(57)【要約】【課題】  ＣＰＵの演算処理負荷を大きくすることなく、オートチューニングで振動を抑制することが出来るモータシステムを提供する。【解決手段】  モータシステム１における速度ループゲインｍ１は、モータ３に動作対象物２が繋がっていないときにおけるゲインＫ０の、モータ３に動作対象物２が繋がったときにおけるゲインＫに対するイナーシャ比Ｇｒ（＝Ｋ０／Ｋ）を第１ゲイン変換手段１５によって算出し、さらに、イナーシャ比Ｇｒに対する任意のパラメータ定数Ｒｉの比（＝Ｒｉ／Ｇｒ）を求めることで、簡単に算出される。モータ制御装置４にはｍ１とｍ０、ｑ０、ｑ１との関係が、ｍ１の低下に応じてｍ０、ｑ０、ｑ１も低下するように対応付けられた第３テーブルが記憶されている。第２ゲイン変換手段１６は、第１ゲイン変換手段１５が算出した速度ループゲインｍ１からｍ０、ｑ０、ｑ１への変換を第３テーブルを参照して行う。【選択図】  図５
2018014806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作対象物を動作させるモータと、前記モータの回転をフィードバック制御するモータ制御装置とを備えるモータシステムにおいて、
前記モータの回転速度指令を入力すると共に前記モータの回転位置をフィードバック制御して回転速度を出力する、速度ループゲインを因子に含む伝達関数を構成する閉ループ系と、
前記動作対象物および前記モータのイナーシャを検出するイナーシャ検出手段と、
前記モータに電力を供給するアンプの固定ゲインと前記モータのトルク定数とを含む固定値を前記動作対象物および前記モータのイナーシャで割った値であるゲインＫをモータ位置伝達要素への入力とモータ位置伝達要素からの出力とに基づいて同定する適応同定手段と、
前記モータに電力を供給するアンプの固定ゲインと前記モータのトルク定数とを含む固定値を前記モータのイナーシャで割った値であるゲインＫ０の前記ゲインＫに対するイナーシャ比Ｇｒを算出し、算出した前記イナーシャ比Ｇｒを用いた、前記イナーシャ比Ｇｒを因子とする所定の関数値に対する任意のパラメータ定数Ｒｉの比から前記速度ループゲインを算出する算出手段とを備え、
前記算出手段で算出された前記速度ループゲインによって前記伝達関数を補正する
ことを特徴とするモータシステム。
【請求項２】
前記閉ループ系は、前記速度ループゲインおよび位置ループゲインを因子に含む伝達関数を構成し、前記回転速度指令に代えて前記モータの回転位置指令を入力すると共に前記モータの回転位置をフィードバック制御して回転位置を出力し、
前記算出手段は、前記速度ループゲインと一定の関係を有する値を前記位置ループゲインの値として算出し、
前記算出手段で算出された前記速度ループゲインおよび前記位置ループゲインによって前記伝達関数を補正する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータシステム。
【請求項３】
前記閉ループ系は、第１比例ゲイン伝達要素、前記モータの回転速度指令が入力される第１の加え合わせ点、積分フィルタ伝達要素、モータゲイン伝達要素およびモータ位置伝達要素を有する前向き経路、並びに、前記モータの回転位置を微分フィルタ伝達要素を介して前記第１の加え合わせ点に負帰還する第１帰還経路を有し、
前記動作対象物および前記モータの速度を制御する希望特性を有する希望伝達関数は、前記速度ループゲインをｍ１、ラプラス演算子をｓとすると、演算式ｍ１／（ｓ＋ｍ１）で規定され、
前記適応同定手段によって前記モータ位置伝達要素への入力と前記モータ位置伝達要素からの出力とに基づいて同定される、前記動作対象物および前記モータの粘性に関わる項を前記動作対象物および前記モータのイナーシャで割った値であるゲインをｐ、外乱応答特性に関する制御パラメータをｑ０およびｑ１、前記閉ループ系の特性を前記希望伝達関数に一致させるパラメータをａ１＝ｑ１＋ｍ１−ｐ、ｂ１＝ｑ０・ｍ１、ｂ２＝（ｑ１−ｐ）・（ｍ１−ｐ）＋ｑ０としたときに、
前記第１比例ゲイン伝達要素はｍ１、
前記積分フィルタ伝達要素は（ｓ２＋ｑ１・ｓ＋ｑ０）／（ｓ２＋ａ１・ｓ）、
前記モータゲイン伝達要素は１／Ｋ、
前記モータ位置伝達要素はＫ／（ｓ２＋ｐ・ｓ）、
前記微分フィルタ伝達要素は（ｂ２・ｓ２＋ｂ１・ｓ）／（ｓ２＋ｑ１・ｓ＋ｑ０）
で表わされ、
前記モータ制御装置にはｍ１とｑ０、ｑ１との関係が対応付けられたテーブルが記憶され、
前記算出手段は、算出した前記速度ループゲインｍ１からｑ０、ｑ１への変換を前記テーブルを参照して行う
ことを特徴とする請求項１に記載のモータシステム。
【請求項４】
前記閉ループ系は、第１比例ゲイン伝達要素、前記モータの回転速度指令が入力される第１の加え合わせ点、積分フィルタ伝達要素、モータゲイン伝達要素およびモータ位置伝達要素を有する前向き経路、並びに、前記モータの回転位置を微分フィルタ伝達要素を介して前記第１の加え合わせ点に負帰還する第１帰還経路を有し、
前記動作対象物および前記モータの速度を制御する希望特性を有する希望伝達関数は、前記速度ループゲインをｍ１、ラプラス演算子をｓとすると、演算式ｍ１／（ｓ＋ｍ１）で規定され、
前記適応同定手段によって前記モータ位置伝達要素への入力と前記モータ位置伝達要素からの出力とに基づいて同定される、前記動作対象物および前記モータの粘性に関わる項を前記動作対象物および前記モータのイナーシャで割った値であるゲインをｐ、外乱応答特性に関する制御パラメータをωｑ、前記閉ループ系の特性を前記希望伝達関数に一致させるパラメータをｂ１＝ωｑ・ｍ１、ｂ２＝ｍ１−ｐ＋ωｑとしたときに、
前記第１比例ゲイン伝達要素はｍ１、
前記積分フィルタ伝達要素は（ｓ＋ωｑ）／ｓ、
前記モータゲイン伝達要素は１／Ｋ、
前記モータ位置伝達要素はＫ／（ｓ２＋ｐ・ｓ）、
前記微分フィルタ伝達要素は（ｂ２・ｓ２＋ｂ１・ｓ）／（ｓ＋ωｑ）
で表わされ、
前記モータ制御装置にはｍ１とωｑとの関係が対応付けられたテーブルが記憶され、
前記算出手段は、算出した前記速度ループゲインｍ１からωｑへの変換を前記テーブルを参照して行う
ことを特徴とする請求項１に記載のモータシステム。
【請求項５】
前記閉ループ系は、前記回転速度指令に代えて前記モータの回転位置指令が入力される第２の加え合わせ点、第２比例ゲイン伝達要素、第１の加え合わせ点、積分フィルタ伝達要素、モータゲイン伝達要素およびモータ位置伝達要素を有する前向き経路、前記モータの回転位置を微分フィルタ伝達要素を介して前記第１の加え合わせ点に負帰還する第１帰還経路、並びに、前記モータの回転位置を前記第２の加え合わせ点に直接負帰還する第２帰還経路を有し、
前記動作対象物および前記モータの位置を制御する希望特性を有する希望伝達関数は、前記速度ループゲインをｍ１、前記位置ループゲインをｍ０／ｍ１、ラプラス演算子をｓとすると、演算式ｍ０／（ｓ２＋ｍ１・ｓ＋ｍ０）で規定され、
前記適応同定手段によって前記モータ位置伝達要素への入力と前記モータ位置伝達要素からの出力とに基づいて同定される、前記動作対象物および前記モータの粘性に関わる項を前記動作対象物および前記モータのイナーシャで割った値であるゲインをｐ、外乱応答特性に関する制御パラメータをｑ０およびｑ１、前記閉ループ系の特性を前記希望伝達関数に一致させるパラメータをａ１＝ｑ１＋ｍ１−ｐ、ｂ１＝ｑ０・ｍ１、ｂ２＝（ｑ１−ｐ）・（ｍ１−ｐ）＋ｑ０としたときに、
前記第２比例ゲイン伝達要素はｍ０、
前記積分フィルタ伝達要素は（ｓ２＋ｑ１・ｓ＋ｑ０）／（ｓ２＋ａ１・ｓ）、
前記モータゲイン伝達要素は１／Ｋ、
前記モータ位置伝達要素はＫ／（ｓ２＋ｐ・ｓ）、
前記微分フィルタ伝達要素は（ｂ２・ｓ２＋ｂ１・ｓ）／（ｓ２＋ｑ１・ｓ＋ｑ０）
で表わされ、
前記モータ制御装置にはｍ１とｍ０、ｑ０、ｑ１との関係が対応付けられたテーブルが記憶され、
前記算出手段は、算出した前記速度ループゲインｍ１からｍ０、ｑ０、ｑ１への変換を前記テーブルを参照して行う
ことを特徴とする請求項２に記載のモータシステム。
【請求項６】
前記イナーシャ比Ｇｒを因子とする前記所定の、前記速度ループゲインを算出する関数は、前記イナーシャ比Ｇｒのみを因子とする１次関数であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモータシステム。
【請求項７】
