JP2019159619A

JP2019159619A - Control device, control method and program

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Publication number: JP2019159619A
Application number: JP2018043635A
Authority: JP
Inventors: 村田　直史; Tadashi Murata; 直史村田; 慶佑望月; Keisuke Mochizuki; 享大 ▲徳▼山; Yukihiro Tokuyama; 伊智郎粟屋; Ichiro Awaya
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2038-03-09
Also published as: JP7068870B2

Abstract

To provide a control device, control method and program which appropriately compensate a non-linear component mainly like friction of a machine to be controlled, and which have a high positioning precision.SOLUTION: A control device controls, for a machine to be controlled, in such a way that an observed value matches a command value, and includes: a control signal creating unit that creates a control signal in accordance with a deviation between the command value and the observed value; and a non-linear compensating unit which converts the control signal into a non-linear compensation control signal for compensating a non-linear component of the machine to be controlled, and which outputs the non-linear compensation control signal to the machine to be controlled. The non-linear compensating unit successively changes a quantification width when the control signal is quantified in accordance with a control state quantity for the machine to be controlled, and converts into the non-linear compensation control signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、制御装置、制御方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a control device, a control method, and a program.

機械を駆動するアクチュエータでは、主に摩擦要素の非線形性に起因する位置決め精度の低下が生じ、品質の低下が課題となっている。すべり面の摩擦変動によって生じるスティックスリップ現象は、特に低速動作時において、静摩擦による停止と移動を繰り返すことで生じる振動現象であり、階段状の位置決め応答を発生させ、位置決め精度を悪化させる。 In an actuator that drives a machine, the positioning accuracy is lowered mainly due to the nonlinearity of the friction element, and the quality is a problem. The stick-slip phenomenon caused by the frictional fluctuation of the sliding surface is a vibration phenomenon caused by repeatedly stopping and moving due to static friction, particularly during low-speed operation, and generates a step-like positioning response, which deteriorates positioning accuracy.

摩擦を補償する制御はいくつか提案されている。例えば、油圧アクチュエータではディザ信号を与えることで静摩擦に打ち勝つような力（トルク）を与える方法が知られている。また、電気サーボ系では、動き始めの際に、進行方向に、あらかじめ計測した摩擦に相当する力（トルク）を上乗せして先行指令する方法が知られている。さらに、摩擦特性を摺動面の振る舞いまで厳密にモデル化して、速度に対するその瞬間の摩擦力を精度よく推定し、先行指令する方法も提案されている。 Several controls have been proposed to compensate for friction. For example, a method is known for applying a force (torque) that overcomes static friction by providing a dither signal in a hydraulic actuator. In addition, in the electric servo system, there is known a method of giving a prior command by adding a force (torque) corresponding to friction measured in advance in the traveling direction at the start of movement. Furthermore, a method has been proposed in which the friction characteristics are modeled strictly to the behavior of the sliding surface, the instantaneous frictional force with respect to the speed is accurately estimated, and a prior command is given.

なお、特許文献１には、油圧駆動システムの制御方式について開示されている。特許文献１に記載の制御方式では、連続制御信号を空間的及び時間的に離散した離散値制御信号に変換することが記載されている。 Patent Document 1 discloses a control method of a hydraulic drive system. In the control method described in Patent Document 1, it is described that a continuous control signal is converted into a discrete value control signal that is spatially and temporally discrete.

特開２００９−２１７４１７号公報JP 2009-217417 A

上述したディザ手法では、その振幅が大きすぎると過補償になり、小さすぎると追従性は低下し、調整が難しい。あらかじめ計測した摩擦に相当する力を先行指令する方法にも同様の課題がある。また、摩擦特性を精緻にモデル化する方法は、モデル化そのものが難しく労力を要するものである上に、モデル化誤差に弱いという課題がある。 In the above-described dither method, if the amplitude is too large, overcompensation is caused. If the amplitude is too small, the followability is lowered and adjustment is difficult. There is a similar problem in the method of giving a prior command to the force corresponding to the friction measured in advance. In addition, the method of modeling the friction characteristics precisely has a problem that modeling itself is difficult and requires labor, and that it is vulnerable to modeling errors.

本発明の目的は、制御対象機械の、主に摩擦などの非線形成分を適切に補償し、位置決め精度の高い制御装置、制御方法及びプログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a control device, a control method, and a program with high positioning accuracy by appropriately compensating for non-linear components such as friction mainly in a machine to be controlled.

本発明の第１の態様によれば、制御装置は、制御対象機械についての観測値が指令値と一致するように制御する制御装置であって、前記指令値と前記観測値との偏差に応じた制御信号を生成する制御信号生成部と、前記制御信号を、前記制御対象機械の非線形成分を補償するための非線形補償制御信号に変換し、前記制御対象機械に向けて出力する非線形補償部と、を備え、前記非線形補償部は、前記制御信号を量子化するときの量子化幅を、前記制御対象機械についての制御状態量に応じて連続的に変化させて、前記非線形補償制御信号に変換する。 According to the first aspect of the present invention, the control device is a control device that controls the observed value of the controlled machine so as to coincide with the command value, in accordance with a deviation between the command value and the observed value. A control signal generation unit that generates a control signal, a non-linear compensation unit that converts the control signal into a non-linear compensation control signal for compensating a non-linear component of the control target machine, and outputs the non-linear compensation control signal to the control target machine; The nonlinear compensator continuously converts a quantization width when the control signal is quantized according to a control state quantity of the control target machine, and converts the quantization width into the nonlinear compensation control signal. To do.

また、本発明の第２の態様によれば、前記非線形補償部は、前記量子化幅を、前記制御対象機械についての速度指令値と速度観測値との偏差である速度偏差に応じて連続的に変化させる。 According to the second aspect of the present invention, the nonlinear compensator continuously sets the quantization width according to a speed deviation that is a deviation between a speed command value and a speed observation value for the controlled machine. To change.

また、本発明の第３の態様によれば、上述の制御装置は、前記制御信号と、前記観測値を当該制御対象機械の逆モデルに入力して得られた結果との偏差を示す補償信号を取得するとともに、当該補償信号を前記制御信号に重畳して外乱補償制御信号を出力する外乱オブザーバを更に備え、前記非線形補償部は、前記量子化幅を、前記補償信号に応じて連続的に変化させる。 According to the third aspect of the present invention, the control device described above is a compensation signal indicating a deviation between the control signal and a result obtained by inputting the observed value to an inverse model of the controlled machine. And a disturbance observer that superimposes the compensation signal on the control signal and outputs a disturbance compensation control signal, wherein the nonlinear compensation unit continuously sets the quantization width according to the compensation signal. Change.

また、本発明の第４の態様によれば、前記非線形補償部は、更に、前記速度指令値が予め規定された判定閾値以下であった場合に、入力された前記制御信号を前記量子化幅で量子化することで前記非線形補償制御信号に変換する。 Further, according to the fourth aspect of the present invention, the nonlinear compensation unit further converts the input control signal to the quantization width when the speed command value is equal to or less than a predetermined determination threshold value. The signal is converted into the non-linear compensation control signal by quantizing with.

また、本発明の第５の態様によれば、前記非線形補償部は、前記非線形補償制御信号のうち特定の周波数帯に属する成分を除去可能なフィルタ部を更に備える。 According to the fifth aspect of the present invention, the nonlinear compensation unit further includes a filter unit capable of removing a component belonging to a specific frequency band from the nonlinear compensation control signal.

また、本発明の第６の態様によれば、上述の制御装置は、前記制御信号と、前記観測値を当該制御対象機械の逆モデルに入力して得られた結果との偏差を示す補償信号を取得するとともに、当該補償信号を前記制御信号に重畳して外乱補償制御信号を出力する外乱オブザーバを更に備える。 According to the sixth aspect of the present invention, the control device described above is a compensation signal indicating a deviation between the control signal and a result obtained by inputting the observed value to an inverse model of the controlled machine. And a disturbance observer that superimposes the compensation signal on the control signal and outputs a disturbance compensation control signal.

また、本発明の第７の態様によれば、制御方法は、制御対象機械についての観測値が指令値と一致するように制御する方法であって、前記指令値と前記観測値との偏差に応じた制御信号を生成するステップと、前記制御信号を、前記制御対象機械の非線形成分を補償するための非線形補償制御信号に変換し、前記制御対象機械に向けて出力するステップと、を有し、前記非線形補償制御信号に変換して出力するステップは、更に、前記制御信号を量子化するときの量子化幅を、前記制御対象機械についての制御状態量に応じて連続的に変化させて、前記非線形補償制御信号に変換する。 Further, according to the seventh aspect of the present invention, the control method is a method of controlling the observation value for the controlled machine so as to coincide with the command value, and the deviation between the command value and the observation value is determined. Generating a control signal in accordance with the control signal, and converting the control signal into a nonlinear compensation control signal for compensating a nonlinear component of the controlled machine, and outputting the signal to the controlled machine. The step of converting to the non-linear compensation control signal and outputting it further, continuously changing the quantization width when the control signal is quantized according to the control state quantity for the controlled machine, Conversion to the nonlinear compensation control signal.

また、本発明の第８の態様によれば、プログラムは、制御対象機械についての観測値が指令値と一致するように制御する制御装置のコンピュータに、前記指令値と前記観測値との偏差に応じた制御信号を生成するステップと、前記制御信号を、前記制御対象機械の非線形成分を補償するための非線形補償制御信号に変換し、前記制御対象機械に向けて出力するステップと、を実行させ、前記非線形補償制御信号に変換して出力するステップは、更に、前記制御信号を量子化するときの量子化幅を、前記制御対象機械についての制御状態量に応じて連続的に変化させて、前記非線形補償制御信号に変換する。 Further, according to the eighth aspect of the present invention, the program causes the computer of the control device that controls the observed value for the controlled machine to match the command value, and sets the deviation between the command value and the observed value. Generating a control signal according to the control signal, and converting the control signal into a non-linear compensation control signal for compensating a non-linear component of the control target machine and outputting the control signal to the control target machine. The step of converting to the non-linear compensation control signal and outputting it further, continuously changing the quantization width when the control signal is quantized according to the control state quantity for the controlled machine, Conversion to the nonlinear compensation control signal.

