(57)【要約】【課題】制御対象の剛性が低いため発生する振動を低減し、指令パターン及び制御対象の特性に依らず制振性能を確保し、高い位置決め精度を実現する電動機の制御方法及び制御装置を提供する。【解決手段】本発明の電動機の制御方法は、電動機、又は前記電動機に連結された負荷に対する指令を入力する指令入力ステップと、所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力する前置フィルタステップと、前記追従指令値に前記電動機又は前記負荷の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップと、を有する。【選択図】　　　　図１
2004005469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、
所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力する前置フィルタステップと、
前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップと、
を有することを特徴とする電動機の制御方法。
【請求項２】
電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、
所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記指令を前記定数項に作用させて追従指令値を出力し、且つ前記指令をフィードフォワード補償項に作用させてフィードフォワード補償項補償量を出力するフィードフォワード型前置フィルタステップと、
前記フィードフォワード補償項補償量と前記追従指令値に基づき、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップと、
を有することを特徴とする電動機の制御方法。
【請求項３】
電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、
フィードフォワード補償項補償量と追従指令値に基づき、前記指令に基づく前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップと、
前記指令追従制御ステップ内部の状態量に基づき前記指令を推定した推定指令を出力する指令推定ステップと、
所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記推定指令をフィードフォワード補償項に作用させて前記フィードフォワード補償項補償量を出力する内部構成型前置フィルタステップと、
を有することを特徴とする電動機の制御方法。
【請求項４】
前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、所定の周波数及びその近辺の周波数の利得を下げる特性のうち特に前記所定の周波数の利得を可変とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の電動機の制御方法。
【請求項５】
前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、前記高域の利得を抑える特性を動作状態により変化させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の電動機の制御方法。
【請求項６】
前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、前記高域の利得を抑える特性を、少なくとも前記所定の周波数を決めるパラメータに基づき自動的に決定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の電動機の制御方法。
【請求項７】
前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、前記所定の周波数を自動設定する振動周波数自動設定ステップを有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかの請求項に記載の電動機の制御方法。
【請求項８】
前記振動周波数自動設定ステップが、前記制御対象の振動を検出する振動検出ステップと、検出した前記振動から振動周波数を抽出して前記所定の周波数を決定する周波数決定ステップと、を有することを特徴とする請求項７に記載の電動機の制御方法。
【請求項９】
前記振動周波数自動設定ステップが、前記電動機の振動周波数に基づき前記所定の周波数を決定することを特徴とする請求項７に記載の電動機の制御方法。
【請求項１０】
前記振動周波数自動設定ステップにおいて、前記電動機の応答に基づき前記電動機と前記制御対象の数式モデルを推定し、前記数式モデルに基づき前記所定の周波数を決定することを特徴とする請求項７に記載の電動機の制御方法。
【請求項１１】
前記所定の周波数が、前記電動機が出力したトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかの請求項に記載の電動機の制御方法。
【請求項１２】
電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、
前記指令に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する制御ステップと、
を有し、
前記制御ステップにおいて、前記電動機のトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性と、を併せ持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力し、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の前記状態量が追従するよう制御することと同一又は等価な特性を有する制御を行うことを特徴とする電動機の制御方法。
【請求項１３】
電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、
所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタを有し、前記フィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力する前置フィルタ部と、
前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御部と、
を有することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１４】
電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、
所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記指令を前記定数項に作用させて追従指令値を出力し、且つ前記指令をフィードフォワード補償項に作用させてフィードフォワード補償項補償量を出力するフィードフォワード型前置フィルタ部と、
前記フィードフォワード補償項補償量と前記追従指令値に基づき、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御部と、
を有することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１５】
電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、
フィードフォワード補償項補償量と追従指令値に基づき、前記指令に基づく前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御部と、
前記指令追従制御部内部の状態量に基づき前記指令を推定した推定指令を出力する指令推定部と、
所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記推定指令を前記フィードフォワード補償項に作用させて前記フィードフォワード補償項補償量を出力する内部構成型前置フィルタ部と、
を有することを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項１６】
前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、所定の周波数及びその近辺の周波数の利得を下げる特性のうち特に前記所定の周波数の利得を可変とすることを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれかの請求項に記載の電動機の制御装置。
【請求項１７】
前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、前記高域の利得を抑える特性を動作状態により変化させることを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれかの請求項に記載の電動機の制御装置。
【請求項１８】
前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、前記高域の利得を抑える特性を、少なくとも前記所定の周波数を決めるパラメータに基づき自動的に決定することを特徴とする請求項１３から請求項１７のいずれかの請求項に記載の電動機の制御装置。
【請求項１９】
前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、前記所定の周波数を自動設定する振動周波数自動設定部を有することを特徴とする請求項１３から請求項１８のいずれかの請求項に記載の電動機の制御装置。
【請求項２０】
前記振動周波数自動設定部が、前記制御対象の振動を検出する振動検出部と、検出した前記振動から振動周波数を抽出して前記所定の周波数を決定する周波数決定部と、を有することを特徴とする請求項１９に記載の電動機の制御装置。
【請求項２１】
前記振動周波数自動設定部が、前記電動機の振動周波数に基づき前記所定の周波数を決定することを特徴とする請求項１９に記載の電動機の制御装置。
【請求項２２】
前記振動周波数自動設定部が、前記電動機の応答に基づき前記電動機と前記制御対象の数式モデルを推定し、前記数式モデルに基づき前記所定の周波数を決定することを特徴とする請求項１９に記載の電動機の制御装置。
【請求項２３】
前記所定の周波数が、前記電動機が出力したトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数であることを特徴とする請求項１３から請求項２２のいずれかの請求項に記載の電動機の制御装置。
【請求項２４】
電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、
前記指令に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記電動機のトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性と、を併せ持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力し、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の前記状態量が追従するよう制御することと同一又は等価な特性を有する制御を行うことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２５】
請求項１３から請求項２４のいずれかの請求項に記載の制御装置を有する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の制御対象自体、又は電動機と制御対象とを連結する連結軸の機械剛性が低いことに起因して発生する、電動機又は制御対象の振動を抑制する電動機の制御方法及び制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から電動機を用いた位置決め制御において、マイクロコンピュータを用いたディジタルサーボ制御が行われている。平成５年電気学会全国大会Ｎｏ．１７５９「減速機ねじれ振動の制振制御」に、振動抑制を目的とする従来例の電動機の制御装置が開示されている。
従来例の電動機の制御装置を説明する。図２６は、従来例の電動機の制御装置の構成図である。図２６において、１０１は位置指令作成部、１０２は電動機、１０３は制御対象（負荷）、１０４は位置検出部、１０５はサーボコントローラである。サーボコントローラ１０５は、位置指令入力部１０６、前置フィルタ部１０７、指令追従制御部１０８を有する。指令追従制御部１０８は、位置偏差演算部（減算器）１０９、位置制御部１１０、速度演算部１１１、速度偏差演算部（減算器）１１２、速度制御部１１３、電流制御部１１４を有する。ｓはラプラス演算子である。
【０００３】
位置指令作成部１０１が位置指令を作成し、サーボコントローラ１０５の位置指令入力部１０６に入力する。位置指令入力部１０６は前置フィルタ部１０７を介して位置指令θＭ＊を指令追従制御部１０８に送る。従来例の制御装置は、電動機に連結された制御対象（負荷）１０３の位置（以後、「制御対象位置θＬ」と呼ぶ。）が位置指令θ＊に一致するように電動機１０２を制御するための装置である。図２６において、制御対象位置θＬは検出できない。位置検出部１０４が電動機１０２の位置（以後、「電動機位置θＭ」と呼ぶ。）を検出する。サーボコントローラ１０５は、電動機位置θＭが位置指令θ＊に一致するように電動機１０２を制御する。これにより、従来例の制御装置は、制御対象位置θＬが位置指令θ＊に一致するように電動機１０２を制御する。電動機位置θＭ及び制御対象位置θＬは素早く位置指令θ＊に追従するよう制御される。
