(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、トルク指令と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し、前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、
低域通過フィルタを有し、前記低域通過フィルタの遮断周波数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記低域通過フィルタに設定するものであって、前記速度指令を入力し前記低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度指令を出力する位相補償部と、
前記新たな速度指令と前記電動機の速度との差を入力し前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えた電動機制御装置。
【請求項２】
慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、トルク指令と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し、前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、
低域通過フィルタを有し、前記低域通過フィルタの時定数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記低域通過フィルタに設定するものであって、前記電動機の速度と前記トルク指令を入力し、前記低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度を出力する位相補償部と、
前記速度指令と前記新たな速度との差を入力し前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えた電動機制御装置。
【請求項３】
慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、トルク指令と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し、前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、
第１の低域通過フィルタを有し、前記第１の低域通過フィルタの遮断周波数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記第１の低域通過フィルタに設定するものであって、前記速度指令を入力し前記第１の低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度指令を出力する第１の位相補償部と、
第２の低域通過フィルタを有し、前記第２の低域通過フィルタの時定数を、前記速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記第２の低域通過フィルタに設定するものであって、前記電動機の速度と前記トルク指令を入力し、前記第２の低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度を出力する第２の位相補償部と、
前記新たな速度指令と前記新たな速度との差を入力し、前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えた電動機制御装置。
【請求項４】
慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、トルク指令と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、
低域通過フィルタを有し、前記低域通過フィルタの時定数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記低域通過フィルタに設定するものであって、前記電動機の速度と前記トルク指令を入力し、前記低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度を出力する位相補償部と、
速度指令と前記新たな速度との差を入力し前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えた電動機制御装置。
【請求項５】
慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記位置指令を入力し速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、トルク指令と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、
低域通過フィルタを有し、前記低域通過フィルタの遮断周波数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記低域通過フィルタに設定するものであって、前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号との和を入力し、前記低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度指令を出力する位相補償部と、
前記新たな速度指令と前記電動機の速度との差を入力し、前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えた電動機制御装置。
【請求項６】
慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記位置指令を入力し速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、トルク指令と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、
低域通過フィルタを有し、前記低域通過フィルタの時定数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記低域通過フィルタに設定するものであって、前記電動機の速度と前記トルク指令を入力し、前記低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度を出力する位相補償部と、
前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号との和と前記新たな速度との差を入力し、前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えた電動機制御装置。
【請求項７】
慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記位置指令を入力し速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、トルク指令と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、
第１の低域通過フィルタを有し、前記第１の低域通過フィルタの遮断周波数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記第１の低域通過フィルタに設定するものであって、前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号との和を入力し、前記第１の低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度指令を出力する第１の位相補償部と、
第２の低域通過フィルタを有し、前記第２の低域通過フィルタの時定数を、前記速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記第２の低域通過フィルタに設定するものであって、前記電動機の速度と前記トルク指令を入力し、前記第２の低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度を出力する第２の位相補償部と、
前記新たな速度指令と前記新たな速度との差を入力し前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えた電動機制御装置。
【請求項８】
慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記位置指令を入力し速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、前記位置指令を入力しトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード部と、トルク指令と前記トルクフィードフォワード信号との和と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、
低域通過フィルタを有し、前記低域通過フィルタの遮断周波数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記低域通過フィルタに設定するものであって、前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号との和を入力し、前記低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度指令を出力する位相補償部と、
前記新たな速度指令と前記電動機の速度との差を入力し、前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えた電動機制御装置。
【請求項９】
慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記位置指令を入力し速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、前記位置指令を入力しトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード部と、トルク指令と前記トルクフィードフォワード信号との和と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、
