CN107181441B - 马达控制装置、马达控制方法及记录介质 - Google Patents

马达控制装置、马达控制方法及记录介质 Download PDF

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Abstract

本发明实现控制对象的行为稳定化的模型跟踪型的马达控制装置。控制装置(1)包括：反馈控制部(20)，基于对伺服马达(2)的旋转状态进行检测的编码器(4)的检测值，生成用于使伺服马达(2)驱动的驱动用扭矩指令值；以及前馈控制部(10)，生成模型扭矩指令值，并输出至反馈控制部(20)，前馈控制部(10)具备将模型扭矩指令值限制在第1限制范围内的模型扭矩限制器(104)。

Description

马达控制装置、马达控制方法及记录介质
技术领域
本发明涉及一种控制马达(motor)的驱动的、模型(model)跟踪型的马达控制装置。
背景技术
以往，已知有一种马达控制装置，除了反馈(feedback)控制系统以外，还包括使用模型的前馈(feedforward)控制系统，由此来进行模型跟踪控制(专利文献1～专利文献3)。例如，在专利文献1中，在基于从电动机模型及负载机械模型输出的信号而生成的扭矩(torque)信号(以下称作模型扭矩信号)中，包含从考虑到外部干扰扭矩的速度控制电路输出的扭矩信号(以下称作外部干扰扭矩信号)后，输出用于驱动马达的扭矩指令值。
而且，专利文献2中记载了：在基于标准模型值与控制目标值来输出控制指令值的马达驱动装置中，进行对控制指令值即扭矩指令值进行限制的扭矩限制处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3214270号(2001年10月2日发行)
专利文献2：日本专利特开2016-5296号(2016年1月12日公开)
专利文献3：日本专利特开2010-33172号(2010年2月12日公开)
发明内容
发明所要解决的问题
但是，专利文献1的技术中，前馈控制系统生成未考虑外部干扰扭矩的模型扭矩信号，因此在反馈控制系统中，模型扭矩信号中会包含外部干扰扭矩信号。因此，在从前馈控制系统输出的模型扭矩信号无限制，且外部干扰扭矩大的情况下，在反馈控制系统中，可能会生成大幅超过可向马达输出的范围的扭矩指令值。由此，马达控制装置中的模型跟踪性下降。其结果，存在如下问题：来自反馈控制系统的输出信号变得不稳定，甚而，控制对象的行为变得不稳定。
而且，专利文献2的技术中，尽管在反馈控制系统中具有扭矩限制处理，但从前馈控制系统输出的标准模型值的扭矩成分即模型扭矩值无限制。因此，来自前馈控制系统的模型扭矩值有可能大幅偏离扭矩限制处理中的扭矩指令值的限制范围。此时，马达控制装置中的模型跟踪性下降。其结果，存在如下问题：来自反馈控制系统的输出信号变得不稳定，甚而，控制对象的行为变得不稳定。
本发明是有鉴于所述问题而完成，其目的在于提供一种控制对象的行为稳定化的模型跟踪型的马达控制装置、马达控制方法以及程序。
解决问题的技术手段
为了解决所述问题，本发明的一形态的马达控制装置进行控制对象中所含的马达的控制，所述马达控制装置包括：反馈控制部，基于对所述马达的旋转状态进行检测的旋转检测器的检测值，生成用于使所述马达驱动的驱动用扭矩指令值；以及前馈控制部，生成模型指令值，并输出至所述反馈控制部，所述前馈控制部包括第1扭矩限制部，所述第1扭矩限制部将所述模型指令值中所含的模型扭矩指令值限制在第1限制范围内。
而且，为了解决所述问题，本发明的一形态的马达控制方法进行控制对象中所含的马达的控制，所述马达控制方法包括：前馈工序，生成模型指令值；以及反馈工序，基于所述模型指令值与对所述马达的旋转状态进行检测的旋转检测器的检测值，生成用于使所述马达驱动的驱动用扭矩指令值，在所述前馈工序中，将所述模型指令值中所含的模型扭矩指令值限制在第1限制范围内。
根据所述结构，前馈控制部具备第1扭矩限制部。因此，能够限制模型扭矩指令值，以使反馈控制部所输出的驱动用扭矩指令值稳定化。其结果，能够使控制对象的行为稳定化。
而且，本发明的一形态的马达控制装置中，优选的是，所述前馈控制部包括设定部，所述设定部设定所述第1限制范围的上限值及下限值，所述设定部是以绝对值成为大于0的值的方式来设定所述第1限制范围的上限值及下限值。
若从前馈控制部输出的模型扭矩指令值被限制为0，则可能产生下述问题，即，尽管对马达控制装置输入有指令，马达却不会被驱动。
但是，根据所述结构，设定部以绝对值成为大于0的值的方式来设定第1限制范围的上限值及下限值。因此，从前馈控制部输出的模型扭矩指令值不会被限制为0。因此，尽管对马达控制装置输入有指令，马达却不会被驱动这一所述问题得以解决。
