(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度指令とフィードバック速度との偏差に基づいてトルク指令の基本信号を計算するＰＩ制御部を有し、トルク指令に基づいて電動機および負荷機械を駆動制御するサーボ制御装置において、
前記トルク指令の基本信号および前記電動機の回転速度に基づいて前記トルク指令を出力する外乱オブザーバと、
前記トルク指令の基本信号と、前記電動機の回転速度とから、遅れが無い要素のノミナルプラントの出力を生成して該出力を前記フィードバック速度として出力する位相進み補償オブザーバと、の両方のオブザーバを備え、
前記外乱オブザーバを用いて、前記電動機および前記負荷機械である実際の制御対象を、イナーシャが一定である前記ノミナルプラントと、時定数が実際のプラントのイナーシャによって変わる等価ローパスフィルタとに、等価的に変換し、
前記位相進み補償オブザーバを用いて、前記等価ローパスフィルタの位相遅れを補償する、
ことを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
前記外乱オブザーバは、前記電動機の回転速度をノミナルプラントの逆システムに入力し、前記トルク指令から前記ノミナルプラントの逆システムの出力を差し引いて得た値を外乱推定信号とし、該外乱推定信号を第１ローパスフィルタに入力し、該第１ローパスフィルタの出力を前記トルク指令の基本信号に足して、前記トルク指令とすることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
【請求項３】
前記外乱オブザーバは、前記電動機の回転速度をノミナルプラントの逆システムに入力し、前記トルク指令から前記ノミナルプラントの逆システムの出力を差し引いて得た値を外乱推定信号とし、該外乱推定信号を前記トルク指令の基本信号に足して第１ローパスフィルタに入力し、該第１ローパスフィルタの出力を前記トルク指令とすることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
【請求項４】
前記外乱オブザーバは、前記トルク指令を第１ローパスフィルタに入力し、前記電動機の回転速度をノミナルプラントの逆システムに入力し、前記ノミナルプラントの逆システムの出力を第３ローパスフィルタに入力し、前記第１ローパスフィルタの出力から前記第３ローパスフィルタの出力を差し引いて得た値を外乱推定信号とし、該外乱推定信号を前記トルク指令の基本信号に足して、前記トルク指令とすることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
【請求項５】
前記外乱オブザーバは、前記電動機の回転速度をノミナルプラントの逆システムに入力し、前記ノミナルプラントの逆システムの出力を第３ローパスフィルタに入力し、前記トルク指令から前記第３ローパスフィルタの出力を差し引いて得た値を外乱推定信号とし、該外乱推定信号を第１ローパスフィルタに入力し、該第１ローパスフィルタの出力を前記トルク指令の基本信号に足して、前記トルク指令とすることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
【請求項６】
前記外乱オブザーバは、前記電動機の回転速度をノミナルプラントの逆システムに入力し、前記ノミナルプラントの逆システムの出力を第３ローパスフィルタに入力し、前記トルク指令から前記第３ローパスフィルタの出力を差し引いて得た値を外乱推定信号とし、該外乱推定信号を前記トルク指令の基本信号に足して第１ローパスフィルタに入力し、該第１ローパスフィルタの出力を前記トルク指令とすることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
【請求項７】
前記位相進み補償オブザーバは、前記電動機の回転速度と第２ローパスフィルタの出力との偏差をオブザーバ補償器に入力し、前記トルク指令の基本信号に前記オブザーバ補償器の出力を足して得た信号を前記ノミナルプラントに入力し、該ノミナルプラントの出力を前記第２ローパスフィルタに入力しながら、前記フィードバック速度として出力することを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
【請求項８】