上述の発明の各態様によれば、制御対象機械の非線形成分を適切に補償し、位置決め精度の高い制御装置、制御方法及びプログラムを提供することができる。 According to each aspect of the invention described above, it is possible to provide a control device, a control method, and a program with high positioning accuracy by appropriately compensating for the nonlinear component of the machine to be controlled.

第１の実施形態に係る制御装置を具備する工作機械の１軸の駆動構成要素のを示す図である。It is a figure which shows the drive component of 1 axis | shaft of the machine tool which comprises the control apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る制御装置の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the control apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る制御対象機械を物理モデルとして表した図である。It is a figure showing the controlled machine concerning a 1st embodiment as a physical model. 第１の実施形態に係る非線形補償部の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the nonlinear compensation part which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態に係る量子化幅決定部の機能を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the function of the quantization width determination part which concerns on 1st Embodiment. 第１の実施形態の変形例に係る非線形補償部の機能を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the function of the nonlinear compensation part which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第１の実施形態の変形例に係る量子化幅決定部の機能を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the function of the quantization width determination part which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第１の実施形態の変形例に係る制御装置の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the control apparatus which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第１の実施形態の変形例に係る非線形補償部の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the nonlinear compensation part which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第２の実施形態に係る制御装置の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the control apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第２の実施形態に係る外乱オブザーバの機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the disturbance observer which concerns on 2nd Embodiment. 第３の実施形態に係る制御装置の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the control apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第３の実施形態に係る非線形補償部の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the nonlinear compensation part which concerns on 3rd Embodiment.

＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係る制御装置について、図１〜図５を参照しながら説明する。 <First Embodiment>
Hereinafter, the control apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

（工作機械の１軸の駆動構成要素）
図１は、第１の実施形態に係る制御装置を具備する工作機械の１軸の駆動構成要素を示す図である。
図１に示すように、工作機械１は、制御装置１０と制御対象機械１１とを有してなる。 (Single-axis drive component of machine tools)
FIG. 1 is a diagram illustrating a uniaxial drive component of a machine tool including a control device according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the machine tool 1 includes a control device 10 and a control target machine 11.

制御装置１０は、制御対象機械１１についての観測値が、上位装置（図示せず）から入力される指令値に一致するように、当該制御対象機械１１を制御する。具体的には、制御装置１０は、制御対象機械１１（モータ１１ａ）についての観測値であるモータ位置観測値θＭと、上位装置から入力されるモータ位置指令値θＭ＊との偏差に応じたトルクτを、制御対象機械１１に対して出力する。 The control device 10 controls the control target machine 11 so that the observed value for the control target machine 11 matches the command value input from the host device (not shown). Specifically, the control device 10 determines the torque corresponding to the deviation between the observed motor position value θM, which is an observed value for the controlled machine 11 (motor 11a), and the motor position command value θM * input from the host device. τ is output to the controlled machine 11.

制御対象機械１１は、工作機械１の機械的可動機構であり、例えば、モータ１１ａと、ギア１１ｂと、テーブル１１ｃとを有してなる。図１に示すように、モータ１１ａとギア１１ｂ、及び、ギア１１ｂとテーブル１１ｃは、それぞれ、ボールねじなどの連結部材で連結され、モータ１１ａが発生させたトルクが負荷であるテーブル１１ｃまで伝達する機構を構成する。モータ１１ａは、例えば、よく知られているサーボモータであって、内蔵するエンコーダを通じて、モータ１１ａの回転位置の観測値（モータ位置観測値θＭ）を出力する。 The control target machine 11 is a mechanical movable mechanism of the machine tool 1, and includes, for example, a motor 11a, a gear 11b, and a table 11c. As shown in FIG. 1, the motor 11a and the gear 11b, and the gear 11b and the table 11c are connected by a connecting member such as a ball screw, and the torque generated by the motor 11a is transmitted to the table 11c as a load. Configure the mechanism. The motor 11a is, for example, a well-known servo motor, and outputs an observation value (motor position observation value θM) of the rotational position of the motor 11a through a built-in encoder.

（制御装置の機能構成）
図２は、第１の実施形態に係る制御装置の機能構成を示す図である。
図２に示すように、制御装置１０は、位置比例制御部１００と、非線形補償部１０１と、速度比例積分制御部１０２と、電流制御部１０３と、擬似微分処理部１０４と、を備えている。 (Functional configuration of control device)
FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the control device according to the first embodiment.
As shown in FIG. 2, the control device 10 includes a position proportional control unit 100, a nonlinear compensation unit 101, a speed proportional integration control unit 102, a current control unit 103, and a pseudo-differential processing unit 104. .

位置比例制御部１００は、上位装置から入力されたモータ位置指令値θＭ＊と、モータ１１ａ（図１参照）から入力されたモータ位置観測値θＭとの偏差（θＭ＊−θＭ）に比例する大きさのモータ速度指令値ωＭ＊（制御信号）を生成して出力する。 The position proportional control unit 100 is proportional to the deviation (θM * −θM) between the motor position command value θM * input from the host device and the observed motor position value θM input from the motor 11a (see FIG. 1). The motor speed command value ωM * (control signal) is generated and output.

非線形補償部１０１は、位置比例制御部１００から入力されたモータ速度指令値ωＭ＊を、制御対象機械１１の非線形成分を補償するための非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊（非線形補償制御信号）に変換して出力する。非線形補償部１０１は、モータ速度指令値ωＭ＊とモータ速度観測値ωＭとの偏差であるモータ速度偏差ΔωＭ（速度偏差）を入力する。非線形補償部１０１の具体的な機能及び動作については後述する。 The non-linear compensation unit 101 converts the motor speed command value ωM * input from the position proportional control unit 100 into a non-linear compensation motor speed command value ωMq * (non-linear compensation control signal) for compensating for the non-linear component of the controlled machine 11. Convert and output. The non-linear compensation unit 101 inputs a motor speed deviation ΔωM (speed deviation) that is a deviation between the motor speed command value ωM * and the observed motor speed value ωM. Specific functions and operations of the nonlinear compensator 101 will be described later.

速度比例積分制御部１０２は、非線形補償部１０１から入力された非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊と、擬似微分処理部１０４（後述）を介して入力されたモータ速度観測値ωＭとの偏差（ωＭｑ＊−ωＭ）及びその時間積分に比例した大きさのトルク指令値τ＊（制御信号）を生成して出力する。 The speed proportional integration control unit 102 determines a deviation (ωMq) between a nonlinear compensation motor speed command value ωMq * input from the nonlinear compensation unit 101 and a motor speed observation value ωM input via a pseudo-differential processing unit 104 (described later). * -ΩM) and a torque command value τ * (control signal) having a magnitude proportional to the time integration is generated and output.

電流制御部１０３は、速度比例積分制御部１０２から入力されたトルク指令値τ＊に応じたモータ電流を出力する。制御対象機械１１のモータ１１ａ（図１参照）は、このモータ電流により、トルク指令値τ＊に一致するトルクτを出力する。 The current control unit 103 outputs a motor current corresponding to the torque command value τ * input from the speed proportional integration control unit 102. The motor 11a (see FIG. 1) of the machine 11 to be controlled outputs a torque τ that matches the torque command value τ * by this motor current.

擬似微分処理部１０４は、モータ１１ａから入力されるモータ位置観測値θＭを擬似微分処理して、モータ速度観測値ωＭを出力する。 The pseudo differential processing unit 104 performs pseudo differential processing on the motor position observation value θM input from the motor 11a, and outputs a motor speed observation value ωM.

（制御対象機械の物理モデル）
図３は、第１の実施形態に係る制御対象機械を物理モデルとして表した図である。
工作機械１の制御対象機械１１は、モータ１１ａについての伝達関数と、ギア１１ｂについての伝達関数と、テーブル１１ｃについての伝達関数との組み合わせにより、図３のようにモデル化される。 (Physical model of controlled machine)
FIG. 3 is a diagram illustrating the controlled machine according to the first embodiment as a physical model.
The controlled machine 11 of the machine tool 1 is modeled as shown in FIG. 3 by a combination of a transfer function for the motor 11a, a transfer function for the gear 11b, and a transfer function for the table 11c.

図３に示すように、モータ１１ａについての伝達関数は、モータ１１ａの慣性モーメントＪＭ、及び、モータ１１ａの粘性係数ＤＭによって規定される。また、ギア１１ｂについての伝達関数は、ギア１１ｂの慣性モーメントＪｄ、及び、ギア１１ｂの粘性係数Ｄｄによって規定される。また、テーブル１１ｃについての伝達関数は、テーブル１１ｃの慣性モーメントＪＬ、及び、テーブル１１ｃの粘性係数ＤＬによって規定される。
また、伝達関数Ｔ１は、モータ１１ａとギア１１ｂとを連結する連結部材の剛性係数Ｋｇによって規定される。また、伝達関数Ｔ２は、ギア１１ｂとテーブル１１ｃとを連結する連結部材の剛性係数ＫＲによって規定される。 As shown in FIG. 3, the transfer function for the motor 11a is defined by the moment of inertia JM of the motor 11a and the viscosity coefficient DM of the motor 11a. The transfer function for the gear 11b is defined by the moment of inertia Jd of the gear 11b and the viscosity coefficient Dd of the gear 11b. The transfer function for the table 11c is defined by the moment of inertia JL of the table 11c and the viscosity coefficient DL of the table 11c.
The transfer function T1 is defined by the stiffness coefficient Kg of the connecting member that connects the motor 11a and the gear 11b. The transfer function T2 is defined by the rigidity coefficient KR of the connecting member that connects the gear 11b and the table 11c.

