(57)【要約】  指令値及び所与の慣性モーメント値に基いて、電動機に対する指令値を演算する指令値演算部（１１）と、前記慣性モーメント値と推定慣性モーメント値との差異を検出する差異検出部（９）と、前記差異に基いて、前記慣性モーメント値及び前記慣性モーメント値に対する補正係数の少なくともいずれかを変更する慣性モーメント値変更部（８）と、前記慣性モーメント値変更部により、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかを減少させる変更があった場合に、前記慣性モーメント値又は前記補正係数の変更を制限する変更制限部（１０）と、を有する電動機制御装置（１００）。
2016056143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令値及び所与の慣性モーメント値に基いて、電動機に対する指令値を演算する指令値演算部と、
前記慣性モーメント値と推定慣性モーメント値との差異を検出する差異検出部と、
前記差異に基いて、前記慣性モーメント値及び前記慣性モーメント値に対する補正係数の少なくともいずれかを変更する慣性モーメント値変更部と、
前記慣性モーメント値変更部により、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかを減少させる変更があった場合に、前記慣性モーメント値又は前記補正係数の変更を制限する変更制限部と、
を有する電動機制御装置。
【請求項２】
前記変更制限部は、前記慣性モーメント値変更部により、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかを減少させる変更があった後、検出される前記差異の値の安定性に関する条件に基いて、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかの変更を制限する、請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記差異は、前記慣性モーメント値に対する推定慣性モーメント値の比であり、
前記条件には、前記差異の時間に対する変動の傾きに関する条件が含まれる、請求項２に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記条件には、前記傾きが正である場合が含まれる、請求項３に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記条件には、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかを減少させる変更があった後、前記傾きが負で継続している場合が含まれる、請求項３又は４に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記条件には、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかを減少させる変更があった後、所定の時間が経過するまでの場合が含まれる、請求項３〜５のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
前記電動機制御装置は、外乱オブザーバを有し、前記所定の時間は、前記外乱オブザーバにおける時定数に基いて定められる、請求項６に記載の電動機制御装置。
【請求項８】
前記条件には、前記差異が、前記慣性モーメント値及び、前記慣性モーメント値に前記補正係数を乗じた値の少なくともいずれかが、前記電動機単体の慣性モーメント値を下回ることを示す場合が含まれる、請求項２〜７のいずれか一項に記載の電動機制御装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の電動機制御装置と、
前記電動機制御装置により制御される電動機と、
を有する電動機制御システム。
【請求項１０】
指令値及び所与の慣性モーメント値に基いて、電動機に対する指令値を演算し、
前記慣性モーメント値と推定慣性モーメント値との差異を検出し、
前記差異に基いて、前記慣性モーメント値及び前記慣性モーメント値に対する補正係数の少なくともいずれかを変更し、
前記慣性モーメント値変更部により、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかを減少させる変更があった場合に、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかの変更を制限する、
電動機制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、外乱オブザーバと位相進めフィルタによる位相補償部を設けた電動機制御装置が記載されている。同文献には、電動機制御装置が用いる慣性モーメントの値とその真値の比である慣性モーメント比が０〜３０倍までを補償し、制御系を安定化することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開２００５／９３９３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の解決しようとする課題は、慣性モーメント比にかかわらず、電動機制御における制御系を安定化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面に係る電動機制御装置は、指令値及び所与の慣性モーメント値に基いて、電動機に対する指令値を演算する指令値演算部と、前記慣性モーメント値と推定慣性モーメント値との差異を検出する差異検出部と、前記差異に基いて、前記慣性モーメント値及び前記慣性モーメント値に対する補正係数の少なくともいずれかを変更する慣性モーメント値変更部と、前記慣性モーメント値変更部により、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかを減少させる変更があった場合に、前記慣性モーメント値又は前記補正係数の変更を制限する変更制限部と、を有する。【０００６】
