CN116941177A - 电机控制装置 - Google Patents

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CN116941177A
CN116941177A CN202180093590.5A CN202180093590A CN116941177A CN 116941177 A CN116941177 A CN 116941177A CN 202180093590 A CN202180093590 A CN 202180093590A CN 116941177 A CN116941177 A CN 116941177A
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松原满
高野裕理
上井雄介
近藤辉朋
梁田哲男
户张和明
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Abstract

本发明提供一种电机控制装置，其包括在对与电机连接着的机械端进行位置控制的位置控制系统中，电机控制装置以从上级系统控制装置接收第一速度指令，并对上级系统控制装置输出电机轴的位置响应的方式装在位置控制系统中，电机控制装置具有速度控制器和速度控制系统内减振控制器，速度控制系统内减振控制器具有：位置指令推算器，其基于第一速度指令和电机轴的位置响应计算位置指令的推算值；并联式减振控制器，其基于位置指令的推算值提取第一速度指令中包含的激励机械端的振动的频率成分，并输出提取出的频率成分；相位调节器，其用于改善因并联式减振控制器而发生的响应延迟；第一单位转换器，其将相位调节器的输出转换为速度的量纲；和运算器，运算器，从第一速度指令减去并联式减振控制器的输出而从第一速度指令中除去激励机械端的振动的频率成分，作为第二速度指令输出，并且运算器基于第一单位转换器的输出和第二速度指令输出作为速度控制系统内减振控制器的输出的第一实际速度指令，并将第一实际速度指令作为速度控制器的指令。

Description

电机控制装置
技术领域
本发明涉及电机控制装置。
背景技术
在用半封闭结构的电机控制系统驱动控制对象机械的情况下，在机械的刚性较低的情况下，机械的端部(此后记作机械端)因机械的谐振/反谐振特性的原因而以数Hz～100Hz的低频率振动，存在不能实现要求的响应特性的情况。
在需要兼顾定位精度和缩短定位所需的时间的FA领域的作业机械中，这样的情况下，一般使用减振控制。减振控制一般通过控制指令的加工而形成，已知从控制指令中除去激励机械端的振动的频率成分的方法。
专利文献1通过对于位置指令切换地使用2个减振滤波器，即使在机械的谐振/反谐振特性发生变化的情况下也能够对机械的端部进行减振，作为减振滤波器的一例可以举出陷波滤波器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-168225号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在电机控制系统是位置控制系统的情况下，通过使用陷波滤波器等对位置指令进行加工能够实现减振控制，但如图2所示，存在如下所述的情况：因机器的更换等产业上的原因，而成为生成位置指令的上级系统控制装置包括位置控制器、由伺服电机控制装置承担作为小环路的速度控制系统的装置结构。
进而，存在如下所述的情况：因维护性、各装置的规格等原因，不能用位置控制器实现减振控制，想要在承担作为小环路的速度控制系统的伺服电机控制装置内实现减振控制。
在专利文献1中，用于减振控制的减振滤波器3、滤波器切换单元9、指令方向检测单元4是用图2中的上级系统控制装置实现减振控制的结构。因此，在专利文献1中，在负责速度控制系统的伺服电机控制装置内没有实现减振控制。
进而，在使用线增强器(LE)作为提取激励机械端振动的频率成分的滤波器来进行减振控制的情况下，不会发生减振控制特有的响应延迟，这点成为技术问题。
