JP2003241802A - 最適指令作成装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 振動要素を有する制御対象を、振動なく、且
つ、指令に対し遅れを可能な限り小さくするように、サ
ーボ制御部に入力する指令を加工する最適指令を作成す
る装置に関する。 【解決手段】 指令を入力し、制御対象が所望の動作を
実現するように指令を加工し、最適指令値をサーボ制御
装置へ出力する、最適指令作成装置において、指令に対
してN次のフィルタ処理を施し、且つ、該フィルタ処理
を施された指令の１階微分からN−１階微分までの値を
算出するＮ次フィルタ処理部１と、Ｎ次フィルタ処理部
１の出力にゲインを乗じた値を加算する四則演算部２と
を備えた。
つ、指令に対し遅れを可能な限り小さくするように、サ
ーボ制御部に入力する指令を加工する最適指令を作成す
る装置に関する。 【解決手段】 指令を入力し、制御対象が所望の動作を
実現するように指令を加工し、最適指令値をサーボ制御
装置へ出力する、最適指令作成装置において、指令に対
してN次のフィルタ処理を施し、且つ、該フィルタ処理
を施された指令の１階微分からN−１階微分までの値を
算出するＮ次フィルタ処理部１と、Ｎ次フィルタ処理部
１の出力にゲインを乗じた値を加算する四則演算部２と
を備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は工作機や産業用ロボ
ットなどの制御方法に関し、特に、振動要素を有する制
御対象を、振動なく、且つ、指令に対し遅れを可能な限
り小さくするように動作させることを目的に、サーボ制
御部に入力する指令を加工する最適指令作成装置に関す
る。
ットなどの制御方法に関し、特に、振動要素を有する制
御対象を、振動なく、且つ、指令に対し遅れを可能な限
り小さくするように動作させることを目的に、サーボ制
御部に入力する指令を加工する最適指令作成装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、指令追従特性と、外乱応答特性両
方を改善する手法として、各種の２自由度制御が提案さ
れているが、指令追従特性と、外乱応答特性を独立に簡
単に設計できる手法として、「自動制御装置」が開示さ
れている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、
従来のフィードバック制御系に加えて、被制御対象を模
擬した被制御対象模擬回路にフィードバック系が構成さ
れ、この被制御対象模擬回路に入力する模擬入力信号と
被制御対象模擬回路から得られる模擬出力信号とを用い
て、被制御対象に対して２自由度制御系が構成されるこ
とになると記されている。図３は従来の方法を説明する
図である。図中、３１は模擬フィードバック制御装置で
あり、ここで、フィードフォワード部の計算を行う。３
２は模擬補償回路であり、指令xRと被制御対象模擬回路
から出力される状態量xMの偏差εMを入力し、被制御対
象模擬回路に入力する模擬入力信号vRを計算する。３３
は被制御対象模擬回路であり、35の被制御対象をモデル
化したものである。３４はフィードバック系の補償回路
であり、xMと被制御対象の状態量xの偏差εを入力し制
御入力信号vεを出力する。vεとvRを加算し、最終的な
制御入力信号vを算出する。
方を改善する手法として、各種の２自由度制御が提案さ
れているが、指令追従特性と、外乱応答特性を独立に簡
単に設計できる手法として、「自動制御装置」が開示さ
れている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、
従来のフィードバック制御系に加えて、被制御対象を模
擬した被制御対象模擬回路にフィードバック系が構成さ
れ、この被制御対象模擬回路に入力する模擬入力信号と
被制御対象模擬回路から得られる模擬出力信号とを用い
て、被制御対象に対して２自由度制御系が構成されるこ
とになると記されている。図３は従来の方法を説明する
図である。図中、３１は模擬フィードバック制御装置で
あり、ここで、フィードフォワード部の計算を行う。３
２は模擬補償回路であり、指令xRと被制御対象模擬回路
から出力される状態量xMの偏差εMを入力し、被制御対
象模擬回路に入力する模擬入力信号vRを計算する。３３
は被制御対象模擬回路であり、35の被制御対象をモデル
化したものである。３４はフィードバック系の補償回路
であり、xMと被制御対象の状態量xの偏差εを入力し制
御入力信号vεを出力する。vεとvRを加算し、最終的な
制御入力信号vを算出する。
【０００３】
【特許文献１】特公平７−２１７２４（第３−４頁、第
１、２図）
１、２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のサーボ制御方法では、以下に示す４つの問題があっ
た。 （１）模擬フィードバック制御装置の中で、被制御対象
のモデルの計算と、模擬補償回路内での演算を必要とす
るため、非常に演算量が多く、演算時間がかかるため、
制御サンプリング周期を短くできず、結果として制御性
能が悪化するといった問題があった。 （２）また、模擬フィードバック制御装置では、フィー
ドバック制御を行うため、指令xRに対して、xMは必ず遅
れることになる。さらに、フィードバック制御部でもxM
に対してxは遅れるため、元々の指令xRに対して、被制