さらに、本発明の一側面に係る電動機制御装置では、前記変更制限部は、前記慣性モーメント値変更部により、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかを減少させる変更があった後、検出される前記差異の値の安定性に関する条件に基いて、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかの変更を制限してよい。【０００７】
さらに、本発明の一側面に係る電動機制御装置では、前記差異は、前記慣性モーメント値に対する推定慣性モーメント値の比であり、前記条件には、前記差異の時間に対する変動の傾きに関する条件が含まれてよい。【０００８】
さらに、本発明の一側面に係る電動機制御装置では、前記条件には、前記傾きが正である場合が含まれてよい。【０００９】
さらに、本発明の一側面に係る電動機制御装置では、前記条件には、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかを減少させる変更があった後、前記傾きが負で継続している場合が含まれてよい。【００１０】
さらに、本発明の一側面に係る電動機制御装置では、前記条件には、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかを減少させる変更があった後、所定の時間が経過するまでの場合が含まれてよい。【００１１】
さらに、本発明の一側面に係る電動機制御装置は、外乱オブザーバを有し、前記所定の時間は、前記外乱オブザーバにおける時定数に基いて定められてよい。【００１２】
さらに、本発明の一側面に係る電動機制御装置では、前記条件には、前記差異が、前記慣性モーメント値及び、前記慣性モーメント値に前記補正係数を乗じた値の少なくともいずれかが、前記電動機単体の慣性モーメント値を下回ることを示す場合が含まれてよい。【００１３】
また、本発明の一側面に係る電動機制御システムは、上述のいずれかの電動機制御装置と、前記電動機制御装置により制御される電動機と、を有する。【００１４】
また、本発明の一側面に係る電動機制御方法は、指令値及び所与の慣性モーメント値に基いて、電動機に対する指令値を演算し、前記慣性モーメント値と推定慣性モーメント値との差異を検出し、前記差異に基いて、前記慣性モーメント値及び前記慣性モーメント値に対する補正係数の少なくともいずれかを変更し、前記慣性モーメント値変更部により、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかを減少させる変更があった場合に、前記慣性モーメント値及び前記補正係数の少なくともいずれかの変更を制限する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電動機制御装置を含む電動機制御システム全体の制御ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電動機制御装置を含む電動機制御システム全体の制御ブロックをより詳細に示した図である。
【図３】慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が３５である場合の本発明の第１の実施形態に係る電動機制御装置において、慣性モーメント値変更部による慣性モーメント値の変更を行わないとした場合の動作の例を示すグラフである。
【図４】慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が５０である場合の本発明の第１の実施形態において、慣性モーメント値変更部による慣性モーメント値の変更を行う場合の動作の例を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る電動機制御装置において、変更制限部による慣性モーメント値の変更に対する制限を行わないとした場合の動作の例を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る電動機制御装置において、変更制限部による慣性モーメント値の変更に対する制限を行う場合の動作の例を示すグラフである。
【図７】慣性モーメント値変更部及び変更制限部の動作を示すフロー図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る電動機制御装置を含む電動機制御システム全体の制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の発明者の見地によれば、電動機制御において、速度指令値を電動機のトルク指令値に変換するためには、電動機自身及び電動機に接続される負荷の慣性モーメントの値を求める。そして、この慣性モーメントの値が真値と大きく異なる場合には、制御系が不安定となってしまう。しかしながら、この慣性モーメントの値を正確に求めるのは一般に困難であり、また電動機の駆動中に変動することもある。
【００１７】
そこで、本発明の発明者は、電動機の制御中に慣性モーメントの値の真値との差を推定し、慣性モーメントの値を変更することにより、その真値の値如何にかかわらず、制御系を安定化させるとともに、十分な追従性能を確保することを検討している。そして鋭意研究の結果、本発明の発明者は、真値に近づくように、慣性モーメントの値を増加させる場合には、所望の安定性及び追従性能が得られるとの見通しを得た。しかしながら、逆に慣性モーメントの値を減少させる場合には、一時的に、慣性モーメントの値の真値との差の推定が不安定となり、正しく慣性モーメントの値を変更することができない恐れがあることを見い出した。
