(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の制御装置の外部から送信される位置指令と、電動機に結合された負荷の検出位置と、が一致するように、速度指令を生成する第１の位置制御器と、
前記速度指令と、前記電動機の検出速度と、が一致するように、トルク指令を生成する速度制御器と、
前記トルク指令に基いて、前記電動機を駆動するトルク制御器と、
複数の周波数成分が含まれる調整用トルク指令を出力するトルク指令作成器と、
を備えて、
前記速度制御器と、前記トルク制御器と、を含み、前記速度制御器に入力される、前記速度指令と前記電動機の検出速度から、前記速度制御器に再び入力される前記電動機の検出速度を得る、制御ループである速度フィードバック回路と、
前記第１の位置制御器と、前記速度フィードバック回路と、を含み、前記第１の位置制御器に入力される、前記位置指令と前記電動機に結合された負荷の検出位置から、前記第１の位置制御器に再び入力される前記電動機に結合された負荷の検出位置を得る、制御ループである第１の位置フィードバック回路と、
を形成する、電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法であって、
前記トルク指令作成器から出力された前記調整用トルク指令と、前記調整用トルク指令に基いて前記電動機が駆動したときに検出される前記電動機の検出速度と、を用いて、前記調整用トルク指令から前記電動機の検出速度までの周波数特性である現在負荷周波数特性を算出する、第１の周波数特性の算出ステップと、
前記速度制御器で用いられる制御パラメータである速度比例ゲインと、前記現在負荷周波数特性と、を用いて、前記速度フィードバック回路が安定となる現在の速度比例ゲインの範囲を算出する、現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記現在負荷周波数特性を用いて、前記電動機と前記負荷とを含む機械系の特性を示す現在機械系特性定数を算出する、現在の機械系特性定数の算出ステップと、
前記速度比例ゲインと、前記第１の位置制御器で用いられる制御パラメータである位置比例ゲインと、前記現在負荷周波数特性と、前記現在機械系特性定数と、を用いて、前記位置フィードバック回路が安定となる、現在の速度比例ゲインと現在の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、を算出する、現在の比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記現在負荷周波数特性と、前記電動機の制御装置の外部から送信される経年変化情報と、に基いて、経年変化が生じた後の負荷周波数特性である経年負荷周波数特性と、経年変化が生じた後の機械系特性定数である経年機械系特性定数と、を算出する、経年後の特性の算出ステップと、
前記速度比例ゲインと、前記経年負荷周波数特性と、を用いて、前記速度フィードバック回路が安定となる、経年後の速度比例ゲインの範囲を算出する、経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記速度比例ゲインと、前記位置比例ゲインと、前記経年負荷周波数特性と、前記経年機械系特性定数と、を用いて、前記第１の位置フィードバック回路が安定となる、経年後の速度比例ゲインと経年後の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、を算出する、経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された前記現在の速度比例ゲインの範囲と、前記現在の比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された、前記現在の速度比例ゲインと現在の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、前記経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された前記経年後の速度比例ゲインの範囲と、前記経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された、前記経年後の速度比例ゲインと経年後の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、から、全ての範囲を満たす、速度比例ゲイン値および位置比例ゲイン値を選択する、比例ゲインの選択ステップと、
を備える電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法。
【請求項２】
電動機の制御装置の外部から送信される位置指令と、電動機の検出位置と、が一致するように、速度指令を生成する第２の位置制御器と、
前記速度指令と、前記電動機の検出速度と、が一致するように、トルク指令を生成する速度制御器と、
前記トルク指令に基いて、前記電動機を駆動するトルク制御器と、
複数の周波数成分が含まれる調整用トルク指令を出力するトルク指令作成器と、
を備えて、
前記速度制御器と、前記トルク制御器と、を含み、前記速度制御器に入力される、前記速度指令と前記電動機の検出速度から、前記速度制御器に再び入力される前記電動機の検出速度を得る、制御ループである速度フィードバック回路と、
前記第２の位置制御器と、前記速度フィードバック回路と、を含み、前記第２の位置制御器に入力される、前記位置指令と前記電動機の検出位置から、前記第２の位置制御器に再び入力される前記電動機の検出位置を得る、制御ループである第２の位置フィードバック回路と、
を形成する、電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法であって、
前記トルク指令作成器から出力された前記調整用トルク指令と、前記調整用トルク指令に基いて前記電動機が駆動したときに検出される前記電動機の検出速度と、を用いて、前記調整用トルク指令から前記電動機の検出速度までの周波数特性である現在負荷周波数特性を算出する、第１の周波数特性の算出ステップと、
前記速度制御器で用いられる制御パラメータである速度比例ゲインと、前記現在負荷周波数特性と、を用いて、前記速度フィードバック回路が安定となる現在の速度比例ゲインの範囲を算出する、現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記現在負荷周波数特性を用いて、前記電動機と前記電動機に結合された負荷とを含む機械系の特性を示す現在機械系特性定数を算出する、現在の機械系特性定数の算出ステップと、
前記速度比例ゲインと、前記第２の位置制御器で用いられる制御パラメータである位置比例ゲインと、前記現在負荷周波数特性と、前記現在機械系特性定数と、を用いて、前記位置フィードバック回路が安定となる、現在の速度比例ゲインと現在の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、を算出する、現在の比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記現在負荷周波数特性と、前記電動機の制御装置の外部から送信される経年変化情報と、に基いて、経年変化が生じた後の負荷周波数特性である経年負荷周波数特性と、経年変化が生じた後の機械系特性定数である経年機械系特性定数と、を算出する、経年後の特性の算出ステップと、
前記速度比例ゲインと、前記経年負荷周波数特性と、を用いて、前記速度フィードバック回路が安定となる、経年後の速度比例ゲインの範囲を算出する、経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記速度比例ゲインと、前記位置比例ゲインと、前記経年負荷周波数特性と、前記経年機械系特性定数と、を用いて、前記第２の位置フィードバック回路が安定となる、経年後の速度比例ゲインと経年後の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、を算出する、経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された前記現在の速度比例ゲインの範囲と、前記現在の比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された、前記現在の速度比例ゲインと現在の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、前記経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された前記経年後の速度比例ゲインの範囲と、前記経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された、前記経年後の速度比例ゲインと経年後の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、から、全ての範囲を満たす、速度比例ゲイン値および位置比例ゲイン値を選択する、比例ゲインの選択ステップと、
