特開 2022-124575 流体アクチュエータ、制御方法、制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022124575

(43)【公開日】2022-08-26

(54)【発明の名称】流体アクチュエータ、制御方法、制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   G05B 13/00 20060101AFI20220819BHJP

   G05B 13/02 20060101ALI20220819BHJP

【ＦＩ】

G05B13/00 L

G05B13/02 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021022298

(22)【出願日】2021-02-16

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】柳川 敦志

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 まりの

【テーマコード（参考）】

5H004

【Ｆターム（参考）】

5H004GA08

5H004GB15

5H004HA07

5H004HB07

5H004JB22

5H004KB01

5H004KB31

5H004KC48

5H004MA15

(57)【要約】

【課題】制御装置より高次の要素による悪影響を低減できる流体アクチュエータを提供する。
【解決手段】作動流体としての空気により駆動対象としてのワークテーブル１１０を駆動するエアアクチュエータは、入力される位置指令Ｐｏｓ_ｒｅｆに基づき空気の作動量ｕを演算し、ワークテーブル１１０の位置を制御する制御装置３００を備える。制御装置３００は、作動量ｕの演算において、ワークテーブル１１０の位置を補償する位置補償要素３２１と、ワークテーブル１１０の加速度が大きいほど位置補償要素３２１のゲインを小さくするゲイン調整部３８０とを備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作動流体により駆動対象を駆動する流体アクチュエータであって、
入力される位置指令に基づき前記作動流体の作動量を演算し、前記駆動対象の位置を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、
前記作動量の演算において、前記駆動対象の位置を補償する位置補償要素と、
前記駆動対象の加速度が大きいほど前記位置補償要素のゲインを小さくするゲイン調整部と
を備える流体アクチュエータ。

【請求項2】

前記ゲイン調整部は、前記駆動対象の加速度が大きいほど前記位置補償要素のカットオフ周波数を低くする
請求項１に記載の流体アクチュエータ。

【請求項3】

前記ゲイン調整部は、前記駆動対象の加速度が所定値よりも大きい場合に前記位置補償要素を無効化する
請求項１または２に記載の流体アクチュエータ。

【請求項4】

前記制御装置は、
前記駆動対象の測定された位置と前記位置指令の差分である位置偏差を演算する位置偏差演算部と、
前記位置偏差を積分する前記位置補償要素としての位置積分補償器と
を備える請求項１から３のいずれかに記載の流体アクチュエータ。

【請求項5】

前記駆動対象を駆動する駆動部と、
前記制御装置が演算した前記作動量に基づき前記作動流体を供給する作動流体供給部と、
前記駆動部と前記作動流体供給部の間で前記作動流体が流通する配管と
を備え、
前記ゲイン調整部は、前記位置補償要素のカットオフ周波数を、前記作動流体が前記配管を流通する際に発生する機械的共振の周波数よりも低くする
請求項１から４のいずれかに記載の流体アクチュエータ。

【請求項6】

作動流体により駆動対象を駆動する流体アクチュエータの制御方法であって、
入力される位置指令に基づき前記作動流体の作動量を演算する際に、前記駆動対象の位置を補償するステップと、
前記駆動対象の加速度が大きいほど位置を補償するステップにおけるゲインを小さくするステップと
を備える制御方法。

【請求項7】

作動流体により駆動対象を駆動する流体アクチュエータの制御プログラムであって、
入力される位置指令に基づき前記作動流体の作動量を演算する際に、前記駆動対象の位置を補償するステップと、
前記駆動対象の加速度が大きいほど位置を補償するステップにおけるゲインを小さくするステップと
をコンピュータに実行させる制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は流体アクチュエータの制御技術に関する。

【背景技術】

【0002】

空気を作動流体とするエアアクチュエータの制御装置は、入力される位置指令に基づいて空気の供給量を制御して駆動対象を所望の位置に駆動する。駆動対象を迅速かつ正確に所望の位置に駆動するため、フィードバック制御（以下、ＦＢ制御と略すこともある）やフィードフォワード制御（以下、ＦＦ制御と略すこともある）等の各種の制御技術が利用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平５－１８４１７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

