(57)【要約】  モータの動作を指令する動作指令信号と、前記モータの位置や速度を検出するために該モータに取り付けられた検出器の検出信号との差分が小さくなるトルク指令を生成して前記モータを駆動するフィードバック制御系を備えるモータ制御装置において、前記検出信号に含まれる検出誤差がモータ１回転当たりに発生する回数として設定される波数に応じて該検出誤差を抑制するための補正量の振幅および位相を推定し、該振幅および位相の推定値を逐次的に更新する補正手段と、前記動作指令信号との差分を取る対象信号として、前記検出信号に代えて、該検出信号と前記補正量との差分である補正後検出信号を生成する補正後検出信号演算手段とを備えた。
2012066617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの動作を指令する動作指令信号と、前記モータの位置や速度を検出するために該モータに取り付けられた検出器の検出信号との差分が小さくなるトルク指令を生成して前記モータを駆動するフィードバック制御系を備えるモータ制御装置において、
前記検出信号に含まれる検出誤差がモータ１回転当たりに発生する回数として設定される波数に応じて該検出誤差を抑制するための補正量の振幅および位相を推定し、該振幅および位相の推定値を逐次的に更新する補正手段と、
前記動作指令信号との差分を取る対象信号として、前記検出信号に代えて、該検出信号と前記補正量との差分である補正後検出信号を生成する補正後検出信号演算手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記補正手段は、
前記検出誤差の設定される波数と同じ周期の基準周期信号を算出する基準周期信号演算部と、
前記基準周期信号と前記検出信号とに基づいて、前記波数が示す角度範囲における前記検出信号の振幅および位相を推定する振幅位相推定部と
を備え、
前記振幅位相推定部が推定した前記検出信号の振幅および位相を用いて、前記検出信号と補正量との差分が小さくなるように更新する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記補正手段は、
設定される波数と同じ周期の基準周期信号を算出する基準周期信号演算部と、
前記基準周期信号と前記補正後検出信号とに基づいて、前記波数が示す角度範囲における前記補正後検出信号の振幅および位相を推定する振幅位相推定部と
を備え、
前記振幅位相推定部が推定した前記検出信号の振幅および位相を用いて、前記検出信号と補正量との差分が小さくなるように更新する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記補正手段は、前記基準周期信号の周期に従って前記更新動作を行うことを特徴とする請求項２または３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記補正手段は、前記検出信号における検出誤差の周期に従って前記更新動作を行うことを特徴とする請求項２または３に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記補正手段は、さらに、
更新された前記補正量の振幅および位相を誤差情報として報知する誤差情報報知部
を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記補正手段は、さらに、
更新された前記補正量の振幅が所定の閾値以上であるか否かを判定する補正振幅判定部を備え、
前記補正量の振幅が閾値以上である場合は、前記補正後検出信号演算手段に補正量を与えない
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記補正手段は、さらに、
前記トルク指令の算出のために設定されたゲイン値と前記設定された検出誤差の波数から得られた検出誤差の周波数とから、前記検出誤差の周波数が制御帯域外であるか否かを判定する推定動作判定部を備え、
前記検出誤差の周波数が前記制御帯域内である場合は、前記補正後検出信号演算手段に更新しない補正量を与える
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械などの産業用機械装置を駆動するモータを制御するモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業用機械装置を駆動するモータを制御するモータ制御装置としては、モータの回転軸に連結されたロータリエンコーダ等の検出器により検出されるモータの回転位置（回転角度）や速度が目標位置に対し追従するようにモータを制御するものが知られている。【０００３】
ところで、ロータリエンコーダ等の検出器においては、検出器の組立誤差や形状誤差等に起因して検出信号に検出誤差が生じることが知られている。例えば、磁気式検出器においては、モータの回転軸の回転に連動して周期的に変化する磁気特性を持たせた被検出部を用い、近接して配置した磁気センサにより磁気を検知することで回転位置を検出する。この磁気式検出器では、着磁分布の誤差や磁気センサの取り付け誤差がある場合、回転位置に依存した周期的な検出誤差が発生する。【０００４】
このように、検出器の検出信号に含まれる回転位置に応じて周期的に発生する検出誤差は、機械装置の駆動性能に悪影響を与える。そのため、従来から制御装置側において、そのような検出誤差を抑制することで、高精度な駆動を可能にする方式が種々提案されている（例えば、特許文献１，２等）。【０００５】
すなわち、特許文献１では、駆動制御に用いる検出器の他に高精度検出器を用意し、駆動制御に用いる検出器にて検出される位置と、高精度検出器にて検出される位置とを比較して検出誤差を算出して制御装置内に記憶しておき、モータへの回転指令位置に対してその記憶した検出誤差を補正する技術が開示されている。【０００６】
