CN1232024C

CN1232024C - 电机控制器

Info

Publication number: CN1232024C
Application number: CNB018163459A
Authority: CN
Inventors: 郭双晖; 小黑龙一; 本田英己
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: KR100792618B1; CN1466811A; EP1330018A4; US20030169004A1; KR20030034202A; JP2002176791A; EP1330018A1; WO2002027911A1; US6914404B2

Abstract

本申请公开了一种包括第一模拟控制单元(8)和第二模拟控制单元(9)的电机控制器，所述第二模拟控制单元(9)作为前馈控制手段输入指令给实控单元(10)以实施反馈控制，使所述第一模拟控制单元(8)的控制参数设定可提高控制响应的速度特性，使所述第二模拟控制单元(9)的控制参数设定可改善控制响应的稳定性，从而使整个前馈控制装置的设计同时满足控制响应高速性和高稳定性的要求。

Description

电机控制器

技术领域

本发明涉及控制直流电机、感应电机、同步电机、直线电机等电机的电机控制器，所述电机用于驱动机床工作台或机器人手臂等负载装置。

背景技术

通常采用具有两个自由度的控制器来控制一个机器系统，所述机器系统包括机床工作台或机器人手臂等负载装置，直流电机、感应电机、同步电机或直线电机等驱动装置，以及连接负载装置与驱动装置的传动装置等；所述控制器包括根据指令值和机器系统输出值实施控制的反馈控制单元和只根据指令值进行控制的前馈控制单元。例如，在日本专利申请公开NO.06-030578中，便介绍了一种具有上述两个自由度的控制器。

图1为表明现有技术电机控制器的结构框图。图1中电机控制器为用于控制机器系统6的两自由度控制器，所述控制器包括前馈信号处理电路25和进行反馈控制的b控制电路23，所述机器系统6包括负载装置1、传动装置2、电机3、电源转换电路4和实测单元5。

响应扭矩指令T，电源转换电路4驱动电机3，电机3的旋转力通过传动装置2传送到负载装置1使其工作。实测单元5是一个用于检测电机3转速ω和转角θ的转动检测器。

前馈信号处理电路25包括一个双惯性系统模拟电路24和a控制电路22，所述系统模拟电路24对机器系统6进行逼近和模型化，所述a控制电路22用于对电路24进行控制。双惯性系统模拟电路24接收a控制电路的扭矩信号T_MR，进行包括至少两个积分在内的预定函数运算，以提供模拟转角信号θ_MR和模拟转速信号ω_MR。根据指令指令发生器7所提供的指令转速信号ω_Ref和双惯性系统模拟电路24所提供的模拟转角信号θ_MR和模拟转速信号ω_MR，a控制电路22产生一个供给双惯性系统模拟电路24的模拟扭矩信号T_MR。

b控制电路23包括一个位置控制电路(未画出)和一个速度控制电路(未画出)。位置控制电路根据模拟转角信号θ_MR和实测单元5所检测的实测转角信号θ之差进行计算并提供一个速度指令，速度控制电路根据位置控制电路提供的速度指令与实测速度信号ω之差进行计算并向电源转换电路4提供一个扭矩指令信号。借助上述的位置控制电路和速度控制电路，b控制电路23可进行高速度的位置控制。

一般在上述的这种电机控制器中，控制的高速响应和稳定性取决于a控制电路22和双惯性系统模拟电路24等所设定的控制参数。在这种电机控制器中，当仅要求控制响应的速度较高或仅满足控制响应的稳定性时，相对较容易设定控制系统的控制参数。但通常要求电机控制器的控制响应既要高速又要具有较高的稳定性。在这种情况下，a控制电路22和双惯性系统模拟电路24的控制参数设定必须同时满足控制响应的高速和稳定性要求。

然而对这种电机控制器的操作人员来说，调节控制参数以满足控制响应的高速和稳定性要求是件相当困难和耗时费力的工作。

特别是在机器系统的设定条件出现问题时，例如认为机器系统6为一个理想的刚性系统而实际上它却包括一些弹性时，对机器系统6进行模型化的双惯性系统模拟电路24将涉及四次或更高次控制，为调节a控制电路22和双惯性系统模拟电路24的控制参数以满足控制响应的高速和稳定要求，电机控制必须要解出四次方程的根，这将使控制参数的调节非常困难和耗时。

如上所述，在电机控制器中，控制响应的速度和稳定性变化取决于控制电路中设定的控制参数。一般在这种电机控制器中，当仅要求控制响应的速度较高或仅满足控制响应的较高稳定性时，相对较容易设定控制系统的控制参数。但通常要求电机控制器的控制响应既要高速又要具有较高的稳定性。在这种情况下，控制电路的控制参数设定必须同时满足控制响应的高速和高稳定性要求。现有技术的电机控制器存在这方面的问题，即对这种电机控制器的操作人员来说，调节控制参数以满足控制响应的高速和高稳定性要求是件相当困难和耗时费力的工作。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种易于实现高速和高稳定控制响应的电机控制器。

为实现上述目标，按本发明的电机控制器包括两个部件：第一模拟控制部件和作为前馈控制手段向实控单元输送指令以实施反馈控制的第二模拟控制部件。这样，通过设定第一模拟控制部件的控制参数来提高控制响应的速度，通过设定第二模拟控制部件的控制参数来提高控制响应的稳定性，可使总的前馈控制手段设计同时满足控制响应高速度和高稳定性的要求。对于每个模拟控制部件来说，容易设定其控制参数以满足控制响应高速度或高稳定性的要求，因此本发明电机控制器易于实现控制响应的高速度和高稳定性的两方面要求。

进一步地，本发明提供一种用于控制包括电源转换电路和实测单元的机器系统的电机控制器，所述电源转换电路响应扭矩指令驱动通过传动装置与负载装置相联的电机运转，所述实测单元向实控装置提供所述电机的实际转角信号和实际速度信号，所述电机控制器的特征在于包括：第一模拟控制装置，它根据上级装置提供的指令转角信号和至少一个第一控制参数，计算第一模拟位置信号、第一模拟速度信号和第一模拟加速信号并提供计算的信号；第二模拟控制装置，它根据所述第一模拟位置信号、第一模拟速度信号和第一模拟加速信号及至少一个第二控制参数，计算第二模拟位置信号、第二模拟速度信号、第二模拟加速信号和模拟扭矩信号并提供计算的信号；以及实控装置，它根据所述第二模拟位置信号、第二模拟速度信号、第二模拟加速信号及所述模拟扭矩信号进行反馈控制，以计算和提供所述扭矩指令。

在上述电机控制器中，所述第一模拟控制装置提供一个具有第一时间常数并接受所述指令转角信号的两级一阶滞后过滤器的输出、作为所述第一模拟位置信号；提供一个所述两级一阶滞后过滤器输出的微分信号作为所述第一模拟速度信号；以及所述第二模拟控制装置提供一个具有第二时间常数并接受所述第一模拟位置信号的一阶滞后过滤器的输出、作为所述第二模拟位置信号；提供一个具有第二时间常数并接受所述第一模拟速度信号的一阶滞后过滤器的输出、作为所述第二模拟速度信号；和提供一个具有第二时间常数并接受所述第一模拟加速信号的一阶滞后过滤器的输出、作为所述第二模拟加速信号。

在上述电机控制器中，所述第一模拟控制装置包括：一个第一指令处理器，用于提供一个具有第一时间常数并接受所述指令转角信号的两级一阶滞后过滤器的输出、作为所述第一模拟速度信号；一个第一模拟信号处理器，用于提供所述第一模拟速度信号的积分信号、作为所述第一模拟位置信号；以及一个第二模拟信号处理器，用于提供所述第一模拟速度信号的微分信号、作为所述第一模拟加速信号。

在上述电机控制器中，所述第一模拟控制装置包括：一个第二指令处理器，用于提供一个具有第一时间常数并接受所述指令转角信号的两级一阶滞后过滤器的输出、作为所述第一模拟位置信号；一个第三模拟信号处理器，用于对所述第一模拟位置信号进行微分以提供所述第一模拟速度信号；以及一个第四模拟信号处理器，用于对所述第一模拟速度信号进行微分以提供所述第一模拟加速信号。

在上述电机控制器中，所述第一模拟控制装置包括：一个第一模拟控制器，用于根据所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号间的差值和所述第一模拟速度信号计算第一模拟扭矩信号；和一个第一数模，用于根据所述第一模拟扭矩信号计算所述第一模拟加速信号、第一模拟速度信号和第一模拟位置信号。

在上述电机控制器中，所述第一模拟控制器使所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号之间的差值乘以第一控制增益以产生第一信号，使所述第一模拟速度信号乘以第二控制增益以产生第二信号，使所述第一信号与第二信号之间的差值乘以第一惯量并将乘积信号作为所述第一模拟扭矩信号提供；以及所述第一数模将所述第一模拟扭矩信号除以所述第一惯量，以产生被作为所述第一模拟加速信号进行提供的信号，对所述第一模拟加速度信号进行积分以产生被作为所述第一模拟速度信号进行提供的信号，对所述第一模拟速度信号进行积分以产生被作为所述第一模拟位置信号进行提供的信号。

在上述电机控制器中，所述第一数模包括：一个系数倍增器，用于将所述第一模拟扭矩信号除以一个惯量并将差值信号作为所述第一模拟加速信号提供；一个积分器，用于对所述第一模拟加速信号进行积分并将积分信号作为所述第一模拟速度信号提供；以及一个积分器，用于对所述第一模拟速度信号进行积分并将积分信号作为所述第一模拟位置信号提供。

在上述电机控制器中，所述第一模拟控制装置包括：一个第一模拟控制器，用于根据所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号之间的差值和所述第一模拟速度信号计算第一模拟扭矩信号；一个第一数模，用于根据所述第一模拟扭矩信号计算所述第一模拟速度信号和所述第一模拟位置信号；以及一个第五模拟信号处理器，用于对一个具有第三时间常数并接受所述第一模拟速度信号的一阶过滤器的输出进行微分，并将微分信号作为第一模拟加速信号提供。

在上述电机控制器中，其中所述第一模拟控制器使所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号间的差值乘以第一控制增益以产生第一信号，使所述第一模拟速度信号乘以第二控制增益以产生第二信号，使所述第一信号与第二信号之间的差值乘以第一惯量并将乘积信号作为所述第一模拟扭矩信号提供；以及所述第一数模使所述第一模拟扭矩信号除以所述第一惯量，对商信号进行积分并将积分信号作为所述第一模拟速度信号提供，以及对所述第一模拟速度信号进行积分并将积分信号作为所述第一模拟位置信号提供。

在上述电机控制器中，一个系数倍增器，用于将所述第一模拟扭矩信号除以一个惯量并将其差值信号作为第十六模拟信号提供；一个积分器，用于对所述第十六模拟信号进行积分并将积分信号作为所述第一模拟速度信号提供；以及一个积分器，用于对所述第一模拟速度信号进行积分并将积分信号作为所述第一模拟位置信号提供。

在上述电机控制器中，所述第一模拟控制器包括：一个第一模拟位置控制单元，用于根据所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号之间的差值提供所述第一模拟速度指令信号；和一个第一模拟速度控制单元，用于根据所述第一模拟速度指令信号与所述第一模拟速度信号之间的差值提供所述第一模拟扭矩信号。

在上述电机控制器中，所述第一模拟位置控制单元使所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号间的差值乘以第一位置比例控制增益，并将乘积信号作为所述第一模拟速度指令信号提供；和所述第一模拟速度控制单元使所述第一模拟速度指令信号与所述第一模拟速度信号间的差值乘以第一速度比例控制增益并将乘积信号作为所述所述第一模拟扭矩信号提供。

在上述电机控制器中，所述第一模拟位置控制单元包括：一个减法器，用于由所述指令转角信号中减去所述第一模拟位置信号并将差信号作为所述第一模拟位置误差信号提供；一个系数倍增器，用于使所述第一模拟位置误差信号乘以第一位置比例控制增益，并将放大后信号作为第十模拟信号提供；一个系数倍增器，用于使所述第一模拟位置误差信号乘以第一位置积分控制增益，并将放大后信号作为第十一模拟信号提供；一个积分器，用于对所述第十一模拟信号进行积分并将积分信号作为第十二模拟信号提供；以及一个加法器，用于使所述第十模拟信号和第十二模拟信号相加，并将其和作为所述第一模拟速度指令信号提供。

在上述电机控制器中，所述第一模拟速度控制单元包括：一个减法器，用于由所述第一模拟速度指令信号中减去所述第一模拟速度信号，并将其差值作为第一模拟速度误差信号提供；一个系数倍增器，用于使所述第一模拟速度误差信号乘以第一速度比例控制增益，并将放大后信号作为第十三模拟信号提供；一个系数倍增器，用于使所述第一模拟速度误差信号乘以第一速度积分控制增益，并将放大后的信号作为第十四模拟信号提供；一个积分器，用于对所述第十四模拟信号进行积分，并将积分信号作为第十五模拟信号提供；以及一个加法器，用于使所述第十三模拟信号与第十五模拟信号相加，并将和信号作为所述第一模拟扭矩指令信号提供。

在上述电机控制器中，所述第一模拟控制器包括：一个第一模拟位置控制单元，用于根据所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号之间的差值提供第一模拟扭矩指令信号；一个第一模拟速度控制单元，用于根据指令转角信号与第一模拟速度信号间的差值提供第二模拟扭矩指令信号；以及一个加法器，用于使所述第一模拟扭矩指令信号与所述第二模拟扭矩指令信号相加，并将其和作为所述第一模拟扭矩信号提供。

在上述电机控制器中，所述第一模拟位置控制单元使所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号之间的差值乘以第一位置比例控制增益，并将乘积信号作为所述第一模拟扭矩指令信号提供；所述第一模拟速度控制单元使所述指令转角信号与所述第一模拟速度信号之间的差值乘以第一速度比例控制增益，并将乘积作为所述第二模拟扭矩指令信号提供。