而且，本发明的一形态的马达控制装置中，也可为，所述反馈控制部包括第2扭矩限制部，所述第2扭矩限制部将所述驱动用扭矩指令值限制在第2限制范围内，所述前馈控制部包括设定部，所述设定部将所述第2限制范围的上限值设定为所述第1限制范围的上限值，将所述第2限制范围的下限值设定为所述第1限制范围的下限值。
根据所述结构，从前馈控制部输出的模型扭矩指令值处于反馈控制部中的第2扭矩限制部的第2限制范围内，从而能够进一步提高反馈控制部所进行的控制的模型跟踪性。
而且，本发明的一形态的马达控制装置中，也可为，所述反馈控制部包括补偿部，所述补偿部将修正扭矩值追加至所述驱动用扭矩指令值，所述修正扭矩值是基于根据所述马达的驱动状态而变动的第1补偿要素、及根据所述控制对象的驱动特性而变动的第2补偿要素中的至少一者，所述前馈控制部包括设定部，所述设定部通过从所述马达的最大扭矩值及最小扭矩值减去所述修正扭矩值，从而设定所述第1限制范围的上限值及下限值。
或者，本发明的一形态的马达控制装置中，也可为，所述反馈控制部包括：补偿部，将修正扭矩值追加至所述驱动用扭矩指令值，所述修正扭矩值是基于根据所述马达的驱动状态而变动的第1补偿要素、及根据所述控制对象的驱动特性而变动的第2补偿要素中的至少一者；以及第2扭矩限制部，将所述驱动用扭矩指令值限制在第2限制范围内，所述前馈控制部包括设定部，所述设定部将从所述第2限制范围的上限值减去所述修正扭矩值所得的值设定为所述第1限制范围的上限值，将从所述第2限制范围的下限值减去所述修正扭矩值所得的值设定为所述第1限制范围的下限值。
根据所述结构，前馈控制部的设定部能够考虑到由反馈控制部追加至驱动用扭矩指令值的修正扭矩值，来设定所述第1限制范围的上限值及下限值。由此，容易使通过反馈控制部的补偿部而追加有修正扭矩值的驱动用扭矩指令值处于第2限制范围内。换言之，能够对模型扭矩指令值施加与实际的马达加减速时所使用的驱动用扭矩值相符的限制。由此，能够提高马达控制装置中的模型跟踪性，其结果，能够使控制对象的行为进一步稳定化。
而且，本发明的一形态的马达控制装置中，也可为，所述设定部在从所述第2限制范围的上限值减去所述修正扭矩值所得的减法值为大于0的第1规定值以上的情况下，将所述减法值设为所述第1限制范围的上限值，在所述减法值小于所述第1规定值的情况下，将所述第1规定值设为所述第1限制范围的上限值，在从所述第2限制范围的下限值减去所述修正扭矩值所得的减法值为小于0的第2规定值以下的情况下，将所述减法值设为所述第1限制范围的下限值，在所述减法值大于所述第2规定值的情况下，将所述第2规定值设为所述第1限制范围的下限值。
根据所述结构，前馈控制部的设定部能够考虑到由反馈控制部追加至驱动用扭矩指令值的修正扭矩值，来设定所述第1限制范围的上限值及下限值。
因此，容易使通过反馈控制部的补偿部而追加有修正扭矩值的驱动用扭矩指令值处于第2限制范围内。由此，能够进一步抑制马达控制装置中的模型跟踪性的下降，其结果，能够使控制对象的行为进一步稳定化。
而且，若从前馈控制部输出的模型扭矩指令值被限制为0，则可能产生下述问题，即，尽管对马达控制装置输入有指令，马达却不会被驱动。
但是，根据所述结构，设定部以绝对值成为大于0的值的方式来设定第2限制范围的上限值及下限值，因此尽管对马达控制装置输入有指令，马达却不会被驱动这一所述问题得以解决。
而且，本发明的一形态的马达控制装置中，也可为，所述设定部按照来自用户的输入来设定所述第1规定值及所述第2规定值。
根据所述结构，用户能够将第1限制范围的最小范围设定为所需范围。
另外，所述马达控制装置也可通过计算机(computer)来实现，此时，通过使计算机作为所述各部进行动作而利用计算机来实现马达控制装置的程序及记录有该程序且计算机可读取的记录介质也属于本发明的范畴。
[发明的效果]
根据本发明的一形态，起到下述效果，即，能够提供控制对象的行为稳定化的模型跟踪型的马达控制装置。
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结构的框图。
图2是对扭矩限制器(torque limiter)的功能进行说明的图。
图3是表示本发明的实施方式2、实施方式3的控制装置的主要部分结构的框图。
图4是表示以往的马达控制装置的概要的图。
符号的说明
1、1a：控制装置(马达控制装置)
2：伺服马达(马达)
3：负载机械
4：编码器(旋转检测器)
9：以往的控制装置
10、10a：前馈控制部
20、20a、40：反馈控制部
30：以往的前馈控制部
101、301：模型位置控制部
102、302：速度指令生成部
103、303：模型速度控制部