エアアクチュエータでは、駆動部に空気を供給する配管において、空気の流通に伴う配管共振が発生しうる。配管共振以外の機械共振は、機械設計により応答帯域に対して十分に高域になるように設計できる。しかし、配管共振を高域に配置することはメカレイアウト上困難な場合が多い。この配管共振が低域にある影響により、高域に配置できていた配管共振以外の機械共振の影響も無視できなくなる。これらの影響を補償するためには高次の制御系を構成する必要があり、高階微分要素を追加しなければならない。しかし、高階微分要素で生成された信号はＳＮ比が低く、所定時間に亘って平均化しなければ実用に耐えないため、高次の配管共振や機械共振を考慮したＦＢ補償やＦＦ補償は実装が困難である。そのため、制御装置内に組み込まれるモデルの次数は、実機制御対象の次数よりも低い場合が多い。このような場合、配管共振および機械的共振等の高次の要素が十分に補償されず、制御装置の動作に悪影響を及ぼす。

【0005】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、制御装置より高次の要素による悪影響を低減できる流体アクチュエータを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のある態様の流体アクチュエータは、作動流体により駆動対象を駆動する流体アクチュエータであって、入力される位置指令に基づき作動流体の作動量を演算し、駆動対象の位置を制御する制御装置を備える。制御装置は、作動量の演算において、駆動対象の位置を補償する位置補償要素と、駆動対象の加速度が大きいほど位置補償要素のゲインを小さくするゲイン調整部とを備える。

【0007】

本発明者は、独自の検討により、駆動対象の加速度が大きくなると配管共振および機械的共振等の高次の要素による悪影響が顕著に現われることを見出した。さらに、その悪影響の原因が、駆動対象の位置を補償する位置補償要素にあることを特定した。具体的には、駆動対象の加速度が大きくなると、位置補償要素が高次の要素に追随できず、過補償による目標値に対するオーバーシュートやアンダーシュートが観測された。そこで、本態様では、ゲイン調整部が駆動対象の加速度が大きいほど位置補償要素のゲインを小さくすることで、高次の要素による悪影響を低減する。

【0008】

本発明の別の態様は、制御方法である。この方法は、作動流体により駆動対象を駆動する流体アクチュエータの制御方法であって、入力される位置指令に基づき作動流体の作動量を演算する際に、駆動対象の位置を補償するステップと、駆動対象の加速度が大きいほど位置を補償するステップにおけるゲインを小さくするステップとを備える。

【0009】

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、制御装置より高次の要素による悪影響を低減できる流体アクチュエータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態の流体アクチュエータが適用されるエアステージの斜視図である。

【図2】エアアクチュエータの断面図である。

【図3】エアアクチュエータの制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。

【図4】ゲイン調整部によるゲイン調整を行うための詳細な構成例を示す図である。

【図5】ゲイン調整部の効果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

【0013】

図１は、本実施形態の流体アクチュエータが適用されるエアステージの斜視図である。エアステージ１００は、主として、定盤１０２、除振台１０４、除振装置１０６、ワークテーブル１１０、１本のＸ軸エアアクチュエータ１２０、２本のＹ軸エアアクチュエータ１３０Ａ、１３０Ｂ（以下、Ｙ軸エアアクチュエータ１３０と総称する）を備える。定盤１０２は除振台１０４によって支持される。エアステージ１００は、エアアクチュエータが上軸にＸ軸、下軸にＹ１、Ｙ２軸の２本が設けられたＨ型の構造である。除振装置１０６は、エアステージ１００が配置されている場所の床からの振動を低減し、定盤１０２の振動を抑制する。

【0014】

Ｘ軸エアアクチュエータ１２０、Ｙ軸エアアクチュエータ１３０は、それぞれ、空気を作動流体として駆動対象であるワークテーブル１１０をＸ軸、Ｙ軸に沿って駆動する流体アクチュエータである。Ｘ軸エアアクチュエータ１２０は、ガイド（スクエアシャフト）１２２、スライダ１２４、サーボバルブ１２６（不図示）、配管１２８（不図示）を有する。同様にＹ軸エアアクチュエータ１３０は、ガイド１３２、スライダ１３４、サーボバルブ１３６、配管１３８を有する。ワークテーブル１１０は、スライダ１２４に設けられる。ガイド１２２はその両端において、Ｙ軸エアアクチュエータ１３０Ａ、１３０Ｂそれぞれのスライダ１３４によって支持される。

【0015】

以上のエアアクチュエータ１２０、１３０の構成において、スライダ１２４、１３４は、駆動対象としてのワークテーブル１１０をＸ軸、Ｙ軸に沿って駆動する駆動部を構成する。また、サーボバルブ１２６、１３６は、後述する制御装置が演算した空気の作動量である吸排気量に基づき空気をスライダ１２４、１３４に供給する作動流体供給部を構成する。配管１２８、１３８は、駆動部と作動流体供給部の間で空気を流通させる。

