数軸の位置制御装置よりなる位置制御システムにおいて、位置指令生成装置には、内部の位置指令生成部にて出力される複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量に関する情報を元に演算されたパラメータを加味した理論位置・速度制御を行い、機械の振動特性に応じた位置指令、速度指令およびトルク指令を生成する手段を有することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、各軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能であるとともに、理論位置・速度制御部、機械模擬回路部、補償トルク演算部の演算を上位の位置指令生成装置において行っている為、位置制御装置の演算負荷を軽減させることが可能となる。
【００２６】
つぎの発明にかかる機械の位置制御システムは、上記の発明において、各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータについて、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成することを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、変更パラメータを演算する場合に予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成しているので、テーブル引きにより演算ができて機械系の構成より機械系のパラメータの理論計算を逐次演算する必要が無いため、少ない演算量で、機械系の特性が大きく変わった場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００２８】
つぎの発明にかかる機械の位置制御システムは、上記の発明において、複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、重量に関する情報を元に演算されたパラメータを加味した理論位置・速度制御を行い、機械の振動特性に応じた位置指令、速度指令およびトルク指令を生成する場合に、予め位置指令、速度指令およびトルク指令を演算することを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、予めパラメータを変更して演算を行った結果を得ることになるので、位置指令生成ではその結果を順に呼び出すだけで、各指令を発生することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる機械の位置制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお以下に説明するこの発明の実施の形態においては、上述の図２に示す従来の技術と同一あるいは同等の構成部分については、上述の従来の技術と同一の符号を付してその説明を省略する。すなわち、図１、図３〜図６において、理論位置・速度制御部１０１，１０７、機械模擬回路部１０２，１０８、補償トルク演算部１０３、実位置・速度制御部１０４，１０９それぞれの各ブロック、トルク制御回路２３、電動機２４、位置検出器２５について同一ブロックには同一符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である機械の位置制御装置の構成を示すブロック図である。この位置制御装置は、理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と実位置・速度制御部１０４と新たな変更パラメータ演算部１０５とにより構成される。以下では、機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を仮定し、他軸位置としてＹ軸位置を仮定する。
【００３２】
変更パラメータ演算部１０５は、機械端慣性演算器２６と補償トルク比例係数演算器２７と補償トルク積分係数演算器２８とにより構成され、上位の位置指令生成装置もしくはＹ軸の位置制御装置もしくはＹ軸の位置検出器等より得られるＹ軸位置θｍ２を入力として、機械端慣性演算器２６による機械端慣性ＪＬと補償トルク比例係数演算器２７による補償トルク比例係数Ｋｃｖと補償トルク積分係数演算器２８による補償トルク積分係数Ｋｃｐとをそれぞれ出力する。
【００３３】
このうち、機械端慣性演算器２６は、予めＹ軸位置θｍ２に対する機械端慣性ＪＬをテーブル値として格納している。このテーブル値の導出においては、制御対象である機械の構成が既知の場合には理論計算により求めることが可能である。機械の構成が未知の場合には、Ｙ軸の各位置において設計段階での理論計算によりあるいはその後の制御対象の機械特性を測定することによりＹ軸の各位置におけるパラメータを抽出しテーブル化を行う。また、補償トルク比例係数演算器２７と補償トルク積分係数演算器２８とについても、前述の機械端慣性ＪＬのテーブル値の各々に対して、理論計算により最適な補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐを得て、テーブル値として格納している。
【００３４】
