(57)【要約】  容易な調整で、電動機制御装置の外乱抑制力の向上と負荷機械２の振動抑制とを同時に実現できるように、速度制御回路９ａは、電動機３の速度の目標値である速度指令信号ｖrと、電動機３の速度の現在値である速度信号ｖmを速度補正信号ｖcで補正した補正速度信号ｖmcを入力として、電動機３が負荷機械２を駆動するトルクτmの目標値を指定するトルク指令信号τrを出力し、振動抑制回路１１ａは、負荷機械２の加速度の現在値を示す加速度信号ａｌの入力に基づいて速度補正信号ｖcを出力し、振動抑制回路１１ａの伝達関数は、加速度信号ａｌからトルク指令信号τrまでの伝達関数が、電動機３の位置の現在値を示す位置信号ｘmからトルク指令信号τrまでの伝達関数に、所定のゲインの比例特性及び積分特性を乗じたものとなるように構成した。【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷機械を駆動する電動機の位置の目標値を指定する位置指令信号、及び前記電動機の位置の現在値を示す位置信号を入力として、前記電動機の速度の目標値を指定する速度指令信号を出力する位置制御手段と、
前記速度指令信号、及び前記電動機の速度の現在値を示す速度信号にその速度信号を補正する速度補正信号を加算した補正速度信号を入力として、前記電動機が前記負荷機械を駆動するトルクの目標値を指定するトルク指令信号を出力する速度制御手段と、
前記負荷機械の加速度の現在値を示す加速度信号から前記トルク指令信号までの伝達関数が、前記位置信号から前記トルク指令信号までの伝達関数に、所定のゲインの比例特性及び積分特性を乗じたものとなるように定められた伝達関数に基づいて、前記加速度信号あるいは前記加速度信号に所定の値以上の周波数成分を除去するローパスフィルタと所定の値以下の周波数成分を除去するハイパスフィルタとを作用させた信号を入力として前記速度補正信号を出力する振動抑制手段とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
負荷機械を駆動する電動機の速度の目標値を指定する速度指令信号、及び前記電動機の速度の現在値を示す速度信号にその速度信号を補正する速度補正信号を加算した補正速度信号を入力として、前記電動機が前記負荷機械を駆動するトルクの目標値を指定するトルク指令信号を出力する速度制御手段と、
前記負荷機械の加速度の現在値を示す加速度信号あるいは前記加速度信号に所定の値以上の周波数成分を除去するローパスフィルタと所定の値以下の周波数成分を除去するハイパスフィルタとを作用させた信号を比例倍して前記速度補正信号を出力する振動抑制手段とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項３】
負荷機械を駆動する電動機の位置の目標値を指定する位置指令信号、及び前記負荷機械の位置の現在値を示す位置信号にこの位置信号を補正する補正位置信号を加算した補正位置信号を入力として、前記電動機の速度の目標値を指定する速度指令信号を出力する位置制御手段と、
前記速度指令信号、及び前記電動機の速度の現在値を示す速度信号を入力として、前記電動機が負荷機械を駆動するトルクの目標値を指定するトルク指令信号を出力する速度制御手段と、
前記負荷機械の加速度の現在値を示す加速度信号を入力として、この加速度信号から前記トルク指令信号までの伝達関数が、前記位置信号から前記トルク指令信号までの伝達関数に所定のゲインの比例特性及び積分特性を乗じたものとなるように定められた伝達関数に基づいて、前記加速度信号あるいは前記加速度信号に所定の値以上の周波数成分を除去するローパスフィルタと所定の値以下の周波数成分を除去するハイパスフィルタとを作用させた信号を入力として前記補正位置信号を出力する振動抑制手段とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項４】
前記負荷機械を駆動する電動機の位置の目標値を指定する位置指令信号、及び前記電動機の位置の現在値を示す位置信号にその位置信号を補正する位置補正信号を加算した補正位置信号を入力として、前記電動機が前記負荷機械を駆動するトルクの目標値を指定するトルク指令信号を出力する位置制御手段と、
前記負荷機械の加速度の現在値を示す加速度信号あるいは前記加速度信号に所定の値以上の周波数成分を除去するローパスフィルタと所定の値以下の周波数成分を除去するハイパスフィルタとを作用させた信号の比例値を積分して前記位置補正信号を出力する振動抑制手段とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項５】
負荷機械を駆動する電動機の位置の目標値を指定する位置指令信号、及び前記電動機の位置の現在位置を示す位置信号にその位置信号を補正する補正位置信号を加算した補正位置信号を入力として、前記電動機の速度の目標値を指定する速度指令信号を出力する位置制御手段と、
前記速度指令信号、及び前記電動機の速度の現在値を示す速度信号にその速度信号を補正する速度補正信号を加算した補正速度信号を入力として、前記電動機が前記負荷機械を駆動するトルクの目標値を指定するトルク指令信号を出力する速度制御手段と、
前記負荷機械の加速度の現在値を示す加速度信号あるいは前記加速度信号に所定の値以上の周波数成分を除去するローパスフィルタと所定の値以下の周波数成分を除去するハイパスフィルタとを作用させた信号を比例倍して前記速度補正信号を出力するゲイン部、及び前記速度補正信号を積分して前記位置補正信号を出力する積分部からなる振動抑制手段とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項６】
電動機に駆動される負荷機械の速度の目標値を指定する速度指令信号、及び前記電動機の速度の現在値を示す速度信号を入力として、前記電動機が前記負荷機械を駆動するトルクの目標値を指定するトルク指令信号を出力する速度制御手段と、
前記負荷機械の加速度の現在値を示す加速度信号あるいは前記加速度信号に所定の値以上の周波数成分を除去するローパスフィルタと所定の値以下の周波数成分を除去するハイパスフィルタとを作用させた信号を入力として、前記速度信号から前記トルク指令信号までの伝達関数に所定のゲインを乗じた伝達関数に基づいて、前記トルク指令信号を補正するトルク指令補正信号を出力する振動抑制手段とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項７】
電動機に駆動される負荷機械の位置の目標値を指定する位置指令信号、及び前記電動機の位置の現在値を示す位置信号を入力として、前記電動機が前記負荷機械を駆動するトルクの目標値を指定するトルク指令信号を出力する位置制御手段と、
