(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主にモータ速度命令信号Vr(s)を受け取り、モータ回転速度を制御し、モータ系統、第一演算器、速度制御器、電流制御器、モデル基準制御器、第二演算器、比例演算器を含み、
該モータ系統は直列接続のコイル・パラメータ伝達関数Ga(s)及び機構パラメータ伝達関数GJ(s)を備え、該Ga(s)の出力端は該GJ(s)の入力端に接続し、電流帰還信号if(s)を出力し、該GJ(s)の出力端はモータ回転速度信号ｗ(s)を出力し、
該第一演算器は正入力端、負入力端及び出力端を備え、その内の該負入力端は該GJ(s)の出力端に接続し、ｗ(s)を入力し、該正入力端はVr(s)を入力し、該出力端は [Vr(s)-ｗ(s)]の演算結果を出力し、
該速度制御器は伝達関数Gs(s)を備え、その入力端は該第一演算器の出力端に接続し、その出力端は電流指令基準信号ia(s)を出力し、
該電流制御器は伝達関数Gc(s)を備え、３個の入力端と１個の出力端を備え、その第一入力端は該速度制御器の出力端に接続し、第二入力端は該Ga(s)の出力端に接続し、
該モデル基準制御器の入力端は該速度制御器の出力端に接続し、該ia(s)を速度命令信号ｗa(s)に転換し出力し、
該第二演算器は正入力端、負入力端及び出力端を備え、その内の該正入力端は該モデル基準制御器の出力端に接続し、該負入力端は該GJ(s)の出力端に接続し、該出力端により[ｗa(s)- ｗ(s)]の演算結果を出力し、
該比例演算器は入力端及び出力端を備え、該入力端は該第二演算器の出力端に接続し、入力信号に比例する電流命令信号ir(s)を生じ、該出力端を通して該電流制御器の第三入力端に接続することを特徴とする電流回路制御器を備えたサーボ・システム。
【請求項２】
前記電流回路制御器は交流(AC)サーボ系統（servo system）または、永久磁石サーボ系統であることを特徴とする請求項１記載の電流回路制御器を備えたサーボ・システム。
【請求項３】
前記モデル基準制御器の伝達関数はKt/(Jms+Bm)で、Jmはモータ・ロータ・イナーシャ・基準値で、Bmはモータ制御係数基準値で、Ktは比例値で、該モデル基準制御器を利用し、該サーボ系統を負荷変化のロータ・イナーシャ制御により該モータ・ロータ・イナーシャ・基準値に近似させることを特徴とする請求項１記載の電流回路制御器を備えたサーボ・システム。
【請求項４】
前記伝達関数Kt/(Jms+Bm)の該モータ・ロータ・イナーシャ・基準値と該モータ制御係数基準値は規格の設定値に基づくことを特徴とする請求項３記載の電流回路制御器を備えたサーボ・システム。
【請求項５】
前記規格は該サーボ系統の安定誤差であることを特徴とする請求項４記載の電流回路制御器を備えたサーボ・システム。
【請求項６】
前記モデル基準制御器は該速度命令信号と該帰還速度命令信号の差値により該電流命令信号を生じることを特徴とする請求項１記載の電流回路制御器を備えたサーボ・システム。
【請求項７】
前記制御信号は電圧制御信号又は電流制御信号であることを特徴とする請求項１記載の電流回路制御器を備えたサーボ・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流回路制御器に関し、特に、サーボ・システムに応用される強健性（Robust）電流回路制御器、即ち、強健性の電流回路制御器を備えたサーボ・システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、典型的なサーボ制御系統ブロック図である。
