JP4664576B2 - サーボ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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。
【０００２】
【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ブ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。１０は位置指令生成部１から出力される位置指令、１１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、１２は位置制御部２から出力される速度指令、１３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）、１４は速度指令１２と速度検出信号１３との差分である速度偏差信号、１５は速度制御部３から出力される電流指令、１６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、１７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。
【０００３】
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１０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１１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１０と位置フィードバック信号１１との偏差信号にもとづき位置制御部２が速度指令１２を生成し、さらにこの速度指令１２に対し位置フィードバック信号１１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１３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１５を出力している。１６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ードバック１７が電流指令１６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、１８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１９がサーボモータ７の出力に作用する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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１０から位置フィードバック１１までの位置ループの応答性、あるいは速度指令１２から速度フィードバック１３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１８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１８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。
【０００５】
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としてはある特定の周波数成分だけを除去するノッチフィルタが多く用いられている。機械系１８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１８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ため、本来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。他方、一般的な外乱抑制フィルタは、ノッチフィルタに比べて構成が複雑で処理速度が遅いという問題がある。
【０００６】
また、特定の周波数成分だけを除去するノッチフィルタを、問題となる機械共振周波数が低い機械系に適用するためには、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。
【０００７】
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いる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかるサーボ制御装置においては、サーボモータを用いて工作機械や駆動装置の送り軸などの機械系の位置を制御するデジタルサーボ制御システムにおいて、前記サーボモータの位置および速度を検出する検出手段と、位置指令と前記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デジタル位置制御部と、前記速度指令と前記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指令値を生成するデジタル速度制御部と、前記デジタル速度制御部において生成された指令値の１サンプリング前のデータを保存する第１のメモリと、前記デジタル速度制御部で生成された指令値の２サンプリング前のデータを保存する第２のメモリと、前記第１のメモリに保存された１サンプリング前のデータに係数Ｂｌを掛けたものと、前記第２のメモリに保存された２サンプリング前のデータに係数Ｂ２を掛けたものと、今回デジタル速度制御部において生成された指令値に係数Ｂ０を掛けたものとを加算する第１の加算器と、電流制御部へ出力される電流指令の１サンプリング前のデータを保存する第３のメモリと、電流制御部へ出力される電流指令の２サンプリング前のデータを保存する第４のメモリと、前記第１の加算器の出力に、前記第３のメモリに保存された電流制御部へ出力される電流指令の１サンプリング前のデータに係数Ａｌを掛けたものと、前記第４のメモリに保存された電流制御部へ出力される電流指令の２サンプリング前のデータに係数Ａ２を掛けたものとを加算して、電流制御部へ出力する電流指令を作成する第２の加算器とを有し、前記機械系の伝達関数の逆伝達関数を持って低い周波数の共振を抑える外乱抑制フィルタと、高周波数成分のみを除去するノッチフィルタと、前記電流指令に基づき前記モータに流す電流を制御する電流制御部とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、機械系の固有振動数が高い領域と低い領域に切り分けてそれぞれに最適なフィルタを設定することで、効率的に機械系の共振を抑制することができる。機械系の固有振動数が高く、もともとサーボ制御系では充分に応答できない周波数帯域に対して構成が簡単なノッチフィルタを用いることで処理速度を速くすることができる。それに対して、機械系の固有振動数が低い領域でノッチフィルタを使用すると、機械共振抑制フィルタはその設定された周波数での応答性を下げてしまうため、本来指令に対して追従することを目的としているサーボ制御系においてはこのフィルタを使用することができないので、機械系に対して逆伝達関数を持つ外乱抑制フィルタ用いて低い周波数の共振を抑える。すなわち、低い周波数に対してノッチフィルタを用いる場合は、記憶しておかなくてはならないサンプリングデータが多くなり、大きなメモリ容量が必要になるが、外乱抑制フィルタを用いることで２サンプリング前までのデータを保存するメモリがあれば、充分であるのでメモリ容量を少なくすることができる。
【００１０】
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ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、反共振の減衰係数ζｎ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Ａ１，係数Ａ２，係数Ｂ０，係数Ｂｌ，係数Ｂ２を演算する演算器を備えることを特徴とする。
【００１１】
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ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、反共振の減衰係数ζｎに基づき、外乱抑制フィルタで用いる係数Ａ１，係数Ａ２，係数Ｂ０，係数Ｂｌ，係数Ｂ２が演算される。
【００１２】
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ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、反共振の減衰係数ζｎ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Ａ１，係数Ａ２，係数Ｂ０，係数Ｂｌ，係数Ｂ２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。
【００１３】
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ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、反共振の減衰係数ζｎ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Ａ１，係数Ａ２，係数Ｂ０，係数Ｂｌ，係数Ｂ２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。
【００１４】
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ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、反共振の減衰係数ζｎ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Ａ１，係数Ａ２，係数Ｂ０，係数Ｂｌ，係数Ｂ２を各サーボ駆動軸毎に演算することを特徴とする。
【００１５】
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。
【００１６】
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クトル成分に分解し、該分解した各軸方向の共振周波数ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、反共振の減衰係数ζｎの情報に基づいて、前記外乱抑制フィルタで用いる係数Ａ１，係数Ａ２，係数Ｂ０，係数Ｂｌ，係数Ｂ２を各サーボ駆動軸毎に演算することを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、機械振動の各サーボ駆動軸方向へのベ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。
【００１８】
【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。
【００１９】
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２０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。
【００２０】
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１８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。１０は位置指令生成部１から出力される位置指令、１１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、１２は位置制御部２から出力される速度指令、１３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）、１４は速度指令１２と速度検出信号１３との差分である速度偏差信号、１５は速度制御部３から出力される電流指令、１６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。１７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。１６´は外乱抑制フィルタ２０の出力である。
【００２１】
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１０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１１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１０と位置フィードバック信号１１との偏差信号にもとづき位置制御部２が速度指令１２を生成し、さらにこの速度指令１２に対し位置フィードバック信号１１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１３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１５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ードバック１７が電流指令１６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、１８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１９がサーボモータ７の出力に作用する。
【００２２】
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１０から位置フィードバック１１までの位置ループの応答性、あるいは速度指令１２から速度フィードバック１３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１８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１８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。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２０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い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。
【００２３】
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１８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２０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２０を用いて抑制している。
【００２４】
第３図は、外乱抑制フィルタ２０のブロック図を示している。この外乱抑制フィルタ２０は、速度制御部３において生成された指令値１５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３３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Ｂｌ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Ｂ２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Ｂ０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。
【００２５】
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Ａｌ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Ａ２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。
【００２６】
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Ａｌ，係数Ａ２，係数Ｂ０，係数Ｂｌ，係数Ｂ２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。
【００２７】
【数１】

