CN101902193A - 电动机控制装置及电动机控制系统 - Google Patents

Abstract

一种电动机控制装置及电动机控制系统。电动机控制装置具有：位置指令滤波器，其对从指令输出装置输出的阶梯状位置指令进行滤波；控制部，其输出用于控制电动机的转矩指令，以使电动机位置追随滤波后的位置指令；功率转换部，其将基于转矩指令的电压指令施加给电动机绕组；移动量计算部，其根据来自指令输出装置的位置指令，计算电动机的移动量；和滤波常数设定部，其根据计算出的移动量，设定位置指令滤波器的滤波常数。

Description

电动机控制装置及电动机控制系统

本发明包括与2009年5月25日向日本专利局递交的日本专利申请JP 2009-125562号、和2009年11月18日向日本专利局递交的日本专利申请JP2009-262745号相关的主题，在此援引这些申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及使用了阶梯状位置指令形式的指令发生装置的电动机控制装置及电动机控制系统。

背景技术

近年来，在半导体制造装置和机器人、各种工作机械等使用伺服电动机的领域中，对提高机器的生产节拍的“快速化”要求、和提高机器性能的“高精度化”要求逐年高涨。为了实现这些要求，电动机控制装置的更好的快速/高精度的定位性能是必不可缺的。为了进行快速/高精度的定位，需要提高伺服系统的响应性，而且需要实现减小过冲和振动的定位特性。

但是，伺服系统的响应性和定位特性，在很大程度上受包括电动机在内的机构系统的特性的限制。在提高伺服系统的响应时，机构系统具有的振动系统的共振频率成为伺服系统振荡的原因，所以成为妨碍伺服系统的快速响应化的原因。并且，机构系统具有的振动系统的共振频率及反共振频率由于包含于位置指令中的和这些频率一致的频率成分而共振，在定位时表现为振动，所以成为妨碍高精度化的原因。

发明内容

根据本发明的一个方式，提供一种电动机控制装置，其根据从指令输出装置输出的阶梯状位置指令，对驱动负载的电动机进行控制，所述电动机控制装置具有：位置指令滤波器，其利用预定的滤波常数对所述位置指令进行滤波；控制部，其根据由所述位置指令滤波器滤波后的位置指令、和由位置检测装置检测出的电动机位置，输出用于控制所述电动机的转矩指令，以使所述电动机位置追随所述滤波后的位置指令；功率转换部，其将基于所述转矩指令的电压指令施加给所述电动机的电动机绕组；移动量计算部，其根据所述阶梯状位置指令，计算所述电动机在每个采样时间的移动量；以及滤波常数设定部，其根据由所述移动量计算部计算出的移动量，设定所述位置指令滤波器的所述滤波常数。

根据本发明的另一个方式，提供一种电动机控制系统，其具有：能够驱动负载的电动机；指令输出装置，其关于所述电动机的位置输出阶梯状位置指令；电动机控制装置，其根据所述位置指令驱动所述电动机；以及位置检测装置，其检测所述电动机的电动机位置，所述电动机控制装置具有：位置指令滤波器，其利用预定的滤波常数对所述位置指令进行滤波；控制部，其根据由所述位置指令滤波器滤波后的位置指令、和由所述位置检测装置检测到的电动机位置，输出用于控制所述电动机的转矩指令，以使所述电动机位置追随所述滤波后的位置指令；功率转换部，其将基于所述转矩指令的电压指令施加给所述电动机的电动机绕组；移动量计算部，其根据所述阶梯状位置指令，计算所述电动机在每个采样时间的移动量；以及滤波常数设定部，其根据由所述移动量计算部计算出的移动量，设定所述位置指令滤波器的所述滤波常数。

根据以下的具体说明和附图，将容易得到和理解本发明的内容以及诸多优点。

附图说明

图1是用于说明本发明的第1实施方式的电动机控制系统的结构的说明图。

图2是用于说明本发明的第1实施方式的位置指令滤波器的结构及动作的说明图。

图3A是用于说明本发明的第1实施方式的移动量为1000脉冲时的定位动作的仿真结果的说明图。

图3B是用于说明本发明的第1实施方式的移动量为1000脉冲时的定位动作的仿真结果的说明图。

图3C是用于说明本发明的第1实施方式的移动量为1000脉冲时的定位动作的仿真结果的说明图。

图3D是用于说明本发明的第1实施方式的移动量为1000脉冲时的定位动作的仿真结果的说明图。

图4A是用于说明本发明的第1实施方式的移动量为10000脉冲时的定位动作的仿真结果的说明图。

图4B是用于说明本发明的第1实施方式的移动量为10000脉冲时的定位动作的仿真结果的说明图。

图4C是用于说明本发明的第1实施方式的移动量为10000脉冲时的定位动作的仿真结果的说明图。

图4D是用于说明本发明的第1实施方式的移动量为10000脉冲时的定位动作的仿真结果的说明图。

图5是用于说明本发明的第1实施方式的位置指令滤波器的移动量与滤波常数之间的关系的说明图。

图6是用于说明本发明的第2实施方式的电动机控制系统的结构的说明图。

图7是用于说明本发明的第2实施方式的移动量与滤波常数及控制常数之间的关系的说明图。

图8是用于说明关联技术的电动机控制系统的结构的说明图。

具体实施方式

本发明的优选实施方式将参照附图进行说明。在本说明书和附图中，具有实质上相同功能和结构的结构要素标注了相同标号，省略对这些结构要素的重复解释。

另外，在实际的电动机控制装置中也可以内置有各种功能和单元。但是，为了便于说明，在下面说明的实施方式中，在说明书及附图中只记载与本发明的各个实施方式相关的功能和单元来进行说明。