【０００４】
制御対象（負荷）１０３自体及び電動機１０２と制御対象１０３とを連結する連結軸の剛性が高い制御系においては、従来例の制御装置は、高い精度で制御対象位置θＬが位置指令θ＊に一致するように、電動機１０２を制御することができる。
制御対象１０３自体又は電動機１０２と制御対象１０３とを連結する連結軸の剛性が低い制御系（連結軸のねじれ等を無視できないほど高精度の制御を行う制御系を含む。）においては、制御対象位置θＬと電動機位置θＭとの間に位相差が生じ、連結軸のねじれ振動が発生し易い。電動機位置θＭが位置指令θ＊に一致するように電動機１０２を制御する制御装置において、連結軸のねじれによる振動が発生すると、制御対象位置θＬが位置指令θ＊へ収束する速度が遅くなる。
【０００５】
従来例において、前置フィルタ部１０７は、位置指令θ＊のパターンを入力し、制御対象位置θＬの振動を励起しないパターンθＭ＊（電動機位置指令）に変化させる。指令追従制御部１０８は、電動機位置θＭが電動機位置指令θＭ＊に一致するように電動機１０２を制御する。前置フィルタ部１０７は、制御対象位置θＬの振動を抑制し、電動機位置θＭ及び制御対象位置θＬが位置指令θ＊へ収束する速度を速くする。
【０００６】
図２６に示した従来例の制御装置における基本的な演算の流れを説明する。位置指令入力部１０６は、位置指令作成部１０１で作成された位置指令を入力する。位置指令入力部１０６は、入力した位置指令を単位変換して、サーボコントローラ１０５内での演算に用いる単位系と整合した位置指令θ＊を生成し、出力する。
前置フィルタ部１０７は、位置指令θ＊を２階微分し所定の係数１／（ωａ２）を乗算した振動抑制補償値を算出する。前置フィルタ部１０７は、位置指令θ＊と算出した振動抑制補償値とを足し合わせて、電動機位置指令θＭ＊を生成し、出力する。電動機が出力したトルクから電動機１０２までの系が有する反共振周波数をｆｒとすると、好ましくはωａ＝２π・ｆ（ｆはｆｒ、もしくはｆｒ近傍の周波数）とする。前置フィルタ部１０７によって振動が抑制される原理は後述する。
【０００７】
指令追従制御部１０８の内部演算の流れを詳細に説明する。位置偏差演算部（減算器）１０９は、電動機位置指令θＭ＊と電動機位置θＭとを入力し、電動機位置偏差ΔθＭ（＝θＭ＊−θＭ）を算出する。位置制御部１１０は、位置比例ゲインＫｐｐを用いて、速度指令ωＭ＊（＝Ｋｐｐ・ΔθＭ）を出力する。
速度演算部１１１は、電動機位置θＭを微分し、電動機速度ωＭ（＝θＭ・ｓ）を算出する。速度偏差演算部（減算器）１１２は、速度指令ωＭ＊と電動機速度ωＭとを入力し、速度偏差ΔωＭ（＝ωＭ＊−ωＭ）を算出する。
速度制御部１１３は、速度偏差ΔωＭに基づいて比例積分演算を行い、トルク指令Ｔ＊を出力する。電流制御部１１４は、電動機１０２が出力するトルクＴＭがＴ＊となるように、電動機１０２に流れる電流値Ｉを制御する。
【０００８】
前置フィルタ部１０７によって振動が抑制される原理を説明する。電動機１０２が制御対象１０３を動かす系を、共振系のモデルとして一般的に用いられる、２慣性系（電動機１０２及び制御対象１０３）モデル（図２７）で表す。実際にはトルクＴＭが制御対象位置θＬを動かす系は複雑な数式モデルで表されることもある。
【０００９】
図２８は、図２７に示す電動機１０２が低剛性の連結軸を通じて制御対象１０３を動かす系を、数式モデルで表したブロック図である。図２８において、トルク指令Ｔ＊に応じて、電動機１０２は十分速い応答で実際のトルクＴＭを発生する。トルク指令Ｔ＊を入力してから実際のトルクＴＭを発生するまでの伝達関数をＴＭ／Ｔ＊＝１と仮定する。ＪＭは電動機１０２のイナーシャ、ＪＬは制御対象１０３のイナーシャ、Ｋｓは連結軸のバネ定数である。連結軸のイナーシャは、ＪＭ、ＪＬに比べて十分小さいとして無視している。
【００１０】
図２８の数式モデルに基づきトルク指令Ｔ＊から電動機位置θＭまでの伝達関数θＭ／Ｔ＊を求めると、式（１）となる。
（ＪＬｓ２＋Ｋｓ）／［｛ＪＭ・ＪＬｓ２＋Ｋｓ（ＪＭ＋ＪＬ）｝ｓ２］　　（１）
【００１１】
図２８の数式モデルに基づき電動機位置θＭから制御対象位置θＬまでの伝達関数θＬ／θＭを求めると式（２）となる。
Ｋｓ／（ＪＬｓ２＋Ｋｓ）　　（２）
【００１２】
図２９は、図２８のブロック図から求めた式（１）及び式（２）を用いて、図２６の構成図と等価なラプラス演算子ｓで表したブロック図である。図２９において、図２６と同じ符号のブロックは図２６と同じ機能を有する。
図２９において、前置フィルタ部１０７が無い場合は位置指令θ＊＝θＭ＊である。図２９において電動機位置指令θＭ＊から制御対象位置θＬまでの伝達関数と、位置指令θ＊から制御対象位置θＬまでの伝達関数を比較することにより、前置フィルタ部１０７が無い場合と有る場合の応答の違いを説明する。
【００１３】
前置フィルタ部１０７が無い場合の、即ち図２９における電動機位置指令θＭ＊から制御対象位置θＬまでの伝達関数の周波数特性を述べる。図２９のトルク指令Ｔ＊から電動機位置θＭまでの伝達関数の周波数特性は式（１）より図３０（ａ）となる。図３０（ａ）において、横軸が周波数であり、縦軸がゲインと位相である。横軸は対数表示となっている。他の周波数特性図も、横軸が周波数であり、縦軸がゲインと位相である。横軸は対数表示となっている。
制御対象の剛性が低い故、図３０（ａ）は共振点及び反共振点を有する。図３０（ａ）において、共振の発生している周波数を共振周波数、反共振の発生している周波数を反共振周波数と呼ぶ。電動機位置指令θＭ＊から電動機位置θＭまでのフィードバックループを含む系の伝達関数の周波数特性は、図３０（ｂ）となる。
電動機位置θＭから制御対象位置θＬまでの伝達関数の周波数特性は、式（２）より図３０（ｃ）となる。電動機位置指令θＭ＊から制御対象位置θＬまでの伝達関数の周波数特性（前置フィルタ部１０７が無い場合の制御装置の応答周波数特性）は、図３０（ｂ）と図３０（ｃ）とを合わせて、図３０（ｄ）となる。図３０（ｄ）は反共振周波数ｆｒにゲインピークを持つ。
【００１４】
図３１（ａ）は、電動機１０２の位置を一定量変移させることを指示する電動機位置指令θＭ＊のパターンである。縦軸が電動機位置指令θＭ＊（電動機１０２の位置の変移量）、横軸が時間である。これは一般的に用いられているＳ字指令である。図３１（ｂ）は、図３１（ａ）の電動機位置指令θＭ＊の微分波形であり、台形パターンとなる。このときの電動機位置偏差ΔθＭの応答と、制御対象位置θＬと電動機位置指令θＭ＊との差である制御対象位置偏差ΔθＬの応答とを図３２に示す。図３２の位置指令出力期間は、図３１（ａ）の電動機位置指令θＭ＊が変動している期間、すなわち図３１（ｂ）の電動機位置指令θＭ＊の微分値が０でない期間を指す。
図３２に示すように、位置指令出力完了後に制御対象位置偏差ΔθＬが電動機位置偏差ΔθＭに比べ大きく振動する。制御対象位置θＬの振動周波数を測定すると、その振動周波数は、図３０（ｄ）に示す電動機位置指令θＭ＊から制御対象位置θＬまでの伝達関数の周波数特性におけるゲインピークが生じる周波数（反共振周波数）近傍の周波数となる。電動機１０２と制御対象１０３とを連結する軸の剛性が低いことに起因し、制御対象位置θＬは位置指令出力完了後に大きな振動を生じる。
【００１５】
次に前置フィルタ部１０７が有る場合の、即ち図２９における位置指令θ＊から制御対象位置θＬまでの伝達関数の周波数特性を述べる。電動機位置指令θＭ＊から制御対象位置θＬまでの伝達関数の周波数特性は、図３０（ｄ）である。前置フィルタ部１０７の周波数特性は、ωａ＝２π・ｆｒ（ｆｒは図３０（ａ）における反共振周波数）とすると、図３３（ａ）となる。前置フィルタ部１０７は、周波数ωａで利得（ゲイン）が極小となり、ωａより高域では周波数が高くなるにつれてゲインが大きくなる周波数特性を有する。位置指令θ＊から制御対象位置θＬまでの伝達関数の周波数特性は、図３０（ｄ）と図３３（ａ）を合わせた図３３（ｂ）となる。
【００１６】
図３３（ｂ）を、前置フィルタ部１０７がない場合の位置指令から制御対象位置θＬまでの伝達関数の周波数特性である図３０（ｄ）と比較すると、図３３（ｂ）は反共振周波数におけるゲインピークが無い。即ち、前置フィルタ部１０７は、制御装置の応答特性の反共振周波数におけるゲインピークを低減する。
位置指令θ＊の指令パターンを図３１（ａ）とした場合の制御対象位置偏差ΔθＬと電動機位置偏差ΔθＭの応答を図３４に示す。前置フィルタ部１０７がない場合の応答である図３２と比較すると、位置指令出力完了後の制御対象位置θＬの振動が低減される。図３２と図３４の応答は図２９の前置フィルタ部１０７以外の構成は同じである。
【００１７】
以上のように従来例の制御装置において、図２６の前置フィルタ部１０７は、位置指令θ＊から制御対象位置θＬまでの伝達関数の周波数特性に生じるゲインピークを低減する。これにより、ゲインピークに起因して位置指令出力完了後に発生した制御対象位置θＬの振動が低減される。
図３２の応答特性を有する系のパラメータ設定を一部変更した場合の応答特性を図３５に示す。図３５に示す系においては、図３２に示す系と比較して、位置制御部１１０の位置比例ゲインＫｐｐと速度制御部１１３の速度比例ゲインＫｖｐとを下げて、制御対象位置θＬの位置指令出力完了後の振動を低減させた。図３５では、位置指令出力完了後の振動振幅は図３４と同程度であるが、図３４よりも応答が遅くなっている。
従来例の制御装置において、前置フィルタ部１０７は、制御装置の高速応答性を保ったまま、位置指令出力完了後の制御対象位置θＬの振動を低減できるという効果を奏する。
【００１８】
【特許文献１】
特開平１０−１４９２１０号公報
【特許文献２】
特開平６−０２８００６号公報
【非特許文献１】
平成５年電気学会全国大会Ｎｏ．１７５９「減速機ねじれ振動の制振制御」
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
従来例において、図２９の位置指令入力部１０６が出力する位置指令θ＊が図３１（ａ）のパターンを有するとすると、前置フィルタ部１０７（その伝達関数は、位置指令の２階微分の補正項（ｓ２／ωａ２）を有する。）を通した後の電動機位置指令θＭ＊の指令パターンは図３６となる。図３１（ｂ）及び図３６において、時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは図３１（ａ）の指令パターンの加速度（位置指令の２階微分）変動時点である。時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでは電動機位置指令θＭ＊の２階微分が急激に変動する。図２９に示す系が図３１（ａ）の指令パターンの位置指令θ＊を入力した場合のトルク指令Ｔ＊の波形を図３７に示す。
【００２０】
時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて、電動機位置指令θＭ＊の２階微分が急激に変動することに起因して、図３７の破線の円で示す非常に大きなトルク指令Ｔ＊が発生する。時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでの電動機位置指令θＭ＊の２階微分の変動が大きいほど、つまりωａが小さい程、又は位置指令θ＊の加速度が大きい程、時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで大きなトルク指令Ｔ＊とが発生する。一般的にハード上の制約等により、トルク指令Ｔ＊には上限が設けらる。トルクＴ＊は、上限値より大きくならないようにリミットをかけられる。時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでの電動機位置指令θＭ＊の２階微分の変動が過大な値となった場合、トルク指令Ｔ＊はリミットをかけられる。トルク指令Ｔ＊がリミットをかけられると、制御装置は高速応答を保ったまま振動を抑制するための適切なトルク波形を出力できなくなり、制御対象位置θＬの振動収束に時間がかかるという問題があった。
【００２１】
本発明は、制御対象（負荷）自体又は電動機と制御対象との連結部等の機械剛性が低い制御装置において、指令パターン及び制御対象の特性によらず電動機及び制御対象の振動を高速応答を保ったまま常に抑制する電動機の制御方法、及び制御装置を提供することを目的とする。具体的には、本発明は、指令パターン及び制御対象の特性によらず、トルク指令が過大値となってリミットをかけられることを防止する電動機の制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、制御系の状態量に応じて（個々の制御装置（制御対象を含む。）の特性のばらつき、経時変化、及び／又はその状態量に至る履歴の差異に応じて）自動的に、電動機及び制御対象の振動を常に最適に抑制する電動機の制御方法、及び制御装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は下記の構成を有する。
本発明の１つの観点による電動機の制御方法は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力する前置フィルタステップと、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップと、を有する。
【００２３】
本発明の他の観点による電動機の制御装置は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタを有し、前記フィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力する前置フィルタ部と、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御部と、を有する。
【００２４】
