JPWO2009119810A1 - サーボモータの位置制御装置 - Google Patents

Abstract

サーボモータが目標位置に達して停止した際に、パルスエンコーダの最小分解能の範囲におけるハンチングを抑制して、より安定した停止状態を維持できる技術を提供する。位置制御ループをメインループ、速度及び電流制御ループをマイナーループとしたカスケード構成が採用され、位置制御については比例制御、速度制御及び電流制御については比例積分制御が行なわれるサーボモータの位置制御装置において、サーボモータの位置が目標位置に達して停止した場合（Ｓ２０１）に、電流制御に対する電流指令値を停止時の値に保持する（Ｓ２０２）とともに、電流制御を比例制御に切り替える（Ｓ２０４）。

Description

本発明は、サーボモータの駆動位置をフィードバック制御により制御する位置制御装置に関し、特にサーボモータの駆動位置が目標位置に達して停止する際の振動抑制のための制御に関する。

サーボシステムにおけるサーボモータの位置制御は、一般に位置制御ループをメインループとし、速度制御ループ、電流制御ループの順にマイナーループとなるカスケード構成の制御系で行われることが多い。また、サーボシステムの安定性と収束性を考慮すると、位置制御については比例制御が、速度制御及び電流制御については比例積分制御が行なわれることが多い。

この制御におけるサーボモータの駆動位置（以下、単に「位置」ともいう。）は、サーボモータに取りつけられたパルスエンコーダを使用して、パルスエンコーダから出力されたパルス数をカウントすることで取得される。また、サーボモータの駆動速度（以下、単に「速度」ともいう。）は一定サンプリング時間内に発生したパルスエンコーダのパルス数をサンプリング時間で割ることによって求められるのが一般的である。

ここで、サーボモータの位置が目標位置に達して停止した場合には、パルスエンコーダからそれ以上パルスが出力されず、位置制御が行なわれない状態となるので、制御方法によってはパルスエンコーダの最小分解能の範囲でサーボモータが振動しハンチングが生じる場合があった。

すなわち、上記におけるサーボモータの停止状態とは、サーボモータの位置が指令位置から所定の精度に収まる範囲内にあると伝う意味であり、停止指令状態と伝うこともできる。上記したような、パルスエンコーダによる位置及び速度検出方式に起因する停止指令状態下のハンチングを抑制する方法として、停止指令状態時に、速度制御ループのゲインを小さくする方法や、サーボモータの実際の位置と指令位置との位置偏差が零及びその近傍のときにはサーボモータの電気的位相角を９０度から零度に切り替える方法などが提案されている。
特開昭６２−２４５３１２号公報 特開平０７−１２３７６７号公報 特開平１１−３３２２７８号公報

本発明の目的は、サーボモータが目標位置に達して停止した際に、位置センサとしてのパルスエンコーダの最小分解能の範囲におけるハンチングを抑制して、より安定した停止状態を維持できる技術を提供することである。

本発明は、位置制御ループをメインループとし、速度制御ループ、電流制御ループの順にマイナーループとなるカスケード構成が採用され、位置制御については比例制御が、速度制御及び電流制御については比例積分制御が行なわれるサーボモータの位置制御装置において、サーボモータの位置が目標位置に達して停止した場合に、電流制御における積分制御を停止することを最大の特徴とする。

より詳しくは、サーボモータの駆動の目標位置に相当する位置指令信号からサーボモータの実際の位置に相当する位置信号を差し引いた位置偏差より、比例制御によってサーボモータの目標速度に相当する速度指令信号を導出し出力する位置制御器と、
前記速度指令信号から前記サーボモータの実際の速度に相当する速度信号を差し引いた速度偏差より、比例積分制御によってサーボモータに印加すべき電流値に相当する電流指令信号を導出し出力する速度制御器と、
前記電流指令信号から前記サーボモータのｑ軸に対して実際に流れる電流値に相当するｑ軸電流信号を差し引いた電流偏差より、比例積分制御によって前記サーボモータのｑ軸に対して印加される電圧に相当するｑ軸電圧指令信号を導出し出力するｑ軸電流制御器と、を備えたフィードバック制御によるサーボモータの位置制御装置であって、
前記サーボモータが前記目標位置に達して前記位置偏差がなくなった場合に、前記ｑ軸電流制御器における積分制御を停止することを特徴とする。