を備える電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法。
【請求項３】
電動機の制御装置の外部から送信される位置指令と、電動機に結合された負荷の検出位置と、が一致するように、速度指令を生成する第１の位置制御器と、
前記速度指令と、前記電動機の検出速度と、が一致するように、トルク指令を生成する速度制御器と、
前記トルク指令に基いて、前記電動機を駆動するトルク制御器と、
複数の周波数成分が含まれる調整用トルク指令を出力するトルク指令作成器と、
を備えて、
前記速度制御器と、前記トルク制御器と、を含み、前記速度制御器に入力される、前記速度指令と前記電動機の検出速度から、前記速度制御器に再び入力される前記電動機の検出速度を得る、制御ループである速度フィードバック回路と、
前記第１の位置制御器と、前記速度フィードバック回路と、を含み、前記第１の位置制御器に入力される、前記位置指令と前記電動機に結合された負荷の検出位置から、前記第１の位置制御器に再び入力される前記電動機に結合された負荷の検出位置を得る、制御ループである第１の位置フィードバック回路と、
を形成する、電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法であって、
前記調整用トルク指令から前記電動機の検出速度までの周波数特性である現在負荷周波数特性を算出する、第２の周波数特性の算出ステップと、
前記速度制御器で用いられる制御パラメータである速度比例ゲインと、前記現在負荷周波数特性と、を用いて、前記速度フィードバック回路が安定となる現在の速度比例ゲインの範囲を算出する、現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記現在負荷周波数特性を用いて、前記電動機と前記負荷とを含む機械系の特性を示す現在機械系特性定数を算出する、現在の機械系特性定数の算出ステップと、
前記速度比例ゲインと、前記第１の位置制御器で用いられる制御パラメータである位置比例ゲインと、前記現在負荷周波数特性と、前記現在機械系特性定数と、を用いて、前記位置フィードバック回路が安定となる、現在の速度比例ゲインと現在の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、を算出する、現在の比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記現在負荷周波数特性と、前記電動機の制御装置の外部から送信される経年変化情報と、に基いて、経年変化が生じた後の負荷周波数特性である経年負荷周波数特性と、経年変化が生じた後の機械系特性定数である経年機械系特性定数と、を算出する、経年後の特性の算出ステップと、
前記速度比例ゲインと、前記経年負荷周波数特性と、を用いて、前記速度フィードバック回路が安定となる、経年後の速度比例ゲインの範囲を算出する、経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記速度比例ゲインと、前記位置比例ゲインと、前記経年負荷周波数特性と、前記経年機械系特性定数と、を用いて、前記第１の位置フィードバック回路が安定となる、経年後の速度比例ゲインと経年後の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、を算出する、経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された前記現在の速度比例ゲインの範囲と、前記現在の比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された、前記現在の速度比例ゲインと現在の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、前記経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された前記経年後の速度比例ゲインの範囲と、前記経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された、前記経年後の速度比例ゲインと経年後の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、から、全ての範囲を満たす、速度比例ゲイン値および位置比例ゲイン値を選択する、比例ゲインの選択ステップと、
を備える電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法。
【請求項４】
電動機の制御装置の外部から送信される位置指令と、電動機の検出位置と、が一致するように、速度指令を生成する第２の位置制御器と、
前記速度指令と、前記電動機の検出速度と、が一致するように、トルク指令を生成する速度制御器と、
前記トルク指令に基いて、前記電動機を駆動するトルク制御器と、
複数の周波数成分が含まれる調整用トルク指令を出力するトルク指令作成器と、
を備えて、
前記速度制御器と、前記トルク制御器と、を含み、前記速度制御器に入力される、前記速度指令と前記電動機の検出速度から、前記速度制御器に再び入力される前記電動機の検出速度を得る、制御ループである速度フィードバック回路と、
前記第２の位置制御器と、前記速度フィードバック回路と、を含み、前記第２の位置制御器に入力される、前記位置指令と前記電動機の検出位置から、前記第２の位置制御器に再び入力される前記電動機の検出位置を得る、制御ループである第２の位置フィードバック回路と、
を形成する、電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法であって、
前記調整用トルク指令から前記電動機の検出速度までの周波数特性である現在負荷周波数特性を算出する、第２の周波数特性の算出ステップと、
前記速度制御器で用いられる制御パラメータである速度比例ゲインと、前記現在負荷周波数特性と、を用いて、前記速度フィードバック回路が安定となる現在の速度比例ゲインの範囲を算出する、現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記現在負荷周波数特性を用いて、前記電動機と前記電動機に結合された負荷とを含む機械系の特性を示す現在機械系特性定数を算出する、現在の機械系特性定数の算出ステップと、
前記速度比例ゲインと、前記第２の位置制御器で用いられる制御パラメータである位置比例ゲインと、前記現在負荷周波数特性と、前記現在機械系特性定数と、を用いて、前記位置フィードバック回路が安定となる、現在の速度比例ゲインと現在の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、を算出する、現在の比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記現在負荷周波数特性と、前記電動機の制御装置の外部から送信される経年変化情報と、に基いて、経年変化が生じた後の負荷周波数特性である経年負荷周波数特性と、経年変化が生じた後の機械系特性定数である経年機械系特性定数と、を算出する、経年後の特性の算出ステップと、
前記速度比例ゲインと、前記経年負荷周波数特性と、を用いて、前記速度フィードバック回路が安定となる、経年後の速度比例ゲインの範囲を算出する、経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記速度比例ゲインと、前記位置比例ゲインと、前記経年負荷周波数特性と、前記経年機械系特性定数と、を用いて、前記第２の位置フィードバック回路が安定となる、経年後の速度比例ゲインと経年後の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、を算出する、経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップと、
前記現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された前記現在の速度比例ゲインの範囲と、前記現在の比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された、前記現在の速度比例ゲインと現在の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、前記経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された前記経年後の速度比例ゲインの範囲と、前記経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出された、前記経年後の速度比例ゲインと経年後の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、から、全ての範囲を満たす、速度比例ゲイン値および位置比例ゲイン値を選択する、比例ゲインの選択ステップと、
