(57)【要約】【課題】  イナーシャ設定値Ｊｎと実際の負荷イナーシャＪがずれた場合や、摩擦等の外乱がある場合に、その影響を少なくし、応答の劣化を最小限に抑さえ、更に、簡単な調整で１倍から数百倍の負荷に対しても安定な制御系を実現することができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】  位置指令、速度指令、フィードフォワード指令のいずれか１つの指令に基づいて規範速度信号ｖｍｄｌを算出する規範速度算出部７と、前記規範速度信号ｖｍｄｌと速度フィードバック信号ｖｆｂの差をゲイン倍して速度ずれ補償信号ｖｃｏｍｐを出力するゲイン乗算部８と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも位置制御部または速度制御部を備え、モータを制御するモータ制御装置において、
指令に基づいて規範速度信号を算出する規範速度算出部と、
前記規範速度信号と速度フィードバック信号の差をゲイン倍して速度ずれ補償信号を出力するゲイン乗算部と、を備え、
前記速度ずれ補償信号に基づいてトルク指令を算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記指令は、位置指令、速度指令、フィードフォワード指令のいずれか１つであることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記速度フィードバック信号は、位置検出値を差分近似で微分した速度信号に対して位相を進めた信号であることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記モータ制御装置が、更に、前記トルク指令に基づいて速度推定値を算出するオブザーバを備え、
前記速度フィードバック信号が、前記速度推定値であることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記モータ制御装置が、更に、前記速度ずれ補償信号をフィルタ処理して新たな速度ずれ補償信号を出力するフィルタを備え、
前記速度ずれ補償信号の代わりに、前記新たな速度ずれ補償信号に基づいて前記トルク指令を算出することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記ゲイン乗算部で乗じるゲインの値を速度ループゲインの値に応じて変更することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記規範速度算出部は、制御対象のモデルを有し、
前記指令と制御対象モデルの状態量に基づいて、前記制御対象モデル速度を前記規範速度信号として出力することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記規範速度算出部は、前記指令を単にフィルタ処理した信号を前記規範速度信号として出力することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記フィルタ処理は、位置ループ比例ゲインＫｐの逆数を時定数とする一次遅れフィルタに微分処理を加えたものとすることを特徴とする請求項８記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記モータ制御装置が、更に、前記ゲイン乗算部で乗じるゲインの値を自動調整する調整部を備え、
位置偏差、速度偏差、前記規範速度信号と速度フィードバック信号の差、の少なくとも一つの信号を監視し、予め設定した閾値以下あるいは発振するまで前記ゲインの値を大きくすることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記モータ制御装置が、更に、前記速度ずれ補償信号を積分し位置ずれ補償信号を算出する積分演算部を備え、