前記イナーシャ比Ｇｒを因子とする前記所定の、前記速度ループゲインを算出する関数は、前記イナーシャ比Ｇｒと定数を因子とする１次関数であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモータシステム。
【請求項８】
前記イナーシャ比Ｇｒを因子とする前記所定の、前記速度ループゲインを算出する関数は、前記イナーシャ比Ｇｒと定数を因子とする２次関数であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモータシステム。
【請求項９】
前記パラメータ定数Ｒｉは、前記モータと前記動作対象物との間における動力伝達機構の種類に応じた複数の値として前記モータ制御装置に記憶されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のモータシステム。
【請求項１０】
前記イナーシャ比Ｇｒの上限値に制限が設定されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のモータシステム。
【請求項１１】
前記適応同定手段は、前記イナーシャ検出手段を構成し、前記モータ位置伝達要素への入力と前記モータ位置伝達要素からの出力とに基づいて、前記動作対象物および前記モータのイナーシャを同定することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のモータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作対象物を動作させるモータと、モータの回転をフィードバック制御するモータ制御装置とを備えるモータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロボットなどを動作させるモータの制御装置として、Ｐ−ＰＩ制御（比例・比例積分制御）でモータを制御するモータ制御装置が知られている。Ｐ−ＰＩ制御を行うモータ制御装置では、モータの回転位置と回転速度とがフィードバックされると共に、回転位置の偏差に対して比例制御（Ｐ制御）が行われ、回転速度の偏差に対して比例積分制御（ＰＩ制御）が行われる。
【０００３】
従来、この種のＰ−ＰＩ制御を行うモータシステムとしては、例えば、特許文献１に開示された電動機制御装置を用いたものがある。この電動機制御装置は、機械共振に起因する振動成分を抽出し、抽出振動信号として出力する振動抽出フィルタを備える。ノッチ制御部は、抽出振動信号および第２ノッチフィルタ出力信号に基づき、第２ノッチフィルタ出力信号の振幅が減少するように、第１ノッチフィルタおよび第２ノッチフィルタの各ノッチ中心周波数を変更する。また、ノッチ深さ制御部は、抽出振動信号に基づいて第１ノッチフィルタのノッチ深さを変更する。判断制御部は、各ノッチフィルタのパラメータをオートチューニングして、機械振動を抑制する。すなわち、第２ノッチフィルタ出力信号の振幅が所定値より大きい場合、ノッチ制御部を動作させ、機械共振の発振による振動成分が減少するように、第１ノッチフィルタおよび第２ノッチフィルタの各ノッチ中心周波数を変更する。また、第２ノッチフィルタ出力信号の振幅が所定値より小さい場合、ノッチ深さ制御部を動作させ、機械共振の発振による振動成分が減少するように、第１ノッチフィルタのノッチ深さを変更する。
【０００４】
また、従来、Ｐ−ＰＩ制御を行うモータシステムとして、例えば、特許文献２に開示されたモータ制御装置を用いたものもある。このモータ制御装置は、負荷イナーシャ値JLと目標応答周波数ωfを入力すると、モータイナーシャ値JMとの比から求めたイナーシャ値補正ゲインJCOM=((JL+JM)/JM)０．５を用いて、速度ループゲインkv、速度積分時定数ti、位置ループゲインkp、トルクフィルタ定数tf、電流ループゲインki、電流積分時定数ta、およびフィルタ時定数tvを設定する。すなわち、複数個あるこれらの制御パラメータは、１つのパラメータである目標応答周波数ωfと、イナーシャ値補正ゲインJCOMとから、オートチューニングされる。
【０００５】
また、従来、ロバスト極配置制御を行うモータシステムとして、例えば、特許文献３に開示されたものがある。このモータシステムにおけるモータ制御装置は、モータの回転位置指令を入力とし、モータの回転位置を出力とする閉ループ系を有する。閉ループ系は、前向き経路において、第１の加え合わせ点、比例ゲイン要素、第２の加え合わせ点、積分フィルタ要素、モータゲイン要素およびモータ要素を備える。また、第１の加え合わせ点には第１帰還経路が負帰還接続され、第２の加え合わせ点には微分フィルタ要素を介して第２帰還経路が負帰還接続される。このモータシステムでは、動作対象物やモータのイナーシャが大きくなったときに動作対象物やモータに振動が生じても、イナーシャ検出手段での検出結果に基づいて、外乱応答特性に関する制御パラメータｑ０およびｑ１がオートチューニングされる。この調整により、動作対象物やモータの振動を抑制しつつ、閉ループ系の特性が一定に保たれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５８７３９７５号公報
【特許文献２】特許第３５６１９１１号公報
【特許文献３】特開２０１６−３５６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、振動を検出して制御パラメータをオートチューニングする上記従来の特許文献１および特許文献３に記載のモータシステムでは、振動の周波数および振動の振幅を解析する処理が必要となる。そのためには、振動の周波数の１／２よりも十分高い周波数でモータから速度検出信号をサンプリングし、解析しないと、振動抽出の十分な分解能が得られない。このため、上記従来の特許文献１および特許文献３に記載のモータシステムでは、モータ制御装置に用いられる演算装置に速い演算速度が必要とされ、演算負荷が大きくなってしまう。
【０００８】
また、上記従来の特許文献２に記載のモータシステムでは、制御パラメータの演算に用いられるイナーシャ値補正ゲインJCOMの計算に平方根((JL+JM)/JM)０．５を使う。このため、上記従来の特許文献２に記載のモータシステムでは、その平方根の計算により、モータ制御装置に用いられる演算装置の演算負荷が大きくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明は、
動作対象物を動作させるモータと、モータの回転をフィードバック制御するモータ制御装置とを備えるモータシステムにおいて、
モータの回転速度指令を入力すると共にモータの回転位置をフィードバック制御して回転速度を出力する、速度ループゲインを因子に含む伝達関数を構成する閉ループ系と、
動作対象物およびモータのイナーシャを検出するイナーシャ検出手段と、
モータに電力を供給するアンプの固定ゲインとモータのトルク定数とを含む固定値を動作対象物およびモータのイナーシャで割った値であるゲインＫをモータ位置伝達要素への入力とモータ位置伝達要素からの出力とに基づいて同定する適応同定手段と、
モータに電力を供給するアンプの固定ゲインとモータのトルク定数とを含む固定値をモータのイナーシャで割った値であるゲインＫ０のゲインＫに対するイナーシャ比Ｇｒを算出し、算出したイナーシャ比Ｇｒを用いた、イナーシャ比Ｇｒを因子とする所定の関数値に対する任意のパラメータ定数Ｒｉの比から速度ループゲインを算出する算出手段とを備え、
算出手段で算出された速度ループゲインによって伝達関数を補正する
ことを特徴とする。
【００１０】
適応同定手段は、モータ位置伝達要素への入力とモータ位置伝達要素からの出力とに基づいて、動作対象物およびモータのイナーシャを同定することで、イナーシャ検出手段を構成することが出来る。
【００１１】
