(57)【要約】  モータ駆動システムは、モータと、モータ制御装置と、モータのトルクまたは加速度を検出するセンサとを備える。モータ制御装置は、モータの速度および位置のうち少なくとも一方を推定する推定部と、推定部の推定結果に基づいて、モータへ供給する電流を制御する電流制御部とを備える。推定部は、第１推定部と第２推定部とを有し、第１推定部の推定結果と第２推定部の推定結果に基づいて推定値を導出する。第１推定部は、センサにより検出された検出信号と、モータへの出力電流に重畳される高周波電流成分とに基づいて推定する。第２推定部は、モータの誘起電圧の推定結果から推定する。
2015025356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、前記モータを制御するモータ制御装置と、前記モータのトルクまたは加速度を検出するセンサと、を備え、
前記モータ制御装置は、前記モータの速度および位置のうち少なくとも一方を推定する推定部と、当該推定部の推定結果に基づいて、前記モータへ供給する電流を制御する電流制御部とを備え、
前記推定部は、
前記センサにより検出された検出信号と、前記モータへの出力電流に重畳される高周波電流成分とに基づいて、前記モータの速度および位置のうち少なくとも一方を推定する第１推定部と、
前記モータの誘起電圧を推定し、前記誘起電圧の推定結果から前記モータの速度および位置のうち少なくとも一方を推定する第２推定部と
を有し、
前記第１推定部の推定結果と、前記第２推定部の推定結果とに基づいて、前記モータの速度および位置のうち少なくとも一方の推定値を導出する
ことを特徴とするモータ駆動システム。
【請求項２】
前記モータは、回転型モータであり、
前記センサは、トルクセンサである
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項３】
前記トルクセンサは、前記回転型モータの出力軸と負荷との間、または、前記回転型モータと前記負荷を固定する部材との間に配置される
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動システム。
【請求項４】
前記モータは、リニアモータであり、
前記センサは、加速度センサである
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
【請求項５】
前記加速度センサは、前記リニアモータの可動子または固定子に取り付けられる
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動システム。
【請求項６】
前記モータへの出力電流に前記高周波電流成分を重畳させるための高周波電流指令を発生する高周波電流指令器を備える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のモータ駆動システム。
【請求項７】
前記推定部は、
前記第１推定部による推定結果と、前記第２推定部による推定結果とを合算する合算部を備え、
前記合算部による合算値に基づいて、前記モータの速度および位置のうち少なくとも一方の推定値を導出する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のモータ駆動システム。
【請求項８】
前記推定部は、
前記モータの速度が所定値を超えた場合、前記第１推定部による推定結果と前記第２推定部による推定結果とに基づき、前記モータの速度が所定値以下の場合は、前記第１推定部による推定結果に基づいて、前記モータの速度および位置のうち少なくとも一方の推定値を導出する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のモータ駆動システム。
【請求項９】
前記電流制御部は、
前記モータからの電流検出値と前記推定部による推定結果とに基づいて、前記モータに同期したｄ−ｑ軸回転座標系のｑ軸電流を検出する電流成分検出部を備え、
前記第１推定部は、
前記トルクセンサにより検出されたトルク検出信号と、前記電流成分検出部により検出されたｑ軸電流とに基づいて、位相ずれによって発生するトルクの振動成分を抽出する振動成分抽出部を備える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のモータ駆動システム。
【請求項１０】
モータの速度および位置のうち少なくとも一方を推定する推定部と、当該推定部の推定結果に基づいて、前記モータへ供給する電流を制御する電流制御部とを備え、
前記推定部は、
前記モータのトルクまたは加速度を検出するセンサにより検出された検出信号と、前記モータへの出力電流に重畳される高周波電流成分とに基づいて、前記モータの速度および位置のうち少なくとも一方を推定する第１推定部と、
前記モータの誘起電圧を推定し、推定結果から前記モータの速度および位置のうち少なくとも一方を推定する第２推定部と
を有し、
前記第１推定部の推定結果と、前記第２推定部の推定結果とに基づいて、前記モータの速度および位置のうち少なくとも一方の推定値を導出する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１１】
前記モータへの出力電流に高周波電流成分を重畳させるための高周波電流指令を出力する高周波電流指令器を備える
ことを特徴とする請求項１０に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、モータ駆動システムおよびモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータを備えたシステムにおいて、モータの駆動制御を行う場合、エンコーダなどの位置センサを用いてモータの位置や速度（回転角や回転速度）を検出することが一般的であった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０９５１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エンコーダなどの位置センサは、振動や衝撃といった耐環境性能の面にやや難があり、かつ高価格である。他方、近年では、モータの電圧および電流によってモータの位置や速度を求める、いわゆるエンコーダレスのモータを用いたシステムが知られているが、トルクリプルを十分には補償できないおそれがある。【０００５】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、耐環境性能に優れ、低コストで構築可能なモータ駆動システムおよびモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の一態様に係るモータ駆動システムは、モータと、前記モータを制御するモータ制御装置と、前記モータのトルクまたは加速度を検出するセンサとを備える。モータ制御装置は、前記モータの速度および位置のうち少なくとも一方を推定する推定部と、当該推定部の推定結果に基づいて、前記モータへ供給する電流を制御する電流制御部とを備える。前記推定部は、第１推定部と第２推定部とを有する。第１推定部は、前記センサにより検出された検出信号と、前記モータへの出力電流に重畳される高周波電流成分とに基づいて、前記モータの速度および位置のうち少なくとも一方を推定する。第２推定部は、前記モータの誘起電圧を推定し、前記誘起電圧の推定結果から前記モータの速度および位置のうち少なくとも一方を推定する。そして、前記推定部は、前記第１推定部の推定結果と前記第２推定部の推定結果とに基づいて、前記モータの速度および位置のうち少なくとも一方の推定値を導出する。
