JP4166157B2

JP4166157B2 - 電動機制御装置

Info

Publication number: JP4166157B2
Application number: JP2004001572A
Authority: JP
Inventors: 弘杉江; 英俊池田; 浩一郎上田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2024-01-07
Also published as: JP2005198404A

Description

この発明は、制御対象にふさわしい制御器を選択して用いる電動機制御装置に関するものである。

従来の電動機制御装置では、位置偏差を入力して位置決め時間と、オーバーシュート、サーボロック時の振動を診断する応答診断部と、応答診断結果に基づいて位置制御部と速度制御部、トルクフィルタ部、電流制御部、速度信号作成部、速度フィードフォワード制御部、トルクフィードフォワード補償部の調整を行うゲイン調整部と、調整されたゲインに基づいて再びモータを駆動するというサイクルを数回繰り返して、最適なゲインを自動的にチューニングし、所定の評価関数に基づいてチューニングを終了させるチューニング終了判定部とを備え、各制御器のパラメータを自動で調整していた。

特開２００３−６１３７７号公報

従来の電動機制御装置では、制御器のゲインを自動的に調整する機能を備えているが、多種多様な制御対象を高性能に制御するためには制御対象にふさわしい制御器を選択することが必要であるにもかかわらず、制御器を自動的に選択する機能は備えておらず、予め選択され設定された制御器を用いていた。このため、制御器の変更などの自由度が制約され、高精度で自由度の高い制御を得ることが困難であった。

この発明は、上記のような問題点を改善するためになされたものであり、電動機制御装置を構成する各制御部で用いる制御器を、制御対象に応じて自動的に切り替え選択して設定することを可能にして、多種多様な制御対象を高性能に制御できる自由度の高い電動機制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電動機制御装置は、位置指令を生成する指令発生部と、電動機を含む制御対象の位置を検出して位置検出信号を出力する検出器と、第１の選択信号により複数のフィードフォワード制御器の中から１つを切り替え選択し、上記位置指令を該選択されたフィードフォワード制御器へ入力しフィードフォワード信号を出力するフィードフォワード制御部と、第２の選択信号により複数のフィードバック制御器の中から１つを切り替え選択し、上記フィードフォワード信号および上記位置検出信号を該選択されたフィードバック制御器へ入力しトルク指令を出力するフィードバック制御部と、上記トルク指令を入力として電流制御を行い上記電動機を駆動して上記制御対象を動作させる電流制御部と、上記フィードフォワード制御器および上記フィードバック制御器を選択する上記選択信号を出力する調整装置とを備える。そして、該調整装置は、上記制御対象の機械構造、制御条件などの仕様を入力する仕様入力部と、周波数特性同定用の加振信号を上記フィードバック制御器へ入力し、該加振信号、加振動作時の上記トルク指令、上記位置検出信号、および入力された上記制御対象の仕様に基づいて、上記制御対象の周波数特性を含む特性を同定して上記制御対象のモデルを同定するモデル同定部と、該同定されたモデルに基づいて上記第１、第２の選択信号を出力する制御器選択部とを備えるものである。

この発明によると、制御対象の仕様、特性に応じてフィードフォワード制御器および上記フィードバック制御器を選択する選択信号を出力する調整装置を備えたため、制御対象にふさわしい制御器を自動選択して設定でき、多種多様な制御対象を高性能に制御できる自由度の高い電動機制御が実現できる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電動機制御装置について以下に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による電動機制御装置を示すブロック図である。
図１に示すように、電動機制御装置は、指令発生部１、主制御装置１５、制御器の選択及びケインの調整を行う調整装置１９および電動機１６を含む制御対象１８で構成される。主制御装置１５は、フィードフォワード制御部２、フィードバック制御部６、非線形補償部１０、電流制御部１４、およひ加振信号発生部２４で構成され、調整装置１９は、仕様入力部２０、モデル同定部２１、制御器選択部２２、およびケイン調整部２３で構成される。また、制御対象１８には検出器としての位置検出器１７が備えられる。

