JP5084196B2 - 電動機制御装置および電動機制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械におけるテーブルや産業用ロボットのアームのような負荷機械を駆動する電動機を制御する電動機制御装置および電動機制御方法に関するものである。

従来の電動機制御装置は、電動機の速度信号または位置信号を基に生成されるトルク指令信号により、負荷機械を駆動する電動機のトルクがトルク指令信号に一致するように制御するが、制御対象の剛性が低い場合には、外乱抑制力の向上と制御対象の振動抑制を同時に実現することが困難であった。
そこで、電動機の速度信号または位置信号を基に生成されるトルク指令信号から負荷機械の加速度信号を比例倍した信号を減算することにより、負荷機械の加速度信号に含まれる負荷機械の振動をトルク指令信号に反映して負荷機械の振動を抑制する電動機制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、電動機の速度信号または位置信号を基に生成されるトルク指令信号から負荷機械の加速度信号を比例積分した信号を減算する電動機制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平０６−９１４８２号公報 特開２００５−２８４５９９号公報

しかし、速度比例ゲインＫ_ＶＰがある値に固定されていれば、加速度フィードバックゲインＫ_ａを大きくすることで負荷機械の振動を抑制することが可能であるが、振動抑制に適切な加速度フィードバックゲインＫ_ａの大きさが速度比例ゲインＫ_ＶＰによって異なるため、外乱抑制効果を向上させるために速度比例ゲインＫ_ＶＰを調整する度に加速度フィードバックゲインＫ_ａを調整し直す必要があり、調整作業が煩雑となる問題がある。

また、負荷機械の振動を抑制するためには加速度フィードバックゲインＫ_ａを大きくする必要があるが、負荷機械の加速度信号を比例倍した信号を速度制御回路が出力するトルク指令信号に加算しているので、振動抑制を目的とした加速度フィードバックゲインＫ_ａの効果と、外乱抑制を目的とした速度積分ゲインＫ_Ｖｉと位置比例ゲインＫ_Ｐの効果とが干渉を起こして振動的となり、十分な振動抑制効果と外乱抑制効果を同時に得ることができないという問題がある。

この発明の目的は、簡便な調整により、外乱抑制力の向上と負荷機械の振動抑制とを同時に実現する電動機制御装置および電動機制御方法を提供することである。

この発明に係わる電動機制御装置は、電動機の位置を検出する位置検出手段および入力される負荷機械または負荷機械を駆動する上記電動機の位置に対する位置参照信号と上記電動機の位置信号との偏差が小さくなるように上記電動機を制御するためのトルク指令信号を出力する位置制御手段を有する電動機制御装置において、上記負荷機械の加速度を検出する加速度検出手段と、上記電動機の位置信号に比例演算を施した信号と上記加速度検出手段から出力される加速度信号に比例積分演算を施した信号とを加算した補正変数に１つの調整ゲインを乗じることと同等な演算を行うことにより上記トルク指令信号を補正し、上記負荷機械または上記電動機の振動を抑制する補正信号を出力する振動抑制手段と、を有する。
また、本発明に係わる電動機制御方法は、電動機の位置を検出する位置検出ステップと、入力される負荷機械または負荷機械を駆動する上記電動機の位置に対する位置参照信号と上記電動機の位置信号との偏差が小さくなるように上記電動機を制御するためのトルク指令信号を生成する位置制御ステップとを有する電動機制御方法において、上記負荷機械の加速度を検出する加速度検出ステップと、上記位置検出ステップで検出された上記電動機の位置信号に比例演算を施した信号と、上記加速度検出ステップで検出された加速度信号に比例積分演算を施した信号とを加算した補正変数を生成する補正変数生成ステップと、上記補正変数生成ステップで生成された上記補正変数に１つの調整ゲインを乗じることと同等な演算を行うことにより、上記位置制御ステップで生成された上記トルク指令信号を補正し、上記負荷機械または上記電動機の振動を抑制する補正信号を生成する振動抑制ステップとをさらに有する。