低域通過フィルタを有し、前記低域通過フィルタの時定数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記低域通過フィルタに設定するものであって、前記トルク指令と前記トルクフィードフォワード信号との和と前記電動機の速度とを入力し、前記低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度を出力する位相補償部と、
前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号との和と前記新たな速度との差を入力し、前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えた電動機制御装置。
【請求項１０】
慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記位置指令を入力し速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、前記位置指令を入力しトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード部と、トルク指令と前記トルクフィードフォワード信号との和と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、
第１の低域通過フィルタを有し、前記第１の低域通過フィルタの遮断周波数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記第１の低域通過フィルタに設定するものであって、前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号との和を入力し、前記第１の低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度指令を出力する第１の位相補償部と、
第２の低域通過フィルタを有し、前記第２の低域通過フィルタの時定数を、前記速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記第２の低域通過フィルタに設定するものであって、前記トルク指令と前記トルクフィードフォワード信号との和と前記電動機の速度とを入力し、前記第２の低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度を出力する第２の位相補償部と、
前記新たな速度指令と前記新たな速度との差を入力し、前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えた電動機制御装置。
【請求項１１】
速度フィードバック制御系を有し、機械的に締結された負荷を駆動する電動機を制御する電動機制御装置であって、
入力される速度指令に対して位相補償する第１の位相補償部、または入力される前記電動機の速度に対して位相補償する第２の位相補償部と、
前記電動機の速度に基づいて前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を算出する慣性変動抑制部と、を備え、
前記速度フィードバック系における速度ループゲインに応じて、前記第１の位相補償部または前記第２の位相補償部における位相補償値を自動的に調整すると共に、前記新たなトルク指令に応じて前記電動機を制御する電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機制御装置では、通常、図１５（ａ）に示すように、トルク（推力）制御部１７（制御系の詳細は図示せず）の外側に速度制御系２０を組み、速度制御系２０の外側に、位置制御部１５を有する位置制御系を組んでいる。速度制御系２０は、速度指令と電動機の速度との偏差に基づいてトルク（推力）指令を生成する速度制御部１６と、トルク（推力）制御部１７と、電動機１８と、ギヤ等の駆動部１９と、負荷１Ａと、電動機１８の位置を検出する位置検出部１Ｂと、位置検出部１Ｂからの位置信号に基づいて電動機速度を演算する速度演算部１Ｃとを備えている。なお、１０１，１０２は各信号の偏差を生成する減算器である。【０００３】
位置制御系の特性を安定させるためには、速度制御系２０の特性に変動がなく、安定している必要がある。
速度制御系２０を安定にするには、速度ゲインの変動がないことが必要であるが、速度ゲインの計算に必要な、電動機１８が駆動する負荷１Ａの慣性モーメント値が未知あるいは変動する場合がある。電動機１８の慣性モーメントは既知であるので、通常は電動機１８の電動機制御装置の速度制御系２０に慣性モーメント比を設定することで、負荷１Ａの慣性モーメント値を含めて速度ゲインを計算することが多い。【０００４】
電動機１８が取り付けられた機械の駆動部１９および負荷１Ａの回転軸換算（可動方向換算）の慣性モーメントをＪL、電動機の回転子慣性モーメント（可動子慣性質量）をＪmとすると、慣性モーメント（慣性質量）比Ｊratioは
Ｊratio＝ＪL／Ｊm                                    （１）
となる。【０００５】
ここまで、電動機として回転型モータで説明してきたがリニアモータでも説明内容は同じであるので、説明の都合上、慣性モーメント（慣性質量）のようにリニアモータ特有の言葉は（＊）で表現する。【０００６】
図１５（ａ）の速度制御系は図１５（ｂ）のように実現できる。図中、１／（Ｊｓ）のブロックは電動機を意味しており入力がトルクであり出力は電動機速度である。Ｊは負荷の慣性モーメント（慣性質量）ＪLと電動機の慣性モーメント（慣性質量）Ｊmの和である。【０００７】
慣性設定部のなかで慣性モーメント比を用いると、前向きゲインは（１）式から
Ｋv×Ｊm（１＋Ｊratio）＝Ｋv（Ｊm＋ＪL）＝Ｋv×Ｊ    （２）
となり、電動機まで入れた前向きゲインは
Ｋv×Ｊ（１／（Ｊｓ））＝Ｋv／ｓ                        （３）
となり、慣性モーメント比を正確に設定することで、速度ループゲインＫvを確定できる。ところが、負荷機械の慣性モーメントが未知な場合や既知であっても大きく変動する場合には、（３）式の分子のＪ（計算値）と分母のＪｓ（機械の物理量）が同じにならないため、速度ゲインＫvが規定値から変動してしまう。【０００８】
負荷の慣性モーメント（慣性質量）が未知な場合に慣性モーメント（慣性質量）比を同定する方法もあるが、微小移動時（例えば、１００パルス移動程度）は慣性モーメント（慣性質量）比が同定できず、制御系のゲインのバランスが悪くなり、制御系が不安定となり、制御系が発振することがあった。【０００９】
そこで、慣性モーメント（慣性質量）比を同定する代わりに外乱オブザーバを用いた外乱抑圧制御が考えられてきた。この制御を適用すれば慣性モーメントを同定することなしに、正しい慣性モーメント比（計算で求められた慣性モーメント比が実際の慣性モーメント比とほぼ一致するような慣性モーメント比）を設定した時と同等の制御性能が得られることが１０年程前から学会等に発表されている。例えば、磯貝  他、「電動機制御系に対するオブザーバの応用」第１９回ＳＩＣＥ学術講演会予稿集、１９８０年、ｐ．３７１−３７２では、２次系の同一次元外乱オブザーバで推定した電動機の外乱（外乱に相当する電流値として検出）を電流指令にフィードバックして、電動機に加わる外乱の影響を低減する「外乱抑圧制御系」を構成し、外乱の影響を低減する手法が提案されている。【００１０】
その後、大石  他、「状態観測器を用いた他励直流機の一制御法」電気学会論文誌、１９８４年、Ｂ４５  ｐ．３７３−３７９で、負荷トルクを推定するために、１次系の最小次元外乱オブザーバの構成方法が提案されている。【００１１】
また、Ｍ．Ｎａｋａｏ，et al、「A ROBUST DECENTRALIZED JOINT CONTROL BASED ON INTERFERENCE ESTIMATION」IEEE Trans. Industrial Electronics、１９８７年、ＩＥ−３４  ｐ．３２６−３３１では、１次系の最小次元外乱オブザーバを用いた外乱抑圧制御で慣性モーメントの変動による制御系の特性変動が低減できることが示され、負荷慣性モーメントが１．７倍変動しても制御系がロバスト（特性変動が少ないこと）という結果が得られており、宮下  他、「電動機のチューニングレス制御」、２０００年、ｐ．４７−５２では、１０倍の慣性モーメントの変動に対して制御系がロバストであることが示され、関連特許として特許文献１が出願されている。【００１２】
特許文献１は、モータトルクに比べて慣性が非常に大きい機械系を駆動する場合に、外乱オブザーバを使用して外乱抑圧制御を行うことで速度制御部からみた機械系の慣性モーメントを見かけ上、小さく制御することを特徴としている。【００１３】
【特許文献１】特開平１０−２４８２８６号公報
【特許文献２】特開２００２−２２９６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１には明記されていないが、前掲の宮下他の文献によると、従来の外乱抑圧制御方法では、慣性モーメント比で１０倍程度までしか制御性能が確保できないという問題があった。【００１５】
宮下他の文献と同様に、図１６に示すように１次の外乱オブザーバを用いて外乱抑圧制御を構成したものがある。これは、図１５の速度制御部１６とトルク（推力）制御部１７との間に、波線で示す慣性変動抑制部１３を追加したものである。この慣性変動抑制部１３は、電動機の速度とトルク（推力）指令に基づいて外乱要素を演算する外乱オブザーバ１０と、その出力にゲイン１２を掛けて推定外乱トルク（推力）としてトルク（推力）指令に加算し（加算器１０３）、新たなトルク（推力）指令として出力するトルク制御部１７とを備えている。【００１６】
このように慣性変動抑制部１３を用いて電動機の速度を計算機でシミュレーションした結果の例を図１７に示す。図１７のグラフ（ａ）は慣性モーメント比が０倍（モータ単体）時であり安定な応答となるようにゲインを調整している。このまま慣性モーメント比を１０倍にすると、図１７のグラフ（ｂ）の応答となり、モータ回転速度が加速から等速に変化した直後の波形や減速からゼロ速に変化した直後の波形に注目すると、０倍とほぼ同等の応答が保たれている。慣性モーメント比を２５倍にすると、図１７のグラフ（ｃ）に示すように、振動しており、制御系が不安定となっている。【００１７】
この例からわかるように、従来手法では、慣性モーメント比が１０倍程度までしか、安定に制御できないことがわかる。【００１８】
また、図１５(a)の通常の位置制御系や図１６に示す外乱抑圧制御を組み合わせた位置制御系において、位置ゲインを上限まであげた後で、さらに位置決め時間を短縮するためにフィードフォワードを追加することが多い。ここで、図１６を第１の従来技術の制御ブロック図とする。【００１９】