さらに、図３に示すように、テーブル１１ｃについての伝達関数には、制御対象機械１１が有する非線形成分の一つである摩擦特性１１ｆが含まれる。摩擦特性１１ｆは、テーブル１１ｃの速度（テーブル速度観測値ωＬ）に応じて当該テーブル１１ｃが発生させる摩擦抵抗ＴｆＬの特性を示している。摩擦特性１１ｆは、テーブル１１ｃの静止時に発生する静摩擦と、テーブル１１ｃの動作時に発生する動摩擦とを有してなる（動摩擦は静摩擦よりも摩擦抵抗が小さい）。図３に示す摩擦特性１１ｆによれば、静止しているテーブル１１ｃが動き出すとき（静止時から動作時に移行するとき）には静摩擦による高い摩擦抵抗が発生する。また、テーブル１１ｃが一旦動作し始めた後は、動摩擦による低い摩擦抵抗に推移する。
なお、図３には図示を省略しているが、同様の摩擦特性は、テーブル１１ｃのみならず、モータ１１ａ及びギア１１ｂにも存在する。
なお、図３に示した制御対象機械１１の物理モデルは、あくまで、各駆動機構（モータ１１ａ、ギア１１ｂ及びテーブル１１ｃ等）に、摩擦特性を主とする非線形要素が含まれていることを説明するために例示したものであり、制御対象機械１１の実際の物理モデルは、これとは異なるものであってよい。 Further, as shown in FIG. 3, the transfer function for the table 11 c includes a friction characteristic 11 f that is one of nonlinear components of the controlled machine 11. The friction characteristic 11f indicates the characteristic of the frictional resistance TfL generated by the table 11c according to the speed of the table 11c (the table speed observation value ωL). The friction characteristic 11f includes static friction that occurs when the table 11c is stationary, and dynamic friction that occurs when the table 11c operates (dynamic friction has a smaller frictional resistance than static friction). According to the friction characteristic 11f shown in FIG. 3, when the stationary table 11c starts moving (when moving from stationary to operating), high frictional resistance due to static friction is generated. In addition, after the table 11c starts to operate once, it shifts to a low frictional resistance due to dynamic friction.
Although not shown in FIG. 3, similar friction characteristics exist not only in the table 11c but also in the motor 11a and the gear 11b.
Note that the physical model of the controlled machine 11 shown in FIG. 3 only includes that each drive mechanism (the motor 11a, the gear 11b, the table 11c, and the like) includes a nonlinear element mainly having a friction characteristic. The actual physical model of the control target machine 11 may be different from this.

（非線形補償部の機能構成）
図４は、第１の実施形態に係る非線形補償部の機能構成を示す図である。
図４に示すように、非線形補償部１０１は、サンプルホールド部１０１０と、量子化処理部１０１１と、量子化幅決定部１０１２とを有してなる。 (Functional configuration of nonlinear compensation unit)
FIG. 4 is a diagram illustrating a functional configuration of the nonlinear compensator according to the first embodiment.
As shown in FIG. 4, the nonlinear compensation unit 101 includes a sample hold unit 1010, a quantization processing unit 1011, and a quantization width determination unit 1012.

サンプルホールド部１０１０は、連続時間信号である入力信号（後述する誤差積算モータ速度指令値ωＭＣ＊）を離散時間信号に変換して出力する。
量子化処理部１０１１は、サンプルホールド部１０１０の出力信号（離散時間信号）の振幅値（本実施形態においては、誤差積算モータ速度指令値ωＭＣ＊）を量子化幅ξで離散化（量子化）する。
また、後述するように、サンプルホールド部１０１０及び量子化処理部１０１１を通じて時間領域、空間領域で離散化（量子化）されてなる非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊は、制御対象機械１１の非線形成分（特に、図３に示した摩擦特性１１ｆ等）を補償可能な制御信号となる。 The sample hold unit 1010 converts an input signal (an error integration motor speed command value ωMC * described later), which is a continuous time signal, into a discrete time signal and outputs it.
The quantization processing unit 1011 discretizes (quantizes) the amplitude value (in this embodiment, the error integrated motor speed command value ωMC *) of the output signal (discrete time signal) of the sample hold unit 1010 with the quantization width ξ. To do.
Further, as will be described later, the nonlinear compensation motor speed command value ωMq * discretized (quantized) in the time domain and the spatial domain through the sample hold unit 1010 and the quantization processing unit 1011 is a nonlinear component of the controlled machine 11. This is a control signal that can compensate (in particular, the friction characteristic 11f shown in FIG. 3).

量子化幅決定部１０１２は、量子化処理部１０１１において適用される量子化幅ξをモータ速度偏差ΔωＭに応じた値に決定する。ここで、モータ速度偏差ΔωＭは、モータ速度指令値ωＭ＊とモータ速度観測値ωＭとの偏差（ωＭ＊−ωＭ）である。 The quantization width determination unit 1012 determines the quantization width ξ applied in the quantization processing unit 1011 to a value corresponding to the motor speed deviation ΔωM. Here, the motor speed deviation ΔωM is a deviation (ωM * −ωM) between the motor speed command value ωM * and the observed motor speed value ωM.

伝達関数Ｑは、設計パラメータＱ（ｓ）によって規定される伝達関数である。以下、簡単のため、“Ｑ（ｓ）＝１”であるものとして説明するが、実際には、設計パラメータＱ（ｓ）は、制御対象機械１１の観測手段が有する時間分解能及び空間分解能の量子化誤差がより低減可能なように、適切に設定される。
伝達関数Ｑには、誤差積算モータ速度指令値ωＭＣ＊と非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊との偏差である量子化誤差Δｑ（＝ωＭＣ＊−ωＭｑ＊）が入力される。 The transfer function Q is a transfer function defined by the design parameter Q (s). Hereinafter, for the sake of simplicity, the description will be made assuming that “Q (s) = 1”, but actually, the design parameter Q (s) is a quantum of time resolution and spatial resolution possessed by the observation means of the control target machine 11. It is set appropriately so that the conversion error can be further reduced.
A quantization error Δq (= ωMC * −ωMq *), which is a deviation between the error integrated motor speed command value ωMC * and the nonlinear compensation motor speed command value ωMq *, is input to the transfer function Q.

以下、非線形補償部１０１の動作例について説明する。 Hereinafter, an operation example of the nonlinear compensator 101 will be described.

例えば、量子化処理部１０１１の量子化幅ξが“０．２”であったとする。そして、あるタイミングで、非線形補償部１０１に“０．１５”なるモータ速度指令値ωＭ＊が入力されたとする。そうすると、まず、誤差積算モータ速度指令値ωＭＣ＊は“０．１５”となって、（サンプルホールド部１０１０を介して）量子化処理部１０１１に入力される。“０．１５”なる誤差積算モータ速度指令値ωＭＣ＊が量子化幅ξ“０．２”で量子化された結果、量子化処理部１０１１から“０”なる非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊が出力される。
この場合、非線形補償部１０１に対する入力値（モータ速度指令値ωＭ＊）が“０．１５”であったにもかかわらず、その出力値（非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊）が“０”であったため、量子化誤差Δｑ（ωＭＣ＊−ωＭｑ＊）は、“＋０．１５”となる。量子化誤差Δｑは、非線形補償部１０１に入力されるモータ速度指令値ωＭ＊に加算される。この段階でモータ速度指令値ωＭ＊が“０．１５”のままであったとすると、当該モータ速度指令値ωＭ＊（＝０．１５）に、“＋０．１５”なる量子化誤差Δｑが加算される。その結果、誤差積算モータ速度指令値ωＭＣ＊は“０．３”となって量子化処理部１０１１に入力される。“０．３”なる誤差積算モータ速度指令値ωＭＣ＊が量子化幅ξ“０．２”で量子化された結果、量子化処理部１０１１から“０．２”なる非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊が出力される。
このように、量子化処理部１０１１による量子化に伴い、入力されたモータ速度指令値ωＭ＊よりも低い非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊が出力される状態になると、当該モータ速度指令値ωＭ＊に対し正の量子化誤差Δｑが徐々に積算され、増加していく。そして、ある時点で、非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊が、（例えば、“０”から“０．２”へと）ステップ状に上昇する。 For example, it is assumed that the quantization width ξ of the quantization processing unit 1011 is “0.2”. Then, it is assumed that a motor speed command value ωM * of “0.15” is input to the nonlinear compensator 101 at a certain timing. Then, first, the error integration motor speed command value ωMC * becomes “0.15” and is input to the quantization processing unit 1011 (via the sample hold unit 1010). As a result of quantizing the error integrated motor speed command value ωMC * of “0.15” with the quantization width ξ “0.2”, the nonlinear compensation motor speed command value ωMq * of “0” is obtained from the quantization processing unit 1011. Is output.
In this case, although the input value (motor speed command value ωM *) to the nonlinear compensator 101 is “0.15”, the output value (nonlinear compensation motor speed command value ωMq *) is “0”. Therefore, the quantization error Δq (ωMC * −ωMq *) is “+0.15”. The quantization error Δq is added to the motor speed command value ωM * input to the nonlinear compensation unit 101. If the motor speed command value ωM * remains “0.15” at this stage, a quantization error Δq of “+0.15” is added to the motor speed command value ωM * (= 0.15). The As a result, the error integration motor speed command value ωMC * becomes “0.3” and is input to the quantization processing unit 1011. As a result of quantizing the error integrated motor speed command value ωMC * of “0.3” with the quantization width ξ “0.2”, the nonlinear compensation motor speed command value ωMq of “0.2” is obtained from the quantization processing unit 1011. * Is output.
As described above, when the non-linear compensation motor speed command value ωMq * lower than the input motor speed command value ωM * is output due to the quantization by the quantization processing unit 1011, the motor speed command value ωM * is output. In contrast, the positive quantization error Δq is gradually integrated and increased. Then, at a certain point, the nonlinear compensation motor speed command value ωMq * increases stepwise (for example, from “0” to “0.2”).

