CN100388614C

CN100388614C - 电机的控制装置

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Publication number: CN100388614C
Application number: CNB2003801005708A
Authority: CN
Inventors: 池田英俊; 宫崎友宏
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: US7183738B2; JP4367411B2; DE10394087T5; US20050200327A1; TWI234341B; JPWO2005064781A1; WO2005064781A1; TW200522500A; CN1692548A

Abstract

一种电机的控制装置，具有速度控制单元(7)和滤波器(13)，所述速度控制单元(7)，根据速度指令信号和电机(1)的检测速度信号的差值信号，输出使电机(1)的速度跟随所述速度指令信号的电机(1)的驱动指令信号，所述滤波器(13)以与速度控制单元(7)串联的方式插入速度控制回路中，并且，所述滤波器(13)具有取决于频率的相位延迟特性，被分割为高频区域、低频区域和位于高频区域与低频区域之间的中间频率区域，其中，低频区域的增益(KL)大于高频率区域的增益(KH)，同时使中间频率区域的相位发生延迟，速度控制单元(7)具有将比例增益(KP)乘以输入值后进行输出的比例控制部(9)，滤波器(13)被设定成在机械系统的谐振频率与反谐振频率之间相位发生延迟。

Description

电机的控制装置

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其涉及一种电机的控制装置。

背景技术

图6是概念性表示以往通常所使用的电机的速度控制装置的结构图，图中，1是电机，2是由电机驱动的负载，3是连接电机1与负载2的轴。负载2是将由电机1驱动的机械的可动部分作为1个惯性负载而被模式化，轴3是将机械性传递电机1产生的扭矩的机构模式化的构件。4是安装在电机1上的、对电机1的位置进行检测的编码器，5是通过对由编码器4检测到的电机位置进行微分来计算电机速度的速度检测单元。6是比较器，其将来自未图示的上位控制器的速度指令信号与来自速度检测单元5的输出即电机速度作出比较，将两者之差即速度误差输出。7是速度控制单元，其接受了比较器6的输出即速度误差后，输出电机的驱动指令即电流指令。8是电流控制单元，其通过根据速度控制单元7的输出即电流指令，对电机电流进行控制，在电机上发生扭矩，使电机回转。

速度控制单元7由比例控制器9、积分控制器10和加法运算器11构成。比例控制器9是将比例增益KP乘以输入的速度误差后进行输出，积分控制器10是将积分增益KI乘以速度误差的积分值后进行输出。加法运算器11是将比例控制器9的输出加上积分控制器10的输出后，作为电流指令进行输出。又，15是机械系统，由电机1、负载2和轴3构成。

传统的速度控制系统采用了上述那样的结构，为了减小速度指令信号与电机速度之差即速度误差，使电机1发生加速或减速的扭矩，由此，使电机速度紧随来自上位控制器的速度指令信号地使电机1和负载2进行回转。当机械系统受到了干扰扭矩作用的场合，电机速度受该干扰扭矩的影响而变动，编码器4和速度检测单元5检测出该速度变动，将其反馈给速度控制单元7，在速度控制单元7生成修正速度变动的电流指令。这样，即使作用有干扰扭矩，通过速度控制回路能抑制速度变动，使电机跟随速度指令信号。

图7为表示使用传统的速度控制装置来构成速度控制系统场合的速度开环频率特性的图。所谓速度开环频率特性是指从速度控制单元7的输入至由速度检测单元5检测出电机速度为止的频率特性，图7的上图表示增益特性，下图表示相位特性。图中的虚线表示当连接电机1与负载2的轴3的刚性高的场合即、机械刚性高的场合的频率特性。实线表示因为轴3的刚性小而减小了机械刚性，具有机械谐振的场合的频率特性。

机械刚性高(轴3的刚性高)时的增益特性如图7的上图虚线所示，在全频率中呈右下降形态。相位特性如图7的下图虚线所示，在高频区域，受电流控制单元8和控制装置的抽样周期引起的相位延迟的影响，相位延迟增大，在低频区域，也因为速度控制单元7使用了积分控制器10导致相位延迟增大。

另一方面，机械刚性低(轴3的刚性低)时，机械系统具有机械谐振，该增益特性如图7的上图实线所示，具有称为谐振的峰值和称为反谐振的谷值的部分。在谐振与反谐振之间，增益呈左下降形态，故低频区域中的增益比轴3的刚性高的场合(虚线)要小。电机1的惯性力矩与负载2的惯性力矩之和即机械系统全体的惯性力矩J比电机的惯性力矩JM越大，则谐振与反谐振的距离越远，反谐振的频率就越低，故低频的增益更小。

