JP3687958B2 - 位置制御装置および位置制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、ＮＣ工作機械等の制御対象の位置制御を行う位置制御装置および位置制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＮＣ工作機械におけるワークを固定するテーブルの位置やワークを切削する工具等の制御対象の位置制御は、たとえば、ラック及びピニオン、ボールねじ及びナットなどからなる伝達機構を介して制御対象に接続されたサーボモータの回転量を制御することによって行っている。
このような制御対象の位置制御方式としては、セミクローズドループ制御方式、フルクローズドループ制御方式、および、ハイブリッド制御方式が知られている。
【０００３】
セミクローズドループ制御方式では、たとえば、ロータリエンコーダ等の検出器でサーボモータの回転位置を検出し、検出したサーボモータの回転位置を制御対象の位置に変換し、この変換した回転位置を可変位置指令にフィードバックしてサーボモータの回転量を制御するサーボ制御系を構成する。
フルクローズドループ制御方式は、テーブル等の制御対象に対して、たとえば、リニアスケールを直接設け、このリニアスケールの検出した制御対象の位置を可変位置指令にフィードバックしてサーボモータの回転量を制御するサーボ制御系を構成する。
ハイブリッド制御方式は、サーボモータの回転位置および制御対象の位置の双方を検出し、可変位置指令に制御対象の位置に変換したサーボモータの回転位置をフィードバックするとともに、制御対象の位置と変換したサーボモータの回転位置との差を一次遅れフィルタでフィルタリングしてから可変位置指令にフィードバックすることによってサーボモータの回転量を制御するサーボ制御系を構成する。
【０００４】
サーボモータと制御対象との間に設けられる伝達機構に、たとえば、バックラッシや摩擦等の非線形な特性が存在すると、サーボモータの回転位置を正確に制御しても、制御対象の送り方向を反転した際にサーボモータは回転するが制御対象は停止したままとなる、いわゆるロストモーションが発生し、可変位置指令に対して制御対象が即座には追従しないことが知られている。
この追従誤差を補正する方法として、可変位置指令の送り方向の反転を検出したのちサーボモータに対する制御指令を補正して、速やかにロストモーションを除去して制御対象の可変位置指令からの追従誤差を抑制するいわゆるバックラッシ補正が知られている。
上記のセミクローズドループ制御方式では、制御対象の位置をサーボモータの回転位置から間接的に得ており、直接には管理していないため、バックラッシ補正を行っても、制御対象にオフセットが生じない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のフルクローズドループ制御方式では、制御対象が移動中に、すなわち、リニアスケールからのフィードバック値が変化している最中に上記のようなバックラッシ補正を行うと、制御対象の位置情報が補正されることになり、制御対象の位置にオフセットが生じる。
一方、ハイブリッド制御方式では、リニアスケールからのフィードバック値とともに、サーボモータのフィードバック値を用いているため、このサーボモータのフィードバック値を補正することで、制御対象の位置決め位置にオフセットが生じることは防げる。
しかしながら、ハイブリッド制御方式では、目標位置にリニアスケールの検出位置を一致するように制御するため、制御対象の移動方向が反転する直前にリニアスケールからの制御対象の位置のフィードバック値がロストモーションが発生する向きとは逆向きに少しでも変化すると、可変位置指令が変化しないにも関わらずサーボモータがロストモーション領域を通過して制御対象を動かし、制御対象の位置のフィードバック値と可変位置指令とが一致すると停止し、ロストモーションが除去された状態となる。
この状態から、可変位置指令の送り方向の反転が検出されると、バックラッシ補正が働き、制御対象が目標位置から一瞬ずれてしまう。このような現象が発生すると、たとえば、制御対象を直交する２軸方向に制御して円弧指令に追従させたような場合には、いわゆる象限切り替え位置において制御対象の移動軌跡が円弧の内側に食い込んでしまう。
【０００６】
また、フルクローズドループ制御方式およびハイブリッド制御方式のいずれの場合にも、可変位置指令が停止状態にあり、かつ、制御対象が目標位置に停止した状態であっても、制御対象の微小な位置誤差等に起因して、サーボモータはロストモーションの範囲内で制御対象の位置誤差を打ち消すように回転する可能性がある。このサーボモータの回転により制御対象も目標位置から一瞬移動する可能性がある。
可変位置指令が変化せず制御対象が目標位置に停止した状態から、サーボモータの回転位置が変化して制御対象が目標位置から一瞬移動したような場合においては、サーボモータはロストモーション領域を通過している可能性がある。
このため、新たな目標位置へ移動するための可変位置指令が入力されたのちに、バックラッシ補正を一律に働かせると、制御対象は可変位置指令から一瞬ずれて可変位置指令に追従しない可能性がある。さらに、可変位置指令が変化しない状態においてサーボモータの回転位置が変化していると、制御対象が移動を再開したときには、可変位置指令の向きがいずれの方向（順方向および反転方向）であっても、ロストモーションが発生する可能性がある。このようなロストモーションを一律の補正量によって補正すると、可変位置指令に対して追従誤差が発生する可能性がある。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、機械的伝達誤差をもつ伝達機構を介して位置決めされる制御対象が目標位置に停止した状態から移動を再開した際に発生する可変位置指令に対する追従誤差を抑制できる位置制御装置および位置制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点の位置制御装置は、伝達機構を介してモータと連結された制御対象を時間的に変化する可変位置指令に追従させて位置決めする位置制御装置であって、前記可変位置指令を出力可能な指令発生手段と、前記可変位置指令と前記制御対象の検出位置とに基づいて、前記制御対象の制御偏差を生成する制御偏差生成手段と、前記制御偏差に基づいて、前記制御対象を前記可変位置指令に追従させる操作量を生成して前記モータを駆動制御するサーボ制御手段と、前記伝達機構の機械的伝達誤差に起因する前記制御対象の前記可変位置指令に対する追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正する異なる態様の第１および第２の補正手段からなる追従誤差補正手段と、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が前記制御偏差生成手段に再び入力されるまでの期間における前記制御対象の検出位置の変動の有無に基づいて、前記第１および第２の補正手段のうち起動させるべき補正手段を選択する補正選択手段とを有し、前記第１の補正手段は、再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転しないときは補正を行わず、前記再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転するときは、前記可変位置指令が再び入力されたのち前記制御対象が移動を再開するまでの期間、予め定められた一定の補正量又は予め定められた一定の補正量を周期的に加算した補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正し、前記第２の補正手段は、前記可変位置指令が再び入力されたのちに、当該可変位置指令の送り方向に応じた補正量であって、前記制御対象の検出位置および前記モータの検出回転位置に基づいて決定された補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正し、前記補正選択手段は、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が前記制御偏差生成手段に再び入力されるまでの期間に前記制御対象の検出位置が変動しない場合には、前記第１の補正手段を選択し、前記制御対象の検出位置が変動した場合には、前記第２の補正手段を選択する。
【００１１】
好適には、前記補正量決定手段は、前記制御対象の移動方向に応じた第１および第２の補正量を保持しており、前記制御対象の検出位置の変動方向に応じて前記第１および第２の補正量を決定する。
【００１２】
さらに好適には、前記第２の補正手段は、前記補正量決定手段によって決定された前記第１および第２の補正量の一方を、再び入力された前記前記可変位置指令の送り方向に応じて選択し、前記制御偏差の補正を行う。
【００１３】
本発明の第２の観点の位置制御装置は、伝達機構を介してモータと連結された制御対象を時間的に変化する可変位置指令に追従させて位置決めする位置制御装置であって、前記可変位置指令を出力可能な指令発生手段と、前記可変位置指令と前記制御対象の検出位置と前記モータの検出回転位置に基づいて、前記制御対象の制御偏差を生成する制御偏差生成手段と、前記制御偏差に基づいて、前記制御対象を前記可変位置指令に追従させる操作量を生成して前記モータを駆動制御するサーボ制御手段と、前記伝達機構の機械的伝達誤差に起因する前記制御対象の前記可変位置指令に対する追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正する異なる態様の第１および第２の補正手段からなる追従誤差補正手段と、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が前記制御偏差生成手段に再び入力されるまでの期間における前記制御対象の検出位置の変動の有無に基づいて、前記第１および第２の補正手段のうち起動させるべき補正手段を選択する補正選択手段とを有し、前記第１の補正手段は、再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転しないときは補正を行わず、前記再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転するときは、前記可変位置指令が再び入力されたのち前記制御対象が移動を再開するまでの期間、予め定められた一定の補正量又は予め定められた一定の補正量を周期的に加算した補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正し、前記第２の補正手段は、前記可変位置指令が再び入力されたのちに、当該可変位置指令の送り方向に応じた補正量であって、前記制御対象の検出位置および前記モータの検出回転位置に基づいて決定された補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正し、前記補正選択手段は、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が前記制御偏差生成手段に再び入力されるまでの期間に前記制御対象の検出位置が変動しない場合には、前記第１の補正手段を選択し、前記制御対象の検出位置が変動した場合には、前記第２の補正手段を選択する。
【００１４】
本発明の第３の観点の位置制御方法は、時間的に変化する可変位置指令を生成し、前記可変位置指令と伝達機構を介してモータと連結された制御対象の検出位置とに基づいて、前記制御対象の前記可変位置指令に対する制御偏差を生成し、前記制御偏差に基づいて前記制御対象を前記可変位置指令に追従させる操作量を生成して前記モータを駆動制御し、前記制御対象を可変位置指令に追従させて位置決めする位置制御方法であって、前記制御対象が目標位置に停止し、次の目標位置に対する前記可変位置指令が再び生成されるまでの期間における前記制御対象の検出位置の変動の有無を検出するステップと、前記変動の有無の検出結果に応じて、異なる態様の第１および第２の補正手段のうち一方を選択するステップと、選択された前記補正手段によって、前記伝達機構の機械的伝達誤差に起因する前記制御対象の前記可変位置指令に対する追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正するステップとを有し、前記第１の補正手段は、再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転しないときは補正を行わず、前記再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転するときは、前記可変位置指令が再び生成されたのち前記制御対象が移動を再開するまでの期間、予め定められた一定の補正量又は予め定められた一定の補正量を周期的に加算した補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正し、前記第２の補正手段は、前記可変位置指令が再び生成されたのちに、当該可変位置指令の送り方向に応じた補正量であって、前記制御対象の検出位置および前記モータの検出回転位置に基づいて決定された補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正し、前記選択するステップでは、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が再び生成されるまでの期間に前記制御対象の検出位置が変動しない場合には、前記第１の補正手段を選択し、前記制御対象の検出位置が変動した場合には、前記第２の補正手段を選択する。