なお、ここではＹ軸位置θｍ２に応じて、機械端慣性ＪＬと補償トルク比例係数Ｋｃｖと補償トルク積分係数Ｋｃｐとを変更しているが、弾性係数Ｋｘや摩擦トルクＣｘが変動する場合にも同様の手法にて変更することが可能である。また、同時に理論位置・速度制御部１０１および実位置・速度制御部１０４のパラメータを変更することももちろん可能である。本実施の形態ではＸＹテーブルを対象として振動の抑制を意図しており、機械端慣性ＪＬと補償トルク比例係数Ｋｃｖと補償トルク積分係数Ｋｃｐとを変更するものであるが、振動を抑制するための機械の種類や性質・特性等により、制御することによって効果的に振動の抑制をもたらすような、変更の対象となるパラメータを特定することになる。一般的には、図１の装置についていえば、機械模擬回路部１０２にて模擬の精度が得られれば高精度の振動制御が可能となるので、この機械模擬回路部１０２のパラメータを変更するのが好ましい。なお、後述する図３から図６のケースについても同様のことが言える。
【００３５】
次に、図１に示した実施の形態１について、機械の位置制御装置の動作を説明する。図１において、Ｙ軸位置θｍ２が、制御定数を格納するために予めパラメータ抽出を行った代表条件における位置である場合には、図１の位置制御装置は従来の技術による位置制御装置と同じ動作を行うことになる。
【００３６】
Ｙ軸位置が、前記位置と異なる位置に移動した場合、機械端慣性演算器２６は、その位置情報θｍ２を入力として、当該位置における機械端慣性ＪＬを出力する。補償トルク比例係数演算器２７は、前記機械端慣性演算器２６より得られた機械端慣性ＪＬを入力として補償トルク比例係数Ｋｃｖを出力する。同様に、補償トルク積分係数演算器２８は、機械端慣性ＪＬを入力として補償トルク積分係数Ｋｃｐを出力する。
【００３７】
そして、機械端速度演算器９は、前記機械端慣性演算器２６より得られた機械端慣性ＪＬにその内部定数値が書き換えられる。同様に、補償トルク演算部１０３は、前記補償トルク比例係数演算器２７および補償トルク積分係数演算器２８より得られた補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐを用いてその内部定数が書き換えられる。これらのパラメータ変更はＹ軸位置の移動に応じて逐次なされることが可能である。その結果、Ｙ軸位置の移動により機械系の特性が変化した場合においても、機械系の特性に合った最適な制御を得ることができる。
【００３８】
以上により、この実施の形態１における機械の位置制御装置では、他軸であるＹ軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００３９】
実施の形態２．
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。図３は本発明の実施の形態２である機械の位置制御装置の構成を示す図である。この位置制御装置は、理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と実位置・速度制御部１０４と新たな変更パラメータ演算部１０６とにより構成される。
【００４０】
この変更パラメータ演算部１０６は、機械端慣性演算器２９と補償トルク比例係数演算器２７と補償トルク積分係数演算器２８とにより構成され、上位の位置指令生成装置もしくは他軸の制御装置もしくは自軸の制御装置等より得られる負荷であるワーク質量ＭＬを入力として、機械端慣性演算器２９による機械端慣性ＪＬと補償トルク比例係数演算器２７による補償トルク比例係数Ｋｃｖと補償トルク積分係数演算器２８による補償トルク積分係数Ｋｃｐとを出力する。この場合、ワーク質量ＭＬと同様な負荷入力としては、機械の負荷慣性を採用することもできる。
【００４１】
ここで機械端慣性演算器２９は、予めワーク質量ＭＬに対する機械端慣性ＪＬをテーブル値として格納している。このテーブル値の導出においては、制御対象である機械の構成が既知の場合には理論計算により求めることが可能である。機械の構成が未知の場合には設計段階での理論計算によりあるいはその後の制御対象の機械特性を測定することによりテーブル化を行う。補償トルク比例係数演算器２７と補償トルク積分係数演算器２８とは、実施の形態１と同様に、前記のＪＬのテーブル値の各々に対して、理論計算により最適な補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐを得て、テーブル値として格納している。
【００４２】
次に図３に示した実施の形態２について機械の位置制御装置の動作を説明する。図３において、ワーク質量ＭＬが、制御定数を格納するために予めパラメータ抽出を行った代表条件と同じである場合には、図３の位置制御装置は従来の技術による位置制御装置と同じ動作を行う。
【００４３】
