特許 6390735 制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6390735

(24)【登録日】2018年8月31日

(45)【発行日】2018年9月19日

(54)【発明の名称】制御システム

(51)【国際特許分類】

   G05B 13/04 20060101AFI20180910BHJP

   G05D 3/12 20060101ALI20180910BHJP

【ＦＩ】

   G05B13/04

   G05D3/12 305Z

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-48069(P2017-48069)

(22)【出願日】2017年3月14日

【審査請求日】2018年6月20日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085006

【弁理士】

【氏名又は名称】世良 和信

(74)【代理人】

【識別番号】100096873

【弁理士】

【氏名又は名称】金井 廣泰

(74)【代理人】

【識別番号】100123319

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 武彦

(74)【代理人】

【識別番号】100125357

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100123098

【弁理士】

【氏名又は名称】今堀 克彦

(74)【代理人】

【識別番号】100138357

【弁理士】

【氏名又は名称】矢澤 広伸

(72)【発明者】

【氏名】恵木 守

【審査官】 黒田 暁子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１０４０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１１６８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１１５９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０９４９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１４０６７９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｂ １３／０４

Ｇ０５Ｄ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御対象を駆動する駆動側制御装置と、
前記駆動側制御装置による前記制御対象の駆動制御のための動作指令信号を生成する上位側制御装置と、
を備える制御システムであって、
前記駆動側制御装置は、
前記制御対象の動作に関連するフィードバック信号が入力される一又は複数の制御器を含む駆動側フィードバック系と、該駆動側フィードバック系及び該制御対象をモデル化した制御モデルを有する駆動側制御モデル部と、を含み、該駆動側制御モデル部が有する制御モデルに従ったモデル追従制御が可能となるように構成された駆動側制御構造と、
前記駆動側制御構造での前記制御対象の駆動制御のための所定信号の算出処理を行う駆動側算出部と、
を有し、
前記上位側制御装置は、
少なくとも前記駆動側制御モデル部に対応する制御モデルを有する上位側制御モデル部を含み、該上位側制御モデル部の出力と前記動作指令信号との偏差に基づく上位側補正信号が該上位側制御モデル部の入力側にフィードバックされ、該フィードバックされた上位側補正信号と該動作指令信号とに基づいて生成される補正後指令信号が、該上位側制御モデル部に入力されるように構成される上位側制御構造と、
前記上位側制御構造での前記制御対象の駆動制御のための所定信号の算出処理を行う上位側算出部と、
を有し、
前記補正後指令信号は、更に、前記駆動側制御構造に入力される、
制御システム。

【請求項2】

前記上位側制御モデル部が有する制御モデルは、前記駆動側制御モデル部が有する制御モデルと同一の制御モデルである、
請求項１に記載の制御システム。

【請求項3】

前記上位側制御装置は、前記上位側制御モデル部に関する所定の制御パラメータを、前記駆動側制御装置が有する前記駆動側制御モデル部の制御パラメータに基づいて、該駆動側制御装置から取得するモデルパラメータ取得部を、更に有する、
請求項２に記載の制御システム。

【請求項4】

前記上位側制御モデル部及び前記駆動側制御モデル部は、それぞれ、前記駆動側フィードバック系と前記制御対象とに関するインパルス応答の情報であるインパルス応答情報によって表わされるインパルス応答モデルを含み、
前記駆動側算出部は、前記駆動側制御モデル部に含まれる前記インパルス応答モデルへの入力と該インパルス応答モデルとの畳み込み積分処理の結果を利用して、前記駆動側制御構造での前記所定信号の算出処理を行い、
前記上位側算出部は、前記上位側制御モデル部に含まれる前記インパルス応答モデルへの入力と該インパルス応答モデルとの畳み込み積分処理の結果を利用して、該上位側制御構造での前記所定信号の算出処理を行う、
請求項２又は請求項３に記載の制御システム。

【請求項5】

前記駆動側制御装置は、複数の前記制御対象を駆動制御するとともに、それぞれの該制御対象に対応する複数の前記駆動側制御構造を有し、
前記上位側制御装置は、前記複数の制御対象のそれぞれに対応する前記上位側制御モデル部を含む、複数の前記上位側制御構造を有し、
前記複数の上位側制御構造のそれぞれの前記上位側制御モデル部における所定の制御ゲインは、全ての前記上位側制御モデル部間で共通の値に設定され、
前記複数の駆動側制御構造のそれぞれの前記駆動側制御モデル部における所定の制御ゲインは、全ての前記駆動側制御モデル部間で共通の値に設定される、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御対象を駆動する駆動側制御装置と、駆動側制御装置に動作指令信号を提供する上位側制御装置と、を備える制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

