CN106877771B - 控制装置以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对马达的驱动进行控制的模型追踪型的控制装置及控制方法。本发明的控制装置具有前馈控制部，该前馈控制部基于预先设定的控制对象的模型输出伺服马达的模型位置、模型速度、模型扭矩；前馈控制部包括滑模控制部，该滑模控制部基于模型位置偏差和模型速度偏差以使模型扭矩收敛于由伺服马达能够输出的规定扭矩和被伺服马达驱动的负载机械的运动特性确定的变换线上的方式确定模型扭矩；模型位置偏差是从外部输入的位置指令值与模型位置的偏差，模型速度偏差是从外部输入的速度指令值与所述模型速度的偏差。根据本发明，即使用户不了解伺服马达能够输出的最大扭矩，也能够使该伺服马达不发生超越以及抖动等地执行期望动作。

Description

控制装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及对马达的驱动进行控制的模型追踪型的控制装置。

背景技术

现在已知进行模型追踪控制的伺服马达的控制装置。例如，后述的专利文献1中公开了一种控制装置，用于对伺服马达进行模型追踪控制的模型(作为标准模型的伺服马达)的控制中，进行使该模型的位置、速度追踪从外部输入的位置指令值以及速度指令值的PID控制。

专利文献1：JP特开平8-168280号公报(1996年6月25日公开)

但是，在上述那样的现有技术中存在如下的问题：在模型所输出的扭矩超过伺服马达能够输出的最大扭矩的情况下，反馈控制器不能追踪该模型所输出的轨道，会发生超越(overshoot)以及抖动(hunting)等现象。

另外，若模型输出的扭矩超过伺服马达能够输出的最大扭矩，则伺服马达不能追踪模型的扭矩值，因此考虑如下的结构：设置扭矩限制部使得赋予伺服马达的扭矩的指令值不超过伺服马达能够输出的最大扭矩，来限制模型输出的扭矩。但是，在这样的结构中，虽然模型输出的扭矩被限制，但是因扭矩限制而不能确保位置追踪性、速度追踪性，偏差增大。由此，例如即使接近目标位置而速度指令减小，要消除已经增大了的偏差而保持大的模型输出扭矩，模型输出的轨道自身产生超越以及抖动，结果可能使实际控制对象(例如，伺服马达)引起超越以及抖动现象。

因此，在进行模型追踪控制的伺服马达的控制装置中，使用PID控制对模型进行控制的上述那样的现有技术中，需要用户了解伺服马达能够输出的最大扭矩，赋予位置指令值。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供如下的控制装置、控制方法以及程序，即，即使用户不了解伺服马达能够输出的最大扭矩，该伺服马达也不会发生超越以及抖动等现象，执行期望动作。

为了解决上述问题，本发明一个实施方式的控制装置是使控制对象进行动作的伺服马达的控制装置，该控制装置具有前馈控制部，该前馈控制部基于预先设定的所述控制对象的模型输出所述伺服马达的位置、速度、扭矩的目标值，即模型位置、模型速度、模型扭矩，所述前馈控制部包括滑模控制部，该滑模控制部基于模型位置偏差和模型速度偏差以使所述模型扭矩收敛于由所述伺服马达能够输出的规定扭矩和被所述伺服马达驱动的负载机械的运动特性确定的变换线上的方式确定所述模型扭矩，所述模型位置偏差是从外部输入的位置指令值与所述模型位置的偏差，所述模型速度偏差是从外部输入的速度指令值与所述模型速度的偏差。

根据上述结构，所述控制装置的所述前馈控制部通过滑模控制控制所述模型位置、所述模型速度、所述模型扭矩。也就是说，所述前馈控制部能够生成不超过所述伺服马达能够输出的最大扭矩的模型轨道(所述模型位置以及所述模型速度)。因此，所述控制装置具有如下的效果，在用户不了解所述伺服马达能够输出的最大扭矩的情况下将所述位置指令赋予所述前馈控制部，能够使所述伺服马达执行期望动作。

另外，所述控制装置的所述前馈控制部通过滑模控制控制所述模型位置、所述模型速度、所述模型扭矩。因此，所述控制装置具有如下的效果：能够使用不会引起超越以及抖动等的模型，执行所述模型追踪控制。

而且，所述控制装置具有如下的效果：所述模型扭矩超过所述伺服马达能够输出的最大扭矩，反馈控制器不能追踪模型输出的轨道，结果，能够避免产生超越以及抖动等(模型输出的轨道自身的超越以及抖动等)问题。

优选，所述控制装置该还包括反馈控制部，所述反馈控制部以使所述伺服马达的所述位置以及所述速度追踪被所述前馈控制部控制的所述模型位置以及所述模型速度的方式对所述伺服马达的所述位置以及所述速度进行反馈控制。

根据上述结构，所述控制装置的所述前馈控制部通过滑模控制控制所述模型位置、所述模型速度、所述模型扭矩，所述反馈控制部以使所述伺服马达的所述位置以及所述速度追踪所述模型位置以及所述模型速度的方式对所述伺服马达的所述位置以及所述速度进行所述反馈控制(例如，PID控制)。

在此，在所述反馈控制部执行所述滑模控制的情况下，所述伺服马达的所述扭矩会发生抖动。

但是，所述控制装置具有如下的效果：所述反馈控制部进行所述PID控制，因此能够避免所述伺服马达的所述扭矩产生抖动。

优选，在所述控制装置中，所述运动特性是所述负载机械的转动惯量，所述变换线在由所述模型位置偏差和所述模型速度偏差定义的平面上定义为二维曲线。

根据上述结构，所述控制装置具有如下的效果：使所述模型位置偏差和所述模型速度偏差收敛于由所述伺服马达能够输出的规定扭矩和所述负载机械的转动惯量确定的变换线上，最终所述模型位置偏差和所述模型速度偏差收敛于零的方式，进行确定所述模型扭矩的滑模控制。

优选，在所述控制装置中，所述运动特性是所述负载机械的转动惯量和粘性系数，所述变换线在由所述模型位置偏差和所述模型速度偏差定义的平面上定义为对数曲线与直线之和。

根据上述结构，所述控制装置具有如下的效果：能够进行以所述模型位置偏差和所述模型速度偏差收敛于由所述伺服马达能够输出的规定扭矩和所述负载机械的转动惯量以及粘性系数确定的变换线上，最终所述模型位置偏差和所述模型速度偏差收敛为零的方式，确定所述模型扭矩的滑模控制。

优选，在所述控制装置中，所述速度指令值是0。

根据上述结构，所述控制装置具有如下的效果：由于速度指令值为0，所以在到达目标位置的时刻，能够使模型速度也是0，所以所述模型位置不会超越。

优选，在所述控制装置中，确定所述变换线的所述伺服马达能够输出的规定扭矩比所述伺服马达能够输出的最大扭矩小。

根据上述结构，所述控制装置具有如下的效果：能够使所述伺服马达追踪一边抑制赋予所述伺服马达的负载一边被控制的所述模型位置、所述模型速度、所述模型扭矩。

优选，在所述控制装置中，所述模型速度小于所述伺服马达的最大输出速度。

根据上述结构，在所述控制装置中，被所述前馈控制部控制的模型速度小于所述伺服马达的最大输出速度。

在此，若设定比所述伺服马达的最大输出速度更大的模型速度，则实际的所述伺服马达不能追踪，会对伺服马达进行与模型的控制动作不同的控制。

在所述控制装置中，所述模型速度小于所述伺服马达的最大输出速度，因此所述控制装置具有如下的效果：能够使用所述伺服马达能够追踪的模型，对所述伺服马达进行模型追踪控制。

优选，该控制装置还具有扭矩修正部，该扭矩修正部基于所述控制对象的实际驱动状态或所述控制对象的模型的状态修正所述规定扭矩，所述滑模控制部使用被所述扭矩修正部修正过的规定扭矩确定所述模型扭矩。