【００１５】
本発明の第４の観点の位置制御方法は、時間的に変化する可変位置指令を生成し、前記可変位置指令と伝達機構を介してモータと連結された制御対象の検出位置と前記モータの検出回転位置に基づいて、前記制御対象の前記可変位置指令に対する制御偏差を生成し、前記制御偏差に基づいて前記制御対象を前記可変位置指令に追従させる操作量を生成して前記モータを駆動制御し、前記制御対象を可変位置指令に追従させて位置決めする位置制御方法であって、前記制御対象が目標位置に停止し、次の目標位置に対する前記可変位置指令が再び生成されるまでの期間における前記制御対象の検出位置の変動の有無を検出するステップと、前記変動の有無の検出結果に応じて、異なる態様の第１および第２の補正手段のうち一方を選択するステップと、選択された前記補正手段によって、前記伝達機構の機械的伝達誤差に起因する前記制御対象の前記可変位置指令に対する追従誤差を抑制するように前記制御偏差を生成するのに用いる前記モータの検出回転位置を補正するステップとを有し、前記第１の補正手段は、再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転しないときは補正を行わず、前記再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転するときは、前記可変位置指令が再び生成されたのち前記制御対象が移動を再開するまでの期間、予め定められた一定の補正量又は予め定められた一定の補正量を周期的に加算した補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正し、前記第２の補正手段は、前記可変位置指令が再び生成されたのちに、当該可変位置指令の送り方向に応じた補正量であって、前記制御対象の検出位置および前記モータの検出回転位置に基づいて決定された補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正し、前記選択するステップでは、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が再び生成されるまでの期間に前記制御対象の検出位置が変動しない場合には、前記第１の補正手段を選択し、前記制御対象の検出位置が変動した場合には、前記第２の補正手段を選択する。
【００１６】
本発明では、可変位置指令および制御対象の検出位置に応じてモータが駆動され、このモータに伝達機構を介して接続された制御対象は可変位置指令に追従していく。
たとえば、可変位置指令が停止状態となり制御対象が目標位置に停止した状態となった場合に、伝達機構にロストモーションの原因となるバックラッシや摩擦や弾性変形等の非線形要素が存在すると、制御対象を目標位置に位置決めしていても、モータはロストモーションの範囲で微小回転する可能性がある。さらに、制御対象は外乱や位置の微小誤差等が原因で、目標位置からに停止した状態であっても若干移動する可能性がある。制御対象の位置が目標位置からずれると、モータはこの誤差を打ち消すように駆動されるため、モータはロストモーション領域を通過する可能性がある。したがって、制御対象が目標位置に停止した状態であっても、モータから制御対象までの間の状態は変化する可能性がある。
このため、本発明では、制御対象が目標位置に停止した状態から可変位置指令が再び入力されるまでの間に、制御対象の位置が変動したか否かを検出し、この検出結果に応じた補正手段により、制御対象の移動を再開した際に発生する可変位置指令に対する制御対象の追従誤差を抑制するように補正する。
さらに、本発明では、上記の制御対象の位置の変動の有無に加えて、再び入力される可変位置指令の送り方向を考慮し、送り方向に応じた追従誤差補正を行う。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態に係る位置制御システムの構成を示す図である。
図１において、本実施形態に係る位置制御システム１は、位置制御装置１０と、サーボモータ１０１と、サーボモータ１０１に取り付けられた、たとえば、光学式あるいは磁気式の回転位置検出器１１０と、サーボモータ１０１に接続され外周にねじ部が形成されたボールねじ軸１０２と、ボールねじ軸１０２のねじ部に螺合するねじ孔が形成された可動部材１０３と、可動部材１０３に連結され矢印Ａ１およびＡ２のボールねじ軸１０２の軸方向に移動自在に図示しない案内機構によって保持されたテーブル１０４と、テーブル１０４に対して固定された検出部１０５ａと矢印Ａ１およびＡ２の方向に沿って設けられたスケール１０５ｂとからなるリニアスケール１０５とを備える。
ここで、テーブル１０４は本発明の制御対象の一実施態様である。
【００１８】
ボールねじ軸１０２は、可動部材１０３のねじ孔に螺合しており、ボールねじ軸１０２が回転することによって、ボールねじ軸１０２の回転運動が可動部材１０３の直線運動に変換され、これによりテーブル１０４が直動する。
ボールねじ軸１０２と可動部材１０３との間には、バックラッシ等の機械的誤差や摩擦や弾性変形等の非線形要素が存在する。このボールねじ軸１０２と可動部材１０３との間の非線形特性によって、モータ１０１とテーブル１０４との間には、機械的伝達誤差が発生する。
たとえば、ボールねじ軸１０２を一方向に回転させてテーブル１０４を矢印Ａ２の方向に移動させた後、回転方向を反転させてテーブル１０４を矢印Ａ１の方向に移動させた際に、ボールねじ軸１０２は反転してもテーブル１０４が移動せず、停止したまま状態となるロストモーションが発生する。
【００１９】
リニアスケール１０５は、テーブル１０４に対して固定された検出部１０５ａがスケール１０５ｂに対する位置を、たとえば、磁気的あるいは光学的に検出し、この検出位置信号Ｐｔを位置制御装置１０にフィードバックする。この検出位置信号Ｐｔは、たとえば、テーブル１０４の変位に応じた数のパルス信号である。
【００２０】
回転位置検出器１１０は、サーボモータ１０１の回転位置を検出し、この検出回転位置信号Ｐｃを位置制御装置１０にフィードバックする。この検出回転位置信号Ｐｃは、たとえば、回転位置検出器１１０の回転量に応じた数のパルス信号である。
【００２１】
位置制御装置１０は、位置指令生成部１１と、制御偏差生成部１４と、サーボ制御部１５と、ドライバ１６と、指令状態検出部２２と、追従誤差補正部２３と、補正選択／補正量決定部２４とを有している。
ここで、位置指令生成部１１は本発明の指令出力手段、制御偏差生成部１４は本発明の制御偏差生成手段、サーボ制御部１５およびドライバ１６は本発明のサーボ制御手段、追従誤差補正部２３は本発明の追従誤差補正手段、補正選択／補正量決定部２４は本発明の補正選択手段および補正量決定手段のそれぞれ一実施態様である。
【００２２】
位置指令生成部１１は、テーブル１０４の移動すべき目標位置に応じた可変位置指令Ｐｒを出力する。この可変位置指令Ｐｒは、所定のサンプリング時間毎に変化する。また、可変位置指令Ｐｒは、たとえば、パルス量によって与えられる。
【００２３】
制御偏差生成部１４は、位置指令生成部１１から与えられる可変位置指令Ｐｒと、リニアスケール１０５から与えられる検出位置信号Ｐｔとから、テーブル１０４の制御偏差Ｅを生成して、サーボ制御部１５に出力する。
具体的には、可変位置指令Ｐｒからテーブル１０４の検出位置信号Ｐｔを減算して位置偏差Ｅを演算する。
【００２４】
サーボ制御部１５は、制御偏差生成部１４から与えられる位置偏差Ｅに基づいてテーブル１０４の位置を可変位置指令Ｐｒの変化に追従させつつ一致させる制御指令１５ｓをドライバ１６に出力する。
具体的には、サーボ制御部１５は、速度ループおよび電流ループから構成され、位置偏差Ｅに位置ループゲインによって比例動作を施し、これを速度ループに対する速度指令として出力する。速度ループでは、たとえば、この速度指令と回転位置検出器１１０からの検出回転位置信号Ｐｃのサンプリング時間毎の差分値（速度フィードバック信号）との偏差に比例動作および積分動作を施してトルク指令とし、これを電流ループに出力する。電流ループでは、たとえば、サーボモータ１０１の駆動電流から換算したサーボモータ１０１の出力トルク信号と上記トルク指令との偏差に比例動作を施して電流指令とし、これを所定の信号１５ｓに変換してドライバ１６に出力する。
ドライバ１６は、サーボ制御部１５から入力された制御指令１５ｓに応じて増幅した駆動電流を操作量１６ｓとしてサーボモータ１０１に出力する。
【００２５】
指令状態検出部２２は、位置指令生成部１１で発生された可変位置指令Ｐｒが入力され、可変位置指令Ｐｒの状態を検出し、検出した指令状態信号Ｐsts を追従誤差補正部２３および補正選択／補正量決定部２４に出力する。
指令状態信号Ｐsts は、具体的には、可変位置指令Ｐｒの送り方向および可変位置指令Ｐｒの入力の有無の情報を持っている。したがって、指令状態信号Ｐsts から可変位置指令Ｐｒの送り方向の反転、送りの停止および送りの再開を検出することができる。
【００２６】
追従誤差補正部２３は、モータ１０１とテーブル１０４との間の機械的伝達誤差に起因するテーブル１０４の可変位置指令Ｐｒに対する追従誤差を抑制するように制御偏差Ｅを補正する補正指令Ｍｒを制御偏差生成部１４に出力可能な異なる態様の第１補正部２３ａおよび第２補正部２３ｂを有する。
第１補正部２３ａおよび第２補正部２３ｂは、補正選択／補正量決定部２４から入力される選択信号ＳＬＣに応じて選択され、制御偏差Ｅを補正する補正指令Ｍｒを制御偏差生成部１４に出力する。
なお、第１補正部２３ａおよび第２補正部２３ｂにおける具体的な処理については後述する。
【００２７】
補正選択／補正量決定部２４は、リニアスケール１０５からの検出位置信号Ｐｔと、回転位置検出器１１０からの検出回転位置信号Ｐｃと、指令状態検出部２２からの指令状態信号Ｐsts が入力され、これらの信号に基づいて、選択信号ＳＬＣ、移動／停止信号Ｍsts および補正量Ｂf 、Ｂr を上記の追従誤差補正部２３に出力する。
【００２８】
補正選択／補正量決定部２４は、可変位置指令Ｐｒが停止状態（一定の値）となることによってテーブル１０４が移動を停止し、可変位置指令Ｐｒが制御偏差生成部１４に再び入力（可変位置指令Ｐｒが再び変化）されるまでの期間におけるリニアスケール１０５からの検出位置信号Ｐｔの変動の有無に基づいて、上記の第１および第２補正部２３ａ，２３ｂのうち起動させるべき補正部を選択する選択信号ＳＬＣを出力する。
具体的には、リニアスケール１０５からの検出位置信号Ｐｔが変動しない場合には、第１補正部２３ａを選択する選択信号ＳＬＣを出力する。リニアスケール１０５からの検出位置信号Ｐｔが変動した場合には、第２補正部２３ｂを選択する選択信号ＳＬＣを出力する。
【００２９】
また、補正選択／補正量決定部２４は、入力されるリニアスケール１０５からの検出位置信号Ｐｔに基づいて、テーブル１０４が移動状態にあるか停止状態にあるかを判断し、判断結果に応じた移動／停止信号Ｍsts を追従誤差補正部２３に出力する。
【００３０】
さらに、補正選択／補正量決定部２４は、入力されるリニアスケール１０５からの検出位置信号Ｐｔおよび回転位置検出器１１０からの検出回転位置信号Ｐｃに基づいて、第２補正部２３ｂにおいて使用する補正量Ｂf 、Ｂr を追従誤差補正部２３に出力する。
なお、補正選択／補正量決定部２４の具体的な処理内容は後述する。
【００３１】
図２は、上記構成の位置制御装置１０のハードウエア構成の一例を示す図である。
図２において、マイクロプロセッサ５１は、ＲＯＭ（Read Only Memory) ５２、ＲＡＭ（Random Access Memory) ５３、インターフェース回路５４，５６、グラフィック制御回路５８、表示装置５９、キーボード６１、ソフトウエアキー６０等とバスを介して接続されている。
マイクロプロセッサ５１は、ＲＯＭ５２に格納されたシステムプログラムにしたがって、位置制御装置１０を総合的に制御する。
ＲＯＭ５２には、上記の位置指令生成部１１、制御偏差生成部１４、サーボ制御部１５、指令状態検出部２２、追従誤差補正部２３、補正選択／補正量決定部２４等を構成するプログラムおよびシステムプログラム等の所要のソフトウエアが格納される。
【００３２】
ＲＡＭ５３は、ＲＯＭ５２に格納されたプログラムがダウンロードされたり、各種のプログラム、データなどが格納され、例えば、追従誤差補正部２３において使用する補正量等が格納される。
グラフィック制御回路５８は、ディジタル信号を表示用の信号に変換し、表示装置５９に与える。
表示装置５９には、例えば、ＣＲＴ表示装置や液晶表示装置が使用される。表示装置５９は、ソフトウエアキー６０またはキーボード６１を用いて作業者が対話形式で加工プログラムを作成していくときに、形状、加工条件および生成された加工プログラム等を表示したり、作業者が必要なデータを入力する際に入力データなどを表示する。
【００３３】
表示装置５９の画面には、受けられる作業またはデータがメニュー形式で表示される。メニューのうちどの項目を選択するかは、メニューの下のソフトウエアキー６０を押すことにより行う。
ソフトウエアキー６０およびキーボード６１は、位置制御装置１０に必要なデータを入力するのにも使用される。
インターフェース回路５４は、マイクロプロセッサ５１から出力されたサーボモータ１０１に対する制御指令を所定の信号に変換してドライバ１６に出力するとともに、回転位置検出器１１０の検出信号１１０ｓを逐次サンプリングしてプロセッサ５１に出力する。
インターフェース回路５６は、リニアスケール１０５から出力されたフィードバック信号１０５ｓを所定のサンプリング周期でサンプリングし、所定のディジタル信号に変換してマイクロプロセッサ５１に出力する。
