(57)【要約】目標応答時定数入力部から取得した目標応答時定数と、波形パラメータ入力部から取得した波形パラメータと、正規化時定数計算部から取得した正規化時定数と、モータ負荷慣性入力部から取得したモータ負荷慣性とに基づいて、モータ制御装置に設定するモータ制御定数が自動的に計算される構成を備えることで、ユーザの能力差によって、ばらつきを生じさせるたり工数を増大させたりすることなく、所望の応答特性を得るための適切なモータ制御定数を自動的に計算して決定することができるモータ制御定数計算装置を得ることができる。
2015173878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータに対する速度指令として、目標速度を発生させる目標速度指令発生部と、
前記目標速度指令発生部から入力された前記目標速度の信号波形をフィルタリング処理する第１ＬＰＦと、
前記モータから検出されるモータ速度の信号波形のノイズを低減する第２ＬＰＦと、
前記第１ＬＰＦを通過した前記目標速度と前記第２ＬＰＦを通過した前記モータ速度との偏差を計算する速度偏差計算部と、
前記偏差に基づいて前記モータが発生する目標トルクを計算するモータ目標トルク計算部と、
前記目標トルクに基づいて前記モータに印加する電圧を計算して前記モータに出力するモータ印加電圧計算部と、
を備えたモータ制御装置に対して、前記モータが所望の応答特性を得るためのモータ制御定数を計算するモータ制御定数計算装置であって、
前記所望の応答特性となるように応答速度を規定する目標応答時定数を入力して設定するための目標応答時定数入力部と、
前記所望の応答特性となるように応答波形を規定する波形パラメータを入力して設定するための波形パラメータ入力部と、
前記モータのモータ負荷慣性を入力して設定するためのモータ負荷慣性入力部と、
前記波形パラメータ入力部から取得した前記波形パラメータに基づいて、正規化時定数を計算する正規化時定数計算部と、
前記目標応答時定数入力部から取得した前記目標応答時定数と、前記波形パラメータ入力部から取得した前記波形パラメータと、前記正規化時定数計算部から取得した前記正規化時定数と、前記モータ負荷慣性入力部から取得した前記モータ負荷慣性とに基づいて、前記第１ＬＰＦ、前記第２ＬＰＦおよび前記モータ目標トルク計算部に対して設定するためのモータ制御定数として、フィルタ時定数、比例ゲインおよび積分ゲインを計算するモータ制御定数計算部と、
を備えたモータ制御定数計算装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御定数計算装置において、
前記モータが所望のランプ応答特性となるようにランプ応答仕様として、ランプ応答の目標加速度と、前記目標加速度に対する定常偏差の許容値とを入力して設定するためのランプ応答仕様入力部をさらに備え、
前記モータ制御定数計算部は、
前記ランプ応答仕様入力部から取得した前記ランプ応答仕様にも基づくように前記モータ制御定数を計算する
モータ制御定数計算装置。
【請求項３】
請求項１に記載のモータ制御定数計算装置において、
前記モータ制御定数計算部は、
式（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｎ）
【数１６】
2015173878.tif 000018
において、
式（Ｌ）を満たすように前記フィルタ時定数を計算し、式（Ｍ）、（Ｎ）を満たすように、前記比例ゲインおよび前記積分ゲインを計算し、
ここで、前記フィルタ時定数をτLPF、前記目標応答時定数をτd、前記波形パラメータをγ1，γ2、前記正規化時定数をτs、前記比例ゲインをＫvp、前記積分ゲインをＫvi、前記モータ負荷慣性をＪと表記している
モータ制御定数計算装置。
【請求項４】
請求項２に記載のモータ制御定数装置において、
前記モータ制御定数計算部は、
式（Ｏ）、（Ｐ）、（Ｑ）
【数１７】
2015173878.tif 000019
において、
式（Ｏ）を満たすように前記フィルタ時定数を計算し、式（Ｐ）、（Ｑ）を満たすように、前記比例ゲインおよび前記積分ゲインを計算し、
ここで、前記フィルタ時定数をτLPF、前記ランプ応答の目標加速度をａref、前記ランプ応答の目標加速度に対する定常偏差の許容値をｅramp、前記目標応答時定数をτd、前記波形パラメータをγ1，γ2、前記正規化時定数をτs、前記比例ゲインをＫvp、前記積分ゲインをＫvi、前記モータ負荷慣性をＪと表記している
モータ制御定数計算装置。
【請求項５】
モータに対する速度指令として、目標速度を発生させる目標速度指令発生部と、
前記目標速度指令発生部から入力された前記目標速度の信号波形をフィルタリング処理する第１ＬＰＦと、
前記モータから検出されるモータ速度の信号波形のノイズを低減する第２ＬＰＦと、
前記第１ＬＰＦを通過した前記目標速度と前記第２ＬＰＦを通過した前記モータ速度との偏差を計算する速度偏差計算部と、
前記偏差に基づいて前記モータが発生する目標トルクを計算するモータ目標トルク計算部と、
前記目標トルクに基づいて前記モータに印加する電圧を計算して前記モータに出力するモータ印加電圧計算部と、
を備えたモータ制御装置に対して、前記モータが所望の応答特性を得るためのモータ制御定数を計算するモータ制御定数計算装置であって、
前記所望の応答特性となるように前記第１ＬＰＦおよび前記第２ＬＰＦにおけるフィルタ時定数を入力して設定するためのフィルタ時定数入力部と、
前記所望の応答特性となるように応答波形を規定する波形パラメータを入力して設定するための波形パラメータ入力部と、
前記モータのモータ負荷慣性を入力して設定するためのモータ負荷慣性入力部と、
前記波形パラメータ入力部から取得した前記波形パラメータに基づいて、正規化時定数を計算する正規化時定数計算部と、
前記フィルタ時定数入力部から取得した前記フィルタ時定数と、前記波形パラメータ入力部から取得した前記波形パラメータと、前記正規化時定数計算部から取得した前記正規化時定数と、前記モータ負荷慣性入力部から取得した前記モータ負荷慣性とに基づいて、前記第１ＬＰＦ、前記第２ＬＰＦおよび前記モータ目標トルク計算部に対して設定するためのモータ制御定数として、比例ゲインおよび積分ゲインを計算するモータ制御定数計算部と、