104：模型扭矩限制器(第1扭矩限制部)
105、105a：第1限制值设定部(设定部)
106、305：控制对象模型部
201、401：位置控制部
202、402：速度检测部
203、403：速度控制部
204：扭矩限制器(第2扭矩限制部)
205：第2限制值设定部
206、404：补偿部
405：扭矩限制器
406：限制值设定部
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细说明。为了便于理解本发明的一形态的控制装置(马达控制装置)，首先基于图4来说明以往的控制装置9。
(以往的控制装置的概要)
图4是表示以往的控制装置9的概要的图。如图4所示，以往的控制装置9是对伺服马达(servo motor)2进行模型跟踪控制的控制装置。图4中进而示有：通过伺服马达2来驱动的负载机械3；及编码器(encoder)4，对伺服马达2的位置进行检测，例如对伺服马达2的旋转角度进行检测。编码器4将检测出的位置发送至反馈控制部40。具体而言，由编码器4所检测出的伺服马达2的位置被输入至反馈控制部40的位置控制部401及速度检测部402。另外，编码器4也可对伺服马达2的速度进行检测，并将检测出的速度发送至反馈控制部40。此时，反馈控制部40也可不具备速度检测部402，所述速度检测部402根据由编码器4所检测出的伺服马达2的位置来算出伺服马达2的速度。
以往的控制装置9具备以往的前馈控制部30与反馈控制部40。以往的前馈控制部30输出伺服马达2的位置、速度、扭矩的目标值即模型位置指令值θM、模型速度指令值vM、模型扭矩指令值。即，输出基于伺服马达2的模型(标准模型)的指令值。此处，以往的前馈控制部30是对伺服马达2的模型进行比例积分微分(Proportional Integral Derivative，PID)控制。即，以往的前馈控制部30是以跟踪从外部(例如从用户)给予的位置指令值θR及由该位置指令值θR生成的速度指令值vR的方式，来对所述模型的目标位置即模型位置指令值θM及所述模型的目标速度即模型速度指令值vM进行PID控制。以往的前馈控制部30具备模型位置控制部301、速度指令生成部302、模型速度控制部303及控制对象模型部305。
模型位置控制部301接受所述位置指令值θR与由控制对象模型部305所生成的模型位置指令值θM，生成以该模型位置指令值θM跟踪该位置指令值θR的方式进行控制的模型速度控制指令。模型位置控制部301将所生成的模型速度控制指令输出至模型速度控制部303及反馈控制部40。
速度指令生成部302接受所述位置指令值θR，由所述位置指令值θR生成速度指令值vR。速度指令生成部302将所生成的所述速度指令值vR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所生成的模型速度控制指令、由速度指令生成部302所生成的所述速度指令值vR及由控制对象模型部305所生成的模型速度指令值vM。模型速度控制部303以下述方式生成模型扭矩指令值，即，以该模型速度指令值vM跟踪所述模型速度控制指令及所述速度指令值vR的方式进行控制。此时，模型速度控制部303未考虑伺服马达2中的摩擦扭矩或偏载、外部干扰扭矩等而生成模型扭矩指令值。模型速度控制部303将所生成的模型扭矩指令值通知给控制对象模型部305及反馈控制部40。此处，模型扭矩指令值是伺服马达2的扭矩的目标值，是伺服马达2的模型(标准模型)的扭矩。
控制对象模型部305接受由模型速度控制部303所生成的模型扭矩指令值，生成模型位置指令值θM及模型速度指令值vM，并输出所生成的模型位置指令值θM及模型速度指令值vM。即，由控制对象模型部305所生成的模型位置指令值θM被通知给模型位置控制部301及反馈控制部40。由控制对象模型部305所生成的模型速度指令值vM被通知给模型速度控制部303及反馈控制部40。
反馈控制部40以跟踪由以往的前馈控制部30进行控制的所述模型位置指令值θM、所述模型速度指令值vM及所述模型扭矩指令值的方式，对伺服马达2的位置、速度及扭矩进行PID控制。反馈控制部40具备位置控制部401、速度检测部402、速度控制部403、补偿部404、扭矩限制器405及限制值设定部406。
位置控制部401接受由编码器4所检测出的伺服马达2的位置与由控制对象模型部305所生成的模型位置指令值θM，生成以所检测出的伺服马达2的位置跟踪模型位置指令值θM的方式进行控制的速度控制指令。并且，位置控制部401将所生成的速度控制指令输出至速度控制部403。
速度检测部402根据由编码器4所检测出的伺服马达2的位置来算出伺服马达2的速度，并将所算出的伺服马达2的速度输出至速度控制部403。