【００３４】
次に、上記構成の位置制御システム１を用いた本発明の位置制御方法について説明する。
まず、位置制御システム１の基本的な制御方法について図３を参照して説明する。
図３に示すように、位置指令生成部１１において、テーブル１０４の移動すべき目標位置を特定する可変位置指令Ｐｒを生成し、制御偏差生成部１４に可変位置指令Ｐｒを所定のサンプリング時間毎に逐次出力する（ステップＳ１）。
【００３５】
一方、リニアスケール１０５は、テーブル１０４の位置を検出し、テーブル１０４の検出位置信号Ｐｔを制御偏差生成部１４にフィードバックする（ステップＳ２）。
【００３６】
制御偏差生成部１４では、可変位置指令Ｐｒからフィードバックされたテーブル１０４の検出位置Ｐｔを減算してテーブル１０４の可変位置指令Ｐｒからの位置偏差Ｅを生成する（ステップＳ３）。
制御偏差生成部１４で生成された位置偏差Ｅは、サーボ制御部１５に入力される。
【００３７】
サーボ制御部１５では、入力される位置偏差Ｅに基づいて、テーブル１０４の位置を目標位置に追従させる制御指令１５ｓを生成し（ステップＳ４）、ドライバ１６に出力する。
ドライバ１６は、入力された制御指令１５ｓに応じた駆動電流を操作量としてサーボモータ１０１に供給する。この結果、サーボモータ１０１が駆動され、テーブル１０４は可変位置指令Ｐｒに追従する。可変位置指令Ｐｒが停止状態（可変位置指令Ｐｒが一定）となった場合には、テーブル１０４は目標位置に位置決めされる。
【００３８】
次に、補正選択／補正量決定部２４および追従誤差補正部２３における処理手順について説明する。
具体的な処理手順を説明する前に、本実施形態の追従誤差補正が適用される可変位置指令Ｐｒの具体例を図４を参照して説明する。なお、図４において、可変位置指令Ｐｒを実線で示しているとともに、可変位置指令Ｐｒに対するテーブル１０４の位置Ｐｔの応答の例を点線で示している。
【００３９】
図４（ａ）に示す可変位置指令Ｐｒは、テーブル１０４を位置Ｐ0 から位置Ｐ1 まで一定速度で移動させ、位置Ｐ1 に位置決めしたたのち、所定時間Ｔ0 の経過後に、位置Ｐ1 から送り方向を反転させて再度位置Ｐ0 に位置決めする指令の一例である。
図４（ａ）に示す可変位置指令Ｐｒにおいては、テーブル１０４を位置Ｐ0 から位置Ｐ1 まで移動位置決めしたのち所定時間Ｔ0 が経過するまでの間、テーブル１０４の位置Ｐｔが変動しない場合には、送り方向を反転して位置Ｐ1 から位置Ｐ0 に移動を再開する際に追従誤差Ｔｅが発生する。
本実施形態では、この追従誤差Ｔｅの発生を抑制するように、上記した第１の補正部２３ａにより位置偏差Ｅを補正する。
【００４０】
図４（ａ）に示す可変位置指令Ｐｒにおいて、位置Ｐ1 から位置Ｐ0 に向かうための可変位置指令Ｐｒが入力されるまで、すなわち、テーブル１０４が位置Ｐ1 に停止したのち可変位置指令Ｐｒが入力されるまでの期間内にテーブル１０４の位置Ｐｔが位置Ｐ1 から変動すると、可変位置指令Ｐｒは入力されていなくても位置偏差Ｅが発生する。このため、サーボモータ１０１が回転する。位置偏差Ｅを打ち消すためにサーボモータ１０１はロストモーション領域を通過する可能性がある。
【００４１】
テーブル１０４が停止した状態から位置Ｐ0 に向けて移動を再開するまでの間にテーブル１０４の位置Ｐｔが位置Ｐ1 から変動すると、テーブル１０４の停止した状態からのボールネジ１０２等の伝達機構の状態が変化し、追従誤差Ｔｅの発生量はテーブル１０４の位置Ｐｔが変動しない場合とは異なる。
したがって、テーブル１０４の位置Ｐｔが変動しないときに発生する追従誤差Ｔｅと同様に追従誤差Ｔｅを補償しようとすると、逆に、可変位置指令Ｐｒに一瞬追従しなくなる可能性がある。
本実施形態では、後述するように、テーブル１０４が停止した状態から可変位置指令Ｐｒが入力されるまでにテーブル１０４の位置Ｐｔが変動した場合には、テーブル１０４の位置Ｐｔが可変位置指令Ｐｒから外れてしまうことがないように第２の補正部２３ｂにより位置偏差Ｅの補正を行う。
【００４２】
一方、図４（ｂ）に示す可変位置指令Ｐｒは、テーブル１０４を位置Ｐ0 から位置Ｐ1 まで一定速度で移動させ、位置Ｐ1 に位置決めしたたのち、所定時間Ｔ0 の経過後に、位置Ｐ1 からさらに順方向の位置Ｐ2 に位置決めする指令の一例である。
図４（ｂ）に示す可変位置指令Ｐｒの場合には、テーブル１０４が位置Ｐ1 に停止したのち可変位置指令Ｐｒが入力されるまでの期間内にテーブル１０４の位置Ｐｔが位置Ｐ1 から変動しない場合には、停止した状態から移動を再開する際にロストモーションはほとんど発生しない。
【００４３】
しかしながら、テーブル１０４が停止した状態から可変位置指令Ｐｒが入力されるまでに、テーブル１０４の位置Ｐｔが変動した場合には、ボールネジ１０２等の伝達機構の状態が変化するため、順方向に再び移動する場合には、図４（ｂ）に示すように、ロストモーションによって追従誤差Ｔｅ’が発生する。
このため、本実施形態では、後述するように、テーブル１０４が停止した状態から可変位置指令Ｐｒが入力されるまでにテーブル１０４の位置Ｐｔが変動し、かつ、順方向に再び移動する場合にも、テーブル１０４の位置Ｐｔが可変位置指令Ｐｒから外れてしまうことがないように第２の補正部２３ｂにより位置偏差Ｅの補正を行う。
【００４４】
次に、補正選択／補正量決定部２４および追従誤差補正部２３における処理手順について図５および図６に示すフローチャートを参照して説明する。
図５は、補正選択／補正量決定部２４における処理手順を示すフローチャートである。
補正選択／補正量決定部２４は、指令状態検出部２２からの指令状態信号Ｐsts に基づいて、可変位置指令Ｐｒの停止状態（可変位置指令Ｐｒの値が一定）を検出する（ステップＳ１１）。
図４（ａ）および（ｂ）に示した可変位置指令Ｐｒの場合、テーブル１０４が位置Ｐ1 に近づくと、可変位置指令Ｐｒの停止（可変位置指令Ｐｒが一定）が検出される。
【００４５】
テーブル１０４が位置Ｐ1 に到達しテーブル１０４が停止すると、このテーブル１０４の停止がリニアスケール１０５の検出位置信号Ｐｔから検出される（ステップＳ１２）。
【００４６】
次いで、補正選択／補正量決定部２４では、選択信号ＳＬＣによって選択する補正手段を第１補正部２３ａとする（ステップＳ１３）。これにより、第１補正部２３ａを選択する内容の選択信号ＳＬＣが追従誤差補正部２３に出力される。
【００４７】
テーブル１０４が停止した状態において、テーブル１０４の検出位置Ｐｔに変動がないかが監視される（ステップＳ１４）。
テーブル１０４の検出位置Ｐｔが外乱等により変動した場合には、上述したように、テーブル１０４が位置Ｐ1 に停止した時点からのボールネジ１０２等の伝達機構の噛合状態等が変化する。
このため、補正選択／補正量決定部２４では、選択信号ＳＬＣによって選択する補正手段を第１補正部２３ａに代えて第２補正部２３ｂとする（ステップＳ１５）。これにより、第２補正部２３ｂを選択する内容の選択信号ＳＬＣが追従誤差補正部２３に出力される。
【００４８】
次いで、補正選択／補正量決定部２４は、テーブル１０４の検出位置Ｐｔに変動があった場合には、テーブル１０４の移動方向を検出する（ステップＳ１６）。
なお、テーブル１０４が位置Ｐ0 から位置Ｐ1 に向かう方向を順方向とし、位置Ｐ1 から位置Ｐ0 に向かう方向を反転方向とする。
【００４９】
補正選択／補正量決定部２４は、テーブル１０４の移動方向を検出すると、追従誤差補正部２３の第２補正部２３ｂにおいて使用される補正量Ｂf 、Ｂr を設定する。
なお、補正量Ｂf は、可変位置指令Ｐｒが再入力された際に、送り方向が順方向である場合に使用する補正量であり、補正量Ｂr は送り方向が反転方向の場合に使用する補正量である。
【００５０】
テーブル１０４の移動方向が順方向であった場合、補正量Ｂr を０、補正量Ｂf を所定の値Ｂinに設定する（ステップＳ１７）。
テーブル１０４の移動方向が反転方向であった場合、補正量Ｂr を所定の値Ｂin、補正量Ｂf を０に設定する（ステップＳ１８）。設定された補正量Ｂr および補正量Ｂf は、追従誤差補正部２３に送られる。
【００５１】
次いで、補正選択／補正量決定部２４は、可変位置指令Ｐｒが再入力されたか否かを確認する（ステップＳ１９）。
可変位置指令Ｐｒが再入力されていない場合には、ステップＳ１４に戻り、上記と同様の処理を繰り返す。可変位置指令Ｐｒが再入力されている場合には、処理を終了する。
なお、ステップＳ１４〜ステップＳ１９の処理は、たとえば、位置制御ループの所定のサンプリング周期毎に行われる。
【００５２】
一方、ステップＳ１４において、テーブル１０４の検出位置Ｐｔに変動がない場合には、モータ１０１が回転していないかが監視される（ステップＳ２０）。テーブル１０４の検出位置Ｐｔに変動がなく、かつ、モータ１０１も回転していない場合には、可変位置指令Ｐｒが再入力されたか否かを確認する（ステップＳ１９）。
【００５３】
モータ１０１が回転している場合には、選択信号ＳＬＣによって現在、第１補正部２３ａおよび第２補正部２３ｂのいずれが選択されているかのチェックを行う（ステップＳ２１）。
【００５４】
第１補正部２３ａが選択されている場合、すなわち、テーブル１０４が位置Ｐ1 に停止したのち未だテーブル１０４の検出位置Ｐｔに変動がない場合には、可変位置指令Ｐｒが再入力されたか否かを確認する（ステップＳ１９）。
【００５５】
第２補正部２３ｂが選択されている場合、すなわち、テーブル１０４が位置Ｐ1 に停止したのちテーブル１０４の検出位置Ｐｔに変動があった場合にのみ、テーブル１０４が停止した時点から現在までのモータ１０１の回転量Ｅｓを回転位置検出器１１０の検出回転位置信号Ｐｃから取得する（ステップＳ２２）。
【００５６】
次いで、モータ１０１の回転量Ｅｓを取得したのち、反転方向の補正量Ｂr から回転量Ｅｓを減算し、順方向の補正量Ｂf に回転量Ｅｓを加算する（ステップｓ２３）。
したがって、モータ１０１がテーブル１０４が停止した時点から現在まで回転している場合には、反転方向の補正量Ｂr および順方向の補正量Ｂf の値は、回転量Ｅｓによって変更されることになる。このため、追従誤差補正部２３において保持されている補正量Ｂr および補正量Ｂf の値は更新される。
【００５７】
反転方向の補正量Ｂr および順方向の補正量Ｂf の値の回転量Ｅｓによる変更が完了すると、可変位置指令Ｐｒが再入力されたか否かを確認する（ステップＳ１９）。
なお、ステップＳ２０〜ステップＳ２３の処理は、たとえば、位置制御ループの所定のサンプリング周期毎に行われる。
【００５８】
図６は、追従誤差補正部２３における処理手順を示すフローチャートである。追従誤差補正部２３は、指令状態検出部２２からの指令状態信号Ｐsts に基づいて、位置Ｐ1 に位置決めされたテーブル１０４を位置Ｐ0 あるいは位置Ｐ2 に移動させる可変位置指令Ｐｒの入力を監視する（ステップＳ３１）。なお、この状態においては、テーブル１０４は位置Ｐ1 に停止している。
【００５９】
追従誤差補正部２３は、可変位置指令Ｐｒの再入力があった場合には、選択信号ＳＬＣに基づいて、第１補正部２３ａおよび第２補正部２３ｂのいずれが選択されているかのチェックを行う（ステップＳ３２）。
【００６０】
次いで、選択信号ＳＬＣによって第１補正部２３ａが選択されている場合、可変位置指令Ｐｒの送り方向が反転したか否かを確認する（ステップＳ３３）。可変位置指令Ｐｒの送り方向を確認するのは、送り方向が反転した場合のみ補正を行うためである。すなわち、図４（ｂ）に示した可変位置指令Ｐｒのように、再び入力された可変位置指令Ｐｒの送り方向が反転しない場合には、補正を行わない。
可変位置指令Ｐｒの送り方向が反転する場合には、制御偏差Ｅを補正する補正指令Ｍｒの初期値として補正量ΔＢを設定する。
なお、補正量ΔＢは、たとえば、テーブル１０４とモータ１０１との間に発生するロストモーション量を予め測定しておくことで決定することができる。また、補正量ΔＢは、通常のバックラッシュ補正に用いる補正量よりも小さい値である。さらに、補正量ΔＢはテーブル１０４の送り方向に応じた正負の符号を持っている。
【００６１】
補正指令Ｍｒの初期値として補正量ΔＢを設定した後、補正を実行する（ステップＳ３５）。これにより、位置偏差Ｅが補正される。
位置偏差Ｅが補正されたのちに、テーブル１０４の移動が再開されるかを確認する（ステップＳ３６）。
【００６２】
テーブル１０４の移動が再開されない場合には、補正指令Ｍｒに補正量ΔＢを加算して補正量Ｍｒを更新する（ステップＳ３７）。
このように、補正指令Ｍｒを補正量ΔＢで周期的に更新するのは、補正指令Ｍｒを徐々に変化させることによりテーブル１０４が急激を再開するのを避けるためである。
なお、補正指令Ｍｒに一定の補正量を設定し更新を行わず、テーブル１０４の移動が再開されるまで補正を行う構成とすることも可能である。
【００６３】
補正指令Ｍｒが位置偏差Ｅに加算されると、見かけ上の位置偏差Ｅは増大する。この位置偏差Ｅの増大により、サーボモータ１０１は増速され、速やかにボールねじ軸１０２はロストモーション区間を通過する。この結果、可変位置指令Ｐｒに対するテーブル１０４の追従誤差が抑制される。
追従誤差補正部２３の第１補正部２３ａは、テーブル１０４の移動が再開された場合には、補正指令Ｍｒによる位置偏差Ｅの補正を終了する。
なお、補正指令Ｍｒによる補正は、たとえば、位置制御ループのサンプリング時間毎に行われる。
【００６４】
一方、追従誤差補正部２３は、ステップＳ３２において、選択信号ＳＬＣによって第２補正部２３ｂが選択されている場合、再び入力された可変位置指令Ｐｒの送り方向が順方向か反転方向かを確認する。