を備えたモータ制御定数計算装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ制御定数計算装置において、
前記波形パラメータ入力部から取得した前記波形パラメータに基づいて、前記目標速度から前記モータ速度に至るまでの伝達関数の時間軸を正規化した伝達関数に対する応答波形を表示する正規化波形表示部をさらに備える
モータ制御定数計算装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ制御定数計算装置において、
数値解析条件を入力して設定するための数値解析条件入力部と、
前記モータ制御定数計算部が計算した前記モータ制御定数と、前記モータ負荷慣性部から取得した前記モータ負荷慣性とを用いて、前記数値解析条件部から取得した前記数値解析条件の下で数値解析を実行し、前記モータの応答波形を表示する応答波形表示部と、
をさらに備えるモータ制御定数計算装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ制御定数計算装置において、
前記モータ制御装置から取得した前記目標速度および前記目標トルクに基づいて、前記モータ負荷慣性を計算するモータ負荷慣性計算部をさらに備え、
前記モータ負荷慣性入力部は、
入力して設定されている前記モータ負荷慣性を、前記モータ負荷慣性計算部が計算した前記モータ負荷慣性に逐次更新するとともに、更新後の前記モータ負荷慣性を前記モータ制御定数計算部に出力する
モータ制御定数計算装置。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ制御定数計算装置において、
前記モータ制御定数計算部は、
あらかじめ計算しておいた、複数のモータ負荷慣性に対応するモータ制御定数を記憶する記憶部を有し、
事前にわかっているモータ負荷変動に対応した適切なモータ制御定数を前記記憶部の中から直接選択する
モータ制御定数計算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の応答特性を得るために、モータ制御装置に設定する適切なモータ制御定数を計算するモータ制御定数計算装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータ速度制御において、速度応答性および負荷変動に伴う速度変動を抑制するロバスト性を向上させるためには、制御ゲインを大きくする必要がある。しかしながら、エンコーダまたはレゾルバから得られるモータ速度信号にはノイズが含まれるので、制御ゲインを大きくするとノイズが増幅されてしまい、モータ速度の安定性が低下する。したがって、制御ゲインを大きくするだけでは、達成可能な制御性能には限界がある。【０００３】
このような事態を回避するため、一般的には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を挿入することでモータ速度信号のノイズを低減する手段がとられる。しかしながら、ＬＰＦのカットオフ周波数を低くすることでノイズ低減効果を高めるほど、モータ速度信号の位相が遅れて速度応答性が劣化する。【０００４】
以上から、制御性能を向上させるためには、制御ゲインと、ＬＰＦのカットオフ周波数とのトレードオフを考慮し、モータ制御装置に設定するのに適切なモータ制御定数を決定しなければならない。【０００５】
ここで、従来では、このようなトレードオフに起因して、モータ制御定数を試行錯誤して決定することにならないように、所望の応答速度を規定するパラメータを１つ与えるだけで、モータ制御定数を自動的に計算して決定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００６】
具体的には、特許文献１に記載の従来技術では、所望の応答速度を規定するパラメータとして目標応答周波数ωfを与えれば、モータ制御定数を自動的に決定する。なお、当該従来技術が対象としているモータ制御定数は、モータ制御装置の位置制御部内の位置ループゲインと、速度制御部内の速度ループゲインおよび速度積分時定数と、トルクフィルタ部内のフィルタ定数と、電流制御部内の電流ループゲインおよび電流積分時定数と、速度信号作成部（すなわち、ＬＰＦ）内のフィルタ時定数である。【０００７】
また、特許文献１では、速度制御ループが速度ループゲインおよびモータ負荷慣性のみで表される２次系として考え、目標速度（速度指令）からモータ速度（実速度）までに至る範囲の伝達関数の特性方程式が重根になるように、速度ループゲインを決定している。さらに、フィルタ時定数を決定するための計算式は、制御系の安定条件および繰り返し行った実験に基づいて試行錯誤して規定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３５６１９１１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、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献１に記載の従来技術では、モータ速度信号のノイズを低減するＬＰＦを無視して、速度ループゲインを決定する。したがって、決定した速度ループゲインを用いて、最終的にＬＰＦを挿入してモータを制御した場合には、実際上、決定時に与えた目標応答周波数ωfよりも速度応答性が劣化する。すなわち、決定した速度ループゲインは、必ずしも適切なモータ制御定数とはいえないという問題がある。【００１０】
また、特許文献１に記載の従来技術では、フィルタ時定数を決定するための計算式は、試行錯誤して規定される。この結果、ユーザ（作業者）の能力差によって、最適なモータ制御定数にばらつきが生じたり、適切なフィルタ時定数を決定するのに要する工数が増大したりするという問題がある。【００１１】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、ユーザの能力差によって、ばらつきを生じさせるたり工数を増大させたりすることなく、所望の応答特性を得るための適切なモータ制御定数を自動的に計算して決定することのできるモータ制御定数計算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】
【００１２】