(1.关联技术的电动机控制系统)

首先，在说明本发明的各个实施方式之前，参照图8说明与本发明相关联的关联技术的电动机控制系统。图8是用于说明关联技术的电动机控制系统的结构的说明图。

如图8所示，电动机控制系统包括电动机控制装置1a、指令输出装置2a、电动机3、检测电动机3的位置的编码器4、和双惯性系统负载5。

电动机控制装置1a根据来自指令输出装置2a的位置指令来驱动电动机3，检测来自编码器4的电动机位置作为反馈信号，并控制电动机3使位置指令值和反馈信号一致。

双惯性系统负载5例如是机械手等负载，在共振点和反共振点具有频率特性的峰值点。因此，在负载侧，由于电动机侧的反共振频率峰值而诱发振动。

下面，说明电动机控制装置1a的具体情况。

电动机控制装置1a包括控制部9a、功率转换部10、减振滤波器11、滤波器切换部12和指令方向检测部13。

控制部9a一般进行位置控制和速度控制，例如，位置控制多指P控制(比例控制)，速度控制多指PI控制(比例/积分控制)。在位置控制中，对由指令输出装置2a提供的位置指令与来自编码器的反馈信号即电动机位置之差，乘以位置比例增益，把相乘的结果作为速度指令输出。在速度控制中，进行PI控制使来自位置控制的速度指令与能够根据来自编码器的反馈信号检测出的电动机速度相等，并输出转矩指令。

功率转换部10例如具有IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors：绝缘栅双极晶体管)和/或MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistors：金属氧化物半导体场效应晶体管)等，根据从控制部9a输出的转矩指令，向电动机的绕组施加电压。

减振滤波器11是与陷波滤波器同样地具有增益在预定的频带下降的频率特性的滤波器，其构成为能够设定第一减振滤波器11a和第二减振滤波器11b这两个滤波器。从指令输出装置2a输出的位置指令通过第一减振滤波器或第二减振滤波器，从该减震滤波器11输出第一位置指令或第二位置指令。

指令方向检测部13检测来自指令输出装置的位置指令是CCW(Counter Clock Wise：逆时针方向)和CW(Clock Wise：顺时针方向)中的哪个方向的指令，并输出指令方向。

这里，滤波器切换部12进行根据指令方向切换位置指令的动作，例如在是CCW方向的指令时选择第一位置指令，在是CW方向的指令时选择第二位置指令，并向控制部9a提供位置指令。通过减振滤波器11后的位置指令分别被去除了在第一减振滤波器或第二减振滤波器设定的频率成分，所以通过使双惯性系统负载的反共振频率与减振滤波器的设定频率一致，能够减小振动。

通过形成以上所述的结构，能够自动地应对FA(Factory Automation：工厂自动化)系统装置的反共振频率的变化。即，例如输送物品的机器人往往进行确定的移动，例如在搭载了物品时向CCW方向移动，在没有搭载时向CW方向移动。因此，关联技术的电动机控制装置在这种情况下根据指令方向自动切换减振滤波器，减小振动。

另一方面，在例如像电扫描仪(galvano-scanner)的控制装置等那样的电动机控制装置中，通常使用阶梯状的位置指令，在此基础上，要求实现如上所述的快速/高精度的定位。

但是，在指令输出装置的位置指令是阶梯状位置指令形式时，与移动量相当的位置指令一度包含于位置偏差中，所以存在从控制部输出的转矩指令值增大的情况。此时，尤其在负载的惯性矩大的情况下，在移动量增大时，有时转矩指令超过电动机或放大器的输出限制值。这样在转矩指令超过输出限制而被限制的情况下，定位特性产生过冲，所以有可能导致定位精度降低。

因此，在与关联技术相关的技术中，在位置指令的传递路径中插入滤波器，该滤波器具有在移动量最大时转矩指令也不会超过输出限制值的时间常数。但是，在移动量比较小的情况下，不需要如此大的时间常数的滤波器。因此，假设使用了应对移动量比较大的情况下的时间常数，结果将导致牺牲在移动量比较小时的快速化。

另一方面，关于切换位置指令的滤波器特性的方法，曾经公开了以提高追随性为目的的方法(例如，参照日本特开平7-123762号公报(第5-7页，图1等))，该方法根据移动量切换滤波器的延迟量，并生成前馈信号。

但是，在像该日本特开平7-123762号公报那样的技术中，无论怎样变更延迟量，仅仅依靠延迟位置指令，不具有使位置指令变平滑的效果，所以不能作为使转矩指令不超过输出限制值的手段。因此，在像该日本特开平7-123762号公报那样的技术中，依旧产生转矩指令被限制的情况，很难提高定位精度，这都是实际情况。

本发明的发明人对这种关联技术的电动机控制系统进行认真研究开发，结果完成了本发明。

本发明的发明人完成的本发明的各个实施方式的电动机控制装置及电动机控制系统，例如在指令输出装置输出阶梯状位置指令的情况下，针对例如根据应用而可能成为多种数值的移动量，转矩指令不超过输出限制值，能够提高定位动作的精度，而且在移动量比较小的情况下，也能够实现快速的定位动作。

即，根据本发明的各个实施方式的电动机控制装置及电动机控制系统，在指令输出装置输出阶梯状位置指令的情况下，能够根据移动量设定位置指令滤波器的滤波常数。因此，能够根据移动量使用合适的位置指令滤波器。即，例如在负载的惯性矩比较大的情况下等，假设即使移动量比较大，也能够利用适合于该移动量的滤波常数，抑制从控制部输出的转矩指令值使其低于转矩限制值。因此，与移动量的大小无关地，能够实现高的定位精度。并且，这样根据本发明，即使不使用与移动量较大的情况相对应地被设为固定的滤波常数，也能够适当抑制转矩指令值。因此，能够与移动量的大小无关地实现处理的快速化。

