JP2007037332A - デジタルサーボ制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 デジタル制御でフィードフォワードを用いる場合も過補償にならず位置決め時の偏差を最小にする。
【解決手段】 位置指令を用いて速度フィードフォワード信号とトルクフィードフォワード信号を作成し、前記位置指令を微分して指令速度を計算し、前記指令速度の値が予め設定した閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、前記指令速度の値が予め設定した閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とするという手順で処理する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、デジタル制御時の位置決め性能を向上させるデジタルサーボ制御装置及びその制御方法のトルクフィードフォワード信号作成に関する。

従来のサーボ制御方法は、位置指令を微分して速度フィードフォワード信号とし、もう一度微分してトルクフィードフォワード信号を作成し、そのまま使用していた。（例えば、特許文献１参照）。
第５図は従来のサーボ制御装置のブロック線図である。
第５図中、伝達関数30のＫPは位置ループにおけるポジションゲイン、伝達関数32のK1は速度ループにおける積分ゲイン、伝達関数34のk2は速度ループにおける比例ゲイン、36は電流ループ回路、38はサーボモータの電気部で、Ｒは巻線の抵抗、Ｌは巻線のインダクタンス、40はサーボモータの機械部で、Ktはトルク定数、Jmはイナーシャ、42はサーボモータの回転速度を積分し、位置を算出する伝達関数である。また、伝達関数44は位置のフィードフォワード項であり、α１は位置のフィードフォワード係数である。46は速度のフィードフォワード項であり、α２は速度のフィードフォワード係数である。上記速度フィードフォワード係数α２は通常、Jm/Kt（Jm:イナーシャ、Kt:トルク定数）の値に近い値がとられる。なお、位置のフィードフォワード項44のフィードフォワード係数α１の値はモータの特性等に合わせ実験的に決められる（理想的には「１」がよい）。

従来の制御では、位置指令ａを微分し、その微分値に位置のフィードフォワード係数α１を乗じて位置のフィードフォワード制御量とし、通常の位置ループ制御、即ち、位置指令ａからモータの現在位置Ｐを減じて位置偏差εを求め、これに位置ループゲインＫPを乗じて通常の速度指令を求める。そして、この通常の速度指令に位置のフィードフォワード制御量を加算し、位置のフィードフォワード制御が行われた位置指令Vcを求める。
一方、位置のフィードフォワード制御量を微分し、速度のフィードフォワード係数α２を乗じ、速度のフィードフォワード制御量を求め、かつ、速度ループ制御（IP制御）、即ち、速度指令Vcからサーボモータの実速度Ｖを減じて速度偏差を求め、該速度偏差を積分し積分ゲインk1を乗じた値からサーボモータの実速度Ｖに比例ゲインk2を掛けた値を減じて得られる従来の電流指令値に、上記速度フィードフォワード制御量を加算し電流指令Icを求める。

位置指令ａの値が変化すれば位置偏差εも大きくなり、通常の位置ループ処理で出力される速度指令も大きく変化するが、位置ループ処理の遅れがある。しかし、位置のフィードフォワード制御によって、位置指令ａの変化量に応じて位置のフィードフォワード制御量も増大して速度指令に加算され、フィードフォワード制御された速度指令となるから、位置ループの遅れは補償される。また、速度ループも同様で、速度指令の変化に応じて、通常の速度ループ処理による電流指令も変化するが、積分項があるため遅れが生じる。しかし、この場合も、速度のフィードフォワード制御によって速度のフィードフォワード制御量が加算され電流指令となるから、速度ループの遅れも補償され、全体としてサーボ系の応答は向上する。その結果、位置指令ａに対するサーボモータの追従性が良くなり、位置偏差のうねりは軽減されることとなる。

従来の制御をデジタル制御で実現する際は以下の方法がとられていた。
位置，速度ループ処理の周期をＴPとし、各位置，速度ループ処理における位置指令をa（n）（ｎ＝1,2,3……で、ｎ≦０ではa（n）＝０）とすると、
位置指令a（n）の微分値b（n）は実際には差分として次の第（１）式の演算によって算出される。