図４（ｂ）に示した可変位置指令Ｐｒの場合は順方向であり、順方向の補正量Ｂf が補正指令Ｍｒに設定される（ステップＳ４１）。図４（ａ）に示した可変位置指令Ｐｒの場合は反転方向であり、反転方向の補正量Ｂr が補正指令Ｍｒに設定される（ステップＳ４２）。
【００６５】
補正指令Ｍｒに、可変位置指令Ｐｒの送り方向に応じて補正量Ｂr あるいは補正量Ｂf が設定されると、位置偏差Ｅの補正が実行される（ステップＳ４３）。これにより、テーブル１０４が位置Ｐ1 に停止したのち、位置Ｐ0 あるいは位置Ｐ2 に向けて移動する際に生じる可変位置指令Ｐｒに対するテーブル１０４の追従誤差が抑制される。
また、補正量Ｂr あるいは補正量Ｂf には、テーブル１０４が位置Ｐ1 に位置決めされた後のモータ１０１の回転量Ｅｓの情報が加味されている。このため、補正が過剰、あるいは、不十分とならず、最適な追従誤差の抑制が可能になる。
【００６６】
以上のように、本実施形態によれば、テーブル１０４を位置Ｐ0 から位置Ｐ1に位置決めしたのち、可変位置指令Ｐｒが再度入力されるまでにテーブル１０４の検出位置の変動の有無にかかわらず、可変位置指令Ｐｒが再び入力されたのちテーブル１０４が移動を再開する際に発生する可変位置指令Ｐｒに対する追従誤差を適切に抑制することが可能になる。
また、本実施形態によれば、テーブル１０４が位置Ｐ1 に位置決めされたのち、いずれの送り方向に移動した場合にも、追従誤差を適切に抑制することが可能となる。
さらに、テーブル１０４が位置Ｐ1 に位置決めされたのち、テーブル１０４の検出位置Ｐｔが変動していないときのサーボモータ１０１の回転量Ｅｓを取得し、これを用いて補正量を生成するので、テーブル１０４の位置とサーボモータ１０１の回転位置との相互関係を一定にでき、回転量Ｅｓを用いて算出した補正量Ｂr あるいは補正量Ｂf の値が正確な値となる。
また、本実施形態によれば、テーブル１０４の検出位置Ｐｔ、すなわち、リニアスケール１０５の検出位置信号Ｐｔを補正しないため、可変位置指令Ｐｒに対してテーブル１０４の位置にオフセットが発生することがない。
【００６７】
第２実施形態
図７は、本発明の第２の実施形態に係る位置制御システムの構成を示す図である。
なお、図７に示す位置制御システム３００において、第１の実施形態に係る位置制御システム１と同一の構成部分については、同一の符号を付している。
本実施形態に係る位置制御システムと第１の実施形態に係る位置制御システムとで異なる構成は、本実施形態に係る位置制御装置２００における制御偏差生成部２１０である。
また、本実施形態に係る位置制御システム３００では、サーボモータ１０１に取り付けられた、たとえば、光学式あるいは磁気式の回転位置検出器１１０の検出回転位置信号Ｐｃが制御偏差生成部２１０にフィードバックされる。
【００６８】
制御偏差生成部２１０は、変換部２１６と、位置誤差算出部２１５と、フィルタ部２１４と、位置算出部２１２と、減算部２１３と、位置偏差算出部２１１とを有する。
【００６９】
変換部２１６は、サーボモータ１０１の回転位置を検出する回転位置検出器１１０の検出回転位置信号Ｐｃをテーブル１０４の位置Ｐｍに変換し、変換後の回転位置Ｐｍを減算部２１３に出力する。
【００７０】
位置誤差算出部２１５は、変換部２１６で変換されたサーボモータ１０１の回転位置Ｐｍと、リニアスケール１０５の検出位置信号Ｐｔとの位置誤差Ｐｅを算出し、この位置誤差Ｐｅをフィルタ部２１４に出力する。
【００７１】
フィルタ部２１４は、位置誤差算出部２１５から入力される位置誤差Ｐｅに一次遅れフィルタ処理を施して平滑化し、平滑化した位置誤差Ｐｅ’を位置算出部２１２に出力する。
【００７２】
減算部２１３は、変換部２１６からの変換後の位置Ｐｍから追従誤差補正部２３から出力される補正指令Ｍｒを減算し、補正位置Ｐｓとして偏差算出部２１２および位置誤差算出部２１５に出力する。
【００７３】
位置算出部２１２は、フィルタ部２１４から出力される平滑化した位置誤差Ｐｅ’と減算部２１３から出力される補正位置Ｐｓを加算し、テーブル１０４の実質的な位置Ｐｔｒとして位置偏差算出部２１１に出力する。
【００７４】
位置偏差算出部２１１は、位置指令生成部１１から出力される可変位置指令Ｐｒから、位置算出部２１２から出力されるテーブル１０４の実質的な位置Ｐｔを減算して位置偏差Ｅを算出する。
【００７５】
次に、本実施形態に係る位置制御システムの基本的な制御方法について、図８に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、位置指令生成部１１において可変位置指令Ｐｒを生成し、制御偏差生成部２１０の位置偏差算出部２１１に所定のサンプリング時間毎に出力する（ステップＳ５１）。
【００７６】
一方、リニアスケール１０５は、テーブル１０４の位置を検出し、テーブル１０４の検出位置信号Ｐｔを制御偏差生成部２１０に逐次フィードバックする（ステップＳ５２）。
さらに、サーボモータ１０１に取り付けられた回転位置検出器１１０は、検出回転位置信号Ｐｃを制御偏差生成部２１０に逐次フィードバックする（ステップＳ５３）。
【００７７】
制御偏差生成部２１０では、入力された可変位置指令Ｐｒと、リニアスケール１０５および回転位置検出器１１０からフィードバックされた信号ＰｔおよびＰｃから位置偏差Ｅを生成する（ステップＳ５４）。生成された位置偏差Ｅは、サーボ制御部１５に出力される。
サーボ制御部１５では、入力される位置偏差Ｅに基づいてテーブル１０４の位置を目標位置に追従させる操作量１５ｓを生成する（ステップＳ５５）。これにより、テーブル１０４は可変位置指令Ｐｒに追従する。可変位置指令Ｐｒが停止状態（可変位置指令Ｐｒが一定）となった場合には、テーブル１０４は目標位置に位置決めされる。
【００７８】
このように、本実施形態に係る位置制御システムの基本制御系は、リニアスケール１０５の検出位置信号Ｐｔおよびサーボモータ１０１の検出回転位置信号Ｐｃの双方を用いてテーブル１０４の位置制御を行ういわゆるハイブリッド制御系を採用している。
【００７９】
本実施形態では、このようなハイブリッド制御系において、上述した第１の実施形態において説明したのと同じ処理手順により、補正指令Ｍｒを生成し、回転位置検出器１１０の変換後の検出回転位置信号Ｐｍを補正する。したがって、指令状態検出部２２、追従誤差補正部２３および補正選択／補正量決定部２４における具体的処理についての説明は省略する。
このような構成とすることにより、ハイブリッド制御系においても第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、制御対象が停止した後、移動を再開した際に発生する伝達機構のバックラッシ等の機械的伝達誤差に起因する可変位置指令に対する追従誤差を適切に抑制することができる。
この結果、工作機械等に本発明を適用した際に、工具のワークに対する経路誤差を適切に補正することができ、ワークの加工精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る位置制御システムの構成を示す図である。
【図２】位置制御装置１０のハードウエア構成を示す図である。
【図３】位置制御システム１の基本的な位置制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】（ａ）は送り方向が反転する可変位置指令Ｐｒの一例を示すグラフであり、（ｂ）は送り方向が反転しない場合の可変位置指令Ｐｒの一例を示すグラフである。
【図５】補正選択／補正量決定部２４における処理手順を示すフローチャートである。
【図６】追従誤差補正部２３における処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る位置制御システムの構成を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る位置制御システムの基本的な制御方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…位置制御システム
１０…位置制御装置
１１…位置指令生成部
１４…制御偏差生成部
１５…サーボ制御部
１６…ドライバ
２２…指令状態検出部
２３…追従誤差補正部
２３ａ…第１補正部
２３ｂ…第２補正部
２４…補正選択／補正量決定部
１０１…サーボモータ
１０２…ボールねじ軸
１０４…テーブル
１１０…回転位置検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、ＮＣ工作機械等の制御対象の位置制御を行う位置制御装置および位置制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＮＣ工作機械におけるワークを固定するテーブルの位置やワークを切削する工具等の制御対象の位置制御は、たとえば、ラック及びピニオン、ボールねじ及びナットなどからなる伝達機構を介して制御対象に接続されたサーボモータの回転量を制御することによって行っている。
このような制御対象の位置制御方式としては、セミクローズドループ制御方式、フルクローズドループ制御方式、および、ハイブリッド制御方式が知られている。
【０００３】
セミクローズドループ制御方式では、たとえば、ロータリエンコーダ等の検出器でサーボモータの回転位置を検出し、検出したサーボモータの回転位置を制御対象の位置に変換し、この変換した回転位置を可変位置指令にフィードバックしてサーボモータの回転量を制御するサーボ制御系を構成する。
フルクローズドループ制御方式は、テーブル等の制御対象に対して、たとえば、リニアスケールを直接設け、このリニアスケールの検出した制御対象の位置を可変位置指令にフィードバックしてサーボモータの回転量を制御するサーボ制御系を構成する。
ハイブリッド制御方式は、サーボモータの回転位置および制御対象の位置の双方を検出し、可変位置指令に制御対象の位置に変換したサーボモータの回転位置をフィードバックするとともに、制御対象の位置と変換したサーボモータの回転位置との差を一次遅れフィルタでフィルタリングしてから可変位置指令にフィードバックすることによってサーボモータの回転量を制御するサーボ制御系を構成する。
【０００４】
サーボモータと制御対象との間に設けられる伝達機構に、たとえば、バックラッシや摩擦等の非線形な特性が存在すると、サーボモータの回転位置を正確に制御しても、制御対象の送り方向を反転した際にサーボモータは回転するが制御対象は停止したままとなる、いわゆるロストモーションが発生し、可変位置指令に対して制御対象が即座には追従しないことが知られている。
この追従誤差を補正する方法として、可変位置指令の送り方向の反転を検出したのちサーボモータに対する制御指令を補正して、速やかにロストモーションを除去して制御対象の可変位置指令からの追従誤差を抑制するいわゆるバックラッシ補正が知られている。
上記のセミクローズドループ制御方式では、制御対象の位置をサーボモータの回転位置から間接的に得ており、直接には管理していないため、バックラッシ補正を行っても、制御対象にオフセットが生じない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のフルクローズドループ制御方式では、制御対象が移動中に、すなわち、リニアスケールからのフィードバック値が変化している最中に上記のようなバックラッシ補正を行うと、制御対象の位置情報が補正されることになり、制御対象の位置にオフセットが生じる。
一方、ハイブリッド制御方式では、リニアスケールからのフィードバック値とともに、サーボモータのフィードバック値を用いているため、このサーボモータのフィードバック値を補正することで、制御対象の位置決め位置にオフセットが生じることは防げる。
しかしながら、ハイブリッド制御方式では、目標位置にリニアスケールの検出位置を一致するように制御するため、制御対象の移動方向が反転する直前にリニアスケールからの制御対象の位置のフィードバック値がロストモーションが発生する向きとは逆向きに少しでも変化すると、可変位置指令が変化しないにも関わらずサーボモータがロストモーション領域を通過して制御対象を動かし、制御対象の位置のフィードバック値と可変位置指令とが一致すると停止し、ロストモーションが除去された状態となる。
この状態から、可変位置指令の送り方向の反転が検出されると、バックラッシ補正が働き、制御対象が目標位置から一瞬ずれてしまう。このような現象が発生すると、たとえば、制御対象を直交する２軸方向に制御して円弧指令に追従させたような場合には、いわゆる象限切り替え位置において制御対象の移動軌跡が円弧の内側に食い込んでしまう。
【０００６】
また、フルクローズドループ制御方式およびハイブリッド制御方式のいずれの場合にも、可変位置指令が停止状態にあり、かつ、制御対象が目標位置に停止した状態であっても、制御対象の微小な位置誤差等に起因して、サーボモータはロストモーションの範囲内で制御対象の位置誤差を打ち消すように回転する可能性がある。このサーボモータの回転により制御対象も目標位置から一瞬移動する可能性がある。
可変位置指令が変化せず制御対象が目標位置に停止した状態から、サーボモータの回転位置が変化して制御対象が目標位置から一瞬移動したような場合においては、サーボモータはロストモーション領域を通過している可能性がある。