制御対象を目標軌道に追従させて動かすために、一般的にはフィードバック制御が利用されている。例えば多関節ロボットにおいては、ロボットの制御装置により、フィードバック制御を用いてロボットの手先部の位置を予め設定（教示）された目標軌道に追従させるように、各関節軸のサーボモータを制御することが行われる。ところが、一般的なフィードバック制御では、どうしても各サーボモータに応答遅れが生ずるため、ロボットの実際の軌跡が目標軌道からずれる問題がある。このような課題に対して、フィードフォワード制御を採用し、ロボットの位置を指令位置に常に一致するように制御する技術が示されている。例えば、特許文献１に示す技術では、複数のモータにより駆動される多関節ロボットアームの制御において、現在位置から所定の位置モデルを用いて将来の位置を推定し、その推定位置と目標軌道とのずれ、すなわち目標軌道に垂直な方向の誤差分だけ現在の位置指令が補正されることで、目標軌道の追従性が高められている。

【0003】

また、上記のように位置モデルを用いて将来位置の推定を行う場合、実際の制御対象の軌道特性が大きく変化する場合、例えば、直線移動から円弧移動に切り替わる場合には、その推定精度が必ずしも好ましくなく、好適な位置指令の補正は困難となる。そこで、特許文献２に示す技術では、目標軌道（指令経路）の形状の境界点位置及びその近傍の移動方向に関する情報を用いて位置指令を補正することで、軌道特性の変化に対応する軌道追従性の向上を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−１５４３１号公報

【特許文献2】特許第５３４０４８６号公報

【特許文献3】特開昭６１−１９０６０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の従来技術では、位置モデルを用いて将来位置を推定し、その推定位置と目標軌道とのずれに応じた位置指令の補正量が算出される。そして、その位置指令の補正のために、本来の位置指令に対して所定の遅れ処理が行われる。この遅れ処理による遅れ量は、好適な補正量を決定するためにも適切に設定されるべきであり、制御対象の特性に応じて調整する必要がある。そのため、好適な軌道追従性を得るためには、ユーザが実際の制御対象に基づいて遅れ時間を調整する必要があり、換言すれば、その遅れ時間の調整が十分でなければ、効果的な軌道追従性の改善を図ることは容易ではない。

【0006】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、制御対象を駆動する駆動側制御装置と、駆動側制御装置に動作指令信号を提供する上位側制御装置と、を備える制御システムであって、ユーザの調整負荷を可及的に抑えながら、制御対象の効果的な軌道追従性を実現する制御システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明においては、上記課題を解決するために、制御システムに含まれる上位側制御装
置に、駆動側制御装置の駆動側フィードバック系をモデル化した上位側制御モデルを配置し、その上位側制御装置で駆動側フィードバック系と制御対象とを反映した動作指令信号の補正を行う構成を採用した。このような構成により、制御対象の効果的な軌道追従性を実現することが可能となる。

【0008】

詳細には、本発明は、制御対象を駆動する駆動側制御装置と、前記駆動側制御装置による前記制御対象の駆動制御のための動作指令信号を生成する上位側制御装置と、を備える制御システムである。そして、前記駆動側制御装置は、前記制御対象の動作に関連するフィードバック信号が入力される一又は複数の制御器を含む駆動側フィードバック系と、該駆動側フィードバック系及び該制御対象をモデル化した制御モデルを有する駆動側制御モデル部と、を含み、該駆動側制御モデル部が有する制御モデルに従ったモデル追従制御が可能となるように構成された駆動側制御構造と、前記駆動側制御構造での前記制御対象の駆動制御のための所定信号の算出処理を行う駆動側算出部と、を有し、前記上位側制御装置は、少なくとも前記駆動側制御モデル部に対応する制御モデルを有する上位側制御モデル部を含み、該上位側制御モデル部の出力と前記動作指令信号との偏差に基づく上位側補正信号が該上位側制御モデル部の入力側にフィードバックされ、該フィードバックされた上位側補正信号と該動作指令信号とに基づいて生成される補正後指令信号が、該上位側制御モデル部に入力されるように構成される上位側制御構造と、前記上位側制御構造での前記制御対象の駆動制御のための所定信号の算出処理を行う上位側算出部と、を有している。その上で、前記補正後指令信号は、更に、前記駆動側制御構造に入力される。

【0009】

本発明の制御システムは、駆動側制御装置と上位側制御装置を備えており、動作指令信号は上位側制御装置で補正されて補正後指令信号として駆動側制御装置に提供される。駆動側制御装置では、駆動側フィードバック系と駆動側制御モデル部とを含む駆動側制御構造に基づいて、駆動側算出部による制御対象の駆動制御のための所定信号の算出処理が行われる。これにより、駆動側制御装置では、駆動側制御モデル部が有する制御モデルに従った、いわゆるモデル追従制御が実現される。ここで、上位側制御装置の上位側制御構造には、駆動側制御モデル部に対応する制御モデルを有する上位側制御モデル部が含まれる。そして、当該上位側制御構造では、上位側制御モデル部の出力がその入力側にフィードバックされるフィードバック構造が形成されている。そして、フィードバックされる上位側制御モデル部の出力と動作指令信号との偏差は、モデル上の制御対象の出力と目標とのずれを意味するものであるから、当該偏差に基づく上位側補正信号を利用して動作指令信号の補正を行うことで、動作指令信号に対する追従性を高めることが可能となる。例えば、上位側補正信号と動作指令信号とを加算し、補正された動作指令信号である補正後指令信号が生成される。