図２０は、第２の従来技術の制御ブロック図である。例えば、図のように、第１の従来技術である外乱抑圧制御を組み合わせた位置制御系に速度フィードフォワードを組み合わせることができる。図において、位置指令から速度ＦＦ部１Ｄを通して位置制御部１５の出力である速度指令に速度フィードフォワード信号を加算している。なお、以下の説明（特に図面）ではフィードフォワードをＦＦと略記することがある。通常、速度ＦＦ部１Ｄは、微分器や近似微分器（ローパスフィルタと微分器の組み合わせやハイパスフィルタで構成）を用いて構成する。【００２０】
第２の従来技術において、速度ＦＦ部１Ｄ内の速度ＦＦゲイン（図示せず）を９０％としたときの、位置決め動作時の応答（計算機シミュレーション結果）を図２１に示す。図において、速度制御部１６に正しい慣性モーメント（慣性質量）比を設定したときの電動機の速度波形と、速度制御部１６の設定はそのままとして、負荷慣性モーメント（慣性質量）が増えることで、慣性モーメント比が大きくなる場合（２倍、１０倍）の電動機の速度波形を示す。なお、位置指令速度とは、位置指令を微分した速度成分を意味している。位置制御系の応答に時間遅れがなければ、電動機の速度は位置指令速度に一致する。【００２１】
図１７の結果と比較すると、慣性モーメント比が０倍、２倍のときはフィードフォワードの効果で応答が速くなっているが、慣性モーメント比が１０倍のときは電動機速度が加速から等速度に変化した直後や減速からゼロ速度に変化した直後の波形が振動しており、制御系が不安定となっている。すなわち、速度ＦＦを適用すると慣性モーメント変動にロバストな範囲が１０倍から２倍程度まで悪化することがわかる。【００２２】
図２２は、第３の従来技術の制御ブロック図である。位置決め時間を短縮するために、図のように、第１の従来技術である外乱抑圧制御を組み合わせた位置制御系に、速度ＦＦとトルクＦＦを追加することも多い。図において、位置指令を入力する指令フィルタ部１Ｆの出力から速度ＦＦ部１Ｄを通して位置制御部１５の出力である速度指令に速度ＦＦ信号を加算するとともに、トルクＦＦ部１Ｅを通してトルク指令に加算している。トルクＦＦ部１Ｅは、微分器を２段直列に接続した２回微分器や近似微分器を２段直列にすることで実現できる。【００２３】
第３の従来技術において、速度ＦＦ部１Ｄ内の速度ＦＦ部内の速度ＦＦゲイン（図示せず）を１００％、トルクＦＦゲインを７０％としたときの位置決め動作時の応答（計算機シミュレーション結果）を図２３に示す。図において、速度制御部１６に正しい慣性モーメント（慣性質量）比を設定したときの電動機の速度波形と、速度制御部１６の設定はそのままとして、負荷慣性モーメント（慣性質量）が増えることで、慣性モーメント比が大きくなる場合（３倍、１０倍）の電動機の速度波形を示す。図１７の結果と比較すると、慣性モーメント比が０倍、３倍のときはフィードフォワードの効果で応答が速くなっているが、慣性モーメント比が１０倍のときは電動機速度が加速から等速度に変化した直後や減速からゼロ速度に変化した直後の波形が振動しており、制御系が不安定となっている。すなわち、速度ＦＦおよびトルクＦＦを適用すると慣性モーメント変動にロバストな範囲が１０倍から３倍程度まで悪化することがわかる。【００２４】
以上のように、慣性変動抑制部１３を適用した従来の位置制御系にフィードフォワードを適用すると、慣性モーメント変動に対してロバストな範囲が従来の１０倍から２から３倍程度まで大幅に悪化する大きな問題がある。慣性モーメントの許容変動範囲を大きくしようとすると、フィードフォワード効果を低減する必要があり、位置決め時間を短縮できず、また、位置決め時間を十分に短縮しようとすると、慣性モーメントの許容変動範囲が２から３倍程度であり、適用範囲が狭くなるため実用的ではなくなると言う大きな課題がある。【００２５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、大きな慣性モーメント比（慣性質量比）に対しても制御性能を確保することができる電動機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】
【００２６】
上記課題を解決するために、次のように構成したのである。
本発明の第１の構成は、慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、トルク指令と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し、前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、低域通過フィルタを有し、前記低域通過フィルタの遮断周波数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記低域通過フィルタに設定するものであって、前記速度指令を入力し前記低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度指令を出力する位相補償部と、前記新たな速度指令と前記電動機の速度との差を入力し前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えたものである。
【００２７】
本発明の第２の構成は、慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、トルク指令と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し、前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、低域通過フィルタを有し、前記低域通過フィルタの時定数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記低域通過フィルタに設定するものであって、前記電動機の速度と前記トルク指令を入力し、前記低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度を出力する位相補償部と、前記速度指令と前記新たな速度との差を入力し前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えたものである。
【００２８】
本発明の第３の構成は、慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、トルク指令と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し、前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、第１の低域通過フィルタを有し、前記第１の低域通過フィルタの遮断周波数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記第１の低域通過フィルタに設定するものであって、前記速度指令を入力し前記第１の低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度指令を出力する第１の位相補償部と、第２の低域通過フィルタを有し、前記第２の低域通過フィルタの時定数を、前記速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記第２の低域通過フィルタに設定するものであって、前記電動機の速度と前記トルク指令を入力し、前記第２の低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度を出力する第２の位相補償部と、前記新たな速度指令と前記新たな速度との差を入力し、前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えたものである。
【００２９】
本発明の第４の構成は、慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、トルク指令と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、低域通過フィルタを有し、前記低域通過フィルタの時定数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記低域通過フィルタに設定するものであって、前記電動機の速度と前記トルク指令を入力し、前記低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度を出力する位相補償部と、速度指令と前記新たな速度との差を入力し前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えたものである。
【００３０】
本発明の第５の構成は、慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記位置指令を入力し速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、トルク指令と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、低域通過フィルタを有し、前記低域通過フィルタの遮断周波数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記低域通過フィルタに設定するものであって、前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号との和を入力し、前記低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度指令を出力する位相補償部と、前記新たな速度指令と前記電動機の速度との差を入力し、前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えたものである。
【００３１】
本発明の第６の構成は、慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記位置指令を入力し速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、トルク指令と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、低域通過フィルタを有し、前記低域通過フィルタの時定数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記低域通過フィルタに設定するものであって、前記電動機の速度と前記トルク指令を入力し、前記低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度を出力する位相補償部と、前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号との和と前記新たな速度との差を入力し、前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えたものである。
