CN102163952A - 马达控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达控制装置，其能够简单地调整模型控制系统的参数，而且从模型速度控制器输出的转矩指令不会过大，能够更高速地实现没有振动的定位。模型控制系统(1)具备：针对马达的第一惯性系统机械模型；针对负载的第二惯性系统机械模型；针对马达和负载之间的扭矩的扭矩模型；将反馈加速度指令(S10)反馈给模型转矩指令部(8)的第一状态反馈系统；和将反馈速度指令(S5)状态反馈给模型速度指令部(5)的第二状态反馈系统。根据按照从模型控制系统的状态方程式得到的特性方程式具有4重根的方式进行运算而得到的参数关系式，决定模型控制系统的参数。

Description

马达控制装置

技术领域

本发明涉及驱动机械人等机械从而高速进行定位的马达控制装置。

背景技术

作为通过马达控制装置使机械高速定位的方法的一种，有模型追随控制。模型追随控制是构筑对实际控制系统进行模拟的模型控制系统，且按照追随该模型控制系统的方式驱动反馈控制系统的控制方式。图3示出日本特开昭62-217304号公报(专利文献1)所示的利用了现有模型追随控制的马达控制装置的结构。在现有装置中，获取位置指令与模型位置的偏差，通过模型位置控制器输出模型速度指令。获取模型速度指令与模型速度的偏差，并通过模型速度控制器输出模型转矩(torque)指令。通过马达机械模型，由模型转矩指令计算模型速度。通过积分器，由模型速度计算模型位置。获取模型位置与由编码器检测出的马达位置之差，通过位置控制器输出速度指令。获取速度指令和模型速度之和与速度检测值的偏差，通过速度控制器输出转矩指令。将转矩指令与模型转矩指令相加，通过转矩控制器驱动马达，控制马达的转矩。

这里，设马达侧惯性为JM，负载侧惯性为JL，则马达机械模型表示为：

马达机械模型＝1/{(JM+JL)S}。

如此，通过构成模型追随控制，能够独立地控制指令响应特性和干扰响应特性。干扰响应因机械系统高频谐振等而受到制约，不能高过某一程度以上，模型响应不受该影响，所以能够提高模型响应。由此，能够提高指令响应，实现机械的高速定位。

如上所述，在机械系统为刚体时，通过进行使马达机械模型为刚体的模型追随控制，能够实现高速定位。但是，在实际机械系统中存在刚性低的部分，由此产生振动。如图4所示，能够将机器人等机械近似地看做是通过低的扭转刚性耦合了马达侧惯性和负载侧惯性的机械系统。在这样的机械中，在驱动了马达时，产生马达侧惯性和负载侧惯性之间的刚性所引起的振动。

作为抑制这样的2惯性系统振动，具有在位置指令的输入部插入预滤器(pre-filter)的方法。图5是通过预滤器抑制2惯性系统振动的框图。例如，通过插入陷波滤波器作为预滤器，将其陷波频率设定为振动频率，从而能够抑制振动。但是，在采用了预滤器的情况下，由于滤波器的延迟，具有不能使定位稳定时间足够短的问题。

作为其他的控制2惯性系统振动的方法，在日本特开平8-168280号公报(专利文献2)中示出了采用了模型追随控制的马达控制装置。在专利文献2的图1中，示出了进行模型追随控制的马达控制装置的结构。在该马达控制装置中，在第一控制系统(模型控制系统)中搭载了电动机模拟电路、负载机械模拟电路和转矩传达机构模拟电路。此外，马达控制装置具备补偿转矩运算单元，该补偿转矩运算单元将来自电动机模型的模拟速度指令与来自负载机械模型的模拟速度指令的偏差指令作为输入，输出补偿转矩信号。通过从来自第一速度控制单元的第一转矩信号减去来自该补偿转矩运算单元的补偿转矩信号所得的偏差指令，来控制电动机模型或者转矩控制单元。另外，该补偿转矩运算电路由比例积分控制器构成。