ｂ（ｎ）＝{ａ（ｎ）−ａ（ｎ−１）}／Tp ・・・（１）

位置のフィードフォワード信号は、上記ｂ（n）の値に位置のフィードフォワード係数α１を乗じてフィードフォワード制御量ｃ（ｎ）としていた。

ｃ（ｎ）＝α１・ｂ（ｎ） ・・・（２）

速度のフィードフォワード信号Dnは、式（３）に示すように、位置のフィードフォワード制御量ｃ（ｎ）から前周期の位置のフィードフォワード制御量ｃ（ｎ−１）を減じ、得られた値に（α2/TP）を乗じて求めていた。

ｄ（ｎ）＝α２・{（ｃ（ｎ）−ｃ（ｎ−１）}／Tp ・・・（３）

このように、従来のフィードフォワード制御装置では、単純に位置指令を微分（今回値と前回値の差をサンプリング周期で除算）したものにα１を乗じたものを速度フィードフォワード信号とし、もう一度微分したものにα２を乗じたものを電流（あるいはトルク）フィードフォワード信号とするという手順がとられていた。
特許第2762364号公報（第４−７頁、図１、図８）

従来のサーボ制御方法では、単純に位置指令を微分（今回値と前回値の差をサンプリング周期で除算）したものにα１を乗じたものを速度フィードフォワード信号とし、もう一度微分したものにα２を乗じたものを電流（あるいはトルク）フィードフォワード信号とするという手順をとっているので、理想的には、速度指令終了後、次の１サンプリング間は、速度フィードフォワード信号が０であるため、電流フィードフォワード信号も０である必要があるのに、０次ホールドのせいで、図４（ｂ）の斜線部分に示すように電流フィードフォワードが１サンプリング分多めに出力されてしまい、結果として過補償となり、オーバシュートや位置偏差の増大を招いてしまうという問題があった。
また、実際には制御演算の遅れが１サンプリング分あるため、図４（ｃ）の斜線部に示すように２サンプリング分余分に電流フィードフォワードが出てることになったり、さらに、制御演算の遅れ以外に差分近似の影響でさらに０．５サンプリング時間遅れが生じるため、図４（ｄ）の斜線部に示すように２．５サンプリング分余分に電流フィードフォワードが出てることになり、結果としてさらに過補償となり、オーバシュートや位置偏差の増大を招いてしまうという問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、位置指令を用いて速度フィードフォワード信号とトルクフィードフォワード信号を作成し、前記位置指令を微分して指令速度を計算し、前記指令速度の値が予め設定した閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、前記指令速度の値が予め設定した閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とするため、トルクフィードフォワード信号を理想的に作成でき、位置決め時の偏差を非常に小さくすることができるデジタルサーボ制御装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。請求項１に記載の発明は、位置制御手段と、速度制御手段と、電流制御手段と、速度フィードフォワード作成手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置の制御方法において、位置指令を用いて速度フィードフォワード信号とトルクフィードフォワード信号を作成し、前記位置指令を微分して指令速度を計算し、前記指令速度の値が予め設定した閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、前記指令速度の値が予め設定した閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とする、という手順をとったのである。
また、請求項２に記載の発明は、位置制御手段と、速度制御手段と、電流制御手段と、速度フィードフォワード作成手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置の制御方法において、位置指令を用いて速度フィードフォワード信号とトルクフィードフォワード信号を作成し、前記速度フィードフォワード信号の値が予め設定した閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、前記速度フィードフォワード信号の値が予め設定した閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とする、という手順をとったのである。
また、請求項３に記載の発明は、速度制御手段と、電流制御手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置の制御方法において、速度指令を用いてトルクフィードフォワード信号を作成し、前記速度指令の値が予め設定した閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、前記速度指令の値が予め設定した閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とする、という手順をとったのである。
また、請求項４に記載の発明は、位置制御手段と、速度制御手段と、電流制御手段と、速度フィードフォワード作成手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置の制御方法において、位置指令を用いて速度フィードフォワード信号とトルクフィードフォワード信号を作成し、前記位置指令を微分して指令速度を計算し、前記指令速度の値が予め設定した第２の閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、前記指令速度の値が予め設定した第２の閾値以下で、且つ、第１の閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を１以下の定数倍にし、前記指令速度の値が予め設定した第１の閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とする、という手順をとったのである。
また、請求項５に記載の発明は、位置制御手段と、速度制御手段と、電流制御手段と、速度フィードフォワード作成手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置の制御方法において、位置指令を用いて速度フィードフォワード信号とトルクフィードフォワード信号を作成し、前記速度フィードフォワード信号の値が予め設定した第２の閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、前記速度フィードフォワード信号の値が予め設定した第２の閾値以下で、且つ、第１の閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を１以下の定数倍にし、前記速度フィードフォワード信号の値が予め設定した第１の閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とする、という手順をとったものである。
また、請求項６に記載の発明は、速度制御手段と、電流制御手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置の制御方法において、速度指令を用いてトルクフィードフォワード信号を作成し、前記速度指令信号の値が予め設定した第２の閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、前記速度指令の値が予め設定した第２の閾値以下で、且つ、第１の閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を１以下の定数倍にし、前記速度指令の値が予め設定した第１の閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とする、という手順をとったものである。
また、請求項７に記載の発明は、位置指令が予め増分値で与えられる場合に、前記位置指令を微分して指令速度を計算する処理を省略し、前記指令速度の代わりに前記位置指令の増分値を使用することを特徴とするものである。
また、請求項８に記載の発明は、前記閾値を前記位置指令ごとに変更することを特徴とするものである。
また、請求項９に記載の発明は、位置制御手段と、速度制御手段と、電流制御手段と、速度フィードフォワード作成手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置において、位置指令を微分して指令速度を計算する指令速度作成手段と、
前記指令速度を入力し、前記指令速度の値と予め設定した閾値とを比較してトルクフィードフォワード信号を変更するトルクフィードフォワード変更手段とを有することを特徴とするものである。
また、請求項１０に記載の発明は、位置制御手段と、速度制御手段と、電流制御手段と、速度フィードフォワード作成手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置において、速度フィードフォワード信号を入力し、前記速度フィードフォワード信号の値と予め設定した閾値とを比較してトルクフィードフォワード信号を変更する処理を行うトルクフィードフォワード変更手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項１１に記載の発明は、速度制御手段と、電流制御手段と、速度フィードフォワード作成手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置において、速度指令を入力し、前記速度指令の値と予め設定した閾値とを比較してトルクフィードフォワード信号を変更する処理を行うトルクフィードフォワード変更手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項１２に記載の発明は、位置指令が予め増分値で与えられる場合に、位置指令を微分して指令速度を計算する指令速度作成手段を有さず、前記指令速度の代わりに前記位置指令の増分値を使用することを特徴とするものである。
また、請求項１３に記載の発明は、前記閾値を調整する手段を有することを特徴とするものである。
また、請求項１４に記載の発明は、前記第１の閾値、前記第２の閾値の少なくとも一つの値を位置指令ごとに変更することを特徴とするものである。
また、請求項１５に記載の発明は、前記閾値を前記速度指令ごとに変更することを特徴とするものである。
また、請求項１６に記載の発明は、前記第１の閾値、前記第２の閾値の少なくとも一つの値を前記速度指令ごとに変更することを特徴とするものである。