在上述电机控制器中，所述第一模拟位置控制单元包括：一个减法器，用于由所述指令转角信号中减去所述第一模拟位置信号，并将其差值作为所述第一模拟位置误差信号提供；一个系数倍增器，用于使所述第一模拟位置误差信号乘以第一位置比例控制增益，并将放大后信号作为第十六模拟信号提供；一个系数倍增器，用于使所述第一模拟位置误差信号乘以第一位置积分控制增益，并将放大后信号作为第十七模拟信号提供；一个积分器，用于对所述第十七模拟信号进行积分，并将积分信号作为第十八模拟信号提供；以及一个加法器，用于使所述第十六和第十八模拟信号彼此相加，并将和信号作为第一模拟扭矩指令信号提供。

在上述电机控制器中，所述第一模拟速度控制单元包括：一个微分器，用于对所述指令转角信号进行微分并将微分信号作为第十九模拟信号提供；一个减法器，用于由所述第一模拟速度信号中减去所述第十九模拟信号以提供第一模拟速度误差信号；一个系数倍增器，用于使所述第一模拟速度误差信号乘以第一速度积分控制增益，并将放大后信号作为第二十模拟信号；一个系数倍增器，用于使所述第一模拟速度误差信号乘以第一速度比例控制增益，并将放大后信号作为第二十一模拟信号提供；一个积分器，用于对所述第二十模拟信号进行积分以提供第二十二模拟信号；以及一个加法器，用于使所述第二十一模拟信号与所述第二十二模拟信号相加，并将其和作为所述第二模拟扭矩指令信号提供。

在上述电机控制器中，所述第一模拟控制器进一步包括一个用于限制所述第一模拟扭矩信号的第一模拟限制器，使所述第一模拟扭矩信号处在所述电机的预定范围之内。

在上述电机控制器中，所述第二模拟控制装置包括：一个第二模拟控制器，用于根据所述第一模拟位置信号与所述第二模拟位置信号之差、所述第一模拟速度信号与所述第二模拟速度信号之差及所述第一模拟加速信号计算所述模拟扭矩信号，以作为第二模拟扭矩信号进行提供；以及一个第二数模，用于根据所述第二模拟扭矩信号计算所述第二模拟加速信号、所述第二模拟速度信号和所述第二模拟位置信号并提供所计算的信号。

在上述电机控制器中，所述第二模拟控制器使所述第一模拟位置信号与所述第二模拟位置信号之差乘以第三控制增益以产生第一信号，使所述第一模拟速度信号与所述第二模拟速度信号之差乘以第四控制增益以产生第二信号，由所述第一信号中减去所述第二信号并使其差值乘以第三惯量以产生第三信号，使所述第一模拟加速信号乘以第二惯量以产生第四信号，使所述第三信号与第四信号相加并将其和作为第二模拟扭矩信号提供；以及所述第二数模使所述第二模拟扭矩信号除以所述第三惯量并将其商作为所述第二模拟加速信号提供，对所述第二模拟加速信号进行积分并将积分信号作为所述第二模拟速度信号提供，对所述第二模拟速度信号进行积分并将积分信号作为所述第二模拟位置信号提供。

在上述电机控制器中，所述第二模拟控制器包括：一个减法器，用于由所述第一模拟位置信号中减去所述第二模拟位置信号以提供第十七模拟信号；一个第二模拟位置控制单元，用于使所述第十七模拟信号乘以第二位置比例控制增益以提供第十八模拟信号；一个加法/减法器，用于由所述第十八模拟信号与所述第一模拟速度信号之和中减去所述第二模拟速度信号，并将差信号作为第十九模拟信号提供；一个第二模拟速度控制单元，用于使所述第十九模拟信号乘以第二速度比例控制增益以提供第二十模拟信号；一个系数倍增器，用于使第一模拟加速信号乘以第二惯量并将乘积作为第二十一模拟信号提供；以及一个加法器，用于使所述第二十模拟信号与所述第二十一模拟信号相加，并将其和作为所述第二模拟扭矩信号提供。

在上述电机控制器中，所述第二模拟控制器进一步包括：一个微分器，用于对所述第二模拟速度信号进行微分以提供第二十二模拟信号；一个减法器，用于由所述第一模拟加速信号中减去所述第二十二模拟信号以提供第二十三模拟信号；以及一个第二模拟加速控制单元，用于使第二十三模拟信号乘以加速比例控制增益，并将放大后信号作为第二十四模拟信号提供；其中所述加法器进一步加上第二十四模拟信号，并将其和作为所述第二模拟扭矩信号提供。

在上述电机控制器中，所述第二模拟控制装置包括：一个第二模拟控制器，用于根据所述第一模拟位置信号与所述第二模拟位置信号之差、所述第一模拟速度信号与所述第二模拟速度信号之差和所述第一模拟加速信号与所述第二模拟加速信号之差计算和提供所述第二模拟扭矩信号；以及一个第二数模，用于根据所述第二模拟扭矩信号计算所述第二模拟加速信号、第二模拟速度信号和第二模拟位置信号并提供所计算的信号。

在上述电机控制器中，所述第二模拟控制器使所述第一模拟位置信号与所述第二模拟位置信号之差乘以第三控制增益以产生第一信号，使所述第一模拟速度信号与所述第二模拟速度信号之差乘以第四控制增益以产生第二信号，由所述第一信号中减去所述第二信号并使其差乘以第三惯量以产生第三信号，使所述第一模拟加速信号乘以第二惯量以产生第四信号，使所述第二模拟加速信号乘以第四惯量以产生第五信号，由所述第四和第三信号之和中减去所述第五信号并将其差作为所述第二模拟扭矩信号提供；以及所述第二数模使所述第二模拟扭矩信号除以第三惯量并将其商作为所述第二模拟加速信号提供，对所述第二模拟加速信号进行积分并将积分信号作为所述第二模拟速度信号提供，对所述第二模拟速度信号进行积分并将积分信号作为所述第二模拟位置信号提供。

在上述电机控制器中，所述第二模拟控制器包括：一个减法器，用于由所述第二模拟加速信号中减去所述第一模拟加速信号以提供第二十五模拟信号；以及一个第二模拟加速控制单元，用于使所述第二十五模拟信号乘以加速比例控制增益以提供第二十六模拟信号；其中所述加法器进一步加上所述第二十六模拟信号，并将其和信号作为第二模拟扭矩信号提供。

在上述电机控制器中，所述第二数模包括：一个系数倍增器，用于使所述第二模拟扭矩信号乘以第三惯量的倒数以提供所述第二模拟加速信号；一个积分器，用于对所述第二模拟加速信号进行积分并将积分信号作为所述第二模拟速度信号提供；以及一个积分器，用于对所述第二模拟速度信号进行积分并将积分信号作为所述第二模拟位置信号提供。

在上述电机控制器中，所述第二模拟控制装置包括：一个第二数模，用于根据所述第二模拟扭矩信号提供所述第二模拟位置信号、第二模拟速度信号、第二模拟加速信号、第三模拟位置信号和第三模拟速度信号；以及一个第二模拟控制器，用于根据第一模拟位置信号、第一模拟速度信号、第一拟加速信号、第二模拟位置信号、第二模拟速度信号、第二模拟加速信号、第三模拟位置信号和第三模拟速度信号计算第二模拟扭矩信号。

在上述电机控制器中，其中所述第二模拟控制器使所述第一模拟位置信号与所述第二模拟位置信号之差乘以第三控制增益以产生第一信号，使所述第一模拟速度信号与所述第二模拟速度信号之差乘以第四控制增益以产生第二信号，由所述第一信号中减去所述第二信号并使其差乘以第三惯量以产生第三信号，使所述第一模拟加速信号乘以第二惯量产生第四信号，使所述第二模拟加速信号乘以第四惯量以产生第五信号，使所述第三模拟位置信号乘以第五控制增益以产生第六信号，使所述第三模拟速度信号乘以第六控制增益以产生第七信号，由所述第四信号与第三信号之和中减去所述第五、第六和第七信号并将其差作为所述第二模拟扭矩信号提供；以及所述第二数模接收所述第二模拟扭矩信号，使所述第二模拟位置信号与所述第三模拟位置信号之差乘以一个弹性系数以产生作为模拟扭转扭矩信号的积信号，使所述模拟扭转扭矩信号除以第六惯量并对其商信号进行积分以提供积分信号作为所述第三模拟速度信号，使所述模拟扭转扭矩信号除以所述第六惯量并对其商信号进行两次积分以提供经两次积分的信号作为所述第三模拟位置信号，使所述第二模拟扭矩信号与所述模拟扭转扭矩信号之差除以第五惯量以提供商信号作为所述第二模拟加速信号，使所述第二模拟扭矩信号与所述模拟扭转扭矩信号之差除以所述第五惯量并对其商信号进行积分以提供积分信号作为所述第二模拟速度信号，使所述第二模拟扭矩信号与所述模拟扭转扭矩信号之差除以所述第五惯量并对其商信号进行两次积分以提供经两次积分的信号作为所述第二模拟位置信号。

在上述电机控制器中，所述第二模拟控制器包括：一个减法器，用于由所述第一模拟位置信号中减去所述第三模拟位置信号以提供第二十七模拟信号；一个第二模拟位置控制单元，用于使所述第二十七模拟信号乘以第二位置比例控制增益以提供第二十八模拟信号；一个加法/减法器，用于由所述第二十八模拟信号与所述第一模拟速度信号之和中减去所述第三模拟速度信号并将其差作为第二十九模拟信号提供；一个第二模拟速度控制单元，用于使所述第二十九模拟信号乘以第二速度比例控制增益并将乘积信号作为第三十模拟信号提供；一个减法器，用于由所述第二模拟位置信号中减去所述第三模拟位置信号，并将其差信号作为第三十一模拟信号提供；一个第二模拟扭转位置补偿器，用于使所述第三十一模拟信号乘以第三位置比例控制增益，并将其乘积信号作为第三十二模拟信号提供；一个减法器，用于由所述第二模拟速度信号中减去所述第三模拟速度信号，并将其差信号作为第三十三模拟信号；一个第二模拟扭转速度补偿器，用于使所述第三十三模拟信号乘以第三速度比例控制增益，并将乘积信号作为第三十四模拟信号提供；一个系数倍增器，用于使所述第一模拟加速信号乘以第二加速比例控制增益，并将乘积信号作为第三十五模拟信号提供；以及一个加法器，用于使所述第三十模拟信号、第三十二模拟信号、第三十四模拟信号、第三十五模拟信号相加，并将它们的和信号作为所述第二模拟扭矩信号提供。

在上述电机控制器中，所述第二模拟控制器进一步包括：一个微分器，用于对所述第三模拟速度信号进行微分以提供第三十六模拟信号；一个减法器，用于由所述第一模拟加速信号中减去所述第三十六模拟信号以提供第三十七模拟信号；以及一个第二模拟加速控制单元，用于使所述第三十七模拟信号乘以第三加速比例控制增益，并将乘积信号作为第三十八模拟信号提供；其中所述加法器进一步加上所述第三十八模拟信号，并将其和作为所述第二模拟扭矩信号提供。

在上述电机控制器中，所述第二数模包括：一个弹性数模，用于使所述第二模拟位置信号与所述第三模拟位置信号之差乘以一个弹性系数，并将乘积信号作为模拟扭转扭矩信号提供；一个第一惯性系统数模，用于使所述第二模拟扭矩信号与所述模拟扭转扭矩信号之差除以第五惯量，并将其商信号作为所述第二模拟加速信号提供，对所述第二模拟加速信号进行积分并将积分信号作为所述第二模拟速度信号提供，对所述第二模拟速度信号进行积分并将积分信号作为第二模拟位置信号提供；以及一个第二惯性系统数模，用于使所述模拟扭转扭矩信号除以第六惯量，对其商信号进行积分并将积分信号作为所述第三模拟速度信号，对所述第三模拟速度信号进行积分并将积分信号作为所述第三模拟位置信号提供。

在上述电机控制器中，所述实控装置包括：一个减法器，用于由所述第二模拟位置信号中减去所述实际转角信号，并将其差信号作为第三十九模拟信号提供；一个实际位置控制器，用于接受所述第三十九模拟信号以实施位置控制和提供第四十模拟信号；一个微分器，用于对所述实际转角信号进行微分以提供第四十三模拟信号；一个加法/减法器，用于由所述第二模拟速度信号与所述第四十模拟信号之和中减去所述第四十三模拟信号，以提供第四十一模拟信号；一个实际速度控制器，用于对所述第四十一模拟信号进行微分，并将微分信号作为第四十二模拟信号提供；一个微分器，用于对所述第四十三模拟信号进行微分并将微分信号作为第四十四模拟信号提供；一个减法器，用于由所述第二模拟加速信号中减去所述第四十四模拟信号，并将其差信号作为第四十五模拟信号提供；一个第一实际加速度控制器，用于接受所述第四十五模拟信号，使所述第四十五模拟信号乘以第一加速度比例控制增益，并将放大后信号作为第四十六模拟信号提供；以及一个加法器，用于使所述第四十二和第四十六模拟信号与所述第二模拟扭矩信号相加，并将其和信号作为实际上的扭矩指令提供。

在上述电机控制器中，所采用的实际转角信号通过一个具有第四时间常数的一次过滤器。

在上述电机控制器中，所述用于对所述实际转角信号进行微分以提供第四十三模拟信号的微分器为一个虚拟微分器，它包括具有第五时间常数的一次过滤器。

根据本发明的另一方面，提供一种用于控制包含电源转换电路和实测单元的机器系统的电机控制器，所述电源转换电路响应扭矩指令驱动通过传动装置与负载装置相联的电机，所述实测单元向实控装置提供所述电机的实际响应信号，所述电机控制器的特征在于包括：第一模拟控制装置，用于根据上级装置提供的指令转角信号和至少一个控制参数计算第一模拟速度信号和第一模拟扭矩信号，以提供所述第一模拟速度信号和所述第一模拟扭矩信号；第二模拟控制装置，用于根据所述指令转角信号与所述第二模拟位置信号之差实施比例控制以计算一个值，根据所述指令转角信号与第二模拟位置信号之差进行积分控制以计算一个值，根据所述第一模拟速度信号与第二模拟速度信号之差实施比控制以计算一个值，使上述计算值与第一模拟扭矩信号的值相加并将它们的和作为第二模拟扭矩信号提供；对所述第二模拟扭矩信号进行一次积分并将积分信号作为第二模拟速度信号提供；并对所述第二模拟速度信号进行一次积分并将积分信号作为第二模拟位置信号提供；以及实控装置，用于根据所述第二模拟位置信号、第二模拟速度信号和第二模拟扭矩信号计算和提供的扭矩指令进行反馈控制以计算和提供所述扭矩命令。