まず、主制御装置１５の構成および動作について説明する。
指令発生部１から位置指令がフィードフォワード制御部２に入力される。フィードフォワード制御部２は、複数（この場合３個）のフィードフォワード制御器４ａ〜４ｃ、フィードフォワード制御器入力切替スイッチ３およびフィードフォワード制御器出力切替スイッチ５を備え、調整装置１９内の制御器選択部２２からの選択信号により、例えば選択されたフィードフォワード制御器４ａに入力と出力が切り替えられる。フィードフォワード制御部２に入力された位置指令は、フィードフォワード制御器４ａに入力され、フィードフォワード制御器４ａでは、フィードフォワード信号としてのフィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、およびフィードフォワードトルク指令が演算されてフィードバック制御部６に出力される。

フィードバック制御部６は、複数（この場合６個）のフィードバック制御器８ａ〜８ｆ、フィードバック制御器入力切替スイッチ７およびフィードバック制御器出力切替スイッチ９を備え、調整装置１９内の制御器選択部２２からの選択信号により、例えば選択されたフィードバック制御器８ｂに入力と出力が切り替えられる。フィードバック制御部６には、フィードフォワード制御部２から出力されるフィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、およびフィードフォワードトルク指令、非線形補償部１０から出力される非線形補償トルク、位置検出器１７から出力される位置検出信号、および加振信号発生部２４から出力される加振信号が入力される。フィードバック制御部６に入力されたこれらの信号は、フィードバック制御器８ｂに入力され、フィードバック制御器８ｂでは、補償済みトルク指令が演算されて電流制御部１４に出力される。

非線形補償部１０は、複数（この場合３個）の非線形補償器１２ａ〜１２ｃ、非線形補償器入力切替スイッチ１１および非線形補償器出力切替スイッチ１３を備え、調整装置１９内の制御器選択部２２からの選択信号により、例えば選択された非線形補償器１２ｂに入力と出力が切り替えられる。なお、選択信号により非線形補償器１２ａ〜１２ｃに接続しない状態に切り替える場合もある。非線形補償部１０には、指令発生部１から与えられる外部補償トルク、フィードフォワード制御部２から出力されるフィードフォワード位置指令、位置検出器１７から出力される位置検出信号が入力される。非線形補償部１０に入力されたこれらの信号は、非線形補償器１２ｂに入力され、非線形補償器１２ｂでは、非線形補償トルクが演算されてフィードバック制御部６に出力される。

電流制御器１４はフィードバック制御部６から出力された補償済みトルク指令を入力として、該補償済みトルク指令に基づいて電動機１６を駆動して電動機１６が含まれる制御対象１８を動作させる。そして、制御対象１８に備えられた検出器１７からの位置検出信号がフィードバック制御部６と非線形補償部１０に出力される。
なお、フィードフォワード制御部２、フィードバック制御部６、非線形補償部１０では、まず、例えば、フィードフォワード制御器４ａ、フィードバック制御器８ａ、非線形補償器１２ａに初期設定して動作させ、調整装置１９により、後述するモデル同定を用いて決定される選択信号により所望の機器に切り替える。

次に調整装置１９の構成および動作について説明する。
仕様入力部２０では、制御対象１８の制御目的、機械構造、伝達機構、制約条件、検出器について、全てあるいは一部からなる仕様が入力される。図２に仕様入力部２０の構成を示す。制御目的は始点と終点のみが与えられる位置決め、常に指令値に追従する必要のある軌跡制御、ベルトコンベアや印刷機などの速度を一定に保つ速度制御、その他から選択して入力する。機械構造については、XYテーブルなどの直線運動、ロボットなどのリンク機構、ベルトコンベア、印刷機などのドラム、その他から選択する。伝達機構については、ボールネジ、歯車、ベルト、リニアモータやダイレクトドライブモータなどのダイレクト、その他から１つ、あるいは複数を選択する。検出器については、負荷側エンコーダ、リニアスケール、圧力センサ、モータのみから選択する。制約条件については、最大加速度、最大速度、許容誤差、許容オーバシュート量を数値で入力する。

モデル同定部２１では、主制御装置１５内の加振信号発生部２４に加振周波数範囲と振幅を指定する指令信号を出力して、フィードバック制御部６に加振信号発生部２４から加振信号を与える。これにより加振動作時にフィードバック制御部６から出力される補償済みトルク指令と位置検出器１７から出力される位置検出信号とをモデル同定部２１に入力し、モデル同定部２１では制御対象１８の周波数特性を演算し、演算された周波数特性を剛体、２慣性、３慣性のいずれか最も近い参照モデルへの当てはめを行う。また、モデル同定部２１は、入力された仕様に基づいて典型的な動作における位置指令を指令発生部１に生成させて主制御装置１５を動作させ、その時の補償済みトルク指令と位置検出信号が入力される。高加速度運動時の補償済みトルク指令と位置検出信号からはイナーシャが、低加速度運動時の補償済みトルク指令と位置検出信号からは外乱特性が演算される。このように、モデル同定部２１では、仕様、周波数特性、参照モデル、イナーシャ、外乱特性から成る制御対象１８のモデルを同定する。