为了实现高精度的速度控制，必须抑制速度误差要因之一的干扰扭矩的影响，减小干扰扭矩作用时的速度变动。一般来讲，干扰扭矩具有低频率的信号成分，为了减少因干扰扭矩引起的速度变动，必须增大低频率时的增益。然而，在刚性低的机械中，因低频时的增益小，故干扰扭矩引起的速度变动大，难以实现高精度控制。

为了增大图6所示的传统的速度控制装置中的低频时的增益，必须增大速度控制单元7的比例增益KP和积分增益KI。然而这是有限度的，结果是不能实现高精度的控制。其理由如下。图7中，将低刚性场合的增益特性(实线)在比反谐振频率低的频率区域中与增益0db的线交叉的频率作为第1交叉频率ωC1，将在比谐振频率高的频率区域中与增益0db的线交叉的频率作为第2交叉频率ωC2。为了在使机械系统不引起振动或振荡的情况下稳定地进行动作，在第1交叉频率ωC1和第2交叉频率ωC2时，必须减小速度开环频率特性的相位延迟。然而，当比例增益KP增大时，因第2交叉频率ωC2向高频侧移动，故第2交叉频率ωC2时的相位延迟增大，机械系统会发生振动或振荡。又，若积分增益KI增大，则积分控制器10引起的低频率时的相位延迟增大，故第1交叉频率ωC1时的相位延迟增大，机械系统仍然会发生振动或振荡。这样，在传统的速度控制装置中，由于不能将比例增益KP和积分增益KI增大到某种程度以上，故不能增大低频的增益，结果是难以实现高精度的控制。

将具有机械谐振的机械系统作为对象的伺服控制技术，可详见日本国专利特开2000-322105号公报。图8表示采用该技术的速度控制装置的结构。在与图6相同的部分标有同一符号。图8中，12是以串联方式插入速度控制回路中的滤波器，具有相反于或近似于机械系统的反谐振、谐振特性的特性。该滤波器12可以按照公式(1)所示的特性进行调整。

G(s)＝ω1²(s+2ζ2ω2s+ω2²)/{ω2²(s+2ζ1ω1s+ω1²)}

…(1)

式中，ω1、ω2、ζ1、ζ2分别是参数，ω1是接近反谐振频率的值，ω2是接近谐振频率的值。ζ1、ζ2根据反谐振的谷值、谐振的峰值设定成稍小的值。采用该项技术，可通过滤波器12抑制机械系统的谐振峰值的增益，故可将增益增大到比以往大，可实现高精度的控制。

然而，作为该项技术的主要对象，是为了抑制比图7所示的谐振峰值更高的频率区域中存在的不稳定的谐振峰值，若将该项技术应用于图7所示的稳定的谐振峰值，则会产生不良现象。以下说明该不良现象。

图9表示将该项技术应用于具有图7的实线所示的频率特性的机械系统的场合的滤波器12的频率特性。如上所述，滤波器12可以调整到具有与机械系统的反谐振、谐振特性相反的特性的状态，故该增益特性成为了因机械系统的反谐振而具有峰值、因机械系统的谐振而具有谷值那样的特性。现考虑干扰扭矩作用于被这样的滤波器控制的机械系统的情况。谐振频率是机械系统易发生振动的频率，一旦有干扰扭矩的作用，则机械系统有时以谐振频率发生振动。速度检测单元5检测出该振动，将该振动信息反馈给速度控制单元7，速度控制单元7生成阻止该振动用的电流指令并输出。当然在该电流指令中含有谐振频率的信号成分。然而如图9所示，因滤波器12的增益在谐振频率时减小，故通过滤波器12时，谐振频率的信号成分从电流指令中被除去。即，滤波器12会将阻止振动用的信号成分从电流指令中除去。这样，就会产生即使在机械系统以谐振频率进行振动的情况下、速度控制系统也不能阻止该振动的不良现象。

如上所述，在对低刚性且机械系统的惯性力矩J大于电机的惯性力矩JM的机械系统进行控制的场合，在以往一般所用的速度控制装置中，难以增大低频时的增益，因干扰扭矩引起的速度变动增大，故存在着难以高精度控制的问题。