【0016】

空気が配管１２８、１３８を流通する際、機械的共振の一種である配管共振が発生する。配管共振の共振周波数ω_０は、ヘルムホルツ共振器に関する次の式で近似的に表される。
ω_０＝ｃ（Ｓ／ＶＬ）^１／２
ここで、ｃは空気中の音速、Ｓは配管１２８、１３８の断面積、Ｖはサーボバルブ１２６、１３６からスライダ１２４、１３４までの配管１２８、１３８の体積、Ｌは配管１２８、１３８が空気をスライダ１２４、１３４に供給する長さに対応する。この共振周波数ω_０が制御装置の帯域幅（一般的にボード線図においてゲインが低周波域より3dB低下する周波数で表される）に近くなると、制御装置の動作に悪影響が及ぶ。配管長Ｌを短くすることで共振周波数ω_０を帯域幅より十分に高くできれば問題はないが、装置レイアウト等の制約から難しい場合もある。なお、本発明者が検討したエアステージ１００の一例では、各周波数は次の通りであった。制御装置の帯域幅：15Hz程度、配管共振の共振周波数ω_０：50-80Hz程度、配管共振以外の機械共振の共振周波数：200Hz以上。後述するように、本発明の流体アクチュエータは、このような配管共振の共振周波数ω_０が制御装置の帯域幅に近く、配管共振自体やそれより高域の機械共振の影響が無視できないシステムに特に好適である。

【0017】

位置センサ１４０は、ワークテーブル１１０のＸ軸方向の位置を検出する。また位置センサ１４２は、ワークテーブル１１０のＹ軸方向の位置を検出する。

【0018】

図２は、エアアクチュエータの断面図である。Ｘ軸エアアクチュエータ１２０は、ガイド１２２、スライダ１２４、サーボバルブ（スプールバルブ）１２６、配管１２８を備える。

【0019】

ガイド１２２とスライダ１２４の間には静圧軸受が形成され、ガイド１２２の外周面とスライダ１２４の内周面の間に常時供給される空気圧によって、スライダ１２４はガイド１２２から浮上して非接触でＸ軸方向に移動可能である。

【0020】

スライダ１２４には、内部空間であるサーボチャンバ１５０が設けられ、ガイド１２２と一体的に形成された受圧プレート１２３によって、正側チャンバ室１５２と負側チャンバ室１５４に区画される。

【0021】

スライダ１２４は、サーボバルブ１２６により駆動される。サーボバルブ１２６は、スプールの位置により、コントロールポートの吸排気量を制御する。各軸のエアアクチュエータ１２０、１３０は、それぞれの正側と負側にそれぞれ配置された１対のサーボバルブ１２６Ｐ、１２６Ｎを備える。正側のサーボバルブ１２６Ｐのコントロールポートは、正側配管１２８Ｐを介して正側チャンバ室１５２と連通する。負側のサーボバルブ１２６Ｎのコントロールポートは、負側配管１２８Ｎを介して、負側チャンバ室１５４と連通する。サーボバルブ１２６Ｐ、１２６Ｎのスプール位置に応じて正側チャンバ室１５２と負側チャンバ室１５４の間に生じる差圧によってスライダ１２４の位置が制御される。以上、Ｘ軸エアアクチュエータ１２０を例に説明したが、Ｙ軸エアアクチュエータ１３０も同様に構成できる。

【0022】

図３は、エアアクチュエータ１２０、１３０の制御装置３００の構成を模式的に示すブロック図である。制御装置３００は、フィードバック制御を行うＦＢ制御部３１０とフィードフォワード制御を行うＦＦ制御部３６０を備える。制御装置３００の出力部３０２が出力する演算結果ｕはサーボバルブ１２６、１３６の吸排気量を定めるバルブ指令であり、それにより生じる差圧によってワークテーブル１１０の位置が制御される。位置センサ１４０、１４２によって検出されるワークテーブル１１０の位置Ｐｏｓ_ｆｂは、ＦＢ制御部３１０におけるフィードバック制御に利用される。