モデル同定部２１による加振信号の指令および、周波数特性の演算は、まず広い周波数範囲の小さい振幅を指定して加振を行い、位置検出信号から計算される速度と補償済みトルク指令との相関値を計算し、相関値が十分大きくなるまで徐々に振幅を大きくして周波数特性の同定を行う。次に、広い周波数範囲での同定結果に基づいて、共振周波数および反共振周波数近傍の狭い周波数範囲を指定し、分解能を高くした十分な振幅を持つ加振信号で周波数特性の同定を再度行う。このように同定動作を繰り返し、共振周波数および反共振周波数を正確に同定する。
制御対象１８がXYテーブルやリンク機構である場合にはXYテーブルの位置やリンク機構の姿勢を何通りか変化させて周波数特性の同定を実施して、位置や姿勢による変動量を計測する。また、ワークの搭載などにより負荷が変動する場合には、ワークを搭載した状態と、ワークを搭載しない状態での周波数特性の同定を実施して変動量を把握する。

モデル同定部２１にて同定された周波数特性は、制御器選択部２２に転送されると共に指令発生部１にも転送され、指令発生部１ではモデルの周波数特性に基づいて、加減速時間の調整や移動平均フィルタの段数調整により、制御対象１８の共振周波数を含まないような速度指令パターンを生成し、位置指令に変換して出力する。
制御器選択部２２では、モデル同定部２１から出力される仕様、周波数特性、参照モデル、イナーシャ、外乱特性が入力され、それらに基づいてフィードフォワード制御器４ａ〜４ｃ、フィードバック制御器８ａ〜８ｆ、および非線形補償器１２ａ〜１２ｃをそれぞれ選択する選択信号を出力する。

ゲイン調整部２３では、制御器選択部２２から出力される選択信号に基づいて、選択されるフィードフォワード制御器４ａ〜４ｃ、フィードバック制御器８ａ〜８ｆ、非線形補償器１２ａ〜１２ｃ、および電流制御器に含まれるトルクフィルタのゲインを調整する。このゲインの調整は、まず、仕様、周波数特性、参照モデル、イナーシャ、外乱特性に基づいて初期ゲインを設定する。次に初期ゲインを用いた制御動作を実行し、フィードバック制御部６から出力される補償済みトルク指令と位置検出器１７から出力される位置検出信号とをゲイン調整部２３に入力し、動作確認を行う。許容されないオーバーシュートや振動が認められる場合にはゲインの変更と動作確認を繰り返してゲインを調整し最終ゲインを設定する。

次に主制御装置１５内のフィードフォワード制御部２の詳細について説明する。
調整装置１９内の制御部選択部２２からの選択信号により、フィードフォワード制御部２は、１つのフィードフォワード制御器４ａ〜４ｃを選択するが、この選択は、モデル同定部２１から出力される参照モデルに応じて、剛体、２慣性、３慣性モデル用フィードフォワード制御器４ａ〜４ｃを選択する。図３はフィードフォワード制御部２の詳細を説明するブロック図である。なお、ｓはラプラス演算子を示す。
フィードフォワード制御器４ａは、剛体モデル用のフィードフォワード制御器であり、位置指令を目標応答周波数ω_０を含む４次のローパスフィルタに通したものを位置フィードフォワード指令θr、位置フィードフォワード指令θrを微分したものを速度フィードフォワード指令ωr、速度フィードフォワード指令ωrを微分して制御対象１８から同定されたモデルイナーシャＪmを掛けたものをトルクフィードフォワード指令τrとして、フィードフォワード信号（位置フィードフォワード指令θr、速度フィードフォワード指令ωr、トルクフィードフォワード指令τr）を出力する。