【発明の効果】
【０００７】
実施形態の一態様によれば、耐環境性能に優るとともに、動作性能の向上を図ることができる信頼性の高いモータ駆動システムおよびモータ制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係るモータ駆動システムが適用されたロボットの一例を示す説明図である。
【図２】図２は、実施形態に係るモータ駆動システムの構成例を示す図である。
【図３】図３は、トルクセンサの他の配置を示す図である。
【図４】図４は、図２に示した軸間型のトルクセンサをねじりばねとして近似した場合のセンサモデルを示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、同上のモータ駆動システムの一例を示すブロック図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、同上のモータ駆動システムの他の例を示すブロック図である。
【図６Ａ】図６Ａは、実施形態に係るモータ制御装置が備える制御部の一例を示す説明図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、同上の制御部の推定部を示す説明図である。
【図７Ａ】図７Ａは、モータ制御装置が備える制御部の他の構成例を示す説明図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、他の構成例に係る制御部の推定部を示す説明図である。
【図８】図８は、高周波電流指令、トルクの高周波成分および位相誤差の関係を示す図（その１）である。
【図９】図９は、高周波電流指令、トルクの高周波成分および位相誤差の関係を示す図（その２）である。
【図１０】図１０は、他の実施形態に係るモータ駆動システムを示す説明図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、他の実施形態に係る制御部の推定部を示す説明図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、他の実施形態に係る制御部の推定部を示す説明図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、他の実施形態に係る制御部の推定部を示す説明図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、高周波トルクから推定した速度と誘起電圧から推定した速度との関係を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、補償後の推定速度と高周波トルクから推定した速度との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、リニアモータを用いたモータ駆動システムの構成を示す図である。
【図１４】図１４は、図１３に示すリニアモータの制御部の構成例を示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、リニアモータを用いた他のモータ駆動システムの構成を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、リニアモータを用いた他のモータ駆動システムの構成を示す図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、リニアモータを用いた他のモータ駆動システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本願の開示するモータ駆動システムおよびモータ制御装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
図１は、実施形態に係るモータ駆動システムが適用されたロボット１の一例を示す説明図である。なお、以下では、ロボット１が設置された設置面Ｇに対して略垂直な方向を上下方向と表現する場合がある。
【００１１】
ロボット１は、図示するように、設置面Ｇに固設された基台１０に対し、旋回部２０を介して水平方向に旋回自在に取付けられた胴部１１を備える。また、かかる胴部１１に連動連結されたアーム部１２と、このアーム部１２の先端に設けられたリスト部１３とを備える。このリスト部１３の先端には、用途に応じたエンドエフェクタ（不図示）が適宜連結される。
【００１２】
アーム部１２およびリスト部１３は、それぞれ第１〜第４関節部２１〜２４を介して軸周りに回動自在に構成される。アーム部１２は、胴部１１に対し、第１関節部２１を介して上下揺動自在に連結された第１アーム部１２ａと、この第１アーム部１２ａの先端部に、第２関節部２２を介して上下揺動自在に連結された第２アーム部１２ｂとを備える。
【００１３】
リスト部１３は、第２アーム部１２ｂに対して、第３関節部２３を介して軸周りに回動自在に連結されるとともに、第４関節部２４を介して上下揺動自在に連結される。
【００１４】
旋回部２０をはじめとして、第１〜第４関節部２１〜２４は、可動部材となる胴部１１やアーム部１２やリスト部１３を駆動するアクチュエータを内蔵する。本実施形態に係るロボット１のアクチュエータは、３相交流モータ２（以下、「モータ２」とする）およびトルクセンサ３を含む構成としている。かかるモータ２およびトルクセンサ３は、図示するように、モータ２の駆動を制御するモータ制御装置４と電気的に接続する。
【００１５】
ここで、モータ制御装置４と、当該モータ制御装置４を備えるモータ駆動システムについて説明する。
【００１６】
図２は、実施形態に係るモータ駆動システムの構成例を示す図である。図示するように、モータ駆動システム１００は、上述したモータ２、トルクセンサ３およびモータ制御装置４を備える。モータ２は、例えば、ＩＰＭ（Interior  Permanent  Magnet）モータやＳＰＭ（Surface  Permanent  Magnet）モータなどの永久磁石同期電動機である。かかるモータ２の出力軸２５にトルクセンサ３を介して機械負荷９が連結される。
【００１７】
なお、モータ２は、駆動機能を有するモータだけでなく、発電性能を有するモータジェネレータやジェネレータであってもよい。例えば、モータ２は、風車のロータなどに接続されたジェネレータであってもよい。
【００１８】
トルクセンサ３は、モータ２の出力軸２５と機械負荷９との間に設けられ、モータ２の出力軸２５に加わるトルクを検出し、検出結果に応じたトルク検出信号Ｔfbを出力する。