在上述电机控制器中，所述第二模拟控制装置接受一个指令完成信号，所述指令完成信号在所述指令转角信号脉动时取第一值，在所述指令转角信号停止脉动时取第二值，当指令转角信号没有脉动时取第三值，当所述指令转角信号取第二值时，置定通过积分控制计算的值为0。

在上述电机控制器中，进一步包括：一个信号开关，用于在所述指令完成信号取所述第一值时，将所述第一模拟控制装置所提供的所述第一模拟速度信号和第一模拟扭矩信号如实提供给所述第二模拟控制装置；而当所述指令完成信号取所述第二或第三值时，将供给所述第二模拟控制装置的所述第一模拟速度信号和所述第一模拟扭矩信号的值置定为0。

在上述电机控制器中，进一步包括：一个指令完成检测器，用于在所述指令转角信号的微分值为非0时，置定所述指令完成信号的值取所述第一值；当所述指令转角信号的微分值为0但其二次微分值非0时，置定所述指令完成信号的值取所述第二值；当所述指令转角信号的微分和二次微分值均为0时，置定所述指令完成信号的值取所述第三值。

附图简述

图1为现有技术电机控制器的结构框图。

图2为按本发明第一实施例的电机控制器的结构框图。

图3为按本发明第二实施例的电机控制器中第一模拟控制单元28的结构框图。

图4为按本发明第三实施例的电机控制器中第一模拟控制单元38的结构框图。

图5为按本发明第四实施例的电机控制器中第一模拟控制单元48的结构框图。

图6为按本发明第五实施例的电机控制器中第一模拟控制单元58的结构框图。

图7为按本发明第六实施例的电机控制器中第一模拟控制单元68a的结构框图。

图8为按本发明第七实施例的电机控制器中第一模拟控制单元78a的结构框图。

图9为按本发明第八实施例的电机控制器中第一模拟控制单元88a和98a的结构框图。

图10为按本发明第九实施例的电机控制器中第一模拟位置控制单元8a12的结构框图。

图11为按本发明第十实施例的电机控制器中第一模拟速度控制单元8a22的结构框图。

图12为按本发明第十一实施例的电机控制器中第一模拟位置控制单元8a32的结构框图。

图13为按本发明第十二实施例的电机控制器中第一模拟速度控制单元8a4的结构框图。

图14为按本发明第十三实施例的电机控制器中第一数模138b的结构框图。

图15为按本发明第十四实施例的电机控制器中第一数模148I的结构框图。

图16为按本发明第十五实施例的电机控制器中第二模拟控制单元19的结构框图。

图17为按本发明第十六实施例的电机控制器中第二模拟控制单元29的结构框图。

图18为按本发明第十七实施例的电机控制器中第二数模179b的结构框图。

图19为按本发明第十八实施例的电机控制器中第二模拟控制单元19a的结构框图。

图20为按本发明第十九实施例的电机控制器中第二模拟控制单元29a的结构框图。

图21为按本发明第二十实施例的电机控制器中第二模拟控制单元19c的结构框图。

图22为按本发明第二十一实施例的电机控制器中第二模拟控制单元39的结构框图。

图23为按本发明第二十二实施例的电机控制器中第二模拟控制单元19d的结构框图。

图24为第二模拟位置控制单元9d2的结构框图。

图25为第二模拟速度控制单元9d6的结构框图。

图26为第二模拟扭转位置补偿器9d10的结构框图。

图27为第二模拟扭转速度补偿器9d8的结构框图。

图28为按本发明第二十三实施例的电机控制器中第二模拟控制单元29d的结构框图。

图29为按本发明第二十四实施例的电机控制器中第二数模19e的结构框图。

图30为弹性数模9e2的结构框图。

图31为按本发明第二十五实施例的电机控制器中实控单元10的结构框图。

图32为按本发明第二十六实施例的电机控制器中实控单元11的结构框图。

图33为按本发明第二十七实施例的电机控制器中实控单元12的结构框图。

图34为按本发明第二十八实施例的电机控制器的结构框图。

图35曲线表明按本发明第二十八实施例的电机控制器的模拟结果。

图36为按本发明第二十九实施例的电机控制器的结构框图。

图37曲线表明按本发明第二十九实施例的电机控制器的模拟结果。

图38为按本发明第三十实施例的电机控制器的结构框图。

最佳实施例

第一实施例

首先说明按本发明第一实施例的电机控制器。图2为按本实施例的电机控制器结构框图。

如图2所示，按本实施例的电机控制器包括第一模拟控制单元8、第二模拟控制单元9和实控单元10，用于根据指令发生器7发出的指令转角信号θ_ref来控制机器系统6的运作。

第一模拟控制单元8接收指令发生器7的指令转角信号θ_ref，根据指令转角信号θ_ref和第一控制参数计算第一模拟位置信号θ_m1、第一模拟速度信号ω_m1和第一模拟加速信号α_m1，并将计算结果信号输出。第一模拟控制单元8按下述方程(1)-(3)计算第一模拟位置信号θ_m1、第一模拟速度信号ω_m1和第一模拟加速信号α_m1：

θ_m1＝1/(T₁×S+1)²×θ_ref (1)

ω_m1＝S/(T₁×S+1)²×θ_ref (2)

α_m1＝S²/(T₁×S+1)²×θ_ref (3)

式中：T₁为时间常数，是第一控制参数；S为差分算子。

第二模拟控制单元9根据第一模拟位置信号θ_m1、第一模拟速度信号ω_m1、第一模拟加速信号α_m1和第二控制参数计算第二模拟位置信号θ_m2、第二模拟速度信号ω_m2、第二模拟加速信号α_m2和模拟扭矩信号T_m2，并将计算结果信号输出。

第二模拟控制单元9按下述方程(4)-(7)计算第二模拟位置信号θ_m2、第二模拟速度信号ω_m2、第二模拟加速信号α_m2和模拟扭矩信号T_m2：

θ_m2＝θ_m1/(T₂×S+1) (4)

ω_m2＝ω_m1/(T₂×S+1) (5)

α_m2＝α_m1/(T₂×S+1) (6)

T_m2＝α_m2×J (7)

式中：T₂为时间常数，是第二控制参数；S为差分算子；J为机器系统6的惯量。

实控单元10接收第二模拟位置信号θ_m2、第二模拟速度信号ω_m2、第二模拟加速信号α_m2和模拟扭矩信号T_m2，为进行反馈控制计算和提供扭矩指令T。

按本实施例的电机控制器包括一对作为前馈控制手段的第二模拟控制单元9和第一模拟控制单元8，它们向实控单元10发出指令以实现反馈控制。这样，第一模拟控制单元8的控制参数设定可提高控制响应的高速性，而第二模拟控制单元9的控制参数设定可改善控制响应的稳定性，从而可使总的前馈控制手段的设计同时满足控制响应高速性和稳定性的要求。由于易于设定模拟控制单元8和9各自的控制参数以分别满足控制响应高速性或稳定性的要求，按本发明的电机控制器可同时满足控制响应高速性和稳定性的两方面要求。

此外，即使在指令发生器7输出非连续指令转角信号的情况下，按本实施例的电机控制器也可产生平稳地第二模拟位置信号θ_m2、第二模拟速度信号ω_m2和第二模拟加速信号α_m2，并将其供给实控单元10。

第二实施例

以下，将说明按本发明第二实施例的电机控制器。在本实施例及第三到第十四实施例中，对本发明电机控制器中第一模拟控制单元的各种实施例进行了说明；在第十五到第二十七实施例中所述的控制器适用于本实施例电机控制器中的第二模拟控制单元和实控单元等。

本实施例电机控制器不同于图2所示电机控制器之处在于，用第一模拟控制单元28取代了第一模拟控制单元8。图3为按本实施例电机控制器中第一模拟控制单元28的结构框图。如图3所示，第一模拟控制单元28包括第一模拟控制器8a和第一数模8a。

第一模拟控制器8a接收指令发生器的指令转角信号θ_ref、第一模拟位置信号θ_m1和第一模拟速度信号ω_m1，输出第一模拟扭矩信号T_m1。第一数模8b接收第一模拟控制器8a提供的第一模拟扭矩信号T_m1，和输出第一模拟位置信号θ_m1、第一模拟速度信号ω_m1和第一模拟加速信号α_m1。

第一模拟控制器8a按方程式(8)计算第一扭矩信号T_m1：

T_m1＝J_m1×{K₁×(θ_ref-θ_m1)-K₂×ω_m1} (8)

这里，J_m1代表第一数模8b的惯量，K₁和K₂为控制增益。

之后，第一数模8b将第一模拟扭矩信号T_m1除以惯量J_m1计算出第一模拟加速信号α_m1，再由α_m1计算第一模拟速度信号ω_m1和由ω_m1进一步计算出第一模拟位置信号θ_m1。也就是说，第一模拟加速信号α_m1、第一模拟速度信号ω_m1和第一模拟位置信号θ_m1分别按方程式(9)-(11)计算：

α_m1＝T_m1/J_m1 (9)

ω_m1＝α_m1/S (10)

θ_m1＝ω_m1/S (11)

通过由第一模拟控制器8a和第一数模8b组成第一模拟控制单元28，按本实施例的电机控制器可提供平稳的第一模拟加速信号α_m1，同时可加速第一模拟位置信号θ_m1对指令转角信号θ_ref的响应性能，因为第一模拟控制器8a进行的反馈控制可减少第一模拟位置信号θ_m1相对于指令转角信号θ_ref间的误差。

第三实施例

以下，将说明按本发明第三实施例的电机控制器。本实施例电机控制器与图2所示电机控制器不同之处在于，用第一模拟控制单元38取代了第一模拟控制单元8。图4为第一模拟控制单元38的结构框图。如图4所示，第一模拟控制单元38包括第一指令处理器8c、第一模拟信号处理器8d和第二模拟信号处理器8e。

第一指令处理器8c接收指令转角信号θ_ref，通过前述方程(2)计算第一模拟速度信号ω_m1并将其输出。第一模拟信号处理器8d对第一模拟速度信号ω_m1进行积分并将积分值作为第一模拟位置信号θ_m1输出。第二模拟信号处理器8e对第一模拟速度信号ω_m1进行微分并将微分值作为第一模拟加速信号α_m1输出。

与第二实施例中的电机控制器比较起来，本实施例电机控制器可通过较少的处理计算出第一模拟位置信号θ_m1、第一模拟速度信号ω_m1和第一模拟加速信号α_m1。

第四实施例

以下，将说明按本发明第四实施例的电机控制器。本实施例电机控制器与图2所示电机控制器不同之处在于，用第一模拟控制单元48取代了第一模拟控制单元8。

图5为第一模拟控制单元48的结构框图。如图5所示，第一模拟控制单元48包括第二指令处理器8f、第三模拟信号处理器8g和第四模拟信号处理器8h。

第二指令处理器8f接收指令转角信号θ_ref，通过上述方程式(1)计算第一模拟位置信号θ_m1并将其输出。第三模拟信号处理器8g对第一模拟位置信号θ_m1进行微分以提供第一模拟速度信号ω_m1。第四模拟信号处理器8h对第一模拟速度信号ω_m1进行微分以提供第一模拟加速信号α_m1。

与第二实施例中的电机控制器比较起来，本实施例电机控制器可通过较少的处理计算出第一模拟位置信号θ_m1、第一模拟速度信号ω_m1和第一模拟加速信号α_m1，同时可减少稳态下第一模拟位置信号θ_m1相对于指令转角信号θ_ref间的误差，因为第一模拟控制单元48中不包括反馈元件。

第五实施例

图6为本实施例电机控制器中第一模拟控制单元58的结构框图。本实施例电机控制器与图2所示电机控制器不同之处在于，用第一模拟控制单元58取代了第一模拟控制单元8。

如图6所示，除图3第一模拟控制单元28中的第一模拟控制器8a外，第一模拟控制单元58还包括第一数模8i和第五模拟信号处理器8j。

第一数模8i接收第一模拟扭矩信号T_m1，按下述方程(12)所示，将第一模拟扭矩信号T_m1除以惯量J_m1并对结果进行积分，然后将积分值作为第一模拟速度信号ω_m1输出；按方程(13)所示，对第一模拟速度信号ω_m1进行积分并将积分信号作为第一模拟位置信号θ_m1输出。

ω_m1＝T_m1/(S×J_m1) (12)

θ_m1＝ω_m1/S (13)

如下述方程(14)所示，第五模拟信号处理器8j对接收第一模拟速度信号ω_m1的一次过滤器的输出值进行微分，并将微分值作为第一模拟加速信号α_m1输出。

α_m1＝S×ω_m1/(T₃×S+1) (14)

其中，T₃为一次过滤器的时间常数。

在配置第五模拟信号处理器8J的情况下，本发明电机控制器可调节第一模拟加速信号α_m1的幅度和相位。

第六实施例

以下，将说明按本发明第六实施例的电机控制器。在第一模拟控制单元的结构上，本实施例与图3所示第一模拟控制单元28和图6所示第一模拟控制单元58大体类同，其第一模拟控制单元与28和58的不同之处在于用第一模拟控制器68a取代了第一模拟控制器8a。

图7为按本实施例电机控制器中第一模拟控制单元68a的结构框图。如图7所示，第一模拟控制单元68a包括第一模拟位置控制单元8a1和第一模拟速度控制单元8a2。

第一模拟位置控制单元8a1接收指令转角信号θ_ref和第一模拟位置信号θ_m1，解下述方程(15)计算和提供第一模拟速度指令信号ω_ref：

ω_ref＝K_p1×(θ_ref-θ_m1) (15)