フィードフォワード制御器４ｂは、２慣性モデル用のフィードフォワード制御器であり、位置指令を目標応答周波数ω_０を含む４次のローパスフィルタと、同定されたモデルの反共振周波数ωz、粘性係数ｃを含む２次フィルタとに通したものを位置フィードフォワード指令θr、位置フィードフォワード指令θrを微分したものを速度フィードフォワード指令ωr、位置指令を目標応答周波数ω_０を含む４次のローパスフィルタと、同定されたモデルの共振周波数ωp、粘性係数ｃを含む２次フィルタとに通したものを２階微分してモデルイナーシャＪmを掛けたものをトルクフィードフォワード指令τrとしてフィードフォワード信号を出力する。
フィードフォワード制御器４ｃは、３慣性モデル用のフィードフォワード制御器であり、位置指令を目標応答周波数ω_０、モデルの共振周波数ωp_２、粘性係数ｃ_２を含む６次のフィルタと、モデルの反共振周波数ωz、粘性係数ｃを含む２次フィルタとに通したものを位置フィードフォワード指令θr、位置フィードフォワード指令θrを微分したものを速度フィードフォワード指令ωr、目標応答周波数ω_０、モデルの共振周波数ωp_２、粘性係数ｃ_２を含む６次のフィルタと、もう一方のモデルの共振周波数ωp、粘性係数ｃを含む２次フィルタとに通したものを２階微分してモデルイナーシャＪmを掛けたものをトルクフィードフォワード指令τrとしてフィードフォワード信号を出力する。

次に主制御装置１５内のフィードバック制御部６の詳細について説明する。
調整装置１９内の制御部選択部２２からの選択信号により、フィードバック制御部６は、１つのフィードバック制御器８ａ〜８ｆを選択する。フィードバック制御部６には、検出器（位置検出器１７）がモータエンコーダだけの場合のフィードバック制御器８ａ、８ｂ、８ｃと、検出器がモータエンコーダと負荷側のリニアスケールなどの検出器とがある場合のフィードバック制御器８ｄ、８ｅ、８ｆが備えられている。

図４はフィードバック制御部６の詳細を説明するブロック図である。検出器がモータエンコーダだけの場合で、重力や摩擦以外の外乱が作用している場合には外乱抑制機能を持つフィードバック制御器８ｂが選択される。検出器がモータエンコーダだけの場合で、モデルが２慣性に近似でき、かつ、モデルの共振周波数とモデルの反共振周波数が一定の割合にある場合には外乱オブザーバを含むフィードバック制御器８ｃが選択される。それら以外で検出器がモータエンコーダだけの場合には、フィードバック制御器８ａが選択される。
負荷側にも検出器がある場合で、電動機１６と負荷との間に機械共振が１つだけ存在する場合には状態フィードバックを行うフィードバック制御器８ｆが選択される。電動機１６と負荷との間に複数の機械共振が存在する場合には、ハイパスフィルタを通した電動機側位置検出値と、ローパスフィルタを通した負荷側位置検出値を位置フィードバックに用いるフィードバック制御器８ｅが選択される。それら以外で負荷側にも検出器がある場合には、フィードバック制御器８ｄが選択される。

フィードバック制御器８ａでの制御演算を以下に説明する。
位置フィードフォワード指令θrから電動機側位置検出値θmを減算したものに位置比例ゲインKpを積算して速度指令を生成する。この速度指令に速度フィードフォワード指令ωrに速度フィードフォワードゲインFFvを積算したものを加算し、さらに電動機側位置検出値θmの微分値を減算して速度誤差信号を生成する。速度誤差信号に速度比例ゲインKvを積算したものと、速度誤差信号の積分値に速度比例ゲインKvと速度積分ゲインKiを積算したものとを加算してトルク指令を計算する。このトルク指令に、トルクフィードフォワード指令τrと、非線形補償部１０からの出力である非線形補償トルクτcを加算したものを、補償済みトルク指令τ*として出力する。

フィードバック制御器８ｂはフィードバック制御器８ａのトルク指令演算を変更したものである。速度誤差信号に速度比例ゲインKvを積算したものと、速度誤差信号の積分値に速度比例ゲインKvと速度積分ゲインKiを積算したものとの加算値に、この加算値を時定数ωdのローパスフィルタに通したものに第２の速度比例ゲインKv_２を積算したものを加算したものをトルク指令とする。他の部分はフィードバック制御器８ａと同様である。
フィードバック制御器８ｃは、フィードバック制御器８ａに外乱オブザーバを追加したものである。補償済みトルク指令τ*から電動機側位置検出値θmの２階微分値に電動機側イナーシャＪ_Ｍを積算したものを減算し、時定数ωq、ゲインKoのローパスフィルタに通して推定外乱を演算する。トルク指令に、トルクフィードフォワード指令τrと非線形補償トルクτcと推定外乱を加算したものを補償済みトルク指令τ*として出力する。他の部分はフィードバック制御器８ａと同様である。