この発明に係わる電動機制御装置および電動機制御方法の効果は、電動機および負荷機械の外乱抑制のためのゲイン調整とは独立に、１つの調整ゲインを徐々に大きくするだけの簡便な調整で負荷機械の振動抑制ができるので、外乱抑制力の向上と負荷機械の振動抑制とを同時に実現できる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる電動機制御装置のブロック図である。図２は、図１で振動抑制回路を詳しく示したブロック図である。図３は、図２で補正変数演算回路を詳しく示したブロック図である。
この発明の実施の形態１に係わる電動機制御装置が制御する制御対象１は、負荷機械２、負荷機械２を駆動する電動機３および電動機３が負荷機械２を駆動するときのトルクτ_ｍをトルク指令信号τ_ｒに一致するように制御するトルク制御回路４からなる。
そして、この発明の実施の形態１に係わる電動機制御装置は、電動機３の位置の現在値を検出し位置信号ｘ_ｍとして出力する位置検出手段としての位置検出回路５、負荷機械２の加速度の現在値を検出し加速度信号ａ_ｌとして出力する加速度検出手段としての加速度検出回路６、位置制御手段としての位置制御回路７、振動抑制手段としての振動抑制回路８および位置制御回路７からのトルク指令信号τ_ａから補正信号τ_Ｃを減算する減算手段９を備える。
この位置制御回路７、振動抑制回路８および減算手段９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース回路を有するコンピュータから構成され、ＲＯＭに制御手順がプログラムとして記憶されている。

位置制御回路７は、入力される負荷機械２または負荷機械２を駆動する電動機３の位置を模擬する位置参照信号ｘ_ｒと電動機３の位置信号ｘ_ｍが入力され、電動機３が負荷機械２を駆動するトルクτ_ｍの目標値であるトルク指令信号τ_ａを出力する。
この位置制御回路７では、式（１）に示すように、位置参照信号ｘ_ｒと電動機３の位置信号ｘ_ｍとの位置偏差信号（ｘ_ｒ−ｘ_ｍ）に対して比例演算・積分演算・微分演算（ＰＩＤ制御）を施して得られるトルク指令信号τ_ａを出力する。ここで、Ｋ_Ｄは微分演算の微分ゲイン、Ｋ_Ｐは比例演算の比例ゲイン、Ｋ_Ｉは積分演算の積分ゲインである。

振動抑制回路８は、電動機３の位置信号ｘ_ｍと負荷機械２の加速度信号ａ_ｌが入力され、位置制御回路７が出力するトルク指令信号τ_ａを補正する補正信号τ_Ｃを出力する。
この振動抑制回路８は、図２に示すように、電動機３の位置信号ｘ_ｍと負荷機械２のａ_ｌが入力され、補正変数ｕ_Ｃを演算する補正変数演算手段としての補正変数演算手段２１、補正変数演算手段２１が出力する補正変数ｕ_Ｃに調整ゲインαを乗じてえら得られる補正信号τ_Ｃを出力する乗算手段２２を有する。

補正変数演算手段２１は、図３が示すように、電動機３の位置信号ｘ_ｍが入力され、その位置信号ｘ_ｍに位置制御回路７の積分ゲインＫ_Ｉと同じゲインＫ_Ｉを乗じて得られる第１補正変数ｕ_Ｃ１を出力する第１ゲイン手段２３と、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌが入力され、その加速度信号ａ_ｌに所定のゲインＫ_Ｚを乗じて得られる第２補正変数ｕ_Ｃ２を出力する第２ゲイン手段２４と、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌが入力され、その加速度信号ａ_ｌを積分する積分手段２５と、積分手段２５で加速度信号ａ_ｌが積分された信号が入力され、位置制御回路７の比例ゲインＫ_Ｐと同じゲインＫ_Ｐを乗じて得られる第３補正変数ｕ_Ｃ３を出力する第３ゲイン手段２６と、第１補正変数ｕ_Ｃ１、第２補正変数ｕ_Ｃ２および第３補正変数ｕ_Ｃ３を加算して補正変数ｕＣを出力する加算手段２７を有する。