在日本国专利特开2000-322105号公报所示的技术中，虽然可以增大低频时的增益，但不能阻止机械振动，故不适合于在低频具有机械谐振的机械系统。

发明内容

本发明就是为了解决上述课题，其目的在于，提供能稳定且高精度地对与具有谐振频率和反谐振频率的机械系统的机械负载结合的电机进行控制的电机的控制装置。

为了实现上述发明目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种用于根据速度指令信号驱动电机的电机控制装置，所述电机与机械负载相结合，机械系统具有谐振频率和反谐振频率，并且包括所述电机和所述机械负载，在速度控制回路中具有所述电机的速度检测单元，其特点在于，

所述电机控制装置具有速度控制单元和滤波器，

所述速度控制单元根据所述速度指令信号与所述电机的检测速度信号的差值信号，输出使所述电机的速度跟随所述速度指令信号用的所述电机的驱动指令信号，

所述滤波器与所述速度控制单元以串联的方式插入所述速度控制回路中，并且，所述滤波器具有取决于频率的相位延迟特性，被分割为高频区域、低频区域和位于高频区域与低频区域之间的中间频率区域，其中，低频区域的增益KL大于所述高频区域的增益KH，同时使所述中间频率区域的相位延迟，

所述速度控制单元具有比例控制部和积分控制部，所述比例控制部将比例增益KP乘以输入值后进行输出，所述积分控制部将比例增益KP乘以输入值所得到的值与输入值的积分值乘以积分增益KI所得到的值相加后进行输出，

所述滤波器被设定成在所述谐振频率与所述反谐振频率之间相位发生延迟。

根据本发明的第二个方面，提供了一种用于根据速度指令信号驱动电机的电机控制装置，所述电机与机械负载相结合，机械系统具有谐振频率和反谐振频率，并且包括所述电机和所述机械负载，在速度控制回路中具有所述电机的速度检测单元，其特点在于，

具有速度控制单元和滤波器，

所述滤波器被设定成如下状态：在第1交叉频率ωC1与第2交叉频率ωC2之间相位发生延迟，所述第1交叉频率ωC1是将所述比例增益KP与所述增益KL之积再除以所述机械系统的惯性力矩J所得到的值，所述第2交叉频率ωC2是所述比例增益KP与所述增益KH之积再除以所述电机的惯性力矩JM所得到的值。

根据本发明的第三个方面，提供了一种用于根据速度指令信号驱动电机的电机控制装置，所述电机与机械负载相结合，机械系统具有谐振频率和反谐振频率，并且包括所述电机和所述机械负载，在速度控制回路中具有所述电机的速度检测单元，其特点在于，

具有速度控制单元和滤波器，

所述滤波器与所述速度控制单元以串联的方式插入所述速度控制回路中，并且，所述滤波器具有取决于频率的相位延迟特性，其中，在比第1滤波器频率ωF1低的频率区域中，形成一定的增益KL，在比第2滤波器频率ωF2高的频率区域中，具有比所述增益KL小的一定的增益KH，在所述第1滤波器频率ωF1与所述第2滤波器频率ωF2之间相位发生延迟，

所述速度控制单元具有比例控制运算部或比例积分控制运算部，所述比例控制运算部将比例增益KP乘以输入值后进行输出，所述比例积分控制运算部将比例增益KP乘以输入值所得到的值与输入值的积分值乘以积分增益KI所得到的值相加后进行输出，

所述滤波器被设定成如下状态：第1交叉频率ωC1与第1滤波器频率ωF1之比一定，而所述第1交叉频率ωC1是将所述比例增益KP与所述增益KL之积再除以所述机械系统的惯性力矩J所得到的值。

根据本发明的第四个方面，提供了一种用于根据速度指令信号驱动电机的电机控制装置，所述电机与机械负载相结合，机械系统具有谐振频率和反谐振频率，并且包括所述电机和所述机械负载，在速度控制回路中具有所述电机的速度检测单元，其特征在于，

具有滤波器和参数设定单元，

所述滤波器与所述速度控制单元以串联的方式插入所述速度控制回路中，并且，所述滤波器具有取决于频率的相位延迟特性，其中，在比第1滤波器频率ωF1低的频率区域中，形成一定的增益KL，在比第2滤波器频率ωF2高的频率区域中，具有比所述增益KL小的一定的增益KH，在所述低频率区域与所述高频率区域之间的中间频率区域相位发生延迟，