专利文献1：日本特开昭62-217304号公报

专利文献2：日本特开平8-168280号公报

在专利文献2所示的现有马达控制装置中，建立了模型控制系统的特性方程式(characteristic equation)。但是，为了高速地进行定位并且不产生振动，怎样解该数式来设定控制参数，在专利文献2中没有明确记载。因此，利用专利文献2来设定控制参数是不现实的。因此，实际上，在使用专利文献2所示的结构时，需要反复试验来调整各参数，具有调整上花费时间的问题。此外，发明人使用专利文献2所示的结构，通过反复试验来调整各参数，对于能否高速地进行定位并且不产生振动进行了仿真实验，最终判明了如图6(B)所示，从模型速度控制器(第一速度控制电路)输出的模型转矩指令成为比马达能够输出的转矩[以图6(B)的纵轴的刻度表示±2以下的值]大的值[以图6(B)的纵轴的刻度表示±7以上的值]。因此利用现有的马达控制装置高速地进行定位需要使模型速度控制器(第一速度控制电路)与过大的转矩相对应。但是，与过大的转矩相对应会导致运算精度降低、运算时间增加，所以希望尽可能抑制与过大的转矩对应。另外，图6(A)是位置指令(微分值)，图6(C)是位置偏差。

发明内容

本发明的目的是提供一种马达控制装置，能够简单地调整模型控制系统的参数，而且从模型速度控制器输出的转矩指令不会过大，能够更高速地实现没有振动的定位。

除了上述目的，本发明的其他目的是提供一种能够用一个参数简单地调整模型控制系统的参数的马达控制装置。

本发明的马达控制装置具备：模型控制系统，其包括模拟了实际的马达控制系统的模型位置控制器、模型速度指令部、模型速度控制器和模型转矩指令部；和反馈控制系统，其具备位置控制器、速度控制器和转矩控制器，且构成为追随模型控制系统，对实际的马达进行反馈控制。

模型控制系统具备：针对马达的第一惯性系统机械模型，其生成模型马达侧加速度指令S14以及模型马达侧速度指令S7；针对负载的第二惯性系统机械模型，其生成模型负载侧加速度指令S15以及模型负载侧速度指令S16；针对马达和负载之间的扭矩的扭矩模型；第一状态反馈系统，其向生成模型转矩偏差指令S11的模型转矩指令部反馈使模型侧加速度偏差指令S18为增益K_AB倍而得到的反馈加速度指令S10，模型侧加速度偏差指令S18是模型负载侧加速度指令S15与模型马达侧加速度指令S14的偏差；和第二状态反馈系统，其向模型速度指令部状态反馈使模型侧速度偏差指令S19为增益K_VB倍而得到的反馈速度指令S5，模型侧速度偏差指令S19由模型负载侧速度指令S16与模型马达侧速度指令S7的偏差构成。而且，在本发明的马达控制装置中，根据按照从型控制系统的状态方程式得到的特性方程式具有4重根的方式进行运算而得到的参数关系式，决定模型控制系统的参数。

在本发明中，采用2惯性系统的机械模型，应用现代控制理论，按照模型控制系统的特性方程式的跟为重根的方式决定模型控制系统的各参数。因此，设定控制参数时，通过模型位置控制器的增益决定特性方程式中的极点，在将反馈系统的位置控制器的增益取得较高时，与以往相比，能够非常高速地实现不产生机械振动的定位。

本发明的更具体的马达控制装置中，模型控制系统具备第一偏差运算部、模型位置控制器、第二偏差运算部、第三偏差运算部、模型速度控制器、第四偏差运算部、第五偏差运算部、第一惯性系统机械模型、第二惯性系统机械模型、第六偏差运算部、模型负载加速度指令产生部、第七偏差运算部、模型速度指令产生部、第八偏差运算部和扭矩指令产生部。

第一偏差运算部计算位置指令S1与模型马达侧位置指令S2的偏差，并将该偏差作为模型位置偏差指令S3来输出。模型位置控制器输入模型位置偏差指令S3，并输出模型速度指令S4。