本发明的目的在于提供一种在半封闭结构的电机控制系统中，上级系统控制装置包括位置控制器，在负责(承担)速度控制系统的电机控制装置内实现减振控制的电机控制装置，该电机控制装置能够改善减振控制特有的响应延迟。
用于解决技术问题的技术手段
本发明是一种电机控制装置，其包括在对与电机连接着的机械端进行位置控制的位置控制系统中，所述电机控制装置，以从上级系统控制装置接收第一速度指令，并对所述上级系统控制装置输出电机轴的位置响应的方式装在所述位置控制系统中，
所述电机控制装置具有速度控制器和速度控制系统内减振控制器，
所述速度控制系统内减振控制器具有：
位置指令推算器，其基于所述第一速度指令和所述电机轴的位置响应计算位置指令的推算值；
并联式减振控制器，其基于所述位置指令的推算值提取所述第一速度指令中包含的激励所述机械端的振动的频率成分，并输出提取出的所述频率成分；
相位调节器，其用于改善因所述并联式减振控制器而发生的响应延迟；
第一单位转换器，其将所述相位调节器的输出转换为速度的量纲；和
运算器，
所述运算器，从所述第一速度指令减去所述并联式减振控制器的输出而从所述第一速度指令中除去激励所述机械端的振动的所述频率成分，作为第二速度指令输出，并且
所述运算器基于所述第一单位转换器的输出和所述第二速度指令输出作为所述速度控制系统内减振控制器的输出的第一实际速度指令，并将所述第一实际速度指令作为所述速度控制器的指令。
发明的效果
根据本发明，能够改善在负责速度控制系统的电机控制装置内实现减振控制时的、减振控制特有的响应延迟，能够缩短定位时间。
附图说明
图1是表示实施例1的第一基本结构的图。
图2是表示包括上级系统控制装置和伺服电机控制装置的结构的图。
图3是说明作为实施例1的前提的结构的图。
图4是表示振动激励成分提取器的频率特性的图。
图5是表示相位调节器的频率特性的图。
图6是表示机械端的频率特性的图。
图7是表示实施例2的第一基本结构的图。
图8是说明作为实施例2的前提的结构的图。
图9是表示带有FF控制器的二自由度控制器的具体结构的图。
图10是表示模型匹配二自由度控制器的具体结构的图。
图11是表示AC伺服电机控制系统的图。
图12是表示具有速度控制系统内减振控制器的AC伺服电机控制系统的图。
图13A是表示图12的结构中的减振控制的效果的图。
图13B是图13A的部分放大图。
具体实施方式
首先，对作为本实施例的前提的结构的图3进行说明。图3是对位置指令不进行加工地、在伺服电机控制装置301内实现减振控制的技术。图3的伺服电机控制装置301的特征在于，具有位置指令推算器9、并联式减振控制器10、速度控制器20、位置/速度计算器21、电流控制系统207和加减法器304，对从上级系统控制装置201得到的速度指令303进行加工。
更具体而言，并联式减振控制器10包括振动激励成分提取器和单位转换器(单位变换器)，从由位置指令推算器9得到的位置指令推算值13中，用振动激励成分提取器提取激励机械端204的振动的频率成分，用单位转换器转换为速度的单位，从速度指令303中除去振动激励成分，由此实现机械端的振动抑制。
图3中，并联式减振控制器10内的振动激励成分提取器中，作为能够无相位延迟地从位置指令推算器9提取激励机械端振动的频率成分的滤波器采用了相当于线增强器(LE)的下式。
[数1]
其中，W是提取宽度，L是负责提取功率水平的参数，ωn是提取的频率[rad/s]。另外，s是拉普拉斯算子(此后，s表示拉普拉斯算子)。
图4表示W＝1、L＝0.1、ωn＝2π×10时的式(1)的频率特性。在频率ωn处振幅达到峰值，相位延迟是0，这点是特征。
图4的上部的纵轴是大小(magnitude，提取的频率的振幅)，横轴是频率(提取的波形的频率)。图4的下部的纵轴是相位(提取的频率的相位)，横轴是频率(提取的波形的频率)。
在使用式(1)的LE的减振控制中，发生减振控制特有的响应延迟成为技术问题。具体而言，在频率ωn以下的频带中发生相位延迟，能够抑制机械端的振动，但是不能得到充分的响应特性，存在不能充分缩短定位时间的情况。
