(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷機械と、動力を伝達する伝達機構と、前記伝達機構を介して前記負荷機械を駆動する電動機と、トルク指令Ｔref に基づいて前記電動機を駆動する電力を与える動力変換回路と、を有する機械システムに対して、前記機械システムが所望の動きとなるように、前記動力変換回路に適正なトルク指令Ｔref を与える電動機制御装置において、実指令信号θref を提供する指令発生器と、前記機械システムの状態量を観測し、実応答信号θｍを提供する実観測器と、前記実指令信号θref に基づいて、前記機械システムの特性を考慮し、第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1とを提供する第１フィードフォワード制御部と、前記実指令信号θref と前記第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1とに基づいて第２スイッチ信号Ｓk2と第３スイッチ信号Ｓk3と第４スイッチ信号Ｓk4とを提供する上位制御部と、前記機械システムの特性を考慮し、前記第４スイッチ信号Ｓk4と前記実応答信号θｍと実トルク指令Ｔref とに基づいて、第２模擬位置信号θF2と第２模擬速度信号ωF2と第２模擬トルク信号ＴFF2 とを提供する第２フィードフォワード制御部と、前記第２スイッチ信号Ｓk2と前記第１模擬位置信号θF1と前記第１模擬速度信号ωF1と前記第２模擬位置信号θF2と前記第２模擬速度信号ωF2とに基づいて、フィードフォワード位置指令θＦとフィードフォワード速度指令ωＦとを提供するフィードフォワード指令合成部と、前記フィードフォワード位置指令θＦと前記フィードフォワード速度指令ωＦと前記実応答信号θｍとに基づいて、ＦＢトルク信号ＴFBを提供するＦＢ制御部と、前記スイッチ信号Ｓk3と前記ＦＢトルク信号ＴFＢと前記第１模擬トルク信号ＴFF1 と前記第２模擬トルク信号ＴFF2 とに基づいて、実トルク指令Ｔref を提供するトルク合成部と、を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
負荷機械と、動力を伝達する伝達機構と、前記伝達機構を介して前記負荷機械を駆動する電動機と、トルク指令Ｔref に基づいて前記電動機を駆動する電力を与える動力変換回路と、を有する機械システムに対して、前記機械システムが所望の動きとなるように、前記動力変換回路に適正なトルク指令Ｔref を与える電動機制御装置において、複数のフィードフォワード制御系と、フィードバック状態量の状況に応じて、一部のフィードフォワード制御系の状態量を設定し直し、複数のフィードフォワード制御系から一部のフィードフォワード制御系の状態量を選択し、フィードバック制御系へ提供することを行う上位制御部と、を備えることを特徴とする電動機制御装置。
【請求項３】
負荷機械と、動力を伝達する伝達機構と、前記伝達機構を介して前記負荷機械を駆動する電動機と、トルク指令Ｔref に基づいて前記電動機を駆動する電力を与える動力変換回路と、を有する機械システムに対して、前記機械システムが所望の動きとなるように、前記動力変換回路に適正なトルク指令Ｔref を与える電動機制御装置において、
実指令信号θref を提供する指令発生器と、前記機械システムの状態量を観測し、実応答信号θｍを提供する実観測器と、前記実指令信号θref に基づいて、前記機械システムの特性を考慮し、第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 とを提供するフィードフォワード制御部と、第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 と前記実応答信号θｍとに基づいて、実トルク指令Ｔref を提供するＦＢ制御部と、前記実指令信号θref と前記第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1との状況に応じて、前記フィードフォワード制御部の状態量を設定し直し、前記フィードフォワード制御部を適時に起動するように前記フィードフォワード制御部を制御する上位制御部と、を備えることを特徴とする電動機制御装置。
【請求項４】
各フィードフォワード制御系が、模擬トルク信号を提供する模擬制御部と、模擬状態量を提供する数値モデルと、を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の電動機制御装置。