前記第１ローパスフィルタの時定数を、前記電動機の回転子および前記負荷機械を含む実際のプラントのイナーシャが最小になった場合に安定性およびノイズ除去特性が満たされた上でできるだけ小さく設定することを特徴とする請求項２または３記載のサーボ制御装置。
【請求項９】
前記第１ローパスフィルタの時定数および前記第３ローパスフィルタの時定数を、前記電動機の回転子および前記負荷機械を含む実際のプラントのイナーシャが最小になった場合に安定性およびノイズ除去特性が満たされた上でできるだけ小さく設定することを特徴とする請求項４〜６記載のサーボ制御装置。
【請求項１０】
前記第２ローパスフィルタの時定数を、前記第１ローパスフィルタの時定数に、前記電動機の回転子および前記負荷機械を含む実際のプラントのイナーシャの最大値とノミナルプラントのイナーシャとの比を掛けて得た値とすることを特徴とする請求項７記載のサーボ制御装置。
【請求項１１】
前記ノミナルプラントのイナーシャを、前記実際のプラントのイナーシャの最小値以下とすることを特徴とする請求項１０記載のサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イナーシャが大きく変動する負荷機械をフィードバック駆動制御するサーボ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常のサーボ装置の速度制御は電動機の回転速度をフィードバックしてＰＩ制御を用いて行い、良い制御性能を達成するために電動機の回転子を含む機械可動部の総イナーシャを正確に知る必要がある。しかしながら、負荷機械のイナーシャの変動や推定誤差が大きい場合に、制御系の一巡ループのゲインが大きく変わるので、制御系の特性が大きく変わりロバストな高性能の制御が実現できないことがある。
第１の従来技術は、外乱やパラメータ変動などを抑制できることとして公知されている外乱オブザーバを用いることである（例えば、非特許文献１参照）。図３は第１の従来技術を用いたサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、４は電動機の回転子および負荷機械を含む実際のプラントで、トルク指令から電動機の回転速度までの伝達関数が示されている。また、５は外乱オブザーバであり、ノミナルプラントの逆システム５３と第１ローパスフィルタ５２を含んでいる。また、２はＰＩ制御部である。
また、ω＊は速度指令、ωｍは電動機の回転速度、Ｔ＊はトルク指令、Ｔ０＊はトルク指令の基本信号、Ｔｆは外乱補償トルク、Ｊは実際のプラントのイナーシャ、Ｊｎはノミナルプラントのイナーシャ、ｓはラプラス演算子である。
次に、動作原理について説明する。簡単のため、第１ローパスフィルタ５２を式（１）で表される１次ローパスフィルタとする。【０００３】
【数１】
0005120654.tif 000002
ここで、Ｔ１は第１ローパスフィルタの時定数である。トルク指令の基本信号Ｔ０＊から電動機の回転速度ωｍまでの等価制御対象の伝達関数Ｇｏ（ｓ，Ｊ）を求めると、式（２）になる。【０００４】
【数２】
0005120654.tif 000003
また、等価ローパスフィルタを式（３）で表されるものとする。【０００５】
【数３】
0005120654.tif 000004
よって、図３の制御システムを図４のように書き直すことができる。式（３）および図４により、Ｔ１を十分小さく設定すれば、等価ローパスフィルタの影響を無視することができるため、等価制御対象Ｇｏ（ｓ，Ｊ）とノミナルプラントＰｎ（ｓ）は低周波数域での周波数特性がほぼ同じであるので、イナーシャが変わっても指令に対する追従特性が変わらない。
第２の従来技術は、本出願人が提案した遅れ要素の位相遅れを補償する位相進み補償オブザーバを用いることである（例えば、特許文献１参照）。図５は第２の従来技術を用いたサーボ制御装置の構成を示すブロック図である。図において、９は実際の制御対象であり、実際のローパスフィルタ３と実際のプラント４を含んでおり、６は位相進み補償オブザーバであり、ノミナルプラント６１および第２ローパスフィルタ６２で構成されたオブザーバの制御対象６０とオブザーバ補償器６３と含んでいる。また、図３の相当部分は同一記号を付してその説明を省略する。