また、同じ特許文献１では、高精度検出器を用いない方式として、モータを制御する速度ループ特性が追従しない十分な速度でモータを回転させた状態における検出信号に基づいて検出誤差を算出する技術と、速度ループをオープンにして、すなわち検出器の信号を用いずに、モータを回転させた状態における検出信号に基づいて検出誤差を算出する技術とが開示されている。【０００７】
また、特許文献２では、周期的に発生する検出誤差に対し三角関数演算により求める同周期の補正量を用いて相殺するように補正を行う方式として、検出誤差の振幅が極小となるように補正量の振幅（ゲイン）および位相の最適値を探索する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２７９７３号公報
【特許文献２】特開２００３−８３７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、次のような問題がある。まず、別に高精度検出器を用意して検出誤差を算出する方式では、高精度検出器を取り付ける作業が必要となり作業時間が増大化する。【００１０】
また、高精度検出器を用いないで、速度ループ特性が追従しない十分な速度でモータを回転させ検出信号を測定する方式では、通常、データサンプリングは一定の時間毎に行われるため、検出誤差が高い周波数で発生する場合にはサンプリング周期が不足し、測定精度が低下する。【００１１】
また、速度ループをオープンにしてモータを回転させた状態における検出信号に基づいて検出誤差を算出する方式では、速度むら無くモータを回転させることが困難であるために、検出誤差が微小な場合において高精度に補正することが困難である。【００１２】
次に、特許文献２に開示された技術では、検出誤差の振幅に基づいて、誤差が最小となる補正量の振幅および位相を探索しているが、干渉を避けるために振幅、位相をそれぞれ異なるステップで探索する必要がある。特に、位相については全範囲で探索する場合、調整作業に時間を要するという問題がある。【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、検出器の組立誤差や形状誤差等に起因して生ずる検出誤差を簡易な処理でかつ短時間に精度よく抑制できるモータ制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モータの動作を指令する動作指令信号と、前記モータの位置や速度を検出するために該モータに取り付けられた検出器の検出信号との差分が小さくなるトルク指令を生成して前記モータを駆動するフィードバック制御系を備えるモータ制御装置において、前記検出信号に含まれる検出誤差がモータ１回転当たりに発生する回数として設定される波数に応じて該検出誤差を抑制するための補正量の振幅および位相を推定し、該振幅および位相の推定値を逐次的に更新する補正手段と、前記動作指令信号との差分を取る対象信号として、前記検出信号に代えて、該検出信号と前記補正量との差分である補正後検出信号を生成する補正後検出信号演算手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、モータの回転位置に応じて発生する検出誤差の発生位相における検出信号の振幅および位相を逐次的に推定し、その推定結果に基づいて検出誤差を抑制する補正量の振幅および位相をそれぞれ更新する。【００１６】
したがって、検出誤差を抑制する補正量の振幅および位相を求めるために、振幅と位相を個別のステップで決定する必要がないので、短時間にかつ簡易な処理で検出誤差による周期的な振動を抑制する補正量を求めることができる。また、速度ループ特性が追従しない十分に早い速度や、速度ループをオープンにしてモータを駆動させる必要なく補正量を求めることができるため、高精度に補正量を求めることができる。さらに、別の高精度検出器を用いることなく補正量を求めることができるため、調整作業を容易に行うことができる、などの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施例１によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示すフィードバック制御系の構成を伝達関数で示したブロック図である。
【図３】図３は、図１に示す振幅位相推定部の構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、図１に示す補正量演算部での補正量推定動作を説明するベクトル図である。
【図５】図５は、図１に示す補正量演算部で推定する補正量の振幅の推定結果を説明する特性図である。
【図６】図６は、図１に示す補正量演算部で推定する補正量の位相の推定結果を説明する特性図である。
【図７】図７は、図１に示す補正量演算部での補正量推定動作に伴う位置誤差の抑制状況を説明する特性図である。
【図８】図８は、本発明の実施例２によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施例３によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例４によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例５によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例６によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例７によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施例８によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の実施例１によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、この実施例１によるモータ制御装置１ａは、モータ２を駆動する基本的な構成「検出器３、加算器４、追従制御部５および電流制御部６」に、補正手段８ａと加算器９とを追加したものである。【００２０】