前記負荷機械の加速度の現在値を示す加速度信号あるいは前記加速度信号に所定の値以上の周波数成分を除去するローパスフィルタと所定の値以下の周波数成分を除去するハイパスフィルタとを作用させた信号を入力として、前記位置信号から前記トルク指令信号までの伝達関数に所定のゲインを有する比例特性及び積分特性を乗じた伝達関数に基づいて、前記トルク指令信号を補正するトルク指令補正信号を出力する振動抑制手段とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項８】
電動機に駆動される負荷機械の位置の目標値を指定する位置指令信号、及び前記電動機の位置の現在値を示す位置信号を入力として、前記電動機の速度の目標値を指定する速度指令信号を出力する位置制御手段と、
前記速度指令信号及び前記電動機の速度の現在値を示す速度信号を入力として、前記電動機が前記負荷機械を駆動するトルクの目標値を指定するトルク指令信号を出力する速度制御手段と、
前記負荷機械の加速度の現在値を示す加速度信号あるいは前記加速度信号に所定の値以上の周波数成分を除去するローパスフィルタと所定の値以下の周波数成分を除去するハイパスフィルタとを作用させた信号を入力として、前記位置信号及び前記速度信号から前記トルク指令信号までの伝達関数に所定のゲインを有する比例特性及び積分特性を乗じた伝達関数に基づいて、前記トルク指令信号を補正するトルク指令補正信号を出力する振動抑制手段とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項９】
振動抑制手段に含まれる積分特性が、負荷機械の加速度の現在値を示す加速度信号から、電動機が負荷機械を駆動するトルクの目標値を指定するトルク指令信号までの伝達特性に含まれる積分要素の次数の合計に応じた次数のハイパスフィルタ特性を併せ持つことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一に記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械におけるテーブルや産業ロボットのアームのような負荷機械を駆動する電動機を制御する電動機制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の電動機制御装置としては、電動機の速度信号又は位置信号を元に生成されるトルク指令信号により電動機のトルクがトルク指令信号に一致するよう制御することでトルク伝達機構を介して電動機と接合された負荷機械を駆動するものが知られているが、電動機と負荷機械を接合するトルク伝達機構の低剛性により、外乱抑制力向上と負荷機械の振動を同時に実現することが困難である問題があった。【０００３】
そこで、従来の伝統器制御装置は、電動機の速度信号及び位置信号を元に生成されるトルク指令信号から負荷機械の加速度信号を比例倍した信号を減算する構成とし、負荷機械の加速度信号に含まれる負荷機械の振動をトルク指令信号に反映させることで負荷機械の振動を抑制するように構成されていた（例えば特許文献１参照）。【０００４】
又は、負荷機械の加速度信号を入力とし、位置制御回路が出力するトルク指令信号を補正する振動抑制回路を付加する構成とし、電動機と負荷機械と位置制御回路と振動抑制回路を状態方程式のモデルで表現し、位置偏差と負荷機械の加速度とモータへ与える操作エネルギーを考慮した項と状態方程式の状態変数を含んだ評価関数が最小となるよう位置制御回路と振動抑制回路が備えるゲインを決定することで、負荷機械を振動させることなく、指令追従性の高めるように構成されていた（例えば特許文献２参照）。【０００５】
【特許文献１】特開平６−９１４８２号公報
【特許文献２】特開平５−３０３４２７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の発明では、速度比例ゲインＫvpがある値に固定されていれば、加速度フィードバックゲインＫaを大きくすることで負荷機械の振動を抑制することが可能である。しかし、振動抑制に適切なＫaの大きさが速度比例ゲインＫvpによって異なるため、外乱抑制力を向上させるために速度比例ゲインＫvpを調整するたびに加速度フィードバックゲインＫaを調整し直す必要があり、調整作業が煩雑となる問題があった。
また、負荷機械の振動を抑制するためには加速度フィードバックゲインＫaを大きくする必要があるが、負荷機械の加速度信号を比例倍した信号を速度制御回路が出力するトルク指令信号に加算する構成としていることにより、振動抑制を目的とした加速度フィードバックゲインＫaの効果と、外乱抑制を目的とした速度積分ゲインＫvi及び位置比例ゲインＫpの効果とが干渉を起こして振動的となり、十分な振動抑制効果と外乱抑制効果を同時に得ることができないという問題があった。【０００７】
また、特許文献２に記載の発明では、電動機と負荷機械を合わせた機械系に関する正確な数式モデルが必要であり、そのためには機械系の周波数特性を同定するなどの特別な手段が必要となり、装置全体の構成が大規模かつ複雑になるという問題があった。
また、位置制御回路と振動抑制回路のゲインを決定するためには評価関数の重みを設定する必要があるが、評価関数の重みゲインと得られる結果との関係が不明確であるので、満足のいく結果を得るためには試行錯誤的な調整とならざるを得ず、調整作業が煩雑となり、また、位置制御回路と振動抑制回路のゲインを決定するためにはリカッチ方程式を解く必要があることからも調整作業が繁雑となる問題があった。【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、容易なゲイン調整により、外乱抑制力の向上と負荷機械の振動抑制とを同時に実現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】
【０００９】
位置制御手段が、負荷機械を駆動する電動機の位置の目標値を指定する位置指令信号、及び電動機の位置の現在値を示す位置信号を入力として、電動機の速度の目標値を指定する速度指令信号を出力し、速度制御手段が、位置制御手段の出力する速度指令信号、及び電動機の速度の現在値を示す速度信号にその速度信号を補正する速度補正信号を加算した補正速度信号を入力として、電動機が負荷機械を駆動するトルクの目標値を指定するトルク指令信号を出力するように電動機制御装置を構成し、さらに、負荷機械の加速度の現在値を示す加速度信号あるいは前記加速度信号に所定の値以上の周波数成分を除去するローパスフィルタと所定の値以下の周波数成分を除去するハイパスフィルタとを作用させた信号を入力として速度補正信号を出力する振動抑制手段を、加速度信号からトルク指令信号までの伝達関数が、位置信号からトルク指令信号までの伝達関数に、所定のゲインの比例特性及び積分特性を乗じたものとなるように定められた伝達関数を持つように構成したものである。
【発明の効果】
【００１０】