この図１に示すように、該サーボ制御系統１００は、モータ系統１０１と電流制御器１０２と速度制御器１０３とからなり、その中、モータ系統１０１の伝達関数は、コイル伝達関数Ｇａ（ｓ）＝１／（Ｌｓ＋Ｒ）と、機構伝達関数Ｇｊ（ｓ）＝１／（Ｊｓ＋Ｂ）とを含み、式中、Ｌはウィンディング誘導値（winding inductance）、Ｒはウィンディン抵抗値（winding resistance）、Ｊはモータ系統の等価ロータ・イナーシャ（rotor inertia）、Ｂはモータ系統の等価制動（damping）係数をそれぞれ表す。電流制御器１０２の伝達関数はＧｃ（ｓ）、そして速度制御器１０３の伝達関数はＧｓ（ｓ）である。また、ｗ（ｓ）はモータ回転速度、ｉｆ（ｓ）はモータの帰還電流、ｉａ（ｓ）はモータ電流指令、Ｖｒ（ｓ）はモータ速度指令をそれぞれ表す。
【０００３】
典型サーボ制御系統１００は、それぞれモータ系統１０１の電流制御及び速度制御として電流制御器１０２と速度制御器１０３とに利用されている。一般に、モータ系統のコイル・パラメータＬ，Ｒは温度のみに影響され、熱すぎなければコイル・パラメータの変化は非常に小さい。伝統サーボの電流回路は、周波数が５００Ｈｚあれば、いずれも定数と見なすが、機構パラメータＪ，Ｂは負荷の不同に応じて変化する。
【０００４】
また、図２は典型サーボ制御系統の速度開回路ボード（Bode Plot）・ダイアグラムである。この図２に示すように、ロータ・イナーシャ（rotor inertia）が大きくなると、固定速度制御器を考慮して開回路ボード利得（Bode gain）（ｄＢ）がイナーシャの増大に応じて低下するので、全体サーボ系統のステーブル及び動的誤差（steady−state error and active−state error）の拡大を引き起こすこととなり、別に利得の比較的高い速度制御器を設置してサーボ制御の性能要求を満足しなければならない問題が存在していた。したがって、伝統の駆動器はこの問題を克服するために慣性見積り器（estimator）を採用して現在のサーボ系統の慣性値（inertia value）を得てから適当な速度制御器を与えていた。しかしながら、このような方式は慣性の変化が緩慢な場合のみに適用され、慣性の変化が快速な場合にこの方式を応用して制御すると、却って系統不良な動的行為を引き起こしてしまう。
【０００５】
従って、本発明は上記従来の欠点に鑑み、鋭意研究と試験とを重ねた結果、ついに本発明の「サーボ系統に応用される強健性（robust）電流回路制御器」を案出した。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の目的は、モデル基準制御器（Ｍｏｄｅｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）を利用してサーボ系統の負荷変化によるロータ・イナーシャ（rotor inertia）をモータのロータ・イナーシャ（rotor inertia）の基準値（reference value）に近似するように制御しても、電流回路が依然としてその強健性性能（Robust性能）を提供できるサーボ・システムに応用される強健性電流回路制御器を提供することにある。
【０００７】
本発明の第２の目的は、モデル基準制御器を利用してサーボ・システムを外在干渉に対応する時に、モータ・ロータ角速度との差をモード出力して電流制御器に即時入力することにより、外来の干渉に対抗するサーボ・システムに応用される強健性電流回路制御器を提供することにある。
【０００８】
本発明の第３の目的は、サーボ・システムが共振を生じた時にモデル基準制御器を利用して自動的に該共振を制御するサーボ・システムに応用される強健性電流制御器を提供することにある。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の電流回路制御器は、主にモータ速度命令信号Vr(s)を受け取り、モータ回転速度を制御し、モータ系統、第一演算器、速度制御器、電流制御器、モデル基準制御器、第二演算器、比例演算器を含み、
該モータ系統は直列接続のコイル・パラメータ伝達関数Ga(s)及び機構パラメータ伝達関数GJ(s)を備え、該Ga(s)の出力端は該GJ(s)の入力端に接続し、電流帰還信号if(s)を出力し、該GJ(s)の出力端はモータ回転速度信号ｗ(s)を出力し、