本構成によれば、伝達関数の因子である速度ループゲインは、モータに負荷が繋がっていないときにおけるゲインＫ０の、モータに負荷が繋がったときにおけるゲインＫに対するイナーシャ比Ｇｒ（＝Ｋ０／Ｋ）を算出手段によって算出し、算出したイナーシャ比Ｇｒを用いた、イナーシャ比Ｇｒを因子とする所定の関数値ｆ（Ｇｒ）に対する任意のパラメータ定数Ｒｉの比（＝Ｒｉ／ｆ（Ｇｒ））を求めることで、簡単に算出される。速度ループゲインは、一定の比例定数Ｒｉで関数値ｆ（Ｇｒ）に反比例し、イナーシャ比Ｇｒが大きくなると小さくなる傾向を示す。イナーシャ比Ｇｒが大きくなると、制御対象のゲイン周波数特性の機械共振周波数におけるゲインピークおよび機械共振周波数より高い周波数におけるゲインは大きくなり、発振しやすくなる。しかし、本構成では、これを打ち消す方向に速度ループゲインが下がるので、閉ループ系の安定度を示すゲイン余裕が確保される。したがって、算出手段を構成する演算処理装置（ＣＰＵ）の演算処理負荷を大きくすることなく、オートチューニングで振動を抑制することが出来る。この結果、ＣＰＵの演算処理負荷が少なく、処理速度が遅いＣＰＵを使うことも出来るので、モータ制御装置のコストを削減することが出来る。
【００１２】
また、２慣性系または多慣性系の駆動系に対して、１慣性系の駆動系と同じように推定された負荷イナーシャにより制御ゲインを更新すると、サーボ発振する。しかし、本構成によれば、２慣性系または多慣性系の駆動系における共振に対して、簡単な演算処理で、発振を抑制することが出来る。
【００１３】
また、本発明は、
閉ループ系が、速度ループゲインおよび位置ループゲインを因子に含む伝達関数を構成し、回転速度指令に代えてモータの回転位置指令を入力すると共にモータの回転位置をフィードバック制御して回転位置を出力し、
算出手段が、速度ループゲインと一定の関係を有する値を位置ループゲインの値として算出し、
算出手段で算出された速度ループゲインおよび位置ループゲインによって伝達関数を補正する
ことを特徴とする。
【００１４】
本構成によれば、位置ループゲインの値は、速度ループゲインと一定の関係を有する値として算出手段によって簡単に算出され、速度ループゲインに対して制御系のバランスが良い値にオートチューニングされる。このため、制御が不安定になることのない、モータの回転速度とモータの回転位置とを考慮した安定なフィードバック制御を、簡単な演算処理で、ＣＰＵに負荷を掛けずに行うことが出来る。
【００１５】
また、本発明は、
閉ループ系が、第１比例ゲイン伝達要素、モータの回転速度指令が入力される第１の加え合わせ点、積分フィルタ伝達要素、モータゲイン伝達要素およびモータ位置伝達要素を有する前向き経路、並びに、モータの回転位置を微分フィルタ伝達要素を介して第１の加え合わせ点に負帰還する第１帰還経路を有し、
動作対象物およびモータの速度を制御する希望特性を有する閉ループ系の希望伝達関数が、速度ループゲインをｍ１、ラプラス演算子をｓとすると、演算式ｍ１／（ｓ＋ｍ１）で規定され、
適応同定手段によってモータ位置伝達要素への入力とモータ位置伝達要素からの出力とに基づいて同定される、動作対象物およびモータの粘性に関わる項を動作対象物およびモータのイナーシャで割った値であるゲインをｐ、外乱応答特性に関する制御パラメータをｑ０およびｑ１、閉ループ系の特性を希望伝達関数に一致させるパラメータをａ１＝ｑ１＋ｍ１−ｐ、ｂ１＝ｑ０・ｍ１、ｂ２＝（ｑ１−ｐ）・（ｍ１−ｐ）＋ｑ０としたときに、
第１比例ゲイン伝達要素はｍ１、
積分フィルタ伝達要素は（ｓ２＋ｑ１・ｓ＋ｑ０）／（ｓ２＋ａ１・ｓ）、
モータゲイン伝達要素は１／Ｋ、
モータ位置伝達要素はＫ／（ｓ２＋ｐ・ｓ）、
微分フィルタ伝達要素は（ｂ２・ｓ２＋ｂ１・ｓ）／（ｓ２＋ｑ１・ｓ＋ｑ０）
で表わされ、
モータ制御装置にはｍ１とｑ０、ｑ１との関係が対応付けられたテーブルが記憶され、
算出手段は、算出した速度ループゲインｍ１からｑ０、ｑ１への変換をテーブルを参照して行う
ことを特徴とする。
【００１６】
本構成によれば、ｍ１とｑ０、ｑ１との関係が対応付けられたテーブルがモータ制御装置に記憶されているため、ｍ１からｑ０、ｑ１へ変換する演算処理はテーブルを単に検索することで行える。このため、演算処理時間が短縮されると共に、ＣＰＵの演算処理負荷が一層低減される。
【００１７】
また、本発明は、
閉ループ系が、第１比例ゲイン伝達要素、モータの回転速度指令が入力される第１の加え合わせ点、積分フィルタ伝達要素、モータゲイン伝達要素およびモータ位置伝達要素を有する前向き経路、並びに、モータの回転位置を微分フィルタ伝達要素を介して第１の加え合わせ点に負帰還する第１帰還経路を有し、
動作対象物およびモータの速度を制御する希望伝達関数が、速度ループゲインをｍ１、ラプラス演算子をｓとすると、演算式ｍ１／（ｓ＋ｍ１）で規定され、
適応同定手段によってモータ位置伝達要素への入力とモータ位置伝達要素からの出力とに基づいて同定される、動作対象物およびモータの粘性に関わる項を動作対象物およびモータのイナーシャで割った値であるゲインをｐ、外乱応答特性に関する制御パラメータをωｑ、閉ループ系の特性を希望伝達関数に一致させるパラメータをｂ１＝ωｑ・ｍ１、ｂ２＝ｍ１−ｐ＋ωｑとしたときに、
第１比例ゲイン伝達要素はｍ１、
積分フィルタ伝達要素は（ｓ＋ωｑ）／ｓ、
モータゲイン伝達要素は１／Ｋ、
モータ位置伝達要素はＫ／（ｓ２＋ｐ・ｓ）、
微分フィルタ伝達要素は（ｂ２・ｓ２＋ｂ１・ｓ）／（ｓ＋ωｑ）
で表わされ、
モータ制御装置にはｍ１とωｑとの関係が対応付けられたテーブルが記憶され、
算出手段は、算出した速度ループゲインｍ１からωｑへの変換をテーブルを参照して行う
ことを特徴とする
【００１８】
本構成によれば、ｍ１とωｑとの関係が対応付けられたテーブルがモータ制御装置に記憶されているため、ｍ１からωｑへ変換する演算処理はテーブルを単に検索することで行える。このため、演算処理時間が短縮されると共に、ＣＰＵの演算処理負荷が一層低減される。
【００１９】
また、本発明は、
閉ループ系が、回転速度指令に代えてモータの回転位置指令が入力される第２の加え合わせ点、第２比例ゲイン伝達要素、第１の加え合わせ点、積分フィルタ伝達要素、モータゲイン伝達要素およびモータ位置伝達要素を有する前向き経路、モータの回転位置を微分フィルタ伝達要素を介して第１の加え合わせ点に負帰還する第１帰還経路、並びに、モータの回転位置を第２の加え合わせ点に直接負帰還する第２帰還経路を有し、
動作対象物およびモータの位置を制御する希望伝達関数が、速度ループゲインをｍ１、位置ループゲインをｍ０／ｍ１、ラプラス演算子をｓとすると、演算式ｍ０／（ｓ２＋ｍ１・ｓ＋ｍ０）で規定され、
適応同定手段によってモータ位置伝達要素への入力とモータ位置伝達要素からの出力とに基づいて同定される、動作対象物およびモータの粘性に関わる項を動作対象物およびモータのイナーシャで割った値であるゲインをｐ、外乱応答特性に関する制御パラメータをｑ０およびｑ１、閉ループ系の特性を希望伝達関数に一致させるパラメータをａ１＝ｑ１＋ｍ１−ｐ、ｂ１＝ｑ０・ｍ１、ｂ２＝（ｑ１−ｐ）・（ｍ１−ｐ）＋ｑ０としたときに、
第２比例ゲイン伝達要素はｍ０、
積分フィルタ伝達要素は（ｓ２＋ｑ１・ｓ＋ｑ０）／（ｓ２＋ａ１・ｓ）、
モータゲイン伝達要素は１／Ｋ、
モータ位置伝達要素はＫ／（ｓ２＋ｐ・ｓ）、
微分フィルタ伝達要素は（ｂ２・ｓ２＋ｂ１・ｓ）／（ｓ２＋ｑ１・ｓ＋ｑ０）
で表わされ、
モータ制御装置にはｍ１とｍ０、ｑ０、ｑ１との関係が対応付けられたテーブルが記憶され、
算出手段は、算出した速度ループゲインｍ１からｍ０、ｑ０、ｑ１への変換をテーブルを参照して行う
ことを特徴とする。
【００２０】
本構成によれば、ｍ１とｍ０、ｑ０、ｑ１との関係が対応付けられたテーブルがモータ制御装置に記憶されているため、ｍ１からｍ０、ｑ０、ｑ１へ変換する演算処理はテーブルを単に検索することで行える。このため、演算処理時間が短縮されると共に、ＣＰＵの演算処理負荷が一層低減される。
【００２１】
また、本発明は、イナーシャ比Ｇｒを因子とする前記所定の、速度ループゲインを算出する関数が、イナーシャ比Ｇｒのみを因子とする１次関数であることを特徴とする。
【００２２】
本構成によれば、速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値は、イナーシャ比Ｇｒの増加に対して単純な反比例の関係で減少する。このため、速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値を算出するＣＰＵの演算処理は簡単になり、ＣＰＵの演算処理負荷をさらに抑えることが出来る。
【００２３】
また、本発明は、イナーシャ比Ｇｒを因子とする前記所定の、速度ループゲインを算出する関数が、イナーシャ比Ｇｒと定数を因子とする１次関数であることを特徴とする。
【００２４】