御対象の動作xは、大きく遅れることになるという問題
があった。 （３）また、模擬フィードバック制御装置で被制御対象
模擬回路を使用するため、被制御対象模擬回路で使用す
るパラメータが必要なため、入力するパラメータが多く
なり、多くのメモリを有する必要があるという問題があ
った。 （４）また、模擬フィードバック制御装置内の模擬補償
回路では、フィードバック制御を行うため、ゲインの決
定や調整が必要であるため、この手法を、誰でも、簡単
には構築し使用できないといった問題があった。 したがって、この発明の目的は上記４つの課題を同時に
解決する最適指令作成装置を提供することである。
のサーボ制御方法では、以下に示す４つの問題があっ
た。 （１）模擬フィードバック制御装置の中で、被制御対象
のモデルの計算と、模擬補償回路内での演算を必要とす
るため、非常に演算量が多く、演算時間がかかるため、
制御サンプリング周期を短くできず、結果として制御性
能が悪化するといった問題があった。 （２）また、模擬フィードバック制御装置では、フィー
ドバック制御を行うため、指令xRに対して、xMは必ず遅
れることになる。さらに、フィードバック制御部でもxM
に対してxは遅れるため、元々の指令xRに対して、被制
御対象の動作xは、大きく遅れることになるという問題
があった。 （３）また、模擬フィードバック制御装置で被制御対象
模擬回路を使用するため、被制御対象模擬回路で使用す
るパラメータが必要なため、入力するパラメータが多く
なり、多くのメモリを有する必要があるという問題があ
った。 （４）また、模擬フィードバック制御装置内の模擬補償
回路では、フィードバック制御を行うため、ゲインの決
定や調整が必要であるため、この手法を、誰でも、簡単
には構築し使用できないといった問題があった。 したがって、この発明の目的は上記４つの課題を同時に
解決する最適指令作成装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、第１の発明の最適指令作成装置は、指令を入力し、
制御対象が所望の動作を実現するように指令を加工し、
最適指令値をサーボ制御装置へ出力する、最適指令作成
装置において、前記指令に対してN次のフィルタ処理を
施し、且つ、該フィルタ処理を施された指令の１階微分
からN−１階微分までの値を算出するＮ次フィルタ処理
部と、該Ｎ次フィルタ処理部の出力にゲインを乗じた値
を加算する四則演算部とを備えたことを特徴とするもの
であり、また、第２の発明の最適指令作成装置は、指令
を入力し、制御対象が所望の動作を実現するように指令
を加工し、最適指令値をサーボ制御装置へ出力する、最
適指令作成装置において、前記指令に対してＮ次のフィ
ルタ処理を施し、且つ、該フィルタ処理を施された指令
の１階微分からN−１階微分までの値を算出するＮ次フ
ィルタ処理部と、該Ｎ次フィルタ処理部の出力にゲイン
を乗じた値を加算する四則演算部と、該四則演算部から
出力されたそれぞれの変数を、再びＭ次のフィルタ処理
をするＭ次フィルタ処理部とを備えたことを特徴とする
ものである。
め、第１の発明の最適指令作成装置は、指令を入力し、
制御対象が所望の動作を実現するように指令を加工し、
最適指令値をサーボ制御装置へ出力する、最適指令作成
装置において、前記指令に対してN次のフィルタ処理を
施し、且つ、該フィルタ処理を施された指令の１階微分
からN−１階微分までの値を算出するＮ次フィルタ処理
部と、該Ｎ次フィルタ処理部の出力にゲインを乗じた値
を加算する四則演算部とを備えたことを特徴とするもの
であり、また、第２の発明の最適指令作成装置は、指令
を入力し、制御対象が所望の動作を実現するように指令
を加工し、最適指令値をサーボ制御装置へ出力する、最
適指令作成装置において、前記指令に対してＮ次のフィ
ルタ処理を施し、且つ、該フィルタ処理を施された指令
の１階微分からN−１階微分までの値を算出するＮ次フ
ィルタ処理部と、該Ｎ次フィルタ処理部の出力にゲイン
を乗じた値を加算する四則演算部と、該四則演算部から
出力されたそれぞれの変数を、再びＭ次のフィルタ処理
をするＭ次フィルタ処理部とを備えたことを特徴とする
ものである。
【０００６】また、第３の発明の最適指令作成装置は、
指令を入力し、制御対象が所望の動作を実現するように
指令を加工し、最適指令値をサーボ制御装置へ出力す
る、最適指令作成装置において、前記指令に対してN次
のフィルタ処理を施し、且つ、該フィルタ処理を施され
た指令の１階微分からL階微分までの値を算出するＮ次
フィルタ処理部と、該Ｎ次フィルタ処理部の出力であ
る、前記１階微分からL階微分の値それぞれにゲインを
乗じた後、それら全てを足し合わせる四則演算部とを備
えたことを特徴とするものである。
指令を入力し、制御対象が所望の動作を実現するように
指令を加工し、最適指令値をサーボ制御装置へ出力す
る、最適指令作成装置において、前記指令に対してN次
のフィルタ処理を施し、且つ、該フィルタ処理を施され
た指令の１階微分からL階微分までの値を算出するＮ次
フィルタ処理部と、該Ｎ次フィルタ処理部の出力であ
る、前記１階微分からL階微分の値それぞれにゲインを
乗じた後、それら全てを足し合わせる四則演算部とを備
えたことを特徴とするものである。
【０００７】また、第４の発明の最適指令作成装置は、
前記L階微分のLの値は、制御対象を近似するモデルの次
数であることを特徴とするものである。