速度控制部403接受由位置控制部401所生成的速度控制指令、由控制对象模型部305所生成的模型检测速度、及由速度检测部402所算出的速度(伺服马达2的速度)。并且，生成以由速度检测部402所算出的伺服马达2的速度跟踪所述速度控制指令及所述模型检测速度的方式进行控制的扭矩控制指令，并将所生成的扭矩控制指令输出至扭矩限制器405。此时，速度控制部403未考虑伺服马达2中的摩擦扭矩或偏载、外部干扰扭矩等而生成扭矩控制指令。
补偿部404考虑伺服马达2中产生的动摩擦扭矩Fd、粘性摩擦扭矩Fv、偏载扭矩τu、因外部干扰因素产生的外部干扰扭矩τobs等，生成将这些扭矩组合而成的修正扭矩值C。
动摩擦扭矩Fd是根据伺服马达2的速度v而符号发生改变的常数。补偿部404预先存储有Fd的绝对值，根据从控制对象模型部305输出的模型速度指令值vM来决定符号，以设定动摩擦扭矩Fd。或者，补偿部404也可根据伺服马达2的实际速度(为速度检测部402的输出值，或者，若编码器4可输出速度信息，则为来自编码器4的速度信息)来决定符号，以设定动摩擦扭矩Fd。
粘性摩擦扭矩Fv是以根据伺服马达2的速度v而变化的函数Fv(v)来表示。补偿部404预先存储有该函数，根据从控制对象模型部305输出的模型速度指令值vM来算出粘性摩擦扭矩Fv。或者，补偿部404也可根据伺服马达2的实际速度(为速度检测部402的输出值，或者，若编码器4可输出速度信息，则为来自编码器4的速度信息)来算出粘性摩擦扭矩Fv。
另外，伺服马达2的实际速度有时会受到未预期的外部干扰等的影响。此时，若使用伺服马达2的实际速度来求动摩擦扭矩Fd或粘性摩擦扭矩Fv，则模型输出扭矩有可能变得不稳定。因此，在容易受到未预期的外部干扰等影响的环境的情况下，优选的是，补偿部404根据作为伺服马达2的驱动状态的、从控制对象模型部305输出的模型速度指令值vM，来求动摩擦扭矩Fd或粘性摩擦扭矩Fv。
偏载扭矩τu表示由相对于负载机械3而仅在某特定方向上产生的负载所产生的扭矩，例如是当负载机械3沿铅垂方向往复运动时因重力影响而产生的扭矩。而且，外部干扰扭矩τobs是因对伺服马达2或负载机械3施加的外部干扰而产生的扭矩。
补偿部404如下式般，对所决定的动摩擦扭矩Fd、粘性摩擦扭矩Fv、偏载扭矩τu、外部干扰扭矩τobs进行合计，从而生成修正扭矩值C。
C＝Fd+Fv+τu+τobs
扭矩限制器405接受由速度控制部203所生成的扭矩控制指令、由补偿部404所生成的修正扭矩值C与由控制对象模型部305所生成的模型扭矩指令值的合计值，来作为驱动用扭矩指令值，并判定所输入的驱动用扭矩指令值是否处于由限制值设定部406所设定的限制范围内，并基于其结果来控制伺服马达2。
具体而言，扭矩限制器204在扭矩控制指令、修正扭矩值C与模型扭矩指令值的合计值即驱动用扭矩指令值处于限制范围内的情况下，基于该驱动用扭矩指令值来控制伺服马达2。另一方面，扭矩限制器204在驱动用扭矩指令值处于限制范围外的情况下，限制为限制值后控制伺服马达2。
限制值设定部406对扭矩限制器204中所用的限制范围的上限值(正的值)及下限值(负的值)进行设定。限制值设定部406在有来自用户的输入的情况下，按照该输入来设定上限值及下限值，在无来自用户的输入的情况下，当设伺服马达2的最大扭矩值(为正的值，绝对值达到最大的扭矩)为τmax、最小扭矩值(为负的值，绝对值达到最大的扭矩)为-τmax时，将上限值设定为τmax，将下限值设定为-τmax。
以往的控制装置9中，通过由速度控制部203所生成的扭矩控制指令、由补偿部404所生成的修正扭矩值C与从前馈控制部30输出的模型扭矩指令值的合计值即驱动用扭矩指令值来控制伺服马达2。但是，未在前馈控制部30中进行模型扭矩指令值的限制。因此，即使从前馈控制部30输出的模型扭矩指令值为伺服马达2的最大扭矩值以下，仍存在对从补偿部404输出的修正扭矩值C合计所得的驱动用扭矩指令值超过该最大扭矩值的情况。此时，在反馈控制部40对伺服马达2的控制中，模型跟踪性下降。由此，产生如下问题：反馈控制部40对伺服马达2的控制变得不稳定，甚而，作为控制对象的负载机械3的行为变得不稳定。
而且，以往的控制装置9中，反馈控制部40具备扭矩限制器405，与此相对，前馈控制部30中，模型扭矩指令值未受到限制。因此，来自前馈控制部30的模型扭矩指令值有可能大幅偏离反馈控制部40的扭矩限制器405的限制范围。此时，在反馈控制部40对伺服马达2的控制中，模型跟踪性下降。由此，产生如下问题：反馈控制部40对伺服马达2的控制变得不稳定，甚而，作为控制对象的负载机械3的行为变得不稳定。
本发明的实施方式解决了此种问题，以下说明其详细情况。
实施方式1