【００１８】
そこで、本発明の発明者は、電動機の制御中に慣性モーメントの値を変更して制御系の安定化及び・追従性能を確保することについてさらに鋭意研究開発を行った結果、新規かつ独創的な電動機制御装置等を想到するにいたった。以下、かかる電動機制御装置等をその実施形態を通じ詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の第１の実施形態に係る電動機制御装置１００を含む電動機制御システム１０１全体の制御ブロック図である。ここで、電動機制御装置１００は、サーボモータやインバータを作動させるための電力を供給するアンプや、アンプから出力される電流や電圧その他を制御するための制御回路が一体となった機器である。現代においては、電動機制御装置における制御は多くの場合デジタルプロセッサによる離散制御（いわゆるデジタル制御）であるため、図１に示した制御ブロックは必ずしも物理的に存在する電気回路を示すものではなく、デジタルプロセッサ上で実行されるソフトウェアによりその機能を実現されているものを含んでいる。
【００２０】
電動機制御装置１００は、位置指令ｕを制御入力として入力され、制御対象である電動機・負荷５を駆動するための信号を制御出力として出力するものである。本実施形態では、電動機制御装置１００は、制御出力として、電動機・負荷５に含まれる電動機を駆動するための電流を出力するものとなっている。位置指令ｕはノード１において負荷５、すなわち電動機と、電動機に取り付けられた機械部品類の現在位置Ｘが減算され偏差ｅとなり、続く速度指令演算部２により速度指令ｖに、さらに加速度指令演算部３により加速度指令ａへと変換される。さらに、加速度指令ａは、トルク指令演算部４において、設定された慣性モーメント値Ｊ０と乗算されトルク指令Ｔへと変換される。これらの速度指令演算部２、加速度指令演算部３及びトルク指令演算部４は、協働して、指令値である位置指令ｕ及び所与の慣性モーメント値Ｊ０に基いて、電動機に対する指令値を演算する指令値演算部１１を構成している。
【００２１】
電動機制御においては、このトルク指令Ｔに基いて、インバータ等による電流・電圧制御を行い、電動機を駆動する例が考えられるが、本実施形態では、トルク指令Ｔに対してさらにトルク補正値演算部６からのトルク補正値Ｔｃを加算することにより補正後トルク指令Ｔｒを得ている。電動機制御装置１００は、この補正後トルク指令Ｔｒをインバータ等を含む電流制御部１２に入力し、電動機・負荷５へと入力される電流に変換する。電動機・負荷５に含まれる電動機は、このようにして電動機制御装置１００から出力される電流に基いて駆動され、制御される。
【００２２】
なお、本実施形態では、電動機制御装置１００が電流制御部１２を含むものとして示したが、電流制御部１２を独立した装置として、電動機制御装置１００より分離してもよい。
【００２３】
トルク補正値演算部６は、擾乱を受けるモデル（ノミナルモデル）を組み込んだ状態オブザーバとして設計される外乱オブザーバである。後述する例では、トルク補正値演算部６は、電流ループモデルと、ノミナルモデルの逆システムと、ローパスフィルタからなっている。
【００２４】
また、電動機速度推定部７は、電動機速度を推定する速度オブザーバとして機能すると同時に位相を進める位相補償器としての働きを持っている。得られる推定電動機速度ｖｅは加速度指令演算部３に入力され速度フィードバックループを構成し、また当該ループにおける位相を進めることによる位相余裕が改善され、応答が安定化する。
【００２５】
そして、本実施形態に係る電動機制御装置１００では、トルク補正値演算部６と電動機速度推定部７の働きにより、電動機・負荷５における実際の慣性モーメントの真値ＪＲと、トルク指令演算部４において用いられる慣性モーメント値Ｊ０とが正確に一致していなくとも制御系を安定化し、位置指令ｕに対する所望の追従性能を得ることができる。このとき、制御系が安定であり、所望の追従性能が得られる慣性モーメント値Ｊ０と慣性モーメントの真値ＪＲの比である慣性モーメント比の真値ＪＲ／Ｊ０の値の範囲は、背景技術に示したように、０〜３０以下である。
【００２６】
なお、本実施形態に係る電動機制御装置１００では、速度フィードバックループにおいて電動機速度推定部７を用いることにより電動機速度を推定するとともに位相補償を行っているが、必ずしも位相補償を行わなくともよいし、電動機速度を推定する代わりに電動機・負荷５の出力である現在位置Ｘを微分することにより電動機速度を直接求めてもよい。この場合には、慣性モーメント値の真値ＪＲと実際の慣性モーメントＪＰの不一致を含む擾乱の影響を受けやすく、また、位相余裕が得られなくなるため、制御系が安定であり、所望の追従性能が得られる慣性モーメント比の真値ＪＲ／Ｊ０の値の範囲はより小さくなる。
【００２７】
ところで、電動機制御装置１００による電動機の制御中に、電動機・負荷５の慣性モーメントの真値ＪＲを直接測定することは難しく、その値を正確に知ることは通常できない。そこで、以降説明するように、電動機制御装置１００は、得られる各種の情報から間接的に慣性モーメントの真値ＪＲを推定し、或いは推定し得る値を得ている。そこで、以降、電動機制御装置１００が推定する、又は推定し得る電動機・負荷５の慣性モーメントの値を、慣性モーメントの推定値ＪＰと称することとする。慣性モーメントの推定値ＪＰは、各種情報の測定誤差や、過渡応答により一時的に慣性モーメントの真値ＪＲと異なる可能性があるが、実用上、慣性モーメントの推定値ＪＰを慣性モーメントの真値ＪＲとして用いてよい。もちろん、慣性モーメントの真値ＪＲが正確にわかる場合には、慣性モーメントの推定値ＪＰは慣性モーメントの真値ＪＲと一致していてもよい。