前記L階微分のLの値は、制御対象を近似するモデルの次
数であることを特徴とするものである。
【０００８】また、第５の発明の最適指令作成装置は、
前記N次のフィルタとしては、巡回型フィルタあるいは
非巡回型フィルタを用い、前記Ｎ次フィルタの次数N
は、指令をL階微分可能なものに変換するのに必要な次
数以上に設定することを特徴とするものである。
前記N次のフィルタとしては、巡回型フィルタあるいは
非巡回型フィルタを用い、前記Ｎ次フィルタの次数N
は、指令をL階微分可能なものに変換するのに必要な次
数以上に設定することを特徴とするものである。
【０００９】また、第６の発明の最適指令作成装置は、
前記最適指令値は、位置指令、速度指令、加速度指令、
トルク指令のうちのいずれかひとつ、もしくは、その組
み合わせであることを特徴とするものである。
前記最適指令値は、位置指令、速度指令、加速度指令、
トルク指令のうちのいずれかひとつ、もしくは、その組
み合わせであることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１において、１は指令をN次のフ
ィルタ処理するＮ次フィルタ処理部、２はＮ次フィルタ
処理部の出力である各変数に、ゲインを乗じて足し合わ
せる処理を行う四則演算部である。四則演算部２の出力
が最適指令値である。４はサーボ制御部、５は制御対
象、１０は最適指令作成装置である。今回説明する実施
例では、最適指令値として、位置指令Xref、速度指令Vr
ef、トルク指令値Trefを出力するものとする。また、本
実施例で制御対象は２慣性系とする。２慣性系の制御対
象のモータ位置Xmから負荷位置XLまでの伝達関数は式
（1）のようになる。
基づいて説明する。図１において、１は指令をN次のフ
ィルタ処理するＮ次フィルタ処理部、２はＮ次フィルタ
処理部の出力である各変数に、ゲインを乗じて足し合わ
せる処理を行う四則演算部である。四則演算部２の出力
が最適指令値である。４はサーボ制御部、５は制御対
象、１０は最適指令作成装置である。今回説明する実施
例では、最適指令値として、位置指令Xref、速度指令Vr
ef、トルク指令値Trefを出力するものとする。また、本
実施例で制御対象は２慣性系とする。２慣性系の制御対
象のモータ位置Xmから負荷位置XLまでの伝達関数は式
（1）のようになる。
【００１１】
【数１】
【００１２】各記号の意味は、J1：モータイナーシャ、 J2：負
荷イナーシャ、K2：ハ゛ネ定数、 D2：粘性係数、S ：ラフ゜ラス演
算子である。ここで、一般にD2の値は非常に小さく、無
視できることが多い。よって、第一の実施の形態ではD2
=0として説明し、第二の実施の形態でD2まで含めた方法
を示す。D2=0としたとき、式（１）は式（２）のように
書き直すことができる。
荷イナーシャ、K2：ハ゛ネ定数、 D2：粘性係数、S ：ラフ゜ラス演
算子である。ここで、一般にD2の値は非常に小さく、無
視できることが多い。よって、第一の実施の形態ではD2
=0として説明し、第二の実施の形態でD2まで含めた方法
を示す。D2=0としたとき、式（１）は式（２）のように
書き直すことができる。
【００１３】
【数２】
【００１４】この時、負荷位置XLを実現するためにはモ
ータの位置Xref、速度Vref、モータへ与えるトルク指令
Trefはそれぞれ、式（３）、式（４）、式（５）のよう
になる。ここで、XL(a)は変数XLのa階微分を表すものと
する。
ータの位置Xref、速度Vref、モータへ与えるトルク指令
Trefはそれぞれ、式（３）、式（４）、式（５）のよう
になる。ここで、XL(a)は変数XLのa階微分を表すものと
する。
【００１５】
【数３】
【００１６】したがって、２慣性系の制御対象の場合、
負荷位置XLの４階微分までの値があれば、後はK2やJ2か
らなる係数を乗じて、足し合わせるだけで、最適なモー
タの動作を実現するモータの位置Xref、速度Vref、モー
タへ与えるトルク指令Trefを計算できることになる。以
下に具体的に、N次フィルタ処理部１の処理を説明す
る。ここで、N次フィルタは、与えられた指令を、最適
指令値を求める際に必要な回数微分が実現できるような
指令に変換するためのものであるため、次数Nは、その
条件を満たすように決定してやればよい。本実施の形態
では、制御対象５が２慣性系であるため、最適指令値を
求めるためには、与えられた指令を、４階微分可能な指
令に変換することが必要である。よって、指令が微分で
きない（例えばステップ指令）ものであった場合でも対
応できるためには、フィルタ次数Nは４次以上必要であ
るが、今回は、指令を滑らかにする理由で、Nを５次に
した時の例を説明する。５次のフィルタを伝達関数の形
で表現すると式（６）のように表現できる。ここで、XR
はフィルタ処理前の変数、XLはXRをフィルタ処理したあ
との変数を表し、XLが、制御対象の負荷位置となるよう
に最適指令値を作成する。
負荷位置XLの４階微分までの値があれば、後はK2やJ2か
らなる係数を乗じて、足し合わせるだけで、最適なモー
タの動作を実現するモータの位置Xref、速度Vref、モー
タへ与えるトルク指令Trefを計算できることになる。以
下に具体的に、N次フィルタ処理部１の処理を説明す
る。ここで、N次フィルタは、与えられた指令を、最適
指令値を求める際に必要な回数微分が実現できるような
指令に変換するためのものであるため、次数Nは、その