モータ２を駆動する基本的な構成「検出器３、加算器４、追従制御部５および電流制御部６」について簡単に説明する。外部から入力される動作指令信号Ｒは、位置指令や速度指令などモータ２の動作を指定する指令信号である。動作指令信号Ｒは、加算器４の加算入力端（＋）に入力される、検出器３は、モータ２の回転位置（回転角度）や速度を検出するロータリエンコーダ等であり、モータ２の回転軸に連結されている。検出器３が出力する検出信号ｐｆは、基本的な構成では加算器４の減算入力端（−）に入力される。【００２１】
すなわち、基本的な構成では、加算器４は、動作指令信号Ｒから検出信号ｐｆを減算した差分（偏差）を出力する。追従制御部５は、加算器４が出力する動作指令信号Ｒと検出信号ｐｆとの偏差に対し比例演算・積分演算を含む処理を行い、偏差を小さくするトルク指令を出力する。なお、追従制御部５には、これらの比例演算、積分演算を含む処理のためのゲイン値などが設定されている。そして、電流制御部６は、追従制御部５から入力されるトルク指令に基づきモータ２を駆動する駆動電流を出力する。【００２２】
このように、モータ２を駆動する基本的な構成「検出器３、加算器４、追従制御部５および電流制御部６」は、動作指令信号Ｒが示す目標値に、検出器３の検出結果である検出信号ｐｆが追従するようにトルク指令を生成してモータ２を駆動するフィードバック制御系を構成している。【００２３】
ここで、検出器３の検出信号ｐｆには、通常、検出器３の組立誤差や形状誤差等に起因して、回転位置に応じて周期的に発生する検出誤差ｐｄが含まれている。追加した補正手段８ａおよび加算器９は、その検出誤差ｐｄを抑制するために設けてある。【００２４】
そこで、図１では、理解を容易にするため、検出器３の検出信号ｐｆに含まれる検出誤差ｐｄを外乱扱いとするために抜き出して示し、加算器７にて、検出器３の出力信号（検出誤差を含まない）に外乱である検出誤差ｐｄが加算されて検出信号ｐｆとなるとしてある。【００２５】
実施例１による加算器９を追加した構成では、検出誤差ｐｄを含む検出信号ｐｆは、加算器４の減算入力端（−）ではなく、加算器９の加算入力端（＋）に入力される。加算器９の減算入力端（−）には、補正手段８ａが求めた補正量ｐｃが入力される。そして、加算器９にて演算された検出信号ｐｆと補正量ｐｃとの差分が補正後検出信号ｐｆｂとして加算器４の減算入力端（−）に入力される。つまり、加算器９は、補正後検出信号ｐｆｂを生成する補正後検出信号演算手段を構成している。【００２６】
この実施例１による構成は、補正量ｐｃを検出誤差ｐｄに一致させることができれば、検出誤差ｐｄが相殺されるので、補正後検出信号ｐｆｂは、検出誤差ｐｄが抑制された検出信号になることを示している。まず、図２を参照してこの点について説明する。補正手段８ａの詳細説明はその後に行う。【００２７】
図２は、図１に示すフィードバック制御系の構成を伝達関数を用いて示したブロック図である。図２では、図１に示すフィードバック制御系が、加算器４と、追従制御部５に対応する制御器１０と、電流制御部６、モータ２および検出器３からなる制御システム１１と、加算器７，９とで示されている。制御器１０の伝達関数はＣ（ｓ）として表され、制御システム１１の伝達関数はＰ（ｓ）として表されている。【００２８】
図２に示すフィードバック制御系おいて、感度関数Ｓは式（１）のように表され、相補感度関数Ｔは式（２）のように表される。
Ｓ＝１／（１＋ＣＰ）      …（１）
Ｔ＝ＣＰ／（１＋ＣＰ）    …（２）【００２９】
この感度関数Ｓと相補感度関数Ｔとを用い、検出信号ｐｆに関し検出誤差ｐｄの周波数成分にのみ着目して記述とすると、検出誤差ｐｄの発生位相における検出信号ｐｆは、補正量ｐｃと検出誤差ｐｄとにより、式（３）で表すことができる。
ｐｆ＝Ｔ・ｐｃ＋Ｓ・ｐｄ  …（３）【００３０】
ここで、検出誤差ｐｄの実体は不明であるから、直接的に、検出誤差ｐｄと一致する補正量ｐｃを求めることは困難である。一方、検出誤差ｐｄは、モータ２の回転位置に応じて周期的に発生するので、その発生角度位相は、モータ２の１回転当たりに発生する検出誤差ｐｄの回数（これを「波数」と称している）から求めることができる。この実施例１では、この点に着目している。【００３１】
すなわち、この実施例１では、検出誤差ｐｄが発生する角度位相における検出信号ｐｆの振幅および位相を推定し、それを補正量ｐｃの振幅および位相とする推定動作を、波数の周期に従って繰り返す。そうすると、補正量ｐｃの振幅および位相の推定値が検出信号ｐｆの振幅および位相に近づくように更新されるので、以下に説明するように、補正後検出信号ｐｆｂにおいて、検出誤差ｐｄが抑制された検出信号が得られる。【００３２】
補正量ｐｃを検出信号ｐｆに近づくように更新するため、式（３）によって求まる検出信号ｐｆを補正量ｐｃとして用いる。式（３）で表される検出信号ｐｆを任意のｋ回目の更新状態とすると、ｋ＋１回目に検出信号ｐｆ（ｋ＋１）は、式（４）となる。
ｐｆ（ｋ＋１）＝Ｔ（Ｔ・ｐｃ（ｋ）＋Ｓ・ｐｄ）＋Ｓ・ｐｄ
＝Ｔ（Ｔ・ｐｃ（ｋ）＋Ｓ・ｐｄ）＋（１−Ｔ）ｐｄ  …（４）【００３３】
同様に、ｋ＋２回目、ｋ＋３回目・・ｋ＋ｎ回目と更新した場合、ｋ＋ｎ回目における検出信号ｐｆ（ｋ＋ｎ）は、式（５）となる。
ｐｆ（ｋ＋ｎ）＝Ｔｎ（Ｔ・ｐｃ（ｋ）＋Ｓ・ｐｄ）＋（１−Ｔｎ）ｐｄ  …（５）【００３４】
この式（５）において、検出誤差ｐｄの周波数における相補感度関数Ｔが値１よりも小さい場合に、相補感度関数Ｔｎは、更新を繰り返すことにより０に収束することになる。すなわち、検出信号ｐｆは、検出誤差ｐｄに収束することになる。そのため、検出信号ｐｆへと更新を繰り返す補正量ｐｃは、検出誤差ｐｄへ収束することになる。【００３５】
以上のようにして検出誤差ｐｄを抑制する補正量ｐｃを求めることが可能となる。そして、相補感度関数Ｔは、一般的には制御帯域外において値１よりも小さくなるため、検出誤差ｐｄの周波数が制御帯域外であれば収束することになる。【００３６】
