(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度フィードバック系で構成されたモータ制御装置であって、等価剛体モデルと比例演算手段とハイパスフィルタとを有してトルク指令とモータ速度を入力し機械振動信号を出力する機械振動検出装置と、前記機械振動信号を入力とする位相調整器と、前記位相調整器の出力を入力とする振幅調整器と、を備え、モータを含む機構系の振動を抑制するモータ制御装置において、
速度制御におけるＰＩ制御とＩＰ制御との比率が変更可能な速度制御用補償器と、
前記速度制御用補償器を用いた速度指令から前記モータ速度までの特性方程式が前記比率に因らないように、その構成に前記比率を持つフィルタと、を備え、
前記フィルタが、前記振幅調整器の出力を入力とし、
前記速度制御用補償器が、前記フィルタの出力と前記速度指令との加算値を入力とした、ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記フィルタの代わりに、前記振幅調整器の出力を（１−前記比率）倍する演算回路を備え、
前記演算回路が、前記振幅調整器の出力を入力とし、
前記速度制御用補償器が、前記振幅調整器の出力と前記速度指令との加算値を入力すると共に、前記演算回路の出力を加算入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３】
速度フィードバック系で構成されたモータ制御装置であって、等価剛体モデルと比例演算手段とハイパスフィルタとを有してトルク指令とモータ速度を入力し機械振動信号を出力する機械振動検出装置と、前記機械振動信号を入力とする位相調整器と、前記位相調整器の出力を入力とする振幅調整器と、を備え、モータを含む機構系の振動を抑制するモータ制御装置において、
速度制御におけるＰＩ制御とＩＰ制御との比率が変更可能な速度制御用補償器を備え、
前記速度制御用補償器が、前記速度制御用補償器を用いた速度指令から前記モータ速度までの特性方程式が前記比率に因らないように、前記速度指令を入力すると共に、前記モータ速度と前記振幅調整器の出力との減算値を速度フィードバック信号として入力することを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータが駆動する機構の振動を抑制する制振制御装置を備えたモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータ制御系における制振制御装置としては、本出願人による先の特許出願に係る特開平９−５６１８３号に開示されている装置がある。図４はその制振制御装置の構成を示す図である。図４において、ブロック１０２は、等価剛体モデル１０３と、比例演算手段１０４と、ハイパスフィルタ１０５からなる機械振動検出装置であり、ブロック１０１はモータを含む機構系であって等価剛体系と機械振動系とに分離し、機械振動検出装置の等価剛体モデルに基づいた１次のオブザーバとハイパスフィルタによって機械振動信号を推定し推定誤差を除いて出力する。出力された機械振動信号の位相と振幅を、モータと機械振動系を含んだ制御系の振動を抑制するように、位相遅れ要素で実現される位相調整器１０７と振幅調整器１０８により調整した出力Ｗを、速度指令に加算し新たな速度指令としてモータの速度制御装置へ出力する。速度制御用補償器１０９は速度指令と速度フィードバックとの差信号を入力してトルク指令Ｔref を出力し、モータ駆動装置１０６はトルク指令を入力して、モータが発生するトルクを出力するパワーアンプ等で構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の制振制御装置においては、速度制御用補償器１０９の特性を考慮していないため、速度制御補償器１０９が変わると位相調整器１０７の特性や振幅調整器１０８のゲインを変える必要があった。
例えば、ＰＩ速度制御補償器の場合は位相調整器を位相遅れ要素とすることで制振が可能となるが、ＩＰ速度補償器の場合は位相調整器を位相進み要素としなければ制振できないという問題があった。
そこで、本発明は、位相調整器の特性を変えずに実現可能であって、速度制御用補償器に左右されない制振制御装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次のように構成したものである。請求項１に記載の発明は、速度フィードバック系で構成されたモータ制御装置であって、等価剛体モデルと比例演算手段とハイパスフィルタとを有してトルク指令とモータ速度を入力し機械振動信号を出力する機械振動検出装置と、前記機械振動信号を入力とする位相調整器と、前記位相調整器の出力を入力とする振幅調整器と、を備え、モータを含む機構系の振動を抑制するモータ制御装置において、速度制御におけるＰＩ制御とＩＰ制御との比率が変更可能な速度制御用補償器と、前記速度制御用補償器を用いた速度指令から前記モータ速度までの特性方程式が前記比率に因らないように、その構成に前記比率を持つフィルタと、を備え、前記フィルタが、前記振幅調整器の出力を入力とし、前記速度制御用補償器が、前記フィルタの出力と前記速度指令との加算値を入力としたものである。この構成によれば、フィルタが速度制御用補償器の特性を補償するため、位相調整器の特性を変えずに制振制御装置を実現できるようになる。