本発明におけるモータ制御定数計算装置は、モータに対する速度指令として、目標速度を発生させる目標速度指令発生部と、目標速度指令発生部から入力された目標速度の信号波形をフィルタリング処理する第１ＬＰＦと、モータから検出されるモータ速度の信号波形のノイズを低減する第２ＬＰＦと、第１ＬＰＦを通過した目標速度と第２ＬＰＦを通過したモータ速度との偏差を計算する速度偏差計算部と、偏差に基づいてモータが発生する目標トルクを計算するモータ目標トルク計算部と、目標トルクに基づいてモータに印加する電圧を計算してモータに出力するモータ印加電圧計算部と、を備えたモータ制御装置に対して、モータが所望の応答特性を得るためのモータ制御定数を計算するモータ制御定数計算装置であって、所望の応答特性となるように応答速度を規定する目標応答時定数を入力して設定するための目標応答時定数入力部と、所望の応答特性となるように応答波形を規定する波形パラメータを入力して設定するための波形パラメータ入力部と、モータのモータ負荷慣性を入力して設定するためのモータ負荷慣性入力部と、波形パラメータ入力部から取得した波形パラメータに基づいて、正規化時定数を計算する正規化時定数計算部と、目標応答時定数入力部から取得した目標応答時定数と、波形パラメータ入力部から取得した波形パラメータと、正規化時定数計算部から取得した正規化時定数と、モータ負荷慣性入力部から取得したモータ負荷慣性とに基づいて、第１ＬＰＦ、第２ＬＰＦおよびモータ目標トルク計算部に対して設定するためのモータ制御定数として、フィルタ時定数、比例ゲインおよび積分ゲインを計算するモータ制御定数計算部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、目標応答時定数入力部から取得した目標応答時定数と、波形パラメータ入力部から取得した波形パラメータと、正規化時定数計算部から取得した正規化時定数と、モータ負荷慣性入力部から取得したモータ負荷慣性とに基づいて、モータ制御装置に設定するモータ制御定数が自動的に計算される構成を備えている。これにより、ユーザの能力差によって、ばらつきを生じさせたり工数を増大させたりすることなく、所望の応答特性を得るための適切なモータ制御定数を自動的に計算して決定することのできるモータ制御定数計算装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータ制御定数計算装置を含むモータ制御システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２におけるモータ制御定数計算装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態３におけるモータ制御定数計算装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態４におけるモータ制御定数計算装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態４におけるモータ制御定数計算装置の正規化波形表示部によって表示される応答波形の一例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態５におけるモータ制御定数計算装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態６におけるモータ制御定数計算装置を含むモータ制御システム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】
【００１５】
以下、本発明によるモータ制御定数計算装置を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御定数計算装置２００を含むモータ制御システムの全体構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１において、モータ制御システムは、モータ１０と、モータ１０に接続されるとともにモータ１０からモータ速度信号を取得する検出器２０と、モータ１０の駆動を制御するモータ制御装置１００と、モータ制御装置１００に設定するための最適なモータ制御定数を計算するモータ制御定数計算装置２００とを備える。
【００１８】
モータ制御装置１００は、目標速度指令発生部１０１、第１ＬＰＦ１０２、速度偏差計算部１０３、モータ目標トルク計算部１０４、モータ印加電圧計算部１０５、第２ＬＰＦ１０６、モータ制御定数格納部１０７および第１通信Ｉ／Ｆ１０８を有する。
【００１９】
目標速度指令発生部１０１は、モータ１０に対する速度指令として、目標速度ωrefを発生させ、第１ＬＰＦ１０２を介して、速度偏差計算部１０３に出力する。したがって、速度偏差計算部１０３には、第１ＬＰＦ１０２を通過することで信号波形がフィルタ時定数にフィルタリング処理され、目標速度ωrefが入力されることとなる。なお、以降では、第１ＬＰＦ１０２を通過した目標速度ωrefを、特に目標速度ωref’と表記することとする。
【００２０】
ここで、第１ＬＰＦ１０２の伝達関数Ｆref（ｓ）は、比例ゲインＫvp、積分ゲインＫviおよび第１ＬＰＦ１０２の時定数（フィルタ時定数）τLPFを用いて、例えば、下式（Ａ）のように表されるとする。
【００２１】
【数１】
2015173878.tif 000003
【００２２】
検出器２０は、モータ１０の位置を検出するとともに、検出結果に基づいてモータ１０のモータ速度ω（実速度）をモータ速度信号として出力する。また、検出器２０から出力されたモータ速度ωは、第２ＬＰＦ１０６を介して、速度偏差計算部１０３に入力される。したがって、速度偏差計算部１０３には、第２ＬＰＦを通過することで信号波形のノイズが除去されたモータ速度ωが入力されることとなる。なお、以降では、第２ＬＰＦ１０６を通過したモータ速度ωを、特にモータ速度ω’と表記することとする。このように、検出器２０が出力するモータ速度ωは、第２ＬＰＦ１０６に入力され、モータ速度ω’の形で、速度偏差計算部１０３にフィードバックされることとなる。
【００２３】
ここで、第２ＬＰＦ１０６の伝達関数ＦLPF（ｓ）は、第２ＬＰＦ１０６の時定数（フィルタ時定数）τLPFを用いて、例えば、下式（Ｂ）のように表されるとする。
【００２４】
【数２】
2015173878.tif 000004
【００２５】
