CN103167737B - 电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供高速可靠地定位控制对象的电动机控制装置。位置控制器(410)根据模型控制系统(300)输出的生产机械的控制对象的模型位置和生产机械的控制对象的位置的偏差来运算速度指令。速度控制器(420)根据将模型控制系统(300)输出的模型位置微分后的速度指令、位置控制器(410)运算的速度指令和将驱动控制对象的电动机(120)的位置微分后的速度指令的偏差来输出转矩指令。转矩控制器(455)将模型控制系统(300)输出的用于驱动生产机械的控制对象的模型转矩指令和速度控制器(420)输出的转矩指令加算来控制电动机(120)转矩。速度控制器(420)在电动机(120)驱动控制对象时，仅用比例控制器(422)输出转矩指令，在电动机(120)不驱动控制对象时，用积分控制器(424)和比例控制器(422)输出转矩指令。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及可将控制对象高速且可靠地定位的电动机控制装置。

背景技术

在印刷基板钻孔机等生产机械中，期望尽可能缩短印刷基板的钻孔加工时间而提高生产效率。印刷基板钻孔机的生产效率依赖于印刷基板的定位速度。因而，为了使印刷基板钻孔机的生产效率提高，必须使印刷基板高速且可靠地定位。

通常，只要生产机械为理想的刚体且没有摩擦，理论上就可以实现运用了控制理论的高速且可靠的定位。但是，实际的生产机械与理想的刚体不同，局部存在刚性低的部分，且控制对象存在摩擦。印刷基板钻孔机也不是理想的刚体、也存在摩擦，因此，当以高速进行印刷基板的钻孔作业时，印刷基板钻孔机自身产生振动且存在摩擦，导致定位的稳定时间比理论值长。

作为抑制生产机械的振动并且实现比较高速且可靠的定位的控制方法，存在在位置指令的输入部加入陷波滤波器的控制方法。该控制方法通过预先在陷波滤波器中设定生产机械的振动频率而消除生产机械的振动，但因陷波滤波器的迟延使定位稳定时间变长。

另外，作为其他控制方法，如在下述的专利文献1中公开的，存在对于生产机械的模型应用模型控制系统的控制方法。该控制方法通过对生产机械的模型实施模型追踪控制而消除生产机械的振动，实现比较高速且没有过冲（オ一バ一シユ一ト）的可靠的定位。

在对于生产机械的模型应用模型控制系统的控制方法中，具体地说，如下述，建立对生产机械的模型的状态方程式，以使状态方程式的特性方程式具有5重根的方式设定各参数。

式1

dX/dt＝AX+B U

y＝CX

$A=$

$\left[\begin{array}{ccccc}0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& \frac{1}{J_3}\\ 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& \frac{-K_{B3}}{{\mathrm{JB}}_3}& 0& \frac{-1}{{\mathrm{JB}}_3}\\ \frac{-K_P\×K_V}{T_3}& \frac{-K_V}{T_3}& \frac{(-K_P\×K_V-K_{\mathrm{PB}3})}{T_3}& \frac{(-K_V-K_{\mathrm{VB}})}{T_3}& \frac{-1}{T_3}\end{array}\right]$

式2

$B=$

$\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ 0\\ \frac{K_P\×K_V}{T_3}\end{array}\right]$

C＝

[1 0 1 0 0]

式3

其中，

$T_2=\frac{T}{1+K_{\mathrm{LP}}},$ J₂＝J(1+K_LP)、 $J_{B_2}=J_B(1+K_{\mathrm{LP}}),$ $K_{B_2}=K_B(1+K_{\mathrm{LP}})$

$T_3=\frac{J_{B_2}}{J_{B_2}-K_{\mathrm{AB}}}{T}_2,$ $J_3=\frac{J_{B_2}-K_{\mathrm{AB}}}{J_{B_2}}{J}_2,$ $J_{B_3}=J_{B_2}-K_{\mathrm{AB}},$ $K_{B_3}=\frac{J_{B_2}-K_{\mathrm{AB}}}{J_{B_2}}{K}_{B_2}$

$K_{P{B}_3}=K_{\mathrm{PB}}-\frac{K_{\mathrm{AB}}{K}_{B_2}}{J_{B_2}}$

其中，在上述数学式中，K_P表示位置环路增益、K_V表示速度环路增益、K_PB表示机台位置反馈增益、K_AB表示机台加速度反馈增益、K_VB表示机台速度反馈增益。另外，在上述数学式中，J表示生产机械的模型中的电动机惯量J_M及负荷惯量J_L之和。另外，T表示模型转矩指令低通滤波器的时间常数。

