(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと前記モータが連結された機械系とを備える制御対象に対する位置決め制御をプログラム制御による前記モータの駆動制御により実現するモータ制御装置において、
外部から入力される目標位置と前記モータの駆動位置を検出する位置検出器が出力する検出位置との差分である残距離を入力とし、前記残距離に基づいて減速停止のための目標速度を算出しそれを第一の目標速度として出力する目標速度算出部と、
前記第一の目標速度と前記検出位置から求められた検出速度との算術平均を算出しそれを第二の目標速度として出力する速度平均算出部と、
前記第一の目標速度と前記第二の目標速度の各大きさの比較に基づいて速度指令を算出し出力する速度指令算出部と、
前記速度指令と前記検出速度とに基づいて予め定められた最大電流以内に制限した電流指令を算出し出力する速度制御部と、
前記電流指令に基づいて前記モータに供給する駆動電流を制御する電流制御部と
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
モータと前記モータが連結された機械系とを備える制御対象に対する位置決め制御をプログラム制御による前記モータの駆動制御により実現するモータ制御装置において、
速度指令を入力とし、前記速度指令に基づいてモデル位置とモデル速度と電流フィードフォワードとを算出し出力するモデル制御部と、
外部から入力される目標位置と前記モデル位置との差分である残距離を入力とし、前記残距離に基づいて減速停止のための目標速度を算出しそれを第一の目標速度として出力する目標速度算出部と、
前記第一の目標速度と前記モデル速度との算術平均を算出しそれを第二の目標速度として出力する速度平均算出部と、
前記第一の目標速度と前記第二の目標速度の各大きさの比較に基づいて前記速度指令を算出し出力する速度指令算出部と、
前記モータの駆動位置を検出する位置検出器が出力する検出位置と前記モデル位置との差分である残距離を入力とし、前記残距離に基づいて速度補正量を算出し出力する位置制御部と、
前記検出位置から求められた検出速度と前記速度補正量と前記モデル速度と前記電流フィードフォワードとに基づいて予め定められた最大電流以内に制限した電流指令を算出し出力する速度制御部と、
前記電流指令に基づいて前記モータに供給する駆動電流を制御する電流制御部と
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
前記速度指令算出部は、
前記第二の目標速度の絶対値を演算する絶対値演算部と、
前記絶対値演算部の出力値と予め設定された最大速度の大きさとを比較し大きさの小さい方を出力する最小値演算部と、
前記第一の目標速度と前記最小値演算部の出力とを比較することで前記第一の目標速度をその大きさを前記最小値演算部の出力値以内に制限した目標速度に変換しそれを前記速度指令として出力するリミット演算部と
を備えた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】
前記速度指令算出部は、
前記第一の目標速度の絶対値を演算する第一の絶対値演算部と、
前記第二の目標速度の絶対値を演算する第二の絶対値演算部と、
前記第一の絶対値演算部の出力値と前記第二の絶対値演算部の出力値との差分の符号を判定する符号演算部と、
前記第一の目標速度と前記第二の目標速度とのうち、前記符号演算部が判定した符号に対応した方の目標速度を選択して出力する目標速度選択部と、
前記目標速度選択部が出力する目標速度の大きさと予め設定された最大速度の大きさとを比較することで前記目標速度選択部が出力する目標速度をその大きさを前記最大速度値以内に制限した目標速度に変換しそれを前記速度指令として出力するリミット演算部と
を備えた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５】
前記速度平均算出部は、前記算術平均に代えて加重平均を用いることを特徴とする請求項１〜４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、モータと該モータが連結された機械系とを備える制御対象に対し位置決め制御を行うモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータと該モータが連結された機械系とを備える制御対象に対しモータ制御装置が行う位置決め制御は、モータの駆動制御をＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）を用いたプログラム制御により行うことで実現されるが、そのようなモータ制御装置には、従来から制御対象を高速高精度に位置決め制御できることが求められている。