【0010】

そして、このような補正後指令信号は、上記のようにモデル追従制御が可能に構成された駆動側制御構造に入力される。したがって、駆動側制御装置は、動作指令信号への追従駆動制御において、動作指令信号を直接利用するのではなく、動作指令信号が上位側制御モデルにおいて補正された結果である、換言すれば駆動側フィードバック系と制御対象とを反映して補正された結果である、該補正後指令信号を利用して、モデル追従制御を実行することになる。この結果、駆動側制御装置によれば、動作指令信号に対する追従性が高められた制御対象の駆動制御が実現できることになる。また、本発明の制御システムを構成するためには、上位側制御装置に上位側制御モデルを用意すればよく、ユーザの利便性は極めて高い。更に、上記の動作指令信号の補正は、上位側制御装置の上位側制御構造で形成されているフィードバック構造を介して行われている。そのため、従来技術のように将来位置を推定して軌道追従性を高める場合のように所定の制御パラメータを調整する必要はないため、本発明は、ユーザの利便性向上に好適に資する。また、上位側制御装置と駆動側制御装置をまたがってフィードバック系が形成されていないため、装置間の通信時間に起因する、軌道追従性の低下を抑制することができる。

【0011】

ここで、上記の制御システムにおいて、前記上位側制御モデル部が有する制御モデルは、前記駆動側制御モデル部が有する制御モデルと同一の制御モデルであってもよい。このようにすることで、上位側制御モデル部の制御モデルを簡便に用意することができる。そして、このような制御モデルを上位側制御モデル部に適用しても、駆動側制御構造がモデル追従制御が可能となるように構成されていることから、動作指令信号に対する追従性の向上を十分に享受できる。

【0012】

ここで、上記の制御システムは、前記上位側制御装置は、前記上位側制御モデル部に関する所定の制御パラメータを、前記駆動側制御装置が有する前記駆動側制御モデル部の制御パラメータに基づいて、該駆動側制御装置から取得するモデルパラメータ取得部を、更に有してもよい。上位側制御装置に配置される上位側制御モデル部と、駆動側制御装置に配置される駆動側制御モデル部とは、ともに駆動側フィードバック系と制御対象とをモデル化したものである。必ずしも両モデル部が有するモデルは一致する必要はないが、両モデルが全部において、又は一部において一致する場合には、両モデルを構成する所定の制御パラメータを共通化することができる。そこで、上位側制御装置のモデルパラメータ取得部が、上位側制御モデル部の形成のための所定の制御パラメータを駆動側制御装置から取得することで、上位側制御装置における上位側制御モデル部の準備が容易となる。なお、当該取得は、上位側制御装置に駆動側制御装置が接続されたときに、自動的に、又は、ユーザからの指示に従い半自動的に行われてもよい。また駆動側制御装置において駆動側フィードバック系の制御構造が変更された場合、その変更が駆動側制御モデル部に反映されるとともに、モデルパラメータ取得部による所定の制御パラメータの取得を介して、その制御構造の変更が上位側駆動装置へ反映されてもよい。

【0013】

ここで、上述までの制御システムにおいて、前記上位側制御モデル部及び前記駆動側制御モデル部は、それぞれ、前記駆動側フィードバック系と前記制御対象とに関するインパルス応答の情報であるインパルス応答情報によって表わされるインパルス応答モデルを含んでもよい。そして、前記駆動側算出部は、前記駆動側制御モデル部に含まれる前記インパルス応答モデルへの入力と該インパルス応答モデルとの畳み込み積分処理の結果を利用して、前記駆動側制御構造での前記所定信号の算出処理を行い、前記上位側算出部は、前記上位側制御モデル部に含まれる前記インパルス応答モデルへの入力と該インパルス応答モデルとの畳み込み積分処理の結果を利用して、該上位側制御構造での前記所定信号の算出処理を行う。このようにインパルス応答情報を利用することで、制御対象及び駆動側フィードバック系の実際の特性を反映して、駆動側制御構造及び上位側制御構造での所定信号をより正確に算出することができる。

