JP2005223960A - 電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機又は電動機で駆動される負荷の状態量の制御を行う電動機の制御装置において、機械共振を抑制して安定に制御する。
【解決手段】機械共振を抑制する実フィルタを含み、電動機又は電動機によって駆動される負荷の状態量が状態量指令値に追従するように制御する電動機の制御装置において、状態量の検出値を入力として、パラメータの変化により特性が変更可能な仮想フィルタと、仮想フィルタのパラメータを調整する仮想フィルタ設定手段とを備え、仮想フィルタ設定手段で、状態量の検出値と負荷の機械共振を排除した規範応答とから仮想フィルタの出力が規範応答に近づくように仮想フィルタの特性を逐次修正すると共に、実フィルタの特性を仮想フィルタの特性に近づける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動機により負荷となる機械を駆動する場合に、機械共振を抑制して電動機又は負荷の状態量を制御する電動機の制御装置に関する。

従来の電動機の制御装置としては、以下のものが知られている。
図４は、第１の従来技術としての、電動機の制御装置の制御ブロック図を示したものである。図４において、１０１は電動機、１０２は電動機１０１の速度ωｒを検出する速度検出器、１０３は連結体、１０４は連結体１０３を介して電動機１０１により駆動される負荷、１０５は速度指令値ωｒ^*と速度検出器１０２によって検出された電動機１０１の速度検出値ωｒとを比較してその偏差値（ωｒ^*−ωｒ）を出力する減算手段、１０６は前記偏差値（ωｒ^*−ωｒ）を演算増幅してトルク指令値τ₁ ^*として出力する演算増幅手段、１０９はトルク指令値τ₁ ^*にフィルタ処理を施し新たなトルク指令値τ₂ ^*を出力し、フィルタ係数ｆの入力によりこのフィルタ係数ｆに応じた周波数成分の通過を制限可能とする主フィルタ、１０８は新たなトルク指令値τ₂ ^*に基づいて電動機１０１のトルクを制御するトルク制御手段である。

また、１１０はフィルタ係数ｆを設定して主フィルタ１０９へ出力するフィルタ係数設定手段であり、１１２は速度検出値ωｒを入力して、この速度検出値ωｒに重畳している機械系の共振周波数成分ｄを通過させるハイパスフィルタ、１１３は所定の周波数以下の周波数成分を含む基準信号ｒを出力する基準信号発生手段、１１５は基準信号発生手段が出力する基準信号ｒとハイパスフィルタ１１２を通過した機械系の共振周波数成分ｄとを加算する加算手段、１１６は加算手段１１５の出力信号ｘと基準信号ｒとを入力して前記周波数成分ｄの通過を制限するフィルタ係数ｆを演算して主フィルタ１０９へ出力する適応フィルタである。

次に動作について説明する。速度検出器１０２が出力する電動機１０１の回転速度を示す速度検出値ωｒが減算手段１０５に入力されることにより、電動機１０１の速度制御装置に負帰還され、演算増幅手段１０６は減算手段からの偏差値（ωｒ^*−ωｒ）の入力により、この値が零になるように演算増幅を行ってトルク指令値τ₁ ^*を出力し、このトルク指令値τ₁ ^*は後述する主フィルタ１０９を介してトルク制御手段１０８に入力され、このトルク制御手段１０８の出力信号により電動機１０１は速度指令値ωｒ^*に追従するように速度制御される。

ここで、フィルタ係数設定手段１１０におけるハイパスフィルタ１１２は、遮断周波数が速度制御の帯域幅ｆｂに設定され、速度検出値ωｒを入力してこの速度検出値ωｒに重畳する機械共振周波数成分ｄを出力する。また、基準信号発生手段１１３は、速度制御の帯域幅ｆｂと同一の周波数成分を含む基準信号ｒを発生し、加算器１１５はハイパスフィルタ１１２の出力ｄと基準信号ｒとを加算して信号ｘを出力する。

図５は、適応フィルタ１１６のブロック図を示したものであり、フィルタ部分１１７は信号ｘを入力してフィルタリング処理を行い、フィルタ係数調整手段１１９はフィルタ部分１１７の出力ｙを目標信号である基準信号ｒに最も近づけるために、減算手段１１８が出力する基準信号ｒとその出力ｙとの偏差ｅが減少するようにフィルタ部分１１７のフィルタ係数を調整する。