ワーク質量ＭＬが、前記条件と異なる値に変化した場合、機械端慣性演算器２９は、その質量ＭＬを入力として機械端慣性ＪＬを出力する。補償トルク比例係数演算器２７は、前記機械端慣性演算器２９より得られた機械端慣性ＪＬを入力として補償トルク比例係数Ｋｃｖを出力する。同様に、補償トルク積分係数演算器２８は、機械端慣性ＪＬを入力として補償トルク積分係数Ｋｃｐを出力する。機械端速度演算器９は、前記機械端慣性演算器２９より得られた機械端慣性ＪＬにその内部定数値が書き換えられる。同様に、補償トルク演算部１０３は、前記補償トルク比例係数演算器２７および補償トルク積分係数演算器より得られた補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐを用いてその内部定数が書き換えられる。これらの値はワーク質量ＭＬの変化に応じて逐次変更されることが可能である。その結果、ワーク質量ＭＬの変化により機械系の特性が変化した場合においても、機械系の特性に合った最適な制御を得ることができる。
【００４４】
以上により、実施の形態２における機械の位置制御装置では、ワーク質量ＭＬの変化によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００４５】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３である機械の位置制御装置の構成を示す図である。この位置制御装置は、理論位置・速度制御部１０７と機械模擬回路部１０８と実位置・速度制御部１０９と変更パラメータ演算部１１０とにより構成される。ここでも以下、機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を仮定し、他軸位置としてＹ軸位置を仮定する。
【００４６】
理論位置・速度制御部１０７は、指令フィルタ３０と理論位置偏差演算器１と理論位置制御器２と理論速度偏差演算器３と理論速度制御器４とにより構成され、上位の制御装置等より与えられる位置指令信号θｍ＊と、機械模擬回路部１０８より得られる理論電動機位置θａｍおよび理論電動機速度ωａｍとを入力とし、理論トルクＴｆｆを出力する。
【００４７】
機械模擬回路部１０８は、理論電動機速度演算器７と理論電動機位置演算器８とにより構成され、理論位置・速度制御部１０７より得られる理論トルクＴｆｆを入力として、電動機の理論速度ωａｍと理論位置θａｍとを出力する。
【００４８】
実位置・速度制御部１０９は、実位置偏差演算器１７と実位置制御器１８と実速度演算器１９と実速度偏差演算器２０と実速度制御器２１と実トルク指令演算器２２とにより構成され、機械模擬回路部１０８より得られる理論電動機位置θａｍおよび理論電動機速度ωａｍと、理論位置・速度制御部１０７より得られる理論トルクＴｆｆと、位置検出器２５より得られる電動機位置θｍとを入力として、実トルク指令Ｔｍ＊を出力する。
【００４９】
変更パラメータ演算部１１０は、共振周波数演算器３２と反共振周波数演算器３３とにより構成され、上位の位置指令生成装置もしくはＹ軸の位置制御装置もしくはＹ軸の位置検出器等より得られるＹ軸位置θｍ２を入力として、共振周波数ωｎと反共振周波数ωｆと、を出力する。共振周波数演算器３２と反共振周波数演算器３３とはそれぞれ予めＹ軸位置θｍ２に対する共振周波数ωｎと反共振周波数ωｆとをテーブル値として格納している。テーブル値の導出については、周波数ωと慣性ＪＬとの違いはあるが、実施の形態１における機械端慣性演算器２６の場合と同様である。
【００５０】
次に図４に示した実施の形態３について機械の位置制御装置の動作を説明する。まず、他軸であるＹ軸位置が固定である条件下での動作について説明する。図４において、機械模擬回路部１０８は、実際の機械の電動機側の慣性を模擬したものであり、理論トルクＴｆｆが入力された場合の理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θａｍとを演算して導出する。理論位置・速度制御部１０７では、位置指令信号θｍ＊が入力される指令フィルタ３０からの指令信号θｍ＊’と理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θａｍとから電動機の理論トルクＴｆｆを導出する。
【００５１】
ここで、指令フィルタ３０は、実際の機械の共振特性を考慮した特性となっており、出力される指令信号θｍ＊’は、機械共振を抑制するような指令信号となっている。従ってこの理論位置・速度制御部１０７は、電動機の振動抑制制御を行うのに最適な理論トルクＴｆｆを出力する。実位置・速度制御部１０９では、理論電動機位置θａｍ、理論電動機速度ωａｍ、理論トルクＴｆｆを入力とし、実電動機位置θｍおよび実電動機速度ωｍが理論電動機位置θａｍ、理論電動機速度ωａｍに追従するように実トルク指令Ｔｍ＊を制御する。このようにして、図４に示す位置制御装置においては、振動しやすい機械においても、振動を抑制しつつ位置指令信号θｍ＊に追従して電動機２４の位置制御を行うことが可能である。
【００５２】
以上により、実施の形態３における機械の位置制御装置では、他軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。また、上述の説明は、Ｙ軸位置θｍ２を入力として機械の共振特性を得るパラメータテーブルを備えたものであるが、図１に対する図３の関係と同様入力はＹ軸位置θｍ２に限らず、機械の負荷慣性や重量とし、機械の共振特性を得るパラメータテーブルを備えるようにしてもよい。
【００５３】