所述参数设定单元，用于对所述滤波器的特性和所述速度控制单元的参数进行设定，

所述速度控制单元具有积分控制部，该积分控制部将比例增益KP乘以输入值所得到的值与输入值的积分值乘以积分增益KI所得到的值相加后进行输出，

所述滤波器被设定成如下状态：第1交叉频率ωC1与第1滤波器频率ωF1之比一定，而所述第1交叉频率ωC1是将所述比例增益KP与所述增益KL之积再除以所述机械系统的惯性力矩J所得到的值，同时，零点频率ωPI与所述第1交叉频率ωC1之比一定，而所述零点频率ωPI是将所述积分增益KI除以所述比例增益KP所得到的值。

较佳地，在上述电机控制装置中，具有对所述滤波器和所述速度控制单元的参数进行设定的参数设定单元，利用所述参数设定单元设定成：若所述机械系统的惯性力矩J除以所述电机的惯性力矩JM所得到的值即惯性比增大，则所述第2滤波器频率ωF2与所述第1滤波器频率ωF1之比增大。

较佳地，在上述电机控制装置中，具有对所述滤波器和所述速度控制单元的参数进行设定的参数设定单元，所述参数设定单元输入所述增益KL与所述增益KH之比即增益比、或者所述第2滤波器频率ωF2与所述第1滤波器频率ωF1之比即频率比，所述滤波器的特性由所述增益比或所述频率比来设定。如上所述，采用本发明的第1技术方案，由于滤波器设定成在机械系统的反谐振频率与谐振频率之间相位发生延迟，因此，不仅能确保控制系统的稳定性，而且可增大低频时的增益。由此可减小因干扰扭矩引起的速度变动，具有可实现高精度控制的效果，

采用本发明的第2技术方案，滤波器被设定成如下状态：在第1交叉频率ωC1与第2交叉频率ωC2之间相位发生延迟，而所述第1交叉频率ωC1是将所述比例增益KP与所述增益KL之积再除以所述机械系统的惯性力矩J所得到的值，所述第2交叉频率ωC2是所述比例增益KP与所述增益KH之积再除以所述电机的惯性力矩JM所得到的值。由此，因减小了第1交叉频率ωC1和第2交叉频率ωC2时的相位延迟的增加量，故不仅能确保控制系统的稳定性，而且可增大低频时的增益。由此可减小因干扰扭矩引起的速度变动，具有可实现高精度控制的效果，

采用本发明的第3技术方案，由于所述滤波器被设定成如下状态：第1交叉频率ωC1与第1滤波器频率ωF1之比大致一定，而所述第1交叉频率ωC1是将所述比例增益KP与增益KL之积再除以机械系统的惯性力矩J所得到的值，因此，第1交叉频率ωC1时的相位延迟的增加量也减小，不会损害稳定性，具有控制系统不会出现振动或振荡的效果。

采用本发明的第4技术方案，由于滤波器被设定成如下状态：第1交叉频率ωC1与第1滤波器频率ωF1之比大致一定，而所述第1交叉频率ωC1是将所述比例增益KP与所述增益KL之积再除以所述机械系统的惯性力矩J所得到的值，同时，零点频率ωPI与所述第1交叉频率ωC1之比大致一定，而所述零点频率ωPI是将所述积分增益KI除以所述比例增益KP所得到的值，因此，第1交叉频率ωC1时的相位延迟不会过大，具有可确保控制系统的稳定性的效果。

采用本发明的第5技术方案，由于利用参数设定单元设定成：若机械系统的惯性力矩J除以电机的惯性力矩JM所得到的值即惯性比增大，则第2滤波器频率ωF2与第1滤波器频率ωF1之比增大，因此，第2交叉频率ωC2时的相位延迟的增加量也减小，不会损害稳定性，具有控制系统不会出现振动或振荡的效果。

采用本发明的第6技术方案，参数设定单元输入增益KL与增益KH之比即增益比、或者第2滤波器频率ωF2与第1滤波器频率ωF1之比即频率比，滤波器的特性由增益比或频率比来设定，因此，即使机械系统具有多个机械谐振，也不会使第1交叉频率ωC1和第2交叉频率ωC2时的相位延迟增加过多，故不仅能确保稳定性，而且具有可增大低频时的增益的效果。