【００１９】
トルクセンサ３は、モータ２のトルクが検出可能であればよく、モータ２の出力軸２５以外を測定部位としてもよい。例えば、図３に示すように、トルクセンサ３は、モータ２の回転子２２０に対向するモータ２の固定子２１０に伝わる反トルク等を測定するものでもよい。図３は、トルクセンサ３の他の配置を示す図であり、トルクセンサ３は、機械負荷９が固定される部材３０とモータ２のハウジング２３０との間に接続される。固定子２１０に伝わる反トルクは、固定子２１０が固定されるハウジング２３０を介してトルクセンサ３に伝わり、トルクセンサ３により固定子２１０に伝わる反トルクが検出される。
【００２０】
また、トルクセンサ３の検出信号Ｔfbは、トルクセンサ３の機械的な特性を考慮した補償値を利用したものでもよい。例えば、トルクセンサ３をねじりばねとして近似して補償してもよく、これにより、トルクの検出精度を高めることができる。
【００２１】
図４は、図２に示す軸間型のトルクセンサ３をねじりばねとして近似した場合のセンサモデルを示す図であり、下記の式（１）のように表すことができる。なお、図４および式（１）において、Ｔmはモータ２のトルク、Ｔextは機械負荷９のトルク、ωLは、機械負荷９の機械角速度、ωmはモータ２の機械角速度、Ｔsenserは、トルクセンサ３の検出トルクである。また、ＪLは機械負荷９のイナーシャ、Ｊmはモータ２のイナーシャ、Ｋfはトルクセンサ３のねじり剛性である。
【数１】
2015025356.tif 000003
【００２２】
そこで、下記の式（２）に示すように、トルクセンサ３の伝達関数の逆モデルを算出し、補償後の検出トルクＴsenser’を求めることで、トルクの検出精度を高めることができる。例えば、トルクセンサ３は、検出トルクＴsenserに基づき式（２）を演算して補償後の検出トルクＴsenser’を出力する補償部を有し、かかる補償部により上記補償を行って補償後の検出トルクＴsenser’をトルク検出信号Ｔfbとして算出するようにしてもよい。なお、補償部は、検出トルクを出力する部位と別体で構成されていてもよい。
【数２】
2015025356.tif 000004
【００２３】
モータ制御装置４は、電力変換部４６と、電流検出部４７と、制御部４０とを備える。かかるモータ制御装置４は、直流電源８から供給される直流電力を公知のＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御によって所望の周波数および電圧の３相交流電力へ変換し、モータ２へ出力する。なお、モータ制御装置４が直流電源８を備えてもよい。
【００２４】
電力変換部４６は、直流電源８とモータ２との間に接続され、制御部４０から供給されるＰＷＭ信号に応じた電圧および電流をモータ２へ供給する。かかる電力変換部４６は、例えば、６個のスイッチング素子が３相ブリッジ接続されて構成される３相インバータ回路である。
【００２５】
なお、直流電源８は、交流電力を直流電力に変換して出力する構成、例えば、ダイオードによる整流回路および平滑用コンデンサを組み合わせた構成でもよい。この場合、整流回路の入力側には交流電源が接続される。
【００２６】
電流検出部４７は、電力変換部４６からモータ２へ供給される電流（以下、出力電流と記載する）を検出する。具体的には、電流検出部４７は、電力変換部４６とモータ２のＵ相、Ｖ相およびＷ相との間にそれぞれ流れる電流の瞬時値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ（以下、出力電流ＩUVWと記載する）を検出する。なお、電流検出部４７は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して電流を検出する電流センサである。
【００２７】
制御部４０は、電力変換部４６を構成するスイッチング素子をオン／オフ制御するＰＷＭ信号を生成し、電力変換部４６へ出力する。かかる制御部４０は、電流制御部４１、位置／速度制御部４２、及び速度／位置推定部４３（以下、「推定部４３」とする）を有する。そして、推定部４３の推定結果に基づいて、電力変換部４６へ出力するＰＷＭ信号を生成する。
【００２８】
図５Ａは、モータ駆動システム１００の具体的な一例を示すブロック図である。例えば、モータ駆動システム１００を、図１に示したロボット１の第１関節部２１に適用した場合を示す。図５Ａに示すように、第１関節部２１には、第１アーム部１２ａを駆動する駆動源となるモータ２と、モータ２が駆動したときのトルクを検出するトルクセンサ３とが設けられる。
【００２９】
トルクセンサ３は、モータ２と、可動部材の一例であってモータ２の機械負荷９（図２）となる第１アーム部１２ａとの間に設けられる。ここでは、モータ２とトルクセンサ３とが一体的に構成されたセンサ一体型モータ２ａを例示した。
【００３０】
図５Ｂは、モータ駆動システム１００の他の例を示すブロック図であり、図示するように、第１関節部２１に、モータ２と、センサ一体型減速機５ａとが設けられる。センサ一体型減速機５ａは、モータ２に連動連結された減速機５とトルクセンサ３とが一体的に構成されたものである。
【００３１】
このように、図１に示すロボット１の第１関節部２１には、センサ一体型モータ２ａ、あるいは、モータ２と、センサ一体型減速機５ａとが配設されて、第１アーム部１２ａが揺動する。なお、減速機５を備えないセンサ一体型モータ２ａや、モータ２とは別体のセンサ一体型減速機５ａに代えて、モータ２、減速機５およびトルクセンサ３が一体的に構成されたセンサ一体型アクチュエータ（不図示）を採用することもできる。
【００３２】
図２、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、モータ２の駆動を制御するモータ制御装置４は、電流制御部４１、位置／速度制御部４２、および推定部４３を有する制御部４０を備える。ここで、モータ制御装置４が備える制御部４０について、より具体的に説明する。
【００３３】
図６Ａは、実施形態に係るモータ制御装置４が備える制御部４０の一例を示す説明図、図６Ｂは、制御部４０の推定部を示す説明図である。また、図６Ａおよび図６Ｂに示した例は、モータ２を速度制御する場合であり、制御部４０は、位置／速度制御部４２として、速度制御部４２ａを備える。なお、モータ２を位置制御する場合については後述する。
【００３４】
図６Ａに示すように、モータ制御装置４は、推定部４３と、速度制御部４２ａと、トルク補償部４８と、検波用高周波電流指令器４５（以下、「高周波電流指令器４５」とする）と、電流制御部４１とを備える。なお、高周波電流指令器４５は、制御部４０、ひいてはモータ制御装置４とは別の外部装置として設けても構わない。
【００３５】
後に詳述するが、推定部４３は、トルクセンサ３から出力されるトルク検出信号Ｔfbに基づき、モータ２の位置や速度、モータ２の電気角θeを推定する。ここでは、推定部４３はモータ２の速度とモータ２の電気角θeを推定する構成としている。推定部４３により推定されるモータ２の速度はモータ２の機械角速度ωmであり、推定機械角速度ωm＾として出力される。