速度偏差計算部１０３は、入力された目標速度ωref’と、モータ速度ω’との偏差、すなわち、速度偏差ｅω（＝ωref’−ω’）を計算し、モータ目標トルク計算部１０４に出力する。
【００２６】
モータ目標トルク計算部１０４は、入力された速度偏差ｅωを用いて、モータ１０の目標トルクＴrefを計算する。また、モータ目標トルク計算部１０４は、計算した目標トルクＴrefをモータ印加電圧計算部１０５に出力する。
【００２７】
ここで、モータ目標トルク計算部１０４の伝達関数ＣFB（ｓ）は、比例ゲインＫvpおよび積分ゲインＫviを用いて、例えば、下式（Ｃ）のように表されるとする。
【００２８】
【数３】
2015173878.tif 000005
【００２９】
モータ印加電圧計算部１０５は、入力された目標トルクＴrefにモータ１０が発生するトルクＴが追従するように、モータ１０に対して印加すべき電圧を計算し、モータ１０に出力する。
【００３０】
モータ制御定数格納部１０７には、所望の応答特性を得るためにモータ制御定数計算装置２００が自動的に計算した適切なモータ制御定数として、比例ゲインＫvp、積分ゲインＫviおよびフィルタ時定数τLPFが格納される。
【００３１】
第１ＬＰＦ１０２、モータ目標トルク計算部１０４および第２ＬＰＦ１０６は、モータ制御定数格納部１０７に格納されているモータ制御定数を取得する。このように、モータ制御定数計算装置２００が自動的に計算した適切なモータ制御定数が、第１ＬＰＦ１０２、モータ目標トルク計算部１０４および第２ＬＰＦ１０６に設定されることとなる。
【００３２】
モータ制御定数計算装置２００は、目標応答時定数入力部２０１、モータ制御定数計算部２０２、波形パラメータ入力部２０３、正規化時定数計算部２０４、モータ制御定数表示部２０５、モータ負荷慣性入力部２０６および第２通信Ｉ／Ｆ２０７を有する。また、モータ制御定数計算部２０２は、フィルタ時定数計算部２０２ａおよび速度制御定数計算部２０２ｂを含む。
【００３３】
目標応答時定数入力部２０１は、モータ１０が所望の応答特性となるように、応答速度を規定する目標応答時定数τdを入力して設定するためのものである。また、波形パラメータ入力部２０３は、モータ１０が所望の応答特性となるように、応答波形を規定する波形パラメータγ1，γ2を入力して設定するためのものである。
【００３４】
さらに、モータ負荷慣性入力部２０６は、モータ１０の負荷特性に応じたモータ負荷慣性Ｊを入力して設定するためのものである。このように目標応答時定数入力部２０１、波形パラメータ入力部２０３およびモータ負荷慣性入力部２０６を備えて構成することで、ユーザは、所望の目標応答時定数τd、波形パラメータγ1，γ2、およびモータ負荷慣性Ｊを、モータ制御定数計算部２０２に自由自在に設定することができる。
【００３５】
正規化時定数計算部２０４は、波形パラメータ入力部２０３から取得した波形パラメータγ1，γ2に基づいて、正規化時定数τsを計算し、モータ制御定数計算部２０２に出力する。ここで、正規化時定数τsの計算方法を述べる。モータ制御装置１００において、目標速度ωrefからモータ速度ωに至るまでの伝達関数Ｇ（ｓ）は下式となる。
【数４】
2015173878.tif 000006
さらに、波形パラメータγ1，γ2およびτeを下式で定義する。
【数５】
2015173878.tif 000007
これらを用いることで、伝達関数Ｇ（ｓ）は下式に書き換えることができる。
【００３６】
【数６】
2015173878.tif 000008
【００３７】
したがって、τeｓを新たな変数とみなして伝達関数Ｇ（ｓ）をＧ（τeｓ）として考えることができる。伝達関数Ｇ（τeｓ）の応答波形は分母多項式の係数により決定され、これは波形パラメータγ1，γ2の値により一意に定まる。また、応答波形の時間方向の尺度は変数τeｓに依存することから、応答速度はτeにより決定される。以上に基づき、変数τeｓをｓ’に置き換えて時間軸をτeで正規化した伝達関数をＧn（ｓ’）とし、そのステップ応答の時定数を計算したものを正規化時定数τsとする。なお、正規化時定数τsは、波形パラメータγ1，γ2の組み合わせに対して１対１で対応する。
【００３８】
伝達関数Ｇn（ｓ’）は、波形パラメータγ1，γ2を用いて、下式（Ｄ）のように表される。
【００３９】
【数７】
2015173878.tif 000009
【００４０】
モータ制御定数計算部２０２は、モータ制御装置１００に設定するためのモータ制御定数として、比例ゲインＫvp、積分ゲインＫviおよびフィルタ時定数τLPFを計算し、モータ制御装置１００に出力する。なお、本実施の形態１では、例示した上式（Ａ）〜（Ｃ）で表された各伝達関数から分かるように、第１ＬＰＦ１０２に設定するための比例ゲインＫvp、積分ゲインＫviおよびフィルタ時定数τLPFと、第２ＬＰＦ１０６に設定するための時定数τLPFと、モータ目標トルク計算部１０４に設定するための比例ゲインＫvpおよび積分ゲインＫviとを計算する場合を例示している。
【００４１】
フィルタ時定数計算部２０２ａは、目標応答時定数入力部２０１から取得した目標応答時定数τdと、波形パラメータ入力部２０３から取得した波形パラメータγ1，γ2と、正規化時定数計算部２０４から取得した正規化時定数τsとに基づいて、下式（Ｅ）を満たすように、フィルタ時定数τLPFを計算する。
【００４２】
【数８】
2015173878.tif 000010
【００４３】
ここで、上式（Ｅ）の導出方法を述べる。正規化時定数τsに対して、実時間の応答を表す伝達関数Ｇ（ｓ）の時定数はτeτsとなる。したがって、目標応答時定数τdを達成するためにフィルタ時定数τLPFに課される条件は下式となる。
【数９】
2015173878.tif 000011
上式を式変形することで、上式（Ｅ）が得られる。
【００４４】
また、フィルタ時定数計算部２０２ａは、計算したフィルタ時定数τLPFに基づいて、下式（Ｆ）にしたがって、カットオフ周波数ｆLPFもモータ制御定数として併せて計算する。
【００４５】
【数１０】
2015173878.tif 000012
【００４６】
速度制御定数計算部２０２ｂは、波形パラメータ入力部２０３から取得した波形パラメータγ1，γ2と、モータ負荷慣性入力部２０６から取得したモータ負荷慣性Ｊと、フィルタ時定数計算部２０２ａから取得したフィルタ時定数τLPFとに基づいて、下式（Ｇ）、（Ｈ）にしたがって、比例ゲインＫvpおよび積分ゲインＫviを計算する。