第２ゲイン手段２４のゲインＫ_Ｚは、制御対象１の伝達関数Ｇ_ｍ（ｓ）の反共振周波数ω_Ｚ、位置制御回路７の微分ゲインＫ_Ｄおよび位置制御回路７の積分ゲインＫ_Ｉを用いて式（２）により求められる値である。
そして、振動抑制回路８で行う制御は、電動機３の位置信号ｘ_ｍと負荷機械２の加速度信号ａ_ｌが入力され、補正信号τ_Ｃが出力されるとすると、式（３）で表される。この式（３）に式（２）で求められるゲインＫ_Ｚを代入すると、補正信号τ_Ｃは式（４）で表される。

減算手段９は、位置制御回路７が出力するトルク指令信号τ_ａと振動抑制回路８が出力する補正信号τ_Ｃとが入力され、トルク指令信号τ_ａから補正信号τ_Ｃを減算して得られたトルク指令信号τ_ｒを出力する。この減算手段９で行う制御は、式（５）で表される。

次に、この発明の実施の形態に係わる電動機制御装置の作用と効果について説明する。
制御対象１は、機械共振特性を有し、トルク指令信号τ_ｒから電動機３の位置信号ｘ_ｍまでの伝達関数が機械共振特性を一つだけ有する二慣性系であるとする。このとき、電動機３のトルクτ_ｍから電動機３の位置信号ｘ_ｍまでの伝達関数をＧ_ｍ（ｓ）、電動機３のトルクτ_ｍから負荷機械２の加速度信号ａ_ｌまでの伝達関数をＧ_ａ（ｓ）とすると、Ｇ_ｍ（ｓ）およびＧ_ａ（ｓ）はそれぞれ式（６）と式（７）で表される。

式（６）と式（７）において、ω_Ｚは反共振周波数、ω_Ｐは共振周波数、Ｊは制御対象１の総慣性、Ｊ_ｍは電動機３の慣性、Ｊ_ｌは負荷機械２の慣性である。そして、総慣性Ｊは、Ｊ_ｍとＪ_ｌの和で求められる。
そして、式（６）より分かるように、伝達関数Ｇ_ｍ（ｓ）は反共振周波数ω_Ｚに対応する式（８）で求められる反共振零点ｚ_０を有する。

まず、振動抑制回路８における調整ゲインαを０、すなわち位置制御回路７が出力するトルク指令信号τ_ａを振動抑制回路８が出力する補正信号τ_Ｃにより補正しない従来の電動機制御装置を考える。このとき図１におけるトルク制御回路４に与えられるトルク指令信号τ_ｒは位置制御回路７が出力するトルク指令信号τ_ａと等しくなる。
トルク制御回路４の伝達特性を理想的に１、すなわちτ_ｍ＝τ_ｒとし、制御対象１の入力端（図１におけるトルク指令信号τ_ｒの箇所）で制御ループを開いた開ループ伝達関数をＬ（ｓ）とすると、Ｌ（ｓ）は式（９）で表される。

式（９）から分かるように、調整ゲインαが０のとき、開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）が有する零点は、位置制御回路７の微分ゲインＫ_Ｄ、比例ゲインＫ_Ｐ、積分ゲインＫ_Ｉによって決まる零点と、式（６）で表される制御対象１の伝達関数Ｇ_ｍ（ｓ）が有する反共振零点ｚ_０とである。

次に、振動抑制回路８における調整ゲインαを０を超える値、すなわちこの発明の実施の形態における開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）を考える。
式（４）に式（６）で表される電動機３の位置信号ｘ_ｍおよび式（７）で表される負荷機械２の加速度信号ａ_ｌを代入すると、補正信号τ_Ｃは電動機３のトルクτ_ｍを用いて式（１０）で表される。