【００３６】
速度制御部４２ａは、減算器６２と、ＡＳＲ（自動速度調整装置）６３とを備え、速度指令ω*と推定機械角速度ωm＾とに基づき、電流制御部４１へトルク指令Ｔ*を出力する。減算器６２は、速度指令ω*と推定機械角速度ωm＾とを比較して速度指令ω*と推定機械角速度ωm＾との偏差をＡＳＲ６３へ出力する。ＡＳＲ６３は、速度指令ω*と推定機械角速度ωm＾との偏差がゼロになるようにトルク指令Ｔ*を生成して加算器６４へ出力する。
【００３７】
加算器６４は、トルク指令Ｔ*とトルク補償部４８からのトルク補償指令Ｔ*ｃとを加算してトルク指令Ｔ**を生成する。トルク補償部４８は、トルクセンサ３から出力されるトルク検出信号Ｔfbとトルク指令Ｔ*とから、外乱トルクを推定して補償するトルク補償指令Ｔ*ｃを生成する。すなわち、トルク補償部４８は、式（３）を用いてトルク補償指令Ｔ*ｃを演算する
【００３８】
【数３】
2015025356.tif 000005
【００３９】
かかるトルク補償部４８を備えているため、モータ制御装置４、これを備えるモータ駆動システム１００では、例えば、ゴギングなどのトルク外乱、モータ定数の非線形特性、位相推定誤差などによるトルク変動の誤差を抑制することができる。
【００４０】
高周波電流指令器４５は、高周波電流指令Ｉｄhfiを生成して電流制御部４１へ出力する。高周波電流指令Ｉｄhfiの周波数は、モータ２を駆動する電圧の周波数や所望の速度制御帯域よりも高く設定され、かつ電流制御周波数と同等以下に設定される。
【００４１】
電流制御部４１は、三相/ｄｑ座標変換器７０と、加算器７１と、増幅器７３と、ＡＣＲｄ７５と、ＡＣＲｑ７６と、加算器７７、７８と、ｄｑ/三相座標変換器７９とを備える。
【００４２】
三相/ｄｑ座標変換器７０は、電流成分検出部の一例であり、電流検出部４７によって検出された出力電流ＩUVWを三相／二相変換し、さらに、推定電気角θe＾に応じて回転する直交座標のｄｑ軸成分へ変換する。これにより、出力電流ＩUVWがｄｑ軸回転座標系のｑ軸成分であるｑ軸電流Ｉｑとｄ軸成分であるｄ軸電流Ｉｄへ変換される。ｑ軸電流Ｉｑは、モータ２に流れるトルク電流に対応し、ｄ軸電流Ｉｄは、モータ２に流れる励磁電流に対応する。
【００４３】
加算器７１は、ｄ軸電流指令Ｉｄ*に高周波電流指令Ｉｄhfiを加算して生成したｄ軸電流指令Ｉｄ**をＡＣＲｄ７５へ出力する。ｄ軸電流指令Ｉｄ*は、例えば、モータ２を定トルク領域で駆動する場合にはゼロに設定され、定出力領域でモータ２を駆動する場合にはモータ２の機械角速度ωmに応じた値に設定される。
【００４４】
ＡＣＲｄ７５は、例えば、ｄ軸電流指令Ｉｄ**とｄ軸電流Ｉｄとの偏差ＩｄerrがゼロになるようにＰＩ（比例積分）制御を行ってｄ軸電圧指令Ｖｄ*を生成して加算器７７へ出力する。
【００４５】
増幅器７３は、トルク指令Ｔ**をＫｔ倍にしてｑ軸電流指令Ｉｑ*に対応する信号をＡＣＲｑ７６に出力する。ＡＣＲｑ７６は、例えば、トルク指令Ｔ**がＫｔ倍された信号とｑ軸電流Ｉｑとの偏差がゼロになるようにＰＩ（比例積分）制御を行ってｑ軸電圧指令Ｖｑ*を生成して加算器７８へ出力する。
【００４６】
加算器７７は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ*にｄ軸補償電圧Ｖｄffを加算してｄ軸電圧指令Ｖｄ**を生成し、加算器７８は、ｑ軸電圧指令Ｖｑ*にｑ軸補償電圧Ｖｑffを加算してｑ軸電圧指令Ｖｑ**を生成する。なお、ｄ軸補償電圧Ｖｄffおよびｑ軸補償電圧Ｖｑffは、ｄ軸とｑ軸間の干渉および誘起電圧を補償するものであり、例えば、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑおよびモータパラメータなどを用いて、算出される。
【００４７】
ｄｑ/三相座標変換器７９は、推定電気角θe＾に基づいた座標変換により、ｄ軸電圧指令Ｖｄ**およびｑ軸電圧指令Ｖｑ**を３相電圧指令ＶUVW*へ変換する。３相電圧指令ＶUVW*はＰＷＭ信号生成部７２へ入力され、ＰＷＭ信号生成部７２によって３相電圧指令ＶUVW*に応じたＰＷＭ信号が生成されて電力変換部４６へ出力される。
【００４８】
ここで、推定部４３の構成についてより具体的に説明する。図６Ｂは、推定部４３を示す説明図である。ところで、推定部４３により推定されるモータ２の速度は、モータ２の機械角速度ωmであり、推定部４３は、推定したモータ２の機械角速度ωmの情報を推定機械角速度ωm＾として出力する。また、推定部４３により推定されるモータ２の電気角θeの情報を推定電気角θe＾として出力する。
【００４９】
図６Ｂに示すように、推定部４３は第１推定部４３１と第２推定部４３２と合算部４３３と速度演算部４３４とを備える。
【００５０】
第１推定部４３１は、増幅器８０と、減算器８４、８９と、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）８１ａ、８１ｂと、乗算器８２と、Ｎｏｔｃｈ（ノッチフィルタ）８３と、位相推定部８５とを備える。そして、トルクセンサ３により検出されたトルク検出信号Ｔfbと、モータ２への出力電流に重畳される高周波電流成分とに基づいて、モータ２の速度および位置のうち少なくとも一方を推定する。モータ２への出力電流に重畳される高周波電流成分は、高周波電流指令器４５からの高周波電流指令Ｉｄhfi（図６Ａ）をｄ軸に重畳したときのトルクの高周波成分Ｔhfiである。また、モータ２への出力電流は、モータ２へ供給される電流のうち、モータ２の回転子（不図示）の回転に同期したｄｑ軸回転座標系のｄ軸成分の電流（ｄ軸電流）である。
【００５１】
増幅器８０では、ｑ軸電流Ｉｑにトルク定数Ｋｔを乗算してトルク換算する。そして、これを減算器８９に出力する。減算器８９は、増幅器８０からのトルク換算した値とトルクのフィードバック信号であるトルク検出信号Ｔfbとを比較して、その偏差をＢＰＦ８１ａに出力する。
【００５２】
ＢＰＦ８１ａは、振動成分抽出部の一例であり、高周波電流指令Ｉｄhfiをｄ軸に重畳したときのトルクの高周波成分Ｔhfiを抽出する。すなわち、トルク検出信号Ｔfbとｑ軸電流Ｉｑとに基づいて、位相ずれによって発生するトルクの振動成分を抽出することができる。また、ＢＰＦ８１ａでは、高周波電流指令Ｉｄhfiの周波数がＢＰＦ８１ａの通過帯域に含まれるようにフィルタ特性が設定される。他方、ＢＰＦ８１ｂは、モータ２に流れる励磁電流に対応するｄ軸電流Ｉｄを入力する。
【００５３】
そして、乗算器８２は、ＢＰＦ８１ａから出力されるトルクの高周波成分Ｔhfiと、ＢＰＦ８１ｂを経たｄ軸電流Ｉｄとを乗算する。そして、Ｎｏｔｃｈ（ノッチフィルタ）８３により、乗算器８２の乗算結果から発生する２倍の角周波数ωhfiの振動成分を除去し、フィルタ部９６に入力して位相誤差△θを得る。なお、ここではＮｏｔｃｈ８３を用いたが、Ｎｏｔｃｈ８３に代えてローパスフィルタを用いることもできる。
【００５４】
