CN103633914B - 马达控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达控制装置。该马达控制装置包括：第一减法器、速度控制器以及相位补偿速度观测器。所述第一减法器从速度反馈信号减去速度基准而获得速度偏差。所述速度控制器接收所述速度偏差并且输出第一转矩基准。所述相位补偿速度观测器接收所述第一转矩基准和包括马达的控制对象的速度，并且该相位补偿速度观测器输出所述速度反馈信号。所述相位补偿速度观测器包括具有积分元件的延迟元件模型，该积分元件的阶次最佳地满足设定条件，该设定条件基于实现容易程度和对所述速度反馈信号相对于所述速度基准的相位延迟补偿的有效性程度。

Description

马达控制装置

技术领域

本文讨论的实施方式涉及一种马达控制装置。

背景技术

日本专利No.3856215和日本专利申请特开No.2008-299573均例如公开了这样一种构造，其使得可以通过利用相位补偿速度观测器来补偿马达控制装置中的速度控制回路中的振动分量的相位延迟，而增加该速度控制回路的控制增益。该相位补偿速度观测器在前级侧设置有将控制对象假定为刚体的等效刚体模型，而在后级侧设置有模拟延迟元件的延迟元件模型，该延迟元件存在于比PI控制器落后一段的控制器中或者存在于该控制对象中。该等效刚体模型和延迟元件模型彼此串联连接。该相位补偿速度观测器将PI控制器的输出供应给等效刚体模型，并且还将通过把延迟元件的输出与控制对象的速度相减而获取的信号经由与稳定化增益相乘，而反馈给积分元件。接着，相位补偿速度观测器将进入到延迟元件模型中的输入作为速度控制回路的速度反馈信号输出。

在上述日本专利No.3856215中公开的相位补偿速度观测器设置有仅包括一个积分元件（1/s）的延迟元件模型，即，阶次为一的一阶延迟元件模型。在上述日本专利申请特开No.2008-299573中公开的相位补偿速度观测器设置有四阶延迟元件模型，其中，积分元件（l/s）的阶次通过准确地模拟存在于控制对象中的延迟元件而被估算成较高。

如果延迟元件模型中的积分元件的阶次如上述日本专利No.3856215中所公开的太低，则出现反馈速度的相位超前速度基准的相位太多的问题。与此相反，如果延迟元件模型中的积分元件的阶次如日本专利申请特开No.2008-299573中所公开的太高，则在该观测器实际上被实现为软件时，出现这样的问题，即，该观测器花费冗长的处理时间，并且控制增益能仅在较窄范围内设定。

所述实施方式的一方面的目的是，提供这样一种马达控制装置，即，该马达控制装置按达至实际上可实现的较宽频率范围来补偿相位延迟，从而改进设定控制增益的性能，并由此实现控制对象速度针对速度基准的更精确的跟踪性能。

发明内容

根据所述实施方式的一方面的马达控制装置包括：第一减法器、速度控制器以及相位补偿速度观测器。所述第一减法器从速度反馈信号减去速度基准而获得速度偏差。所述速度控制器接收所述速度偏差并且输出第一转矩基准。所述相位补偿速度观测器接收所述第一转矩基准和包括马达的控制对象的速度，并且该相位补偿速度观测器输出所述速度反馈信号。所述相位补偿速度观测器包括具有积分元件的延迟元件模型，该积分元件的阶次最佳地满足下述设定条件，该设定条件基于实现容易程度和对所述速度反馈信号相对于所述速度基准的相位延迟补偿的有效性程度。

根据所述实施方式的所述方面，可以按达至实际上可实现的更宽频率范围来补偿相位延迟，从而改进设定控制增益的性能，并由此以实现控制对象速度针对速度基准的更精确的跟踪性能。