を備える電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法。
【請求項５】
前記速度フィードバック回路は、
前記電動機と、
前記電動機の検出位置を検出し、検出した前記電動機の検出位置を出力する電動機位置検出器と、
前記電動機位置検出器から出力された前記電動機の検出位置に基いて、前記電動機の検出速度を算出する速度算出器と、
を、さらに有し、
前記第１の位置フィードバック回路は、
前記負荷と、
前記負荷の検出位置を検出し、検出した前記負荷の検出位置を出力する負荷位置検出器と、
を、さらに有する、請求項１または請求項３のいずれか一項に記載の電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法。
【請求項６】
前記速度フィードバック回路は、
前記電動機と、
前記電動機の検出位置を検出し、検出した前記電動機の検出位置を出力する電動機位置検出器と、
前記電動機位置検出器から出力された前記電動機の検出位置に基いて、前記電動機の検出速度を算出する速度算出器と、
を、さらに有する、請求項２または請求項４のいずれか一項に記載の電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法。
【請求項７】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法において、
前記比例ゲインの選択ステップは、最も大きな速度比例ゲインを得るように、前記速度比例ゲイン値および前記位置比例ゲイン値を選択する、電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法。
【請求項８】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法が適用される、電動機の制御装置。
【請求項９】
請求項７に記載された電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法が適用される、電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、上述した制御パラメータの調整方法が用いられる電動機の制御装置にも関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法は、例えば、特許文献１に開示された技術が知られている。特許文献１に開示された制御装置は、駆動系の周波数特性を用い、ゲイン特性や位相特性に基づいて最適な制御パラメータを算出する。
【０００４】
図９は、従来の電動機の制御装置を示す構成図である。図９に示された電動機の制御装置１５１は、従来技術の一例である。通常、電動機１０１を駆動する場合、図９に示された電動機の制御装置１５１において、スイッチ１０９は、ａ側の端子に接続される。このとき、各部は、以下の動作を行う。
【０００５】
すなわち、機械系１０４は、電動機１０１と、負荷１０２と、電動機位置検出器１０３と、を備える。負荷１０２は、電動機１０１によって駆動される。電動機１０１の検出位置θｍは、電動機位置検出器１０３から出力される。速度算出器１０６は、単位時間あたりの検出位置θｍの変化量から、電動機の検出速度ｖｍを演算する。速度算出器１０６は、演算した電動機の検出速度ｖｍを出力する。位置制御器１０７は、検出位置θｍが位置指令θｒを追従するように、速度指令ｖｒを出力する。位置指令θｒは、電動機の制御装置１５１の外部から入力される。速度制御器１０８は、電動機の検出速度ｖｍが速度指令ｖｒを追従するように、トルク指令τｒを出力する。出力されたトルク指令τｒは、フィルタ部１１０を介して、新たなトルク指令τｒ２となる。新たなトルク指令τｒ２は、トルク制御器１１１に入力される。電動機１０１は、トルク制御器１１１の出力によって制御される。
【０００６】
制御パラメータを調整する場合、図９に示された電動機の制御装置１５１において、スイッチ１０９は、ｂ側の端子に接続される。このとき、各部は、以下の動作を行う。
【０００７】
すなわち、周波数特性を測定するためのトルク指令作成器１１２は、第１のトルク指令τｒ１を出力する。第１のトルク指令τｒ１には、例えば、Ｍ系列信号（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）など、複数の周波数成分が含まれる。Ｍ系列信号は、０／１あるいは−１／１で示される、２値のランダムなビット列信号である。電動機１０１は、第１のトルク指令τｒ１に基いて駆動される。このとき、第１のトルク指令τｒ１および電動機の検出速度ｖｍは、制御パラメータ調整部１１５に入力される。
【０００８】
制御パラメータ調整部１１５は、第１のトルク指令τｒ１から電動機速度ｖｍまでの周波数特性を演算する。制御パラメータ調整部１１５は、演算された周波数特性を用いて、電動機の制御系の動作が安定し、かつ、電動機の制御系の応答性が高くなるように、速度制御器１０８の制御パラメータと、位置制御器１０７の制御パラメータと、フィルタ部１１０の制御パラメータとを算出する。電動機の制御系には、速度制御器１０８と、位置制御器１０７と、フィルタ部１１０と、が含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２４５０５１号公報
【発明の概要】
【００１０】
本発明が対象とする電動機の制御装置は、第１の位置制御器と、速度制御器と、トルク制御器と、トルク指令作成器と、を備える。
【００１１】
第１の位置制御器は、電動機の制御装置の外部から送信される位置指令と、電動機に結合された負荷の検出位置と、が一致するように、速度指令を生成する。
【００１２】
速度制御器は、速度指令と、電動機の検出速度と、が一致するように、トルク指令を生成する。
【００１３】
トルク制御器は、トルク指令に基いて、電動機を駆動する。
【００１４】
トルク指令作成器は、複数の周波数成分が含まれる調整用トルク指令を出力する。
【００１５】
本発明が対象とする電動機の制御装置には、速度フィードバック回路と、第１の位置フィードバック回路と、が形成される。
【００１６】
速度フィードバック回路は、速度制御器と、トルク制御器と、を含む。速度フィードバック回路は、速度制御器に入力される、速度指令と電動機の検出速度から、速度制御器に再び入力される電動機の検出速度を得る、制御ループである。
【００１７】
第１の位置フィードバック回路は、第１の位置制御器と、速度フィードバック回路と、を含む。第１の位置フィードバック回路は、第１の位置制御器に入力される、位置指令と電動機に結合された負荷の検出位置から、第１の位置制御器に再び入力される電動機に結合された負荷の検出位置を得る、制御ループである。
【００１８】
上述した電動機の制御装置に用いられる、本発明の制御パラメータの調整方法は、第１の周波数特性の算出ステップと、現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップと、現在の機械系特性定数の算出ステップと、現在の比例ゲイン範囲の算出ステップと、経年後の特性の算出ステップと、経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップと、経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップと、比例ゲインの選択ステップと、を備える。
【００１９】
第１の周波数特性の算出ステップは、トルク指令作成器から出力された調整用トルク指令と、調整用トルク指令に基いて電動機が駆動したときに検出される電動機の検出速度と、を用いる。第１の周波数特性の算出ステップは、調整用トルク指令から電動機の検出速度までの周波数特性である現在負荷周波数特性を算出する。
【００２０】
現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップは、速度制御器で用いられる制御パラメータである速度比例ゲインと、現在負荷周波数特性と、を用いる。現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップは、速度フィードバック回路が安定となる現在の速度比例ゲインの範囲を算出する。
【００２１】
現在の機械系特性定数の算出ステップは、現在負荷周波数特性を用いる。現在の機械系特性定数の算出ステップは、電動機と負荷とを含む機械系の特性を示す現在機械系特性定数を算出する。
【００２２】