このため、新たな目標位置へ移動するための可変位置指令が入力されたのちに、バックラッシ補正を一律に働かせると、制御対象は可変位置指令から一瞬ずれて可変位置指令に追従しない可能性がある。さらに、可変位置指令が変化しない状態においてサーボモータの回転位置が変化していると、制御対象が移動を再開したときには、可変位置指令の向きがいずれの方向（順方向および反転方向）であっても、ロストモーションが発生する可能性がある。このようなロストモーションを一律の補正量によって補正すると、可変位置指令に対して追従誤差が発生する可能性がある。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、機械的伝達誤差をもつ伝達機構を介して位置決めされる制御対象が目標位置に停止した状態から移動を再開した際に発生する可変位置指令に対する追従誤差を抑制できる位置制御装置および位置制御方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点の位置制御装置は、伝達機構を介してモータと連結された制御対象を時間的に変化する可変位置指令に追従させて位置決めする位置制御装置であって、前記可変位置指令を出力可能な指令発生手段と、前記可変位置指令と前記制御対象の検出位置とに基づいて、前記制御対象の制御偏差を生成する制御偏差生成手段と、前記制御偏差に基づいて、前記制御対象を前記可変位置指令に追従させる操作量を生成して前記モータを駆動制御するサーボ制御手段と、前記伝達機構の機械的伝達誤差に起因する前記制御対象の前記可変位置指令に対する追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正する異なる態様の第１および第２の補正手段からなる追従誤差補正手段と、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が前記制御偏差生成手段に再び入力されるまでの期間における前記制御対象の検出位置の変動の有無に基づいて、前記第１および第２の補正手段のうち起動させるべき補正手段を選択する補正選択手段とを有し、前記第１の補正手段は、再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転しないときは補正を行わず、前記再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転するときは、前記可変位置指令が再び入力されたのち前記制御対象が移動を再開するまでの期間、予め定められた一定の補正量又は予め定められた一定の補正量を周期的に加算した補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正し、前記第２の補正手段は、前記可変位置指令が再び入力されたのちに、当該可変位置指令の送り方向に応じた補正量であって、前記制御対象の検出位置および前記モータの検出回転位置に基づいて決定された補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正し、前記補正選択手段は、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が前記制御偏差生成手段に再び入力されるまでの期間に前記制御対象の検出位置が変動しない場合には、前記第１の補正手段を選択し、前記制御対象の検出位置が変動した場合には、前記第２の補正手段を選択する。
【００１１】
好適には、前記補正量決定手段は、前記制御対象の移動方向に応じた第１および第２の補正量を保持しており、前記制御対象の検出位置の変動方向に応じて前記第１および第２の補正量を決定する。
【００１２】
さらに好適には、前記第２の補正手段は、前記補正量決定手段によって決定された前記第１および第２の補正量の一方を、再び入力された前記前記可変位置指令の送り方向に応じて選択し、前記制御偏差の補正を行う。
【００１３】
本発明の第２の観点の位置制御装置は、伝達機構を介してモータと連結された制御対象を時間的に変化する可変位置指令に追従させて位置決めする位置制御装置であって、前記可変位置指令を出力可能な指令発生手段と、前記可変位置指令と前記制御対象の検出位置と前記モータの検出回転位置に基づいて、前記制御対象の制御偏差を生成する制御偏差生成手段と、前記制御偏差に基づいて、前記制御対象を前記可変位置指令に追従させる操作量を生成して前記モータを駆動制御するサーボ制御手段と、前記伝達機構の機械的伝達誤差に起因する前記制御対象の前記可変位置指令に対する追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正する異なる態様の第１および第２の補正手段からなる追従誤差補正手段と、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が前記制御偏差生成手段に再び入力されるまでの期間における前記制御対象の検出位置の変動の有無に基づいて、前記第１および第２の補正手段のうち起動させるべき補正手段を選択する補正選択手段とを有し、前記第１の補正手段は、再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転しないときは補正を行わず、前記再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転するときは、前記可変位置指令が再び入力されたのち前記制御対象が移動を再開するまでの期間、予め定められた一定の補正量又は予め定められた一定の補正量を周期的に加算した補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正し、前記第２の補正手段は、前記可変位置指令が再び入力されたのちに、当該可変位置指令の送り方向に応じた補正量であって、前記制御対象の検出位置および前記モータの検出回転位置に基づいて決定された補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正し、前記補正選択手段は、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が前記制御偏差生成手段に再び入力されるまでの期間に前記制御対象の検出位置が変動しない場合には、前記第１の補正手段を選択し、前記制御対象の検出位置が変動した場合には、前記第２の補正手段を選択する。
【００１４】
本発明の第３の観点の位置制御方法は、時間的に変化する可変位置指令を生成し、前記可変位置指令と伝達機構を介してモータと連結された制御対象の検出位置とに基づいて、前記制御対象の前記可変位置指令に対する制御偏差を生成し、前記制御偏差に基づいて前記制御対象を前記可変位置指令に追従させる操作量を生成して前記モータを駆動制御し、前記制御対象を可変位置指令に追従させて位置決めする位置制御方法であって、前記制御対象が目標位置に停止し、次の目標位置に対する前記可変位置指令が再び生成されるまでの期間における前記制御対象の検出位置の変動の有無を検出するステップと、前記変動の有無の検出結果に応じて、異なる態様の第１および第２の補正手段のうち一方を選択するステップと、選択された前記補正手段によって、前記伝達機構の機械的伝達誤差に起因する前記制御対象の前記可変位置指令に対する追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正するステップとを有し、前記第１の補正手段は、再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転しないときは補正を行わず、前記再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転するときは、前記可変位置指令が再び生成されたのち前記制御対象が移動を再開するまでの期間、予め定められた一定の補正量又は予め定められた一定の補正量を周期的に加算した補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正し、前記第２の補正手段は、前記可変位置指令が再び生成されたのちに、当該可変位置指令の送り方向に応じた補正量であって、前記制御対象の検出位置および前記モータの検出回転位置に基づいて決定された補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正し、前記選択するステップでは、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が再び生成されるまでの期間に前記制御対象の検出位置が変動しない場合には、前記第１の補正手段を選択し、前記制御対象の検出位置が変動した場合には、前記第２の補正手段を選択する。
【００１５】
本発明の第４の観点の位置制御方法は、時間的に変化する可変位置指令を生成し、前記可変位置指令と伝達機構を介してモータと連結された制御対象の検出位置と前記モータの検出回転位置に基づいて、前記制御対象の前記可変位置指令に対する制御偏差を生成し、前記制御偏差に基づいて前記制御対象を前記可変位置指令に追従させる操作量を生成して前記モータを駆動制御し、前記制御対象を可変位置指令に追従させて位置決めする位置制御方法であって、前記制御対象が目標位置に停止し、次の目標位置に対する前記可変位置指令が再び生成されるまでの期間における前記制御対象の検出位置の変動の有無を検出するステップと、前記変動の有無の検出結果に応じて、異なる態様の第１および第２の補正手段のうち一方を選択するステップと、選択された前記補正手段によって、前記伝達機構の機械的伝達誤差に起因する前記制御対象の前記可変位置指令に対する追従誤差を抑制するように前記制御偏差を生成するのに用いる前記モータの検出回転位置を補正するステップとを有し、前記第１の補正手段は、再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転しないときは補正を行わず、前記再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転するときは、前記可変位置指令が再び生成されたのち前記制御対象が移動を再開するまでの期間、予め定められた一定の補正量又は予め定められた一定の補正量を周期的に加算した補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正し、前記第２の補正手段は、前記可変位置指令が再び生成されたのちに、当該可変位置指令の送り方向に応じた補正量であって、前記制御対象の検出位置および前記モータの検出回転位置に基づいて決定された補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正し、前記選択するステップでは、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が再び生成されるまでの期間に前記制御対象の検出位置が変動しない場合には、前記第１の補正手段を選択し、前記制御対象の検出位置が変動した場合には、前記第２の補正手段を選択する。
【００１６】
本発明では、可変位置指令および制御対象の検出位置に応じてモータが駆動され、このモータに伝達機構を介して接続された制御対象は可変位置指令に追従していく。
たとえば、可変位置指令が停止状態となり制御対象が目標位置に停止した状態となった場合に、伝達機構にロストモーションの原因となるバックラッシや摩擦や弾性変形等の非線形要素が存在すると、制御対象を目標位置に位置決めしていても、モータはロストモーションの範囲で微小回転する可能性がある。さらに、制御対象は外乱や位置の微小誤差等が原因で、目標位置からに停止した状態であっても若干移動する可能性がある。制御対象の位置が目標位置からずれると、モータはこの誤差を打ち消すように駆動されるため、モータはロストモーション領域を通過する可能性がある。したがって、制御対象が目標位置に停止した状態であっても、モータから制御対象までの間の状態は変化する可能性がある。
このため、本発明では、制御対象が目標位置に停止した状態から可変位置指令が再び入力されるまでの間に、制御対象の位置が変動したか否かを検出し、この検出結果に応じた補正手段により、制御対象の移動を再開した際に発生する可変位置指令に対する制御対象の追従誤差を抑制するように補正する。
さらに、本発明では、上記の制御対象の位置の変動の有無に加えて、再び入力される可変位置指令の送り方向を考慮し、送り方向に応じた追従誤差補正を行う。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態に係る位置制御システムの構成を示す図である。
図１において、本実施形態に係る位置制御システム１は、位置制御装置１０と、サーボモータ１０１と、サーボモータ１０１に取り付けられた、たとえば、光学式あるいは磁気式の回転位置検出器１１０と、サーボモータ１０１に接続され外周にねじ部が形成されたボールねじ軸１０２と、ボールねじ軸１０２のねじ部に螺合するねじ孔が形成された可動部材１０３と、可動部材１０３に連結され矢印Ａ１およびＡ２のボールねじ軸１０２の軸方向に移動自在に図示しない案内機構によって保持されたテーブル１０４と、テーブル１０４に対して固定された検出部１０５ａと矢印Ａ１およびＡ２の方向に沿って設けられたスケール１０５ｂとからなるリニアスケール１０５とを備える。
ここで、テーブル１０４は本発明の制御対象の一実施態様である。
【００１８】
ボールねじ軸１０２は、可動部材１０３のねじ孔に螺合しており、ボールねじ軸１０２が回転することによって、ボールねじ軸１０２の回転運動が可動部材１０３の直線運動に変換され、これによりテーブル１０４が直動する。
ボールねじ軸１０２と可動部材１０３との間には、バックラッシ等の機械的誤差や摩擦や弾性変形等の非線形要素が存在する。このボールねじ軸１０２と可動部材１０３との間の非線形特性によって、モータ１０１とテーブル１０４との間には、機械的伝達誤差が発生する。