【請求項５】
複数のプロセッサで前記電動機制御装置を構成する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、工作機械におけるテーブルやロボットのアームのような負荷機械を駆動する電動機（直流電動機、誘導電動機、同期電動機、リニアモータなど）の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械におけるテーブル、ロボットのアームなどの負荷機械と、前記負荷機械を駆動する直流電動機、誘導電動機、同期電動機、電磁石、リニアモータなどの駆動装置と、前記負荷機械と駆動装置とを連結する伝達機構とから構成された機械系に対して、第２模擬トルク信号とトルク指令とを提供するフィードバック制御系と、第１模擬トルク信号を提供するフィードフォワード制御系とを持った２自由度制御装置が多く使用されている。
これらは、例えば、特開平４−１１９４０２号、特開平６−３０５７８号、特開平４−３２５８８６号、特開平３−２６８１０３号などに開示されている。
【０００３】
図８は、従来の上述した２自由度制御装置の例を示すブロック図である。
図８において、１は負荷機械、２はトルク伝達機構、３は電動機、４は動力変換回路であり、以上の負荷機械１〜動力変換回路４で機械システム５が構成されている。また、２０は回転検出器、２１はフィードフォワード信号演算回路、２２は位置制御回路、２３は速度制御回路、２４はトルク制御回路である。
回転検出器２０は、例えば、従来装置におけるタコジェネレータのような速度検出器と、エンコーダのような位置検出器とから構成されている。また、電動機３のトルクの制御手段はトルク制御回路２４と動力変換回路４とから構成されている。
フィードフォワード信号演算回路２１は、指令発生器７からの回転角指令信号θｍｓを受信して、内部で模擬回転角信号θ０、模擬速度信号ω０、第１模擬トルク信号Ｔ０をそれぞれ演算して、位置制御回路２２に模擬回転角信号θ０を、速度制御回路２３に模擬速度信号ω０を、トルク制御回路２４に第１模擬トルク信号Ｔ０をそれぞれ出力するものである。
位置制御回路２２は、フィードフォワード信号演算回路２１から受信したθ0 と回転検出器２０からの実回転角信号θｍとの偏差信号を増幅して第１の速度信号ω１を速度制御回路２３に出力する。
速度制御回路２３はフィードフォワード信号演算回路２１からの模擬速度信号ω０と位置制御回路２２からの第１の速度信号ω１と回転検出器２０からの実速度信号ωｍとから第２の模擬トルク信号Ｔ１をトルク制御回路２４に出力するものである。
動力変換回路４は電動機３の発生する発生トルクがこの第２の模擬トルク信号Ｔ１に追随するように制御するものである。
このように、図８に示した従来の位置制御装置は、トルク伝達機構２を介して負荷機械１を駆動する電動機３と、電動機３の回転角指令信号θｍｓを入力されて少なくとも２回の積分演算を含む所定の関数演算により摸擬回転角信号θ０と摸擬速度信号ω０と第１模擬トルク信号Ｔ０とをそれぞれ出力するフィードフォワード信号演算回路２１と、電動機３の実回転速度ωｍ及び実回転角θｍを検出する回転検出器２０と、摸擬回転角信号θ０および回転検出器２０から出力された実回転角信号θｍに基づいて第１の速度信号ω１を出力する位置制御回路２２と、摸擬速度信号ω０と第１の速度信号ω１と回転検出器２０から出力された実速度信号ωｍとに基づいて第２模擬トルク信号Ｔ１を出力する速度制御回路２３と、第１模擬トルク信号Ｔ０と第２模擬トルク信号Ｔ１に基づいて電動機３のトルクを制御するトルク制御手段２４とを備え、このような構成により、高速応答の位置制御性能が得られることとなった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フィードフォワード制御系の数値モデルが制御対象と一致することはまれであり、通常、数値モデルと制御対象との間にモデリング誤差が存在するものである。
したがって、フィードフォワード制御系の状態量は収束したにも関わらず、制御対象の実応答にはまだオーバーシュートや残留振動などが残っているという問題があった。例えば、図６のような応答である。
そのような場合、制御対象の実応答を改善するために、従来技術では、フィードバック制御系のゲインを高く設定するまたは数値モデルを設計し直す（特開平４−３２５８８６号、特開平３−２６８１０３号など）方法しかなかった。