这里，K_p1为位置比例控制增益。

第一模拟速度控制单元8a2接收第一模拟速度指令信号ω_ref和第一模拟速度信号ω_m1，解下述方程(16)以计算和输出第一模拟扭矩信号T_m1：

T_m1＝K_v1×(ω_ref-ω_m1) (16)

这里，K_v1为速度比例控制增益。

配置有包括第一模拟位置控制单元和第一模拟速度控制单元的第一模拟控制器，即使其第一模拟位置控制单元的增益小于第二和第五实施例中的K₁和K₂，按本实施例的电机控制器也能具有与第二和第五实施例相似的响应性能。

第七实施例

以下，将说明按本发明第二实施例的电机控制器。

本实施例电机控制器与第六实施例电机控制器不同之处在于，用第一模拟控制单元78a取代了第一模拟控制单元68a。

图8为按本实施例电机控制器中第一模拟控制单元78a的结构框图。如图8所示，第一模拟控制单元78a包括第一模拟位置控制单元8a3、第一模拟速度控制单元8a4和加法器8a5。

第一模拟位置控制单元8a3接收指令转角信号θ_ref和第一模拟位置信号θ_m1，解下述方程(17)以提供第一模拟扭矩指令信号T_XM1：

T_XM1＝K_P1*×(θ_ref-θ_m1) (17)

这里，K_P1为位置比例控制增益。

第一模拟速度控制单元8a4接收指令转角信号θ_ref和第一模拟速度信号ω_m1，解下述方程(18)以提供第二模拟扭矩指令信号T_VM1：

T_VM1＝K_V1*×(θ_ref/S-ω_m1) (18)

这里，K_V1为速度比例控制增益。

加法器8a5对第一模拟扭矩指令信号T_XM1和第二模拟扭矩指令信号T_VM1进行相加，并将相加的和作为第一模拟扭矩信号T_m1输出。

按本实施例的电机控制器可实现位置控制模式与速度控制模式间的转换，因为作为位置控制器的第一模拟位置控制单元8a3与作为速度控制器的第一模拟速度控制单元8a4并行配置。

第八实施例

以下，将说明按本发明第二实施例的电机控制器。本实施例电机控制器基本与第六和第七实施例相同，不同之处在于用图9a和9b中的第一模拟控制单元88a和98a取代了图7和8中的第一模拟控制单元68a和78a。

图9a为按本实施例电机控制器中第一模拟控制单元88a的结构框图，图9b为第一模拟控制单元98a的结构框图。

如图9a和9b所示，第一模拟控制单元88a和98a与图7和图8中第一模拟控制单元68a和78a的不同之处在于分别配置了第一模拟限制器8a6和8a7。

第一模拟限制器8a6和8a7对第一模拟扭矩信号T_m1的值进行限制，使第一模拟扭矩信号T_m1的值处于电机3的预定扭矩范围之内。增加配置了第一模拟限制器8a6和8a7，本实施例电机控制器可根据电机的最大驱动扭矩预先产生一个第一模拟扭矩信号T_m1。

第九实施例

以下，将说明按本发明第二实施例的电机控制器。

在按本实施例的电机控制器中，用第一模拟位置控制单元8a12取代了图7和图9第一模拟控制单元中的第一模拟位置控制单元8a1。

图10为第一模拟位置控制单元8a12的结构框图。如图10所示，第一模拟位置控制单元8a12包括减法器8a1a、系数倍增器8a1b和8a1c、积分器8a1d和加法器8a1e。

减法器8a1a由指令转角信号θ_ref中减去第一模拟位置信号θ_m1，以提供第一模拟位置误差信号e_XM1。

系数倍增器8a1b使第一模拟位置误差信号e_XM1乘以K_P1，并将乘积信号作为第十模拟信号SI10进行输出。系数倍增器8a1c使第一模拟位置误差信号e_XM1乘以K_I1，并将乘积信号作为第十一模拟信号SI11进行输出。积分器8a1d对第十一模拟信号SI11进行积分，并将积分值作为第十二模拟信号SI12进行输出。

加法器8ale对第十模拟信号SI10和第十二模拟信号SI12进行相加，并将其和作为第一模拟速度指令信号ω_Ref进行输出。

由于积分器8a1d增加到第一模拟位置控制单元8a12中，因此可以实现比例和积分控制，即使在出现处理误差时，本实施例电机控制器也可减少第一模拟位置信号θ_m1与指令转角信号θ_ref间的误差。

第十实施例

以下，将参阅图11说明按本发明第十实施例的电机控制器。在按本实施例的电机控制器中，用第一模拟速度控制单元8a22取代了图7和图9所示第一模拟控制单元68a和88a中的第一模拟速度控制单元8a1。

图11为第一模拟速度控制单元8a22的结构框图。如图11所示，第一模拟速度控制单元8a22包括减法器8a2a、系数倍增器8a2b和8a2c、积分器8a2d和加法器8a2e。

减法器8a2a由第一模拟速度指令信号ω_ref中减去第一模拟速度信号ω_m1，并将其差值作为第一模拟速度误差信号e_VM1。

系数倍增器8a2b使第一模拟位置误差信号e_VM1乘以K_V1，并将乘积信号作为第十三模拟信号SI13进行输出。系数倍增器8a2c使第一模拟速度误差信号e_VM1乘以K_I1，并将乘积信号作为第十四模拟信号SI14进行输出。

积分器8a2d对第十四模拟信号SI14进行积分，并将积分值作为第十五模拟信号SI15进行输出。

加法器8a2e对第十三模拟信号SI13和第十五模拟信号SI15进行相加，并将其和作为第一模拟扭矩指令信号T_M1a进行输出。

由于积分器8a2d增加到第一模拟速度控制单元8a22中，因此即使在位置控制模式和速度控制模式进行双向转换的情况下，也可以实现比例和积分控制，从而按本实施例的电机控制器在稳态下可减少第一模拟位置信号θ_m1与指令转角信号θ_ref间的误差。

第十一实施例

以下，将祥述按本发明第十一实施例的电机控制器。在按本实施例的电机控制器中，用第一模拟位置控制单元8a32取代了图8和图9所示第一模拟控制单元78a和98a中的第一模拟位置控制单元8a3。

图12为第一模拟位置控制单元8a32的结构框图。如图12所示，第一模拟位置控制单元8a32包括减法器8a3a、系数倍增器8a3b和8a3c、积分器8a3d和加法器8a3e。

减法器8a3a由第一模拟位置指令信号θ_ref中减去第一模拟位置信号θ_m1，并将其差值作为第一模拟位置误差信号e_XM1输出。系数倍增器8a3b使第一模拟位置误差信号e_XM1乘以K_P1，并将乘积信号作为第十六模拟信号SI16进行输出。系数倍增器8a3c使第一模拟位置误差信号e_XM1乘以K₁₁，并将乘积信号作为第十七模拟信号SI17进行输出。积分器8a3d对第十七模拟信号SI17进行积分，并将积分值作为第十八模拟信号SI18进行输出。

加法器8a3e对第十六模拟信号SI16和第十八模拟信号SI18进行相加，并将其和作为第一模拟扭矩指令信号T_XM1进行输出。

由于积分器8a3d增加到第一模拟位置控制单元8a32中，因此可以实现比例和积分控制，从而按本实施例的电机控制器即使在出现计算误差时也可减少第一模拟位置信号θ_m1与指令转角信号θ_ref间的误差。

第十二实施例

以下，将说明按本发明第十二实施例的电机控制器。在按本实施例的电机控制器中，用第一模拟速度控制单元8a42取代了图8和图9所示第一模拟控制单元78a和98a中的第一模拟速度控制单元8a4。

图13为第一模拟速度控制单元8a42的结构框图。如图13所示，第一模拟速度控制单元8a42包括微分器8a4a、减法器8a4b、系数倍增器8a4c和8a4f、积分器8a4d和加法器8a4e。

微分器8a4a对指令转角信号θ_ref进行微分以提供第十九模拟信号SI19。减法器8a4b由第一模拟速度指令信号ω_m1中减去第十九模拟信号SI19以提供第一模拟速度误差信号e_VM1。系数倍增器8a4c使第一模拟速度误差信号e_VM1乘以K_I1，并将乘积信号作为第二十模拟信号SI20进行输出。系数倍增器8a4f使第一模拟速度误差信号e_VM1乘以K_V1，并将乘积信号作为第二十一模拟信号SI21进行输出。积分器8a4d对第二十模拟信号SI20进行积分，并将积分值作为第二十二模拟信号SI22进行输出。加法器8a4e对第二十一模拟信号SI21和第二十二模拟信号SI22进行相加，并将其和作为第二模拟扭矩指令信号T_VM1进行输出。

由于第一模拟速度控制单元8a42中包括积分器8a4d，因此可实现比例和积分控制，即使在位置控制模式和速度控制模式相互转换时，按本实施例的电机控制器在稳态下也可减少第一模拟位置信号θ_m1与指令转角信号θ_ref间的误差。

第十三实施例

以下，将说明按本发明第十三实施例的电机控制器。

在按本实施例的电机控制器中，用第一数模138b取代了图3所示第一模拟控制单元28中的数模8b。

图14为第一数模138b的结构框图。如图14所示，第一数模138b包括系数倍增器8b1、积分器8b2和积分器8b3。

系数倍增器8b1接收第一模拟扭矩信号T_m1，按下述方程(19)计算和提供第一模拟加速信号α_m1。积分器8b2按下述方程(20)对第一模拟加速信号α_m1进行积分，并将积分值作为第一模拟速度信号ω_m1输出。积分器8b3对按下述方程(21)表示的第一模拟速度信号ω_m1进行积分，并将积分值作为第一模拟位置信号θ_m1输出。

α_m1＝T_m1/J (19)

ω_m1＝α_m1/S (20)

θ_m1＝θ_m1/S (21)

像第二实施例一样，通过将数模138b引入刚体模型，本实施例电机控制器可按要求的响应特性，方便地设定第一模拟控制单元8a、68a、78a、88a和98a的控制参数，例如控制增益K1和K2等。

第十四实施例

以下，将说明按本发明第十四实施例的电机控制器。

在按本实施例的电机控制器中，用第一数模148I取代了图6所示第一模拟控制单元58中的数模8I。

图15为第一数模148I的结构框图。如图15所示，第一数模148I包括系数倍增器8I1、积分器8I2和积分器8I3。

系数倍增器8I1接收第一模拟扭矩信号T_m1，按方程(19)计算和提供信号SI16。积分器8I2按方程(20)对信号SI16进行积分，以提供第一模拟速度信号ω_m1。积分器8I3对按方程(21)表示的第一模拟速度信号ω_m1进行积分，以提供第一模拟位置信号θ_m1。

与第一数模8I的引入类似，通过将数模148I引入刚体模型，本实施例电机控制器可按所要求的响应特性，方便地设定第一模拟控制单元的控制参数，例如控制增益K1和K2等。

第十五实施例

以下，将详述按本发明第十五实施例的电机控制器。在本实施例及第十六到第二十四实施例中，将对本发明电机控制器中第二模拟控制单元的各种实施例进行了说明；在第一到第十四及第二十一到第二十七实施例中所述的控制器适用于作为第二模拟控制单元和实控单元等。

图16为第一模拟控制单元19的结构框图。如图16所示，第二模拟控制单元19包括第二模拟控制器9a和第二数模9b。

第二模拟控制器9a接收第一模拟位置信号θ_m1、第一模拟速度信号ω_m1、第一模拟加速信号α_m1、第二模拟位置信号θ_m2和第二模拟速度信号ω_m2，按下述方程(22)计算和提供第二模拟扭矩信号T_m2。

T_m2＝J_m2×α_m1+J_m3×{K₃(θ_m1-θ_m2)-K₄(ω_m1-ω_m2)}(22)

这里，J_m2和J_m3代表第二数模的惯量，K₃和K₄代表控制增益。

第二数模9b接收第二模拟扭矩信号T_m2，按下述方程(23)-(25)计算和提供第二模拟位置信号θ_m2、第二模拟速度信号ω_m2和第二模拟加速信号α_m2：

α_m2＝T_m2/J_m3 (23)

ω_m2＝T_m2/(S×J_m3) (24)

θ_m2＝T_m2/(S²×J_m3) (25)

由于第二控制单元9a利用第一模拟加速信号α_m1、第一模拟位置信号θ_m1、第一模拟速度信号ω_m1、第二模拟位置信号θ_m2和第二模拟速度信号ω_m2实施控制，在不使增益K₃和K₄的值增加到电机控制器失去控制稳定性的情况下，按本实施例的电机控制器可使第二模拟位置信号θ_m2和第二模拟速度信号ω_m2的响应特性接近第一模拟位置信号θ_m1和第一模拟速度信号ω_m1的响应特性。

同时，与第一模拟加速信号α_m2、模拟位置信号θ_m1和第一模拟速度信号ω_m1的响应特性比较起来，按本发明的电机控制器可提供更为平稳的第二模拟位置信号θ_m2、第二模拟速度信号ω_m2和第二模拟加速信号α_m2的响应特性。

此外，当机器系统6为一刚体系统时，通过将第二数模9b引入刚体模型，按本实施例的电机控制器可按指令转角信号θ_ref控制机器系统6的运行。

如上所述，通过形成第二模拟控制器9a的第二模拟控制单元19和第二数模9b，按本实施例的电机控制器可根据所要求的响应速度和平稳度很方便地提供适当的第二模拟位置信号θ_m2、第二模拟速度信号ω_m2、第二模拟加速信号α_m2和模拟扭矩信号T。

第十六实施例

以下，将说明按本发明第十六实施例的电机控制器。

本实施例电机控制器与第十五实施例电机控制器的不同之处在于，用第二模拟控制单元29取代了图16所示的第二模拟控制单元19。

图17为第二模拟控制单元29的结构框图。如图17所示，第二模拟控制单元29与第二控制单元19的不同之处在于，用第二模拟控制器9c取代了第二模拟控制器9a。

第二模拟控制器9c接收第一模拟位置信号θ_m1、第一模拟速度信号ω_m1、第一模拟加速信号α_m1、第二模拟位置信号θ_m2、第二模拟速度信号ω_m2和第二模拟加速信号α_m2，按下述方程(26)计算和提供第二模拟扭矩信号T_m2：