たとえば、ボールねじ軸１０２を一方向に回転させてテーブル１０４を矢印Ａ２の方向に移動させた後、回転方向を反転させてテーブル１０４を矢印Ａ１の方向に移動させた際に、ボールねじ軸１０２は反転してもテーブル１０４が移動せず、停止したまま状態となるロストモーションが発生する。
【００１９】
リニアスケール１０５は、テーブル１０４に対して固定された検出部１０５ａがスケール１０５ｂに対する位置を、たとえば、磁気的あるいは光学的に検出し、この検出位置信号Ｐｔを位置制御装置１０にフィードバックする。この検出位置信号Ｐｔは、たとえば、テーブル１０４の変位に応じた数のパルス信号である。
【００２０】
回転位置検出器１１０は、サーボモータ１０１の回転位置を検出し、この検出回転位置信号Ｐｃを位置制御装置１０にフィードバックする。この検出回転位置信号Ｐｃは、たとえば、回転位置検出器１１０の回転量に応じた数のパルス信号である。
【００２１】
位置制御装置１０は、位置指令生成部１１と、制御偏差生成部１４と、サーボ制御部１５と、ドライバ１６と、指令状態検出部２２と、追従誤差補正部２３と、補正選択／補正量決定部２４とを有している。
ここで、位置指令生成部１１は本発明の指令出力手段、制御偏差生成部１４は本発明の制御偏差生成手段、サーボ制御部１５およびドライバ１６は本発明のサーボ制御手段、追従誤差補正部２３は本発明の追従誤差補正手段、補正選択／補正量決定部２４は本発明の補正選択手段および補正量決定手段のそれぞれ一実施態様である。
【００２２】
位置指令生成部１１は、テーブル１０４の移動すべき目標位置に応じた可変位置指令Ｐｒを出力する。この可変位置指令Ｐｒは、所定のサンプリング時間毎に変化する。また、可変位置指令Ｐｒは、たとえば、パルス量によって与えられる。
【００２３】
制御偏差生成部１４は、位置指令生成部１１から与えられる可変位置指令Ｐｒと、リニアスケール１０５から与えられる検出位置信号Ｐｔとから、テーブル１０４の制御偏差Ｅを生成して、サーボ制御部１５に出力する。
具体的には、可変位置指令Ｐｒからテーブル１０４の検出位置信号Ｐｔを減算して位置偏差Ｅを演算する。
【００２４】
サーボ制御部１５は、制御偏差生成部１４から与えられる位置偏差Ｅに基づいてテーブル１０４の位置を可変位置指令Ｐｒの変化に追従させつつ一致させる制御指令１５ｓをドライバ１６に出力する。
具体的には、サーボ制御部１５は、速度ループおよび電流ループから構成され、位置偏差Ｅに位置ループゲインによって比例動作を施し、これを速度ループに対する速度指令として出力する。速度ループでは、たとえば、この速度指令と回転位置検出器１１０からの検出回転位置信号Ｐｃのサンプリング時間毎の差分値（速度フィードバック信号）との偏差に比例動作および積分動作を施してトルク指令とし、これを電流ループに出力する。電流ループでは、たとえば、サーボモータ１０１の駆動電流から換算したサーボモータ１０１の出力トルク信号と上記トルク指令との偏差に比例動作を施して電流指令とし、これを所定の信号１５ｓに変換してドライバ１６に出力する。
ドライバ１６は、サーボ制御部１５から入力された制御指令１５ｓに応じて増幅した駆動電流を操作量１６ｓとしてサーボモータ１０１に出力する。
【００２５】
指令状態検出部２２は、位置指令生成部１１で発生された可変位置指令Ｐｒが入力され、可変位置指令Ｐｒの状態を検出し、検出した指令状態信号Ｐsts を追従誤差補正部２３および補正選択／補正量決定部２４に出力する。
指令状態信号Ｐsts は、具体的には、可変位置指令Ｐｒの送り方向および可変位置指令Ｐｒの入力の有無の情報を持っている。したがって、指令状態信号Ｐsts から可変位置指令Ｐｒの送り方向の反転、送りの停止および送りの再開を検出することができる。
【００２６】
追従誤差補正部２３は、モータ１０１とテーブル１０４との間の機械的伝達誤差に起因するテーブル１０４の可変位置指令Ｐｒに対する追従誤差を抑制するように制御偏差Ｅを補正する補正指令Ｍｒを制御偏差生成部１４に出力可能な異なる態様の第１補正部２３ａおよび第２補正部２３ｂを有する。
第１補正部２３ａおよび第２補正部２３ｂは、補正選択／補正量決定部２４から入力される選択信号ＳＬＣに応じて選択され、制御偏差Ｅを補正する補正指令Ｍｒを制御偏差生成部１４に出力する。
なお、第１補正部２３ａおよび第２補正部２３ｂにおける具体的な処理については後述する。
【００２７】
補正選択／補正量決定部２４は、リニアスケール１０５からの検出位置信号Ｐｔと、回転位置検出器１１０からの検出回転位置信号Ｐｃと、指令状態検出部２２からの指令状態信号Ｐsts が入力され、これらの信号に基づいて、選択信号ＳＬＣ、移動／停止信号Ｍsts および補正量Ｂf 、Ｂr を上記の追従誤差補正部２３に出力する。
【００２８】
補正選択／補正量決定部２４は、可変位置指令Ｐｒが停止状態（一定の値）となることによってテーブル１０４が移動を停止し、可変位置指令Ｐｒが制御偏差生成部１４に再び入力（可変位置指令Ｐｒが再び変化）されるまでの期間におけるリニアスケール１０５からの検出位置信号Ｐｔの変動の有無に基づいて、上記の第１および第２補正部２３ａ，２３ｂのうち起動させるべき補正部を選択する選択信号ＳＬＣを出力する。
具体的には、リニアスケール１０５からの検出位置信号Ｐｔが変動しない場合には、第１補正部２３ａを選択する選択信号ＳＬＣを出力する。リニアスケール１０５からの検出位置信号Ｐｔが変動した場合には、第２補正部２３ｂを選択する選択信号ＳＬＣを出力する。
【００２９】
また、補正選択／補正量決定部２４は、入力されるリニアスケール１０５からの検出位置信号Ｐｔに基づいて、テーブル１０４が移動状態にあるか停止状態にあるかを判断し、判断結果に応じた移動／停止信号Ｍsts を追従誤差補正部２３に出力する。
【００３０】
さらに、補正選択／補正量決定部２４は、入力されるリニアスケール１０５からの検出位置信号Ｐｔおよび回転位置検出器１１０からの検出回転位置信号Ｐｃに基づいて、第２補正部２３ｂにおいて使用する補正量Ｂf 、Ｂr を追従誤差補正部２３に出力する。
なお、補正選択／補正量決定部２４の具体的な処理内容は後述する。
【００３１】
図２は、上記構成の位置制御装置１０のハードウエア構成の一例を示す図である。
図２において、マイクロプロセッサ５１は、ＲＯＭ（Read Only Memory) ５２、ＲＡＭ（Random Access Memory) ５３、インターフェース回路５４，５６、グラフィック制御回路５８、表示装置５９、キーボード６１、ソフトウエアキー６０等とバスを介して接続されている。
マイクロプロセッサ５１は、ＲＯＭ５２に格納されたシステムプログラムにしたがって、位置制御装置１０を総合的に制御する。
ＲＯＭ５２には、上記の位置指令生成部１１、制御偏差生成部１４、サーボ制御部１５、指令状態検出部２２、追従誤差補正部２３、補正選択／補正量決定部２４等を構成するプログラムおよびシステムプログラム等の所要のソフトウエアが格納される。
【００３２】
ＲＡＭ５３は、ＲＯＭ５２に格納されたプログラムがダウンロードされたり、各種のプログラム、データなどが格納され、例えば、追従誤差補正部２３において使用する補正量等が格納される。
グラフィック制御回路５８は、ディジタル信号を表示用の信号に変換し、表示装置５９に与える。
表示装置５９には、例えば、ＣＲＴ表示装置や液晶表示装置が使用される。表示装置５９は、ソフトウエアキー６０またはキーボード６１を用いて作業者が対話形式で加工プログラムを作成していくときに、形状、加工条件および生成された加工プログラム等を表示したり、作業者が必要なデータを入力する際に入力データなどを表示する。
【００３３】
表示装置５９の画面には、受けられる作業またはデータがメニュー形式で表示される。メニューのうちどの項目を選択するかは、メニューの下のソフトウエアキー６０を押すことにより行う。
ソフトウエアキー６０およびキーボード６１は、位置制御装置１０に必要なデータを入力するのにも使用される。
インターフェース回路５４は、マイクロプロセッサ５１から出力されたサーボモータ１０１に対する制御指令を所定の信号に変換してドライバ１６に出力するとともに、回転位置検出器１１０の検出信号１１０ｓを逐次サンプリングしてプロセッサ５１に出力する。
インターフェース回路５６は、リニアスケール１０５から出力されたフィードバック信号１０５ｓを所定のサンプリング周期でサンプリングし、所定のディジタル信号に変換してマイクロプロセッサ５１に出力する。
【００３４】
次に、上記構成の位置制御システム１を用いた本発明の位置制御方法について説明する。
まず、位置制御システム１の基本的な制御方法について図３を参照して説明する。
図３に示すように、位置指令生成部１１において、テーブル１０４の移動すべき目標位置を特定する可変位置指令Ｐｒを生成し、制御偏差生成部１４に可変位置指令Ｐｒを所定のサンプリング時間毎に逐次出力する（ステップＳ１）。
【００３５】
一方、リニアスケール１０５は、テーブル１０４の位置を検出し、テーブル１０４の検出位置信号Ｐｔを制御偏差生成部１４にフィードバックする（ステップＳ２）。
【００３６】
制御偏差生成部１４では、可変位置指令Ｐｒからフィードバックされたテーブル１０４の検出位置Ｐｔを減算してテーブル１０４の可変位置指令Ｐｒからの位置偏差Ｅを生成する（ステップＳ３）。
制御偏差生成部１４で生成された位置偏差Ｅは、サーボ制御部１５に入力される。
【００３７】
サーボ制御部１５では、入力される位置偏差Ｅに基づいて、テーブル１０４の位置を目標位置に追従させる制御指令１５ｓを生成し（ステップＳ４）、ドライバ１６に出力する。
ドライバ１６は、入力された制御指令１５ｓに応じた駆動電流を操作量としてサーボモータ１０１に供給する。この結果、サーボモータ１０１が駆動され、テーブル１０４は可変位置指令Ｐｒに追従する。可変位置指令Ｐｒが停止状態（可変位置指令Ｐｒが一定）となった場合には、テーブル１０４は目標位置に位置決めされる。
【００３８】
次に、補正選択／補正量決定部２４および追従誤差補正部２３における処理手順について説明する。
具体的な処理手順を説明する前に、本実施形態の追従誤差補正が適用される可変位置指令Ｐｒの具体例を図４を参照して説明する。なお、図４において、可変位置指令Ｐｒを実線で示しているとともに、可変位置指令Ｐｒに対するテーブル１０４の位置Ｐｔの応答の例を点線で示している。
【００３９】
図４（ａ）に示す可変位置指令Ｐｒは、テーブル１０４を位置Ｐ0 から位置Ｐ1 まで一定速度で移動させ、位置Ｐ1 に位置決めしたたのち、所定時間Ｔ0 の経過後に、位置Ｐ1 から送り方向を反転させて再度位置Ｐ0 に位置決めする指令の一例である。
図４（ａ）に示す可変位置指令Ｐｒにおいては、テーブル１０４を位置Ｐ0 から位置Ｐ1 まで移動位置決めしたのち所定時間Ｔ0 が経過するまでの間、テーブル１０４の位置Ｐｔが変動しない場合には、送り方向を反転して位置Ｐ1 から位置Ｐ0 に移動を再開する際に追従誤差Ｔｅが発生する。
本実施形態では、この追従誤差Ｔｅの発生を抑制するように、上記した第１の補正部２３ａにより位置偏差Ｅを補正する。
【００４０】
図４（ａ）に示す可変位置指令Ｐｒにおいて、位置Ｐ1 から位置Ｐ0 に向かうための可変位置指令Ｐｒが入力されるまで、すなわち、テーブル１０４が位置Ｐ1 に停止したのち可変位置指令Ｐｒが入力されるまでの期間内にテーブル１０４の位置Ｐｔが位置Ｐ1 から変動すると、可変位置指令Ｐｒは入力されていなくても位置偏差Ｅが発生する。このため、サーボモータ１０１が回転する。位置偏差Ｅを打ち消すためにサーボモータ１０１はロストモーション領域を通過する可能性がある。
【００４１】
テーブル１０４が停止した状態から位置Ｐ0 に向けて移動を再開するまでの間にテーブル１０４の位置Ｐｔが位置Ｐ1 から変動すると、テーブル１０４の停止した状態からのボールネジ１０２等の伝達機構の状態が変化し、追従誤差Ｔｅの発生量はテーブル１０４の位置Ｐｔが変動しない場合とは異なる。
したがって、テーブル１０４の位置Ｐｔが変動しないときに発生する追従誤差Ｔｅと同様に追従誤差Ｔｅを補償しようとすると、逆に、可変位置指令Ｐｒに一瞬追従しなくなる可能性がある。
本実施形態では、後述するように、テーブル１０４が停止した状態から可変位置指令Ｐｒが入力されるまでにテーブル１０４の位置Ｐｔが変動した場合には、テーブル１０４の位置Ｐｔが可変位置指令Ｐｒから外れてしまうことがないように第２の補正部２３ｂにより位置偏差Ｅの補正を行う。
【００４２】
一方、図４（ｂ）に示す可変位置指令Ｐｒは、テーブル１０４を位置Ｐ0 から位置Ｐ1 まで一定速度で移動させ、位置Ｐ1 に位置決めしたたのち、所定時間Ｔ0 の経過後に、位置Ｐ1 からさらに順方向の位置Ｐ2 に位置決めする指令の一例である。
図４（ｂ）に示す可変位置指令Ｐｒの場合には、テーブル１０４が位置Ｐ1 に停止したのち可変位置指令Ｐｒが入力されるまでの期間内にテーブル１０４の位置Ｐｔが位置Ｐ1 から変動しない場合には、停止した状態から移動を再開する際にロストモーションはほとんど発生しない。
【００４３】
しかしながら、テーブル１０４が停止した状態から可変位置指令Ｐｒが入力されるまでに、テーブル１０４の位置Ｐｔが変動した場合には、ボールネジ１０２等の伝達機構の状態が変化するため、順方向に再び移動する場合には、図４（ｂ）に示すように、ロストモーションによって追従誤差Ｔｅ’が発生する。
このため、本実施形態では、後述するように、テーブル１０４が停止した状態から可変位置指令Ｐｒが入力されるまでにテーブル１０４の位置Ｐｔが変動し、かつ、順方向に再び移動する場合にも、テーブル１０４の位置Ｐｔが可変位置指令Ｐｒから外れてしまうことがないように第２の補正部２３ｂにより位置偏差Ｅの補正を行う。