ところが、実際の装置の特性より、フィードバック制御系のゲインを高く設定するには、限界があり、理想的な応答特性を得られない場合がほとんどである。
また、数値モデルを設計し直す方法では、数値モデルをかなり高い次数（柔軟系の場合は、無限次まで設定しなければならない）に設定しなければ、数値モデルを制御対象と一致させることができないので、実際には実現できない場合がほとんどである。
本発明の目的は、数値モデルが制御対象を厳密に近似できない場合においても、良好な制御性能を実現する電動機制御装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、以下に述べるような手段を備えるものである。
１．  実指令信号θref を提供する指令発生器７。
２．  前記機械システム５の状態量を観測し、実応答信号θｍを提供する実観測器６。
３．  前記実指令信号θrefに基づいて、前記機械システム５の特性を考慮し、第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1とを提供する第１フィードフォワード制御部８。
４．  前記実指令信号θref と前記第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1とに基づいて第１スイッチ信号Ｓk1と第２スイッチ信号Ｓk2と第３スイッチ信号Ｓk3と第４スイッチ信号Ｓk4とを提供する上位制御部１３。
５．  前記機械システム５の特性を考慮し、前記第４スイッチ信号Ｓk4と前記実応答信号θｍと実トルク指令Ｔref とに基づいて、第２模擬位置信号θF2と第２模擬速度信号ωF2と第２模擬トルク信号ＴFF２とを提供する第２フィードフォワード制御部１２。
６．  前記第２スイッチ信号Ｓｋ２と前記第１模擬位置信号θF1と前記第１模擬速度信号ωF1と前記第２模擬位置信号θF2と前記第２模擬速度信号ωF2とに基づいて、フィードフォワード位置指令θＦとフィードフォワード速度指令ωＦとを提供するフィードフォワード指令合成部１１。
７．  前記フィードフォワード位置指令θＦと前記フィードフォワード速度指令ωＦと前記実応答信号θｍとに基づいて、ＦＢトルク信号ＴFBを提供するＦＢ制御部９。
８．  前記スイッチ信号Ｓk3と前記ＦＢトルク信号ＴFBと前記第１模擬トルク信号ＴFF1 と前記第２模擬トルク信号ＴFF2 とに基づいて、実トルク指令Ｔref を提供するトルク合成部１０。
このように、請求項１記載の発明によれば、第２フィードフォワード制御部と上位制御部とを導入することによって、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
また、フィードフォワード制御部を構成する際に、実現困難な高次なモデルを利用しなくでも、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
更に、低い次数のモデルでフィードフォワード制御部を構成することができるので、フィードフォワード制御部のゲイン設定が容易に実現できると共に、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
【０００６】
また、請求項２記載の発明は、以下に述べるような手段を備えるものである。
１． 複数のフィードフォワード制御系。
２． フィードバック状態量の状況に応じて、一部のフィードフォワード制御系の状態量を設定し直し、複数のフィードフォワード制御系から一部のフィードフォワード制御系の状態量を選択し、フィードバック制御系へ提供することを行う上位制御部。このように、請求項３記載の発明によれば、フィードバック状態量の状況に応じて、一部のフィードフォワード制御部の状態量を設定し直し、複数のフィードフォワード制御部から一部のフィードフォワード制御部の状態量を選択する機能を持たせることによって、モデリング誤差の大きさなどを考慮しながら、適切なフィードフォワード信号をフィードバック側に提供することができるので、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を更に減少させることができる。
【０００７】
また、請求項３の発明は、以下に述べるような手段を備えるものである。
１． 実指令信号θref を提供する指令発生器７。
２． 前記機械システム５の状態量を観測し、実応答信号θｍを提供する実観測器６。