本構成によれば、速度ループゲインｍ１，Ｋvpとイナーシャ比Ｇｒとの反比例関係を定数の値分調整することが出来る。このため、速度ループゲインｍ１，Ｋvpの設定範囲を広めつつ、ＣＰＵの演算処理負荷を抑えることが出来る。
【００２５】
また、本発明は、イナーシャ比Ｇｒを因子とする前記所定の、速度ループゲインを算出する関数が、イナーシャ比Ｇｒと定数を因子とする２次関数であることを特徴とする。
【００２６】
本構成によれば、速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値は、単純な反比例関係と異なる、イナーシャ比Ｇｒの増加に対して単調に減少する所望の関係に設定することが出来る。このため、閉ループ系の指令応答特性と振動抑制特性との両立を図ることが出来る。
【００２７】
また、本発明は、パラメータ定数Ｒｉが、モータと動作対象物との間における動力伝達機構の種類に応じた複数の値としてモータ制御装置に記憶されていることを特徴とする。
【００２８】
本構成によれば、ユーザは、モータ制御装置に予め記憶された複数のパラメータ定数Ｒｉの中から、動力伝達機構の種類に応じたパラメータ定数Ｒｉの値を単に選択することで、パラメータ設定をすることが出来る。このため、ユーザーの利便性を高めたモータシステムを提供することが出来る。
【００２９】
また、本発明は、イナーシャ比Ｇｒの上限値に制限が設定されていることを特徴とする。
【００３０】
イナーシャ比Ｇｒの増加に応じて速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値が小さくなり過ぎ、イナーシャ比Ｇｒの値に対応した速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値を設定できない場合、例えば、イナーシャ比Ｇｒの値に対応した速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値が、テーブルに設定された最小レベルの速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値より小さい場合、速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値を下げることが出来ない。このような場合、設定可能な速度ループゲインｍ１，Ｋvpの最小値ｍ１ｍｉｎ，Ｋvpｍｉｎから関係式（ｍ１＝Ｒｉ／ｆ（Ｇｒ）、Ｋvp＝Ｒｉ／ｆ（Ｇｒ））に基づいて求められるイナーシャ比Ｇｒ（＝Ｒｉ／ｍ１ｍｉｎ、＝Ｒｉ／Ｋvpｍｉｎ）をイナーシャ比Ｇｒの上限値として設定し、本構成のようにイナーシャ比Ｇｒの上限値に制限を掛けておくことで、イナーシャ比Ｇｒの値に対応した速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値の下限に制限がかかる。このため、関係式（ｍ１＝Ｒｉ／ｆ（Ｇｒ）,Ｋvp＝Ｒｉ／ｆ（Ｇｒ））が常に成立し、速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値を設定出来なくなることはなくなる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明のモータシステムによれば、上記のように、ＣＰＵの演算処理負荷を大きくすることなく、オートチューニングで振動を抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の各実施形態にかかるモータシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかるモータシステムにおける閉ループ系を表すブロック線図である。
【図３】（ａ）は、第１の実施形態にかかるモータシステムにおける速度ループゲインｍ１とイナーシャ比Ｇｒとの関係を単純な反比例関係で示したグラフ、（ｂ）は、第３の実施形態の変形例にかかるモータシステムにおける、イナーシャ比Ｇｒに上限値grcamaxが設定されたときにおけるイナーシャ比Ｇｒの時間変化を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかるモータシステムにおける閉ループ系を表すブロック線図である。
【図５】本発明の第３の実施形態にかかるモータシステムにおける閉ループ系を表すブロック線図である。
【図６】本発明の第４の実施形態にかかるモータシステムにおける閉ループ系を表すブロック線図である。
【図７】本発明の第５の実施形態にかかるモータシステムにおける閉ループ系を表すブロック線図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の変形例にかかるモータシステムにおける閉ループ系を表すブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
次に、本発明によるモータシステムを実施するための形態について説明する。
【００３４】
図１は、本発明の各実施形態にかかるモータシステム１の概略構成を示すブロック図である。
【００３５】
モータシステム１は、動作対象物２を動作させるモータ３と、モータ３を制御するモータ制御装置４とを備えている。モータ３は、ＡＣサーボモータまたはＤＣサーボモータであり、たとえば、動作対象物２である産業用ロボットのアームなどを動作させる。動作対象物２は、ベルトなどの動力伝達機構６を介してモータ３に接続される。モータ３は、モータ３の回転位置を検出するための検出機構（エンコーダ）５を備えている。検出機構５の出力信号は、モータ３の回転をフィードバック制御するモータ制御装置４に入力されている。モータ制御装置４のモータ制御回路は、アナログ回路（連続時間系の回路）によって構成されているが、デジタル回路（離散時間系の回路）で構成されてもよいし、ソフトウエアによって構成されてもよい。
【００３６】
図２は、本発明の第１の実施形態にかかるモータシステム１における閉ループ系８Ａを表すブロック線図である。
【００３７】
閉ループ系８Ａは、第１比例ゲイン伝達要素９、モータ３の回転速度指令が入力される第１の加え合わせ点１０、積分フィルタ伝達要素１１、モータゲイン伝達要素１２およびモータ位置伝達要素１３を有する前向き経路、並びに、モータ３の回転位置をモータ位置伝達要素１３から微分フィルタ伝達要素１４を介して第１の加え合わせ点１０に負帰還する第１帰還経路（第１フィードバック経路）を有し、モータ３の回転速度指令を入力すると共に、モータ３の回転位置をフィードバック制御して回転速度を出力する。この閉ループ系８Ａは、速度ループゲインｍ１を因子に含む伝達関数を構成し、ラプラス演算子をｓとすると、速度の希望伝達関数は演算式ｍ１／（ｓ＋ｍ１）で規定される。希望伝達関数は、動作対象物２に応じてモータ３を適切に制御する希望特性を有する。動作対象物２は、閉ループ系８Ａによって回転制御されるモータ３によって動作対象速度が設定される。
【００３８】
適応同定手段２１は、モータ３に電力を供給するアンプの固定ゲインとモータ３のトルク定数とを含む固定値を動作対象物２およびモータ３のイナーシャで割った値であるゲインＫ（＝（アンプの固定ゲイン）×（モータ３の固定値）／（動作対象物２およびモータ３のイナーシャ））を、モータ位置伝達要素１３への入力とモータ位置伝達要素１３からの出力とに基づいて、同定する。この同定は、最小二乗法等の同定法によって所定時間間隔で逐次行われる。なお、ここでいうアンプとは、閉ループ系８Ａにおけるモータ位置伝達要素１３を除いた構成部分である。また、本実施形態では、適応同定手段２１はイナーシャ検出手段を構成し、モータ位置伝達要素１３への入力とモータ位置伝達要素１３からの出力とに基づき、動作対象物２およびモータ３のイナーシャを最小二乗法等の同定法によって同定し、所定時間間隔で逐次検出する。さらに、適応同定手段２１は、モータ位置伝達要素１３への入力とモータ位置伝達要素１３からの出力とに基づいて、動作対象物２およびモータ３の粘性に関わる項を動作対象物２およびモータ３のイナーシャで割った値であるゲインｐを、同定する。この同定も、最小二乗法等の同定法によって所定時間間隔で逐次行われる。
【００３９】
外乱応答特性に関する制御パラメータをｑ０およびｑ１とし、閉ループ系８Ａの特性を希望伝達関数に一致させるパラメータであるａ１，ｂ１およびｂ２をそれぞれ次の式（１），（２），（３）で表したときに、