非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊が“０”から“０．２”へとステップ状に上昇した時点で、量子化誤差Δｑは“＋０．１”に減少する。この段階でモータ速度指令値ωＭ＊が“０．１５”のままであったとすると、当該モータ速度指令値ωＭ＊（＝０．１５）に“＋０．１”なる量子化誤差Δｑが加算され、誤差積算モータ速度指令値ωＭＣ＊は“０．２５”となって量子化処理部１０１１に入力される。“０．２５”なる誤差積算モータ速度指令値ωＭＣ＊が量子化幅ξ“０．２”で量子化された結果、量子化処理部１０１１から“０．２”なる非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊が出力される。これにより、量子化誤差Δｑは“＋０．０５”に減少する。続いて、モータ速度指令値ωＭ＊（＝０．１５）に“＋０．０５”なる量子化誤差Δｑが加算されると、誤差積算モータ速度指令値ωＭＣ＊は“０．２”となって量子化処理部１０１１に入力される。“０．２”なる誤差積算モータ速度指令値ωＭＣ＊が量子化幅ξ“０．２”で量子化された結果、量子化処理部１０１１から“０．２”なる非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊が出力される。これにより、量子化誤差Δｑは“±０”に減少する。量子化誤差Δｑが“±０”まで減少すると、誤差積算モータ速度指令値ωＭＣ＊は、再び、モータ速度指令値ωＭ＊（＝０．１５）そのものとなって量子化処理部１０１１に入力される。この場合、“０．１５”なる誤差積算モータ速度指令値ωＭＣ＊が量子化幅ξ“０．２”で量子化された結果、量子化処理部１０１１から“０”なる非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊が出力される。
このように、量子化処理部１０１１による量子化に伴い、モータ速度指令値ωＭ＊よりも高い非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊が出力される状態になると、積算されていた量子化誤差Δｑは徐々に減少する。そして、ある時点で、非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊が、（例えば、“０．２”から“０”へと）ステップ状に下降する。 When the nonlinear compensation motor speed command value ωMq * increases stepwise from “0” to “0.2”, the quantization error Δq decreases to “+0.1”. If the motor speed command value ωM * remains “0.15” at this stage, a quantization error Δq of “+0.1” is added to the motor speed command value ωM * (= 0.15). The error integration motor speed command value ωMC * is “0.25” and is input to the quantization processing unit 1011. As a result of quantizing the error integrated motor speed command value ωMC * of “0.25” with the quantization width ξ “0.2”, the nonlinear compensation motor speed command value ωMq of “0.2” is obtained from the quantization processing unit 1011. * Is output. As a result, the quantization error Δq is reduced to “+0.05”. Subsequently, when the quantization error Δq of “+0.05” is added to the motor speed command value ωM * (= 0.15), the error integrated motor speed command value ωMC * becomes “0.2” and the quantum error Is input to the processing unit 1011. As a result of quantizing the error integrated motor speed command value ωMC * of “0.2” with the quantization width ξ “0.2”, the nonlinear compensation motor speed command value ωMq of “0.2” is obtained from the quantization processing unit 1011. * Is output. As a result, the quantization error Δq is reduced to “± 0”. When the quantization error Δq decreases to “± 0”, the error integrated motor speed command value ωMC * is again input to the quantization processing unit 1011 as the motor speed command value ωM * (= 0.15) itself. . In this case, as a result of quantizing the error integrated motor speed command value ωMC * “0.15” with the quantization width ξ “0.2”, the nonlinear compensation motor speed command value “0” is obtained from the quantization processing unit 1011. ωMq * is output.
In this way, when the nonlinear processing motor speed command value ωMq * higher than the motor speed command value ωM * is output along with the quantization by the quantization processing unit 1011, the accumulated quantization error Δq gradually increases. To decrease. Then, at a certain point in time, the non-linear compensation motor speed command value ωMq * decreases stepwise (for example, from “0.2” to “0”).

以上のように、非線形補償部１０１の量子化処理部１０１１によって、時間領域及び空間領域において連続信号であったモータ速度指令値ωＭ＊が、時間領域及び空間領域において離散信号である非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊に変換される。これにより、制御装置１０は、静止状態にあって大きな摩擦抵抗が働いている制御対象機械１１（モータ１１ａ）に対し、インパルス状の非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊を与えることができる。このことは、大きな摩擦力が働いている物体の位置を微調整するのに対し、ハンマーなどでインパルス状の力を与えると容易になることと同様の効果を発揮する。すなわち、制御装置１０は、非線形補償部１０１の量子化処理により、摩擦特性に起因する制御対象機械１１の非線形成分を補償可能な制御信号を出力することができる。 As described above, the quantization processing unit 1011 of the nonlinear compensation unit 101 causes the motor speed command value ωM *, which is a continuous signal in the time domain and the spatial domain, to be a nonlinear compensation motor speed that is a discrete signal in the time domain and the spatial domain. It is converted into a command value ωMq *. As a result, the control device 10 can give an impulse-like non-linear compensation motor speed command value ωMq * to the controlled machine 11 (motor 11a) that is stationary and has a large frictional resistance. While this finely adjusts the position of an object on which a large frictional force is working, it exhibits the same effect as being easily achieved by applying an impulse-like force with a hammer or the like. That is, the control device 10 can output a control signal capable of compensating for the nonlinear component of the controlled machine 11 caused by the friction characteristics by the quantization processing of the nonlinear compensation unit 101.

なお、上述した非線形補償部１０１の動作例は、あくまで非線形補償部１０１の基本的な動作についての説明であり、上述の動作例においては、量子化幅決定部１０１２の動作は考慮されていない。
第１の実施形態に係る非線形補償部１０１は、さらに、量子化幅決定部１０１２の機能により、量子化処理部１０１１で適用される量子化幅ξが動的に変化することを特徴としている。以下、図５を参照しながら、量子化幅決定部１０１２の機能について説明する。 Note that the operation example of the nonlinear compensation unit 101 described above is merely an explanation of the basic operation of the nonlinear compensation unit 101, and the operation of the quantization width determination unit 1012 is not considered in the above operation example.
The nonlinear compensation unit 101 according to the first embodiment is further characterized in that the quantization width ξ applied by the quantization processing unit 1011 is dynamically changed by the function of the quantization width determination unit 1012. Hereinafter, the function of the quantization width determination unit 1012 will be described with reference to FIG.

（量子化幅決定部の機能）
図５は、第１の実施形態に係る量子化幅決定部の機能を説明するための図である。
図５に示すように、第１の実施形態に係る量子化幅決定部１０１２は、量子化処理部１０１１に適用する量子化幅ξを、モータ速度偏差ΔωＭ（＝ωＭ＊−ωＭ）に比例するように連続的に増減させる。このような量子化幅決定部１０１２によれば、量子化幅ξは、モータ速度偏差ΔωＭが大きいほど大きくなり、モータ速度偏差ΔωＭが小さいほど小さくなるように、動的に決定される。そうすると、モータ速度偏差ΔωＭが大きい状態では、非線形補償部１０１（図２）の量子化処理が有効となるが、モータ速度偏差ΔωＭが小さい状態においては、量子化幅ξが低減され、非線形補償部１０１の量子化処理が無効化される。 (Function of quantization width determination unit)
FIG. 5 is a diagram for explaining the function of the quantization width determination unit according to the first embodiment.
As shown in FIG. 5, the quantization width determination unit 1012 according to the first embodiment is proportional to the quantization width ξ applied to the quantization processing unit 1011 to the motor speed deviation ΔωM (= ωM * −ωM). Increase or decrease continuously. According to such a quantization width determination unit 1012, the quantization width ξ is dynamically determined so as to increase as the motor speed deviation ΔωM increases and to decrease as the motor speed deviation ΔωM decreases. Then, when the motor speed deviation ΔωM is large, the quantization processing of the nonlinear compensation unit 101 (FIG. 2) is effective. However, when the motor speed deviation ΔωM is small, the quantization width ξ is reduced, and the nonlinear compensation unit The quantization process 101 is invalidated.

（作用、効果）
以上に説明したように、第１の実施形態に係る制御装置１０は、入力された制御信号（モータ速度指令値ωＭ＊）を、制御対象機械１１の非線形成分を補償するための非線形補償制御信号（非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊）に変換して出力する非線形補償部１０１を備える。そして、非線形補償部１０１は、入力された制御信号（モータ速度指令値ωＭ＊）を量子化幅ξで量子化することで非線形補償制御信号（非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊）に変換する。さらに、非線形補償部１０１は、量子化幅ξを、制御対象機械１１についてのモータ速度指令値ωＭ＊とモータ速度観測値ωＭとの偏差であるモータ速度偏差ΔωＭに応じて連続的に変化させる。 (Function, effect)
As described above, the control device 10 according to the first embodiment uses the input control signal (motor speed command value ωM *) to compensate for the nonlinear component of the control target machine 11. A non-linear compensator 101 that converts the output to (non-linear compensation motor speed command value ωMq *) and outputs the non-linear compensation motor speed command value ωMq * is provided. Then, the nonlinear compensation unit 101 converts the input control signal (motor speed command value ωM *) into a nonlinear compensation control signal (nonlinear compensation motor speed command value ωMq *) by quantizing with the quantization width ξ. Furthermore, the nonlinear compensation unit 101 continuously changes the quantization width ξ according to a motor speed deviation ΔωM that is a deviation between the motor speed command value ωM * and the motor speed observation value ωM for the controlled machine 11.