以下，应用了本发明的实施例是改善减振控制特有的响应延迟的结构，参照附图进行说明。另外，各图中，对于具有共同的功能的构成要素赋予同一编号，省略其说明。另外，此后有时将“反馈(feedback)”简记作“FB”，将“前馈(feedforward)”简记作“FF”。
实施例1
图1表示本实施例的速度控制系统内减振控制器15的结构，对于图3的伺服电机控制装置301内的速度控制系统内减振控制器302，新增加了相位调节器1、加减法器3、加减法器17、和单位转换(变换)器12。
本实施例设想为如图3所示电机控制系统由上级系统控制装置201和伺服电机控制装置301构成的情况。本实施例的伺服电机控制装置301包括在对与电机连接着的机械端进行位置控制的位置控制系统中。
上级系统控制装置201生成位置指令24，包括位置控制器22，从伺服电机控制装置301接受电机轴的位置响应23，基于位置指令24和电机轴的位置响应23用位置控制器22生成速度指令14，将其输出至伺服电机控制装置301。另外，位置指令24也可以从上级系统控制装置201的外部由其他上级装置等给出。
本实施例的伺服电机控制装置301包括负责速度控制系统的速度控制器20、电流控制系统207、位置/速度计算器21、和速度控制系统内减振控制器15，从上级系统控制装置201接受速度指令14，对电机进行速度控制，并且基于来自电机上安装的能够掌握位置/速度的传感器(例如旋转编码器)的计测信号用位置/速度计算器21计算电机轴的位置，将其作为电机轴的位置响应23，将电机轴的位置响应23输出至上级系统控制装置201。
伺服电机控制装置301具有省略了图示的CPU(Central Processing Unit：中央处理器)。对于包括位置指令推算器9、并联式减振控制器10、加减法器304等各处理部的速度控制系统内减振控制器302、速度控制器20、位置/速度计算器21、电流控制系统207等，通过由CPU读取程序并执行程序，能够执行各处理部的处理。也能够用ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit：专用集成电路)和FPGA(Field Programmable GateArray：现场可编程门阵列)等硬件构成各处理部的全部或一部分。另外，上级系统控制装置201具有CPU，由CPU执行与位置控制器22对应的程序。
本实施例的技术问题在于，上级系统控制装置201的位置控制器22不包括减振控制，在伺服电机控制装置301的内部实现减振控制，并且改善减振控制特有的响应延迟；速度控制系统内减振控制器15是用于实现它的本实施例的减振控制器。
通过对速度指令14进行加工而实现减振控制。为此在原理上进行以下步骤的处理即可。
S1：掌握、推算位置指令，
S2：从掌握、推算得到的位置指令中提取激励机械端振动的频率成分，
S3：生成不包含S2中提取出的频率成分的速度指令，将其作为速度控制器的速度指令，
步骤S1能够用位置指令推算器9实现。
其实现手段的一例是下式。位置指令推算器9按式(2)输出用第三加减法器将用推算滤波器处理第一速度指令14得到的信号、与电机轴的位置响应23相加的其结果是，作为位置指令的推算值。
[数2]
re＝Fp·sr+yp(2)
其中，re、sr和yp分别是位置推算指令值13、速度指令14和电机轴的位置响应23，Fp是与位置控制器22的逆特性(反特性)一致的推算滤波器。例如，如果位置控制器22是P控制器，则Fp是P控制器的逆特性、即P增益的倒数。另外，下面为了使说明简化，假设由位置指令推算器9得到的位置指令推算值13能够无误差地推算位置指令24。
步骤S2能够由振动激励成分提取器11实现。振动激励成分提取器11作为滤波器是线增强器(LE)，线增强器具有已叙述的式(1)的功能。
步骤S3能够由单位转换器12和加减法器16实现，用单位转换器12将振动激励成分提取器11的输出的单位从位置转换为速度，用加减法器16将其从速度指令14中除去，由此能够实现不包含激励机械端振动的频率成分的速度指令8。另外，单位转换器12的一例是上级系统控制装置201中包括的位置控制器22。