フィードバック制御器８ｄは、位置フィードフォワード指令θrから負荷側位置検出値θlを減算したものに位置比例ゲインKpを積算して速度指令を生成する。この速度指令に速度フィードフォワード指令ωrに速度フィードフォワードゲインFFvを積算したものを加算し、さらに電動機側位置検出値θmの微分値を減算して速度誤差信号を生成する。他の部分はフィードバック制御器８ａと同様である。
フィードバック制御器８ｅは、位置フィードフォワード指令θrから、負荷側位置検出値θlを時定数ωLのローパスフィルタに通したものと電動機側位置検出値θmを時定数ωLのハイパスフィルタに通したものとの加算値を減算したものに、位置比例ゲインKpを積算して速度指令を生成する。他の部分はフィードバック制御器８ａと同様である。
フィードバック制御器８ｆは、負荷側位置検出値θlからモータ側位置検出値θmを減算して捻れ量を計算する。この捻れ量に捻れ位置ゲインKspを積算したものと、捻れ量の微分値に捻れ速度ゲインKsvを積算したものとの加算値に、速度誤差信号に速度比例ゲインKvをを積算したものと、速度誤差信号の積分値に速度比例ゲインKvと速度積分ゲインKiとを積算したものとを加算してトルク指令を計算する。他の部分はフィードバック制御器８ａと同様である。

次に主制御装置１５内の非線形補償部１０の詳細について説明する。
調整装置１９内の制御部選択部２２からの選択信号により、非線形補償部１０は、１つの非線形補償器１２ａ〜１２ｃ、あるいは何も接続しない状態を選択する。
非線形補償部１０には、摩擦補償用の非線形補償器１２ａ、重力補償用の非線形補償器１２ｂ、および外部入力用の非線形補償器１２ｃが備えられる。制御対象１８の外乱特性の同定結果に基づいて、電動機１６の移動方向に応じて符号が変化する摩擦が作用している場合には非線形補償器１２ａを選択する。また、重力が作用している場合には非線形補償器１２ｂを選択する。ワークの搭載／非搭載によりイナーシャが変動する場合や、リンク機構で状態によりイナーシャが変動する場合で、指令発生部１から外部補償トルクが与えられる場合には、非線形補償器１２ｃを選択する。外乱がない場合には非接続を選択する。

図５は非線形補償部１０の詳細を説明するブロック図である。
非線形補償器１２ａは、位置フィードフォワード指令θrあるいは電動機側位置検出値θmを位置信号θとして入力し、位置信号θの微分値の符号を符号判別関数sign(・)で判別し、判別した０か１か−1の符号信号に摩擦補償ゲインfrcを積算して非線形補償トルクτcとして出力する。符号判別関数sign(・)は、初期出力が０で、入力が正の場合には１を、入力が負の場合には−１を、入力が０の場合にはそれまでと同じ値を出力する関数である。
非線形補償器１２ｂは、常時一定の重力補償トルクGrvを非線形補償トルクτcとして出力する。
非線形補償器１２ｃは、外部から入力される外部補償トルクτoをそのまま非線形補償トルクτcとして出力する。

以上のように、この実施の形態では、調整装置１９により、フィードフォワード制御器４ａ〜４ｃ、フィードバック制御器８ａ〜８ｆ、非線形補償器１２ａ〜１２ｃの構造を自動で選択するため、各制御部２、６、１０で用いる制御器を、制御対象１８に応じて自動的に切り替え選択して設定することが可能になり、多種多様な制御対象１８を高性能に制御できる自由度の高い電動機制御が実現できる。
また、仕様入力部２０の一部が選択式入力であるため、簡単な操作で制御対象１８に関する仕様情報を入力することができ、操作性が良く自動化が促進できる。
さらに、モデル同定部２１は、位置検出信号から計算される速度と補償済みトルク指令との相関度を確認しながら振幅を大きくし、また計測周波数帯域を限定した高分解能なモデル同定動作を繰り返し実施するため、制御対象１８の周波数特性を高精度に同定することができる。
また、モデル同定部２１が同定した周波数特性を指令発生部１に転送し、指令発生部１が同定した周波数特性に基づいて指令を発生するため、制御対象１８の振動を抑制することが可能となり、制御対象１８を高速高精度に動作させることができる。