【００４７】
【数１１】
2015173878.tif 000013
【００４８】
このように、モータ制御定数計算部２０２が計算した比例ゲインＫvp、積分ゲインＫviおよびフィルタ時定数τLPFは、第２通信Ｉ／Ｆ２０７および第１通信Ｉ／Ｆ１０８を介して、モータ制御定数格納部１０７に入力される。これにより、モータ制御定数計算部２０２が自動的に計算したこれらのモータ制御定数は、モータ制御定数格納部１０７によって、第１ＬＰＦ１０２、モータ目標トルク計算部１０４および第２ＬＰＦ１０６に設定されることとなる。
【００４９】
モータ制御定数表示部２０５は、モータ制御定数計算部２０２が計算したモータ制御定数を表示する。これにより、ユーザは、モータ制御定数計算部２０２が計算したモータ制御定数の具体的な数値を、直ちに目視で確認することができる。
【００５０】
以上、本実施の形態１によれば、目標応答時定数入力部から取得した目標応答時定数と、波形パラメータ入力部から取得した波形パラメータと、正規化時定数計算部から取得した正規化時定数と、モータ負荷慣性入力部から取得したモータ負荷慣性とに基づいて、モータ制御装置に設定するモータ制御定数が自動的に計算される構成を備えている。
【００５１】
加えて、伝達関数Ｇ（ｓ）の安定性は、理論的には、γ1≧１．５、γ2≧１．５とすることで保証される。振動およびオーバーシュートの観点からは、経験則として、γ1＝２．５、γ2＝２とすることで、良好な応答波形が得られる。一般的に、応答速度と異なり応答波形は、モータ速度制御の目的に依らず所望の形状はある程度限定されることから、ユーザは波形パラメータ入力部２０３にデフォルト値として、γ1＝２．５、γ2＝２付近を予め設定しておくことが好適である。さらに、モータ負荷慣性Ｊが固定であれば、モータ負荷慣性入力部２０６にデフォルト値として、この固定されたモータ負荷慣性Ｊを予め設定しておくことが好適である。本発明によれば、応答速度は目標応答時定数τdにより、応答波形は波形パラメータγ1，γ2により独立に調整できることから、波形パラメータγ1，γ2、モータ負荷慣性Ｊのデフォルト値を設定しておけば、ユーザは目標応答時定数τdだけを与えるだけで、所望の応答特性を実現するモータ制御定数が得られる。
【００５２】
これにより、ユーザの能力差によって、ばらつきを生じさせたり、工数を増大させたりすることなく、所望の応答特性を得るための適切なモータ制御定数を自動的に計算して決定することができる。また、熟練者でなくとも、誰でも容易に、試行錯誤することなく、モータ制御装置に対して適切なモータ制御定数を設定することができる。この結果、ユーザの能力差によって生じる制御性能のばらつきを防ぐことができるとともに、設定作業に要する開発工数を大幅に削減することができる。
【００５３】
なお、上式（Ｅ）の等号が成立するように計算されたフィルタ時定数τLPFに基づいて、上式（Ｆ）にしたがってカットオフ周波数ｆLPFが計算された場合（すなわち、ｆLPF＝τsγ1γ2／２πτdの場合）には、以下のような効果が得られる。
【００５４】
すなわち、第２ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数ｆLPFは、モータ１０の応答特性が目標応答時定数τdを達成できる範囲内では、理論的に最小となる。したがって、所望の応答特性を達成しつつ、可能な限りノイズを低減することのできるモータ速度制御系が得られる。
【００５５】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２におけるモータ制御定数計算装置２００は、先の実施の形態１におけるモータ制御定数計算装置２００の構成（図１）と比べて以下の点が異なる。すなわち、先の実施の形態１におけるモータ制御定数計算装置２００と同様の構成に加えて、ランプ応答仕様入力部２０８をさらに有する。そこで、このような相違点を中心に、以下に説明する。
【００５６】
図２は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御定数計算装置２００の構成を示すブロック図である。
【００５７】
ランプ応答仕様入力部２０８は、モータ１０が所望のランプ応答特性となるように、ランプ応答仕様として、ランプ応答の目標加速度ａrefと、ランプ応答の目標加速度に対する定常偏差の絶対値ｅssの許容値ｅrampを入力して設定するためのものである。このように、ランプ応答仕様入力部２０８をさらに備えて構成することで、ユーザは、所望の目標応答時定数τd、波形パラメータγ1，γ2、およびモータ負荷慣性Ｊに加えて、さらに所望のランプ応答仕様を、モータ制御定数計算部２０２に自由自在に設定することができる。そして、ランプ応答仕様をさらに加味した上で、所望の応答特性を得るための適切なモータ制御定数を自動的に計算して決定することができる。
【００５８】
すなわち、フィルタ時定数計算部２０２ａは、目標応答時定数入力部２０１から取得した目標応答時定数τdと、波形パラメータ入力部２０３から取得した波形パラメータγ1，γ2と、正規化時定数計算部２０４から取得した正規化時定数τsと、ランプ応答仕様入力部２０８から取得した目標加速度ａrefおよび許容値ｅrampとに基づいて、下式（Ｉ）を満たすように、フィルタ時定数τLPFを計算する。
【００５９】
【数１２】
2015173878.tif 000014
【００６０】
なお、上式（Ｉ）の右辺について補足説明すると、ｍｉｎ（τd／τsγ1γ2，ｅramp／｜ａref｜γ1γ2）という表記は、τd／τsγ1γ2およびｅramp／｜ａref｜γ1γ2のそれぞれの値を比較し、小さい方の値をとることを意味している。
【００６１】
なお、上式（Ｉ）の導出方法は次のようなものである。目標速度ωrefからモータ速度ωに至るまでの伝達関数Ｇ（ｓ）において、目標加速度をａrefとした場合のランプ応答の定常偏差の絶対値ｅssは下式となる。
【数１３】
2015173878.tif 000015
【００６２】
上式から、ランプ応答の定常偏差の絶対値ｅssを許容値ｅramp以下に抑えるためにフィルタ時定数τLPFに課される条件が得られ、さらに目標応答時定数τdに関する条件式（Ｅ）と組み合わせることで、上式（Ｉ）が得られる。
【００６３】