電動機及び負荷機械からなる機械系に関する情報を得るための計算や周波数特性の同定をするなどの特別な手段は不要で、電動機及び負荷機械の速度制御における外乱抑制のための速度比例ゲイン及び速度積分ゲインの調整とは独立に、負荷機械の加速度信号のフィードバックゲインを固定値に設定すれば負荷機械の振動抑制を実現できるので、容易なゲイン調整で電動機及び負荷機械の速度制御における外乱抑制力の向上と、負荷機械の振動抑制とを同時に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の電動機制御装置を示すブロック図である。制御対象１は、負荷機械２を駆動する電動機３を含む機械系４と、電動機３が負荷機械２を駆動するトルクτmをトルク指令信号τrに一致するように制御するトルク制御回路５とからなる。また、機械系４は、負荷機械２及び電動機３のほかに、電動機３の位置の現在値である位置信号ｘmを検出する位置検出回路６と、負荷機械２の加速度の現在値である加速度信号ａlを検出する加速度検出回路７からなる。【００１２】
位置制御回路８ａは、電動機３の位置の目標値である位置指令信号ｘrと、位置信号ｘmを入力として、電動機３の速度の目標値である速度指令信号ｖrを出力する。
速度制御回路９ａは、位置制御回路８ａの出力する速度指令信号ｖrと、速度演算回路１０が位置信号ｘmから演算して出力する速度信号ｖmに、その速度信号ｖmを補正する速度補正信号ｖcを加算した補正速度信号ｖmcとを入力として、電動機３が負荷機械２を駆動するトルクτmの目標値であるトルク指令信号τrを出力する。【００１３】
速度補正信号ｖcは、負荷機械２の加速度信号ａlを入力とする振動抑制回路１１ａが出力するが、この振動抑制回路１１ａの伝達関数は、加速度信号ａlからトルク指令信号τrまでの伝達関数が、位置信号ｘmからトルク指令信号τrまでの伝達関数に、所定のゲインの比例特性及び積分特性を乗じたものとなるように定められる。【００１４】
この実施の形態１の原理を、図１の構成に比べて簡単になる、位置制御回路８ｂに位置信号ｘmのフィードバックを入力しない図２の構成を用いて説明する。図２において、制御対象１は図１と同一である。
位置制御回路８ｂは、位置指令信号ｘrを入力として、速度指令信号ｖrを出力する。
速度制御回路９ｂは、位置制御回路８ｂの出力する速度指令信号ｖrと、速度演算回路１０が位置信号ｘmから演算して出力する速度信号ｖmに、その速度信号ｖmを補正する速度補正信号ｖcを加算した補正速度信号ｖmcとを入力として、トルク指令信号τrを出力する。【００１５】
そして、速度補正信号ｖcは、振動抑制回路１１ｂにおいて、負荷機械２の加速度信号ａlを比例倍して生成される。
なお、図２の構成では、位置制御回路８ｂは必ずしも電動機制御装置の構成要素であるとは限らず、速度指令信号ｖrが電動機制御装置の外部からの入力である構成も考えられる。【００１６】
次に、この実施の形態１の原理を説明する。
機械系４が機械共振特性を有して、トルク指令信号τrから電動機３の速度信号ｖmまでの伝達関数が機械共振特性を一つだけ有する二慣性系であるとする。このとき、電動機３のトルクτmから電動機３の速度信号ｖmまでの伝達関数をＧv（ｓ）、電動機３のトルクτmから負荷機械２の加速度信号ａlまでの伝達関数をＧa（ｓ）とすると、Ｇv（ｓ）及びＧa（ｓ）はそれぞれ以下のように表される。【００１７】
【数１】
2006129612.tif 000002
【００１８】
【数２】
2006129612.tif 000003
【００１９】
ここで、ωzは反共振周波数、ωpは共振周波数、Ｊは機械系４の総慣性であり、電動機３の慣性をＪm、負荷機械２の慣性をＪlとすると、総慣性ＪはＪmとＪlとの和として表される。Ｇv（ｓ）は虚軸上に一対の複素零点を有し、この複素零点をｚ'とすると、ｚ'は次式で与えられる。【００２０】
【数３】
2006129612.tif 000004
【００２１】
また、速度制御回路９ｂは、補正速度信号ｖmcからトルク指令信号τrまでの伝達特性が次式で示すＰＩ制御の伝達特性となるよう構成するものとする。【００２２】
【数４】
2006129612.tif 000005
ここで、ｋvは速度比例ゲインであり、ωviは速度積分ゲインである。【００２３】
まず、振動抑制回路１１ｂにおいて負荷機械２の加速度信号ａlを比例倍するゲインをαとし、このゲインαを０、すなわち電動機３の速度信号ｖmに速度補正信号ｖcを加算しない電動機制御装置を考える。トルク制御回路５の伝達特性を理想的に１とし、制御対象１の入力端でループを切り開いたときの開ループ伝達関数をＬv'（ｓ）とすると、Ｌv'（ｓ）は制御対象１の入力端から電動機３の位置信号ｘmを検出する位置検出回路６、速度演算回路１０及び速度制御回路９ｂを経由して制御対象１の入力端に戻るループの伝達関数となり、次式のように表される。【００２４】
【数５】
2006129612.tif 000006
【００２５】
（５）式より、Ｌv'（ｓ）が有する零点は、実数零点−ωviと虚軸上にある一対の複素零点±ｊωzとなり、速度制御回路９ｂが与える実数零点−ωviとＧv（ｓ）の複素零点ｚ'がそのまま現れる。【００２６】
一方、α＞０としたときを考えると、制御対象１の入力端でループを切り開いたときの開ループ伝達関数をＬv（ｓ）とすると、Ｌv（ｓ）は、制御対象１の入力端から電動機３、位置検出回路６、速度演算回路１０及び速度制御回路９ｂを経由して制御対象１の入力端に戻るループの伝達関数と、制御対象１の入力端から負荷機械２、加速度検出回路７、振動抑制回路１１ｂ及び速度制御回路９ｂを経由して制御対象１の入力端に戻るループの伝達関数との和となり、次式のように表される。【００２７】
【数６】
2006129612.tif 000007
【００２８】
（６）式より、Ｌv（ｓ）は、実数零点−ωviとゲインαによって変化する一対の複素零点を有する。Ｌv（ｓ）の複素零点をｚとすると、ｚは次式で与えられる。【００２９】
【数７】
2006129612.tif 000008
【００３０】
また、Ｌv（ｓ）の複素零点ｚの減衰係数をζzとし、複素平面において複素零点ｚが実軸となす角度をφとすると、複素零点ｚの減衰係数ζzは次式で与えられる。【００３１】
【数８】
2006129612.tif 000009
【００３２】
一般に、外乱抑制効果を向上させるためには開ループ伝達関数のゲインを大きくする必要があるが、開ループ伝達関数のゲインを十分に大きくすると、ループを切り開かない閉ループ伝達関数の極（以下閉ループ極と記す）が開ループ伝達関数の零点へと漸近することが知られている。したがって、開ループ伝達関数のゲインを大きくすると、閉ループ極の減衰係数は（８）式の開ループ伝達関数の零点（以下開ループ零点と記す）の減衰係数に近づく。