即ち、適応フィルタ１１６は、入力信号が与えられるとそれに応じて最も目的に沿う形の信号を発生するように自己の特性を変え、また入力信号の性質が変わると、それに追従して特性を変えるフィルタであり、適応フィルタ１１６は入力ｘに対してその出力ｙが目標信号である基準信号ｒに最も近づくように自己のフィルタ係数を逐次調整する。
入力信号ｘは、基準信号ｒと機械共振による振動成分ｄとを含んだものであるので、適応フィルタ１１６は自己のフィルタ特性を基準信号ｒの持つ周波数帯域の成分は通過させ、機械共振による振動成分ｄの持つ周波数成分は抑制するフィルタ、即ち中心周波数ｆｃが機械共振周波数ｆｐに一致したノッチフィルタになるようにフィルタ係数を調整することになる。主フィルタは、そのフィルタ係数が適応フィルタ１１６からの入力によりこの適応フィルタ１１６と同じ値に設定されるので、ノッチフィルタの特性を持つことになる。

このように、主フィルタ１０９は、演算増幅手段１０６の出力τ₁ ^*に含まれる機械共振による振動の加振源となる機械共振周波数成分を抑制する特性になるように自動調整し、速度検出値に含まれる電動機と負荷との機械共振に起因する周波数成分が変化しても、その変化に追従して減少させることになり、機械系の共振を自動的に抑制するというものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、図６は第２の従来技術としての、電動機の制御装置の制御ブロック図を示したものである。図６において、電動機１０１、速度検出器１０２、連結体１０３、負荷１０４、減算手段１０５、演算増幅手段１０６、トルク制御手段１０８、ハイパスフィルタ１１２等は第１の従来技術と同じであり、１２０はノッチ中心周波数が変更可能な第１のノッチフィルタ、１２１はノッチ中心周波数が変更可能な第２のノッチフィルタ、１２２は前記第２のノッチフィルタ１２１を通した後の出力値の振幅が減少するように第２のノッチフィルタ１２１のノッチ中心周波数を逐次修正し、第２のノッチフィルタ１２１のノッチ中心周波数に応じた周波数を前記第１のノッチフィルタ１２０のノッチ中心周波数とするノッチ中心周波数修正手段から構成される。

次に動作について説明する。電動機１０１は、第１の従来技術と同様に速度指令値ωｒ^*に追従するように速度制御される。ここで、第１のノッチフィルタ１２０は、主フィルタ１０９と同様に、トルク指令値τ₁ ^*にフィルタ処理を施し新たなトルク指令値τ₂ ^*を出力する。
第１のノッチフィルタ１２０と主フィルタ１０９との違いは、主フィルタ１０９はフィルタ係数を変更可能であるのに対し、第１のノッチフィルタ１２０はノッチ中心周波数が変更可能であることにある。このことにより、第１のノッチフィルタ１２０のフィルタ係数はノッチ中心周波数に制限されることになり、フィルタとしての動作はノッチフィルタとしてのみ制限されることになる。

ここで、上記第１のノッチフィルタ１２０のノッチ中心周波数ｆｎは以下のように求められる。速度検出値ωｒが所定のカットオフ周波数を持つハイパスフィルタ１１２に入力され、カットオフ周波数以上の振動成分ｘが出力される。ノッチ中心周波数修正手段１２２は、第２のノッチフィルタ１２１の出力ｅの振幅が減少するように第２のノッチフィルタ１２１のノッチ中心周波数ｆｎを逐次修正していく。この第２のノッチフィルタ１２１のノッチ中心周波数ｆｎを第１のノッチフィルタ１２０のノッチ中心周波数とする。

このように、変更可能なフィルタのパラメータをノッチ中心周波数に制限することにより、ハイパスフィルタ１１２を通過して抽出した振動成分に対して、基準信号を与えなくてもノッチフィルタの自動調整を可能にするというものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平４−９１６８９号公報（第６頁、図１） 特開２００３−５２１８８号公報（第６頁、図１）

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、フィルタ係数設定手段１１０は、フィルタ係数を修正するために所定の周波数以下の周波数成分を含む基準信号ｒを与えており、その帯域は速度制御系の最大応答周波数以下の周波数成分を含んだものにする必要がある。例えば、基準信号ｒの周波数成分が速度制御系の交差周波数よりも低い場合において、基準信号ｒと実際の検出速度ωｒとに差があると、その差によって適応フィルタが修正したフィルタ係数ｆにより、速度制御系が不安定になる恐れがあるという未解決の課題がある。