またさらに、調整装置１９において、各制御部２、６、１０で用いる制御器及び電流制御器１４で用いるゲインの自動調整を行うようにしたため、制御器の選択、および各制御器で用いるゲインの調整の双方を自動設定でき、一層自動化が促進された高精度で自由度の高い電動機制御が得られる。
さらに、ゲイン調整部２３は同定されたモデルに基づいて制御系ゲインの初期値を設定した後に、動作確認を行いながらゲインを微調整を実施するため、同定されたモデルに誤差が含まれている場合でも、適切なゲインを設定することができる。

なお、上記実施の形態は、非線形補償部１０を備えていない電流制御装置にも適用でき、その場合、外乱がなくフィードバック制御部６での制御において外乱を考慮しない場合は、モデル同定部２１で制御対象１８の外乱特性を同定しなくて良い。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、フィードフォワード制御部２、フィードバック制御部６、非線形補償部１０は、それぞれ複数の機器構成と入力切替スイッチ、出力切替スイッチとを備えて、調整装置１９内の制御器選択部２２からの選択信号により、選択された機器に入力と出力を切り替えていたが、フィードフォワード制御部２、フィードバック制御部６、および非線形補償部１０を、それぞれ複数のパラメータを切り替え選択できる１つの機器で構成して、同様の制御を実現することができる。
図６は、この発明の実施の形態２による電動機制御装置を示すブロック図である。
図に示すように、主制御装置１５ａにおいて、フィードフォワード制御部２ａをフィードフォワード制御器４ｄで構成し、フィードバック制御部６ａをフィードバック制御器８ｇで構成し、非線形補償部１０ａを非線形補償器１２ｄで構成する。その他の部分は、上記実施の形態１で示したものと同様である。この実施の形態では、フィードフォワード制御部２ａ、フィードバック制御部６ａ、非線形補償部１０ａを、それぞれ物理的な回路構成として１つの機器で構成し、それぞれ複数のパラメータ（ゲイン）を切り替え選択することで、複数の機器機能を実現させる。

図７はフィードフォワード制御器４ｄの構成を示すブロック図である。ここで、Tp_２（＝１／ωp_２）、Tp（＝１／ωp）は制御対象１８の共振周期、Tz（＝１／ωz）は制御対象１８の反共振周期、ｃ、ｃ_２は粘性係数である。制御対象１８が剛体に近似できる場合には、ｃ_２＝０、Tp＝０、Tz＝０、ｃ＝０とすることでフィードフォワード制御器４ｄは、上記実施の形態１で示したフィードフォワード４ａと同じ機能を持つ。制御対象１８が２慣性に近似できる場合にはｃ_２＝０とすることで、フィードフォワード制御器４ｄは、上記実施の形態１で示したフィードフォワード４ｂと同じ機能を持つ。制御対象１８が３慣性に近似できる場合には、すべてのパラメータを適切に設定することで、フィードフォワード制御器４ｄは、上記実施の形態１で示したフィードフォワード４ｃと同じ機能を持つ。
このように、フィードフォワード制御器４ｄは、複数のパラメータ（ゲイン）を切り替え選択することにより３個のフィードフォワード制御器４ａ〜４ｃの機能を備え、この切り替えは、調整装置１９内の制御器選択部２２からの選択信号により行う。

図８はフィードバック制御器８ｇの構成を示すブロック図である。ここで、TL（＝１／ωL）は位置検出値用フィルタの時定数、KLは位置検出器切り替え用ゲインである。また、位置比例ゲインKp、速度比例ゲインKv、速度積分ゲインKi、速度フィードフォワードゲインFFvは共通で用いる。
フィードバック制御器８ｇが上記実施の形態１で示したフィードバック制御器８ａと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL＝１、位置検出値用フィルタの時定数TLは任意、第２速度比例ゲインKv_２＝０、時定数ωdは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意、捻れ位置ゲインKsp＝０、捻れ速度ゲインKsv＝０と設定すればよい。
フィードバック制御器８ｇが上記実施の形態１で示したフィードバック制御器８ｂと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL＝１、位置検出値用フィルタの時定数TLは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意、捻れ位置ゲインKsp＝０、捻れ速度ゲインKsv＝０と設定し、第２速度比例ゲインKv_２と時定数ωdに適切な値を設定すればよい。