条件を満たすように決定してやればよい。本実施の形態
では、制御対象５が２慣性系であるため、最適指令値を
求めるためには、与えられた指令を、４階微分可能な指
令に変換することが必要である。よって、指令が微分で
きない（例えばステップ指令）ものであった場合でも対
応できるためには、フィルタ次数Nは４次以上必要であ
るが、今回は、指令を滑らかにする理由で、Nを５次に
した時の例を説明する。５次のフィルタを伝達関数の形
で表現すると式（６）のように表現できる。ここで、XR
はフィルタ処理前の変数、XLはXRをフィルタ処理したあ
との変数を表し、XLが、制御対象の負荷位置となるよう
に最適指令値を作成する。
【００１７】
【数４】
【００１８】式（６）中、K0〜K4までは任意の値に決定
してよいが、例えば、フィルタの周波数λを用いて、式
（７）の恒等式を解くことにより求めることができる。
してよいが、例えば、フィルタの周波数λを用いて、式
（７）の恒等式を解くことにより求めることができる。
【００１９】
【数５】
【００２０】式（６）を状態方程式の形で表現すると式
（８）のようになる。
（８）のようになる。
【００２１】
【数６】
【００２２】式（８）をサンプリング周期Ts毎の差分方
程式（k番目の変数からk+1番目の変数を求める式）に書
き直すと式（９）のようになる。ここでは、簡単のため
単純にオイラー一次近似を用いて差分方程式を導出した
が、計算精度を向上させる目的等で、他の離散化手法を
用いてもよい。その場合、行列の各要素の値は式（９）
のものとは異なる値になる。
程式（k番目の変数からk+1番目の変数を求める式）に書
き直すと式（９）のようになる。ここでは、簡単のため
単純にオイラー一次近似を用いて差分方程式を導出した
が、計算精度を向上させる目的等で、他の離散化手法を
用いてもよい。その場合、行列の各要素の値は式（９）
のものとは異なる値になる。
【００２３】
【数７】
【００２４】ここで、XL(1)(k+1) 、XL (2)(k+1) 、XL
(3)(k+1) 、XL (4)(k+1)は、XL (k+1)のそれぞれ１階
微分から４階微分までの値である。このように式（９）
を実行することで自動的に、XL (k+1)の１階微分から４
階微分までの値も求まる。したがって、５次フィルタ処
理内部では、入力された指令XR (k)を使用して、式
（９）の計算を逐次行うだけでよい。ただし、演算する
計算機の計算精度に問題があり、位置ずれ等が発生する
場合は、フィルタ処理後の変数XL(k)の１階微分値からN
階微分値までの計算方法として、微分の近似をN回繰り
返す処理を行っても良い。例えば、微分を、差分を用い
て近似した場合は式（10）のようになる。ここでは、式
（９）と区別するため、１階微分値からN階微分値まで
を、それぞれXL2(1)(k) 、XL2 (2)(k) 、・・・ 、XL2
(N)(k)という記号で表す。
(3)(k+1) 、XL (4)(k+1)は、XL (k+1)のそれぞれ１階
微分から４階微分までの値である。このように式（９）
を実行することで自動的に、XL (k+1)の１階微分から４
階微分までの値も求まる。したがって、５次フィルタ処
理内部では、入力された指令XR (k)を使用して、式
（９）の計算を逐次行うだけでよい。ただし、演算する
計算機の計算精度に問題があり、位置ずれ等が発生する
場合は、フィルタ処理後の変数XL(k)の１階微分値からN
階微分値までの計算方法として、微分の近似をN回繰り
返す処理を行っても良い。例えば、微分を、差分を用い
て近似した場合は式（10）のようになる。ここでは、式
（９）と区別するため、１階微分値からN階微分値まで
を、それぞれXL2(1)(k) 、XL2 (2)(k) 、・・・ 、XL2
(N)(k)という記号で表す。
【００２５】
【数８】
【００２６】このように計算すれば、計算誤差があった
場合も、位置ずれの問題は解消される。次に、四則演算
部２での処理を説明する。ここでは、求められたXL (k+
1)、XL (1)(k+1) 、XL (2)(k+1) 、XL (3)(k+1)、XL
(4)(k+1)を用いて、式（３）〜式（５）により、最適
指令値Xref、Vref、Trefを求めればよい。以上が第一の
実施の形態の説明である。
場合も、位置ずれの問題は解消される。次に、四則演算
部２での処理を説明する。ここでは、求められたXL (k+
1)、XL (1)(k+1) 、XL (2)(k+1) 、XL (3)(k+1)、XL
(4)(k+1)を用いて、式（３）〜式（５）により、最適
指令値Xref、Vref、Trefを求めればよい。以上が第一の
実施の形態の説明である。
【００２７】次に、第二の実施の形態の方法を説明す
る。D2＝０でない場合、式（３）〜式（５）は式（１
１）〜式（１３）のようになる。
る。D2＝０でない場合、式（３）〜式（５）は式（１
１）〜式（１３）のようになる。
【００２８】
【数９】
【００２９】式（１１）〜式（１３）からわかるよう
に、｛ ｝内は実施例１の式と同様に単純な四則演算で
計算される。したがって、５次フィルタの処理を施した
後に、四則演算を行えば計算できる。ここで、D2=0でな
い場合は、｛ ｝内で計算された結果に、請求項２に記
載するように再びM次のフィルタ処理を施す必要があ
る。本実施例では、式（１１）〜式（１３）からわかる
ように、１次のフィルタ処理を施すことになる。１次の