次に、動作原理について説明する。実際の制御対象では、実際のローパスフィルタ３の出力を実際のプラント４に入力することで、オブザーバの制御対象６０では、ノミナルプラント６１の出力を第２ローパスフィルタ６２に入力することになっている。そのため、Ｌ２（ｓ）＝Ｌ（ｓ），Ｊｎ＝Ｊが満たされる場合に、第２ローパスフィルタ６２の出力であるωｏは電動機の回転速度ωｍの推定速度になっているため、第２ローパスフィルタ６２の入力である位相進み推定速度ωｐは電動機の回転速度ωｍより第２ローパスフィルタの遅れた位相量で位相進みになっている。従って、位相進み推定速度ωｐをフィードバック速度ωｆとすると、位相進み補償オブザーバがない場合に実際のローパスフィルタ３の位相遅れによる制御性能の悪化問題が解消される。
【非特許文献１】Ｔ．ＩＥＥ  Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１７−Ｃ，Ｎｏ．１２，１９９７，ｐ．１７７６−１７８１
【特許文献１】特開２００２−１８２７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、第１の従来技術では、観測された電動機の回転速度をノミナルプラントの逆システムに通してトルク指令にフィードバックしているため、通常のＰＩ制御を用いた場合と較べ、観測ノイズの影響が大きくなる。特に負荷機械のイナーシャが小さい場合にその影響が大きい。観測ノイズに対するフィルタリング特性を強く、すなわちノイズ除去特性を良くするため、負荷機械のイナーシャが小さい場合に合わせて第１ローパスフィルタの時定数を大きく設定する必要がある。一方、負荷機械のイナーシャが小さい場合に合わせて第１ローパスフィルタの時定数を設定すると、負荷機械のイナーシャが大きくなる場合にフィードバック制御系に位相遅れが大きい遅れ要素が存在するため、ＰＩ制御器のゲインを上げられなく制御特性を向上させることができない。したがって、ロバスト特性とノイズ除去特性を両立させることができないという欠点があった。
また、第２の従来技術では、フィードバック制御系の位相遅れを補償できる前提はオブザーバの制御対象と実際の制御対象との低周波数域における周波数特性がほぼ同じであることである。負荷機械のイナーシャが大きく変動する場合に、ノミナルプラントのイナーシャが実際のプラントから大きく外れることがあり、その時位相進み補償オブザーバの推定速度が電動機の回転速度から大きく外れるので入出力特性が悪くなるという問題があった。
そこで、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、外乱オブザーバと位相進み補償オブザーバを組み合わせることにより、ノイズの影響を許容できる範囲に抑え、外乱や負荷変動などの悪影響を抑制し、ロバストかつ高性能な速度制御を実現することができるサーボ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】
【０００７】
上記問題を解決するため、本発明は、電動機の回転速度を速度指令に追従させるサーボ制御装置において、普通のＰＩ制御系に外乱オブザーバと位相進み補償オブザーバを組み込み、外乱オブザーバのローパスフィルタの時定数を実際のプラントのイナーシャが最小になった場合にノイズ除去特性が満たされるように設定し、位相進み補償オブザーバのローパスフィルタの時定数を外乱オブザーバのローパスフィルタの時定数に実際のプラントのイナーシャの最大値とノミナルプラントのイナーシャとの比を掛けて得た値とし、また、電動機の回転速度より等価ローパスフィルタの遅れた位相量以上で位相進みになっている位相進み推定速度をフィードバック速度とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、外乱オブザーバを用いることで、外乱や負荷変動などの悪影響を抑制し、また、位相進み補償オブザーバを組み込むことでフィードバック制御系の位相遅れを補償することにより、ロバストかつ高性能な速度制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施例を示すサーボ制御装置のブロック図
【図２】本発明の第２実施例を示すサーボ制御装置のブロック図
【図３】第１の従来技術を用いたサーボ制御装置の構成を示すブロック図
【図４】図３の等価ブロック図
【図５】第２の従来技術を用いたサーボ制御装置の構成を示すブロック図