また、機械共振の周波数が低い場合、ハイパスフィルタ１１２で振動成分を通過させる必要があるため、フィルタのカットオフ周波数を低くする必要があり、これにより速度制御系の応答を十分に上げることができないという未解決の課題がある。
さらに、上記特許文献２に記載の従来例にあっては、機械共振の成分を除去するフィルタを、ノッチ中心周波数を調整パラメータとしたノッチフィルタに制限することにより、基準信号を設けなくてもフィルタの自動調整を可能としているが、調整パラメータがノッチ中心周波数にのみ制限されているので、機械共振の周波数に対しては自動調整が可能であるが、機械共振のダンピングに対しては調整ができないため、共振の成分をうまくキャンセルできないという未解決の課題がある。

また、例えばノッチフィルタの深さ（減衰量）によっては、制御系のカットオフ周波数と機械共振の周波数とが近い場合、ノッチフィルタが固定され、制御系の応答を十分に上げることができないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、制御系に影響されずに機械共振を自動的に抑制することができる電動機の制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る電動機の制御装置は、電動機及び電動機によって駆動される負荷の何れかの状態量を検出する状態量検出手段と、該状態量検出手段の出力端から前記電動機制御手段の入力端に至る制御系内の何れかの位置に配置され、パラメータを変化させることにより入出力特性を変更可能な実フィルタと、該実フィルタのパラメータを設定するフィルタ係数設定手段とを備え、該フィルタ係数設定手段は、前記制御系内の何れかの状態量を入力として前記負荷の機械共振を排除した規範応答を出力する規範モデルと、前記状態量検出手段で検出された状態量を入力とし、且つパラメータを変化させることにより入出力特性を変更可能な仮想フィルタと、前記状態量検出手段で検出された状態量と前記規範モデルから出力された規範応答とから、前記仮想フィルタの出力信号が前記規範応答に近づくように仮想フィルタのパラメータを修正する仮想フィルタ設定手段とを有し、該仮想フィルタ設定手段で設定した仮想フィルタのパラメータを、実フィルタのパラメータとして設定することを特徴としている。

この請求項１に係る発明では、規範モデルで電動機によって駆動される負荷の機械共振を排除した規範応答を出力し、仮想フィルタの出力信号が規範応答に近づくように仮想フィルタのパラメータを逐次修正し、このように修正した仮想フィルタのパラメータを実フィルタのパラメータとして設定するので、実フィルタを機械共振による振動の加振源となる機械共振周波数成分を抑制する特性になるように自動調整することができる。

また、請求項２に係る電動機の制御装置は、請求項１に係る発明において、前記状態量検出手段は、電動機及び電動機によって駆動される負荷の何れかの速度を検出し、前記状態量指令値は、外部から入力される速度指令値であることを特徴としている。
この請求項２に係る発明では、電動機又は電動機によって駆動される負荷の速度を検出し、この速度検出値が外部から入力される速度指令値に追従するように電動機を速度制御することができる。

また、請求項３に係る電動機の制御装置は、請求項１に係る発明において、前記状態量検出手段は、電動機及び電動機によって駆動される負荷の何れかの位置を検出し、前記状態量指令値は、外部から入力される位置指令値であることを特徴としている。
この請求項３に係る発明では、電動機又は電動機によって駆動される負荷の位置を検出し、この位置検出値が外部から入力される位置指令値に追従するように電動機を位置制御することができる。

また、請求項４に係る電動機の制御装置は、請求項１に係る発明において、前記状態量検出手段は、電動機及び電動機によって駆動される負荷の何れかの位置に基づいて速度を算出し、前記状態量指令値は、外部から入力される位置指令値から算出した速度指令値であることを特徴としている。
この請求項４に係る発明では、電動機又は電動機によって駆動される負荷の位置検出値に基づいて速度を推定し、この速度推定値が外部から入力される位置指令値から算出した速度指令値に追従するように電動機を制御することができる。

また、請求項５に係る電動機の制御装置は、請求項１乃至４の何れかに係る発明において、前記規範モデルは、前記制御系内の何れかの状態量を入力として、前記負荷の持つ一部の機械共振のみを排除した規範応答を出力することを特徴としている。
この請求項５に係る発明では、規範モデルで負荷の持つ一部の機械共振のみを排除した規範応答を出力するので、実フィルタで抑制する共振を限定することができる。