采用本发明的第7技术方案，根据由频率特性取得单元取得的机械系统的频率特性，利用参数设定单元设定成在机械系统的反谐振频率与谐振频率之间使滤波器的相位发生延迟，因此，滤波器的相位延迟被机械系统的相位超前抵消。由此，不会使第1交叉频率ωC1和第2交叉频率ωC2时的相位延迟增加过多，具有即使插入滤波器也不会损害稳定性的效果。

附图说明

图1为表示本发明一实施例的控制装置的结构方框图。

图2为表示本发明一实施例的相位延迟滤波器的频率特性图。

图3为一实施例的速度开环频率特性的图。

图4为表示本发明另一实施例的控制装置的结构方框图。

图5为表示本发明又一实施例的控制装置的结构方框图。

图6为表示传统的速度控制装置的结构方框图。

图7为表示应用了传统的速度控制装置时的速度开环频率特性图。

图8为表示将具有机械谐振的机械系统作为对象的传统的速度控制装置的结构方框图。

图9为表示传统技术中使用的滤波器的频率特性图。

具体实施方式

实施例1

图1为表示本发明一实施例的控制装置的结构方框图。下面参照该图进行说明。图1中，与图6相同或相当的部分标记同一符号，适当省略其说明。图1中，1是电机，2是由电机驱动的负载，3是连接电机1与负载2的轴。负载2是将由电机1驱动的机械的可动部分作为1个惯性负载而被模式化，轴3是以机械方式传递电机1产生的扭矩的机构模式化的构件。4是安装在电机1上的、对电机1的位置进行检测的位置检测单元即编码器，5是通过对由编码器4检测到的电机位置进行微分来计算电机1的速度的速度检测单元。6是比较器，其将来自未图示的上位控制器的速度指令信号与来自速度检测单元5的输出即电机1的检测速度(检测速度信号)进行比较，将两者之差即速度误差(速度偏差信号)输出。7是速度控制单元，其接受了比较器6的输出即速度误差后，输出对电机1的驱动指令信号即电流指令。8是电流控制单元，其通过根据来自速度控制单元7的输出即电流指令，对电机电流进行控制，使电机1发生扭矩，使电机回转。

速度控制单元7由比例控制器9、积分控制器10和加法运算器11构成。比例控制器9将比例增益KP乘以输入的速度误差后进行输出，积分控制器10将积分增益KI乘以速度误差的积分值后进行输出。加法运算器11将比例控制器9的输出加上积分控制器10的输出后，作为电流指令进行输出。又，15是具有谐振频率和反谐振频率的机械系统，由电机1、负载2和轴3构成。13是相位延迟滤波器，其与速度控制单元7串联状地插入于速度回路中，并且，相位延迟滤波器13将速度控制单元7的输出作为输入，执行滤波器运算后发出电流指令。14是参数设定单元，其用于对相位延迟滤波器的特性和速度控制单元的参数即积分增益KI进行设定。

这里，所谓速度回路，是指由速度控制单元7、相位延迟滤波器13、电流控制单元8、电机1、编码器4、速度检测单元5所形成的回路。

相位延迟滤波器13是具有图2所示的相位延迟特性的滤波器。即，在第1滤波器频率ωF1以下(低频区域)的频率时，具有大致一定增益KL，在第2滤波器频率ωF2以上(高频区域)的频率时，具有比增益KL小的大致一定增益KH，在第1滤波器频率ωF1与第2滤波器频率ωF2之间的增益连续状变化。图2中，KH＝1＝0db。又，相位特性是在第1滤波器频率ωF1与第2滤波器频率ωF2之间发生相位延迟，在第1滤波器频率ωF1以下的频率和第2滤波器频率ωF2以上的频率时，相位延迟基本为零或近似于零的小值。具有这种频率特性的滤波器，比如可由具有以下公式(2)的传递函数Gf(s)的滤波器来实现。

Gf(s)＝(s+ω2)/(s+ω1) …(2)

式中，ω1＝ωF1、ω2＝ωF2，

但，ω1＜ω2。

决定相位延迟滤波器13的特性的第1滤波器频率ωF1和第2滤波器频率ωF2，由参数设定单元14按照以下方式设定。首先，可用以下的公式对第1滤波器频率ωF1与第2滤波器频率ωF2进行计算。

ωc1＝Kp·KL/J …(3)

ωc2＝Kp·KH/JM …(4)