請求項１および請求項９に記載の発明によると、デジタル制御でフィードフォワードを適用する場合も、理想どおりにトルクフィードフォワード信号を出力できるため、トルクフィードフォワードの過補償を改善でき、位置決め時に良好な制御性能を実現できる。
請求項２および請求項１０に記載の発明によると、速度フィードフォワード信号を閾値との判定で用いるため、位置指令の微分値を計算する必要がなく、短い演算時間で、トルクフィードフォワードの過補償を改善でき、位置決め時に良好な制御性能を実現できる。
請求項３および請求項１１に記載の発明によると、速度指令を閾値との判定で用いるため、速度制御時もトルクフィードフォワードの過補償を改善でき、位置決め時に良好な制御性能を実現できる。
請求項４，５，６に記載の発明によると、閾値を２つ用い、その間に入る時のトルクフィードフォワード信号を１以下の定数倍の値にすることで、トルク指令出力時から検出信号をラッチするまでの遅れ時間がサンプリング周期の整数倍でない場合などもトルクフィードフォワードの過補償を改善でき、位置決め時に良好な制御性能を実現できる。
請求項７および請求項１２に記載の発明によると、与えられる位置指令の増分値を閾値との判定で用いるため、位置指令の微分値を計算する必要がなく、短い演算時間で、トルクフィードフォワードの過補償を改善でき、位置決め時に良好な制御性能を実現できる。
請求項８に記載の発明によると、指令ごとに閾値を変更するため、どの指令に対しても常にトルクフィードフォワードの過補償を改善でき、位置決め時に良好な制御性能を実現できる。
請求項１３に記載の発明によると、閾値を調整できる手段を有するため、どのような指令に対しても常にトルクフィードフォワードの過補償を改善でき、位置決め時に良好な制御性能を実現できる。また現場での調整時も簡単に行えるようになる。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の方法を実施するデジタルサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図において１は制御対象であり、２は制御対象の位置および速度を検出する検出器を表す。１００は本発明のデジタルサーボ制御装置を表す。位置指令refと、制御対象に取り付けた検出器２で検出した位置検出値ｘを減算手段１１へ入力して位置偏差を求める。制御演算をデジタルで演算することで電流Iをモータに出力する。
３は位置制御手段、４は速度制御手段、５は電流制御手段を表し、それぞれの手段は比例あるいは比例積分制御を行う。６は速度フィードフォワード作成手段を表し、位置指令を微分し速度フィードフォワード信号vffを作成する。７はトルクフィードフォワード作成手段を表し、速度フィードフォワード信号vffをさらに微分し制御対象のイナーシャを乗じてトルクフィードフォワード信号tffを作成する。９は指令速度作成手段、１０はトルクフィードフォワード変更手段、１１〜１３は演算手段、１４は位置指令である。