因此，下面通过各个实施方式具体说明该电动机控制装置及电动机控制系统。

(2.第1实施方式的电动机控制系统)

(2-1.电动机控制系统的结构)

首先，参照图1说明本发明的第1实施方式的电动机控制系统的整体结构。图1是用于说明本发明的第1实施方式的电动机控制系统的结构的说明图。

如图1所示，本实施方式的电动机控制系统大致划分为包括电动机控制装置1、指令输出装置2、电动机3(可以是线性电动机，也可以是旋转电动机)、检测该电动机3的位置的位置检测器(例如编码器)4、和电动机驱动的对象即负载5。但是，负载5不一定需要。

电动机控制装置1根据从指令输出装置2输出的位置指令、和表示位置检测器4检测的电动机3的位置的电动机位置检测信号，驱动电动机3使电动机位置追随位置指令，由此，使负载5动作。

指令输出装置2是位置指令输出装置的一例，关于电动机3的位置，以阶梯状位置指令形式，向电动机控制装置1输出电动机3或负载5的目标位置(位置指令)。另外，从指令输出装置2输出给电动机控制装置1的数据形式，例如有串行数据和/或模拟电压等。

负载5是与电动机3的工作部件(例如电动机轴)接合的驱动对象。该负载5的机构系统的特性一般具有振动系统，对定位动作的性能产生影响。另外，该负载5等机构系统具有的振动系统有可能成为产生定位时的振动的原因之一。本实施方式的电动机控制系统也能够减小这种以机构系统具有的振动系统为原因而产生的定位时的振动。

(2-2.电动机控制装置1的结构)

下面，继续参照图1说明本实施方式的电动机控制装置1的结构。

如图1所示，电动机控制装置1具有移动量计算部6、位置指令滤波器7、滤波常数设定部8、控制部9和功率转换部10。

移动量计算部6根据从指令输出装置2输出的位置指令，计算位置指令中的每个预定的采样时间的移动量，将其输出给滤波常数设定部8。另外，由于位置指令是阶梯状，所以本实施方式的移动量计算部6能够在被输入该位置指令的时刻立刻计算移动量(位置指令的到目标位置的移动量)。

并且，在本实施方式中，移动量计算部6还根据从指令输出装置2输出的阶梯状位置指令，将表示该位置指令的所述每个采样时间的移动量的位置增量指令(也称为位置指令增量值、分段数据等。相当于位置指令的速度换算值，也是位置指令的一例)输出给位置指令滤波器7。由于位置指令是如上所述的阶梯状，所以该位置增量指令成为脉冲状。如上所述，由于能够立刻计算移动量，所以移动量计算部6同样也能够在短时间内计算位置增量指令。另外，在本实施方式中，为了便于说明并容易理解由位置指令滤波器7进行的处理，作为位置指令的一例，说明移动量计算部6计算这种脉冲状的位置增量指令的情况。但是，不一定需要计算脉冲状的位置增量指令，也可以向位置指令滤波器7输入阶梯状的位置指令、或者被转换为其他形式的位置指令。在向位置指令滤波器7输入阶梯状位置指令的情况下，该移动量计算部6也可以将从指令输出装置2获取的阶梯状位置指令直接输入位置指令滤波器7。并且，在这样向位置指令滤波器7输入阶梯状位置指令的情况下，与图1的结构不同，从指令输出装置2输出的阶梯状位置指令，例如也可以通过预定的分支部被分支，使一方输入移动量计算部6，使另一方输入位置指令滤波器7。

位置指令滤波器7利用预定的滤波常数对位置指令(在本实施方式中指作为其一个示例的位置增量指令)进行滤波。此时，位置指令滤波器7对所输入的位置指令进行滤波，以使电动机3按照从指令输出装置2输出的位置指令进行的加速和减速的时间间隔(从加速结束到减速开始的时间间隔)的长度，成为负载5的机构系统具有的振动系统的共振周期的整数倍。即，位置指令滤波器7通过对位置指令进行滤波，使电动机3按照该位置指令大致等速驱动的时间间隔与共振周期的整数倍一致。在本实施方式的情况下，位置指令滤波器7从移动量计算部6获取作为位置指令的一例的脉冲状的位置增量指令，所以将该脉冲状的位置增量指令平滑成为、使其等速区间的长度成为振动系统的共振周期的整数倍的脉冲状的位置增量指令。这样，通过对脉冲状位置增量指令进行滤波，本实施方式的电动机控制系统能够抑制对负载5具有的振动系统的励振，减小定位时的振动。并且，该电动机控制系统能够使从控制部9输出的转矩指令不触及电动机或放大器的输出限制(不超过输出限制值)。关于该位置指令滤波器7的具体结构示例，将在后面具体说明。

滤波常数设定部8根据通过移动量计算部6得到的移动量，设定/变更位置指令滤波器7的滤波常数。滤波常数的设定是在由位置指令滤波器7进行的滤波处理之前进行。关于由该滤波常数设定部8进行的滤波常数设定处理等，将在说明了位置指令滤波器7的具体结构之后进行具体说明。

控制部9获取由位置指令滤波器7进行滤波后的位置指令、和表示由位置检测器4检测到的当前电动机位置的电动机位置信号。并且，控制部9根据该滤波之后的位置指令和当前的电动机位置，输出用于控制电动机3的转矩指令，以使电动机位置追随被滤波后的位置指令。在本实施方式中，由位置指令滤波器7进行滤波后的位置指令是作为其一个示例的位置增量指令。因此，控制部9根据所测定的电动机位置，计算该电动机位置在每个同一采样时间中的变化量(速度相当值)，并对该速度相当值与位置增量指令之差进行积分。并且，控制部9还根据控制部9的控制增益输出所述转矩指令，以使该积分值(位置偏差)减小。