式中，KP：速度控制单元7的比例增益

KL：相位延迟滤波器13的低频区域时的增益

KH：相位延迟滤波器13的高频区域时的增益

J：机械系统15的惯性力矩

JM：电机1的惯性力矩

公式(3)和公式(4)可由以下方法导出。反谐振频率以下的低频时，机械系统15的传递函数可由1/Js近似。又，低频时的相位延迟滤波器13的增益成为KL，考虑到速度控制单元7的比例增益是KP，则低频时的速度开环传递函数近似地成为KP·KL/Js。不过，速度控制单元7的积分增益KI因小，故可忽略其影响。该传递函数的增益为0db的频率是KP·KL/J，因其成为第1交叉频率ωC1，故可得到公式(3)。

同样，反谐振频率以上的高频时，机械系统15的传递函数可由1/JMs近似。又，高频时的相位延迟滤波器13的增益成为KH，高频时的速度开环传递函数近似地成为KP·KH/JMs。

该传递函数的增益为0db的频率是KP·KH/JM，因其成为第2交叉频率ωC2，故可得到公式(4)。由参数设定单元14对第1滤波器频率ωF1和第2滤波器频率ωF2进行设定，使相位延迟滤波器13的相位在由公式(3)和公式(4)所求出的第1交叉频率ωC1与第2交叉频率ωC2之间发生延迟。

图3是将这种相位延迟滤波器13插入速度回路中的场合与未插入的场合的速度开环频率特性的比较图。图3中，实线是将相位延迟滤波器13插入速度回路中的场合的频率特性，虚线是未插入的场合的频率特性。可以看出，因为相位延迟滤波器13具有在低频时增大增益的特性，因此通过将相位延迟滤波器13插入速度回路中，低频时的增益增大。如上所述，一旦低频时的增益增大，则可减小因干扰扭矩引起的速度变动，通过将相位延迟滤波器13插入，可实现高精度的控制。

为了使控制系统的动作稳定，如上所述，第1交叉频率ωC1和第2交叉频率ωC2时的相位延迟必须较小。如上所述，因为对第1滤波器频率ωF1和第2滤波器频率ωF2已设定成相位延迟滤波器13在第1滤波器频率ωF1和第2滤波器频率ωF2时相位延迟减小，由此，在第1交叉频率ωC1和第2交叉频率ωC2时的相位延迟的增加量较小，不会损害控制系统的稳定性。即，若由参数设定单元14如上述那样设定了相位延迟滤波器13的第1滤波器频率ωF1和第2滤波器频率ωF2，则不会损害控制系统的稳定性，可以增大低频时的增益，可实现高精度的控制。

若不实际计测速度开环频率特性，就不能确定图3的第1交叉频率ωC1和第2交叉频率ωC2的正确的值，但这两个值可以近似地由上述公式(3)和公式(4)来进行计算。

下面说明参数设定单元14的具体处理内容。首先，对第1滤波器频率ωF1进行设定，使第1滤波器频率ωF1与第1交叉频率ωC1之比大致一定。比如，将第1滤波器频率ωF1设定成第1交叉频率ωC1的1～3倍左右。如图2所示，在第1滤波器频率ωF1以下的频率时，因相位延迟滤波器13的相位延迟减小，按照如此设定，第1交叉频率ωC1时的相位延迟的增加量也减小，不会损害稳定性，控制系统不会发生振动或振荡。

接着，将第2滤波器频率ωF2设定成：若机械系统15的惯性力矩J除以电机1的惯性力矩JM所得到的值即惯性比增大，第2滤波器频率ωF2与第1滤波器频率ωF1之比也增大。比如，将第2滤波器频率ωF2设定为惯性比的平方根与第1滤波器频率ωF1之积。或者，也可将第2滤波器频率ωF2设定为第2交叉频率ωC2的1～3倍左右。按照这种设定，第2滤波器频率ωF2成为大致等同于或小于第2交叉频率ωC2的值。如图2所示，在第2滤波器频率ωF2以上的频率时，因相位延迟滤波器13的相位延迟减小，按照如此设定，第2交叉频率ωC2时的相位延迟的增加量也减少，不会损害稳定性，控制系统不会发生振动或振荡。