【００３２】
本発明の第７の構成は、慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記位置指令を入力し速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、トルク指令と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、第１の低域通過フィルタを有し、前記第１の低域通過フィルタの遮断周波数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記第１の低域通過フィルタに設定するものであって、前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号との和を入力し、前記第１の低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度指令を出力する第１の位相補償部と、第２の低域通過フィルタを有し、前記第２の低域通過フィルタの時定数を、前記速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記第２の低域通過フィルタに設定するものであって、前記電動機の速度と前記トルク指令を入力し、前記第２の低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度を出力する第２の位相補償部と、前記新たな速度指令と前記新たな速度との差を入力し前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えたものである。
【００３３】
本発明の第８の構成は、慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記位置指令を入力し速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、前記位置指令を入力しトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード部と、トルク指令と前記トルクフィードフォワード信号との和と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、低域通過フィルタを有し、前記低域通過フィルタの遮断周波数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記低域通過フィルタに設定するものであって、前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号との和を入力し、前記低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度指令を出力する位相補償部と、前記新たな速度指令と前記電動機の速度との差を入力し、前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えたものである。
【００３４】
本発明の第９の構成は、慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記位置指令を入力し速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、前記位置指令を入力しトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード部と、トルク指令と前記トルクフィードフォワード信号との和と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、低域通過フィルタを有し、前記低域通過フィルタの時定数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記低域通過フィルタに設定するものであって、前記トルク指令と前記トルクフィードフォワード信号との和と前記電動機の速度とを入力し、前記低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度を出力する位相補償部と、前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号との和と前記新たな速度との差を入力し、前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えたものである。
【００３５】
本発明の第１０の構成は、慣性モーメントあるいは慣性質量が未知な機構を駆動する電動機の位置を検出する位置検出部と、前記位置検出部の出力を入力して前記電動機の速度を出力する速度演算部と、位置指令と前記電動機の位置との差を入力し速度指令を出力する位置制御部と、前記位置指令を入力し速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、前記位置指令を入力しトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード部と、トルク指令と前記トルクフィードフォワード信号との和と前記電動機の速度を入力し前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を出力する慣性変動抑制部と、前記新たなトルク指令を入力し前記電動機のトルクを制御するトルク制御部とを備えた電動機制御装置であって、第１の低域通過フィルタを有し、前記第１の低域通過フィルタの遮断周波数を、速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記第１の低域通過フィルタに設定するものであって、前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号との和を入力し、前記第１の低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度指令を出力する第１の位相補償部と、第２の低域通過フィルタを有し、前記第２の低域通過フィルタの時定数を、前記速度ループゲインを独立変数とする多項式で計算して前記第２の低域通過フィルタに設定するものであって、前記トルク指令と前記トルクフィードフォワード信号との和と前記電動機の速度とを入力し、前記第２の低域通過フィルタに基づいて位相を進めた新たな速度を出力する第２の位相補償部と、前記新たな速度指令と前記新たな速度との差を入力し、前記トルク指令を出力する速度制御部とを備えたものである。
【００３６】
本発明の第１１の構成は、速度フィードバック制御系を有し、機械的に締結された負荷を駆動する電動機を制御する電動機制御装置であって、入力される速度指令に対して位相補償する第１の位相補償部、または入力される前記電動機の速度に対して位相補償する第２の位相補償部と、前記電動機の速度に基づいて前記電動機の外乱を推定し新たなトルク指令を算出する慣性変動抑制部と、を備え、前記速度フィードバック系における速度ループゲインに応じて、前記第１の位相補償部または前記第２の位相補償部における位相補償値を自動的に調整すると共に、前記新たなトルク指令に応じて前記電動機を制御するものである。
【発明の効果】
【００４５】
第１の構成の発明によると、サーボパラメータを変更することなしに、負荷慣性モーメントの変動範囲が従来例の１．５倍にひろがっても慣性モーメント比の設定が不要で、サーボ性能を確保することができる。また、位相補償部中の低域通過フィルタ遮断周波数を速度ループゲインの関数として自動的に変更することで、サーボ性能の変化をきにすることなく速度ループゲインを可変できる効果がある。
【００４６】
第２の構成の発明によると、負荷慣性モーメントの変動範囲が従来例の２．５倍に広がっても、慣性モーメント比の設定が不要で、サーボ性能を確保することができる。また、第１の構成の発明とくらべ、位置決め時間を短縮できる効果もある。また、位相補償部中の低域通過フィルタの時定数を速度ループゲインの関数として自動的に変更することで、サーボ性能の変化を気にすることなく速度ループゲインを可変できる効果がある。
【００４７】
第３の構成の発明によると、負荷慣性モーメントの変動範囲が従来例の３倍にひろがっても、慣性モーメント比の設定が不要で、サーボ性能を確保することができる。【００４８】
また、慣性変動に対して、正確な慣性モーメント比を設定した場合と同じ応答波形となるので、慣性モーメント比がことなる複数軸での軌跡制御で、軌跡のズレが少ない動作ができる効果もある。また、位相補償部中の低域通過フィルタの時定数を速度ループゲインの関数として自動的に変更することで、サーボ性能の変化を気にすることなく速度ループゲインを可変できる効果がある。また、位相補償部中の低域通過フィルタ遮断周波数を速度ループゲインの関数として自動的に変更することで、サーボ性能の変化をきにすることなく速度ループゲインを可変できる効果がある。
【００５１】
第４の構成の発明によると、電動機制御装置が速度制御装置として動作する場合においても、サーボパラメータを変更することなしに、電動機制御装置が位置制御装置として動作する場合と同様の効果がある。
【００５２】
また、電動機制御装置が速度制御装置として動作する場合においても、位相補償部中の低域通過フィルタの時定数を速度ループゲインの関数として自動的に変更することで、サーボ性能の変化を気にすることなく速度ループゲインを可変できる効果がある。
【００５３】
第５，６，７の構成の発明によると、位置制御系に速度フィードフォワードを適用した場合、ロバスト範囲の確保と応答の高速化の両立という、従来技術では達成できなかった課題が解決できるという大きな効果がある。また、第５または７の構成の発明によると、位相補償部中の低域通過フィルタ遮断周波数を速度ループゲインの関数として自動的に変更することで、サーボ性能の変化をきにすることなく速度ループゲインを可変できる効果がある。また、第６または７の構成の発明によると、位相補償部中の低域通過フィルタの時定数を速度ループゲインの関数として自動的に変更することで、サーボ性能の変化を気にすることなく速度ループゲインを可変できる効果がある。
【００５４】