【００２８】
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Ａｌ，係数Ａ２，係数Ｂ０，係数Ｂｌ，係数Ｂ２をＮＣ装置４１に入力する。ＮＣ装置４１は係数Ａｌ，係数Ａ２，係数Ｂ０，係数Ｂｌ，係数Ｂ２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４２の外乱抑制フィルタ２０の特性を調整する。
【００２９】
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、共振モデル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２０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）の共振モデル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２０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２０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。
【００３０】
この実施の形態１によれば、機械系の固有振動数が高い領域と低い領域に切り分けてそれぞれに最適なフィルタを設定することで、効率的に機械系の共振を抑制することができる。機械系の固有振動数が高く、もともとサーボ制御系では充分に応答できない周波数帯域に対して構成が簡単なノッチフィルタを用いることで処理速度を速くすることができる。それに対して、機械系の固有振動数が低い領域でノッチフィルタを使用すると、機械共振抑制フィルタはその設定された周波数での応答性を下げてしまうため、本来指令に対して追従することを目的としているサーボ制御系においてはこのフィルタを使用することができないので、機械系に対して逆伝達関数を持つ外乱抑制フィルタ用いて低い周波数の共振を抑える。すなわち、低い周波数に対してノッチフィルタを用いる場合は、記憶しておかなくてはならないサンプリングデータが多くなり、大きなメモリ容量が必要になるが、外乱抑制フィルタを用いることで２サンプリング前までのデータを保存するメモリがあれば、充分であるのでメモリ容量を少なくすることができる。
【００３１】
実施の形態２．
第６図に、係数演算器５０をサーボ制御装置４２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１８のもつ共振周波数ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、反共振の減衰係数ζｎを外部入力装置４０を用いてＮＣ装置４１に入力する。ＮＣ装置４１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ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、反共振の減衰係数ζｎ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Ａｌ，係数Ａ２，係数Ｂ０，係数Ｂｌ，係数Ｂ２を計算する。この係数演算器５０の計算内容を以下に示す。
【００３２】
機械系のもつ伝達関数の逆伝達関数を
【数２】