【図６】図１、図２および図１０〜１２の等価ブロック図
【図７】通常のＰＩ制御を用いたサーボ制御装置のシミュレーション結果を示す図
【図８】第１の従来技術を用いたサーボ制御装置のシミュレーション結果を示す図
【図９】本発明の技術を用いたサーボ制御装置のシミュレーション結果を示す図
【図１０】本発明の第３実施例を示すサーボ制御装置のブロック図
【図１１】本発明の第４実施例を示すサーボ制御装置のブロック図
【図１２】本発明の第５実施例を示すサーボ制御装置のブロック図
【符号の説明】
【００１０】
１、５１、６４、６５  減算器
２  ＰＩ制御部
３  実際のローパスフィルタ
４  実際のプラント
５  外乱オブザーバ
５２  第１ローパスフィルタ
５３  ノミナルプラントの逆システム
５４  加算器
５５  第３ローパスフィルタ
６  位相進み補償オブザーバ
６０  オブザーバの制御対象
６１  ノミナルプラント
６２  第２ローパスフィルタ
６３  オブザーバ補償器
７  等価ローパスフィルタ
８  等価制御対象
９  実際の制御対象
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の第1実施例を示すサーボ制御装置のブロック図であり、各部には、図３および図５の相当部分と同一記号を付してその説明を省略する。また、実際のプラントのイナーシャＪの最小値をＪｍとし、最大値をＪＭとする。本発明は第１の従来技術と第２の従来技術を巧みに組み合わせたものである。
以下、本発明の制御装置の動作原理および構成方法について説明する。
前記第１の従来技術の説明と同じようにトルク指令の基本信号Ｔ０＊から電動機の回転速度ωｍまでの等価制御対象８の伝達関数Ｇｏ（ｓ，Ｊ）を求めると、図１の制御システムを図６のように書き直すことができる。ここで、等価制御対象８のイナーシャが一定な値であるノミナルイナーシャＪｎになった。等価ローパスフィルタＬｏ（ｓ，Ｊ）の時定数が式（３）に示したように実際のプラントのイナーシャＪにより変わるが、オブザーバの制御対象Ｇｎ（ｓ）と等価制御対象Ｇｏ（ｓ，Ｊ）とは低周波数域における周波数特性がほぼ同じである。
実際のプラントのイナーシャＪが最小値Ｊｍとなった場合に、もし、Ｊｎ＞Ｊｍとすると、式（３）および図６より、等価ローパスフィルタＬｏ（ｓ，Ｊ）は直列位相進み要素になったので、高周波数振動を起こし易くなる。そのため、ノミナルイナーシャＪｎを
Ｊｎ≦Ｊｍ                                    （４）
とする。また、このとき観測ノイズの影響が一番大きいので、第１ローパスフィルタＬ１（ｓ）の時定数をノイズ除去特性が満たされるようにできるだけの最小値に設定する。
実際のプラントのイナーシャＪが最大値ＪＭとなった場合に、等価ローパスフィルタは式（５）となる。【００１３】
【数４】
0005120654.tif 000005
このとき、等価ローパスフィルタの位相遅れが一番大きいので、第２ローパスフィルタＬ２（ｓ）を式（６）とする。【００１４】
【数５】
0005120654.tif 000006
したがって、すべての実際のプラントのイナーシャＪに対して、Ｌｏ（ｓ，Ｊ）の位相遅れがＬ２（ｓ）のより小さいため、Ｌ２（ｓ）の入力である位相進み推定速度ωｐは電動機の回転速度ωｍよりＬｏ（ｓ，Ｊ）の遅れた位相量以上で位相進みになっている。また、位相進み推定速度ωｐをフィードバック速度ωｆとしているので、位相進み補償オブザーバがない場合にＬｏ（ｓ，Ｊ）の位相遅れによる振動や不安定な問題が解消される。
また、ＪＭ＞＞Ｊｎが満たされる場合に、Ｌ２（ｓ）を式（７）で表される１次ローパスフィルタとすることができる。【００１５】
【数６】
0005120654.tif 000007
ただし、Ｔ２＝（ＪＭ／Ｊｎ）Ｔ１                   （８）
となる。
このように、外乱オブザーバを用いて、実際の制御対象Ｇ（ｓ）を、イナーシャが変動する実際のプラントＰ(s)から、等価的にイナーシャが一定であるノミナルプラントＰｎ（ｓ）と、時定数が実際のプラントのイナーシャによって変わる等価ローパスフィルタＬｏ（ｓ，Ｊ）とに変換し、また、位相進み補償オブザーバを用いて、等価ローパスフィルタの位相遅れを補償することにより、実際のプラントのイナーシャが大きく変わっても、ロバストかつ高性能な速度制御を実現することができる。
