(57)【要約】【課題】制御対象を高応答で制御することができるモータ制御装置およびモータ制御方法を提供する。【解決手段】実施形態に係るモータ制御装置は、状態量検出部と、振動検出部と、速度信号生成部と、速度制御部とを備える。状態量検出部は、モータの位置または速度に応じた検出信号を出力する。振動検出部は、トルク指令と検出信号とに基づいてモータの外乱振動成分を検出し、この検出結果に応じた振動成分信号を出力する。速度信号生成部は、検出信号から振動成分信号を減算した結果に基づき、速度信号を生成する。速度制御部は、速度指令と速度信号との偏差に基づいて、トルク指令を生成する。【選択図】図２
2014128089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの位置または速度に応じた検出信号を出力する状態量検出部と、
トルク指令と前記検出信号とに基づいて前記モータの外乱振動成分を検出し、当該検出結果に応じた振動成分信号を出力する振動検出部と、
前記検出信号から前記振動成分信号を減算した結果に基づき、速度信号を生成する速度信号生成部と、
速度指令と前記速度信号との偏差に基づいて、前記トルク指令を生成する速度制御部と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記速度信号生成部は、
前記検出信号から前記振動成分信号を減算する減算器と、
前記減算器の減算結果と前記トルク指令とに基づいて前記速度信号を算出する状態推定オブザーバと、
を備え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】
前記振動検出部は、
前記トルク指令と前記検出信号とに基づいて前記モータの外乱トルクを推定し、当該推定結果に応じた外乱トルク推定信号を出力する外乱オブザーバを備え、
前記外乱トルク推定信号から前記振動成分信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記振動検出部は、
前記外乱トルク推定信号から前記外乱トルクの振動成分を抽出するフィルタを備え、
所定のモデルを用いて前記外乱トルクの振動成分から前記振動成分信号を生成する、
ことを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記フィルタは、
ハイパスフィルタ
を備えることを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記速度信号生成部は、
前記外乱トルクの振動成分が所定値未満である場合に、前記検出信号から前記振動成分信号の減算を行わずに前記速度信号を生成し、前記外乱トルクの振動成分が所定値以上である場合に、前記検出信号から前記振動成分信号の減算を行って前記速度信号を生成する、
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載のモータ制御装置。
【請求項７】
モータの位置または速度に応じた状態量を検出するステップと、
トルク指令と前記状態量とに基づいて前記モータの外乱振動成分を検出するステップと、
前記状態量から前記外乱振動成分を減算した結果に基づき、速度信号を生成するステップと、
速度指令と前記速度信号との偏差に基づいて、前記トルク指令を生成するステップと、
前記トルク指令に基づいて、前記モータを制御するステップと、
を含むことを特徴とするモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、モータ制御装置およびモータ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械負荷を連結したモータを制御対象とするモータ制御装置において、制御対象のパラメータ変動がある場合や制御対象に外乱が作用する場合であっても、高応答で制御対象を制御する技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、外乱オブザーバと状態オブザーバを使用することで、負