前記位置制御部が、前記位置ずれ補償信号に基づいて速度指令を算出することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記速度フィードバック信号は、オブザーバにより推定された速度推定値を、更に、外挿処理した信号であることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イナーシャが設定値と異なる場合や摩擦がある場合も制御性能が劣化しにくいモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動機の位置制御装置は、モデル速度と速度検出値の差を比例積分制御してトルク補償信号を算出し、トルク指令に加算することで慣性モーメントＪが実際値と異なった場合の応答の変化を抑制している。（例えば、特許文献１参照）。
図８において、８０はモータとトルク伝達機構と負荷機械からなる制御対象を表し、モータの回転速度及び回転角を検出する回転検出器８４と、第１の位置制御回路８５と、機械系模擬回路８６ａと、第２の位置制御回路８７と、加算器８８と、第１の速度制御回路８９と、第２の速度制御回路９０ａと、第３の速度制御回路９１ａと、トルク制御回路８２とから従来の位置制御装置は構成されている。回転検出器８４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、この発明におけるモータのトルクの制御部は、トルク制御回路８２と、電力変換回路８３とから構成されている。
ここで、第１の位置制御回路８５と第２の位置制御回路８７は比例制御を行い、第１の速度制御回路８９と第２の速度制御回路９０ａは比例積分制御を行っている。
【０００３】
図９は、上述した第３の速度制御回路９１ａの詳細な構成を示すブロック図である。図において、第３の速度制御回路９１ａは、機械系模擬回路８６ａに接続された入力端子６０と、回転検出器４に接続された入力端子６１と、これら入力端子６０，６１に接続された減算器６２と、この減算器６２に接続された積分器６３と、減算器６２に接続された係数器６４と、積分器６３及び係数器６４に接続された加算器６５と、この加算器６５に接続された出力端子６６とから構成されている。このように第３の速度制御回路９１ａも機械系模擬回路８６aと速度検出値ωmの差を比例積分制御し、補償トルクτ３を計算している。そして、第１の速度制御回路の出力であるτ１と第１の速度制御回路の出力であるτ２に補償トルクτ３を加えている。
本従来例の説明では、第３の速度制御回路９１ａは、機械系模擬回路８６ａの積分時定数すなわち慣性モーメントＪが実際値と異なった場合の応答の変化を抑制する働きもすると記述されている。
【０００４】
このように、従来の位置制御装置は、制御対象のモデル（模擬回路）と速度検出値の差を比例積分制御しトルク指令に加算するという方法で慣性モーメントＪが実際値と異なった場合の応答の変化を抑制するのである。
【特許文献１】特開平０６−３０５７８号公報（第８−９頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の位置制御装置は、従来の速度制御回路（第１と第２の速度制御回路）に加え第３の速度制御回路を有し、制御対象のモデル（模擬回路）と実速度の差を比例積分制御しトルク指令に加算するという方法となっていて、もともと比例ゲインと積分ゲインを有する第１の速度制御回路と第２の速度制御回路にさらに比例ゲインと積分ゲインをもつ第３の速度制御回路が追加されたことで、速度制御だけでも合計６つのパラメータを調整する必要があり、調整が大変であるという問題があった。
また、第３の制御回路で速度検出値を使用するため、速度検出値の検出遅れの影響で、第３の制御回路の比例ゲインと積分ゲインの値を大きく設定すると発振してしまうという問題があった。また、通常のモータの制御装置では検出器は位置を検出するエンコーダのみが付加されており、速度フィードバック値は位置検出値を差分近似で微分して求めるのが一般的であるため、検出遅れ以外に差分近似による遅れも含まれ、さらにゲインが大きくできない要因となっていた。そして発振しないように第３の制御回路の比例ゲインと積分ゲインの値を小さく設定すると、慣性モーメントＪが実際値と異なった場合の応答の変化を抑制する効果が十分に得られないという問題もあった。
【０００６】