式（１０）を整理すると、電動機３のトルクτ_ｍから振動抑制回路８が出力する補正信号τ_Ｃまでの伝達関数は式（１１）で表される。

図１においてトルク制御回路４の伝達特性を理想的に１とし、制御対象１の入力端で制御ループを開いた開ループ伝達関数をＬ（ｓ）とすると、Ｌ（ｓ）は式（１２）で表される。

式（１２）より分かるように、開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）は、位置制御回路７の微分ゲインＫ_Ｄ、比例ゲインＫ_Ｐ、積分ゲインＫ_Ｉによって決まる零点と、調整ゲインαによって変化する反共振零点ｚとを有する。式（１２）における反共振零点ｚは式（１３）で表される。

式（１３）において、ζ_Ｚは反共振零点ｚでの減衰係数を意味し、式（１４）で表される。

従って、調整ゲインαを変更することにより、開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）における零点は、式（８）で示す反共振零点ｚ_０から式（１３）で示す反共振零点ｚへと変化する。
一般的に、外乱抑制力を向上させるためには開ループ伝達関数のループゲインを大きくする必要があるが、開ループ伝達関数のループゲインを大きくすると、制御系全体の閉ループ極は開ループ伝達関数の零点に漸近し、閉ループ極の減衰係数は開ループ零点の減衰係数に漸近することが知られている。
閉ループ極の減衰係数は、閉ループ極応答の振動が減衰する割合を表す代表的な指標であり、閉ループ極の減衰係数が小さくなるほど閉ループ応答の振動は大きくなり、逆に閉ループ極の減衰係数が大きくなるほど閉ループ応答の振動は速やかに減衰することになる。

式（９）で示したように、調整ゲインαを０としたときの開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）が有する零点は、位置制御回路７の微分ゲインＫ_Ｄ、比例ゲインＫ_Ｐ、積分ゲインＫ_Ｉによって決まる零点と、式（６）で示す制御対象１の伝達関数Ｇ_ｍ（ｓ）が有する反共振零点ｚ_０である。
このうち、微分ゲインＫ_Ｄ、比例ゲインＫ_Ｐ、積分ゲインＫ_Ｉによって決まる零点は、微分ゲインＫ_Ｄ、比例ゲインＫ_Ｐ、積分ゲインＫ_Ｉを変更することで任意に変更することができる。
一方、反共振零点ｚ_０は、制御対象１の伝達関数Ｇ_ｍ（ｓ）が有する零点であり、微分ゲインＫ_Ｄ、比例ゲインＫ_Ｐ、積分ゲインＫ_Ｉを変更しても変化させることはできない。
式（１４）より、調整ゲインαを０としたとき、開ループ伝達関数が有する反共振零点ｚ_０での減衰係数ζ_Ｚは０となる。よって、開ループ伝達関数のループゲインが大きくなるように位置制御回路７の微分ゲインＫ_Ｄ、比例ゲインＫ_Ｐ、積分ゲインＫ_Ｉを大きくすると、閉ループ極の減衰係数は非常に小さくなり、制御対象１の応答が振動的となる。

一方、調整ゲインαを大きくすると、開ループ伝達関数Ｌ（ｓ）が有する反共振零点は調整ゲインαが０のときの反共振零点ｚ_０からｚへと変化し、式（１４）より、反共振零点ｚの減衰係数ζ_Ｚを大きくできる。よって、減衰係数ζ_Ｚが適切な大きさとなるように調整ゲインαを変更すれば、外乱抑制力を向上させるために開ループ伝達関数のループゲインが大きくなるように位置制御回路７の微分ゲインＫ_Ｄ、比例ゲインＫ_Ｐ、積分ゲインＫ_Ｉを大きくしても閉ループ極の減衰係数が非常に小さくなることはなく、制御対象１を振動させないように調整することができる。従って、制御対象１の振動抑制と外乱抑制力の向上を同時に実現することができる。