荷側の状態量を精度よく推定し、かかる状態量をフィードバックすることで制御対象を高応答で制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２６１８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、例えば、制御対象が３慣性系や機台振動系である場合や、発生する振動がモータのコギングやモータがジェネレータである場合の電力リップルなどのように、機械共振以外で生じるトルクリップルの場合には、振動を十分に抑制できないことから、高応答で制御対象を制御することができないおそれがある。
【０００６】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、制御対象を高応答で制御することができるモータ制御装置およびモータ制御方法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】
実施形態の一態様に係るモータ制御装置は、状態量検出部と、振動検出部と、速度信号生成部と、速度制御部とを備える。前記状態量検出部は、モータの位置または速度に応じた検出信号を出力する。前記振動検出部は、トルク指令と前記検出信号とに基づいて前記モータの外乱振動成分を検出し、当該検出結果に応じた振動成分信号を出力する。前記速度信号生成部は、前記検出信号から前記振動成分信号を減算した結果に基づき、速度信号を生成する。前記速度制御部は、速度指令と前記速度信号との偏差に基づいて、前記トルク指令を生成する。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態の一態様によれば、制御対象を高応答で制御することができるモータ制御装置およびモータ制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す制御部の具体的構成を示す図である。
【図３】図３は、従来のモータ制御装置においてモータを加速して減速した場合のトルク指令の状態、モータの出力軸に連結された機械負荷の位置を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係るモータ制御装置においてモータを加速して減速した場合のトルク指令の状態、モータの出力軸に連結された機械負荷の位置を示す図である。
【図５】図５は、図３に示す機械負荷の位置特性の一部拡大図である。
【図６】図６は、図５に示す機械負荷の位置特性の一部拡大図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す図である。
【図８】図８は、第３の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するモータ制御装置およびモータ制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係るモータ制御装置１は、駆動部１０と、制御部１１とを備える。かかるモータ制御装置１は、直流電源２から供給される直流電力を公知のＰＷＭ（Ｐulse  Ｗidth  Ｍodulation）制御によって所望の周波数および電圧の３相交流電力へ変換し、３相交流モータ３（以下、モータ３と記載する）へ出力する。
【００１２】
モータ３は、例えば、永久磁石同期電動機であり、かかるモータ３の出力軸には機械負荷４が連結される。なお、モータ３は、例えばリニアモータであってもよい。また、モータ３は、駆動機能を有するモータだけでなく、発電機能を有するモータジェネレータやジェネレータであってもよい。例えば、モータ３は、風車のロータなどに接続されたジェネレータであってもよい。
【００１３】
位置検出器６（状態量検出部の一例）は、モータ３の位置を検出し、検出位置に応じた検出信号ｘｍ（以下、モータ位置信号ｘｍと記載する）を出力する。かかる位置検出器６は、例えば、モータ３の出力軸に連結され、モータ３の出力軸の回転位置を検出する。
【００１４】