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、位置指令から規範速度信号を計算し、規範速度信号とオブザーバの速度推定値の差をあるゲイン倍し、位置制御部の出力信号に加算することで、イナーシャ設定値Ｊｎと実際の負荷イナーシャＪがずれた場合や、摩擦等の外乱がある場合に、その影響を少なくし、応答の劣化を最小限に抑さえ、更に、簡単な調整で１倍から数百倍の負荷に対しても安定な制御系を実現することができるモータ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、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、位置制御部または速度制御部を備え、モータを制御するモータ制御装置において、指令に基づいて規範速度信号を算出する規範速度算出部と、前記規範速度信号と速度フィードバック信号の差をゲイン倍して速度ずれ補償信号を出力するゲイン乗算部と、を備え、前記速度ずれ補償信号に基づいてトルク指令を算出するものである。また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載における前記指令は、位置指令、速度指令、フィードフォワード指令のいずれか１つであるものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載における前記速度フィードバック信号は、位置検出値を差分近似で微分した速度信号に対して位相を進めた信号であるものである。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１記載における前記モータ制御装置が、更に、前記トルク指令に基づいて速度推定値を算出するオブザーバを備え、前記速度フィードバック信号が、前記速度推定値であるものである。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１記載における前記モータ制御装置が、更に、前記速度ずれ補償信号をフィルタ処理して新たな速度ずれ補償信号を出力するフィルタを備え、前記速度ずれ補償信号の代わりに、前記新たな速度ずれ補償信号に基づいて前記トルク指令を算出するものである。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１記載における前記ゲイン乗算部で乗じるゲインの値を速度ループゲインの値に応じて変更するものである。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１記載における前記規範速度算出部は、制御対象のモデルを有し、前記指令と制御対象モデルの状態量に基づいて、前記制御対象モデル速度を前記規範速度信号として出力するものである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項１記載における前記規範速度算出部は、前記指令を単にフィルタ処理した信号を前記規範速度信号として出力するものである。
また、請求項９に記載の発明は、請求項８記載における前記フィルタ処理は、位置ループ比例ゲインＫｐの逆数を時定数とする一次遅れフィルタに微分処理を加えたものとするものである。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１記載における前記モータ制御装置が、更に、前記ゲイン乗算部で乗じるゲインの値を自動調整する調整部を備え、位置偏差、速度偏差、前記規範速度信号と速度フィードバック信号の差、の少なくとも一つの信号を監視し、予め設定した閾値以下あるいは発振するまで前記ゲインの値を大きくするものである。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１記載における前記モータ制御装置が、更に、前記速度ずれ補償信号を積分し位置ずれ補償信号を算出する積分演算部を備え、前記位置制御部が、前記位置ずれ補償信号に基づいて速度指令を算出するものである。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１記載における前記速度フィードバック信号は、オブザーバにより推定された速度推定値を、更に、外挿処理した信号であるものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明によると、規範速度と速度フィードバック信号がずれた場合にそのずれを小さくするように速度ずれ補償信号が加算されるため、慣性モーメントが間違って設定されている場合や摩擦等の外乱が合った場合も発振したり性能が著しく劣化することなく安定した制御性能を実現することができる。また、通常制御から追加されるゲインが１つであるため調整も簡単にすることができる。