【0014】

また、上述までの制御システムにおいて、前記駆動側制御装置は、複数の前記制御対象を駆動制御するとともに、それぞれの該制御対象に対応する複数の前記駆動側制御構造を有し、また、前記上位側制御装置は、前記複数の制御対象のそれぞれに対応する前記上位側制御モデル部を含む、複数の前記上位側制御構造を有してもよい。そして、この場合、前記複数の上位側制御構造のそれぞれの前記上位側制御モデル部における所定の制御ゲインは、全ての前記上位側制御モデル部間で共通の値に設定され、前記複数の駆動側制御構造のそれぞれの前記駆動側制御モデル部における所定の制御ゲインは、全ての前記駆動側制御モデル部間で共通の値に設定される。すなわち、駆動側制御装置及び上位側制御装置によって複数の制御対象が駆動制御される場合、本発明の技術思想を適用すべく上記の構成が採用される。このような構成により、各制御対象における動作指令信号に対する追従性は高められるとともに、全ての上位側制御モデル部間で所定の制御ゲインは共通の値に設定され、且つ、全ての駆動側制御モデル部間でも所定の制御ゲインは共通の値に設定されることで、上位側制御装置での各制御対象への動作指令信号の補正、及び、駆動側制御装置での各制御対象のモデル追従制御が同じように行われる。そのため、制御対象におけ
る動作指令信号の追従性が高められながら制御対象間の同期性も高められることになる。この結果、複数の制御対象の駆動制御による出力が、その目標軌道に極めて近似したものとなる。

【発明の効果】

【0015】

制御対象を駆動する駆動側制御装置と、駆動側制御装置に動作指令信号を提供する上位側制御装置と、を備える制御システムにおいて、ユーザの調整負荷を可及的に抑えながら、制御対象の効果的な軌道追従性が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る制御システムの概略構成を示す図である。

【図2】図１に示す制御システムの制御構造であって、サーボドライバと標準ＰＬＣにわたって形成される第１の制御構造を示す図である。

【図3】図１に示す制御システムに含まれるサーボドライバと標準ＰＬＣの機能ブロック図である。

【図4】本発明に係る制御システムにより負荷装置が２軸駆動される場合の、該制御システムにおける制御構造の概略を示す第１の図である。

【図5】図４に示す制御構造が形成された場合の、２軸駆動される負荷装置の出力位置の実際の軌跡結果を示す図である。

【図6】図１に示す制御システムの制御構造であって、サーボドライバと標準ＰＬＣにわたって形成される第２の制御構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施の形態に係る制御システムの概略構成図である。制御システムは、ネットワーク１と、モータ２と、負荷装置３と、サーボドライバ４と、標準ＰＬＣ(Programmable Logic Controller)５とを備える。当該制御システムは、標準ＰＬＣ５で生成
される動作指令信号ｐｃｍｄに、制御対象６とされるモータ２及び負荷装置３を追従させるように、サーボドライバ４が制御対象６を駆動制御するためのシステムである。ここで、負荷装置３としては、各種の機械装置（例えば、産業用ロボットのアームや搬送装置）が例示でき、モータ２はその負荷装置３を駆動するアクチュエータとして負荷装置３内に組み込まれている。例えば、モータ２は、ＡＣサーボモータである。なお、モータ２には図示しないエンコーダが取り付けられており、当該エンコーダによりモータ２の動作に関するパラメータ信号がサーボドライバ４にフィードバック送信されている。このフィードバック送信されるパラメータ信号（以下、フィードバック信号という）は、たとえばモータ２の回転軸の回転位置（角度）についての位置情報、その回転軸の回転速度の情報等を含む。なお、制御対象６には複数のモータ２が含まれてもよく、その場合には、負荷装置３は、複数のモータ２によって駆動制御される構成、いわゆる多軸構成を有する。

【0018】

標準ＰＬＣ５は、モータ２の動作（モーション）に関する動作指令信号を生成し、後述する上位側制御モデル部５００による動作指令信号への所定の補正処理を介して、サーボドライバ４へ補正処理後の信号を送る。サーボドライバ４は、ネットワーク１を介して標準ＰＬＣ５から当該補正処理後の動作指令信号である補正後指令信号ｐｃｍｄ１（図２を参照）を受けるとともに、モータ２に接続されているエンコーダから出力されたフィードバック信号を受ける。なお、サーボドライバ４は、標準ＰＬＣ５からの補正後指令信号ｐｃｍｄ１およびエンコーダからのフィードバック信号に基づいて、モータ２の駆動に関するサーボ制御、すなわち、モータ２の動作に関する指令値を算出するとともに、モータ２の動作がその指令値に追従するように、モータ２に駆動電流を供給する。この供給電流は、交流電源７からサーボドライバ４に対して送られる交流電力が利用される。本実施例では、サーボドライバ４は三相交流を受けるタイプのものであるが、単相交流を受けるタイ
プのものでもよい。なお、サーボドライバ４によるサーボ制御については、サーボドライバ４が有する位置制御器４１、速度制御器４２、電流制御器４３を利用したフィードバック制御であり、その詳細については図２に基づいて後述する。