また、請求項６に係る電動機の制御装置は、請求項１乃至５の何れかに係る発明において、前記実フィルタ及び前記仮想フィルタは、ノッチフィルタで構成されていることを特徴としている。
この請求項６に係る発明では、ノッチフィルタのパラメータを調整することにより、効果的に機械共振を検出して、共振を自動的に抑制することができる。

また、請求項７に係る電動機の制御装置は、請求項６に係る発明において、前記仮想フィルタ設定手段は、前記仮想フィルタのノッチ中心周波数とノッチ減衰量とを設定することを特徴としている。
この請求項７に係る発明では、仮想フィルタの調整パラメータとしてノッチ中心周波数とノッチ減衰量とを設定するので、適切なノッチフィルタを設定することができる。

本発明の請求項１に係る発明によれば、実フィルタを機械共振による振動の加振源となる機械共振周波数成分を抑制する特性になるように自動調整するので、制御系に影響されずに機械共振を検出して、電動機又は電動機によって駆動される負荷の状態量に含まれる電動機と負荷との機械共振に起因する周波数成分が変化した場合であっても、その変化に追従して、機械共振を自動的に抑制することができると共に、状態量制御の安定性を向上させることができるという効果が得られる。

また、請求項２に係る発明によれば、電動機を速度制御した状態において、制御系に影響されずに機械共振を検出して、共振を自動的に抑制することができるという効果が得られる。
さらに、請求項３に係る発明によれば、電動機を位置制御した状態において、制御系に影響されずに機械共振を検出して、共振を自動的に抑制することができるという効果が得られる。

また、請求項４に係る発明によれば、速度制御系をマイナーループに持つ電動機を位置制御した状態において、制御系に影響されずに機械共振を検出して、共振を自動的に抑制することができるという効果が得られる。
さらに、請求項５に係る発明によれば、負荷が持つ一部の機械共振のみを排除するように規範応答を出力するので、負荷における全ての機械共振を含まない応答とする必要がなく、効率的に実フィルタで機械共振周波数成分を抑制することができるという効果が得られる。

また、請求項６に係る発明によれば、ノッチフィルタのパラメータを限定することにより、効果的に機械共振を抽出して、共振を自動的に抑制することができるという効果が得られる。
さらに、請求項７に係る発明によれば、ノッチ中心周波数とノッチ減衰量とを調整することにより、適切なノッチフィルタを設定して、安定した高速応答を実現することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態を示すブロック図であって、図中１は回転型の電動機、２は電動機１の速度ωｍを検出する状態量検出手段としての速度検出器、３は連結体、４は連結体３を介して電動機１により駆動される負荷である。
そして、この制御ブロックは、外部から入力される状態量指令値としての速度指令値ωｍ^*と速度検出器２によって検出された電動機１の速度検出値ωｍとを比較して、その偏差値（ωｍ^*−ωｍ）を出力する減算器５と、減算器５の結果を演算増幅してトルク指令値τ₁ ^*として出力する速度信号制御部６と、速度信号制御部６から出力されたトルク指令値τ₁ ^*にフィルタ処理を施し新たなトルク指令値τ₂ ^*を出力し、フィルタ係数ｆの入力によりこのフィルタ係数ｆに応じた周波数成分の通過を制限可能とする実フィルタ７と、実フィルタ７から出力された新たなトルク指令値τ₂ ^*に基づいて電動機１のトルクを制御する電動機制御手段としてのトルク制御部８とを備えている。

また、実フィルタ７のフィルタ係数ｆを設定するフィルタ係数設定手段としてのフィルタ係数設定部２０を備え、このフィルタ係数設定部２０は、速度信号制御部６から出力されたトルク指令値τ₁ ^*を入力とし、負荷４の特性を模擬しつつ機械共振を排除した規範応答としての規範速度ωｒを出力する規範モデル９と、速度検出器２で検出された速度検出値ωｍにフィルタ処理を施して信号ｙを出力し、フィルタ係数ｆの入力によりこのフィルタ係数ｆに応じた周波数成分の通過を制限可能とする仮想フィルタ１０と、規範モデル９から出力された規範速度ωｒと仮想フィルタ１０から出力された信号ｙとを比較して、その偏差ｅを出力する減算器１１と、フィルタ係数ｆを設定する仮想フィルタ設定手段としてのフィルタ設定部１２とから構成されている。