而且，以位置控制系统及速度控制系统稳定的方式设定为K_V＝4J₂×K_P，使用4作为J₂×K_P的系数。基于该K_V的值设定构成生产机械的模型控制系统的各要素的控制参数时，可以实现比较高速且无过冲的可靠的定位。

专利文献1：日本专利第4540727号说明书

但是，在前述的加入陷波滤波器的控制方法中，由于使用陷波滤波器而产生的控制迟延而不能将定位的稳定时间缩短到满足所要求的程度。

另外，在应用模型控制系统的控制方法中，虽然可以进行没有过冲且不使振动产生的定位，但是不能将定位的稳定时间缩短到满足更加缩短化的要求的程度。

发明内容

本发明是为了响应要进一步缩短定位的稳定时间这样的要求而设立的，目的在于提供一种可将控制对象高速且可靠地定位的电动机控制装置。

用于达成上述目的的本发明的电动机控制装置，具有将生产机械的动作模型化的模型控制系统和实际控制生产机械的动作的反馈控制系统。反馈控制系统具有位置控制器、速度控制器、转矩控制器。

位置控制器根据从模型控制系统输出的生产机械的控制对象的模型位置和生产机械的控制对象的位置的偏差来运算速度指令。速度控制器根据将从模型控制系统输出的模型位置进行微分后的速度指令、位置控制器运算的速度指令和将驱动控制对象的电动机的位置进行微分后的速度指令的偏差，来输出转矩指令。转矩控制器将从模型控制系统输出的用于驱动生产机械的控制对象的模型转矩指令和从速度控制器输出的转矩指令加算来控制电动机的转矩。

速度控制器具有积分控制器和比例控制器。速度控制器在电动机驱动控制对象时，仅由比例控制器输出转矩指令，在电动机不驱动控制对象时，由积分控制器和比例控制器输出转矩指令。

发明效果

根据本发明的电动机控制装置，能够将控制对象不使其振动地进行高速且可靠地定位。

附图说明

图1是作为本实施方式的电动机控制装置的适用对象的生产机械的概略构成图；

图2是本实施方式的电动机控制装置的控制系统的方块图。

符号说明

100生产机械

110机台

120电动机

120S传感器

130滚珠丝杠

140工作台

140S传感器

150A、150B调平螺钉（レベリングボルト）

160底座

180可动部

200电动机控制装置的控制系统

300模型控制系统

310模型位置控制器

320模型速度控制器

330模型转矩指令低通滤波器

340可动部模型

350机台模型

360第一反馈部

370第二反馈部

380微分器

SP315－SP355运算器

400反馈控制系统

410位置控制器

420速度控制器

422比例控制器

424积分控制器

430转矩指令低通滤波器

445转矩指令陷波滤波器

455转矩控制器

SP415－SP445运算器

具体实施方式

下面，对本实施方式的电动机控制装置进行说明。图1是作为本实施方式的电动机控制装置的适用对象的生产机械的概略构成图。

（生产机械的构成）

生产机械100具备：机台110、电动机120、滚珠丝杠130、工作台140、调平螺钉150A、150B。

机台110用调平螺钉150A、150B固定在混凝土等坚固的底座160上。在机台110上设有驱动工作台140的电动机120和使工作台140进行移动的滚珠丝杠130。

电动机120、滚珠丝杠130、工作台140构成可动部180。电动机120通过固定件（固定具）125固定在机台110上。滚珠丝杠130通过旋转自由地支承两端的支承件135A、135B固定在机台110上。电动机120的旋转轴和滚珠丝杠130经由接头170进行连接。滚珠丝杠130和电动机120的旋转轴向相同的旋转方向旋转，并以相同的旋转速度进行旋转。从工作台140的一部分突出的螺合部145与滚珠丝杠130螺合。当滚珠丝杠130左右旋转时，工作台140在图示左右方向进行往复移动。

在以高速进行加工时，需要缩短工作台140定位的稳定时间。但是，若使工作台140以高速移动并以高速进行定位，则在定位时会由于工作台140的惯性而对机台110施加惯性力，而且因调平螺钉150A、150B的刚性不足的影响，机台110如图示那样产生振动。另外，由于在工作台140的螺合部145的内周和滚珠丝杠130的外周之间有摩擦，因此定位的稳定时间根据摩擦的大小而增长。