さて、図１において、以上説明した補正量ｐｃを求める補正手段８ａは、基準周期信号演算部１２と、誤差成分抽出部１３ａと、振幅位相推定部１４ａと、振幅位相設定部１５ａと、補正量演算部１６ａとを備えている。【００３７】
基準周期信号演算部１２には、検出器３が出力する検出信号ｐｆと、外部入力の設定値である波数設定値Ｎとが入力される。ここで、波数設定値Ｎは、モータ２の１回転当たりに生じる検出誤差ｐｄの回数であり、検出器３の構造により既知である。設定波数の周期が検出誤差ｐｄの周期であるから、基準周期信号演算部１２は、検出信号ｐｆに含まれるモータ２の回転位置に応じて発生する検出誤差ｐｄと同じ角度周期の基準周期信号を算出する。【００３８】
なお、検出器３が出力する検出信号ｐｆに発生位相が異なる複数周期の検出誤差ｐｄが含まれる場合には、例えばテーブルに、その複数の波数設定値Ｎを記憶しておき、基準周期信号演算部１２に対し順次切り替えて設定してもよい。【００３９】
誤差成分抽出部１３ａは、検出器３が出力する検出信号ｐｆから、それに含まれる検出誤差ｐｄの周波数成分を抽出する。具体的には、誤差成分抽出部１３ａは、例えば検出誤差ｐｄの周波数成分のみを通過させる帯域通過フィルタにより構成される。つまり、誤差成分抽出部１３ａの出力信号（検出誤差ｐｄの周波数成分信号）は、検出信号ｐｆにおける検出誤差ｐｄと同周期の周期信号である。【００４０】
なお、誤差成分抽出部１３ａは、検出誤差ｐｄに対する演算精度を向上させるために付加するものであり、検出信号ｐｆにおいて検出誤差ｐｄの影響が顕著に生じている場合などにおいては省略しても構わない。【００４１】
振幅位相推定部１４ａには、誤差成分抽出部１３ａが出力する検出誤差ｐｄの周波数成分信号と、基準周期信号演算部１２が出力する基準周期信号とが入力される。振幅位相推定部１４ａは、例えば図３に示す構成により、検出誤差ｐｄの発生位相における検出信号ｐｆの振幅および位相をそれぞれ推定する。振幅位相推定部１４ａは、このような推定動作を基準周期信号の周期に従って繰り返す。図３を参照して具体的に説明する。【００４２】
図３は、振幅位相推定部１４ａの構成例を示すブロック図である。振幅位相推定部１４ａは、例えば図３に示すように、位相修正部１７と、乗算器１８，２１と、直流成分演算部１９，２２と、ＰＩ制御部２０と、増幅部２３とを備え、誤差成分抽出部１３ａが出力する誤差成分（検出誤差ｐｄの周波数成分信号）２４および基準同期信号演算部１２が出力する基準同期信号２５を入力とし、位相推定値２６および振幅推定値２７を出力する。【００４３】
図３において、誤差成分抽出部１３ａが出力する誤差成分２４は、検出信号ｐｆに含まれる検出誤差ｐｄと同周期の信号であるので、検出誤差ｐｄの発生位相における検出信号ｐｆは、式（６）で表される周期信号であるとする。これが、乗算器１８，２１の各一方の入力となる。
ｐｆ＝Ａｓｉｎ（θ＋α）    …（６）【００４４】
ここで、式（６）において、振幅Ａは、推定対象である検出信号ｐｆの振幅である。角度θは、モータ２の回転位置に応じて発生する検出誤差ｐｄの発生位相の角度である。この角度θは、「波数」が既知であれば、モータ２の位置や速度から求めることができる。また、角度θは、モータ２が一定速度で駆動されている場合には、角周波数ωと時間ｔとを用いてθ＝ωｔの関係から求めることができる。角度αは、推定対象である検出信号ｐｆの位相である。【００４５】
位相修正部１７は、基準周期信号演算部１２から出力される、検出誤差ｐｄと同じ角度周期の基準周期信号２５の位相をＰＩ制御部２０が出力する位相推定値２６に基づき修正した周期信号Ｆ１，Ｆ２をそれぞれ出力する。周期信号Ｆ１は、乗算器１８の他方の入力となり、周期信号Ｆ２は、乗算器２１の他方の入力となる。【００４６】
ここで、基準周期信号２５を例えばｓｉｎ（θ）とし、位相推定値２７をβとすると、位相修正部１７から出力される周期信号Ｆ１は式（７）のように表され、周期信号Ｆ２は式（８）のように表される。
Ｆ１＝ｃｏｓ（θ＋β）    …（７）
Ｆ２＝ｓｉｎ（θ＋β）    …（８）【００４７】
乗算器１８は、式（６）で表される検出信号ｐｆと、式（７）で表される周期信号Ｆ１とを乗算する。乗算器１８の出力信号は、式（９）で表される。
ｐｆ・Ｆ１＝
（Ａ／２）（ｓｉｎ（２θ＋α＋β）＋ｓｉｎ（α−β））  …（９）【００４８】
直流成分演算部１９は、乗算器１８の出力信号を表す式（４）に例えばローパスフィルタ処理を施し、直流成分となる「（Ａ／２）ｓｉｎ（α−β）」を演算する。ＰＩ制御部２０は、直流成分演算部１９にて演算された直流成分の値が最小となるように、該直流成分を表す式中の位相推定値βを変化させる。これによって、直流成分が最小となれば、検出信号ｐｆの位相αと位相推定値βとが等しくなるため、逐次的に位相αの推定を行うことができる。【００４９】
また、乗算器２１は、（６）式で表される検出信号ｐｆと、式（８）で表される周期信号Ｆ２とを乗算する。乗算器１８の出力信号は、式（１０）で表される。
ｐｆ・Ｆ２＝
−（Ａ／２）（ｃｏｓ（２θ＋α＋β）−ｃｏｓ（α−β））
…（１０）【００５０】
直流成分演算部２２は、乗算器２１の出力信号を表す式（１０）に例えばローパスフィルタ処理を施し、直流成分となる「（Ａ／２）ｃｏｓ（α−β）」を演算する。ここで、直流成分の値は、検出信号ｐｆの位相αと位相推定値βとが等しい場合には、Ａ／２となる。【００５１】
増幅部２３は、直流成分演算部２２から入力される直流成分を増幅し、振幅推定値２７として出力する。以上のように、モータ２の回転位置に応じて発生する検出誤差ｐｄの発生位相における検出信号ｐｆの振幅Ａを、位相推定値βの推定に応じて逐次的に推定することができる。【００５２】
なお、上記のように誤差成分抽出部１３ａを用いない場合は、誤差成分２４に代えて検出信号ｐｆを入力すればよい。【００５３】