【実施例２】
【００１６】
図２は、本発明の第２実施例を示すサーボ制御装置のブロック図である。
本実施例が第１実施例と異なる部分は、減算器５１の出力に接した第１ローパスフィルタ５２を加算器５４の出力に移し替えたことである。
次に、動作原理について説明する。
トルク指令の基本信号Ｔ０＊から電動機の回転速度ωｍまでの等価制御対象Ｇｏ（ｓ，Ｊ）の伝達関数を求めると、式（９）となる。【００１７】
【数７】
0005120654.tif 000008
また、等価ローパスフィルタ７を式（１０）で表されるものとする。【００１８】
【数８】
0005120654.tif 000009
ただし、Ｔｏ＝（Ｊ／Ｊｎ）Ｔ１                       （１１）
は等価ローパスフィルタ７の時定数である。よって、実施例１と同じく図２の制御システムを図６のように書き直すことができる。
Ｌ２（ｓ）を式（１２）で表される１次ローパスフィルタとする。【００１９】
【数９】
0005120654.tif 000010
ただし、Ｔ２＝（ＪＭ／Ｊｎ）Ｔ１                   （１３）
となる。
したがって、すべての実際のプラントのイナーシャＪに対して、Ｌｏ（ｓ，Ｊ）の位相遅れがＬ２（ｓ）のより小さいため、Ｌ２（ｓ）の入力である位相進み推定速度ωｐは電動機の回転速度ωｍよりＬｏ（ｓ，Ｊ）の遅れた位相量以上で位相進みになっている。また、位相進み推定速度ωｐをフィードバック速度ωｆとしているので、位相進み補償オブザーバがない場合にＬｏ（ｓ，Ｊ）の位相遅れによる振動や不安定な問題が解消される。
このように、第１実施例と較べ、等価ローパスフィルタは位相遅れが少し大きくなるが、ＰＩ制御器２から入って来たノイズ成分を除去することができる。
【実施例３】
【００２０】
図１０は、本発明の第３実施例を示すサーボ制御装置のブロック図である。
本実施例が第１実施例と異なる部分は、減算器５１の出力に接した第１ローパスフィルタ５２をトルク指令Ｔ＊と減算器５１との間に移し替え、そしてノミナルプラントの逆システム５３と減算器５１との間に第３ローパスフィルタ５５を追加したことである。
次に、動作原理について説明する。
第１ローパスフィルタ５２を式（１）で表される１次ローパスフィルタとし、第３ローパスフィルタ５５を式（１４）で表される１次ローパスフィルタとする。【００２１】
【数１０】
0005120654.tif 000011
ここで、Ｔ３は第３ローパスフィルタの時定数である。
トルク指令の基本信号Ｔ０＊から電動機の回転速度ωｍまでの等価制御対象Ｇｏ（ｓ，Ｊ）の伝達関数を求めると、式（１５）となる。【００２２】
【数１１】
0005120654.tif 000012
また、等価ローパスフィルタ７を式（１６）で表されるものとする。【００２３】
【数１２】
0005120654.tif 000013
よって、実施例１と同じく図１０の制御システムを図６のように書き直すことができる。
また、Ｌ２（ｓ）を式（１７）で表されるローパスフィルタとする。【００２４】
【数１３】
0005120654.tif 000014
したがって、すべての実際のプラントのイナーシャＪに対して、Ｌｏ（ｓ，Ｊ）の位相遅れがＬ２（ｓ）のより小さいため、Ｌ２（ｓ）の入力である位相進み推定速度ωｐは電動機の回転速度ωｍよりＬｏ（ｓ，Ｊ）の遅れた位相量以上で位相進みになっている。また、位相進み推定速度ωｐをフィードバック速度ωｆとしているので、位相進み補償オブザーバがない場合にＬｏ（ｓ，Ｊ）の位相遅れによる振動や不安定な問題が解消される。
また、ＪＭ＞＞Ｊｎが満たされる場合に、Ｌ２（ｓ）を式（１８）で表される１次ローパスフィルタとすることができる。【００２５】
【数１４】
0005120654.tif 000015
ただし、Ｔ２＝（ＪＭ／Ｊｎ）Ｔ１                   （１９）
となる。
式（１７）、式（１８）および式（１９）より、第１ローパスフィルタ５２のパラメータが制御系のロバスト特性に大きく影響するが、第３ローパスフィルタ５５のパラメータがあまり制御系のロバスト特性に影響しない。ところが、検出された電動機の回転速度ωｍに含まれているノイズ成分がノミナルプラントシステム５３により増幅され第３ローパスフィルタ５５を通してトルク指令に加えるため、第３ローパスフィルタ５５のパラメータ設定が制御系の外乱除去特性に大きく影響する。