フィルタとしては、式（１４）に示すように、D2とK2か
らなる1次のフィルタの形となる。（P:フィルタ処理前
の値、Q:フィルタ処理後の値）
に、｛ ｝内は実施例１の式と同様に単純な四則演算で
計算される。したがって、５次フィルタの処理を施した
後に、四則演算を行えば計算できる。ここで、D2=0でな
い場合は、｛ ｝内で計算された結果に、請求項２に記
載するように再びM次のフィルタ処理を施す必要があ
る。本実施例では、式（１１）〜式（１３）からわかる
ように、１次のフィルタ処理を施すことになる。１次の
フィルタとしては、式（１４）に示すように、D2とK2か
らなる1次のフィルタの形となる。（P:フィルタ処理前
の値、Q:フィルタ処理後の値）
【００３０】
【数１０】
【００３１】ここでも式（１４）をオイラー一次近似し
差分方程式の形で記述すると式（１５）のようになる。
差分方程式の形で記述すると式（１５）のようになる。
【００３２】
【数１１】
【００３３】このようにD2=０でない場合も、実施例１
同様に、５次のフィルタ処理を施した後、式（１１）〜
式（１３）の計算を実行すれば、Xref、Vref、Trefを計
算することができる。以上が第二の実施の形態の説明で
ある。
同様に、５次のフィルタ処理を施した後、式（１１）〜
式（１３）の計算を実行すれば、Xref、Vref、Trefを計
算することができる。以上が第二の実施の形態の説明で
ある。
【００３４】次に第三の実施の形態を図４に基づいて説
明する。図４は、第一の実施の形態を説明する図１と、
１箇所だけ違いがあり、Ｎ次フィルタ処理された変数
の、１階微分からＮ−１階微分を求めるのではなく、新
しく、Ｌという変数を定義し、１階微分からＬ階微分ま
で求め、それを、２の四則演算部へ入力する構成であ
る。ここで、変数Ｌの値は、制御対象を近似するモデル
の次数に相当するように設定する。例えば２慣性系の制
御対象に対して、最適指令を作成する場合は、前述した
とおり、指令の４階微分値までが求められればよい。こ
れは、２慣性系の制御対象の次数が４次であることと等
価である。すなわち、この場合、Lの値は４ということ
になる。
明する。図４は、第一の実施の形態を説明する図１と、
１箇所だけ違いがあり、Ｎ次フィルタ処理された変数
の、１階微分からＮ−１階微分を求めるのではなく、新
しく、Ｌという変数を定義し、１階微分からＬ階微分ま
で求め、それを、２の四則演算部へ入力する構成であ
る。ここで、変数Ｌの値は、制御対象を近似するモデル
の次数に相当するように設定する。例えば２慣性系の制
御対象に対して、最適指令を作成する場合は、前述した
とおり、指令の４階微分値までが求められればよい。こ
れは、２慣性系の制御対象の次数が４次であることと等
価である。すなわち、この場合、Lの値は４ということ
になる。
【００３５】また、第一と第二の実施例では、Ｎ−１＝
４であるため、フィルタの次数Nは５以上必要であるこ
とになるが、例えば、与えられる指令が、予め高次微分
可能な指令であった場合、必ずしもNは５以上必要な
い。例えば、予め与えられた指令が、２階微分可能な指
令であった場合は、フィルタ次数Nは２次以上であれば
良いことになる。したがって、この場合は、N＝２、L=
４で実現可能である。
４であるため、フィルタの次数Nは５以上必要であるこ
とになるが、例えば、与えられる指令が、予め高次微分
可能な指令であった場合、必ずしもNは５以上必要な
い。例えば、予め与えられた指令が、２階微分可能な指
令であった場合は、フィルタ次数Nは２次以上であれば
良いことになる。したがって、この場合は、N＝２、L=
４で実現可能である。
【００３６】次に、２の四則演算処理部の処理につい
て、図５を基に説明する。入力された、指令をＮ次フィ
ルタ処理した信号と、その１階微分からＬ階微分までの
値を、XL(0)(k+1) 、XL(1)(k+1) 、XL (2)(k+1) 、・・
・、XL (L)(k+1)とした時、式（１６）〜式（１８）の
ように最適指令値を求める。
て、図５を基に説明する。入力された、指令をＮ次フィ
ルタ処理した信号と、その１階微分からＬ階微分までの
値を、XL(0)(k+1) 、XL(1)(k+1) 、XL (2)(k+1) 、・・
・、XL (L)(k+1)とした時、式（１６）〜式（１８）の
ように最適指令値を求める。
【００３７】
【数１２】
【００３８】ここで、ゲインGx0〜GxL、Gv0〜GvL、Gt0
〜GtLは、それぞれ、制御対象に応じて、設定する値で
あり、完全に、制御対象が分かっている場合は、式
（３）、式（４）、式（５）のように、具体的な変数を
設定し、該当しない変数は０とすればよい。例えば、実
施の形態１の場合は、式（19）のようになる。
〜GtLは、それぞれ、制御対象に応じて、設定する値で
あり、完全に、制御対象が分かっている場合は、式
（３）、式（４）、式（５）のように、具体的な変数を
設定し、該当しない変数は０とすればよい。例えば、実
施の形態１の場合は、式（19）のようになる。
【００３９】
【数１３】
【００４０】しかしながら、実際には、制御対象の構成
を、完璧に把握することは難しく、例えば、摩擦や、伝
達機構で発生するロス分などは、通常予め把握できな
い。そのような場合は、実際に機械を動作させること
で、ゲインGx0〜GxL、Gv0〜GvL、Gt0〜GtLに該当する値
を、同定すればよい。同定方法は、精度と計算量から決