T_m2＝J_m2×α_m1-J_m4×α_m2+J_m3{K₃(θ_m1-θ_m2)-K₄(ω_m1-ω_m2)}(26)

与图16所示第二模拟控制器9a比较起来，通过将第二模拟加速信号α_m2反馈到第二模拟控制器9c，按本实施例的电机控制器可减少第二模拟速度信号ω_m2的过调量。

第十七实施例

以下，将说明按本发明第十七实施例的电机控制器。

在按本实施例的电机控制器中，采用了第二数模179b，它是第十五和十六实施例电机控制器中第二数模9b的另一实施例。

图18为按本实施例电机控制器中第二数模179b的结构框图。如图18所示，第二数模179b包括系数倍增器9b1、积分器9b2和积分器9b3。

系数倍增器9b1将第二模拟扭矩信号T_m2乘以一个系数以提供第二模拟加速信号α_m2。积分器9b2对第二模拟加速信号α_m2进行积分以提供第二模拟速度信号ω_m2。积分器9b3对第二模拟速度信号ω_m2进行积分以提供第二位置信号θ_m2。

通过将第二数模179b引入刚体模型，当机器系统6为一刚体系统时，按本实施例的电机控制器可进一步减低机器系统6指令转角信号θ_ref和实际位置信号θ之间的误差，同时还能降低实际扭矩指令T中包含的高频成分。

第十八实施例

以下，将说明按本发明第十八实施例的电机控制器。

在按本实施例的电机控制器中，采用了第二模拟控制器19a，它是第十五实施例电机控制器中第二模拟控制器9a的另一实施例。

图19为第二模拟控制器19a的结构框图。如图19所示，第二模拟控制器19a包括减法器9a1、第二模拟位置控制单元9a2、减法器9a3、第二模拟速度控制单元9a6、系数倍增器9a5和加法器9a4。

减法器9a1由第一模拟位置信号θ_m1减去第二模拟位置信号θ_m2以提供第十七模拟信号SI17。第二模拟位置控制单元9a2按下述方程(27)将第十七模拟信号乘以K_P2，以产生第十八模拟信号SI18：

SI18＝K_P2*SI17 (27)

这里，K_P2为第二模拟位置控制单元9a2的位置比例控制增益。

加法器/减法器9a3由第十八模拟信号SI18和第一模拟速度信号ω_m1之和中减去第二模拟速度信号ω_m2，并将其差值作为第十九模拟信号SI19输出。

第二模拟速度控制单元9a6按下述方程(28)将第十九模拟信号SI19乘以K_V2以提供第二十模拟信号SI20：

SI20＝K_V2×SI19 (28)

这里，K_V2为第二模拟速度控制单元9a6的速度比例控制增益。

系数倍增器9a5接受第一模拟加速信号α_m1，按下述方程(29)计算和提供第二十一模拟信号SI21：

SI21＝J_m2×α_m1 (29)

加法器9a4对第二十模拟信号SI20和第二十一模拟信号SI21进行相加，以提供第二模拟扭矩信号T_m2。

在按本实施例的电机控制器中，通过将上述方程(22)或(26)等所表示的控制操作分解到第二模拟位置控制单元9a2、第二模拟速度控制单元9a6和系数倍增器9a5，可采用一个电子电路来实施第二模拟控制器19a。

通过将产生SI20等模拟信号分解到第二模拟位置控制单元9a2和第二模拟速度控制单元9a6，在按本实施例的电机控制器中，可为第二模拟位置控制单元9a2设定较小的增益值，以保持电机控制器的稳定性。

第十九实施例

以下，将说明按本发明第十九实施例的电机控制器。

在按本实施例的电机控制器中，采用了第二模拟控制器29a，它是第十五实施例电机控制器中第二模拟控制器9a的另一实施例。

图20为第二模拟控制器29a的结构框图。如图20所示，除了图19第二模拟控制器19a所包括的部件外，本实施例第二模拟控制器29a还包括一个另外的微分器9a7、减法器9a8和第二模拟加速控制单元9a9。

微分器9a7对第二模拟速度信号ω_m2进行微分以提供第二十二模拟信号SI22。减法器9a8由第一模拟加速信号α_m1中减去第二十二模拟信号SI22，以提供第二十三模拟信号SI23。第二模拟加速控制单元9a9接收第二十三模拟信号SI23，按下述方程(30)计算和输出第二十四模拟信号SI24：

SI24＝K_a2×SI23 (30)

这里，K_a2为加速比例控制增益。

加法器将获得的第二十四模拟信号SI24与第二十模拟信号SI20和二十一模拟信号SI21的和进行相加，以产生第二模拟扭矩信号T_m2。

通过引入第二模拟加速控制单元9a9，按本实施例的电机控制器可使第二模拟加速信号α_m2的响应特性接近于第一模拟加速信号α_m1的响应特性，更急剧地提升第二模拟位置信号θ_m2和第二模拟速度信号ω_m2。

第二十实施例

以下，将说明按本发明第二十实施例的电机控制器。

在按本实施例的电机控制器中，采用了第二模拟控制器19c，它是第十六实施例中第二模拟控制器9c的另一实施例。

图21为第二模拟控制器19c的结构框图。如图21所示，第二模拟控制器19c与图19所示的第二模拟控制器19a类似，包括减法器9a1、第二模拟位置控制单元9a2、加法器/加法器9a3、加法器9a4、系数倍增器9a5和第二模拟速度控制单元9a6，此外还包括减法器9c7和第二模拟位置控制单元9c2。

减法器9c7由第二模拟加速信号α_m2中减去第一模拟加速信号α_m1，以产生第二十五模拟信号SI25。第二模拟加速控制单元9c8使第二十五模拟信号SI25乘以一个系数，以提供第二十六模拟信号SI26。第二十一模拟信号SI21送至加法器9a4，加法器9a4使它与第二十六模拟信号SI26和第二十模拟信号SI20进行相加，以提供第二模拟扭矩信号T_m2。

与仅实施位置控制而将产生第二十模拟信号SI20的工作分离到第二模拟位置控制单元9a2和第二模拟速度控制单元9a6的情况比较起来，按本实施例的电机控制器可为第二模拟位置控制单元9a2设定更小的控制增益K_P2值。

第二十一实施例

以下，将说明按本发明第二十一实施例的电机控制器。本实施例电机控制器与第十五实施例电机控制器的不同之处在于，用第二模拟控制单元39取代了图16所示的第二模拟控制单元19。图22为第二模拟控制单元39的结构框图。如图22所示，第二模拟控制单元39包括第二模拟控制器9d和第二数模9e。

第二模拟控制器9d接收第一模拟位置信号θ_m1、第一模拟速度信号ω_m1、第一模拟加速信号α_m1、第二模拟位置信号θ_m2、第二模拟速度信号ω_m2、第二模拟加速信号α_m2、第三模拟位置信号θ₁₂和第三模拟速度信号ω₁₂，按下述方程(31)计算和提供第二扭矩信号T_m2：

T_m2＝J_m2α_m1-J_m4α_m2

+J_m3{K₃(θ_m1-θ_m2)-K₄(ω_m1-ω_m2)}-K₅θ_L2-K₆ω_L2 (31)

第二数模9e接收第二模拟扭矩信号T_m2，解下述方程(32)-(37)以提供第二模拟加速信号α_m2、第二模拟速度信号ω_m2、第二模拟位置信号θ_m2、第三模拟位置信号θ_L2和第三模拟速度信号ω_L2：

α_m2＝(T_m2-T_K)/(J_m5) (32)

ω_m2＝(T_m2-T_K)/(J_m5×S) (33)

θ_m2＝(T_m2-T_K)/(J_m5×S²) (34)

θ_L2＝T_K/(J_m6×S²) (35)

θ_L2＝T_K/(J_m6×S) (36)

T_K＝K_c×(θ_m2-θ_L2) (37)

这里，J_m5、J_m6为惯量，K_c为控制增益，T_K为模拟扭转扭矩信号。

第二模拟控制器9d应用第二数模9e的第三模拟位置信号θ₁₂和第三模拟速度信号ω₁₂实施反馈控制，而数模9e为双惯性系统模型，因此，即使在机器系统6为一个双惯性系统的情况下，按本实施例的电机控制器也可给出适当的第二模拟扭矩信号T_m2、第二模拟加速信号α_m2、第二模拟速度信号ω_m2和第二模拟位置信号θ_m2。

第二十二实施例

以下，将说明按本发明第二十二实施例的电机控制器。在按本实施例的电机控制器中，采用第二模拟控制器19d取代了第二十一实施例电机控制器中的第二模拟控制器9d。图23为第二模拟控制器19d的结构框图。如图23所示，第二模拟控制器19d包括减法器9d1、第二模拟位置控制器9d2、加法/减法器9d4、系数倍增器9d5、第二模拟速度控制器9d6、减法器9d7和9d9、第二模拟扭转位置补偿器9d10和第二模拟扭转速度补偿器9d8。

加法器9d1由第一模拟位置信号θ_m1中减去第三模拟速度信号ω_L1，以提供第二十七模拟信号SI27。第二模拟位置控制单元9d2根据第二十七模拟信号SI27提供第二十八模拟信号SI28。图24表明第二模拟维持控制单元9d2的结构。第二模拟位置控制单元9d2包括系数倍增器9d2a。系数倍增器9d2a使第二十七模拟信号SI27乘以K_P2，以提供第二十八模拟信号SI28。

加法/减法器9d3由第二十八模拟信号SI28与第一模拟速度信号ω_m1的和中减去第三模拟速度信号ω_L2，以提供第二十九模拟信号SI29。第二模拟速度控制单元9d6根据第二十九模拟信号SI29提供第三十模拟信号SI30。图25表明第二模拟速度控制单元9d6的结构。第二模拟速度控制单元9d6包括系数倍增器9d6a。系数倍增器9d6a使第二十九模拟信号SI29乘以一个系数，以提供第三十模拟信号SI30。

减法器9d9由第二模拟位置信号θ_m2中减去上述第三模拟位置信号θ₁₂，以提供第三十一模拟信号SI31。

第二模拟扭转位置补偿器9d10根据第三十一模拟信号SI31提供第三十二模拟信号SI32。图26表明第二模拟扭转位置补偿器9d10的结构。第二模拟扭转位置补偿器9d10包括系数倍增器9d10a。系数倍增器9d10a按下述方程(38)计算和提供第三十二模拟信号SI32：

SI32＝K_P3*SI31 (38)

这里，K_P3为位置比例控制增益。

减法器9d7由第二模拟速度信号ω_m2中减去第三模拟速度信号ω₁₂，以提供第三十三模拟信号SI33。

第二模拟扭转速度补偿器9d8接收第三十三模拟信号SI33以提供第三十四模拟信号SI34。图27表明第二模拟扭转速度补偿器9d8的结构。第二模拟扭转速度补偿器9d8包括系数倍增器9d8a。系数倍增器9d8a按下述方程(39)由第三十三模拟信号SI33计算和提供第三十四模拟信号SI34：

SI34＝K_V3×SI33 (39)

这里，K_V3为速度比例控制增益。

系数倍增器9d5使第一模拟加速信号α_m1乘以一个系数，以提供第三十五模拟信号SI35。加法器9d4使第三十模拟信号SI30、第三十二模拟信号SI32、第三十四模拟信号SI34和第三十五模拟信号SI35相加，以提供第二模拟扭矩信号T_m2。

由于增加配置了第二模拟扭转位置补偿器9d10和第二模拟扭转速度补偿器9d8，即使在机器系统6为一个双惯性系统时，按本实施例的电机控制器也能给出适当的第二模拟扭矩信号T_m2。

同时，与单独采用位置控制而将产生第三十模拟信号SI30分离到第二模拟位置控制单元9d2和第二模拟速度控制单元9d6的情况比较起来，按本实施例的电机控制器可为第二模拟位置控制单元9d2设定更小的控制增益K_P2值。

第二十三实施例

以下，将说明按本发明第二十三实施例的电机控制器。

在按本实施例的电机控制器中采用了第二模拟控制器29d，它是第二十二实施例电机控制器中第二模拟控制器9d的另一实施例。

图28为第二模拟控制单元29a的结构框图。如图28所示，除了图23所示第二模拟控制单元19d所含部件外，第二模拟控制单元29a还包括另外一个微分器9d11、减法器9d12和第二模拟加速控制单元9d13。

微分器9d11对第三模拟速度信号ω₁₂进行微分以提供第三十六模拟信号SI36。减法器9d12由第一模拟加速信号α_m1中减去第三十六模拟信号SI36，以提供第三十七模拟信号SI37。

第二模拟加速控制单元9d13接收第三十七模拟信号SI37，按下述方程(40)计算和提供第三十八模拟信号SI38：

SI38＝K_a3×SI37 (40)

这里，K_a3为加速比例控制增益。

加法器9d4对第三十模拟信号SI30、第三十二模拟信号SI32、第三十四模拟信号SI34、第三十五模拟信号SI35和和第三十八模拟信号SI38进行相加，以提供第二模拟扭矩信号T_m2。

由于增加配置了第二模拟加速控制单元9d13，即使在机器系统6为一个双惯性系统的情况下，按本实施例的电机控制器也可给出适当的第而模拟扭矩信号T_m2，使第三模拟速度信号ω₁₂的响应特性接近于第一模拟速度信号ω_m1的响应特性，可平稳加速机器系统6的控制响应。

第二十四实施例

以下，将说明按本发明第二十四实施例的电机控制器。

在按本实施例的电机控制器中，采用第二数模19e以取代第二十一实施例电机控制器中的第二数模9e。图29为第二数模19e的结构框图。如图29所示，第二数模19e包括第一惯性系统数模9e1、弹性数模9e2和第二惯性系统数模9e3。

第一惯性数模9e1接收第二模拟扭矩信号T_m2，按下述方程(41)-(43)计算和提供第二模拟位置信号θ_m2、第二模拟速度信号ω_m2和第二模拟加速信号α_m2：