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、制御対象自体、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を抑制するという効果を奏する。本発明によれば、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に電動機及び制御対象の振動を抑制することが出来る。本発明は、指令パターン及び制御対象の特性によらず、トルク指令が過大値となってリミットをかけられることを防止する電動機の制御方法及び制御装置を実現する。
【００２５】
本発明の別の観点による電動機の制御方法は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記指令を前記定数項に作用させて追従指令値を出力し、且つ前記指令をフィードフォワード補償項に作用させてフィードフォワード補償項補償量を出力するフィードフォワード型前置フィルタステップと、前記フィードフォワード補償項補償量と前記追従指令値に基づき、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップと、を有する。
【００２６】
本発明の別の観点による電動機の制御装置は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記指令を前記定数項に作用させて追従指令値を出力し、且つ前記指令をフィードフォワード補償項に作用させてフィードフォワード補償項補償量を出力するフィードフォワード型前置フィルタ部と、前記フィードフォワード補償項補償量と前記追従指令値に基づき、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御部と、を有する。
【００２７】
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、制御対象自体、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を抑制するという効果を奏する。本発明によれば、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に電動機及び制御対象の振動を抑制することが出来る。本発明は、指令パターン及び制御対象の特性によらず、トルク指令が過大値となってリミットをかけられることを防止する電動機の制御方法及び制御装置を実現する。
【００２８】
指令追従制御ステップ（指令追従制御部）において、定数項に基づく指令値を電動機の追従目標値として制御を行う。フィードフォワード補償項補償量に基づいて制御対象（負荷）の振動を抑制する。例えば実施の形態１の構成（図１）においては、フィルタ部が入力した位置指令θ＊を演算処理し、演算結果である電動機位置指令θＭ＊を目標値として制御を行う故、位置指令θ＊の演算処理における１ＬＳＢ未満の成分について桁落ちが発生する。この演算誤差に起因して電動機位置の収束値誤差が発生する。上記の観点の発明によれば、位置指令θ＊をそのまま目標値として制御を行う（目標値を演算処理しない）故、演算誤差による電動機位置の収束値誤差が発生しない。電動機位置の収束値誤差を補償する必要がない。本発明によれば、収束値誤差が発生する場合と比較して、高い精度で電動機を制御することができる。本発明によれば、誤差補償をした場合と比較して、ソフトウエア処理における誤差補償の演算時間を短縮でき、且つ製品開発時に誤差補償のソフトウエアを開発する労力及び時間を削減できる。
【００２９】
本発明の別の観点による電動機の制御方法は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、フィードフォワード補償項補償量と追従指令値に基づき、前記指令に基づく前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップと、前記指令追従制御ステップ内部の状態量に基づき前記指令を推定した推定指令を出力する指令推定ステップと、所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記推定指令をフィードフォワード補償項に作用させて前記フィードフォワード補償項補償量を出力する内部構成型前置フィルタステップと、を有する。
【００３０】
本発明の別の観点による電動機の制御装置は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、フィードフォワード補償項補償量と追従指令値に基づき、前記指令に基づく前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御部と、前記指令追従制御部内部の状態量に基づき前記指令を推定した推定指令を出力する指令推定部と、所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記推定指令を前記フィードフォワード補償項に作用させて前記フィードフォワード補償項補償量を出力する内部構成型前置フィルタ部と、を有する。
【００３１】
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、制御対象自体、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を抑制するという効果を奏する。本発明によれば、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に電動機及び制御対象の振動を抑制することが出来る。本発明は、指令パターン及び制御対象の特性によらず、トルク指令が過大値となってリミットをかけられることを防止する電動機の制御方法及び制御装置を実現する。
【００３２】
指令追従制御ステップ（指令追従制御部）において、電動機の追従目標値として指令値を用いる。フィードフォワード補償項補償量に基づいて、制御対象（負荷）の振動を抑制する。これにより、演算での桁落ちに起因する電動機位置の収束値誤差が発生しない。電動機位置の収束値誤差を補償する必要がない。本発明の制御方法及び制御装置は、演算誤差補償をしない場合と比較して、電動機の位置決め精度が高い。本発明は、演算誤差補償をした場合と比較して、ソフトウエア処理における演算誤差補償をするための演算時間を短縮でき、且つ製品開発時に演算誤差補償のソフトウエアを開発する労力及び時間を削減できる。又は制御用ＬＳＩにおいて演算誤差補償回路が不要である。
【００３３】
例えば既存の制御用プログラムで基本ソフトウエアが構成されている制御方法、又は既存の制御用ＬＳＩで基本回路が構成されている制御装置においては、制御対象（負荷）の振動を抑制するためのプログラム又は回路を付加する際に、種々の制約条件がある（構成上の自由度が限定される）。例えば、指令入力ステップ（指令入力部）が入力した指令の値を外部に取り出せない（入力した指令の値が分からない）場合も多い。本発明は、基本の制御系を変更しない。本発明においては、入力した指令の値を推定し、推定指令に基づいてフィードフォワード補償量を算出し、フィードフォワード補償量を付加して電動機の出力を補正する。
本発明は、例えば既存の制御用ＬＳＩで基本回路が構成されている制御装置において、制御対象自体もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を効果的に抑制する電動機の制御方法及び制御装置を実現する。
【００３４】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、所定の周波数及びその近辺の周波数の利得を下げる特性のうち特に前記所定の周波数の利得を可変とする。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、所定の周波数及びその近辺の周波数の利得を下げる特性のうち特に前記所定の周波数の利得を可変とする。
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、所定の周波数の利得を可変とすることにより、振動抑制効果を更に向上させる。所定の周波数の利得を自動的に変化させても良い。
【００３５】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、前記高域の利得を抑える特性を動作状態により変化させる。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、前記高域の利得を抑える特性を動作状態により変化させる。
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、電動機又は制御対象の動作状態に応じて高域の利得を抑える特性を自動的に調整する。これにより、高域の利得を抑えることによる制御装置の応答の遅れを小さくする。
【００３６】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、前記高域の利得を抑える特性を、少なくとも前記所定の周波数を決めるパラメータに基づき自動的に決定する。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、前記高域の利得を抑える特性を、少なくとも前記所定の周波数を決めるパラメータに基づき自動的に決定する。
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、所定の周波数と共に高域の利得を抑える特性を自動的に決定する。これにより、制御装置の操作性が向上する。
【００３７】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、前記所定の周波数を自動設定する振動周波数自動設定ステップを有する。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、前記所定の周波数を自動設定する振動周波数自動設定部を有する。
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、所定の周波数を制御装置毎に自動的に設定する。本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、経時変化又は環境条件により制御系の特性が変化した場合にも、適応的に最適の制御を実行し、電動機及び制御対象の振動を抑制する。これにより、制御装置の操作性が向上する。
【００３８】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記振動周波数自動設定ステップが、前記制御対象の振動を検出する振動検出ステップと、検出した前記振動から振動周波数を抽出して前記所定の周波数を決定する周波数決定ステップと、を有する。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記振動周波数自動設定部が、前記制御対象の振動を検出する振動検出部と、検出した前記振動から振動周波数を抽出して前記所定の周波数を決定する周波数決定部と、を有する。
【００３９】
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、制御対象の振動を検出することにより、制御対象の振動周波数を正確に検出する。本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、例えば制御対象の特性変動により振動周波数が変わっても制御対象の振動を常に最適に低減することができる。
制御対象の振動を検出する方法は任意である。例えば感圧センサで構成された振動検出センサを制御対象の表面に貼り付ける。これにより、制御対象の振動周波数を正確に検出出来る。制御装置の操作性が向上する。
【００４０】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記振動周波数自動設定ステップが、前記電動機の振動周波数に基づき前記所定の周波数を決定する。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記振動周波数自動設定部が、前記電動機の振動周波数に基づき前記所定の周波数を決定する。
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、電動機の振動を検出することにより、電動機の振動周波数を正確に検出する。本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、例えば電動機の特性変動により振動周波数が変わっても電動機の振動を常に最適に低減することができる。
【００４１】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記振動周波数自動設定ステップにおいて、前記電動機の応答に基づき前記電動機と前記制御対象の数式モデルを推定し、前記数式モデルに基づき前記所定の周波数を決定する。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記振動周波数自動設定部が、前記電動機の応答に基づき前記電動機と前記制御対象の数式モデルを推定し、前記数式モデルに基づき前記所定の周波数を決定する。
【００４２】
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、電動機と制御対象の数式モデルを推定して、制御対象の振動周波数を正確に検出する。本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、例えば制御対象の特性変動により振動周波数が変わっても制御対象の振動を常に最適に低減することができる。制御装置の操作性が向上する。本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、制御対象の振動検出部を用いない故、安価である。