減算器８４は、Ｎｏｔｃｈ８３から出力される位相誤差△θとゼロとを比較し、位相誤差△θとゼロとの偏差を求める。位相推定部８５は、ＰＬＬ回路が構成されており、位相誤差△θとゼロとの偏差がゼロになるように位相補正量θcompを導出する。
【００５５】
ここで、図５Ｂに示した構成の第１推定部４３１による推定演算の一例について、以下に説明する。なお、以下では、モータ２として、磁気突極性のないＳＰＭモータを用いた場合を想定している。
【００５６】
一般的に、モータトルクＴは、ｑ軸電流Ｉｑとトルク定数Ｋｔを用いて式（４）によって計算される。
【００５７】
【数４】
2015025356.tif 000006
【００５８】
制御軸と実軸との間に位相誤差△θが生じているとすれば、モータトルクＴは式（５）のように表される。
【００５９】
【数５】
2015025356.tif 000007
【００６０】
このときの位相誤差△θによるトルク誤差をトルクセンサ３で検出し、制御軸を補正する推定演算を行う。ｄ軸電流指令Ｉｄmaxに角周波数ωhifの高周波電流を重畳したときの発生トルクのトルク検出信号Ｔfbは、式（６）で示される。
【００６１】
【数６】
2015025356.tif 000008
【００６２】
式（６）から位相誤差△θを求めるためには、発生トルク（トルク検出信号Ｔfb）からｑ軸の指令分を減算しなければならない。そこで、式（７）のように演算してトルクの高周波成分Ｔhfiを抽出する。
【００６３】
【数７】
2015025356.tif 000009
【００６４】
さらに、トルクの振動成分である高周波成分Ｔhfiとｄ軸電流Ｉｄとを式（８）に示すように乗算し、乗算によって生じる２倍角周波数（２ωhif）の振動成分を、式（９）に基いてＮｏｔｃｈ（ノッチフィルタ）８３で除去する。
【００６５】
【数８】
2015025356.tif 000010
【数９】
2015025356.tif 000011
【００６６】
ここで、位相誤差△θは、式（１０）によって求められるため、この式（１０）の微小近似式（１１）を用いて位相誤差△θを得る。
【００６７】
【数１０】
2015025356.tif 000012
【数１１】
2015025356.tif 000013
【００６８】
最終的には、高周波重畳した信号成分のみを正確に抽出するために、例えばバンドパスフィルタを利用した式（１１）の変形である式（１２）によって位相誤差△θを算出する。なお、Ｇｐは、乗算器８２およびＮｏｔｃｈ（ノッチフィルタ）８３によって生じた係数を打ち消す演算係数である。
【００６９】
【数１２】
2015025356.tif 000014
【００７０】
式（１２）で求める位相誤差△θにおいて、Ｎｏｔｃｈ８３を用いることによって２倍の角周波数ωhfiの振動成分が完全に除去されることが望ましい。しかし、Ｎｏｔｃｈ８３における減衰率と応答機能とはトレードオフの関係にあるため、応答性能を高めようとすると、残留振動が増加してしまう。かかる残留振動の振動成分は、位置および速度の推定精度を低下させる一つの要因となる。
【００７１】
そこで、本実施形態に係るモータ制御装置４では、第１推定部４３１に加え、後述する第２推定部４３２による推定機能を併用し、振動成分を緩和して応答性能を確保しているのである。
【００７２】
ところで、式（１１）によって演算した誤差を抑制するためには、誤差量をゼロにするためのＰＬＬ（Phase  Locked  Loop）を位相推定部８５で構成し、式（１３）によって位相補正量θcompを得るようにしている。
【００７３】
【数１３】
2015025356.tif 000015
【００７４】
ここで、上述の第１推定部４３１により、トルクセンサ３により検出されたトルク検出信号Ｔfbと、モータ２への出力電流に重畳される高周波電流成分（高周波成分Ｔhfi）とに基づいて導出した位相誤差△θについて説明する。図８および図９は、高周波電流指令Ｉｄhfi、トルクの高周波成分Ｔhfiおよび位相誤差△θの関係を示す図である。
【００７５】
図８に示すように、例えば、推定電気角θe＾が９０度遅れている場合、高周波電流指令Ｉｄhfiとトルクの高周波成分Ｔhfiは逆位相になり、位相誤差△θは負の値となる。また、推定電気角θe＾が９０度進んでいる場合、図９に示すように、高周波電流指令Ｉｄhfiとトルクの高周波成分Ｔhfiは同位相になり、位相誤差△θは正の値となる。
【００７６】
一方、推定電気角θe＾の誤差がなければ、トルクの高周波成分Ｔhfiはゼロになることから、位相誤差△θはゼロになる。そこで、図６Ｂに示すように、減算器８４は、Ｎｏｔｃｈ８３から出力される位相誤差△θとゼロとを比較し、位相誤差△θとゼロとの偏差を求める。そして、位相推定部８５は、位相誤差△θとゼロとの偏差がゼロになるように位相補正量θcompを求めて出力する。位相推定部８５は、ＰＬＬとして機能するが、ＰＬＬの構成はＰＩ制御だけではなく、Ｐ（比例）、Ｄ（微分）、Ｉ（積分）、Ｉ２（２回積分）などの制御を適宜組み合わせて構成可能である。
【００７７】
第２推定部４３２は、誘起電圧推定器９１と、速度演算器９２と、積分器９３とを備える。誘起電圧推定器９１は、周知の構成でよく、電流制御部４１の加算器７８から出力されるｑ軸電圧指令Ｖｑ**と、電流制御部４１の三相/ｄｑ座標変換器７０から出力されるｄ軸電流Ｉｄとから推定誘起電圧Ｅｑ＾を出力する。なお、誘起電圧推定器９１としてはオブザーバで構成することができる。
【００７８】
すなわち、速度演算器９２では、１／Ｋｅ（誘起電圧定数）を推定誘起電圧Ｅｑ＾に乗じ、推定速度ωｅ’＾を出力する。積分器９３は、入力した推定速度ωｅ’＾を積分演算して推定位相θｅ’＾を出力する。
【００７９】
第２推定部４３２で推定された推定速度ωｅ’＾や推定位相θｅ’＾は、第１推定部４３１とは異なり、高周波振動は利用していないため、滑らかではあるが誤差を有する推定結果を得る。すなわち、第２推定部４３２を用いることにより、高周波成分に依存しない滑らかな推定成分の割合を増加させることができる。
【００８０】
図６Ｂに示した構成の第２推定部４３２による推定演算の一例について説明すると、以下のとおりである。
【００８１】
すなわち、モータ２の電圧電流方程式は、式（１４）で表される。なお、式中のＶｄ，Ｖｑはモータ２に印加される電圧のｄ軸成分、ｑ軸成分であり、Ｉｄ，Ｉｑは、モータ３を流れる電流のｄ軸成分、ｑ軸成分である。また、Ｒはモータ２の巻線抵抗、Ｌｄ、Ｌｑはモータ２のｄ軸インダクタンス値、ｑ軸インダクタンス値、Ｋeは誘起電圧定数、Ｐは微分演算子である。
【００８２】
【数１４】
2015025356.tif 000016
【００８３】
モータ速度ωeを推定するためには、先ず誘起電圧Ｅｑ＝ωeＫeを推定すればよい。そこで、時定数Ｔのローパスフィルタを用いて電圧外乱オブザーバを構成する。式（１５）は電圧外乱オブザーバを示す式である。また、推定速度ωｅ’＾および推定位相θｅ’＾は式（１６）で表される。
【００８４】
【数１５】
2015025356.tif 000017
【数１６】
2015025356.tif 000018