【0023】

ＦＦ制御部３６０は、制御装置３００の入力部３０１から出力部３０２に向かって、三対の微分器３６４、３６６、３６８と比例補償器３７０、３７２、３７４を備える。第１段の微分器３６４は入力部３０１が入力する位置指令Ｐｏｓ_ｒｅｆを微分して速度に変換し、第１段の比例補償器３７０は比例ゲインＫ_ｆｆｖを乗算し、ＦＢ制御部３１０が演算する位置補償量と合わせてワークテーブル１１０の速度指令を演算する。第２段の微分器３６６は微分器３６４からの速度を微分して加速度に変換し、第２段の比例補償器３７２は比例ゲインＫ_ｆｆａを乗算し、ＦＢ制御部３１０が演算する速度補償量と合わせてワークテーブル１１０の加速度指令を演算する。第３段の微分器３６８は微分器３６６からの加速度を微分し、第３段の比例補償器３７４は比例ゲインＫ_ｆｆｊを乗算し、ＦＢ制御部３１０が演算する加速度補償量と合わせて暫定演算結果ｕ′を演算する。

【0024】

ＦＢ制御部３１０は、ＰＤＤ^２（Proportional-Differential-2nd Derivative）補償器に基づき構成される。具体的には、ＦＢ制御部３１０は、ワークテーブル１１０の位置をメジャーループ（アウターループ）で制御し、ワークテーブル１１０の速度および加速度をマイナーループ（インナーループ）で制御する。二つのマイナーループのうち、外側の速度ループをミッドループとも称し、内側の加速度ループを単にインナーループとも称する。ワークテーブル１１０の測定位置Ｐｏｓ_ｆｂを微分器３３０で微分することでワークテーブル１１０の測定速度が得られ、それを微分器３３２で微分することでワークテーブル１１０の測定加速度が得られる。

【0025】

ＦＢ制御部３１０は、入力部３０１から出力部３０２に向かって、直列に四つの減算器３１２、３１４、３１６、３５２を備える。減算器３１２は、制御装置３００の入力部３０１が入力する位置指令Ｐｏｓ_ｒｅｆとワークテーブル１１０の測定位置Ｐｏｓ_ｆｂの差分である位置偏差を演算する位置偏差演算部である。減算器３１４は、後述の演算に基づき得られる速度指令と微分器３３０が出力するワークテーブル１１０の測定速度の差分である速度偏差を演算する速度偏差演算部である。減算器３１６は、後述の演算に基づき得られる加速度指令と微分器３３２が出力するワークテーブル１１０の測定加速度の差分である加速度偏差を演算する加速度偏差演算部である。減算器３５２は、後述の演算に基づき得られる暫定演算結果ｕ′から外乱を除去する外乱除去部である。

【0026】

位置偏差を演算する減算器３１２と速度偏差を演算する減算器３１４の間には、ワークテーブル１１０の位置を補償する位置補償要素として、位置比例補償器３２０と位置積分補償器３２１が設けられる。位置比例補償器３２０は位置偏差に比例ゲインＫ_ｐを乗算し、位置積分補償器３２１は位置偏差を積分して積分ゲインＫ_ｐｉを乗算し、ＦＦ制御部３６０の比例補償器３７０からの入力と合わせてワークテーブル１１０の速度指令を演算する速度指令演算部を構成する。

【0027】

速度偏差を演算する減算器３１４と加速度偏差を演算する減算器３１６の間には、ワークテーブル１１０の速度を補償する速度補償要素として、速度比例補償器３２２と速度積分補償器３２３が設けられる。速度比例補償器３２２は速度偏差に比例ゲインＫ_ｖを乗算し、速度積分補償器３２３は速度偏差を積分して積分ゲインＫ_ｖｉを乗算し、ＦＦ制御部３６０の比例補償器３７２からの入力と合わせてワークテーブル１１０の加速度指令を演算する加速度指令演算部を構成する。

【0028】

加速度偏差を演算する減算器３１６と外乱を除去する減算器３５２の間には、ワークテーブル１１０の加速度を補償する加速度補償要素として、加速度比例補償器３２４と加速度積分補償器３２５が設けられる。加速度比例補償器３２４は加速度偏差に比例ゲインＫ_ａを乗算し、加速度積分補償器３２５は加速度偏差を積分して積分ゲインＫ_ａｉを乗算し、ＦＦ制御部３６０の比例補償器３７４からの入力と合わせて暫定演算結果ｕ′を求める暫定演算部を構成する。