本实施方式的电动机控制装置抑制机台110的振动，同时将作为控制对象的工作台140高速且可靠地进行定位。接着，对本实施方式的电动机控制装置的控制系统的构成和动作进行说明。

（电动机控制装置的控制系统的构成）

本实施方式的电动机控制装置的控制系统在以图1的机台110振动的情况为前提的生产机械中以如下方式构成：能够通过对工作台140的定位控制容许一定的过冲，而不会因为过冲产生振动，进一步考虑工作台140和滚珠丝杠130的摩擦，来进行高速且可靠的定位。

图2是本实施方式的电动机控制装置的控制系统的方块图。

电动机控制装置的控制系统200具有模型控制系统300和反馈控制系统400。模型控制系统300设定了用于实现工作台140的理想的（高速且可靠的）的定位的控制参数。反馈控制系统400使用模型控制系统300的指令实际地控制实机的工作台140的动作，从而可将工作台140高速且可靠地定位。

反馈控制系统400的控制参数与实机的生产机械相符地设定，模型控制系统300的控制参数符合于反馈控制系统400中设定的参数。

［电动机控制装置的控制系统的全体构成］

模型控制系统300具有模型位置控制器310、模型速度控制器320、模型转矩指令低通滤波器330、可动部模型340、机台模型350。另外，具有进行状态反馈的第一反馈部360及第二反馈部370、微分器380。还具有构成加合点（加え合わせ点）的运算部SP315、SP325、SP335、SP345、SP355。

反馈控制系统400具有电动机120、传感器120S、工作台140、传感器140S、位置控制器410、定时调节部（timing調整部）415、比例控制器422、积分控制器424、转矩指令低通滤波器430、转矩指令陷波滤波器445、转矩控制器455、微分器480。比例控制器422和积分控制器424构成速度控制器420。另外，具有构成加合点的运算部SP415、SP425、SP435、SP445。

［模型控制系统的各部的动作］

模型位置控制器310将位置控制器410模型化，且输出模型速度指令。模型位置控制器310的增益和位置控制器410是相同的。模型速度控制器320将速度控制器420模型化，且输出模型转矩指令。模型速度控制器320的增益和速度控制器420是相同的。在模型控制系统中，由于不必考虑干扰，因此模型位置控制器310和模型速度控制器320用比例控制器构成。

模型转矩指令低通滤波器330将转矩指令低通滤波器430用一次低通滤波器模型化，因此输出施行了低通滤波处理的模型转矩指令。模型转矩指令低通滤波器330的滤波器的值和转矩指令低通滤波器430相同。

可动部模型340将包括电动机120的可动部180的动作模型化，且输出模型可动部位置。模型可动部位置是工作台140的位置。在电动机120和工作台140之间存在滚珠丝杠130，但在可动部模型340中，这些部件的刚性都被认为是非常高的。机台模型350将机台110的动作模型化，且输出模型机台位置。模型机台位置是进行振动的机台110的位置。将模型可动部位置和模型机台位置相加而求出的模型位置，是工作台140和机台110的相对位置。可动部模型340和机台模型350的参数与实机的可动部180和机台110的参数相同。

第一反馈部360输出包括模型机台位置、模型机台速度、模型机台加速度的第一反馈。第二反馈部370对经低通滤波处理后的模型转矩指令乘以增益而输出第二反馈。将第一反馈和第二反馈相加而得到状态反馈量。微分器380将作为主反馈量的模型位置进行微分并输出速度指令。

运算部SP315、SP325、SP335、SP345、SP355将在各自的加算点汇合的指令进行加法或减法计算。另外，状态反馈量的增益基于实机的可动部180和机台110的参数进行设定。模型控制系统300的位置增益和速度增益的参数也可以设定为比反馈控制系统400的值略大，只要在位置增益和速度增益之间保持一定的关系即可。

这样，在模型控制系统300中，将模型转矩指令低通滤波器330输出的模型转矩指令、机台模型350输出的模型机台位置、模型机台速度、模型机台加速度作为状态反馈量进行状态反馈。通过进行状态反馈，抑制机台110的振动，同时将工作台高速地进行定位。