このように振動抑制回路８から出力される補正信号τ_Ｃが、電動機３の位置信号ｘ_ｍに対して位置制御回路７の積分ゲインＫ_Ｉを用いた比例演算を施して得られた第１補正信号ｕ_Ｃ１と負荷機械２の加速度信号ａ_ｌに対して所定のゲインＫ_Ｚを用いた比例演算および位置制御回路７の比例ゲインＫ_Ｐを用いた積分演算を施して得られた第２補正信号ｕ_Ｃ２と第３補正信号ｕ_Ｃ３との加算信号ｕ_Ｃに対して調整ゲインαを用いて比例演算を施して得られるので、式（１４）で示す減衰係数ζ_Ｚは調整ゲインαによってのみ変化し、位置制御回路７の微分ゲインＫ_Ｄ、比例ゲインＫ_Ｐ、積分ゲインＫ_Ｉを変化させても減衰係数ζ_Ｚには影響しない。すなわち、外乱抑制力の向上と振動抑制とのための調整を独立に行うことができる。

なお、調整ゲインαは、式（１４）で示す減衰係数ζ_Ｚが０．５程度の値になるまで徐々に大きくするように設定すれば十分である。
また、実施の形態１では、振動抑制回路８内部の補正変数演算手段２１が出力する補正変数ｕ_Ｃに調整ゲインαを乗じることで位置制御回路７が出力するトルク指令信号τ_ａを補正する補正信号τ_Ｃを出力する構成としたが、調整ゲインαを補正変数演算手段２１が出力する補正変数ｕ_Ｃに乗じる代わりに補正変数演算手段２１に入力される電動機３の位置信号ｘ_ｍおよび負荷機械２の加速度信号ａ_ｌに乗じる構成としてもよい。
また、この実施の形態１では、振動抑制回路８において、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌからトルク指令信号τ_ｒまでの伝達特性に負荷機械２の加速度信号ａ_ｌから所定の周波数成分を除去するフィルタ特性を追加する構成としてもよい。

例えば、フィルタ特性を所定の周波数以上の成分を除去するローパスフィルタを追加することにより、制御対象１の安定性に悪影響を及ぼす可能性がある、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌに含まれる高周波ノイズを除去することができる。
また、フィルタ特性を所定の周波数以下の成分を除去するハイパスフィルタを追加することにより、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌに含まれるオフセットに起因した定常誤差を除去することができる。

また、振動抑制回路８において、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌからトルク指令信号τ_ｒまでの伝達特性に負荷機械２の加速度信号ａ_ｌから所定の周波数成分を除去するフィルタ特性を追加するとともに、電動機３の位置信号ｘ_ｍからトルク指令信号τ_ｒまでの伝達特性に同等の特性を示すフィルタ特性を追加する構成としてもよい。これにより、負荷機械２からトルク指令信号τ_ｒまでの伝達特性に追加するフィルタ特性により第１補正信号ｕ_Ｃ１、第２補正信号ｕ_Ｃ２および第３補正信号ｕ_Ｃ３との位相のずれを解消することができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係わる電動機制御装置のブロック図である。
この発明の実施の形態２に係わる電動機制御装置は、実施の形態１に係わる電動機制御装置と位置制御回路７Ｂが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態２に係わる位置制御回路７Ｂは、負荷機械２または負荷機械２を駆動する電動機３の位置に対する位置参照信号ｘ_ｒと電動機３の位置信号ｘ_ｍが入力され、速度指令信号ｖ_ｒを出力する位置比例手段３１と、電動機３の位置信号ｘ_ｍが入力され、電動機３の速度信号ｖ_ｍを演算する速度演算手段３２と、位置比例手段３１が出力する速度指令信号ｖ_ｒと速度演算手段３２が出力する電動機３の速度信号ｖ_ｍが入力され、トルク指令信号τ_ａを出力する速度比例積分手段３３と、を有する。

位置比例手段３１は、式（１５）に示すように、位置偏差信号（ｘ_ｒ−ｘ_ｍ）に位置比例ゲインｋ_ｐを乗じて速度指令信号ｖ_ｒを出力する。
速度演算手段３２は、式（１６）に示すように、電動機３の位置信号ｘ_ｍを微分することにより電動機３の速度信号ｖ_ｍを出力する。