【００４４】
次に、補正選択／補正量決定部２４および追従誤差補正部２３における処理手順について図５および図６に示すフローチャートを参照して説明する。
図５は、補正選択／補正量決定部２４における処理手順を示すフローチャートである。
補正選択／補正量決定部２４は、指令状態検出部２２からの指令状態信号Ｐsts に基づいて、可変位置指令Ｐｒの停止状態（可変位置指令Ｐｒの値が一定）を検出する（ステップＳ１１）。
図４（ａ）および（ｂ）に示した可変位置指令Ｐｒの場合、テーブル１０４が位置Ｐ1 に近づくと、可変位置指令Ｐｒの停止（可変位置指令Ｐｒが一定）が検出される。
【００４５】
テーブル１０４が位置Ｐ1 に到達しテーブル１０４が停止すると、このテーブル１０４の停止がリニアスケール１０５の検出位置信号Ｐｔから検出される（ステップＳ１２）。
【００４６】
次いで、補正選択／補正量決定部２４では、選択信号ＳＬＣによって選択する補正手段を第１補正部２３ａとする（ステップＳ１３）。これにより、第１補正部２３ａを選択する内容の選択信号ＳＬＣが追従誤差補正部２３に出力される。
【００４７】
テーブル１０４が停止した状態において、テーブル１０４の検出位置Ｐｔに変動がないかが監視される（ステップＳ１４）。
テーブル１０４の検出位置Ｐｔが外乱等により変動した場合には、上述したように、テーブル１０４が位置Ｐ1 に停止した時点からのボールネジ１０２等の伝達機構の噛合状態等が変化する。
このため、補正選択／補正量決定部２４では、選択信号ＳＬＣによって選択する補正手段を第１補正部２３ａに代えて第２補正部２３ｂとする（ステップＳ１５）。これにより、第２補正部２３ｂを選択する内容の選択信号ＳＬＣが追従誤差補正部２３に出力される。
【００４８】
次いで、補正選択／補正量決定部２４は、テーブル１０４の検出位置Ｐｔに変動があった場合には、テーブル１０４の移動方向を検出する（ステップＳ１６）。
なお、テーブル１０４が位置Ｐ0 から位置Ｐ1 に向かう方向を順方向とし、位置Ｐ1 から位置Ｐ0 に向かう方向を反転方向とする。
【００４９】
補正選択／補正量決定部２４は、テーブル１０４の移動方向を検出すると、追従誤差補正部２３の第２補正部２３ｂにおいて使用される補正量Ｂf 、Ｂr を設定する。
なお、補正量Ｂf は、可変位置指令Ｐｒが再入力された際に、送り方向が順方向である場合に使用する補正量であり、補正量Ｂr は送り方向が反転方向の場合に使用する補正量である。
【００５０】
テーブル１０４の移動方向が順方向であった場合、補正量Ｂr を０、補正量Ｂf を所定の値Ｂinに設定する（ステップＳ１７）。
テーブル１０４の移動方向が反転方向であった場合、補正量Ｂr を所定の値Ｂin、補正量Ｂf を０に設定する（ステップＳ１８）。設定された補正量Ｂr および補正量Ｂf は、追従誤差補正部２３に送られる。
【００５１】
次いで、補正選択／補正量決定部２４は、可変位置指令Ｐｒが再入力されたか否かを確認する（ステップＳ１９）。
可変位置指令Ｐｒが再入力されていない場合には、ステップＳ１４に戻り、上記と同様の処理を繰り返す。可変位置指令Ｐｒが再入力されている場合には、処理を終了する。
なお、ステップＳ１４〜ステップＳ１９の処理は、たとえば、位置制御ループの所定のサンプリング周期毎に行われる。
【００５２】
一方、ステップＳ１４において、テーブル１０４の検出位置Ｐｔに変動がない場合には、モータ１０１が回転していないかが監視される（ステップＳ２０）。テーブル１０４の検出位置Ｐｔに変動がなく、かつ、モータ１０１も回転していない場合には、可変位置指令Ｐｒが再入力されたか否かを確認する（ステップＳ１９）。
【００５３】
モータ１０１が回転している場合には、選択信号ＳＬＣによって現在、第１補正部２３ａおよび第２補正部２３ｂのいずれが選択されているかのチェックを行う（ステップＳ２１）。
【００５４】
第１補正部２３ａが選択されている場合、すなわち、テーブル１０４が位置Ｐ1 に停止したのち未だテーブル１０４の検出位置Ｐｔに変動がない場合には、可変位置指令Ｐｒが再入力されたか否かを確認する（ステップＳ１９）。
【００５５】
第２補正部２３ｂが選択されている場合、すなわち、テーブル１０４が位置Ｐ1 に停止したのちテーブル１０４の検出位置Ｐｔに変動があった場合にのみ、テーブル１０４が停止した時点から現在までのモータ１０１の回転量Ｅｓを回転位置検出器１１０の検出回転位置信号Ｐｃから取得する（ステップＳ２２）。
【００５６】
次いで、モータ１０１の回転量Ｅｓを取得したのち、反転方向の補正量Ｂr から回転量Ｅｓを減算し、順方向の補正量Ｂf に回転量Ｅｓを加算する（ステップｓ２３）。
したがって、モータ１０１がテーブル１０４が停止した時点から現在まで回転している場合には、反転方向の補正量Ｂr および順方向の補正量Ｂf の値は、回転量Ｅｓによって変更されることになる。このため、追従誤差補正部２３において保持されている補正量Ｂr および補正量Ｂf の値は更新される。
【００５７】
反転方向の補正量Ｂr および順方向の補正量Ｂf の値の回転量Ｅｓによる変更が完了すると、可変位置指令Ｐｒが再入力されたか否かを確認する（ステップＳ１９）。
なお、ステップＳ２０〜ステップＳ２３の処理は、たとえば、位置制御ループの所定のサンプリング周期毎に行われる。
【００５８】
図６は、追従誤差補正部２３における処理手順を示すフローチャートである。追従誤差補正部２３は、指令状態検出部２２からの指令状態信号Ｐsts に基づいて、位置Ｐ1 に位置決めされたテーブル１０４を位置Ｐ0 あるいは位置Ｐ2 に移動させる可変位置指令Ｐｒの入力を監視する（ステップＳ３１）。なお、この状態においては、テーブル１０４は位置Ｐ1 に停止している。
【００５９】
追従誤差補正部２３は、可変位置指令Ｐｒの再入力があった場合には、選択信号ＳＬＣに基づいて、第１補正部２３ａおよび第２補正部２３ｂのいずれが選択されているかのチェックを行う（ステップＳ３２）。
【００６０】
次いで、選択信号ＳＬＣによって第１補正部２３ａが選択されている場合、可変位置指令Ｐｒの送り方向が反転したか否かを確認する（ステップＳ３３）。可変位置指令Ｐｒの送り方向を確認するのは、送り方向が反転した場合のみ補正を行うためである。すなわち、図４（ｂ）に示した可変位置指令Ｐｒのように、再び入力された可変位置指令Ｐｒの送り方向が反転しない場合には、補正を行わない。
可変位置指令Ｐｒの送り方向が反転する場合には、制御偏差Ｅを補正する補正指令Ｍｒの初期値として補正量ΔＢを設定する。
なお、補正量ΔＢは、たとえば、テーブル１０４とモータ１０１との間に発生するロストモーション量を予め測定しておくことで決定することができる。また、補正量ΔＢは、通常のバックラッシュ補正に用いる補正量よりも小さい値である。さらに、補正量ΔＢはテーブル１０４の送り方向に応じた正負の符号を持っている。
【００６１】
補正指令Ｍｒの初期値として補正量ΔＢを設定した後、補正を実行する（ステップＳ３５）。これにより、位置偏差Ｅが補正される。
位置偏差Ｅが補正されたのちに、テーブル１０４の移動が再開されるかを確認する（ステップＳ３６）。
【００６２】
テーブル１０４の移動が再開されない場合には、補正指令Ｍｒに補正量ΔＢを加算して補正量Ｍｒを更新する（ステップＳ３７）。
このように、補正指令Ｍｒを補正量ΔＢで周期的に更新するのは、補正指令Ｍｒを徐々に変化させることによりテーブル１０４が急激を再開するのを避けるためである。
なお、補正指令Ｍｒに一定の補正量を設定し更新を行わず、テーブル１０４の移動が再開されるまで補正を行う構成とすることも可能である。
【００６３】
補正指令Ｍｒが位置偏差Ｅに加算されると、見かけ上の位置偏差Ｅは増大する。この位置偏差Ｅの増大により、サーボモータ１０１は増速され、速やかにボールねじ軸１０２はロストモーション区間を通過する。この結果、可変位置指令Ｐｒに対するテーブル１０４の追従誤差が抑制される。
追従誤差補正部２３の第１補正部２３ａは、テーブル１０４の移動が再開された場合には、補正指令Ｍｒによる位置偏差Ｅの補正を終了する。
なお、補正指令Ｍｒによる補正は、たとえば、位置制御ループのサンプリング時間毎に行われる。
【００６４】
一方、追従誤差補正部２３は、ステップＳ３２において、選択信号ＳＬＣによって第２補正部２３ｂが選択されている場合、再び入力された可変位置指令Ｐｒの送り方向が順方向か反転方向かを確認する。
図４（ｂ）に示した可変位置指令Ｐｒの場合は順方向であり、順方向の補正量Ｂf が補正指令Ｍｒに設定される（ステップＳ４１）。図４（ａ）に示した可変位置指令Ｐｒの場合は反転方向であり、反転方向の補正量Ｂr が補正指令Ｍｒに設定される（ステップＳ４２）。
【００６５】
補正指令Ｍｒに、可変位置指令Ｐｒの送り方向に応じて補正量Ｂr あるいは補正量Ｂf が設定されると、位置偏差Ｅの補正が実行される（ステップＳ４３）。これにより、テーブル１０４が位置Ｐ1 に停止したのち、位置Ｐ0 あるいは位置Ｐ2 に向けて移動する際に生じる可変位置指令Ｐｒに対するテーブル１０４の追従誤差が抑制される。
また、補正量Ｂr あるいは補正量Ｂf には、テーブル１０４が位置Ｐ1 に位置決めされた後のモータ１０１の回転量Ｅｓの情報が加味されている。このため、補正が過剰、あるいは、不十分とならず、最適な追従誤差の抑制が可能になる。
【００６６】
以上のように、本実施形態によれば、テーブル１０４を位置Ｐ0 から位置Ｐ1に位置決めしたのち、可変位置指令Ｐｒが再度入力されるまでにテーブル１０４の検出位置の変動の有無にかかわらず、可変位置指令Ｐｒが再び入力されたのちテーブル１０４が移動を再開する際に発生する可変位置指令Ｐｒに対する追従誤差を適切に抑制することが可能になる。
また、本実施形態によれば、テーブル１０４が位置Ｐ1 に位置決めされたのち、いずれの送り方向に移動した場合にも、追従誤差を適切に抑制することが可能となる。
さらに、テーブル１０４が位置Ｐ1 に位置決めされたのち、テーブル１０４の検出位置Ｐｔが変動していないときのサーボモータ１０１の回転量Ｅｓを取得し、これを用いて補正量を生成するので、テーブル１０４の位置とサーボモータ１０１の回転位置との相互関係を一定にでき、回転量Ｅｓを用いて算出した補正量Ｂr あるいは補正量Ｂf の値が正確な値となる。
また、本実施形態によれば、テーブル１０４の検出位置Ｐｔ、すなわち、リニアスケール１０５の検出位置信号Ｐｔを補正しないため、可変位置指令Ｐｒに対してテーブル１０４の位置にオフセットが発生することがない。
【００６７】
第２実施形態
図７は、本発明の第２の実施形態に係る位置制御システムの構成を示す図である。
なお、図７に示す位置制御システム３００において、第１の実施形態に係る位置制御システム１と同一の構成部分については、同一の符号を付している。
本実施形態に係る位置制御システムと第１の実施形態に係る位置制御システムとで異なる構成は、本実施形態に係る位置制御装置２００における制御偏差生成部２１０である。
また、本実施形態に係る位置制御システム３００では、サーボモータ１０１に取り付けられた、たとえば、光学式あるいは磁気式の回転位置検出器１１０の検出回転位置信号Ｐｃが制御偏差生成部２１０にフィードバックされる。
【００６８】
制御偏差生成部２１０は、変換部２１６と、位置誤差算出部２１５と、フィルタ部２１４と、位置算出部２１２と、減算部２１３と、位置偏差算出部２１１とを有する。
【００６９】
変換部２１６は、サーボモータ１０１の回転位置を検出する回転位置検出器１１０の検出回転位置信号Ｐｃをテーブル１０４の位置Ｐｍに変換し、変換後の回転位置Ｐｍを減算部２１３に出力する。
【００７０】
位置誤差算出部２１５は、変換部２１６で変換されたサーボモータ１０１の回転位置Ｐｍと、リニアスケール１０５の検出位置信号Ｐｔとの位置誤差Ｐｅを算出し、この位置誤差Ｐｅをフィルタ部２１４に出力する。
【００７１】
フィルタ部２１４は、位置誤差算出部２１５から入力される位置誤差Ｐｅに一次遅れフィルタ処理を施して平滑化し、平滑化した位置誤差Ｐｅ’を位置算出部２１２に出力する。
【００７２】
減算部２１３は、変換部２１６からの変換後の位置Ｐｍから追従誤差補正部２３から出力される補正指令Ｍｒを減算し、補正位置Ｐｓとして偏差算出部２１２および位置誤差算出部２１５に出力する。
【００７３】
位置算出部２１２は、フィルタ部２１４から出力される平滑化した位置誤差Ｐｅ’と減算部２１３から出力される補正位置Ｐｓを加算し、テーブル１０４の実質的な位置Ｐｔｒとして位置偏差算出部２１１に出力する。
【００７４】
位置偏差算出部２１１は、位置指令生成部１１から出力される可変位置指令Ｐｒから、位置算出部２１２から出力されるテーブル１０４の実質的な位置Ｐｔを減算して位置偏差Ｅを算出する。
【００７５】
次に、本実施形態に係る位置制御システムの基本的な制御方法について、図８に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、位置指令生成部１１において可変位置指令Ｐｒを生成し、制御偏差生成部２１０の位置偏差算出部２１１に所定のサンプリング時間毎に出力する（ステップＳ５１）。
【００７６】
一方、リニアスケール１０５は、テーブル１０４の位置を検出し、テーブル１０４の検出位置信号Ｐｔを制御偏差生成部２１０に逐次フィードバックする（ステップＳ５２）。
さらに、サーボモータ１０１に取り付けられた回転位置検出器１１０は、検出回転位置信号Ｐｃを制御偏差生成部２１０に逐次フィードバックする（ステップＳ５３）。
【００７７】