ここで、サーボモータが目標位置に達して停止した場合には、位置偏差が零となるため、位置制御器から出力される速度指令は零となる。また、基本的に速度偏差も零となることから、電流指令信号は略一定値となる。そうすると、その時点においてｑ軸電流制御器における電流偏差が有限の値を有するので、ｑ軸電流制御器から出力されるｑ軸電圧指令信号は時間と共に増加する場合がある。

そうすると、サーボモータに印加される電流値も徐々に増加し、サーボモータが微妙に移動し、その移動によってパルスエンコーダから次のパルスが出力されるので、今度は位置偏差が生じたと判断され逆方向へのｑ軸電圧指令信号が出される。

このような現象の繰り返しにより、サーボモータは、パルスエンコーダの最小分解能の範囲で微小な反復移動を繰り返し、これがハンチングの原因の一つとなる。

これに対し、本発明においては、サーボモータが目標位置に達して位置偏差がなくなった場合に、ｑ軸電流制御器における積分制御を停止するので、電流指令信号は略一定値となりｑ軸電流制御器における電流偏差が有限の値を持った場合でも、ｑ軸電流制御器から出力されるｑ軸電圧指令信号は時間と共に増加しなくなる。

これにより、サーボモータが停止状態において不用意に移動することを抑制でき、ハンチングの発生を抑制することができる。

また、本発明においては、前記位置偏差がなくなった場合に、前記電流指令信号の値を前記位置偏差がなくなった時点における値に保持するとともに、前記ｑ軸電流制御器における比例積分制御を比例制御に切り替えるようにしてもよい。

ここで、サーボモータを移動させる際にはコギングトルクを超えて移動させる必要があることが知られている。そして、このコギングトルクの存在によってサーボモータには停止し易い位置と停止しづらい（コギングトルクによって付勢されてしまう）位置がある。従って、サーボモータを停止させる場合に、電流指令信号の値を位置偏差がなくなった時点における値に保持し且つ、ｑ軸電流制御器における比例積分制御を比例制御に切り替えることで、ｑ軸電圧指令信号によりサーボモータで発生するトルクとコギングトルクとをバランスさせることが可能となり、サーボモータの停止状態における位置安定性をより向上させることができる。その結果、より確実にハンチングを抑制することができる。

また、この場合には、ｑ軸電流制御器において比例制御を継続しているので、実際にサーボモータのｑ軸に対して印加される電流値であるｑ軸電流の値が何等かの原因で変化した場合には、その変化を補償するようにｑ軸電圧指令信号の値が変化するため、サーボモータの停止状態における安定性をより向上させることができる。

また、本発明においては、前記位置偏差がなくなった場合に、前記ｑ軸電圧指令信号の値を前記位置偏差がなくなった時点における値に保持するようにしてもよい。

すなわち、サーボモータの位置が目標位置に達して停止した場合には、電流指令信号の値や、ｑ軸電流制御器内部の電流制御に係る演算結果に関係なく、ｑ軸電流制御器の出力（ｑ軸電圧指令信号の値）を位置偏差がなくなった時点における値に保持する。これによれば、より簡単に、ｑ軸電圧指令信号の値を安定化させることができる。また、ｑ軸電圧指令信号によりサーボモータで発生するトルクとコギングトルクとをバランスさせることが可能となり、サーボモータの停止状態における位置安定性をより向上させることができる。

また、本発明においては、サーボモータとしてリニアサーボモータを使用してもよい。

ここで、サーボモータの位置の制御を行う場合は、サーボモータ単体の位置のみを制御するのでなく、サーボモータが所定の装置に組み込まれた状態でその位置を制御し、装置としての出力の制御を行う場合が殆どである。また、通常、回転式のサーボモータにおいては、サーボモータの出力軸にギアやベルトなどの運動変換機構を付加した後に、装置としての出力がなされるように構成される場合が多い。

そうすると、回転式のサーボモータにおける微小振幅のハンチングについては介在する機構が多いため、装置の出力にハンチングが直接影響しない場合が多い、それに対し、サーボモータがリニアサーボモータの場合は、装置としての出力が直接リニアサーボモータのスライダ（移動子）に固定されている場合が多く、リニアサーボモータにおける微小振幅のハンチングが、そのまま装置の出力に影響を及ぼす場合が多い。