【0029】

ＦＢ制御部３１０は、上記の構成に加えて、ノッチフィルタ３４０と、外乱オブザーバ３５０と、ゲイン調整部３８０を備える。

【0030】

ノッチフィルタ３４０は、ノッチ周波数ω_ｎｏを中心とする狭い阻止帯域を有するバンドストップフィルタであり、減算器３５２の前後に設けられる二つのフィルタ要素３４０Ａ、３４０Ｂにより構成される。本実施形態では、配管共振の除去を目的として、ノッチ周波数ω_ｎｏが配管共振の周波数ω_０と近い値に設定される。

【0031】

外乱推定器としての外乱オブザーバ３５０（DOB: Disturbance Observer）は、暫定演算結果ｕ′とワークテーブル１１０の測定速度および測定加速度に基づき、ワークテーブル１１０に対する外乱を推定する状態観測器である。外乱オブザーバ３５０に供給する測定量は速度および加速度に限らず、位置も含むワークテーブル１１０の駆動量の任意の組合せでよい。また、外乱オブザーバ３５０は、供給される測定量の組合せに応じて、暫定演算結果ｕ′から除去されるべきワークテーブル１１０の位置、速度、加速度に対する外乱を推定できるため、ワークテーブル１１０の位置、速度、加速度の任意の組合せを補償可能な汎用の補償要素である。特に、外乱オブザーバ３５０は供給される各測定量を積分する積分器を備えるため、ワークテーブル１１０の位置、速度、加速度の任意の組合せを補償可能な積分補償要素である。

【0032】

以上の構成の制御装置３００において、配管共振およびその他の機械共振が無視できない場合の制御モデルの次数は高く、少なくとも５次制御系になる。しかし、高階微分要素による高次化と制御応答性の悪化のトレードオフにより、５次制御系を実現するのは難しく、実用化されている制御装置３００の多くは３次制御系に留まる。このように制御装置３００の次数が制御モデルの次数よりも低い場合、配管共振等の高次の要素が十分に補償されず、制御装置３００の動作に悪影響を及ぼす。次に述べるゲイン調整部３８０は、その改善を図るものである。

【0033】

ゲイン調整部３８０は、微分器３３２で得られるワークテーブル１１０の加速度が大きいほど、位置補償要素としての位置積分補償器３２１および積分補償要素としての外乱オブザーバ３５０のゲインを小さくする（以下、位置積分補償器３２１および外乱オブザーバ３５０を「補償要素」と総称することがある）。具体例については後述するが、このゲイン調整によって配管共振の悪影響を低減できる。なお、本図ではゲイン調整部３８０は位置積分補償器３２１および外乱オブザーバ３５０とは別の機能ブロックとして示されるが、後述するように、ゲイン調整部３８０は位置積分補償器３２１および外乱オブザーバ３５０のそれぞれの一部の機能として実装される。

【0034】

ゲイン調整の具体的な方法は様々なものが考えられ、本発明は特定の方法に限定されるものではない。ゲイン調整部３８０が補償要素のゲインに乗算するゲイン倍率を０％（補償要素無効化）から１００％（ゲイン調整なし）の百分率で表す場合、ワークテーブル１１０の加速度に対してゲイン倍率が広義単調減少になっていればよい。

【0035】

例えば、加速度が大きくなるにつれてゲイン倍率を１００％から０％に連続的に減少させてもよいし、段階的（非連続的）に減少させてもよい。段階的にゲイン倍率を減少させる例として、加速度が零の定速時または停止時のゲイン倍率を１００％とし、加速度が非零の加減速時のゲイン倍率を０％としてもよい。この場合、ワークテーブル１１０の加減速時に少しでも加速度が発生すると補償要素が即時に無効化されるため、配管共振の悪影響を最小化できる。

【0036】

また、ゲイン調整部３８０によるゲイン調整は特定の周波数帯域を対象として行ってもよい。例えば、ある周波数ω_Ｃ以上の周波数帯域を対象として、加速度が零の定速時または停止時のゲイン倍率を１００％とし、加速度が非零の加減速時のゲイン倍率を０％とする。この場合、加減速時の補償要素は周波数ω_Ｃ以上の周波数帯域にゲインを持たないため、補償要素のカットオフ周波数をω_Ｃに低くしたことと等しい。逆に、ゲイン調整部３８０は、補償要素（外乱オブザーバ３５０等）の時定数を調整することで、カットオフ周波数ω_Ｃを調整し、それに伴って補償要素のカットオフ周波数ω_Ｃより高域のゲインを調整できる。この調整後のカットオフ周波数ω_Ｃを配管共振の周波数ω_０より低くすることで、加減速時の配管共振の悪影響を除去できる。なお、カットオフ周波数は、加速度が大きくなるにつれて連続的に低くしてもよいし、段階的（非連続的）に低くしてもよい。