根据上述结构，滑模控制部能够确定实际伺服马达更易于追踪的模型扭矩。结果，伺服马达的动作稳定性提高。

在此，所述扭矩修正部基于所述伺服马达的实际速度或所述模型速度修正所述规定扭矩。

例如，所述扭矩修正部基于所述伺服马达的实际速度或所述模型速度，求出因NT特性(转速扭矩特性)、动摩擦、粘性摩擦中的至少任一项引起的扭矩减小量，通过减去该扭矩减小量来修正所述规定扭矩。

或者，所述扭矩修正部求出因在使所述控制对象进行动作时产生的偏负载引起的扭矩减小量，通过减去该扭矩减小量来修正所述规定扭矩。

根据上述结构，例如通过减去考虑了NT特性、动摩擦、粘性摩擦、偏负载的扭矩减小量来修正规定扭矩，因此能够设定与马达状态匹配的扭矩，能够提高对从滑模控制部输出的模型扭矩的追踪性。

另外，为了解决上述问题，本发明一个实施方式的控制方法为进行模型追踪控制的伺服马达的控制方法，包括：前馈控制步骤，对所述伺服马达的位置、速度、扭矩的目标值，即模型位置、模型速度、模型扭矩进行控制，以及反馈控制步骤，使所述伺服马达的位置以及速度追踪通过所述前馈控制步骤控制的所述模型位置以及所述模型速度；所述前馈控制步骤包括滑模控制步骤，在该滑模控制步骤中，以使模型位置偏差与模型速度偏差收敛于由所述伺服马达能够输出的规定扭矩和被所述伺服马达驱动的负载机械的运动特性确定的变换线上的方式，进行确定所述模型扭矩的滑模控制，所述模型位置偏差是从外部输入的位置指令值与所述模型位置的偏差，所述模型速度偏差是速度指令值与所述模型速度的偏差。

根据上述结构，在所述控制方法中，所述前馈控制步骤通过滑模控制对所述模型位置、所述模型速度、所述模型扭矩进行控制。也就是说，所述前馈控制步骤能够生成不超过所述伺服马达能够输出的最大扭矩的模型轨道(所述模型位置以及所述模型速度)。因此，所述控制方法具有如下的效果：用户在不了解所述伺服马达能够输出的最大扭矩的情况下将所述位置指令赋予所述前馈控制步骤，使所述伺服马达执行期望动作。

另外，所述控制方法的所述前馈控制步骤通过滑模控制对所述模型位置、所述模型速度、所述模型扭矩进行控制。因此，所述控制方法具有如下的效果：能够使用不会引起超越以及抖动等的模型，执行所述模型追踪控制。

而且，所述控制方法具有如下的效果：所述模型扭矩超过所述伺服马达能够输出的最大扭矩，从而反馈控制步骤不能追踪模型输出的轨道，结果，能够避免发生超越以及抖动等(模型输出的轨道自身的超越以及抖动等)问题。

根据本发明的一个实施方式，伺服马达的控制装置等具有如下的效果：即使用户不了解该伺服马达能够输出的最大扭矩，也能够使该伺服马达在不引起超越以及抖动等的情况下执行期望动作。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的控制装置的主要部分的结构的框图。

图2是说明在图1的控制装置中执行的滑模控制(sliding mode control)的图。

图3是对比示出在图1的控制装置中负载机械的运动特性仅为负载机械的转动惯量时的变换线和负载机械的运动特性为负载机械的转动惯量以及粘性系数时的变换线的图。

图4是示出在负载机械的运动特性仅为负载机械的转动惯量的情况下，输入最大操作量时的状态变化和输入最小操作量时的状态变化的图。

图5是说明在图1的控制装置中执行的滑模控制中的最短时间收敛的变换线的图。

图6是用于对负载机械的运动特性为负载机械的转动惯量以及粘性系数时的变换线进行说明的图。

图7是表示在图1的控制装置中执行的滑模控制中速度指令为“0”时的模型输出位置轨迹的图。

图8是表示在图1的控制装置中执行的滑模控制中速度指令为位置指令的微分时的模型输出位置轨迹的图。

图9是表示在va为“开始进行速度限制的阈值”，vb为“速度限制值”，按照模型输出速度对被滑模控制的模型输出扭矩进行限制的图。

图10是表示现有的控制装置的概略结构的图。

图11是表示本发明的实施方式2的控制装置的主要部分的结构的框图。

图12A、12B是对在控制装置中执行的滑模控制中的速度指令为“0”时的模型输出位置与实际位置进行比较的图，图12A是不具有扭矩修正部的图，图12B是具有扭矩修正部的图。

图13A、13B是比较模型输出速度和实际速度的图，图13A是不具有扭矩修正部的图，图13B是具有扭矩修正部的图。

图14A、14B是比较模型输出扭矩与实际扭矩的图，图14A是不具有扭矩修正部的图，图14B是具有扭矩修正部的图。

图15是在控制装置中执行的滑模控制中的最短时间收敛的变换线SL的图。

图16是表示扭矩修正部进行的扭矩修正的方法的图。

具体实施方式

〔实施方式1〕

下面，基于图1～图9详细说明本发明的实施方式1。图中相同或相当部分标注相同的附图标记，且不重复说明。为了容易理解本发明的一个实施方式的控制装置1，首先，基于图10说明现有的控制装置9。

(现有的控制装置的概要)

图10是表示现有的控制装置9的概要的图。如图10所示，现有的控制装置9是对伺服马达2进行模型追踪控制的控制装置。图10中还示出了被伺服马达2驱动的负载机械3以及检测伺服马达2的位置例如检测伺服马达2的旋转角度的编码器4。编码器4将所检测到的位置发送至反馈控制部20。具体地说，由编码器4检测到的伺服马达2的位置输入反馈控制部20的位置控制部201以及速度检测部202。此外，编码器4可以检测伺服马达2的速度，将所检测到的速度发送至反馈控制部20。在这种情况下，反馈控制部20可以具有速度检测部202，该速度检测部202根据由编码器4检测到的伺服马达2的位置计算伺服马达2的速度。

现有的控制装置9具有现有的前馈控制部30和反馈控制部20。现有的前馈控制部30对于伺服马达2的位置、速度、扭矩目标值即模型输出位置θ_M、模型输出速度v_M、模型输出扭矩进行控制，也就是说，控制伺服马达2的模型(标准模型)。在此，现有的前馈控制部30对伺服马达2的模型进行PID控制。即，现有的前馈控制部30对作为所述模型的目标位置的模型输出位置θ_M以及作为所述模型的目标速度的模型输出速度v_M以追踪从外部(例如，用户)给予的位置指令值θ_R以及根据该位置指令值θ_R生成的速度指令值v_R的方式进行PID控制。现有的前馈控制部30具有模型位置控制部301、速度指令生成部302、模型速度控制部303、模型扭矩限制部304和控制对象模型检测部305。

模型位置控制部301接受所述位置指令值θ_R和由控制对象模型检测部305生成的模型输出位置θ_M，生成以该模型输出位置θ_M追踪该位置指令值θ_R的方式进行控制的模型速度控制指令。模型位置控制部301将生成的模型速度控制指令输出至模型速度控制部303以及反馈控制部20。

速度指令生成部302接受所述位置指令值θ_R，根据所述位置指令值θ_R生成速度指令值v_R。速度指令生成部302将生成的所述速度指令值v_R输出至模型速度控制部303。

模型速度控制部303接受由模型位置控制部301生成的模型速度控制指令、由速度指令生成部302生成的所述速度指令值v_R以及由控制对象模型检测部305生成的模型输出速度v_M。模型速度控制部303生成以使该模型输出速度v_M追踪所述模型速度控制指令以及所述速度指令值v_R的方式进行控制的模型扭矩控制指令。模型速度控制部303将生成的模型扭矩控制指令输出至模型扭矩限制部304。