制御偏差生成部２１０では、入力された可変位置指令Ｐｒと、リニアスケール１０５および回転位置検出器１１０からフィードバックされた信号ＰｔおよびＰｃから位置偏差Ｅを生成する（ステップＳ５４）。生成された位置偏差Ｅは、サーボ制御部１５に出力される。
サーボ制御部１５では、入力される位置偏差Ｅに基づいてテーブル１０４の位置を目標位置に追従させる操作量１５ｓを生成する（ステップＳ５５）。これにより、テーブル１０４は可変位置指令Ｐｒに追従する。可変位置指令Ｐｒが停止状態（可変位置指令Ｐｒが一定）となった場合には、テーブル１０４は目標位置に位置決めされる。
【００７８】
このように、本実施形態に係る位置制御システムの基本制御系は、リニアスケール１０５の検出位置信号Ｐｔおよびサーボモータ１０１の検出回転位置信号Ｐｃの双方を用いてテーブル１０４の位置制御を行ういわゆるハイブリッド制御系を採用している。
【００７９】
本実施形態では、このようなハイブリッド制御系において、上述した第１の実施形態において説明したのと同じ処理手順により、補正指令Ｍｒを生成し、回転位置検出器１１０の変換後の検出回転位置信号Ｐｍを補正する。したがって、指令状態検出部２２、追従誤差補正部２３および補正選択／補正量決定部２４における具体的処理についての説明は省略する。
このような構成とすることにより、ハイブリッド制御系においても第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、制御対象が停止した後、移動を再開した際に発生する伝達機構のバックラッシ等の機械的伝達誤差に起因する可変位置指令に対する追従誤差を適切に抑制することができる。
この結果、工作機械等に本発明を適用した際に、工具のワークに対する経路誤差を適切に補正することができ、ワークの加工精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る位置制御システムの構成を示す図である。
【図２】位置制御装置１０のハードウエア構成を示す図である。
【図３】位置制御システム１の基本的な位置制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】（ａ）は送り方向が反転する可変位置指令Ｐｒの一例を示すグラフであり、（ｂ）は送り方向が反転しない場合の可変位置指令Ｐｒの一例を示すグラフである。
【図５】補正選択／補正量決定部２４における処理手順を示すフローチャートである。
【図６】追従誤差補正部２３における処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る位置制御システムの構成を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る位置制御システムの基本的な制御方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…位置制御システム
１０…位置制御装置
１１…位置指令生成部
１４…制御偏差生成部
１５…サーボ制御部
１６…ドライバ
２２…指令状態検出部
２３…追従誤差補正部
２３ａ…第１補正部
２３ｂ…第２補正部
２４…補正選択／補正量決定部
１０１…サーボモータ
１０２…ボールねじ軸
１０４…テーブル
１１０…回転位置検出器
Claims (8)
- 伝達機構を介してモータと連結された制御対象を時間的に変化する可変位置指令に追従させて位置決めする位置制御装置であって、
前記可変位置指令を出力可能な指令発生手段と、
前記可変位置指令と前記制御対象の検出位置とに基づいて、前記制御対象の制御偏差を生成する制御偏差生成手段と、
前記制御偏差に基づいて、前記制御対象を前記可変位置指令に追従させる操作量を生成して前記モータを駆動制御するサーボ制御手段と、
前記伝達機構の機械的伝達誤差に起因する前記制御対象の前記可変位置指令に対する追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正する異なる態様の第１および第２の補正手段からなる追従誤差補正手段と、
前記制御対象が停止し前記可変位置指令が前記制御偏差生成手段に再び入力されるまでの期間における前記制御対象の検出位置の変動の有無に基づいて、前記第１および第２の補正手段のうち起動させるべき補正手段を選択する補正選択手段と
を有し、
前記第１の補正手段は、再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転しないときは補正を行わず、前記再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転するときは、前記可変位置指令が再び入力されたのち前記制御対象が移動を再開するまでの期間、予め定められた一定の補正量又は予め定められた一定の補正量を周期的に加算した補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正し、
前記第２の補正手段は、前記可変位置指令が再び入力されたのちに、当該可変位置指令の送り方向に応じた補正量であって、前記制御対象の検出位置および前記モータの検出回転位置に基づいて決定された補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正し、
前記補正選択手段は、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が前記制御偏差生成手段に再び入力されるまでの期間に前記制御対象の検出位置が変動しない場合には、前記第１の補正手段を選択し、前記制御対象の検出位置が変動した場合には、前記第２の補正手段を選択する
位置制御装置。 - 前記補正量決定手段は、前記制御対象の移動方向に応じた第１および第２の補正量を保持しており、前記制御対象の検出位置の変動方向に応じて前記第１および第２の補正量を決定する
請求項１に記載の位置制御装置。 - 前記第２の補正手段は、前記補正量決定手段によって決定された前記第１および第２の補正量の一方を、再び入力された前記前記可変位置指令の送り方向に応じて選択し、前記制御偏差の補正を行う
請求項２に記載の位置制御装置。 - 伝達機構を介してモータと連結された制御対象を時間的に変化する可変位置指令に追従させて位置決めする位置制御装置であって、
前記可変位置指令を出力可能な指令発生手段と、
前記可変位置指令と前記制御対象の検出位置と前記モータの検出回転位置に基づいて、前記制御対象の制御偏差を生成する制御偏差生成手段と、
前記制御偏差に基づいて、前記制御対象を前記可変位置指令に追従させる操作量を生成して前記モータを駆動制御するサーボ制御手段と、
前記伝達機構の機械的伝達誤差に起因する前記制御対象の前記可変位置指令に対する追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正する異なる態様の第１および第２の補正手段からなる追従誤差補正手段と、
前記制御対象が停止し前記可変位置指令が前記制御偏差生成手段に再び入力されるまでの期間における前記制御対象の検出位置の変動の有無に基づいて、前記第１および第２の補正手段のうち起動させるべき補正手段を選択する補正選択手段と
を有し、
前記第１の補正手段は、再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転しないときは補正を行わず、前記再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転するときは、前記可変位置指令が再び入力されたのち前記制御対象が移動を再開するまでの期間、予め定められた一定の補正量又は予め定められた一定の補正量を周期的に加算した補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正し、
前記第２の補正手段は、前記可変位置指令が再び入力されたのちに、当該可変位置指令の送り方向に応じた補正量であって、前記制御対象の検出位置および前記モータの検出回転位置に基づいて決定された補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正し、
前記補正選択手段は、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が前記制御偏差生成手段に再び入力されるまでの期間に前記制御対象の検出位置が変動しない場合には、前記第１の補正手段を選択し、前記制御対象の検出位置が変動した場合には、前記第２の補正手段を選択する
位置制御装置。 - 前記補正量決定手段は、前記制御対象の移動方向に応じた第１および第２の補正量を保持しており、前記制御対象の検出位置の変動方向に応じて前記第１および第２の補正量を決定する
請求項４に記載の位置制御装置。 - 前記第２の補正手段は、前記補正量決定手段によって決定された前記第１および第２の補正量の一方を、再び入力された前記前記可変位置指令の送り方向に応じて選択し、前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置の補正を行う
請求項５に記載の位置制御装置。 - 時間的に変化する可変位置指令を生成し、前記可変位置指令と伝達機構を介してモータと連結された制御対象の検出位置とに基づいて、前記制御対象の前記可変位置指令に対する制御偏差を生成し、前記制御偏差に基づいて前記制御対象を前記可変位置指令に追従させる操作量を生成して前記モータを駆動制御し、前記制御対象を可変位置指令に追従させて位置決めする位置制御方法であって、
前記制御対象が目標位置に停止し、次の目標位置に対する前記可変位置指令が再び生成されるまでの期間における前記制御対象の検出位置の変動の有無を検出するステップと、
前記変動の有無の検出結果に応じて、異なる態様の第１および第２の補正手段のうち一方を選択するステップと、
選択された前記補正手段によって、前記伝達機構の機械的伝達誤差に起因する前記制御対象の前記可変位置指令に対する追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正するステップと
を有し、
前記第１の補正手段は、再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転しないときは補正を行わず、前記再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転するときは、前記可変位置指令が再び生成されたのち前記制御対象が移動を再開するまでの期間、予め定められた一定の補正量又は予め定められた一定の補正量を周期的に加算した補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正し、
前記第２の補正手段は、前記可変位置指令が再び生成されたのちに、当該可変位置指令の送り方向に応じた補正量であって、前記制御対象の検出位置および前記モータの検出回転位置に基づいて決定された補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差を補正し、
前記選択するステップでは、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が再び生成されるまでの期間に前記制御対象の検出位置が変動しない場合には、前記第１の補正手段を選択し、
前記制御対象の検出位置が変動した場合には、前記第２の補正手段を選択する
位置制御方法。 - 時間的に変化する可変位置指令を生成し、前記可変位置指令と伝達機構を介してモータと連結された制御対象の検出位置と前記モータの検出回転位置に基づいて、前記制御対象の前記可変位置指令に対する制御偏差を生成し、前記制御偏差に基づいて前記制御対象を前記可変位置指令に追従させる操作量を生成して前記モータを駆動制御し、前記制御対象を可変位置指令に追従させて位置決めする位置制御方法であって、
前記制御対象が目標位置に停止し、次の目標位置に対する前記可変位置指令が再び生成されるまでの期間における前記制御対象の検出位置の変動の有無を検出するステップと、
前記変動の有無の検出結果に応じて、異なる態様の第１および第２の補正手段のうち一方を選択するステップと、
選択された前記補正手段によって、前記伝達機構の機械的伝達誤差に起因する前記制御対象の前記可変位置指令に対する追従誤差を抑制するように前記制御偏差を生成するのに用いる前記モータの検出回転位置を補正するステップと
を有し、
前記第１の補正手段は、再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転しないときは補正を行わず、前記再び入力された可変位置指令の送り方向が停止前の送り方向に対して反転するときは、前記可変位置指令が再び生成されたのち前記制御対象が移動を再開するまでの期間、予め定められた一定の補正量又は予め定められた一定の補正量を周期的に加算した補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正し、
前記第２の補正手段は、前記可変位置指令が再び生成されたのちに、当該可変位置指令の送り方向に応じた補正量であって、前記制御対象の検出位置および前記モータの検出回転位置に基づいて決定された補正量によって前記追従誤差を抑制するように前記制御偏差の生成に用いる前記モータの検出回転位置を補正し、
前記選択するステップでは、前記制御対象が停止し前記可変位置指令が再び生成されるまでの期間に前記制御対象の検出位置が変動しない場合には、前記第１の補正手段を選択し、前記制御対象の検出位置が変動した場合には、前記第２の補正手段を選択する
位置制御方法。
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