また、フィードバック制御器８ｇが上記実施の形態１で示したフィードバック制御器８ｃと等価となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL＝１、位置検出値用フィルタの時定数TLは任意、第２速度比例ゲインKv_２＝０、時定数ωdは任意、捻れ位置ゲインKsp＝０、捻れ速度ゲインKsv＝０と設定し、外乱オブザーバゲインKoと時定数ωqに適切な値を設定すればよい。
フィードバック制御器８ｇが上記実施の形態１で示したフィードバック制御器８ｄと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL＝０、位置検出値用フィルタの時定数TL＝０、第２速度比例ゲインKv_２＝０、時定数ωdは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意、捻れ位置ゲインKsp＝０、捻れ速度ゲインKsv＝０と設定すればよい。
フィードバック制御器８ｇが上記実施の形態１で示したフィードバック制御器８ｅと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL＝０、第２速度比例ゲインKv_２＝０、時定数ωdは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意、捻れ位置ゲインKsp＝０、捻れ速度ゲインKsv＝０と設定し、位置検出値用フィルタの時定数TLに適切な値を設定すればよい。

フィードバック制御器８ｇが上記実施の形態１で示したフィードバック制御器８ｆと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL＝０、位置検出値用フィルタの時定数TL＝０、第２速度比例ゲインKv_２＝０、時定数ωdは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意に設定し、捻れ位置ゲインKspと捻れ速度ゲインKsvに適切な値を設定すればよい。
このように、フィードバック制御器８ｇは、複数のパラメータ（ゲイン）を切り替え選択することにより６個のフィードバック制御器８ａ〜８ｆの機能を備え、この切り替えは、調整装置１９内の制御器選択部２２からの選択信号により行う。

図９は非線形補償器１２ｄの構成を示すブロック図である。ここで、Kθは移動方向判定用の位置信号を切り替えるゲインであり、Kτは外部補償トルクを切り替えるゲインである。なお、非線形補償を加えない場合には、Kθは任意、Kτ＝０、Frc＝０、Grv＝０と設定すればよい。

非線形補償器１２ｄが上記実施の形態１で示した非線形補償器１２ａと等価な非線形補償器となるためには、移動方向判定用の信号を位置フィードフォワード指令θrとする場合にはKθ＝１、移動方向判定用の信号を電動機位置検出信号θmとする場合にはKθ＝０と設定し、その他のゲインはKτ＝０、Grv＝０とし、Frcに適切な値を設定すればよい。
非線形補償器１２ｄが上記実施の形態１で示した非線形補償器１２ｂと等価な非線形補償器となるためには、Kθは任意、Kτ＝０、Frc＝０、とし、Grvに適切な値を設定すればよい。
非線形補償器１２ｄが上記実施の形態１で示した非線形補償器１２ｃと等価な非線形補償器となるためには、Kθは任意、Kτ＝１、Frc＝０、Grv＝０と設定すればよい。
このように、非線形補償器１２ｄは、複数のパラメータ（ゲイン）を切り替え選択することにより３個の非線形補償器１２ａ〜１２ｃの機能を備え、この切り替えは、調整装置１９内の制御器選択部２２からの選択信号により行う。

以上のように、フィードフォワード制御部２ａ、フィードバック制御部６ａ、非線形補償部１０ａを、それぞれ複数のパラメータを切り替え選択できる１つの機器で構成して、上記実施の形態１と同様の制御を実現したため、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、装置構成が簡略になる。また電動機制御装置内の演算処理部（図示せず）がメモリ容量を低減することができる。

この発明の実施の形態１による電動機制御装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による仕様入力部の構成を示す図である。この発明の実施の形態１によるフィードフォワード制御部の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１によるフィードバック制御部の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による非線形補償部の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２による電動機制御装置の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２によるフィードフォワード制御器の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２によるフィードバック制御器の構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２による非線形補償器の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１指令発生部、２，２ａフィードフォワード制御部、
４ａ〜４ｄフィードフォワード制御器、６，６ａフィードバック制御部、
８ａ〜８ｇフィードバック制御器、１０，１０ａ非線形補償部、
１２ａ〜１２ｄ非線形補償器、３，７，１１入力切替スイッチ、
５，９，１３出力切替スイッチ、１４電流制御部、１５，１５ａ主制御装置、
１６電動機、１７検出器、１８制御対象、１９調整装置、２０仕様入力部、
２１モデル同定部、２２制御器選択部、２３ゲイン選択部、
２４加振信号発生部。