【００４３】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記所定の周波数が、前記電動機が出力したトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数である。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記所定の周波数が、前記電動機が出力したトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数である。
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、電動機が出力したトルクが制御対象に伝達されるまでの系の振動を抑制し、高い応答性を有する制御方法及び制御装置を実現する。反共振周波数の近傍の周波数とは、反共振周波数と同一又は近似した周波数である。
【００４４】
本発明の別の観点による電動機の制御方法は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、前記指令に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する制御ステップと、を有し、前記制御ステップにおいて、前記電動機のトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性と、を併せ持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力し、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の前記状態量が追従するよう制御することと同一又は等価な特性を有する制御を行う。
【００４５】
本発明の別の観点による電動機の制御装置は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、前記指令に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記電動機のトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性と、を併せ持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力し、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の前記状態量が追従するよう制御することと同一又は等価な特性を有する制御を行う。
【００４６】
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、制御対象自体、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を抑制するという効果を奏する。本発明によれば、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に電動機及び制御対象の振動を抑制することが出来る。本発明は、指令パターン及び制御対象の特性によらず、トルク指令が過大値となってリミットをかけられることを防止する電動機の制御方法及び制御装置を実現する。
【００４７】
本発明の別の観点による装置は、上記の制御装置を有する。本発明の装置は、高い応答性を実現する。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。
【００４９】
《実施の形態１》
図１〜９を用いて、本発明の実施の形態１の電動機の制御方法及び制御装置を説明する。図１は本発明の実施の形態１の電動機の制御装置の構成を示す図である。実施の形態１の電動機の制御装置は、カートリッジから取り出した電子部品（例えばＩＣ）を自動的にプリント基板上に実装する実装機のヘッド（カートリッジから取り出した電子部品を、プリント基板上の所定の位置に載置するまで、保持する機構部）の位置を制御する制御装置である。本発明の電動機の制御装置及び制御方法の適用対象はこれに限られるものではなく、任意の装置に適用できる。実施の形態１の電動機の制御装置において、電動機２と制御対象３との連結部等の機械剛性が低い。制御対象（負荷）３自体の剛性が低くても良い。
【００５０】
図１において、１は位置指令作成部、２は電動機、３は制御対象（負荷）、４は位置検出部、５は振動検出部、６はサーボコントローラである。サーボコントローラ６は、位置指令入力部７、前置フィルタ部８、指令追従制御部１２を有する。前置フィルタ部８は、フィルタ部９、パラメータ自動設定部１０を有する。指令追従制御部１２は、位置偏差演算部（減算器）１３、位置制御部１４、速度演算部１５、速度偏差演算部（減算器）１６、速度制御部１７、電流制御部１８を有する。
【００５１】
位置指令作成部１が位置指令を作成し、サーボコントローラ６の位置指令入力部７に入力する。位置指令入力部７は前置フィルタ部８を介して位置指令θ＊を指令追従制御部１２に送る。実施の形態１の制御装置は、電動機に連結された制御対象（負荷）３の位置（以後、「制御対象位置θＬ」と呼ぶ。）が位置指令θ＊に一致するように電動機２を制御するための装置である。図１において、制御対象位置θＬは検出できない。位置検出部４が電動機２の位置（以後、「電動機位置θＭ」と呼ぶ。）を検出する。サーボコントローラ６は位置指令に電動機位置θＭが追従するように制御する。制御対象３は電動機２に連結されているため、制御対象位置θＬも位置指令に追従することになる。
【００５２】
位置指令入力部７は位置指令を入力して、内部演算に適した単位に変換して位置指令θ＊として出力する。サーボコントローラ６は、電動機位置θＭが位置指令θ＊に一致するように電動機２を制御する。これにより、実施の形態１の制御装置は、制御対象位置θＬが位置指令θ＊に一致するように電動機２を制御する。電動機位置θＭ及び制御対象位置θＬが位置指令θ＊に素早く追従するよう制御される。制御対象３、もしくは電動機２と制御対象３とを連結する連結軸の剛性が低い実施の形態１の制御装置においては、制御対象位置θＬが振動しやすい。制御対象位置θＬの振動を抑制するために、前置フィルタ部８は、位置指令θ＊のパターンを入力し、制御対象位置θＬの振動を励起しないパターンθＭ＊（電動機位置指令）に変化させる。指令追従制御部１２は、位置検出部４が検出した電動機位置θＭが電動機位置指令θＭ＊に追従するように電動機２を制御する。制御装置は入力された位置指令に素早く追従する。
【００５３】
図１の実施の形態１において、従来の電動機の制御装置（図２６）と異なる点は、振動検出部５が追加されていること、及び前置フィルタ部８の内部構造が図２６の前置フィルタ部１０７と異なることである。
振動検出部５は、制御対象３の振動を直接検出し、前置フィルタ部８のパラメータ自動設定部１０に伝送する。振動検出部５の構成は任意である。実施の形態１の振動検出部５は、制御対象３の表面に取り付けられた感圧センサである。
前置フィルタ部８はパラメータ自動設定部１０を有し、そのフィルタ部９の伝達関数が前置フィルタ部１０７と異なる。パラメータ自動設定部１０は、振動検出部５の出力信号を入力し、その中に含まれる制御対象３の振動周波数を抽出する。パラメータ自動設定部１０は、抽出した振動周波数に基づいて、フィルタ部９の特性（伝達関数）を決定する。
【００５４】
この構成の違いにより得られる効果を以下に述べる。従来の電動機の制御方法は、制御対象１０３、もしくは電動機１０２と制御対象１０３とを連結する連結軸の剛性が低い制御系において、電動機位置θＭ及び制御対象位置θＬの振動を抑制する効果を奏する。しかし、位置指令作成部１０１が作成する指令パターン又は制御対象１０３の特性によっては、トルク指令Ｔ＊が過大となりトルクリミットをかける必要があった。その場合、制御装置は、最適な制御を行うことができず、位置指令に対する応答が遅くなり、制御対象位置θＬの振動収束に時間がかかるという問題があった。
【００５５】
図１の前置フィルタ部８のフィルタ部９は、位置指令θ＊を入力し、制御対象３において振動を励起しにくい指令パターンに自動的に変換し、電動機位置指令θＭ＊として出力する。位置指令作成部１が作成する指令パターン及び制御対象３の特性によらず、電動機位置指令θＭ＊は上限値を超えること（リミットをかけられること）はない。実施の形態１の制御装置は、電動機２及び制御対象３の振動を常に最適に抑制する制御方法を実行する。
【００５６】
次に図１の制御ブロックの詳細な動作を説明する。位置指令作成部１は、例えばＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）で構成される。位置指令作成部１は、位置指令パターンを作成し、パターンに従い位置指令を出力する。
位置検出部４は電動機２の位置を検出し、電動機位置θＭとして出力する。
サーボコントローラ６はディジタル制御を行う。サーボコントローラ６は、位置指令作成部１からの位置指令と、位置検出部４からの電動機位置θＭとを一定周期ごとに入力し、演算処理して、電動機２を流れる電流Ｉを制御する。
【００５７】
サーボコントローラ６が実行する１周期の演算処理のフローチャートを図２に示す。サーボコントローラ６は、図２に示す演算処理を一定の演算周期（例えば１６６μｓ）毎に繰り返す。図２の開始から終了までの処理を図１〜５を用いて説明する。各状態量の添字（ｎ）は今回の演算周期での値、（ｎ−１）は前回の演算周期での値を表す。
位置指令入力部７は、位置指令作成部１からの位置指令を読み込み、サーボコントローラ６の内部演算に適した単位系に変換し、位置指令θ＊（ｎ）を出力する（ステップＳ１の指令取込処理）。
指令追従制御部１２は、位置検出部４が検出した電動機２の位置をθＭ（ｎ）として取り込む（ステップＳ２の状態量取込処理）。
【００５８】
前置フィルタ部８のパラメータ自動設定部１０は、振動検出部５が検出した制御対象３の振動から、その振動周波数ｆｒを算出する（ステップＳ３の前置フィルタパラメータ自動設定処理）。ωａ＝２π・ｆｒとする。パラメータ自動設定部１０が、制御対象３の振動周波数を算出する方法は任意である。例えばパラメータ自動設定部１０は、振動検出部５が出力する振動信号のゼロクロス時間間隔を測定しその測定値から振動周波数を算出する。例えばパラメータ自動設定部１０は、振動検出部５が出力する振動信号をＦＦＴ（ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）により周波数スペクトラムに変換して振動周波数ｆｒを検出する。パラメータ自動設定部１０は、算出した振動周波数ｆｒに基づき、ωａ＝２π・ｆｒとし、ωａに基づきωｆを決定する。
【００５９】
図３は、実施の形態１の制御装置におけるωａとωｆとの関係を示すグラフである。パラメータ自動設定部１０は、図３に示すグラフのωａとωｆとをプロットした値を格納するテーブル、又は図３のグラフを表す関数を用いて、ωａに基づいてωｆを決定する。ωａと位置指令θ＊の加速度（２階微分）とを引数とした２次元テーブルを用いても良い。減衰係数ζは可変としても良いがここでは１に固定する。減衰係数ζは０でない値である。ωｆの役割と、ωａと位置指令θ＊の加速度を引数とする理由と、ζの適切な設定値と、の詳細な説明は後で行う。このようにして、パラメータ自動設定部１０は、フィルタ部９のパラメータを決定する。
【００６０】
フィルタ部９は、ωａとωｆを用いて位置指令θ＊（ｎ）から電動機位置指令θＭ＊（ｎ）を算出する（ステップＳ４の前置フィルタ処理）。フィルタ部９は、図５に示す伝達関数を有する。図４（ａ）は、フィルタ部９の入出力間の伝達関数の周波数特性を示す図である。フィルタ部９の周波数特性はステップＳ３で決定したパラメータに従う。フィルタ部９は周波数ωａ及びその近傍の周波数の利得を下げる特性をもつ。特にωａより高域の利得は、図３３（ａ）の従来例の前置フィルタ部１０７の周波数特性に比較して低い。位置指令θ＊から制御対象位置θＬまでの周波数特性は図３０（ｄ）と図４（ａ）とを合わせたものとなり、図４（ｂ）となる。図４（ｂ）は、従来例の図３３（ｂ）と比較してωａより高域の利得が抑えられている。
図５は、フィルタ部９の内部構成をラプラス演算子ｓを用いた表現で示す図である。実際には図５の構成を双一次変換などの手法でディジタルフィルタに変換し、フィルタ部９はディジタルフィルタとして図４（ａ）の特性を実現している。ステップＳ４の効果の詳細な説明は後で行う。
【００６１】
位置偏差演算部（減算器）１３と位置制御部１４は、位置制御処理を行う（ステップＳ５の位置制御処理）。まず、位置偏差演算部１３は、ΔθＭ（ｎ）＝θＭ＊（ｎ）−θＭ（ｎ）の演算を行い、電動機位置偏差ΔθＭ（ｎ）を算出する。位置制御部１４は、位置比例ゲインＫｐｐを用いて、ωＭ＊（ｎ）＝Ｋｐｐ・ΔθＭ（ｎ）の演算を行い、速度指令ωＭ＊（ｎ）を算出する。
【００６２】
速度演算部１５、速度偏差演算部（減算器）１６、速度制御部１７は、速度制御処理を行う（ステップＳ６の速度制御処理）。まず速度演算部１５が、電動機位置θＭに基づき、電動機２の速度ωＭ（ｎ）を算出する。速度演算部１５が速度ωＭ（ｎ）を算出する方法は任意である。速度演算部１５は、例えば電動機位置θＭの後進差分、双一次変換を用いた電動機位置θＭの微分、又は速度オブザーバなどの手法により、速度ωＭ（ｎ）を算出する。次に、速度偏差演算部１６は、ΔωＭ（ｎ）＝ωＭ＊（ｎ）−ωＭ（ｎ）の演算を行い、速度偏差ΔωＭ（ｎ）を算出する。次に、速度制御部１７は、速度比例ゲインＫｖｐと速度積分時定数Ｔｖｉを用いて式（３）及び式（４）の比例積分演算を行い、トルク指令Ｔ＊（ｎ）を算出する。Ｘｖｉ（ｎ）は積分演算用変数である。
【００６３】
Ｘｖｉ（ｎ）＝Ｘｖｉ（ｎ−１）＋ΔωＭ（ｎ）・Ｋｖｐ／Ｔｖｉ　　（３）
Ｔ＊（ｎ）＝Ｋｖｐ・ΔωＭ（ｎ）＋Ｘｖｉ（ｎ）　　　　　　　　　（４）
【００６４】