従って、本発明をリニアサーボモータに適用することで、ハンチングの抑制の効果をより顕著な効果として得ることが可能になる。

なお、上記の手段は、可能な限り互いに組み合わせることができる。

本発明にあっては、サーボモータが目標位置に達して停止した際に、位置センサとしてのパルスエンコーダの最小分解能の範囲におけるハンチングを抑制して、より安定した停止状態を維持することができる。

本発明の実施例に係る駆動案内装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施例に係る駆動案内装置の構成を示す正面図である。 本発明の実施例に係る駆動案内装置の構成を示す側面図である。 本発明の実施例に係る駆動案内装置の案内機構を示す斜視図である。 本発明の実施例に係るサーボモータの位置制御ブロック図である。 サーボモータの従来の位置の制御に係るフローチャートである。 本発明の実施例１に係る位置制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る位置制御ルーチン２を示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・リニアモータ（サーボモータ）
２・・・パルスエンコーダ
２ａ・・・リニアスケール
２ｂ・・・スケールセンサ
３・・・位置検出器
４・・・速度検出器
５・・・位置制御器
６・・・速度制御器
７・・・ｑ軸電流制御器
８・・・変流器
９・・・３相／ｄ−ｑ座標変換器
１０・・・位相検出器
１１・・・ｄ軸電流制御器
１２・・・ｄ−ｑ／３相座標変換器
１３・・・電力変換器
１４・・・テーブル
１５・・・案内機構
１５ａ・・・移動ブロック
１５ｂ・・・負荷転走溝
１５ｃ・・・移動ブロック本体
１５ｄ・・・エンドキャップ
１６・・・ベース
１７・・・定盤
１８・・・レール
１８ａ・・・ボール転走溝
１９・・・断熱材
２１・・・エンドプレート
２２・・・ストッパ
２３・・・スクレーパ
２５・・・磁極センサ
２６・・・ブラケット
２７・・・ケーブルチェーン取付板
２８・・・ケーブルチェーン受け
２９・・・動力ケーブル
３０・・・信号ケーブル
３１・・・ナイロンチューブ
３２・・・ボール
５０・・・駆動案内装置

以下、本発明に係るサーボモータの位置制御装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

<実施例１>
本発明の実施例１を図に基づいて説明する。本実施例においては、本発明に係るサーボモータの位置制御装置を用いてリニアサーボモータの位置の制御を行う場合の例について説明する。

まず、図１〜図４を用いてリニアサーボモータ１の構成について説明する。図１に示すように、リニアサーボモータ（以下、リニアモータ）１は電機子コイルを含む通電側である一次側１ａと、磁石などを備えた非通電側である二次側１ｂとから構成されている。本実施例におけるリニアモータ１は、駆動案内装置５０を構成している。リニアモータ１の一次側１ａは、テーブル１４を介して案内機構１５における移動ブロック１５ａに連結されている。また、リニアモータ１の二次側１ｂは、ベース１６に固定され、このベース１６は定盤１７の上面に固定されている。

また、ベース１６には、２本のレール１８が互いに平行に配設されている。そして、移動ブロック１５ａはリニアモータ１から駆動力を得て、これらのレール１８に沿って移動可能に構成されている。

また、この実施例による駆動案内装置５０には、リニアモータ１の一次側１ａとテーブル１４との間に、一次側１ａにおいて発生する熱がテーブル１４に伝達するのを抑制する断熱材１９が設けられている。このように、リニアモータ１の一次側１ａとテーブル１４との間に断熱材１９を設けることにより、一次側１ａの電機子コイル（図示せず）に駆動電流を通電させることによって生じる熱がテーブル１４や移動ブロック１５ａに伝達されなくなる。これによって、テーブル１４や移動ブロック１５ａの熱膨張を防止することができる。そのため、案内機構１５の移動ブロック１５ａの無限循環路に配列・収容された複数のボール等の転動体に与えられた予圧（接触圧）に変動を与えることなく、転がり抵抗を一定に維持することが可能となり、駆動案内装置５０の長寿命化を実現可能となる。