３． 前記実指令信号θref に基づいて、前記機械システム５の特性を考慮し、第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 とを提供するフィードフォワード制御部１６。
４． 第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 と前記実応答信号θｍとに基づいて、実トルク指令Ｔref を提供するＦＢ制御部１４。
５． 前記実指令信号θref と前記第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1との状況に応じて、前記フィードフォワード制御部１６の状態量を設定し直し、前記フィードフォワード制御部１６を適時に起動するように前記フィードフォワード制御部１６を制御する上位制御部１５。
このように、請求項３記載の発明によれば、最低限の計算量やソフト量で、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることが実現できる。
【０００８】
また、請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の電動機制御装置において、以下に述べるような手段を備えるものである。
１． 模擬トルク信号を提供する模擬制御部。
２． 模擬状態量を提供する数値モデル。
このように、請求項４記載の発明によれば、フィードフォワード制御系と数値モデルとを用いてフィードフォワード制御部を構成することによって、数値モデルを構築する際にトルクリミットや摩擦などの非線形特性などの考慮が容易にでき、より精密フィードフォワード制御系を構成することができるので、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動をより効果的に減少させることができる。
また、請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項記載の電動機制御装置において、以下に述べるような手段を備えるものである。
１．複数のプロセッサで前記電動機制御装置を構成する手段。
このように、請求項５記載の発明によれば、複数のプロセッサで本発明を構成することによって、本電動機制御装置の計算時間を大幅に減らすことができるので、従来の電動機制御装置に現れる振動やオーバーシュートを防ぐことができると共に、より高速な応答特性を得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図１を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態１の全体を示すブロック図である。
図１において、１は負荷機械、２はトルク伝達機構、３は電動機、４は動力変換回路であり、以上の負荷機械１〜動力変換回路４で機械システム５が構成されている。６は機械システム５の状態量を観測し、実応答信号θｍを提供する実観測器、７は指令信号θref を提供する指令発生器、８は実指令信号θrefに基づいて、第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 とを提供する第１フィードフォワード制御部、９はフィードフォワード位置指令θＦとフィードフォワード速度指令ωＦと実応答信号θｍとに基づいてＦＢトルク信号ＴFBを提供するＦＢ制御部、１０はスイッチ信号Ｓk3とＦＢトルク信号ＴFBと第１模擬トルク信号ＴFF1 と第２模擬トルク信号ＴFF2 とに基づいて実トルク指令Ｔref を提供するトルク合成部、１１は第２スイッチ信号Ｓk2と第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第２模擬位置信号θF2と第２模擬速度信号ωF2とに基づいて、フィードフォワード位置指令θＦとフィードフォワード速度指令ωＦとを提供するフィードフォワード指令合成部、１２は第４スイッチ信号Ｓk4と実応答信号θｍと実トルク指令Ｔref とに基づいて、第２模擬位置信号θF2と第２模擬速度信号ωF2と第２模擬トルク信号ＴFF2 とを提供する第２フィードフォワード制御部、１３は実指令信号θref と第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1とに基づいて第２スイッチ信号Ｓk2と第３スイッチ信号Ｓk3と第４スイッチ信号Ｓk4とを提供する上位制御部である。