また、請求項２に記載の発明によると、速度制御の場合も安定した制御性能を実現することができる。
また、請求項３または４に記載の発明によると、差分近似による微分に対して位相遅れの少ない速度フィードバック信号を使用することで、ゲインを大きく設定でき、さらに安定した制御性能を実現することができる。
また、請求項５に記載の発明によると、補償信号にフィル処理を施すことで、量子化誤差等でトルクが汚くなるのを回避でき、静かな動作で安定した制御性能を実現することができる。
また、請求項６に記載の発明によると、速度ループゲインの値で補償ゲインの値を変更することができるため、全ての速度ループゲインで安定した制御系を実現できる。
また、請求項７に記載の発明によると、規範速度算出部に制御対象のモデルを有し実際の制御器と全く同様の制御を行うことで、より正確に規範速度を計算することができ、安定した制御性能を実現することができる。
また、請求項８または９に記載の発明によると、規範速度指令を簡単なフィルタの処理のみで作成できるため演算時間の短縮が可能となる。
また、請求項１０に記載の発明によると、自動的に補償ゲインの値を調整することができるため、さらに安定した制御性能を実現することができる。
また、請求項１１に記載の発明によると，速度ずれ補償信号を積分した位置ずれ補償信号を算出し、その位置ずれ補償信号に基づいて速度指令を算出するため、一定外乱が作用している場合なども位置偏差が速やかに小さくでき、位置決め時間を短くすることができる。
また、請求項１２に記載の発明によると、オブザーバの処理では、速度推定値を算出するオブザーバの演算処理に加え、前記速度推定値にさらに外挿処理を行うことで、より位相遅れの少ない補償信号を得ることができるため、さらにゲインの大きくすることができ、結果としてロバスト性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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】
【００１０】
図１は、本発明のサーボ制御装置の構成図である。図において１は制御対象であり、２は制御対象の位置を検出する検出器を表す。３は位置制御部、４は速度制御部、５は電流制御部を表し、それぞれの部は比例あるいは比例積分制御を行う。６は微分演算部を表し、位置検出値を微分して速度フィードバック信号ｖｆｂを算出する。実際のコントローラでは離散信号を扱うため、微分には差分近似を用いるのが一般的である。７は規範速度算出部を表し、位置指令ｒｅｆから、イナーシャ設定値と実際のイナーシャが一致している時の理想的な応答をした際の速度である規範速度信号ｖｍｄｌを計算し出力する。１０は減算器を表し、規範速度信号ｖｍｄｌから速度フィードバック信号を減じる処理を行う。８はゲイン乗算器を表し、規範速度信号ｖｍｄｌと速度フィードバック信号の差にゲインＧを乗じて速度ずれ補償信号vcompを出力する。１１は演算器を表し速度ずれ補償信号ｖｃｏｍｐと位置制御部の出力である速度指令値ｖｒｅｆを加算し、速度フィードバック信号ｖｆｂを減算する。
【００１１】
本発明が特許文献１と異なる部分は、第２の位置制御回路と第２の速度制御回路と第３の速度制御回路を持たない替わりに、７の規範速度算出部と８のゲイン乗算部を備えたこと、および、特許文献１ではトルクの補償値τ３を算出しトルクに加算していたのに対し本発明は速度の補償値vcompを算出し速度に加算しているところである。
【００１２】
次に、各部ごとの具体的な処理方法について述べる。
【００１３】