【００３３】
と仮定すると、求める外乱抑制フィルタ２０の伝達関数は、
【００３４】
【数３】

【００３５】
となる。ただし、
【００３６】
【数４】

【００３７】
ここで、
【００３８】
【数５】

【００３９】
である。
【００４０】
このような係数演算器５０をサーボ制御装置４２に組み込み、本サーボシステムが制御する機械系１８のもつ共振周波数ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、反共振の減衰係数ζｎを入力装置４０、ＮＣ装置４１を介して係数演算器５０に入力すれば、外乱抑制フィルタ２０の係数Ａｌ，係数Ａ２，係数Ｂ０，係数Ｂｌ，係数Ｂ２が自動的に計算されて、外乱抑制フィルタ２０が調整されることになる。
【００４１】
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。
【００４２】
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１８としてＸＹテーブル６５を想定している。ＸＹテーブル６５は、Ｘ軸（ボールネジ）６８をＸ軸モータ６９によって駆動し、Ｙ軸（ボールネジ）６６をＹ軸モータ６７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４２は、Ｘ軸モータ６９およびＹ軸モータ６７毎に、第２図に示したサーボ制御系を各別に有している。
【００４３】
Ｘ軸モータ６９およびＹ軸モータ６７に取付けられたエンコーダ７１，７０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６９，６７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。
【００４４】
センサ６２は、Ｘ軸サーボモータ６９が駆動するＸ軸６８の軸方向に沿ったＸＹテーブル６５の加速度あるいは速度を検出するためにＸＹテーブル６５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６３は、Ｙ軸サーボモータ６７が駆動するＹ軸６６の軸方向に沿ったＸＹテーブル６５の加速度あるいは速度を検出するためにＸＹテーブル６５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６１は、これらセンサ６２，６３からの出力信号７２、７３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６２，６３の検出信号情報に基づいて、ＸＹテーブル６５の共振周波数ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、反共振の減衰係数ζｎを、各軸（Ｘ軸、Ｙ軸）毎に解析する。演算部６１の解析結果４３は、ＮＣ装置４１に入力される。
【００４５】
サーボ制御装置４２に組み込まれた係数演算器５０は、ＮＣ装置４１を介して入力された演算部４３の演算結果、すなわちＸＹテーブル６５のもつ各軸毎の共振周波数ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、反共振の減衰係数ζｎの情報４４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２０の出力がそれぞれこの機械系（ＸＹテーブル６５）のもつ伝達関数の逆伝達関数となるように、係数Ａｌ，係数Ａ２，係数Ｂ０，係数Ｂｌ，係数Ｂ２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ボ制御系における外乱抑制フィルタ２０に入力設定する。
【００４６】
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２０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２０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。
【００４７】
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１８としてＸＹテーブル６５を想定している。サーボ制御装置４２は、第７図の実施の形態と同様、Ｘ軸モータ６９およびＹ軸モータ６７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７１，７０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６９，６７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している。
【００４８】
この実施の形態４においては、各サーボモータ６７，６９が駆動するＸＹテーブル６５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６５の移動方向の加速度あるいは速度を検出するセンサ８０をＸＹテーブルに直接取付けている。
【００４９】
演算部６１は、センサ８０からの出力信号８１を高速に入力できるセンサ信号入力部を備え、センサ８０の検出信号情報に基づいて、ＸＹテーブル６５の共振周波数ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、反共振の減衰係数ζｎを解析する。演算部６１の解析結果４３は、ＮＣ装置４１に入力される。
【００５０】
サーボ制御装置４２に組み込まれた係数演算器５０は、ＮＣ装置４１を介して入力された演算部４３の演算結果、すなわちＸＹテーブル６５のもつ共振周波数ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、反共振の減衰係数ζｎの情報４４に基づいて、振動の各サーボ制御軸（Ｘ軸，Ｙ軸）方向のベクトル成分に分解する。そして、係数演算器５０は、求めた各軸方向の共振周波数ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、反共振の減衰係数ζｎ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２０の出力がそれぞれこの機械系（ＸＹテーブル６５）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２０で用いる係数Ａｌ，係数Ａ２，係数Ｂ０，係数Ｂｌ，係数Ｂ２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２０に入力設定する。
【００５１】
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２０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ベ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る。
【００５２】
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い。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ＮＣ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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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いて抑制され、低い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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
つぎの発明によれば、機械振動の各サーボ駆動軸方向へのベ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。
【００６０】
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。
【００６１】
【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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 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ブロック図である。
【図２】 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る。
【図３】 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る。
【図４】 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る。
【図５】 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る。
【図６】 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る。
【図７】 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る。
【図８】 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。

Claims (4)

1. サーボモータを用いて工作機械や駆動装置の送り軸などの機械系の位置を制御するサーボ制御装置において、
   前記サーボモータの位置および速度を検出する検出手段と、
   位置指令と前記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デジタル位置制御部と、
   前記速度指令と前記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指令値を生成するデジタル速度制御部と、
   前記機械系の伝達関数の逆伝達関数を持って低い周波数の共振を抑える外乱抑制フィルタと、
   高周波数成分のみを除去するノッチフィルタと、
   前記デジタル位置制御部により生成され、前記外乱抑制フィルタと前記ノッチフィルタとを作用せしめられた指令値に基づき前記モータに流す電流を制御する電流制御部と、
   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、
   前記検出手段の検出信号に基づいて前記機械系の特性を分析し、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のフィルタ係数を自動更新する演算部と、
   を備えることを特徴とするサーボ制御装置。
2. 前記機械系の特性は、共振周波数ωｃ、反共振周波数ωｎ、共振の減衰係数ζｃ、および反共振の減衰係数ζｎである、ことを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御装置。
3. 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、
   前記演算部は、前記機械系の特性を各サーボ駆動軸毎に分析し、前記外乱抑制フィルタで用いる前記フィルタ係数を各サーボ駆動軸毎に設定することを特徴とする請求項１または２の何れか一項に記載のサーボ制御装置。
4. 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、
   前記演算部は、分析した前記機械系の特性を各サーボ制御軸方向のベクトル成分に分解し、該分解した特性に基づいて、前記外乱抑制フィルタで用いる前記フィルタ係数を各サーボ駆動軸毎に設定することを特徴とする請求項１または２の何れか一項に記載のサーボ制御装置。

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