このように、本発明の実施の形態の電動機制御装置によれば、指令信号θref を提供する指令発生器７と、機械システム５の状態量を観測して実応答信号θｍを提供する実観測器６と、実指令信号θref に基づいて機械システム５の特性を考慮し第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 とを提供する第１フィードフォワード制御部８と、実指令信号θref と第１模擬位置信号θF1および第１模擬速度信号ωF1とに基づいて第２スイッチ信号Ｓk2と第３スイッチ信号Ｓk3と第４スイッチ信号Ｓk4とを提供する上位制御部１３と、機械システム５の特性を考慮し第４スイッチ信号Ｓｋ４と実応答信号θｍと実トルク指令Ｔref とに基づいて第２模擬位置信号θF2と第２模擬速度信号ωF2と第２模擬トルク信号ＴFF2 とを提供する第２フィードフォワード制御部１２と、第２スイッチ信号Ｓk2と第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第２模擬位置信号θF2と第２模擬速度信号ωF2とに基づいてフィードフォワード位置指令θＦとフィードフォワード速度指令ωＦとを提供するフィードフォワード指令合成部１１と、フィードフォワード位置指令θＦとフィードフォワード速度指令ωＦと実応答信号θｍとに基づいてＦＢトルク信号ＴFBを提供するＦＢ制御部９と、スイッチ信号Ｓk3とＦＢトルク信号ＴFBと第１模擬トルク信号ＴFF1 と第２模擬トルク信号ＴFF2 とに基づいて実トルク指令Ｔref を提供するトルク合成部１０と、から構成されている。
実観測器６と指令発生器７とは従来装置のものと同一である。
θref は指令発生器７から生成された実指令信号である。θｍは実観測器６から生成された実応答信号である。
第１フィードフォワード制御部８は、実指令信号θref に基づいて、機械システム５の特性を考慮し、第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 とを提供するものであり、例えば、図３のように構成することができる。
【００１０】
図３において、８は第１フィードフォワード制御部で、第１フィードフォワード制御部８は、第１フィーフォワード制御系８ａと第１数値モデル８ｂとから構成されている。第１フィーフォワード制御系８ａは、実指令信号θref と第１模擬状態量θF1とに基づいて第１模擬トルク信号ＴFF1 を第１数値モデル８ｂ等に提供する。第１数値モデル８ｂは第１模擬トルク信号ＴFF1に基づいて第１模擬状態量を提供する。
第２フィードフォワード制御部１２は、第４スイッチ信号Ｓk4が立ち上がる時点で、実応答信号θｍと実トルク指令Ｔref とに基づいて、その内部状態量を設定し、第２模擬位置信号θF2と第２模擬速度信号ωF2と第２模擬トルク信号ＴFF2 とを提供するものであり、例えば、図４のように構成することができる。
図４に示すように、第２フィードフォワード制御部１２が、第２模擬状態量に基づいて第２模擬トルク信号を提供する第２フィーフォワード制御系１２ａと、第２模擬トルク信号に基づいて第２模擬状態量を提供する第２数値モデル１２ｂと、第４スイッチ信号Ｓk4が立ち上がる時点で第２数値モデル１２ｂの第２模擬状態量を設定する状態量設定部１２ｃと、から構成されている。
【００１１】
第２フィーフォワード制御系１２ａは、ＰＩＤ制御系のように構成すれば良い。
第２数値モデル１２ｂは、通常は、次のような計算を行う。
θF2（ｋ＋１）＝θF2（ｋ）＋ωF2（ｋ）＊ｔｓ   ・・・・（１）
ωF2（ｋ＋１）＝ωF2（ｋ）＋ＴFF２（ｋ）／Ｊｍ ・・・・（２）
ただし、第４スイッチ信号Ｓｋ４の立ち上がる時点においては、
θF2（ｋ＋１）＝θｍ（ｋ）      ・・・・（３）
ωF2（ｋ＋１）＝（θｍ（ｋ）−θｍ（ｋ−１））／ｔｓ＋Ｔref（ｋ）／Ｊｍ＊ｔｓ    ・・・・（４）
ような計算を行う。
ただし、ｔｓはサンプル時間、
ｋ＊ｔｓは時間、
Ｊｍはイナ―シャである。
フィードフォワード指令合成部１１は、通常、第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1とをフィードフォワード位置指令θＦとフィードフォワード速度指令ωＦとし、フィードバック制御系へ出力する。第２スイッチ信号Ｓk2が立ち上がった時、第２模擬位置信号θF2と第２模擬速度信号ωF2とをフィードフォワード位置指令θＦとフィードフォワード速度指令ωＦとし、フィードバック制御系へ出力する。