第二偏差运算部计算模型速度指令S4与反馈速度指令S5的偏差，并将该偏差作为第一模型速度偏差指令S6来输出。第二偏差运算部构成模型速度指令部。

第三偏差运算部计算第一模型速度偏差指令S6与模型马达侧速度指令S7的偏差，并将该偏差作为第二模型速度偏差指令S8来输出。模型速度控制器输入第二模型速度偏差指令S8，并输出模型转矩指令S9。

第四偏差运算部计算模型转矩指令S9与从第一状态反馈系统F1输入的反馈加速度指令S10的偏差，并将该偏差作为第一模型转矩偏差指令S11来输出。第四偏差运算部构成模型转矩指令部。

第五偏差运算部计算第一模型转矩偏差指令S11与表示扭矩的扭矩指令S12的偏差，并将该偏差作为第二模型转矩偏差指令S13来输出。

第一惯性系统机械模型输入第二模型转矩偏差指令S13，并生成模型马达侧加速度指令S14、模型马达侧速度指令S7以及模型马达侧位置指令S2。

第二惯性系统机械模型输入扭矩指令，并生成模型负载侧加速度指令S15、模型负载侧速度指令S16以及模型负载侧位置指令S17。

第六偏差运算部计算模型马达侧加速度指令S14与模型负载侧加速度指令S15的偏差，并将该偏差作为模型侧加速度偏差指令S18来输出。模型加速度指令产生部在模型侧加速度偏差指令S18上乘以第一增益K_AB，生成反馈加速度指令S10。由第六偏差运算部和模型加速度指令产生部构成第一状态反馈系统。

第七偏差运算部计算模型马达侧速度指令S7与模型负载侧速度指令S16的偏差，并将该偏差作为模型侧速度偏差指令S19来输出。模型速度指令产生部在模型侧速度偏差指令S19上乘以第二增益K_VB，生成反馈速度指令S5。由第七偏差运算部和模型速度指令产生部构成第二状态反馈系统。

第八偏差运算部计算模型负载侧位置指令S17与模型马达侧位置指令S2的偏差，并将该偏差作为模型侧位置偏差指令S20来输出。扭矩指令产生部在模型侧位置偏差指令S20上乘以第三增益K_B，生成扭矩指令S12。

在本发明中，设模型位置控制器的增益为K_P、模型速度控制器的增益为K_V、马达侧惯性为J_M、负载侧惯性为J_L，并且设由模型控制系统的状态方程式得到的特性方程式的极点为K时，根据按照特性方程式具有4重根的方式进行运算而得到的如下关系式，决定模型控制系统的参数，其中，关系式如下：

K＝-4K_P

K_V＝-K_B(J_M+J_L)/[1.5K_B/K+K_PJ_L]

K_AB＝K_VK_B/(-4K³J_L)-J_M

K_VB＝-4K(J_M+K_AB)/K_V-1

在具体的本发明的马达控制装置中，在采用第一和第二惯性系统的机械模型时，向构成生成模型转矩偏差指令S11的模型转矩指令部的第四偏差运算部8状态反馈模型侧加速度偏差指令S18，该模型侧加速度偏差指令S18是模型负载侧加速度S15与模型马达侧加速度指令S14的偏差。此外，向构成模型速度指令部的第二偏差运算部5状态反馈模型侧速度偏差指令S19，该模型侧速度偏差指令S19由模型马达侧速度指令S7与模型负载侧速度指令S16的偏差构成。而且，应用现代控制理论，根据按照模型控制系统的特性方程式的根具有4重根的方式进行运算所得的关系式，决定模型控制系统的各参数。由此，能够利用模型控制系统的位置控制器的增益K_P这一个参数决定模型侧的全部参数，能够简单地调整模型控制系统的参数。而且，从模型速度控制器输出的转矩指令收敛于马达能够输出的转矩范围内。而且，对于参数的设定，利用上述关系式时，因为通过模型位置控制器的增益K_P决定极点，所以在将反馈系统的位置控制器的增益取得较高时，与以往相比，能够以非常高的速度实现不产生机械振动的定位。