图1是表示本发明的实施方式1的控制装置(马达控制装置)1的主要部分结构的框图。控制装置1是对伺服马达2进行模型跟踪控制的控制装置。即，控制装置1包括：前馈控制部10，基于包含伺服马达2的控制对象的模型(标准模型)，来输出模型指令值(模型位置指令值、模型速度指令值、模型扭矩指令值)；以及反馈控制部20，以跟踪前馈控制部10所输出的模型指令值的方式来控制伺服马达2。
反馈控制部20具备位置控制部201、速度检测部202、速度控制部203、扭矩限制器(第2扭矩限制部)204及第2限制值设定部205。此处，位置控制部201、速度检测部202、速度控制部203、扭矩限制器204的功能分别与图4所示的位置控制部401、速度检测部402、速度控制部403、扭矩限制器405相同，因此省略详细说明。
第2限制值设定部205是与图4所示的限制值设定部406同样地，设定扭矩限制器405中所用的第2限制范围的上限值τ2_u(正的最大值)及下限值τ2_l(负的最大值)。即，第2限制值设定部205在有来自用户的输入的情况下，按照该输入来设定第2限制范围的上限值τ2_u及下限值τ2_l，在无来自用户的输入的情况下，当设伺服马达2的最大扭矩值为τmax、最小扭矩值为-τmax时，将上限值τ2_u设定为τmax，将下限值τ2_l设定为-τmax。另外，在从用户输入有超过τmax的上限值的情况下，第2限制值设定部205也可将τmax设定为上限值τ2_u，还可通知错误以催促用户重新输入τmax以下的值，并将重新输入的值设定为上限值τ2_u。同样，在从用户输入有低于-τmax的下限值的情况下，第2限制值设定部205也可将-τmax设定为下限值τ2_l，还可通知错误以催促用户重新输入-τmax以上的值，并将重新输入的值设定为下限值τ2_l。
图2是表示按照由第2限制值设定部205所设定的上限值τ2_u及下限值τ2_l的、扭矩限制器204中的输入与输出的关系的图。如图2所示，在对扭矩限制器204输入的驱动用扭矩指令值为上限值τ2_u以下且为下限值τ2_l以上的情况下(即，处于第2限制范围内的情况下)，扭矩限制器204按照所输入的驱动用扭矩指令值来控制伺服马达2。另一方面，扭矩限制器204在所输入的驱动用扭矩指令值超过上限值τ2_u的情况下，按照该上限值τ2_u的扭矩来控制伺服马达2，在所输入的驱动用扭矩指令值低于下限值τ2_l的情况下，按照该下限值τ2_l的扭矩来控制伺服马达2。
前馈控制部10具备模型位置控制部101、速度指令生成部102、模型速度控制部103、模型扭矩限制器(第1扭矩限制部)104、第1限制值设定部(设定部)105及控制对象模型部106。此处，模型位置控制部101、速度指令生成部102、模型速度控制部103、控制对象模型部106的功能分别与图4所示的模型位置控制部301、速度指令生成部302、模型速度控制部303、控制对象模型部305相同，因此省略详细说明。
模型扭矩限制器104判定由模型速度控制部103所控制的模型扭矩指令值是否处于由第1限制值设定部105所设定的第1限制范围内，根据需要来施加限制后输出模型扭矩指令值。
具体而言，模型扭矩限制器104在从模型速度控制部103输入的模型扭矩指令值处于限制范围内的情况下，直接输出该模型扭矩指令值。另一方面，模型扭矩限制器104在从模型速度控制部103输入的模型扭矩指令值处于限制范围外的情况下，将模型扭矩指令值限制为限制值后输出。
第1限制值设定部105对模型扭矩限制器104中所用的第1限制范围的限制值、即上限值τ1_u及下限值τ1_l进行设定。第1限制值设定部105将第1限制范围的上限值τ1_u及下限值τ1_l设定为与由第2限制值设定部205所设定的第2限制范围的上限值τ2_u及下限值τ2_l相同的值。
按照由第1限制值设定部105所设定的上限值τ1_u及下限值τ1_l的、模型扭矩限制器104中的输入与输出的关系是与图2同样。即，在对模型扭矩限制器104输入的模型扭矩指令值为上限值τ1_u以下且为下限值τ1_l以上的情况下(即，处于第1限制范围内的情况下)，模型扭矩限制器104直接输出所输入的模型扭矩指令值。另一方面，模型扭矩限制器104在所输入的模型扭矩指令值超过上限值τ1_u的情况下，输出该上限值τ1_u以作为模型扭矩指令值，在所输入的模型扭矩指令值低于下限值τ1_l的情况下，输出该下限值τ1_l以作为模型扭矩指令值。
如上所述，本实施方式的控制装置1包括：反馈控制部20，基于对伺服马达2的旋转状态进行检测的编码器(旋转检测器)4的检测值，生成用于使伺服马达2驱动的驱动用扭矩指令值；以及前馈控制部10，生成模型扭矩指令值，并输出至反馈控制部20，前馈控制部10具备将模型扭矩指令值限制在第1限制范围内的模型扭矩限制器(第1扭矩限制部)104。