次に図１のブロック図の入出力関係を説明する。位置指令１４、位置偏差を求める演算手段１１、位置制御手段３、速度偏差を求める演算手段１２、速度制御手段４、電流制御手段５、位置と速度を検出する検出器２とで速度ループを位置ループの内部に備えた従来の位置制御ループを構成する。位置指令１４は演算手段１１、速度フィードフォワード作成手段６、指令速度作成手段９へ入力される。演算手段１１は位置偏差を求め位置制御手段３へ位置偏差を入力する。位置制御手段３は位置偏差を基に速度指令を演算手段１２へ出力する。
速度フィードフォワード作成手段６から出力される速度フィードフォワード信号は、演算手段１２とトルクフィードフォワード作成手段７へ入力される。演算手段１２は速度偏差に速度フィードフォワード信号を加算した信号を速度制御手段４へ入力する。指令速度作成手段９は指令速度をトルクフィードフォワード変更手段１０へ入力する。トルクフィードフォワード変更手段１０は、指令速度とトルクフィードフォワード作成手段から出力されるトルクフィードフォワード信号に基づきトルクフィードフォワード信号を変更し、演算器１３へ出力する。演算器１３は速度制御手段４から出力されるトルク指令にトルクフィードフォワード信号を加算した信号を電流制御手段５へ出力する。電流制御手段５から出力される電圧・電流は制御対象１へ印加される。

指令速度作成手段９では、位置指令を差分近似で微分し指令速度を算出する。そして、１０のトルクフィードフォワード変更手段では前記指令速度の値が予め設定した閾値より大きいサンプリング時は前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、前記指令速度の値が予め設定した閾値以下のサンプリング時はトルクフィードフォワード信号の値を０とする処理を行い補正後のトルクフィードフォワード信号tffを演算手段１３へ出力する。

次に、各手段ごとの、デジタル演算の方法について述べる。
以下、サンプリング時間はTｓ、今回のサンプリングをｋ番目、ｎ回前のサンプリングをｋ−ｎと定義し、変数ｓのｋ−ｎ番目のサンプリング時の値をｓ（ｋ−ｎ）と表記することにする。