【００２８】
電動機制御装置１００では、さらに慣性モーメント値変更部８が設けられ、慣性モーメント値Ｊ０と慣性モーメントの推定値ＪＰとの差異を示す値に基いて、トルク指令演算部４にて用いられる慣性モーメント値Ｊ０の値を変更することにより、慣性モーメントの真値ＪＲによらずに制御系を安定化し、所望の追従性能を得るようになっている。本実施形態では、慣性モーメント値Ｊ０と慣性モーメントの推定値ＪＰとの差異を示す値として、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０を用いている。
【００２９】
推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０は、慣性モーメント値Ｊ０と慣性モーメントの推定値ＪＰとの差異として、差異検出部９により検出される。この推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０は、後述するように、トルク指令Ｔとトルク補正値Ｔｃの比Ｔｃ／Ｔとおおむね等しい。そのため、比Ｔｃ／Ｔを推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の真値の推定値として用いることができる。そこで、本実施形態では、差異検出部９は、トルク指令Ｔとトルク補正値Ｔｃから得られるＴｃ／Ｔにより、間接的に推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０を検出している。
【００３０】
また、慣性モーメント値変更部８に対しては、さらに変更制限部１０が設けられており、特定の状態、特に、慣性モーメント値変更部８により、慣性モーメント値Ｊ０を減少させる変更があった場合に、慣性モーメント値Ｊ０の変更を制限するようになっている。
【００３１】
なお、本実施形態では、慣性モーメント値変更部８は直接慣性モーメント値Ｊ０を変更することとしているが、これに替えて、数学的に見て慣性モーメント値Ｊ０の値を変更するのと等価な他の操作を行うようにしてもよい。例えば、慣性モーメント値Ｊ０と乗算される何らかの係数（以下、「補正係数」と呼ぶ）を変更するようにしてもよい。補正係数は、慣性モーメント値Ｊ０の変更倍率を示す特別な係数であってもよいし、他の既存の係数、例えば、加速度指令演算部３で用いられるゲイン定数であってもよい。したがって、慣性モーメント値変更部８は、慣性モーメント値Ｊ０及び補正係数の少なくともいずれかを変更するものである。また、慣性モーメント値変更部８が補正係数を変更するものである場合、当然に変更制限部１０は、かかる補正係数に対する変更を制限するものとなるから、変更制限部１０は、慣性モーメント値Ｊ０及び補正係数の少なくともいずれかの変更を制限するものである。
【００３２】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る電動機制御装置１００を含む電動機制御システム１０１全体の制御ブロックをより詳細に示した図である。なお、ここで示した制御ブロックは図１で示した制御ブロックを具体化する一例であり、図１に示した制御ブロックが図２で示したものに限定される意ではない。
【００３３】
図示のように、トルク指令演算部４は慣性モーメント値Ｊ０を加速度指令ａに乗算する構成となっている。また、トルク指令演算部４の後段にはローパスフィルタ４１が挿入されている。
【００３４】
電動機・負荷５には、電動機の慣性モーメントＪＭと電動機に接続された負荷の慣性モーメントＪＬを含む制御対象が含まれる。ここでは、制御対象の例として、機械共振系であるＲ（ｓ）と、機械剛体系である１／（ＪＭ＋ＪＬ）ｓの積からなるものを例示した。また、電動機・負荷５の前段には、補正後トルク指令Ｔｒを電流に変換する、インバータ等を含む電流制御部１２が設けられている。そして、電動機・負荷５には外乱トルクＴｄが作用しており、この外乱トルクＴｄは補正後トルク指令Ｔｒに対する外乱として記述される。トルク指令演算部４で使用する慣性モーメント値Ｊ０は、理想的には、制御対象に含まれる電動機の慣性モーメントＪＭと電動機に接続された負荷の慣性モーメントＪＬを合成した慣性モーメントの真値ＪＲとすることが望ましいが、これらの慣性モーメント、特に負荷の慣性モーメントＪＬは事前に得ることが難しく、動作中に変動することもあるため、本実施形態に係る電動機制御装置１００では、慣性モーメント値Ｊ０の初期値として電動機の慣性モーメントＪＭの値か、概ねこれに近い値を用いる。
【００３５】
2016056143.tif 000003
【００３６】
電動機速度推定部７は、制御対象モデル７１とローパスフィルタ７２を含むループとして構成されており、制御対象モデル７１により電動機速度の推定をするとともに、ローパスフィルタ７２の前段より推定電動機速度ｖｅを取り出すことにより、加速度指令演算部３に位相の進んだ速度フィードバックを行う。この構成により、先に記述したように、速度フィードバックループにおける位相余裕が改善される。
【００３７】
なお、慣性モーメント値変更部８によりトルク指令演算部４の慣性モーメント値Ｊ０が変更された際に、トルク補正値演算部６のノミナルモデルの逆システム６１や、電動機速度推定部７の制御対象モデル７１がかかる慣性モーメント値Ｊ０を使用している場合には、これらノミナルモデルの逆システム６１や制御対象モデル７１において使用される慣性モーメント値Ｊ０もまた変更されることになる。
【００３８】