第８，９，１０の構成の発明によると、位置制御系に速度フィードフォワードとトルクフィードフォワードを適用した場合、ロバスト範囲の確保と応答の高速化の両立という、従来技術では達成できなかった課題が解決できるという大きな効果がある。また、第８または１０の構成の発明によると、位相補償部中の低域通過フィルタ遮断周波数を速度ループゲインの関数として自動的に変更することで、サーボ性能の変化をきにすることなく速度ループゲインを可変できる効果がある。また、第９または１０の構成の発明によると、位相補償部中の低域通過フィルタの時定数を速度ループゲインの関数として自動的に変更することで、サーボ性能の変化を気にすることなく速度ループゲインを可変できる効果がある。
【００５５】
第１１の構成の発明によると、上記した第１乃至１０の構成の発明の効果のうち、少なくとも１つの効果を奏することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例１の制御ブロック図である。
【図２】実施例１における慣性変動抑制部の一例を示す制御ブロック図である。
【図３】実施例１における慣性変動抑制部の他の例を示す制御ブロック図である。
【図４】実施例１における慣性変動抑制部のさらに他の例を示す制御ブロック図である。
【図５】実施例１における位相補償部の制御ブロック図である。
【図６】実施例１における１次外乱オブザーバと位相進めフィルタを併用した位置制御系の応答を示すグラフである。
【図７】実施例１における１次外乱オブザーバと位相進めフィルタを併用した位置制御系の位置決め時間を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例２の制御ブロック図である。
【図９】実施例２における１次外乱オブザーバと位相補償速度オブザーバを併用した位置制御系の位置決め時間を示すグラフである。
【図１０】実施例２における外乱オブザーバと位相補償速度オブザーバと低域通過フィルタを併用した位置制御系の応答を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例３の制御ブロック図である。
【図１２】実施例３における外乱オブザーバと位相補償速度オブザーバと位相進めフィルタを併用した位置制御系の応答を示すグラフである。
【図１３】実施例３における１次外乱オブザーバと位相補償速度オブザーバを併用したときの速度ループゲインと位相補償速度オブザーバ低域通過フィルタ時定数の関係を示すグラフである。
【図１４】実施例３における２次外乱オブザーバと位相補償速度オブザーバを併用したときの速度ループゲインと位相補償速度オブザーバ低域通過フィルタ時定数の関係を示すグラフである。
【図１５】一般的な電動機の位置制御系のブロック図である。
【図１６】第１の従来技術の制御ブロック図である。
【図１７】第１の従来技術において１次外乱オブザーバを適用した位置制御系の応答を示すグラフである。
【図１８】実施例１における１次外乱オブザーバと位相進めフィルタを併用したときの速度ループゲインと位相進めフィルタ低域通過フィルタ遮断周波数の関係を示すグラフである。
【図１９】実施例１における２次外乱オブザーバと位相進めフィルタを併用したときの速度ループゲインと位相進めフィルタ低域通過フィルタ遮断周波数の関係を示すグラフである。
【図２０】第２の従来技術の制御ブロック図である。
【図２１】第２の従来技術において速度ＦＦを適用した位置制御系の応答を示すグラフである。
【図２２】第３の従来技術の制御ブロック図である。
【図２３】第３の従来技術において速度ＦＦとトルクＦＦを適用した位置制御系の応答を示すグラフである。
【図２４】本発明の実施例９の制御ブロック図である。
【図２５】実施例９における速度ＦＦを適用した位置制御系の応答を示すグラフである。
【図２６】本発明の実施例１０の制御ブロック図である。
【図２７】実施例１０における速度ＦＦとトルクＦＦを適用した位置制御系の応答を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１０    外乱オブザーバ
１１    低域通過フィルタ
１２    ゲイン
１３    慣性変動抑制部
１４    位相補償部
１５    位置制御部
１６    速度制御部
１７    電動機のトルク（推力）制御部
１８    電動機
１９    駆動部
２０    速度制御系
１Ａ    負荷
１Ｂ    位置検出部
１Ｃ    速度演算部
１Ｄ    速度フィードフォワード部
１Ｅ    トルクフィードフォワード部
１Ｆ    指令フィルタ部
２１    オブザーバゲイン
２２    オブザーバ積分ゲイン
２３    慣性モーメント（慣性）補正部
２４    積分演算部
３１    オブザーバゲイン
４１    オブザーバゲイン
４２    オブザーバゲイン
５１    低域通過フィルタ
５２    高域通過フィルタ
６１    位相補償部
６２    制御対象のモデル
６３    制御器
６４    低域通過フィルタ
１０１  減算器
１０２  減算器
１０３  加算器
１０４  減算器
２０８  加算器
２０９  減算器
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
以下、本発明に係る電動機制御装置の具体的実施例を、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００６０】
図１は、本発明の実施例１の構成を示す制御ブロック図である。
図１において、本実施例１の電動機制御装置は、位置指令と電動機位置との偏差に基づいて速度指令を出力する位置制御部１５と、速度指令の位相補償を行う位相補償部１４と、位相補償された速度指令と電動機の速度との偏差に基づいてトルク（推力）指令を生成する速度制御部１６と、慣性変動抑制部１３と、トルク（推力）制御部１７と、電動機１８と、ギヤ等の駆動部１９と、負荷１Ａと、電動機１８の位置を検出する位置検出部１Ｂと、位置検出部１Ｂからの位置信号に基づいて電動機速度を演算する速度演算部１Ｃとを備えている。慣性変動抑制部１３は、電動機の速度とトルク（推力）指令に基づいて外乱要素を演算する外乱オブザーバ１０と、その出力の高調波雑音を除去する低域通過フィルタ１１と、その出力にゲイン１２を掛けて推定外乱トルク（推力）としてトルク（推力）指令に加算し、新たなトルク（推力）指令として出力する加算器１０３とを備えている。【００６１】
以上の構成の電動機制御装置においては、パワーアンプ（図示せず）を含んだ電動機のトルク（推力）制御部１７で電動機１８を駆動する。電動機１８は機構（図示せず）の駆動部１９を駆動するので、電動機が回転型モータの場合、電動機１８の慣性モーメントに負荷１Ａとなる機械の慣性モーメントが追加になる。電動機がリニアモータの場合、リニアモータの慣性質量に負荷１Ａとなる機械の慣性質量が追加になる。以下、回転型モータとリニアモータを含めて電動機と呼ぶ（区別する場合は、回転型モータあるいはリニアモータと呼ぶ）。【００６２】
また以降は回転型モータを例にして説明をするが、トルクを推力に置き換えれば、リニアモータの場合も全く同様に実施できる。リニアモータでの言葉の置き換えは「トルク（推力）」のように（  ）を付けて表現する。【００６３】
電動機１８の位置をエンコーダやリニアスケール等の位置検出部１Ｂにて検出し、位置検出部１Ｂの出力を速度演算部１Ｃに入力することで、検出した位置から速度を演算する。速度演算部１Ｃは、微分器等を用いればよい。【００６４】
本発明では、従来技術の問題を解決するため、下記のように通常の速度制御系に慣性変動抑制部１３と位相補償部１４とを組み合わせる。
速度指令を位相補償部１４に入力し、位相補償部１４の出力を新たな速度指令とする。【００６５】
新たな速度指令と速度フィードバック信号の差を速度制御部１６に入力し、速度制御部１６の出力は慣性変動抑制部１３に入力する。
慣性変動抑制部１３の出力をトルク（推力）指令として、電動機のトルク（推力）制御部１７に入力することで速度制御系が構成できる。
また、位置検出部１Ｂの出力と位置指令の差を位置制御部１５に入力し、位置制御部１５の出力を速度指令とすることで位置制御系が構成できる。【００６６】
図１に示すように、慣性変動抑制部１３は、電動機速度を外乱オブザーバ１０に入力し、外乱オブザーバ１０の出力を低域通過フィルタ１１に入力し、低域通過フィルタ１１の出力にゲイン１２をかけた出力と前記速度制御部１６の出力であるトルク（推力）指令とを加算し、加算した出力を新たなトルク（推力）指令として前記外乱オブザーバ１０に入力するとともに電動機のトルク（推力）制御部１７に入力する。低域通過フィルタ１１は、通常は必要ないが、ノイズが多い環境でノイズフィルタとして機能させる。【００６７】
外乱オブザーバ１０は公知の外乱オブザーバにて構成することができる。例えば、図２に示すように２次外乱オブザーバで構成すればよい。
図２の外乱オブザーバ１０では、電動機の速度と積分演算部２４の出力との偏差にオブザーバゲイン２１およびオブザーバ積分ゲイン２２が乗じられ、それらの出力の和と、慣性モーメント（慣性質量）補正部２３の出力との和が積分演算部２４により積分され、電動機の速度との差をとって帰還される。図中２０１は減算器、２０２，２０３は加算器である。【００６８】
あるいは図３に示すように１次外乱オブザーバで構成すればよい。
図３の外乱オブザーバ１０では、電動機の速度と積分演算部２４の出力との偏差にオブザーバゲイン３１が乗じられ、その出力と慣性モーメント（慣性質量）補正部２３の出力との和が積分演算部２４により積分され、電動機の速度との差をとって帰還される。【００６９】
あるいは図４に示すように別の１次外乱オブザーバで構成すればよい。
図４の外乱オブザーバ１０では、電動機の速度にオブザーバゲイン４１が乗じられ、その出力と新たなトルク（推力）指令との和に積分演算部２４の出力を減じたものにオブザーバゲイン４２を乗じたものが、積分演算部２４に入力される。積分演算部２４の出力とオブザーバゲイン４１の出力との差が、低域通過フィルタ１１に出力される。図中２０５は加減算器、２０６は減算器である。【００７０】
第１の実施例での位相補償部や第３の実施例での第１の位相補償部の目的は、特定の周波数範囲だけ位相を進めることにあり、低域通過フィルタのみでは位相が進まず、高域通過フィルタのみでは必要のない低周波数帯まで位相が進んでしまい、また、高域通過フィルタでは、本来速度ループゲインや速度積分で補償される低周波数帯のゲインが下がってしまう。よって、位相補償部１４は、例えば、図５に示すように、低域通過フィルタ５１と高域通過フィルタ５２を併設し、それぞれの出力を加算器２０７で加算して出力する構成の、位相進めフィルタを用いた制御ブロックとすればよい。【００７１】