【0019】

ここで、図２に基づいて、図１に示す制御システムの制御構造について説明する。先ず、制御システムのうち、サーボドライバ４の制御構造について説明する。サーボドライバ４は、いわゆるモデル追従制御が可能となる駆動側制御構造４６０を有しており、当該駆動側制御構造４６０は、駆動側フィードバック系４００と駆動側制御モデル部４５０を含む。駆動側フィードバック系４００は、位置制御器４１、速度制御器４２、電流制御器４３を備えており、一方で、駆動側制御モデル部４５０は、これらの制御器及び制御対象６をモデル化した構成である、駆動側モデル位置制御部４５、駆動側モデル速度制御部４６、駆動側実機モデル部４７を備えている。

【0020】

先ず、駆動側フィードバック系４００の詳細について説明する。駆動側フィードバック系４００においては、位置制御器４１は、例えば、比例制御（Ｐ制御）を行う。具体的には、駆動側制御モデル部４５０の駆動側モデル位置出力ｐｓｉｍ１と検出位置との偏差である位置偏差に、所定の位置比例ゲインを乗ずることにより速度指令ｖｃｍｄを算出する。

【0021】

速度制御器４２は、例えば、比例積分制御（ＰＩ制御）を行う。具体的には、位置制御器４１により算出された速度指令ｖｃｍｄと駆動側制御モデル部４５０の速度出力（駆動側モデル位置出力ｐｓｉｍ１の微分値）との和に対する検出速度との偏差である速度偏差の積分量に所定の速度積分ゲインを乗じ、その算出結果と当該速度偏差の和に所定の速度比例ゲインを乗ずることにより、トルク指令τｃｍｄを算出する。また、速度制御器４２はＰＩ制御に代えてＰ制御を行ってもよい。

【0022】

電流制御器４３は、速度制御器４２により算出されたトルク指令τｃｍｄと、駆動側制御モデル部４５０の駆動側モデル速度制御部４６により算出された駆動側モデルトルク指令τｃｍｄ１との和に基づいて電流指令Ｃｃｍｄを出力し、それによりモータ２が駆動制御される。電流制御器４３は、トルク指令に関するフィルタ（１次のローパスフィルタ）や一又は複数のノッチフィルタを含み、制御パラメータとして、これらのフィルタの性能に関するカットオフ周波数等を有している。

【0023】

次に、駆動側制御モデル部４５０について説明する。駆動側制御モデル部４５０においては、駆動側モデル位置制御部４５は、駆動側フィードバック系４００の位置制御器４１をモデル化したものであり、位置制御器４１と同様にＰ制御を行う。具体的には、後述する上位側制御構造５６０で生成された補正後指令信号ｐｃｍｄ１と駆動側制御モデル部４５０の駆動側モデル位置出力ｐｓｉｍ１との偏差に、所定の位置比例ゲインを乗ずることにより駆動側モデル速度指令ｖｃｍｄ１を算出する。

【0024】

駆動側モデル速度制御部４６は、駆動側フィードバック系４００の速度制御器４２をモデル化したものであり、速度制御器４２と同様にＰＩ制御を行う。具体的には、駆動側モデル位置制御部４５により算出された駆動側モデル速度指令ｖｃｍｄ１と駆動側制御モデル部４５０の速度出力（駆動側モデル位置出力ｐｓｉｍ１の微分値）との偏差の積分量に所定の速度積分ゲインを乗じ、その算出結果と当該偏差の和に所定の速度比例ゲインを乗ずることにより、駆動側モデルトルク指令τｃｍｄ１を算出する。

【0025】

駆動側実機モデル部４７は、駆動側フィードバック系４００の電流制御器４３及び制御対象６をモデル化したものであり、駆動側モデル速度制御部４６により算出された駆動側モデルトルク指令τｃｍｄ１に基づいて、駆動側モデル位置出力ｐｓｉｍ１を出力する。

【0026】

このように構成される駆動側フィードバック系４００及び駆動側制御モデル部４５０を含む駆動側制御構造４６０では、駆動側フィードバック系４００及び制御対象６がモデル化された制御構造を有する駆動側制御モデル部４５０によって、制御対象６の制御駆動のシミュレーションが行われ、その結果が駆動側フィードバック系４００に反映される、いわゆるモデル追従制御構造が形成されている。このモデル追従制御構造を有する駆動側制御構造４６０では、駆動側フィードバック系４００のフィードバックループが動作指令信号ｐｃｍｄとの偏差ではなく駆動側制御モデル部４５０の出力との偏差を利用するように構成されているため、駆動側制御モデル部４５０の特性に対する追従性が高くなる。一方で、駆動側制御モデル部４５０自体は一般的にローパスフィルタ特性を持つため、動作指令信号ｐｃｍｄを基準としたときに駆動側制御モデル部４５０内の追従制御のための所定信号に乖離が生じ得、軌道追従性を高めにくくなる。