駆動部１０は、電力変換器１２と、ＰＷＭ信号生成器１３とを備える。電力変換器１２は、直流電源２とモータ３との間に接続され、ＰＷＭ信号生成器１３から供給されるＰＷＭ信号に応じた電圧および電流をモータ３へ供給する。かかる電力変換器１２は、例えば、６個のスイッチング素子が３相ブリッジ接続されて構成される３相インバータ回路である。ＰＷＭ信号生成器１３は、電力変換器１２を構成するスイッチング素子をオン／オフするＰＷＭ信号を制御部１１の制御信号に基づいて生成し、電力変換器１２へ出力する。
【００１５】
なお、直流電源２は、交流電力を直流電力に変換して出力する構成、例えば、ダイオードによる整流回路および平滑用コンデンサを組み合わせた構成でもよい。この場合、整流回路の入力側には交流電源が接続される。
【００１６】
制御部１１は、位置検出器６のモータ位置信号ｘｍに基づいたトルク指令Ｔｒｅｆを生成し、当該トルク指令Ｔｒｅｆに応じた制御信号を駆動部１０へ出力する。
【００１７】
制御部１１は、フィードバック制御に用いるモータ位置信号ｘｍからモータ３に作用する外乱の振動成分を除去する。かかる構成により、制御部１１は、速度制御のフィードバックゲインを高くすることができ、モータ３および機械負荷４を含む制御対象５の制御を高応答で行うことができる。以下、制御部１１の構成について具体的に説明する。
【００１８】
図２は、制御部１１の具体的構成を示す図である。図２に示すように、制御部１１は、減算器２０、２２と、位置制御部２１と、速度制御部２３と、振動検出部２４と、速度信号生成部２５とを備える。なお、説明の便宜上、図２においては、駆動部１０に対する制御信号をトルク指令Ｔｒｅｆから生成する電流制御器などの一部の構成を省略している。
【００１９】
図２に示す例では、制御対象５を機械共振モデルとして示している。かかる機械共振モデルにおいて、反共振周波数ωａは、例えば、３０×２π［ｒａｄ／ｓ］であり、共振周波数ωｈは、例えば、４０×２π［ｒａｄ／ｓ］であり、イナーシャＪ１は、例えば、２．０×１０-5［ｋｇ・ｍ2］である。
【００２０】
減算器２０は、位置指令ｘｒｅｆからモータ位置信号ｘｍを減算して位置制御部２１へ出力する。位置制御部２１は、比例制御ゲインＫｐを有し、位置指令ｘｒｅｆとモータ位置信号ｘｍとの偏差がゼロになるようにＰ制御（比例制御）により速度指令ｖｒｅｆを生成する。減算器２２は、速度指令ｖｒｅｆからモータ速度推定信号ｖ^（速度信号の一例）を減算して速度制御部２３へ出力する。
【００２１】
速度制御部２３は、速度指令ｖｒｅｆとモータ速度推定信号ｖ^との偏差に基づきトルク指令Ｔｒｅｆを生成する。かかる速度制御部２３は、比例制御器３０と、積分制御器３１と、加算器３２と、乗算器３３とを備え、速度指令ｖｒｅｆとモータ速度推定信号ｖ^との偏差がゼロになるようにＰＩ制御（比例積分制御）によりトルク指令Ｔｒｅｆを生成する。
【００２２】
比例制御器３０は比例ゲインＫｖを有し、積分制御器３１は積分ゲインＫｉを有する。比例ゲインＫｖは、例えば、Ｋｐ×２πに設定され、また、積分ゲインＫｉは、例えば、Ｋｖ／２πに設定される。乗算器３３は、慣性モーメントノミナル値Ｊｎを係数として加算器３２の出力を乗算する。慣性モーメントノミナル値Ｊｎは、例えば、Ｊ１×ωｈ2／ωａ2［ｋｇ・ｍ2］である。
【００２３】
振動検出部２４は、トルク指令Ｔｒｅｆとモータ位置信号ｘｍとに基づいてモータ３の外乱振動成分を検出し、かかる検出結果を振動成分位置信号ｘｄｉｓｔとして出力する。振動成分位置信号ｘｄｉｓｔは、モータ３の出力軸回りの外乱トルクに含まれる振動成分をモータ３の位置の振動成分で表した信号である。
【００２４】
かかる振動検出部２４は、外乱オブザーバ４０と、フィルタ４１と、モデル４２とを備える。外乱オブザーバ４０は、トルク指令Ｔｒｅｆとモータ位置信号ｘｍとに基づいてモータ３の出力軸回りに作用する外乱トルクを推定して、外乱トルク推定信号ｄ^としてフィルタ４１へ出力する。例えば、外乱オブザーバ４０は、下記式（１）に基づき、外乱トルク推定信号ｄ^を算出して出力することができる。
【００２５】
【数１】
2014128089.tif 000003