なお、この断熱材１９は必ずしも設ける必要はなく、断熱材１９の代わりにフィンなどの空冷手段を設けるようにしても良い。また、この断熱材１９の材質としては、ガラス入りエポキシ樹脂材やセラミック材等が用いられる。また、テーブル１４の下面と断熱材１９に囲まれた部分に断熱空間として作用する凹部（図示せず）を設けて、一次側１ａからの輻射熱を遮断することも可能である。また、断熱材１９はレール１８の長手方向、すなわちテーブル１４、移動ブロック１５ａの運動方向に沿って長尺とすることにより、この方向に沿った剛性が増加し、発振現象を防止することができる。

（リニアサーボモータの具体的構成例）
次に、本実施例における駆動案内装置５０の具体的構成例について説明する。図２および図３に、本実施例における駆動案内装置５０の構成例を示す。図２および図３において、図１におけると同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。

図２および図３に示すように、リニアモータ１の一次側１ａは電機子コイル及び電機子コアから構成され、二次側１ｂはマグネットプレートで構成される。二次側１ｂはベース１６上に固定されている。マグネットプレートから構成されるリニアモータ１の二次側１ｂの両側にはそれぞれレール１８がベース１６上に平行に配設（固定）されている。

また、このレール１８には、それぞれ複数個（図においては２個）の移動ブロック１５ａがレール１８に沿って移動自在に配設されている。そして、テーブル１４はそれぞれのレール１８に移動自在に配設された複数個（図においては４個）の移動ブロック１５ａに支持されている。

リニアモータ１の一次側１ａの電機子コイル（図示せず）に駆動電流を通電することによって、一次側１ａと二次側１ｂとの間に磁気相互作用が生じ、一次側１ａが二次側１ｂに沿って移動する。その移動力がテーブル１４を介して移動ブロック１５ａに伝達されて、移動ブロック１５ａはレール１８に沿って移動する。

ベース１６の両端部にはエンドプレート２１が取り付けられ、このエンドプレート２１には、それぞれストッパ２２が取り付けられている。また、テーブル１４の両端にはスクレーパ２３が取り付けられている。

そして、図３に示すように、ベース１６の一方の側部には、ベース１６に対する移動ブロック１５ａの位置に応じてパルスを出力する光学式のリニアスケール２ａが設けられている。ここで、リニアスケール２ａは二次側１ｂに設けられており、また、テーブル１４の一方の側部には、このリニアスケール２ａを読み取り、テーブル１４の移動位置（移動距離）を検出するための、光学センサからなるスケールセンサ２ｂがブラケット２６を介して取り付けられている。

このリニアスケール２ａとスケールセンサ２ｂとによってパルスエンコーダ２が構成されている。さらに、テーブル１４の二次側１ｂに対向した部分には、例えばホール（ＨＡＬＬ）センサからなる磁極センサ２５が設けられている。この磁極センサ２５により、二次側１ｂにおける磁石の磁極の種類が検知される。そして、磁極センサ２５からは、磁極に対応した０または１の信号が出力される。

また、図２に示すように、ベース１６の他方の側部には、ケーブルチェーン取付板２７が取り付けられ、テーブル１４の他方の側部にはケーブルチェーン受け２８が取り付けられている。ケーブルチェーン取付板２７に配置されたリニアモータ１の一次側１ａに駆動電力を供給するための動力ケーブル２９、信号を送受するための信号ケーブル３０、一次側１ａを冷却するための水等を供給するナイロンチューブ３１はケーブルチェーン受け２８を通してリニアモータ１の一次側１ａに接続されている。

（案内機構）
図４に、案内機構１５の詳細構成を示す。図４に示すように、断面矩形状のレール１８には、その長手方向に沿って転動体転走面としてのボール転走溝１８ａが左右側面に２条ずつ、計４条形成されている。また、移動ブロック１５ａにはボール転走溝１８ａに対向する負荷転動体転走路をなす負荷転走溝１５ｂを含む無限循環路が形成されている。さらに、この無限循環路には、レール１８及び移動ブロック１５ａの相対移動に伴ってボール転走溝１８ａと負荷転走溝１５ｂとの間で転動して循環する複数の転動体として複数のボール３２が配列・収容されている。この案内機構１５はラジアル方向の荷重、水平方向の荷重はもちろん各方向のモーメントなど、あらゆる方向の荷重を負荷できるように構成されている。