【０００６】
また、この構成によれば、パラメータαによらずに常に同じ特性方程式になり、特性根を安定にすることができる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載における前記フィルタの代わりに、前記振幅調整器の出力を（１−前記比率）倍する演算回路を備え、前記演算回路が、前記振幅調整器の出力を入力とし、前記速度制御用補償器が、前記振幅調整器の出力と速度指令との加算値を入力すると共に、前記演算回路の出力を加算入力するものである。このような構成にすれば、請求項１の場合と同様に、パラメータに関わりなく、常に同じ特性方程式とすることができる。
請求項３に記載の発明は、速度フィードバック系で構成されたモータ制御装置であって、等価剛体モデルと比例演算手段とハイパスフィルタとを有してトルク指令とモータ速度を入力し機械振動信号を出力する機械振動検出装置と、前記機械振動信号を入力とする位相調整器と、前記位相調整器の出力を入力とする振幅調整器と、を備え、モータを含む機構系の振動を抑制するモータ制御装置において、
速度制御におけるＰＩ制御とＩＰ制御との比率が変更可能な速度制御用補償器を備え、
前記速度制御用補償器が、前記速度制御用補償器を用いた速度指令から前記モータ速度までの特性方程式が前記比率に因らないように、前記速度指令を入力すると共に、前記モータ速度と前記振幅調整器の出力との減算値を速度フィードバック信号として入力するものである。このような構成にすれば、請求項１の場合と同様に、パラメータに関わりなく、常に同じ特性方程式とすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る制振制御装置の構成を示すブロック図であり、図２は図１に示す速度制御用補償器のブロック図である。
図１において、１０９は速度指令Ｖref と後述する本発明によるフィルタ１１０からの調整値との和から速度フィードバックＶfbを引いた差信号が入力されトルク指令Ｔref をモータ駆動装置１０６に出力する速度制御用補償器である。
１０６は速度制御用補償器の出力Ｔref を入力し、モータが発生するトルクを出力するモータ駆動装置であり、パワーアンプ等で構成される。
ブロック１０１はモータを含む機構系であり、ブロック１０２は等価剛体モデル１０３と比例演算手段１０４とハイパスフィルタ１０５からなる機械振動検出装置であり、モータのトルク指令Ｔref と速度フィードバックＶfbが入力されると、次のようにして機械振動信号を出力するものである。
すなわち、モータを含む機構系１０１の伝達関数は、等価剛体系と機械共振系とに分離できる（前記特開平９−５６１８３号参照）。そこで前者の等価剛体系をモデルとする状態オブザーバ（観測器：実際の制御対象のモデルにその制御対象と同じ出力がでるようにするためその制御対象の内部状態を推定できるシステムのこと）を構成する。状態ｘとしては等価剛体系の角速度ｖのみを考え、モータのトルクτを制御入力ｕとすると、
【０００９】
【数７】
0003972155.tif 000002
より、等価剛体系の状態方程式と出力方程式は
【００１０】
【数８】
0003972155.tif 000003
となる。ただし、ｘ（ｔ）＝ｖ（ｔ）、
ｕ（ｔ）＝τ（ｔ）、
ａ＝−Ｄ0 、
ｂ＝τ、
ｃ＝１、である。
上式より、次式のオブザーバが構成できる。
【００１１】
【数９】
0003972155.tif 000004
よって、等価剛体系の角速度推定値ｖは次式で与えられる。
【００１２】
【数１０】
0003972155.tif 000005
ここで、出力ｙを、ｖの代わりにモータ角速度Ｖfbで与えると、図１のブロック１０２内のブロック線図で表現できる。
求めるべき機械振動信号はモータの速度フィードバックＶfbと等価剛体モデル１０３の角速度推定値との差信号ｅによって得られる。
【００１３】
【数１１】
0003972155.tif 000006
ところが、上記オブザーバではトルク外乱ｄを考慮していないため、ステップ状のトルク外乱ｄがあると、差信号ｅに推定誤差が残ってしまう。そこで、差信号ｅをハイパスフィルタ１０５に通してトルク外乱ｄによる推定誤差を除いた信号を最終的な機械振動信号として得る。
以上のようにして機械振動検出装置１０２によって機械振動信号が得られる。
このようにして得られた機械振動信号の位相と振幅は位相調整器１０７と振幅調整器１０８によって調整される。すなわち、機械振動検出装置１０２の出力する機械振動信号の位相はモータ角速度Ｖfbの振動の位相よりも進んでおり、その進み具合は前記比例演算手段１０４のゲインｋによって調整されるため、位相調整器１０７はローパスフィルタなどの位相遅れ要素で実現される。振幅調整器１０８はこの位相調整器１０７の出力信号をゲインｋ倍するもので増幅器あるいは演算器で実現される。