なお実施の形態３における機械の位置制御装置では、指令フィルタは帯域遮断型フィルタ構成にて形成しているが、低域通過型フィルタなどの異なる形態のフィルタを用いてもよいし、機械の振動特性に応じて複数個のフィルタを並列に接続した構成を取ってもよい。また、実位置・速度制御部１０９にフィルタを置いて併用することも可能であり、それらの場合においても同様にフィルタ制御を適用することが可能である。
【００５４】
実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態４である機械の位置制御システムの構成を示す図である。ここでは、機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を仮定し、他軸位置としてＹ軸位置を仮定する。この位置制御システムは、位置指令生成装置２０１とＸ軸位置制御装置２０２とＸ軸電動機２４とＹ軸位置制御装置２０３とＹ軸電動機３４とにより構成される。
【００５５】
位置指令生成装置２０１は、位置指令生成部１１１と、変更パラメータ演算部１０５とにより構成され、Ｘ軸位置指令信号θｍ＊およびＹ軸位置指令信号θｍ２＊およびＸ軸変更パラメータＪＬ，Ｋｃｖ，Ｋｃｐを出力する。このうち、変更パラメータ演算部１０５は、図１の実施の形態１の位置制御装置における変更パラメータ演算部１０５と同じものであり、Ｙ軸位置指令信号θｍ２＊を入力として変更パラメータＪＬ，Ｋｃｖ，Ｋｃｐを出力する。ここで変更パラメータの演算は、実施の形態１において既に説明しているように、理論計算演算により求めても良いし、予め測定してテーブル値を用意してもよい。Ｘ軸位置制御装置２０２は、図１の実施の形態１の位置制御装置から変更パラメータ演算部１０５のみを除去したものと同じ構成であり、位置指令θｍ＊と変更パラメータＪＬ，Ｋｃｖ，Ｋｃｐを入力とし、トルクを出力して電動機２４を駆動する。Ｙ軸位置制御装置２０３およびＹ軸電動機３４は、Ｘ軸位置制御装置２０２およびＸ軸電動機２４と、同等のもので構成される。
【００５６】
次に図５に示した実施の形態５の機械の位置制御システムの動作を説明する。まず、位置指令生成部１１１は上位の制御装置もしくは外部からの指令入力に従って、Ｘ軸位置指令θｍ＊およびＹ軸位置指令θｍ２＊を生成する。Ｘ軸位置制御装置２０２は、Ｘ軸位置指令θｍ＊に従って機械の位置制御を行う。図５において、Ｙ軸位置θｍ２＊が、Ｘ軸の制御定数を格納するために予めパラメータ抽出を行った代表条件における位置である場合には、Ｘ軸位置制御装置２０２は図１の従来の技術による位置制御装置と同じ動作を行う。
【００５７】
Ｙ軸位置指令θｍ２＊が前記位置から移動した場合、Ｙ軸実位置θｍ２も同様に移動していると仮定する。この場合、変更パラメータ演算部１０５ではＹ軸位置指令θｍ２＊を入力として、前記Ｙ軸位置に対する機械端慣性値ＪＬと最適な補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐとを出力する。Ｘ軸位置制御装置２０２は、前記機械端慣性値ＪＬと、補償トルク比例係数Ｋｃｖと、補償トルク積分係数Ｋｃｐを、位置指令生成装置２０１より受け取り、内部のパラメータを変更する。これらのパラメータ変更はＹ軸位置の移動に応じて逐次なされることが可能である。その結果、Ｙ軸位置の移動により機械系の特性が変化した場合においても、Ｘ軸位置制御装置２０２は機械系の特性に合った最適な制御を得ることができる。
【００５８】
以上により、実施の形態４における機械の位置制御システムでは、他軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。また、他軸位置変化時の変更パラメータ演算を上位の位置指令生成装置２０１において行っている為、位置制御装置２０２、２０３の演算負荷を軽減させることが可能である。
【００５９】
なお図５において、この実施の形態４による位置制御装置２０２、２０３は、実施の形態１の位置制御装置の基本構成を元に展開した位置制御装置であるが、前記基本構成に実施の形態２の重量や慣性を入力とする場合や、実施の形態３のような指令フィルタ３０を用いた場合についても、同様に効果が得られるものである。
【００６０】
実施の形態５．
図６は本発明の実施の形態５である機械の位置制御システムの構成を示す図である。ここでは、機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を仮定し、他軸位置としてＹ軸位置を仮定する。この位置制御システムは、位置指令生成装置２０４とＸ軸位置制御装置２０５とＸ軸電動機２４とＹ軸位置制御装置２０３とＹ軸電動機３４とにより構成される。
【００６１】
位置指令生成装置２０４は、位置指令生成部１１１と変更パラメータ演算部１０５と理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３とにより構成され、理論トルク指令Ｔｆｆと理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θａｍとを出力する。ここで、変更パラメータ演算部１０５は図５の実施の形態４の位置指令生成装置における変更パラメータ演算部１０５と同じである。理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３とは図１の実施の形態１の位置制御装置における理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と同じものである。