速度比例積分手段３３は、速度指令信号ｖ_ｒと電動機３の速度信号ｖ_ｍが入力され、速度比例ゲインｋ_ｖと速度積分ゲインω_ｖｉを用いて式（１７）で表される比例積分演算によりトルク指令信号τ_ａを出力する。
そして、式（１５）〜式（１７）より、電動機３の位置信号ｘ_ｍからトルク指令信号τ_ａまでの伝達関数は式（１８）で表される。

式（１８）を式（１）と比較し、式（１９）、式（２０）、式（２１）に示す関係式を満足するよう位置比例ゲインｋ_ｐ、速度比例ゲインｋ_ｖ、速度積分ゲインω_ｖｉを設定することにより、実施の形態２に係わる位置制御回路７Ｂは電動機３の位置信号ｘ_ｍに対して比例積分微分演算を施しているのと同等の演算を行うことができる。

このように実施の形態２に係わる位置制御回路７Ｂの出力するトルク指令信号τ_ａを、実施の形態１に係わる振動抑制回路８が出力する補正信号τ_Ｃで補正することにより、実施の形態１と同様に調整ゲインαを０より大きくすることによりトルク指令信号τ_ｒの箇所で制御ループを開いたときの開ループ伝達関数における反共振減衰を大きくすることで、制御対象の振動を抑制することが可能となる。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係わる電動機制御装置のブロック図である。
この発明の実施の形態３に係わる電動機制御装置は、実施の形態１に係わる電動機制御装置と振動抑制回路８Ｂが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
この実施の形態３に係わる振動抑制回路８Ｂは、実施の形態１に係わる振動抑制回路８と補正変数演算手段２１Ｂが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
この実施の形態３に係わる補正変数演算手段２１Ｂは、電動機３の位置信号ｘ_ｍと負荷機械２の加速度信号ａ_ｌが入力され、電動機３の位置信号ｘ_ｍから負荷機械２の加速度信号ａ_ｌに１／ω_Ｚ ^−２を乗じた信号を減算した信号に位置制御回路７の積分ゲインＫ_Ｉと同じゲインＫ_Ｉの比例演算を施して得られた信号ｕ_Ｃ１’と、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌに位置制御回路７の微分ゲインＫ_Ｄと同じゲインＫ_Ｄの比例演算を施して得られた信号ｕ_Ｃ２’と、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌに位置制御回路７の比例ゲインＫ_Ｐと同じゲインＫ_Ｐの積分演算を施して得られた信号ｕ_Ｃ３’を加算して補正変数ｕ_Ｃを出力する。

このように実施の形態３に係わる補正変数演算回路２１Ｂは、電動機３の位置信号ｘ_ｍに対して位置制御回路７の積分ゲインＫ_Ｉと同じゲインで比例演算を施した信号と、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌに対して位置制御手段の比例ゲインＫ_Ｐと同じゲインで積分演算を施した信号と、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌに対して所定のゲインＫ_Ｚで比例演算を施した信号とを加算することにより補正変数ｕ_Ｃを出力することと同等な演算を行っていることになる。よって、振動抑制回路８Ｂが出力する補正信号τ_Ｃは、式（４）と同じくなり、実施の形態１と同様に調整ゲインαを０より大きくすることによりトルク指令信号τ_ｒの箇所で制御ループを開いたときの開ループ伝達関数における反共振減衰を大きくすることで、制御対象の振動を抑制することが可能となる。

実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４に係わる電動機制御装置のブロック図ある。
この発明の実施の形態４に係わる電動機制御装置は、実施の形態１に係わる電動機制御装置と位置制御回路７Ｃおよび振動抑制回路８Ｃが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。