ａ１＝ｑ１＋ｍ１−ｐ  …（１）
ｂ１＝ｑ０ｍ１  …（２）
ｂ２＝（ｑ１−ｐ）（ｍ１−ｐ）＋ｑ０  …（３）
第１比例ゲイン伝達要素９はｍ１、積分フィルタ伝達要素１１は（ｓ２＋ｑ１・ｓ＋ｑ０）／（ｓ２＋ａ１・ｓ）、モータゲイン伝達要素１２は１／Ｋ、モータ位置伝達要素１３はＫ／（ｓ２＋ｐ・ｓ）、微分フィルタ伝達要素１４は（ｂ２・ｓ２＋ｂ１・ｓ）／（ｓ２＋ｑ１・ｓ＋ｑ０）で表わされる。
【００４０】
第１ゲイン変換手段１５には、ユーザによって設定される任意のパラメータ定数Ｒｉが入力される。第１ゲイン変換手段１５は、適応同定手段２１で同定されたゲインＫと入力されたパラメータ定数Ｒｉとに基づき、ゲインＫ０のゲインＫに対するイナーシャ比Ｇｒ（＝Ｋ０／Ｋ）を算出する。ここでゲインＫ０は、モータ３に電力を供給するアンプの固定ゲインとモータ３のトルク定数とを含む固定値をモータ３のイナーシャで割った値（＝（アンプの固定ゲイン）×（モータ３の固定値）／（モータ３のイナーシャ））である。そして、第１ゲイン変換手段１５は、算出したイナーシャ比Ｇｒを用いた、イナーシャ比Ｇｒを因子とする所定の関数値（ｆ（Ｇｒ））に対するパラメータ定数Ｒｉの比（＝Ｒｉ／ｆ（Ｇｒ））から、速度ループゲインｍ１を算出する。本実施形態では、所定の関数ｆ（Ｇｒ）がＧｒに設定されており（ｆ（Ｇｒ）＝Ｇｒ）、速度ループゲインｍ１は次の式（４）で表される。
ｍ１＝Ｒｉ／Ｇｒ  …（４）
【００４１】
モータ制御装置４には、ｍ１とｑ０、ｑ１との関係が、ｍ１の低下に応じてｑ０、ｑ１も低下するように対応付けられた第１テーブルが記憶されている。第２ゲイン変換手段１６は、第１ゲイン変換手段１５が算出した速度ループゲインｍ１からｑ０、ｑ１への変換を第１テーブルを参照して行う。この際、第１ゲイン変換手段１５が算出した速度ループゲインｍ１の値に最も近いテーブル値のｍ１から、ｑ０、ｑ１への変換を行う。第３ゲイン変換手段１７は、第１ゲイン変換手段１５で算出されたｍ１と、適応同定手段２１で同定されたゲインｐとから、式（１），（２），（３）に基づき、ａ１，ｂ１およびｂ２をそれぞれ算出する。
【００４２】
第１ゲイン変換手段１５および第２ゲイン変換手段１６は、イナーシャ比Ｇｒを算出し、算出したイナーシャ比Ｇｒを用いて式（４）により速度ループゲインｍ１を算出する算出手段を構成する。第１ゲイン変換手段１５、第２ゲイン変換手段１６および第３ゲイン変換手段１７は、本実施形態では、モータ制御装置４に備えられたマイコンのＣＰＵによって構成される。モータ制御装置４は、第１ゲイン変換手段１５で算出された速度ループゲインｍ１を第１比例ゲイン伝達要素９に与えて、第１比例ゲイン伝達要素９を所定時間間隔で逐次更新する。また、第２ゲイン変換手段１６で求まったｑ０，ｑ１、および第３ゲイン変換手段１７で算出されたａ１，ｂ１，ｂ２を積分フィルタ伝達要素１１および微分フィルタ伝達要素１４に与えて、積分フィルタ伝達要素１１および微分フィルタ伝達要素１４をそれぞれ所定時間間隔で逐次更新する。また、適応同定手段２１は同定したゲインＫをモータゲイン伝達要素１２に与えて、モータゲイン伝達要素１２を所定時間間隔で逐次更新する。
【００４３】
これらの更新により、閉ループ系８Ａの伝達関数が所定時間間隔で逐次補正され、動作対象物２やモータ３のイナーシャが大きくなって振動が強くなる傾向になっても、閉ループ系８Ａの伝達関数を希望伝達関数に自動的に一致させることができる。このため、動作対象物２やモータ３のイナーシャが大きくなっても、閉ループ系８Ａの特性を安定になるように変化させて振動を抑制することが可能になる。
【００４４】
このような第１の実施形態によるモータシステム１によれば、速度ループゲインｍ１は、モータ３に動作対象物２が繋がっていないときにおけるゲインＫ０の、モータ３に動作対象物２が繋がったときにおけるゲインＫに対するイナーシャ比Ｇｒ（＝Ｋ０／Ｋ）を第１ゲイン変換手段１５によって算出し、算出したイナーシャ比Ｇｒに対する任意のパラメータ定数Ｒｉの比（＝Ｒｉ／Ｇｒ）を求めることで、簡単に算出される。
【００４５】
図３（ａ）のグラフは、速度ループゲインｍ１とイナーシャ比Ｇｒとの関係を式（４）で表される単純な反比例関係で示したグラフである。同グラフの横軸はイナーシャ比Ｇｒ、縦軸は速度ループゲインｍ１である。各特性線ａ，ｂ，ｃは、それぞれ比例定数Ｒｉの値がＲi1，Ｒi2，Ｒi3（Ｒi1＜Ｒi2＜Ｒi3）のときの特性を示している。同グラフに示すように、速度ループゲインｍ１は、一定の比例定数Ｒｉでイナーシャ比Ｇｒに反比例し、イナーシャ比Ｇｒが大きくなると小さくなる傾向を示す。また、比例定数Ｒｉの値が小さいほど、イナーシャ比Ｇｒの増加に対して速度ループゲインｍ１の値を下げる作用が強くなる。
【００４６】
比例定数Ｒｉは、ユーザによって設定される制御パラメータであり、動力伝達機構６の剛性に応じて設定される。例えば、動力伝達機構６がベルト駆動のような剛性が小さい機構である場合には、剛性が小さいほど、比例定数Ｒｉは小さな値に設定する。また、動作対象物２の粘性抵抗が小さいほど、比例定数Ｒｉは小さな値に設定する。比例定数Ｒｉが小さい場合、イナーシャ比Ｇｒの増加に応じた速度ループゲインｍ１の値の低減率が大きくなり、指令応答性が穏やかになるが、振動抑制性能が向上する。ｍ１の値の低下に応じてｑ０，ｑ１の値も低下するようにテーブル値を設定しておくと、さらに振動抑制効果が強くなる。
【００４７】
また、動力伝達機構６がボールねじ駆動のような剛性が大きい機構である場合には、剛性が大きいほど、比例定数Ｒｉは大きな値に設定し、速度ループゲインｍ１が下がり過ぎないようにする。比例定数Ｒｉが大きい場合、イナーシャ比Ｇｒの増加に応じた速度ループゲインｍ１の値の低減率が小さくなり、指令応答性が向上するが、振動抑制性能は低下する。
【００４８】
イナーシャ比Ｇｒが大きくなると、制御対象のゲイン周波数特性の機械共振周波数におけるゲインピークおよび機械共振周波数より高い周波数におけるゲインは大きくなり、発振しやすくなる。しかし、本実施形態によるモータシステム１では、イナーシャ比Ｇｒが大きくなると、上記のように、これを打ち消す方向に速度ループゲインｍ１が下がるので、閉ループ系の安定度を示すゲイン余裕が確保される。また、速度ループゲインｍ１は上記のように簡単に算出される。したがって、ＣＰＵの演算処理負荷を大きくすることなく、オートチューニングで振動を抑制することが出来る。この結果、ＣＰＵの演算処理負荷が少なく、処理速度が遅いＣＰＵを使うことも出来るので、モータ制御装置４を構成するマイコンのコストを削減することが出来る。ユーザは、このオートチューニングにより、モータシステムの使い始め時に無調整で発振させることなく、モータ３を動作させることが出来る。
【００４９】
また、２慣性系または多慣性系の駆動系に対して、１慣性系の駆動系と同じように推定された負荷イナーシャにより制御ゲインを更新すると、サーボ発振する。しかし、本実施形態によれば、２慣性系または多慣性系の駆動系における共振に対して、簡単な演算処理で、発振を抑制することが出来る。
【００５０】
また、第１の実施形態によるモータシステム１によれば、ｍ１とｑ０、ｑ１との関係が対応付けられた第１テーブルがモータ制御装置４に記憶されている。このため、ｍ１からｑ０、ｑ１へ変換する演算処理は、第２ゲイン変換手段１６によって第１テーブルを単に検索することで行える。この結果、演算処理時間が短縮されると共に、ＣＰＵの演算処理負荷が一層低減される。
【００５１】
また、第１の実施形態によるモータシステム１では、イナーシャ比Ｇｒを因子とする所定の関数が、式（４）の分母に示されるように、イナーシャ比Ｇｒのみを因子とする１次関数として規定される。したがって、速度ループゲインｍ１の値は、イナーシャ比Ｇｒの増加に対して単純な反比例の関係で減少する。このため、速度ループゲインｍ１の値を算出するＣＰＵの演算処理は簡単になり、ＣＰＵの演算処理負荷をさらに抑えることが出来る。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施形態にかかるモータシステム１における閉ループ系８Ｂについて説明する。図４は、この閉ループ系８Ｂを表すブロック線図である。なお、同図において図２と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００５３】