α_m2＝(T_m2-T_K)/(J_m5) (41)

ω_m2＝α_m2/S (42)

θ_m2＝ω_m2/S (43)

弹性数模9e2，其结构如图30所示，接收第二模拟位置信号θ_m2和第三模拟位置信号θ₁₂，解下述方程(44)以提供模拟扭矩信号T_K：

T_K＝K_c*(θ_m2-θ_L2) (44)

第二惯性系统数模9e3根据模拟扭矩信号T_K，按下述方程(45)-(46)计算和提供第三模拟位置信号θ₁₂和第三模拟速度信号ω₁₂：

ω_L2＝T_K/(J_M6×S) (45)

θ_L2＝ω_L2/S (46)

此外，第一惯性系统数模9e1可按下述方程(47)为第二扭矩信号T_m2设置限制：

T_m2＝T_MaX(T_m2大于或等于T_MaX)

T_m2＝-T_MaX(T_m2-＜T_MaX) (47)

这里，T_MaX为电机的最大扭矩。

如上所述，按本实施例的电机控制器可给出适当的第二模拟扭矩信号T_m2。

如上所述，通过形成包括双惯性系统数模和弹性数模的第二数模，在机器系统6可用双惯性弹性震动系统进行近似时，按本实施例的电机控制器可使第二数模的响应类似于机器系统的响应，可减少扭矩指令T中包含的高频成分。

第二十五实施例

以下，将说明按本发明第二十五实施例的电机控制器。

本实施例将对本发明电机控制器中的实控手段进行说明，而在本实施例及第二十六到第二十七实施例的电机控制器中，已在第一到第二十四实施例中所述的控制器适用于作为第一模拟控制、第二模拟控制等手段。

图31为按本实施例电机控制器中实控单元10的结构框图。如图31所示，实控单元10包括减法器10a、实际位置控制单元10b、微分器10d、减法器10c、实际速度控制单元10f、微分器10e、减法器10g、第一实际加速控制单元10h和加法器10I。

减法器10a由第二模拟位置信号θ_m2中减去实际转角信号θ，并将两者之差作为第三十九模拟信号SI39输出。实际位置控制单元10b接收第三十九模拟信号SI39，实施位置控制和提供第四十模拟信号SI40。

微分器10d根据实际转角信号θ提供第四十三模拟信号SI43。加法/减法器10c由第二模拟速度信号ω_m2与第四十模拟信号SI40的和中减去第四十三模拟信号SI43，以产生和提供第四十一模拟信号SI41。实际速度控制单元10f对第四十一模拟信号SI41进行微分，并将微分结果作为第四十二模拟信号SI42输出。

微分器10e对第四十三模拟信号SI43进行微分，并将微分信号作为第四十四模拟信号SI44输出。减法器10g由第二模拟加速信号α_m2中减去减去第四十四模拟信号SI44，以产生和提供第四十五模拟信号SI45。

第一实际加速控制单元10h接收第四十五模拟信号SI45，解下述方程(48)以提供第四十六模拟信号SI46：

SI46＝K_a×SI45 (48)

这里，K_a为加速比例控制增益。

加法器10I使第四十二模拟信号SI42、第四十六模拟信号SI46和第而模拟扭矩信号T_m2相加，并将它们之和作为扭矩指令T进行提供。

在按本实施例的电机控制器中，由于增加配置了第一实际加速控制单元10h，即使在第二数模与机器系统6之间存在少许误差时，也可使实际转角信号具有接近于第二模拟位置信号θ_m2的特性。

由于在实控单元10中增加了第一实际加速控制单元，按本实施例的电机控制器可进一步减少机器系统6与第二数模之间的响应误差。

第二十六实施例

以下，将说明按本发明第二十六实施例的电机控制器。

图32为按本实施例电机控制器中实控单元11的结构框图。如图32所示，除图31所示实控单元10的结构外，实控单元11还包括一个过滤器10J。过滤器10J接收实际转角信号θ，解下述方程(49)以输出提供给减法器10a和微分器10d的第四十七模拟信号SI47：

SI47＝θ/(T₄×S+1) (49)

这里，T₄为时间常数。

由于包括过滤器10J，当实际转角信号θ中包含燥声和离散误差时，按本实施例的电机控制器可减少它对实际扭矩信号T响应特性产生的不良影响。

第二十七实施例

以下，将说明按本发明第二十七实施例的电机控制器。图33为实控单元12的结构框图。如图33所示，实控单元12用虚拟微分器10K取代了图31实控单元10中的微分器10d。虚拟微分器10K接收实际转角信号θ，解下述方程(50)以提供第四十三模拟信号SI43：

SI43＝θ/(T₅×S+1) (50)

这里，T₅为时间常数。

一般而言，实际转角信号θ中包含的燥声小于微分实际转角信号θ中包含的燥声，因此，实际转角信号θ中包含的燥声仅对实际扭矩信号T产生微小影响。反之，实际转角信号θ还常常受到实际转角信号θ过滤中相位延迟的影响，从而产生对实际扭矩信号T响应特性的严重影响。

因此，在按本实施例的电机控制器中，实际转角信号θ不经过滤而直接供给实际位置控制单元10b，只对微分实际转角信号θ进行过滤，从而可减少微分实际转角信号θ中包含的燥声和离散对实际扭矩信号T所产生的不良影响，防止实际转角信号θ过滤中可能产生的相位延迟。

这样，在不对实际位置信号进行处理的情况下，按本实施例的电机控制器可改善位置控制的相位特性。

在按第一到第二十七实施例的电机控制器中，实控单元、第一模拟控制单元和第二模拟控制单元还可包括一些处理器，在其运行软件的配合下实施相应操作。当配置一些处理器时，按上述各实施例的电机控制器可大大减少控制处理时间。

第二十八实施例

如上所述，按第一到第二十七实施例的电机控制器包括另个部件：第一模拟控制单元和作为前馈控制手段、向实施反馈控制的实控单元提供指令的第二模拟控制单元。在这种结构安排下，通过设定第一模拟控制单元的控制参数来提高控制响应的速度特性和设定第二模拟控制单元的控制参数来改善控制响应的稳定性，可使整个前馈控制设备的设计同时满足控制响应高速性和高稳性的两方面要求。

然而，按第一到第二十七实施例的电机控制器也存在一个问题：由于第二模拟位置信号θ_M2相对于指令转角信号θ_ref的滞后，所以电机3的调整时间较长。为此，以下将对本发明的第二十八到第三十实施例如何解决这一问题予以说明。

以下，将说明按本发明第二十八实施例的电机控制器。图34为按本实施例电机控制器中的结构框图。如图34所示，本实施例电机控制器与图2所示电机控制器结构上的不同支出在于，采用第一模拟控制单元68、第二模拟控制单元49和实控单元13取代了第一模拟控制单元8、第二模拟控制单元9和实控单元10。

第一模拟控制单元68根据指令发生器7的指令转角信号θ_ref和第一控制参数，计算和提供第一模拟速度信号ω_m1和第一模拟扭矩信号T_m1。第一模拟控制单元68按下述方程(51)-(52)计算和提供第一模拟速度信号ω_m1和第一模拟扭矩信号T_m1：

ω_m1＝S/(T₁×S+1)²×θ_ref (51)

T_m1＝J×S²/(T₁×S+1)²×θ_ref (52)

这里，T₁为时间常数，是第一控制参数；S为微分算子；J为机器系统6的惯量。

第二模拟控制单元49根据指令转角信号θ_ref与第二模拟位置信号θ_m2之间的差值实施比例控制并获得一个值，根据根据指令转角信号θ_ref与第二模拟位置信号θ_m2之间的差值实施积分控制并获得一个值，根据第一模拟速度信号ω_m1和第二模拟速度信号ω_m2之间的差值实施比例控制并获得一个值，使上述获得的各值与第一模拟扭矩信号T_m1相加，将得到的和值作为第二模拟扭矩信号T_m2提供。此外，第二模拟控制单元49对第二模拟扭矩信号T_m2进行一次积分并将积分值作为第二模拟速度信号ω_m2输出，对第二模拟速度信号ω_m2进行一次积分并将积分值作为第二模拟位置信号θ_m2输出。第二模拟控制单元49按下述方程(53)-(55)计算和输出第二模拟位置信号θ_m2第一模拟速度信号ω_m2和第二模拟扭矩信号T_m2：

θ_m2＝ω_m2/S (53)

ω_m2＝T_m2/S (54)

T_m2＝K_P(θ_ref-θ_m2)+K_V(ω_m1-ω_m2)+T_m1+K_I(θ_ref-θ_m2)/S(55)

这里，K_P为第一比例控制增益，K_V为第二比例控制增益，K_I为积分控制增益，S为微分算子。

图35曲线表明本实施例电机控制器的模拟结果。图35表明本实施例电机控制器第二模拟位置信号θ_m2、指令转角信号θ_ref和图2电机控制器θ_m2的变化情况。

如图35所示，在按本实施例的电机控制器中，第二模拟位置信号θ_m2基本没有滞后而与指令转角信号θ_ref同步，尽管在指令转角信号θ_ref达到1时有轻微振荡，而在图2所示的电机控制器中，第二模拟位置信号θ_m2滞后于指令转角信号θ_ref。

如上所述，由于第二模拟控制单元49根据指令转角信号θ_ref和第二模拟位置信号θ_m2进行位置控制，按本实施例的电机控制器可减少电机3的实际调整时间，因为第二模拟位置信号θ_m2相对于指令转角信号θ_ref的滞后得到减少。

第二十九实施例

以下，将说明按本发明第二十九实施例的电机控制器。图36为本实施例电机控制器的结构框图。如图36所示，本实施例电机控制器与图34所示电机控制器的不同之处在于增加配置了信号开关31。此外，指令发生器17在发出指令转角信号θ_ref的同时还发出指令完成信号S。当指令转角信号θ_ref提供或脉动时，指令完成信号S取其第一值，当指令转角信号θ_ref刚刚提供或停止脉动时，指令完成信号S取第二值，当指令转角信号θ_ref没有提供或没有脉动时，指令完成信号取第三值。上述第一值满足S小于0，第二值为0，第三值满足S大于0。

当指令完成信号S取第一值(如S＝-1)时，信号开关31将第一模拟控制单元68的第一模拟速度信号ω_m1和第一模拟扭矩信号T_m1如数供给第二模拟控制单元59；当指令完成信号S取第二值(S＝0)或第三值(例如S＝1)时，将供给第二模拟控制单元59的第一模拟速度信号ω_m1和第一模拟扭矩信号T_m1的值设定为0。

第二模拟控制单元59接收指令完成信号S，当指令完成信号S取第一值(S小于0)或第三值(S大于0)时，按上述方程(53)-(55)计算和提供第二模拟位置信号θ_m2、第二模拟速度信号ω_m2和第一模拟扭矩信号T_m2。而当指令完成信号S取第二值(S＝0)时，第二模拟控制单元59使方程(55)中的“KI*(θ_ref-θ_m2)/S”一项为0，然后再按方程计算第二模拟扭矩信号T_m2。

由于第二模拟控制单元49根据指令转角信号θ_ref与第二模拟位置信号θ_m2间的差值来实施位置控制，本实施例电机控制器可减少奠基3的实际调整时间，因为第二模拟位置信号θ_m2相对于指令转角信号θ_ref的滞后可以降低。

此外，本实施例电机控制器可使位置控制积分器的输出更为干净，以减少指令转角信号θ_ref停止脉动时可能出现的第二模拟位置信号θ_m2的过调和振荡，而在指令转角信号θ_ref没有脉动时，可使第一模拟扭矩信号T_m1和速度控制的输出更为干净。这样，本实施例电机控制器可限制第二模拟位置信号θ_m2在指令转角信号θ_ref停止脉动时可能产生的过调和振荡。

图37曲线表明本实施例电机控制器的模拟结果。图37表明指令转角信号θ_ref、本实施例第二模拟位置信号θ_m2和图2所示实施例电机控制器第二模拟位置信号θ_m2的变化情况。

如图37所示，本实施例电机控制器的第二模拟位置信号θ_m2基本与指令转角信号θ_ref同步而没有滞后，而且与第二十八实施例比较起来，当指令转角信号θ_ref达到1后也没有出现图35曲线所示的振荡。

第三十实施例

图38为本实施例电机控制器的结构框图。如图38所示，本实施例电机控制器与图36电机控制器的不同之处在于额外配置了指令完成检查器32。

指令完成检测32接收指令发生器7的指令转角信号θ_ref，输出指令完成信号S。当指令转角信号θ_ref的微分值非零即指令转角信号θ_ref脉动时，指令完成检测器32置定指令完成信号S具有第一值(S小于0，如S＝-1)。当指令转角信号θ_ref的微分值为0而其二次微分非0-即时旨令转角信号θ_ref停止脉动时，指令完成检测器32置定指令完成信号S取第二值(S＝0)。当指令转角信号θ_ref的一次微分和二次微分值均为0-即指令转角信号θ_ref没有脉动时，指令完成检测器32置定指令完成信号S取第三值(S大于0，如S＝1)。信号开关31和第二模拟控制单元59接受指令完成检测器32提供的指令完成信号S，实施类似于第二十九实施例所述的操作。

如上所述，由于增加了指令完成检测器32，按本实施例的电机控制器可自动创立指令完成信号S，以限制第二模拟位置信号θ_m2出现过调和振荡。

在按第二十八到第三十实施例的电机控制器中，实控单元、第一模拟控制单元和第二模拟控制单元可包括一些处理器，所述处理器与其运行软件配合以实施相应运作。当包括有一些处理器时，按上述实施例的电机控制器可大大减少控制处理时间。而控制处理时间的减少将减少第二模拟位置信号θ_m2相对于指令转角信号θ_ref的滞后和降低第二模拟位置信号θ_m2出现过调和振荡的可能性。