電流制御部１８は、トルク指令Ｔ＊（ｎ）に対応する電流が電動機２に流れるよう制御する（ステップＳ７の電流制御処理）。以上で図２に示す処理を終える。
【００６５】
図２のフローチャートにおける、ステップＳ４の前置フィルタ処理の効果と、ステップＳ３で導出するωｆの役割と、ωａと位置指令θ＊の加速度（２階微分）とを引数としてωｆを導出する理由と、ζの適切な設定値と、を従来例と比較しながら説明する。
まず、ステップＳ４の前置フィルタ処理の効果を説明する。図５に示すフィルタ部９は、従来例の前置フィルタ部１０７（図２６）と同一の伝達関数を有するブロック１と、２次フィルタであるブロック２とを直列に接続した構成を有する。ブロック１は、位置指令θ＊から制御対象位置θＬの振動を励起する周波数成分を除去する。ブロック１により、制御対象位置θＬの振動を低減する効果が得られる。その詳細な原理は従来例と同じである故、説明を省略する。
【００６６】
ブロック２が、位置指令θ＊の加速度（２階微分）変動時点でトルク指令Ｔ＊が過大な値となることを防止する。図６は、前置フィルタ部８（図１）が入力した位置指令θ＊と、出力した電動機位置指令θＭ＊の波形を示す図（横軸は時間、縦軸は位置指令θ＊及び電動機位置指令θＭ＊の値）である。破線が位置指令θ＊、実線が電動機位置指令θＭ＊である。位置指令θ＊の波形は図３１（ａ）に示す波形と同一である。位置指令θ＊の１階微分は、図３１（ｂ）に示す波形を有する。この時、速度制御部１７（図１）が出力するトルク指令Ｔ＊の波形を図７に示す（横軸が時間、縦軸がトルク）。同一波形の位置指令θ＊を入力した時、位置指令θ＊の加速度変動を生じる時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて、図６に示す電動機位置指令θＭ＊（実施の形態１）は、従来例における電動機位置指令θＭ＊（図３６）に比べ急激に変動しない。これは、図５のブロック２の２次フィルタが、図４（ａ）の周波数特性の特にωａより高域の利得を、従来例で示した図３３（ａ）よりも低くしていることに起因する。
【００６７】
従来例（図３７）においては、速度制御部１１３（図２６）が出力するトルク指令Ｔ＊は、位置指令θ＊の加速度変動時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで、過大な値となり、リミットをかけられた。図７に示すように、本実施の形態においては、速度制御部１７（図１）が出力するトルク指令Ｔ＊は、位置指令θ＊の加速度変動時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで、過大な値とはならず、リミットをかけられることはない。本実施の形態の制御方法及び制御装置は、指令パターン及び制御対象の特性によらず電動機及び制御対象の振動を常に最適に抑制して制御する。
【００６８】
次にステップＳ３で導出するωｆの役割と、ωａと位置指令θ＊の加速度（２階微分）とを引数としてωｆを導出する理由を述べる。フィルタ部９（図１）が図６に破線で示す位置指令θ＊を入力した場合、図５のブロック１は、図３６に実線で示す波形と同一の波形の信号を出力する。ブロック２（図５）は、図３６に実線で示す波形の信号を入力し、図６に実線で示す電動機位置指令θＭ＊を出力する。図３６に実線で示すように、ブロック１の出力信号は位置指令θ＊の加速度変動時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで急激に変化する。ωａが小さい程、また、位置指令θ＊の加速度が大きい程、時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでのブロック１の出力信号の変化は大きくなる。図５のブロック図から分かるように、ωｆはブロック２の２次フィルタのカットオフ周波数を規定する。
【００６９】
図６において位置指令θ＊の加速度が変動する時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでの、ブロック１（図５）の出力信号の変化が大きい程、パラメータ自動設定部１０は、ωｆを小さくして２次フィルタのカットオフ周波数を下げ、位置指令θ＊の加速度が変動する時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでの電動機位置指令θＭ＊の変化を小さくする。ωｆを十分に小さくしなければ、位置指令θ＊の加速度が変動する時点で図３７のようにトルク指令Ｔ＊が急激に増大し、リミットをかけられる。制御装置は、正常な制御ができなくなる。これが、パラメータ自動設定部１０は、ステップＳ３においてωｆをωａと位置指令θ＊の加速度を引数として自動設定する理由である。パラメータ自動設定部１０は、ωａが小さい程、位置指令θ＊の加速度が大きい程、ωｆを小さな値とする。このようにしてパラメータ自動設定部１０がωｆを自動的に設定することにより、本実施の形態の制御方法及び制御装置は、指令パターン及び制御対象の特性によらず電動機及び制御対象の振動を常に最適に抑制して制御する。
【００７０】
図６において、破線の位置指令θ＊は時点Ｄで変化を終えるが、前置フィルタ部８が出力する電動機位置指令θＭ＊の変化終了時点は時点Ｄよりも遅れる。これは前置フィルタ部８のブロック２（図５）の２次フィルタの影響である。電動機位置指令θＭ＊の変化の遅延は、制御装置の応答の遅延を生じるので好ましくない（従来例において、トルク指令Ｔ＊が過大な値となり、リミットをかけられた場合に生じる応答の遅れと比較すれば、本実施の形態の制御装置は、はるかに応答が速い。）。
トルク指令Ｔ＊がリミットをかけられやすい時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの直後以外の期間はブロック２の２次フィルタのカットオフ周波数を高くしてもトルクリミットはかからない。このことを利用して、パラメータ自動設定部１０は、ωｆを時間により変化させる。パラメータ自動設定部１０は、特に時点Ｄの直後より後の期間はωｆを大きくする。これにより電動機位置指令θＭ＊の変化終了時点は早くなる。パラメータ自動設定部１０がフィルタ部９のパラメータ切り換えを実施することにより、本実施の形態の制御方法及び制御装置は、高い応答性を実現する。
【００７１】
次に減衰係数ζの適切な設定値を説明する。ζを１より小さくしていくと、図５のブロック２の周波数特性が周波数ωｆ付近でゲイン０ｄＢ以上のゲインピークを持ち始める。この場合、このゲインピークの周波数の振動が制御対象位置θＬに現れる可能性がある故、ζを１以下に設定することは望ましくない。ζは大きくするほど電動機位置指令θＭ＊の変化終了時点は長くなり（図６参照）、制御装置の応答が遅くなる。変化終了時点とは電動機位置指令θＭ＊が変動を開始した後、変動を終了する時点である。したがって、ζを大きくしすぎることも望ましくない。従ってζは１程度に設定するのが望ましい。
【００７２】
図８は、図３１（ａ）及び（ｂ）に示す位置指令を入力した時の、実施の形態１の制御装置（図１）の応答を示す波形図である。破線は電動機位置偏差ΔθＭ、実線は制御対象位置偏差ΔθＬである。前置フィルタ部８がない場合の電動機位置偏差ΔθＭ、制御対象位置偏差ΔθＬの応答波形である図３２と比較すると、実施の形態１の制御装置においては、位置指令出力期間終了後の振動が抑制されている。
図５のブロック１の伝達関数を減衰項ζｎ／ωａ・ｓを含む式（５）に変更しても良い。減衰係数ζｎを調整することにより、周波数ωａの利得を調整できる。減衰係数ζｎを適切に決定することにより、電動機位置偏差ΔθＭ及び制御対象位置偏差ΔθＬの振動が更に抑制される。
【００７３】
（１／ωａ２）・ｓ２＋（２ζｎ／ωａ）・ｓ＋１　　（５）
【００７４】
前置フィルタ部８がない従来例の制御装置において、図３２に示す例よりも位置比例ゲインＫｐｐと速度比例ゲインＫｖｐを低く設定して制御対象位置偏差ΔθＬの振動を低減した場合の電動機位置偏差ΔθＭ、制御対象位置偏差ΔθＬの応答を図３５に示す。図８の応答は図３５の応答よりも速い。本発明により、従来例と同様、高速応答を保ったまま、振動を低減できる。図８の応答の時のトルク指令Ｔ＊の波形は図７である。位置指令θ＊の加速度が変動する時点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでトルク指令Ｔ＊が急激に増大しておらず、リミット制限されることがない。本実施の形態の制御方法及び制御装置は、位置指令θ＊の加速度が変動する時にも適切な応答をする。
【００７５】
振動周波数１１Ｈｚ、整定幅±１２５μｍの条件で、実験での整定時間（位置指令の出力（変動）完了時点から、装置先端位置（制御対象３の先端）が目標値を中心とした整定幅に収束する時点までに要する時間）を比較する。前置フィルタなしの制御装置においては整定時間は７２５ｍｓであった。前置フィルタ部１０７を有する従来例の制御装置（図２９）においてはトルクが飽和して振動が長時間収束しなかったため有意な整定時間を測定できなかった。本発明の制御装置（図１）においては整定時間は４５ｍｓであった。本発明により、前置フィルタがない場合と比較して、整定時間を約１／１６にできた。
【００７６】
図３８は、本発明の制御装置を搭載した実装機の構成を示す図である。図３８において、図１と同一部には同一番号を付している。図３８において、実装機はサーボモータ２ａ、２ｂ、２ｃを有する。各サーボモータは、図１の電動機２に該当する。各サーボモータは、それぞれサーボアンプ６ａ、６ｂ、６ｃによって制御される。
【００７７】
本発明の制御方法及び制御装置によれば、制御対象、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を抑制することができる。本発明の制御方法及び制御装置は、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に自動的に電動機及び制御対象の振動を抑制する。トルク指令Ｔ＊が過大な値になることが自動的に防止される。図１の前置フィルタ部８のパラメータ設定をすべて自動化することにより制御装置の応答が速くなり、制御装置を搭載する装置の操作性が向上する。制御対象の特性変動により振動周波数ωａが変わってもωａの設定値を自動的に変更する構成を有することにより、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に振動を低減することができる。
【００７８】
図１において指令追従制御部１２の構成は、電動機位置指令θＭ＊に電動機位置θＭが追従するよう制御を行う構成であれば、他の構成であっても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
図１の前置フィルタ部８は位置指令作成部１の内部に構成してもよい。
【００７９】
本実施の形態は位置制御系について説明を行った。これに限定されず、図９に示すような速度制御系においても本発明を適用できる。図９において、図１と同じ符号のブロックは図１と同じ役割をする。速度指令作成部２０は、速度指令パターンを作成し、パターンに従い速度指令を出力する。速度検出部２１は電動機２の速度を検出し、ωＭとして出力する。サーボコントローラ２２はディジタル制御を行う。サーボコントローラ２２は、速度指令作成部２０からの速度指令と、速度検出部２１からの電動機速度ωＭとを一定周期ごとに取り込み、演算処理して電動機２の電流Ｉを制御する。速度指令入力部２３は速度指令作成部２０からの速度指令を入力し、サーボコントローラ２２の内部演算に適した単位系に変換し速度指令ω＊として出力する。前置フィルタ部８（図５の伝達関数を有する。）は、速度指令ω＊を入力し、電動機速度指令ωＭ＊を出力する。前置フィルタ部８は、振動検出部５が検出した制御対象３の振動周波数を抽出し、振動周波数に基づいてフィルタの伝達関数のパラメータを定める。指令追従制御部２４は、電動機速度指令ωＭ＊に電動機速度ωＭが追従するよう制御を行う。速度検出部２１のかわりに位置検出部を配置してもよい。この場合はサーボコントローラ２２の内部で位置検出部が検出した電動機２の位置情報を微分して電動機速度ωＭを算出する。図９の前置フィルタ部８を速度指令作成部２０の内部に配置してもよい。
【００８０】
図９の速度制御装置において、制御対象、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を抑制することができる。速度制御装置は、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に自動的に適切に電動機を制御する。速度制御装置は、トルク指令が過大になることを自動的に防止する。図９の前置フィルタ部８のパラメータ設定を自動化することにより、制御装置の操作性を改善できる。
【００８１】
図１のフィルタ部９は、図５の構成でなくても良い。図４（ａ）のように所定の周波数ωａ（好ましくは、制御対象３の反共振周波数ｆｒ×２π近傍）及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを有する構成であればよい。
図１の制御対象位置θＬが複数の振動周波数で振動している場合は、フィルタ部９は、複数の振動周波数及びそれらの近傍の周波数の利得を下げ、且つ高域の利得を抑える特性とする。
【００８２】
図２のフローチャートにおいて、ステップＳ２の状態量取込処理は開始からステップＳ５の前までのいずれかのタイミングで行えばよい。
電動機は特定の種類に限定されない。電動機は、直流電動機、永久磁石同期電動機、又は誘導電動機であっても良い。電動機は回転型の電動機に限定されず、リニアモータであっても良い。
位置指令θ＊の指令パターンは位置指令作成部１でなく、サーボコントローラ６内部の位置指令入力部７で作成しても良い。この場合、位置指令入力部７は作成した指令パターンに基づき、一定周期ごとに位置指令θ＊を出力する。
【００８３】
《実施の形態２》