定すればよく、どのような手法を用いても良い。例えば
GAによる手法などを用いてもよい。以上が、実施の形態
３の説明である。
を、完璧に把握することは難しく、例えば、摩擦や、伝
達機構で発生するロス分などは、通常予め把握できな
い。そのような場合は、実際に機械を動作させること
で、ゲインGx0〜GxL、Gv0〜GvL、Gt0〜GtLに該当する値
を、同定すればよい。同定方法は、精度と計算量から決
定すればよく、どのような手法を用いても良い。例えば
GAによる手法などを用いてもよい。以上が、実施の形態
３の説明である。
【００４１】ここまでは、N次フィルタとして式（６）
のような巡回型フィルタを使用する例を説明したが、N
次フィルタとして、式（２０）のような非巡回型フィル
タを構成しても良い。（Wi：i番目の重み係数）
のような巡回型フィルタを使用する例を説明したが、N
次フィルタとして、式（２０）のような非巡回型フィル
タを構成しても良い。（Wi：i番目の重み係数）
【００４２】
【数１４】
【００４３】この場合も、変数XL(k)の１階微分値からN
階微分値は自動的に求められないため、フィルタ処理後
に、上述した、式（１０）の微分処理を行えばよい。ま
た、N次のフィルタ処理を行う方法として、Nよりも低次
のフィルタ処理を数回繰り返して計算する方法を用いて
も良い。（５次の場合は、例えば、２次のフィルタ処理
を２回、一次のフィルタ処理を１回してもよい。） 最後に、第一から第三の実施の形態で計算された、モー
タの位置Xref、速度Vref、モータへ与えるトルク指令Tr
efを、最適指令値として、従来からあるフィードバック
制御部に出力することで、所望の動作を実現することが
できる。
階微分値は自動的に求められないため、フィルタ処理後
に、上述した、式（１０）の微分処理を行えばよい。ま
た、N次のフィルタ処理を行う方法として、Nよりも低次
のフィルタ処理を数回繰り返して計算する方法を用いて
も良い。（５次の場合は、例えば、２次のフィルタ処理
を２回、一次のフィルタ処理を１回してもよい。） 最後に、第一から第三の実施の形態で計算された、モー
タの位置Xref、速度Vref、モータへ与えるトルク指令Tr
efを、最適指令値として、従来からあるフィードバック
制御部に出力することで、所望の動作を実現することが
できる。
【００４４】以上の３つの実施例では、制御対象を２慣
性系にしたため、L=4、N=5あるいはＮ＝２、M＝１であ
ったが、当然、他のすべての制御対象に本装置は適用で
きる。そのときは変数L、N、Mが他の値になることもあ
る。例えば、制御対象が、機台の上に設置されており、
その機台がばね要素で地面と結合されているとみなされ
る機械であった場合の式（3）〜式（5）に相当する式
を、機台の上に設置される機械が剛体の場合と、２慣性
系の場合について、それぞれ、式（２１）〜式（２
３）、式（２４）〜式（２６）に示す。 J3：機台質量のイナーシャ換算値、K3：機台ばね定数 ・機台の上の機械が剛体で近似される場合 （ここでは、J1：剛体イナーシャ）
性系にしたため、L=4、N=5あるいはＮ＝２、M＝１であ
ったが、当然、他のすべての制御対象に本装置は適用で
きる。そのときは変数L、N、Mが他の値になることもあ
る。例えば、制御対象が、機台の上に設置されており、
その機台がばね要素で地面と結合されているとみなされ
る機械であった場合の式（3）〜式（5）に相当する式
を、機台の上に設置される機械が剛体の場合と、２慣性
系の場合について、それぞれ、式（２１）〜式（２
３）、式（２４）〜式（２６）に示す。 J3：機台質量のイナーシャ換算値、K3：機台ばね定数 ・機台の上の機械が剛体で近似される場合 （ここでは、J1：剛体イナーシャ）
【００４５】
【数１５】
【００４６】・機台の上の機械が２慣性系で近似される
場合 （ここでは、J1：モータイナーシャ、 J2：負荷イナーシャ、K2：２
慣性系ばね定数）
場合 （ここでは、J1：モータイナーシャ、 J2：負荷イナーシャ、K2：２
慣性系ばね定数）
【００４７】
【数１６】
【００４８】このように、制御対象がどのような構成で
あっても、本方式を用いることができる。また、この構
成であれば、制御対象が変わった場合も、同じ次数であ
れば、四則演算部で乗じるゲインの値を変えるだけで対
応できる。本実施例で最適指令値として計算したのは、
位置指令Xref、速度指令Vref、トルク指令値Trefであっ
たが、これらに限定されるものではなく、最適指令値
は、位置指令、速度指令、加速度指令、トルク指令のう
ちのいずれかひとつ、もしくは、その組み合わせであれ
ば、どのようなものでも良い。
あっても、本方式を用いることができる。また、この構
成であれば、制御対象が変わった場合も、同じ次数であ
れば、四則演算部で乗じるゲインの値を変えるだけで対
応できる。本実施例で最適指令値として計算したのは、
位置指令Xref、速度指令Vref、トルク指令値Trefであっ
たが、これらに限定されるものではなく、最適指令値
は、位置指令、速度指令、加速度指令、トルク指令のう
ちのいずれかひとつ、もしくは、その組み合わせであれ
ば、どのようなものでも良い。
【発明の効果】本発明によれば、与えられた指令を、複
雑な計算なしに、簡単に制御対象が振動しないような指
令に加工できるという効果がある。また、制御対象のモ
デルも持たず、そのモデルをフィードバック制御する補
償器も持たないので、演算量が少なく、結果として演算