図１において、振幅位相設定部１５ａは、以上のように振幅位相推定部１４ａにて推定された検出信号ｐｆの振幅および位相を、補正量演算部１６ａが演算出力する補正量ｐｃの振幅および位相に用いるように設定し、その設定した振幅および位相を補正量演算部１６ａに出力する。【００５４】
補正量演算部１６ａには、振幅位相設定部１５ａにより設定された振幅および位相と、検出器３から出力された検出信号ｐｆと、基準周期信号演算部１２にて求められた基準周期信号と、波数設定値Ｎとが入力される。【００５５】
補正量演算部１６ａは、波数設定値Ｎの設定波数の周期で発生する検出誤差ｐｄを抑制するための補正量ｐｃを求める。すなわち、補正量演算部１６ａは、補正量ｐｃの振幅および位相の推定値に振幅位相設定部１５ａにて設定された振幅および位相を用い、その推定値を基準周期信号の周期に従って更新する、または、検出器３から出力された検出信号ｐｆにおける検出誤差ｐｄの周期に従って更新する。その結果、補正量ｐｃは検出信号ｐｆに近づくように更新される。このように逐次的に更新される補正量ｐｃが加算器９の減算入力端（−）に出力される。これによって、加算器９で求められた検出信号ｐｆと補正量ｐｃとの差分である補正後検出信号ｐｆｂが加算器４の減算入力端（−）に入力される。【００５６】
次に、図４を参照して、補正量ｐｃの推定動作について説明する。図４は、補正量の推定動作を示すベクトル図である。図４では、検出誤差ｐｄの生じる周波数における、検出信号ｐｆ、補正量ｐｃおよび補正後検出信号ｐｆｂそれぞれの振幅および位相の情報が複素平面上でのベクトルとして表されている。【００５７】
図１に示すように、加算器９にて検出信号ｐｆに対して補正量ｐｃを減算することで、補正後検出信号ｐｆｂが求まることから、ｐｆ、−ｐｃ、ｐｆｂの関係は図４における点線で示すようにベクトルの合成として表すことができる。補正量ｐｃの更新方向２９は、検出信号ｐｆに近づく方向、つまり、補正量ｐｃと検出信号ｐｆとの差分が小さくなる方向である。【００５８】
図４において、検出誤差ｐｄによる影響を理想的に抑制できている状態では、補正後検出信号ｐｆｂにおける振幅が０となるため、補正量ｐｃと検出信号ｐｆとが一致することになる。このことから、理想的な抑制状態との誤差として、補正量ｐｃと検出信号ｐｆとの差分を補正量ｐｃの更新量として用いる。ここで、上記の更新処理は、振幅位相推定部１４ａにて検出信号ｐｆの振幅および位相を求めることにより、補正量ｐｃを検出信号ｐｆへ更新することと等価となる。【００５９】
次に、図５〜図７を参照して、補正量演算部１６ａにて行われる補正量ｐｃの推定動作について説明する。図５は、図１に示す補正量演算部で推定する補正量の振幅の推定結果を説明する特性図である。図６は、図１に示す補正量演算部で推定する補正量の位相の推定結果を説明する特性図である。図７は、図１に示す補正量演算部での補正量推定動作に伴う位置誤差の抑制状況を説明する特性図である。【００６０】
図５〜図７では、検出器３がモータ２の１回転当たり５１２［波］の周期で検出誤差ｐｄを発生するとし、モータ２を１０［ｒ／ｍｉn］の一定速度で駆動中に補正量ｐｃを推定する動作についてシミュレーションを行った結果が示されている。【００６１】
図５および図６では、実線３１，３３が補正量ｐｃの振幅および位相の推定結果を示しており、それぞれ補正開始点である１［ｓｅｃ］の時点から推定動作を開始している。また、図５および図６では、破線３０，３２が、検出誤差として加えている誤差成分の振幅および位相を示しており、推定動作により補正量ｐｃと検出誤差ｐｄとの振幅および位相を一致させ得ることが確認できる。ここで、検出誤差ｐｄの振幅は１［ｐ．ｕ．］と正規化しており、位相は９０［ｄｅｇ］としている。【００６２】
また、図７は、推定動作に伴う補正効果を示しており、モータ回転時における位置誤差が補正量ｐｃの推定動作に伴い低減していることが確認できる。ここで、振動成分の大きさは１［ｓｅｃ］までの大きさが１［ｐ．ｕ．］となるように正規化している。【００６３】
なお、以上の説明では、補正量ｐｃを検出信号ｐｆへ更新する処理において、推定された検出信号ｐｆの振幅および位相をそのまま補正量ｐｃの振幅および位相の更新値として用いるとしている。その他の更新方法として、例えば、更新前の補正量ｐｃと検出信号ｐｆとを比較することにより更新量である差分を演算し、少なくともその差分が小さくなるように当該差分に学習用のゲインを乗じた値を更新前の補正量ｐｃに加える構成でも、補正量ｐｃを更新する処理は実現可能である。【００６４】
このような更新方法とした場合、補正量ｐｃの更新量を学習用のゲインによって設定することが可能となる。よって、補正量ｐｃが急峻に変化することを防ぐことができる。また、検出誤差ｐｄの振幅および位相にばらつきがある場合においても平均的な補正量ｐｃを求めることができる。【００６５】
そして、補正量ｐｃと検出信号ｐｆとの差分の演算結果から、該差分の絶対値等が所定値以下となった場合には、補正量ｐｃの更新が十分収束したものと判断し、更新処理を停止させ、補正量ｐｃを停止時の値に固定する構成とすることも可能である。【００６６】
以上説明したように、この実施例１によるモータ制御装置においては、モータの回転位置に応じて発生する検出誤差の発生位相における検出信号の振幅および位相を逐次的に推定し、その推定結果に基づいて検出誤差を抑制する補正量の振幅および位相をそれぞれ更新する。したがって、検出誤差を抑制する補正量の振幅および位相を求めるために、振幅と位相を個別のステップで決定する必要がなく、つまり、サンプリングが不要となり、大規模なメモリを要さずに、短時間にかつ簡易な処理で検出誤差による周期的な振動を抑制する補正量を求めることができる。
【実施例２】
【００６７】
図８は、本発明の実施例２によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお図８では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施例２に関わる部分を中心に説明する。【００６８】