更具体地讲，控制部9例如具有位置控制环、速度控制环及电流控制环(未图示)，控制部9获取位置检测器4的检测结果，把基于所计算出的转矩指令的电压指令作为PWM(Pulse Width Modulation)信号，输出给功率转换部10。即，位置控制环根据由位置指令滤波器7进行滤波后的位置增量指令、和由位置检测器4检测到的电动机位置检测信号，输出用于进行控制的速度指令，以使电动机位置在每个采样时间的变化量追随该被滤波后的位置增量指令。并且，速度控制环根据从位置控制环输出的速度指令，输出用于进行控制的转矩指令，以使电动机速度与该速度指令一致。另外，电流控制环根据从速度控制环输出的转矩指令，把用于控制电动机电流的电压指令作为PWM信号输出给功率转换部10。

另外，在该控制部9中说明了具有3个控制环的情况，但本发明不限于这种示例，也可以构成为至少具有位置控制环即可，可以不具有速度控制环及/或电流控制环。

功率转换部10具有门极驱动电路(gate drive circuit)(未图示)和逆变器电路(未图示)，把与作为从控制部9输出的PWM信号的电压指令对应的电压施加给电动机3的绕组。其结果，电动机3根据电压指令进行驱动，与电动机3连接的负载5动作。

在图8所示的关联技术的电动机控制系统中，在转矩指令是不受转矩限制值限制的范围内的位置指令的情况下，能够通过减振滤波器在某种程度上抑制定位时的振动。但是，在转矩指令是有可能受到转矩限制值限制的阶梯状位置指令的情况下，在定位时有可能产生过冲。

与此相对，根据本实施方式的电动机控制系统，位置指令滤波器7减小定位时的振动，而且电动机控制装置1具有移动量计算部6和滤波常数设定部8等，所以即使是阶梯状位置指令，也能够对位置指令滤波器7设定与移动量相对应的最佳滤波常数。因此，根据该电动机控制系统，能够避免因针对转矩指令的转矩限制值造成的输出限制。

(2-3.位置指令滤波器7的结构)

下面，参照图2说明位置指令滤波器7在输入作为位置指令的一例的位置增量指令时的具体结构示例及动作的一例。如图2所示，本实施方式的位置指令滤波器7具有延迟器70、减法器71、积分器72和除法器73。

延迟器70使从移动量计算部6输入的位置增量指令延迟预定的延迟时间T。减法器71从由移动量计算部6输入的位置增量指令中减去在延迟器70被延迟了延迟时间T后的位置增量指令。积分器72将减法器71进行减法运算后的结果的积分。然后，除法器73将积分器72进行积分后的积分值除以延迟器70的延迟时间T。位置指令滤波器7把在该除法器73进行除法运算后的值，作为被滤波后的位置指令输出给控制部9。

根据该位置指令滤波器7，能够把脉冲状的位置增量指令变更为在等速区间具有延迟时间T的脉冲状的位置增量指令。这里，位置指令滤波器7通过滤波常数设定部8，根据负载5具有的振动系统的频率f，把延迟时间T的值(滤波常数的一例)设定为式(1)表示的值。由此，对于脉冲状的位置增量指令，位置指令滤波器7能够把位置增量指令的上升沿和下降沿的时间间隔、即基于位置指令的加速和减速的时间间隔(等速驱动的时间间隔)，转换为振动系统的共振周期(＝1/f)的整数倍。其结果，能够用基于减速的励振抵消基于加速的励振，所以能够减小定位时的振动。

$T=\frac{n}{f}$ (n＝1，2，3，…)(1)

另外，关于位置指令滤波器7，不限于图2所示的示例，只要是能够将根据位置指令进行等速驱动的时间间隔滤波成为振动系统的共振频率的倒数(共振周期)的整数倍的滤波器，则能够使用各种滤波器。例如，如上所述，在输入位置指令滤波器7的位置指令不是脉冲状的位置增量值的情况下，可以使用与该输入的位置指令对应的结构的滤波器。

但是，图2所示的位置指令滤波器7对于阶梯状的位置指令(即脉冲状的位置增量指令)，能够更准确地使根据位置指令进行等速驱动的时间间隔成为振动系统的共振频率的倒数(共振周期)的整数倍。不仅如此，该位置指令滤波器7对脉冲状的位置增量指令进行滤波，所以输出的延迟非常小(位置指令(即脉冲状的位置增量指令)的输出时间非常短)。因此，在使用该图2所示的位置指令滤波器7的情况下，对于阶梯状的位置指令能够进一步提高定位精度，而且能够实现快速定位。因此，像本实施方式这样，向位置指令滤波器7输入脉冲状的位置增量值，而且使用图2所示的位置指令滤波器7，将更进一步地发挥本实施方式的效果，所以是优选方式。

这里，关于具有该图2所示的位置指令滤波器7的本实施方式的电动机控制系统的效果等，参照图3A～图3D所示的仿真结果进行说明。

图3A～图3D是用于说明负载5的振动系统的共振频率f是4kHz，移动量是1000脉冲时的定位动作的仿真结果的说明图。图3A表示位置指令滤波器7的延迟时间T＝0时的位置指令和位置响应(例如电动机位置检测信号)的波形，图3B表示位置指令滤波器7的延迟时间T＝250μs(n＝1)时的位置指令和位置响应的波形。并且，图3C表示位置指令滤波器7的延迟时间T＝375μs时的位置指令和位置响应的波形，图3D表示位置指令滤波器7的延迟时间T＝500μs(n＝2)时的位置指令和位置响应的波形。