附图说明

参照附图，通过阅读下面对实施方式的详细描述，将容易理解对本实施方式和与其相关联的优点的更完整的评价：

图1是示出根据一实施方式的整个马达控制装置的系统构造的框图；

图2是从相位控制的观点替代的速度控制系统回路的框图；

图3是相位补偿速度观测器的详细框图；

图4是简化的速度控制系统回路的框图；

图5A和5B是通过模拟简化的速度控制系统回路而获得的结果的波德（Bode）图；

图6是通过模拟简化的速度控制系统回路而获得的结果的阶跃响应图；

图7A至7C是按阶次示出相位补偿有效性程度的评价值和容易实现的程度的评价值以及这些评价值的总和的图；

图8A至8D是示出在马达控制装置设置有PI控制和由该实施方式的二阶延迟元件模型所实现的相位补偿速度观测器时的阶跃响应数据的图；

图9A至9D是示出在马达控制装置设置有PI控制和由常规一阶延迟元件模型所实现的相位补偿速度观测器时的阶跃响应数据的图；

图10A至10D是示出在马达控制装置仅设置有PI控制而没有相位补偿速度观测器时的阶跃响应数据的图；

图11是示出在马达控制装置设置有免调节功能时的整个马达控制装置的系统构造的框图；

图12A至12C是示出在马达控制装置仅设置有PI控制而没有相位补偿速度观测器并且禁用了免调节功能无效时的阶跃响应数据的图；

图13A至13C是示出在马达控制装置仅设置有PI控制而没有相位补偿速度观测器并且启用了免调节功能时的阶跃响应数据的图；以及

图14A至14C是示出在马达控制装置设置有PI控制和由修改例的二阶延迟元件模型所实现的相位补偿速度观测器并且启用了免调节功能时的阶跃响应数据的图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本文公开的马达控制装置的实施方式进行详细描述。相同附图标记被赋予相同的构造，并由此，在适当时省略了对其的多余描述。应注意到，本发明不限于在所述实施方式中的例证。

首先，利用图1，将对根据本实施方式的马达控制装置的示意性构造进行描述。如图1所示，马达控制装置100基于从较上位控制装置（未例示）供应的位置基准θa来控制马达M的旋转位置Pa（旋转角）。应注意到，下面给出的图和说明将全部采用传递函数的形式来进行描述。在图1中，本实施方式的马达控制装置100包括：位置控制器1、速度控制器2、一阶低通滤波器（一阶LPF）3、电流控制器4、速度换算器6、以及相位补偿速度观测器7。

获取作为所供应的位置基准θa与由编码器5（稍后要描述）检测到的马达M的旋转位置Pa之差的位置误差Δθa。基于该位置误差Δθa，位置控制器1输出速度基准Va，从而减小位置误差Δθa。

获取作为来自位置控制器1的速度基准Va与由相位补偿速度观测器7（稍后要描述）按相位补偿的观测器估算速度Vb之差的速度偏差ΔVa。基于速度偏差ΔVa，速度控制器2输出转矩基准Ta，从而减小速度误差ΔVa。应注意到，速度偏差ΔVa从减法器9输出。

一阶LPF3例如由一阶延迟元件组成，该一阶延迟元件中设置有未具体示出的一个积分元件（1/s）。一阶LPF3将高频带分量从由速度控制器2供应的转矩基准Ta中去除，并由此仅提取并输出低频带分量。借助该操作，一阶LPF3充当转矩基准滤波器，其抑制按转矩基准Ta的采样频率生成的振动。

基于来自一阶LPF3的转矩基准Tb，电流控制器4例如通过脉冲宽度调制（PWM）控制将驱动电流输出至马达M。

马达M根据从电流控制器4供应的驱动电流来生成转矩，并由此驱动负载机器（未示出）。

编码器5例如由与马达M的转子机械地连接的旋转编码器组成。编码器5检测马达M的旋转位置Pa。

速度换算器6将由编码器5检测到的马达M的旋转位置Pa的变化换算成马达M的马达速度Vc。具体来说，可以将微分器（s）充分地用作速度换算器6。

相位补偿速度观测器7基于由速度控制器2输出的转矩基准Ta并且基于由速度换算器6输出的马达M的马达速度Vc，来输出观测器估算速度Vb，该观测器估算速度按相位补偿，从而相对于马达速度Vc相位提前。稍后，将对相位补偿速度观测器7的构造进行详细描述。