フィルタ時定数計算部２０２ａは、このように計算したフィルタ時定数τLPFに基づいて、上式（Ｆ）にしたがって、カットオフ周波数ｆLPFを計算する。
【００６４】
また、速度制御定数計算部２０２ｂは、このように計算したフィルタ時定数τLPFに基づいて、上式（Ｇ）、（Ｈ）にしたがって、比例ゲインＫvpおよび積分ゲインＫviを計算する。このように、本実施の形態２では、目標応答速度とランプ応答仕様の両方を加味して適切なモータ制御定数を計算することができる。
【００６５】
以上、本実施の形態２によれば、先の実施の形態１に対して、モータが所望のランプ応答特性となるようにランプ応答仕様として、ランプ応答の目標加速度と、目標加速度に対する定常偏差の許容値とを入力して設定するためのランプ応答仕様入力部をさらに備え、ランプ応答仕様入力部から取得したランプ応答仕様に基づいて、モータ制御定数を計算する構成を備えている。
【００６６】
これにより、目標応答速度とランプ応答仕様両方を加味して計算された適切なモータ制御定数をモータ制御装置に設定することができる。
【００６７】
なお、上式（Ｉ）の等号が成立するように計算されたフィルタ時定数τLPFに基づいて、上式（Ｆ）にしたがってカットオフ周波数ｆLPFが計算された場合には、以下のような効果が得られる。
【００６８】
すなわち、第２ＬＰＦ１０６のカットオフ周波数ｆLPFは、モータ１０の応答特性が目標応答時定数τdを考慮するとともにランプ応答の目標加速度に対する定常偏差の絶対値ｅssの許容値ｅrampを考慮した範囲内では、理論的に最小である。したがって、所望の応答特性として所望の速度応答性およびランプ応答仕様を考慮しつつ、可能な限りノイズを低減することのできるモータ速度制御系が得られる。
【００６９】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３におけるモータ制御定数計算装置２００は、先の実施の形態１におけるモータ制御定数計算装置２００の構成（図１）と比べて以下の点が異なる。すなわち、先の実施の形態１におけるモータ制御定数計算装置２００と比べて、目標応答時定数入力部２０１の代わりにフィルタ時定数入力部２０９を有し、フィルタ時定数計算部２０２ａの代わりに目標応答時定数計算部２０２ｃを有する。そこで、このような相違点を中心に、以下に説明する。
【００７０】
図３は、本発明の実施の形態３におけるモータ制御定数計算装置２００の構成を示すブロック図である。また、先の実施の形態２のようにランプ応答仕様を設定しないことを前提として、目標応答時定数τdと、フィルタ時定数τLPFとは、上式（Ｅ）から分かるように、１対１の関係がある。したがって、モータ制御定数計算装置２００を図３に示すような構成にすることができる。
【００７１】
フィルタ時定数入力部２０９は、モータ１０が所望の応答特性となるように、フィルタ時定数τLPFを入力して設定するためのものである。このように、目標応答時定数入力部２０１の代わりにフィルタ時定数入力部２０９を備えて構成することで、ユーザは、所望のフィルタ時定数τLPFを、モータ制御定数計算部２０２に自由自在に設定することができる。
【００７２】
目標応答時定数計算部２０２ｃは、フィルタ時定数入力部２０９から取得したフィルタ時定数τLPFと、波形パラメータ入力部２０３から取得した波形パラメータγ1，γ2と、正規化時定数計算部２０４から取得した時定数τsとに基づいて、下式（Ｊ）を満たすように、目標応答時定数τdを計算する。
【００７３】
【数１４】
2015173878.tif 000016
【００７４】
また、速度制御定数計算部２０２ｂは、フィルタ時定数入力部２０９から取得したフィルタ時定数τLPFに基づいて、上式（Ｇ）、（Ｈ）にしたがって、比例ゲインＫvpおよび積分ゲインＫviを計算する。
【００７５】
以上、本実施の形態３によれば、先の実施の形態１に対して、フィルタ時定数入力部から取得したフィルタ時定数と、波形パラメータ入力部から取得した波形パラメータと、正規化時定数計算部から取得した正規化時定数と、モータ負荷慣性入力部から取得したモータ負荷慣性とに基づいて、モータ制御装置に設定するモータ制御定数が自動的に計算される構成を備えている。
【００７６】
これにより、ノイズ低減を優先的に考慮してフィルタ時定数τLPFを入力して設定することができ、先の実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００７７】
なお、上式（Ｊ）の等号が成立するようにτdが計算された場合（すなわち、τd＝τLPFτsγ1γ2の場合）には、以下のような効果が得られる。
【００７８】
すなわち、目標応答時定数τdは、フィルタ時定数入力部２０９から取得したフィルタ時定数τLPFを第２ＬＰＦ１０６の時定数として設定した場合に達成可能な範囲内で、理論的に最小となる。したがって、応答速度よりもノイズ低減を優先してモータ制御定数を設定したい場合には、本実施の形態３が有効である。
【００７９】
例えば、車両の推進装置としてモータを使用する場合、一般的にモータ回転角度の検出器としてレゾルバが用いられる。しかし、レゾルバの取り付け誤差または電気回路の特性に起因して、モータ回転角度に同期した脈動（レゾルバ脈動）がレゾルバ出力に重畳する問題がある。また、レゾルバ脈動は、モータ回転角度に同期した周波数で発生する。そこで、この周波数を考慮して、フィルタ時定数入力部２０９にフィルタ時定数τLPFを入力して設定することで、脈動の影響を優先的に低減した上で、達成可能な最速の速度応答性を有するモータ速度制御系が得られる。
【００８０】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４におけるモータ制御定数計算装置２００は、先の実施の形態１におけるモータ制御定数計算装置２００の構成（図１）と比べて以下の点が異なる。すなわち、先の実施の形態１におけるモータ制御定数計算装置２００と同様の構成に加えて、正規化波形表示部２１０をさらに有する。そこで、このような相違点を中心に、以下に説明する。
【００８１】
図４は、本発明の実施の形態４におけるモータ制御定数計算装置２００の構成を示すブロック図である。
【００８２】
本発明によれば、応答速度は目標応答時定数τdにより、応答波形は波形パラメータγ1，γ2により独立に調整できる。
【００８３】