該第一演算器は正入力端、負入力端及び出力端を備え、その内の該負入力端は該GJ(s)の出力端に接続し、ｗ(s)を入力し、該正入力端はVr(s)を入力し、該出力端は [Vr(s)-ｗ(s)]の演算結果を出力し、
該速度制御器は伝達関数Gs(s)を備え、その入力端は該第一演算器の出力端に接続し、その出力端は電流命令参考信号ia(s)を出力し、
該電流制御器は伝達関数Gc(s)を備え、３個の入力端と１個の出力端を備え、その第一入力端は該速度制御器の出力端に接続し、第二入力端は該Ga(s)の出力端に接続し、
該モデル基準制御器の入力端は該速度制御器の出力端に接続し、該ia(s)を速度命令信号ｗa(s)に転換し出力し、
該第二演算器は正入力端、負入力端及び出力端を備え、その内の該正入力端は該モデル基準制御器の出力端に接続し、該負入力端は該GJ(s)の出力端に接続し、該出力端により[ｗa(s)- ｗ(s)]の演算結果を出力し、
該比例演算器は入力端及び出力端を備え、該入力端は該第二演算器の出力端に接続し、入力信号に比例する電流命令信号ir(s)を生じ、該出力端を通して該電流制御器の第三入力端に接続することを特徴とする電流回路制御器である。
【００１０】
上記本発明の電流回路制御器において、該サーボ・システムは交流（ＡＣ）サーボ・システム又は永久磁石サーボ・システムである。
【００１１】
また、上記本発明の電流回路制御器において、該モデル基準制御器の伝達関数はＫｔ／（ＪｍＳ+Ｂｍ）であり、式中Ｊｍはモータ・ロータ・イナーシャ基準値、Ｂｍはモータ制動係数、Ｋｔは比例値を表し、
このモデル基準制御器を利用してサーボ・システムの負荷変化によるロータ・イナーシャを前記モータ・ロータ・イナーシャ基準値に近似するように制御する。
【００１２】
また、上記本発明の電流回路制御器において、該伝達関数Ｋｔ／（ＪｍＳ+Ｂｍ）の該モータ・ロータ・イナーシャ基準値及び該モータ制動係数は一規格に準じた設定値であり、この規格は前記サーボ・システムの安定誤差である。
【００１３】
また、上記本発明の電流回路制御器において、該モデル基準制御器は、該速度指令信号と該帰還速度指令信号との差を速度制御器に入力して電流指令信号を発生させる。
【００１４】
また、上記本発明の電流回路制御器において、該制御信号は、電圧制御信号又は電流制御信号である。
【００１５】
上記本発明の目的を達成するための電流回路制御方法は、請求項１に記載したように、サーボ・システムに応用される電流回路制御器であって、
該サーボ・システムの電流指令基準信号を利用して第１の演算を行うことにより速度指令信号を生ずるステップと、
該速度指令信号と該サーボ・システムの帰還速度指令信号とを比較して電流指令信号を生ずるステップと、
該電流指令信号、該電流指令基準信号及び電流帰還信号を利用して第２の演算を行うことにより、制御信号を生じて前記サーボ・システムを駆動するステップと、を備えてなる。
【００１６】
上記本発明の電流回路制御方法において、該サーボ・システムは交流サーボ・システム又は永久磁石サーボ・システムである。
【００１７】
また、上記本発明の電流回路制御方法において、該第１の演算には伝達関数Ｋｔ／（ＪｍＳ+Ｂｍ）が利用され、式中Ｊｍはモータ・ロータ・イナーシャ参考値、Ｂｍはモータ制動係数基準値、Ｋｔは比例値を表し、このモデル基準制御器を利用してサーボ・システムの負荷変化によるロータ・イナーシャを該モータ・ロータ・イナーシャ参考値に近似するように制御する。
【００１８】
また、上記本発明の電流回路制御方法において、該速度指令信号と該帰還速度指令信号との差を速度制御器に伝送して電流指令信号を発生させる。
【００１９】
また、上記本発明の電流回路制御方法において、該制御信号は電圧制御信号又は電流制御信号である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。