如上所述构造的马达控制装置100包括三重回路构造，该三重回路构件由位置控制系统的反馈回路、速度控制系统的反馈回路以及电流控制系统的反馈回路所组成。在位置控制系统的反馈回路（下面称作位置控制系统回路）中，在从较上位控制装置（未例示）供应了位置基准θa之后，将控制信号和检测信号通过按位置控制器1、速度控制器2、一阶LPF3、电流控制器4、马达M、以及编码器5的次序来传送，并且此后执行反馈。在速度控制系统的反馈回路（下面称作速度控制系统回路）中，将控制信号和检测信号通过按速度控制器2、一阶LPF3、电流控制器4、马达M、编码器5、速度换算器6、以及相位补偿速度观测器7的次序来传送，并且此后执行反馈。应注意到，在本实施方式中，为简单描述起见，省略了对电流控制器4中设置的电流控制系统的反馈回路的描述。

在这些回路当中的速度控制系统回路中，相位补偿速度观测器7补偿速度反馈信号（马达速度）中的相位延迟，该相位延迟是由来自马达M的特性参数（诸如马达线圈的电阻、马达线圈的电感、以及马达的惯性矩）中的波动的不可忽略影响所造成的，或者由因数字伺服所造成的空载时间（deadtime）而造成的。这种补偿确保了马达M的响应特性的鲁棒性(robustness)。下面，将对如上所述起作用的相位补偿速度观测器7的构造进行详细描述。

首先，与图1中的速度控制系统回路相对应的部分可以用图2所示构造来替换。在图2中，该速度控制系统回路包括：PI控制器21、延迟元件22、控制对象23、速度换算器6、以及相位补偿速度观测器7。

PI控制器21对应于图1中的速度控制器2的功能元件。PI控制器21执行所谓PI运算，其中，针对速度偏差ΔVa并行执行比例运算（P运算）和积分运算（I运算），并输出转矩基准Ta。这些运算当中的比例运算的增益对应于速度回路增益（未具体示出）。

延迟元件22对应于包括在图1中的一阶LPF3和电流控制器4中的延迟元件。延迟元件22是这样的元件，即，其相对于供应至其的转矩基准Ta的变化，对从随后的控制对象的输出响应（即，在该实施例中，在马达速度Vc的响应）所换算的速度值产生延迟。

控制对象23对应于图1中的马达M的功能元件和连接至马达M的负载机器的功能元件。控制对象23在马达M的转子与负载机器之间具有已知的惯性矩比。

控制对象速度（马达速度）是从控制对象的输出（马达位置）而换算成的速度值，并且是针对供应到速度控制系统回路的速度基准Va中的变化的延迟响应。如果控制对象速度被直接反馈，则整个速度控制系统回路很可能振荡。具体来说，当将速度回路增益设定成较大值时，整个速度控制系统回路因转矩基准Ta中的高频分量在相位上显著延迟而容易振荡。

为了防止振荡，相位补偿速度观测器7输出假定控制对象速度作为观测器估算速度Vb，其中，在控制对象速度没有延迟地对供应到控制器和控制对象的转矩基准Ta中的变化进行响应的情况下，所述假定控制对象速度被估算以输出。具体来说，相位补偿速度观测器7参考转矩基准Ta中的实际变化，并且输出通过适当地将实际检测的控制对象速度的相位提前而获得的观测器估算速度Vb。将观测器估算速度Vb反馈可以防止速度控制系统回路中的振荡。