以下、このような非線形補償部１０１を有する制御装置１０の作用、効果について説明する。
静止状態にある制御対象機械１１（モータ１１ａ）を所望する位置に移動させようとする場合、当該制御対象機械１１に印加されるトルクτが静摩擦を上回るまでは、制御対象機械１１は静摩擦にトラップされ、入力されるモータ速度指令値ωＭ＊に追随して動くことができない。そのため、制御対象機械１１が静摩擦にトラップされている間は、モータ速度偏差ΔωＭが増加する。量子化幅決定部１０１２は、当該モータ速度偏差ΔωＭの増加に応じて、量子化幅ξを大きい値に決定する。これにより、特に、制御対象機械１１が動き出す前の段階（静摩擦にトラップ中の段階）において、非線形補償部１０１による量子化処理が有効化されることとなる。そうすると、制御装置１０は、動き出す前の段階にある制御対象機械１１に対し、適切に、インパルス状のトルク指令値τ＊を出力することができる。 Hereinafter, the operation and effect of the control device 10 having such a nonlinear compensation unit 101 will be described.
When the control target machine 11 (motor 11a) in a stationary state is to be moved to a desired position, the control target machine 11 is trapped in static friction until the torque τ applied to the control target machine 11 exceeds the static friction. Thus, the motor cannot move following the input motor speed command value ωM *. Therefore, the motor speed deviation ΔωM increases while the controlled machine 11 is trapped by static friction. The quantization width determination unit 1012 determines the quantization width ξ to a large value according to the increase in the motor speed deviation ΔωM. Thereby, in particular, the quantization processing by the nonlinear compensator 101 is validated at a stage before the controlled machine 11 starts moving (stage where trapping is performed in static friction). Then, the control device 10 can appropriately output an impulse-like torque command value τ * to the controlled machine 11 in a stage before starting to move.

他方、インパルス状のトルクτが静摩擦に打ち勝って制御対象機械１１が動き始めると、静摩擦に起因する制御対象機械１１の非線形成分の影響は低減される。つまり、制御対象機械１１が一旦動き始めた後は、速度比例積分制御部１０２によるフィードバック制御（速度比例積分制御）だけで、モータ速度指令値ωＭ＊に追随して動くことができるようになる。そのため、制御対象機械１１が一旦動き始めた後は、速度偏差ΔωＭが小さくなる。この段階において、非線形補償部１０１による量子化処理を有効化させたままでいると、むしろ、当該非線形補償部１０１が発生させる量子化された指令に起因して、速度比例積分制御部１０２によるきめ細やかな位置決め処理を阻害してしまう。そこで、制御対象機械１１が一旦動き始めた後（速度偏差ΔωＭが小さい状態に遷移した後）は、速度偏差ωＭに応じて、量子化幅ξを小さい値に決定する。これにより、特に、制御対象機械１１が動き出した後の段階で非線形補償部１０１による量子化処理が無効化されるので、制御装置１０は、動き出した制御対象機械１１に対し、適切に、連続的に変化するトルク指令値τ＊を出力することができる。 On the other hand, when the impulse-like torque τ overcomes the static friction and the controlled machine 11 starts to move, the influence of the nonlinear component of the controlled machine 11 caused by the static friction is reduced. That is, once the controlled machine 11 starts to move, it can move following the motor speed command value ωM * only by feedback control (speed proportional integral control) by the speed proportional integral control unit 102. Therefore, the speed deviation ΔωM becomes small after the controlled machine 11 starts to move once. At this stage, if the quantization processing by the nonlinear compensator 101 is kept valid, rather, the fineness by the speed proportional integral controller 102 is caused by the quantized command generated by the nonlinear compensator 101. This will hinder proper positioning processing. Therefore, after the controlled machine 11 starts to move once (after transitioning to a state where the speed deviation ΔωM is small), the quantization width ξ is determined to be a small value according to the speed deviation ωM. As a result, the quantization processing by the nonlinear compensator 101 is invalidated particularly at a stage after the controlled machine 11 starts to move, so that the control device 10 appropriately and continuously applies the controlled machine 11 that has started to move. The torque command value τ * that changes to can be output.

以上のように、第１の実施形態に係る制御装置１０は、制御対象機械１１が動き出す前の状態（速度偏差が大きい状態）から、動き出した後の状態（速度偏差が小さい状態）への連続的な遷移に伴って、非線形補償部１０１による量子化処理の“効き”の度合いをシームレスに低減させることができる。このような制御装置１０によれば、制御対象機械１１の、主に摩擦などの非線形成分を適切に補償し、位置決め精度を高めることができる。 As described above, the control device 10 according to the first embodiment continues from a state before the controlled machine 11 starts moving (a state where the speed deviation is large) to a state after starting the movement (a state where the speed deviation is small). With the transition, the degree of “effectiveness” of the quantization processing by the nonlinear compensation unit 101 can be seamlessly reduced. According to such a control device 10, it is possible to appropriately compensate for non-linear components such as mainly friction of the control target machine 11 and improve positioning accuracy.

＜第１の実施形態の変形例＞
以上、第１の実施形態に係る制御装置１０について詳細に説明したが、制御装置１０の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。
以下、図６〜図９を参照しながら、第１の実施形態の変形例について説明する。 <Modification of First Embodiment>
Although the control device 10 according to the first embodiment has been described in detail above, the specific mode of the control device 10 is not limited to the above-described one, and various designs can be made without departing from the scope of the invention. It is possible to make changes.
Hereinafter, a modification of the first embodiment will be described with reference to FIGS.

（非線形補償部の機能）
図６は、第１の実施形態の変形例に係る非線形補償部の機能を説明するための図である。
第１の実施形態の変形例に係る非線形補償部１０１は、モータ速度指令値ωＭ＊が予め規定された判定閾値ωＭ＊＿ｔｈ以下であった場合に、入力された制御信号（モータ速度指令値ωＭ＊）を量子化幅ξで量子化して、非線形補償制御信号（非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊）に変換してもよい。 (Function of nonlinear compensation unit)
FIG. 6 is a diagram for explaining the function of the nonlinear compensator according to the modification of the first embodiment.
When the motor speed command value ωM * is equal to or less than a predetermined determination threshold value ωM * _th, the nonlinear compensation unit 101 according to the modification of the first embodiment receives an input control signal (motor speed command value ωM *) May be quantized with a quantization width ξ and converted into a nonlinear compensation control signal (nonlinear compensation motor speed command value ωMq *).

具体的には、第１の実施形態の変形例に係る非線形補償部１０１は、図６に示す処理フローを実行する。
まず、非線形補償部１０１は、位置比例制御部１００（図２）から入力されるモータ速度指令値ωＭ＊が、所定の判定閾値ωＭ＊＿ｔｈよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ０１）。
位置比例制御部１００（図２）から入力されるモータ速度指令値ωＭ＊が所定の判定閾値ωＭ＊＿ｔｈ以下であった場合（ステップＳ０１：ＹＥＳ）、非線形補償部１０１は、量子化処理部１０１１（図４）による量子化処理を実行する（ステップＳ０２）。
他方、位置比例制御部１００から入力されるモータ速度指令値ωＭ＊が所定の判定閾値ωＭ＊＿ｔｈを上回っていた場合（ステップＳ０１：ＮＯ）、非線形補償部１０１は、量子化処理部１０１１（図４）による量子化処理を実行することなく処理を終了する。 Specifically, the nonlinear compensation unit 101 according to the modification of the first embodiment executes the processing flow shown in FIG.
First, the nonlinear compensation unit 101 determines whether or not the motor speed command value ωM * input from the position proportional control unit 100 (FIG. 2) is smaller than a predetermined determination threshold value ωM * _th (step S01).
When the motor speed command value ωM * input from the position proportional control unit 100 (FIG. 2) is equal to or less than a predetermined determination threshold value ωM * _th (step S01: YES), the nonlinear compensation unit 101 is a quantization processing unit 1011. The quantization process according to FIG. 4 is executed (step S02).
On the other hand, when the motor speed command value ωM * input from the position proportional control unit 100 exceeds a predetermined determination threshold value ωM * _th (step S01: NO), the nonlinear compensation unit 101 is a quantization processing unit 1011 (FIG. The processing ends without executing the quantization processing according to 4).

以上のような処理によれば、位置比例制御部１００から出力されるモータ速度指令値ωＭ＊が所定の判定閾値ωＭ＊＿ｔｈ以下となる条件を満たしている場合にのみ、非線形補償部１０１による量子化処理が有効となる。
ここで、制御対象機械１１（モータ１１ａ）が静止状態にあって、静摩擦による非線形成分の影響が大きい状態にある場合、モータ速度指令値ωＭ＊が所定の判定閾値ωＭ＊＿ｔｈ以下となる条件を満たしている蓋然性が高い。したがって、上述のような構成とすることで、非線形補償部１０１を、静摩擦に起因する非線形成分の補償に特化させることができる。 According to the above processing, only when the motor speed command value ωM * output from the position proportional control unit 100 satisfies a condition that is less than or equal to the predetermined determination threshold value ωM * _th, the quantum compensation by the nonlinear compensation unit 101 is performed. The processing is effective.
Here, when the controlled machine 11 (motor 11a) is in a static state and the influence of a nonlinear component due to static friction is large, the condition that the motor speed command value ωM * is equal to or less than a predetermined determination threshold value ωM * _th is set. The probability of meeting is high. Therefore, with the configuration as described above, the nonlinear compensator 101 can be specialized in compensating for a nonlinear component caused by static friction.