現在の比例ゲイン範囲の算出ステップは、速度比例ゲインと、第１の位置制御器で用いられる制御パラメータである位置比例ゲインと、現在負荷周波数特性と、現在機械系特性定数と、を用いる。現在の比例ゲイン範囲の算出ステップは、位置フィードバック回路が安定となる、現在の速度比例ゲインと現在の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、を算出する。
【００２３】
経年後の特性の算出ステップは、現在負荷周波数特性と、電動機の制御装置の外部から送信される経年変化情報と、に基いて、経年負荷周波数特性と、経年機械系特性定数と、を算出する。経年負荷周波数特性とは、経年変化が生じた後の負荷周波数特性である。経年機械系特性定数とは、経年変化が生じた後の機械系特性定数である。
【００２４】
経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップは、速度比例ゲインと、経年負荷周波数特性と、を用いる。経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップは、速度フィードバック回路が安定となる、経年後の速度比例ゲインの範囲を算出する。
【００２５】
経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップは、速度比例ゲインと、位置比例ゲインと、経年負荷周波数特性と、経年機械系特性定数と、を用いる。経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップは、第１の位置フィードバック回路が安定となる、経年後の速度比例ゲインと経年後の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、を算出する。
【００２６】
比例ゲインの選択ステップは、現在の速度比例ゲインの範囲と、現在の速度比例ゲインと現在の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、経年後の速度比例ゲインの範囲と、経年後の速度比例ゲインと経年後の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、から、全ての範囲を満たす、速度比例ゲイン値および位置比例ゲイン値を選択する。
【００２７】
現在の速度比例ゲインの範囲は、現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出される。現在の速度比例ゲインと現在の位置比例ゲインとの組合せの範囲は、現在の比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出される。経年後の速度比例ゲインの範囲は、経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出される。経年後の速度比例ゲインと経年後の位置比例ゲインとの組合せの範囲は、経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出される。
【００２８】
本発明は、電動機に取り付けられる負荷が有する端部の位置を、直接検出し、検出した結果に応じて制御装置から位置指令を算出する。本発明の目的は、算出された位置指令の通りに電動機を制御する、電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における電動機の制御装置を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１における電動機の制御装置を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１における電動機の制御装置を示す他のブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１における電動機の制御装置における制御を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２における電動機の制御装置を示す構成図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２における電動機の制御装置を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態２における電動機の制御装置を示す他のブロック図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３における電動機の制御装置における制御を示すフローチャートである。
【図９】図９は、従来の電動機の制御装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施の形態である電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法は、後述する手順により、周波数特性を用いて、フルクローズド制御を行う制御装置の制御が安定し、かつ、この制御装置の応答性が高くなるような、制御パラメータを算出できる。制御パラメータを算出するために、つぎの２つの周波数特性が用いられる。一方の周波数特性とは、測定動作におけるデータを用いて、トルク指令から電動機速度までの周波数特性である。他方の周波数特性とは、前述した周波数特性に対して、経年変化を考慮した周波数特性である。
【００３１】
よって、フルクローズド制御が行われる電動機の制御装置において、経年変化が生じても、電動機を安定して駆動できる、制御パラメータの調整ができる。
【００３２】
同様に、本発明の実施の形態である電動機の制御装置は、後述する構成により、周波数特性を用いて、フルクローズド制御が行われる制御装置の制御が安定し、かつ、この制御装置の応答性が高くなるような、制御パラメータを算出できる。制御パラメータを算出するために、つぎの２つの周波数特性が用いられる。一方の周波数特性とは、測定動作におけるデータを用いて、トルク指令から電動機速度までの周波数特性である。他方の周波数特性とは、前述した周波数特性に対して、経年変化を考慮した周波数特性である。
【００３３】
よって、フルクローズド制御が行われる電動機の制御装置において、経年変化により、制御対象に特性の変化が生じても、電動機を安定して駆動できる、制御パラメータの調整ができる。制御対象は、電動機および電動機に取り付けられた負荷等である。
【００３４】
つまり、従来の電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法、および、この制御パラメータの調整方法が用いられる電動機の制御装置には、つぎの改善すべき点があった。
【００３５】
すなわち、従来の電動機の制御装置は、電動機が有する可動子の動作位置を検出して、検出した電動機が有する可動子の動作位置に基いて、電動機を制御する、いわゆるセミクローズド制御を行なっていた。つまり、従来の電動機の制御装置は、セミクローズド制御を行うための制御パラメータを調整する構成を有していた。よって、本構成は、電動機に取り付けられた負荷側の位置を制御する、いわゆるフルクローズド制御を行う制御装置には適用できない。
【００３６】
また、従来の電動機の制御装置は、制御パラメータを調整する際、駆動系の周波数特性を用いる。従来の制御パラメータを調整する方法では、周波数特性を算出する時点における電動機の測定結果が用いられる。換言すれば、従来の制御パラメータを調整する方法は、電動機の制御装置に経年変化が生じた状態まで、制御の安定性を満たすような、制御パラメータの調整はできない。つまり、従来の電動機の制御装置は、電動機の制御装置に経年変化が生じると、制御が不安定になる虞がある。この場合、従来の電動機の制御装置は、再調整を行う必要がある。
【００３７】
そこで、本発明の実施の形態における電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法は、フルクローズド制御が行われる制御装置に適用できる。
【００３８】
また、電動機の制御装置の制御対象には、経年変化により、特性に変化が生じることがある。このような場合でも、本発明の実施の形態における電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法を適用すれば、電動機の制御装置は、経年変化が生じた特性を有する電動機を、安定して駆動できる。
【００３９】
同様に、本発明の実施の形態における制御パラメータの調整方法が用いられる電動機の制御装置は、フルクローズド制御を行うことができる。上述したように、本発明の実施の形態における制御パラメータの調整方法が用いられる電動機の制御装置は、経年変化が生じた特性を有する電動機を、安定して駆動できる。
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００４１】