图3例示了本实施方式中的相位补偿速度观测器7的详细框图。在图3中，相位补偿速度观测器7主要包括：等效刚体模型31、延迟元件模型32、以及观测器补偿器33。

等效刚体模型31是假定图2中的控制对象（负载机器）作为最简单的刚体的模型（用传递函数表达的数学模型）。

延迟元件模型32是对图2中的延迟元件22进行模拟的模型（用传递函数表达的数学模型）。

在相位补偿速度观测器7中，将从PI控制器21供应有转矩基准Ta的等效刚体模型31设置在前级级侧，而延迟元件模型32被设置在后级侧，并且等效刚体模型31串联连接至延迟元件模型32。在这种连接构造中，延迟元件模型32可以被假定成生成对实际控制对象速度进行模拟并且在相位上具有较小延迟的输出。相位补偿速度观测器7使用观测器补偿器33，以适当地补偿延迟元件模型32的输出与实际控制对象速度之间的误差。相位补偿速度观测器7还将通过观测器补偿器33补偿的误差反馈并循环至供应到等效刚体模型31的转矩基准Ta。结果，延迟元件模型32的输出还可以被近似成实际控制对象速度。在这种状态下，等效刚体模型31可以被看作生成接近于已经消除了相位延迟的控制对象速度的输出。相位补偿速度观测器7作为具有比实际控制对象速度的相位超前的相位的观测器估算速度输出该输出。应注意到，上述误差从减法器10输出。

等效刚体模型31和延迟元件模型32设置有积分元件（1/s）。为了稳定地操作相位补偿速度观测器7，必需将延迟元件模型32的输出与实际控制对象速度之间的误差乘以适当的观测器稳定化增益，并且将该乘积加至等效刚体模型31中的和延迟元件模型32中的相应积分元件的输入。观测器补偿器33被构造成，将该误差乘以与每一个积分元件相对应的观测器稳定化增益，并接着将该乘积分布至每一个积分元件的输入。

在如上所述起作用的相位补偿速度观测器7中，期望延迟元件模型32准确地对包括存在于一阶LPF3和电流控制器4中的延迟元件并且还存在于包括马达M的控制对象23中的延迟元件的延迟元件22进行模拟。即使仅考虑到延迟元件，除了设置在一阶LPF3中的积分元件的阶次以外，电流控制器4中固有的积分元件的阶次也需要被加至延迟元件模型32的阶次。由此，延迟元件模型32需要具有一阶或更高阶次。然而，每当积分元件的总数要被积分时，即，积分元件针对每一处理信号的阶次每上升一，则变得越来越难于将延迟元件模型32实现为数字电路或软件。

在本实施方式中，延迟元件模型32的阶次已经基于下列考虑进行了设定。例如，图2中所示的速度控制系统回路用诸如图4所示的模型的最简化模型来替换。该模型将供应至其的速度基准Va乘以控制增益41和延迟元件42以及控制对象43，并且单纯地反馈该乘法的输出（速度）。控制增益41被表示为K；延迟元件42被表示为一阶延迟元件1（1+Ts）；而控制对象43被表示为1/s。通过适当地调节延迟元件42的时间常数T，模型的模拟按下列情况执行：在不存在相位延迟时；以及在相位延迟在80Hz（T=2ms）的频率、200Hz（T=0.8ms）的频率、以及400Hz（T=0.4ms）的频率下为45度时。图5A、5B以及6示出了该模拟的结果。图5A和5B是上述结果的波德图（图5A中为增益特性，而图5B中为相位特性）。图6是上述结果的阶跃响应图。应注意到，控制增益41在上述模拟中被设定为K=40Hz。

从图5B的相位特性观察到，在等于或低于控制增益K的频率范围中，随着延迟频率的增加，该曲线更靠近没有延迟的情况下的曲线，而且在延迟频率为400Hz时，几乎与没有延迟的情况下的曲线重合。这种关系在图5A的增益特性中和图6的阶跃响应中也被观察到。这种关系暗示了，如果延迟频率充分高于（在所示实施例中，约略和10倍一样大）由控制增益K确定的控制系统的响应频率，则控制回路中的延迟元件被忽略而不会有显著影响。