（量子化幅決定部の機能）
図７は、第１の実施形態の変形例に係る量子化幅決定部の機能を説明するための図である。
第１の実施形態においては、量子化幅決定部１０１２は、量子化幅ξを、モータ速度偏差ΔωＭに比例するように決定するものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。
例えば、量子化幅決定部１０１２に規定される量子化幅ξとモータ速度偏差ΔωＭとの関係は、図７に示すような関数Ｗ１、Ｗ２で規定されるものであってもよい。
関数Ｗ１の場合、モータ速度偏差ΔωＭがある程度まで低減された時点で量子化幅ξがほとんどゼロになるため、量子化処理を早めに無効化することができる。他方、関数Ｗ２の場合、モータ速度偏差ΔωＭがある程度低減するまでは、量子化幅ξを大きい値のままで維持して、量子化処理を有効化することができる。
関数Ｗ１は、例えば、偶数次数関数等で規定され、関数Ｗ２は、例えば、シグモイド曲線等で規定されるものであってよい。 (Function of quantization width determination unit)
FIG. 7 is a diagram for explaining the function of the quantization width determination unit according to the modification of the first embodiment.
In the first embodiment, the quantization width determination unit 1012 has been described as determining the quantization width ξ to be proportional to the motor speed deviation ΔωM. However, in other embodiments, the quantization width determination unit 1012 is not limited to this mode. .
For example, the relationship between the quantization width ξ and the motor speed deviation ΔωM defined by the quantization width determination unit 1012 may be defined by functions W1 and W2 as shown in FIG.
In the case of the function W1, since the quantization width ξ becomes almost zero when the motor speed deviation ΔωM is reduced to some extent, the quantization process can be invalidated early. On the other hand, in the case of the function W2, the quantization processing can be validated by maintaining the quantization width ξ as a large value until the motor speed deviation ΔωM is reduced to some extent.
The function W1 may be defined by, for example, an even order function, and the function W2 may be defined by, for example, a sigmoid curve.

（制御装置の機能構成）
図８は、第１の実施形態の変形例に係る制御装置の機能構成を示す図である。
第１の実施形態に係る制御装置１０では、非線形補償部１０１は、位置比例制御部１００の後段に配置されるものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。
例えば、図８に示すように、非線形補償部１０１は、速度比例積分制御部１０２の後段に配置される態様とされてもよい。この場合、非線形補償部１０１は、速度比例積分制御部１０２による制御信号であるトルク指令値τ＊を入力とし、当該トルク指令値τ＊が時間領域及び空間領域で離散化されてなる非線形補償トルク指令値τｑ＊（非線形補償制御信号）を出力するものとする。なお、この場合であっても、非線形補償部１０１の量子化幅決定部１０１２（図４）は、モータ速度偏差ΔωＭに応じて量子化幅ξを動的に決定するものとする。 (Functional configuration of control device)
FIG. 8 is a diagram illustrating a functional configuration of a control device according to a modification of the first embodiment.
In the control device 10 according to the first embodiment, the non-linear compensation unit 101 is described as being arranged at the subsequent stage of the position proportional control unit 100, but the present invention is not limited to this mode in other embodiments.
For example, as illustrated in FIG. 8, the non-linear compensation unit 101 may be arranged at the subsequent stage of the speed proportional integration control unit 102. In this case, the nonlinear compensation unit 101 receives the torque command value τ *, which is a control signal from the speed proportional integration control unit 102, and the nonlinear compensation torque obtained by discretizing the torque command value τ * in the time domain and the spatial domain. The command value τq * (nonlinear compensation control signal) is output. Even in this case, it is assumed that the quantization width determination unit 1012 (FIG. 4) of the nonlinear compensation unit 101 dynamically determines the quantization width ξ according to the motor speed deviation ΔωM.

（非線形補償部の機能構成）
図９は、第１の実施形態の変形例に係る非線形補償部の機能構成を示す図である。
第１の実施形態の変形例に係る非線形補償部１０１は、第１の実施形態（図４）と比して、フィルタ部１０１３を備えている点で相違する。 (Functional configuration of nonlinear compensation unit)
FIG. 9 is a diagram illustrating a functional configuration of a nonlinear compensator according to a modification of the first embodiment.
The non-linear compensation unit 101 according to the modification of the first embodiment is different from the first embodiment (FIG. 4) in that a filter unit 1013 is provided.

フィルタ部１０１３は、量子化処理部１０１１による量子化処理がなされた非線形補償制御信号（非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊）を入力する。フィルタ部１０１３は、入力された非線形補償制御信号のうち特定の周波数帯に属する成分を除去可能なフィルタであって、例えば、ノッチフィルタである。 The filter unit 1013 receives the nonlinear compensation control signal (nonlinear compensation motor speed command value ωMq *) that has been quantized by the quantization processing unit 1011. The filter unit 1013 is a filter that can remove components belonging to a specific frequency band from the input nonlinear compensation control signal, and is, for example, a notch filter.

ここで、量子化処理部１０１１によって量子化処理が施された非線形補償制御信号（非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊）は、インパルス状の信号波形となるため、多数の周波数成分を含んでいる。そうすると、例えば、制御対象機械１１に、特定の周波数で共振振動を起こす共振特性が存在した場合に、多数の周波数成分を含むインパルス状の非線形補償制御信号を入力させると、制御対象機械１１に対して意図しない共振振動を励起させてしまい、結果的に位置決め精度を悪化させることが想定される。そこで、制御対象機械１１について共振振動が生じ得る周波数帯を予め把握するとともに、非線形補償制御信号から、当該周波数帯に属する成分のみを除去することによって、制御対象機械１１に対し、共振振動を励起させないようにすることができる。 Here, since the nonlinear compensation control signal (nonlinear compensation motor speed command value ωMq *) subjected to the quantization processing by the quantization processing unit 1011 has an impulse-like signal waveform, it includes a large number of frequency components. Then, for example, when the control target machine 11 has a resonance characteristic that causes resonance vibration at a specific frequency, if an impulse-like nonlinear compensation control signal including a large number of frequency components is input, the control target machine 11 is input. It is assumed that unintended resonance vibration is excited and positioning accuracy is deteriorated as a result. Accordingly, the frequency band in which the resonance vibration can occur in the controlled machine 11 is grasped in advance, and only the components belonging to the frequency band are removed from the nonlinear compensation control signal to excite the resonance vibration in the controlled machine 11. You can avoid it.

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態に係る制御装置について、図１０〜図１１を参照しながら説明する。 <Second Embodiment>
Next, a control device according to a second embodiment will be described with reference to FIGS.

（制御装置の機能構成）
図１０は、第２の実施形態に係る制御装置の機能構成を示す図である。
第２の実施形態に係る制御装置１０は、第１の実施形態（図２）と比して、外乱オブザーバ１０５を備えている点で相違する。 (Functional configuration of control device)
FIG. 10 is a diagram illustrating a functional configuration of a control device according to the second embodiment.
The control device 10 according to the second embodiment is different from the first embodiment (FIG. 2) in that a disturbance observer 105 is provided.

外乱オブザーバ１０５は、一般に良く知られている外乱オブザーバであって、制御対象機械１１の外乱（非線形成分）を補償する。第２の実施形態に係る外乱オブザーバ１０５は、速度比例積分制御部１０２からのトルク指令値τ＊を入力し、当該トルク指令値τ＊を、外乱を補償可能な外乱補償トルク指令値τ’＊（外乱補償制御信号）に変換して出力する。外乱オブザーバ１０５は、制御対象機械１１（擬似微分処理部１０４）から入力されるモータ速度観測値ωＭに基づいて、外乱補償トルク指令値τ’＊を決定する。 The disturbance observer 105 is a generally well-known disturbance observer and compensates for disturbance (nonlinear component) of the controlled machine 11. The disturbance observer 105 according to the second embodiment receives the torque command value τ * from the speed proportional integration control unit 102, and uses the torque command value τ * as a disturbance compensation torque command value τ ′ * that can compensate for the disturbance. Convert to (disturbance compensation control signal) and output. The disturbance observer 105 determines a disturbance compensation torque command value τ ′ * based on the observed motor speed value ωM input from the controlled machine 11 (pseudo-differential processing unit 104).

（外乱オブザーバの機能構成）
図１１は、第２の実施形態に係る外乱オブザーバの機能構成を示す図である。
図１１に示すように、外乱オブザーバ１０５は、ハイパスフィルタ１０５０と、逆モデル１０５１とを有してなる。 (Functional configuration of disturbance observer)
FIG. 11 is a diagram illustrating a functional configuration of a disturbance observer according to the second embodiment.
As shown in FIG. 11, the disturbance observer 105 includes a high-pass filter 1050 and an inverse model 1051.

ハイパスフィルタ１０５０は、トルク指令値τ＊のうち所定の周波数以上の成分のみを通過させる。 The high-pass filter 1050 passes only a component having a predetermined frequency or higher in the torque command value τ *.