2016056143.tif 000004
【００３９】
2016056143.tif 000005
【００４０】
なお、図中中段に示す電動機トルクＴＭもまた発振してしまっており、電動機のトルク限界のため波形がつぶれてしまっている。図中下段に示すトルク補正比Ｔｃ／Ｔの値は大きく振れており、安定を失った制御係では、ここから推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値を推し量ることはできない。
【００４１】
2016056143.tif 000006
【００４２】
このとき、同図下段に示すように、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値は電動機の加速開始と同時に速やかに上昇する。ここで、電動機制御装置１００の慣性モーメント値変更部８は、差異検出部９により検出されたトルク補正比Ｔｃ／Ｔの値をモニターしており、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値が所定の値（これを増加時閾比と呼ぶ）を超えると、トルク指令演算部４で用いる慣性モーメント値Ｊ０の値を段階的に増加する変更をおこなう。ここでは、電動機制御装置１００はトルク補正比Ｔｃ／Ｔ、すなわち、推定慣性モーメント比の真値ＪＲ／Ｊ０の値が２５〜３０程度まで安定制御が可能であるから、余裕を見て増加時閾比を２０としている。また、慣性モーメント値Ｊ０の初期値は電動機慣性モーメントＪＭである。
【００４３】
かかる制御がなされる結果、電動機の加速開始時にはＪ０＝ＪＭであるが、トルク補正比Ｔｃ／Ｔが２０を超えると、慣性モーメント値変更部８はＪ０にＪＭを加算し、Ｊ０＝２ＪＭに変更する。これにより、Ｊ０が２倍に増加し、トルク補正比Ｔｃ／Ｔは１／２に減少する。トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値はさらに上昇し、再び増加時閾比２０を超えるが、このときも同様に慣性モーメント値変更部８により、慣性モーメント値Ｊ０にＪＭが加算され３ＪＭに変更される。この結果、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値は概ね１６．７付近で安定する。これはＪ０更新後の慣性モーメント比の真値がＪＲ／３ＪＭ＝１６．７となることと合致する。図４下段のグラフ下部には、慣性モーメント値Ｊ０の値を併せて示した。なお、図３及び図４において、中段に示した電動機トルクＴＭ及び下段に示したトルク補正比Ｔｃ／Ｔのプロットにおける縦軸のスケールは必ずしも同一ではない。
【００４４】
このように、慣性モーメント値変更部８により慣性モーメント値Ｊ０を変更し、トルク補正比Ｔｃ／Ｔ、すなわち、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が補償範囲内となるようにすることで、初期の慣性モーメント比の真値ＪＲ／Ｊ０の値が補償範囲外であったとしても、制御系を安定化させ、また所望の追従性能を確保することができる。
【００４５】
以上の説明は、慣性モーメント値変更部８により、慣性モーメント値Ｊ０を増加させる場合についてのものである。これに対し、例えば、電動機５に取り付けられた負荷が駆動中に変動するなどして、慣性モーメントの真値ＪＲが減少した場合を考える。この場合において、追従性能を確保するためには、慣性モーメント値Ｊ０が過大なものとならないよう、慣性モーメント値Ｊ０を適度に減少させる必要がある。
【００４６】
慣性モーメント値Ｊ０を適度に減少させる変更は、慣性モーメント値変更部８によりモニターされるトルク補正比Ｔｃ／Ｔの値が所定の値（これを減少時閾比と呼ぶ）を下回ると、慣性モーメント値変更部８が慣性モーメント値Ｊ０の値を段階的に減少させる変更をすることによりなされる。ここでは、一例として減少時閾比を１０としている。ここで、増加時閾比と減少時閾比は等しくともよいが、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値が閾比付近となった場合に、慣性モーメント値Ｊ０の値の増加及び減少が繰り返されることにより、制御特性が悪化することを避けるため、両者は異なる値である方が好ましい。
【００４７】
ここで、一例として、図４に示したように、慣性モーメント比の真値ＪＲ／Ｊ０の値が５０であり、慣性モーメント値Ｊ０の値が３ＪＭに変更されており、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値が概ね１６．７付近で安定している状態において、時刻Ａにおいて負荷の変動があり、慣性モーメント比の真値ＪＲ／Ｊ０の値が２５となった場合を考える。
【００４８】
図５は、本実施形態に係る電動機制御装置１００において、変更制限部１０による慣性モーメント値Ｊ０の変更に対する制限を行わないとした場合の動作の例を示すグラフである。
【００４９】
まず、時刻Ａにおいて、慣性モーメント比の真値ＪＲ／Ｊ０の値が変動したことから、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値は現在値である１６．７付近から減少を始める。そして、時刻Ｂにおいて、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値が減少時閾比である１０を下回ると、慣性モーメント値変更部８はＪ０からＪＭを減算し、Ｊ０＝２ＪＭに変更する。これにより、Ｊ０が減少し、トルク補正比Ｔｃ／Ｔは見掛け上増大する。そして、トルク補正比Ｔｃ／Ｔはさらに減少を続けるが、最終的には、トルク補正比Ｔｃ／Ｔは、慣性モーメント比の真値ＪＲ／２ＪＭ＝１２．５の付近で安定するはずである。しかしながら、慣性モーメントＪＰが減少した場合には、過渡応答により、トルク補正比Ｔｃ／Ｔは、安定値である１２．５を超えてさらに減少する。