【0027】

そこで、軌道追従性を高めるための制御構造が、標準ＰＬＣ５側に形成されている。標準ＰＬＣ５は、制御構造として上位側制御構造５６０を備えており、当該上位側制御構造５６０には、上位側制御モデル部５００が含まれる。上位側制御モデル部５００は、駆動側制御モデル部４５０に対応する制御モデルを有し、その入力に対してその応答結果である上位側位置出力ｐｓｉｍ０を出力する。

【0028】

ここで、上位側制御構造５６０では、動作指令信号ｐｃｍｄと上位側制御モデル部５００からの上位側位置出力ｐｓｉｍ０との偏差に、ゲイン等の補償器５３０による補償が施されて、上位側補正信号ｐｉｎ０が生成される。上位側補正信号ｐｉｎ０は、上位側制御モデル部５００が有するモデルにより推定される制御対象６の応答位置と動作指令信号ｐｃｍｄとの偏差であるから、当該上位側補正信号ｐｉｎ０を用いて動作指令信号ｐｃｍｄを補正することで、制御対象６の駆動制御に関する軌道追従性を高めることが可能となる。そこで、上位側補正信号ｐｉｎ０は動作指令信号ｐｃｍｄと加算されて、上位側制御モデル部５００に入力されるとともに、補正後指令信号ｐｃｍｄ１として駆動側制御モデル部４５０側に送られることになる。そして、補正後指令信号ｐｃｍｄ１と駆動側モデル位置出力ｐｓｉｍ１との偏差が、駆動側モデル位置制御部４５へ入力されることになる。

【0029】

このような制御構造が形成される制御システムでは、標準ＰＬＣ５において、上位側制御モデル部５００によって、駆動側フィードバック系４００の制御構造及び制御対象６を反映させた状態で動作指令信号ｐｃｍｄの補正が行われ、補正後指令信号ｐｃｍｄ１が生成される。そして、標準ＰＬＣ５とサーボドライバ４とをまたがってフィードバック系が形成されておらず、その補正後指令信号ｐｃｍｄ１が、遅れの影響を受けない状態で標準ＰＬＣ５からサーボドライバ４へと渡される。そして、サーボドライバ４は、この補正後指令信号ｐｃｍｄ１を利用してモデル追従制御を行う。このように制御構造が形成された制御システムでは、標準ＰＬＣ５とサーボドライバ４とが連携することで、制御システムとして動作指令信号ｐｃｍｄに対する高い軌道追従性を実現することができる。また、標準ＰＬＣ５での補正後指令信号ｐｃｍｄ１の生成は、上位側制御構造５６０におけるフィードバック構造に従って行われるため、動作指令信号ｐｃｍｄの補正のための特段の負荷をユーザに課すものではない。

【0030】

次に、サーボドライバ４と標準ＰＬＣ５の機能的な構造について、図３に基づいて説明する。図３は、サーボドライバ４及び標準ＰＬＣ５のそれぞれにおいて実行されるソフトウェアによって実現される各種の機能をイメージ化して表した機能ブロック図である。先ず、サーボドライバ４は、上記の駆動側制御構造４６０と駆動側算出部４１０を有している。そして、駆動側制御構造４６０には、上記の通り、駆動側フィードバック系４００と駆動側制御モデル部４５０が含まれる。また、駆動側算出部４１０は、図２に示した駆動側制御構造４６０での追従制御のための所定信号の算出処理を行う機能部である。例えば
、駆動側算出部４１０は、駆動側フィードバック系４００では、位置制御器４１、速度制御器４２、電流制御器４３の出力等を算出し、駆動側制御モデル部４５０では、駆動側モデル位置制御部４５、駆動側モデル速度制御部４６、駆動側実機モデル部４７の出力等を算出する。

【0031】

また、標準ＰＬＣ５は、上記の上位側制御構造５６０と、上位側算出部５１０、モデルパラメータ取得部５２０を有している。そして、上位側制御構造５６０には、上記の通り、上位側制御モデル部５００が含まれる。そして、上位側算出部５１０は、図２に示した上位側制御構造５６０での追従制御のための所定信号の算出処理を行う機能部である。例えば、上位側算出部５１０は、上位側制御モデル部５００の上位側位置出力ｐｓｉｍ０の算出や、上位側補正信号ｐｉｎ０及び補正後指令信号ｐｃｍｄ１の生成等を行う。また、モデルパラメータ取得部５２０は、上位側制御モデル部５００を形成するための所定の制御パラメータを、サーボドライバ４側から取得する機能部である。上記の通り、上位側制御モデル部５００は、駆動側制御モデル部４５０と同様に、駆動側フィードバック系４００及び制御対象６をモデル化したものである。サーボドライバ４ではモデル追従制御のために駆動側制御モデル部４５０が形成されているため、上位側制御モデル部５００の形成に当たっては駆動側制御モデル部４５０に関する制御パラメータを利用することが可能である。そこで、モデルパラメータ取得部５２０は、標準ＰＬＣ５がサーボドライバ４に電気的に接続されたときに、サーボドライバ４内の駆動側制御モデル部４５０に関する制御パラメータ（所定の位置比例ゲイン、速度比例ゲイン、速度積分ゲイン等）を、上位側制御モデル部５００の制御パラメータとして取得する。これにより、標準ＰＬＣ５における上位側制御モデル部５００の形成に要する労力を軽減することができる。なお、モデルパラメータ取得部５２０による取得は、サーボドライバ４内の駆動側制御モデル部４５０の構造が変更されたときに自動的に行われてもよい。