この閉ループ極の減衰係数は、閉ループ応答の振動が減衰する割合を表す代表的な指標であり、閉ループ極の減衰係数が小さくなるほど閉ループ応答の振動は大きくなり、閉ループ極の減衰係数が大きくなるほど閉ループ応答の振動は速く減衰することになる。【００３３】
この実施の形態１によれば、（８）式で示した開ループ複素零点の減衰係数ζzを適切に大きな値に設定しておけば、外乱抑制効果を向上させるために開ループ伝達関数のゲインを大きくしても、閉ループ複素極の減衰係数を大きくして振動を抑制することができる。すなわち外乱抑制と振動抑制とを同時に実現することができる。【００３４】
上記性質について、図３及び図４を用いて詳細に説明する。
図３は、速度比例ゲインｋvを変化させたときの閉ループ複素極の根軌跡を表す概略図である。ここでは、説明を容易にするためωvi＝０とし、また、複素零点ｚの減衰係数がζｚ＝０．５となるようにα＝１／ωzとしている。
図３において、α＝０としたときの閉ループ複素極の根軌跡を点線で示し、α＞０としたときの閉ループ複素極の根軌跡を実線で示し、また、開ループ零点を○印で、開ループ極を×印で表し、各根軌跡の矢印は速度比例ゲインｋvを大きくしたときに閉ループ極が移動する方向を表している。
なお、実軸上の閉ループ極は、速度ゲインが０のとき原点にあり、速度比例ゲインｋvの増大に応じて−∞にある開ループ零点に収束するする。この軌跡はα＝０とα＝１／ｗｚのいずれの場合においても同じ軌跡となる(図示せず)。
そして図４は、速度比例ゲインｋvを大きくしたときの閉ループ複素極の減衰係数の変化を表す図であり、横軸は総慣性Ｊで正規化した速度比例ゲインｋvであり、縦軸は閉ループ複素極の減衰係数である。【００３５】
ゲインαが０であるとき、外乱抑制力を向上させるため速度比例ゲインｋvを０から大きくすると、閉ループ複素極は虚軸から離れる方向へ移動し、閉ループ複素極の減衰係数はあるｋvの値において最大となる。
速度比例ゲインｋvを、減衰係数が最大になる値からさらに増大させると、閉ループ複素極は、Ｌv'（ｓ）が虚軸上にもつ複素零点ｚ'に近づき、閉ループ複素極の減衰係数は０に漸近する。それに伴って負荷機械２の振動が大きくなるが、この複素零点ｚ'の位置は速度比例ゲインｋv及び速度積分ゲインωviを調整しても変更できないため、減衰係数を大きくして負荷機械２の振動を抑制するためには速度比例ゲインｋvを小さくしなければならない。
以上より、ゲインαが０である、すなわち、電動機３の速度ｖmに速度補正信号ｖcを加算しない場合は外乱抑制力の向上と振動抑制とを同時に実現することはできない。【００３６】
これに対し、ゲインαを正に大きくすればＧv（ｓ）の複素零点ｚ'の減衰係数を大きくできる。すなわち、Ｌv（ｓ）の複素零点ｚを虚軸にあるｚ'から離れた位置へ移動させ、Ｌv（ｓ）の複素零点ｚの減衰係数ζzを大きくすることができる。
このとき外乱抑制力を向上させるために速度比例ゲインｋvを増大させると、閉ループ複素極が虚軸から離れる方向へ移動し、閉ループ複素極の減衰係数は増大する。さらにｋvを増大させると、α＝０のときと同様、閉ループ複素極の減衰係数が減少するものの、前述のようにＬv（ｓ）の複素零点ｚの減衰係数ζzを適度な大きさにすることができるので、閉ループ複素極がＬv（ｓ）の複素零点ｚに近づいても、閉ループ極の減衰係数が０になることは無く、負荷機械２を振動しないように調整することができる。
つまり、外乱抑制力の向上と負荷機械の振動抑制を同時に実現することができる。【００３７】
図１の構成においても、図２の構成についてと同様に振動抑制回路１１ａを構成できるが、その内容は以下のとおりである。
図１において、位置制御回路８ａは位置比例ゲインｋpの伝達特性を、速度制御回路９ａは図２と同様（４）式で示されるＰＩ制御の伝達特性をもつように構成するものとする。このとき、位置検出回路６からのフィードバックループに着目すると、位置信号ｘmからトルク指令信号τrまでの伝達特性は次式で示される。【００３８】
【数９】
2006129612.tif 000010
【００３９】
加速度信号ａlからトルク指令信号τrまでの伝達特性が、位置信号ｘmからトルク指令信号τrまでの伝達特性に、ゲインαの比例積分特性を乗じたものとなるように構成すれば、図２の構成と同様に開ループ複素零点の減衰を調整できることから、次式で示されるような伝達特性を持てばよい。【００４０】
【数１０】
2006129612.tif 000011
【００４１】
一方、速度補正信号ｖcからトルク指令信号τrまでの伝達特性は次式で示される。【００４２】
【数１１】
2006129612.tif 000012
【００４３】
したがって、振動抑制回路１１ａを、次式で示されるような比例ゲインがαで積分ゲインがｋpのＰＩ制御の伝達関数Ｃa（ｓ）を持つように構成すればよい。【００４４】
【数１２】
2006129612.tif 000013
【００４５】
次に、この実施の形態１における振動抑制回路１１ａ及び振動抑制回路１１ｂ並びに速度制御回路９ａ及び速度制御回路９ｂの調整について説明する。
ゲインαを正に大きくすることで減衰係数ζzを大きくでき、減衰係数ζzが０．５程度もあれば、速度比例ゲインｋvを大きくしたときに十分な振動抑制効果を得ることができる。また、減衰係数ζzをさらに大きくして１以上にしても特に良い効果が得られない一方、収束が遅くなる、ロバスト安定性が悪くなるといった悪影響が増大する。したがって、ゲインαは減衰係数がζz＝０．５程度となるように調整すればよい。これまでの説明では、制御対象１が有する反共振の減衰が０としていたが、制御対象１の反共振減衰が０より大きい場合は、その値の大きさに応じて減衰係数ζzを０．５程度よりも小さい値としてもよい。
また、減衰係数ζzは速度比例ゲインｋv及び速度積分ゲインωviには依存しない。よって、速度比例ゲインｋv及び速度積分ゲインωviの調整とは独立に、負荷機械２の振動を抑制可能な範囲でゲインαをある値に固定にしておけばよい。例えばζz＝０．５程度となるように、α＝１／ωz程度にすれば負荷機械２の振動を十分抑制できる。【００４６】
なお、機械系４の反共振周波数ωzが事前にわかっていれば、上記のように減衰係数ζzが最適な値に一致するようゲインαを設定することが可能であるが、反共振周波数ωzが不明な場合でも、ゲインαを正に大きくするだけで、減衰係数ζzを大きくして振動抑制効果を得ることができる。
したがって、反共振周波数ωzなど機械系４に関する情報を獲得するため計算や周波数特性を同定するなどの特別な手段は不要であり、αを０から徐々に大きくするだけの容易な調整で負荷機械２の振動を抑制できる。【００４７】
また、減衰係数ζzが速度比例ゲインｋvに依存しないことから、ゲインαと速度比例ゲインｋvとは独立に調整することができ、外乱抑制力の向上と負荷機械２の振動抑制を独立に調整することができる。【００４８】