因此，能够限制模型扭矩指令值，以使反馈控制部20所生成的驱动用扭矩指令值稳定化。其结果，能够使控制对象的行为稳定化。
而且，本实施方式中，前馈控制部10的第1限制值设定部105将模型扭矩限制器104的上限值τ1_u及下限值τ1_l，设为与反馈控制部20的第2限制值设定部205所设定的上限值τ2_u及下限值τ2_l相同的值。
因此，从前馈控制部10输出的模型扭矩指令值处于反馈控制部20中的扭矩限制器204的第2限制范围内，从而能够进一步提高反馈控制部20对控制的模型跟踪性。
实施方式2
图3是表示本发明的实施方式2的控制装置(马达控制装置)1a的主要部分结构的框图。如图3所示，本实施方式的控制装置1a包括：前馈控制部10a，控制伺服马达2的模型(标准模型)；以及反馈控制部20a，以跟踪由前馈控制部10a所控制的伺服马达2的模型的方式来控制伺服马达2。
反馈控制部20a与实施方式1的反馈控制部20相比，不同之处仅在于具备补偿部206。因此，省略对补偿部206以外的区块(block)的说明。
补偿部206具有与图4所示的补偿部404同样的功能。即，补偿部206通过对伺服马达2中产生的动摩擦扭矩Fd、粘性摩擦扭矩Fv、偏载扭矩τu、因外部干扰因素产生的外部干扰扭矩τobs进行合计，从而按照
C＝Fd+Fv(v)+τu+τobs
来生成修正扭矩值C。
此处，动摩擦扭矩Fd、粘性摩擦扭矩Fv是根据伺服马达2的驱动状态而变动的要素(第1补偿要素)，偏载扭矩τu、外部干扰扭矩τobs是根据作为控制对象的负载机械3的驱动特性而变动的要素(第2补偿要素)。
另外，与补偿部404同样地，补偿部206预先存储有Fd的绝对值，根据从控制对象模型部106输出的模型速度指令值来决定符号，以设定动摩擦扭矩Fd。或者，补偿部206也可根据伺服马达2的实际速度(为速度检测部402的输出值，或者，若编码器4可输出速度信息，则为来自编码器4的速度信息)来决定符号，以设定动摩擦扭矩Fd。
而且，补偿部206预先存储有根据伺服马达2的速度v而变化的粘性摩擦扭矩的函数Fv(v)，根据从控制对象模型部106输出的模型速度指令值来算出粘性摩擦扭矩Fv。或者，补偿部206也可根据伺服马达2的实际速度(为速度检测部402的输出值，或者，若编码器4可输出速度信息，则为来自编码器4的速度信息)来算出粘性摩擦扭矩Fv。
补偿部206既可将预先设定的值设定为偏载扭矩τu和/或外部干扰扭矩τobs，也可根据预先设定的函数来算出偏载扭矩τu和/或外部干扰扭矩τobs。
另外，补偿部206不需要使用动摩擦扭矩Fd、粘性摩擦扭矩Fv、偏载扭矩τu、外部干扰扭矩τobs的全部，也可考虑一部分扭矩来决定修正扭矩值C，还可将因其他因素产生的扭矩追加至修正扭矩值C。
并且，本实施方式中，由速度控制部203所生成的扭矩控制指令、从前馈控制部10a输出的模型扭矩指令值、及由补偿部206所生成的修正扭矩值C的合计值作为驱动用扭矩指令值而输入至扭矩限制器204。
前馈控制部10a与实施方式1的前馈控制部10相比，不同之处仅在于，取代第1限制值设定部105而具备第1限制值设定部(设定部)105a。因此，省略对第1限制值设定部105a以外的区块的说明。
第1限制值设定部105a对模型扭矩限制器104中所用的第1限制范围的限制值、即上限值τ1_u及下限值τ1_l进行设定。第1限制值设定部105a将从由第2限制值设定部205所设定的第2限制范围的上限值τ2_u减去修正扭矩值C所得的值设定为上限值τ1_u，将从第2限制范围的下限值τ2_l减去修正扭矩值C所得的值设定为下限值τ1_l。
另外，第1限制值设定部105a也可通过与补偿部206同样的运算处理来生成修正扭矩值C，并使用所生成的修正扭矩值C来设定上限值τ1_u及下限值τ1_l，还可使用由补偿部206所生成的修正扭矩值C来设定上限值τ1_u及下限值τ1_l。
在反馈控制部20a中，扭矩限制器204对由速度控制部203所生成的扭矩控制指令、从前馈控制部10a输出的模型扭矩指令值及由补偿部206所生成的修正扭矩值C的合计值施加限制。因此，即使从前馈控制部10a输出的模型扭矩指令值处于扭矩限制器204的第2限制范围内，仍存在因加上修正扭矩值C而导致所述合计值处于扭矩限制器204的第2限制范围外的情况。此时，反馈控制部20a中的对伺服马达2的控制的模型跟踪性有可能下降。
但是，本实施方式中，如上所述，作为前馈控制部10a的模型扭矩限制器104的第1限制范围的上限值τ1_u，设定从扭矩限制器204的第2限制范围的上限值τ2_u减去修正扭矩值C所得的值；作为第1限制范围的下限值τ1_l，设定从第2限制范围的下限值τ2_l减去修正扭矩值C所得的值。