模型扭矩限制部304基于由模型速度控制部303生成的模型扭矩控制指令控制(输出)模型输出扭矩。被模型扭矩限制部304控制的模型输出扭矩通知给控制对象模型检测部305以及反馈控制部20。

控制对象模型检测部305接受被模型扭矩限制部304控制的模型输出扭矩，生成模型输出位置θ_M以及模型输出速度v_M，将生成的模型输出位置θ_M以及模型输出速度v_M输出。即，由控制对象模型检测部305生成的模型输出位置θ_M通知给模型位置控制部301以及反馈控制部20。由控制对象模型检测部305生成的模型输出速度v_M通知给模型速度控制部303以及反馈控制部20。

反馈控制部20对伺服马达2的位置、速度以及扭矩以追踪被现有的前馈控制部30控制的所述模型输出位置θ_M、所述模型输出速度v_M以及所述模型输出扭矩的方式进行PID控制。反馈控制部20具有位置控制部201、速度检测部202、速度控制部203和扭矩限制部204。

位置控制部201接受由编码器4检测到的伺服马达2的位置和由控制对象模型检测部305生成的模型输出位置θ_M，生成以使所检测到的伺服马达2的位置追踪模型输出位置θ_M的方式进行控制的速度控制指令。并且，位置控制部201将生成的速度控制指令输出至速度控制部203。

速度检测部202根据由编码器4检测到的伺服马达2的位置计算伺服马达2的速度，将所算出的伺服马达2的速度输出至速度控制部203。

速度控制部203接受由位置控制部201生成的速度控制指令、由控制对象模型检测部305生成的模型检测速度以及由速度检测部202算出的速度(伺服马达2的速度)。并且，生成以使由速度检测部202算出的伺服马达2的速度追踪前期速度控制指令以及前期模型检测速度的方式进行控制的扭矩控制指令，将生成的扭矩控制指令输出至扭矩限制部204。

扭矩限制部204基于由速度控制部203生成的扭矩控制指令和由控制对象模型检测部305生成的模型输出扭矩控制伺服马达2。

现有的前馈控制部30对所述模型进行PID控制，所以在对所述位置指令值θ_R生成了模型轨道时，该模型轨道所需的扭矩(模型输出扭矩)可能会超过伺服马达2能够输出的最大扭矩。在现有的前馈控制部30中，在模型速度控制部303输出的扭矩值大于伺服马达2能够输出的最大扭矩等情况下，扭矩值被模型扭矩限制部304限制。由此，模型输出扭矩为通过模型扭矩限制部304施加了规定限制而得到的值。这样，若模型速度控制部303输出的扭矩值被限制，则会引起模型轨道超越以及抖动等问题。为了防止发生这样的问题，基于所述位置指令值θ_R生成的模型轨道所需的扭矩(模型输出扭矩)必须为伺服马达2能够输出的最大扭矩以下。也就是说，用户需要赋予以生成由伺服马达2能够输出的最大扭矩以下的扭矩(模型输出扭矩)能够实现的模型轨道的方式进行调整的位置指令值θ_R。

(本发明的一个实施方式的控制装置的概要)

本发明的一个实施方式的控制装置1，若简单地说明其概要，则是取代对伺服马达2的模型(标准模型)进行PID控制的现有的前馈控制部30，而具有对该模型进行滑模控制的前馈控制部10。通过前馈控制部10执行的滑模控制，控制装置1能够对伺服马达2进行以伺服马达2能够输出的规定扭矩(例如，伺服马达2能够输出的最大扭矩)作为前提的控制。

即，对伺服马达2进行模型追踪控制的控制装置1所具有的前馈控制部10，以使模型位置偏差以及模型速度偏差沿着变换线SL(变换面)分别收敛为“0”的方式进行滑模控制，所述模型位置偏差是从外部输入的位置指令值θ_R与模型输出位置θ_M(模型位置)的偏差，所述模型速度偏差是从外部输入的速度指令值v_R与模型输出速度v_M(模型速度)的偏差。详细后面说明，前馈控制部10执行的滑模控制以伺服马达2能够输出的规定扭矩(例如，伺服马达2能够输出的最大扭矩)为前提，控制伺服马达2的模型(标准模型)。因此，用户通过使用控制装置1，能够在不了解伺服马达2能够输出的最大扭矩的情况下，以不使伺服马达2引起超越以及抖动等地执行期望动作。

在以上说明的内容与现有的控制装置9不同的控制装置1，概要如下。即，控制装置1是使控制对象(例如，负载机械3)进行动作的伺服马达2的控制装置，具有前馈控制部10，该前馈控制部10基于预先设定的所述控制对象的模型，输出伺服马达2的位置、速度、扭矩的目标值即模型输出位置θ_M(模型位置)、模型输出速度v_M(模型速度)、模型输出扭矩(模型扭矩)，前馈控制部10包括滑模控制部102，该滑模控制部102基于模型位置偏差以及模型速度偏差，以使所述模型输出扭矩能够收敛于由伺服马达2能够输出的规定扭矩(例如，伺服马达2能够输出的最大扭矩)和被伺服马达2驱动的负载机械3的运动特性确定的变换线SL上的方式确定所述模型输出扭矩，其中所述模型位置偏差是从外部输入的位置指令值θ_R与所述模型输出位置θ_M之间的偏差，所述模型速度偏差是从外部输入的速度指令值v_R与所述模型输出速度v_M之间的偏差。

根据上述结构，控制装置1的前馈控制部10通过滑模控制控制所述模型输出位置θ_M、所述模型输出速度v_M以及所述模型输出扭矩。也就是说，前馈控制部10能够生成不超过伺服马达2能够输出的最大扭矩的模型轨道(所述模型输出位置θ_M以及所述模型输出速度v_M)。因此，控制装置1具有如下的效果，用户能在不了解伺服马达2能够输出的最大扭矩的情况下将所述位置指令赋予前馈控制部10，使伺服马达2执行期望动作。

另外，控制装置1的前馈控制部10通过滑模控制控制所述模型输出位置θ_M、所述模型输出速度v_M和所述模型输出扭矩。因此，控制装置1具有能够使用不会引起超越以及抖动等的模型，执行所述模型追踪控制的效果。

而且，控制装置1还具有如下的效果：模型速度控制部303的输出扭矩被扭矩限制部304限制，从而反馈控制器不能追踪模型输出的轨道，结果能够避免超越以及抖动等(模型输出的轨道自身产生超越以及抖动等)问题。

在此，控制装置1还具有反馈控制部20，该反馈控制部20以使伺服马达2的所述位置以及所述速度追踪被前馈控制部10控制的所述模型输出位置θ_M以及所述模型输出速度v_M的方式对伺服马达2的所述位置以及所述速度进行反馈控制(例如，PID控制)。

根据上述结构，控制装置1的前馈控制部10通过滑模控制，控制所述模型输出位置θ_M、所述模型输出速度v_M以及所述模型输出扭矩，反馈控制部20以使伺服马达2的所述位置以及所述速度追踪所述模型输出位置θ_M以及所述模型输出速度v_M的方式对伺服马达2的所述位置以及所述速度进行所述反馈控制(例如，PID控制)。

在此，在反馈控制部20执行所述滑模控制的情况下，伺服马达2的所述扭矩会引起抖动。

但是，控制装置1具有如下的效果，即，反馈控制部20进行所述PID控制，所以能够避免伺服马达2的所述扭矩引起抖动。接着使用图1，对以上概略说明的控制装置1进行详细说明。