尤其，将K_P设为与反馈控制系统的位置检测器的增益相同的值、将马达侧惯性J_M、负载侧惯性J_L、表示扭转刚性的增益K_B设成与实际的机械系统的各个值相同，并根据上述关系式来决定第一增益K_AB、第二增益K_VB、以及模型速度控制器的增益K_V时，能够获得最有效的控制效果。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的一例的结构的框图。

图2(A)至(C)是在图1的实施方式中进行了定位时的位置指令、来自模型速度控制器的模型转矩指令以及模型侧位置偏差指令的仿真结果。

图3是表示利用了专利文献1所示的现有模型追随控制的马达控制装置的结构的图。

图4是用于说明能够近似地看做通过低的扭转刚性耦合了马达侧惯性和负载侧惯性的机械系统的图。

图5是通过预滤器抑制2惯性系统振动的现有装置的框图。

图6(A)至(C)是在专利文献2的装置中进行定位时的位置指令、来自模型速度控制器的模型转矩指令以及模型侧位置偏差指令的仿真结果。

符号说明：1-模型控制系统；2-反馈控制系统；3-第一偏差运算部；4-模型位置控制器；5-第二偏差运算部；6-第三偏差运算部；7-模型速度控制器；8-第四偏差运算部；9-第五偏差运算部；10-马达侧模型；11、12-积分器；13-负载侧模型；14、15-积分器；16-第六偏差运算部；17-模型加速度指令产生部；18-第七偏差运算部；19-模型速度指令产生部；20-第八偏差运算部；21-扭矩指令产生部；22-第九偏差运算部；23-位置控制器；24-第十偏差运算部；25-微分器；26-速度控制器；27-加法运算部；28-转矩控制器；M-马达；PS-位置传感器。

具体实施方式

参照附图，详细地说明本发明的马达控制装置的实施方式的一例。在图1所示的本实施方式中，在采用模型控制系统1和反馈控制系统2的马达控制装置中，利用第一以及第二惯性系统的机械模型，对马达侧模型加速度指令S14与机械侧模型加速度指令S15的偏差即模型侧加速度偏差指令S18、模型马达侧速度信号S7与模型负载侧速度指令S16的偏差即模型侧速度偏差指令S19进行状态反馈。并且，应用现代控制理论，按照控制系统稳定且不产生振动的方式决定模型控制系统的参数。

具体而言，在马达控制装置中，模型控制系统1具备：第一偏差运算部3、模型位置控制器4、构成模型速度指令部的第二偏差运算部5、第三偏差运算部6、模型速度控制器7、构成模型转矩指令部的第四偏差运算部8、第五偏差运算部9、马达侧模型10、由积分器11和12构成的第一惯性系统机械模型、由负载侧模型13和积分器14以及15构成的第二惯性系统机械模型、第六偏差运算部16、模型加速度指令产生部17、第七偏差运算部18、模型速度指令产生部19、第八偏差运算部20和扭矩(torsional torque)指令产生部21。反馈控制系统2具备：第九偏差运算部22、位置控制器23、第十偏差运算部24、微分器25、速度控制器26、加法运算部27和转矩控制器28。在图1中，符号M表示马达，符号L表示作为负载的机械，符号PS表示由检测马达M的转子的旋转位置的编码器等构成的旋转位置传感器。

第一偏差运算部3计算从上位控制器输出的位置指令S1与从积分器12输出的模型马达侧位置指令S2的偏差，并将该偏差作为模型位置偏差指令S3输出给模型位置控制器4。模型位置控制器4输入模型位置偏差指令S3，并输出模型速度指令S4。第二偏差运算部5计算模型速度指令S4与从第二状态反馈系统F2反馈的反馈速度指令S5的偏差，并将该偏差作为第一模型速度偏差指令S6输出给第三偏差运算部6。在本实施方式中，第二偏差运算部5构成模型速度指令部。第三偏差运算部6计算第一模型速度偏差指令S6与从积分器11输出的模型马达侧速度指令S7的偏差，并将该偏差作为第二模型速度偏差指令S8输出给模型速度控制器7。模型速度控制器7输入第二模型速度偏差指令S8，并输出模型转矩指令S9。