フィルタ設定部１２で設定されたフィルタ係数ｆは、仮想フィルタ１０に出力されると共に実フィルタ７へも出力される。
前記速度信号制御部６は、例えば比例−積分制御などの制御器であり、速度指令値ωｍ^*と速度検出器２で検出された速度検出値ωｍとの偏差（ωｍ^*−ωｍ）を零に制御するためのトルク指令値τ₁ ^*を出力する。

トルク指令値τ₁ ^*は、実フィルタ７を通され、新たなトルク指令値τ₂ ^*としてトルク制御部８に出力される。そして、トルク制御部８の出力によって、電動機１は速度制御されるように構成されている。
また、仮想フィルタ１０及び実フィルタ７は、次式で表すノッチフィルタの構成として、ノッチ中心周波数とノッチ深さ（減衰量）とをパラメータとする。
Ｈｎ（ｓ）＝｛ｓ²＋２ωｎ（１−Ｋ）ｓ＋ωｎ²｝／（ｓ²＋２ωｎｓ＋ωｎ²） ………（１）
ここで、ωｎはノッチ中心周波数、Ｋはノッチ減衰量、ｓはラプラス演算子である。

実フィルタ７の特性は次のように設定される。
先ず、仮想フィルタ１０で速度検出値ωｍに対してフィルタリング処理が行われ、信号ｙを出力する。そして、フィルタ設定部１２は仮想フィルタ１０の出力ｙを目標信号である規範速度ωｒに最も近づけるために、減算器１１が出力する規範速度ωｒと仮想フィルタ１０の出力ｙとの偏差ｅが減少するように仮想フィルタ１０のパラメータであるノッチ中心周波数ωｎとノッチ減衰量Ｋとを調整する。パラメータの調整法としては、例えば勾配法を用いることができる。

規範モデル９が出力する規範速度ωｒは、負荷４の機械共振を含まない応答とするため、例えば次式のように剛体を駆動した場合の応答とする。
ωｒ＝（１／Ｊｓ）・τ₂ ^* ………（２）
ここで、Ｊは電動機周りの慣性モーメントである。
この結果、フィルタ設定部１２では、仮想フィルタ１０のノッチ中心周波数ωｎが機械共振周波数ωｐに一致するようにフィルタ係数を調整し、機械共振に起因する周波数成分が変化した場合であっても、それに追従してフィルタの特性を変えるように調整することになる。そしてさらに、実フィルタ７のフィルタ係数は、フィルタ設定部１２で調整された仮想フィルタ１０のフィルタ係数と同じ値に設定される。

これにより、実フィルタ７はトルク指令値τ₁ ^*に含まれる機械共振による振動の加振源となる機械共振周波数成分を抑制する特性になるように自動調整される。
したがって、上記第１の実施形態では、制御系に影響されずに機械共振を検出して、検出値に含まれる電動機と負荷との機械共振に起因する周波数成分が変化した場合であっても、その変化に自動的に追従して共振を抑制することができ、安定した速度制御を行うことができる。

また、仮想フィルタ及び実フィルタをノッチフィルタとし、ノッチ中心周波数ωｎとノッチ減衰量Ｋとをフィルタの調整パラメータとするので、ノッチ中心周波数ωｎのみを調整パラメータとして設定する場合と比較して、適切なノッチフィルタを設定することができ、機械共振の周波数に対してのみならず機械共振のダンピングに対しても調整が可能となり、共振成分をうまくキャンセルすることができると共に、制御系の応答を十分に上げることができる。

さらに、規範モデルで負荷が持つ機械共振を排除した規範速度を出力し、仮想フィルタの出力信号を規範速度に最も近づけるようにフィルタ係数を逐次調整するので、実フィルタで抑制する機械共振周波数成分を適切に調整することができる。
なお、上記第１の実施形態においては、実フィルタ７及び仮想フィルタ１０の安定性を保証することを目的として、パラメータに上限と下限を与えるようにしてもよい。

また、上記第１の実施形態においては、規範モデル９は負荷における全ての機械共振を含まない応答とする必要はなく、実フィルタ７で抑制しない機械共振の成分を残すようにしてもよい。これにより、実フィルタで効率的に共振周波数成分を抑制することができる。
さらに、上記第１の実施形態においては、速度の急激な変化時には規範速度ωｒの持つモデル化誤差の影響によりパラメータ修正を妨げる場合があるため、速度指令値ωｍ^*若しくは速度検出値ωｍから加速度の変化を検出し、その値が所定値以下の場合のみパラメータ修正を行うようにしてもよい。