移動ブロック１５ａは、負荷転走溝１５ｂ及びこれに平行なボール戻し路が形成された移動ブロック本体１５ｃと、移動ブロック本体１５ｃの両端に結合されて該負荷転走溝１５ｂ及びボール戻し路を連絡する方向転換路を有するエンドキャップ１５ｄとから構成され、レール１８を跨ぐように取り付けられている。移動ブロック１５ａの上面はテーブル１４が搭載され取り付けられるようになっている。この移動ブロック１５ａに形成された負荷転走溝１５ｂは、レール１８に形成されたそれぞれのボール転走溝１８ａに対向して形成されており、これら負荷転走溝１５ｂとボール転走溝１８ａとの間に、転動体としての複数のボール３２が挟み込まれている。これらのボール３２は移動ブロック１５ａの移動に伴い、エンドキャップ１５ｄに形成された方向転換路を介してボール戻し路へと送り込まれ、再び負荷転走溝１５ｂに導かれ、無限循環路を循環する。

次に、リニアモータ１の位置の制御について説明する。図５は本発明の実施例に係るｄｑ電流制御（ベクトル電流制御）によるリニアモータ１の制御ブロック図である。本実施例におけるリニアモータ１の位置制御装置は、図５においてリニアモータ１を除いた構成に相当し、ｄｑ電流制御によってリニアモータ１の位置の制御を行う。

リニアモータ１の位置（具体的には、ベース１６に対する移動ブロック１５ａの位置を意味する。）は、前述のようにパルスエンコーダ２によって検出される。このパルスエンコーダ２は、リニアモータ１の位置に応じてパルス信号を発生するパルスジェネレータとも言える。このパルスエンコーダ２からの位置信号（パルス信号）は、位置検出器３、速度検出器４及び位相検出器１０に入力される。

位置検出器３においては、パルスエンコーダ２からのパルス数をカウントすることにより、リニアモータ１の絶対位置に対応する位置信号を発生する。位置検出器３により発生した位置信号は位置制御器５に入力される。また、速度検出器４においては、パルスエンコーダ２のパルス信号から、一定サンプリング時間内に発生したパルスエンコーダ２のパルス数をサンプリング時間で割ることによってリニアモータ１の速度に対応する速度信号を演算して出力する。速度検出器４で発生した速度信号は速度制御器６に入力される。

位置制御器５には、リニアモータ１の目標位置に相当する位置指令信号が入力され、位置指令信号から位置信号を差し引いた位置偏差に位置比例ゲインを乗じることで、速度指令信号を演算（導出）して出力する。位置制御器５から出力された速度指令信号は速度制御器６に入力される。

速度制御器６においては、速度指令信号から速度検出器４より出力された速度信号を差し引いて速度偏差を算出し、速度偏差及び、速度偏差を積算した積分成分に速度比例ゲイン及び速度積分ゲインを各々乗じて加え合わせることで、電流指令信号を演算して出力する。速度制御器６から出力された電流指令信号はｑ軸電流制御器７に入力される。

一方、パルスエンコーダ２から出力されたパルス信号は前述のように位相検出器１０にも入力され、位相検出器１０においては、リニアモータ１の位置情報を電気角として出力する。

また、リニアモータ１の三相のコイルに各々印加される電流の電流値は、変流器８で二相分の電流値が検出され、残りの一相分については演算によって求められ、３相／ｄ−ｑ交流座標変換器９に入力される。この３相／ｄ−ｑ交流座標変換器９においては、リニアモータ１の三相のコイルＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流値から、３相２相変換演算及びベクトル回転演算によってｑ軸電流値とｄ軸電流値が算出され出力される。

ｑ軸電流制御器７においては、速度制御器６から出力された電流指令信号から３相／ｄ−ｑ交流座標変換器９から出力されたｑ軸電流信号を差し引いたｑ軸電流偏差と、その積算値に対して各々ｑ軸電流比例ゲインとｑ軸電流積分ゲインとを乗じて加え合わせることによってｑ軸電圧指令信号が出力される。

一方、ｄ軸電流制御器１１には、電流指令信号（＝０）が入力され、この電流指令信号（＝０）から３相／ｄ−ｑ交流座標変換器９より出力されたｄ軸電流信号を差し引いたｄ軸電流偏差とその積算値に対してｄ軸電流比例ゲインとｄ軸電流積分ゲインとを各々乗じて加え合わせることによってｄ軸電圧指令信号が出力される。