如图3A所示，在延迟时间T＝0时，产生定位时的4kHz的振动(位置响应中的振动波形)，定位精度降低。但是，如图3B～图3D所示，根据本实施方式的电动机控制系统，能够利用位置指令滤波器7等减小这种在定位时产生的、由负载5的机构系统的振动系统产生的共振振动。

另外，如图3B～图3D所示得知，延迟时间T无论在任何值时都能发挥降低振动效果。在如图3B和图3D所示设定了满足上述式(1)的延迟时间T的情况下，即，在位置指令滤波器7使基于位置指令的等速驱动的时间间隔成为振动系统的共振周期的整数倍的情况下，相比图3C所示不满足上述式(1)的情况，能够进一步提高降低振动效果。

(2-4.滤波常数设定部8的处理)

下面，说明滤波常数设定部8的滤波常数变更的具体处理的内容。

如上所述，该滤波常数设定部8根据位置指令滤波器7的滤波结果，设定/变更位置指令滤波器7的滤波常数，以使电动机3根据位置指令等速驱动的时间间隔成为负载5的机构系统的共振周期的整数倍。

此时，滤波常数设定部8根据由移动量计算部6计算的负载5的移动量，变更该滤波常数。更具体地讲，滤波常数设定部8在移动量增加时，分阶段地增加电动机3等速驱动的时间间隔，在移动量减小时，分阶段地减小电动机3等速驱动的时间间隔。换言之，滤波常数设定部8变更滤波常数，以使把成为共振周期整数倍的该整数值在移动量增加时变大，在移动量减小时变小。

关于该滤波常数设定部8的更具体的处理，下面以本实施方式中的位置指令滤波器7为例进行说明。

首先，从控制部9输出的转矩指令在移动量及负载5的惯性矩越大时越大，而且在控制部9的控制增益越高时越大。并且，在对转矩指令实施输出限制使其不超过电动机3或放大器等的输出限制的情况下，此时的相对于所安装的负载5和控制部9设定的控制增益的移动量，能够容易通过实验等求出。

因此，在滤波常数设定部8中预先设定有负载5具有的机构系统的共振频率f和相对于该负载5的移动量的、不限制转矩指令的最小的n值。并且，滤波常数设定部8根据由移动量计算部6计算出的移动量，确定与该移动量相关联的n值，并根据所述共振频率f和n的值，利用上述式(1)计算延迟时间T。然后，滤波常数设定部8把所计算的延迟时间T设定为位置指令滤波器7的滤波常数。如上所述，相对于移动量的n的值被设定为相对于该移动量不限制转矩指令的最小值。这样，通过把最小值用作n，能够降低转矩指令被限制的可能性，并且能够缩短向该目标位置移动所需要的时间。

另外，关于相对于该移动量的n值，优选预先通过实验等求出，并记录在滤波常数设定部8或其他记录装置(未图示)中。并且，也可以替代通过滤波常数设定部8根据上述式(1)计算延迟时间T，而预先通过实验等求出相对于移动量的延迟时间T，并记录在滤波常数设定部8或其他记录装置(未图示)中。在这种情况下，滤波常数设定部8能够根据所记录的移动量和延迟时间T的关系、以及由移动量计算部6计算出的移动量，求出延迟时间T，并设定在位置指令滤波器7中。

图4A～图4D是用于说明负载5的振动系统的共振频率f是4kHz，移动量是10000脉冲时的定位动作的仿真结果的说明图。图4A表示位置指令滤波器7的延迟时间T＝250μs(n＝1)时的位置指令和位置响应的波形，图4B表示在该延迟时间T＝250μs(n＝1)时的转矩指令(％)的波形。另一方面，图4C表示位置指令滤波器7的延迟时间T＝500μs(n＝2)时的位置指令和位置响应的波形，图4D表示在该延迟时间T＝500μs(n＝2)时的转矩指令(％)的波形。

如图4B所示，在移动量为10000脉冲的情况下，在延迟时间T＝250μs时，转矩指令超过300％，触及转矩限制。另一方面，如图4D所示，在移动量同样为10000脉冲的情况下，如果延迟时间T＝500μs，则转矩指令不会超过300％，不会产生转矩限制。

因此，在图4A～图4D所示的示例中，在移动量为10000脉冲的情况下，滤波常数设定部8根据该移动量将延迟时间T设定为500μs。

图5是表示滤波常数设定部8对位置指令滤波器7设定的滤波常数(延迟时间)相对于移动量的设定值的示例的图。在图5中，表示移动量X在延迟时间为1/f时成为转矩限制的最小移动量。并且，如图5所示，滤波常数设定部8将位置指令滤波器7的延迟时间T(上述延迟时间T的示例)，在移动量小于X时设定为1/f，在移动量大于等于X且小于2X时设定为2/f，在移动量大于等于2X且小于3X时设定为3/f。

即，本实施方式的滤波常数设定部8使延迟时间T1随着移动量增加而增加，但此时是使延迟时间T1不连续地分阶段地增加，以使其成为共振频率f的倒数的整数n倍。其结果，在位置指令滤波器7进行的滤波中，在对位置指令进行滤波，使基于阶梯状的位置指令的电动机3的加速和减速的时间间隔成为负载5的振动系统的共振周期的整数倍时，使该时间间隔随着移动量增加而分阶段地增加，并随着移动量减小而分阶段地减小。这样，通过变更位置指令滤波器7的滤波处理，能够与移动量的大小无关地，利用基于减速的励振抵消基于加速的励振，其结果，能够减小定位时的振动。

(2-5.本实施方式的效果的示例)