然后，参数设定单元14对积分增益KI进行设定，使速度控制单元7的积分增益KI除以比例增益KP所得到的值即零点频率ωPI与第1交叉频率ωC1之比成为大致一定。比如，为了使零点频率ωPI成为第1交叉频率ωC1的1/2，只需KI＝KP·ωC1/2即可。积分控制器10引起的第1交叉频率ωC1时的相位延迟的大小是大致由零点频率ωPI与第1交叉频率ωC1之比来决定的，故若预先将零点频率PI与第1交叉频率ωC1之比设定成适当值，则不会使第1交叉频率ωC1时的相位延迟过大，可确保控制系统的稳定性。即，若将积分增益KI设定成零点频率PI与第1交叉频率ωC1之比成为适当值，则可在确保控制系统稳定性的范围内增大积分增益KI，可增大对低频的干扰的抑制效果。

实施例2

图4为表示本发明另一实施例的控制装置的结构方框图。与图1相同的部分标记同一符号，适当省略其说明。图4中，16是参数设定单元，其用于对相位延迟滤波器的特性和速度控制单元的参数即积分增益KI进行设定，与图1的参数设定单元的作用大致相同，但能从外部输入1个调整参数α。

该调整参数α用于对相位延迟滤波器13的低频时的增益KL与高频率时的增益KH之比作出指定。在参数设定单元16中，使用调整参数α使KL＝α·KH，按照上述公式(3)来计算第1交叉频率ωC1，再如上所述确定第1滤波器频率ωF1，使第1交叉频率ωC 1与第1滤波器频率ωF1之比成为大致一定。第2滤波器频率ωF2设定成KL＝α·KH。

赋予调整参数α的方法如下：首先使α＝1。接着使机械系统动作，一边观察其响应特性一边缓慢增大α。在得到了最佳的响应或者一旦出现机械振动就停止增大调整参数α，在得到最佳的响应时，将α值固定，而当开始出现振动时，将α值稍许减小后进行固定。通过按此顺序来赋予调整参数α，不仅能确保控制系统的稳定性，而且可增大低频时的增益，可增大对干扰的抑制效果。对其理由作如下说明。

首先，若增大调整参数α，因KL＝α·KH，故相位延迟滤波器的低频时的增益KL增大，可增大对低频的干扰的抑制效果。此时，因第1交叉频率ωC1与第1滤波器频率ωF1之比基本一定，故如上所述，不会使第1交叉频率ωC1时的相位延迟过大，不仅可确保稳定性，而且可增大低频时的增益。

又，第2滤波器频率ωF2设定成：相位延迟滤波器13的低频时的增益KL与高频时的增益KH的关系为KL＝α·KH。从图2的滤波器特性可以看出，为了增大低频时的增益KL与高频时的增益KH之比即α，也需要增大第2滤波器频率ωF2与第1滤波器频率ωF1之比。若增大α，则因KL＝α·KH，故KL增大，由此，通过公式(3)使第1交叉频率ωC1增大，并且，由于第1交叉频率ωC1与第1滤波器频率ωF1之比大致一定，因此，第1滤波器频率ωF1也增大，这样，第2滤波器频率ωF2也增大。若第1滤波器频率ωF1和第2滤波器频率ωF2增大，则相位延迟滤波器13的相位延迟的频率范围移动到高频侧，第2交叉频率ωC2时的相位延迟增大。

由此，若调整参数α从1逐渐增大，则在第2交叉频率ωC2时的相位延迟与其对应地一点一点增大。但是，当第2交叉频率ωC2时的相位延迟过度增大时，机械系统开始产生振动，故只要观察机械系统的响应，就可知道这一情况。

因此，若将α设定成比机械系统开始产生振动时的值稍小一点的值，则即使在第2交叉频率ωC2时，相位延迟也不会过大。这样，可以将相位延迟滤波器13的特性设定成在第1交叉频率ωC1和第2交叉频率ωC2双方的相位延迟均不大，可确保控制系统的稳定性。

图1所示的实施形态1的速度控制装置中的参数设定单元14，在机械系统具有一组谐振、反谐振时能有效地发挥作用。但是，有的机械有时在更高的频率区域具有另外的谐振、反谐振特性，在这样的机械中，要想用计算来正确求出第2交叉频率ωC2是困难的。这种场合，与其说用计算自动地设定第2滤波器频率ωF2，还不如利用调整参数α一边观察机械的响应一边设定，结果反而可得到良好的特性。

如上所述，调整参数α用于对相位延迟滤波器13的低频时的增益KL与高频时的增益KH之比即增益比作出指定，但也可对第2滤波器频率ωF2与第1滤波器频率ωF1之比即频率比作出指定。增益比与频率比的关系由相位延迟滤波器13的传递函数来决定，故不管是指定增益比还是指定频率比，都能得到同样的效果。