【０００３】
従来のモータ制御装置の一般的な構成では、外部から位置指令がパルス列等で与えられる。そして、その位置指令にモータ位置を追従させるようにフィードバック制御が行われる。この制御構成では、位置指令の加速度や加加速度を適切に調整することで制御対象の機械共振を励起しない位置決め制御を実現することは可能である。しかし、様々な移動距離に対し位置決め時間が最短になるようにするには、外部入力の位置指令を手動で調整することが必要であり、作業量の観点から困難であった。
【０００４】
一方、目標速度関数にモータ位置と目標位置との間の残距離を適用して計算した目標速度軌道にモータを追従制御する制御方式では、モータの最大トルクを用いる位置決め動作を容易に実現することは可能である。しかし、この制御方式では、加速動作と減速動作とが切り替わる時点においてモータトルクが急激に変化するため、制御対象の機械共振を励起し易いという問題があった。
【０００５】
このような問題に対し例えば特許文献１では、モータ位置と目標位置との間の残距離および目標速度とその目標速度の微分値とに基づいて速度指令を算出することで制御指令の加速から減速への切り替えを滑らかにすることにより、機械共振の励起を抑制することのできる位置決め制御技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３０５２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に提案された技術によれば、目標速度のテーブルだけでなく、目標速度の微分値のテーブルも事前に用意しておく必要があるため、制御演算を行うＭＰＵの記憶容量の消費が大きいという問題がある。
【０００８】
また、特許文献１では、微分値をテーブルから参照するのではなく目標速度を微分演算して求める方式も提案されているが、微分演算は実際には差分演算で実現されるので、目標速度の微分値を必要な精度で計算するためには、目標速度を非常に高精度に計算する必要がある。そのため、演算能力に制限のあるＭＰＵでは、そのような高精度の演算を実現するのは困難であるという問題もある。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、加速から減速への切り替えを滑らかにして制御対象の機械共振の励起を抑制する速度指令を非常に簡単な演算によって生成することの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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モータと前記モータが連結された機械系とを備える制御対象に対する位置決め制御をプログラム制御による前記モータの駆動制御により実現するモータ制御装置において、外部から入力される目標位置と前記モータの駆動位置を検出する位置検出器が出力する検出位置との差分である残距離を入力とし、前記残距離に基づいて減速停止のための目標速度を算出しそれを第一の目標速度として出力する目標速度算出部と、前記第一の目標速度と前記検出位置から求められた検出速度との算術平均を算出しそれを第二の目標速度として出力する速度平均算出部と、前記第一の目標速度と前記第二の目標速度の各大きさの比較に基づいて速度指令を算出し出力する速度指令算出部と、前記速度指令と前記検出速度とに基づいて予め定められた最大電流以内に制限した電流指令を算出し出力する速度制御部と、前記電流指令に基づいて前記モータに供給する駆動電流を制御する電流制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、制御対象の機械共振を励起し難い滑らかな速度指令を演算するのに、目標速度関数の微分値を使用しないので、目標速度関数の微分値のテーブルを必要としない。そして、制御対象の機械共振を励起し難い滑らかな速度指令を、第一の目標速度と第二の目標速度の各大きさの比較に基づいて算出するという簡単な演算によって求めることが可能である。よって、制御対象の機械共振を励起しない滑らかな速度指令による位置決め制御を演算能力や記憶容量に制限のあるＭＰＵでも容易に実現することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態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、比較例のモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、図２に示す比較例による位置決め制御で用いられる速度指令と検出速度との各応答波形を示す特性図である。