【0037】

ゲイン調整部３８０は、位置積分補償器３２１および外乱オブザーバ３５０のいずれかの補償要素のゲインを調整してもよい。この場合、カットオフ周波数ないし帯域幅が高い補償要素のゲインを調整するのが好ましい。カットオフ周波数が高いほど、その帯域に配管共振の周波数ω_０が入る可能性が高く、補償要素の動作に悪影響が及びやすいためである。

【0038】

図４は、ゲイン調整部３８０によるゲイン調整を行うための詳細な構成例を示す。本図は、図３における位置積分補償器３２１、外乱オブザーバ３５０、ゲイン調整部３８０のみを示す。図示されるようにゲイン調整部３８０は、位置積分補償器３２１および外乱オブザーバ３５０のそれぞれの一部を構成する。

【0039】

位置積分補償器３２１は、第１の積分ゲインＫ_ｐｉ１を有する第１の位置積分補償器３２１１と、第２の積分ゲインＫ_ｐｉ２を有する第２の位置積分補償器３２１２と、加算器３２１３と、スイッチ３２１４を備える。第１の位置積分補償器３２１１と第２の位置積分補償器３２１２は並列に設けられ、それぞれ、減算器３１２の減算結果を入力として位置積分補償結果を加算器３２１３に出力する。加算器３２１３は、両位置積分補償器３２１１、３２１２の位置積分補償結果を加算して減算器３１４に出力する。

【0040】

ゲイン調整部３８０は、第２の位置積分補償器３２１２とスイッチ３２１４によって構成される。ゲイン調整部３８０は、ワークテーブル１１０の加減速時、すなわち微分器３３２で得られるワークテーブル１１０の加速度が非零のとき、スイッチ３２１４を開状態として第２の位置積分補償器３２１２を無効化する。したがって、加速度が非零の加減速時の位置積分補償器３２１のゲインはＫ_ｐｉ１となる。一方、加速度が零の定速時または停止時はゲイン調整部３８０がスイッチ３２１４を閉状態として第２の位置積分補償器３２１２を有効化する。このとき、位置積分補償器３２１のゲインはＫ_ｐｉ１＋Ｋ_ｐｉ２となる。このように、加減速時のゲイン（Ｋ_ｐｉ１）は、定速時または停止時のゲイン（Ｋ_ｐｉ１＋Ｋ_ｐｉ２）よりも小さくなる。なお、本図では位置積分補償器３２１の詳細構成を示したが、速度積分補償器３２３、加速度積分補償器３２５において、複数の積分補償器が並列に設けられた同様の構成を採用してもよい。

【0041】

外乱オブザーバ３５０は、第１の時定数Ｔ１を有する第１の外乱オブザーバ３５０１と、第２の時定数Ｔ２を有する第２の外乱オブザーバ３５０２と、両外乱オブザーバ３５０１，３５０２の出力を選択して減算器３５２に出力するセレクタ３５０３を備える。第１の外乱オブザーバ３５０１と第２の外乱オブザーバ３５０２は並列に設けられ、それぞれの外乱推定結果をセレクタ３５０３に出力する。セレクタ３５０３は、選択された一方の外乱推定結果を減算器３５２に出力する。ゲイン調整部３８０は、第１の外乱オブザーバ３５０１とセレクタ３５０３によって構成される。

【0042】

第１の時定数Ｔ１は第２の時定数Ｔ２よりも大きい。時定数とカットオフ周波数は反比例するため、第１の外乱オブザーバ３５０１のカットオフ周波数ω_ｃ１は、第２の外乱オブザーバ３５０２のカットオフ周波数ω_ｃ２よりも低い。ゲイン調整部３８０は、ワークテーブル１１０の加減速時、すなわち微分器３３２で得られるワークテーブル１１０の加速度が非零のとき、セレクタ３５０３によって、カットオフ周波数が低い（ω_ｃ１）第１の外乱オブザーバ３５０１の出力を選択する。また、ゲイン調整部３８０は、ワークテーブル１１０の定速時または停止時、すなわち微分器３３２で得られるワークテーブル１１０の加速度が零のとき、セレクタ３５０３によって、カットオフ周波数が高い（ω_ｃ２）第２の外乱オブザーバ３５０２の出力を選択する。このように、加減速時のカットオフ周波数（ω_ｃ１）は、定速時または停止時のカットオフ周波数（ω_ｃ２）よりも低くなるため、加減速時の配管共振および機械的共振等の高次の要素による悪影響を低減できる。