まず、位置制御手段３では、式（４）に表すように位置指令ｒｅｆ（ｋ）と位置検出値ｘ（ｋ）の差に位置ループゲインＫｐを乗じる計算を行い速度指令ｖｒｅｆ（ｋ）を出力する。なお、以下の説明では「速度指令」と「指令速度」を次のように区別している。速度指令は速度制御手段への入力で記号はｖｒｅｆである。一方、指令速度は位置制御時に、位置指令を微分したもので記号はｄｒｅｆとしている。速度制御時は基本的に位置指令はないので、指令速度ｄｒｅｆも存在しない。速度指令の入力ｖｒｅｆが速度指令である。位置制御時は、位置指令を微分したものが指令速度ｄｒｅｆで、「位置制御手段の出力」＝「速度指令の入力」が速度指令ｖｒｅｆとなる。

ｖｒｅｆ（ｋ）＝Ｋｐ・｛ｒｅｆ（ｋ）−ｘ（ｋ）｝ ・・・（４）

次に、速度制御手段では、式（５）に表すように、速度指令ｖｒｅｆ（ｋ）と速度検出値ｖ（ｋ）の差に速度フィードフォワード作成手段の出力である速度フィードフォワード信号ｖｆｆ（ｋ）を加算した値に速度ループ比例ゲインＫｖを乗じｓｒｅｆ（ｋ）を算出する。

ｓｒｅｆ（ｋ）＝Ｋｖ・｛ｖｒｅｆ（ｋ）−ｖ（ｋ）＋ｖｆｆ（ｋ）｝・・・（５）

ここで、ｖ（ｋ）は位置検出値ｘ（ｋ）の差分近似による微分で求めても良い。
次に、式（６）のように、ｓｒｅｆ（ｋ）に積分制御ゲインＫｉおよびサンプリング時間Ｔｓを乗じ、前回値に加算することにより積分演算を行いｓｉ（ｋ）を算出する。

ｓｉ（ｋ）＝ｓｉ（ｋ−１）＋Ｔｓ・Ｋｉ・ｓｒｅｆ（ｋ） ・・・（６）

次に、式（７）のように、ｓｒｅｆ（ｋ）とｓｉ（ｋ）を加算することでトルク指令ｔｒｅｆ（ｋ）を算出する。

ｔｒｅｆ（ｋ）＝ｓｒｅｆ（ｋ）＋ｓｉ（ｋ） ・・・（７）

次に、電流制御手段５では、トルク指令ｔｒ（ｋ）とトルクフィードフォワード信号ｔｆｆ（ｋ）を加算したものを入力し、単位変換および制御演算を行い電流値Ｉ（ｋ）を計算する。ここで電流制御手段内部の処理は実際には交流を直流に変換するなど複雑な処理が行われるが、電流制御手段内部の処理方法は本発明に全く関係がなく、どのような処理をしても良いためここでは説明を省略する。

速度フィードフォワード作成手段６では、式（８）に示すように、位置指令ｒｅｆ（ｋ）を差分近似で微分し、速度フィードフォワード信号ｖｆｆ（ｋ）を算出する。

ｖｆｆ（ｋ）＝｛ｒｅｆ（ｋ）−ｒｅｆ（ｋ−１）｝／Ｔｓ ・・・（８）

トルクフィードフォワード作成手段７では、式（９）に示すように。速度フィードフォワード信号ｖｆｆ（ｋ）を差分近似で微分し、イナーシャＪｎを乗じてトルクフィードフォワード信号ｔｆｆ（ｋ）を算出する。