閉ループ系８Ｂの速度の希望伝達関数も、第１の実施形態と同じ演算式ｍ１／（ｓ＋ｍ１）で規定される。しかし、外乱応答特性に関する制御パラメータをωｑとし、閉ループ系８Ｂの特性を希望伝達関数に一致させるパラメータであるｂ１およびｂ２をそれぞれ次の式（５），（６）で表したときに、
ｂ１＝ωｑ・ｍ１  …（５）
ｂ２＝ｍ１−ｐ＋ωｑ  …（６）
積分フィルタ伝達要素１１は（ｓ＋ωｑ）／ｓ、微分フィルタ伝達要素１４は（ｂ２・ｓ２＋ｂ１・ｓ）／（ｓ＋ωｑ）で表わされる。
【００５４】
また、モータ制御装置４には、ｍ１とωｑとの関係が、ｍ１の低下に応じてωｑも低下するように対応付けられた第２テーブルが記憶されている。第２ゲイン変換手段１６は、第１ゲイン変換手段１５が前述のように算出した速度ループゲインｍ１からωｑへの変換を、第２テーブルを参照して行う。第３ゲイン変換手段１７は、第１ゲイン変換手段１５で算出されたｍ１と、適応同定手段２１で同定されたゲインｐとから、式（５），（６）に基づき、ｂ１およびｂ２をそれぞれ算出する。
【００５５】
モータ制御装置４は、第２ゲイン変換手段１６で求まったωｑ、および第３ゲイン変換手段１７で算出されたｂ１，ｂ２を積分フィルタ伝達要素１１および微分フィルタ伝達要素１４に与えて、積分フィルタ伝達要素１１および微分フィルタ伝達要素１４をそれぞれ所定時間間隔で逐次更新する。これらの更新により、閉ループ系８Ｂの伝達関数が所定時間間隔で逐次補正され、動作対象物２やモータ３のイナーシャが大きくなって振動が強くなる傾向になっても、閉ループ系８Ｂの伝達関数を希望伝達関数に自動的に一致させることができる。このため、動作対象物２やモータ３のイナーシャが大きくなっても、閉ループ系８Ｂの特性を安定になるように変化させて振動を抑制することが可能になる。
【００５６】
このような第２の実施形態によるモータシステム１によっても、速度ループゲインｍ１は、イナーシャ比Ｇｒ（＝Ｋ０／Ｋ）を第１ゲイン変換手段１５によって算出し、算出したイナーシャ比Ｇｒに対する任意のパラメータ定数Ｒｉの比（＝Ｒｉ／Ｇｒ）を求めることで、簡単に算出される。このため、第２の実施形態によるモータシステム１によっても、ＣＰＵの演算処理負荷を大きくすることなく、オートチューニングで振動を抑制することが出来、第１の実施形態と同様な作用効果が奏される。
【００５７】
また、第２の実施形態によるモータシステム１においては、ｍ１とωｑとの関係が対応付けられた第２テーブルがモータ制御装置４に記憶されている。このため、ｍ１からωｑへ変換する演算処理は、第２ゲイン変換手段１６によって第２テーブルを単に検索することで行える。このため、演算処理時間が短縮されると共に、ＣＰＵの演算処理負荷が一層低減される。
【００５８】
次に、本発明の第３の実施形態にかかるモータシステム１における閉ループ系８Ｃについて説明する。図５は、この閉ループ系８Ｃを表すブロック線図である。なお、同図において図２と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００５９】
閉ループ系８Ｃは、速度ループゲインｍ１および位置ループゲインｍ０／ｍ１を因子に含む伝達関数を構成し、回転速度指令に代えてモータ３の回転位置指令を入力すると共に、モータ３の回転位置をフィードバック制御して回転位置を出力する。閉ループ系８Ｃの位置の希望伝達関数は、演算式ｍ０／（ｓ２＋ｍ１・ｓ＋ｍ０）で規定される。また、閉ループ系８Ｃは、図２に示す閉ループ系８Ａに比べ、第１比例ゲイン伝達要素９に代えて、第２の加え合わせ点１８と第２比例ゲイン伝達要素１９とを、前向き経路における第１の加え合わせ点１０の前段に有する。第２の加え合わせ点１８には、回転速度指令に代えてモータ３の回転位置指令が入力されると共に、モータ３の回転位置がモータ位置伝達要素１３から第２帰還経路（第２フィードバック経路）を介して直接負帰還される。第２比例ゲイン伝達要素１９には、第２の加え合わせ点１８から出力される、回転位置指令と回転位置との偏差が入力される。動作対象物２は、閉ループ系８Ｃによって回転制御されるモータ３によって動作対象位置が設定される。
【００６０】
この閉ループ系８Ｃでは、第２比例ゲイン伝達要素１９はｍ０で表わされ、積分フィルタ伝達要素１１、モータゲイン伝達要素１２および微分フィルタ伝達要素１４は、図２に示す閉ループ系８Ａと同様に表わされる。
【００６１】
また、モータ制御装置４には、ｍ１とｍ０、ｑ０、ｑ１との関係が、ｍ１の低下に応じてｍ０、ｑ０、ｑ１も低下するように対応付けられた第３テーブルが記憶されている。第２ゲイン変換手段１６は、第１ゲイン変換手段１５が算出した速度ループゲインｍ１から、ｍ０、ｑ０、ｑ１への変換を第３テーブルを参照して行う。この際、第３テーブルのテーブル値は、速度ループゲインｍ１と一定の関係を有する値が位置ループゲインｍ０／ｍ１の値として算出されるように、設定されている。これは、ｍ１だけ単独で値を下げると、ｍ０とのバランスが悪くなり、制御が不安定になることがあるためである。そこで、ｍ１の値を下げたらｍ０の値を下げ、ｍ１の値に応じてｍ０の値を調整する。ｍ１の値に対してｍ０の値をどれだけ下げるかは、１慣性系で安定となるようなｍ１とｍ０との比率となるように決定する。
【００６２】
また、この際、第３テーブルのテーブル値は、速度ループゲインｍ１と一定の関係を有する値がｑ０、ｑ１の値として算出されるように、設定されている。これも、ｍ１だけ単独で値を下げると、制御が不安定になることがあるためである。そこで、ｍ１の値を下げたらｑ０、ｑ１の値を下げ、ｍ１の値に応じてｑ０、ｑ１の値を調整する。
【００６３】
第３ゲイン変換手段１７は、第１ゲイン変換手段１５で前述のように算出されたｍ１と、適応同定手段２１で同定されたゲインｐとから、式（１），（２），（３）に基づき、閉ループ系８Ｃの特性を希望伝達関数に一致させるパラメータであるａ１，ｂ１およびｂ２をそれぞれ算出する。モータ制御装置４は、第２ゲイン変換手段１６で求まったｍ０，ｑ０，ｑ１、および第３ゲイン変換手段１７で算出されたａ１，ｂ１，ｂ２を積分フィルタ伝達要素１１、微分フィルタ伝達要素１４および第２比例ゲイン伝達要素１９に与えて、積分フィルタ伝達要素１１、微分フィルタ伝達要素１４および第２比例ゲイン伝達要素１９をそれぞれ所定時間間隔で逐次更新する。これらの更新により、閉ループ系８Ｃの伝達関数が所定時間間隔で逐次補正され、動作対象物２やモータ３のイナーシャが大きくなって振動が強くなる傾向になっても、閉ループ系８Ｃの伝達関数を希望伝達関数に自動的に一致させることができる。このため、動作対象物２やモータ３のイナーシャが大きくなっても、閉ループ系８Ｃの特性を安定になるように変化させて振動を抑制することが可能になる。
【００６４】
このような第３の実施形態によるモータシステム１によっても、速度ループゲインｍ１は、イナーシャ比Ｇｒ（＝Ｋ０／Ｋ）を第１ゲイン変換手段１５によって算出し、算出したイナーシャ比Ｇｒに対する任意のパラメータ定数Ｒｉの比（＝Ｒｉ／Ｇｒ）を求めることで、簡単に算出される。このため、第３の実施形態によるモータシステム１によっても、ＣＰＵの演算処理負荷を大きくすることなく、オートチューニングで振動を抑制することが出来、第１の実施形態と同様な作用効果が奏される。
【００６５】
また、第３の実施形態によるモータシステム１においては、ｍ１とｍ０、ｑ０、ｑ１との関係が対応付けられた第３テーブルがモータ制御装置４に記憶されているため、ｍ１からｍ０、ｑ０、ｑ１へ変換する演算処理は、第２ゲイン変換手段１６によって第３テーブルを単に検索することで行える。このため、演算処理時間が短縮されると共に、ＣＰＵの演算処理負荷が一層低減される。
【００６６】
また、第３の実施形態によるモータシステム１によれば、位置ループゲインｍ０／ｍ１の値が、速度ループゲインｍ１と一定の関係を有する値として第２ゲイン変換手段１６によって簡単に算出され、速度ループゲインｍ１に対して制御系のバランスが良い値にオートチューニングされる。このため、制御が不安定になることのない、モータ３の回転速度とモータ３の回転位置とを考慮した安定なフィードバック制御を、簡単な演算処理で、ＣＰＵに負荷を掛けずに行うことが出来る。
【００６７】
また、上記の閉ループ系８Ｃにおける、演算式ｍ０／（ｓ２＋ｍ１・ｓ＋ｍ０）で規定される希望伝達関数は、以下のように変形することができる。