此外，用于确定所述变换线SL的伺服马达2能够输出的规定扭矩，例如为伺服马达2能够输出的最大扭矩。但是，用于确定所述变换线SL的伺服马达2能够输出的规定扭矩不是必须为伺服马达2能够输出的最大扭矩。在控制装置1中，用于确定所述变换线SL的伺服马达2能够输出的规定扭矩可以小于伺服马达2能够输出的最大扭矩。

根据上述结构，控制装置1具有如下的效果，能够使伺服马达2追踪一边对赋予伺服马达2的负载进行抑制一边被控制的所述模型输出位置θ_M、所述模型输出速度v_M、所述模型输出扭矩。

(本发明一个实施方式的控制装置的详细说明)

图1是表示控制装置1的主要部分的结构的框图。控制装置1是对伺服马达2进行模型追踪控制的控制装置。即，控制装置1具有控制伺服马达2的模型(标准模型)的前馈控制部10和以追踪被前馈控制部10控制的伺服马达2的模型的方式控制伺服马达2的反馈控制部20。

前馈控制部10控制伺服马达2的位置、速度、扭矩的目标值，即模型输出位置θ_M(模型位置)、模型输出速度v_M(模型速度)、模型输出扭矩(模型扭矩)。在此，前馈控制部10对所述模型输出位置θ_M、所述模型输出速度v_M以及所述模型输出扭矩，也就是说对伺服马达2的模型(标准模型)进行滑模控制。具体地说，前馈控制部10具有速度指令生成部101、滑模控制部102、模型扭矩限制部103以及控制对象模型检测部104。速度指令生成部101接受从外部(例如，用户)给予的位置指令值θ_R，根据所述位置指令值θ_R生成速度指令值v_R。速度指令生成部101输出生成的所述速度指令值v_R。

滑模控制部102接受所述位置指令值θ_R、由速度指令生成部101根据所述位置指令值θ_R生成的所述速度指令值v_R和由控制对象模型检测部104生成的模型输出位置θ_M以及模型输出速度v_M。更准确地说，滑模控制部102接受模型位置偏差以及模型速度偏差，其中，所述模型位置偏差是所述位置指令值θ_R与所述模型输出位置θ_M的偏差，所述模型速度偏差为所述速度指令值v_R与所述模型输出速度v_M的偏差。并且，滑模控制部102以使所述模型位置偏差和所述模型速度偏差收敛于变换线SL(变换面)上的方式控制(确定)模型输出扭矩。在此，模型输出扭矩是伺服马达2的扭矩目标值，是伺服马达2的模型(标准模型)的扭矩。另外，所述变换线SL由伺服马达2能够输出的规定扭矩(例如，伺服马达2能够输出的最大扭矩)和被伺服马达2驱动的负载机械3的运动特性确定。之后使用图2～图6详细说明所述变换线SL。

模型扭矩限制部103基于被滑模控制部102控制的模型输出扭矩输出模型输出扭矩。从模型扭矩限制部103输出的模型输出扭矩通知给控制对象模型检测部104以及反馈控制部20。此外，滑模控制部102用于输出伺服马达2能够输出的扭矩的正负最大值。因此，滑模控制部102在性质上发挥作为扭矩限制部的功能。因此，在本实施方式中设置的模型扭矩限制部103也可以不设置。

控制对象模型检测部104接受从模型扭矩限制部103输出的模型输出扭矩，生成模型输出位置θ_M以及模型输出速度v_M，并输出生成的模型输出位置θ_M以及模型输出速度v_M。即，由控制对象模型检测部104生成的模型输出位置θ_M通知给滑模控制部102以及反馈控制部20。由控制对象模型检测部104生成的模型输出速度v_M通知给滑模控制部102以及反馈控制部20。此外，更准确地说，由控制对象模型检测部104生成的模型输出位置θ_M与所述位置指令值θ_R的偏差即模型位置偏差通知给滑模控制部102。另外，由控制对象模型检测部104生成的模型输出速度v_M与所述速度指令值v_R的偏差即模型速度偏差通知给滑模控制部102。

控制装置1所具有的反馈控制部20与现有的控制装置9所具有的反馈控制部20同样。即，控制装置1所具有的反馈控制部20以追踪被前馈控制部10控制的模型输出位置θ_M、模型输出速度v_M以及模型输出扭矩的方式对伺服马达2的位置、速度以及扭矩进行PID控制。反馈控制部20所具有的各功能块已经说明了，因此省略详细说明。

即，在控制装置1中，生成模型追踪控制用模型轨道的前馈控制部10执行滑模控制，由此能够生成不超过伺服马达2能够输出的规定扭矩(例如，伺服马达2能够输出的最大扭矩)的模型轨道。另外，滑模控制部102基于控制对象模型检测部所输出的模型速度、模型位置，输出应该赋予马达的扭矩值。在此，模型速度、模型位置是与所设计的模型对应的理想值，与负载机械3实际动作反馈的速度、位置相比较，值的急剧变动等少。滑模控制部102基于上述的模型速度、模型位置输出扭矩值，因此与滑模控制部102配置于反馈控制部20的情况相比，从滑模控制部102输出的扭矩值的动作稳定。结果，被控制装置1控制的伺服马达2不会引起超越以及抖动等。详细后面说明，如图7所示，被控制装置1控制的模型的模型输出位置θ_M不引起超越以及抖动等地收敛。此外，图7是表示如下情况下的模型输出位置θ_M的轨迹的图，即变换线SL为二维曲线，滑模控制部102接受的速度指令值v_R为“0”，详细后面说明。

能够将以上详细说明的控制装置1执行的控制方法(伺服马达2的控制方法)整理如下。即，控制装置1执行的控制方法是进行模型追踪控制的伺服马达2的控制方法，包括前馈控制步骤和反馈控制步骤，所述前馈控制步骤是对伺服马达2的位置、速度、扭矩的目标值即模型输出位置θ_M、模型输出速度v_M、模型输出扭矩进行控制的步骤，所述反馈控制步骤是使伺服马达2的位置以及速度追踪通过所述前馈控制步骤控制的所述模型输出位置θ_M以及所述模型输出速度v_M的步骤，所述前馈控制步骤包括滑模控制步骤，在滑模控制步骤中，使模型位置偏差和模型速度偏差收敛于根据伺服马达2能够输出的规定扭矩(例如，伺服马达2能够输出的最大扭矩)和被伺服马达2驱动的负载机械3的运动特性确定的变换线SL上的方式确定所述模型输出扭矩(模型扭矩)，其中，所述模型位置偏差是从外部输入的位置指令值θ_R与所述模型输出位置θ_M的偏差，所述模型速度偏差是从外部输入的速度指令值v_R与所述模型输出速度v_M的偏差。

根据上述结构，在所述控制方法中，所述前馈控制步骤通过滑模控制控制所述模型输出位置θ_M、所述模型输出速度v_M、所述模型输出扭矩。也就是说，所述前馈控制步骤能够生成不超过伺服马达2能够输出的最大扭矩的模型轨道(所述模型输出位置θ_M以及所述模型输出速度v_M)。因此，所述控制方法具有如下的效果：用户能够在不了解伺服马达2能够输出的最大扭矩的情况下将所述位置指令赋予所述前馈控制步骤，使伺服马达2执行期望动作。

另外，在所述控制方法中，所述前馈控制步骤通过滑模控制控制所述模型输出位置θ_M、所述模型输出速度v_M、所述模型输出扭矩。因此，所述控制方法具有如下的效果：能够使用不引起超越以及抖动等的模型，执行所述模型追踪控制。

而且，所述控制方法具有如下的效果：所述模型输出扭矩超过伺服马达2能够输出的最大扭矩，反馈控制步骤不追踪模型输出的轨道，结果能够避免超越以及抖动等(模型输出的轨道自身超越以及抖动等)问题的发生。