【００５０】
その結果、時刻Ｃにおいて、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値が減少時閾比である１０を再び下回り、慣性モーメント値変更部８はさらにＪ０からＪＭを減算し、Ｊ０＝ＪＭに変更してしまう。その後、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値は上昇に転じ、時刻Ｄで今度はその値が増加時閾比である２０を超え、慣性モーメント値変更部８は今度はＪ０にＪＭを加算して、Ｊ０＝２ＪＭに変更する。その後ようやくトルク補正比Ｔｃ／Ｔの値は１２．５付近で安定する。
【００５１】
このように、変更制限部１０による慣性モーメント値Ｊ０の変更に対する制限を行わない場合、特に、慣性モーメントの真値ＪＲが減少した場合には、本来不必要な慣性モーメント値Ｊ０の変更がなされ（図５の例では、時刻Ｃ及びＤにおける変更が該当する）、これにより、コギングが生じたりするなど、制御特性に悪影響を及ぼすことが懸念される。
【００５２】
そこで、本実施形態に係る電動機制御装置１００では、変更制限部１０により、慣性モーメント値Ｊ０を減少させる変更があった場合、つづく慣性モーメント値Ｊ０の変更を制限し、本来不必要な慣性モーメント値Ｊ０の変更がなされることを防止している。変更制限部１０の動作は、単純に言うと、慣性モーメントの真値ＪＲが減少した場合に、過渡応答による慣性モーメント値Ｊ０の変更を禁止するということである。
【００５３】
図６は、本実施形態に係る電動機制御装置１００において、変更制限部１０による慣性モーメント値Ｊ０の変更に対する制限を行う場合の動作の例を示すグラフである。この例も図５に示した先の例と同じく、慣性モーメント比の真値ＪＲ／Ｊ０の値が５０であり、慣性モーメント値Ｊ０の値が３ＪＭに変更されており、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値が概ね１６．７付近で安定している状態において、時刻Ａにおいて負荷の変動があり、慣性モーメント比の真値ＪＲ／Ｊ０の値が２５となった場合を想定したものである。
【００５４】
時刻Ａにおいて、慣性モーメント比の真値ＪＲ／Ｊ０の値が変動したことから、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値は現在値である１６．７付近から減少を始める。そして、時刻Ｂにおいて、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値が減少時閾比である１０を下回ると、慣性モーメント値変更部８はＪ０からＪＭを減算し、Ｊ０＝２ＪＭに変更する。これにより、Ｊ０が減少し、トルク補正比Ｔｃ／Ｔは見掛け上増大する。そして、トルク補正比Ｔｃ／Ｔはさらに減少を続ける。ここまでは先の例と同じである。
【００５５】
時刻Ｃにおいて、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値が再び減少時閾比である１０を下回るが、このとき、変更制限部１０は、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値が過渡応答中であることから、慣性モーメント値変更部８による慣性モーメント値Ｊ０の値の変更を禁止している。このため、Ｊ０は２ＪＭのまま変更されることはなく、トルク補正比Ｔｃ／Ｔはさらに減少を続ける。
【００５６】
トルク補正比Ｔｃ／Ｔが上昇に転じ、時刻Ｄにおいてその値が１０を超え、時刻Ｅにおいて、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値が安定したとみなせるようになると、変更制限部１０は、慣性モーメント値変更部８による慣性モーメント値Ｊ０の値の変更への制限を解除する。以降は慣性モーメント値変更部８による慣性モーメント値Ｊ０の変更が可能となるが、トルク補正比Ｔｃ／Ｔの値はおおむね１２．５付近で安定しているため、Ｊ０の値は２ＪＭのまま維持される。
【００５７】
このように、トルク補正比Ｔｃ／Ｔ、すなわち、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が過渡応答中であることを検出し、変更制限部１０により、慣性モーメント値変更部８による慣性モーメント値Ｊ０の値の変更を制限することにより、本来不必要な慣性モーメント値Ｊ０の変更がなされることが防止される。
【００５８】
変更制限部１０により過渡応答中であることを検出するには、種々の条件を用いてよいが、一例として、次にあげる条件の少なくともいずれかが満たされている場合に、変更制限部１０による、慣性モーメント値変更部８による慣性モーメント値Ｊ０の値の変更の制限がなされるものとしてよい。なお、以上の説明から明らかなように、本実施形態では、以下の条件における推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０として、トルク補正比Ｔｃ／Ｔを用いている。
条件１：推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値の時間に対する変動の傾きが正である場合。この場合は、図６に示す領域Ｆに該当する。領域Ｆに見られるように、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値の時間に対する変動の傾きが正、すなわち、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が増加している局面では、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が一時的に減少時閾比を下回ったとしても、その後減少時閾比を上回る可能性が高い。そこで、このような場合は過渡応答中と判断するのである。