Claims

位置指令を生成する指令発生部と、電動機を含む制御対象の位置を検出して位置検出信号を出力する検出器と、第１の選択信号により複数のフィードフォワード制御器の中から１つを切り替え選択し、上記位置指令を該選択されたフィードフォワード制御器へ入力しフィードフォワード信号を出力するフィードフォワード制御部と、第２の選択信号により複数のフィードバック制御器の中から１つを切り替え選択し、上記フィードフォワード信号および上記位置検出信号を該選択されたフィードバック制御器へ入力しトルク指令を出力するフィードバック制御部と、上記トルク指令を入力として電流制御を行い上記電動機を駆動して上記制御対象を動作させる電流制御部と、上記フィードフォワード制御器および上記フィードバック制御器を選択する上記選択信号を出力する調整装置とを備え、該調整装置は、上記制御対象の機械構造、制御条件などの仕様を入力する仕様入力部と、周波数特性同定用の加振信号を上記フィードバック制御器へ入力し、該加振信号、加振動作時の上記トルク指令、上記位置検出信号、および入力された上記制御対象の仕様に基づいて、上記制御対象の周波数特性を含む特性を同定して上記制御対象のモデルを同定するモデル同定部と、該同定されたモデルに基づいて上記第１、第２の選択信号を出力する制御器選択部とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。
第３の選択信号により複数の非線形補償器の中から１つを切り替え選択し、与えられた外部補償トルク、上記フィードフォワード信号および上記位置検出信号のいずれか一つあるいは複数個を該選択された非線形補償器へ入力し非線形補償トルクを上記フィードバック制御部へ出力する非線形補償部を備え、上記モデル同定部は上記制御対象の周波数特性と共に外乱特性を同定して上記モデルを同定し、上記制御器選択部は上記モデルに基づいて上記第１、第２の選択信号と共に上記第３の選択信号を出力することを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。
上記複数のフィードフォワード制御器、上記複数のフィードバック制御器あるいは上記複数の非線形補償器は、複数のパラメータを切り替え選択できる１つの機器でそれぞれ構成し、上記各選択信号により上記パラメータを切り替えることで、上記複数のフィードフォワード制御器、上記複数のフィードバック制御器あるいは上記複数の非線形補償器の切り替え選択を行うことを特徴とする請求項１または２記載の電動機制御装置。
上記モデル同定部により同定された上記制御対象のモデル、上記制御対象の仕様、上記トルク指令、上記位置検出信号のいずれか１つあるいは複数個に基づいて、選択された上記フィードフォワード制御器、上記フィードバック制御器、上記非線形補償器、上記電流制御部の１つあるいは複数個で用いるゲインを調整するゲイン調整部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動機制御装置。
上記ゲイン調整部は、上記モデル同定部により同定された上記モデル、および入力された上記制御対象の仕様に基づいて初期ゲインを演算し、演算されたゲインを用いた制御による上記トルク指令および上記位置検出信号に基づいて、上記ゲインを再演算するゲイン調整を繰り返して、上記各制御器（または制御部）で用いるゲインを決定することを特徴とする請求項４記載の電動機制御装置。
上記仕様入力部は、入力する上記制御対象の仕様を、予め用意された選択肢から選択して入力する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電動機制御装置。
上記モデル同定部は、上記周波数同定用の加振信号を幅広い周波数帯域にて小さい振幅から徐々に振幅を大きくして上記フィードバック制御器へ入力することにより上記制御対象の周波数特性を初期同定し、得られた周波数特性による共振周波数および反共振周波数を含むように周波数帯域を狭め、上記加振信号を分解能を高くして上記フィードバック制御器へ入力し上記周波数特性を再度同定する同定動作を繰り返して、上記モデルとなる周波数特性を同定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電動機制御装置。
上記指令発生部は、上記モデル同定部が同定した上記モデルを入力して、上記モデルに基づいて上記位置指令を発生することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電動機制御装置。