接着，使用图2详细说明前馈控制部10针对伺服马达2的模型执行的滑模控制。

(滑模控制)

图2是用于说明滑模控制部102执行的滑模控制的图。如图2所示，滑模控制部102被输入速度偏差v_err和位置偏差θ_err，通过由所输入的速度偏差v_err以及位置偏差θ_err确定的点处于图2所示的变换线SL(变换面)的哪一侧，来确定模型输出扭矩。

变换线SL设计为，在输出伺服马达2能够输出的正的规定扭矩或负的规定扭矩(例如，伺服马达2能够输出的正的最大扭矩或负的最大扭矩)时，到达原点(即位置偏差θ_err以及速度偏差v_err都为“0”的位置)的轨道。

如图2所示，考虑横轴为速度偏差v_err、纵轴为位置偏差θ_err的相位平面PP，在相位平面PP上描画由速度偏差v_err和位置偏差θ_er的式子表示的变换线SL(变换面)。在将所赋予的输入(滑模控制部102接受的速度偏差v_err以及位置偏差θ_err)描绘在相位平面PP上时，表示该输入的点位于变换线SL的纸面右上侧的情况下，滑模控制部102输出伺服马达2能够输出的正的规定扭矩(例如，伺服马达2能够输出的最大扭矩)。在表示所述输入的点在相位平面PP中位于变换线SL的纸面左下侧的情况下，滑模控制部102输出伺服马达2能够输出的负的规定扭矩(例如，伺服马达2能够输出的最小扭矩，即负的最大扭矩)。另外，在位于变换线上的情况下，在第2象限输出负的最大扭矩，在第4象限输出正的最大扭矩。由此，位置偏差、速度偏差两者朝向原点收敛。

之前使用图2说明了滑模控制部102执行的滑模控制，在该滑模控制中利用的变换线SL(变换面)由伺服马达2能够输出的规定扭矩和被伺服马达2驱动的负载机械3的运动特性确定。

在此，作为负载机械3的运动特性，考虑负载机械3的转动惯量(惯性)以及粘性系数(粘性摩擦)等。接着，使用图3说明负载机械3的运动特性仅为“负载机械3的转动惯量”时与负载机械3的运动特性为“负载机械3的转动惯量以及粘性系数”时的所述变换线SL的不同。

(变换线的导出)

图3是将在控制装置1中负载机械3的运动特性仅为负载机械3的转动惯量时的变换线SL与负载机械3的运动特性为负载机械3的转动惯量以及粘性系数时的变换线SL进行对比表示的图。在负载机械模型(负载机械3的运动特性)仅为转动惯量时，变换线SL(变换面)在横轴为速度偏差v_err、纵轴为位置偏差θ_err的相位平面PP中能够用二维曲线表示。在负载机械模型为转动惯量以及粘性摩擦时，变换线SL在所述相位平面PP中能够表示为对数曲线与直线的和。下面，详细说明。

(仅为转动惯量)

以下首先对在控制装置1中作为确定变换线SL的一个要素的负载机械3的运动特性(负载机械模型)仅为负载机械3的转动惯量的情况进行说明。在负载机械模型仅为负载机械3的转动惯量的情况下，所述变换线SL在横轴为速度偏差v_err、纵轴为位置偏差θ_err的相位平面PP(由所述模型位置偏差和所述模型速度偏差定义的平面)上，被定义为二维曲线。

在负载机械模型仅为负载机械3的转动惯量的情况下，控制装置1具有如下的效果，能够以使所述模型位置偏差和所述模型速度偏差收敛于由伺服马达2能够输出的规定扭矩和负载机械3的转动惯量确定的变换线SL上并最终使所述模型位置偏差和所述模型速度偏差收敛为零的方式，进行用于确定所述模型输出扭矩的滑模控制。

在负载机械3的运动特性(负载机械模型)仅为负载机械3的转动惯量的情况下，进行滑模控制的前馈控制部10(滑模控制部102)的控制对象仅为惯性模型，所以只要饱和控制器的操作量没有切换，饱和控制器的输出u_sat就是恒定的，模型的动作为用下面的数学式1表示的匀加速运动。

【数学式1】

在数学式1中，verr(t)、v_R以及v_M(t)分别为速度偏差、目标速度(速度指令值)、模型输出速度，J_M为模型的惯性。通过对数学式1的速度偏差进行时间积分，能够如下面的数学式2所示得到“位置偏差θ_err(t)：＝θ_R-θ_M(t)”。

【数学式2】

而且，若从数学式1和数学式2中消去t用速度偏差v_err(t)表示位置偏差θ_err，获得以下的数学式3。

【数学式3】

在此，θ_R、θ_M(t)分别是目标位置(位置指令值)、模型输出位置。通过数学式3，输入最大操作量(正的饱和值)以及最小操作量(负的饱和值)的情况下，如图4所示，状态从任意的初始状态[θ_err(0)，v_err(0)]变化。

图4是表示在负载机械3的运动特性仅为负载机械3的转动惯量的情况下，输入最大操作量时的状态变化和输入最小操作量时的状态变化的图。在

图4中，向纸面上侧凸的曲线组表示输入最大操作量(正的饱和值)时的状态变化，向纸面下侧凸的曲线组表示输入最小操作量(负的饱和值)时的状态变化。在图4中，若选择从任意的初始状态通过一次变换收敛于原点的变换线SL，则能够描画图5所示的图。

图5是用于说明在控制装置1中执行的滑模控制的最短时间收敛的变换线SL的图。在图5中，表示能够最短时间收敛的变换线SL的σ(θ_err，v_err)如以下的数学式4所示。

【数学式4】

使用能够最短时间收敛的变换线SL(也就是说，用数学式4表示的变换线SL)，在控制中，若按照当前时刻t₀的位置偏差θ_err(t₀)和速度偏差v_err(t₀)将饱和控制器的输出u_sat决定为数学式5，则能够在不变换操作量的情况下从任意的初始状态收敛于变换线SL。

【数学式5】

另外，在变换线SL上“σ＝0”的情况下，如下面的数学式6所示决定饱和控制器的输出u_sat。

【数学式6】

如以上所说明的，通过决定饱和控制器的输出u_sat，最多对操作量进行一次变换，就能够从任意的初始状态收敛于原点。

以上说明的是负载机械模型(负载机械3的运动特性)仅为转动惯量时的变换线SL(变换面)。接着，说明负载机械模型为转动惯量以及粘性摩擦时的变换线SL。

(转动惯量以及粘性摩擦)

对在控制装置1中，作为确定变换线SL的一个要素的负载机械3的运动特性(负载机械模型)为负载机械3的转动惯量和粘性系数的情况进行说明。在负载机械模型为负载机械3的转动惯量以及粘性系数的情况下，所述变换线SL在横轴为速度偏差v_err、纵轴为位置偏差θ_err的相位平面PP(由所述模型位置偏差和所述模型速度偏差定义的平面)中定义为对数曲线与直线的和。

在负载机械模型为负载机械3的转动惯量以及粘性系数的情况下，控制装置1具有如下的效果：以使所述模型位置偏差和所述模型速度偏差收敛于由伺服马达2能够输出的规定扭矩和负载机械3的转动惯量以及粘性系数确定的变换线SL上并最终所述模型位置偏差和所述模型速度偏差收敛为零的方式，进行用于确定所述模型输出扭矩的滑模控制。

接着，详细说明负载机械3的运动特性(负载机械模型)为负载机械3的转动惯量和粘性系数的情况，在以下的说明中，实际控制对象(设备)设定为具有惯性、粘性摩擦、动摩擦以及偏负载，向该控制对象的输入饱和的设备。若仿真这些特性，则如以下的数学式7所示。