位置控制器22负责基于位置指令24、位置指令24与电机轴的位置响应23之差生成速度指令的任务。因此，在速度控制系统内减振控制器15中，能够负责单位转换器12的任务。
振动激励成分提取器11的式(1)的LE，如图4所示，能够从位置指令推算值13中无相位延迟地提取激励机械端振动的频率成分。但是，LE具有在比提取的频率ωn[rad/s]低的频带使相位提前(超前)的特征(相位的最大提前量是π/2[rad/s])。
此处，考虑对于频率ω的正弦波减去振幅是α(0＜α≤1)且相位提前了β(0＜β＜π/2)的正弦波的以下处理。
[数3]
Sc(t)＝sin(ωt)-αsin(ωt+β）(3)
对该式进行变形得到下式。
[数4]
[数5]
α(0＜α≤1)且β(0＜β＜π/2)时，γ总为负。因此，对于频率ω的正弦波减去振幅是α(0＜α≤1)且相位提前了β(0＜β＜π/2)的正弦波结果得到的正弦波Sc(t)，是相对于频率ω的正弦波相位必然延迟的频率ω的正弦波。其中，相位的延迟量具有在α较大的情况下增加的倾向。
另外，考虑对于频率ω的正弦波加上振幅是α(0＜α≤1)且相位提前了β(0＜β＜π/2)的正弦波的以下处理。
[数6]
Sc(t)＝sin(ωt)+αsin(ωt+β) (6)
对该式进行变形得到下式。
[数7]
[数8]
式(8)的γ在α(0<α≤1)且β(0<β<π/2)时总为正。因此，对于频率ω的正弦波加上振幅是α(0<α≤1)且相位提前了β(0<β<π/2)的正弦波结果得到的正弦波Sc(t)，是相对于频率ω的正弦波相位必然提前的频率ω的正弦波。
本实施例利用式(6)～式(8)的原理，改善减振控制特有的响应延迟。
图1的并联式减振控制器10中采用式(1)。因此，在LE的特性上，低于频率ωn的频率成分(为ωL)因LE而被使得提前。因为对于速度指令14的频率ωL的频率成分用加减法器16减去因LE而相位提前的频率ωL的频率成分，所以根据式(3)～式(5)的原理，加减法器16的输出8中的频率ωL的频率成分必然相对于速度指令14的相同频率成分具有延迟。特别是ωL接近ωn时，在LE的特性上，增益较高(即α较大)。因此，在ωL接近ωn的情况下，相位延迟量变得显著。
这是使用了LE的并联式减振控制中的减振控制特有的响应延迟的发生原因。这样的相位延迟特性使速度指令14的低于ωn的频带的频率成分延迟，所以速度指令整体延迟。
本实施例对于这样的速度指令14的相位延迟的问题，使用图1的相位调节器1、加减法器3、单位转换器12、和加减法器17。
加减法器3的输出2是根据振动激励成分提取器11的性质，除去激励机械端振动的频率后的位置指令(推算值)，但是，低于频率ωn的频率成分与输出8同样，与位置指令推算值5(位置指令推算值13)相比相位延迟。
相位调节器使因振动激励成分提取器11而延迟了的频率成分提前，用单位转换器12将单位从位置转换为速度后，用加减法器17与输出8相加。其结果是，按照式(6)～式(8)的原理，能够使因振动激励成分提取器11而在低于ωn的频率成分具有相位延迟的输出8的相位延迟提前，其结果是，能够改善减振控制特有的响应延迟。换言之，本实施例目的在于进行速度指令的加工，即，通过改善因振动激励成分提取器11而产生的速度指令14的相位延迟，生成改善了速度指令的延迟的速度指令18(此后将其记作实际速度指令18)。实际速度指令18是速度控制器20的速度指令。
另外，因为输出2中不包含激励机械端的振动的频率成分，所以对于输出8用加减法器17加上单位转换器12的输出7得到的实际速度指令18，也是不会激励机械端的振动的、具有减振效果的速度指令，这一点要注意。
相位调节器1的一例是以下示出的1阶高通滤波器(HPF)。
[数9]
其中，ωh是截止频率[rad/s]，h(>1)是调节增益。
在图5中示出ωh＝2π×10、h＝2.5时的HPF的频率特性。
图5的上部的纵轴是大小(HPF的频率的振幅)，横轴是频率(HPF的波形的频率)。图5的下部的纵轴是相位(HPF的频率的相位)，横轴是频率(HPF的波形的频率)。