ｍ０／（ｓ２＋ｍ１・ｓ＋ｍ０）＝ω１・ω２／（ｓ＋ω１）・（ｓ＋ω２）
【００６８】
ここで、ω１，ω２は希望伝達関数の遮断周波数であり、以下の関係が成立する。
ｍ０＝ω１・ω２、ｍ１＝ω１＋ω２
【００６９】
したがって、第３の実施形態において、ｍ０，ｍ１を制御する代わりに、ω１，ω２を制御するようにしても良い。
【００７０】
また、積分フィルタ伝達要素１１および微分フィルタ伝達要素１４における特性多項式（ｓ２＋ｑ１・ｓ＋ｑ０）は、以下のように変形することができる。
ｓ２＋ｑ１・ｓ＋ｑ０＝（ｓ＋ωｑ１）・（ｓ＋ωｑ２）
【００７１】
ここで、ωｑ１，ωｑ２について、以下の関係が成立する。
ｑ０＝ωｑ１・ωｑ２、ｑ１＝ωｑ１＋ωｑ２
【００７２】
また、調整を簡単にするために、次式のようにωｑ１とωｑ２を等しくしても良い。
ωｑ＝ωｑ１＝ωｑ２
【００７３】
ここで、ωｑについて、以下の関係が成立する。
ｑ０＝ωｑ２、ｑ１＝２・ωｑ
【００７４】
したがって、第１の実施形態および第３の実施形態において、ｑ０，ｑ１を制御する代わりに、ωｑ１，ωｑ２を制御するようにしても良い。
【００７５】
なお、上述した第１，第２および第３の各実施形態によるモータシステム１は、ロバスト極配置制御を行う場合について、説明した。しかし、Ｐ−ＰＩ制御を行うモータシステムにも本発明を同様に適用することが出来る。
【００７６】
図６は、ＰＩ速度制御を行う本発明の第４の実施形態にかかるモータシステム１における閉ループ系８Ｄを示すブロック線図である。なお、同図において図２と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００７７】
閉ループ系８Ｄは、速度ループゲインＫvpを因子に含む伝達関数を構成し、モータ３の回転速度指令を入力すると共に、モータ３の回転位置をフィードバック制御して回転速度を出力する。閉ループ系８Ｄにおける第１の加え合わせ点１０にはモータ３の回転速度指令が直接入力され、積分フィルタ伝達要素１１には速度ループゲインＫvpが比例ゲイン伝達要素として含まれている。閉ループ系８Ｄにおける積分フィルタ伝達要素１１は速度積分ゲインをＫviとするとＫvp・（１＋Ｋvi／ｓ）、微分フィルタ伝達要素１４は遮断周波数をωcとするとωc・ｓ／（ｓ＋ωc）で表わされる。動作対象物２は、閉ループ系８Ｄによって回転制御されるモータ３によって動作対象速度が設定される。
【００７８】
この閉ループ系８Ｄにおいても、適応同定手段２１で同定されたゲインＫと、入力されたパラメータ定数Ｒｉとに基づき、ゲインＫ０のゲインＫに対するイナーシャ比Ｇｒ（＝Ｋ０／Ｋ）を算出する。そして、算出したイナーシャ比Ｇｒを用いた、イナーシャ比Ｇｒを因子とする所定の関数値に対するパラメータ定数Ｒｉの比から、速度ループゲインＫvpを算出する。本実施形態では、式（４）に相当する演算式（Ｋvp＝Ｒｉ／Ｇｒ）から、速度ループゲインＫvpを算出する。さらに、算出した速度ループゲインＫvpに基づいて、閉ループ系８Ｄにおける各制御パラメータをテーブルを参照して逐次更新する。このため、第４の実施形態によるモータシステム１によっても、速度ループゲインＫvpが簡単に算出され、ＣＰＵの演算処理負荷を大きくすることなく、オートチューニングで振動を抑制することが出来て、第１の実施形態と同様な作用効果が奏される。
【００７９】
図７は、ＰＩ位置制御を行う本発明の第５の実施形態にかかるモータシステム１における閉ループ系８Ｅを示すブロック線図である。なお、同図において図６と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００８０】
閉ループ系８Ｅは、速度ループゲインＫvpおよび位置ループゲインＫppを因子に含む伝達関数を構成し、回転速度指令に代えてモータ３の回転位置指令を入力すると共に、モータ３の回転位置をフィードバック制御して回転位置を出力する。閉ループ系８Ｅは、図６に示す閉ループ系８Ｄに比べ、第２の加え合わせ点１８と第２比例ゲイン伝達要素１９とを、前向き経路における第１の加え合わせ点１０の前段に有する。第２の加え合わせ点１８には、回転速度指令に代えてモータ３の回転位置指令が入力されると共に、モータ３の回転位置がモータ位置伝達要素１３から第２帰還経路を介して直接負帰還される。第２比例ゲイン伝達要素１９には、第２の加え合わせ点１８から出力される、回転位置指令と回転位置との偏差が入力される。動作対象物２は、閉ループ系８Ｅによって回転制御されるモータ３によって動作対象位置が設定される。
【００８１】
この閉ループ系８Ｅにおいても、適応同定手段２１で同定されたゲインＫと、入力されたパラメータ定数Ｒｉとに基づき、ゲインＫ０のゲインＫに対するイナーシャ比Ｇｒ（＝Ｋ０／Ｋ）を算出する。そして、算出したイナーシャ比Ｇｒを用いた、イナーシャ比Ｇｒを因子とする所定の関数値に対するパラメータ定数Ｒｉの比から、速度ループゲインＫvpを算出する。本実施形態でも、式（４）に相当する演算式（Ｋvp＝Ｒｉ／Ｇｒ）から、速度ループゲインＫvpを算出する。さらに、算出した速度ループゲインＫvpに基づいて、閉ループ系８Ｅにおける各制御パラメータをテーブルを参照して逐次更新する。
【００８２】
この際、位置ループゲインＫppおよび速度積分ゲインＫviの値は、速度ループゲインＫvpと一定の関係を有する値が算出される。これは、Ｋvpだけ単独で値を下げると、ＫppおよびＫviとのバランスが悪くなり、制御が不安定になることがあるためである。そこで、Ｋvpの値を下げたらＫppおよびＫviの値を下げ、Ｋvpの値に応じてＫppおよびＫviの値を調整する。Ｋvpの値に対してＫppおよびＫviの値をどれだけ下げるかは、１慣性系で安定となるようなＫvpとＫppおよびＫviとの比率となるように決定する。
【００８３】
このような第５の実施形態によるモータシステム１によっても、速度ループゲインＫvpおよび位置ループゲインＫppが簡単に算出され、ＣＰＵの演算処理負荷を大きくすることなく、オートチューニングで振動を抑制することが出来て、第１の実施形態と同様な作用効果が奏される。
【００８４】
また、上述した第１〜第５の各実施形態によるモータシステム１においては、イナーシャ比Ｇｒを因子とする所定の関数ｆ（Ｇｒ）がイナーシャ比Ｇｒのみを因子とする１次関数（ｆ（Ｇｒ）＝Ｇｒ）に設定され、速度ループゲインｍ１，Ｋvpとイナーシャ比Ｇｒとが式（４）で表される単純な反比例関係にある場合について、説明した。しかし、イナーシャ比Ｇｒと定数Ｒid0を因子とする１次関数（ｆ（Ｇｒ）＝Ｇｒ＋Ｒid0）によって所定の関数ｆ（Ｇｒ）を表し、次の式（７．１），（７．２）によって速度ループゲインｍ１，Ｋvpを規定してもよい。
ｍ１＝Ｒｉ／（Ｇｒ＋Ｒid0） …（７．１）
Ｋvp＝Ｒｉ／（Ｇｒ＋Ｒid0） …（７．２）
【００８５】
式（７．１），（７．２）によれば、速度ループゲインｍ１，Ｋvpとイナーシャ比Ｇｒとの反比例関係を定数の値Ｒid0分調整することが出来る。このため、速度ループゲインｍ１，Ｋvpの設定範囲を広めつつ、ＣＰＵの演算処理負荷を抑えることが出来る。
【００８６】
また、イナーシャ比Ｇｒと定数Ｒid0を因子とする２次関数（ｆ（Ｇｒ）＝Ｇｒ２＋Ｒid1・Ｇｒ＋Ｒid0）によって所定の関数ｆ（Ｇｒ）を表し、次の式（８．１），（８．２）によって速度ループゲインｍ１，Ｋvpを規定してもよい。
ｍ１＝Ｒｉ／（Ｇｒ２＋Ｒid1・Ｇｒ＋Ｒid0） …（８．１）
Ｋvp＝Ｒｉ／（Ｇｒ２＋Ｒid1・Ｇｒ＋Ｒid0） …（８．２）
【００８７】
分母を２次の分数関数とする式（８．１），（８．２）によれば、速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値は、単純な反比例関係と異なる、イナーシャ比Ｇｒの増加に対して単調に減少する所望の関係に設定することが出来る。分母が１次関数の反比例関係よりも、分母を２次の分数関数とする方が、より指令応答特性と振動抑制特性の両立を図ることが出来る。
【００８８】
速度ループゲインｍ１，Ｋvpを規定する各式（４）、（７．１），（７．２）、（８．１），（８．２）によって表される具体的な特性は、本実施形態では、速度ループゲインｍ１，Ｋvpとイナーシャ比Ｇｒの関係を実験によって測定した点を通る特性になるように、決定した。分母の関数の次数が高いほど、関数値を測定点にフィッティングさせる精度を上げることが出来るが、ＣＰＵの演算処理負荷は大きくなる。