条件２：慣性モーメント値Ｊ０を減少させる変更があった後、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値の時間に対する変動の傾きが負で継続している場合。この場合は、図６に示す領域Ｇに該当しており、慣性モーメント値Ｊ０を減少させる変更は、図６の時刻Ｂに該当する。そして、本発明の発明者の知見によれば、慣性モーメント値Ｊ０を減少させる変更がなされる状態においては、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が一時的に大きく減少する局面であることが多い。すなわち、かかる慣性モーメント値Ｊ０を減少させる変更の後に継続する推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値の減少は、その安定値を下回り、その後上昇へと転ずる傾向がある。したがって、このような場合に推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が一時的に減少時閾比を下回ったとしても、その後減少時閾比を上回る可能性が高い。そこで、このような場合にも過渡応答中と判断するのである。
条件３：慣性モーメント値Ｊ０を減少させる変更があった後、所定の時間が経過するまで。この場合は、図６に示す領域Ｈに該当する。この条件は、慣性モーメント値Ｊ０を減少させる変更がなされたあと、所定の時間の間は過渡応答中とみなすというものである。ここでの所定の時間は、あらかじめ定めておいてもよいし、ユーザが任意に定めることができるようにしてもよい。あるいは、外乱オブザーバ、すなわち、トルク補正値演算部６が持つ時定数に基いて電動機制御装置１００が自動的に定めるようにしてもよい。トルク補正値演算部６が持つ時定数としては、図２に示した制御系の場合、等価ＬＰＦとして示されるローパスフィルタ、又はＬＰＦとして示されるローパスフィルタの時定数を使用することができる。時定数が複数ある場合には、それらのうち、最も大きい値をもつものを使用するとよい。この理由は、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が、トルク補正値演算部６からの出力（本実施形態ではトルク補正値Ｔｃ）を利用して得られるものである以上、慣性モーメント値変更部８の応答速度がトルク補正値演算部６の応答速度を上回る必要はないからである。
条件４：慣性モーメント値Ｊ０が、電動機単体の慣性モーメント値ＪＭを下回ることを示す場合。元来、電動機と負荷それぞれの慣性モーメント値の合算値が電動機・負荷５における慣性モーメントの真値ＪＲとなるため、その大まかな推定値である慣性モーメント値Ｊ０は、電動機単体の慣性モーメント値ＪＭを下回ることはない。したがって、このような場合は、過渡応答中と判断できる。本実施形態の場合、本条件は、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が１を下回る場合として定義できる。
【００５９】
以上みたとおり、ここで挙げた各条件はいずれも、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が過渡応答中であるかどうかの判別に関する条件であり、特に、条件１〜３は、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値の安定性に関する条件であるということができる。また、条件１及び２は、かかる安定性の判断を、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値の時間に対する変動の傾きに基いてする条件であるということができる。
【００６０】
図７は、以上説明した慣性モーメント値変更部８及び変更制限部１０の動作を示すフロー図である。慣性モーメント値変更部８は、電動機制御装置１００の動作開始により、まずステップＳＴ１にてトルク指令演算部４で用いる慣性モーメント値Ｊ０に所定の初期値、ここでは電動機慣性モーメントＪＭを設定する。
【００６１】
続いて、ステップＳＴ２にて、慣性モーメント値Ｊ０を減少させる変更の有無を判断する。初期状態では、この変更はなされていないので、ステップＳＴ３へと進む。
【００６２】
ステップＳＴ３では、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が増加時閾値である２０を超えるか否かを判断する。増加時閾値である２０を超えた場合にはステップＳＴ４へと進み、慣性モーメント値Ｊ０に所定の値、ここでは電動機慣性モーメントＪＭを加算することにより、慣性モーメント値Ｊ０を段階的に増加する。
【００６３】
ステップＳＴ３にて推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が増加時閾値を超えない場合には、ステップＳＴ５へと進み、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が減少時閾値である１０を下回るか否かを判断する。減少時閾値を下回った場合にはさらにステップＳＴ６へと進み、慣性モーメント値Ｊ０がすでに所定の初期値である電動機慣性モーメントＪＭに等しいか否かを判断する。慣性モーメント値Ｊ０が初期値でない場合、すなわち、慣性モーメント値Ｊ０に何らかの加算がなされている場合にはステップＳＴ７へと進み、慣性モーメント値Ｊ０から所定の値、ここでは電動機慣性モーメントＪＭを減算することにより、慣性モーメント値Ｊ０を段階的に減少する。