这样，根据本实施方式的电动机控制系统，在指令输出装置2的位置指令形式是阶梯状的情况下，能够根据移动量将位置指令滤波器7的滤波常数设定为转矩指令不受限制的、而且降低因机构系统具有的振动系统而造成的定位时的振动的最小值。因此，该电动机控制系统能够与移动量无关地实现快速/高精度的定位动作。并且，此时由于能够减小定位时的振动，所以不仅提高电动机控制系统的稳定性及可靠性，而且也降低噪声。

(3.第2实施方式的电动机控制系统)

以上说明了本发明的第1实施方式的电动机控制系统。

另外，在该第1实施方式的电动机控制系统中，如上所述，通过根据移动量设定滤波常数，在移动量增加时，使电动机3等速驱动的时间间隔增加。其结果，如上所述，发挥抑制振动、提高稳定性及可靠性、限制噪声、而且使定位快速化的特殊的作用效果。下面，说明不仅发挥与这种第1实施方式相同的作用效果，而且能够使定位更加快速化的本发明的第2实施方式的电动机控制系统。

(3-1.电动机控制系统等的结构)

首先，参照图6说明本发明的第2实施方式的电动机控制系统的结构。图6是用于说明本发明的第2实施方式的电动机控制系统的结构的说明图。

本实施方式的电动机控制系统如图6所示，具有取代上述第1实施方式的电动机控制系统具有的电动机控制装置1的电动机控制装置100。并且，该电动机控制装置100具有取代第1实施方式的电动机控制装置1具有的控制部9的控制部109，还具有控制常数设定部108。

另外，关于本实施方式的其他结构，如图6所示，能够构成为与第1实施方式的结构基本相同。因此，下面关于本实施方式重点说明与第1实施方式的不同之处，并适当省略重复说明。

控制部109构成为基本上与控制部9相同。

即，控制部109获取由位置指令滤波器7进行滤波后的位置指令、和表示由位置检测器4检测到的当前的电动机位置的电动机位置信号。然后，控制部109根据该滤波之后的位置指令和当前电动机位置，输出用于控制电动机3的转矩指令，使电动机位置追随被滤波后的位置指令。并且，该控制部109与上述控制部9相同，也具有至少包括位置控制环的3个控制环。另外，关于控制部109省略有关与控制部9重复部分的具体说明。

该控制部109与控制部9不同，其构成为能够通过后面叙述的控制常数设定部108变更控制环中的控制常数。该控制常数也称为环增益，是确定各个控制环中的响应特性的一个因素。本实施方式的控制部109具有作为控制环的一例的、位置控制环和其内侧的速度控制环以及位于速度控制环内侧的电流控制环。在该各控制环中分别设定有确定该环的响应特性的被称为环增益的控制常数(在位置控制环中指位置环增益)。并且，控制部109整体的响应特性往往是根据最外侧的控制环即位置环增益确定的。因此，本实施方式的控制部109构成为至少能够设定/变更作为控制环的一例的位置环增益。

另外，通常优选各个控制环的环增益被设定为越是位于内侧的控制环时越高(通常约是其外侧一层的控制环的环增益的2～4倍以上)。在打乱这种平衡时，存在控制部109变得不稳定，定位动作中产生振动的情况。因此，在变更控制部109的响应特性的情况下，优选除位置控制环之外的控制环中的环增益被调整为越是内侧的控制环时越高(约2～4倍以上)。另外，关于该内侧控制环的增益调整，可以由控制常数设定部108在进行位置环增益调整时同时进行，也可以由例如控制部109自身等其他部件根据控制常数设定部108设定的位置环增益，进行该内侧控制环的增益调整。

控制常数设定部108根据从移动量计算部6输出的移动量，设定/变更上述控制部109的控制常数(此处为位置环增益)。此时，控制常数设定部108设定该控制常数，使从控制部109输出的转矩指令不受限制值限制，并将定位时的振动控制在允许的范围内，而且能够进行最快速的定位动作。其结果，控制常数设定部108能够增强发挥滤波常数设定部8的滤波常数设定的效果。

即，在本实施方式中，与第1实施方式相同，在由滤波常数设定部8根据移动量设定滤波常数时，滤波常数(延迟时间T)被设定为负载5具有的振动系统的共振周期(1/f)的整数倍(n倍)。即，分阶段地对滤波常数设定不连续的值。但是，在本实施方式中，控制常数设定部108设定控制常数(此处为位置环增益)，使基于该分阶段的滤波常数的设定的响应延迟减小。

这种由控制常数设定部108进行的控制常数的设定方法，根据控制部109和负载5的惯性及振动周期等有各种方法。在本实施方式中，控制常数设定部108在移动量增加时，在滤波常数设定部8使滤波常数增加一级之前，至少暂时变更控制常数。此时，在控制常数固定而转矩指令将要超过限制值的情况下，控制常数设定部108也能够通过例如暂时减小控制常数来延迟响应，将转矩指令抑制为限制值以下。其结果，通过暂时变更控制常数，能够增加滤波常数设定部8为了防止转矩指令被限制而使滤波常数增加时的移动量的阈值(图5中的X、2X、3X等)。这意味着在移动量增加的情况下，使移动量的阈值增加，相应地不需要通过滤波常数设定部8来增加滤波常数即可。因此，能够降低滤波常数增加的概率，使定位更快速化。

(3-2.控制常数设定部108的处理)

参照图7更具体地对本实施方式的由控制常数设定部108进行的控制常数的变更进行说明。图7是用于说明本发明的第2实施方式的移动量与滤波常数及控制常数之间的关系的说明图。