逆モデル１０５１は、制御対象機械１１の逆モデルであって、例えば、図３に示す制御対象機械１１のモデルの逆モデルとして規定される。逆モデル１０５１には、制御対象機械１１についての観測値であるモータ速度観測値ωＭが入力される。逆モデル１０５１は、入力されたモータ速度観測値ωＭに基づいて、擬似トルク指令値τ＊＿ｒを出力する。ここで、実際の制御対象機械１１が、逆モデル１０５１に規定されるモデル通りに振る舞うと仮定した場合、制御対象機械１１に入力されたトルク指令値τ＊と、逆モデル１０５１から出力される擬似トルク指令値τ＊＿ｒとは完全に一致するはずである。しかし、実際には、擬似トルク指令値τ＊＿ｒは、制御対象機械１１に入力されたトルク指令値τ＊に対して誤差を有している。この誤差（補償信号ε）は、実際の制御対象機械１１の伝達特性のうち逆モデル１０５１に考慮されていない成分であって、実際の制御対象機械１１が有する未知の外乱（非線形成分）に起因して生じたものである。
そこで、外乱オブザーバ１０５は、トルク指令値τ＊と、モータ速度観測値ωＭを逆モデル１０５１に入力して得られた結果（擬似トルク指令値τ＊＿ｒ）との偏差を示す補償信号εを取得するとともに、当該補償信号εをトルク指令値τ＊に重畳して、外乱補償トルク指令値τ’＊（外乱補償制御信号）を出力する。
このようにして得られた外乱補償トルク指令値τ’＊（＝τ＊＋ε）を、未知の外乱を含む制御対象機械１１に入力することで、制御対象機械１１のモータ速度観測値ωＭをより精度良くモータ速度観測値ωＭに近づけることができる。 The inverse model 1051 is an inverse model of the controlled machine 11 and is defined as an inverted model of the model of the controlled machine 11 illustrated in FIG. 3, for example. The inverse model 1051 receives a motor speed observation value ωM that is an observation value for the controlled machine 11. The inverse model 1051 outputs a pseudo torque command value τ * _r based on the input motor speed observation value ωM. Here, when it is assumed that the actual controlled machine 11 behaves in accordance with the model specified in the inverse model 1051, the torque command value τ * input to the controlled machine 11 and the pseudo output output from the inverse model 1051. The torque command value τ * _r should completely match. However, actually, the pseudo torque command value τ * _r has an error with respect to the torque command value τ * input to the controlled machine 11. This error (compensation signal ε) is a component that is not considered in the inverse model 1051 in the transfer characteristics of the actual controlled machine 11 and is caused by an unknown disturbance (nonlinear component) that the actual controlled machine 11 has. This is what happened.
Therefore, the disturbance observer 105 acquires a compensation signal ε indicating a deviation between the torque command value τ * and the result (pseudo torque command value τ * _r) obtained by inputting the observed motor speed value ωM to the inverse model 1051. At the same time, the compensation signal ε is superimposed on the torque command value τ * to output a disturbance compensation torque command value τ ′ * (disturbance compensation control signal).
The disturbance compensation torque command value τ ′ * (= τ * + ε) obtained in this way is input to the controlled machine 11 including an unknown disturbance, so that the observed motor speed value ωM of the controlled machine 11 can be further increased. The motor speed observation value ωM can be approached with high accuracy.

また、一般に、外乱オブザーバは、外乱補償に遅れ（モータ速度観測値ωＭを受け付けてから補償することによる無駄時間）が生じることが知られている。このような外乱オブザーバ１０５の遅れに対しては、先行して、非線形補償部１０１が非線形補償制御信号（非線形補償モータ速度指令値ωＭｑ＊）を出力することで、摩擦特性に基づく非線形成分を補償することができる。このように、非線形補償部１０１と外乱オブザーバ１０５とを組み合わせた相乗効果によって、摩擦特性に基づく制御対象機械１１の非線形特性を一層精度よく補償することができる。 In general, it is known that a disturbance observer is delayed in disturbance compensation (dead time due to compensation after receiving the motor speed observation value ωM). For such a delay of the disturbance observer 105, the nonlinear compensator 101 outputs a nonlinear compensation control signal (nonlinear compensation motor speed command value ωMq *) in advance to compensate for the nonlinear component based on the friction characteristics. can do. As described above, the non-linear characteristic of the controlled machine 11 based on the friction characteristic can be compensated more accurately by the synergistic effect obtained by combining the non-linear compensator 101 and the disturbance observer 105.

＜第２の実施形態の変形例＞
以上、第２の実施形態に係る制御装置１０について詳細に説明したが、制御装置１０の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。
例えば、第２の実施形態に係る外乱オブザーバ１０５は、速度比例積分制御部１０２の後段に配置されるものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。すなわち、他の実施形態に係る外乱オブザーバ１０５は、例えば、位置比例制御部１００の後段に配置されてもよいし、非線形補償部１０１の後段に配置される態様であってもよい。
また、第２の実施形態に係る非線形補償部１０１は、図８を参照して説明した第１の実施形態の変形例と同様に、速度比例積分制御部１０２の後段に配置される態様であってもよい。 <Modification of Second Embodiment>
Although the control device 10 according to the second embodiment has been described in detail above, the specific mode of the control device 10 is not limited to the above-described one, and various designs can be made without departing from the scope of the invention. It is possible to make changes.
For example, although the disturbance observer 105 according to the second embodiment has been described as being disposed at the subsequent stage of the velocity proportional integration control unit 102, the other embodiments are not limited to this mode. That is, the disturbance observer 105 according to another embodiment may be arranged, for example, in the subsequent stage of the position proportional control unit 100 or may be arranged in the subsequent stage of the nonlinear compensation unit 101.
Further, the nonlinear compensation unit 101 according to the second embodiment has a mode of being arranged at the subsequent stage of the speed proportional integration control unit 102, similarly to the modification of the first embodiment described with reference to FIG. May be.

＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態に係る制御装置について、図１２〜図１３を参照しながら説明する。 <Third Embodiment>
Next, a control device according to a third embodiment will be described with reference to FIGS.

（制御装置の機能構成）
図１２は、第３の実施形態に係る制御装置の機能構成を示す図である。
第３の実施形態に係る制御装置１０は、第２の実施形態（図１０）と比して、非線形補償部１０１が、外乱オブザーバ１０５で生成される補償信号εを入力する点で相違する。
なお、第３の実施形態に係る外乱オブザーバ１０５は、第２の実施形態（図１１）と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。 (Functional configuration of control device)
FIG. 12 is a diagram illustrating a functional configuration of a control device according to the third embodiment.
The control device 10 according to the third embodiment is different from the second embodiment (FIG. 10) in that the nonlinear compensation unit 101 inputs a compensation signal ε generated by the disturbance observer 105.
Since the disturbance observer 105 according to the third embodiment has the same configuration as that of the second embodiment (FIG. 11), detailed description thereof is omitted.

（非線形補償部の機能構成）
図１３は、第３の実施形態に係る非線形補償部の機能構成を示す図である。
第３の実施形態に係る非線形補償部１０１は、外乱オブザーバ１０５で生成される補償信号εに応じて量子化幅ξを変化させる点で、第１、第２の実施形態と相違する。
より具体的には、図１３に示すように、非線形補償部１０１の量子化幅決定部１０１２は、外乱オブザーバ１０５（図１２）で生成される補償信号εを入力する。そして、量子化幅決定部１０１２は、入力した補償信号εに比例するように、量子化幅ξを決定する。 (Functional configuration of nonlinear compensation unit)
FIG. 13 is a diagram illustrating a functional configuration of the nonlinear compensator according to the third embodiment.
The nonlinear compensator 101 according to the third embodiment is different from the first and second embodiments in that the quantization width ξ is changed according to the compensation signal ε generated by the disturbance observer 105.
More specifically, as shown in FIG. 13, the quantization width determination unit 1012 of the nonlinear compensation unit 101 receives the compensation signal ε generated by the disturbance observer 105 (FIG. 12). Then, the quantization width determining unit 1012 determines the quantization width ξ so as to be proportional to the input compensation signal ε.

補償信号εが大きいほど外乱（摩擦特性に基づく非線形成分の影響）が大きい状態にあると考えられるので、量子化幅ξを大きくして、非線形補償部１０１による量子化処理を有効化する。一方、補償信号εが小さい場合は、外乱（摩擦特性に基づく非線形成分の影響）が小さい状態にあると考えられるので、量子化幅ξを小さくして、非線形補償部１０１による量子化処理を無効化する。 As the compensation signal ε increases, the disturbance (influence of nonlinear components based on friction characteristics) is considered to be in a larger state. Therefore, the quantization width ξ is increased to enable the quantization processing by the nonlinear compensator 101. On the other hand, when the compensation signal ε is small, it is considered that the disturbance (influence of the nonlinear component based on the friction characteristic) is small, so the quantization width by the nonlinear compensator 101 is invalidated by reducing the quantization width ξ. Turn into.

（その他の変形例）
第１の実施形態に係る制御装置１０は、制御対象機械１１についての「制御状態量」の一態様である「モータ速度偏差ΔωＭ」に応じて連続的に量子化幅ξを変化させるものとして説明した。また、第３の実施形態に係る制御装置１０は、「制御状態量」の一態様である「補償信号ε」に応じて連続的に量子化幅ξを変化させるものとして説明した。
しかし、他の実施形態において、「制御状態量」の態様はこれらに限定されない。例えば、「制御状態量」としては、ギア１１ｂについての速度偏差や、テーブル１１ｃ（負荷）についての速度偏差（負荷速度偏差ΔωＬ）に応じて連続的に量子化幅ξを変化させてもよい。また、例えば、モータ１１ａ、ギア１１ｂ、テーブル１１ｃについての位置指令値と位置観測値との偏差（位置偏差）に応じて連続的に量子化幅ξを変化させてもよい。 (Other variations)
The control device 10 according to the first embodiment will be described assuming that the quantization width ξ is continuously changed in accordance with “motor speed deviation ΔωM” which is an aspect of “control state quantity” of the controlled machine 11. did. Further, the control device 10 according to the third embodiment has been described as continuously changing the quantization width ξ according to the “compensation signal ε” which is an aspect of the “control state quantity”.
However, in other embodiments, the aspect of the “control state quantity” is not limited to these. For example, as the “control state quantity”, the quantization width ξ may be continuously changed according to the speed deviation for the gear 11b or the speed deviation (load speed deviation ΔωL) for the table 11c (load). Further, for example, the quantization width ξ may be continuously changed according to a deviation (position deviation) between the position command value and the position observation value for the motor 11a, the gear 11b, and the table 11c.