したがって、波形パラメータ入力部２０３に入力して設定する波形パラメータγ1，γ2を変化させることで、目標応答速度を満たしたまま、ステップ応答における振動の程度およびオーバーシュートの程度を独立に設定することができる。
【００８４】
正規化波形表示部２１０は、波形パラメータ入力部２０３から取得した波形パラメータγ1，γ2に基づいて、目標速度ωrefからモータ速度ωに至るまでの伝達関数Ｇ（ｓ）の時間軸をτeで正規化したＧn（ｓ’）に対する応答波形を表示する。
【００８５】
したがって、ユーザは、波形パラメータ入力部２０３に入力して設定する波形パラメータγ1，γ2を変化させながら、正規化波形表示部２１０の表示を確認することで、望ましい応答波形を実現する波形パラメータγ1，γ2を視覚的に選択することができる。また、このように波形パラメータγ1，γ2を視覚的に選択することができるので、所望の応答特性（目標応答速度、ランプ応答仕様）を満たしたまま、振動およびオーバーシュートの程度を容易に調整することができる。
【００８６】
ここで、正規化波形表示部２１０によって表示される応答波形の一例について、図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の実施の形態４におけるモータ制御定数計算装置２００の正規化波形表示部２１０によって表示される応答波形の一例を示す説明図である。なお、図５では、伝達関数Ｇn（ｓ’）に対する応答波形の具体例として、この伝達関数に対するステップ応答の応答波形を例示している。
【００８７】
なお、図５（ａ）においては、ユーザが波形パラメータ入力部２０３に対して、波形パラメータγ2をγ2＝２に固定した状態で、波形パラメータγ1を変化させながら入力した場合に表示されるそれぞれの応答波形を示している。また、図５（ｂ）においては、図５（ａ）の応答波形における目標値付近を拡大したものである。
【００８８】
以上、本実施の形態４によれば、先の実施の形態１〜３に対して、波形パラメータ入力部から取得した波形パラメータに基づいて、伝達関数Ｇn（ｓ’）に対する応答波形を表示する正規化波形表示部をさらに備えて構成されている。
【００８９】
これにより、正規化波形表示部の表示を確認しながら視覚的に波形パラメータを選定することできるとともに、実時間の応答速度とは無関係に、速度制御時の振動およびオーバーシュートの程度を容易に調整することができる。
【００９０】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５におけるモータ制御定数計算装置２００は、先の実施の形態１におけるモータ制御定数計算装置２００の構成（図１）と比べて以下の点が異なる。すなわち、先の実施の形態１におけるモータ制御定数計算装置２００と同様の構成に加えて、応答波形表示部２１１および数値解析条件入力部２１２をさらに有する。そこで、このような相違点を中心に、以下に説明する。
【００９１】
図６は、本発明の実施の形態５におけるモータ制御定数計算装置２００の構成を示すブロック図である。
【００９２】
応答波形表示部２１１は、モータ制御定数計算部２０２が計算したモータ制御定数と、モータ負荷慣性入力部２０６から取得したモータ負荷慣性Ｊとを用いて、数値解析条件入力部２１２に入力された数値解析条件の下で数値解析を実行し、シミュレーション結果として、モータ１０の応答波形を表示する。
【００９３】
数値解析条件入力部２１２は、解析条件を入力して設定するためのものである。このように、数値解析条件入力部２１２を備えて構成することで、ユーザは、所望の数値解析条件を、応答波形表示部２１１に自由自在に設定することができる。
【００９４】
なお、数値解析条件として、例えば、ステップ応答の初期速度および目標速度と、ランプ応答の初期速度、目標速度および目標加速度と、定速応答の目標速度と、モータ速度信号に重畳させるノイズの振幅、位相および周波数とが入力される。
【００９５】
このように、応答波形表示部２１１によって数値解析が実行されることで得られるシミュレーション結果が表示される。これにより、ユーザは、モータ制御定数計算部２０２が計算したモータ制御定数がモータ制御装置１００に設定された場合に、所望の制御性能を達成できるかを、数値解析により直ちに確認することができる。
【００９６】
ここで、例えば次のような形で応答波形表示部２１１を活用することができる。すなわち、車両の推進装置としてモータを使用する場合、一般的にモータ回転角度の検出器としてレゾルバが用いられる。
【００９７】
しかし、レゾルバの取り付け誤差または電気回路の特性に起因して、モータ回転角度に同期した脈動がレゾルバ出力に重畳する問題がある。また、レゾルバ出力信号は、微分により速度信号に変換して速度制御に用いられるが、速度信号に重畳した脈動の影響により、モータへのトルク指令が振動的になる。その結果として、モータ速度が変動する問題が発生し、その大きさは、モータ制御装置１００に設定するモータ制御定数に依存する。
【００９８】
そこで、数値解析条件入力部２１２にノイズとして、レゾルバ脈動の振幅、位相および周波数を入力し、応答波形表示部２１１の表示によって制御性能を確認することで、モータ１０を実環境に近い条件で直ちに事前検証することができるので、開発工数を削減することができる。
【００９９】
以上、本実施の形態５によれば、先の実施の形態１〜４に対して、数値解析条件を入力して設定するための数値解析条件入力部と、モータ制御定数計算部が計算したモータ制御定数と、モータ負荷慣性部から取得したモータ負荷慣性とを用いて、数値解析条件部から取得した数値解析条件の下で数値解析を実行し、モータの応答波形を表示する応答波形表示部と、をさらに備えて構成されている。
【０１００】
これにより、数値解析条件入力部に入力して設定した数値解析条件下でモータが所望の制御性能を達成することができるか否かを、直ちに視覚的に検証することができる。この結果、開発工数を削減することができる。
【０１０１】
実施の形態６．
本発明の実施の形態６におけるモータ制御定数計算装置２００は、先の実施の形態１におけるモータ制御定数計算装置２００の構成（図１）と比べて以下の点が異なる。すなわち、先の実施の形態１におけるモータ制御定数計算装置２００と同様の構成に加えて、モータ負荷慣性計算部２１３をさらに有する。そこで、このような相違点を中心に、以下に説明する。