第１ローパスフィルタ５２と第３ローパスフィルタ５５とを同じものとすると、図１０の本実施例と図１の第１実施例とは完全に等価的になる。ところが、本実施例は、第１実施例と較べ、制御系が少し複雑になるが、第１ローパスフィルタ５２のパラメータと第３ローパスフィルタ５５のパラメータとを別々設定することにより、より強いロバスト特性とより良好なノイズ除去特性を両立させることができる。
また、図１０において、第３ローパスフィルタ５５を実際のプラント４の前に移すことができる。そうすることで、ループ全体にとって位相遅れが少し増えるが、トルク指令の基本信号Ｔ０＊から入ってくるノイズ成分を除去する効果を高めることができる。
【実施例４】
【００２６】
図１１は、本発明の第４実施例を示すサーボ制御装置のブロック図である。
本実施例が第１実施例と異なる部分は、ノミナルプラントの逆システム５３と減算器５１との間に第３ローパスフィルタ５５を追加したことである。
次に、動作原理について説明する。
第１ローパスフィルタ５２を式（１）で表される１次ローパスフィルタとし、第３ローパスフィルタ５５を式（２０）で表される１次ローパスフィルタとする。【００２７】
【数１５】
0005120654.tif 000016
ここで、Ｔ３は第３ローパスフィルタの時定数である。
トルク指令の基本信号Ｔ０＊から電動機の回転速度ωｍまでの等価制御対象Ｇｏ（ｓ，Ｊ）の伝達関数を求めると、式（２１）となる。【００２８】
【数１６】
0005120654.tif 000017
また、等価ローパスフィルタ７を式（２２）で表されるものとする。【００２９】
【数１７】
0005120654.tif 000018
よって、実施例１と同じく図１１の制御システムを図６のように書き直すことができる。
また、Ｌ２（ｓ）を式（２３）で表されるローパスフィルタとする。【００３０】
【数１８】
0005120654.tif 000019
したがって、すべての実際のプラントのイナーシャＪに対して、Ｌｏ（ｓ，Ｊ）の位相遅れがＬ２（ｓ）のより小さいため、Ｌ２（ｓ）の入力である位相進み推定速度ωｐは電動機の回転速度ωｍよりＬｏ（ｓ，Ｊ）の遅れた位相量以上で位相進みになっている。また、位相進み推定速度ωｐをフィードバック速度ωｆとしているので、位相進み補償オブザーバがない場合にＬｏ（ｓ，Ｊ）の位相遅れによる振動や不安定な問題が解消される。
また、ＪＭ＞＞Ｊｎが満たされる場合に、Ｌ２（ｓ）を式（２４）で表される１次ローパスフィルタとすることができる。【００３１】
【数１９】
0005120654.tif 000020
ただし、Ｔ２＝（ＪＭ／Ｊｎ）Ｔ１                 （２５）
となる。
式（２３）、式（２４）および式（２５）より、第１ローパスフィルタ５２のパラメータが制御系のロバスト特性に大きく影響するが、第３ローパスフィルタ５５のパラメータがあまり制御系のロバスト特性に影響しない。一方、検出された電動機の回転速度ωｍに含まれているノイズ成分がノミナルプラントシステム５３により増幅され第３ローパスフィルタ５５および第１ローパスフィルタ５２を通してトルク指令に加えるため、第３ローパスフィルタ５５と第１ローパスフィルタ５２との両方のパラメータが制御系の外乱除去特性に影響する。よって、第１ローパスフィルタ５２のパラメータを適当に設定することにより制御系のロバスト特性を向上し、また第３ローパスフィルタ５５のパラメータを適当に設定することにより制御系の外乱除去特性を向上することができる。
このように、第１実施例と較べ、制御系が少し複雑になるが、ロバスト特性をあまり影響しないようにノイズ除去特性を考慮することができるので、さらに制御特性を向上させることができる。
また、図１１において、第３ローパスフィルタ５５を実際のプラント４の前に移すことができる。そうすることで、ループ全体にとって位相遅れが少し増えるが、トルク指令の基本信号Ｔ０＊から入ってくるノイズ成分を除去する効果を高めることができる。
【実施例５】
【００３２】
図１２は、本発明の第５実施例を示すサーボ制御装置のブロック図である。
本実施例が第２実施例と異なる部分は、ノミナルプラントの逆システム５３と減算器５１との間に第３ローパスフィルタ５５を追加したことである。