第１〜第３の実施形態に係る制御対象機械１１は、上記構成であるものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。
例えば、第１〜第３の実施形態（及びその変形例）で説明した制御対象機械１１は、モータ１１ａに加え、ギア１１ｂ及びテーブル１１ｃを備えるものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。
また、制御装置１０の適用対象は、工作機械に限定されない。例えば、制御装置１０は、原子力発電所用バルブを制御対象としてもよい。 The controlled machine 11 according to the first to third embodiments has been described as having the above-described configuration, but is not limited to this aspect in other embodiments.
For example, the controlled machine 11 described in the first to third embodiments (and modifications thereof) has been described as including the gear 11b and the table 11c in addition to the motor 11a, but in other embodiments this It is not limited to an aspect.
Moreover, the application target of the control apparatus 10 is not limited to a machine tool. For example, the control device 10 may control a nuclear power plant valve as a control target.

なお、上述の各実施形態においては、上述した制御装置１０の各種処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記各種処理が行われる。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。 In each of the above-described embodiments, the various processes of the control device 10 described above are stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the computer reads and executes this program to execute the above-described process. Various processes are performed. The computer-readable recording medium is a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.

上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。更に、上述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。 The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

また、他の実施形態においては、第１〜第３の実施形態（及びその変形例）で説明した制御装置１０が有する各機能の一部を、ネットワークで接続された他のコンピュータが具備する態様であってもよい。 In another embodiment, another computer connected via a network includes a part of each function of the control device 10 described in the first to third embodiments (and modifications thereof). It may be.

以上のとおり、本発明に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As described above, several embodiments according to the present invention have been described. However, all these embodiments are presented as examples, and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof as well as included in the scope and gist of the invention.

１工作機械
１０制御装置
１００位置比例制御部（制御信号生成部）
１０１非線形補償部
１０１０サンプルホールド部
１０１１量子化処理部
１０１２量子化幅決定部
１０１３フィルタ部
１０２速度比例積分制御部（制御信号生成部）
１０３電流制御部
１０４擬似微分処理部
１０５外乱オブザーバ
１０５０ハイパスフィルタ
１０５１逆モデル
１１制御対象機械
１１ａモータ
１１ｂギア
１１ｃテーブル
θＭ＊モータ位置指令値
ωＭ＊モータ速度指令値（制御信号）
ωＭｑ＊非線形補償モータ速度指令値（非線形補償制御信号）
τ＊トルク指令値（制御信号）
τｑ＊非線形補償トルク指令値（非線形補償制御信号）
τ’＊外乱補償トルク指令値（外乱補償制御信号）
θＭモータ位置観測値
ωＭモータ速度観測値
τ トルク
ε 補償信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Machine tool 10 Control apparatus 100 Position proportional control part (control signal production | generation part)
101 Nonlinear Compensator 1010 Sample Hold Unit 1011 Quantization Processing Unit 1012 Quantization Width Determination Unit 1013 Filter Unit 102 Speed Proportional Integration Control Unit (Control Signal Generation Unit)
103 Current control unit 104 Pseudo-differential processing unit 105 Disturbance observer 1050 High-pass filter 1051 Inverse model 11 Control target machine 11a Motor 11b Gear 11c Table θM * Motor position command value ωM * Motor speed command value (control signal)
ωMq * Nonlinear compensation motor speed command value (nonlinear compensation control signal)
τ * Torque command value (control signal)
τq * Nonlinear compensation torque command value (nonlinear compensation control signal)
τ '* Disturbance compensation torque command value (disturbance compensation control signal)
θM Observed motor position ωM Observed motor speed τ Torque ε Compensation signal

Claims

制御対象機械についての観測値が指令値と一致するように制御する制御装置であって、
前記指令値と前記観測値との偏差に応じた制御信号を生成する制御信号生成部と、
前記制御信号を、前記制御対象機械の非線形成分を補償するための非線形補償制御信号に変換し、前記制御対象機械に向けて出力する非線形補償部と、
を備え、
前記非線形補償部は、
前記制御信号を量子化するときの量子化幅を、前記制御対象機械についての制御状態量に応じて連続的に変化させて、前記非線形補償制御信号に変換する
制御装置。 A control device that controls the observed value of the controlled machine so that it matches the command value,
A control signal generator that generates a control signal according to a deviation between the command value and the observed value;
Converting the control signal into a non-linear compensation control signal for compensating for a non-linear component of the machine to be controlled, and outputting the non-linear compensation unit to the machine to be controlled;
With
The nonlinear compensator is
A control device that continuously changes a quantization width when the control signal is quantized in accordance with a control state quantity of the controlled machine, and converts the quantized width into the nonlinear compensation control signal.

前記非線形補償部は、前記量子化幅を、前記制御対象機械についての速度指令値と速度観測値との偏差である速度偏差に応じて連続的に変化させる
請求項１に記載の制御装置。 The control device according to claim 1, wherein the nonlinear compensation unit continuously changes the quantization width according to a speed deviation that is a deviation between a speed command value and a speed observation value for the controlled machine.

前記制御信号と、前記観測値を当該制御対象機械の逆モデルに入力して得られた結果との偏差を示す補償信号を取得するとともに、当該補償信号を前記制御信号に重畳して外乱補償制御信号を出力する外乱オブザーバを更に備え、
前記非線形補償部は、前記量子化幅を、前記補償信号に応じて連続的に変化させる
請求項１に記載の制御装置。 A compensation signal indicating a deviation between the control signal and a result obtained by inputting the observed value to the inverse model of the control target machine is acquired, and disturbance compensation control is performed by superimposing the compensation signal on the control signal. A disturbance observer for outputting a signal;
The control device according to claim 1, wherein the nonlinear compensation unit continuously changes the quantization width in accordance with the compensation signal.

前記非線形補償部は、更に、
前記速度指令値が予め規定された判定閾値以下であった場合に、入力された前記制御信号を前記量子化幅で量子化することで前記非線形補償制御信号に変換する
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の制御装置。 The nonlinear compensator further includes:
4. When the speed command value is equal to or less than a predetermined determination threshold, the input control signal is converted into the nonlinear compensation control signal by quantizing with the quantization width. 5. The control device according to any one of the above.

前記非線形補償部は、
前記非線形補償制御信号のうち特定の周波数帯に属する成分を除去可能なフィルタ部を更に備える
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の制御装置。 The nonlinear compensator is
The control device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a filter unit capable of removing a component belonging to a specific frequency band from the nonlinear compensation control signal.

前記制御信号と、前記観測値を当該制御対象機械の逆モデルに入力して得られた結果との偏差を示す補償信号を取得するとともに、当該補償信号を前記制御信号に重畳して外乱補償制御信号を出力する外乱オブザーバを更に備える
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の制御装置。 A compensation signal indicating a deviation between the control signal and a result obtained by inputting the observed value to the inverse model of the control target machine is acquired, and disturbance compensation control is performed by superimposing the compensation signal on the control signal. The control device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a disturbance observer that outputs a signal.

制御対象機械についての観測値が指令値と一致するように制御する方法であって、
前記指令値と前記観測値との偏差に応じた制御信号を生成するステップと、
前記制御信号を、前記制御対象機械の非線形成分を補償するための非線形補償制御信号に変換し、前記制御対象機械に向けて出力するステップと、
を有し、
前記非線形補償制御信号に変換して出力するステップは、更に、
前記制御信号を量子化するときの量子化幅を、前記制御対象機械についての制御状態量に応じて連続的に変化させて、前記非線形補償制御信号に変換する
制御方法。 A method for controlling an observed value of a controlled machine so that it matches a command value,
Generating a control signal according to a deviation between the command value and the observed value;
Converting the control signal into a non-linear compensation control signal for compensating a non-linear component of the control target machine, and outputting the control signal to the control target machine;
Have
The step of converting into the non-linear compensation control signal and outputting it further includes:
A control method for converting the quantization width when quantizing the control signal into the nonlinear compensation control signal by continuously changing the quantization width according to a control state quantity for the controlled machine.

制御対象機械についての観測値が指令値と一致するように制御する制御装置のコンピュータに、
前記指令値と前記観測値との偏差に応じた制御信号を生成するステップと、
前記制御信号を、前記制御対象機械の非線形成分を補償するための非線形補償制御信号に変換し、前記制御対象機械に向けて出力するステップと、
を実行させ、
前記非線形補償制御信号に変換して出力するステップは、更に、
前記制御信号を量子化するときの量子化幅を、前記制御対象機械についての制御状態量に応じて連続的に変化させて、前記非線形補償制御信号に変換する
プログラム。 In the computer of the control device that controls so that the observed value for the controlled machine matches the command value,
Generating a control signal according to a deviation between the command value and the observed value;
Converting the control signal into a non-linear compensation control signal for compensating a non-linear component of the control target machine, and outputting the control signal to the control target machine;
And execute
The step of converting into the non-linear compensation control signal and outputting it further includes:
A program for continuously changing a quantization width when the control signal is quantized according to a control state quantity for the controlled machine and converting the quantization signal into the nonlinear compensation control signal.