また、上記第１の実施形態においては、仮想フィルタ１０及び実フィルタ７は、ＦＩＲフィルタ若しくはＩＩＲフィルタにおいてｎ次のフィルタ係数をパラメータとするようにしてもよい。
さらにまた、上記第１の実施形態においては、仮想フィルタ１０及び実フィルタ７は、ノッチフィルタとしてノッチ中心周波数をパラメータとするようにしてもよく、パラメータが離散的なノッチ中心周波数群と共に、ノッチ中心周波数群に対応してフィルタ係数をパラメータとして持ち、出力すべきノッチ中心周波数に対応したフィルタ係数を出力するようにしても同様の効果が得られる。
また、上記第１の実施形態においては、回転型の電動機について説明したが、これに限定されるものではなく、直動型の電動機に適用しても同様の効果が得られる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、電動機の位置を検出し、位置検出値が位置指令値に追従するように、電動機の位置制御を行うようにしたものである。
図２は本発明の第２の実施形態を示すブロック図であって、図１に示す第１の実施形態におけるブロック図において、速度検出器２を電動機１の位置θｍを検出する位置検出器１３に置換し、減算器５を、位置指令値θｍ^*と位置検出器１３で検出された電動機１の位置検出値θｍとを比較して、その偏差（θｍ^*−θｍ）を出力する減算器１４に置換し、速度信号制御部６を、前記減算器１３の結果を演算増幅してトルク指令値τ₁ ^*として出力する位置信号制御部１５に置換し、規範モデル９を、位置信号制御部１５から出力されたトルク指令値τ₁ ^*を入力とし、負荷４の特性を模擬しつつ機械共振を排除した規範応答としての規範位置θｒを出力する規範モデル１６に置換したことを除いては、図１と同様の構成を有するため、図１との対応部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

位置信号制御部１５は、例えば比例−積分−微分制御などの制御器であり、位置指令値θｍ^*と位置検出器１３で検出された位置検出値θｍとの偏差を零に制御するためのトルク指令値τ₁ ^*を出力する。
トルク指令値τ₁ ^*は、実フィルタ７を通され、新たなトルク指令値τ₂ ^*としてトルク制御部８に入力される。そして、トルク制御部８の出力によって電動機１は位置制御される。

また、規範位置θｒを出力する規範モデル１６は、負荷４の機械共振を含まない応答とするため、例えば次式のように剛体を駆動した場合の応答とする。
θｒ＝（１／Ｊｓ²）・τ₂ ^* ………（３）
仮想フィルタ１０では、位置検出値θｍに対してフィルタリング処理が行われ、信号ｙを出力する。そして、フィルタ設定部１２は仮想フィルタ１０の出力ｙを目標信号である規範位置θｒに最も近づけるために、減算器１１が出力する規範位置θｒと仮想フィルタ１０の出力ｙとの偏差ｅが減少するように仮想フィルタ１０のパラメータを調整する。

この結果、上述した第１の実施形態と同様に、フィルタ設定部１２では、仮想フィルタ１０のノッチ中心周波数ωｎが機械共振周波数ωｐに一致するようにフィルタ係数を調整することになり、実フィルタ７のフィルタ係数を仮想フィルタ１０のフィルタ係数と同じ値に設定すれば、トルク指令値τ₁ ^*に含まれる機械共振による振動の加振源となる機械共振周波数成分を抑制する特性になるように自動調整することができる。
このように、上記第２の実施形態では、制御系に影響されずに機械共振を検出して、検出値に含まれる電動機と負荷との機械共振に起因する周波数成分が変化した場合であっても、その変化に自動的に追従して共振を抑制することができ、安定した位置制御を行うことができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態は、上述した第１の実施形態に示す速度制御系をマイナーループに持つ電動機を位置制御するようにしたものである。
図３は、本発明の第３の実施形態を示すブロック図であって、図１に示す第１の実施形態におけるブロック図において、速度検出器２を電動機１の位置θｍを検出する位置検出器１３に置換し、位置指令値θｍ^*と位置検出器１３で検出した電動機１の位置検出値θｍとを比較して、その偏差（θｍ^*−θｍ）を出力する減算器１４を追加し、位置検出器１３で検出した位置検出値θｍから速度推定値ωｍを推定し、この速度推定値ωｍを仮想フィルタ１０に出力する速度推定器１７を追加し、減算器１４の結果を演算増幅して速度指令値ωｍ^*を出力する位置信号制御部１８を追加したことを除いては、図１と同様の構成を有するため、図１との対応部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