【００８５】
合算部４３３は、実質的に加算器４４０から構成される。本実施形態では、第１推定部４３１による推定結果である位相補正量θcompと、第２推定部４３２による推定結果である推定位相θｅ’＾とを合算部４３３（加算器４４０）により合算して、最終的な推定値である推定電気角θe＾を得る。
【００８６】
また、速度演算部４３４は、微分器８６と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）８７と、機械角演算部８８とを備える。
【００８７】
微分器８６は、推定電気角θe＾を微分することにより、推定電気角速度を演算することができる。ＬＰＦ８７は、推定電気角速度からノイズを除去して、機械角演算部８８へ出力する。機械角演算部８８は、推定電気角速度をモータ２の極数Ｐで除算することで、推定機械角速度ωm＾を求める。
【００８８】
なお、合算部４３３による演算および微分器８６による演算は、式（１７）に基いて行われる。
【００８９】
【数１７】
2015025356.tif 000019
【００９０】
以上、説明してきたように、推定部４３では、第１推定部４３１により推定誤差を計算する。すなわち、高周波電流成分を重畳し、フィードバックされた電流と検出トルク、すなわちｑ軸電流Ｉｑとトルクセンサ３により検出されたトルク検出信号Ｔfbとに基づいて、推定誤差を演算する。
【００９１】
また、第２推定部４３２では、電圧指令（ｑ軸電圧指令Ｖｑ**）とフィードバック電流（ｄ軸電流Ｉｄ）とからモータ２の誘起電圧の推定値（推定誘起電圧Ｅｑ＾、推定速度ωｅ’＾、推定位相θｅ’＾）を演算する。
【００９２】
そして、第１推定部４３１の推定結果と、第２推定部４３２の推定結果とに基づいて、モータ２の速度の推定値となる推定機械角速度ωm＾を得るようにしている。
【００９３】
このように、本実施形態におけるモータ制御装置４は、例えばエンコーダなどのように高価で、かつ振動や衝撃といった耐環境性能に難のある位置検出器を用いることなく、耐環境性能に優るトルクセンサ３を用いてモータ２の制御を行う。したがって、低コストでありながら、動作性能の向上を図ることのできるモータ駆動システム１００およびモータ制御装置４を実現することができる。
【００９４】
ここで、図６Ａおよび図６Ｂに示した構成例は、モータ制御装置４の制御部４０が、モータ２を速度制御する場合であった。以下、制御部４０が、モータ２を位置制御する場合について説明する。
【００９５】
図７Ａは、モータ制御装置４の他の構成例を示す説明図、図７Ｂは、他の例に係るモータ制御装置４の推定部４３を示す説明図である。なお、この構成例は、位置制御部４２ｂが設けられた点と、速度演算部４３４に代えて速度／位置演算部４３５を設けた点とが上述してきた構成例と異なるだけである。したがって、ここでは、位置制御部４２ｂと速度／位置演算部４３５のみを説明し、図６Ａおよび図６Ｂに示す構成要素と同一の他の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９６】
図７Ａに示すように、本構成例では、位置制御部４２ｂを備えており、位置制御部４２ｂは、減算器９４およびＡＰＲ（自動位置調整装置）９５を備える。減算器９４は、位置指令Ｐ*と、推定部４３からの推定機械角Ｐm＾とを比較して偏差をとる。ＡＰＲ９５は、速度制御部４２ａのＡＳＲ（自動速度調整装置）６３へ速度指令ω*を出力する。
【００９７】
また、図７Ｂに示すように、速度／位置演算部４３５は、積分器９０を備えている。この積分器９０により、機械角演算部８８からの推定機械角速度ωm＾を積分して、モータ２の位置を示す推定機械角Ｐm＾を位置制御部４２ｂに出力する。なお、かかる積分器９０は、速度／位置演算部４３５の外に、あるいは推定部４３の外に設けても構わない。
【００９８】
ところで、制御部４０が備える第２推定部４３２は、前述したように、誘起電圧推定器９１によって、推定誘起電圧Ｅｑ＾、推定速度ωｅ’＾、推定位相θ’ｅ＾を得るようにしていた。
【００９９】
他方、誘起電圧推定器９１は、モータ２の速度が遅い場合（誘起電圧が小さい場合）には、高周波電流指令Ｉｄhfiを大きくして性能を補うことができる。すなわち、高周波電流指令Ｉｄhfiが小さい場合、電流検出部４７の検出感度や検出ノイズなどの影響を受けやすくなる。そこで、高周波電流指令Ｉｄhfiを大きくすることによって、モータ２の位置や速度を推定するための位相推定部８５におけるＰＬＬのゲインを高くでき、推定精度を向上させることができる。
【０１００】
また、誘起電圧推定器９１は、例えば、モータ２の速度の１０％以下の速度では誘起電圧の推定が難しくなる。そこで、推定部４３は、モータ２の速度が所定値を超えた場合に、第１推定部４３１による推定結果と第２推定部４３２による推定結果とに基づいてモータ２の速度および位置のうち少なくとも一方の推定値を導出するようにしてもよい。そして、推定部４３は、モータ２の速度が所定値以下の場合は、第１推定部４３１による推定結果に基づいてモータ２の速度および位置のうち少なくとも一方の推定値を導出するのである。
【０１０１】
そのためには、例えば、誘起電圧による推定速度ωｅ’＾などを用いてモータ２の速度の変化を得られるように構成し、モータ２の速度が所定値を超えた場合、第２推定部４３２の推定結果を合算部４３３に入力できるように構成してもよい。また、スイッチなどを設け、モータ２の速度が所定値を超えた場合、第２推定部４３２の推定結果を合算部４３３に入力できるよう切り替え可能とすることもできる。
【０１０２】
（他の実施形態）
ここで、モータ駆動システムの他の実施形態について説明する。図１０は、他の実施形態に係るモータ駆動システム２００を示す説明図である。ここでも、モータ駆動システム２００を、図１に示したロボット１の第１関節部２１に適用した場合とする。
【０１０３】
図示するように、モータ駆動システム２００では、トルクセンサ３に加え、モータ２の位置を検出する位置検出器としてのエンコーダ６を備える。また、モータ制御装置４は、制御部４０内に、エンコーダ６が通常駆動であるか否かを判定する判定部７を備える。
【０１０４】
判定部７は、エンコーダ６の動作を監視しつつ、エンコーダ６からの位置検出信号θｆｂと、推定部４３からの推定機械角Ｐm＾を入力している。そして、判定部７は、位置検出信号θｆｂと推定機械角Ｐm＾との差が所定値以上の場合、エンコーダ６が異常であると判定する。
【０１０５】
エンコーダ６の動作に異常がない場合は、制御部４０は、エンコーダ６からの位置検出信号θｆｂを位置フィードバック信号としてモータ２を制御する。一方、トルクセンサ３からのトルク検出信号Ｔfbをトルク補償信号として用いることができる。一方、判定部７がエンコーダ６に異常があると判定した場合、制御部４０は、推定部４３で推定した推定機械角Ｐm＾や推定機械角速度ωm＾を用いてモータ２を制御する。
【０１０６】
かかる構成により、モータ駆動システム２００では、モータ制御に用いられていたエンコーダ６に不具合が生じても、トルクセンサ３に基くモータ制御が可能となり、フェールセーフ機能を低コストで実現することができる。