以下、サンプリング時間はTｓ、今回のサンプリングをｋ番目、ｎ回前のサンプリングをｋ−ｎと定義し、変数ｓのｋ−ｎ番目のサンプリング時の値をｓ（ｋ−ｎ）と表記することにする。
【００１４】
まず、位置制御部では、式（１）に表すように位置指令ｒｅｆ（ｋ）と位置検出値ｘ（ｋ）の差に位置ループゲインＫｐを乗じる計算を行い速度指令ｖｒｅｆ（ｋ）を出力する。
ｖｒｅｆ（ｋ）＝Ｋｐ・｛ｒｅｆ（ｋ）−ｘ（ｋ）｝      ・・・（１）
【００１５】
次に、速度制御部では、式（２）に表すように、速度指令ｖｒｅｆ（ｋ）と速度検出値ｖｆｂ（ｋ）の差に、後に説明する速度ずれ補償信号ｖｃｏｍｐ（ｋ）を加算した信号に速度ループ比例ゲインＫｖを乗じｓｒｅｆ（ｋ）を算出する。
ｓｒｅｆ（ｋ）＝Ｋｖ・｛ｖｃｏｍｐ（ｋ）＋ｖｒｅｆ（ｋ）−ｖｆｂ（ｋ）｝  ・・・（２）
ここで、ｖｆｂ（ｋ）は位置検出値ｘ（ｋ）の差分近似による微分で求めても良い。
【００１６】
次に、式（３）のように、ｓｒｅｆ（ｋ）に積分制御ゲインＫｉおよびサンプリング時間Ｔｓを乗じ、前回値に加算することにより積分演算を行いｓｉ（ｋ）を算出する。
ｓｉ（ｋ）＝ｓｉ（ｋ−１）＋Ｔｓ・Ｋｉ・ｓｒｅｆ（ｋ）  ・・・（３）
【００１７】
次に、式（４）のように、ｓｒｅｆ（ｋ）とｓｉ（ｋ）を加算し、イナーシャノミナル値Jnを乗算することでトルク指令ｔｒｅｆ（ｋ）を算出する。
ｔｒｅｆ（ｋ）＝Jn・（ｓｒｅｆ（ｋ）＋ｓｉ（ｋ））    ・・・（４）
【００１８】
次に、電流制御部では、トルク指令ｔｒｅｆ（ｋ）を入力し、単位変換および制御演算を行い電流値Ｉ（ｋ）を計算する。ここで電流制御部内部の処理は実際には交流を直流に変換するなど複雑な処理が行われるが、電流制御部内部の処理方法は本発明に全く関係がなく、どのような処理をしても良いためここでは説明を省略する。
【００１９】
次に、規範速度算出部の処理を説明する。図６は規範速度算出部の処理の一例を示すブロック図である。図に示すように、規範速度算出部では制御対象のモデル以外は実際の位置制御部と速度制御部と全く同じ処理である式（５）〜式（９）を行う。なお、式（１）は式（５）、式（２）は式（７）、式（３）は式（８）、式（４）は式（９）にそれぞれ対応する。
ｖｒｅｆ（ｋ）＝Ｋｐ・｛ｒｅｆ（ｋ）−ｘｍｆｂ（ｋ）｝      ・・・（５）
ｖｍｆｂ（ｋ）＝｛ｘｍｆｂ（ｋ）−ｘｍｆｂ（ｋ−１）｝／Ｔｓ  ・・・（６）
ｓｒｅｆｍ（ｋ）＝Ｋｖ・｛ｖｍｒｅｆ（ｋ）−ｖｍｆｂ（ｋ）｝  ・・・（７）
ｓｉｍ（ｋ）＝ｓｉｍ（ｋ−１）＋Ｔｓ・Ｋｉ・ｓｒｅｆｍ（ｋ）  ・・・（８）
ｔｒｅｆｍ（ｋ）＝Jn・（ｓｒｅｆｍ（ｋ）＋ｓｉm（ｋ））    ・・・（９）
【００２０】
そして、制御対象のモデルは１／（Jｎ・ｓ＾２）とし、式（１０）、（１１）の演算を行うことで制御対象モデルの速度ｖｍｄｌと位置ｘｍｄｌを算出する。
ｖｍｄｌ（ｋ）＝ｖｍｄｌ（ｋ−１）＋Ｔｓ・ｔｒｅｆｍ（ｋ）／Jｎ・・・（１０）
ｘｍｄｌ（ｋ）＝ｘｍｄｌ（ｋ−１）＋Ｔｓ・ｖｍｄｌ（ｋ）  ・・・（１１）
そして、規範速度算出部は式（１０）で計算されるｖｍｄｌ（ｋ）を出力する。
【００２１】
ここで実際には制御対象モデルのイナーシャをJnとしているため、式（９）と式（１０）の計算からJnの乗算を省略してもよい。
【００２２】
また、７の規範速度算出部では、単純にフィルタの処理のみを行ってもよい。
例えば、位置ループ比例ゲインKpの逆数を時定数とする一次のローパスフィルタに微分を組み合わせた式（１２）のようなフィルタ処理を行い、規範速度ｖｍｄｌを算出すればよい。
ｖｍｄｌ  ＝  （Ｋｐ／（ｓ＋Ｋｐ）・ｓ）ｒｅｆ  ・・・（１２）
ここでｓはラプラス演算子を表す。
【００２３】
次に、速度ずれ補償信号ｖｃｏｍｐは規範速度指令信号ｖｍｄｌと速度フィードバック信号ｖｆｂの差にゲインＧを乗じて求める。
ｖｃｏｍｐ（ｋ）＝Ｇ・｛ｖｍｄｌ（ｋ）−ｖｆｂ（ｋ）｝・・・（１３）
【００２４】
ここで計算に用いたゲインＧの値は固定値でもよいが、速度ループゲインＫｖの値に応じて変更してもよい。例えば、Ｇを式（１４）のようにＫｖの関数としておきＫｖの値によって変更するようにすればよい。
Ｇ  ＝  α／Ｋｖ  ・・・（１４）