時間が短くなり、制御サンプリング周期が短くなること
で、制御性能が上がるという効果も得られる。また、指
令に対しての遅れも、N次のフィルタによる遅れだけで
あるため、従来のものに比較して指令追従性能も向上す
るという効果もある。また、設定するパラメータがN次
フィルタの周波数λのみであるため、誰にでも簡単に本
装置を構築し、使用することが可能であるという効果も
ある。また、制御対象を正確に把握できない場合でも、
機械を実際に動作させて、各微分値に乗じるゲインの値
を同定することにより、対応できるという効果がある。
また、本発明によれば、制御対象が変わった場合も、同
じ次数であれば、四則演算部で乗じるゲインの値を変え
るだけで対応できるという効果がある。
雑な計算なしに、簡単に制御対象が振動しないような指
令に加工できるという効果がある。また、制御対象のモ
デルも持たず、そのモデルをフィードバック制御する補
償器も持たないので、演算量が少なく、結果として演算
時間が短くなり、制御サンプリング周期が短くなること
で、制御性能が上がるという効果も得られる。また、指
令に対しての遅れも、N次のフィルタによる遅れだけで
あるため、従来のものに比較して指令追従性能も向上す
るという効果もある。また、設定するパラメータがN次
フィルタの周波数λのみであるため、誰にでも簡単に本
装置を構築し、使用することが可能であるという効果も
ある。また、制御対象を正確に把握できない場合でも、
機械を実際に動作させて、各微分値に乗じるゲインの値
を同定することにより、対応できるという効果がある。
また、本発明によれば、制御対象が変わった場合も、同
じ次数であれば、四則演算部で乗じるゲインの値を変え
るだけで対応できるという効果がある。
【図１】本発明の第一の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第二の構成を示すブロック図
【図３】従来の装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の第三の構成を示すブロック図
【図５】本発明の第三の構成の四則演算部の処理を示す
ブロック図
ブロック図
１ Ｎ次フィルタ処理部
２ 四則演算部
３ Ｍ次フィルタ処理部
３１ 模擬フィードバック制御装置
３２ 模擬補償回路
３３ 被制御対象模擬回路
３４ 補償回路
３５ 被制御対象
４ サーボ制御部
５ 制御対象
１０ 最適指令作成装置
Claims (6)
- 【請求項１】指令を入力し、制御対象が所望の動作を実
現するように指令を加工し、最適指令値をサーボ制御装
置へ出力する、最適指令作成装置において、 前記指令に対してN次のフィルタ処理を施し、且つ、該
フィルタ処理を施された指令の１階微分からN−１階微
分までの値を算出するＮ次フィルタ処理部と、 該Ｎ次フィルタ処理部の出力にゲインを乗じた値を加算
する四則演算部とを備えたことを特徴とする最適指令作
成装置。 - 【請求項２】指令を入力し、制御対象が所望の動作を実
現するように指令を加工し、最適指令値をサーボ制御装
置へ出力する、最適指令作成装置において、 前記指令に対してN次のフィルタ処理を施し、且つ、該
フィルタ処理を施された指令の１階微分からN−１階微
分までの値を算出するＮ次フィルタ処理部と、 該Ｎ次フィルタ処理部の出力にゲインを乗じた値を加算
する四則演算部と、 該四則演算部から出力されたそれぞれの変数を、再びＭ
次のフィルタ処理をするＭ次フィルタ処理部とを備えた
ことを特徴とする最適指令作成装置。 - 【請求項３】指令を入力し、制御対象が所望の動作を実
現するように指令を加工し、最適指令値をサーボ制御装
置へ出力する、最適指令作成装置において、 前記指令に対してN次のフィルタ処理を施し、且つ、該
フィルタ処理を施された指令の１階微分からL階微分ま
での値を算出するＮ次フィルタ処理部と、 該Ｎ次フィルタ処理部の出力である、前記１階微分から
L階微分の値それぞれにゲインを乗じた後、それら全て
を足し合わせる四則演算部とを備えたことを特徴とする
最適指令作成装置。 - 【請求項４】前記L階微分のLの値は、制御対象を近似す
るモデルの次数であることを特徴とする請求項３記載の
最適指令作成装置。 - 【請求項５】前記N次のフィルタとしては、巡回型フィ
ルタまたは非巡回型フィルタを用い、前記Ｎ次フィルタ
の次数Nは、指令をL階微分可能なものに変換するのに必
要な次数以上に設定することを特徴とする請求項３ない
し請求項４記載の最適指令作成装置。 - 【請求項６】前記最適指令値は、位置指令、速度指令、
加速度指令、トルク指令のうちのいずれかひとつ、もし
くは、その組み合わせであることを特徴とする請求項１
から５記載の最適指令作成装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002294902A JP3834815B2 (ja) | 2001-12-10 | 2002-10-08 | 最適指令作成装置 |
| KR1020057005916A KR100970539B1 (ko) | 2002-10-08 | 2003-06-05 | 최적 지령 작성 장치 |
| EP03736051A EP1550924A4 (en) | 2002-10-08 | 2003-06-05 | GENERATION DEVICE F R OPTIMAL INSTRUCTIONS |