上記式（１）において、“Ｇ１〜Ｇ３”は、オブザーバフィードバックゲインを示し、“＾”は、推定値を表す。なお、外乱オブザーバ４０の極は、例えば、１００×２π［ｒａｄ／ｓ］に設定される。また、“ｘ^”は、モータ３の推定位置である。なお、オブザーバフィードバックゲインＧ１〜Ｇ３は、極の値から演算されるか、設定パラメータとして、外部の操作部（図示せず）からの設定が可能である。
【００２６】
振動検出部２４は、例えば、外乱トルク推定信号ｄ^または後述するトルク振動成分信号ｄ２^から振動成分の周波数を判定して外乱オブザーバ４０の極を変更することもできる。
【００２７】
フィルタ４１は、外乱オブザーバ４０から出力される外乱トルク推定信号ｄ^のＤＣ成分や低周波数成分を除去することによって、外乱トルクの振動成分を抽出し、かかる振動成分を外乱トルク振動成分信号ｄ２^としてモデル４２へ出力する。
【００２８】
フィルタ４１は、例えば、直列に接続された２つのハイパスフィルタから構成される。各ハイパスフィルタの特性は、例えば、下記式（２）に示す特性を有し、遮断周波数Ｋｈは、外乱オブザーバ４０の極よりも低く設定される。
【数２】
2014128089.tif 000004
【００２９】
例えば、各ハイパスフィルタの遮断周波数Ｋｈは、２０×２π［ｒａｄ／ｓ］に設定される。なお、フィルタ４１は、１つのハイパスフィルタまたは直列に接続された３つ以上のハイパスフィルタから構成されてもよい。また、フィルタ４１は、ハイパスフィルタに代えてバンドパスフィルタで構成されてもよい。
【００３０】
外乱トルク振動成分信号ｄ２^は、外乱オブザーバ４０の極とフィルタ４１の遮断周波数との間の周波数帯における周波数成分である。本実施形態のモータ制御装置１では、フィルタ４１の遮断周波数と外乱オブザーバ４０の極との間の周波数帯に外乱トルクの振動周波数が含まれるように設定される。これにより、モータ３の出力軸回りに生じる外乱トルクの振動成分に対応する外乱トルク振動成分信号ｄ２^が精度よく抽出される。
【００３１】
例えば、反共振周波数ωａは３０×２π［ｒａｄ／ｓ］であり、共振周波数ωｈは４０×２π［ｒａｄ／ｓ］であり、これらは、外乱オブザーバ４０の極（１００×２π［ｒａｄ／ｓ］）とフィルタ４１の遮断周波数（２０×２π［ｒａｄ／ｓ］）との間である。
【００３２】
なお、振動検出部２４は、例えば、外乱トルク推定信号ｄ^または外乱トルク振動成分信号ｄ２^から振動成分の周波数を判定してフィルタ４１のフィルタの遮断周波数を変更することもできる。
【００３３】
モデル４２は、トルク信号を位置信号へ変換する演算器を有し、外乱トルク振動成分信号ｄ２^から振動成分位置信号ｘｄｉｓｔを算出して、速度信号生成部２５へ出力する。例えば、モデル４２は、慣性モーメントノミナル値Ｊｎの逆数を積分ゲインとした２階積分を行う下記モデル式（３）の特性を有する。
【数３】
2014128089.tif 000005
【００３４】
速度信号生成部２５は、モータ位置信号ｘｍから振動成分位置信号ｘｄｉｓｔを減算した結果に基づき、モータ速度推定信号ｖ^を生成する。かかる速度信号生成部２５は、減算器５１と状態推定オブザーバ５２とを備える。
【００３５】
減算器５１は、モータ位置信号ｘｍから振動成分位置信号ｘｄｉｓｔを減算して、モータ位置信号ｘを生成する。これにより、モータ３の出力軸回りに作用する外乱トルクの振動成分が除外されたモータ位置信号ｘが状態推定オブザーバ５２へ出力される。
【００３６】
状態推定オブザーバ５２は、トルク指令Ｔｒｅｆとモータ位置信号ｘとから、モータ３の速度推定値を示すモータ速度推定信号ｖ^を生成して減算器２２へ出力する。状態推定オブザーバ５２は、例えば、上記式（１）に基づき、モータ速度推定信号ｖ^を生成する。なお、状態推定オブザーバ５２の極は、例えば、１００×２π［ｒａｄ／ｓ］であるが、速度信号生成部２５は、外乱トルク推定信号ｄ^または外乱トルク振動成分信号ｄ２^から振動成分の周波数を判定して状態推定オブザーバ５２の極を変更することもできる。
【００３７】