式（１４）のαは任意の定数でよいが、例えば５０００という値にしておけばよい。
こうすることで、制御調整時にＫｖを調整するだけで最適なＧの値が自動的に決定され、調整が簡単になる。
【００２５】
ここで信号をきれいにする目的でフィルタ処理をする場合は、図３に示すように８のゲイン乗算部の後に１２のフィルタ処理を追加し、例えば式（１６）のようにＴｆを時定数とする一次のローパスフィルタの処理を行えばよい。
ｖｃｏｍｐ１（ｋ）＝Ｇ・｛ｖｍｄｌ（ｋ）−ｖｆｂ（ｋ）・・・（１５）
ｖｃｏｍｐ（ｋ）＝（１−ｅｘｐ（−Ｔｓ／Ｔｆ））・ｖｃｏｍｐ１（ｋ）
＋ｅｘｐ（−Ｔｓ／Ｔｆ）・ｖｃｏｍｐ（ｋ−１）・・・（１６）
そして、算出された速度ずれ補償値を上記式（２）の計算で用いればよい。
【００２６】
このように、位置指令ｒｅｆから規範となる規範速度指令信号ｖｍｄｌを算出し、規範速度指令信号ｖｍｄｌと速度フィードバック信号ｖｆｂの差にゲインを乗じた信号を速度ずれ補償信号ｖｃｏｍｐとして、速度フィードフォワード信号とするので、Ｊのずれや摩擦等の外乱があった場合も、その影響少なくすることができ、結果的に、位置応答の劣化を最小限に押さえることができる。また、イナーシャ設定値を設定しなくても、ゲインGを十分大きな値にしておけば、モータ単体のイナーシャの数百倍の負荷が付いた場合も制御系が不安定にならないため安全なサーボ制御装置を実現することができる。
【実施例２】
【００２７】
図２は第２実施例の構成を示す図である。本実施例が実施例１と異なる部分は、オブザーバを有し、制御対象の速度を推定し、式（１３）の処理で規範速度指令信号ｖｍｄｌと速度フィードバック信号ｖｆｂの差を求める代わりに、規範速度指令信号ｖｍｄｌと速度推定値ｖｈａｔの差を求め、ゲインを乗じた信号を速度ずれ補償信号ｖｃｏｍｐとするところである。他の処理は実施例１と全く同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００２８】
ここで用いるオブザーバはどのような構成のものでも問題なく利用できるが、例えば式（１７）に示すようなオブザーバを用いれば良い。
【００２９】
【数１】
2007306779.tif 000003
【００３０】
ここで、式（１７）中の各変数はそれぞれ、xhat：位置推定値、vhat：速度推定値、dhat：外乱推定値、Ts:制御サンプリング周期、Jn：イナーシャノミナル値、ｋ：サンプリング（k=1,2,3・・・）である。
【００３１】
また、L1,L2,L3はオブザーバゲインであり、推定誤差に対する収束速度を決定する変数である。これらの設定は、推定値の信号が汚くならない程度に、大きめの値を設定しておけばよい。
【００３２】
式（１７）から分かるようにオブザーバを使用すると、今回のトルク指令値tref(k)からｋ＋１番目の推定値が計算されるため、速度フィードバック値ｖｆｂに対してオブザーバの速度推定値ｖｈａｔは位相が１サンプリング進んだ信号となり、遅れを小さくすることでゲインＧの値を大きくすることができ、結果としてイナーシャのずれや摩擦等の外乱があった場合の性能劣化をさらに改善することができるという利点がある。
【００３３】
また、ここでは３次の全次元オブザーバを用いて１サンプリング進んだ速度フィードバック値を算出する方法を示したが、位相の進んだ速度フィードバック値ｖｆｂ（ｋ）を求める方法として、特開平０８−０５１７８８「モータ速度制御装置」で開示されている方法を用いてもよく、その場合、以下の式（１８）（１９）の計算で位相の進んだ速度フィードバック値ｖｆｂ（ｋ）が求まる。
τ１（ｋ）＝ｔｒｅｆ（ｋ）―Ｊｎ・ｓｉｍ（ｋ）        ・・・（１８）
ｖｆｂ（ｋ）＝｛ｘ（ｋ）−ｘ（ｋ−１）｝／Ｔｓ
＋｛７・τ１（ｋ）＋４・τ１（ｋ−１）｝・Ｔｓ／８／Ｊｎ  ・・・（１９）
このようにして求めた速度フィードバック値ｖｆｂ（ｋ）を式（２）で用いてもよい。
この場合もｖｆｂの遅れを小さくすることでゲインＧの値を大きくすることができ、結果としてイナーシャのずれや摩擦等の外乱があった場合の性能劣化をさらに改善することができるという利点がある。
【実施例３】
【００３４】