なお、後述する説明において、フィードバック回路が安定するとは、つぎの状態をいう。すなわち、閉じられた制御ループにおいて、指令値に対してフィードバックされたフィードバック値が、指令値に収束する状態をいう。
【００４２】
一方、フィードバック回路が安定しない状態、つまり、フィードバック回路が不安定な状態とは、つぎの状態をいう。すなわち、閉じられた制御ループにおいて、指令値に対してフィードバックされたフィードバック値が、振動し、かつ、振動の振幅が増加し続ける状態をいう。
【００４３】
一般的に、フィードバック回路が、安定している状態か、不安定な状態かは、フィードバック回路の周波数特性を検出することで判断できる。
【００４４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電動機の制御装置を示す構成図である。図２は、本発明の実施の形態１における電動機の制御装置を示すブロック図である。図３は、本発明の実施の形態１における電動機の制御装置を示す他のブロック図である。図４は、本発明の実施の形態１における電動機の制御装置における制御を示すフローチャートである。
【００４５】
以下の説明において、本発明の実施の形態１における電動機の制御装置を例示して、この電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法を説明する。
【００４６】
図１に示すように、本発明の実施の形態１における電動機の制御装置３０は、第１の位置制御器である位置制御器６と、速度制御器７と、トルク制御器９と、トルク指令作成器１０と、を備える。
【００４７】
位置制御器６は、電動機の制御装置３０の外部から送信される位置指令θｒと、電動機１に結合された負荷２の検出位置である負荷位置θＬと、が一致するように、速度指令ｖｒを生成する。
【００４８】
速度制御器７は、速度指令ｖｒと、電動機の検出速度である電動機速度ｖｍと、が一致するように、トルク指令τｒを生成する。
【００４９】
トルク制御器９は、トルク指令τｒに基いて、電動機１を駆動する。
【００５０】
トルク指令作成器１０は、複数の周波数成分が含まれる調整用トルク指令τｒ３を出力する。
【００５１】
本発明の実施の形態１における電動機の制御装置３０には、速度フィードバック回路４０と、第１の位置フィードバック回路である位置フィードバック回路４１と、が形成される。
【００５２】
速度フィードバック回路４０は、速度制御器７と、トルク制御器９と、を含む。速度フィードバック回路４０は、速度制御器７に入力される、速度指令ｖｒと電動機の検出速度である電動機速度ｖｍから、速度制御器７に再び入力される電動機速度ｖｍを得る、制御ループである。
【００５３】
位置フィードバック回路４１は、位置制御器６と、速度フィードバック回路４０と、を含む。位置フィードバック回路４１は、位置制御器６に入力される、位置指令θｒと電動機１に結合された負荷２の検出位置である負荷位置θＬから、位置制御器６に再び入力される電動機に結合された負荷の検出位置である負荷位置θＬを得る、制御ループである。
【００５４】
図４に示すように、上述した電動機の制御装置３０に用いられる、本発明の実施の形態における制御パラメータの調整方法は、第１の周波数特性の算出ステップ（ステップ１）と、現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップ（ステップ２）と、現在の機械系特性定数の算出ステップ（ステップ３）と、現在の比例ゲイン範囲の算出ステップ（ステップ４）と、経年後の特性の算出ステップ（ステップ５）と、経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップ（ステップ６）と、経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップ（ステップ７）と、比例ゲインの選択ステップ（ステップ８）と、を備える。
【００５５】
図１、図３、図４に示すように、第１の周波数特性の算出ステップ（ステップ１）は、トルク指令作成器１０から出力された調整用トルク指令τｒ３と、調整用トルク指令τｒ３に基いて電動機１を駆動したときに検出される電動機の検出速度である電動機速度ｖｍと、を用いる。第１の周波数特性の算出ステップ（ステップ１）は、調整用トルク指令τｒ３から電動機の検出速度である電動機速度ｖｍまでの周波数特性である現在負荷周波数特性を算出する。
【００５６】
現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップ（ステップ２）は、速度制御器７で用いられる制御パラメータである速度比例ゲインＫｖと、現在負荷周波数特性と、を用いる。現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップ（ステップ２）は、速度フィードバック回路４０が安定となる現在の速度比例ゲインの範囲を算出する。
【００５７】
なお、本実施の形態１において、速度フィードバック回路４０が安定する状態とは、以下の状態をいう。すなわち、指令値である速度指令ｖｒに対して、フィードバックされた値である電動機速度ｖｍが追従して、収束する状態をいう。
【００５８】
現在の機械系特性定数の算出ステップ（ステップ３）は、現在負荷周波数特性を用いる。現在の機械系特性定数の算出ステップ（ステップ３）は、電動機１と負荷２とを含む機械系２０の特性を示す現在機械系特性定数を算出する。
【００５９】
現在の比例ゲイン範囲の算出ステップ（ステップ４）は、速度比例ゲインＫｖと、位置制御器６で用いられる制御パラメータである位置比例ゲインＫｐと、現在負荷周波数特性と、現在機械系特性定数と、を用いる。現在の比例ゲイン範囲の算出ステップ（ステップ４）は、位置フィードバック回路４１が安定となる、現在の速度比例ゲインと現在の位置比例ゲインとの組合せの範囲、を算出する。
【００６０】
なお、本実施の形態１において、位置フィードバック回路４１が安定する状態とは、以下の状態をいう。すなわち、指令値である位置指令θｒに対して、フィードバックされた値である負荷位置θＬが追従して、収束する状態をいう。
【００６１】
経年後の特性の算出ステップ（ステップ５）は、現在負荷周波数特性と、電動機の制御装置３０の外部から送信される経年変化情報と、に基いて、経年負荷周波数特性と、経年機械系特性定数と、を算出する。経年負荷周波数特性とは、経年変化が生じた後の負荷周波数特性である。経年機械系特性定数とは、経年変化が生じた後の機械系特性定数である。
【００６２】
経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップ（ステップ６）は、速度比例ゲインＫｖと、経年負荷周波数特性と、を用いる。経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップ（ステップ６）は、速度フィードバック回路４０が安定となる、経年後の速度比例ゲインの範囲を算出する。
【００６３】
経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップ（ステップ７）は、速度比例ゲインＫｖと、位置比例ゲインＫｐと、経年負荷周波数特性と、経年機械系特性定数と、を用いる。経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップ（ステップ７）は、位置フィードバック回路４１が安定となる、経年後の速度比例ゲインと経年後の位置比例ゲインとの組合せの範囲、を算出する。
【００６４】
比例ゲインの選択ステップ（ステップ８）は、現在の速度比例ゲインの範囲と、現在の速度比例ゲインと現在の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、経年後の速度比例ゲインの範囲と、経年後の速度比例ゲインと経年後の位置比例ゲインとの組合せの範囲と、から、全ての範囲を満たす、速度比例ゲイン値および位置比例ゲイン値を選択する。
【００６５】
現在の速度比例ゲインの範囲は、現在の速度比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出される。現在の速度比例ゲインと現在の位置比例ゲインとの組合せの範囲は、現在の比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出される。経年後の速度比例ゲインの範囲は、経年後の速度比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出される。経年後の速度比例ゲインと経年後の位置比例ゲインとの組合せの範囲は、経年後の比例ゲイン範囲の算出ステップにより算出される。
【００６６】
特に、顕著な作用効果を奏するものは、以下のとおりである。
【００６７】
すなわち、本実施の形態１における電動機の制御装置３０において、速度フィードバック回路４０は、電動機１と、電動機位置検出器３と、速度算出器５と、をさらに有する。