【図４】図４は、本実施の形態１による位置決め制御で用いられる第一の目標速度と第二の目標速度と検出速度との各応答波形を示す特性図である。
【図５】図５は、図２に示す比較例による位置決め制御で実現されるトルクの応答波形を示す特性図である。
【図６】図６は、本実施の形態１による位置決め制御で実現されるトルクの応答波形を示す特性図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態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８】図８は、図７に示すモデル制御部の構成例を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態３（変形例その１）として、本発明にかかるモータ制御装置の構成要素である速度平均算出部の他の構成例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、図９に示す速度平均算出部の加重平均の重み係数を変化させた場合における位置決め制御で実現されるトルクの応答波形を示す特性図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態３（変形例その２）として、本発明にかかるモータ制御装置の構成要素である速度指令算出部の他の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態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、本実施の形態１によるモータ制御装置１ａの制御対象２は、主な構成要素として、モータ制御装置１ａから直接的に駆動制御を受けるモータ２１と、このモータ２１が連結された機械系２２とを備えている。モータ２１には、モータ２１の駆動位置を検出する位置検出器２３が取り付けられている。なお、位置検出器２３には、エンコーダやレゾルバなどを用いることができる。
【００１５】
モータ制御装置１ａは、制御対象２に対する位置決め制御をプログラム制御によるモータ２１の駆動制御により実現する構成として、加減算器３と、目標速度算出部４と、微分器５と、速度平均算出部６ａと、速度指令算出部７ａと、速度制御部８ａと、電流制御部９とを備えている。
【００１６】
加減算器３は、外部から加算入力端子（＋）に与えられる目標速度Ｘｒと、減算入力端子（−）に位置検出器２３から与えられる検出位置Ｘとの間の差分を算出し、それを残距離ｅとして目標速度算出部４に送出する。
【００１７】
目標速度算出部４は、加減算器３にて算出された残距離ｅと、予め設定された定数Ａｄｅｃ、定数Ｖｏｆｆおよび定数ｅｌとを、式（１）および式（２）で表される目標速度関数に適用して減速停止のための第一の目標速度Ｖｒｌを演算し、それを速度平均算出部６ａと速度指令算出部７ａとに送出する。
【００１８】
ここで、式（１）および式（２）で表される目標速度関数は、ＰＴＯＳ（Proximate Time Optimal Servomechanism）と呼ばれる制御方法の目標速度関数である。このような目標速度関数を用いることにより、残距離ｅの大きさに応じて目標速度関数が連続的に切り替わるため、過渡応答を悪化させることの無い減速停止のための目標速度（これを本実施の形態では「第一の目標速度」と呼んでいる）を実現することが可能であることが知られている。
【００１９】
【数１】
0005975943.tif 000002
【００２０】
微分器５は、位置検出器２３から与えられる検出位置Ｘを微分して検出速度Ｖを求め、それを速度平均算出部６ａと速度制御部８ａとに送出する。
【００２１】
速度平均算出部６ａは、加算器６１と乗算器６２とを備えている。加算器６１は、目標速度算出部４にて算出された第一の目標速度Ｖｒｌと、微分器５にて算出された検出速度Ｖとを加算し、それを乗算器６２に与える。乗算器６２は、加算器６１が出力する加算値に定数１／２を乗算して第一の目標速度Ｖｒｌと検出速度Ｖとの算術平均値を求め、それを第二の目標速度Ｖｒ２として速度指令算出部７ａに与える。
【００２２】
速度指令算出部７ａは、絶対値演算部（ａｂｓ）７１と、最小値演算部（ｍｉｎ）７２と、リミット演算部７３とを備えている。ａｂｓ７１は、速度平均算出部６ａにて算出された第二の目標速度Ｖｒ２の絶対値を演算する。ｍｉｎ７２は、ａｂｓ７１にて算出された第二の目標速度Ｖｒ２の絶対値と予め設定されている最大速度Ｖｍａｘとの各大きさを比較し、大きさの小さい方をリミット演算部７３に与える。リミット演算部７３は、目標速度算出部４にて算出された第一の目標速度Ｖｒ１とｍｉｎ７２の出力とを比較し、第一の目標速度Ｖｒ１をｍｉｎ７２の出力値以内に制限した目標速度を生成し、それを速度指令Ｖｒとして速度制御部８ａに与える。