第四偏差运算部8计算模型转矩指令S9与反馈加速度指令S10的偏差，并将该偏差作为第一模型转矩偏差指令S11来输出。在本实施方式中，第四偏差运算部8构成模型转矩指令部。第五偏差运算部9计算第一模型转矩偏差指令S11与从扭矩指令产生部21输出的表示扭矩的扭矩指令S12的偏差，并将该偏差作为第二模型转矩偏差指令S13来输出。将第二模型转矩偏差指令S13提供给马达侧模型10和加法运算部27。

第一惯性系统机械模型由马达侧模型10、积分器11和12构成。马达侧模型10将第二模型转矩偏差指令S13与考虑了马达侧惯性J_M的1/J_M的增益相乘，并将该乘法结果作为模型马达侧加速度指令S14来输出。积分器11对模型马达侧加速度指令S14进行积分，并将该积分结果作为模型马达侧速度指令S7输出给积分器12、第三偏差运算部6以及第十偏差运算部24。积分器12对模型马达侧速度指令S7进行积分，输出模型马达侧位置指令S2。将模型马达侧速度指令S7提供给第一偏差运算部3和第九偏差运算部22。

第二惯性系统机械模型由负载侧模型13、积分器14以及15构成。负载侧模型13输入后述的扭矩指令S12，将扭矩指令S12与考虑了负载侧惯性J_L的1/J_L相乘，从而生成模型负载侧加速度指令S15。积分器14对模型负载侧加速度指令S15进行积分，输出模型负载侧速度指令S16，积分器15对模型负载侧速度指令S16进行积分，生成模型负载侧位置指令S17。

第六偏差运算部16计算模型马达侧加速度指令S14与模型负载侧加速度指令S15的偏差，并将该偏差作为模型侧加速度偏差指令S18来输出。模型加速度指令产生部17将第一增益K_AB与模型侧加速度偏差指令S18相乘，从而生成反馈加速度指令S10。在本实施方式中，由第六偏差运算部16和模型加速度指令产生部17构成第一状态反馈系统F1。

第七偏差运算部18计算模型马达侧速度指令S7与模型负载侧速度指令S16的偏差，并将该偏差作为模型侧速度偏差指令S19来输出。模型速度指令产生部19将第二增益K_VB与模型侧速度偏差指令S19相乘，从而生成反馈速度指令S5。在本实施方式中，由第七偏差运算部18和模型速度指令产生部19构成第二状态反馈系统F2。

第八偏差运算部20计算模型负载侧位置指令S17与模型马达侧位置指令S2的偏差，并将该偏差作为模型侧位置偏差指令S20来输出。扭矩指令产生部21将表示扭转刚性的第三增益K_B与模型侧位置偏差指令S20相乘，从而生成扭矩指令S12。

在本实施方式中，第九偏差运算部22获取模型马达侧位置指令S2与由编码器构成的位置传感器PS检测出的马达位置的偏差，并将该偏差提供给位置控制器23。位置控制器23计算速度指令S22。此外，第十偏差运算部24获取利用微分器25对由位置检测器PS检测出的马达位置进行微分得到的速度S23与将模型马达侧速度指令S7和来自位置控制器23的速度指令S22相加得到的指令之间的偏差，并将该偏差S24提供给速度控制器26。速度控制器26计算转矩指令S25。加法运算部27将来自速度控制器26的转矩指令S25与成为马达侧模型转矩指令的第二模型转矩偏差指令S13相加，并将该加法结果提供给转矩控制器28，从而基于来自转矩控制器28的输出S27驱动马达M。

在本实施方式中，将模型位置控制器的增益设为K_P、将模型速度控制器的增益设为K_V、将马达侧惯性设为J_M、将负载侧惯性设为J_L时，模型控制系统的状态方程式成为下述数学式1。