【００６８】
電動機位置検出器３は、電動機１の検出位置である電動機位置θｍを検出し、検出した電動機位置θｍを出力する。速度算出器５は、電動機位置検出器３から出力された電動機位置θｍに基いて、電動機の検出速度である電動機速度ｖｍを算出する。
【００６９】
また、第１の位置フィードバック回路である位置フィードバック回路４１は、負荷２と、負荷位置検出器４と、をさらに有する。
【００７０】
負荷位置検出器４は、負荷２の検出位置である負荷位置θＬを検出し、検出した負荷位置θＬを出力する。
【００７１】
また、比例ゲインの選択ステップ（ステップ８）は、最も大きな速度比例ゲインを得るように、速度比例ゲイン値および位置比例ゲイン値を選択すればよい。
【００７２】
さらに、図面を用いて、詳細に説明する。
【００７３】
図１に示すように、本実施の形態１が用いられる装置は、電動機の制御装置３０と、この電動機の制御装置３０に駆動される機械系２０と、を備える。なお、以下の説明において、電動機の制御装置３０は、単に制御装置３０ともいう。
【００７４】
まず、駆動される機械系２０は、電動機１と、負荷２と、電動機位置検出器３と、負荷位置検出器４と、含む。さらに、機械系２０は、各部の連結部を含む。各部の連結部には、電動機１と負荷２との間に位置する連結部と、電動機１と電動機位置検出器３との間に位置する連結部と、負荷２と負荷位置検出器４との間に位置する連結部と、がある。
【００７５】
機械系２０において、電動機１には、負荷２が接続される。電動機１に接続された負荷２は、電動機１によって駆動される。電動機位置検出器３は、電動機１に接続される。電動機位置検出器３は、電動機１の位置情報である、電動機位置θmを出力する。負荷位置検出器４は、負過２に接続される。負荷位置検出器４は、負荷２の位置情報である、負荷位置θＬを出力する。
【００７６】
ここで、例えば、負荷２には、ボールスクリューやベルトで連結されたテーブル等の構成要素が動く装置がある。例えば、電動機位置検出器３には、光学式エンコーダやレゾルバなどの回転角度を検出するセンサが用いられる。例えば、負荷位置検出器４には、直動変化量を測定するリニアスケールなどのセンサが用いられる。
【００７７】
制御装置３０は、後述するように、電動機１を駆動する信号を出力する。制御装置３０には、電動機位置検出器３の出力である電動機位置θｍが、速度算出器５に入力される。制御装置３０において、速度算出器５は、入力された電動機位置θｍに基いて、電動機１の速度である電動機速度ｖｍを算出する。速度算出器５は、算出した電動機速度ｖｍを出力する。
【００７８】
本実施の形態１において、後述する、速度フィードバック回路４０は、速度制御器７と、トルク制御器９と、電動機１と、電動機位置検出器３と、速度算出器５と、で形成される。同様に、位置フィードバック回路４１は、位置制御器６と、速度フィードバック回路４０と、負荷２と、負荷位置検出器４と、で形成される。
【００７９】
つぎに、本実施の形態１における制御装置３０が、電動機１を駆動して、負荷２に対する位置制御を行う動作について説明する。
【００８０】
負荷２に対する位置制御を行う際、図１に示されたスイッチ８は、ａ側の端子に切り替えられる。
【００８１】
制御装置３０には、制御装置３０の外部から、位置指令θｒが入力される。制御装置３０の外部には、位置指令θｒを生成する上位コントローラなどがある。
【００８２】
位置制御器６には、位置指令θｒと、負荷位置検出器４から出力された負荷位置θＬと、の差分が入力される。位置制御器６は、位置指令θｒと負荷位置θＬとが一致するよう、速度指令ｖｒを算出する。位置制御器６は、算出した速度指令ｖｒを出力する。例えば、位置制御器６は、次の（数１）に示す比例演算を行う。
【００８３】
なお、（数１）において、Ｋｐは、位置比例ゲインを表している。
【００８４】
【数１】
0005970662.tif 000002
【００８５】
速度制御器７には、速度指令ｖｒと電動機速度ｖｍとの差分が入力される。速度制御器７は、速度指令ｖｒと電動機速度ｖｍとが一致するよう、トルク指令τｒを算出する。速度制御器７は、算出したトルク指令τｒを出力する。例えば、速度制御器７は、次の（数２）に示す比例演算を行う。
【００８６】
なお、（数２）において、Ｋｖは、速度比例ゲインを表している。
【００８７】
【数２】
0005970662.tif 000003
【００８８】
トルク制御器９は、入力されたトルク指令τrを電流指令に変換する。トルク制御器９は、電流指令と、電動機１に流される電流と、が一致するよう、電流制御を行う。トルク制御器９は、電流制御を行うことにより、電動機１を駆動する。
【００８９】
図２において、Ｊｍは、電動機１のイナーシャを表している。同様に、ＪＬは、負荷２のイナーシャを表している。Ｋｓは、電動機１と負荷２との間のバネ係数を表している。Ｄｓは、電動機１と負荷２との間の粘性係数を表している。Ｄ（ｓ）は、制御系の遅れ要素に関する伝達関数を表している。
【００９０】
また、τｍは、電動機１に掛かるトルクを表している。τＬは、負荷２に掛かるトルクを表している。ｖＬは、負荷２の速度である負荷速度を表している。τｉｎは、制御装置３０から供給される電力で、電動機１が発生するトルクを表している。ｓは、ラプラス演算子である。
【００９１】
図２に示されたブロック図に基いて、運動方程式が導き出される。導き出された運動方程式を計算すれば、電動機１が発生するトルクτｉｎに対する電動機速度ｖｍの伝達関数が算出できる。電動機１が発生するトルクτｉｎに対する電動機速度ｖｍの伝達関数は、次の（数３）で表される。
【００９２】
【数３】
0005970662.tif 000004
【００９３】
一方、電動機１と負荷２との間に位置する連結部は、バネ係数Ｋｓと粘性係数Ｄｓを有する。バネ係数Ｋｓは、連結部を介して連結される、電動機１と負荷２との間に生じるねじれに対する反発力の度合いを示す係数である。粘性係数Ｄｓは、電動機１の速度に比例した抵抗力の度合いを示す係数である。例えば、抵抗力には、摩擦がある。
【００９４】
よって、この機械系２０は、共振角周波数ωｐと、反共振角周波数ωｚと、を持つ２慣性系と考えることができる。２慣性系における共振減衰係数をζｐ、反共振減衰係数をζｚとする。このとき、電動機１が発生するトルクτｉｎに対する電動機速度ｖｍの伝達関数は、次の（数４）でも表される。
【００９５】
【数４】
0005970662.tif 000005
【００９６】
また、図２に示された制御ブロック図に基いて、運動方程式が導き出される。導き出された運動方程式を計算すれば、電動機１が発生するトルクτｉｎに対する負荷速度ｖＬの伝達関数が算出できる。電動機１が発生するトルクτｉｎに対する負荷速度ｖＬの伝達関数は、次の（数５）で表される。
【００９７】
【数５】
0005970662.tif 000006
【００９８】
上述した、（数３）と（数５）とを用いて、電動機速度ｖｍに対する負荷速度ｖＬの伝達関数が導き出される。導き出された、電動機速度ｖｍに対する負荷速度ｖＬの伝達関数は、次の（数６）で表される。
【００９９】
【数６】
0005970662.tif 000007
【０１００】
上述した、（数３）および（数６）を用いれば、図２に示したブロック図は、図３に示されたブロック図に変換することができる。
【０１０１】
図３において、Ｌ１（ｓ）は、電動機１が発生するトルクτｉｎに対する電動機速度ｖｍの伝達関数となる。図３に示されるＬ１（ｓ）は、上述した（数３）と等しい。また、図３において、Ｌ２（ｓ）は、電動機速度ｖｍに対する負荷速度ｖＬの伝達関数となる。図３に示されるＬ２（ｓ）は、上述した（数６）と等しい。
【０１０２】
位置比例ゲインＫｐと、速度比例ゲインＫｖとは、図１で示された制御装置３０に用いられる制御パラメータである。よって、位置比例ゲインＫｐと、速度比例ゲインＫｖとの調整は、図３に示されたブロック図から導き出される伝達関数を用いて算出される、周波数特性の安定性を確認することで実施できる。
【０１０３】
つぎに、制御装置３０に用いられる制御パラメータである、位置比例ゲインＫｐと速度比例ゲインＫｖの調整について、図４に示されたフローチャートを用いて説明する。なお、図４に示したフローチャートは、全て、制御パラメータ調整部１１で実施できる。
【０１０４】
制御パラメータの調整を行う際、図１に示されたスイッチ８は、ｂ側の端子に切り替えられる。このとき、例えば、周波数特性を測定するためのトルク指令作成器１０からトルク制御器９に対して、調整用トルク指令τｒ３が出力される。調整用トルク指令τｒ３には、Ｍ系列信号など、複数の周波数成分が含まれる。電動機１は、調整用トルク指令τｒ３に基いて駆動される。
【０１０５】