図４は第３実施例の構成を示す図である。本実施例が実施例２と異なる部分は、フィードフォワード制御を行っている部分である。図４の１３はフィードフォワード作成部を示し、指令refから速度フィードフォワード信号ｖｆｆとトルクフィードフォワード信号ｔｆｆを作成する。
【００３５】
フィードフォワード信号の作成方法はどのようなものでもよく、例えば、位置指令を一回微分した信号を速度フィードフォワード信号ｖｆｆとし、位置指令を２階微分してノミナルイナーシャJnを乗じた信号をトルクフィードフォワード信号としてもよい。
【００３６】
そして、実施例１の式（２）および式（４）を、式（２０）および式（２１）のように変更する。
ｓｒｅｆ（ｋ）＝Ｋｖ・｛ｖｆｆ（ｋ）＋ｖｃｏｍｐ（ｋ）＋ｖｒｅｆ（ｋ）−ｖｆｂ（ｋ）｝  
・・・（２０）
ｔｒｅｆ（ｋ）＝ｔｆｆ（ｋ）＋Jn・（ｓｒｅｆ（ｋ）＋ｓｉ（ｋ））    ・・・（２１）
【００３７】
この場合、７の規範速度算出部の処理も基本的に実際の制御部と同様の処理を行う必要があるため、図７に示すような構成とし、実際の制御部と同様に式（７）および式（９）の処理を式（２２）および式（２３）に変更する。
ｓｒｅｆｍ（ｋ）＝Ｋｖ・｛ｖｆｆ（ｋ）＋ｖｍｒｅｆ（ｋ）−ｖｍｆｂ（ｋ）｝  
・・・（２２）
ｔｒｅｆｍ（ｋ）＝ｔｆｆ（ｋ）＋Jn・（ｓｒｅｆｍ（ｋ）＋ｓｉm（ｋ））・・・（２３）
【００３８】
このようにフィードフォワード制御を用いた場合も、本発明を問題なく使用でき、モータ単体のイナーシャの数百倍の負荷が付いた場合も制御系が不安定にならないため安全なモータ制御装置を実現することができる。
【実施例４】
【００３９】
図５は第４の実施例の構成を示す図である。本実施例が実施例１〜３と異なる部分は、実施例１〜３が位置制御であったのに対し、本実施例は速度制御となっている部分である。７の規範速度算出部の処理以外の各構成要素の処理は実施例１〜３と同様であるため詳細な説明は省略する。
【００４０】
本実施例の場合に、７の規範速度算出部の処理は、式（２４）〜式（２６）のようになる。
ｓｒｅｆｍ（ｋ）＝Ｋｖ・｛ｖｒｅｆ（ｋ）−ｖｍｆｂ（ｋ）｝  ・・・（２４）
ｓｉｍ（ｋ）＝ｓｉｍ（ｋ−１）＋Ｔｓ・Ｋｉ・ｓｒｅｆｍ（ｋ）  ・・・（２５）
ｔｒｅｆｍ（ｋ）＝Jn・（ｓｒｅｆｍ（ｋ）＋ｓｉm（ｋ））    ・・・（２６）
【００４１】
制御対象のモデルは実施例１〜３と同様で式（２７）で計算できる。
ｖｍｄｌ（ｋ）＝ｖｍｄｌ（ｋ−１）＋Ｔｓ・ｔｒｅｆｍ（ｋ）／J  ・・・（２７）
そして式（２７）で計算されたｖｍｄｌ（ｋ）が上式（１５）で用いられる。
【００４２】
このように本発明は位置制御だけでなく速度制御に対しても効果があり、速度制御時にモータ単体のイナーシャの数百倍の負荷が付いた場合も制御系が不安定にならないため安全なモータ制御装置を実現することができる。
【００４３】
なお、実施例１〜４におけるゲイン乗算部８で乗じるゲインの値を自動的に調整する調整部を備え、位置指令と位置フィードバック信号の差である位置偏差、あるいは、速度指令と速度フィードバック信号の差である速度偏差、あるいは、規範速度信号と速度フィードバック信号の差、の少なくとも一つの信号を監視しておき、予め設定した閾値以下あるいは発振するまでゲインの値を自動的に大きくするようにしてもよい。
【００４４】
なお、実施例１〜３において、速度ずれ補償信号ｖｃｏｍｐを積分演算部１００にて式（２８）のように積分演算し、位置ずれ補償信号を算出し、速度指令ｖｒｅｆ（ｋ）を演算する処理を式（２９）にように変更しても良い。これにより、制御対象に一定外乱が作用する場合にも位置偏差が速やかに小さくなり位置決め性能が向上するという効果が期待できる。
図１０は実施例１において積分演算部１００を挿入した場合のモータ制御装置のブロック図、図１１は実施例２において積分演算部１００を挿入した場合のモータ制御装置のブロック図、図１２はフィルタがある場合の実施例１において積分演算部１００を挿入した場合のモータ制御装置のブロック図、図１３は実施例３において積分演算部１００を挿入した場合のモータ制御装置のブロック図である。  ｘｃｏｍｐ（ｋ）＝ｘｃｏｍｐ（ｋ−１）＋Ｔｓ・ｖｃｏｍｐ（ｋ）  ・・・（２８）