【数学式1】

$\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{x}}_1\\ {\stackrel{\·\·}{x}}_1\\ {\stackrel{\·}{x}}_2\\ {\stackrel{\·\·}{x}}_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}0& 1& 0& 0\\ -\frac{K_P{K}_V+K_B(1-K_{\mathrm{AB}}/J_L)}{J_M+K_{\mathrm{AB}}}& -\frac{K_V+K_{\mathrm{VB}}{K}_V}{J_M+K_{\mathrm{AB}}}& \frac{K_B(1-K_{\mathrm{AB}}/J_L)}{J_M+K_{\mathrm{AB}}}& \frac{K_{\mathrm{VB}}{K}_V}{J_M+K_{\mathrm{AB}}}\\ 0& 0& 0& 1\\ \frac{K_B}{J_L}& 0& -\frac{K_B}{J_L}& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ {\stackrel{\·}{x}}_1\\ x_2\\ {\stackrel{\·}{x}}_2\end{array}\right]$

$+\left[\begin{array}{c}0\\ \frac{K_P{K}_V}{J_M+K_{\mathrm{AB}}}\\ 0\\ 0\end{array}\right]P*$ $y=\left[\begin{array}{cccc}0& 0& 1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ {\stackrel{\·}{x}}_1\\ x_2\\ {\stackrel{\·}{x}}_2\end{array}\right]$

而且，将由模型控制系统的状态方程式得到的特性方程式的极点设为K时，基于按照特性方程式具有4重根的方式进行运算所得的如下关系式，决定模型控制系统1的参数。

【关系式】

K＝-4K_P

K_V＝-K_B(J_M+J_L)/[1.5K_B/K+K_PJ_L]

K_AB＝K_VK_B/(-4K³J_L)-J_M

K_VB＝-4K(J_M+K_AB)/K_V-1

这样决定参数时，能够利用模型控制系统1的模型位置控制器4的增益K_P这一个参数，决定模型控制系统1侧的全部参数，能够简单地调整模型控制系统的参数。而且，从模型速度控制器7输出的模型转矩指令可收敛于马达M能够输出的转矩范围内。而且，在设定参数时，若利用上述关系式，则由于通过模型位置控制器4的增益K_P来决定极点，所以在将反馈系统的位置控制器23的增益取地较高时，与以往相比，能够以非常高的速度实现不产生机械振动的定位。

尤其，将模型位置控制器4的增益K_P设为与反馈控制系统2的位置控制器23的增益相同的值、将马达侧惯性J_M、负载侧惯性J_L、表示扭转刚性的增益K_B设为与实际的机械系统L的各个值相同，并基于上述关系式决定第一增益K_AB、第二增益K_VB、以及模型速度控制器的增益K_V时，能够获得最有效的控制效果。

具体的参数设定如下。在不激发机械系统的高频谐振的范围内，将位置控制器23的增益、速度控制器24的增益调整为尽可能高的值。将模型控制系统1的模型位置控制器4的增益K_P设为与反馈系统相同的值。使模型控制系统的惯性J_M、负载侧惯性J_L、表示扭转刚性的增益K_B的参数与实际的机械系统一致。而且，以这些参数为基础，计算第一和第二状态反馈F1和F2的第一增益K_AB和第二增益K_VB。如此，与实际的机械系统相匹配地调整反馈系统的参数，并与实际的机械系统相匹配地决定模型控制系统的参数。对于模型控制系统1侧的参数而言，仅调整模型位置控制器4的增益K_P这一个，就可以决定模型内的全部参数，不用单独调整模型控制系统的参数即增益K_P、K_V、K_AB、K_VB。

图2(A)至(C)是利用如此计算出的参数进行定位时的位置指令(微分值)、来自模型速度控制器7的模型转矩指令S9以及模型侧位置偏差指令S20的仿真结果。对图2(B)所示的来自模型速度控制器7的模型转矩指令S9与图6(B)的专利文献2的以往装置的模型转矩指令进行比较可知，负载侧振动得到抑制，实现了高速的定位。

此外，在本实施方式中，向成为模型转矩指令计算部的第四偏差运算部8状态反馈使模型侧加速度偏差指令S18增益K_AB倍后的反馈加速度指令S10，模型侧加速度偏差指令S18是模型马达侧加速度指令S14与模型负载侧加速度指令S15之差的加速度。此外，向成为模型速度指令计算部的第二偏差运算部5状态反馈使模型侧速度偏差指令S19增益K_VB倍后的反馈速度指令S5，模型侧速度偏差指令S19是模型马达侧速度指令S7与模型负载侧速度指令S16之差的速度。其结果，从模型速度控制器7输出的转矩指令进入马达能够输出的转矩范围内。