原则上，延迟元件22中的积分元件的阶次还应当精确地估算，以便使得延迟元件模型32准确地对包括存在于一阶LPF3和电流控制器4中的延迟元件并且还存在于包括马达M的控制对象中的延迟元件的延迟元件22进行模拟。然而，从图5A、5B以及6中所示关系观察到，省略该估算几乎不影响针对比速度回路的响应频率显著更高的频率的性能。即，本申请的发明人最近已经发现，将延迟元件模型32的阶次上升至预定值或更高几乎不提高相位延迟补偿的有效性程度。

在本实施方式中，积分元件的阶次在相位补偿中的有效性程度被定义为从如上所述的相位延迟补偿的功能性观点评价的阶次的影响。图7A是示出图3所示延迟元件模型32中的有效性程度的评价值作为针对阶次分布的图。在图7A中，虽然有效性程度随着阶次的上升而总是单调地增加，但当阶次为三或更高时，该增加的变化率仍仅是小的，并且有效性程度收敛到几乎恒定值。

如上所述，每当积分元件以一个处理信号累积的阶次每上升一，就变得越来越难于将延迟元件模型32实现为数字电路和软件。在本实施方式中，在积分元件的阶次处的实现容易程度被定义为从如上所述按数字电路和软件实现的观点评价的阶次的影响。图7B是作为针对阶次的分布示出图3所示的延迟元件模型32中的容易实现的程度的评价值的图。在图7B中，实现容易程度与阶次中的上升大致成反比地单调减小。尽管充分可行值被保持达至阶次为二的情况，但实现容易程度在三阶或更高阶次快速下降，此后渐进地几乎接近于零。应注意到，图7A和7B按相同比例示出了评价值。

在本实施方式中，期望的是，延迟元件模型32设置有阶次满足以下条件的积分元件：相位补偿的有效性程度的评价值和实现容易程度的评价值两者之和等于或大于预定值。换句话说，延迟元件模型32设置有这样的阶次的积分元件，即：在该阶次下，所述和等于或大于通过将图7A的分布和图7B的分布求和而获得的图7C的分布中的预定值。具体地，在本实施方式中，两个评价值的和在第二阶次下最高。因此，延迟元件模型32设置有两个积分元件，并且整个相位补偿速度观测器7是四阶的（参照图3）。应注意到，整个相位补偿速度观测器7为四阶系统，这是因为用于干扰补偿的路径具有如稍后将描述的一个积分元件。

返回图3中，观测器补偿器33将信号（参照图3中的D、E以及F）分布至设置在等效刚体模型31中的单一积分元件的输入和设置在延迟元件模型32中的两个积分元件的输入。这些信号（参照图3中的D、E以及F）是通过将延迟元件模型32的输出与实际控制对象速度（马达速度）之差乘以适当的观测器稳定化增益而获得的信号。而且，观测器补偿器33与上述分布信号分离地将通过将所述误差乘以积分元件与观测器稳定化增益而获得的信号（参照图3中的C）加至等效刚体模型31的积分元件的输入。该路径是用于干扰补偿的路径，其考虑了因控制对象23的负载机器中的摩擦元件等所造成的干扰而导致的移位量。作为上述的结果，观测器补偿器33经由观测器稳定化增益通过总计四个路径输出。