特性是：在频率ωh相位提前π/4[rad/s]、在低于频率ωh的频带相位提前最大π/2[rad/s]。另外，关于增益，为在高频增益增加20×log10(h)的特性。
因此，通过使用式(9)，能够改善速度指令14的相位的延迟。
式(9)的参数ωh和h具有设计自由度。例如，使截止频率与LE提取的频率ωn一致的情况下(ωh＝ωn)，对于斜坡(ramp)指令的响应的上升沿延迟在理论上能够对于h的增加呈线性地改善。
另外，机械端振动的响应特性多用下式(10)表示。
[数10]
其中，ωa是机械端振动的频率[rad/s]，ζa是衰减系数。另外，为了用LE提取机械端的振动频率而设为ωa＝ωn即可。
关于HPF的参数设计，如果式(10)的AR的频率特性已知，则可以考虑它。
在图6中示出AR的频率特性。其中，令ωa＝2π×10，ζa＝0.1。
图6的上部的纵轴是大小(AR的频率的振幅)，横轴是频率(AR的波形的频率)。图6的下部的纵轴是相位(AR的频率的相位)，横轴是频率(AR的波形的频率)。
AR具有在比ωa高的频段相位延迟、增益也衰减的特性。因此，在HPF中，ωh和h作为AR的函数为ωh(ωa,ζa)和h(ωa,ζa)，使ωh(ωa,ζa)>ωa而积极地在高频段使相位提前，使h(ωa,ζa)>2而积极地提高高频段的增益，由此能够期待不仅改善减振控制特有的响应延迟，还改善伴随AR特性的响应延迟。相位调节器的滤波器参数是基于机械端的振动特性(振动的频率和振动的衰减系数)设定的。
能够进行这样的HPF的积极设计的理由在于，作为HPF的输入的输出2中不包含激励机械端的振动的频率成分。
这样，根据本实施例，提供上级系统控制装置包括位置控制器、在负责速度控制系统的电机伺服控制装置内包括实现减振控制的单元的电机控制装置，能够用简单的处理改善因并联式减振控制器10而发生的减振控制特有的响应延迟，结果是能够缩短定位时间。
实施例2
图7表示本实施例的速度控制系统内减振控制器71的结构，相比于实施例1，不同点在于增加了FF控制器72、加减法器73、和加减法器79。对于与实施例1相同的内容省略说明。
在图8中示出作为本实施例的前提的速度控制系统内减振控制器81的结构。图8中，FF控制器85是在上级系统控制装置的位置控制器22不包括FF控制器的情况下、为了改善响应特性的目的而设置的。FF控制器85用于改善位置控制器22中包括的FB控制器引起的FB环路的响应延迟，并不是为了改善减振控制特有的响应延迟而采用的。
本实施例中的FF控制器72与图8的FF控制器85作用相同，是为了改善位置控制器22中包括的FB控制器引起的FB环路的响应延迟的目的而设置的。
半封闭结构的位置控制系统的控制对象通常是简单的积分器1/s，因此位置控制系统中的FF控制器简单地由标量的增益与微分器s之积构成即可，在位置控制器中，如图9所示地设置FF控制器即可。
图9是表示带有通常的FF控制器的二自由度控制器的具体结构的图。图9中，FF控制器的输入94是位置指令。控制对象的响应96是来自图8中的位置/速度计算器21的输出等控制对象的响应。FB控制器92的输入是位置指令94与控制对象的响应96之差。位置控制器的输出97是速度指令。因此，FF控制器93具有能够令输入为位置的单位、令输出为速度的单位的性质。
另外，图9的FB控制器92多采用P控制器，因此FB控制器92简单地为标量的增益(记作ωp)即可。另外，图7的位置控制器22在此时也是增益ωp的P控制器，这一点要注意。
在用位置控制器构成模型匹配二自由度控制100的情况下，伴随规范模型101，如图10所示地设置FF控制器103即可。在此情况下，FF控制器103和规范模型101分别为FFM和M，采用下式即可。
[数11]
[数12]
其中，ωf是规定所希望的响应特性的参数，一般设计为ωp<ωf。
图7中的FF控制器72能够采用图9的FF控制器93。进而，FF控制器72也能够采用图10的模型匹配二自由度控制100中的FF控制器。但是，在此情况下，FF控制器72不是直接使用图10的FF控制器103，而是采用下式。这是将图10的模块结构变形为图9的形式时的FF控制器93。
[数13]