［反馈控制系统的各部的动作］

传感器140S检测工作台140的位置。电动机120如图1所示驱动工作台140。传感器120S检测电动机120的旋转位置。

位置控制器410输入从模型控制系统300输出的模型位置和用传感器140S检测的工作台140的位置的差分并输出速度指令。

定时调节部415通过使开关426接通、断开来调节时机，在电动机120停止的时机，将积分控制器424与比例控制器422连接。借助于定时调节部415进行的积分控制器424的加入及拆除的切换定时，会基于用传感器140S检测的工作台140的位置等的位置偏差进行微调。切换定时成为对于工作台140的定位容许一些过冲，但可以进行高速定位且使振动迅速地结束的定时。该定时通过反复试误而设定为最佳的定时。

比例控制器422对速度指令乘以一定的增益而输出转矩指令。积分控制器424输出积分后的速度指令。速度控制器420在电动机120进行旋转时，输出仅由比例控制器422产生的转矩指令（比例控制），当电动机120停止时，输出由积分控制器424和比例控制器422产生的转矩指令（比例积分控制）。速度控制器420的增益在不会引起高频共振的范围内设定为尽可能大的值。

转矩指令低通滤波器430消除传感器110S、120S检测的位置中所包含的量子化波动（量子化ripple）（使用编码器作为传感器120S、140S时产生）及高频成分。转矩指令低通滤波器430以能够消除尽可能高的频率的杂波的方式设定滤波器。转矩指令陷波滤波器445输出消除了滚珠丝杠130等的共振频率成分的转矩指令来抑制滚珠丝杠130等的共振。转矩指令陷波滤波器445按滚珠丝杠130等的共振频率设计滤波器。转矩控制器455基于由转矩指令低通滤波器430、转矩指令陷波滤波器445除掉了杂波的转矩指令来控制电动机120的转矩。另外，转矩指令低通滤波器430和转矩指令陷波滤波器445的排列也可以和图2不同，而是转矩指令陷波滤波器445、转矩指令低通滤波器430的顺序。

微分器480将由传感器120检测的电动机120的旋转位置进行微分而输出速度。运算部SP415、SP425、SP435、SP445将在各自的加算点汇合的指令进行加法或减法计算。

另外，对于反馈控制系统400的位置环路增益，在容许一定的过冲的基础上，将位置增益设定为速度增益的1／3，以使其高速并且不会进行振动。

（电动机控制装置的控制系统的动作）

本实施方式的电动机控制装置的控制系统如上述而构成。接着，对本实施方式的电动机控制装置的控制系统的全部动作，以图1所示的生产机械100为例进行说明。

模型控制系统300的运算部SP315运算位置指令和生产机械100的模型位置（工作台140的位置）的位置偏差。模型位置控制器310将其位置偏差加倍成Kp倍而输出模型速度指令。运算部SP325运算模型速度指令和微分器380将模型位置进行微分而运算出的速度的速度偏差。模型速度控制部320将其速度偏差加倍成KVP倍而输出模型转矩指令。运算部SP335将模型转矩指令和状态反馈量进行减法计算。

输入运算部SP335的状态反馈如下进行运算。第一反馈部360将机台模型350输出的模型机台位置乘以K_PB＋K_VBS＋K_ABS²后的结果作为第一反馈而输出。第二反馈部370将模型转矩指令低通滤波器330输出的经低通滤波处理后的模型转矩指令加倍成K_LP倍而作为第二反馈输出。运算部SP355将第一反馈和第二反馈进行加法计算。运算部SP355加法计算出的状态反馈量作为状态反馈。

运算部SP335输出的转矩偏差通过模型转矩指令低通滤波器330消除高频成分的杂波而成为模型转矩指令。可动部模型340根据进行了低通滤波处理后的模型转矩指令输出表示工作台140的位置的模型可动部位置。同时，机台模型350根据进行了低通滤波处理后的模型转矩指令输出表示机台110的位置的模型机台位置。运算部SP345将模型可动部位置和模型机台位置进行加法计算而输出模型位置。

另一方面，反馈控制系统400的运算部SP415运算用模型控制系统300得到的模型位置和用传感器110S检测的机台110的现在的位置的位置偏差。位置控制器410根据该位置偏差输出速度指令。运算部SP425将模型控制系统300的微分器380对模型位置进行微分而运算出的速度指令、位置控制器410输出的速度指令，和微分器480对由传感器120检测的电动机120的旋转位置进行微分而运算出的速度进行加、减法计算，从而运算这些的速度偏差。速度控制器420根据速度偏差输出转矩指令。