次に、動作原理について説明する。
第１ローパスフィルタ５２を式（１）で表される１次ローパスフィルタとし、第３ローパスフィルタ５５を式（２６）で表される１次ローパスフィルタとする。【００３３】
【数２０】
0005120654.tif 000021
ここで、Ｔ３は第３ローパスフィルタの時定数である。
トルク指令の基本信号Ｔ０＊から電動機の回転速度ωｍまでの等価制御対象Ｇｏ（ｓ，Ｊ）の伝達関数を求めると、式（２７）となる。【００３４】
【数２１】
0005120654.tif 000022
また、等価ローパスフィルタ７を式（２８）で表されるものとする。【００３５】
【数２２】
0005120654.tif 000023
よって、実施例２と同じく図１２の制御システムを図６のように書き直すことができる。
また、Ｌ２（ｓ）を式（２９）で表されるローパスフィルタとする。【００３６】
【数２３】
0005120654.tif 000024
したがって、すべての実際のプラントのイナーシャＪに対して、Ｌｏ（ｓ，Ｊ）の位相遅れがＬ２（ｓ）のより小さいため、Ｌ２（ｓ）の入力である位相進み推定速度ωｐは電動機の回転速度ωｍよりＬｏ（ｓ，Ｊ）の遅れた位相量以上で位相進みになっている。また、位相進み推定速度ωｐをフィードバック速度ωｆとしているので、位相進み補償オブザーバがない場合にＬｏ（ｓ，Ｊ）の位相遅れによる振動や不安定な問題が解消される。
また、ＪＭ＞＞Ｊｎが満たされる場合に、Ｌ２（ｓ）を式（３０）で表される１次ローパスフィルタとすることができる。【００３７】
【数２４】
0005120654.tif 000025
ただし、Ｔ２＝（ＪＭ／Ｊｎ）Ｔ１                   （３１）
となる。
式（２９）、式（３０）および式（３１）より、第１ローパスフィルタ５２のパラメータが制御系のロバスト特性に大きく影響するが、第３ローパスフィルタ５５のパラメータがあまり制御系のロバスト特性に影響しない。一方、検出された電動機の回転速度ωｍに含まれているノイズ成分がノミナルプラントシステム５３により増幅され第３ローパスフィルタ５５および第１ローパスフィルタ５２を通してトルク指令に乗るため、第３ローパスフィルタ５５と第１ローパスフィルタ５２との両方のパラメータが制御系の外乱除去特性に影響する。よって、第１ローパスフィルタ５２のパラメータを適当に設定することにより制御系のロバスト特性を向上し、また第３ローパスフィルタ５５のパラメータを適当に設定することにより制御系の外乱除去特性を向上することができる。
このように、第２実施例と較べ、制御系が少し複雑になるが、ロバスト特性をあまり影響しないようにノイズ除去特性を考慮することができるので、さらに制御特性を向上させることができる。
また、図１２において、第３ローパスフィルタ５５を実際のプラント４の前に移すことができる。そうすることで、ループ全体にとって位相遅れが少し増えるが、トルク指令の基本信号Ｔ０＊から入ってくるノイズ成分を除去する効果を高めることができる。【００３８】
次に、本発明の効果を具体例を用いて説明する。イナーシャが２０倍変動する実際のプラントに対して、通常のＰＩ制御、第1の従来技術および本発明の技術を用いたシミュレーション結果をそれぞれ図７、図８および図９に示す。通常のＰＩ制御および第1の従来技術を用いた場合と較べ、本発明の技術を用いた場合は、イナーシャが大きく変動しても、オーバーショットが少なくしかも整定時間が短いという指令に対する高性能な追従特性が殆ど変わらないことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
通常のＰＩ制御系にノミナルプラントの逆システムを含む外乱オブザーバとノミナルプラントを含む位相進み補償オブザーバとを組み合わせることで実際のプラントのパラメータ変動を補償することによって、ロバストかつ高性能な制御を実現することができるので、サーボのみならず、如何なるノミナルプラントが非最小位相システムで表されパラメータが大きく変動するシステムに対して、ロバストかつ高性能に指令に追従するという用途にも適用できる。
【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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