根据式(13)，图7中的FF控制器72在采用模型匹配二自由度控制的情况下，能够解释为高通滤波器HPFF与位置控制器22之积。进而，也能够解释为高通滤波器HPFF与单位转换器12之积。
关于高通滤波器HPFF，与式(9)比较时可知，截止频率相当于ωf，hf＝ωf/ωp相当于调节增益h。前馈控制器的滤波器参数基于机械端的振动特性(振动的频率和振动的衰减系数)设定。
因此可知，在采用由式(13)构成的FF控制器72的情况下，在图7的结构中，对于用相位调节器1改善了减振控制特有的响应延迟的速度指令78，利用与式(9)同样的相位提前特性，能够得到用FF控制器72改善了规定的相位特性的速度指令76。该相位提前特性负责位置控制系统的FF控制器的作用，因此不是用于改善减振控制特有的响应延迟，而是负责改善位置控制器22中包括的FB控制器引起的FB环路的响应延迟。
另外，图7中，FF控制器的输入74是用加减法器73将相位调节器1的输入2与输出6相加得到的，这是为了避免FF控制器72的输出77激励机械端振动，并且为了使受到了与受到相位调节器1的相位调节结果的速度指令78同样的相位调节结果的输出77经由加减法器79作用于速度指令78。
因此，根据带有FF控制器72的本实施例，提供上级系统控制装置包括位置控制器、在负责速度控制系统的电机伺服控制装置内包括实现减振控制的单元的电机控制装置，能够用简单的处理改善因并联式减振控制器10而发生的减振控制特有的响应延迟，并且能够一并改善FB控制器引起的FB环路的响应延迟，结果是能够缩短定位时间。
另外，因为ωf规定FF控制中的希望的响应特性，ωp是位置控制器22的控制增益，所以式(13)中包括的参数是唯一确定的，是与机械端振动的响应特性AR独立地设计的。但是，也可以将式(13)的hf视为调节增益，能够有意地调节hf的ωp。
由此，存在能够进一步改善响应延迟的情况。相位调节器1和FF控制器72改善的延迟特性具有明确的不同，如上所述以独立设计为前提，但存在这样的情况：通过有意将hf的ωp作为调节要素，以与相位调节器1的参数ωh(ωa,ζa)、及h(ωa,ζa)平衡的方式进行适当的设计，而总体上在抑制机械端振动的同时、能够缩短机械端的响应延迟。
这样的效果能够解释为，是将FF控制器72视为与相位调节器1的HPF同样的作用、使用两个HPF调节速度指令8的相位结果得到的。
实施例3
本实施例的电机控制装置是如图11所示的、设想应用于由上级系统控制装置和伺服电机控制装置构成的AC伺服电机的串级(cascade)位置FB控制系统1100的情况。
图12是表示实施例3的AC伺服电机的串级位置FB控制系统1200的图。图12是将图1所示的速度控制系统内减振控制器15应用于图11的情况。对于与实施例1相同的内容省略说明。
图12的AC伺服电机的串级位置FB控制系统包括：加减法器1410、加减法器1411、加减法器1412、位置控制器1315、速度控制器132、电流控制器133、从d-q坐标系向三相坐标系进行坐标变换的第一坐标变换器134、从三相坐标系向d-q坐标系进行坐标变换的第二坐标变换器1310、输入三相电压指令并输出PWM脉冲的PWM输出器135、具有开关元件的逆变器(电力转换器)136、电流检测器138、位置/速度计算器1311、速度控制系统内减振控制器15、测量电机的转速的编码器139、电机137、和由电机驱动的作为控制对象的机械1313。
速度控制系统内减振控制器15输入根据编码器139的输出用位置/速度计算器1311计算出的电机轴的位置响应和来自位置控制器1315的位置操作量，对位置控制器1315输出电机轴位置响应，对速度控制器132输出速度指令。
由电流控制器133控制电机的电路部分，在该控制的控制周期比速度控制器132快的前提下，在速度控制系统中，电流控制系统被近似地视为1(速度控制器的操作量直接传递至电机的机械部分(转子))。因此，速度控制器132的控制对象是电机的机械部分(转子)和与电机的转子结合的机械1313，其相当于图1中的速度控制器20的控制对象。