在速度控制器420中，在电动机120进行旋转时，由定时调节部415将开关426置于断开。因此，运算部435在电动机120进行旋转时，将位置控制器410输出的速度指令直接供给到比例控制器422。比例控制器422基于速度指令输出转矩指令。而在电动机120停止时，在由定时控制部415设定的时机开关426被置于接通。因此，运算部435将位置控制器410输出的速度指令和积分控制器424进行了积分运算的速度指令进行加法计算。比例控制器422基于加法计算出的速度指令输出转矩指令。

运算部SP445将模型控制系统300的运算部SP335输出的转矩指令和比例控制器422输出的转矩指令进行加法计算。加法计算出的转矩指令用转矩指令低通滤波器430消除量子化波动及高频成分，再用转矩指令陷波滤波器445消除共振频率成分。转矩控制器455基于消除了杂波的转矩指令，控制电动机120的转矩。

本实施方式的电动机控制装置的控制系统的动作如上所述。在本实施方式中，为了实现工作台140的高速的定位，采用独自的值作为控制参数。本实施方式的模型控制系统300的状态方程式如下。

式4

dX/dt＝AX+BU

y＝CX

$A=$

$\left[\begin{array}{ccccc}0& 1& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& \frac{1}{J_3}\\ 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& \frac{-K_{B3}}{{\mathrm{JB}}_3}& 0& \frac{-1}{{\mathrm{JB}}_3}\\ \frac{-K_P\×K_V}{T_3}& \frac{-K_V}{T_3}& \frac{(-K_P\×K_V-K_{\mathrm{PB}3})}{T_3}& \frac{(-K_V-K_{\mathrm{VB}})}{T_3}& \frac{-1}{T_3}\end{array}\right]$

式5

$B=$

$\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ 0\\ \frac{K_P\×K_V}{T_3}\end{array}\right]$

C＝

[1 0 1 0 0]

式6

其中

$T_2=\frac{T}{1+K_{\mathrm{LP}}},$ J₂＝J(1+K_LP)、 $J_{B_2}=J_B(1+K_{\mathrm{LP}}),$ $K_{B_2}=K_B(1+K_{\mathrm{LP}})$

$T_3=\frac{J_{B_2}}{J_{B_2}-K_{\mathrm{AB}}}{T}_2,$ $J_3=\frac{J_{B_2}-K_{\mathrm{AB}}}{J_{B_2}}{J}_2,$ $J_{B_3}=J_{B_2}-K_{\mathrm{AB}},$ $K_{B_3}=\frac{J_{B_2}-K_{\mathrm{AB}}}{J_{B_2}}{K}_{B_2}$

$K_{P{B}_3}=K_{\mathrm{PB}}-\frac{K_{\mathrm{AB}}{K}_{B_2}}{J_{B_2}}$

以上述的状态方程式的特性方程式具有5重根的方式设定各参数。在本实施方式中，为了使位置控制系统及速度控制系统产生一些过冲，且使工作台140的定位高速化，设定K_V＝3J₂·K_P，使用3作为J₂×K_P的系数。当K_V＝3J₂·K_P时，成为

式7

K＝-5K_P

$T_2=\frac{4K_B}{5^5{K_P}^3{J}_B}$

$K_{\mathrm{LP}}=\frac{T}{T_2}-1$

$K_{\mathrm{AB}}=J_{B_2}-5^2{K}_P{J}_{B_2}\·T_2$

$K_{\mathrm{VB}}=-\frac{10K^2{T}_3\·J_3\·J_{B_3}-K_{B_3}\·J_3\·T_3-K_V{J}_{B_3}+K_V{J}_3}{J_3}$

$K_{P{B}_3}=-\frac{-10K^3{T}_3\·J_3\·J_{B_3}+K_P{K}_V{J}_3-K_{B_3}{J}_3-K_P{K}_V{J}_{B_3}}{J_3}$

$K_{\mathrm{PB}}=K_{P{B}_3}+\frac{K_{\mathrm{AB}}{K}_{B_2}}{J_{B_2}}$

。将以上的各数值作为控制参数对构成模型控制系统300的各要素进行设定。通过这些控制参数的设定，能够在对于工作台140的定位容许一些过冲，但不会因为过冲产生振动的情况下进行高速的定位。此外，即使在工作台140和滚珠丝杠130之间有摩擦，也可以高精度地可靠地实现工作台140的定位。