トルク合成部１０は、通常、ＦＢトルク信号ＴFBと第１模擬トルク信号ＴFF1との和を実トルク指令Ｔref として出力する。ただし、第３スイッチ信号Ｓｋ３の立ち上がり時は、第２模擬トルク信号ＴFF2 との和を実トルク指令Ｔref として出力する。
フィードバック制御部は従来のものでもよい。また、オブザーバを利用したフィードバック制御部でもよい。
上位制御部１３は、実指令信号θref と第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1とに基づいて第１スイッチ信号Ｓk1と第２スイッチ信号Ｓk2と第３スイッチ信号Ｓk3と第４スイッチ信号Ｓk4とを提供する。
【００１２】
上位制御部１３は次のように動作する。
Ｓｔｅｐ１．Ｓk2，Ｓk3，Ｓk4を０に設定する。
Ｓｔｅｐ２．第１模擬位置信号θF1と実指令信号θref との誤差が１０パルス以内に収束したかどうかを確認する。
Ｓｔｅｐ３．第１模擬位置信号θF1と実指令信号θref との誤差が１０パルス以内に収束した場合、Ｓk2，Ｓk3，Ｓk4を１に設定する。否であれば、Ｓｔｅｐ２に戻る。
Ｓｔｅｐ４．一定の時間後に、Ｓｔｅｐ１に戻る。
このように、第２フィードフォワード制御部１２と上位制御部１３の導入により、図７に示す応答特性を得られるので、従来の技術と比べて、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
また、第２フィードフォワード制御部１２と上位制御部１３の導入により、フィードフォワード制御部を構成する際に、実現困難な高次なモデルを利用しなくても、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
さらに、第２フィードフォワード制御部１２と上位制御部１３の導入により、低い次数のモデルでフィードフォワード制御部を構成することができるので、フィードフォワード制御部のゲイン設定が容易に実現できると共に、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
【００１３】
［実施の形態２］
以下、本発明の実施の形態２について詳細に説明する。
実施の形態２は複数のフィードフォワード制御部を導入するものである。
図１に示すフィードフォワード制御部の数を追加する具体的な構成は前記第１の実施の形態の記載から当業者に容易にできるので、その構成に関する記述は省略する。
そこで例えば、３つのフィードフォワード制御部を有する場合、まず、第１フィードフォワード制御部に通常動作を行なわせる。次に、第１フィードフォワード制御部が収束した時点で、実応答信号θｍと実トルク指令信号Ｔref とを用いて、第２のフィードフォワード制御部を動作させる。次に、第２のフィードフォワード制御部が収束した時点で、実応答信号θｍと実トルク指令信号Ｔref とを用いて、第３のフィードフォワード制御部を動作させる。第４、第５、・・・等のフィードフォワード制御部も同様にして動作させることができる。
以上の構成により、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を更に減少させることができる。
【００１４】
［実施の形態３］
以下、本発明の実施の形態３について詳細に説明する。
３つのフィードフォワード制御部を有する場合、まず、第１フィードフォワード制御部を通常動作させる。次に、第１フィードフォワード制御部が収束した時点で、実応答信号θｍとθF1との誤差が１００パルス以上であれば、実応答信号θｍと実トルク指令信号Ｔref とを用いて、第２のフィードフォワード制御部を動作させる。第１フィードフォワード制御部が収束した時点で、実応答信号θｍとθF1との誤差が、例えば、１００パルス以内であれば、実応答信号θｍと実トルク指令信号Ｔref とを用いて、第３のフィードフォワード制御部を動作させる。
このように、残留誤差の大きさに応じて、複数のフィードフォワード制御部から、適切なフィードフォワード指令を生成することができるので、オーバーシュートや残留振動をより効果的に減らすことができる。
【００１５】
［実施の形態４］
以下、本発明の実施の形態４について図２を参照しながら詳細に説明する。
図２は、本発明の実施の形態４の全体を示すブロック図である。