【0043】

図５は、ゲイン調整部３８０の効果を示す。４１で示される曲線は、微分器３６４後段の速度指令と等価である。本図は、ワークテーブル１１０が加速して定速状態に至る過程を示す。そのため、速度指令４１は本図の左側において増加した後で一定値に収束する。速度指令が増加している加速時は加速度が非零であり、速度指令が一定値に収束した後の定速時は加速度が零である。上記の例のように、ゲイン調整部３８０は、加速度が非零の加速時に補償要素を無効化し、加速度が零の定速時はゲイン調整を行わない。

【0044】

４２で示される曲線は、ゲイン調整部３８０を適用する前の位置偏差（減算器３１２の出力）であり、４３で示される曲線は、ゲイン調整部３８０を適用した後の位置偏差である。いずれの位置偏差も、ワークテーブル１１０の加速に伴って振動するが、二つの点線の丸で示されるように、ゲイン調整部３８０適用前の曲線４２の振幅は、ゲイン調整部３８０適用後の曲線４３の振幅よりも大きい。これは、ワークテーブル１１０の加速度が大きくなると、補償要素が高次の配管共振要素に追随できず、過補償によって位置指令に対するオーバーシュートやアンダーシュートを引き起こすためと考えられる。ゲイン調整部３８０によってワークテーブル１１０の加速時に補償要素を無効化した曲線４３では、このようなオーバーシュートやアンダーシュートが低減されており、曲線４２よりも早く位置偏差が零に収束する。このように、ゲイン調整部３８０によれば、配管共振等の高次の要素による制御装置３００への悪影響を低減できる。なお、本図では加速度が非零の時にゲイン調整部３８０が補償要素を無効化する例を示したが、加速度が非零の時にゲイン調整部３８０が補償要素のカットオフ周波数を低くする場合も本図と同様の効果が確認された。

【0045】

以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【0046】

実施形態では、制御装置３００の動作に悪影響を及ぼす高次の要素の例として、配管共振を挙げたが、これ以外の機械的共振があるシステムにも本発明は適用できる。また、機械的共振に限らず、制御モデルを制御装置３００よりも高次化する要素を含む任意のシステムに本発明は適用できる。

【0047】

実施形態では、作動流体の作動量の例として、サーボバルブ１２６、１３６の吸排気量を挙げたが、これに限らず駆動対象を駆動しうる作動流体の任意の量でよい。例えば、吸排気量を含む流量、圧力、温度を作動量に含めてもよい。

【0048】

実施形態では、空気を作動流体とするエアアクチュエータについて説明したが、本発明の流体アクチュエータは、これ以外の流体を作動流体とするものでもよい。例えば、油を作動流体とする油圧アクチュエータ、水を作動流体とする水圧アクチュエータ、空気以外の任意のガスを作動流体とするガスアクチュエータでもよい。これらの各種の流体アクチュエータは、ボイラー、建設機械など各種の産業機械、橋梁などの社会インフラ、環境プラントや水処理施設など各種の産業構造物、またはその他の産業設備に利用できる。

【0049】

なお、実施形態で説明した各装置の機能構成はハードウェア資源またはソフトウェア資源により、あるいはハードウェア資源とソフトウェア資源の協働により実現できる。ハードウェア資源としてプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他のＬＳＩを利用できる。ソフトウェア資源としてオペレーティングシステム、アプリケーション等のプログラムを利用できる。

【符号の説明】

【0050】

１００ エアステージ、１１０ ワークテーブル、１２０ Ｘ軸エアアクチュエータ、１２２ ガイド、１２３ 受圧プレート、１２４ スライダ、１２６ サーボバルブ、１２８ 配管、１３０ Ｙ軸エアアクチュエータ、１３２ ガイド、１３４ スライダ、１３６ サーボバルブ、１３８ 配管、３００ 制御装置、３１０ ＦＢ制御部、３２１ 位置積分補償器、３４０ ノッチフィルタ、３５０ 外乱オブザーバ、３６０ ＦＦ制御部、３８０ ゲイン調整部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】