【００２３】
速度制御部８ａは、加減算器８１と、比例積分制御部（ＰＩ制御部）８２と、乗算器８３と、加算器８４と、電流制限部８５とを備えている。加減算器８１は、加算入力端子（＋）に速度指令算出部７ａから入力される速度指令Ｖｒと、減算入力端子（−）に微分器５から入力される検出速度Ｖとの差分（誤差）を算出する。ＰＩ制御部８２は、加減算器８１にて算出される速度指令Ｖｒと検出速度Ｖとの誤差を小さくする指令を生成するＰＩ演算を実施する。乗算器８３は、速度指令算出部７ａから入力される速度指令Ｖｒに、予め設定されたフィードフォワードゲインＫｆｆを乗算する。加算器８４は、ＰＩ制御部８２の出力と乗算器８３の出力との和を求め、それを電流指令Ｕとして電流制限部８５に出力する。電流制限部８５は、加算器８４から入力される電流指令Ｕを、その大きさを予め設定された最大電流値Ｕｍａｘ以内に制限した制限後電流指令Ｕｓａｔに変換し電流制限部９に出力する。
【００２４】
なお、速度制御部８ａ内のＰＩ制御部８２では、電流指令Ｕが制限された場合、すなわち電流飽和状態になった場合、比例積分演算を停止して積分ゲインを変更し、積分入力を補正するなどの方法を用いたアンチワインドアップと呼ばれる処理を行うようになっている。
【００２５】
最後に、電流制限部９は、速度制御部８ａから入力される制限後電流指令Ｕｓａｔに基づきモータ２１に供給する駆動電流の内容を制御する。これによって、制御対象２が所望の位置決め状態となるように、モータ２１、つまり機械系２２が駆動制御される。
【００２６】
次に、図１〜図６を参照して、以上のように構成されるモータ制御装置１ａの動作について説明する。ここで、図２は、理解を容易にするために用いる比較例のモータ制御装置の構成例を示すブロック図である。図３〜図６は作用効果を説明する特性図である。
【００２７】
まず、図２を参照して、比較例のモータ制御装置について説明する。図２に示す比較例のモータ制御装置１２０は、図１に示した本実施の形態１によるモータ制御装置１ａにおいて、速度平均算出部６ａおよび速度指令算出部７ａを削除し、速度制御部８ａに入力される速度指令Ｖｒが、常に、目標速度演算部４に算出された目標速度（本実施の形態１で言う「第１の目標速度Ｖｒ１」）に等しい場合の構成が示されている。したがって、図２では、目標速度演算部４の出力表示は、第１の目標速度Ｖｒ１ではなく、速度指令Ｖｒになっている。そして、Ｖｒ１＝Ｖｒであるから前記式（１）は、速度指令Ｖｒを与える。
【００２８】
図２において、外部から目標位置Ｘｒが与えられたとき、速度指令Ｖｒの値は、ゼロから式（１）で算出される値まで変化する。すると、速度制御部８ａと電流制御部９とによるフィードバック制御が働き、モータ２１の速度が速度指令Ｖｒに追従するように制御される。しかし、残距離ｅが大きい場合には速度指令Ｖｒが大きくなる。また、モータ２１を駆動できる電流には制限が存在するため、電流飽和が発生する。このときのモータ２１の検出速度Ｖと速度指令Ｖｒの各時間応答例は、例えば図３に示すようになる。
【００２９】
検出速度Ｖの傾きは、最大電流Ｕｍａｘと制御対象２の慣性モーメントＪとの比率で与えられる。この傾きをＡとすると、モータ２１が加速動作を行っている間の検出速度Ｖおよび検出位置Ｘの時間関数はそれぞれ式（３）と式（４）で与えられる。
【００３０】
【数２】
0005975943.tif 000003
【００３１】
また、式（１）において、加速時と減速時の各加速度の大きさを一致させるために、定数Ａｄｅｃと傾きＡとを等しく設定し、定数Ｖｏｆｆをゼロとする近似を考えると、速度指令Ｖｒ（今の例では、図２に示すように、速度指令Ｖｒは第一の目標速度Ｖｒ１と等しい）の凡その値は式（５）で与えられる。
【００３２】
【数３】
0005975943.tif 000004
【００３３】
このとき、加速動作と減速動作とが切り替わる時刻、すなわち式（３）と式（５）の右辺が一致する時刻を計算し、その時刻をｔ１とすると、式（６）を得る。
【００３４】
【数４】
0005975943.tif 000005
【００３５】
この時刻ｔ１における検出速度Ｖおよび速度指令Ｖｒの各時間変化率をそれぞれ計算すると、式（７）と式（８）が得られる。
【００３６】
【数５】
0005975943.tif 000006
【００３７】
つまり、図２に示す比較例のモータ制御装置１２０による位置決め制御方法では、加速動作から減速動作に切り替わる時刻ｔ１において、検出速度Ｖの変化率はＡであるのに対し、速度指令Ｖｒの変化率は−Ａであるため、図３では、時刻ｔ１（図３の横軸において目盛０．１〜０．２の間）で検出速度Ｖは鋭角的に変化している。このときのモータトルクの応答波形は、図５に示すようになる。図５では、加速動作から減速動作に切り替わる時刻ｔ１（図５の横軸において目盛０．１〜０．２の間）において、トルクが正の最大値から負の最大値まで急激に変化してしまうことが示されている。よって、比較例のモータ制御装置１２０による位置決め制御方法では、制御対象２の機械共振を励起し易いという問題があることが理解できる。