【００６４】
ステップＳＴ４の処理及びステップＳＴ７の処理の終了後、並びに、ステップＳＴ５で推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値が減少時閾値を下回らないと判断された場合及びステップＳＴ６で慣性モーメント値Ｊ０がすでに所定の初期値であると判断された場合には、いずれもステップＳＴ２へと戻る。慣性モーメント値変更部８は、このステップＳＴ２〜ＳＴ６までの処理を制御周期に合わせて繰り返し実行することにより、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値をモニターし、かかる値に基いて慣性モーメント値Ｊ０の値を変更する。
【００６５】
ここで、ステップＳＴ７における処理は、慣性モーメント値Ｊ０を減少させる変更に他ならないから、かかる処理が行われた場合、ステップＳＴ２において、慣性モーメント値Ｊ０を減少させる変更があったものと判断されることになる。この場合は、ステップＳＴ８へと進む。
【００６６】
ステップＳＴ８では、変更制限部１０により、上述の条件１、すなわち、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値の時間に対する変動の傾きが正である場合に該当するか否かを判断する。該当する場合には、ステップＳＴ８へと戻り、この条件判断を繰り返す。該当しない場合には、続くステップＳＴ９へと進む。
【００６７】
ステップＳＴ９では、さらに、変更制限部１０により、上述の条件２、すなわち、慣性モーメント値Ｊ０を減少させる変更があった後、推定慣性モーメント比ＪＰ／Ｊ０の値の時間に対する変動の傾きが負で継続している場合に該当するか否かを判断する。該当する場合にはやはりステップＳＴ８へと戻り、該当しない場合には、続くステップＳＴ１０へと進む。
【００６８】
ステップＳＴ１０では、さらに、変更制限部１０により、上述の条件３、すなわち、慣性モーメント値Ｊ０を減少させる変更があった後、所定の時間が経過するまでに該当するか否かを判断する。該当する場合にはやはりステップＳＴ８へと戻り、該当しない場合には、続くステップＳＴ１１へと進む。
【００６９】
ステップＳＴ１１では、さらに、変更制限部１０により、上述の条件４、すなわち、慣性モーメント値Ｊ０が、電動機単体の慣性モーメント値ＪＭを下回ることを示す場合に該当するか否かを判断する。該当する場合にはやはりステップＳＴ８へと戻り、該当しない場合には、続くステップＳＴ１２へと進む。
【００７０】
以上のように、ここで示したフロー例では、条件１〜４の全てに該当しなくなるまでステップＳＴ８〜ＳＴ１１を繰り返し実行し、他のステップは実行されない。これにより、ステップＳＴ４やステップＳＴ７に記述された慣性モーメント値Ｊ０の値を変更する処理が実行されなくなるから、変更制限部１０は、慣性モーメント値変更部８による慣性モーメント値Ｊ０の値の変更を制限することになる。
【００７１】
ステップＳＴ１２では、慣性モーメント値Ｊ０の値の変更がなかったものとされる。これにより、ステップＳＴ２で慣性モーメント値Ｊ０を減少させる変更があったものと判断されなくなり、再び慣性モーメント値変更部８による慣性モーメント値Ｊ０の値の変更が可能となる。ステップＳＴ１２の後はステップＳＴ２へと戻る。
【００７２】
以上の説明では、差異検出部９は、トルク指令Ｔとトルク補正指令Ｔｃより慣性モーメント値Ｊ０と推定慣性モーメント値ＪＰとの差異を検出するものとして設計されたが、かかる差異の検出は、これに限られない。
【００７３】
図８は、本発明の第２の実施形態に係る電動機制御装置２００を含む電動機制御システム２０１全体の制御ブロック図である。本実施形態に係る電動機制御装置２００では、トルク補正値演算部６及び電動機速度推定部７は設けられておらず、当然に、差異検出部９は、トルク補正指令Ｔｃを利用することはできない。
【００７４】
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【００７５】
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【００７６】
このような構成においても、先に説明した電動機制御装置１００と同様に、慣性モーメント値変更部８によりトルク指令演算部４にて用いる慣性モーメント値Ｊ０を段階的に変更し、また、変更制限部１０により慣性モーメント値変更部８による慣性モーメント値Ｊ０の値の変更を制限することにより、本来不必要な慣性モーメント値Ｊ０の変更がなされることが防止され、制御系の安定化及び所望の追従性能を得ることができる。
【００７７】
以上説明した実施形態は具体例として示したものであり、本明細書にて開示される発明をこれら具体例の構成に限定するものではない。当業者はこれら開示された実施形態に種々の変形、例えば、物理的構成の形状や数、配置等を変更してもよい。また、実施形態にて示された制御は、同等の機能を有するアルゴリズムであれば、開示されたフロー図に具体化されたものに限定されない。本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。
【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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【国際調査報告】
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