【数学式7】

θ_M：模型的位置

υ_M：模型的速度

u_M：向模型的输入

J_M：模型的惯性

D_M：模型的粘性摩擦系数

在上述上述模型中，向模型的输入u_M为步骤输入，求出此时的模型位置(模型输出位置θ_M)以及模型的速度(模型输出速度v_M)。首先如以下的数学式8所示对模型输出速度v_M进行拉普拉斯变换。

【数学式8】

若对数学式8进行拉普拉斯逆变换，则得到以下的数学式9。其中，初始速度v_M(0)为“v_M(0)＝0”。

【数学式9】

以“初始位置θ_M(0)＝0”对数学式9进行时间积分，从而能够得到模型输出位置θ_M(t)。由此，模型输出位置θ_M(t)以及模型输出速度v_M(t)如以下的数学式10所示。

【数学式10】

在此，将位置偏差θ_err(t)以及速度偏差v_err(t)分别定为为“θ_err(t)＝θ_R-θ_M(t)”、“v_err(t)＝v_R-v_M(t)”，与之前同样地在初始条件“[θ_err(0)，v_err(0)]＝[0，0]」”下，求出相对于恒定值输入u_M的时间响应，则如以下的数学式11所示。

【数学式11】

θ_err(t)：＝θ_R-θ_M(t)

v_err(t)：＝v_R-v_M(t)

θ_R：目标位置

v_R：目标速度

(最优变换线的设计)

若基于数学式11，在图中示出输入u_M为正的饱和值τ_max，usr时和输入u_M为负的饱和值τ_min，usr时的θ_err，v_err的动作，则如图6所示。

图6是对在负载机械3的运动特性为负载机械3的转动惯量以及粘性系数的情况下，由恒定输入时的位置偏差θ_err和速度偏差v_err定义的变换线SL进行说明的图，尤其是表示在“t＝0”变为“θ_err＝0”、“v_err＝0”的轨道的图。在图6中，垂直方向上的虚线是表示输出扭矩与粘性摩擦抵消而速度不会增大到其以上的值的线。

为了以饱和操作值(即，正的饱和值τ_max，usr或负的饱和值τ_min，usr)收敛于原点“(θ_err，v_err)＝(0，0)”，只要进行控制，使得状态变化为比图6中的“t＝0”之前的，即“t≦0”的轨道并沿着该轨道即可。在此，通过从数学式11消去t，最优的变换线SL能够用下面的数学式12表示。

【数学式12】

之前，就滑模控制部102执行的滑模控制中使用的变换线SL(变换面)而言，从作为确定变换线SL的一个要素的负载机械3的运动特性的观点进行了说明。接着，使用图7以及图8说明滑模控制部102接受的模型速度偏差(更准确地说，速度指令生成部101生成的速度指令值v_R)。

(滑模控制部接受的速度指令值)

滑模控制部102接受的模型速度偏差是，速度指令生成部101基于从外部(例如，用户)给予的位置指令值θ_R生成的速度指令值v_R与模型输出速度v_M的偏差。下面，使用图7以及图8，对根据滑模控制部102接受的速度指令值v_R，也就是说，速度指令生成部101生成的速度指令值v_R，滑模控制部102控制的模型的动作如何变化进行说明。具体地说，说明滑模控制部102接受的速度指令值v_R为“位置指令值θ_R的微分”的情况和滑模控制部102接受的速度指令值v_R为“0”的情况进行说明。

在控制装置1中，滑模控制部102接受的速度指令值v_R能够为“0”。即，速度指令生成部101可以向滑模控制部102输出“0”这一速度指令值。

根据上述结构，控制装置1具有如下的效果：速度指令值v_R是0，所以在到达目标位置的时刻，能够使模型输出速度v_M也为0，由此所述模型输出位置θ_M不会超越。

图7是表示在控制装置1中执行的滑模控制中，速度指令为“0”时的模型输出位置θ_M的轨迹的图，也就是说，是表示在滑模控制部102接受的速度指令值v_R为“0”时，滑模控制部102控制的模型的动作的图。如图7所示，在滑模控制部102接受的速度指令值v_R为“0”的情况下，模型输出位置θ_M不会超越，另一方面，相对于位置指令值θ_R产生延迟，指令追踪性降低。

在控制装置1中，滑模控制部102接受的速度指令值v_R能够为“位置指令的微分”。即，速度指令生成部101向滑模控制部102输出作为“位置指令的微分”的速度指令值v_R。

图8是表示在控制装置1中执行的滑模控制中，速度指令为位置指令的微分时的模型输出位置θ_M的轨迹的图，也就是说，是表示在滑模控制部102接受的速度指令值v_R为“位置指令的微分”的情况下，滑模控制部102控制的模型的动作的图。如图8所示，在滑模控制部102接受的速度指令值v_R为“位置指令的微分”的情况下，对于该位置指令值θ_R的指令追踪性高，另一方面，会超越模型输出位置θ_M。

(按照模型输出速度限制模型输出扭矩)

由于伺服马达2的最大速度已确定，因此不希望滑模控制部102控制的模型输出速度v_M大于该最大速度。即，优选在控制装置1中，所述模型输出速度v_M小于伺服马达2的最大输出速度。

根据上述结构，在控制装置1中，被前馈控制部10控制的模型输出速度v_M小于伺服马达2的最大输出速度。

在此，若设定比伺服马达2的最大输出速度更大的模型输出速度v_M，则实际的伺服马达2不能追踪，对伺服马达2进行与模型的控制动作不同的控制。

在控制装置1中，由于所述模型输出速度v_M小于伺服马达2的最大输出速度，所以控制装置1具有如下的效果：使用伺服马达2能够追踪的模型，对伺服马达2进行模型追踪控制。

具体地说，以va为“开始进行速度限制的阈值”，vb为“速度限制值”，如下述的模型输出扭矩计算方法所示，滑模控制部102按照模型输出速度v_M对输出(模型输出扭矩)进行限制。

【数学式13】

1.在v_model×τ_model≤0的情况(模型输出速度接近“0”的情况)

或|v_model|<v_a的情况下，

不限制模型输出速度

2.在v_model×τ_model>0且v_a<|v_model|<v_b的情况下

3.在v_model×τ_model>0且|v_model|≥v_b的情况下

图9是表示将va设为“开始进行速度限制的阈值”，将vb设为“速度限制值”，按照模型输出速度v_M，对通过滑模控制的模型输出扭矩进行限制的图。如图9所示，滑模控制部102执行以下的控制，以使滑模控制部102控制(输出)的模型输出速度v_M不大于表示伺服马达2的最大输出速度的速度限制值vb。即，当模型输出速度v_M达到“开始进行速度限制的阈值va”时，滑模控制部102限制输出(模型输出扭矩)，使模型输出速度v_M为速度限制值vb以下。

〔实施方式2〕

下面，基于图11～图16详细说明本发明的实施方式2。

(本发明一个实施方式的控制装置的概略结构)

在上述实施方式1中，滑模控制部102以使模型输出扭矩收敛于由伺服马达2能够输出的规定扭矩和被伺服马达2驱动的负载机械3的运动特性确定的变换线SL上的方式确定模型输出扭矩。此时，就滑模控制部102而言，作为伺服马达2能够输出的规定扭矩能够使用作为伺服马达能够输出的最大扭矩而预先设定的恒定值即τ_max以及作为伺服马达能够输出的最小扭矩(也就是说，负方向的最大扭矩)而预先设定的恒定值即τ_min。

但是，最大扭矩以及最小扭矩根据马达的驱动状态而变动。例如，根据每个马达所固有的NT特性(N：转速，T：扭矩)，转速越大，能够输出的最大扭矩以及最小扭矩的绝对值越小。