【００３８】
それに対し、図１に示す本実施の形態１のモータ制御装置１ａによる位置決め制御方法では、第一の目標速度Ｖｒ１、第二の目標速度Ｖｒ２および検出速度Ｖの各応答波形は図４に示したようになる。第一の目標速度Ｖｒ１は目標速度算出部４の出力であり、これは図３に示す速度指令Ｖｒの応答波形と等価である。また、第二の目標速度Ｖｒ２は第一の目標速度Ｖｒ１と検出速度Ｖとの和の算術平均値である。
【００３９】
モータ制御装置１ａによる位置決め制御では、位置決め動作前半の加速動作中においては、｜Ｖｒ１｜≧｜Ｖ｜であるので、｜Ｖｒ１｜≧｜Ｖｒ２｜が成り立つ。よって、リミット演算部７３から速度制御部８ａに入力される速度指令Ｖｒの大きさは、第二の目標速度Ｖｒ２の大きさに制限される。
【００４０】
また、モータ制御装置１ａによる位置決め制御では、位置決め動作後半の減速動作中においては、｜Ｖｒ１｜≦｜Ｖ｜であるので｜Ｖｒ１｜≦｜Ｖｒ２｜が成り立つ。よって、リミット演算部７３の出力は、第一の目標速度Ｖｒ１と一致する。
【００４１】
したがって、速度指令算出部７ａを図１に示すように構成することによって、位置決め動作前半の加速動作と加速から減速に切り替えるまでの動作とを第二の目標速度Ｖｒ２による速度指令に従って制御し、位置決め動作後半の減速停止動作を元々の目標速度である第一の目標速度Ｖｒ１に従って制御することができる。
【００４２】
また、図１に示す本実施の形態１のモータ制御装置１ａによる位置決め制御方法によっても、電流飽和が発生している間のモータ２１の応答は、比較例のモータ制御装置１２０によるモータ２１の応答と等しい。そのため、モータ２１が加速動作を行っている間の検出速度Ｖ、検出位置Ｘおよび第一の目標速度Ｖｒ１の各時間関数はそれぞれ式（３）、式（４）、式（５）で表すことが可能である。すると、加速動作中の速度指令Ｖｒは第二の目標速度Ｖｒ２で与えられるため、速度指令Ｖｒの時間応答は式（９）で表すことができる。
【００４３】
【数６】
0005975943.tif 000007
【００４４】
この式（９）に示す速度指令Ｖｒを用いた場合においても、速度指令Ｖｒと検出速度Ｖとが一致する時刻は式（６）による時刻ｔ１となる。また、式（７）と式（８）のそれぞれの右辺の値は絶対値が等しく符号が逆であることから、時刻ｔ１における式（９）の速度指令Ｖｒの時間変化率はゼロとなる。
【００４５】
図６は、本実施の形態１のモータ制御装置１ａによる位置決め制御で実現されるトルクの応答波形を示す特性図である。比較例でのトルク応答波形を示す図５では、目盛０．１〜０．３に示されるように、加速と減速の切り替わり時にトルクが正の最大値から負の最大値まで急激に変化してしまっていたのに対し、本実施の形態１のモータ制御装置１ａによる位置決め制御では、図６における目盛０．１〜０．３に示されるように、時刻ｔ１（図６における目盛０．１〜０．３の間の時刻）において速度指令Ｖｒの時間変化率がゼロとなるので、加速動作と減速動作との切り替えを加速度ゼロを経由して滑らかに行うことができる。そのため、トルクの変化が滑らかになり、制御対象の機械共振の励起を抑制した位置決め制御を実現することが可能である。
【００４６】
また、移動距離が長い場合、第一の目標速度Ｖｒ１の最大値が大きくなるが、最小値演算部７２からリミット演算部７３に与えるリミット値を第二の目標速度Ｖｒ２の絶対値と最大速度Ｖｍａｘとの最小値とすることにより、速度指令Ｖｒの絶対値を常に最大速度Ｖｍａｘ以下にすることができる。
【００４７】
以上のように、本実施の形態１のモータ制御装置１ａによれば、制御対象の機械共振を励起し難い滑らかな速度指令を演算するのに、目標速度関数の微分値を使用しないために目標速度関数の微分値のテーブルを必要としない。そして、制御対象の機械共振を励起し難い滑らかな速度指令を、第一の目標速度Ｖｒ１と第二の目標速度Ｖｒ２の各大きさの比較に基づいて算出するという簡単な演算によって求めることが可能である。
【００４８】
よって、制御対象の機械共振を励起しない滑らかな速度指令による位置決め制御を演算能力や記憶容量に制限のあるＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）でも容易に実現することが可能になる。