在状态方程式中，设定K_V＝3J₂·K_P，且使用3作为J₂·K_P的系数的理由如下。

通常，在生产机械的控制中，没有过冲地迅速进行控制对象的定位是常事。因而，在现有生产机械的控制中，要缩短定位的稳定时间是非常困难的。

然而，最近，强烈要求进一步提高生产效率。尤其是印刷基板钻孔机，为了进一步缩短钻孔加工时间，提出了即使容许定位控制的过冲也要缩短定位的稳定时间的要求。

在现有生产机械的控制中，由于过冲不作为前提，因此在模型控制系统的状态方程式中，设定K_V＝4J₂·K_P，使用4作为J₂·K_P的系数。如本实施方式那样，在状态方程式中设定K_V＝3J₂·K_P且使用4以外的系数作为J₂·K_P的系数的情况几乎没有。

在本实施方式中，由于是以过冲为前提，所以作为J₂·K_P的系数，不使用4而使用3。另外，在本实施方式中，作为J₂·K_P的系数使用了3，但也可以根据可容许的过冲量而使用小于4的系数。例如，能够使用在2.5～3.5之间的恰当的值。在设定为小的值的系数时过冲量增加，在设定为大的值的系数时过冲量减少。

另外，在本实施方式中，为了使过冲迅速地结束以及为了消除摩擦的影响，如图2所示，在速度控制器420的构成上做出了改进。

速度控制器420用比例积分控制器构成，但积分控制器424可与电动机120的动作一致地加入或拆除。之所以与电动机120的动作一致地加入或拆除积分控制器424，理由如下。

在驱动生产机械的控制对象时，势必产生摩擦。因此，现有反馈系统的速度控制器使用比例积分控制器。然而，在用比例积分控制器构成反馈系统的速度控制器时，速度积分器中会残留在电动机120的旋转中对摩擦进行补偿的一定的值，因此会延长定位的稳定时间。另外，在用比例积分控制器构成反馈系统的速度控制器时，在容许过冲的情况下，不能利用速度积分器将振动迅速地结束。

因而，在电动机120旋转期间，拆除积分控制器424而将速度控制器420设定为比例控制器。由此，在电动机120旋转期间，速度指令所包含的积分项的值变为0，因此不会受到容许过冲带来的影响。另外，在电动机120旋转期间，摩擦补偿部分的速度指令不会停滞在积分项上，因此定位的稳定时间不会延长。

另外，在现有生产机械的控制中，通常采用使用了电动机编码器的半封闭系统。但是，在半封闭系统中，因为是控制电动机的旋转位置，而不是像本实施方式那样按工作台140的位置和电动机120的旋转位置进行控制，所以，对于工作台140的位置会产生滚珠丝杠130等的摩擦引起的位置误差。因此，在半封闭系统中，难以实现工作台140的高精度的定位。因而，在本实施方式中，设定为反馈电动机120的旋转位置和工作台140的位置的全封闭系统。

如上所述，本实施方式的生产机械的控制装置将模型控制系统300设定为反馈模型机台的位置、速度、加速度、低通滤波处理后的模型转矩指令的构成。另外，将模型位置增益和模型速度增益的关系设定为使得可在容许一些过冲的基础上高速且可靠地进行定位。而且，应用现代控制理论，以模型控制系统300的特性方程式的根为重根的方式，来设定构成模型控制系统300的各要素的控制参数。将反馈控制系统400设定为全封闭反馈控制系统，以使其能够追踪可以无振动地、高速且可靠地进行定位的模型控制系统300。反馈控制系统400的速度控制器420由比例积分控制器构成，使积分项仅在电动机120停止时才有效。

另外，模型位置控制器310及模型速度控制器320各自所设定的增益，也可以和位置控制器410及速度控制器420各自所设定的增益是相同的，并且也可以比位置控制器410及速度控制器420各自所设定的增益稍高。

根据以上的构成，不必设置检测机台110振动的传感器，能够不使工作台140振动而高速且高精度地将其定位。

Claims (8)