【０１０７】
ここで、図１１Ａ〜図１１Ｃを参照しながら、制御部４０の推定部４３における他の実施形態について説明する。図１１Ａ〜図１１Ｃは、他の実施形態に係る制御部の推定部を示す説明図である。
【０１０８】
他の実施形態に係る推定部４３は、第１推定部４３１が備える位相推定部８５のＰＬＬ回路における演算で、第２推定部４３２の推定結果を足し込むことのできる構成としている。
【０１０９】
図１１Ａに示すように、第２の実施形態に係る推定部４３は、第１推定部４３１の位相推定部８５が、Ｐ制御器８５１と、加算器８５２，８５４と、Ｉ制御器８５３と、積分器８５５を備えており、ＰＩ制御を行う。他方、第２推定部４３２は、上述してきた実施形態に係る第２推定部４３２から積分器９３（図６Ｂ、図７Ｂを参照）を省いている。そして、速度演算器９２から出力された推定速度ωｅ’＾を、位相推定部８５の加算器８５４に入力するようにしている。
【０１１０】
加算器８５４は、第１推定部４３１による推定結果と第２推定部４３２による推定結果とを合算する合算部に相当する。すなわち、加算器８５４は、速度演算器９２から出力された推定速度ωｅ’＾と、Ｉ制御器８５３で誤差偏差（減算器８４で求められた位相誤差△θとゼロとの偏差）を速度換算処理された結果とを加算する。そして、加算器８５４は、モータ速度ωeに略等しい推定速度信号を生成してローパスフィルタ９７および積分器８５５に出力する。図中、Ｋiは積分ゲインである。
【０１１１】
ローパスフィルタ９７では、推定速度信号からノイズを除去して、図示しない機械角演算部８８（図６Ｂ、図７Ｂを参照）へ送り、推定機械角速度ωm＾が求められる。
【０１１２】
積分器８５５は、入力された推定速度信号を積分演算して推定位相θｅ’＾を導出し、これを加算器８５２へ出力する。
【０１１３】
加算器８５２は、推定位相θｅ’＾と、Ｐ制御器８５１で処理された誤差偏差とを加算して推定電気角θe＾を得る。Ｋpは比例ゲインである。
【０１１４】
なお、上記構成において、加算器８５４の後段に、第２推定部４３２の誘起電圧推定器９１で推定した速度を足し込んだり、加算器８５４により生成される推定速度信号を速度フィードバック値として利用したりすることもできる。なお、その場合、比例ゲインＫpの成分は比較的小さいものとして無視することとする。
【０１１５】
このように、第２推定部４３２の推定結果を、第１推定部４３１の位相推定部８５のＰＬＬ回路における演算に足し込むことで、演算処理の負荷を低減することが可能となるとともに、Ｐ制御器８５１のノイズカットになる。また、Ｉ制御器８５３では、高周波成分を平均化することができるため、ノイズ低減効果も生起される。
【０１１６】
また、第２推定部４３２の推定結果を、第１推定部４３１の位相推定部８５のＰＬＬ回路における演算に足し込む構成としては、推定部４３を図１１Ｂに示す構成とすることもできる。すなわち、図示するように、第３の実施形態に係る推定部４３の位相推定部８５は、上述したＩ制御器８５３と加算器８５４との間に、第２の加算器８５６が設けられている。
【０１１７】
そして、かかる第２の加算器８５６に、トルク指令Ｔ*から推定電気角速度情報を得るための構成として、演算器９８とハイパスフィルタ９９とを備えている。なお、その他の構成は、第２の実施形態に係る推定部４３と同様であるので、その説明は省略する。
【０１１８】
すなわち、第３の実施形態における位相推定部８５は、第２の加算器８５６により、Ｉ制御器８５３からの変換速度にトルク情報としての推定電気角速度情報とを加算して、その結果を加算器８５４に入力している。ここで、トルク情報である推定電気角速度情報は、トルク指令Ｔ*を演算器９８で所定の演算を行うとともに、ハイパスフィルタ９９によりフィルタ処理して得られる。図中、Ｐはモータ出力、Ｊはイナーシャ（慣性モーメント）である。
【０１１９】
かかる構成により、トルク指令Ｔ*の急峻な変化にも対応可能となり、応答性が向上する。また、ハイパスフィルタ９９は省略することもできる。また、トルク指令Ｔ*に代えてトルク検出信号Ｔfbを用いてもよい。
【０１２０】
さらに、第２推定部４３２の推定結果を、第１推定部４３１の位相推定部８５のＰＬＬ回路における演算に足し込む構成としては、図１１Ｃに示す構成とすることもできる。図１１Ｃに示すように、第４の実施形態に係る推定部４３は、第３の実施形態に係る推定部４３に対して、第１減算器１０１と、ハイパスフィルタ１０２と、演算部１０３と、第２減算器１０４とをさらに備える構成を有する。また、第２の加算器８５６に、トルク指令Ｔ*から推定電気角速度情報を得るための構成として、演算器９８Ａと、ハイパスフィルタ９９に代えて、時定数が設けられた積分器９９Ａを備えている。なお、第３実施形態と同様に、演算器９８とハイパスフィルタ９９とによる構成であっても構わない。その他の構成は、第２の実施形態に係る推定部４３と同様であるので、その説明は省略する。
【０１２１】
第１減算器１０１は、加算器８５４から出力されたモータ速度ωeに略等しい推定速度信号と、速度演算器９２から出力された推定速度ωｅ’＾とを比較して、推定速度同士の差分を求める。差分の高周波振動は、推定ノイズに相当するため、これをハイパスフィルタ１０２により抽出する。そして、演算部１０３によってＫ（ゲイン）倍した後、推定ノイズは、第２減算器１０４により元の推定速度信号から差し引かれ、ローパスフィルタ９７へ出力される。ゲインＫは調整値であり、Ｋ＝１のとき、振動成分を全てカットすることができる。
【０１２２】
かかる構成により、正しいモータ速度ωeにより近い、推定ノイズが除去された補償した推定速度ωｅ’＾を得ることができる。そのため、モータ速度ωeをより滑らかにすることが可能となる。
【０１２３】
こうして、第２推定部４３２の推定結果を利用して振動成分の補償を行い、モータ速度ωeをより滑らかにすることが可能となる。
【０１２４】
ここで、図１２Ａおよび図１２Ｂを参照して、第１減算器１０１による処理、ハイパスフィルタ１０２による処理、および第２減算器１０４による処理について説明する。図１２Ａは、高周波トルクから推定した速度と誘起電圧から推定した速度との関係を示す図、図１２Ｂは、補償後の推定速度と高周波トルクから推定した速度との関係を示す図である。
【０１２５】
図１２Ａにおいて、Ｖ０は正しいモータ速度ωe、Ｖ１は高周波トルクから推定したモータ速度、Ｖ２は誘起電圧から推定した速度、すなわち、速度演算器９２から出力された推定速度ωｅ’＾である。第１減算器１０１により、Ｖ１とＶ２との差を演算した後、ハイパスフィルタ１０２を用いて抽出した信号Ｓ１が、差分の高周波振動（推定ノイズ）の信号に相当する。
【０１２６】
また、図１２Ｂにおいて、Ｓ２は、第２減算器１０４により推定ノイズが除去された振動の少ない補償後の推定速度ωｅ’＾を示す曲線であり、正しいモータ速度ωeを示すＶ０の曲線に近似していることが分かる。
【０１２７】