図８に示すように、この実施例２によるモータ制御装置１ｂでは、図１（実施の形態１）に示した構成において、補正手段８ａに代えて補正手段８ｂが設けられている。補正手段８ｂは、基準同期信号演算部１２と、符号を変えた誤差成分抽出部１３ｂ、振幅位相推定部１４ｂ、振幅位相設定部１５ｂおよび補正量演算部１６ｂとで構成される。【００６９】
誤差成分抽出部１３ｂは、入力が検出信号ｐｆではなく補正後検出信号ｐｆｂである。誤差成分抽出部１３ｂは、誤差成分抽出部１３ａと同様の構成により、補正後検出信号ｐｆｂに含まれる検出誤差ｐｄの周波数成分を抽出する。振幅位相推定部１４ｂは、図３に示した構成において、入力される誤差成分２４を、補正後検出信号ｐｆｂに基づく誤差成分に変更した構成である。すなわち、振幅位相推定部１４ｂは、モータ２の回転位置に応じた補正後検出信号ｐｆｂの振幅および位相を、振幅位相推定部１４ａと同様の方法で推定する。【００７０】
振幅位相設定部１５ｂは、振幅位相推定部１４ｂから受け取った補正後検出信号ｐｆｂの振幅および位相の推定結果と、振幅位相推定部１４ｂでの推定時に補正量演算部１６ｂに設定されている補正量ｐｃの振幅および位相とから、新たな補正量ｐｃの振幅および位相の設定値を算出し、それを新たに補正量演算部１６ｂに設定する。【００７１】
補正量演算部１６ｂは、補正量演算部１６ａと同様の方法で、波数設定値Ｎの設定波数の周期で発生する検出誤差ｐｄを抑制するための補正量ｐｃを求める。すなわち、補正量演算部１６ｂは、振幅位相設定部１５ｂから新たに設定された振幅および位相を補正量ｐｃの振幅および位相の推定値とし、基準周期信号演算部１２にて求められた基準周期信号の周期に従って更新する、または、検出器３から出力された検出信号ｐｆにおける検出誤差ｐｄの周期に従って更新する。【００７２】
このように、補正量演算部１６ｂは、補正後検出信号ｐｆｂの推定値と、その推定時において既知である補正量ｐｃの振幅および位相とに基づいて補正量ｐｃの振幅および位相の更新を行う。これによっても、図４に示したベクトルの合成演算により検出信号ｐｆの振幅および位相を求めることが可能となるから、補正量ｐｃを検出信号ｐｆへ近づけるように更新させることで、検出誤差ｐｄを抑制することが可能となる。【００７３】
この場合においても、実施例１と同様の方法で補正量ｐｃの更新処理が行える。すなわち、実施例１と同様に、上記のようにして求められた検出信号ｐｆの振幅および位相をそのまま更新後の補正量ｐｃの振幅および位相として用いてもよい。あるいは、少なくとも補正量ｐｃと検出信号ｐｆとの誤差、つまり推定された補正後検出信号ｐｆｂの絶対値が小さくなるように、補正後検出信号ｐｆｂに学習用のゲインを乗じた値を更新前の補正量ｐｃに加えて補正量ｐｃを更新する処理を行ってもよい。これによって、実施例１で説明したのと同様に、補正量ｐｃが急峻に変化することを防ぐことができる。【００７４】
以上説明したように、実施例２によるモータ制御装置においては、モータの回転位置に応じて発生する検出誤差の発生位相における補正後検出信号の振幅および位相を逐次的に推定し、その推定結果とその推定時の補正量の振幅および位相とから、補正量の振幅および位相をそれぞれ更新するので、実施例１と同様に、検出誤差ｐｄを抑制する補正量を逐次的に更新することができる。したがって、実施例１と同様に、短時間にかつ簡易な処理で検出誤差による周期的な振動を抑制する補正量ｐｃを求めることができる。
【実施例３】
【００７５】
図９は、本発明の実施例３によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお図９では、図１（実施例１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施例３に関わる部分を中心に説明する。【００７６】
図９に示すように、この実施例３によるモータ制御装置１ｃでは、図１（実施の形態１）に示した構成において、誤差情報報知部３４が追加され、符号を変えた補正量演算部１６ｃが、補正量ｐｃの特徴量として設定される振幅および位相を誤差情報報知部３４へ出力する。誤差情報報知部３４は、補正量演算部１６ｃから出力される振幅および位相を誤差情報として外部へ報知する。【００７７】
以上説明したように、この実施例３によるモータ制御装置においては、実施例１に示した構成において。補正量の特徴量を誤差情報として外部へ報知することができる。この補正量は、推定動作が収束した場合においては、検出誤差と等しくなるため、補正量の特徴量を外部へ報知することは、検出誤差の振幅および位相を報知することと等価となる。したがって、検出誤差の発生状況をモニタでき、検出器の取り付け状態の確認や機械的な調整作業を行う指標としても用いることができる。
【実施例４】
【００７８】
図１０は、本発明の実施例４によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図１０では図８（実施例２）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施例４に関わる部分を中心に説明する。【００７９】
図１０に示すように、この実施例４によるモータ制御装置１ｄでは、図８（実施例２）に示した構成において、誤差情報報知部３４が追加され、符号を変えた補正量演算部１６ｄが、補正量ｐｃの特徴量として設定される振幅および位相を誤差情報報知部３４に出力する。誤差情報報知部３４は、補正量演算部１６ｄから出力される振幅および位相を誤差情報として外部へ報知する。【００８０】
以上説明したように、この実施例４によるモータ制御装置においては、補正量の特徴量を誤差情報として外部へ報知することができるので、実施例３と同様に、検出誤差の発生状況をモニタでき、検出器の取り付け状態の確認や機械的な調整作業を行う指標としても用いることができる。
【実施例５】
【００８１】