以下，将对图1-38中所用代码予以说明。

1负载装置

2传动装置

3电机

4电源转换电路

5实测单元

6机器系统

7，17指令发生器

8，28，38，48，58，68第一模拟控制单元

8a，68a，78a，88a，98a第一模拟控制器

8a1，8a12第一a模拟位置控制单元

8a1a减法器

8a1b，8a1c系数倍增器

8a1d积分器

8a1e加法器

8a2，8a22第一a模拟速度控制单元

8a2a减法器

8a2b，8a2c系数倍增器

8a2d积分器

8a2e加法器

8a3，8a32第一b模拟位置控制单元

8a3a减法器

8a3b，8a3c系数倍增器

8a3d积分器

8a3e加法器

8a4，8a42第一b模拟速度控制单元

8a4a微分器

8a4b减法器

8a4c，8a4f系数倍增器

8a4d积分器

8a4e，8a5加法器

8a6第一a模拟限制器

8a7第一b模拟限制器

8b，138b第一a数模

8b1系数倍增器

8b2，8b3积分器

8c第一指令处理器

8d第一模拟信号处理器

8e第二模拟信号处理器

8f第二指令处理器

8g第三模拟信号处理器

8h第四模拟信号处理器

8I，148I第一b数模

8I1系数倍增器

8I2，8I3积分器

8J第五模拟信号处理器

9，19，29，39，49，59第二模拟控制单元

9a，29a第二a模拟控制器

9a1减法器

9a2第二a模拟位置控制单元

9a3减法器

9a4加法器

9a5系数倍增器

9a6第二a模拟速度控制单元

9a7微分器

9a8减法器

9a9第二a模拟加速控制单元

9b，179b第二数模

9b1系数倍增器

9b2，9b3积分器

9c，19c第二b模拟控制器

9c7减法器

9c8第二b模拟加速控制单元

9d，29d第二c模拟控制器

9d1减法器

9d2第二a模拟位置控制单元

9d2a系数倍增器

9d3减法器

9d4加法器

9d5系数倍增器

9d6第二a模拟速度控制单元

9d6a系数倍增器

9d减法器

9d8第二a模拟扭转速度补偿器

9d9减法器

9d10第二a模拟扭转位置补偿器

9d10a系数倍增器

9d11微分器

9d12减法器

9d13第二b模拟加速控制单元

9e，19e第二b数模

9e1第一惯性数模

9e2弹性数模

9e2a减法器

9e2b系数倍增器

9e3第二惯性数模

10，11，12，13实控单元

10a减法器

10b实际位置控制单元

10c减法器

10d，10e微分器

10f实际速度控制单元

10g减法器

10h第一实际加速控制单元

10I加法器

10J过滤器

10K虚拟微分器

21电机转角指令信号发生器电路

22a控制电路

23b控制电路

24双惯性系统模拟电路

25前馈信号处理电路

31信号开关

指令完成检测器

Claims

1.一种用于控制包括电源转换电路和实测单元的机器系统的电机控制器，所述电源转换电路响应扭矩指令驱动通过传动装置与负载装置相联的电机运转，所述实测单元向实控装置提供所述电机的实际转角信号和实际速度信号，所述电机控制器的特征在于包括：

第一模拟控制装置，它根据上级装置提供的指令转角信号和至少一个第一控制参数，计算第一模拟位置信号、第一模拟速度信号和第一模拟加速信号并提供计算的信号；

第二模拟控制装置，它根据所述第一模拟位置信号、第一模拟速度信号和第一模拟加速信号及至少一个第二控制参数，计算第二模拟位置信号、第二模拟速度信号、第二模拟加速信号和模拟扭矩信号并提供计算的信号；以及

实控装置，它根据所述第二模拟位置信号、第二模拟速度信号、第二模拟加速信号及所述模拟扭矩信号进行反馈控制，以计算和提供所述扭矩指令。

2.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于其中：

所述第一模拟控制装置提供一个具有第一时间常数并接受所述指令转角信号的两级一阶滞后过滤器的输出、作为所述第一模拟位置信号；提供一个所述两级一阶滞后过滤器输出的微分信号作为所述第一模拟速度信号；提供一个所述两级一阶滞后过滤器输出的二次微分信号作为所述第一模拟加速信号；以及

所述第二模拟控制装置提供一个具有第二时间常数并接受所述第一模拟位置信号的一阶滞后过滤器的输出、作为所述第二模拟位置信号；提供一个具有第二时间常数并接受所述第一模拟速度信号的一阶滞后过滤器的输出、作为所述第二模拟速度信号；和提供一个具有第二时间常数并接受所述第一模拟加速信号的一阶滞后过滤器的输出、作为所述第二模拟加速信号。

3.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于所述第一模拟控制装置包括：

一个第一指令处理器，用于提供一个具有第一时间常数并接受所述指令转角信号的两级一阶滞后过滤器的输出、作为所述第一模拟速度信号；

一个第一模拟信号处理器，用于提供所述第一模拟速度信号的积分信号、作为所述第一模拟位置信号；以及

一个第二模拟信号处理器，用于提供所述第一模拟速度信号的微分信号、作为所述第一模拟加速信号。

4.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于所述第一模拟控制装置包括：

一个第二指令处理器，用于提供一个具有第一时间常数并接受所述指令转角信号的两级一阶滞后过滤器的输出、作为所述第一模拟位置信号；

一个第三模拟信号处理器，用于对所述第一模拟位置信号进行微分以提供所述第一模拟速度信号；以及

一个第四模拟信号处理器，用于对所述第一模拟速度信号进行微分以提供所述第一模拟加速信号。

5.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于所述第一模拟控制装置包括：

一个第一模拟控制器，用于根据所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号间的差值和所述第一模拟速度信号计算第一模拟扭矩信号；和

一个第一数模，用于根据所述第一模拟扭矩信号计算所述第一模拟加速信号、第一模拟速度信号和第一模拟位置信号。

6.根据权利要求5所述的电机控制器，其特征在于：

所述第一模拟控制器使所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号之间的差值乘以第一控制增益以产生第一信号，使所述第一模拟速度信号乘以第二控制增益以产生第二信号，使所述第一信号与第二信号之间的差值乘以第一惯量并将乘积信号作为所述第一模拟扭矩信号提供；以及

所述第一数模将所述第一模拟扭矩信号除以所述第一惯量，以产生被作为所述第一模拟加速信号进行提供的信号，对所述第一模拟加速度信号进行积分以产生被作为所述第一模拟速度信号进行提供的信号，对所述第一模拟速度信号进行积分以产生被作为所述第一模拟位置信号进行提供的信号。

7.根据权利要求6所述的电机控制器，其特征在于所述第一数模包括：

一个系数倍增器，用于将所述第一模拟扭矩信号除以一个惯量并将差值信号作为所述第一模拟加速信号提供；

一个积分器，用于对所述第一模拟加速信号进行积分并将积分信号作为所述第一模拟速度信号提供；以及

一个积分器，用于对所述第一模拟速度信号进行积分并将积分信号作为所述第一模拟位置信号提供。

8.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于所述第一模拟控制装置包括：

一个第一模拟控制器，用于根据所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号之间的差值和所述第一模拟速度信号计算第一模拟扭矩信号；

一个第一数模，用于根据所述第一模拟扭矩信号计算所述第一模拟速度信号和所述第一模拟位置信号；以及

一个第五模拟信号处理器，用于对一个具有第三时间常数并接受所述第一模拟速度信号的一阶过滤器的输出进行微分，并将微分信号作为第一模拟加速信号提供。

9.根据权利要求8所述的电机控制器，其特征在于

其中所述第一模拟控制器使所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号间的差值乘以第一控制增益以产生第一信号，使所述第一模拟速度信号乘以第二控制增益以产生第二信号，使所述第一信号与第二信号之间的差值乘以第一惯量并将乘积信号作为所述第一模拟扭矩信号提供；以及

所述第一数模使所述第一模拟扭矩信号除以所述第一惯量，对商信号进行积分并将积分信号作为所述第一模拟速度信号提供，以及对所述第一模拟速度信号进行积分并将积分信号作为所述第一模拟位置信号提供。

10.根据权利要求9所述的电机控制器，其特征在于所述第一数模包括：

一个系数倍增器，用于将所述第一模拟扭矩信号除以一个惯量并将其差值信号作为第十六模拟信号提供；

一个积分器，用于对所述第十六模拟信号进行积分并将积分信号作为所述第一模拟速度信号提供；以及

11.根据权利要求5所述的电机控制器，其特征在于所述第一模拟控制器包括：一个第一模拟位置控制单元，用于根据所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号之间的差值提供所述第一模拟速度指令信号；和一个第一模拟速度控制单元，用于根据所述第一模拟速度指令信号与所述第一模拟速度信号之间的差值提供所述第一模拟扭矩信号。

12.根据权利要求11所述的电机控制器，其特征在于：

所述第一模拟位置控制单元使所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号间的差值乘以第一位置比例控制增益，并将乘积信号作为所述第一模拟速度指令信号提供；和

所述第一模拟速度控制单元使所述第一模拟速度指令信号与所述第一模拟速度信号间的差值乘以第一速度比例控制增益并将乘积信号作为所述所述第一模拟扭矩信号提供。

13.根据权利要求11所述的电机控制器，其特征在于所述第一模拟位置控制单元包括：

一个减法器，用于由所述指令转角信号中减去所述第一模拟位置信号并将差信号作为所述第一模拟位置误差信号提供；

一个系数倍增器，用于使所述第一模拟位置误差信号乘以第一位置比例控制增益，并将放大后信号作为第十模拟信号提供；

一个系数倍增器，用于使所述第一模拟位置误差信号乘以第一位置积分控制增益，并将放大后信号作为第十一模拟信号提供；

一个积分器，用于对所述第十一模拟信号进行积分并将积分信号作为第十二模拟信号提供；以及

一个加法器，用于使所述第十模拟信号和第十二模拟信号相加，并将其和作为所述第一模拟速度指令信号提供。

14.根据权利要求11所述的电机控制器，其特征在于所述第一模拟速度控制单元包括：

一个减法器，用于由所述第一模拟速度指令信号中减去所述第一模拟速度信号，并将其差值作为第一模拟速度误差信号提供；

一个系数倍增器，用于使所述第一模拟速度误差信号乘以第一速度比例控制增益，并将放大后信号作为第十三模拟信号提供；

一个系数倍增器，用于使所述第一模拟速度误差信号乘以第一速度积分控制增益，并将放大后的信号作为第十四模拟信号提供；

一个积分器，用于对所述第十四模拟信号进行积分，并将积分信号作为第十五模拟信号提供；以及

一个加法器，用于使所述第十三模拟信号与第十五模拟信号相加，并将和信号作为所述第一模拟扭矩指令信号提供。

15.根据权利要求5所述的电机控制器，其特征在于所述第一模拟控制器包括：

一个第一模拟位置控制单元，用于根据所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号之间的差值提供第一模拟扭矩指令信号；

一个第一模拟速度控制单元，用于根据指令转角信号与第一模拟速度信号间的差值提供第二模拟扭矩指令信号；以及

一个加法器，用于使所述第一模拟扭矩指令信号与所述第二模拟扭矩指令信号相加，并将其和作为所述第一模拟扭矩信号提供。

16.根据权利要求15所述的电机控制器，其特征在于：

所述第一模拟位置控制单元使所述指令转角信号与所述第一模拟位置信号之间的差值乘以第一位置比例控制增益，并将乘积信号作为所述第一模拟扭矩指令信号提供；

所述第一模拟速度控制单元使所述指令转角信号与所述第一模拟速度信号之间的差值乘以第一速度比例控制增益，并将乘积作为所述第二模拟扭矩指令信号提供。

17.根据权利要求15所述的电机控制器，其特征在于所述第一模拟位置控制单元包括：

一个减法器，用于由所述指令转角信号中减去所述第一模拟位置信号，并将其差值作为所述第一模拟位置误差信号提供；

一个系数倍增器，用于使所述第一模拟位置误差信号乘以第一位置比例控制增益，并将放大后信号作为第十六模拟信号提供；

一个系数倍增器，用于使所述第一模拟位置误差信号乘以第一位置积分控制增益，并将放大后信号作为第十七模拟信号提供；

一个积分器，用于对所述第十七模拟信号进行积分，并将积分信号作为第十八模拟信号提供；以及

一个加法器，用于使所述第十六和第十八模拟信号彼此相加，并将和信号作为第一模拟扭矩指令信号提供。

18.根据权利要求15所述的电机控制器，其特征在于所述第一模拟速度控制单元包括：

一个微分器，用于对所述指令转角信号进行微分并将微分信号作为第十九模拟信号提供；

一个减法器，用于由所述第一模拟速度信号中减去所述第十九模拟信号以提供第一模拟速度误差信号；

一个系数倍增器，用于使所述第一模拟速度误差信号乘以第一速度积分控制增益，并将放大后信号作为第二十模拟信号；

一个系数倍增器，用于使所述第一模拟速度误差信号乘以第一速度比例控制增益，并将放大后信号作为第二十一模拟信号提供；

一个积分器，用于对所述第二十模拟信号进行积分以提供第二十二模拟信号；以及

一个加法器，用于使所述第二十一模拟信号与所述第二十二模拟信号相加，并将其和作为所述第二模拟扭矩指令信号提供。

19.根据权利要求5或6所述的电机控制器，其特征在于所述

第一模拟控制器进一步包括一个用于限制所述第一模拟扭矩信号的第一模拟限制器，使所述第一模拟扭矩信号处在所述电机的预定范围之内。

20.根据权利要求1、3、4和8任一项所述的电机控制器，其特征在于所述第二模拟控制装置包括：

一个第二模拟控制器，用于根据所述第一模拟位置信号与所述第二模拟位置信号之差、所述第一模拟速度信号与所述第二模拟速度信号之差及所述第一模拟加速信号计算所述模拟扭矩信号，以作为第二模拟扭矩信号进行提供；以及

一个第二数模，用于根据所述第二模拟扭矩信号计算所述第二模拟加速信号、所述第二模拟速度信号和所述第二模拟位置信号并提供所计算的信号。

21.根据权利要求20所述的电机控制器，其特征在于：

所述第二模拟控制器使所述第一模拟位置信号与所述第二模拟位置信号之差乘以第三控制增益以产生第一信号，使所述第一模拟速度信号与所述第二模拟速度信号之差乘以第四控制增益以产生第二信号，由所述第一信号中减去所述第二信号并使其差值乘以第三惯量以产生第三信号，使所述第一模拟加速信号乘以第二惯量以产生第四信号，使所述第三信号与第四信号相加并将其和作为第二模拟扭矩信号提供；以及