【００４９】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態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８は、図７に示すモデル制御部の構成例を示すブロック図である。なお、図７では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないし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、本実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。
【００５０】
本実施の形態２によるモータ制御装置１ｂは、図１（実施の形態１）に示した構成において、速度指令算出部７ａと符号を変えた速度制御部８ｂとの間に、モデル制御部１０と加減算器１１と位置制御部１２とが設けられている。また、位置検出器２３が出力する検出位置Ｘおよびそれに基づく検出速度Ｖの用い方が図１とは異なっている。
【００５１】
まず、モデル制御部１０について説明する。モデル制御部１０は、速度指令算出部７ａにて算出された速度指令Ｖｒを入力とし、例えば図８に示す構成により、モデル位置Ｘｆｆと、モデル速度Ｖｆｆと、電流フィードフォワードＵｆｆとを出力する。モデル位置Ｘｆｆは、加減算器３の減算入力端子（−）に図１に示した検出位置Ｘに代えて入力され、また加減算器１１の加算入力端子（＋）に入力されている。モデル速度Ｖｆｆは、速度平均算出部６ａ内の加算器６１に図１に示した検出速度Ｖに代えて入力され、また速度制御部８ｂ内の加減算器８６の一方の加算入力端子（＋）に入力されている。電流フィードフォワードＵｆｆは、速度制御部８ｂ内の加算器８４の一方の加算入力端子（＋）に入力されている。
【００５２】
図８に示すように、モデル制御部１０は、加減算器１０１，１０４と、加速度制限部１０３と、乗算器１０２，１０５，１０９と、積分器１０６，１０７，１０８とを備えている。
【００５３】
図８において、加減算器１０１は、速度指令算出部７ａから加算入力端子（＋）に入力される速度指令Ｖｒと後段の積分器１０７から減算入力端子（−）に入力されるモデル速度Ｖｆｆとの差分（誤差）を求める。乗算器１０２は、加減算器１０１にて算出された誤差に予め定められた定数Ｗｖを乗算する。加速度制限部１０３は、乗算器１０２の出力が予め設定された最大加速度Ａｍａｘを超える場合、乗算器１０２の出力をその最大加速度Ａｍａｘ以内に制限した値に変換しそれを加減算器１０４の加算入力端子（＋）に印加する。加減算器１０４は、加算入力端子（＋）に入力される加速度制限部１０３の出力と減算入力端子（−）に入力される積分器１０６の出力との差分を求める。乗算器１０５は、加減算器１０４の出力に予め定められた定数Ｗａを乗算する。乗算器１０５の出力は、積分器１０６，１０７，１０８の順序で多段に逐一積分される。初段の積分器１０６の出力は、加減算器１０４の減算入力端子（−）に入力され、また乗算器１０９にて制御対象の慣性モーメントのノミナル値Ｊｎが乗算されて電流フィードフォワードＵｆｆとなる。中間段の積分器１０７の出力は、モデル速度Ｖｆｆとなる。最終段の積分器１０８は、積分器１０７が出力するモデル速度Ｖｆｆを積分してモデル位置Ｘｆｆを出力する。
【００５４】
このモデル制御部１０では、速度指令Ｖｒからモデル速度Ｖｆｆまでの特性がローパス特性となっている。そのため、速度指令Ｖｒが滑らかになるので、所望のモデル速度Ｖｆｆを出力することができる。
【００５５】
モデル制御部１０は、このように構成されているので、電流フィードフォワードＵｆｆからモデル位置Ｘｆｆおよびモデル速度Ｖｆｆまでの間の各特性は、制御対象２のノミナルモデルの入力から位置および速度までの各特性とそれぞれ一致することになる。また、加速度制限部１０３によってモデルの加速度を制限するので、電流フィードフォワードＵｆｆが過大になるのを防止することができる。
【００５６】
次に、図７に戻って、加減算器１１は、加算入力端子（＋）にモデル制御部１０から入力されるモデル位置Ｘｆｆと、減算入力端子（−）に位置検出器２３から入力される検出位置Ｘとの差分（誤差）を求める。
【００５７】
位置制御部１２は、加減算器１１にて求められた、モデル位置Ｘｆｆと検出位置Ｘとの差分に対し比例演算を実施し、その誤差を小さくする速度補正量Ｖｃを算出し、速度制御部８ｂ内の加減算器８６のもう一方の加算入力端子（＋）に印加する。微分器５は、位置検出器２３が出力する検出位置Ｘを微分して検出速度Ｖを求め、その速度制御部８ｂ内の加減算器８６の減算入力端子（−）に印加する。
【００５８】
速度制御部８ｂは、加減算器８６と、ＰＩ制御部８２と、加算器８４と、電流制限部８５とを備えている。
【００５９】
加減算器８６は、モデル速度Ｖｆｆと検出速度Ｖとの差分（誤差）を求め、それに速度補正量Ｖｃを加算し、それとＰＩ制御部８２に出力する。