【０１０２】
図７は、本発明の実施の形態６におけるモータ制御定数計算装置２００を含むモータ制御システムの構成を示すブロック図である。
【０１０３】
本実施の形態６では、検出器２０は、モータ１０から取得したモータ速度ωを第１通信Ｉ／Ｆ１０８を介して、モータ負荷慣性計算部２１３に出力する。また、モータ目標トルク計算部１０４は、計算した目標トルクＴrefを第１通信Ｉ／Ｆ１０８を介して、モータ負荷慣性計算部２１３に出力する。
【０１０４】
モータ負荷慣性計算部２１３は、第２通信Ｉ／Ｆ２０７を介して取得したモータ速度ωおよび目標トルクＴrefに基づいて、モータ負荷慣性Ｊを計算し、モータ負荷慣性入力部２０６に出力する。なお、モータ負荷慣性計算部２１３によるモータ負荷慣性Ｊの計算方法としては、様々な方法が考えられるが、例えば、モータ速度ωを数値的に微分することで得られる角加速度をａとすると、モータ負荷慣性Ｊは、下式（Ｋ）にしたがって計算される。なお、以降では、モータ負荷慣性計算部２１３が計算したモータ負荷慣性Ｊを特に、モータ負荷慣性Ｊ’と表記する。
【０１０５】
【数１５】
2015173878.tif 000017
【０１０６】
モータ負荷慣性入力部２０６は、モータ負荷慣性計算部２１３から入力されたモータ負荷慣性Ｊ’が新たに設定され、このモータ負荷慣性Ｊ’をモータ制御定数計算部２０２に出力する。このように、モータ負荷慣性入力部２０６には、これまでに入力して設定されたモータ負荷慣性Ｊが逐次更新され、モータ負荷計算部２１３が計算したモータ負荷慣性Ｊ’が新たに設定され、更新後のモータ負荷慣性Ｊ’がモータ制御定数計算部２０２に出力される。
【０１０７】
また、モータ制御定数計算部２０２は、モータ負荷慣性入力部２０６が更新したモータ負荷慣性Ｊ’を用いて、モータ制御定数を計算する。したがって、モータ１０の負荷変動が発生した場合であっても、モータ制御定数計算部２０２は、このような負荷変動に対応したモータ制御定数を計算することができる。
【０１０８】
ここで、モータ１０の負荷変動が発生する要因の具体例として、例えば、車両の推進装置としてモータを用いる場合、乗員または荷物による車重の変化、路面摩擦の変化、あるいは登坂時の斜面下方向の重力の影響などがある。しかしながら、本実施の形態６の構成によれば、モータ制御定数計算部２０２が負荷変動に対応したモータ制御定数を計算する。この結果、所望の応答特性を得るための適切なモータ制御定数のもとで、車両の速度制御が可能となる。
【０１０９】
以上、本実施の形態６によれば、先の実施の形態１〜５に対して、モータ制御装置から取得した目標速度および目標トルクに基づいて、モータ負荷慣性を計算するモータ負荷慣性計算部をさらに備え、モータ負荷慣性入力部は、入力して設定されているモータ負荷慣性を、モータ負荷慣性計算部が計算したモータ負荷慣性に逐次更新するとともに、更新後のモータ負荷慣性をモータ制御定数計算部に出力する構成を備えている。
【０１１０】
これにより、モータ負荷慣性の変動時においても、負荷変動に対応したモータ制御定数を計算することができる。この結果、このモータ制御定数をモータ制御装置に設定し直すことで、所望の応答特性を得るための適切なモータ制御定数のもとで、モータの制御を行うことができる。
【０１１１】
なお、本実施の形態６においては、モータ負荷慣性Ｊが変動した場合の値をモータ負荷計算部２０２が事前にわかっている場合、以下のように構成してもよい。すなわち、複数のモータ負荷慣性Ｊに対応するモータ制御定数をあらかじめ計算しておき、モータ負荷慣性Ｊとモータ制御定数との関連付け（例えば、テーブル）をあらかじめ規定し、モータ制御定数計算部２０２の記憶部に記憶しておいてもよい。
【０１１２】
この場合、モータ負荷慣性計算部２０２は、モータ制御装置１００からモータ速度ωおよび目標トルクＴrefをオンラインで取得してモータ負荷慣性Ｊを再計算することなく、事前にわかっているモータ負荷変動に対応したモータ負荷慣性Ｊをモータ負荷慣性入力部２０６へ出力する。
【０１１３】
このように構成することで、モータ制御定数計算部２０２は、事前にわかっているモータ負荷変動に対応した適切なモータ制御定数を記憶部（関連付け）の中から直接選択することができる。すなわち、モータ制御定数計算部２０２は、モータ負荷慣性入力部２０６から取得したモータ負荷慣性Ｊに対応した適切なモータ制御定数を記憶部（関連付け）の中から直接選択することとなる。
【０１１４】
また、この記憶部の中から直接選択したモータ制御定数をモータ制御装置１００に設定することで、モータ負荷慣性Ｊを再計算してモータ負荷慣性入力部２０６の更新をすることなく、適切なモータ制御定数のもとで、モータ１０の制御が可能となる。さらに、この記憶部の中から直接選択したモータ制御定数をモータ制御装置１００に設定することで、センサノイズまたは外乱などによるモータ速度信号の乱れにより精度の高いモータ負荷慣性Ｊの値の更新が困難な状況であっても、適切なモータ制御定数のもとで、モータ１０の制御が可能となる。
【０１１５】
具体的には、例えば、モータ１０を推進装置とする車両において、変速機によるギヤチェンジは、モータ負荷変動となる。また、変速機がとり得る変速比は、事前にわかっていることが多い。そこで、複数の変速比に対応するモータ制御定数をあらかじめ計算しておき、モータ制御定数計算部２０２の記憶部に記憶しておけばよい。
【０１１６】
この場合、モータ制御定数計算部２０２は、事前にわかっている変速比に対応した適切なモータ制御定数を記憶部の中から直接選択する。したがって、ギヤチェンジに伴う負荷変動時にも、モータ制御装置１００からモータ速度ωおよび目標トルクＴrefをオンラインで取得してモータ負荷慣性Ｊを再計算することなく、適切なモータ制御定数のもとで、車両を走行させることができる。
【図１】
2015173878.tif 000020
【図２】
2015173878.tif 000021
【図３】
2015173878.tif 000022
【図４】
2015173878.tif 000023
【図５】
2015173878.tif 000024
【図６】
2015173878.tif 000025
【図７】
2015173878.tif 000026
【国際調査報告】
2015173878.tif 000027
2015173878.tif 000028