一般的には、位相進めフィルタの伝達関数Ｇ（ｓ）は（８）式で表され、低域通過フィルタの時定数Ｔ１と高域通過フィルタの時定数Ｔ２の関係が、１／Ｔ２＜１／Ｔ１の条件となるように各時定数を調整する、すなわち低域通過フィルタの遮断周波数ω１（＝１／Ｔ１）と高域通過フィルタの遮断周波数ω２（＝１／Ｔ２）の関係がω２＜ω１となるように各遮断周波数を調整することにより位相遅れを改善できる。逆の条件であれば、位相遅れフィルタとなり位相進め効果がなくなってしまう。
Ｇ（ｓ）＝（１＋ｓＴ２）／（１＋ｓＴ１）
＝１／（１＋ｓＴ１）＋ｓＴ２／（１＋ｓＴ１）
＝ω１／（ω１＋ｓ）＋Ｔ２ω１ｓ／（ω１＋ｓ）        （８）
また、位相進めフィルタの構成として、次式（９）のように書くことも可能である。
Ｇ（ｓ）＝ω１／（ω１＋ｓ）＋Ｔ１ω２ｓ／（ω２＋ｓ）        （９）
このとき、低域通過フィルタ５１の遮断周波数を高域通過フィルタ５２の遮断周波数より大きくすることで位相進めフィルタとなる。【００７２】
１次外乱オブザーバで慣性変動抑制部を構成し位相進めフィルタを位相補償部とした時の計算機シミュレーション結果を図６に示す。
図６は、速度制御部に正しい慣性モーメント（慣性質量）比を設定したときの電動機の速度と本実施例の構成で慣性モーメント（慣性質量）比が０倍，５倍，１０倍，１５倍のときの電動機の速度である（計算機シミュレーション結果）。これらの図で電動機の速度が加速から等速に変化した直後の波形や減速からゼロ速に変化した直後の波形（図中、楕円で囲んだ部分）を比較すると、慣性モーメント（慣性質量）比が０倍，５倍，１０倍，１５倍のときのすべてのグラフが重なっており、ほぼ同じ応答となっている。【００７３】
すなわち、本実施例では慣性モーメント（慣性質量）比が１５倍までは補償できることになり、従来例よりもロバスト性が１．５倍に向上している。
したがって、本実施例では、従来例よりも広い慣性モーメント（慣性質量）比まで制御系を安定化でき、位置決め応答は負荷によらず一定となる。
【実施例２】
【００７４】
実施例１では、制御系の安定性が向上でき、安定な慣性モーメント（慣性質量）比が広がっているが、位置制御系内にフィルタを入れるため、応答が遅くなる課題がある。図７に、例えば、慣性モーメント（慣性質量）比が１５倍時で、実施例１の制御を行った場合と慣性モーメント（慣性質量）比が０倍時の位置決め応答を示す。図７は位置決め時間を比較した結果であり、位置偏差波形が０になる時間を比較すると、慣性モーメント（慣性質量）比に正しい値を設定したときと比較して位置決め時間が延びていることがわかる。また、慣性モーメント（慣性質量）比が大きくなるほど位置決め時間が延びていることがわかる。【００７５】
この課題を解決するためには、位相補償部として、例えば、本出願人による特開２００２−２２９６０５号公報（特許文献２）記載の速度オブザーバを用いて図８に示すような制御ブロックとすればよい。【００７６】
図８（ａ）に示す実施例２においては、図１に示す実施例１の構成の位相補償部１４の代わりに、トルク（推力）指令と電動機の速度とに基づいて位相補償を行う位相補償部６１を設けている。すなわち、速度演算部１Ｃの出力を位相補償部６１と慣性変動抑制部１３内の外乱オブザーバ１０に入力し位相補償部６１の出力（電動機の推定速度）を新たな速度フィードバック信号とする。位相補償部６１は、図８（ｂ）に示すように、トルク（推力）指令を制御対象のモデル６２に入力し、その出力を低域通過フィルタ６４に通して位相補償信号を生成し、電動機の速度との偏差を制御器６３を通してトルク（推力）指令を入力している加算器２０８にフィードバックする。図中２０８は加算器、２０９は減算器である。【００７７】
図８（ａ）に戻って、速度指令と新たな速度フィードバック信号の差を減算器１０４で生成して速度制御部１６に入力し、速度制御部１６の出力は位相補償部６１と慣性変動抑制部１３に入力する。
慣性変動抑制部１３の出力を新たなトルク（推力）指令として、電動機のトルク（推力）制御部１７に入力することで速度制御系が構成できる。特許文献２で説明しているように、この速度オブザーバは、速度を推定するだけでなく位相を進めることができるので、速度制御系の位相を進めることで位置制御系の位相余裕を改善できる。このため応答が安定化し、慣性変動範囲を広げることができる。【００７８】
図９は、速度制御部１６に正しい慣性モーメント（慣性質量）比を設定したときの電動機の速度と本実施例２の速度制御部で慣性モーメント（慣性質量）比が０倍，２５倍のときの電動機の位置偏差波形である（計算機シミュレーション結果）。０倍と２５倍のグラフが重なっていることから、慣性モーメント比が０倍時と２５倍時で位置決め時間がほぼ同じになる効果が確認できる。
また、正しい慣性モーメント（慣性質量）比を速度演算部に設定したときよりも位置決め時間が短くなっている。【００７９】
すなわち、本実施例では、従来例よりも広い慣性モーメント（慣性質量）比まで制御系を安定化でき、位置決め応答は負荷によらず一定で、かつ正しい慣性モーメント比（慣性質量）を設定したときよりも位置決め時間を短縮できる効果がある。
【実施例３】
【００８０】
実施例２の構成は、速度制御系に正しい慣性モーメント（慣性質量）比を設定したときよりも、常に応答が速くなり、位置決め動作等には、好適である。
しかし、軌跡制御動作では、例えばＸとＹの２軸の動作をバランスする必要があり、１軸のみ応答が速すぎると軌跡精度は良くならない。この場合は、正しい慣性モーメント（慣性質量）比を設定した時と同じ応答が必要である。【００８１】
通常は、実施例２の構成で応答を若干遅く調整するため、位置指令に低域通過フィルタを用いれば良いように考えがちであるが、こうすると図１０に示すように、慣性モーメント（慣性質量）比を合わせた場合の応答と位置決め時間をあわせても、応答全体の波形がずれてしまい同じ応答が実現できない。【００８２】
この課題を解決するためには、ロバストな性質をもちながら、応答が若干遅れる補償方法が不可欠と考え、実施例１の位相補償部と実施例２の位相補償部を組み合わせる発想にいたった。
具体的には図１１に示すように、通常の速度制御系に慣性変動抑制部１３と第１の位相補償部１４（実施例１の位相補償部１４と同じ）および第２の位相補償部６１（実施例２の位相補償部６１と同じ）とを組み合わせる。【００８３】
速度指令を第１の位相補償部１４に入力し、第１の位相補償部１４の出力を新たな速度指令とする。
第２の位相補償部６１の出力を新たな速度フィードバック信号とし、新たな速度指令と新たな速度フィードバック信号の差を速度制御部１６に入力し、速度制御部１６の出力を慣性変動抑制部１３と第２の位相補償部６１に入力する。
慣性変動抑制部１３の出力を新たなトルク（推力）指令として、電動機のトルク（推力）制御部１７に入力することで速度制御系が構成できる。
なお、第１の位相補償部は、第１の実施例と同様に図５のように構成すれば良く、第２の位相補償部は実施例２と同様に図８（ｂ）のように構成すれば良い。【００８４】
図１２は、速度制御部１６に正しい慣性モーメント（慣性質量）比を設定したときの電動機の速度と本実施例の構成で慣性モーメント（慣性質量）比が０倍，１５倍，２５倍，３０倍のときの電動機の速度である（計算機シミュレーション結果）。これらの図で電動機の速度が加速から等速に変化した直後の波形や減速からゼロ速に変化した直後の波形（図中、楕円で囲んだ部分）を比較すると、すべてのグラフが重なっており、ほぼ同じ応答となっている。すなわち、第１と第２の２つの位相補償部を組み合わせたことにより、応答は正しい慣性モーメント（慣性質量）比を設定したときとほぼ同じで、なおかつ慣性変動に対するロバスト範囲が３０倍までに広がっている。【００８５】
本実施例では、従来例の１０倍よりも広い３０倍の慣性モーメント（慣性質量）比まで制御系を安定化でき、位置決め応答は負荷によらず正しい慣性モーメント（慣性質量）比を設定したときと同等にできる効果がある。
【実施例４】
【００８６】
実施例２で説明したように制御系に慣性モーメント（慣性質量）比を設定することなしに図８（ａ）に示すように慣性変動抑制部１３と位相補償部６１だけで慣性変動を抑制できる。このとき、速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）を上げると位相補償部６１で補償すべき位相にずれが生じるため、振動が発生するようになる。そのため、位相補償部６１の補償する位相を速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）に応じて再調整する必要がある。【００８７】
例えば、特許文献２に記載されたような速度オブザーバを位相補償とする場合、図８（ｂ）に示すように、速度オブザーバの低域通過フィルタ６４の時定数で補償する位相の量を設定している。この低域通過フィルタ６４の時定数をシミュレーションや実機試験により決定すると図１３や図１４で示すようなグラフを描くことができる。図において、○印は実測データであり、破線は実測データを補間する近似式を描いたものである。【００８８】
また、このグラフをもとにすると、例えば１次外乱オブザーバでは図１３より（４）式のような１次関数で近似式を決定することができる。速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）の設定値に応じて速度オブザーバの低域通過フィルタ時定数ＬＰＦを設定すればよい。
ＬＰＦ＝ａ×Ｋv＋ｂ                              （４）【００８９】
また、２次外乱オブザーバでは図１４に示すように（５）式の２次関数で近似することができる。
ＬＰＦ＝ａ×Ｋv2＋ｂ×Ｋv＋ｃ                      （５）
よって、これらの近似式を使用することで、例えば、速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）を変更した場合に、上記関数によって速度オブザーバの低域通過フィルタ６４の時定数を変更することができ、位相の補償値を自動的に再調整することが可能となる。
【実施例５】
【００９０】
例えば、実施例３で第２の位相補償部６１を特許文献２のような速度オブザーバとする場合も実施例４と同様に、図８（ｂ）に示す第２の位相補償部６１である速度オブザーバの低域通過フィルタ６４の時定数を速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）に応じて変更しなくてはならない。【００９１】
速度オブザーバの低域通過フィルタ６４の時定数をシミュレーションや実機試験により決定すると図１３や図１４で示すようなグラフを描くことができる。図において、○印は実測データであり、破線は実測データを補間する近似式を描いたものである。