【００６０】
ＰＩ制御部８２は、加減算器８６の出力値に対して比例積分演算を実施して加減算器８６にて算出されるモデル速度Ｖｆｆと検出速度Ｖとの差分（誤差）を小さくする指令を生成し、それを加算器８４の他方の加算入力端子（＋）に印加する。
【００６１】
加算器８４は、一方の加算入力端子（＋）にモデル制御部１０から入力される電流フィードフォワードＵｆｆと、他方の加算入力端子（＋）に印加されるＰＩ制御部８２の出力とを加算し、それを電流指令Ｕとして電流制限部８５に出力する。
【００６２】
電流制限部８５は、最大電流値Ｕｍａｘが予め設定されていて、加算器８４が出力する電流指令Ｕとその予め設定されている最大電流値Ｕｍａｘとを比較し、電流指令Ｕが最大電流値Ｕｍａｘを超える場合は、加算器８４が出力する電流指令Ｕをその大きさを最大電流値Ｕｍａｘ以内の制限した制限後電流指令Ｕｓａｔに変換し、それを電流制御部９に出力する。
【００６３】
なお、速度制御部８ｂ内のＰＩ制御部８２は、電流指令Ｕが制限された場合、すなわち電流飽和状態になった場合、比例積分演算において、積分演算を停止、積分ゲインを変更、積分入力を補正するなどの方法を用いたアンチワインドアップと呼ばれる処理を行うようになっている。この点は、実施の形態１と同様である。
【００６４】
以下、図７と図８を参照して本実施の形態２によるモータ制御装置１ｂの動作について説明する。
まず、モデル制御部１０では、加速度制限部１０３によって加速度制限を行っている。そのため、速度指令Ｖｒをステップ状に変化させた場合、モデル速度Ｖｆｆは図３に示す検出速度Ｖの応答と同様に一定加速度の応答となる。
【００６５】
また、実施の形態２におけるモデル速度Ｖｆｆおよびモデル位置Ｘｆｆから速度指令Ｖｒまでの制御系の構成は、実施の形態１における検出速度Ｖおよび検出位置Ｘから速度指令Ｖｒまでの制御系の構成と等しい。そのため、速度指令算出部７ａにて第一の目標速度Ｖｒ１と第二の目標速度Ｖｒ２とを加速時と減速時とに応じて切り替える制御を行うことにより、実施の形態１と同様の動作原理によって、加速動作と減速動作とを滑らかに切り替える速度指令Ｖｒが生成される。
【００６６】
つまり、モデル制御部１０は、加速動作と減速動作とを滑らかに切り替える速度指令Ｖｒによって駆動されるため、制御対象２の機械共振を励起し難いモデル応答を生成することが可能である。
【００６７】
また、加減算器１１、位置制御部１２、速度制御部８ｂおよび微分器５の制御系では、電流指令Ｕを、モデル応答と制御対象２の応答との誤差に比例演算および比例積分演算を行うことで計算している。そのため、制御対象２の応答とモデル応答との間の誤差はこの制御系によって抑制されるので、制御対象２の応答はモデル応答に追従するように制御される。
【００６８】
加えて、制御対象２は、モデル制御部１０にて生成される加減速の切り替えを滑らかにしたモデル応答に基づいて駆動されるため、制御対象２の機械共振の励起を抑制した位置決め制御を実現することができる。
【００６９】
なお、実施の形態２の制御系では、位置制御部１２と速度制御部８ｂによるフィードバック制御の特性を、モデル制御部１０の応答特性とは完全に独立に設定することが可能である。つまり、制御対象２の特性のばらつきや外乱等の影響は、位置制御部１２および速度制御部８ｂによって抑制される。その結果、モデル制御部１０にて生成される所望の応答に基づいて制御対象２を制御することができるため、制御対象２の特性のばらつきや外乱等に対しロバストな制御を実現することが可能である。
【００７０】
以上のように、本実施の形態２のモータ制御装置１ａによれば、規範モデル制御において速度指令の加速と減速との切り替えを滑らかに切り替えることができるので、制御対象の機械共振を励起し難い位置決め制御を実現することができる。
【００７１】
実施の形態３．
本実施の形態３では、実施の形態１および実施の形態２に共通の変形例について説明する。
【００７２】
（１）図９は、本発明の実施の形態３（変形例その１）として、本発明にかかるモータ制御装置の構成要素である速度平均算出部の他の構成例を示すブロック図である。実施の形態１，２では、速度平均算出部６ａにおいて算術平均を用いて第二の目標速度Ｖｒ２を算出していたが、図９に示すように、算術平均の代わりに加重平均を用いる速度平均算出部６ｂを用いることも可能である。
【００７３】
図９において、速度平均算出部６ｂは、乗算器６３，６４と、加算器６５とを備えている。ここで、乗算器６３，６４で用いる加重平均の重み係数αは、０≦α≦１を満たす係数である。乗算器６３は、第一の目標速度Ｖｒ１に加重平均の重み係数αを乗算して加算器６５の一方の加算入力端子に出力する。乗算器６４は、図１では検出速度Ｖ（図７ではモデル速度Ｖｆｆ）に加重平均の重み係数（１−α）を乗算して加算器６５の他方の加算入力端子に出力する。加算器６５は、両入力値を加算し、それを第二の目標速度Ｖｒ２として出力する。加重平均式の分母は値１であるので、加算器６５の出力値は加重平均値を示す。