また、減衰係数ζzは速度積分ゲインωviにも依存しないので、ゲインαと速度積分ゲインωviも独立に調整することができる。（６）式より、速度積分ゲインωviを変化させてもＬv（ｓ）の実数零点−ωviが実軸上を移動するだけであり、ゲインαによって変化する複素零点の減衰係数ζzに影響しないことが分かる。
実数零点の減衰係数は１であるので、実数零点−ωviに収束する閉ループ極の影響で負荷機械２が振動することはない。この種の電動機制御装置において、速度積分ゲインωviを速度比例ゲインｋvに対して連動させ、速度比例ゲインｋvの増大に応じてωviも大きくなるよう設定されることが多いが、そのような場合においても、速度比例ゲインｋv及び速度積分ゲインωviに関する設定を変更する必要はなく、電動機３の速度信号ｖmに速度補正信号ｖcを加算する、この実施の形態１の構成として、上記のようにゲインαを調整するだけの容易な調整で外乱抑制力の向上と振動抑制が同時に実現できる。
なお、位置比例ゲインｋp、については速度比例ゲインｋvと同様に扱うことができる。【００４９】
また、この実施の形態１では、振動抑制回路１１ａにおいて、負荷機械２の加速度信号ａlを比例倍して速度補正信号ｖcを生成する構成を記載したが、負荷機械２の加速度信号ａlから所定の周波数成分を除去した信号を比例倍するように構成してもよい。
例えば、振動抑制回路１１ａ又は振動抑制回路１１ｂに所定の周波数以上の成分を除去するローパスフィルタを追加することにより、機械系４の安定性に悪影響を及ぼす可能性がある、負荷機械２の加速度信号ａlに含まれる高周波ノイズを除去することができる。ローパスフィルタのカットオフ周波数は機械系４の反共振周波数ωzの５倍より大きければよい。【００５０】
また、振動抑制回路１１ａ又は振動抑制回路１１ｂに所定の周波数以下の成分を除去するハイパスフィルタを追加することにより、負荷機械２の加速度信号ａlに含まれるオフセットに起因した定常誤差を除去することができる。なお、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は機械系４の反共振周波数ωzの１／４より小さければよい。【００５１】
この実施の形態１は、以上のように構成することで、機械系４に関する情報を得るための計算や周波数特性の同定をするなどの特別な手段は不要で、位置比例ゲインｋp、速度比例ゲインｋv及び速度積分ゲインωviの調整とは独立に、減衰係数ζzが１以下の適切な値となるようにゲインαを固定値に設定するだけの容易な調整で、外乱抑制力の向上と負荷機械２の振動抑制とを同時に実現できる。
また、図２の構成のように、位置制御回路８ｂに位置信号ｘmのフィードバック入力がないときは、負荷機械２の加速度信号ａlを比例倍した速度補正信号ｖcを、電動機３の速度信号ｖmに加算するという、より簡単な構成で同等の効果を得ることができる。【００５２】
なお、速度制御回路９ａ及び速度制御回路９ｂがＰＩ制御の伝達特性を持つ場合を例にとって説明したが、他の伝達特性を持つ場合でも、例えばＩＰ制御の伝達特性であれば、振動抑制回路はＰＩＤ制御にωviで決まるフィルタを追加した構成とすれば良いといったように、同様の方法で振動抑制回路１１ａ又は振動抑制回路１１ｂを構成することができる。【００５３】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２の電動機制御装置を示したブロック図である。
制御対象１は実施の形態１と同じものである。
位置制御回路８ｃは、位置指令信号ｘrと、位置信号ｘmにその位置信号ｘmを補正する位置補正信号ｘcを加算した補正位置信号ｘmcとを入力として、速度指令信号ｖrを出力する。
速度制御回路９ｃは、位置制御回路８ｃの出力する速度指令信号ｖrと、１０が位置信号ｘmから演算して出力する速度信号ｖmとを入力として、トルク指令信号τrを出力する。【００５４】
位置補正信号ｖcは、負荷機械２の加速度信号ａlを入力とする振動抑制回路１１ｃが出力するが、この振動抑制回路１１ｃの伝達関数は、加速度信号ａlからトルク指令信号τrまでの伝達関数が、位置信号ｘmからトルク指令信号τrまでの伝達関数に、所定のゲインの比例特性及び積分特性を乗じたものとなるように定められる。【００５５】
この実施の形態２の原理を、図５の構成に比べて簡単になる、速度制御回路９ｃに速度信号ｖmのフィードバックを入力しない図６の構成を用いて説明する。図６において、制御対象１は図５と同一のものである。
この図６の構成では、位置制御回路８ｄが速度制御回路を介さずに直接トルク指令信号τrを出力するように構成され、位置指令信号ｘrと補正位置信号ｘmcとを入力として、トルク指令信号τrを出力する。また、位置補正信号ｘcは、振動抑制回路１１ｄが負荷機械２の加速度信号ａlを比例倍した信号を積分して生成する。【００５６】
次に、この実施の形態２の原理について説明する。実施の形態１と同様、機械系４は機械共振特性を有し、トルク指令信号τrから電動機３の位置信号ｘmまでの伝達関数が機械共振特性を一つだけ有する二慣性系であるものとする。このとき、電動機３のトルクτmから電動機３の位置信号ｖmまでの伝達関数をＧp（ｓ）とすると、Ｇp（ｓ）は次式のように表される。【００５７】
【数１３】
2006129612.tif 000014
【００５８】
また、振動抑制回路１１ｄは負荷機械２の加速度信号ａlを比例積分するものとし、負荷機械２の加速度信号ａlから位置補正信号ｘcまでの伝達特性が次式で与えられるものとする。【００５９】
【数１４】
2006129612.tif 000015
ここで、αは振動抑制回路１１ｄの積分ゲインである。【００６０】
また、位置制御回路８ｄにおける電動機３の位置信号ｘmからトルク指令信号τrまでの伝達特性が次式で示すＣp（ｓ）で表されるＰＩＤ制御装置であるものとする。【００６１】
【数１５】
2006129612.tif 000016
ここで、Ｋは位置微分ゲイン、Ｋpは位置比例ゲイン、Ｋiは位置積分ゲインである。【００６２】
トルク制御回路５の伝達特性を理想的に１とし、制御対象１の入力端でループを切り開いたときの開ループ伝達関数をＬp（ｓ）とすると、Ｌp（ｓ）は、制御対象１の入力端から電動機３、位置検出回路６及び位置制御回路８ｄを経由して制御対象１の入力端に戻るループの伝達関数と、制御対象１の入力端から負荷機械２、加速度検出回路７、振動抑制回路１１ｄ及び位置制御回路８ｄを経由して制御対象１の入力端に戻るループの伝達関数との和となり、次式のように表される。【００６３】
【数１６】
2006129612.tif 000017
【００６４】
Ｌp（ｓ）は、位置制御回路８ｄによって与えられる零点と、振動抑制回路１１ｄの積分ゲインαによって変化する複素零点とを有する。積分ゲインαによって変化する複素零点は（７）式で示す複素零点ｚと同じであるので、Ｋ、Ｋp及びＫiの調整とは独立に、αを正に大きくすることで減衰係数を大きくすることができる。