所述第二数模使所述第二模拟扭矩信号除以所述第三惯量并将其商作为所述第二模拟加速信号提供，对所述第二模拟加速信号进行积分并将积分信号作为所述第二模拟速度信号提供，对所述第二模拟速度信号进行积分并将积分信号作为所述第二模拟位置信号提供。

22.根据权利要求20所述的电机控制器，其特征在于所述第二模拟控制器包括：

一个减法器，用于由所述第一模拟位置信号中减去所述第二模拟位置信号以提供第十七模拟信号；

一个第二模拟位置控制单元，用于使所述第十七模拟信号乘以第二位置比例控制增益以提供第十八模拟信号；

一个加法/减法器，用于由所述第十八模拟信号与所述第一模拟速度信号之和中减去所述第二模拟速度信号，并将差信号作为第十九模拟信号提供；

一个第二模拟速度控制单元，用于使所述第十九模拟信号乘以第二速度比例控制增益以提供第二十模拟信号；

一个系数倍增器，用于使第一模拟加速信号乘以第二惯量并将乘积作为第二十一模拟信号提供；以及

一个加法器，用于使所述第二十模拟信号与所述第二十一模拟信号相加，并将其和作为所述第二模拟扭矩信号提供。

23.根据权利要求22所述的电机控制器，其特征在于所述第二模拟控制器进一步包括：

一个微分器，用于对所述第二模拟速度信号进行微分以提供第二十二模拟信号；

一个减法器，用于由所述第一模拟加速信号中减去所述第二十二模拟信号以提供第二十三模拟信号；以及

一个第二模拟加速控制单元，用于使第二十三模拟信号乘以加速比例控制增益，并将放大后信号作为第二十四模拟信号提供；

其中所述加法器进一步加上第二十四模拟信号，并将其和作为所述第二模拟扭矩信号提供。

24.根据权利要求1或3所述的电机控制器，其特征在于所述第二模拟控制装置包括：

一个第二模拟控制器，用于根据所述第一模拟位置信号与所述第二模拟位置信号之差、所述第一模拟速度信号与所述第二模拟速度信号之差和所述第一模拟加速信号与所述第二模拟加速信号之差计算和提供所述第二模拟扭矩信号；以及

一个第二数模，用于根据所述第二模拟扭矩信号计算所述第二模拟加速信号、第二模拟速度信号和第二模拟位置信号并提供所计算的信号。

25.根据权利要求22所述的电机控制器，其特征在于：

其中所述第二模拟控制器使所述第一模拟位置信号与所述第二模拟位置信号之差乘以第三控制增益以产生第一信号，使所述第一模拟速度信号与所述第二模拟速度信号之差乘以第四控制增益以产生第二信号，由所述第一信号中减去所述第二信号并使其差乘以第三惯量以产生第三信号，

使所述第一模拟加速信号乘以第二惯量以产生第四信号，使所述第二模拟加速信号乘以第四惯量以产生第五信号，由所述第四和第三信号之和中减去所述第五信号并将其差作为所述第二模拟扭矩信号提供；以及

所述第二数模使所述第二模拟扭矩信号除以第三惯量并将其商作为所述第二模拟加速信号提供，对所述第二模拟加速信号进行积分并将积分信号作为所述第二模拟速度信号提供，对所述第二模拟速度信号进行积分并将积分信号作为所述第二模拟位置信号提供。

26.根据权利要求22所述的电机控制器，其特征在于所述第二模拟控制器包括：

一个减法器，用于由所述第二模拟加速信号中减去所述第一模拟加速信号以提供第二十五模拟信号；以及

一个第二模拟加速控制单元，用于使所述第二十五模拟信号乘以加速比例控制增益以提供第二十六模拟信号；

其中所述加法器进一步加上所述第二十六模拟信号，并将其和信号作为第二模拟扭矩信号提供。

27.根据权利要求20所述的电机控制器，其特征在于所述第二数模包括：

一个系数倍增器，用于使所述第二模拟扭矩信号乘以第三惯量的倒数以提供所述第二模拟加速信号；

一个积分器，用于对所述第二模拟加速信号进行积分并将积分信号作为所述第二模拟速度信号提供；以及

一个积分器，用于对所述第二模拟速度信号进行积分并将积分信号作为所述第二模拟位置信号提供。

28.根据权利要求1或3所述的电机控制器，其特征在于所述第二模拟控制装置包括：

一个第二数模，用于根据所述第二模拟扭矩信号提供所述第二模拟位置信号、第二模拟速度信号、第二模拟加速信号、第三模拟位置信号和第三模拟速度信号；以及

一个第二模拟控制器，用于根据第一模拟位置信号、第一模拟速度信号、第一拟加速信号、第二模拟位置信号、第二模拟速度信号、第二模拟加速信号、第三模拟位置信号和第三模拟速度信号计算第二模拟扭矩信号。

29.根据权利要求28所述的电机控制器，其特征在于：

其中所述第二模拟控制器使所述第一模拟位置信号与所述第二模拟位置信号之差乘以第三控制增益以产生第一信号，使所述第一模拟速度信号与所述第二模拟速度信号之差乘以第四控制增益以产生第二信号，由所述第一信号中减去所述第二信号并使其差乘以第三惯量以产生第三信号，使所述第一模拟加速信号乘以第二惯量产生第四信号，使所述第二模拟加速信号乘以第四惯量以产生第五信号，使所述第三模拟位置信号乘以第五控制增益以产生第六信号，使所述第三模拟速度信号乘以第六控制增益以产生第七信号，由所述第四信号与第三信号之和中减去所述第五、第六和第七信号并将其差作为所述第二模拟扭矩信号提供；以及

所述第二数模接收所述第二模拟扭矩信号，使所述第二模拟位置信号与所述第三模拟位置信号之差乘以一个弹性系数以产生作为模拟扭转扭矩信号的乘积信号，使所述模拟扭转扭矩信号除以第六惯量并对其商信号进行积分以提供积分信号作为所述第三模拟速度信号，使所述模拟扭转扭矩信号除以所述第六惯量并对其商信号进行两次积分以提供经两次积分的信号作为所述第三模拟位置信号，使所述第二模拟扭矩信号与所述模拟扭转扭矩信号之差除以第五惯量以提供商信号作为所述第二模拟加速信号，使所述第二模拟扭矩信号与所述模拟扭转扭矩信号之差除以所述第五惯量并对其商信号进行积分以提供积分信号作为所述第二模拟速度信号，使所述第二模拟扭矩信号与所述模拟扭转扭矩信号之差除以所述第五惯量并对其商信号进行两次积分以提供经两次积分的信号作为所述第二模拟位置信号。

30.根据权利要求28所述的电机控制器，其特征在于所述第二模拟控制器包括：

一个减法器，用于由所述第一模拟位置信号中减去所述第三模拟位置信号以提供第二十七模拟信号；

一个第二模拟位置控制单元，用于使所述第二十七模拟信号乘以第二位置比例控制增益以提供第二十八模拟信号；

一个加法减法器，用于由所述第二十八模拟信号与所述第一模拟速度信号之和中减去所述第三模拟速度信号并将其差作为第二十九模拟信号提供；

一个第二模拟速度控制单元，用于使所述第二十九模拟信号乘以第二速度比例控制增益并将乘积信号作为第三十模拟信号提供；

一个减法器，用于由所述第二模拟位置信号中减去所述第三模拟位置信号，并将其差信号作为第三十一模拟信号提供；

一个第二模拟扭转位置补偿器，用于使所述第三十一模拟信号乘以第三位置比例控制增益，并将其乘积信号作为第三十二模拟信号提供；

一个减法器，用于由所述第二模拟速度信号中减去所述第三模拟速度信号，并将其差信号作为第三十三模拟信号；

一个第二模拟扭转速度补偿器，用于使所述第三十三模拟信号乘以第三速度比例控制增益，并将乘积信号作为第三十四模拟信号提供；

一个系数倍增器，用于使所述第一模拟加速信号乘以第二加速比例控制增益，并将乘积信号作为第三十五模拟信号提供；以及

一个加法器，用于使所述第三十模拟信号、第三十二模拟信号、第三十四模拟信号、第三十五模拟信号相加，并将它们的和信号作为所述第二模拟扭矩信号提供。

31.根据权利要求30所述的电机控制器，其特征在于所述第二模拟控制器进一步包括：

一个微分器，用于对所述第三模拟速度信号进行微分以提供第三十六模拟信号；

一个减法器，用于由所述第一模拟加速信号中减去所述第三十六模拟信号以提供第三十七模拟信号；以及

一个第二模拟加速控制单元，用于使所述第三十七模拟信号乘以第三加速比例控制增益，并将乘积信号作为第三十八模拟信号提供；

其中所述加法器进一步加上所述第三十八模拟信号，并将其和作为所述第二模拟扭矩信号提供。

32.根据权利要求28所述的电机控制器，其特征在于所述第二数模包括：

一个弹性数模，用于使所述第二模拟位置信号与所述第三模拟位置信号之差乘以一个弹性系数，并将乘积信号作为模拟扭转扭矩信号提供；

一个第一惯性系统数模，用于使所述第二模拟扭矩信号与所述模拟扭转扭矩信号之差除以第五惯量，并将其商信号作为所述第二模拟加速信号提供，对所述第二模拟加速信号进行积分并将积分信号作为所述第二模拟速度信号提供，对所述第二模拟速度信号进行积分并将积分信号作为第二模拟位置信号提供；以及

一个第二惯性系统数模，用于使所述模拟扭转扭矩信号除以第六惯量，对其商信号进行积分并将积分信号作为所述第三模拟速度信号，对所述第三模拟速度信号进行积分并将积分信号作为所述第三模拟位置信号提供。

33.根据权利要求1或3所述的电机控制器，其特征在于所述实控装置包括：

一个减法器，用于由所述第二模拟位置信号中减去所述实际转角信号，并将其差信号作为第三十九模拟信号提供；

一个实际位置控制器，用于接受所述第三十九模拟信号以实施位置控制和提供第四十模拟信号；

一个微分器，用于对所述实际转角信号进行微分以提供第四十三模拟信号；

一个加法减法器，用于由所述第二模拟速度信号与所述第四十模拟信号之和中减去所述第四十三模拟信号，以提供第四十一模拟信号；

一个实际速度控制器，用于对所述第四十一模拟信号进行微分，并将微分信号作为第四十二模拟信号提供；

一个微分器，用于对所述第四十三模拟信号进行微分并将微分信号作为第四十四模拟信号提供；

一个减法器，用于由所述第二模拟加速信号中减去所述第四十四模拟信号，并将其差信号作为第四十五模拟信号提供；

一个第一实际加速度控制器，用于接受所述第四十五模拟信号，使所述第四十五模拟信号乘以第一加速度比例控制增益，并将放大后信号作为第四十六模拟信号提供；以及

一个加法器，用于使所述第四十二和第四十六模拟信号与所述第二模拟扭矩信号相加，并将其和信号作为扭矩指令提供。

34.根据权利要求1或3所述的电机控制器，其特征在于其中所采用的实际转角信号通过一个具有第四时间常数的一次过滤器。

35.根据权利要求33所述的电机控制器，其特征在于：其中所述用于对所述实际转角信号进行微分以提供第四十三模拟信号的微分器为一个虚拟微分器，它包括具有第五时间常数的一次过滤器。

36.一种用于控制包含电源转换电路和实测单元的机器系统的电机控制器，所述电源转换电路响应扭矩指令驱动通过传动装置与负载装置相联的电机，所述实测单元向实控装置提供所述电机的实际响应信号，所述电机控制器的特征在于包括：

第一模拟控制装置，用于根据上级装置提供的指令转角信号和至少一个控制参数计算第一模拟速度信号和第一模拟扭矩信号，以提供所述第一模拟速度信号和所述第一模拟扭矩信号；

第二模拟控制装置，用于根据所述指令转角信号与所述第二模拟位置信号之差实施比例控制以计算一个值，根据所述指令转角信号与第二模拟位置信号之差进行积分控制以计算一个值，根据所述第一模拟速度信号与第二模拟速度信号之差实施比控制以计算一个值，使上述计算值与第一模拟扭矩信号的值相加并将它们的和作为第二模拟扭矩信号提供；对所述第二模拟扭矩信号进行一次积分并将积分信号作为第二模拟速度信号提供；并对所述第二模拟速度信号进行一次积分并将积分信号作为第二模拟位置信号提供；以及

实控装置，用于根据所述第二模拟位置信号、第二模拟速度信号和第二模拟扭矩信号计算和提供的扭矩指令进行反馈控制以计算和提供所述扭矩命令。

37.根据权利要求36所述的电机控制器，其特征在于：

其中所述第二模拟控制装置接受一个指令完成信号，所述指令完成信号在所述指令转角信号脉动时取第一值，在所述指令转角信号停止脉动时取第二值，当指令转角信号没有脉动时取第三值，当所述指令转角信号取第二值时，置定通过积分控制计算的值为0。

38.根据权利要求37所述的电机控制器，其特征在于进一步包括：

一个信号开关，用于在所述指令完成信号取所述第一值时，将所述第一模拟控制装置所提供的所述第一模拟速度信号和第一模拟扭矩信号如实提供给所述第二模拟控制装置；而

当所述指令完成信号取所述第二或第三值时，将供给所述第二模拟控制装置的所述第一模拟速度信号和所述第一模拟扭矩信号的值置定为0。

39.根据权利要求38所述的电机控制器，其特征在于进一步包括：

一个指令完成检测器，用于在所述指令转角信号的微分值为非0时，置定所述指令完成信号的值取所述第一值；

当所述指令转角信号的微分值为0但其二次微分值非0时，置定所述指令完成信号的值取所述第二值；

当所述指令转角信号的微分和二次微分值均为0时，置定所述指令完成信号的值取所述第三值。