これらのｄ軸電圧指令信号及びｑ軸電圧指令信号はｄ−ｑ／３相交流座標変換器１２でリニアモータ１の三相のコイルＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対する電圧指令信号に変換される。そして、これらの電圧指令信号は、電力変換器１３に入力されることで交流電圧に変換される。

次に、上記の制御ブロックにおける、従来のリニアモータ１の位置の制御に係る手順について説明する。図６には、従来のリニアモータ１の位置の制御に係る概略フローチャートを示す。

本フローが実行されると、Ｓ１０１においては、プログラムまたはユーザの入力に基づく位置指令信号とリニアモータ１の位置信号より、位置制御器５における比例（Ｐ）制御による演算が実行され速度指令信号が算出される。Ｓ１０１の処理が終了するとＳ１０２に進む。

Ｓ１０２では速度制御が行なわれる。具体的には、Ｓ１０１において算出された速度指令信号と速度検出器４からの速度信号より、速度制御器６における比例積分（ＰＩ）制御による演算が実行され電流指令信号が算出される。Ｓ１０２の処理が終了するとＳ１０３に進む。

Ｓ１０３においては電流制御が行なわれる。具体的には、Ｓ１０２において算出された電流指令信号と３相／ｄ−ｑ座標変換器９からのｑ軸電流信号より、ｑ軸電流制御器７において比例積分（ＰＩ）制御による演算が実行されｑ軸電圧指令信号が算出される。また、電流指令（＝０）と３相／ｄ−ｑ座標変換器９からのｄ軸電流信号より、ｄ軸電流制御器１１において比例積分（ＰＩ）制御による演算が実行されｄ軸電圧指令信号が算出される。

そして、算出されたｑ軸電圧指令信号及びｄ軸電圧指令信号に応じてｄ−ｑ／３相座変換器１２によってリニアモータ１の各相のコイルに印加される電圧が算出され、電力変換器１３で交流に変換された後リニアモータ１に供給される。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。

Ｓ１０４においてはリニアモータ１の制御が終了したか否かが判定される。ここで肯定判定された場合、例えば何らかの理由でリニアモータ１の制御自体が解除された場合にはそのまま本ルーチンを終了する。一方、否定判定された場合には、Ｓ１０１の前に戻る。

このように従来のリニアモータ１の位置の制御においては、制御自体が終了しない限り、位置制御器５における比例制御、速度制御器６における比例積分制御、ｑ軸電流制御器７及びｄ軸電流制御器１１における比例積分制御が順次、予め定められた制御周期で繰り返し実行される。

ここで、リニアモータ１が目標位置に達して停止した場合について考える。この場合もリニアモータ１の制御自体が終了しない限り、位置制御器５における比例制御、速度制御器６における比例積分制御、ｑ軸電流制御器７及びｄ軸電流制御器１１における比例積分制御が繰り返し実行される。

しかしながら、リニアモータ１が目標位置に達して停止している状態では、位置検出器３からの位置信号と位置指令信号との間の位置偏差が零となるため、位置制御器５から出力される速度指令信号も略零となる。

また、速度検出器４から出力される速度信号も基本的に零となるので、速度制御器６の処理における速度偏差も略零となる。しかし、速度制御器では、比例積分制御が行なわれるので、この時点で略一定値の電流指令信号が出力される。

略一定値の電流指令信号がｑ軸電流制御器７に入力された場合には、その時点で電流指令信号と３相／ｄ−ｑ座標変換器９から出力されるｑ軸電流信号との間に有限のｑ軸電流偏差が生じる。そして、ｑ軸電流制御器７においても比例積分制御が行なわれるので、ｑ軸電流制御器７から出力されるｑ軸電圧指令信号は時間と共に増加する場合がある。

そうすると、リニアモータ１に印加される電圧値も増加し、リニアモータ１が微妙に移動する現象が生じる。また、その移動によってパルスエンコーダ２から次のパルスが出力された場合には、今度は位置偏差が生じたと判断され逆方向へ移動するようにｑ軸電圧指令信号が出力される。このような現象により、リニアモータ１は、パルスエンコーダ２の最小分解能の範囲で微小な反復移動を繰り返し、ハンチングを起こす場合があった。