また、位置制御回路８ｄによって与えられる零点は、位置比例ゲインＫp及び位置積分ゲインＫiの値によっては複素零点となる場合もあるが、位置比例ゲインＫp及び位置積分ゲインＫiを調整することで複素零点の減衰係数を大きくすることができるので、位置微分ゲインＫを大きくしても、この複素零点に収束する閉ループ極が負荷機械２を振動させることはない。よって、実施の形態１と同様に容易な調整で外乱抑制力の向上と負荷機械２の振動抑制とを同時に実現することができる。【００６５】
また、実施の形態１と同様の考え方により、図５の構成においても、図６の構成についてと同様に振動抑制回路１１ｃを構成できる。図５において、位置制御回路８ｃがゲインｋpのＰ制御の伝達特性を、速度制御回路９ｃがＰＩ制御の伝達特性を持つ場合、次式で示されるような比例ゲインがα／ｋpで積分ゲインがｋpのＰＩ制御の伝達特性を持つように振動抑制回路１１ｃを構成すればよい。【００６６】
【数１７】
2006129612.tif 000018
【００６７】
なお、位置制御回路９ｃがＰＩ制御ではなく、ＩＰ制御のような他の伝達特性を持つときでも、同様に振動抑制回路１１ｃを構成することができる。【００６８】
この実施の形態２では、振動抑制回路１１ｃは負荷機械２の加速度信号ａlを比例積分倍して位置補正信号ｘcを生成するように構成したが、負荷機械２の加速度信号ａlから所定の周波数成分を除去した信号を比例倍するように構成してもよい。【００６９】
例えば、振動抑制回路１１ｃ又は振動抑制回路１１ｄにある所定の周波数以上の成分を除去するローパスフィルタを追加することにより、機械系４の安定性に悪影響を及ぼす可能性がある、負荷機械２の加速度信号ａlに含まれる高周波ノイズを除去することができる。ローパスフィルタの応答周波数は機械系４の反共振周波数ωzのおよそ５倍より大きければよい。【００７０】
また、振動抑制回路１１ｃ又は振動抑制回路１１ｄにおける積分を、積分にハイパスフィルタを併せた特性をもつ疑似積分としてもよい。このハイパスフィルタを２次以上の特性とすることにより、負荷機械２の加速度信号に含まれるオフセットに起因した定常誤差を除去することができる。このハイパスフィルタの次数は、加速度信号ａlからトルク指令信号τrまでの伝達特性に含まれる積分要素の次数の合計に応じて決定すればよい。なお、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は機械系４の反共振周波数ωzのおよそ１／４より小さければよい。【００７１】
この実施の形態２は上記のように構成しているため、振動抑制回路１１ｃ又は振動抑制回路１１ｄの積分ゲインαを大きくすることで、Ｌp（ｓ）の複素零点の位置を、虚軸上にあるＧp（ｓ）の複素零点の位置とは異なる位置にして、減衰係数を大きくすることができる。よって、実施の形態１と同様に容易な調整で外乱抑制力の向上と負荷機械２の振動抑制とを同時に実現することができる。
また、図６の構成のように、速度制御回路への速度信号ｖmのフィードバック入力がないときは、負荷機械２の加速度信号ａlを比例積分倍した位置補正信号ｘcを、電動機３の位置信号ｘmに加算するという、より簡単な構成で同等の効果を得ることができる。【００７２】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３の電動機制御装置を示したブロック図である。制御対象１は実施の形態１のものと同じである。
位置制御回路８ｅは位置指令信号ｘrと、電動機３の位置信号ｘmに、その位置信号ｘmを補正する位置補正信号ｘcを加算した補正位置信号ｘmcとを入力として、速度指令信号ｖrを出力する。
速度制御回路９ｅは、位置制御回路８ｅの出力とする速度指令信号ｖrと、速度演算回路１０が位置信号ｘmから演算して出力する速度信号ｖmに、その速度信号ｖmを補正する速度補正信号ｖcを加算した補正速度信号ｖmcとを入力として、トルク指令信号τrを出力する。
位置補正信号ｘc及び速度補正信号ｖcは振動抑制回路１１ｅが出力するが、この振動抑制回路１１ｅは、負荷機械２の加速度信号ａlを比例倍して速度補正信号ｖcを生成するゲイン回路１２と、その速度補正信号ｖcを積分して位置補正信号ｘcを生成する積分回路１３からなる。【００７３】
次に、この実施の形態３の原理について説明する。機械系４は実施の形態１と同じく二慣性系であるとする。また、振動抑制回路１１ｅの内部にあるゲイン回路１２のゲインをαとし、位置制御回路８ｅにおける電動機３の位置信号ｘmから速度指令信号ｖrまでの伝達特性が、次式で示す比例制御の伝達特性で表されるものとする。【００７４】
【数１８】
2006129612.tif 000019
ここで、ｋpは位置比例ゲインである。また、速度制御回路９ｅは速度指令信号ｖrと電動機３の速度信号ｖmとの偏差を、次式で示すＰＩ演算するものとする。【００７５】
【数１９】
2006129612.tif 000020
ここで、ｋvは速度比例ゲインであり、ωviは速度積ゲインである。【００７６】
トルク制御回路５の伝達特性を理想的に１とした場合の、制御対象１の入力端でループを切り開いたときの開ループ伝達関数をＬp（ｓ）とすると、Ｌp（ｓ）は制御対象１の入力端から位置検出回路６、位置制御回路８ｅ及び速度制御回路９ｅを経由して制御対象１の入力端に戻るループの伝達関数と、制御対象１の入力端から位置検出回路６、速度演算回路１０及び速度制御回路９ｅを経由して制御対象１の入力端に戻るループの伝達関数と、制御対象１の入力端から加速度検出回路７、ゲイン回路１２、積分回路１３、位置制御回路８ｅ及び速度制御回路９ｅを経由して制御対象１の入力端に戻るループの伝達関数と、制御対象１の入力端から加速度検出回路７、ゲイン回路１２及び速度制御回路９ｅを経由して制御対象１の入力端に戻るループの伝達関数との和となり、次式のように表される。【００７７】
【数２０】
2006129612.tif 000021
【００７８】
Ｌp（ｓ）は、実数零点−ｋp及び−ωvi並びに振動抑制回路１１ｅの積分ゲインαによって変化する複素零点を有する。
二つの実数零点の減衰係数は常に１であるので、速度比例ゲインｋvを大きくしたとき、この実数零点に収束する閉ループ極が負荷機械を振動させることはない。
また、積分ゲインαによって変化する複素零点は（７）式で示す複素零点ｚと同じであり、速度比例ゲインｋv、速度積分ゲインωvi及び位置比例ゲインｋpの調整に関係なく、積分ゲインαを正に大きくすることで、Ｌp（ｓ）の複素零点ｚの位置を、虚軸上にあるＧp（ｓ）の複素零点ｚ'とは異なる位置とすることで、減衰係数を大きくすることができる。
よって、実施の形態１と同様に容易な調整で外乱抑制力の向上と負荷機械２の振動抑制とを同時に実現することができる。【００７９】
なお、速度制御回路９ｅがＰＩ制御ではなくＩＰ制御のような他の伝達特性を持つときでも、同様に振動抑制回路１１ｅを構成することができる。【００８０】