図３は、本発明のサーボ・システム（servo system）に応用される強健性（robust）電流回路を示すブロック図である。この図３に示すように、電流回路制御器２０２は、モデル基準制御器２０４と電流制御器２０５とからなり、その中、該モデル基準制御器２０４はサーボシステム２００の電流指令基準信号ｉａ（ｓ）を利用して速度命令信号ｗａ（ｓ）とサーボシステムの帰還速度信号ｗ（ｓ）とに差を生じさせ、比例演算を行って電流指令信号ｉｒ（ｓ）を生じるものであり、そして該電流制御器２０５は、電流指令信号ｉｒ（ｓ）、電流指令基準信号ｉａ（ｓ）及び電流帰還信号ｉｆ（ｓ）を受信して制御信号を生じさせ、これによりサーボ・システム２０１を駆動するものである。該サーボ・システムは、コイル・パラメータ伝達関数２０６及び機構パラメータ伝達関数２０７で表示される。
【００２１】
サーボ・システム２０１は、交流（ＡＣ）サーボ・システム又は永久磁石サーボ・システムである。モデル基準制御器２０４の伝達関数はＫｔ／（ＪｍＳ+Ｂｍ）であり、式中Ｊｍはモータ・ロータ・イナーシャ基準値、Ｂｍはモータ制動係数、Ｋｔは比例値を表す。即ち、このモデル基準制御器を利用してサーボ・システム２０１の負荷変化によるロータ・イナーシャを該モータ・ロータ・イナーシャ基準値に近似するように制御する。
【００２２】
また、該伝達関数はＫｔ／（ＪｍＳ+Ｂｍ）のモータ・ロータ・イナーシャ参考値及びモータ制動係数は、該サーボ・システムの安定誤差、動的誤差又は応答速度‥‥等に基づいて設定される。
【００２３】
更には、該速度指令信号ｗａ（ｓ）はサーボ・システム２００により該サーボ・システムの出力回転速度ｗ（ｓ）と速度指令基準信号Ｖｒ（ｓ）との差を即時、速度制御器２０３に伝送することにより、電流指令基準信号ｉａ（ｓ）を生じて出力する。
【００２４】
次に、図４は本発明のサーボ・システムに応用される強健性電流回路制御器の速度開回路ボード（Bode Plot）・ダイアグラムである。モデル基準理論の特性により、速度開回路ボード（low−frequency gain of Bode Plot）は低周波利得においてロータ・イナーシャの変化に応じて変化しない。
従って、本発明の強健性電流回路制御器を利用してサーボ・システムの負荷変化によるロータ・イナーシャをモータ・ロータ・イナーシャ基準値に近似するように制御しても、電流回路は依然としてその強健性能を提供できる。
【００２５】
また、該サーボ・システムを外在干渉に対応する時に、モータ・ロータ角速度との差をモード出力して電流制御器に即時入力することにより、外来の干渉に対抗する。電流回路は外来干渉に対抗する強健性能を提供する。更には、サーボ・システムが共振を生じた時に本発明のモデル基準制御器を利用して自動的に該共振を抑制することができる。
【００２６】
上記実施例は本発明の技術的手段をより具体的に説明するために例として挙げたもので、当然本発明の技術的思想はこれに限定されるべきでなく、クレームの範囲を逸脱しない限り、当業者による単純な設計変更、付加、置換等はいずれも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来のサーボ制御系統ブロック線図である。
【図２】従来のサーボ制御系統の速度開回路ボード（Bode Plot）・ダイアグラムである。
【図３】本発明のサーボ・システムに応用される強健性（robust）電流回路制御器のブロック線図である。
【図４】本発明のサーボ・システムに応用される強健性電流回路制御器の速度開回路ボード（Bode Plot）・ダイアグラムである。
【符号の説明】
【００２８】
２０１ サーボ・システム
２０２ 電流回路制御器
２０３ 速度制御器
２０４ モデル基準制御器
２０５ 電流制御器
２０６ コイル・パラメータ伝達関数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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