(产业上的利用可能性)

在本发明中，在采用第一和第二惯性系统的机械模型时，向构成生成模型转矩偏差指令S11的模型转矩指令部的第四偏差运算部状态反馈模型负载侧加速度S15与模型马达侧加速度指令S14的偏差即模型侧加速度偏差指令S18。此外，向构成模型速度指令部的第二偏差运算部5状态反馈由模型马达侧速度指令S7与模型负载侧速度指令S16的偏差构成的模型侧速度偏差指令S19。而且，应用现代控制理论，根据按照模型控制系统的特性方程式的根具有4重根的方式运算所得的关系式，决定模型控制系统的各参数。由此，能够利用模型控制系统的位置控制器的增益K_P这一个参数决定模型侧的全部参数，具有能够简单地调整模型控制系统的参数的优点。而且，从模型速度控制器输出的转矩指令收敛于马达能够输出的转矩范围内。而且，在设定参数时，因为通过模型位置控制器的增益K_P决定极点，所以在将反馈系统的位置控制器的增益取得较高时，具有能够以非常高的速度实现不产生机械振动的定位的优点。

Claims (5)

1.一种马达控制装置，具备：模型控制系统，其模拟了实际的马达的控制系统；和反馈控制系统，其具备位置控制器、速度控制器和转矩控制器，且构成为追随所述模型控制系统，对所述实际的马达进行反馈控制，所述马达控制装置的特征在于，

所述模型控制系统具备：

第一偏差运算部，其计算位置指令(S1)与表示模型马达侧位置的模型马达侧位置指令(S2)的偏差，并将该偏差作为模型位置偏差指令(S3)来输出；

模型位置控制器，其输入所述模型位置偏差指令(S3)，并输出模型速度指令(S4)；

第二偏差运算部，其计算所述模型速度指令(S4)与反馈速度指令(S5)的偏差，并将该偏差作为第一模型速度偏差指令(S6)来输出；

第三偏差运算部，其计算所述第一模型速度偏差指令(S6)与模型马达侧速度指令(S7)的偏差，并将该偏差作为第二模型速度偏差指令(S8)来输出；

模型速度控制器，其输入所述第二模型速度偏差指令(S8)，并输出模型转矩指令(S9)；

第四偏差运算部，其计算所述模型转矩指令(S9)与反馈加速度指令(S10)的偏差，并将该偏差作为第一模型转矩偏差指令(S11)来输出；

第五偏差运算部，其计算所述第一模型转矩偏差指令(S11)与表示扭矩的扭矩指令(S12)的偏差，并将该偏差作为第二模型转矩偏差指令(S13)来输出；

第一惯性系统机械模型，其输入所述第二模型转矩偏差指令(S13)，并生成模型马达侧加速度指令(S14)、所述模型马达侧速度指令(S7)以及所述模型马达侧位置指令(S2)；