例如，在作为第2限制范围的上限值及下限值而设定有伺服马达2的最大扭矩值及最小扭矩值的情况下，第1限制值设定部105a将从最大扭矩值减去修正扭矩值C所得的值设定为上限值τ1_u，将从最小扭矩值减去修正扭矩值C所得的值设定为下限值τ1_l。
或者，在作为第2限制范围的上限值及下限值而设定有由用户所指定的值的情况下，第1限制值设定部105a通过从由该用户所指定的值减去修正扭矩值C所得的值，来设定上限值τ1_u及下限值τ1_l。
由此，在反馈控制部20a中，能够减小由速度控制部203所生成的扭矩控制指令、从前馈控制部10a输出的模型扭矩指令值及由补偿部206所生成的修正扭矩值C的合计值即驱动用扭矩指令值超过扭矩限制器204的第2限制范围的频率，从而能够提高控制装置1a中的模型跟踪性。其结果，能够使作为控制对象的负载机械3的行为进一步稳定化，从而能够使负载机械3以所需的动作来进行动作。
实施方式3
所述实施方式2中，作为前馈控制部10a的模型扭矩限制器104的第1限制范围的上限值τ1_u，设定从扭矩限制器204的第2限制范围的上限值τ2_u减去修正扭矩值C所得的值；作为第1限制范围的下限值τ1_l，设定从第2限制范围的下限值τ2_l减去修正扭矩值C所得的值。因此，在修正扭矩值C取大的值的情况下、或者作为上限值τ2_u及下限值τ2_l的绝对值而设定小的值的情况下，有可能出现下述情况，即，作为上限值τ1_u而设定0或负的值，作为下限值τ1_l而设定0或正的值。
此时，尽管用户对控制装置1a输入有位置指令值，但模型扭矩指令值为0，伺服马达2不进行动作。一般而言，用户并不详细掌握控制装置1a的内部处理，因此难以推断伺服马达2不动作的理由。因此，不期望看到此种状态。
因此，本发明的实施方式3的控制装置1a中，虽具有与实施方式2同样的结构(参照图3)，但第1限制值设定部105a按照以下的数式来设定模型扭矩限制器104的第1限制范围的上限值τ1_u及下限值τ1_l。
数1
Figure GDA0002426344390000151
Figure GDA0002426344390000152
所述数式中，τ0为正的值，且是预先设定。根据所述数式，第1限制值设定部105a在从第2限制范围的上限值τ2_u减去修正扭矩值C所得的值为τ0以上的情况下，将该减法值设定为第1限制范围的上限值τ1_u，在该减法值小于τ0的情况下，将τ0设定为第1限制范围的上限值τ1_u。因此，作为第1限制范围的上限值τ1_u，不会设定0或负的值。
同样，第1限制值设定部105a在从第2限制范围的下限值τ2_l减去修正扭矩值C所得的值为-τ0以下的情况下，将该减法值设定为第1限制范围的下限值τ1_l，在该减法值大于-τ0的情况下，将-τ0设定为第1限制范围的下限值τ1_l。因此，作为第1限制范围的下限值τ1_l，不会设定0或正的值。
根据本实施方式，能够避免下述情况，即，尽管用户对控制装置1a输入有位置指令值，但模型扭矩指令值为0，伺服马达2不进行动作。
另外，所述说明中，是将上限值τ1_u限制为作为第1规定值的τ0以上，将下限值τ1_l限制为作为第2规定值的-τ0以下。但是，第1规定值与第2规定值的绝对值也可不一致。第1规定值只要是大于0的值即可，第2规定值只要是小于0的值即可。
而且，所述说明中，作为第1规定值的τ0及作为第2规定值的-τ0是被预先设定，但第1限制值设定部105a也可按照来自用户的输入来设定第1规定值及第2规定值。由此，用户能够将模型扭矩指令值的第1限制范围的最小范围设定为所需的范围。此时，用户例如通过对可连接于控制装置1a的外部装置输入所需的值，便能够设定第1规定值及第2规定值。作为外部装置，可使用装入有第1规定值及第2规定值的设定功能(软件(software))的通用个人计算机(personal computer)或可编程显示器(programmable display)。
借助软件的实现例
控制装置1及控制装置1a的控制块(尤其是前馈控制部10、前馈控制部10a、模型扭矩限制器104、第1限制值设定部105、第1限制值设定部105a、反馈控制部20、反馈控制部20a、扭矩限制器204、第2限制值设定部205、补偿部206)既可通过形成于集成电路(IC芯片(chip))等上的逻辑电路(硬件(hardware))来实现，也可使用中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)而通过软件来实现。