このようなハンチングを抑制するために、本実施例においては、リニアモータ１が目標位置に達して停止し、位置指令信号と位置信号との間の位置偏差がなくなった時点で、速度制御器６から出力される電流指令信号の値をその時点における値に保持することとした。また同時に、ｑ軸電流制御器７における制御を比例積分制御から比例制御に切り替えることとした。そうすれば、ｑ軸電流制御器７の出力であるｑ軸電圧指令信号が、位置指令信号と位置信号との間の位置偏差がない状態で時間とともに増加することを抑制できる。その結果、リニアモータ１が停止状態（停止指令状態）で停止位置から移動してしまうことを抑制できる。

図７には、本実施例における位置制御ルーチンのフローチャートを示す。本ルーチンは、図５に示した制御ブロックにおける制御手順を示すものである。本ルーチンが実行されるとＳ１０１及びＳ１０２の処理が実行されるが、これらの処理の内容は先述の従来の位置の制御に係るフローと同等であるので説明は省略する。

Ｓ１０２の処理が終了するとＳ２０１に進み位置偏差が存在するか、すなわち、位置制御器５に入力される位置信号と位置指令信号との間に差があるか否かが判定される。ここで肯定判定された場合にはＳ１０３に進む。一方、否定判定された場合にはＳ２０２に進む。Ｓ１０３に進んだ場合には、従来の位置の制御に係るフローと同様にｑ軸電流制御器７とｄ軸電流制御器１１において比例積分（ＰＩ）制御が実行された後、Ｓ１０１の処理の前に戻る。

一方、Ｓ２０２に進んだ場合には、速度制御器６の出力信号である電流指令信号を一定値に保持する。その際の保持値は、位置偏差が零となった時点における電流指令信号の値である。Ｓ２０２の処理が終了するとＳ２０３に進む。

Ｓ２０３においては、変流器８における電流値の検出、フィードバックを継続する。すなわち、位置偏差が零となった時点における電流指令信号に基づいたフィードバック制御が継続され、３相／ｄ−ｑ座標変換器９からｑ軸電流信号及びｄ軸電流信号が出力される。Ｓ２０３の処理が終了するとＳ２０４に進む。

Ｓ２０４においては、ｑ軸電流制御器７及びｄ軸電流制御器１１における制御が比例積分（ＰＩ）制御から比例（Ｐ）制御に切り替えられる。そして、ｑ軸電流制御器７においては、Ｓ２０２で保持されている電流指令信号とこの時点におけるｑ軸電流信号に基づいて電流制御（Ｐ）が実行される。また、ｄ軸電流制御器１１においては、電流指令信号（当初より０に保持されている）とこの時点におけるｄ軸電流信号に基づいて電流制御（Ｐ）が実行される。Ｓ２０４の処理が終了するとＳ１０４に進む。Ｓ１０４の処理は先述の位置制御ルーチンと同等なのでここでは説明は省略する。

以上、説明したように、本実施例においては、リニアモータ１の位置が目標位置に達して停止した、すなわち、パルスエンコーダ２からのパルスに基づくリニアモータ１の位置信号と、指令位置信号との間の位置偏差が零となった場合には、速度制御器６の出力値である電流指令信号を、位置偏差が零となった時点の値に保持する。また、それと同時に、ｑ軸電流制御器７及びｄ軸電流制御器１１による制御を比例積分（ＰＩ）制御から比例（Ｐ）制御に切り替える。

これにより、リニアモータ１への印加電圧に相当するｑ軸電圧指令信号及びｄ軸電圧指令信号の値が、ｑ軸電流制御器７及びｄ軸電流制御器１１における積分制御によって時間とともに増加することを抑制でき、リニアモータ１のハンチングを抑制することができる。なお、本実施例においてｑ軸電流制御器７による制御を比例積分（ＰＩ）制御から比例（Ｐ）制御に切り替えることは、ｑ軸電流制御器７における積分（Ｉ）制御を停止することでもある。