位置信号制御部１８は、位置指令値θｍ^*と位置検出器１３で検出した電動機１の位置検出値θｍとの偏差を零に制御するための速度指令値ωｍ^*を速度信号制御部６に出力し、速度指令値ωｍ^*は、速度信号制御部６により演算増幅される。
ここで、速度信号制御部６による速度制御系の制御帯域を、位置信号制御部１８による位置制御系の制御帯域の数倍以上取ることにより、電動機１は安定に位置制御される。
速度推定器１７は、位置検出器１３で検出した位置検出値θｍに基づいて、次式により速度推定値ωｍを推定する。
ωｍ＝ｓθｍ ………（４）
この結果、速度推定値ωｍは、上述した第１の実施形態における速度検出値ωｍと同様に扱うことにより、自動調整が可能となる。

このように、上記第３の実施形態では、制御系に影響されずに機械共振を検出して、検出値に含まれる電動機と負荷との機械共振に起因する周波数成分が変化した場合であっても、その変化に自動的に追従して共振を抑制することができ、速度制御系をマイナーループにもつ電動機を位置制御した状態において、安定した制御を行うことができる。
なお、上記第３の実施形態においては、実フィルタ７を速度制御ループ内に含む場合について説明したが、これに限定されるものではなく、位置制御ループ内に含むようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態を示すブロック図である。 第１の従来技術を示すブロック図である。 第１の従来技術における適応フィルタを示すブロック図である。 第２の従来技術を示すブロック図である。

符号の説明

１ 電動機
２ 速度検出器
４ 負荷
７ 実フィルタ
８ トルク制御部
９ 規範モデル
１０ 仮想フィルタ
１２ フィルタ設定部
１３ 位置検出器
１７ 速度推定器
２０ フィルタ係数設定部

Claims (7)

1. 電動機及び電動機によって駆動される負荷の何れかの状態量を状態量指令値に追従させるように、前記電動機を制御する電動機制御手段を備えた電動機の制御装置において、
   電動機及び電動機によって駆動される負荷の何れかの状態量を検出する状態量検出手段と、該状態量検出手段の出力端から前記電動機制御手段の入力端に至る制御系内の何れかの位置に配置され、パラメータを変化させることにより入出力特性を変更可能な実フィルタと、該実フィルタのパラメータを設定するフィルタ係数設定手段とを備え、該フィルタ係数設定手段は、前記制御系内の何れかの状態量を入力として前記負荷の機械共振を排除した規範応答を出力する規範モデルと、前記状態量検出手段で検出された状態量を入力とし、且つパラメータを変化させることにより入出力特性を変更可能な仮想フィルタと、前記状態量検出手段で検出された状態量と前記規範モデルから出力された規範応答とから、前記仮想フィルタの出力信号が前記規範応答に近づくように仮想フィルタのパラメータを修正する仮想フィルタ設定手段とを有し、該仮想フィルタ設定手段で設定した仮想フィルタのパラメータを、実フィルタのパラメータとして設定することを特徴とする電動機の制御装置。
2. 前記状態量検出手段は、電動機及び電動機によって駆動される負荷の何れかの速度を検出し、前記状態量指令値は、外部から入力される速度指令値であることを特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。
3. 前記状態量検出手段は、電動機及び電動機によって駆動される負荷の何れかの位置を検出し、前記状態量指令値は、外部から入力される位置指令値であることを特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。
4. 前記状態量検出手段は、電動機及び電動機によって駆動される負荷の何れかの位置に基づいて速度を算出し、前記状態量指令値は、外部から入力される位置指令値から算出した速度指令値であることを特徴とする請求項１に記載の電動機の制御装置。
5. 前記規範モデルは、前記制御系内の何れかの状態量を入力として、前記負荷の持つ一部の機械共振のみを排除した規範応答を出力することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の電動機の制御装置。
6. 前記実フィルタ及び前記仮想フィルタは、ノッチフィルタで構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の電動機の制御装置。
7. 前記仮想フィルタ設定手段は、前記仮想フィルタのノッチ中心周波数とノッチ減衰量とを設定することを特徴とする請求項６に記載の電動機の制御装置。

Images