第二惯性系统机械模型，其输入所述扭矩指令(S12)，并生成模型负载侧加速度指令(S15)、模型负载侧速度指令(S16)以及模型负载侧位置指令(S17)； 

第六偏差运算部，其计算所述模型马达侧加速度指令(S14)与所述模型负载侧加速度指令(S15)的偏差，并将该偏差作为模型侧加速度偏差指令(S18)来输出；

模型加速度指令产生部，其在所述模型侧加速度偏差指令(S18)上乘以第一增益K_AB，生成所述反馈加速度指令(S10)；

第七偏差运算部，其计算所述模型马达侧速度指令(S7)与所述模型负载侧速度指令(S16)的偏差，并将该偏差作为模型侧速度偏差指令(S19)来输出；

模型速度指令产生部，其在所述模型侧速度偏差指令(S19)上乘以第二增益K_VB，生成所述反馈速度指令(S5)；

第八偏差运算部，其计算所述模型负载侧位置指令(S17)与所述模型马达侧位置指令(S2)的偏差，并将该偏差作为模型侧位置偏差指令(S20)来输出；和

扭矩指令产生部，其在所述模型侧位置偏差指令(S20)上乘以第三增益K_B，生成所述扭矩指令(S12)；

设所述模型位置控制器的增益为K_P、所述模型速度控制器的增益为K_V、马达侧惯性为J_M、负载侧惯性为J_L，并且设从所述模型控制系统的状态方程式得到的特性方程式的极点为K时，根据按照所述特性方程式具有4重根的方式进行运算而得到的如下关系式，决定所述模型控制系统的参数，其中，关系式如下：

K＝-4K_P

K_V＝-K_B(J_M+J_L)/[1.5K_B/K+K_PJ_L]

K_AB＝K_VK_B/(-4K³J_L)-J_M

K_VB＝-4K(J_M+K_AB)/K_V-1。

2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

将K_P设为与所述反馈控制系统的所述位置控制器的增益相同的值、将所述马达侧惯性J_M、所述负载侧惯性J_L、表示扭转刚性的所述增益K_B设成与实际的机械系统的各个值相同，决定所述第一增益K_AB、所述第二增益K_VB、以及所述模型速度控制器的增益K_V。 

3.一种马达控制装置，具备：模型控制系统，其包括模拟了实际的马达的控制系统的模型位置控制器、模型速度指令部、模型速度控制器和模型转矩指令部；和反馈控制系统，其具备位置控制器、速度控制器和转矩控制器，构成为追随所述模型控制系统，且对所述实际的马达进行反馈控制，所述马达控制装置的特征在于，

所述模型控制系统具备：

针对所述马达的第一惯性系统机械模型，其生成模型马达侧加速度指令(S14)以及模型马达侧速度指令(S7)；

针对负载的第二惯性系统机械模型，其生成模型负载侧加速度指令(S15)以及模型负载侧速度指令(S16)；

针对所述马达和所述负载之间的扭矩的扭矩模型；

第一状态反馈系统，其向生成模型转矩偏差指令(S11)的所述模型转矩指令部反馈使模型侧加速度偏差指令(S18)增益K_AB倍而得到的反馈加速度指令(S10)，所述模型侧加速度偏差指令(S18)是所述模型负载侧加速度指令(S15)与所述模型马达侧加速度指令(S14)的偏差；和

第二状态反馈系统，其向所述模型速度指令部状态反馈使模型侧速度偏差指令(S19)增益K_VB倍而得到的反馈速度指令(S5)，所述模型侧速度偏差指令(S19)由所述模型负载侧速度指令(S16)与所述模型马达侧速度指令(S7)的偏差构成；

根据按照从所述模型控制系统的状态方程式得到的特性方程式具有4重根的方式进行运算而得到的参数关系式，决定所述模型控制系统的参数。

4.根据权利要求3所述的马达控制装置，其特征在于，

设所述模型位置控制器的增益为K_P、所述模型速度控制器的增益为K_V、马达侧惯性为J_M、负载侧惯性为J_L，并且设与扭转刚性相关的增益为K_B、与所述模型马达的加速度信息相关的增益为K_AB、与所述模型马达的速度信息相关的增益为K_VB、从所述模型控制系统的状态方程式得到的特性方程式的极点为K时，根据按照所述特性方程式具有4重根的方式进行运算而得到的如下关系式，决定所述模型控制系统的参数，其中，关系式如下： 

K＝-4K_P

K_V＝-K_B(J_M+J_L)/[1.5K_B/K+K_PJ_L]

K_AB＝K_VK_B/(-4K³J_L)-J_M

K_VB＝-4K(J_M+K_AB)/K_V-1。

5.根据权利要求4所述的马达控制装置，其特征在于，

将K_P设为与所述反馈控制系统的所述位置检测器的增益相同的值、将所述马达侧惯性J_M、所述负载侧惯性J_L、表示扭转刚性的所述增益K_B设成与实际的机械系统的各个值相同，决定所述增益K_AB、所述增益K_VB、以及所述模型速度控制器的增益K_V。 

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