モータ速度推定信号ｖ^は、モータ３の出力軸回りに作用する外乱トルクの振動成分が除外されていることから、外乱トルクの振動成分を無視したフィードバックループを形成することができる。これにより、比例ゲインＫｖを大きくしてループゲインを高くしても、外乱トルクの振動成分の増幅による影響を抑えることができる。
【００３８】
したがって、モータ制御装置１は、制御対象５が３慣性系や機台振動系である場合においても、機械共振による影響を抑制して高応答で制御対象５を制御することができる。また、モータ制御装置１は、モータ３のコギングやモータ３がジェネレータである場合の電力リップルなどのように、機械共振以外で生じるトルクリップルがある場合であっても、制御対象５を高応答で制御することができる。
【００３９】
しかも、状態推定オブザーバ５２によって状態推定オブザーバ５２の極以上の周波数が無視され、かつ、位相の進んだモータ速度推定信号ｖ^を生成することができ、これにより、制御対象５に対するより高応答の制御を行うことができる。なお、状態推定オブザーバ５２を設けずに、微分器を設け、かかる微分器によってモータ位置信号ｘからモータ速度推定信号ｖ^を生成してもよい。
【００４０】
ここで、本実施形態に係るモータ制御装置１の特性について、図３〜図６を参照して説明する。図３は、従来のモータ制御装置においてモータ３を加速して減速した場合のトルク指令、モータ３の出力軸に連結された機械負荷４の位置を示す図である。図４は、本実施形態に係るモータ制御装置１においてモータ３を加速して減速した場合のトルク指令の状態、モータ３の出力軸に連結された機械負荷４の位置を示す図である。図５は、図３に示す機械負荷４の位置特性の一部拡大図であり、図６は、図５に示す機械負荷４の位置特性の一部拡大図である。なお、図３〜図６に示す例では、モータ制御装置１の速度制御部２３における比例ゲインＫｖは、従来のモータ制御装置の速度制御部における比例ゲインと同値に設定される。
【００４１】
図４に示すように、本実施形態に係るモータ制御装置１のトルク特性は、図３に示す従来のモータ制御装置のトルク特性に比べ、速度制御部２３における比例ゲインＫｖが同値にもかかわらず、リップル成分が大幅に低減しており、外乱トルクの振動成分の増幅による影響を抑えられていることが分かる。
【００４２】
また、図６に示すように、本実施形態に係るモータ制御装置１によって制御されるモータ３の出力軸に連結された機械負荷４の位置は、図５に示す従来のモータ制御装置によって制御されるモータ３の出力軸に連結された機械負荷４の位置に比べ、速度制御部２３における比例ゲインＫｖが同値にもかかわらず振動成分が早く収束しており、高応答で制御対象５を制御していることが分かる。
【００４３】
このように、第１の実施形態に係るモータ制御装置１では、振動検出部２４および速度信号生成部２５を備えることにより、外乱トルクの振動成分を無視したフィードバックループを形成するため、高応答で制御対象５を制御することができる。
【００４４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るモータ制御装置について説明する。第２の実施形態に係るモータ制御装置は、外乱トルクの振動成分の大きさに応じて、外乱トルクの振動成分を無視したフィードバックループを形成するか否かを決定する点で、第１の実施形態に係るモータ制御装置１と異なる。なお、上述した第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し、第１の実施形態と重複する説明については適宜、省略する。
【００４５】
図７は、第２の実施形態に係るモータ制御装置１Ａにおける制御部１１Ａの構成例を示す図である。図７に示すように、第２の実施形態に係るモータ制御装置１Ａの制御部１１Ａは、速度信号生成部２５Ａにおいて、切替器５３を備える点で、第１の実施形態に係る制御部１１と異なる。
【００４６】
切替器５３は、外乱トルク振動成分信号ｄ２^が所定値未満である場合に減算器５１へゼロ値を出力し、外乱トルク振動成分信号ｄ２^が所定値以上である場合に減算器５１へ振動成分位置信号ｘｄｉｓｔを出力する。