【００６２】
また、Ｘ軸位置制御装置２０５は、図１の実施の形態１にあって位置制御装置そのものから理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と変更パラメータ演算部１０５とを除去したものと同じであり、理論トルク指令Ｔｆｆと理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θａｍとを入力とし、トルクＴｍ＊を出力して電動機２４を駆動する構成である。Ｙ軸位置制御装置２０３およびＹ軸電動機３４は、Ｘ軸位置制御装置２０５およびＸ軸電動機２４と同等のもので構成される。
【００６３】
図６に示した実施の形態５の機械の位置制御システムの動作については、図５の実施の形態４の位置制御装置２０２，２０３において、理論位置・速度制御部１０１および機械模擬回路部１０２および補償トルク演算部１０３の演算を、位置指令生成装置２０４側で行う点を除き、同一の動作を行う。
【００６４】
こうして、実施の形態５の機械の位置制御システムでは、他軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。更に、理論位置・速度制御部１０１、機械模擬回路部１０２、補償トルク演算部１０３の演算を上位の位置指令生成装置２０４において行っている為、位置制御装置２０５、２０６の演算負荷を軽減させることが可能である。
【００６５】
なお図６に記載の実施の形態５の機械の位置制御システムでは、理論位置・速度制御部１０１、機械模擬回路部１０２、補償トルク演算部１０３の演算を逐次行っているが、入力θｍおよびθｍ２のパターンが予め判明しているときには、予めパラメータを変更して理論位置・速度制御部１０１、機械模擬回路部１０２、補償トルク演算部１０３の演算を行った結果をメモリに格納しておき、逐次呼び出すことによって位置指令、速度指令およびトルク指令を生成しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６６】
また図６において、この発明による位置制御システムは、実施の形態１の位置制御装置の基本構成を元に展開した位置制御装置であるが、前記基本構成に実施の形態２や実施の形態３のような構成を用いても同様に効果が得られるものである。特に、実施の形態３を基本構成とした場合には、変更パラメータ演算部１０５と指令フィルタ３０のみを位置指令生成装置で演算させるという構成を用いても、同様の効果が得られる。
【００６７】
また、これらの発明による位置制御システムおよび位置制御装置は、機械を二慣性共振系としているが三軸慣性以上の場合にも同様に適用可能である。またＸＹ二軸で説明を行ってきたが、三軸以上の場合にも同様に適用可能である。
【００６８】
またこれらの発明による位置制御システムおよび位置制御装置においては、振動抑制制御方式として規範モデル追従型制御やノッチ方式を用いているが、別の振動抑制制御方式を用いてもよく、また補償トルク演算部として比例積分演算を用いているが、全次元状態フィードバックなどの別の構成を用いてもよい。
【００６９】
またこれらの発明による位置制御システムおよび位置制御装置においては、他軸の位置情報として位置フィードバックθｍ２もしくは位置指令θｍ２＊を利用しているが、速度情報もしくはトルク情報を得て、それを元に位置情報を演算しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また負荷慣性や弾性係数、共振周波数などの情報を直接リアルタイムチューニング技術により求めてもよい。
【００７０】
またこれらの発明による位置制御システムでは、位置指令生成装置と位置制御装置とが別々に存在しているが、各々の機能が同一の装置内において実現される場合にも、同様に効果が得られることは言うまでもない。
【００７１】
図７に本発明の一実施例による応答例を用いて発明の効果の具体例を示す。図７は機械系の特性が変動した条件のもとで位置制御を行った場合の位置ドループ（位置指令と実位置の偏差）応答のシミュレーション結果である。ここで従来の技術は特開平８−１６８２８０号公報に記載の技術を模擬している。従来の技術においては０．３〜０．４秒付近において大きな振動を発生しており、位置ドループが収束するまでに時間がかかっていることが確認される。一方、本発明による技術では、振動が抑制され速やかに位置決めが完了していることがわかる。また、機械模擬回路部により振動抑制が行われる為、速度制御応答を下げる必要がなく、高速な制御が達成される。以上により、このシミュレーション結果より本発明の効果が確認される。