また、この実施の形態３では、速度演算回路１０において、位置検出回路６により検出される位置信号ｘmから、電動機３の速度信号ｖmを演算する構成としたが、電動機３の速度の検出値を用いてもよい。【００８１】
また、振動抑制回路１１ｅは、負荷機械２の加速度信号ａlを比例倍して速度補正信号ｖcを生成し、速度補正信号ｖcを積分して位置補正信号ｘcを生成する構成としたが、加速度信号ａlの代わりに、加速度信号ａlから所定の周波数成分を除去した信号を用いてもよい。
例えば、振動抑制回路１１ｄに所定の周波数以上の成分を除去するローパスフィルタを追加することにより、機械系４の安定性に悪影響を及ぼす可能性がある、加速度信号ａlに含まれる高周波ノイズを除去することができる。ローパスフィルタの応答周波数は機械系４の反共振周波数ωzの５倍より大きければよい。【００８２】
また、振動抑制回路１１ｅにおける、負荷機械２の加速度信号ａlから速度補正信号ｖcまでの伝達特性に、所定の周波数以下の成分を除去するハイパスフィルタを追加し、かつ加速度信号ａlから位置補正信号ｘcまでの伝達特性に含まれる積分の代わりに、積分に２次以上の特性となるハイパスフィルタを併せた特性をもつ疑似積分を用いてもよい。この擬似積分に含まれるハイパスフィルタの次数は、加速度信号ａlからトルク指令信号τrまでの伝達特性に含まれる積分要素の次数の合計に応じて決定すればよい。振動抑制回路１１ｅを上記構成にすることで、加速度信号ａlに含まれるオフセットに起因した定常誤差を除去することができる。
加速度信号ａlから速度補正信号ｖcまでの伝達特性に追加されるハイパスフィルタと、加速度信号ａlから位置補正信号ｘcまでの伝達特性に含まれる積分の代わりに用いる疑似積分に含まれるハイパスフィルタのカットオフ周波数は、機械系４の反共振周波数ωzの１／４より小さければよい。【００８３】
実施の形態３は上記のように構成しているため、振動抑制回路１１ｅの内部にあるゲイン回路１２のゲインαを大きくすることで、Ｌp（ｓ）の複素零点の位置を、虚軸上にあるＧp（ｓ）の複素零点とは異なる位置として、減衰係数を大きくすることができる。よって、実施の形態１と同様に、容易な調整で外乱抑制力の向上と負荷機械２の振動抑制とを同時に実現することができる。【００８４】
実施の形態４．
図８は本発明の実施の形態４の電動機制御装置を示した図である。
制御対象１は実施の形態１と同じものである。
一方、実施の形態１から３では、振動抑制回路１１ａないし１１ｅは負荷機械２の加速度信号ａlを入力として、位置信号ｘmを補正する位置補正信号ｘc又は速度信号ｖmを補正する速度補正信号ｖcを出力するように構成したが、この実施の形態４では、振動抑制回路１１ｆは同じく加速度信号ａlを入力として、速度制御回路９ｆが出力するトルク指令信号τvを補正するトルク補正信号τcを出力するように構成する。【００８５】
位置制御回路８ｆは、位置指令信号ｘrを入力として、速度指令信号ｖrを出力する。
速度制御回路９ｆは、位置制御回路８ｆの出力する速度指令信号ｖrと、速度演算回路１０が電動機３の位置信号ｘmから演算して出力する速度信号ｖmとを入力として、トルク指令信号τrを出力する。
振動抑制回路１１ｆは、加速度信号ａlからトルク指令信号τrまでの伝達関数が、速度信号ｖmからトルク指令信号τrまでの伝達関数全体にゲインを乗じたものになるように構成する。そして、速度制御回路９ｆが出力するトルク指令信号τvに、振動抑制回路１１ｆが出力するトルク補正信号τcを加算して、トルク制御回路５に与える補正トルク指令信号τrを得る。【００８６】
この実施の形態４の原理を以下に説明する。図８において、機械系４は二慣性系であるとし、トルク制御回路５の伝達特性を理想的に１とし、負荷機械２の加速度信号ａlから補正トルク指令信号τrまでの伝達関数をＣa（ｓ）とし、速度制御回路９ｆにおける速度信号ｖmから補正トルク指令信号τvまで伝達特性が（４）式で示すＣv（ｓ）であるとすれば、Ｃa（ｓ）が次式で示す伝達特性となるよう振動抑制回路１１ｆを構成すればよい。【００８７】
【数２１】
2006129612.tif 000022
ここで、αは振動抑制回路１１ｆにおいて速度信号ｖmから補正トルク指令信号τvまで伝達特性Ｃv（ｓ）全体に乗じるゲインである。
このとき、制御対象１の入力端でループを開いたときの開ループ伝達関数は（６）式と全く同じとなり、実施の形態１と同様に容易な調整で外乱抑制力の向上と負荷機械２の振動抑制を同時に実現することができる。【００８８】
なお、実施の形態１と同様、速度制御回路９ｆがＰＩ制御ではなくＩＰ制御のような他の伝達特性を持つときでも、同様に振動抑制回路１１ｆを構成することができる。【００８９】
上記の振動抑制回路１１ｆは負荷機械２の加速度信号ａlにＰＩ演算を施すことで速度補正信号ｖcを生成するものであるが、加速度信号ａlから所定の周波数成分を除去した信号を用いてもよい。
例えば、振動抑制回路１１ｆに所定の周波数以上の成分を除去するローパスフィルタを追加することにより、機械系４の安定性に悪影響を及ぼす可能性がある、加速度信号ａlに含まれる高周波ノイズを除去することができる。ローパスフィルタのカットオフ周波数は機械系４の反共振周波数ωzの５倍より大きければよい。【００９０】
また、振動抑制回路１１ｆに積分特性が含まれる場合は、積分特性にハイパスフィルタを併せた特性をもつ疑似積分を用いてもよい。疑似積分を用いることで、加速度信号ａlに含まれるオフセットに起因した定常誤差を除去することができる。上記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は機械系４の反共振周波数ωzの１／４より小さければよい。【００９１】
この実施の形態４のように、負荷機械２の加速度信号ａlからトルク指令信号τrまでの伝達関数が、速度信号ｖmからトルク指令信号τrまでの伝達関数全体にゲインを乗じたものになるように振動抑制回路１１ｆを構成することにより、実施の形態１と同様に容易な調整で外乱抑制力の向上と負荷機械２の振動抑制とを同時に実現するができる。
また、上記実施の形態４で示される電動機制御装置を等価変換できるものは、上記と同様の効果を奏する。【００９２】
実施の形態５．
図９は、実施の形態４と同様に、加速度信号ａlに基づいてトルク補正信号τcを得る別の実施の形態である、実施の形態５の電動機制御装置を示した図である。
制御対象１は実施の形態１と同じものである。
位置制御回路８ｇは、電動機３に対する位置指令信号ｘrと、電動機３の位置信号ｘmとを入力として、速度制御回路を介さずに直接トルク指令信号τpを出力する。
振動抑制回路１１ｇは、加速度信号ａlからトルク指令信号τrまでの伝達関数が、位置信号ｘmからトルク指令信号τrまでの伝達関数全体にゲイン特性と積分特性を乗じたものになるように構成する。そして、位置制御回路８ｇが出力するトルク指令信号τpに、振動抑制回路１１ｇが出力するトルク補正信号τcを加算して、トルク制御回路５に与える補正トルク指令信号τrを得る。【００９３】