另外，能够输出的最大扭矩以及最小扭矩还在根据旋转方向变动的动摩擦以及根据转速变动的粘性摩擦的影响下发生变动。

另外，由于负载机械3中的偏负载等，能够输出的最大扭矩以及最小扭矩也发生变动。在此，所说的偏负载表示在某一特定方向上在负载机械3上产生的载荷。例如，在负载机械3沿着铅垂方向往复运动时，因重力的影响产生的载荷。

因此，在不考虑这样的最大扭矩以及最小扭矩的变动，作为伺服马达2能够输出的最大扭矩以及最小扭矩使用预先设定的恒定值的情况下，滑模控制部102中使用的伺服马达能够输出的规定扭矩，与实际的伺服马达2的加减速能够使用的最大扭矩或最小扭矩之间会产生背离。由此，伺服马达2不能追踪从滑模控制部102输出的模型输出扭矩。结果，会引起产生超越和抖动的问题。

本实施方式也能够消除这样的问题。如下基于图11说明本实施方式中。图11是表示控制装置1的主要部分的结构的框图。本实施方式的控制装置1与实施方式1的控制装置1的不同点在于，具有扭矩修正部105。此外，为了便于说明，对与上述实施方式中说明的构件相同功能的构件，标注相同的附图标记，并省略说明。

扭矩修正部105用于基于伺服马达2的驱动状态对滑模控制部102确定变换线SL所用的伺服马达2能够输出的规定扭矩进行修正。

由于具有扭矩修正部105，基于伺服马达2的驱动状态对伺服马达2能够输出的规定扭矩进行修正，使用在实际加减速中能够使用的扭矩值进行滑模控制部102的设定，所以能够提高使用滑模控制部102的情况下的马达的动作稳定性。

此外，扭矩修正部105可以使用伺服马达2的实际驱动状态作为伺服马达2的驱动状态对规定扭矩进行修正，也可以使用从控制对象模型检测部305输出的模型状态作为伺服马达2的驱动状态对规定扭矩进行修正。

其中，伺服马达2的实际驱动状态有时受到非预期的干扰等的影响。此时，若使用伺服马达2的实际驱动状态对规定扭矩进行修正，则可能使得模型输出扭矩不稳定。因此，在处于易于受到非预期的干扰等的影响的环境中的情况下，优选扭矩修正部105使用从控制对象模型检测部305输出的模型状态作为伺服马达2的驱动状态对规定扭矩进行修正。

扭矩修正部105在使用伺服马达2的实际驱动状态作为伺服马达2的驱动状态的情况下，只要使用由编码器4检测到的伺服马达2的位置(实际位置)或从速度检测部202输出的速度(实际速度)即可。另外，扭矩修正部105在使用模型状态作为伺服马达2的驱动状态的情况下，只要使用从控制对象模型检测部305输出的模型输出位置或模型输出速度即可。

(运算方法)

接着，基于图16说明扭矩修正部105的运算方法的具体例。

在图16中，最大扭矩用τ_max表示，额定扭矩用τ_rated表示，额定速度用v_rated表示，最大速度用v_max表示。如图16所示，扭矩修正部105使用额定速度v_rated、最大速度v_max、额定扭矩τ_rated和最大扭矩τ_max，利用连接(v_rated,τ_max)与(v_max,τ_rated)而成的直线对用于确定变换线SL的伺服马达2能够输出的规定扭矩进行修正。

在此，使用斜率K，通过数学式14计算某一速度v处的扭矩减小值τ_dec(v)。此外，扭矩减小值τ_dec(v)是负的值。其中，v＞0。另外，斜率K用数学式15表示。

【数学式14】

【数学式15】

使用该值，扭矩修正部105如数学式16那样求出修正后最大扭矩(正方向的最大扭矩)τ_lim＿max以及修正后最小扭矩(也就是说，负方向的最大扭矩)τ_lim＿min作为用于确定变换线SL的伺服马达2能够输出的规定扭矩。此外，就扭矩修正部105而言，速度v可以使用从控制对象模型检测部104输出的模型输出速度v_M，也可以使用从速度检测部202输出的实际速度。

【数学式16】

在此，τ_u＿max、τ_u＿min分别为扭矩限制部204的上限值以及下限值(该值能够设定实际伺服马达2能够输出的扭矩的正的最大值或负的最大值)。扭矩限制部204的上限值以及下限值能够由用户设定，分别设定τ_max以下的正的值、-τ_max(＝τ_min)以上的负的值。此外，扭矩限制部204的上限值的绝对值与下限值的绝对值可以彼此不同。另外，在没有用户的设定指示的情况下，扭矩限制部204的上限值τ_u＿max设定为τ_max，下限值τ_u＿min设定为-τ_max。

根据上述数学式16，就扭矩修正部105而言，如果伺服马达2的最大扭矩τ_max加上扭矩减小值τ_dec(v)(也就是说，减去扭矩减小值τ_dec(v)的绝对值)得到的值为用户所设定的上限值τ_u＿max以下，就将τ_max+τ_dec(v)作为修正后最大扭矩τ_lim＿max。另一方面，就扭矩修正部105而言，在伺服马达2的最大扭矩τ_max加上扭矩减小值τ_dec(v)得到的值超过用户所设定的上限值τ_u＿max的情况下，设定τ_u＿max为修正后最大扭矩τ_lim＿max。同样地，扭矩修正部105设定修正后最小扭矩τ_lim＿min。

滑模控制部102使用扭矩修正部105算出的修正后最大扭矩τ_lim＿max以及修正后最小扭矩τ_lim＿min确定变换线SL。

例如，仅考虑转动惯量时的滑模变换线SL通过将上述数学式4中的τ_max以及τ_min置换为通过上述运算而算出的修正后最大扭矩τ_lim＿max以及修正后最小扭矩τ_lim＿min得到的数学式17计算。

【数学式17】

图15是表示具有扭矩修正部105的情况与不具有扭矩修正部105的情况的最短时间收敛的变换线SL的不同的图。如图15所述，由于具有扭矩修正部105，变换线SL发生大的变化。

另外，考虑了转动惯量以及粘性摩擦时的滑模变换线SL可以通过将上述数学式12中的τ_max，usr以及τ_min，usr置换为通过上述运算而算出的修正后最大扭矩τ_lim＿max以及修正后最小扭矩τ_lim＿min得到的式子计算。

这样，由于控制装置1具有扭矩修正部105，所以能够考虑NT特性等。具体地说，扭矩修正部105能够输出伺服马达2实际加减速中能够使用的扭矩作为用于确定变换线SL的伺服马达2能够输出的规定扭矩。由此，滑模控制部102能够使用动态变换的修正后最大扭矩τ_lim＿max、修正后最小扭矩τ_lim＿min动态地求出滑模变换线SL。由此，控制装置1能够生成不会产生超越和抖动的轨道。

此外，在此对使用从控制对象模型检测部104输出的模型输出速度v_M或从速度检测部202输出的实际速度，和基于NT特性计算的扭矩减小值τ_dec(v)，对用于确定变换线SL的伺服马达2能够输出的规定扭矩进行修正的例子进行了说明。

但是，扭矩修正部105可以求出因NT特性以外的原因引起的扭矩减小值。

例如，在因动摩擦而使伺服马达2产生扭矩损失的情况下，扭矩修正部105求出因动摩擦引起的扭矩减小值。动摩擦是符号(正负号)按照伺服马达2的速度v改变的常数。因此，扭矩修正部105预先存储该常数，按照从控制对象模型检测部305输出的模型输出速度v_M或从速度检测部202输出的实际速度确定符号(正负号)，求出因动摩擦引起的扭矩减小值。

另外，在因粘性摩擦而使伺服马达2产生扭矩损失的情况下，扭矩修正部105计算因粘性摩擦引起的扭矩减小值。粘性摩擦由按照伺服马达2的速度v变化的函数决定。因此，扭矩修正部105预先存储该函数，按照从控制对象模型检测部305输出的模型输出速度v_M或从速度检测部202输出的实际速度求出因粘性摩擦引起的扭矩减小值。