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、位置指令を入力として理論位置・速度制御部にてトルクを出力し、このトルクを入力として機械模擬回路部にて位置および速度を出力し、この出力を直接におよび補償トルク演算部を介して理論位置・速度制御部に戻すことにより、機械の振動特性を考慮した位置制御を行う機械の位置制御装置において、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に機械模擬回路部および補償トルク演算部のパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことにより、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、他軸位置情報等を元に振動抑制パラメータを逐次変更し得ることから、例えばＸＹテーブルにおいてＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、つまり外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成することができる。
【００７３】
つぎの発明によれば、位置指令を入力として理論位置・速度制御部にてトルクを出力し、このトルクを入力として機械模擬回路部にて位置および速度を出力し、この出力を理論位置・速度制御部に戻すことにより、機械の振動特性を考慮した位置制御を行う機械の位置制御装置において、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に理論位置・速度制御部内の指令フィルタのパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことにより、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、他軸位置情報等を元に振動抑制のための指令フィルタのパラメータを逐次変更し得ることから、例えばＸＹテーブルにおいてＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、つまり外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成することができる。
【００７４】
つぎの発明によれば、変更パラメータ演算部では、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルが作成されることにより、変更パラメータを演算する場合に予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成しているので、テーブル引きにより演算ができて機械系の構成より機械系のパラメータの理論計算を逐次演算する必要が無いため、少ない演算量で、機械系の特性が大きく変わった場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００７５】
つぎの発明によれば、一つの位置指令生成装置と、複数軸の位置制御装置よりなる位置制御システムにおいて、位置指令生成装置内には、内部の位置指令生成部にて出力される複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータを演算し、しかもこの各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことにより、各軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得るばかりでなく、各軸位置変化時の変更パラメータ演算を上位の位置指令生成装置において行っている為、位置制御装置の演算負荷を軽減させることが可能となる。
【００７６】
つぎの発明によれば、一つの位置指令生成装置と、複数軸の位置制御装置よりなる位置制御システムにおいて、位置指令生成装置には、内部の位置指令生成部にて出力される複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量に関する情報を元に演算されたパラメータを加味した理論位置・速度制御を行い、機械の振動特性に応じた位置指令、速度指令およびトルク指令を生成する手段を有することにより、各軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能であるとともに、理論位置・速度制御部、機械模擬回路部、補償トルク演算部の演算を上位の位置指令生成装置において行っている為、位置制御装置の演算負荷を軽減させることが可能となる。
【００７７】
つぎの発明によれば、各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータについて、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成することにより、変更パラメータを演算する場合に予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成しているので、テーブル引きにより演算ができて機械系の構成より機械系のパラメータの理論計算を逐次演算する必要が無いため、少ない演算量で、機械系の特性が大きく変わった場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００７８】