実施の形態４に係わる位置制御回路７Ｃは、負荷機械２または負荷機械２を駆動する電動機３の位置に対する位置参照信号ｘ_ｒ、電動機３の位置信号ｘ_ｍおよび振動抑制回路８Ｃが出力する第２補正信号τ_Ｃ２が入力され、トルク指令信号τ_ａ’を出力し、位置参照信号ｘ_ｒと電動機３の位置信号ｘ_ｍとの偏差信号に対し、所定の比例ゲインＫ_Ｐの比例演算と所定の微分ゲインＫ_Ｄの微分演算を施す比例微分手段４１と、位置偏差（ｘ_ｒ−ｘ_ｍ）に所定の積分ゲインＫ_Ｉを乗じた信号を出力するゲイン手段４２と、ゲイン手段４２が出力する信号から振動抑制回路８Ｃが出力する第２補正信号τ_Ｃ２を減じた信号を積分する積分手段４３と、を有する。すなわち、実施の形態４に係わる位置制御回路７Ｃは式（２２）に示す演算を行う。

実施の形態４に係わる振動抑制回路８Ｃは、電動機３の位置信号ｘ_ｍと負荷機械２の加速度信号ａ_ｌが入力され、位置制御回路７Ｃが出力するトルク指令信号τ_ａ’を補正する第１補正信号τ_Ｃ１と位置制御回路７Ｃ内部のゲイン手段４２が出力する信号を補正する第２補正信号τ_Ｃ２を出力する。
また、振動抑制回路８Ｃは、電動機３の位置信号ｘ_ｍに位置制御回路７Ｃの積分ゲインＫ_Ｉと同じゲインＫ_Ｉを乗じた信号ｕ_Ｃ１を出力するゲイン手段４４と、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌに所定のゲインＫ_Ｚを乗じた信号ｕ_Ｃ２を出力するゲイン手段４５と、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌに位置制御回路７Ｃの位置比例ゲインＫ_Ｐと同じゲインＫ_Ｐを乗じた信号ｕ_Ｃ２”を出力するゲイン手段４６と、ゲイン手段４４が出力する信号ｕ_Ｃ１からゲイン手段４５が出力する信号ｕ_Ｃ２を加算した信号ｕ_Ｃ１”に調整ゲインαを乗じるゲイン手段４７と、ゲイン手段４６が出力する信号ｕ_Ｃ２”に調整ゲインαを乗じるゲイン手段４８と、を有する。すなわち、振動抑制回路８Ｃは、入力される電動機３の位置信号ｘ_ｍと負荷機械２の加速度信号ａ_ｌに対し、式（２３）および式（２４）に示す演算を行う。そして、図６より、トルク制御回路４に入力されるトルク指令信号τ_ｒは、式（２５）である。この式（２５）に式（２２）を代入すると、トルク指令信号τ_ｒは式（２６）となる。

さらに、式（２６）に式（２３）、式（２４）を代入して整理すると、トルク指令信号τ_ｒは式（２７）のように表される。式（２７）の第１項は、式（１）と等しく、第２項は式（４）と等しくなる。

このような実施の形態４において、振動抑制回路８Ｃに入力される電動機３の位置信号ｘ_ｍからトルク指令信号τ_ｒまでの伝達特性と、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌからトルク指令信号τ_ｒまでの伝達特性は、それぞれ式（４）、式（５）で表される伝達特性と同じくなり、電動機３の位置信号ｘ_ｍに対して位置制御手段の積分ゲインＫ_Ｉと同じゲインで比例演算を施した信号と、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌに対して位置制御手段の比例ゲインＫ_Ｐと同じゲインで積分演算を施した信号と、負荷機械２の加速度信号ａ_ｌに対して所定のゲインＫ_Ｚで比例演算を施した信号を加算することにより補正変数ｕ_Ｃを演算し、演算された補正変数ｕ_Ｃに対して調整ゲインαを乗じることにより得られる補正信号τ_Ｃを演算し、補正信号τ_Ｃにより位置制御回路７が出力するトルク指令信号τ_ａを補正することと同等な演算を行っていることになる。よって、実施の形態１と同様に調整ゲインαを０より大きくすることによりトルク指令信号τ_ｒの箇所で制御ループを開いたときの開ループ伝達関数における反共振減衰を大きくすることで、制御対象の振動を抑制することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係わる電動機制御装置のブロック図である。 図１で振動抑制回路部分を詳しく示したブロック図である。 図２で補正変数演算回路部分を詳しく示したブロック図である。 この発明の実施の形態２に係わる電動機制御装置のブロック図である。 この発明の実施の形態３に係わる電動機制御装置のブロック図である。 この発明の実施の形態４に係わる電動機制御装置のブロック図である。