補間近似式は、実施例４と同様に、例えば１次外乱オブザーバでは図１３の１次関数で速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）Ｋvから速度オブザーバの低域通過フィルタ時定数ＬＰＦを決定すれば良い。
また、２次外乱オブザーバでは図１４の２次関数で、速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）Ｋvから速度オブザーバの低域通過フィルタ時定数ＬＰＦは決定すれば良い。【００９２】
よって、これらの近似式を使用することで、例えば、速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）を変更した場合に、上記関数によって速度オブザーバの低域通過フィルタ６４の時定数を変更することができ、位相の補償値を自動的に再調整することが可能となる。【００９３】
また、第１の位相補償部１４も第２の位相補償部と同じようにシミュレーションや実機試験により低域通過フィルタ５１と高域通過フィルタ５２の時定数を速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）Ｋvの関数で決定することができる。よって、これらの近似式を使用することで、例えば、速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）を変更した場合に、位相の補償値を自動で再調整することが可能となる。
【実施例６】
【００９４】
実施例１で説明したように制御系に慣性モーメント（慣性質量）比を設定することなしに図１に示すように慣性変動抑制部１３と位相補償部１４だけで慣性変動を抑制できる。このとき、速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）を上げると位相補償部１４で補償すべき位相にずれが生じるため、振動が発生するようになる。そのため、位相補償部１４の補償する位相を速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）に応じて再調整する必要がある。【００９５】
例えば、位相進めフィルタを位相補償部１４とする場合、図５に示すように、低域通過フィルタ５１と高域通過フィルタ５２の遮断周波数で補償する位相の量を設定している。この低域通過フィルタ５１の遮断周波数をシミュレーションや実機試験により決定すると図１８や図１９で示すようなグラフを描くことができる。図において、○印は実測データであり、破線は実測データを補間する近似式を描いたものである。【００９６】
また、このグラフをもとにすると、例えば１次外乱オブザーバでは図１８より（６）式のような２次関数で近似式を決定することができる。速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）の設定値に応じて位相進めフィルタの低域通過フィルタの遮断周波数ｆｃを設定すればよい。
ｆｃ＝ａ×Ｋv2＋ｂ×Ｋv＋ｃ                      （６）【００９７】
また、２次外乱オブザーバでは図１９に示すように（７）式の１次関数で近似することができる。
ｆｃ＝ａ×Ｋv＋ｂ                                （７）
よって、これらの近似式を使用することで、例えば、速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）を変更した場合に、上記関数によって位相進めフィルタの低域通過フィルタ５１の遮断周波数を変更することができ、位相の補償値を自動的に再調整することが可能となる。
【実施例７】
【００９８】
例えば、実施例３で第１の位相補償部１４を位相進めフィルタとする場合も実施例６と同様に、図５に示す第１の位相補償部１４である位相進めフィルタの低域通過フィルタ５１の遮断周波数を速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）に応じて変更しなくてはならない。【００９９】
位相進めフィルタの低域通過フィルタ５１の遮断周波数をシミュレーションや実機試験により決定すると図１８や図１９で示すようなグラフを描くことができる。図において、○印は実測データであり、破線は実測データを補間する近似式を描いたものである。
補間近似式は、実施例６と同様に、例えば１次外乱オブザーバでは図１８の２次関数で速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）Ｋvから位相進めフィルタの低域通過フィルタの遮断周波数ｆｃを決定すれば良い。
また、２次外乱オブザーバでは図１９の１次関数で、速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）Ｋvから位相進めフィルタの低域通過フィルタの遮断周波数ｆｃは決定すれば良い。【０１００】
よって、これらの近似式を使用することで、例えば、速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）を変更した場合に、上記関数によって位相進めフィルタの低域通過フィルタ５１の遮断周波数を変更することができ、位相の補償値を自動的に再調整することが可能となる。
【実施例８】
【０１０１】
これまで、電動機制御装置が主に位置制御装置として動作することを前提に説明した。実施例８では、電動機制御装置が速度制御装置として動作する場合においても、電動機制御装置が位置制御装置として動作する場合と同様な効果があることを説明する。なお、第４の構成の発明は、電動機制御装置が速度制御装置として動作する場合のものである。
【０１０２】
実施例２で説明した図８（ａ）の構成において、位置検出部１Ｂの出力と位置指令の差を位置制御部１５に入力し位置制御部１５の出力を速度指令として構成している位置制御系を除けば、電動機制御装置が速度制御装置として動作することは周知である。
この時、トルク（推力）指令と電動機の速度とに基づいて位相補償を行う位相補償部６１を設け、速度演算部１Ｃの出力を位相補償部６１と慣性変動抑制部１３内の外乱オブザーバ１０に入力し、位相補償部６１の出力（電動機の推定速度）を新たな速度フィードバック信号とした構成としているので、電動機制御装置が位置制御装置として動作する場合と速度制御装置として動作する場合とでは、この構成は変わらない。
よって、電動機制御装置が速度制御装置として動作する場合においても、大きな慣性モーメント比（慣性質量比）に対しても制御性能を確保することができる。【０１０３】
なお、電動機制御装置が速度制御装置として動作する場合、同符号の各部の作用および効果は、電動機制御装置が位置制御装置として動作する場合の説明での同符号の各部の作用および効果と同じなため、説明を省略する。
【実施例９】
【０１０４】
本実施例では、第２の従来技術で説明したように、速度ＦＦを備えた位置制御系での課題を解決する本発明の実施例を説明する。図２４は、本発明の実施例９制御ブロック図であり、図１１に示す第３の実施例の構成に速度フィードフォワードを追加した構成である。【０１０５】
図１１と同様に、通常の速度制御系に慣性変動抑制部１３と第１の位相補償部１４（実施例１の位相補償部１と同じ）と第２の位相補償部６１（実施例２の位相補償部６１と同じ）とを組み合わせる。図において、速度指令を第１の位相補償部１４に入力し、第１の位相補償部１４の出力を新たな速度指令とする。第２の位相補償部６１の出力を新たな速度フィードバック信号とし、新たな速度指令と新たな速度フィードバック信号の差を速度制御部１６に入力し、速度制御部１６の出力を慣性変動抑制部１３と第２の位相補償部６１に入力する。慣性変動抑制部１３の出力を新たなトルク（推力）指令として、電動機のトルク（推力）制御部１７に入力することで速度制御系が構成できる。なお、第１の位相補償部は図５のように構成すればよく、第２の位相補償部は図中８（ｂ）のように構成すればよい。【０１０６】
次に、位置指令から速度ＦＦをかけるため、位置指令を速度ＦＦ部１Ｄに入力し、速度ＦＦ部１Ｄの出力を前記位置制御部１５の出力と加算して速度指令として第１の位相補償部１４に入力する。速度ＦＦ信号を生成する速度ＦＦ部は、通常、微分器や近似微分器（ローパスフィルタと微分器の組み合わせやハイパスフィルタで構成）を用いて構成する（図示せず）。【０１０７】
本発明の第９の実施例において、速度ＦＦ部内の速度ＦＦゲイン（図示せず）を９０％としたときの、位置決め動作時の応答（計算機シミュレーション結果）を図２５に示す。図において、負荷をつけない電動機単体（慣性モーメント比が０倍）の時に、速度制御部１６に正しい慣性モーメント（慣性質量）比である０倍を設定したときの電動機の速度波形と、速度制御部１６の設定はそのままとして、負荷の取付けや変動により負荷の慣性が増えることで、実際の慣性モーメント（慣性質量）比が大きくなる場合（１０倍、１５倍）の電動機の速度波形を示す。なお、図中の位置指令速度とは位置指令を微分した速度成分を意味している。【０１０８】
図２１の第２の従来技術の結果と比較すると、慣性ーメント比が１０倍となっても応答が安定している。また、慣性モーメント比が１５倍のときは、電動機速度が加速から等速度に変化した直後や減速からゼロ速度に変化した直後の波形に振動がでてきているが、第２の従来技術よりも振動が小さい。【０１０９】
すなわち、第２の従来技術では、図２１のように速度ＦＦを適用すると慣性モーメント変動にロバストな範囲が１０倍から２倍程度まで悪化していたのに対し、本発明の第９の実施例では、ロバストな範囲が１０倍まで確保できている。また、図１２の第３の実施例の速度応答と比べると明らかなように、速度ＦＦによって応答が速くなっている。よって、本発明の第９の実施例によって、ロバスト範囲の確保と応答の高速化の両立という、従来技術では達成できなかった課題が解決できる。
【第１０の実施例】
【０１１０】
本実施例では、第３の従来技術で説明したように、速度ＦＦとトルクＦＦを備えた位置制御系での課題を解決できる本発明の実施例を説明する。図２６は、本発明の実施例１０の制御ブロック図であり、図１１に示す第３の実施例の構成に速度ＦＦとトルクＦＦを追加した構成である。
【０１１１】
図１１と同様に、通常の速度制御系に慣性変動抑制部１３と第１の位相補償部１４（実施例１の位相補償部１と同じ）と第２の位相補償部６１（実施例２の位相補償部６１と同じ）とを組み合わせる。図において、速度指令を第１の位相補償部１４に入力し、第１の位相補償部１４の出力を新たな速度指令とする。第２の位相補償部６１の出力を新たな速度フィードバック信号とし、新たな速度指令と新たな速度フィードバック信号の差を速度制御部１６に入力し、速度制御部１６の出力を慣性変動抑制部１３と第２の位相補償部６１に入力する。慣性変動抑制部１３の出力を新たなトルク（推力）指令として、電動機のトルク（推力）制御部１７に入力することで速度制御系が構成できる。なお、第１の位相補償部は図５のように構成すればよく、第２の位相補償部は図中８（ｂ）のように構成すればよい。