図１１は、本発明の実施例５によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図１１では図１（実施例１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施例５に関わる部分を中心に説明する。【００８２】
図１１に示すように、この実施例５によるモータ制御装置１ｅでは、図１（実施例１）に示した構成において、補正振幅判定部３５が追加され、振幅位相設定部１５ａに代えて振幅位相設定部１５ｃが設けられている。【００８３】
補正振幅判定部３５は、振幅位相設定部１５ｃが補正量演算部１６ａに設定する補正量ｐｃの振幅が予め設定される所定値以上であるか否かを判定し、判定結果を振幅位相設定部１５ｃへ出力する。【００８４】
振幅位相設定部１５ｃは、補正振幅判定部３５にて補正量ｐｃの振幅が所定値以上と判定された場合に、補正量ｐｃの振幅および位相の設定動作を停止し、補正量ｐｃによる補正を停止する設定を補正量演算部１６ａに出力する。これによって、補正量演算部１６ａは、補正量ｐｃの出力動作を停止し、加算器９の減算入力端（−）への信号レベルをゼロレベルにする。補正後検出信号ｐｆｂは、検出信号ｐｆのみとなる。【００８５】
以上説明したように、この実施例５によるモータ制御装置においては、実施例１に示した構成において、補正量演算部に設定しようとする補正量の振幅が所定値以上である場合には、補正量の振幅および位相の設定を行わず、補正量の出力を停止するので、フィードバック制御系は、動作指令信号と検出信号との差分を小さくするようにモータを駆動する動作が行われる。【００８６】
これによって、図２の構成で説明した収束条件（制御系の相補感度関数が値１よりも小さい場合）以外の条件下で推定動作を行った場合において、推定動作が不安定となり過大な補正量が検出信号に加算されることを防ぐことができる。したがって、安定した推定動作を実現することが可能となり、運転条件によって補正量の推定が誤動作することを防ぐことができる。【００８７】
なお、実施例５によるモータ制御装置においても、実施例３にて説明した誤差情報報知部３５を設けてもよいことは言うまでもない。
【実施例６】
【００８８】
図１２は、本発明の実施例６によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図１２では図８（実施例２）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施例６に関わる部分を中心に説明する。【００８９】
図１２に示すように、この実施例５によるモータ制御装置１ｆでは、図８（実施例２）に示した構成において、補正振幅判定部３５が追加され、振幅位相設定部１５ａに代えて振幅位相設定部１５ｄが設けられている。【００９０】
補正振幅判定部３５は、振幅位相設定部１５ｄが補正量演算部１６ａに設定する補正量ｐｃの振幅が予め設定される所定値以上であるか否かを判定し、判定結果を振幅位相設定部１５ｄへと出力する。【００９１】
振幅位相設定部１５ｄは、補正振幅判定部３５にて補正量ｐｃの振幅が所定値以上と判定された場合に、補正量ｐｃの振幅および位相の設定動作を停止し、補正量ｐｃによる補正を停止する設定を補正量演算部１６ａに出力する。これによって、補正量演算部１６ａは、補正量ｐｃの出力動作を停止し、加算器９の減算入力端（−）への信号レベルをゼロレベルにする。補正後検出信号ｐｆｂは、検出信号ｐｆのみとなる。【００９２】
以上説明したように、この実施例６によるモータ制御装置においては、実施例２に示した構成において、実施例５と同様に、補正量演算部に設定しようとする補正量の振幅が所定値以上である場合には、補正量の振幅および位相の設定を行わず、補正量の出力を停止するので、実施例５と同様に、安定した推定動作を実現することが可能となり、運転条件によって補正量の推定が誤動作することを防ぐことができる。【００９３】
なお、実施例６によるモータ制御装置においても、実施例３にて説明した誤差情報報知部３５を設けてもよいことは言うまでもない。
【実施例７】
【００９４】
図１３は、本発明の実施例７によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図１３では図１（実施例１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施例７に関わる部分を中心に説明する。【００９５】
図１３に示すように、この実施例７によるモータ制御装置１ｇでは、図１（実施例１）に示した構成において、推定動作判定部３６が追加され、振幅位相設定部１５ａに代えて振幅位相設定部１５ｅが設けられている。【００９６】
図２のフィードバック制御系を用いて説明したように、推定動作が収束する条件は、検出誤差ｐｄの周波数が制御帯域外であることとなる。モータ２の１回転当たりで生じる検出誤差ｐｄの回数が既知であれば、検出誤差ｐｄの周波数はモータ２の位置や速度から求めることができる。また、図２のフィードバック制御系の制御帯域は、追従制御部５に設定されたゲイン値に依存する。【００９７】
そこで、推定動作判定部３６は、検出信号ｐｆに含まれる検出誤差ｐｄの周波数を波数設定値Ｎの設定波数から求め、その求めた検出誤差ｐｄの周波数と追従制御部５に設定されたゲイン値とに基づき、補正量ｐｃの推定動作が収束する条件となる否かを判定し、判定結果を振幅位相設定部１５ｅに出力する。【００９８】
振幅位相設定部１５ｅは、推定動作判定部３６が「補正量ｐｃの推定動作が収束しない条件である」と判定した場合、つまり、検出誤差ｐｄの周波数が制御帯域内である場合には、補正量演算部１６ａに出力する設定値を固定値とする。これによって、補正量演算部１６ａは、補正量ｐｃの更新を停止し、振幅位相設定部１５ｅによって設定された固定値補正量を出力する。【００９９】
以上説明したように、この実施例７によるモータ制御装置によれば、実施例１の構成において、検出誤差の周波数が制御帯域の内外いずれに含まれるかによって、補正量の更新動作の継続可否を判断するようにした。したがって、図２の説明にて示した収束条件（制御系の相補感度関数が値１より小さい場合）以外の条件下で推定動作を行うことを防ぐことができ、安定した推定動作を実現することが可能となる。【０１００】