ｔｆｆ（ｋ）＝Ｊｎ・｛ｖｆｆ（ｋ）−ｖｆｆ（ｋ−１）｝／Ｔｓ ・・・（９）

９の指令速度作成手段９では、式（１０）により、位置指令の微分値である指令速度ｄｒｅｆ（ｋ）を計算する。

ｄｒｅｆ（ｋ）＝｛ｒｅｆ（ｋ）−ｒｅｆ（ｋ−１）｝／Ｔｓ ・・・（１０）

１０のトルクフィードフォワード変更手段１０では、式（１１）に示す場合わけの処理を行う。

ｄｒｅｆ（ｋ）が閾値より大きい時 ：ｔｆｆ（ｋ）＝ｔｆｆ（ｋ）
ｄｒｅｆ（ｋ）が閾値以下の時 ：ｔｆｆ（ｋ）＝０ ・・・（１１）

以上が本発明の実施例１の説明である。
このように、位置指令を微分して指令速度を計算し、前記位置指令を用いてトルクフィードフォワード信号を作成し、前記指令速度が設定した閾値より大きいサンプリング時には、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、前記指令速度が閾値以下のサンプリング時には、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とするため、閾値を調整することで図４（ｃ）の斜線部を無くしたトルクフィードフォワード信号が作成できるため、結果として過補償とならないため、位置決め時の偏差を非常に小さくすることができるのである。
次に閾値の設定方法を説明する。閾値は基本的には０を設定すればよい。この場合、指令がなくなった時点でトルクフィードフォワード信号が０となる。
しかしながら、通常、トルク指令を出力してから検出値を取得するまでには、数サンプリング遅れが発生する。
したがって、指令が決まっている場合には、トルク指令を出力してから検出値を取得するまでのサンプリング遅れ分から、そのサンプリング遅れ分の時間でｄｒｅｆ（ｋ）がいくつの値になるかを計算し、閾値を逆算すれば良い。
また、指令が複数存在する場合は、指令ごとに、トルク指令を出力してから検出値を取得するまでのサンプリング遅れ分から、ｄｒｅｆ（ｋ）がいくつの値になるかを計算し、閾値を逆算すれば良い。
また、さらに位置決め時の偏差を小さくするためには、実際に制御対象を動作させ、位置決め応答を見ながら閾値を調整すればよい。

ここで、位置制御を行う場合でも、１００のデジタルサーボ制御装置への入力が、予め位置指令の増分値の場合があるが、この場合は、９の指令速度作成手段で指令速度を求める処理は省略して良く、予め入力される位置指令の増分値を１０のトルクフィードフォワード変更手段内部の処理で使用すればよい。

図２は、本発明の第２の方法を実施するデジタルサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。本実施例が実施例１である図１と異なる点は、９の指令速度作成手段がなく、６の速度フィードフォワード作成手段で計算された速度フィードフォワード信号ｖｆｆを指令の増分値の替わりに１０のトルクフィードフォワード変更手段内部の処理で使用する点である。
具体的には、１０のトルクフィードフォワード変更手段で式（１２）の場合わけを行う。

ｖｆｆ（ｋ）が閾値より大きい時 ：ｔｆｆ（ｋ）＝ｔｆｆ（ｋ）
ｖｆｆ（ｋ）が閾値以下の時 ：ｔｆｆ（ｋ）＝０ ・・・（１２）

以上が、本発明の実施例２の説明である。この構成の場合も実施例１と同様の効果が得られる。

図３は、本発明の第３の方法を実施するデジタルサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。本実施例が実施例１である図１と異なる点は、実施例１では１００のデジタルサーボ制御装置で位置指令に対して位置制御を行っていたのに対し、本実施例では速度指令に対して速度制御を行うところである。この場合も実施例２と同様に、指令作成手段９がなく、速度指令ｖｒｅｆ自体を１０のトルクフィードフォワード変更手段内部の処理で使用する。
具体的には、１０のトルクフィードフォワード変更手段で式（１３）の場合わけを行う。

ｖｒｅｆ（ｋ）が閾値より大きい時 ：ｔｆｆ（ｋ）＝ｔｆｆ（ｋ）
ｖｒｅｆ（ｋ）が閾値以下の時 ：ｔｆｆ（ｋ）＝０ ・・・（１３）

以上が、本発明の実施例３の説明である。この構成の場合も実施例１と同様の効果が得られる。

次に、２種類の閾値を使用する場合の実施例を説明する。実施例４が、実施例１から実施例３と異なる部分は、１０のトルクフィードフォワード変更手段で行う場合わけの方法のみである。
本実施例では、実施例１に示す式（１１）の場合わけが、αを１以下の定数とした時
次の式（１４）のように変わる。

ｄｒｅｆ（ｋ）＞第２の閾値 ：ｔｆｆ（ｋ）＝ｔｆｆ（ｋ）
第２の閾値≧ｄｒｅｆ（ｋ）＞第１の閾値：ｔｆｆ（ｋ）＝ｔｆｆ（ｋ）・α
ｄｒｅｆ（ｋ）≦第１の閾値 ：ｔｆｆ（ｋ）＝０ ・・・（１４）