【００４７】
したがって、速度信号生成部２５Ａは、外乱トルクの振動成分が所定値未満である場合に、モータ位置信号ｘｍから振動成分位置信号ｘｄｉｓｔの減算を行わずにモータ速度推定信号ｖ^を生成する。一方、速度信号生成部２５Ａは、外乱トルクの振動成分が所定値以上である場合にモータ位置信号ｘｍから振動成分位置信号ｘｄｉｓｔの減算を行ってモータ速度推定信号ｖ^を生成する。
【００４８】
このように外乱トルクの振動成分の影響が小さい場合、外乱トルクの振動成分を無視しないフィードバックループを形成し、外乱トルクの振動成分の影響が大きい場合に、外乱トルクの振動成分を無視したフィードバックループを形成することによっても、制御対象を高応答で制御することができる。なお、切替器５３は、外乱トルク振動成分信号ｄ２^に代えて、外乱トルク推定信号ｄ^が所定値以上であるか否かによってゼロ値を出力するか、振動成分位置信号ｘｄｉｓｔを出力するかを切り替えてもよい。
【００４９】
また、切替器５３は、モータ制御装置１Ａの設置時（例えば、設定モード）に外乱トルクの振動成分が所定値以上か否かを判定し、かかる判定結果を継続して維持することもできる。例えば、切替器５３は、外乱トルクの振動成分が所定値以上であると判定した後は、外乱トルクの振動成分の大きさにかかわらずモータ位置信号ｘｍから振動成分位置信号ｘｄｉｓｔの減算を行ってモータ速度推定信号ｖ^を生成する。また、切替器５３は、外乱トルクの振動成分が所定値未満であると判定した後は、外乱トルクの振動成分の大きさにかかわらずモータ位置信号ｘｍからゼロ値の減算を行ってモータ速度推定信号ｖ^を生成し、振動検出部２４は動作を停止する。
【００５０】
また、速度信号生成部２５Ａに切替器５３を設けず、振動検出部２４に切替器５３を設けるようにしてもよい。また、切替器５３は、外乱トルクの振動成分の大きさで切換処理を行わず、外部の操作部（図示せず）からの設定によって出力する信号を切り替えることもできる。
【００５１】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係るモータ制御装置について説明する。第１の実施形態に係るモータ制御装置１は、モータ３の状態量としてモータ３の位置を検出してフィードバックするようにしたが、第３の実施形態に係るモータ制御装置では、モータ３の状態量としてモータ３の速度を検出してフィードバックする。なお、上述した第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し、第１の実施形態と重複する説明については適宜、省略する。
【００５２】
図８は、第３の実施形態に係るモータ制御装置１Ｂにおける制御部１１Ｂの構成例を示す図である。図８に示すように、第３の実施形態に係るモータ制御装置１Ｂの制御部１１Ｂは、速度検出部２６（状態量検出部の一例）を有しており、かかる速度検出部２６によりモータ３の速度を検出してフィードバックする。したがって、減算器２０および位置制御部２１（図２参照）を有していない。
【００５３】
具体的には、速度検出部２６は、モータ位置信号ｘｍを微分することによって、モータ３の速度に対応するモータ速度信号ｖｍ（検出信号の一例）を生成して出力する。振動検出部２４Ｂの外乱オブザーバ４０Ｂは、トルク指令Ｔｒｅｆとモータ速度信号ｖｍとに基づいてモータ３の出力軸回りに作用する外乱トルクを推定して、外乱トルク推定信号ｄ^としてフィルタ４１へ出力する。例えば、外乱オブザーバ４０Ｂは、下記式（４）に基づき、外乱トルク推定信号ｄ^を算出して出力することができる。
【００５４】
【数４】
2014128089.tif 000006
上記式（４）において、“Ｇ４、Ｇ５”は、オブザーバフィードバックゲインを示し、“＾”は、推定値を表す。なお、外乱オブザーバ４０Ｂの極は、例えば、１００×２π［ｒａｄ／ｓ］に設定される。なお、オブザーバフィードバックゲインＧ４、Ｇ５は、極の値から計算されるか、設定パラメータとして、外部の操作部（図示せず）からの設定が可能である。
【００５５】