本発明の提案は、速度制御用補償器１０９の特性を補償するフィルタ１１０の構成部分であり、振幅調整器１０８の出力Ｗはフィルタ１１０を通り、速度指令Ｖref に加算されて速度制御用補償器１０９の入力となるよう構成される。
【００１４】
つぎにフィルタ１１０による特性補償について詳細に説明する。
図２は図１に示す速度制御用補償器１０９の詳細なブロック図であり、このような構成にすると、パラメータＫv 、Ｔｉ、αによって特性の変わる速度制御用補償器が実現できる。
この場合、α＝１の時に、ＰＩ制御となり、α＝０の時に、ＩＰ制御となる。
そこで、この速度制御用補償器１０９を用いて、速度指令からモータ速度までの特性方程式を求める。特性方程式は伝達関数の分母を０とおいたものである。
従って、先ず、フィルタ１１０による補償を行っていない従来の図４に示す制振制御装置の場合について求めると、その特性方程式は、式(3) で与えられる。
【００１５】
【数１２】
0003972155.tif 000007
但し、Ｋf は振幅調整器のゲイン、
Ｇ（ｓ）はＫf とα以外のパラメータからなる伝達関数。
この式で、α＝１の時、Ｋf をある値まで大きくすると、特性方程式の根（特性根）を全て安定にすることができ、制振が可能になるが、αを０に近付けていくと、Ｋf を大きくしても特性根を安定にすることができなくなり、制振効果が無くなる。従って、αを０に近付けた場合にも制振させるにためには、位相調整器１０７を位相進み要素にしなければならない。
すなわち、この例である従来の回路で制振効果を上げるためには位相調整器１０７の特性を変更する必要があった。
よって、本発明の実施の形態では、これを補償するために振幅調整器１０８に直列に、次の式(2) で与えられる特性のフィルタ１１０、
【００１６】
【数１３】
0003972155.tif 000008
を入れることによって、特性方程式は式(4) となり、
【００１７】
【数１４】
0003972155.tif 000009
α＝１の場合の特性方程式と同じにすることができる。
このように、本実施の形態において振幅調整器１０８と直列にフィルタ１１０を入れると、速度制御用補償器１０９を用いた特性方程式は、パラメータαの如何によらず、常に同じ特性方程式となり、しかもその特性根を安定にすることができる。
【００１８】
次に、本発明の第２の実施の形態について図３を参照して説明する。図３は本発明の第２の実施の形態に係る速度制御用補償器のブロック図である。
前記第１の実施の形態の場合のように振幅調整器１０８と直列にフィルタ１１０を入れることと、第２の実施の形態で図３に示すように、振幅調整器１０８の出力Ｗの（１−α）倍した信号を、速度制御用補償器１０９に加えることとは、等価の効果を有する。
このように、第２の実施の形態では、フィルタ１１０の代わりに、振幅調整器１０８の出力Ｗを（１−α）倍する演算回路１１１を用いることによって、前実施の形態と同じように、パラメータαの如何によらず、安定な制御が可能になる。  従って、フィルタ１１０を用いる第１の実施の形態の場合も、（１−α）の演算回路１１１を用いる第２の実施の形態の場合も共に、パラメータαによらず、常に同じ特性方程式となるので、速度制御用補償器１０９の出力であるトルク指令Ｔref も、パラメータαの如何によらず、安定に制御することができる。
それによって、調整が容易で機械振動を高精度で取り出せる機械振動検出装置と、速度制御用補償器が変わっても影響無く安定な機械振動の制振を達成できる制振制御装置が同時に得られることになる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パラメータの如何によらず特性根を安定にするように構成したので、速度制御用補償器に左右されず常に同じ特性方程式とすることができるために、位相調整器の特性を変えずに安定な制振制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る制振制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す速度制御用補償器のブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る速度制御用補償器のブロック図である。
【図４】従来の制振制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１  モータを含む機構系
１０２  機械振動検出装置
１０３  等価剛体モデル
１０４  比例演算手段
１０５  ハイパスフィルタ
１０６  モータ駆動装置
１０７  位相調整器
１０８  振幅調整器
１０９  速度制御用補償器
１１０  フィルタ
１１１  演算回路
【図１】
0003972155.tif 000010
【図２】
0003972155.tif 000011
【図３】
0003972155.tif 000012
【図４】
0003972155.tif 000013