そして第１の閾値と第２の閾値をうまく調整することで、演算遅れがちょうど演算時間の整数倍でないような時（差分近似により、１サンプリング時間の半分の時間遅れがあるような場合はα＝０．５）にも、図４（ｄ）の斜線部を無くした理想的なトルクフィードフォワード信号が作成できるため、結果として過補償とならないため、位置決め時の偏差を非常に小さくすることができるのである。
次に第１と第２の閾値の設定方法を説明する。第１と第２の閾値は、指令が決まっている場合には、トルク指令を出力してから検出値を取得するまでのサンプリング遅れ分から、そのサンプリング遅れの時間でｄｒｅｆ（ｋ）がいくつの値になるかを予め計算で求めておき、逆算すれば良い。
また、指令が複数存在する場合は、指令ごとに、トルク指令を出力してから検出値を取得するまでのサンプリング遅れ分から、ｄｒｅｆ（ｋ）がいくつの値になるかを計算し、閾値を逆算すれば良い。
さらに位置決め時の偏差を小さくするためには、実際に制御対象を動作させ、位置決め応答を見ながら調整すればよい。

ちなみに閾値と比較する信号が速度フィードフォワード信号ｖｆｆ（ｋ）の場合も、速度指令ｖｒｅｆ（ｋ）の場合も、式（１４）のｄｒｅｆ（ｋ）のところを入れ替えるだけで同様の効果が実現できる。

デジタル制御でフィードフォワードを使用する際の課題を解決するために位置指令を用いて速度フィードフォワード信号とトルクフィードフォワード信号を作成し、前記位置指令を微分して指令速度を計算し、前記指令速度の値が予め設定した閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、前記指令速度の値が予め設定した閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とする処理を行うだけで良いため、電動機の制御だけでなく、プラントの制御や油圧アクチュエータの制御などという用途にも適用できる。

本発明の方法を適用するデジタルサーボ制御装置の構成図 本発明の第２の実施例を説明するデジタルサーボ制御装置の構成図 本発明の第３の実施例を説明するデジタルサーボ制御装置の構成図 従来のデジタル制御の問題点を説明する図 従来の方法を適用したサーボ制御装置の構成図

符号の説明

１ 制御対象
２ 検出器
３ 位置制御手段
４ 速度制御手段
５ 電流制御手段
６ 速度フィードフォワード作成手段
７ トルクフィードフォワード作成手段
９ 指令速度作成手段
１０ トルクフィードフォワード変更手段
１１ 演算手段
１２ 演算手段
１３ 演算手段
１４ 位置指令
１５ 速度指令
３０ 位置ループ
３２ 速度ループ積分要素
３４ 速度フィードバックゲイン
３６ 電流ループ
３８ サーボモータ電気部
４０ サーボモータ機械部
４２ 積分
４４ 位置のフィードフォワード項
４６ 速度のフィードフォワード項
１００ デジタルサーボ制御装置

Claims (16)