以下、動作原理を説明する。図９における機械系４は、実施の形態１と同様、二慣性系であるとし、トルク制御回路５の伝達特性を理想的に１であるとする。負荷機械２の加速度信号ａlからトルク指令信号τrまでの伝達関数をＣa（ｓ）とし、位置制御回路８ｇにおける電動機３の速度信号ｖmからトルク指令信号τpまで伝達特性が、例えば、（１５）式で示すＣp（ｓ）であるとき、Ｃa（ｓ）は次式で示す伝達特性となるよう振動抑制回路１１ｇを構成する。【００９４】
【数２２】
2006129612.tif 000023
ここで、αは、振動抑制回路１１ｇにおいて電動機３の位置信号ｘmからトルク指令信号τpまで伝達特性Ｃp（ｓ）全体に乗じるゲインである。このとき、制御対象１の入力端でループを開いたときの開ループ伝達関数は（１６）式と全く同じとなるので、実施の形態１と同様に、容易な調整で外乱抑制力の向上と負荷機械２の振動抑制を同時に実現することができる。【００９５】
上記の振動抑制回路１１ｇは負荷機械２の加速度信号ａlにＰＩＤ演算を施すことでトルク補正信号τcを生成する構成であるが、振動抑制回路１１ｇに所定の周波数成分を除去するフィルタを追加してもよい。
あったが【００９６】
例えば、振動抑制回路１１ｇに所定の周波数以上の成分を除去するローパスフィルタを追加することにより、機械系４の安定性に悪影響を及ぼす可能性がある、加速度信号ａlに含まれる高周波ノイズを除去することができる。ローパスフィルタのカットオフ周波数は機械系４の反共振周波数ωzのおよそ５倍より大きければよい。【００９７】
また、振動抑制回路１１ｇにおける積分を、積分にハイパスフィルタを併せた特性をもつ疑似積分としてもよい。また、このハイパスフィルタを２次以上の特性とすることにより、負荷機械２の加速度信号に含まれるオフセットに起因した定常誤差を除去することができる。上記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は機械系４の反共振周波数ωzのおよそ１／４より小さければよい。【００９８】
実施の形態５のように、負荷機械２の加速度信号ａlからトルク指令信号τrまでの伝達関数が、電動機３の位置信号ｘmからトルク指令信号τpまでの伝達関数全体に比例積分特性を乗じた伝達関数となるように振動抑制回路１１ｇを構成することにより、実施の形態１と同様に容易な調整で外乱抑制力の向上と負荷機械２の振動抑制とを同時に実現するができ、実際の装置に合わせた最適な電動機制御装置の構成を得ることができる。【００９９】
また、実施の形態４及びこの実施の形態５にそれぞれ含まれる電動機３の位置信号ｘm及び速度信号ｘmのフィードバックを併せ持つ図１０のような構成においても同様に、負荷機械２の加速度信号ａlからトルク指令信号τrまでの伝達関数が、電動機３の位置信号ｘmからトルク指令信号τvまでの伝達関数全体に比例積分特性を乗じた伝達関数となるように振動抑制回路１１ｈを構成することにより、実施の形態１と同様に容易な調整で外乱抑制力の向上と負荷機械２の振動抑制とを同時に実現することができる。【０１００】
また、この実施の形態５で示される電動機制御装置を等価変換できるものは上記と同様の効果を得ることができる。【０１０１】
また、各実施の形態において、電動機３の位置の現在値を示す位置信号ｘmを位置検出回路６により検出して、速度信号ｖmは速度演算回路１０が位置信号ｘmから演算して出力する構成について説明したが、逆に、電動機３の速度の現在値を示す速度信号ｖmを速度検出回路により検出して、位置信号ｘmは速度信号ｖmから演算する構成であっても、本発明は同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の実施の形態１による電動機制御装置の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１による電動機制御装置の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１による電動機制御装置における根軌跡を表す図である。
【図４】本発明の実施の形態１による電動機制御装置における速度比例ゲインと閉ループ複素極の減衰係数の関係を表す図である。
【図５】本発明の実施の形態２による電動機制御装置の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２による電動機制御装置の一例を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３による電動機制御装置の一例を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態４による電動機制御装置の一例を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態５による電動機制御装置の一例を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態５による電動機制御装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１０３】
２  負荷機械                        ３  電動機
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈ    位置制御手段である位置制御回路
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｅ、９ｆ、９ｈ    速度制御手段である速度制御回路
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ    振動抑制手段である振動抑制回路
１２    ゲイン部であるゲイン回路      １３    積分部である積分回路
【図１】
2006129612.tif 000024
【図２】
2006129612.tif 000025
【図３】
2006129612.tif 000026
【図４】
2006129612.tif 000027
【図５】
2006129612.tif 000028
【図６】
2006129612.tif 000029
【図７】
2006129612.tif 000030
【図８】
2006129612.tif 000031
【図９】
2006129612.tif 000032
【図１０】
2006129612.tif 000033
【国際調査報告】
2006129612.tif 000034
2006129612.tif 000035
2006129612.tif 000036