フィルタ４１は、外乱オブザーバ４０Ｂから出力される外乱トルク推定信号ｄ^のＤＣ成分や低周波成分を除去することによって、外乱トルク推定信号ｄ^から振動成分を抽出し、かかる振動成分を外乱トルク振動成分信号ｄ２^としてモデル４２Ｂへ出力する。
【００５６】
モデル４２Ｂは、トルク信号を速度信号へ変換する演算器を有し、外乱トルク振動成分信号ｄ２^から振動成分速度信号ｖｄｉｓｔを算出して、速度信号生成部２５Ｂへ出力する。振動成分速度信号ｖｄｉｓｔは、モータ３の出力軸回りの外乱トルクに含まれる振動成分をモータ３の速度の振動成分で表した信号である。
【００５７】
例えば、モデル４２Ｂは、慣性モーメントノミナル値Ｊｎの逆数を積分ゲインとした積分を行う下記モデル式（５）の特性を有し、フィルタ４１から出力される外乱トルク振動成分信号ｄ２^から振動成分速度信号ｖｄｉｓｔを算出する。
【数５】
2014128089.tif 000007
【００５８】
速度信号生成部２５Ｂは、モータ速度信号ｖｍから振動成分速度信号ｖｄｉｓｔを減算した結果に基づき、モータ速度推定信号ｖ^を生成する。かかる速度信号生成部２５Ｂは、減算器５１Ｂと状態推定オブザーバ５２Ｂとを備える。
【００５９】
減算器５１Ｂは、モータ速度信号ｖｍから振動成分速度信号ｖｄｉｓｔを減算して、モータ速度信号ｖを生成する。これにより、モータ３の出力軸回りに作用する外乱トルクの振動成分が除外されたモータ速度信号ｖが状態推定オブザーバ５２Ｂへ出力される。
【００６０】
状態推定オブザーバ５２Ｂは、トルク指令Ｔｒｅｆとモータ速度信号ｖとから、モータ３の速度推定値を示すモータ速度推定信号ｖ^を生成して減算器２２へ出力する。状態推定オブザーバ５２Ｂは、例えば、上記式（４）に基づき、モータ速度推定信号ｖ^を生成する。なお、状態推定オブザーバ５２Ｂの極は、例えば、１００×２π［ｒａｄ／ｓ］である。
【００６１】
モータ速度推定信号ｖ^は、モータ３の出力軸回りに作用する外乱トルクの振動成分が除外されていることから、外乱トルクの振動成分を無視したフィードバックループを形成することができる。これにより、ループゲインを高くしても、外乱トルクの振動成分の増幅による影響を抑えることができる。
【００６２】
したがって、モータ制御装置１Ｂは、制御対象５が３慣性系や機台振動系である場合においても、機械共振による影響を抑制して高応答で制御対象５を制御することができる。また、モータ制御装置１Ｂは、モータ３のコギングやモータ３がジェネレータである場合の電力リップルなどのように、機械共振以外で生じるトルクリップルがある場合であっても、制御対象５を高応答で制御することができる。
【００６３】
なお、モータ制御装置１Ｂにおいて、モータ制御装置１Ａのように、切替器を設けるようにしてもよい。この場合、切替器は、例えば、外乱トルク振動成分信号ｄ２^が所定値未満である場合に減算器５１Ｂへゼロ値を出力し、外乱トルク振動成分信号ｄ２^が所定値以上である場合に減算器５１Ｂへ振動成分速度信号ｖｄｉｓｔを出力する。
【００６４】
上述したモータ制御装置１、１Ａ、１Ｂは、位置検出器６を用いてモータ３の位置や速度を検出するようにしたが、モータ３の回転子の回転に伴って固定子側コイル巻線のインダクタンスが変化することを利用してモータ３の位置や速度を検出してもよい。
【００６５】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１、１Ａ、１Ｂ  モータ制御装置
２  直流電源
３  モータ
４  機械負荷
５  制御対象
６  位置検出器
１０  駆動部
１１  制御部
１２  電力変換器
１３  ＰＷＭ信号生成器
２０、２２、５１、５１Ｂ  減算器
２１  位置制御部
２３  速度制御部
２４、２４Ｂ  振動検出部
２５、２５Ａ  速度信号生成部
２６  速度検出部
４０、４０Ｂ  外乱オブザーバ
４１  フィルタ
４２、４２Ｂ  モデル
５２、５２Ｂ  状態推定オブザーバ
【図１】
2014128089.tif 000008
【図２】
2014128089.tif 000009
【図３】
2014128089.tif 000010