1.一种电动机控制装置，包括：

模型控制系统，其将生产机械的动作模型化；以及

反馈控制系统，其实际控制所述生产机械的动作，其中

所述反馈控制系统包括：

位置控制器，其根据从所述模型控制系统输出的所述生产机械的控制对象的模型位置和所述生产机械的控制对象的位置的偏差，来运算速度指令；

速度控制器，其根据将从所述模型控制系统输出的模型位置进行微分后的速度指令、所述位置控制器运算的速度指令和将驱动所述控制对象的电动机的位置进行微分后的速度指令的偏差，来输出转矩指令；以及

转矩控制器，其将从所述模型控制系统输出的用于驱动所述生产机械的控制对象的模型转矩指令和从所述速度控制器输出的转矩指令进行加法运算来控制所述电动机的转矩，

所述速度控制器包括积分控制器和比例控制器，在所述电动机驱动所述控制对象时，仅由所述比例控制器输出转矩指令，在所述电动机使所述控制对象停止时，由所述积分控制器和所述比例控制器输出转矩指令，

其中，所述反馈控制系统还具备定时调节部，所述定时调节部控制将所述速度控制器具有的积分控制器连接于所述比例控制器的时机。

2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其中，所述反馈控制系统是将所述控制对象的位置反馈给所述位置控制器并且将所述电动机的位置经微分后反馈给所述速度控制器的全封闭反馈系统。

3.如权利要求1所述的电动机控制装置，其中，在所述反馈控制系统的所述速度控制器和所述转矩控制器之间具有：

转矩指令低通滤波器，其消除所述转矩指令中包含的量子化波动及高频成分；以及

转矩指令陷波滤波器，其消除所述生产机械的共振频率成分。

4.如权利要求3所述的电动机控制装置，其中，所述模型控制系统具备：

可动部模型，其将所述生产机械的可动部的动作模型化并输出所述可动部的模型可动部位置；

机台模型，其将机台的动作模型化并输出所述机台的模型机台位置；

模型位置控制器，其将所述位置控制器模型化并输出模型速度指令；

模型速度控制器，其将所述速度控制器模型化并输出模型转矩指令；

模型转矩指令低通滤波器，其将所述转矩指令低通滤波器模型化，并且将对所述模型转矩指令进行低通滤波处理而得到的滤波处理模型转矩指令供给到所述可动部模型和所述机台模型；

主反馈部，其将所述模型可动部位置和所述模型机台位置进行加法运算所得到的模型位置信息作为向反馈系统的模型位置分别反馈给所述模型位置控制器及所述模型速度控制器；

第一反馈部，其基于所述模型机台位置输出至少包含所述模型机台位置的第一反馈；

第二反馈部，其根据所述滤波处理模型转矩指令输出第二反馈；以及

运算部，其求出所述第一反馈、所述第二反馈和所述模型转矩指令的偏差，并且将所述偏差作为模型转矩指令向所述模型转矩指令低通滤波器和所述转矩指令低通滤波器输出，

所述模型控制系统将向所述反馈系统的模型位置指令作为所述位置指令供给到所述位置控制器，将基于向所述反馈系统的模型位置指令而产生的向反馈系统的模型速度指令加到输入给所述速度控制器的速度指令中。

5.如权利要求4所述的电动机控制装置，其中，所述第一反馈部除了在所述第一反馈中包含所述模型机台位置，还包含所述机台的模型机台速度及模型机台加速度。

6.如权利要求4或5所述的电动机控制装置，其中，所述模型位置控制器及所述模型速度控制器各自所设定的增益与所述位置控制器及所述速度控制器各自所设定的增益相同，并且所述第一反馈部所设定的第一反馈增益和所述第二反馈部所设定的第二反馈增益是按照抑制所述机台的振动的方式来确定的。

7.如权利要求4或5所述的电动机控制装置，其中，所述模型位置控制器及所述模型速度控制器各自所设定的增益比所述位置控制器及所述速度控制器各自所设定的增益稍高，并且所述第一反馈部所设定的第一反馈增益和所述第二反馈部所设定的第二反馈增益是按照抑制所述机台的振动的方式来确定的。

8.如权利要求4或5所述的电动机控制装置，其中，所述模型控制系统所包含的多个参数，当所述模型控制系统的状态方程式的特性方程式具有重根，且在所述模型控制系统中的位置环路增益设为Kp、速度环路增益设为K_V、惯量设为J₂时，以所述反馈控制系统产生过冲的方式，被设定为K_V＝(2.5～3.5)J₂×Kp。