下面，将参照图8A至10D的具体阶跃响应数据，对本实施方式的马达控制装置100的有效性进行说明。图8A、9A以及10A中的每一个的轴向标记“位置”表示从较上位控制装置（未示出）供应的位置基准和从编码器5供应的马达旋转位置（其应用至所有图12A、13A以及14A）。应注意到，在图8A、9A以及10A中的任一个图中，因为马达旋转位置完全响应于位置基准，所以位置基准和马达旋转位置被示出为彼此几乎重合。图8B、9B以及10B的每一个中的轴向标记“速度”表示供应到速度控制系统回路的速度基准以及马达速度（其应用至所有图12B、13B，以及14B）。应注意到，在图8B、9B以及10B中的任一个图中，因为马达速度完全响应于速度基准，所以速度基准和马达速度被示出为彼此几乎重合。图8C、9C以及10C的每一个中的轴向标记“位置误差”表示位置误差Δθa，其是位置误差与从编码器5供应的马达旋转位置之差，并且是直接供应到位置控制器1的信号（其应用至所有图12C、13C以及14C）。图8D、9D以及10D的每一个中的轴向标记“转矩”表示恰好在供应到电流控制器4之前的转矩基准Tb。

所观察到的是，在马达停止时出现振动（参照由虚线所绘的椭圆中的部分），在图10C和10D中，针对其中马达控制装置仅设置有PI控制而没有相位补偿速度观测器7的情况，而在图9C和9D中，针对其中马达控制装置设置有PI控制和由常规的一阶延迟元件模型所实现的相位补偿速度观测器的情况。与此相反，已经发现的是，改进了在马达停止时振动的抑制效果（参照由虚线所绘的椭圆中的部分），在图8AC和8D中，针对其中马达控制装置设置有PI控制和由本实施方式的二阶延迟元件模型32所实现的相位补偿速度观测器7的情况。提供本实施方式的相位补偿速度观测器7防止因相位延迟而造成的振动。

在上面给出的描述中，由速度控制器2输出的转矩基准Ta对应于权利要求书中描述的第一转矩基准，而等效刚体模型31对应于权利要求书中描述的控制对象模型。等效刚体模型31和延迟元件模型32的整个串联连接组合对应于权利要求书中描述的观测器对象。减法器9对应于权利要求书中描述的第一减法器，而减法器10对应于权利要求书中描述的第二减法器。

根据上述实施方式，获得如下所述的效果。即，在本实施方式的马达控制装置100中，延迟元件模型32被构造成设置有积分元件，积分元件的阶次最佳地满足下述设定条件，该设定条件基于相位延迟补偿的有效性程度和实现容易程度。利用该构造，具有最佳平衡的相位补偿速度观测器7可以考虑到相位延迟补偿的性能与软件实现的可行性之间的折衷来实现。结果，可以按达至实际上可实现的更宽频率范围来补偿相位延迟，从而改进设定控制增益的性能，并由此以实现控制对象速度针对速度基准的更精确的跟踪性能。

在相位补偿速度观测器7中，接收从速度控制器2输出的转矩基准Ta的等效刚体模型31被设置在前级侧，而通过建模存在于包括控制对象23在内的控制系统中的延迟元件而获得的延迟元件模型32被设置在后级侧，并且等效刚体模型31串联连接至延迟元件模型32。延迟元件模型32可以被假定成生成模拟控制对象23的实际速度并且在相位上具有较小延迟的输出。相位补偿速度观测器7将延迟元件模型32的输出与控制对象23的实际速度之间的误差乘以观测器补偿器33的观测器稳定化增益以补偿误差，并且此后，将该乘积加至等效刚体模型31和延迟元件模型32，以循环该误差。结果，延迟元件模型32的输出还可以被近似成控制对象的实际速度。在这种状态下，等效刚体模型31可以被看作生成接近已经消除了延迟元件的控制对象的速度的输出。通过将该输出用作速度控制系统回路的速度反馈信号，速度控制系统回路中的相位延迟能够被补偿而得到消除。

最佳地满足设定条件的阶次被设定成这样的阶次，在该阶次下，相位延迟补偿的有效性程度的评价值和实现容易程度的评价值的和是最大的。利用该设定，最佳阶次可以被设定成考虑相位延迟补偿的有效性程度和实现容易程度两者。