【００８９】
また、上述した第１〜第５の各実施形態によるモータシステム１においては、ユーザが任意のパラメータ定数Ｒｉをモータ制御装置４に全く自由に入力する場合について、説明した。しかし、パラメータ定数Ｒｉを、モータ３と動作対象物２との間の動力伝達機構６の種類に応じた複数の値として、モータ制御装置４に記憶しておく構成としてもよい。この構成によれば、ユーザは、モータ制御装置４に予め記憶された複数のパラメータ定数Ｒｉの中から、動力伝達機構６の種類に応じたパラメータ定数Ｒｉの値を単に選択することで、パラメータ設定をすることが出来る。このため、ユーザーの利便性を高めたモータシステム１を提供することが出来る。
【００９０】
また、上述した第１〜第５の各実施形態によるモータシステム１においては、速度ループゲインｍ１，Ｋvpから各制御パラメータへの変換をテーブルを用いて行った場合について、説明した。しかし、テーブルを用いることなく、演算式を用いた演算により、速度ループゲインｍ１，Ｋvpから各制御パラメータへの変換を行うようにしてもよい。
【００９１】
また、上述した第１〜第５の各実施形態によるモータシステム１において、イナーシャ比Ｇｒの上限値に制限を設定するように構成してもよい。
【００９２】
イナーシャ比Ｇｒの増加に応じて速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値が小さくなり過ぎ、イナーシャ比Ｇｒの値に対応した速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値を設定できない場合、例えば、イナーシャ比Ｇｒの値に対応した速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値が、テーブルに設定された最小レベルの速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値より小さい場合、速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値を下げることが出来ない。
【００９３】
このような場合、テーブルで設定可能な速度ループゲインｍ１の最小値ｍ１ｍｉｎ，Ｋvpの最小値Ｋvpｍｉｎから関係式（ｍ１＝Ｒｉ／ｆ（Ｇｒ），Ｋvp＝Ｒｉ／ｆ（Ｇｒ））に基づいて求められるイナーシャ比Ｇｒを、イナーシャ比Ｇｒの上限値として、モータ制御装置４に設定しておく。このようにイナーシャ比Ｇｒの上限値に制限を掛けておくことで、イナーシャ比Ｇｒの値に対応した速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値の下限に制限がかかる。このため、関係式（ｍ１＝Ｒｉ／ｆ（Ｇｒ），Ｋvp＝Ｒｉ／ｆ（Ｇｒ））が常に成立し、速度ループゲインｍ１，Ｋvpの値を設定出来なくなることはなくなる。
【００９４】
例えば、速度ループゲインｍ１の値が式（４）によって算出され、図３（ａ）のグラフに示すように、速度ループゲインｍ１とイナーシャ比Ｇｒとの関係が単純な反比例関係（ｍ１＝Ｒｉ／Ｇｒ）で表される場合、テーブルにおいて設定可能な速度ループゲインｍ１の最小値をｍ１ｍｉｎとすると、イナーシャ比Ｇｒの上限値grcamaxは、式（４）に基づき、次の式（９）で表される。
grcamax＝Ｒｉ／ｍ１ｍｉｎ  …（９）
【００９５】
図３（ｂ）は、イナーシャ比Ｇｒに上限値grcamaxが設定されたときにおけるイナーシャ比Ｇｒの時間変化を示すグラフである。同グラフの横軸は時間、縦軸はイナーシャ比Ｇｒである。同グラフに示すように、時間ｔにおいて、イナーシャ比Ｇｒに上限値grcamaxが設定されると、時間ｔ以降は、鎖線で示すように漸増するイナーシャ比Ｇｒの推定値がgrcamax[％]に制限される。したがって、イナーシャ比Ｇｒの設定を式（９）で決まる上限値grcamaxに制限しておくことで、イナーシャ比Ｇｒの値に対応した速度ループゲインｍ１の値の下限に制限がかかり、関係式（ｍ１＝Ｒｉ／ｆ（Ｇｒ））が常に成立し、速度ループゲインｍ１の値を設定出来なくなることはなくなる。
【００９６】
また、図３（ａ）に示す、速度ループゲインｍ１とイナーシャ比Ｇｒとの関係において、同グラフに示すように、速度ループゲインｍ１の値に上限値ｍ１ｍａｘを設定し、速度ループゲインｍ１の値をユーザの希望する上限値ｍ１ｍａｘで飽和させるようにすると、指令応答性を出来るだけ高くすることが出来る。このようなモータシステム１によれば、ＣＰＵの演算処理負荷を大きくすることなく、オートチューニングで振動を抑制し、指令応答性をユーザーの希望する特性に近付けることが出来る。
【００９７】
図８は、第３の実施形態によるモータシステム１において、イナーシャ比Ｇｒの上限値に制限を設定する構成を追加した変形例による閉ループ系８Ｃ’のブロック線図である。なお、同図において図５と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００９８】
閉ループ系８Ｃ’は、ＣＰＵによって構成されるＧｒ上限値算出手段２２およびリミッタ２３を、閉ループ系８Ｃに追加して有する。この閉ループ系８Ｃ’では、図５で１／Ｋ（＝Ｇｒ／Ｋ０）で表されていたモータゲイン伝達要素１２が、１／Ｋ０で表される伝達要素１２ａと、Ｇｒで表される伝達要素１２ｂとの２つの伝達要素に分割されて、表現されている。Ｇｒ上限値算出手段２２には、第３テーブルにおいて設定可能な速度ループゲインｍ１の最小値ｍ１ｍｉｎ、およびパラメータ定数Ｒｉが与えられている。Ｇｒ上限値算出手段２２は、最小値ｍ１ｍｉｎおよびパラメータ定数Ｒｉから、イナーシャ比Ｇｒの上限値grcamaxを式（９）によって算出し、記憶する。式（４）によって算出される速度ループゲインｍ１の値が第３テーブルにおいて下限飽和すると、リミッタ２３は、伝達要素１２ｂにおけるＧｒの値を、Ｇｒ上限値算出手段２２によって算出された上限値grcamaxに制限する。これにより、１／Ｋ設定値が上がり過ぎないように、言い換えると、Ｋ設定値が下がり過ぎないように、制限される。したがって、関係式（ｍ１＝Ｒｉ／Ｇｒ）が常に成立し、速度ループゲインｍ１の値を設定出来なくなることはなくなる。
【００９９】
また、上述した第１〜第５の各実施形態および上記変形例によるモータシステム１においては、閉ループ系８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｃ’，８Ｄ，８Ｅの伝達関数が多慣性系の特性を規定する場合について、説明した。しかし、閉ループ系の伝達関数が１慣性系の特性を規定する場合においても、本発明を同様に適用することが出来る。このような構成によれば、閉ループ系の指令応答特性は低下するが、ユーザーが制御対象装置の剛性が高い１慣性系か、制御剛性が低い多慣性系か、意識することなく、制御による発振を防止することができる。
【０１００】
また、上述した第１〜第５の各実施形態および上記変形例によるモータシステム１においては、適応同定手段２１が、動作対象物２およびモータ３のイナーシャを検出するイナーシャ検出手段を構成している場合について、説明した。しかし、モータ制御装置４は、適応同定手段２１に加えて、動作対象物２およびモータ３のイナーシャを検出するイナーシャ検出手段を別途備えるように構成してもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１…モータシステム
２…動作対象物
３…モータ
４…モータ制御装置
６…動力伝達機構
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｃ’，８Ｄ，８Ｅ…閉ループ系
９…第１比例ゲイン伝達要素
１０…第１の加え合わせ点
１１…積分フィルタ伝達要素
１２…モータゲイン伝達要素
１３…モータ位置伝達要素
１４…微分フィルタ伝達要素
１５…第１ゲイン変換手段
１６…第２ゲイン変換手段
１７…第３ゲイン変換手段
１８…第２の加え合わせ点
１９…第２比例ゲイン伝達要素
２１…適応同定手段
【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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