【０１１２】
次に、位置指令から速度ＦＦをかけるため、位置指令を指令フィルタ部１Ｆに入力し、指令フィルタ部１Ｆの出力を速度ＦＦ部１Ｄに入力し、速度ＦＦ部１Ｄの出力を前記位置制御部１５の出力と加算して速度指令として第１の位相補償部１４に入力する。次に、トルクＦＦをかけるため、指令フィルタ部１Ｆの出力をトルクＦＦ部１Ｅに入力し、トルクＦＦ部１Ｅの出力を前記速度制御部１６の出力と加算してトルク（推力）指令として加算器１０３と第２の位相補償部６１に入力する。本実施例では、速度ＦＦ部１ＤやトルクＦＦ部１Ｅの出力であるフィードフォワード信号を滑らかにする目的で、位置指令を指令フィルタ部１Ｆに入力している。指令フィルタ部は、例えば１次のローパスフィルタである指数加減速や２次フィルタ（例えばローパスフィルタ）あるいは、移動平均フィルタなどで構成すればよい。また、位置指令が滑らかな場合は、指令フィルタ部を省略することができ、位置指令を直接速度ＦＦ部１ＤやトルクＦＦ部１Ｆに入力する。
【０１１３】
速度ＦＦ信号を生成する速度ＦＦ部１Ｄは、通常、微分器や近似微分器（ローパスフィルタと微分器の組み合わせやハイパスフィルタで構成）を用いて構成する（図示せず）。トルク（推力）ＦＦ信号を生成するトルクＦＦ部１Ｅは、通常、微分器２段や近似微分器（ローパスフィルタと微分器の組み合わせやハイパスフィルタで構成）２段を直列に用いて構成する（図示せず）。あるいは、図示していないが、速度ＦＦ部１Ｄの出力をトルクＦＦ部１Ｅに入力してもよい。この場合にはトルクＦＦ部１Ｅは微分器や近似微分器の１段で構成する。
【０１１４】
本発明の第１０の実施例において、速度ＦＦ部内の速度ＦＦゲイン（図示せず）を１００％、トルクＦＦゲインを７０％としたときの、位置決め動作時の応答（計算機シミュレーション結果）を図２７に示す。図において、負荷をつけない電動機単体（慣性モーメント比が０倍）の時に、速度制御部１６に正しい慣性モーメント（慣性質量）比である０倍を設定したときの電動機の速度波形と、速度制御部１６の設定はそのままとして、負荷の取付けや変動により負荷の慣性が増えることで、実際の慣性モーメント（慣性質量）比が大きくなる場合（１０倍、１５倍）の電動機の速度波形を示す。ここでは、指令フィルタ部１Ｆをローパスフィルタとしているため、フィルタの影響で図２５の速度応答よりも応答が若干遅くなっているが、加減速が滑らかになるため、機械へ加わるトルク（推力）がソフトになる効果がある。
【０１１５】
図２３の第３の従来技術の結果と比較すると、慣性ーメント比が１０倍となっても応答が安定している。また、慣性モーメント比が１５倍のときは電動機速度が加速から等速度に変化した直後や減速からゼロ速度に変化した直後の波形に振動がでてきているが、第３の従来技術よりも振動が小さい。
【０１１６】
すなわち、第３の従来技術では、図２３のように速度ＦＦとトルクＦＦを適用すると慣性モーメント変動にロバストな範囲が１０倍から３倍程度まで悪化していたのに対し、本発明の第１０の実施例では、ロバストな範囲が１０倍まで確保できている。また、図１２の第３の実施例の速度応答と比べると明らかなように、速度ＦＦとトルクＦＦによって応答が速くなっている。よって、本発明の第１０の実施例によって、ロバスト範囲の確保と応答の高速化の両立という、従来技術では達成できなかった課題が解決できる。
【第１１の実施例】
【０１１７】
本発明の第９と第１０の実施例は、第３の実施例の構成に速度ＦＦやトルクＦＦをかけた構成を示したが、当然、第１の実施例にフィードフォワードをかけてもよい。
本発明の第１１の実施例として、図示しないが、図１の構成において、位置指令から速度ＦＦをかける構成を説明する。位置指令を速度ＦＦ部１Ｄに入力し、速度ＦＦ部１Ｄの出力を前記位置制御部１５の出力と加算して速度指令として位相補償部１４に入力する。速度ＦＦ部１Ｄは、通常、微分器や近似微分器を用いて構成する。
【０１１８】
また、図示しないが、図１の構成において、位相補償部１４の時間遅れとフィードフォワードの特性が整合しない場合は、位置偏差波形にオーバーシュートが出たりすることがある。このような場合には、速度ＦＦ部１Ｄ内の微分器や近似微分器と直列にフィルタを追加し、速度ＦＦゲインとフィルタのパラメータ（時定数など）を調整することで位置偏差の応答波形からオーバーシュートを除去する。
【第１２の実施例】
【０１１９】
本発明の第１２の実施例として、図示しないが、図１の構成において、位置指令から速度ＦＦとトルクＦＦをかける構成を説明する。位置指令から速度ＦＦをかけるため、位置指令を指令フィルタ部１Ｆに入力し、指令フィルタ部１Ｆの出力を速度ＦＦ部１Ｄに入力し、速度ＦＦ部１Ｄの出力を前記位置制御部１５の出力と加算して速度指令として位相補償部１４に入力する。次に、トルクＦＦをかけるため、指令フィルタ部１Ｆの出力をトルクＦＦ部１Ｅに入力し、トルクＦＦ部１Ｅの出力を前記速度制御部１６の出力と加算してトルク（推力）指令として加算器１０３に入力する。本実施例では、速度ＦＦ部１ＤやトルクＦＦ部１Ｅの出力であるフィードフォワード信号を滑らかにする目的で、位置指令を指令フィルタ部１Ｆに入力している。指令フィルタ部は、例えば１次のローパスフィルタである指数加減速や２次フィルタ（例えばローパスフィルタ）あるいは、移動平均フィルタなどで構成すればよい。また、位置指令が滑らかな場合は、指令フィルタ部を省略することができ、位置指令を直接速度ＦＦ部１ＤやトルクＦＦ部１Ｅに入力する。
【０１２０】
また、速度ＦＦ部１Ｄは、通常、微分器や近似微分器を用いて構成する。また、トルクＦＦ部１Ｅは、通常、微分器２段や近似微分器２段を直列に用いて構成する。あるいは、速度ＦＦ部１Ｄの出力をトルクＦＦ部１Ｅに入力してもよい。この場合にはトルクＦＦ部１Ｅは微分器や近似微分器の１段で構成する。また、位相補償部１４の時間遅れとフィードフォワードの特性が整合しない場合は、位置偏差波形にオーバーシュートが出たりすることがある。このような場合には、速度ＦＦ部１ＤあるいはトルクＦＦ部１Ｅの内部の微分器や近似微分器と直列にフィルタを追加し、速度ＦＦゲインとフィルタのパラメータ（時定数など）を調整することで位置偏差の応答波形からオーバーシュートを除去する。
【第１３の実施例】
【０１２１】
本発明の第９と第１０の実施例は、第３の実施例の構成に速度ＦＦやトルクＦＦをかけた構成を示したが、当然、第２の実施例にフィードフォワードをかけてもよい。
本発明の第１３の実施例として、図示しないが、図８の構成において、位置指令から速度ＦＦをかける構成を説明する。位置指令を速度ＦＦ部１Ｄに入力し、速度ＦＦ部１Ｄの出力を前記位置制御部１５の出力と加算して速度指令として減算器１０４に入力する。
速度ＦＦ部１Ｄは、通常、微分器や近似微分器を用いて構成する。
【０１２２】
また、図示しないが、図８の構成において、位置指令から速度ＦＦをかけるため、位相補償部６１による位相進み効果とフィードフォワードの特性が整合しない場合は、位置偏差波形にオーバーシュートが出たりすることがある。このような場合には、速度ＦＦ部１Ｄ内の微分器や近似微分器と直列にフィルタを追加し、速度ＦＦゲインとフィルタのパラメータ（時定数など）を調整することで位置偏差の応答波形からオーバーシュートを除去する。
【第１４の実施例】
【０１２３】
本発明の第１２の実施例として、図示しないが、図８の構成において、位置指令から速度ＦＦとトルクＦＦをかける構成を説明する。位置指令から速度ＦＦをかけるため、位置指令を指令フィルタ部１Ｆに入力し、指令フィルタ部１Ｆの出力を速度ＦＦ部１Ｄに入力し、速度ＦＦ部１Ｄの出力を前記位置制御部１５の出力と加算して速度指令として減算器１０４に入力する。次に、トルクＦＦをかけるため、指令フィルタ部１Ｆの出力をトルクＦＦ部１Ｅに入力し、トルクＦＦ部１Ｅの出力を前記速度制御部１６の出力と加算してトルク（推力）指令として加算器１０３と位相補償部６１に入力する。本実施例では、速度ＦＦ部１ＤやトルクＦＦ部１Ｅの出力であるフィードフォワード信号を滑らかにする目的で、位置指令を指令フィルタ部１Ｆに入力している。指令フィルタ部１Ｆは、例えば１次のローパスフィルタである指数加減速や２次フィルタ（例えばローパスフィルタ）あるいは、移動平均フィルタなどで構成すればよい。また、位置指令が滑らかな場合は、指令フィルタ部１Ｆを省略することができ、位置指令を直接速度ＦＦ部１ＤやトルクＦＦ部１Ｅに入力する。
【０１２４】
速度ＦＦ部１Ｄは、通常、微分器や近似微分器を用いて構成する。また、トルクＦＦ部は、通常、微分器２段や近似微分器２段を直列に用いて構成する。あるいは、速度ＦＦ部１Ｄの出力をトルクＦＦ部１Ｅに入力してもよい。この場合にはトルクＦＦ部１Ｅは微分器や近似微分器の１段で構成する。
【０１２５】
なお、本発明の実施例９から実施例１４における位置制御系に速度フィードフォワードを適用した場合、あるいは、速度フィードフォワードとトルクフィードフォワードを適用した場合においても、第４の実施例と同様に、速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）を変更した場合に、（４）式や（５）式の関数によって速度オブザーバの低域通過フィルタ６４の時定数を変更することができ、位相の補償値を自動的に再調整することが可能となる。また、第６の実施例と同様に、速度制御部１６中の速度ループゲイン（図示せず）を変更した場合に、（６）式や（７）式の関数によって位相進めフィルタの低域通過フィルタ５１の遮断周波数を変更することができ、位相の補償値を自動的に再調整することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明は、慣性変動抑制部と位相補償部により慣性モーメント（慣性質量）比の設定のずれを補償するという構成をとるため慣性モーメント（慣性質量）比を設定しなくとも電動機を正常に駆動できて、慣性モーメント（慣性質量）比が変動する機械に対して自動的に変動を補償するという用途に使用する電動機（リニアモータ）の制御装置に適用することができる。
【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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【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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