つぎの発明によれば、複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、重量に関する情報を元に演算されたパラメータを加味した理論位置・速度制御を行い、機械の振動特性に応じた位置指令、速度指令およびトルク指令を生成する場合に、予め位置指令、速度指令およびトルク指令を演算することにより、予めパラメータを変更して演算を行った結果を得ることになるので、位置指令生成ではその結果を順に呼び出すだけで、各指令を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の機械の位置制御装置のブロック図である。
【図２】従来の技術による機械の位置制御装置のブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態２の機械の位置制御装置のブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態３の機械の位置制御装置のブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態４の機械の位置制御システムのブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態５の機械の位置制御システムのブロック図である。
【図７】この発明の効果を示す線図である。
【符号の説明】
１６ 補償トルク演算器、２６，２９ 機械端慣性演算器、２７ 補償トルク比例係数演算器、２８ 補償トルク積分係数演算器、３０ 指令フィルタ、３２共振周波数演算器、３３ 反共振周波数演算器、１０１，１０７ 理論位置・速度制御部、１０２，１０８ 機械模擬回路部、１０３ 補償トルク演算部、１０４，１０９ 実位置・速度制御部、１０５，１０６，１１０ 変更パラメータ演算部、１１１ 位置指令生成部、２０１，２０４ 位置指令生成装置、２０２，２０５ Ｘ軸位置制御装置、２０３ Ｙ軸位置制御装置。
Claims (7)
- 位置指令を入力として理論位置・速度制御部にてトルクを出力し、このトルクを入力として機械模擬回路部にて位置および速度を出力し、この出力を直接におよび補償トルク演算部を介して理論位置・速度制御部に戻すことにより、機械の振動特性を考慮した位置制御を行う機械の位置制御装置において、
他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に機械模擬回路部および補償トルク演算部のパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことを特徴とする機械の位置制御装置。 - 位置指令を入力として理論位置・速度制御部にてトルクを出力し、このトルクを入力として機械模擬回路部にて位置および速度を出力し、この出力を理論位置・速度制御部に戻すことにより、機械の振動特性を考慮した位置制御を行う機械の位置制御装置において、
他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に理論位置・速度制御部内の指令フィルタのパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことを特徴とする機械の位置制御装置。 - 変更パラメータ演算部では、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルが作成されることを特徴とする請求項１または２に記載の機械の位置制御装置。
- 一つの位置指令生成装置と、複数軸の位置制御装置よりなる位置制御システムにおいて、
位置指令生成装置内には、内部の位置指令生成部にて出力される複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータを演算し、しかもこの各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことを特徴とする機械の位置制御システム。 - 一つの位置指令生成装置と、複数軸の位置制御装置よりなる位置制御システムにおいて、
位置指令生成装置には、内部の位置指令生成部にて出力される複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量に関する情報を元に演算されたパラメータを加味した理論位置・速度制御を行い、機械の振動特性に応じた位置指令、速度指令およびトルク指令を生成する手段を有することを特徴とする機械の位置制御システム。 - 各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータについて、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成することを特徴とする請求項４または５に記載の機械の位置制御システム。
- 複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、重量に関する情報を元に演算されたパラメータを加味した理論位置・速度制御を行い、機械の振動特性に応じた位置指令、速度指令およびトルク指令を生成する場合に、予め位置指令、速度指令およびトルク指令を演算することを特徴とする請求項５に記載の機械の位置制御システム。
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