在图7中，移动量Y表示在本实施方式中延迟时间为1/f的情况下触及转矩限制时的最小的移动量。并且，延迟时间T2表示在本实施方式中相对于移动量的变化而设定的延迟时间。另一方面，在图7中，移动量X表示在上述第1实施方式中延迟时间为1/f的情况下触及转矩限制时的最小的移动量。并且，延迟时间T1表示在上述第1实施方式中相对于移动量的变化而设定的延迟时间。

并且，位置环增益G2表示在本实施方式中控制常数设定部108根据移动量的变化而设定的控制常数。另一方面，位置环增益g2表示控制常数设定部108调整之前的控制常数。

如图7所示，在本实施方式中，当移动量增加时，在滤波常数设定部8增加滤波常数(延迟时间T2)之前，控制常数设定部108暂时减小控制常数(位置环增益G2)。

这样在位置环增益G2减小的情况下，由控制部9进行的响应暂时延迟，能够防止转矩指令超过限制值。另外，该控制部9的控制常数与为了抑制共振而分阶段地增加的滤波常数不同，它能够连续变更。因此，优选控制常数设定部108在转矩指令不超过限制值的范围内，尽量将控制常数(位置环增益G2)减小最小的值。在移动量进一步增加的情况下，控制常数设定部108在通过减小控制常数而形成的延迟比使滤波常数增加一级而形成的延迟长之前，将控制常数恢复为原来的值(位置环增益g1)。另一方面，滤波常数设定部8与此同时或在者其前后，将滤波常数提高一级。因此，根据本实施方式，能够实现对应于移动量的极其细微的调整，能够减小第1实施方式中因滤波常数相对于移动量的阶段性设定而造成的位置指令滤波器的阶段性的响应延迟。

另外，与上述与移动量对应的滤波常数同样，与移动量对应的控制常数优选根据负载5预先通过实验等求出，并记录在控制常数设定部108或其他记录装置(未图示)中。并且，关于是变更位置指令滤波器7的滤波常数还是变更控制部109的控制常数，可以根据定位动作中的振动和响应的快慢来选择定位特性好的一方。并且，也可以将双方的常数调整设定为最佳值。换言之，除了这样将与移动量对应的控制常数及滤波常数分别存储在滤波常数设定部8及控制常数设定部108等中之外，也能够由其他的常数控制部等(未图示)，根据移动量控制滤波常数设定部8及控制常数设定部108，确定调整哪一个常数。

(3-3.本实施方式的效果的示例)

如上所述，在本发明的第2实施方式中，还具有控制常数设定部108，其能够根据移动量变更控制部109的控制常数。因此，能够根据移动量调整控制部109的响应、即能够调整从控制部109输出的转矩指令的大小。换言之，除了位置指令滤波器7的滤波常数之外，也能够进行转矩指令不被限制的设定，实现与移动量对应的极其细微的调整。因此，在本发明的第2实施方式中，在上述第1实施方式发挥的效果的基础上，还能够发挥如下效果，即减小第1实施方式中因滤波常数相对于移动量的阶段性设定而造成的位置指令滤波器的阶段性的响应延迟，实现更快速的定位。在例如振动系统的周期(1/f)较长的情况下、或者移动量略微超过阈值X使得转矩指令被略微限制的情况下，这种效果尤其有效。即，在这种情况下，相比于将位置指令滤波器7的滤波常数增加一级，设定为使控制部109的响应略微降低那样的控制常数，更能够实现快速的定位动作。

本发明应该被理解为，本领域技术人员根据设计需求和其他因素作出的各种变形、组合、部分组合以及变更包括在本发明所附的权利要求或等价物的范围之内。

例如，在上述实施方式中，说明了移动量计算部6把从指令输出装置2输出的位置指令转换为位置指令的一例即位置增量指令，位置指令滤波器7对该位置增量指令进行滤波的情况。但是，本发明不限于这种示例。即，例如也可以是，移动量计算部6把从指令输出装置2输出的位置指令直接输出给位置指令滤波器7，或者从指令输出装置2输出的位置指令不经过移动量计算部6即被输入位置指令滤波器7。在这种情况下，也可以在位置指令滤波器7中对阶梯状位置指令进行滤波，以使电动机3根据从指令输出装置2输出的位置指令而进行的等速驱动的时间间隔的长度成为负载5的振动系统的共振周期的整数倍。

并且，在上述实施方式中，作为位置指令滤波器7的一例，以图2所示的结构为例进行了说明，而且说明了位置指令滤波器7只要是能够将基于位置指令的加速和减速的时间间隔滤波成为振动系统的共振周期的整数倍的滤波器，则不限于该图2所示的结构为例的情况。另一方面，在图2所示的结构的位置指令滤波器7中，说明了滤波常数设定部8设定/变更滤波常数的一例、即位置指令滤波器7的延迟器70的延迟时间T的结构。但是，如果位置指令滤波器7的结构变更，由滤波常数设定部8变更的滤波常数也不限于延迟时间T，只要是能够变更上述整数的常数，当然可以是各种常数。

并且，在上述第2实施方式中，关于控制常数设定部108主要设定的控制常数的一例，以位置环增益为例进行了说明。并且，在该第2实施方式中，以控制部109具有位置控制环、速度控制环及电流控制环这3个控制环的情况为例进行了说明。但是，如上所述，只要至少包括位置控制环，则控制环的数量及类型没有特别限定。并且，由控制常数设定部108设定的控制常数，可以是任一个控制环的环增益，但是优选至少包括位置环增益。

Claims (16)

1.一种电动机控制装置，其根据从指令输出装置输出的阶梯状位置指令，对驱动负载的电动机进行控制，该电动机控制装置具有：

位置指令滤波器，其利用预定的滤波常数对所述位置指令进行滤波；

控制部，其根据由所述位置指令滤波器滤波后的位置指令、和由位置检测装置检测到的电动机位置，输出用于控制所述电动机的转矩指令，以使所述电动机位置追随所述滤波后的位置指令；