【図４】
2014128089.tif 000011
【図５】
2014128089.tif 000012
【図６】
2014128089.tif 000013
【図７】
2014128089.tif 000014
【図８】
2014128089.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月2日(2014.5.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの位置または速度に応じた検出信号を出力する状態量検出部と、
トルク指令と前記検出信号とに基づいて前記モータの外乱トルクの振動成分を検出し、当該検出結果に応じた振動成分信号を出力する振動検出部と、
前記検出信号から前記振動成分信号を減算した結果に基づき、速度信号を生成する速度信号生成部と、
速度指令と前記速度信号との偏差に基づいて、前記トルク指令を生成する速度制御部と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。 
【請求項２】
前記速度信号生成部は、
前記検出信号から前記振動成分信号を減算する減算器と、
前記減算器の減算結果と前記トルク指令とに基づいて前記速度信号を算出する状態推定オブザーバと、
を備え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】
前記振動検出部は、
前記トルク指令と前記検出信号とに基づいて前記モータの外乱トルクを推定し、当該推定結果に応じた外乱トルク推定信号を出力する外乱オブザーバを備え、
前記外乱トルク推定信号から前記振動成分信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。 
【請求項４】
前記振動検出部は、
前記外乱トルク推定信号から前記外乱トルクの振動成分を抽出するフィルタを備え、
所定のモデルを用いて前記外乱トルクの振動成分から前記振動成分信号を生成する、
ことを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。 
【請求項５】
前記フィルタは、
ハイパスフィルタ
を備えることを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。 
【請求項６】
前記速度信号生成部は、
前記外乱トルクの振動成分が所定値未満である場合に、前記検出信号から前記振動成分信号の減算を行わずに前記速度信号を生成し、前記外乱トルクの振動成分が所定値以上である場合に、前記検出信号から前記振動成分信号の減算を行って前記速度信号を生成する、
ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つに記載のモータ制御装置。 
【請求項７】
モータの位置または速度に応じた状態量を検出するステップと、
トルク指令と前記状態量とに基づいて前記モータの外乱トルクの振動成分を検出し、当該検出結果に応じた振動成分信号を出力するステップと、
前記状態量から前記振動成分信号を減算した結果に基づき、速度信号を生成するステップと、
速度指令と前記速度信号との偏差に基づいて、前記トルク指令を生成するステップと、
前記トルク指令に基づいて、前記モータを制御するステップと、
を含むことを特徴とするモータ制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
実施形態の一態様に係るモータ制御装置は、状態量検出部と、振動検出部と、速度信号生成部と、速度制御部とを備える。前記状態量検出部は、モータの位置または速度に応じた検出信号を出力する。前記振動検出部は、トルク指令と前記検出信号とに基づいて前記モータの外乱トルクの振動成分を検出し、当該検出結果に応じた振動成分信号を出力する。前記速度信号生成部は、前記検出信号から前記振動成分信号を減算した結果に基づき、速度信号を生成する。前記速度制御部は、速度指令と前記速度信号との偏差に基づいて、前記トルク指令を生成する。