図１０〜１５を用いて、本発明の実施の形態２の電動機の制御方法及び制御装置を説明する。図１０は本発明に係る実施の形態２の電動機の制御方法における制御ブロックの構成を示す図である。図１０において、実施の形態１の図１と異なる点は、前置フィルタ部８の構成である。実施の形態２の前置フィルタ部８は、フィルタ部９の代わりに、等価フィルタ部１１と補償値印加部３０とを有する。図１０において、図１と同じ符号のブロックは、実施の形態１と同じ役割をする。
【００８４】
図１０の制御装置の詳細な動作を説明する。位置指令作成部１、位置検出部４は実施の形態１と同じため説明を省略する。サーボコントローラ６は、ディジタル制御を行う。サーボコントローラ６は、位置指令作成部１からの位置指令と、位置検出部４からの電動機位置θＭとを一定周期ごとに入力し、演算処理して、電動機２の電流Ｉを制御する。
サーボコントローラ６が実行する１周期の演算処理のフローチャートを図１１に示す。サーボコントローラ６は、図１１に示す演算処理を一定の演算周期（例えば１６６μｓ）毎に繰り返す。図１１の処理を図１０〜１２を用いて説明する。図１１において、図２と同じ符号のステップは実施の形態１と同じ処理を行う。図１１のステップＳ１からＳ３までは図２のステップＳ１からＳ３と同じ処理を行うため説明を省略する。
【００８５】
等価フィルタ部１１は、位置指令θ＊を入力し、補償値Ｘｃを出力する（ステップＳ１０の前置フィルタ処理）。図１２に等価フィルタ部１１の伝達関数をラプラス演算子ｓを用いて示す。実際には図１２の伝達関数を双一次変換などの手法で変換したディジタルフィルタに変換して、等価フィルタ部１１はディジタルフィルタとして演算を行なう。ディジタルフィルタはステップＳ１で出力した位置指令θ＊を入力し、補償値Ｘｃを出力する。等価フィルタ部１１の構成を図１２とする理由は後で述べる。
【００８６】
位置偏差演算部（差分器）１３は、ΔθＭ（ｎ）＝θ＊（ｎ）−θＭ（ｎ）を計算して電動機位置偏差ΔθＭ（ｎ）を出力する（ステップＳ１１の位置制御処理１）。補償値印加部（加算器）３０は、ステップＳ１１の出力値ΔθＭ（ｎ）にステップＳ１０の出力値Ｘｃ（ｎ）を加算した値を出力する（ステップＳ１２の補償値印加処理）。位置制御部１４は、ステップＳ１２の出力値（ΔθＭ（ｎ）＋Ｘｃ（ｎ））に位置比例ゲインＫｐｐを乗じた値である電動機速度指令ωＭ＊（ｎ）を出力する（ステップＳ１３の位置制御処理２）。
【００８７】
速度偏差演算部（差分器）１６は、ステップＳ１３の出力値（位置制御部１４の出力値）からステップＳ２で取り込んだ電動機位置θＭ（ｎ）を減じた値ΔωＭ（ｎ）＝ωＭ＊（ｎ）−θＭ（ｎ）を出力する（ステップＳ１４の速度制御処理１）。速度制御部１７は、ステップＳ１４の出力値ΔωＭ（ｎ）を用いて式（３）及び式（４）の比例積分演算を行い、トルク指令Ｔ＊（ｎ）を出力する（ステップＳ１５の速度制御処理２）。電流制御部１８は、ステップＳ１５の出力値Ｔ＊（ｎ）に対応する電流Ｉが電動機２に流れるよう制御する（ステップＳ１６の電流制御処理）。以上が図１１のフローチャートに示すサーボコントローラ６の内部演算１周期分の演算処理である。
【００８８】
等価フィルタ部１１の構成を図１２とする理由を述べる。図１の実施の形態１のフィルタ部９の伝達関数は式（６）（図５）である。
｛（１／ωａ２）・ｓ２＋１｝／｛（１／ωｆ２）・ｓ２＋２ζ／ωｆ・ｓ＋１｝（６）
【００８９】
式（６）を変換すると式（７）となる。
１＋［｛（１／ωａ２−１／ωｆ２）・ｓ２−（２ζ／ωｆ）・ｓ｝／｛（１／ωｆ２）・ｓ２＋（２ζ／ωｆ）・ｓ＋１｝］　　（７）
【００９０】
これに基づき、図５を等価変換すると図１３となる。図１３のブロック３は図１２と等しい。したがって、図１の実施の形態１の構成と、図１０の本実施の形態の構成は等価である。実施の形態２は実施の形態１と等価であり、同一の効果を奏する。
【００９１】
実施の形態２では、実施の形態１と比較して、θＭの収束値が位置指令θ＊の収束値からずれない。実施の形態２では、前置フィルタ部８の補償値Ｘｃは位置偏差演算部１３の後段の補償値印加部３０で、電動機位置偏差ΔθＭに加算される。位置偏差演算部１３は、ΔθＭ＝θ＊−θＭの演算を行う。指令追従制御部１２は、電動機位置偏差ΔθＭが０となるよう制御する。制御装置は位置指令θ＊をそのまま目標値として電動機位置θＭを制御する故、位置指令θ＊の収束値（停止位置）と電動機位置θＭの収束値が一致する。よって本実施の形態は、位置指令θ＊の収束値からθＭの収束値がずれない。
【００９２】
図１の実施の形態１では、位置偏差演算部（減算器）１３は、ΔθＭ＝θＭ＊−θＭの演算を行う。指令追従制御部１２は、電動機位置偏差ΔθＭが０となるよう制御する。電動機位置指令θＭ＊の収束値（停止位置）は図１のフィルタ部９の演算で発生する桁落ち等に起因して、位置指令θ＊の収束値と異なる場合がある。
位置指令θ＊と電動機位置θＭの収束値が異なる故、位置指令θ＊の収束値からθＭの収束値がずれる。実施の形態１では位置指令θ＊と電動機位置指令θＭ＊の収束値を常に一致させるには、ずれ補償の処理が必要であった。実施の形態２では、ずれ補償の処理は必要ない。
【００９３】
以上より、実施の形態２では実施の形態１と同等の効果が得られる。実施の形態２の制御方法及び制御装置は、制御対象、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機２及び制御対象３の振動を抑制する。実施の形態２の制御方法及び制御装置は、指令パターン又は制御対象３の特性によらず常に自動的に電動機及び制御対象の振動を抑制する。トルク指令Ｔ＊が過大な値となることが、自動的に防止される。図１０の等価フィルタ部１１のパラメータ設定をすべて自動的に行なうことにより、制御装置の操作性が向上する。実施の形態２の制御方法及び制御装置は、制御対象の特性変動により振動周波数が変わっても、適応的にフィルタのパラメータの値を変えて、常に振動を低減する。
本実施の形態においては、図１のフィルタ９を等価変化しフィードフォワード構成とすることにより、演算の桁落ちによるずれがなくなる。ずれ補償を行う必要がない分、ソフトウエアによる演算時間を短縮でき、ソフト作成にかかる労力を軽減できる。又はずれ補償の回路をなくすことができ、ＬＳＩの開発労力を軽減し、ＬＳＩのチップ面積を小さくすることが出来る。
【００９４】
図１０の補償値印加部３０は、位置偏差演算部１３の後段に構成されていれば、メインの信号経路上のどこで印加しても良い。例えば、図１０を図１４又は図１５に等価的に変換しても良い。図１４及び図１５の制御装置は、図１０と同じ効果を奏する。図１４の制御装置のフローチャート（制御方法）は、図１１のステップＳ１０において等価フィルタ部１１及び位置制御部１４の処理を行なって補償値Ｘｃを算出し、図１１のステップＳ１２（補償値印加処理）をステップＳ１３とステップＳ１４の間で実行する。図１５の制御装置のフローチャート（制御方法）は、図１１のステップＳ１０において等価フィルタ部１１、位置制御部１４及び速度制御部１７の処理を行なって補償値Ｘｃを算出し、図１１のステップＳ１２（補償値印加処理）をステップＳ１５とステップＳ１６の間で実行する。
【００９５】
本実施の形態では図５の構成を式（７）により図１３に等価変換した。本発明においては図５の伝達関数に限られず、図４（ａ）のような所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性と、を有する任意の伝達関数を用いることが出来る。式（７）と同様に、そのような伝達関数を１＋Ｇｅ（ｓ）の形に等価変換し、Ｇｅ（ｓ）をフィードフォワード構成とすることができる。これにより、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
図１１のステップＳ３の前置フィルタパラメータ自動設定処理は、ステップＳ１０の前置フィルタ処理の前までに処理を終えれば、任意の時点で実行しても良い。ステップＳ１０の前置フィルタ処理は、ステップＳ１２の補償値印加処理の前までに処理を終えれば、任意の時点で実行しても良い。
【００９６】
図１０において指令追従制御部１２の構成は、位置指令θ＊に電動機位置θＭが追従するよう制御を行う構成であれば、他の構成であっても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
図１０の前置フィルタ部８は位置指令作成部１の内部に配置してもよい。
本実施の形態は位置制御系について説明を行ったが、実施の形態１で説明したのと同様に、速度制御系にも本発明を適用可能である。この場合前置フィルタ部は、速度指令パターンを作成して速度指令を出力する速度指令作成部の内部に配置してもよい。
図１０の制御対象位置θＬが複数の振動周波数で振動している場合は、等価フィルタ部１１の伝達関数をＧｅ（ｓ）とすると、伝達関数１＋Ｇｅ（ｓ）は、複数の振動周波数及びそれらの近傍の周波数の利得を下げ、且つ高域の利得を抑える特性とする。
【００９７】
図１１のフローチャートにおいて、ステップＳ２の処理は開始からステップＳ１１の前までのいずれかのタイミングで行えばよい。
電動機はある特定の種類に限定されない。電動機は、直流電動機、永久磁石同期電動機、又は誘導電動機であっても良い。電動機は回転型の電動機に限定されず、リニアモータであっても良い。
位置指令θ＊の指令パターンは位置指令作成部１でなく、サーボコントローラ６内部の位置指令入力部７で作成しても良い。この場合、位置指令入力部７は作成した指令パターンに基づき、一定周期ごとに位置指令θ＊を出力する。
【００９８】
《実施の形態３》
図１６〜２１を用いて、本発明の実施の形態３の電動機の制御方法及び制御装置を説明する。図１６は本発明に係る実施の形態３の電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。図１６において、実施の形態１の図１と異なる点は、前置フィルタ部８の構成である。実施の形態３の前置フィルタ部８は、フィルタ部９の代わりに、指令推定部４０と等価内部フィルタ部４１と補償値印加部（加算器）４２とを有する。更に、位置指令入力部７、位置偏差演算部１３、位置制御部１４がサーボコントローラ４３の外部に構成されている。サーボコントローラ４３の外部に配置されたこれらのブロックは、例えば既存のＬＳＩ又は処理内容が公開されていない既存のソフトウエアで構成されている。これらのブロックにおける処理は変更することができず、且つこれらのブロックの出力信号は、特定の信号しか読み取ること（本発明の制御方法及び制御装置が利用すること）ができない。これらの点が図１と異なる。図１６において、図１と同じ符号のブロックは、実施の形態１と同じ役割をする。
【００９９】
図１６の制御装置の詳細な動作を説明する。位置指令作成部１、位置検出部４は実施の形態１と同じため説明を省略する。位置指令入力部７、位置偏差演算部１３、位置制御部１４は実施の形態１と同じ役割を持つため、その説明は省略するが、実施の形態１と異なりサーボコントローラ４３の外に構成されている。これらのブロックの動作を変更することができない。サーボコントローラ４３は、位置制御部１４が出力する速度指令ω＊のみを入力する。サーボコントローラ４３は、速度指令ω＊以外の情報（例えば位置指令θ＊）を上位から入力することができない。
サーボコントローラ４３はディジタル制御を行う。サーボコントローラ４３は、位置制御部１４からの速度指令ω＊と、位置検出部４からの電動機位置θＭとを一定周期ごとに取り込み、演算処理して電動機２の電流Ｉを制御する。サーボコントローラ４３が実行する１周期の演算処理のフローチャートを図１７に示す。サーボコントローラ４３は、図１７に示す演算処理を一定の演算周期（例えば１６６μｓ）毎に繰り返す。図１７の処理を図１６〜１８を用いて説明する。図２と同じ符号のステップにおいては実施の形態１での処理と同じ処理を行う。
【０１００】
サーボコントローラ４３は、位置制御部１４が出力する速度指令ω＊を取り込み、ω＊（ｎ）とする（ステップＳ２０の指令取込処理）。ステップＳ２とステップＳ３は実施の形態１と同じため説明を省略する。指令推定部４０、等価内部フィルタ部４１、補償値印加部４２は、演算を行って、速度指令ω＊に補償値Ｘｃを印加する（ステップＳ２１の前置フィルタ処理）。
指令推定部４０は、速度指令ω＊と電動機位置θＭから下記式（８）を用いて推定位置指令θｅ＊を推定演算する。
θｅ（ｎ）＝ω＊（ｎ）／Ｋｐｐ＋θＭ（ｎ）　　（８）
【０１０１】
図１８に等価内部フィルタ部４１の内部ブロックの伝達関数を示す。図１３のブロック３と同じ構成、つまり図１の前置フィルタ９を式（７）を用いて等価変換した時の第２項の構成に、位置制御部の比例ゲインＫｐｐを乗じた構成である。実際には図１８の伝達関数を双一次変換などの手法で変換したディジタルフィルタに変換して、等価内部フィルタ部４１はディジタルフィルタとして演算を行なう。ディジタルフィルタは、式（８）で算出した推定位置指令θｅ＊を入力し、補償値Ｘｃを出力する。入力が位置指令θ＊であるか又は推定位置指令θｅ＊であるかの違いを除けば、図１８は実施の形態２（図１４）と同じ原理で動作する。図１８の構成により、実施の形態２と同様の振動抑制効果が得られる。補償値印加部（加算器）４２は、速度指令ω＊と等価内部フィルタ部４１が出力する補償値Ｘｃとを加算し、ωＭ＊として出力する。等価内部フィルタ部４１の構成を図１８とする理由は後で述べる。
ステップＳ６、ステップＳ７は実施の形態１と同じため説明を省略する。以上が図１７のフローチャートに示すサーボコントローラ４３の１周期の演算処理である。
【０１０２】
等価内部フィルタ部４１の構成を図１８とする理由を述べる。図１の実施の形態１の構成を、図１９にラプラス演算子を用いたブロック図で示す。図１９のＦはフィルタ部９の伝達関数を表す式（６）である。Ｇ（ｓ）は図２９の電動機１０２の伝達関数であり、トルク指令Ｔ＊から電動機位置θＭまでの伝達関数である。ｓはラプラス演算子である。図１９を等価変換したブロック図を図２０に示す。図２０において、Ｆ１１、Ｆ２１、Ｆ３１、Ｆ３２、Ｆ３３はそれぞれ式（９）〜（１３）である。