功率转换部，其将基于所述转矩指令的电压指令施加给所述电动机的电动机绕组；

移动量计算部，其根据所述阶梯状位置指令，计算所述电动机在每个采样时间的移动量；以及

滤波常数设定部，其根据由所述移动量计算部计算出的移动量，设定所述位置指令滤波器的所述滤波常数。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其中，所述位置指令滤波器对所述位置指令进行滤波，以使所述电动机按照所述位置指令等速驱动的时间间隔、与所述负载的机构系统具有的振动系统的共振周期的整数倍一致。

3.根据权利要求2所述的电动机控制装置，其中，所述滤波常数设定部设定所述滤波常数，以使所述时间间隔在所述移动量增加时增加，且使所述时间间隔在所述移动量减小时减小。

4.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其中，该电动机控制装置还具有控制常数设定部，该控制常数设定部根据由所述移动量计算部计算出的移动量，设定所述控制部的控制常数。

5.根据权利要求4所述的电动机控制装置，其中，在所述移动量增加时，所述控制常数设定部在所述滤波常数设定部设定所述滤波常数，以使所述时间间隔对应于该移动量的增加而增加之前，至少暂时减小所述控制常数。

6.根据权利要求2所述的电动机控制装置，其中，所述移动量计算部根据所述阶梯状位置指令，计算表示所述每个采样时间的移动量的脉冲状位置增量指令，作为将通过所述位置指令滤波器进行滤波的位置指令，并将该位置增量指令输入所述位置指令滤波器，

所述位置指令滤波器对从所述移动量计算部输入的位置增量指令进行滤波。

7.根据权利要求6所述的电动机控制装置，其中，

所述位置指令滤波器具有：

延迟器，其使作为所述位置指令输入的所述位置增量指令延迟预定的延迟时间；

减法器，其从未被所述延迟器延迟的所述位置增量指令中，减去被所述延迟器延迟的位置增量指令；

积分器，其对所述减法器的减法运算结果进行积分；以及

除法器，其将由所述积分器积分后的积分值除以所述延迟器的所述延迟时间，把该除法运算的结果作为所述滤波后的位置指令输出给所述控制部，

所述滤波常数设定部把所述延迟时间设定为所述共振周期的整数倍，作为所述滤波常数。

8.根据权利要求7所述的电动机控制装置，其中，所述滤波常数设定部把所述延迟时间设定为所述共振周期的整数倍、且所述控制部输出的转矩指令不受限制的最小值。

9.一种电动机控制系统，其具有：能够驱动负载的电动机；指令输出装置，其关于所述电动机的位置输出阶梯状位置指令；电动机控制装置，其根据所述位置指令驱动所述电动机；以及位置检测装置，其检测所述电动机的电动机位置，

所述电动机控制装置具有：

位置指令滤波器，其利用预定的滤波常数对所述位置指令进行滤波；

控制部，其根据由所述位置指令滤波器滤波后的位置指令、和由所述位置检测装置检测到的电动机位置，输出用于控制所述电动机的转矩指令，以使所述电动机位置追随所述滤波后的位置指令；

功率转换部，其将基于所述转矩指令的电压指令施加给所述电动机的电动机绕组；

移动量计算部，其根据所述阶梯状位置指令，计算所述电动机在每个采样时间的移动量；以及

滤波常数设定部，其根据由所述移动量计算部计算出的移动量，设定所述位置指令滤波器的所述滤波常数。

10.根据权利要求9所述的电动机控制系统，其中，所述位置指令滤波器对所述位置指令进行滤波，以使所述电动机按照所述位置指令等速驱动的时间间隔、与所述负载的机构系统具有的振动系统的共振周期的整数倍一致。

11.根据权利要求10所述的电动机控制系统，其中，所述滤波常数设定部设定所述滤波常数，以使所述时间间隔在所述移动量增加时增加，且使所述时间间隔在所述移动量减小时减小。

12.根据权利要求11所述的电动机控制系统，其中，该电动机控制系统还具有控制常数设定部，该控制常数设定部根据由所述移动量计算部计算出的移动量，设定所述控制部的控制常数。

13.根据权利要求12所述的电动机控制系统，其中，在所述移动量增加时，所述控制常数设定部在所述滤波常数设定部设定所述滤波常数，以使所述时间间隔对应于该移动量的增加而增加之前，至少暂时减小所述控制常数。

14.根据权利要求10所述的电动机控制系统，其中，所述移动量计算部根据所述阶梯状位置指令，计算表示所述每个采样时间的移动量的脉冲状位置增量指令，作为将通过所述位置指令滤波器进行滤波的位置指令，并将该位置增量指令输入所述位置指令滤波器，

所述位置指令滤波器对从所述移动量计算部输入的位置增量指令进行滤波。

15.根据权利要求14所述的电动机控制系统，其中，所述位置指令滤波器具有：

延迟器，其使作为所述位置指令输入的所述位置增量指令延迟预定的延迟时间；

减法器，其从未被所述延迟器延迟的所述位置增量指令中，减去被所述延迟器延迟的位置增量指令；

积分器，其对所述减法器的减法运算结果进行积分；以及

除法器，其将由所述积分器积分后的积分值除以所述延迟器的所述延迟时间，把该除法运算的结果作为所述滤波后的位置指令，输出给所述控制部，

所述滤波常数设定部把所述延迟时间设定为所述共振周期的整数倍，作为所述滤波常数。

16.根据权利要求15所述的电动机控制系统，其中，所述滤波常数设定部把所述延迟时间设定为所述共振周期的整数倍，且所述控制部输出的转矩指令不受限制的最小值。

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