加えて、この実施例７によるモータ制御装置によれば、上記収束条件を自動的に判別して、推定動作の実行／停止を切り替えることが可能となるため、モータ駆動中における補正量ｐｃの更新を常時実施することができる。すなわち、補正量の推定が安定動作する条件を自動判別することにより、補正量の常時有効化が実現できる。したがって、例えば経年変化のように、検出誤差が変化した場合においても対応することができる。【０１０１】
なお、実施例７によるモータ制御装置においても、実施例３にて説明した誤差情報報知部３５を設けてもよいことは言うまでもない。
【実施例８】
【０１０２】
図１４は、本発明の実施例８によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図１４では図８（実施例２）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施例８に関わる部分を中心に説明する。【０１０３】
図１４に示すように、この実施例８によるモータ制御装置１ｈでは、図８（実施例８）に示した構成において、推定動作判定部３６が追加され、振幅位相設定部１５ｂに代えて振幅位相設定部１５ｆが設けられている。【０１０４】
推定動作判定部３６は、実施例７と同様に、検出信号ｐｆに含まれる検出誤差ｐｄの周波数を波数設定値Ｎの設定波数から求め、その求めた検出誤差ｐｄの周波数と追従制御部５に設定されたゲイン値とに基づき、補正量ｐｃの推定動作が収束する条件となる否かを判定し、判定結果を振幅位相設定部１５ｆに出力する。【０１０５】
振幅位相設定部１５ｆは、推定動作判定部３６が「補正量ｐｃの推定動作が収束しない条件である」と判定された場合、つまり、検出誤差ｐｄの周波数が制御帯域内である場合には、振幅位相設定部１５ｅと同様に、補正量演算部１６ｂに出力する設定値を固定値とする。これによって、補正量演算部１６ｂは、補正量ｐｃの更新を停止し、振幅位相設定部１５ｆによって設定された固定値補正量を出力する。【０１０６】
以上説明したように、この実施例８によるモータ制御装置によれば、実施例２に示した構成において、実施例７と同様に、検出誤差の周波数が制御帯域の内外いずれに含まれるかによって、補正量の更新動作の継続可否を判断することができる。したがって、実施例７と同様に、安定した推定動作を実現することが可能となり、また、補正量の常時有効化が実現できるので、例えば経年変化のように検出誤差が変化した場合においても対応することができる。【０１０７】
なお、実施例８によるモータ制御装置においても、実施例３にて説明した誤差情報報知部３５を設けてもよいことは言うまでもない。【０１０８】
以上のように、実施例１〜実施例８の各実施例によるモータ制御装置は、補正前後いずれかの検出信号の特徴量である振幅および位相を逐次的に推定し、これを用いて補正量を学習する方式となっており、振幅および位相を同時にかつ簡易な処理で求めることができる。振幅および位相のパラメータを同時に簡易な処理で推定することができるため、短時間で推定が可能である。また、逐次的な処理を行うことにより、メモリが不要となり、補正量の常時有効化が可能となる。【０１０９】
このとき、別の高精度検出器を用いることなく補正量を求めることができるため、調整作業を容易に行うことができる。加えて、速度ループ特性が追従しない十分に早い速度や、速度ループをオープンにしてモータを駆動させる必要なく、補正量を求めることができるため、高精度に補正量を求めることができる。【０１１０】
ここで、本願発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記各実施各には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施例に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。さらに、異なる実施例にわたる構成要素を適宜に組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、検出器の組立誤差や形状誤差等に起因して生ずる検出誤差を簡易な処理でかつ短時間に精度よく抑制できるモータ制御装置として有用であり、特に、産業用機械装置を駆動するモータを駆動するモータ制御装置に適している。
【符号の説明】
【０１１２】
１ａ〜１ｈ  モータ制御装置
２  モータ
３  検出器
４，７，９  加算器
５  追従制御部
６  電流制御部
８ａ〜８ｈ  補正手段
１０  追従制御部に対応する制御器
１１  電流制御部、モータおよび検出器からなる制御システム
１２  基準周期信号演算部
１３ａ，１３ｂ  誤差成分抽出部
１４ａ，１４ｂ  振幅位相推定部
１５ａ〜１５ｆ  振幅位相設定部
１６ａ〜１６ｄ  補正量演算部
１７  位相修正部
１８，２１  乗算器
１９，２２  直流成分演算部
２０  ＰＩ制御部
２３  増幅部
３４  誤差情報報知部
３５  補正振幅判定部
３６  推定動作判定部
【図１】
2012066617.tif 000003
【図２】
2012066617.tif 000004
【図３】
2012066617.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2012066617.tif 000011
【図１０】
2012066617.tif 000012
【図１１】
2012066617.tif 000013
【図１２】
2012066617.tif 000014
【図１３】
2012066617.tif 000015
【図１４】
2012066617.tif 000016
【国際調査報告】
2012066617.tif 000017
2012066617.tif 000018