なお、本実施例においては、リニアモータ１の位置信号と、指令位置信号との間の位置偏差が零となった場合に、速度制御器６の出力値である電流指令信号を、位置偏差が零となった時点の値に保持し、且つ、ｑ軸電流制御器７及びｄ軸電流制御器１１による制御を比例積分（ＰＩ）制御から比例（Ｐ）制御に切り替えることとした。しかし、本実施例におけるハンチング防止のための制御の内容はこれに限られない。例えば、位置偏差が零となった場合に、速度制御器６の出力値である電流指令信号に対してはそれまでの制御を継続し、ｑ軸電流制御器７及びｄ軸電流制御器１１による制御を比例積分（ＰＩ）制御から比例（Ｐ）制御に切り替える（ｑ軸電流制御器７における積分（Ｉ）制御を停止する）制御のみを行ってもよい。これによっても所定のハンチング抑制の効果が得られる。

<実施例２>
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例におけるリニアモータ１の制御ブロック図は実施例１と同等である。本実施例においては、リニアモータ１の位置が目標位置に達して停止した場合、すなわちパルスエンコーダ２からのパルスに基づくリニアモータ１の位置信号と位置指令信号との間の位置偏差が零となった場合には、ｑ軸電流制御器７の出力信号であるｑ軸電圧指令信号の値を一定値に保持する例について説明する。

図８には、本実施例における位置制御ルーチン２についてのフローチャートを示す。ここでは本ルーチンと実施例１における位置制御ルーチンとの相違点についてのみ説明する。本ルーチンにおいては、Ｓ２０１で位置偏差がないと判定された場合に、Ｓ３０１に進む。

Ｓ３０１ではｑ軸電圧指令信号の値とｄ軸電圧指令信号の値とを一定値に保持する。この一定値はそれぞれ、Ｓ２０１で位置偏差がないと判定された時点におけるｑ軸電圧指令信号、ｄ軸電圧指令信号の値である。Ｓ３０１の処理が終了した後の処理の内容は、位置制御ルーチンと同等である。

以上、説明したように、本実施例においては、リニアモータ１の位置が目標位置に達して停止した、すなわち、パルスエンコーダ２からのパルスに基づくリニアモータ１の位置信号と、位置指令信号との間の位置偏差が零となった場合には、ｑ軸電圧指令信号の値とｄ軸電圧指令信号の値とを位置偏差が零となった時点における各々の値に保持することとした。

これにより、停止（指令）状態においてリニアモータ１への印加電圧をより確実に安定化させることができ、リニアモータ１のハンチングをより確実に抑制することができる。

なお、上記の実施例においては、サーボモータがリニアサーボモータである例について説明したが、本発明を、回転式サーボモータの位置の制御に適用してもよいことは当然である。また、上記の実施例においては、光学式のパルスエンコーダ２を用いた例について説明したが、例えば磁気式のパルスエンコーダ２など、他の方式のものを用いてもよい。

Claims (4)

1. サーボモータの駆動の目標位置に相当する位置指令信号からサーボモータの実際の位置に相当する位置信号を差し引いた位置偏差より、比例制御によってサーボモータの目標速度に相当する速度指令信号を導出し出力する位置制御器と、
   前記速度指令信号から前記サーボモータの実際の速度に相当する速度信号を差し引いた速度偏差より、比例積分制御によってサーボモータに印加すべき電流値に相当する電流指令信号を導出し出力する速度制御器と、
   前記電流指令信号から前記サーボモータのｑ軸に対して実際に流れる電流値に相当するｑ軸電流信号を差し引いた電流偏差より、比例積分制御によって前記サーボモータのｑ軸に対して印加される電圧に相当するｑ軸電圧指令信号を導出し出力するｑ軸電流制御器と、を備えたフィードバック制御によるサーボモータの位置制御装置であって、
   前記サーボモータが前記目標位置に達して前記位置偏差がなくなった場合に、前記ｑ軸電流制御器における積分制御を停止することを特徴とするサーボモータの位置制御装置。
2. 前記位置偏差がなくなった場合に、前記電流指令信号の値を前記位置偏差がなくなった時点における値に保持するとともに、前記ｑ軸電流制御器における比例積分制御を比例制御に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のサーボモータの位置制御装置。
3. 前記位置偏差がなくなった場合に、前記ｑ軸電圧指令信号の値を前記位置偏差がなくなった時点における値に保持することを特徴とする請求項１に記載のサーボモータの位置制御装置。
4. 前記サーボモータはリニアサーボモータであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のサーボモータの位置制御装置。

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