このとき、図４に示すように、調整用トルク指令τｒ３と電動機速度ｖｍとは、制御パラメータ調整部１１によってサンプリングされる。制御パラメータ調整部１１では、調整用トルク指令τｒ３から電動機速度ｖｍまでの周波数特性が算出される（ステップ１）。以下、算出された周波数特性を、「負荷周波数特性」という。この負荷周波数特性は、現在負荷周波数特性を示している。
【０１０６】
負荷周波数特性は、つぎの手順で算出できる。例えば、サンプリングされた、調整用トルク指令τｒ３および電動機速度ｖｍには、それぞれフーリエ変換が施される。電動機速度ｖｍにフーリエ変換を施した結果、ゲイン特性及び位相特性が算出される。同様に、調整用トルク指令τｒ３にフーリエ変換を施した結果、ゲイン特性及び位相特性が算出される。負荷周波数特性は、電動機速度ｖｍに基いて算出された、ゲイン特性および位相特性から、調整用トルク指令τｒ３に基いて算出された、ゲイン特性および位相特性を減ずることで導き出される。導き出された負荷周波数特性は、図３に示される、Ｄ（ｓ）・Ｌ１（ｓ）である。
【０１０７】
次に、速度比例ゲインＫｖを変化させて、図３に示す、速度フィードバック回路４０が安定となるように、速度比例ゲインＫｖの範囲が算出される（ステップ２）。算出された速度比例ゲインＫｖの範囲は、現在の速度比例ゲインＫｖの範囲を示している。
【０１０８】
速度比例ゲインＫｖとは、図１に示される速度制御器７の制御パラメータである。図３において、速度フィードバック回路４０は、点線で囲われている。
【０１０９】
例えば、点線で囲われた速度フィードバック回路４０において、Ｄ（ｓ）・Ｌ１（ｓ）は、ステップ１で負荷周波数特性が求められる。求められた負荷周波数特性に対して速度比例ゲインＫｖを乗ずれば、速度フィードバック回路４０における開ループ周波数特性が算出できる。速度フィードバック回路４０が安定となる速度比例ゲインＫｖの範囲は、特許文献１に記載された開ループの安定性判断の手法などを用いれば算出できる。
【０１１０】
次に、負荷周波数特性を用いることで、機械系の特性を表す機械系特性定数が算出される（ステップ３）。算出された機械系特性定数は、現在機械系特性定数を示している。
【０１１１】
例えば、機械系特性定数には、共振角周波数と、反共振角周波数と、共振減衰定数と、反共振減衰定数などがある。機械系特性定数は、一例として、つぎの手順で算出できる。すなわち、負荷周波数特性から既知の遅れ要素Ｄ（ｓ）の特性が減じられると、電動機１が発生するトルクτｉｎに対する電動機速度ｖｍの伝達関数Ｌ１（ｓ）の特性が求められる。機械系特性定数は、求められた電動機速度ｖｍの伝達関数Ｌ１（ｓ）の特性に対して、最小２乗法などを用いることで算出される。
【０１１２】
次に、速度比例ゲインＫｖと位置比例ゲインＫｐとを変化させることで、位置フィードバック回路４１が安定となる、速度比例ゲインＫｖと位置比例ゲインＫｐとの組合せの範囲が算出される（ステップ４）。算出された速度比例ゲインＫｖと位置比例ゲインＫｐとの組合せの範囲は、現在の速度比例ゲインＫｖと現在の位置比例ゲインＫｐとの組合せの範囲を示している。
【０１１３】
速度比例ゲインＫｖは、速度制御器７の制御パラメータである。位置比例ゲインＫｐは、位置制御器６の制御パラメータである。
【０１１４】
図３において、位置フィードバック回路４１は、制御ブロック全体である。
【０１１５】
上述したように、例えば、速度フィードバック回路４０の周波数特性は、速度比例ゲインＫｖが与えられると、ステップ２に示した手法を用いて算出できる。
【０１１６】
また、ステップ３で求められた機械系特性定数を用いれば、電動機速度ｖｍに対する負荷速度ｖＬの伝達関数Ｌ２（ｓ）が、求められる。機械系特性定数には、共振角周波数ωｐと、反共振角周波数ωｚと、共振減衰係数ζｐと、反共振減衰係数ζｚなどがある。
【０１１７】
ここで、位置フィードバック回路４１の開ループ周波数特性は、位置比例ゲインＫｐと、速度フィードバック回路４０の周波数特性と、伝達関数Ｌ２（ｓ）とを連結させることで、算出できる。位置フィードバック回路４１が安定となる、速度比例ゲインＫｖと位置比例ゲインＫｐとの組合せの範囲は、上述した開ループの安定性判断の手法などを用いることで、算出できる。
【０１１８】
次に、経年変化が生じたときにおける、安定したゲインを算出するステップを説明する。
【０１１９】
図１に示される制御装置３０に経年変化が生じると、機械系が有する要素の剛性が低下したり、機械系が有する要素の摩擦量が変化したりする。経年変化が生じた場合、伝達関数として、後述する値の変化が考えられる。すなわち、共振角周波数ωｐや反共振角周波数ωｚは、低下する。共振減衰係数ζｐと、反共振減衰係数ζｚとは、つぎのように変化する。
【０１２０】
すなわち、摩擦が増加する場合、共振減衰係数ζｐと、反共振減衰係数ζｚとは、大きくなる。逆に、摩擦が減少する場合、共振減衰係数ζｐと、反共振減衰係数ζｚとは、小さくなる。
【０１２１】
従って、機械系が有する要素について、経年変化によって、共振角周波数ωｐと、反共振角周波数ωｚと、共振減衰係数ζｐと、反共振減衰係数ζｚとが、どの程度変化するかを予め調べることで、経年変化が生じた後の負荷周波数特性や、経年変化が生じた後の電動機速度ｖｍに対する負荷速度ｖＬの伝達関数Ｌ２（ｓ）が求められる。
【０１２２】
経年変化が生じた後の負荷周波数特性や、経年変化が生じた後の電動機速度ｖｍに対する負荷速度ｖＬの伝達関数Ｌ２（ｓ）は、予め調べられた、共振角周波数ωｐと、反共振角周波数ωｚと、共振減衰係数ζｐと、反共振減衰係数ζｚとを、（数４）や、（数６）に代入すれば、算出できる。
【０１２３】
経年変化が生じたときにおける、安定したゲイン範囲を算出するステップは、上述したように、経年変化が生じた後の負荷周波数特性や、経年変化が生じた後の電動機速度ｖｍに対する負荷速度ｖＬの伝達関数Ｌ２（ｓ）を求めることから始められる（ステップ５）。経年変化が生じた後の負荷周波数特性は、経年負荷周波数特性を示している。
【０１２４】
経年変化が生じた後の負荷周波数特性や、経年変化が生じた後の電動機速度ｖｍに対する負荷速度ｖＬの伝達関数Ｌ２（ｓ）を求める際、予め調べられた、共振角周波数ωｐと、反共振角周波数ωｚと、共振減衰係数ζｐと、反共振減衰係数ζｚとが、どの程度変化するのか、という情報が用いられる。
【０１２５】
次に、ステップ２、ステップ４と同様、ステップ５で算出された、負荷周波数特性および伝達関数Ｌ２（ｓ）を用いて、速度比例ゲインＫｖの範囲と位置比例ゲインＫｐとの組合せの範囲が算出される。速度比例ゲインＫｖとは、安定となる速度制御器７の制御パラメータである。位置比例ゲインＫｐとは、位置制御器６の制御パラメータである（ステップ６、ステップ７）。算出された速度比例ゲインＫｖの範囲と位置比例ゲインＫｐとの組合せの範囲は、経年後の速度比例ゲインＫｖの範囲と経年後の位置比例ゲインＫｐとの組合せの範囲を示している。
【０１２６】
最後に、ステップ２と、ステップ４と、ステップ６と、ステップ７と、から算出された、各々の速度比例ゲインＫｖの範囲、および、各々の速度比例ゲインＫｖと位置比例ゲインＫｐとの組合せの範囲に基づいて、全ての条件を満たす、速度比例ゲインＫｖの範囲および位置比例ゲインＫｐの範囲から、各々のゲイン値が選択される（ステップ８）。
【０１２７】
例えば、選択の方法として、速度比例ゲインＫｖが、最も大きくなるときのゲイン値が選択できる。よって、フルクローズド制御が行われる、電動機の制御装置において、経年変化が生じても、安定した駆動が可能となる制御パラメータが調整できる。
【０１２８】
（実施の形態２）
本発明を実現する他の実施の形態について説明する。
【０１２９】
なお、後述する本実施の形態２の説明において、上述した実施の形態１に示した構成と同一のものについては、同じ符号を付して、説明を援用する。
【０１３０】
図５は、本発明の実施の形態２における電動機の制御装置を示す構成図である。図６は、本発明の実施の形態２における電動機の制御装置を示すブロック図である。図７は、本発明の実施の形態２における電動機の制御装置を示す他のブロック図である。
【０１３１】
本実施の形態２における電動機の制御装置３０ａと、上述した実施の形態１における電動機の制御装置３０との構成上の違いは、以下のとおりである。
【０１３２】
つまり、図５に示すように、本発明の実施の形態２における電動機の制御装置３０ａは、第２の位置制御器である位置制御器６ａと、速度制御器７と、トルク制御器９と、トルク指令作成器１０と、を備える。
【０１３３】
位置制御器６ａは、電動機の制御装置３０ａの外部から送信される位置指令θｒと、電動機１の検出位置である負荷位置θｍと、が一致するように、速度指令ｖｒを生成する。
【０１３４】
速度制御器７は、速度指令ｖｒと、電動機の検出速度である電動機速度ｖｍと、が一致するように、トルク指令τｒを生成する。
【０１３５】
トルク制御器９は、トルク指令τｒに基いて、電動機１を駆動する。
【０１３６】
トルク指令作成器１０は、複数の周波数成分が含まれる調整用トルク指令τｒ３を出力する。
【０１３７】