図２において、１は負荷機械、２はトルク伝達機構、３は電動機、４は動力変換回路であり、以上の負荷機械１〜動力変換回路４で機械システム５が構成されている。６は機械システム５の状態量を観測し、実応答信号θｍを提供する実観測器、７は指令信号θref を提供する指令発生器、１４はフィードフォワード位置指令θF1とフィードフォワード速度指令ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 と実応答信号θｍと、に基づいてトルク指令Ｔref を提供するフィードバック制御部、１５は実指令信号θref と第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1とに基づいて第１スイッチ信号Ｓk1を提供する上位制御部、１６は実指令信号θref と第１スイッチ信号Ｓk1とに基づいて、第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 とを提供するフィードフォワード制御部である。
このように、本発明の実施の形態に係る電動機制御装置は、実指令信号θref を提供する指令発生器７と、機械システム５の状態量を観測し実応答信号θｍを提供する実観測器６と、実指令信号θref に基づいて機械システム５の特性を考慮し第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 とを提供するフィードフォワード制御部１６と、第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 と実応答信号θｍとに基づいて実トルク指令Ｔref を提供するＦＢ制御部１４と、実指令信号θref と第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1との状況に応じてフィードフォワード制御部１６の状態量を設定し直しフィードフォワード制御部１６を再び起動するようにフィードフォワード制御部１６を制御する上位制御部１５と、から構成されている。
指令発生器７は従来装置のものと同一である。
ＦＢ制御部１４は前記のように構成すれば良い。
フィードフォワード制御部１６は図５のように構成されている。
図５に示すように、フィードフォワード制御部１６は、実指令信号θref と模擬状態量とに基づいて、第１模擬トルク信号ＴFF1を提供するフィードフォワード制御系１６ａと、第１模擬トルク信号ＴFF1 に基づいて、模擬状態量を提供する数値モデル１６ｂと、実応答信号θｍと実トルク指令Ｔref と第１スイッチ信号Ｓk1とに基づいて、数値モデル１６ｂの状態量を設定する状態量設定部１６ｃと、から構成されている。
フィーフォワード制御系１６ａは、ＰＩＤ制御系のように構成すれば良い。
数値モデル１６ｂは、通常は、次のような計算を行う。
θF1（ｋ＋１）＝θF1（ｋ）＋ωF1（ｋ）＊ｔｓ  ・・・（５）
ωF1（ｋ＋１）＝ωF1（ｋ）＋ＴFF1（ｋ）／Ｊｍ・・・（６）
ただし、第１スイッチ信号Ｓｋ１の立ち上がる時点では、
θF1（ｋ＋１）＝θｍ（ｋ）  ・・・（７）
ωF1（ｋ＋１）＝（θｍ（ｋ）−θｍ（ｋ−１））／ｔｓ＋Ｔref（ｋ）／Ｊｍ＊ｔｓ    ・・・（８）
ような計算を行う。
ただし、ｔｓはサンプル時間、
ｋ＊ｔｓは時間、
Ｊｍはイナ―シャである。
その後、（５）、（６）式の計算を行う。
上位制御部１５は、次のように動作する。
Ｓｔｅｐ１．Ｓk1を０に設定する。
Ｓｔｅｐ２．第１模擬位置信号θF1と実指令信号θref との誤差が１０パルス以内に収束したかどうかを確認する。
Ｓｔｅｐ３．第１模擬位置信号θF1と実指令信号θref との誤差が１０パルス以内に収束した場合、Ｓk1を１に設定する。否であれば、Ｓｔｅｐ２に戻る。
Ｓｔｅｐ４．一定の時間後に、Ｓｔｅｐ１に戻る。
このように、フィードフォワード制御系と数値モデルとを用いて、フィードフォワード制御部を構成することによって、数値モデルを構築する際に非線形特性などを考慮すれば、より簡単にフィードフォワード制御系を構成することができるので、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動をより効果的に減少させることができることとなる。
【００１６】
［実施の形態５］
上述した各実施の形態に示す、上位制御部１３と、第１フィードフォワード制御部８と、フィードフォワード指令合成部１１と、第２フィードフォワード制御部１２と、フィードバック制御部９と、そしてトルク合成部１０とを別々のプロセッサで構成するものである。
このように、別々のプロセッサで構成することによって、本電動機制御装置の計算時間を大幅に減らすことができるので、従来の電動機制御装置に現れる振動やオーバーシュートを防ぐことができると共に、より高速な制御性能を得られる。