另外，在速度控制器132的控制周期比位置控制器1315的控制周期快的前提下，在位置控制系统中，速度控制系统被近似地视为1。
速度控制系统内减振控制器15位于速度控制系统内的前级(前端)，对作为上级系统控制装置的输出的速度指令进行加工，生成对速度控制器132的指令。
在令机械1313的惯性数为1，机械1313与电机的转子弹性结合的情况下，控制对象能够视为机械1313与电机的转子用弹簧/减振器结合的二惯性系统，控制对象具有包含1组谐振/反谐振特性的频率特性。
另外，在机械1313的惯性数是2且各惯性由弹簧/减振器结合，其中一个与电机的转子弹性结合的情况下，控制对象能够视为各惯性由弹簧/减振器结合的三惯性系统，具有包含2组谐振/反谐振特性的频率特性。
设机械1313的刚性低，在数Hz～100Hz程度的低频段具有谐振/反谐振特性。
首先考虑不包括速度控制系统内减振控制器15的状态的图11。当提高位置控制器的控制增益，从位置指令到电机137的电机轴位置响应为止高响应地进行控制，采用抑制机械1313的谐振/反谐振特性引起的振动的设定时，因为机械1313的刚性低，所以机械1313的端部成为振动性。
另一方面，如图12所示，在包括速度控制系统内减振控制器15的情况下，如实施例1所说明的那样能够发挥机械端的减振效果，并且能够改善减振控制特有的响应延迟。
图13A和图13B是说明图12所示的AC伺服电机控制系统的控制减振的效果的图。图12的结构如图13A和图13B所示，能够实现充分的减振效果，并且改善响应延迟。
在图13A和图13B中，纵轴是机械角度(Mech.angle，机械端的位置响应)，横轴是时间(Times)。机械端的位置响应表示与电机连接的机械的端部即机械端因电机旋转而移动了的位置，相当于电机的旋转角(rad)。
图13B是将图13A的一部分放大了的图。如图13A和图13B所示，可知，与“无减振控制”1402、“有减振控制、无相位调节”1403相比，在采用本实施例的用实线表示的“有减振控制、有相位调节”1404的情况下，对于“位置指令”1401的响应性能较高。
因此，根据本实施例，能够提供一种电机控制装置，在半封闭结构的AC伺服电机控制系统中，上级系统控制装置包括位置控制器，在负责速度控制系统的电机伺服控制装置内包括实现减振控制的单元，并且包括用简单的处理改善减振控制特有的响应延迟的单元。
本实施例中，以将实施例1的速度控制系统内减振控制器15应用于AC伺服电机的串级位置FB控制系统1100的情况为例进行了说明，但也可以将实施例2的速度控制系统内减振控制器71应用于AC伺服电机的串级位置FB控制系统1100。
另外，在AC伺服电机控制以外，在DC电机控制中也采用基于速度/位置控制器的串级控制结构，因此根据本实施例，通过在速度控制器的前级设置速度控制系统内减振控制器15，能够在速度控制系统内实现机械端的减振。
附图标记的说明
1……相位调节器，9……位置指令推算器，10……并联式减振控制器，11……振动激励成分提取器，14……速度指令，15……速度控制系统内减振控制器，18……实际速度指令，21……位置/速度计算器，23……电机轴的位置响应，24……位置指令，72……FF控制器，136……逆变器，137……AC伺服电机，138……电流检测器，139……编码器，201……上级系统控制装置，301……伺服电机控制装置，1313……控制对象的机械。

Claims (12)

1.一种电机控制装置，其包括在对与电机连接着的机械端进行位置控制的位置控制系统中，所述电机控制装置的特征在于：
以能够从上级系统控制装置接收第一速度指令，并对所述上级系统控制装置输出电机轴的位置响应的方式装在所述位置控制系统中，
所述电机控制装置具有速度控制器和速度控制系统内减振控制器，
所述速度控制系统内减振控制器具有：
位置指令推算器，其基于所述第一速度指令和所述电机轴的位置响应来计算位置指令的推算值；
并联式减振控制器，其基于所述位置指令的推算值提取所述第一速度指令中包含的激励所述机械端的振动的频率成分，并输出提取出的所述频率成分；
相位调节器，其用于改善因所述并联式减振控制器而发生的响应延迟；