【０１０３】
Ｆ１１（ｓ）＝Ｋｐｐ・｛（１／ωｆ２−１／ωａ２）・ｓ２＋（２ζ／ωｆ）・ｓ｝／｛（１／ωａ２）・ｓ２＋１｝　（９）
Ｆ２１（ｓ）＝Ｋｐｐ・｛（１／ωｆ２−１／ωａ２）・ｓ２＋（２ζ／ωｆ）・ｓ｝／｛（１／ωｆ２）・ｓ２＋（２ζ／ωｆ）・ｓ＋１｝　（１０）
Ｆ３１（ｓ）＝１／Ｋｐｐ　　（１１）
Ｆ３２（ｓ）＝１　　　　　　（１２）
Ｆ３３（ｓ）＝Ｋｐｐ・｛（１／ωａ２−１／ωｆ２）・ｓ２−（２ζ／ωｆ）・ｓ｝／｛（１／ωｆ２）・ｓ２＋（２ζ／ωｆ）・ｓ＋１｝　（１３）
【０１０４】
図２０（ａ）においてはブロックＦ１１が周波数特性にゲインピークを持つ故に、実装した際に制御系が不安定になりやすい（例えばブロックＦ１１の出力信号がリミットをかけられて、制御装置の制御が不安定になる。）。図２０（ｂ）においてはブロックＦ（ｓ）が位置制御ループに直列に入る。Ｆ（ｓ）が高域のフィードバック情報を除去してしまう故、制御装置の応答性が低下する。
図２０（ｃ）は本実施の形態の構成である。図２０（ｃ）の構成においては、図２０（ａ）のようにゲインピークを持つブロックがないため、実装の際の制御系の安定性を確保できる。且つ、フィードバック情報と独立に振動抑制の補償量Ｘｃを算出する故、図２０（ｂ）のように位置制御ループの応答性が低下しない。実施の形態３のように指令作成部及び制御ブロックの構成変更の自由度が限定されている場合でも（例えば既存のＬＳＩの内部ブロックをそのまま使用し、そのブロックについては仕様を変更できない場合でも）、図１の前置フィルタ８を等価変換した図２０（ｃ）の構成により、制御系の安定性及び応答性を損なうことなく振動抑制効果を得ることができる。
【０１０５】
以上より、本実施の形態は、制御対象（負荷）、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機２及び制御対象３の振動を抑制することができる。実施の形態２の制御方法及び制御装置は、指令パターン又は制御対象３の特性によらず常に自動的に電動機及び制御対象の振動を抑制する。トルク指令Ｔ＊が過大な値になることが自動的に防止される。図１６の前置フィルタ部８のパラメータ設定をすべて自動的に行なうことにより、制御装置の操作性が向上する。実施の形態３の制御方法及び制御装置は、制御対象の特性変動により振動周波数が変わっても、適応的にフィルタのパラメータの値を変えて、常に振動を低減する。
本実施の形態は、図１のフィルタ９を等価変化し内部構成型とすることにより、演算の桁落ちによるずれがなくなる。ずれ補償を行う必要がない分、ソフトウエアによる演算時間を短縮でき、ソフト作成にかかる労力を軽減できる。又はずれ補償の回路をなくすことができ、ＬＳＩの開発労力を軽減し、ＬＳＩのチップ面積を小さくすることが出来る。
本発明によれば、指令作成部又は制御ブロックの構成変更の自由度が限定されている場合でも、制御系の安定性及び応答性を損なうことなく振動抑制効果を得ることができる。
【０１０６】
図２０（ｃ）は図２１（ａ）のように電動機速度ωＭから推定指令θｅ＊を算出してもよい。フィードバックループ自体の安定性、応答性と独立に補償量Ｘｃを算出する形式であれば、図２０（ｃ）を任意に等価変換をしても良い。例えば図２０（ｃ）を図２１（ｂ）、（ｃ）のように等価変換しても良い。この場合、Ｆ３４、Ｆ３５、Ｆ３６はそれぞれ式（１４）〜（１６）となる。
【０１０７】
Ｆ３４（ｓ）＝１／Ｋｐｐ・ｓ　　（１４）
Ｆ３５（ｓ）＝１　　　　　　　　（１５）
Ｆ３６（ｓ）＝Ｋｐｐ・｛（１／ωａ２−１／ωｆ２）・ｓ−２ζ／ωｆ｝／｛（１／ωｆ２）・ｓ２＋（２ζ／ωｆ）・ｓ＋１｝　（１６）
【０１０８】
図２０（ｃ）及び図２１の構成が変わらなければ、Ｆ３１、Ｆ３２、Ｆ３３及びＦ３４、Ｆ３５、Ｆ３６の式を他の式に等価変換してもよい。例えば、Ｆ３４、Ｆ３５、Ｆ３６を式（１７）〜（１９）に等価変換してもよい。
【０１０９】
Ｆ３４（ｓ）＝ｓ　　　（１７）
Ｆ３５（ｓ）＝Ｋｐｐ　（１８）
Ｆ３６（ｓ）＝｛（１／ωａ２−１／ωｆ２）・ｓ−２ζ／ωｆ｝／｛（１／ωｆ２）・ｓ２＋（２ζ／ωｆ）・ｓ＋１｝（１９）
【０１１０】
図２０、図２１に等価変換する前の図１のフィルタ部９の構成は、式（６）の構成に限られない。図４（ａ）のような所定の周波数ωａ及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを有する任意の構成をとることができる。
図１６の制御対象位置θＬが複数の振動周波数で振動している場合は、フィルタ部９は、複数の振動周波数及びそれらの近傍の周波数の利得を下げ、且つ高域の利得を抑える特性とする。
電動機はある特定の種類に限定されない。電動機は、直流電動機、永久磁石同期電動機、又は誘導電動機であっても良い。電動機は回転型の電動機に限定されず、リニアモータであっても良い。
【０１１１】
《実施の形態４》
図２２、２３を用いて、本発明の実施の形態４の電動機の制御方法及び制御装置を説明する。図２２は本発明に係る実施の形態４の電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態が図１の実施の形態１と異なる点を述べる。図２２の本実施の形態の制御装置においては、パラメータ自動設定部１０が制御対象（負荷）３の振動周波数ωａを算出する方法が実施の形態１（図１）と異なる。本実施の形態の制御装置は振動検出部５（図１）を有していない。パラメータ自動設定部１０は、電動機位置θＭに基づきωａを求める。この点で実施例４は実施の形態１と異なる。本実施の形態の制御装置は、図１の振動検出部５が不要である故、実施の形態１より安価である。
【０１１２】
本実施の形態においては、制御対象位置θＬの振動と同じ周波数の振動成分が電動機位置θＭで検出できることが必要である。例えば制御対象３の慣性が電動機２の慣性に比較して非常に小さく、制御対象位置θＬの振動と同じ周波数の振動成分が電動機位置θＭに現れにくく、電動機位置θＭから制御対象位置θＬの振動を検出できない場合には、実施の形態４の構成を適用できない。電動機位置θＭから制御対象位置θＬの振動周波数ωａを算出できないからである。この点において、実施の形態４は、実施の形態１と異なり適用範囲に制約がある。
実施の形態４において、制御対象位置θＬの振動と同じ周波数の振動成分が電動機位置θＭで検出できるものとする。
【０１１３】
図２２の制御装置の詳細な動作を説明する。位置指令作成部１、位置検出部４は実施の形態１と同じため説明を省略する。サーボコントローラ６はディジタル制御を行う。サーボコントローラ６は、位置指令作成部１からの位置指令と、位置検出部４からの電動機位置θＭとを一定周期ごとに入力し、演算処理して電動機２の電流Ｉを制御する。サーボコントローラ６が実行する１周期の演算処理のフローチャートを図２３に示す。サーボコントローラ６は、図２３に示す演算処理を一定の演算周期（例えば１６６μｓ）毎に繰り返す。図２３の処理を図２２を用いて説明する。図２３においてステップＳ２２以外の処理は実施の形態１と同じため、説明を省略する。
【０１１４】
ステップＳ２２の前置フィルタパラメータ自動設定処理では、パラメータ自動設定部１０は、位置検出部４が検出した電動機位置θＭに基づき、制御対象位置θＬの振動周波数ωａを算出する。パラメータ自動設定部１０は、例えば位置指令θ＊の変化終了後の電動機位置偏差ΔθＭのゼロクロス時間間隔を測定して電動機位置θＭの振動周波数を算出する。電動機位置偏差Δθに代えて、電動機速度偏差ΔωＭ、又はトルク指令Ｔ＊などの指令追従制御部１２内部の状態量を用いてωａを算出しても良い。電動機位置θＭの振動周波数と制御対象位置θＬの振動周波数は理論的に同一であるため、算出した電動機位置θＭの振動周波数を制御対象位置θＬの振動周波数ｆｒとする。ωａ＝２π・ｆｒとする。
【０１１５】
パラメータ自動設定部１０は、算出したωａに基づきωｆを決定する。ωｆは、高域の利得を下げる特性を持つフィルタ部９（図２２）のカットオフ周波数を決める。ωｆの決定においては、例えば図３に示すωａとωｆとの関係を決めるグラフに基づくテーブル又は計算式を用いる。ωａと位置指令θ＊の加速度を引数とした２次元テーブルを用いてωｆを決定しても良い。減衰係数ζは１に固定する。ωａの役割と、ωｆの役割と、ωａと位置指令θ＊の加速度を引数としてωｆを決定する理由と、ζの適切な設定値の詳細な説明は実施の形態１で行ったためここでは省略する。
【０１１６】
以上より、本実施の形態は、制御対象（負荷）自体、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機２及び制御対象３の振動を抑制することができる。実施の形態４の制御方法及び制御装置は、指令パターン又は制御対象３の特性によらず常に自動的に電動機及び制御対象の振動を抑制する。トルク指令Ｔ＊が過大な値になることが自動的に防止される。前置フィルタ部８のパラメータ設定をすべて自動的に行なうことにより、制御装置の操作性が向上する。実施の形態４の制御方法及び制御装置は、制御対象の特性変動により振動周波数が変わっても、適応的にフィルタのパラメータの値を変えて、常に振動を低減する。
本実施の形態の制御方法及び制御装置は、実施の形態１の図１の振動検出部５が不要であるため、実施の形態１より安価である。
【０１１７】
図２２において、指令追従制御部１２の構成は、電動機位置指令θＭ＊に電動機位置θＭが追従するよう制御を行う構成であれば、他の構成であっても良い。そのような構成によっても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
本実施の形態は位置制御系について説明を行ったが、実施の形態１で説明したのと同様に、速度制御系においても本発明を適用可能である。この場合前置フィルタ部８は、速度指令パターンを作成して速度指令を出力する速度指令作成部の内部に配置してもよい。
図２２のフィルタ部９の構成は、図４（ａ）のような所定の周波数ωａ及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを有していれば、任意である。
【０１１８】
図２２の前置フィルタ部８は位置指令作成部１の内部に配置してもよい。
図２２の制御対象位置θＬが複数の振動周波数で振動している場合は、フィルタ部９は、複数の振動周波数及びそれらの近傍の周波数の利得を下げ、且つ高域の利得を抑える特性とする。
図２３のフローチャートにおいて、ステップＳ２の処理はステップＳ１の前に行っても良い。
電動機は特定の種類に限定されない。電動機は、直流電動機、永久磁石同期電動機、又は誘導電動機であっても良い。電動機は回転型の電動機に限定されず、リニアモータであっても良い。
位置指令θ＊の指令パターンは位置指令作成部１でなく、サーボコントローラ６内部の位置指令入力部７で作成しても良い。この場合位置指令入力部７は作成した指令パターンに基づき、一定周期ごとに位置指令θ＊を出力する。
【０１１９】
《実施の形態５》
図２４、２５を用いて、本発明の実施の形態５の電動機の制御方法及び制御装置を説明する。図２４は本発明に係る実施の形態５の電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態が図１の実施の形態１と異なる点を述べる。図２４の本実施の形態の制御装置では、パラメータ自動設定部１０が制御対象（負荷）３の振動周波数ωａを算出する方法が実施の形態１（図１）と異なる。本実施の形態の制御装置は振動検出部５（図１）を有していない。本実施の形態では、パラメータ自動設定部１０は、サーボコントローラ６の内部で演算に用いられる状態量から、電動機２及び制御対象３の数式モデルを用いて制御対象位置θＬの振動周波数ωａを求める。
【０１２０】
図２４の制御装置の詳細な動作を説明する。位置指令作成部１、位置検出部４は実施の形態１と同じため説明を省略する。サーボコントローラ６はディジタル制御を行う。サーボコントローラ６は、位置指令作成部１からの位置指令と、位置検出部４からの電動機位置θＭとを一定周期ごとに入力し、演算処理して電動機２の電流Ｉを制御する。サーボコントローラ６が実行する１周期の演算処理のフローチャートを図２５に示す。サーボコントローラ６は、図２５に示す演算処理を一定の演算周期（例えば１６６μｓ）毎に繰り返す。図２５の処理を図２４を用いて説明する。ステップＳ２５、Ｓ２６、Ｓ２７以外の処理は実施の形態１と同じため、説明を省略する。
ステップＳ２５で、パラメータ自動設定部１０は、電動機２が加速中かどうかを判断する。加速中であればステップＳ２６の慣性推定処理に進み、加速中でなければステップＳ２７の前置フィルタパラメータ自動設定処理に進む。ステップＳ２６の慣性推定処理では、パラメータ自動設定部１０は、サーボコントローラ６内の状態量である電動機位置θＭとトルク指令Ｔ＊とから、制御対象３の慣性ＪＬを推定する。パラメータ自動設定部１０は、式（２０）〜（２４）の演算を行う。
【０１２１】
ωＭｃ（ｎ）＝θＭ（ｎ）−θＭ（ｎ−１）　　（２０）
ａＭ（ｎ）＝Ｋｕ・（ωＭｃ（ｎ）−ωＭｃ（ｎ−１））　　（２１）
ａＭｆ（ｎ）＝ａＭｆ（ｎ−１）＋Ｋｆ・（ａＭ（ｎ）−ａＭｆ（ｎ−１））（２２）
Ｊ（ｎ）＝ａＭｆ（ｎ）／Ｔ＊（ｎ−１）　　　（２３）
ＪＬ（ｎ）＝Ｊ（ｎ）−ＪＭ　　　　　　　　　（２４）
【０１２２】
ωＭｃは速度演算値、ａＭは加速度演算値、ａＭｆはフィルタ後加速度演算値、Ｋｆはフィルタ定数、Ｋｕは単位系変換係数、Ｊは電動機２と制御対象３とを合わせた慣性、定数ＪＭは電動機２の慣性である。ステップＳ２７の前置フィルタパラメータ自動設定処理で、パラメータ自動設定部１０は制御対象３の振動周波数ｆｒを算出する。ωａ＝２π・ｆｒとする。算出には式（２５）を用いる。
【０１２３】
ωａ（ｎ）＝（Ｋｓ／ＪＬ（ｎ））１／２　　　（２５）
【０１２４】