实施例3

图5为表示本发明又一实施例的控制装置的结构方框图。与图1相同的部分标记同一符号。图5中，17是取得机械系统的频率特性的频率特性取得单元，18是设定相位延迟滤波器的特性用的参数设定单元，参数设定单元根据由频率特性取得单元17取得的机械系统的频率特性来设定相位延迟滤波器的特性。

频率特性取得单元17是用于取得机械系统的频率特性，其方法已知有若干种。既可采用专用的计测器来进行计测，也可通过以随意的扭矩驱动电机、对此时的速度响应进行频率解析来求出。又，当机械的刚性和质量、惯性力矩等是已知的场合，也可利用这些数据制作数式模型，通过计算来求出。其结果，比如可得到图7的实线所示的频率特性。参数设定单元18根据如此取得的机械系统的频率特性，对相位延迟滤波器13的特性进行设定，使相位延迟滤波器13的相位在机械系统的反谐振频率与谐振频率之间发生延迟。为此，将相位延迟滤波器的第1滤波器频率ωF1设定于反谐振频率的附近，将第2滤波器频率ωF2设定于谐振频率的附近。

具有机械谐振的机械系统的频率特性如图7的实线所示，在反谐振频率与谐振频率之间具有相位超前的特性。如上所述，若设定成在反谐振频率与谐振频率之间使相位延迟滤波器13的相位延迟，则相位延迟滤波器的相位延迟被机械系统的相位超前抵消。由此，不会使第1交叉频率ωC1和第2交叉频率ωC2时的相位延迟增加过多，即使插入相位延迟滤波器13也不会损害稳定性。

产业上的可利用性

综上所述，本发明适用于由电机驱动的机械系统的惯性力矩比电机本身的惯性力矩大的控制系统。

Claims

1.一种用于根据速度指令信号驱动电机的电机控制装置，所述电机与机械负载相结合，机械系统具有谐振频率和反谐振频率，并且包括所述电机和所述机械负载，在速度控制回路中具有所述电机的速度检测单元，其特征在于，

所述电机控制装置具有速度控制单元和滤波器，

2.一种用于根据速度指令信号驱动电机的电机控制装置，所述电机与机械负载相结合，机械系统具有谐振频率和反谐振频率，并且包括所述电机和所述机械负载，在速度控制回路中具有所述电机的速度检测单元，其特征在于，

具有速度控制单元和滤波器，

3.一种用于根据速度指令信号驱动电机的电机控制装置，所述电机与机械负载相结合，机械系统具有谐振频率和反谐振频率，并且包括所述电机和所述机械负载，在速度控制回路中具有所述电机的速度检测单元，其特征在于，

具有速度控制单元和滤波器，

4.如权利要求3所述的电机控制装置，其特征在于，具有对所述滤波器和所述速度控制单元的参数进行设定的参数设定单元，

利用所述参数设定单元设定成：若所述机械系统的惯性力矩J除以所述电机的惯性力矩JM所得到的值即惯性比增大，则所述第2滤波器频率ωF2与所述第1滤波器频率ωF1之比增大。

5.如权利要求3所述的电机控制装置，其特征在于，具有对所述滤波器和所述速度控制单元的参数进行设定的参数设定单元，

所述参数设定单元输入所述增益KL与所述增益KH之比即增益比、或者所述第2滤波器频率ωF2与所述第1滤波器频率ωF1之比即频率比，所述滤波器的特性由所述增益比或所述频率比来设定。

6.一种用于根据速度指令信号驱动电机的电机控制装置，所述电机与机械负载相结合，机械系统具有谐振频率和反谐振频率，并且包括所述电机和所述机械负载，在速度控制回路中具有所述电机的速度检测单元，其特征在于，

具有滤波器和参数设定单元，

7.如权利要求6所述的电机控制装置，其特征在于，利用所述参数设定单元设定成：若所述机械系统的惯性力矩J除以所述电机的惯性力矩JM所得到的值即惯性比增大，则所述第2滤波器频率ωF2与所述第1滤波器频率ωF1之比增大。

8.如权利要求6所述的电机控制装置，其特征在于，所述参数设定单元输入所述增益KL与所述增益KH之比即增益比、或者所述第2滤波器频率ωF2与所述第1滤波器频率ωF1之比即频率比，所述滤波器的特性由所述增益比或所述频率比来设定。