1. 位置制御手段と、速度制御手段と、電流制御手段と、速度フィードフォワード作成手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置の制御方法において、
   位置指令を用いて速度フィードフォワード信号とトルクフィードフォワード信号を作成し、
   前記位置指令を微分して指令速度を計算し、
   前記指令速度の値が予め設定した閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、
   前記指令速度の値が予め設定した閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とする、
   という手順で処理することを特徴とするデジタルサーボ制御装置の制御方法。
2. 位置制御手段と、速度制御手段と、電流制御手段と、速度フィードフォワード作成手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置の制御方法において、
   位置指令を用いて速度フィードフォワード信号とトルクフィードフォワード信号を作成し、
   前記速度フィードフォワード信号の値が予め設定した閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、
   前記速度フィードフォワード信号の値が予め設定した閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とする、
   という手順で処理することを特徴とするデジタルサーボ制御装置の制御方法。
3. 速度制御手段と、電流制御手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置の制御方法において、
   速度指令を用いてトルクフィードフォワード信号を作成し、
   前記速度指令の値が予め設定した閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、
   前記速度指令の値が予め設定した閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とする、という手順で処理することを特徴とするデジタルサーボ制御装置の制御方法。
4. 位置制御手段と、速度制御手段と、電流制御手段と、速度フィードフォワード作成手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置の制御方法において、
   位置指令を用いて速度フィードフォワード信号とトルクフィードフォワード信号を作成し、
   前記位置指令を微分して指令速度を計算し、
   前記指令速度の値が予め設定した第２の閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、
   前記指令速度の値が予め設定した第２の閾値以下で、且つ、第１の閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を１以下の定数倍にし、
   前記指令速度の値が予め設定した第１の閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とする、
   という手順で処理することを特徴とするデジタルサーボ制御装置の制御方法。
5. 位置制御手段と、速度制御手段と、電流制御手段と、速度フィードフォワード作成手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置の制御方法において、
   位置指令を用いて速度フィードフォワード信号とトルクフィードフォワード信号を作成し、
   前記速度フィードフォワード信号の値が予め設定した第２の閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、
   前記速度フィードフォワード信号の値が予め設定した第２の閾値以下で、且つ、第１の閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を１以下の定数倍にし、
   前記速度フィードフォワード信号の値が予め設定した第１の閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とする、
   という手順で処理することを特徴とするデジタルサーボ制御装置の制御方法。
6. 速度制御手段と、電流制御手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置の制御方法において、
   速度指令を用いてトルクフィードフォワード信号を作成し、
   前記速度指令の値が予め設定した第２の閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号をそのまま用い、
   前記速度指令の値が予め設定した第２の閾値以下で、且つ、第１の閾値より大きいサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を１以下の定数倍にし、
   前記速度指令の値が予め設定した第１の閾値以下のサンプリング時は、前記トルクフィードフォワード信号の値を０とする、
   という手順で処理することを特徴とするデジタルサーボ制御装置の制御方法。
7. 位置指令が予め増分値で与えられる場合に、前記位置指令を微分して指令速度を計算する処理を省略し、前記指令速度の代わりに前記位置指令の増分値を使用することを特徴とする請求項１または４のいずれかに記載のデジタルサーボ制御装置の制御方法。
8. 前記閾値を前記位置指令ごとに変更することを特徴とする請求項１または２いずれか一項に記載のデジタルサーボ制御装置の制御方法。
9. 位置制御手段と、速度制御手段と、電流制御手段と、速度フィードフォワード作成手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置において、
   位置指令を微分して指令速度を計算する指令速度作成手段と、
   前記指令速度を入力し、前記指令速度の値と予め設定した閾値とを比較してトルクフィードフォワード信号を変更するトルクフィードフォワード変更手段と
   を有することを特徴とするデジタルサーボ制御装置。
10. 位置制御手段と、速度制御手段と、電流制御手段と、速度フィードフォワード作成手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置において、
    速度フィードフォワード信号を入力し、前記速度フィードフォワード信号の値と予め設定した閾値とを比較してトルクフィードフォワード信号を変更する処理を行うトルクフィードフォワード変更手段
    を有することを特徴とするデジタルサーボ制御装置。
11. 速度制御手段と、電流制御手段と、速度フィードフォワード作成手段と、トルクフィードフォワード作成手段を備えたデジタルサーボ制御装置において、
    速度指令を入力し、前記速度指令の値と予め設定した閾値とを比較してトルクフィードフォワード信号を変更する処理を行うトルクフィードフォワード変更手段
    を有することを特徴とするデジタルサーボ制御装置。
12. 位置指令が予め増分値で与えられる場合に、位置指令を微分して指令速度を計算する指令速度作成手段を有さず、前記指令速度の代わりに前記位置指令の増分値を使用することを特徴とする請求項９記載のデジタルサーボ制御装置。
13. 前記閾値を調整する手段を有することを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載のデジタルサーボ制御装置。
14. 前記第１の閾値、前記第２の閾値の少なくとも一つの値を位置指令ごとに変更することを特徴とする請求項４または５のいずれか一項に記載のデジタルサーボ制御装置の制御方法。
15. 前記閾値を前記速度指令ごとに変更することを特徴とする請求項３に記載のデジタルサーボ制御装置の制御方法。
16. 前記第１の閾値、前記第２の閾値の少なくとも一つの値を前記速度指令ごとに変更することを特徴とする請求項６に記載のデジタルサーボ制御装置の制御方法。

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