定数Ｋｓはバネ定数である。ωａの算出に式（２５）を用いる理由については後で述べる。算出したωａに基づき周波数ωｆを決定する。ωｆの決定は、例えば図３に示すωａとωｆとの関係を決めたグラフに基づくテーブル又は計算式を用いる。ωａと位置指令θ＊の加速度を引数とした２次元テーブルを用いてωｆを決定しても良い。減衰係数ζは１に固定する。ωａの役割と、ωｆの役割と、ωａと位置指令θ＊の加速度を引数としてωｆを決定する理由と、ζの適切な設定値の詳細な説明は実施の形態１で行ったためここでは説明を省略する。
【０１２５】
制御対象３の振動周波数ωａの算出に式（２５）を用いる理由を述べる。従来例で説明したのと同様に、電動機２と制御対象３を図２７のモデルで数式モデル化した場合、そのブロック図は図２８になる。ＪＭは電動機２の慣性、ＪＬは制御対象３の慣性、Ｋｓは電動機２と制御対象３の連結軸のバネ定数である。連結軸の慣性はＪＭとＪＬに比べて非常に小さいとして無視している。トルク指令Ｔ＊から電動機位置θＭまでの周波数特性は図３０（ａ）となる。従来例の説明で述べたように、制御対象３の振動周波数ωａ（＝２π・ｆｒ）は図３０（ａ）の反共振周波数付近となる。振動周波数ωａは、図２８のブロック図より下記式（２６）で導出される。
【０１２６】
ωａ＝（Ｋｓ／ＪＬ）１／２　　　（２６）
【０１２７】
式（２５）のωａの算出は式（２６）に基づいている。
以上より、本実施の形態は、制御対象（負荷）自体、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機２及び制御対象３の振動を抑制することができる。実施の形態５の制御方法及び制御装置は、指令パターン又は制御対象３の特性によらず常に自動的に電動機及び制御対象の振動を抑制する。トルク指令Ｔ＊が過大な値になることが自動的に防止される。前置フィルタ部８のパラメータ設定をすべて自動的に行なうことにより、制御装置の操作性が向上する。実施の形態５の制御方法及び制御装置は、制御対象の特性変動により振動周波数が変わっても、適応的にフィルタのパラメータの値を変えて、常に振動を低減する。
本実施の形態の制御方法及び制御装置は、実施の形態１の図１の振動検出部５が不要であるため、実施の形態１より安価である。
【０１２８】
図２５のステップＳ２５、Ｓ２６、Ｓ２７で制御対象３の振動周波数ωａを算出する。ωａの推定法は式（２０）〜式（２５）に限られない。電動機２及び制御対象３の簡略化した数式モデルに基づき、サーボコントローラ６内部の状態量を用いてωａ求める方法であれば、任意の方法をとることができる。
図２４において指令追従制御部１２の構成は、電動機位置指令θＭ＊に電動機位置θＭが追従するよう制御を行う構成であれば、他の構成であって良い。そのような構成によっても、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１２９】
本実施の形態においては位置制御系について説明を行ったが、実施の形態１で説明したのと同様に、速度制御系にも本発明を適用可能である。この場合、前置フィルタ部は、速度指令パターンを作成して速度指令を出力する速度指令作成部の内部に配置してもよい。
図２４のフィルタ部９の構成は、図４（ａ）のような所定の周波数ωａ及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを有する構成であれば任意である。
図２４の前置フィルタ部８は位置指令作成部１の内部に配置してもよい。
図２４の制御対象位置θＬが複数の振動周波数で振動している場合は、フィルタ部９は、複数の振動周波数及びそれらの近傍の周波数の利得を下げ、且つ高域の利得を抑える特性とする。
【０１３０】
図２５のフローチャートにおいて、ステップＳ２の処理はステップＳ１の前に行っても良い。
電動機は特定の種類に限定されない。電動機は、直流電動機、永久磁石同期電動機、又は誘導電動機であっても良い。電動機は回転型の電動機に限定されず、リニアモータであっても良い。
位置指令θ＊の指令パターンは、位置指令作成部１でなく、サーボコントローラ６内部の位置指令入力部７で作成しても良い。この場合位置指令入力部７は作成した指令パターンに基づき、一定周期ごとに位置指令θ＊を出力する。
【０１３１】
【発明の効果】
本発明によれば、前置フィルタが所定の周波数ωａ及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つことにより、制御対象（負荷）自体、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を抑制する効果を得ることができる。
本発明によれば、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に電動機及び制御対象の振動を抑制できる。トルク指令Ｔ＊が過大な値になることを自動的に防止する電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【０１３２】
本発明によれば、所定の周波数ωａ及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を等価変換し、フィードフォワード型前置フィルタとすることにより、演算での桁落ち等に起因する電動機位置の収束値誤差が発生せず、演算誤差の補正が不要で高い位置決め精度を実現する電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【０１３３】
本発明によれば、フィードバックループ内の状態量に基づき指令を推定した推定指令を生成し、所定の周波数ωａ及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、推定指令をフィードフォワード補償項に作用させて内部補償量を決定し、その内部補償量をフィードバックループ内部に入力する内部構成型前置フィルタを構成することにより、指令作成部及び制御ブロックの構成変更の自由度が限定されている場合でも、制御系の安定性や応答性を損なうことなく振動を抑制する電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【０１３４】
本発明によれば、所定の周波数ωａの利得を可変とすることにより、振動抑制効果を更に向上する電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、前置フィルタもしくはフィードフォワード型前置フィルタもしくは内部構成型前置フィルタの、高域の利得を抑える特性をトルク指令Ｔ＊が過大値になりやすい期間となりにくい期間に応じて変化させることにより、高域の利得を抑える特性による応答性の遅れを低減する電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【０１３５】
本発明によれば、前置フィルタ部、フィードフォワード型前置フィルタ又は内部構成型前置フィルタが、高域の利得を抑える特性を少なくとも所定の周波数ωａに基づき自動的に決定することにより、自動的に応答性の良い電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、前置フィルタ部、フィードフォワード型前置フィルタ又は内部構成型前置フィルタが、所定の周波数ωａを自動設定することにより、制御対象の特性変動により振動周波数が変わっても安定して常に振動を低減する電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【０１３６】
本発明は、制御対象の振動を検出し、その振動周波数に基づき所定の周波数ωａを決定する。これにより、最適の応答を自動的に行い、高い応答性を有する電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、振動周波数自動設定の際に、電動機の振動周波数に基づき所定の周波数ωａを決定することにより、制御対象の振動検出部を用いることなく、安価な電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【０１３７】
本発明によれば、振動周波数自動設定の際に、電動機と制御対象の数式モデルを推定し、数式モデルに基づき所定の周波数ωａを決定することにより、制御対象の振動検出部を用いることなく、安価な電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、前置フィルタが前記電動機が出力したトルクから電動機位置までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数ωａ及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つことにより、制御対象の振動を抑制し、高い応答性を有する制御方法及び制御装置を実現する。
【０１３８】
本発明に係る電動機の制御方法及び制御装置は、電動機を搭載する装置を制御対象とした場合、例えばワイヤボンダ、ダイボンダ、実装機、印刷機、多軸ロボット、又は工作機などの、機械剛性が低いことに起因し振動が発生しやすい任意の装置に適用することができる。これにより上記の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に係る実施の形態１の電動機の制御方法の構成を示す制御ブロック図
【図２】
本発明に係る実施の形態１におけるフローチャート
【図３】
本発明に係る実施の形態１における引数と設定値の関係を示したグラフ
【図４】
（ａ）は本発明に係る実施の形態１におけるフィルタ部９の周波数特性図、（
ｂ）は位置指令θ＊から制御対象位置θＬまでの周波数特性図
【図５】
本発明に係る実施の形態１におけるフィルタ部９の構成図
【図６】
本発明に係る実施の形態１における位置指令θ＊と電動機位置指令θＭ＊の波
形図
【図７】
本発明に係る実施の形態１におけるトルク指令Ｔ＊の波形図
【図８】
本発明に係る実施の形態１における電動機位置偏差ΔθＭと制御対象位置偏差
ΔθＬの波形図
【図９】
本発明に係る実施の形態１の前置フィルタ部８を速度制御系に適用した場合の
ブロック図
【図１０】
本発明に係る実施の形態２の電動機の制御方法の構成を示す制御ブロック図
【図１１】
本発明に係る実施の形態２におけるフローチャート
【図１２】
本発明に係る実施の形態２における等価フィルタ部１１の構成図
【図１３】
本発明に係る実施の形態１におけるフィルタ部９を等価変換した構成図
【図１４】
本発明に係る実施の形態２における図１０と等価な構成図
【図１５】
本発明に係る実施の形態２における図１０と等価な構成図
【図１６】
本発明に係る実施の形態３の電動機の制御方法の構成を示す制御ブロック図
【図１７】
本発明に係る実施の形態３におけるフローチャート
【図１８】
本発明に係る実施の形態３における等価内部フィルタ部４１の構成図
【図１９】
本発明に係る実施の形態１における図１の構成をラプラス演算子を用いて表し
たブロック図
【図２０】
本発明に係る実施の形態３における図１９と等価な構成図
【図２１】本発明に係る実施の形態３における図２０（ｃ）と等価な構成図
【図２２】本発明に係る実施の形態４の電動機の制御方法の構成を示す制御ブロック図
【図２３】本発明に係る実施の形態４におけるフローチャート
【図２４】本発明に係る実施の形態５の電動機の制御方法の構成を示す制御ブロック図
【図２５】本発明に係る実施の形態５におけるフローチャート
【図２６】従来の電動機の制御方法の制御ブロック図
【図２７】低剛性装置のモデル図
【図２８】低剛性装置を数式モデル化したブロック図
【図２９】従来の電動機の制御方法の制御ブロック図
【図３０】従来の電動機の制御方法に係る、（ａ）はトルク指令Ｔ＊から電動機位置θＭまでの伝達関数の周波数特性図、（ｂ）は電動機位置指令θＭ＊から電動機位置θＭまでの伝達関数の周波数特性図、（ｃ）は電動機位置θＭから制御対象位置θＬまでの伝達関数の周波数特性図、（ｄ）は電動機位置指令θＭ＊から制御対象位置θＬまでの伝達関数の周波数特性図
【図３１】従来の電動機の制御方法における、（ａ）は位置指令θ＊の指令パターン図、（ｂ）は位置指令θ＊の微分波形図
【図３２】従来の電動機の制御方法における、前置フィルタ部１０７がない場合の電動機位置偏差ΔθＭと制御対象位置偏差ΔθＬの波形図
【図３３】従来の電動機の制御方法における、（ａ）は前置フィルタ部１０７の周波数特性図、（ｂ）は位置指令θ＊から制御対象位置θＬまでの伝達関数の周波数特性図
【図３４】従来の電動機の制御方法における、電動機位置偏差ΔθＭと制御対象位置偏差ΔθＬの波形図
【図３５】従来の電動機の制御方法における、前置フィルタ部１０７がない場合で位置比例ゲインＫｐｐ、速度比例ゲインＫｖｐが低い場合の電動機位置偏差ΔθＭと制御対象位置偏差ΔθＬの波形図
【図３６】従来の電動機の制御方法における、位置指令θ＊と電動機位置指令θＭ＊の波形図
【図３７】従来の電動機の制御方法における、Ｔ＊の波形図
【図３８】本発明を搭載した実装機を示す図
【符号の説明】
１　　位置指令作成部
２　　電動機
３　　制御対象
４　　位置検出部
５　　振動検出部
６、２２、４３　サーボコントローラ
７　　位置指令入力部
８　　前置フィルタ部
９　　フィルタ部
１０　パラメータ自動設定部
１１　等価フィルタ部
１２　指令追従制御部
１３　位置偏差演算部
１４　位置制御部
１５　速度演算部
１６　速度偏差演算部
１７　速度制御部
１８　電流制御部
２０　速度指令作成部
２１　速度検出部
２３　速度指令入力部
２４　指令追従制御部
３０、４２　補償値印加部
４０　指令推定部
４１　等価内部フィルタ部
【図１】
2004005469.tif 000003
【図２】
2004005469.tif 000004
【図３】
2004005469.tif 000005
【図４】
2004005469.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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