第一单位转换器，其将所述相位调节器的输出转换为速度的量纲；和
运算器；
所述运算器，从所述第一速度指令减去所述并联式减振控制器的输出而从所述第一速度指令中除去激励所述机械端的振动的所述频率成分，作为第二速度指令输出，并且
所述运算器基于所述第一单位转换器的输出和所述第二速度指令，输出作为所述速度控制系统内减振控制器的输出的第一实际速度指令，并将所述第一实际速度指令作为所述速度控制器的指令。
2.如权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于：
所述运算器具有：
第一加减法器，其从所述第一速度指令减去所述并联式减振控制器的输出；和
第二加减法器，其将所述第一单位转换器的输出与所述第二速度指令相加。
3.如权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于：
所述位置指令推算器，具有与所述上级系统控制装置中包括的位置控制器的逆特性一致的推算滤波器和第三加减法器，用所述第三加减法器将用所述推算滤波器对所述第一速度指令进行处理而得到的信号、与所述电机轴的相位响应相加，将相加的结果作为所述位置指令的推算值输出。
4.如权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于：
所述并联式减振控制器具有：
振动激励成分提取器，其从所述位置指令的推算值无相位延迟地提取所述第一速度指令中包含的激励所述机械端的振动的频率成分；和
第二单位转换器，其将由所述振动激励成分提取器提取出的振动激励成分信号的单位转换为速度的量纲，
将所述第二单位转换器的输出作为所述并联式减振控制器的输出，
所述运算器运算所述振动激励成分提取器的输入与输出之差，
所述相位调节器，以所述差为输入，对其进行相位调节后输出到所述第一单位转换器。
5.如权利要求4所述的电机控制装置，其特征在于：
所述运算器具有：
第一加减法器，其从所述第一速度指令减去所述并联式减振控制器的输出；
第二加减法器，其将所述第一单位转换器的输出与所述第二速度指令相加；和
第四加减法器，其从所述振动激励成分提取器的输入减去输出。
6.如权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于：
所述速度控制系统内减振控制器具有前馈控制器，该前馈控制器用于改善所述上级系统控制装置中包括的位置控制器的反馈控制的响应延迟，
所述运算器，运算所述相位调节器的输入和输出，以该运算的结果为所述前馈控制器的输入，根据所述前馈控制器的输出和所述第一实际速度指令运算第二实际速度指令，并将所述第二实际速度指令作为所述速度控制系统内减振控制器的输出。
7.如权利要求6所述的电机控制装置，其特征在于：
所述运算器具有：
第五加减法器，其将所述相位调节器的输入与输出相加；和
第六加减法器，其将所述前馈控制器的输出与所述第一实际速度指令相加。
8.如权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于：
所述相位调节器是高通滤波器。
9.如权利要求6所述的电机控制装置，其特征在于：
所述前馈控制器是高通滤波器。
10.如权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于：
所述相位调节器的滤波器参数基于所述机械端的振动特性而设定。
11.如权利要求6所述的电机控制装置，其特征在于：
所述前馈控制器的滤波器参数基于所述机械端的振动特性而设定。
12.如权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于：
所述上级系统控制装置包括装在所述位置控制系统中的位置控制器，生成所述位置指令，
所述位置控制器根据所述位置指令和从所述电机控制装置接收到的所述电机轴的位置响应，生成所述第一速度指令。
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