| US10/530,751 US20060015217A1 (en) | 2002-10-08 | 2003-06-05 | Optimal instruction creation device |
| CNB038239817A CN100347619C (zh) | 2002-10-08 | 2003-06-05 | 最佳指令生成装置 |
| PCT/JP2003/007164 WO2004034163A1 (ja) | 2002-10-08 | 2003-06-05 | 最適指令作成装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-375535 | 2001-12-10 | ||
| JP2001375535 | 2001-12-10 | ||
| JP2002294902A JP3834815B2 (ja) | 2001-12-10 | 2002-10-08 | 最適指令作成装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003241802A true JP2003241802A (ja) | 2003-08-29 |
| JP3834815B2 JP3834815B2 (ja) | 2006-10-18 |
Family
ID=27790648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002294902A Expired - Fee Related JP3834815B2 (ja) | 2001-12-10 | 2002-10-08 | 最適指令作成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3834815B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008062700A1 (en) | 2006-11-21 | 2008-05-29 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Servo control apparatus and control method thereof |
| JP2013097444A (ja) * | 2011-10-28 | 2013-05-20 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 制御指令値生成プログラム、制御指令値生成方法および制御指令値生成装置 |
| JP7468157B2 (ja) | 2020-05-29 | 2024-04-16 | ブラザー工業株式会社 | 数値制御装置及び工作機械 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06278638A (ja) * | 1993-03-24 | 1994-10-04 | Nippondenso Co Ltd | 自動制御装置 |
| JPH0916265A (ja) * | 1995-06-27 | 1997-01-17 | Fanuc Ltd | サーボモータの加減速制御方式 |
| JP2000029534A (ja) * | 1998-07-08 | 2000-01-28 | Kobe Steel Ltd | 制御装置 |
-
2002
- 2002-10-08 JP JP2002294902A patent/JP3834815B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06278638A (ja) * | 1993-03-24 | 1994-10-04 | Nippondenso Co Ltd | 自動制御装置 |
| JPH0916265A (ja) * | 1995-06-27 | 1997-01-17 | Fanuc Ltd | サーボモータの加減速制御方式 |
| JP2000029534A (ja) * | 1998-07-08 | 2000-01-28 | Kobe Steel Ltd | 制御装置 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008062700A1 (en) | 2006-11-21 | 2008-05-29 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Servo control apparatus and control method thereof |
| JP2013097444A (ja) * | 2011-10-28 | 2013-05-20 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 制御指令値生成プログラム、制御指令値生成方法および制御指令値生成装置 |
| JP7468157B2 (ja) | 2020-05-29 | 2024-04-16 | ブラザー工業株式会社 | 数値制御装置及び工作機械 |
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| JP3834815B2 (ja) | 2006-10-18 |
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