【００７４】
図１０は、図９に示す速度平均算出部の加重平均の重み係数を変化させた場合における位置決め制御で実現されるトルクの応答波形を示す特性図である。図１０に示すように、図９に示す速度平均算出部６ｂを用いて第二の目標速度Ｖｒ２を生成すれば、重み係数αを変化させることによって、加速と減速との切り替わり時のトルクの変化率を調整することができる。よって、速度平均算出部６ｂを用いると、加速動作と減速動作とが切り替わる際のトルク変化の滑らかさを調節することも可能になることが理解できる。
【００７５】
（２）図１１は、本発明の実施の形態３（変形例その２）として、本発明にかかるモータ制御装置の構成要素である速度指令算出部の他の構成例を示すブロック図である。つまり図１と図８に示す速度指令算出部７ａは、第一の目標速度Ｖｒ１と第二の目標速度Ｖｒ２との各大きさの比較に基づいて速度指令Ｖｒを算出する一構成例であり、図１１は他の構成例を示している。
【００７６】
図１１に示す速度指令算出部７ｂは、絶対値演算部（ａｂｓ）７４，７５と、加減算器７６と、符号演算部（ｓｉｇｎ）７７と、切替スイッチ７８と、リミット演算部７９とを備えている。
【００７７】
図１１において、第一の目標速度Ｖｒ１は、ａｂｓ７４と切替スイッチ７８の一方の切替入力端子とに並列に入力される。また、第二の目標速度Ｖｒ２も同様に、ａｂｓ７５と切替スイッチ７８の他方の切替入力端子とに並列に入力される。
【００７８】
ａｂｓ７４は第一の目標速度Ｖｒ１の絶対値を求め、それを加減算器７６の減算入力端子（−）に出力する。ａｂｓ７５は第二の目標速度Ｖｒ２の絶対値を求め、それを加減算器７６の加算入力端子（＋）に出力する。
【００７９】
加減算器７６は、両入力端子に印加される各絶対値の差分を求め、それをｓｉｇｎ７７に出力する。ｓｉｇｎ７７は加減算器７６の出力値の符号を求め、それを切替スイッチ７８の切替制御端子に出力する。
【００８０】
切替スイッチ７８はｓｉｇｎ７７の出力が示す符号に応じて、第一の目標速度Ｖｒ１と第二の目標速度Ｖｒ２との何れか一方の目標速度を選択し、それをリミット演算部７９に出力する。
【００８１】
リミット演算部７９は、制御端子に最大速度Ｖｍａｘが予め設定されていて、切替スイッチ７８が出力する目標速度の大きさが最大速度Ｖｍａｘを超えないときは切替スイッチ７８が出力する目標速度をそのまま速度指令Ｖｒとして出力するが、切替スイッチ７８が出力する目標速度の大きさが最大速度Ｖｍａｘを超えるときは切替スイッチ７８が出力する目標速度を最大速度Ｖｍａｘ以内の大きさに制限した目標速度を生成し、それを速度指令Ｖｒとして出力する。
【００８２】
このように、本発明にかかるモータ制御装置で用いる、第一の目標速度Ｖｒ１と第二の目標速度Ｖｒ２との各大きさの比較に基づいて速度指令Ｖｒを算出する速度指令算出部は図１や図７に示した構成以外にも、例えば図１１に示すように、様々な構成方法を考えることができる。
【００８３】
（３）目標速度算出部４では、第一の目標速度Ｖｒ１を式（１）と式（２）を用いて算出する場合を示したが、予め計算された目標速度テーブルから残距離ｅに対応する目標速度を参照することによって、第一の目標速度Ｖｒ１を算出する構成も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、加速から減速への切り替えを滑らかにして制御対象の機械共振の励起を抑制する速度指令を非常に簡単な演算によって生成することのできるモータ制御装置として有用である。
【符号の説明】
【００８５】
１ａ，１ｂ  モータ制御装置、２  制御対象、３，１１，７６，８１，８６，１０１，１０４  加減算器、４  目標速度算出部、５  微分器、６ａ，６ｂ  速度平均算出部、７ａ，７ｂ  速度指令算出部、８ａ，８ｂ  速度制御部、９  電流制御部、１０  モデル制御部、６１，６５，８４  加算器、６２，６３，６４，８３，１０２，１０５，１０９  乗算器、７１，７４，７５  絶対値演算部（ａｂｓ）、７２  最小値演算部（ｍｉｎ）、７３，７９  リミット演算部、７７  符号演算部（ｓｉｇｎ）、７８  切替スイッチ、８２  比例積分制御部（ＰＩ制御部）、８５  電流制限部、１０３  加速度制限部、１０６，１０７，１０８  積分器、１２０  比較例のモータ制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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