以上、説明してきたように、上述してきた実施形態に係るモータ駆動システム１００，２００は、振動や衝撃といった耐環境性能の面に難のあるエンコーダなどの位置センサではなく、比較的堅牢なトルクセンサ３を利用してモータ２を制御することができる。したがって、耐環境性能を向上させ、かつトルクリプルなどを大幅に低減させることが可能になる。また、モータ駆動システム１００，２００は、高価な位置センサなどを用いる必要がないため、モータ駆動システムのコストダウンを図ることができる。
【０１２８】
また、本実施形態に係るモータ駆動システム１００，２００は、モータ２の永久磁石が埋設型であろうと表面設置型であろうと、特に種類を問わずに適用することができる。そのため、例えば、ロータの表面に永久磁石を張り合わせたパワー密度の高いＳＰＭＭ（Surface  Permanent  Magnet  Motor）の使用も可能となり、モータ２の小型化にも寄与する。
【０１２９】
また、モータ制御装置４が備える推定部４３は、モータ２への出力電流に重畳される高周波成分Ｔhfiとトルク検出信号Ｔfbとを利用する第１推定部４３１に加えて、高周波成分Ｔhfiの影響を受けない第２推定部４３２を併用している。したがって、推定位置を高精度で得ることができるため、信頼性の高い位置センサレス制御が可能となる。
【０１３０】
ところで、上述してきた実施形態では、モータ駆動システム１００，２００を、ロボット１に適用した例をあげて説明したが、モータ２によって駆動されるあらゆるものに適用することができる。また、トルクセンサ３の具体的な構成なども適宜変更することが可能である。
【０１３１】
また、上述した実施形態では、モータ２として永久磁石同期電動機などの回転型モータを一例に挙げて説明したが、モータ２は、回転型モータに限らず、リニアモータであってもよい。この場合、トルクセンサ３に代えて加速度センサを用いる。
【０１３２】
図１３は、リニアモータを用いたモータ駆動システムの構成を示す図である。図１３に示すモータ駆動システム５００は、モータ制御装置４００と、いわゆるＭＣ（Moving  Coil）形と呼ばれるリニアモータ５３０と、加速度センサ５４０とを備える。リニアモータ５３０は、固定子５１０と可動子５２０を備える。そして、固定子５１０は、永久磁石が配列されて構成され、可動子５２０は、電機子コイルが配列されて構成されるとともに、加速度センサ５４０が取り付けられる。可動子５２０は、固定子５１０の延伸方向に沿って移動する。
【０１３３】
モータ制御装置４００は、電力変換部４６および制御部４１０を有する。電力変換部４６は、制御部４１０から供給されるＰＷＭ信号に応じた電圧および電流をパワーライン５５０経由でリニアモータ５３０の可動子５２０へ供給する。これにより、可動子５２０の位置や速度が制御される。制御部４１０は、加速度センサ５４０から出力される加速度検出信号Ａfbを信号線５６０介して取得し、かかる加速度検出信号Ａfbに基づき推定したリニアモータ５３０の位置および速度に基づいて、電力変換部４６へ出力するＰＷＭ信号を生成する。
【０１３４】
図１４は、制御部４１０の構成例を示す図である。図１４に示すように、制御部４１０は、図６Ｂおよび図７Ｂに示す制御部４０の推定部４３における第１推定部４３１に、演算器６１を備える。また、図６Ｂおよび図７Ｂに示す機械角演算部８８に代えて、増幅器８８Ａを備える。
【０１３５】
演算器６１は、加速度検出信号ＡfbをＭ倍にしてトルク信号を生成し、このトルク信号をＢＰＦ８１ａに出力する。加速度検出信号ＡfbをＭ倍にすることで、加速度検出信号Ａfbがトルク換算した値に変換される。なお、Ｍは可動子５２０の質量である。
【０１３６】
増幅器８８Ｂは、ノイズが除去された推定電気角速度ωe＾をＫ１倍にして、可動子５２０の推定速度ｖ＾に変換する。推定速度ｖ＾は、速度制御部４２ａに入力される。Ｋ１は、電気角速度ωeと可動子５２０の間の変換係数であり、例えば、磁極ピッチなどの機械構成に応じた値に設定される。なお、積分器９０は、推定速度ｖ＾を積分して位置Ｐの推定値として推定位置Ｐ＾を出力する。位置制御部４２ｂは、推定位置Ｐ＾と位置指令Ｐ*との偏差がゼロになるように速度指令ｖ*を生成し、速度制御部４２ａは、速度指令ｖ*と推定速度ｖ＾との偏差がゼロになるようにｑ軸電流指令Ｉｑ*（図６Ｂおよび図７Ｂを参照）を生成する。
【０１３７】
図１３に示すリニアモータ９０では、可動子５２０にコイルを設ける構成であるが、固定子にコイルを設けるようにしてもよい。図１５Ａは、リニアモータを用いた他のモータ駆動システムの構成を示す図である。図１５Ａに示すモータ駆動システム６００では、リニアモータ５９０の固定子５７０に電機子コイルが配列され、リニアモータ５９０の可動子５８０に永久磁石が配列される。そして、モータ制御装置４００は、電力変換部４６からＰＷＭ信号に応じた電圧および電流をリニアモータ５９０の固定子５７０へ供給し、可動子５８０の位置や速度を制御する。
【０１３８】
図１３および図１５Ａに示す例では、リニアモータ５３０、５９０の可動子５２０、５８０に加速度センサ５４０を取り付けるようにしたが、図１５Ｂに示すモータ駆動システム７００のように、可動子５８０に固定される振動系の負荷９００に加速度センサ５４０を取り付けるようにしてもよい。図１５Ｂは、リニアモータを用いた他のモータ駆動システムの構成を示す図である。この場合、負荷９００の振動抑制に加速度センサ５４０の加速度検出信号Ａfbを利用することもできる。
【０１３９】
また、反作用が利用できる場合、図１５Ｃに示すモータ駆動システム８００のように、固定子５７０に加速度センサ５４０を取り付けるようにしてもよい。図１５Ｃは、リニアモータを用いた他のモータ駆動システムの構成を示す図である。なお、図１５Ｂおよび図１５Ｃに示すモータ駆動システム７００，８００では、固定子５７０に電機子コイルが配列された構成を一例として説明したが、可動子に電機子コイルが配列された図１３に示す構成のモータ駆動システムにも適用できる。
【０１４０】
なお、上述の例では、モータ制御装置４００において、リニアモータ５３０，５９０の位置および速度を推定したが、リニアモータ５３０，５９０の位置および速度のうち少なくとも一方を推定するようにしてもよい。
【０１４１】
なお、さらなる効果やさらなる変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１４２】
２    モータ
３    トルクセンサ
４    モータ制御装置
６    エンコーダ（位置検出器）
４０    制御部
４１    電流制御部
４２    位置／速度制御部
４２ａ    速度制御部
４２ｂ  位置制御部
４３    推定部
４５    検波用高周波電流指令器
７０  三相ｄｑ座標変換器（電流成分検出部）
８１ａ    ＢＰＦ（振動成分抽出部）
１００，２００    モータ駆動システム
４３１    第１推定部
４３２    第２推定部
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【国際調査報告】
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