ｖｒｅｆ（ｋ）＝Ｋｐ・｛ｒｅｆ（ｋ）−ｘ（ｋ）＋ｘｃｏｍｐ｝    ・・・（２９）
【００４５】
また、実施例２または４のようにオブザーバを使用して速度推定値ｖｈａｔを求める際に、式（１７）により計算された今回の速度推定値ｖｈａｔ（ｋ）に対して、外挿処理を加えることで、１サンプリング位相の進んだ速度推定値ｖｈａｔ（ｋ＋１）を得ることができる。
図１４は、実施例２または４におけるオブザーバの他の例を示すブロック図であり、外挿処理演算部１０２により、さらに位相遅れの少ない補償信号を得ることができるため、ゲインＧを大きくすることができ、結果としてロバスト性を向上することができる。なお、外挿方法はどのようなものでも良いが、例えば、式（３０）に示すような一次の外挿（今回ｋと前回ｋ−１の傾きが一定）や式（３１）に示すような二次の外挿（今回ｋと前回ｋ−１の傾きの増分値が一定）を用いればよい。
ｖｈａｔ（ｋ＋１）
＝ｖｈａｔ（ｋ）＋｛ｖｈａｔ（ｋ）−ｖｈａｔ（ｋ−１）｝
＝２・ｖｈａｔ（ｋ）−ｖｈａｔ（ｋ−１）                ・・・（３０）
ｖｈａｔ（ｋ＋１）−ｖｈａｔ（ｋ）
＝｛ｖｈａｔ（ｋ）−ｖｈａｔ（ｋ−１）｝＋
｛｛ｖｈａｔ（ｋ）−ｖｈａｔ（ｋ−１）｝−
｛ｖｈａｔ（ｋ−１）−ｖｈａｔ（ｋ−２）｝｝
ｖｈａｔ（ｋ＋１）＝３・ｖｈａｔ（ｋ）−３・ｖｈａｔ（ｋ−１）
＋ｖｈａｔ（ｋ−２）  ・・・（３１）
【産業上の利用可能性】
【００４６】
位置指令ｒｅｆから規範となる規範速度指令信号ｖｍｄｌを算出し、規範速度指令信号ｖｍｄｌと速度フィードバック信号ｖｆｂの差にゲインを乗じた信号を速度ずれ補償信号ｖｃｏｍｐとして、速度フィードフォワード信号とするので、イナーシャ設定値Ｊｎと実際の負荷イナーシャＪがずれた場合や、摩擦等の外乱がある場合にその影響少なくすることができるため、姿勢により負荷が変化するロボット分野にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施例を示すモータ制御装置のブロック図
【図２】本発明の第２実施例を示すモータ制御装置のブロック図
【図３】フィルタがある場合の第１実施例を示すモータ制御装置のブロック図
【図４】本発明の第３実施例を示すモータ制御装置のブロック図
【図５】本発明の第４実施例を示すモータ制御装置のブロック図
【図６】本発明の規範速度算出部の詳細を示すブロック図
【図７】本発明の実施例３の規範速度算出部の詳細を示すブロック図
【図８】従来のモータ制御装置のブロック図
【図９】従来のモータ制御装置の第３の速度制御回路を説明するブロック図
【図１０】実施例１において積分演算部１００を挿入した場合のモータ制御装置のブロック図
【図１１】実施例２において積分演算部１００を挿入した場合のモータ制御装置のブロック図
【図１２】フィルタがある場合の実施例１において積分演算部１００を挿入した場合のモータ制御装置のブロック図
【図１３】実施例３において積分演算部１００を挿入した場合のモータ制御装置のブロック図
【図１４】実施例２または４におけるオブザーバの他の例を示すブロック図
【符号の説明】
【００４８】
１  制御対象
２  検出器
３  位置制御部
４  速度制御部
５  電流制御部
６  微分演算部
７  規範速度算出部
８  ゲイン乗算部
９  オブザーバ
１０  減算器
１１  演算器
１２  フィルタ
１３  フィードフォワード作成部
６０  入力端子
６１  入力端子
６２  減算器
６３  積分器
６４  係数器
６５  加算器
６６  出力端子
８０  制御対象
８２  トルク制御回路
８３  電力変換回路
８４  回転検出器
８５  第１の位置制御回路
８６ａ  機械系模擬回路
８７  第２の位置制御回路
８９  第１の速度制御回路
９０ａ  第２の速度制御回路
９１ａ  第３の速度制御回路
１００  積分演算部
１０１  オブザーバ演算部
１０２  外挿処理演算部
【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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