【0032】

＜軌道追従性に関する例１＞
ここで、本発明の制御システムによって２台のモータが同期制御されて負荷装置３が駆動される場合の軌道追従性に関する第１の例について、図４及び図５に基づいて説明する。図４に示すように、Ｘ軸及びＹ軸の２台のモータの同期制御に対応するために、サーボドライバ４には、Ｘ軸の駆動制御のための駆動側制御構造４６０Ｘと、Ｙ軸の駆動制御のための駆動側制御構造４６０Ｙが形成される。そして、駆動側制御構造４６０Ｘには、駆動側フィードバック系４００Ｘと駆動側制御モデル部４５０Ｘが含まれ、駆動側制御構造４６０Ｙには、駆動側フィードバック系４００Ｙと駆動側制御モデル部４５０Ｙが含まれる。また、標準ＰＬＣ５には、Ｘ軸の駆動制御のための上位側制御構造５６０Ｘと、Ｙ軸の駆動制御のための上位側制御構造５６０Ｙが形成され、上位側制御構造５６０Ｘには上位側制御モデル部５００Ｘが含まれ、上位側制御構造５６０Ｙには上位側制御モデル部５００Ｙが含まれる。

【0033】

このようにモータの同期制御を行う場合、それぞれの上位側制御モデル部５００Ｘ、５００Ｙにおける所定の制御ゲイン、例えば、位置比例ゲイン、速度比例ゲイン及び速度積分ゲインの値が、上位側制御モデル部間で共通の値に設定される。更に、駆動側制御モデル部４５０Ｘ、４５０Ｙにおける所定の制御ゲイン（同様に、位置比例ゲイン、速度比例ゲイン、速度積分ゲイン等）も、駆動側制御モデル部間で共通の値に設定される。なお、駆動側フィードバック系４００Ｘ、４００Ｙにおける所定の制御ゲイン（同様に、位置比例ゲイン、速度比例ゲイン、速度積分ゲイン等）は、軸間で、必ずしも共通の値に設定される必要はない。このようなゲイン設定を上位側制御モデル部５００Ｘ、５００Ｙ及び駆動側制御モデル部４５０Ｘ、４５０Ｙで行うことで、標準ＰＬＣ５での各軸の動作指令信号ｐｃｍｄに対する補正を同程度に行った上で追従制御を行うことになり、以て、各軸の同期性を高め、２台のモータが同期制御されて駆動される負荷装置３の軌道追従性が向上されることになる。

【0034】

ここで、図５の上段（ａ）の右側に、図４に示す制御システムにより、負荷装置３の出力部が円を描くように２軸のモータが同期制御された場合の、負荷装置３の出力部の実際の軌跡を示す。なお、上段（ａ）の左側は、標準ＰＬＣ５からサーボドライバ４へ渡される補正後指令信号に基づいて形成された出力部軌跡である。また、図５の下段（ｂ）には、本発明のように標準ＰＬＣ５側で動作指令信号の補正処理を行わずに、サーボドライバ４においてモデル追従制御のみを行った場合の当該動作指令信号に基づいた出力部の軌跡を左側に示し、実際の出力部の軌跡を右側に示している。図５から理解できるように、サーボドライバ４においてモデル追従制御のみを行った場合では出力部の実際の軌跡と動作指令信号に基づいた軌跡との間に明白なずれが確認できるが、図４に示す制御システムによれば、両者の間のずれは極めて良好に解消されている。

【0035】

＜実施例２＞
図６に基づいて、実施例２に係る制御システムの制御構造について説明する。図６は、図２と同様に制御システムの制御構造を示す図であり、図２に示す制御構造に含まれる構成と実質的に同一の構成については、同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。図６に示す制御構造は、図２に示す制御構造の含まれる駆動側制御モデル部４５０の駆動側実機モデル部４７に代えて、駆動側インパルス応答モデル部４７０を有している。更に、図６に示す制御構造は、図２に示す制御構造の含まれる上位側制御モデル部５００に代えて、駆動側モデル対応インパルス応答モデル部５５０を有している。