符号の説明

１ 制御対象、２ 負荷機械、３ 電動機、４ トルク制御回路、５ 位置検出回路、６ 加速度検出回路、７、７Ｂ、７Ｃ 位置制御回路、８、８Ｂ、８Ｃ 振動抑制回路、９ 減算手段、２１、２１Ｂ 補正変数演算手段、２２ 乗算手段、２３、２４、２６、４２、４４、４５、４６、４７、４８ ゲイン手段、２５、４３ 積分手段、２７ 加算手段、３１ 位置比例手段、３２ 速度演算手段、３３ 速度比例積分手段、４１ 比例微分手段。

Claims (4)

1. 電動機の位置を検出する位置検出手段および入力される負荷機械または負荷機械を駆動する上記電動機の位置に対する位置参照信号と上記電動機の位置信号との偏差が小さくなるように上記電動機を制御するためのトルク指令信号を出力する位置制御手段を有する電動機制御装置において、
   上記負荷機械の加速度を検出する加速度検出手段と、
   上記電動機の位置信号に比例演算を施した信号と上記加速度検出手段から出力される加速度信号に比例積分演算を施した信号とを加算した補正変数に１つの調整ゲインを乗じることと同等な演算を行うことにより上記トルク指令信号を補正し、上記負荷機械または上記電動機の振動を抑制する補正信号を出力する振動抑制手段と、
   を有することを特徴とする電動機制御装置。
2. 上記位置制御手段は、負荷機械または負荷機械を駆動する電動機の位置信号に対する位置参照信号と上記電動機の位置信号を入力とし、少なくとも上記電動機の位置信号に対し、所定の比例ゲインの比例演算、所定の積分ゲインの積分演算、所定の微分ゲインの微分演算を施すことと同等な演算を行うことにより得られる上記トルク指令信号を出力し、
   上記振動抑制手段は、上記電動機の位置信号に対して上記位置制御手段の積分ゲインと同じゲインで比例演算を施した信号と、上記負荷機械の加速度信号に対して上記位置制御手段の比例ゲインと同じゲインで積分演算を施した信号と、上記負荷機械の加速度信号に対して所定のゲインで比例演算を施した信号とを加算することと同等な演算を行うことにより上記補正変数を出力する補正変数演算手段と、上記補正変数に対して上記調整ゲインを乗じることと同等な演算を行うことにより得られる上記補正信号を出力する乗算手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 上記所定のゲインは、上記微分ゲインから、上記トルク指令信号から上記電動機の位置信号までの伝達特性に表れる反共振周波数の逆数を二乗した値に上記積分ゲインを乗じた値を減算した値であることを特徴とする請求項２に記載の電動機制御装置。
4. 電動機の位置を検出する位置検出ステップと、
   入力される負荷機械または負荷機械を駆動する上記電動機の位置に対する位置参照信号と上記電動機の位置信号との偏差が小さくなるように上記電動機を制御するためのトルク指令信号を生成する位置制御ステップと
   を有する電動機制御方法において、
   上記負荷機械の加速度を検出する加速度検出ステップと、
   上記位置検出ステップで検出された上記電動機の位置信号に比例演算を施した信号と、上記加速度検出ステップで検出された加速度信号に比例積分演算を施した信号とを加算した補正変数を生成する補正変数生成ステップと、
   上記補正変数生成ステップで生成された上記補正変数に１つの調整ゲインを乗じることと同等な演算を行うことにより、上記位置制御ステップで生成された上記トルク指令信号を補正し、上記負荷機械または上記電動機の振動を抑制する補正信号を生成する振動抑制ステップと
   をさらに有することを特徴とする電動機制御方法。

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