【００１７】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、下記の効果が奏する。
１．  第２フィードフォワード制御部１２と上位制御部１３の導入により、図７に示す応答特性を得られるので、従来の技術と比べて、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
２．  第２フィードフォワード制御部１２と上位制御部１３の導入により、フィードフォワード制御部を構成する際に、実現困難な高次なモデルを利用しなくても、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
３．  第２フィードフォワード制御部１２と上位制御部１３の導入により、低い次数のモデルでフィードフォワード制御部を構成することができるので、フィードフォワード制御部のゲイン設定が容易に実現できると共に、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
４．  複数のフィードフォワード制御部を導入することによって、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を更に減少させることができる。
５．  フィードバック状態量の状況に応じて、一部のフィードフォワード制御部の状態量を設定し直し、複数のフィードフォワード制御部から一部のフィードフォワード制御部の状態量を選択する機能を持たせることによって、モデリング誤差の大きさなどを考慮しながら、適切なフィードフォワード信号をフィードバック側に提供することができる。よって、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を更に減少させることができる。
６．  最低限の計算量やソフト量で、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少させることが実現できる。
７．  フィードフォワード制御系と数値モデルとを用いて、フィードフォワード制御部を構成することによって、数値モデルを構築する際に非線形特性などを考慮すれば、より簡単にフィードフォワード制御系を構成することができるので、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動をより効果的に減少させることができる。
８．  複数のプロセッサで構成することによって、本電動機制御装置の計算時間を大幅に減らすことができるので、従来の電動機制御装置に現れる振動やオーバーシュートを防ぐことができると共に、より高速な制御性能を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の全体を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態４の全体を示すブロック図である。
【図３】図１の第１フィードフォワード制御部８の構成を示すブロック図である。
【図４】図１の第２フィードフォワード制御部１２の構成を示すブロック図である。
【図５】図２のフィードフォワード制御部１６の構成を示すブロック図である。
【図６】従来の技術による応答特性図である。
【図７】本発明の技術による応答特性図である。
【図８】従来の技術を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：負荷機械
２：伝達機構
３：電動機
４：動力変換回路
５：機械システム
６：実観測器
７：指令発生器
８：第１フィードフォワード制御部
８ａ：第１フィードフォワード制御系
８ｂ：第１数値モデル
９：フィードバック制御部
１０：トルク合成部
１１：フィードフォワード指令合成部
１２：第２フィードフォワード制御部
１２ａ：第２フィードフォワード制御系
１２ｂ：第２数値モデル
１２ｃ：状態量設定部
１３：上位制御部
１４：フィードバック制御部
１５：  上位制御部
１６：フィードフォワード制御部
１６ａ：フィードフォワード制御系
１６ｂ：数値モデル
１６ｃ：状態量設定部
２０：回転検出器
２１：フィードフォワード信号演算回路
２２：位置制御回路
２３：速度制御回路
２４：トルク制限回路
【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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