【0036】

そして、駆動側インパルス応答モデル部４７０は、制御システム側の機械構成である電流制御器４３及び制御対象６を１つの機械構成としたときの、当該１つの機械構成へのインパルス信号を入力した際の速度応答（速度インパルス応答）に関する情報をインパルス応答モデルとして有している。なお、当該インパルス応答情報の生成は、従来技術により実現できる。概略的には、駆動側実機モデル部４７に関する周波数伝達関数を逆フーリエ変換することで実現される。そして、駆動側インパルス応答モデル部４７０への任意の入力に対する出力ｖｓｉｍ１は、当該任意の入力と駆動側インパルス応答モデル部４７０が有するインパルス応答情報との畳み込み積分処理によって算出することができる。当該畳み込み積分処理は、駆動側算出部４１０によって実行される。

【0037】

また、駆動側モデル対応インパルス応答モデル部５５０は、駆動側制御モデル部４５０を１つの構成としたときの、当該１つの構成へのインパルス信号を入力した際の位置応答（位置インパルス応答）に関する情報をインパルス応答モデルとして有している。また別法として、駆動側モデル対応インパルス応答モデル部５５０が有するインパルス応答モデルは、駆動側インパルス応答モデル部４７０が有するインパルス応答モデルと同様に、速度インパルス応答に関するモデルであってもよい。この場合、モデルパラメータ取得部５２０によって、サーボドライバ４から駆動側インパルス応答モデル部４７０のインパルス応答モデルを取得して、駆動側モデル対応インパルス応答モデル部５５０のインパルス応答モデルとして利用してもよい。そして、駆動側モデル対応インパルス応答モデル部５５０への任意の入力に対する出力（上位側位置出力ｐｓｉｍ０）は、当該任意の入力と駆動側モデル対応インパルス応答モデル部５５０が有するインパルス応答情報との畳み込み積分処理によって算出することができる。当該畳み込み積分処理は、上位側算出部５１０によって実行される。

【0038】

このようにインパルス応答モデルが上位側制御構造５６０及び駆動側制御構造４６０での内部信号の処理に利用されることで、実際の制御対象６の特性に応じた速度応答を正確に算出することが可能となる。その結果、制御システムでは、標準ＰＬＣ５とサーボドライバ４との連携により、制御システムとして動作指令信号ｐｃｍｄに対する軌道追従性をより高めることができる。

【0039】

＜変形例＞
図２及び図６に示す標準ＰＬＣ５の制御構造について、上位側制御モデル部５００には、駆動側制御モデル部４５０に含まれない構成が含まれてもよい。また、上位側制御モデル部５００は、サーボドライバ４におけるモデル追従制御に関する制御構造の全体をモデル化して構成されてもよい。この場合、駆動側フィードバック系４００の他に制御対象６のモデル化が必要になるが、当該モデルの一例として、カットオフ周波数を駆動側フィードバック系４００の位置制御ゲインとするローパスフィルタで代替してもよい。また、図２及び図６に示すサーボドライバ４の制御構造については、駆動側フィードバック系４００のみの制御構造としてもよい。この場合、標準ＰＬＣ５からの補正後指令信号ｐｃｍｄ１が、駆動側フィードバック系４００の位置制御器４１に入力される。

【符号の説明】

【0040】

１・・・・ネットワーク
２・・・・モータ
３・・・・負荷装置
４１・・・・位置制御器
４２・・・・速度制御器
４３・・・・電流制御器
４５・・・・駆動側モデル位置制御部
４６・・・・駆動側モデル速度制御部
４７・・・・駆動側実機モデル部
４００・・・・駆動側フィードバック系
４５０・・・・駆動側制御モデル部
４６０・・・・駆動側制御構造
４７０・・・・駆動側インパルス応答モデル部
５００・・・・上位側制御モデル部
５５０・・・・駆動側モデル対応インパルス応答モデル部

【要約】

【課題】ユーザの調整負荷を可及的に抑えながら、制御対象の効果的な軌道追従性を実現する。
【解決手段】駆動側制御装置と上位側制御装置とを備える制御システムであって、駆動側制御装置は、駆動側フィードバック系と、駆動側制御モデル部と、を含み、該駆動側制御モデル部が有する制御モデルに従ったモデル追従制御が可能となるように構成された駆動側制御構造を有し、上位側制御装置は、駆動側フィードバック系と制御対象とをモデル化した上位側制御モデル部を含み、該上位側制御モデル部の出力と動作指令信号との偏差に基づく上位側補正信号が該上位側制御モデル部の入力側にフィードバックされ、該フィードバックされた上位側補正信号と該動作指令信号とに基づいて生成される補正後指令信号が、該上位側制御モデル部に入力されるように構成される上位側制御構造を有する。そして、補正後指令信号は、更に、駆動側制御構造に入力される。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】