在后者的情况下，控制装置1及控制装置1a具备执行实现各功能的软件即程序的命令的CPU、可由计算机(或CPU)读取地记录有所述程序及各种数据的只读存储器(ReadOnly Memory，ROM)或存储装置(将它们称作“记录介质”)、以及展开所述程序的随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)等。并且，通过计算机(或CPU)从所述记录介质中读取并执行所述程序，从而达成本发明的目的。作为所述记录介质，可使用“并非临时的有形介质”，例如可使用带(tape)、盘(disk)、卡(card)、半导体存储器、可编程的逻辑电路等。而且，所述程序也可经由可传输该程序的任意传输介质(通信网络或广播波等)而提供给所述计算机。另外，本发明也能以通过电子传输来将所述程序具体化的、被嵌入载波中的数据信号的形式来实现。
本发明并不限定于所述的各实施方式，可在权利要求所示的范围内进行各种变更，将不同的实施方式中分别揭示的技术部件适当组合而获得的实施方式也包含于本发明的技术范围内。
另外，实施方式1～实施方式3中，揭示了前馈控制部10具备模型位置控制部101、速度控制部103、模型扭矩限制器104、控制对象模型部106的结构，但前馈控制部10的结构并不限于此。例如，也可构成为将模型位置控制部101、速度控制部103、模型扭矩限制器104、控制对象模型部106汇总成一个的前馈控制器。即，模型扭矩限制器104只要也如权利要求中所记载般，作为对前馈控制部10中的模型扭矩指令值进行限制的限制功能而具备即可。

Claims (6)

1.一种马达控制装置，进行控制对象中所含的马达的控制，所述马达控制装置的特征在于包括：
反馈控制部，基于对所述马达的旋转状态进行检测的旋转检测器的检测值，生成用于使所述马达驱动的驱动用扭矩指令值；以及
前馈控制部，生成模型指令值，并输出至所述反馈控制部，
所述反馈控制部包括补偿部以及第2扭矩限制部，所述补偿部根据所述马达中产生的动摩擦扭矩、粘性摩擦扭矩、偏载扭矩、因外部干扰因素产生的外部干扰扭矩，生成将这些扭矩组合而成的修正扭矩值，并将所述修正扭矩值加至所述驱动用扭矩指令值，所述第2扭矩限制部将所述驱动用扭矩指令值限制在第2限制范围内，
所述前馈控制部包括设定部以及第1扭矩限制部，所述第1扭矩限制部将所述模型指令值中所含的模型扭矩指令值限制在第1限制范围内，所述设定部将所述第2限制范围的上限值减去所述修正扭矩值所得的值设定为所述第1限制范围的上限值，将所述第2限制范围的下限值减去所述修正扭矩值所得的值设定为所述第1限制范围的下限值。
2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，
所述设定部设定所述第1限制范围的上限值及下限值，
所述设定部是以绝对值成为大于0的值的方式来设定所述第1限制范围的上限值及下限值。
3.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，
所述设定部在从所述第2限制范围的上限值减去所述修正扭矩值所得的第1减法值为大于0的第1规定值以上的情况下，将所述第1减法值设为所述第1限制范围的上限值，在所述第1减法值小于所述第1规定值的情况下，将所述第1规定值设为所述第1限制范围的上限值，在从所述第2限制范围的下限值减去所述修正扭矩值所得的第2减法值为小于0的第2规定值以下的情况下，将所述第2减法值设为所述第1限制范围的下限值，在所述第2减法值大于所述第2规定值的情况下，将所述第2规定值设为所述第1限制范围的下限值。
4.根据权利要求3所述的马达控制装置，其特征在于，
所述设定部按照来自用户的输入来决定所述第1规定值及所述第2规定值。
5.一种马达控制方法，进行控制对象中所含的马达的控制，所述马达控制方法的特征在于包括：
前馈工序，生成模型指令值；以及
反馈工序，基于所述模型指令值与对所述马达的旋转状态进行检测的旋转检测器的检测值，生成用于使所述马达驱动的驱动用扭矩指令值，
在所述反馈工序中，根据所述马达中产生的动摩擦扭矩、粘性摩擦扭矩、偏载扭矩、因外部干扰因素产生的外部干扰扭矩，生成将这些扭矩组合而成的修正扭矩值，并将所述修正扭矩值加至所述驱动用扭矩指令值，将所述驱动用扭矩指令值限制在第2限制范围内，
在所述前馈工序中，将所述模型指令值中所含的模型扭矩指令值限制在第1限制范围内，将所述第2限制范围的上限值减去所述修正扭矩值所得的值设定为所述第1限制范围的上限值，将所述第2限制范围的下限值减去所述修正扭矩值所得的值设定为所述第1限制范围的下限值。
6.一种记录介质，其特征在于，其记录有信息处理程序且计算机可读取，其中所述信息处理程序用于使所述计算机作为权利要求1至4中任一项所述的马达控制装置发挥功能，所述信息处理程序的特征在于，其用于使所述计算机作为所述各部发挥功能。
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