另外，在因负载机械3中的偏负载产生扭矩损失的情况下，扭矩修正部105求出因偏负载引起的扭矩减小值。通过负载机械3的动作实验或仿真预先设定因偏负载引起的扭矩减小值。因此，扭矩修正部105基于从控制对象模型检测部305输出的模型输出速度v_M和/或模型输出位置θ_M，或者基于从编码器4输出的实际位置和/或从速度检测部202输出的实际速度，判定是否是产生偏负载的时刻，在是产生偏负载的时刻的情况下，设定预先存储的扭矩减小值。

此外，扭矩修正部105可以仅使用因这些原因引起的扭矩减小值的任一个，或者使用将多个扭矩减小值组合的合计值。

(效果)

基于图12A～图14B说明本实施方式的扭矩修正部105的效果。其中，作为一个例子对考虑了NT特性的情况进行说明。

图12A～图14B分别示出在控制装置中执行的滑模控制中，模型与实际状态在速度指令为“0”时针对同一动作的位置、速度、扭矩的比较。即，图12A、12B示出模型输出位置(实线)与伺服马达的实际位置(虚线)之间的比较，图13A、13B表示模型输出速度(实线)与伺服马达2的实际速度(虚线)之间的比较，图14A、14B表示模型输出扭矩(实线)与根据伺服马达2的驱动电流或通过控制装置1生成的电流指令值换算的实际扭矩(虚线)之间的比较。另外，图12A、13A和14A是与不具有扭矩修正部105的滑模控制部102对应的图，图12B、13B、14B是与具有扭矩修正部105的滑模控制部102对应的图。

如图12A所示，在控制装置1不具有扭矩修正部105的情况下，在没有考虑NT特性时，实际位置不能追踪模型位置，在定位时会产生抖动。但是，如图12B所示，由于控制装置1具有扭矩修正部105，通过进行考虑NT特性的控制，抖动消除，变为模型位置与实际位置一致的状态，能够改进抖动。

另外，如图13A所示，在控制装置1不具有扭矩修正部105的情况下，没有考虑NT特性，即，没有考虑实际马达加减速中能够使用的扭矩所减少的扭矩，因此实际速度不能追踪模型输出速度，定位时产生抖动。但是，如图13B所示，由于控制装置1具有扭矩修正部105，进行考虑了NT特性的控制，从而抖动消除，变为模型输出速度与实际速度一致的状态，从而能够改进抖动。

而且，如图14A所示，在控制装置1不具有扭矩修正部105的情况下，没有考虑NT特性，即，没有考虑实际马达加减速中能够使用的扭矩减少的扭矩，因此模型输出扭矩(图中，记载为模型扭矩)与实际扭矩产生差。但是，如图14B所示，由于控制装置1具有扭矩修正部105，进行考虑了NT特性的控制，可知能够变为模型输出扭矩与实际扭矩一致的状态。

〔利用软件的实现例〕

控制装置1的控制块(尤其是，前馈控制部10、速度指令生成部101、滑模控制部102、模型扭矩限制部103、控制对象模型检测部104、反馈控制部20、位置控制部201、速度检测部202、速度控制部203、扭矩限制部204)可以通过形成于集成电路(IC芯片)等的逻辑电路(硬件)实现，或者使用CPU(Central Processing Unit：中央处理器)通过软件实现。

在后者的情况下，控制装置1具有对实现各功能的软件即程序命令进行执行的CPU、以电脑(或CPU)能够读取的方式存储上述程序以及各种数据的ROM(Read OnlyMemory：只读存贮器)或存储装置(将这些称为“存储介质”)、展开上述程序的RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)等。并且，计算机(或CPU)从上述存储介质读取上述程序并执行，从而达到本发明的目的。作为上述存储介质能够使用“非暂时性有形介质”，例如，带、盘、卡、半导体存储器、可编程逻辑电路等。另外，上述程序可以经由能够传输该程序的任意传输介质(通信网络、电波等)供给给上述计算机。此外，本发明能够以通过电子传输将上述程序具现化的载入载波的数据信号的方式实现。

本发明不限于上述的各实施方式，能够在权利要求所表示的范围内进行各种变更，将不同的实施方式中分别公开的技术方案适当组合得到的实施方式也包含于本发明的技术方案内。

Claims (10)

1.一种使控制对象进行动作的伺服马达的控制装置，其特征在于，

该控制装置具有前馈控制部，该前馈控制部基于预先设定的所述控制对象的模型输出所述伺服马达的位置、速度、扭矩的目标值，即模型位置、模型速度、模型扭矩，

所述前馈控制部包括滑模控制部，该滑模控制部基于模型位置偏差和模型速度偏差以使所述模型扭矩收敛于由所述伺服马达能够输出的规定扭矩和被所述伺服马达驱动的负载机械的运动特性确定的变换线上的方式确定所述模型扭矩，

所述模型位置偏差是从外部输入的位置指令值与所述模型位置的偏差，所述模型速度偏差是从外部输入的速度指令值与所述模型速度的偏差，

所述运动特性是所述负载机械的转动惯量和粘性系数，

所述变换线在由所述模型位置偏差和所述模型速度偏差定义的平面上定义为对数曲线与直线之和。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

该控制装置还包括反馈控制部，所述反馈控制部以使所述伺服马达的所述位置以及所述速度追踪被所述前馈控制部控制的所述模型位置以及所述模型速度的方式对所述伺服马达的所述位置以及所述速度进行反馈控制。

3.如权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

所述速度指令值是0。

4.如权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

确定所述变换线的所述伺服马达能够输出的规定扭矩比所述伺服马达能够输出的最大扭矩小。

5.如权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

所述模型速度小于所述伺服马达的最大输出速度。

6.如权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

该控制装置还具有扭矩修正部，该扭矩修正部基于所述控制对象的实际驱动状态或所述控制对象的模型的状态修正所述规定扭矩，

所述滑模控制部使用被所述扭矩修正部修正过的规定扭矩确定所述模型扭矩。

7.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，

所述扭矩修正部基于所述伺服马达的实际速度或所述模型速度修正所述规定扭矩。

8.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，

所述扭矩修正部基于所述伺服马达的实际速度或所述模型速度，求出因转速扭矩特性、动摩擦、粘性摩擦中的至少任一项引起的扭矩减小量，通过减去该扭矩减小量来修正所述规定扭矩。

9.如权利要求6所述的控制装置，其特征在于，

所述扭矩修正部求出因在使所述控制对象进行动作时产生的偏负载引起的扭矩减小量，通过减去该扭矩减小量来修正所述规定扭矩。

10.一种进行模型追踪控制的伺服马达的控制方法，其特征在于，

包括：

前馈控制步骤，对所述伺服马达的位置、速度、扭矩的目标值，即模型位置、模型速度、模型扭矩进行控制，以及

反馈控制步骤，使所述伺服马达的位置以及速度追踪通过所述前馈控制步骤控制的所述模型位置以及所述模型速度；

所述前馈控制步骤包括滑模控制步骤，在该滑模控制步骤中，以使模型位置偏差与模型速度偏差收敛于由所述伺服马达能够输出的规定扭矩和被所述伺服马达驱动的负载机械的运动特性确定的变换线上的方式，进行确定所述模型扭矩的滑模控制，所述模型位置偏差是从外部输入的位置指令值与所述模型位置的偏差，所述模型速度偏差是速度指令值与所述模型速度的偏差，

所述运动特性是所述负载机械的转动惯量和粘性系数，

所述变换线在由所述模型位置偏差和所述模型速度偏差定义的平面上定义为对数曲线与直线之和。

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