从图7C发现，该设定条件在阶次为二时被最佳地满足。由此，在延迟元件模型当中，具体地，具有两个积分元件的二阶延迟元件模型32最合适。

在本实施方式中，作为用于干扰补偿的路径，其考虑了因控制对象的负载机器中的摩擦元件而造成的移位量，观测器补偿器33将第一输出C加至PI控制器21的输出。另外，如上所述，当延迟元件模型32具有第二阶次时，相位补偿速度观测器7中具有四个积分元件，包括等效刚体模型31中的一个积分元件和用于干扰补偿的路径中的一个积分元件。与此对应的是，除了加上上述第一输出C以外，观测器补偿器33向积分元件的输入加上与相应稳定化增益相乘的第二输出D、第三输出E以及第四输出F，由此，使得可以稳定相位补偿速度观测器7。

下面，将对上述实施方式的修改例进行描述。

（1）针对具有干扰观测器的马达控制装置的应用

上述实施方式描述了这样的情况，即，将四阶相位补偿速度观测器7（仅具有延迟元件模型32的第二阶次）应用至未利用干扰观测器补偿负载惯性矩的马达控制装置100。在其它情况下，还通过将四阶相位补偿速度观测器7应用至通过利用干扰观测器补偿负载惯性矩的马达控制装置而获得有利效果。

如图11所示，本修改例的马达控制装置100A除了图1所示构造以外还包括惯性矩补偿器51。惯性矩补偿器51基于通过利用内部干扰观测器的速度换算器6输出的马达M的旋转速度Vc并且基于从一阶LPF3输出的并且将要供应到电流控制器4的转矩基准，来计算干扰转矩的估算值。将干扰转矩的估算值作为估算干扰转矩Tc而在加法器14处加至恰好从一阶LPF3输出之后的转矩基准。在按这种方式构造的本修改例的马达控制装置100A中，惯性矩补偿器51调节转矩基准，从而减小赋予马达M的转子的干扰的影响。结果，即使负载机器的惯性矩比是未知的或波动，也可以确保马达M的响应特性的鲁棒性。

按这种方式，惯性矩补偿器51使用干扰观测器来补偿马达M的负载惯性矩，由此，使控制系统接近标称模型。然而，当惯性矩比J₀增加时，不能完全补偿惯性矩。惯性矩的未补偿部分从控制系统的观点来看可以被看作充当延迟元件。该延迟元件打破了速度控制系统回路与位置控制系统回路之间的增益平衡，使得整个马达控制装置100A变得很可能振荡。

为了处理这个问题，也在本修改例的马达控制装置100A中，延迟元件模型32被构造成设置有积分元件，该积分元件的阶次最佳地满足下述设定条件，该设定条件基于相位延迟补偿的有效性程度和实现容易程度。利用该构造，具有最佳平衡的相位补偿速度观测器7可以考虑到相位延迟补偿的性能与软件实现的可行性来实现。按这种方式构造的相位补偿速度观测器7可以补偿等效于惯性矩的、不能通过惯性矩补偿器51补偿的部分的延迟元件，并由此还可以稳定控制系统。换句话说，当将相位补偿速度观测器7应用至通过利用上述干扰观测器补偿负载惯性矩的马达控制装置100A时，相位补偿速度观测器7可以在功能上补助由干扰观测器对负载惯性矩的补偿，并由此是有用的。

结果，也在本修改例中，可以按达至实际上可实现的更宽频率范围来补偿相位延迟，并因而改进设定控制增益的性能，并由此实现控制对象速度针对速度基准的更精确的跟踪性能。应注意到，恰好在从一阶LPF3输出之后的转矩基准对应于权利要求书中描述的第一转矩基准；加法器14对应于权利要求书中描述的转矩基准加法器；而恰好在被供应到电流控制器4之前的转矩基准对应于权利要求书中描述的第二转矩基准。