本発明の実施の形態２における電動機の制御装置３０ａには、速度フィードバック回路４０と、第２の位置フィードバック回路である位置フィードバック回路４１ａと、が形成される。
【０１３８】
速度フィードバック回路４０は、速度制御器７と、トルク制御器９と、を含む。速度フィードバック回路４０は、速度制御器７に入力される、速度指令ｖｒと電動機の検出速度である電動機速度ｖｍから、速度制御器７に再び入力される電動機速度ｖｍを得る、制御ループである。
【０１３９】
本実施の形態２において、速度フィードバック回路４０は、速度制御器７と、トルク制御器９と、電動機１と、電動機位置検出器３と、速度算出器５と、を有する。
【０１４０】
位置フィードバック回路４１ａは、位置制御器６ａと、速度フィードバック回路４０と、を含む。位置フィードバック回路４１ａは、位置制御器６ａに入力される、位置指令θｒと電動機１の検出位置である負荷位置θＬから、位置制御器６ａに再び入力される電動機の検出位置である負荷位置θＬを得る、制御ループである。
【０１４１】
本実施の形態２において、位置フィードバック回路４１ａは、位置制御器６ａと、速度フィードバック回路４０と、を有する。
【０１４２】
また、本実施の形態２において、位置フィードバック回路４１ａが安定する状態とは、以下の状態をいう。すなわち、指令値である位置指令θｒに対して、フィードバックされた値である電動機位置θｍが追従して、収束する状態をいう。
【０１４３】
すなわち、上述した実施の形態１では、フルクローズド制御が行われる電動機の制御装置に対する制御パラメータの調整方法を説明した。この制御パラメータの調整方法によれば、経年変化が生じても、電動機を安定して駆動できる。
【０１４４】
本発明の実施の形態２における電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法は、セミクローズド制御が行われる電動機の制御装置にも利用できる。
【０１４５】
さらに、図面を用いて、詳細に説明する。
【０１４６】
図５に示すように、本実施の形態２が用いられる装置は、電動機の制御装置３０ａと、この電動機の制御装置３０ａに駆動される機械系２０ａと、を備える。なお、以下の説明において、電動機の制御装置３０ａは、単に制御装置３０ａともいう。
【０１４７】
上述した実施の形態１と本実施の形態２との大きな違いは、制御対象である機械系が異なる。本実施の形態２における機械系２０ａは、セミクローズド制御が行われる電動機１を有する。
【０１４８】
図５〜図７、および、援用する図４に示すように、本実施の形態２における制御装置３０ａは、実施の形態１で用いた負荷位置θＬに代えて、電動機位置θｍを用いて、制御パラメータが調整できる。
【０１４９】
よって、本実施の形態２における制御パラメータの調整方法を用いれば、セミクローズド制御が行われる、電動機の制御装置において、経年変化が生じても、安定した駆動が可能となる制御パラメータが調整できる。
【０１５０】
（実施の形態３）
さらに、本発明を実現する他の実施の形態について説明する。
【０１５１】
なお、後述する本実施の形態３の説明において、上述した実施の形態１、２に示した構成と同一のものについては、同じ符号を付して、説明を援用する。
【０１５２】
図８は、本発明の実施の形態３における電動機の制御装置における制御を示すフローチャートである。
【０１５３】
本実施の形態３における電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法と、上述した実施の形態１、２における電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法との方法上の違いは、以下のとおりである。
【０１５４】
つまり、図８に示すように、本発明の実施の形態３における電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法は、第２の周波数特性の算出ステップ（ステップ１ａ）において、調整用トルク指令から電動機の検出速度までの周波数特性である現在負荷周波数特性を取得する。
【０１５５】
すなわち、上述した本実施の形態１におけるフローチャートにおいて、ステップ１では、つぎの処理が行われることを説明した。
【０１５６】
まず、調整用トルク指令τｒ３と電動機速度ｖｍとが、制御パラメータ調整部１１によって、サンプリングされる。制御パラメータ調整部１１では、サンプリングされた、調整用トルク指令τｒ３と電動機速度ｖｍにフーリエ変換が施されて、負荷周波数特性が算出される。
【０１５７】
後述する本実施の形態３における制御パラメータの調整方法によれば、ステップ１に替えて、つぎの対応ができる。
【０１５８】
すなわち、図８に示すように、制御パラメータ調整部１１には、フーリエ変換後のデータが入力されて、負荷周波数特性が取得される。取得された負荷周波数特性を用いて、ステップ２以降の演算が行われる。
【０１５９】
あるいは、予め計算された負荷周波数特性が、ステップ２以降の演算に用いられる（ステップ１ａ）。
【０１６０】
本実施の形態３における制御パラメータの調整方法は、実施の形態１の説明で示したフルクローズド制御が行われる電動機の制御装置、および、実施の形態２の説明で示したセミクローズド制御が行われる電動機の制御装置の双方に利用できる。
【０１６１】
また、ステップ８に示した、選択の方法として、速度比例ゲインＫｖが、最も大きくなるときのゲイン値が選択できる。よって、フルクローズド制御が行われる電動機の制御装置、および、セミクローズド制御が行われる電動機の制御装置の双方において、経年変化が生じても、安定した駆動が可能となる制御パラメータが調整できる。
【０１６２】
なお、上述した各実施の形態におけるステップ８において、速度比例ゲインＫｖが、最も大きくなるときのゲイン値が選択できる、と説明した。しかしながら、安定したゲイン値が選択できれば、速度比例ゲインＫｖは、この値に限定されず、ユーザが選択する他の値でもよい。
【０１６３】
また、本実施の形態１の説明において、機械系が２慣性系の場合を例示して説明した。本発明は、機械系が３慣性系などの多慣性系の場合にも適用できる。本発明は、機械系が３慣性系などの多慣性系の場合でも、同様の効果を得ることができる。
【０１６４】
また、本実施の形態１における、ステップ２、ステップ４、ステップ６およびステップ７において、特許文献１に記載された、開ループの安定性を判断する手法などを用いて、速度フィードバック回路が安定となるゲインを算出すると、説明した。
【０１６５】
なお、開ループの安定性を判断する手法として、特許文献１に記載された開ループの安定性を判断する手法を用いた。その他の手法として、例えば、つぎの手法がある。すなわち、フィードバック回路が有する閉ループの周波数特性を計算する。計算された閉ループの周波数特性のゲインピークが、予め定められた値以下となるとき、安定と判断する手法でもよい。
【０１６６】
以上の説明から明らかなように、本発明の実施の形態によれば、電動機の制御装置で用いられる制御パラメータを抽出するために、２つの運転状態から、速度比例ゲインと位置比例ゲインとを得る。一方の運転状態とは、現在の機械系の運転状態である。他方の運転状態とは、経年変化が生じた後に想定される機械系の運転状態である。
【０１６７】
本発明の実施の形態における制御パラメータの抽出方法は、フルクローズド制御が行われる電動機の制御装置、および、セミクローズド制御が行われる電動機の制御装置の双方に利用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
本発明の電動機の制御装置に用いられる制御パラメータの調整方法は、フルクローズド制御が行われる電動機の制御装置、および、セミクローズド制御が行われる電動機の制御装置において、経年変化が生じるような制御装置の制御パラメータを調整する際に有用である。
【符号の説明】
【０１６９】
１，１０１    電動機
２，１０２    負荷
３，１０３    電動機位置検出器
４    負荷位置検出器
５，１０６    速度算出器
６，６ａ，１０７    位置制御器（第１の位置制御器、第２の位置制御器）
７，１０８    速度制御器
８，１０９    スイッチ
９，１１１    トルク制御器
１０，１１２    トルク指令作成器
１１，１１５    制御パラメータ調整部
２０，２０ａ，１０４    機械系
３０，３０ａ，１５１    制御装置（電動機の制御装置）
４０    速度フィードバック回路
４１，４１ａ    位置フィードバック回路（第１の位置フィードバック回路、第２の位置フィードバック回路）
１１０    フィルタ部
【図１】
0005970662.tif 000008
【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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