下面，将参照图12A至14C的具体阶跃响应数据对本修改例的马达控制装置100A的有效性进行说明。应注意到，仅仅与图8A至8D、9A至9D、以及10A至10D每一组当中的、具有后缀A至C的那些图相对应的三个图分别被示出为图12A至12C、13A至13C、以及14A至14C。

图12C示出了在马达控制装置仅设置有PI控制而没有相位补偿速度观测器7时的位置误差。图13C示出了在马达控制装置具有惯性矩补偿器51并且仅设置有PI控制而没有相位补偿速度观测器7时的位置误差。图13C中的位置误差相对于图12C中的位置误差在相位上稍微延迟（参照由虚线所绘的椭圆中的部分）。这是指惯性矩的如上所述未补偿的部分从控制系统的观点来看充当延迟元件。与其相比，图14C示出了在马达控制装置具有惯性矩补偿器51并且设置有PI控制和由本修改例的二阶延迟元件模型32所实现的相位补偿速度观测器7时的位置误差。图14C中的这种位置误差保持几乎与在图12C的情况中相同的相位（参照由虚线所绘的椭圆中的部分）。这种结果已经证明，改进了相位延迟的抑制效果。

通过上述实施方式和修改例所示的技术可以在适当时按除了上述那些以外的其它方式来组合和使用。

Claims (2)

1.一种马达控制装置，该马达控制装置包括：

第一减法器，该第一减法器从速度反馈信号减去速度基准而获得速度偏差；

速度控制器，该速度控制器接收所述速度偏差并且输出第一转矩基准；以及

相位补偿速度观测器，该相位补偿速度观测器接收所述第一转矩基准和包括马达的控制对象的速度，并且该相位补偿速度观测器输出所述速度反馈信号，其中，

所述相位补偿速度观测器包括：

观测器对象，该观测器对象串联地包括将所述控制对象作为刚体进行建模而得的控制对象模型和对控制系统的延迟元件进行建模而得的延迟元件模型，并且该观测器对象接收所述第一转矩基准作为对所述控制对象模型的输入并且输出基于对所述延迟元件模型的输入的所述速度反馈信号；

第二减法器，该第二减法器从所述控制对象的速度减去所述延迟元件模型的输出；以及

观测器补偿器，该观测器补偿器具有多个增益，并且该观测器补偿器将所述第二减法器的输出与所述增益中的一个增益相乘，并且将乘积加至所述控制对象模型或者加至所述延迟元件模型，

其中包括在所述延迟元件模型中的积分元件的阶次为二。

2.一种马达控制装置，该马达控制装置包括：

第一减法器，该第一减法器从速度反馈信号减去速度基准而获得速度偏差；

速度控制器，该速度控制器接收所述速度偏差并且输出第一转矩基准；

相位补偿速度观测器，该相位补偿速度观测器接收所述第一转矩基准和包括马达的控制对象的速度，并且该相位补偿观测器输出所述速度反馈信号；

惯性矩补偿器，该惯性矩补偿器接收第二转矩基准和所述控制对象的速度，并且该惯性矩补偿器输出估算的干扰转矩；以及

转矩基准加法器，该转矩基准加法器将所述第一转矩基准与所述估算的干扰转矩相加，并且将和作为所述第二转矩基准输出，其中，

所述相位补偿速度观测器包括：

观测器对象，该观测器对象串联地包括将所述控制对象作为刚体进行建模而得的控制对象模型和对控制系统的延迟元件进行建模而得的延迟元件模型，并且该观测器对象接收所述第一转矩基准作为对所述控制对象模型的输入并且输出基于对所述延迟元件模型的输入的所述速度反馈信号；

第二减法器，该第二减法器从所述控制对象的速度减去所述延迟元件模型的输出；以及

观测器补偿器，该观测器补偿器具有多个增益，并且该观测器补偿器将所述第二减法器的输出与所述增益中的一个增益相乘，并且将乘积加至所述控制对象模型或者加至所述延迟元件模型，

其中包括在所述延迟元件模型中的积分元件的阶次为二。