JP2002354862A - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オーバーシュートや残留振動を減少させて高
速応答を可能にする電動機制御装置を提供する。 【解決手段】 指令発生器７、実応答信号θｍを提供す
る実観測器６、実指令信号θref と第１スイッチ信号Ｓ
k1とに基づいて第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信
号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1とを提供する第１フ
ィードフォワード制御部８、実指令信号θref と前記第
１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1とに基づい
て第１スイッチ信号Ｓk1と第２スイッチ信号Ｓk2と第３
スイッチ信号Ｓk3と第４スイッチ信号Ｓk4とを提供する
上位制御部１３、第４スイッチ信号Ｓk4と前記実応答信
号θｍと実トルク指令Ｔref とに基づいて第２模擬位置
信号θF2と第２模擬速度信号ωF2と第２模擬トルク信号
ＴFF２とを提供する第２フィードフォワード制御部１
２、とを設けるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、工作機械
におけるテーブルやロボットのアームのような負荷機械
を駆動する電動機（直流電動機、誘導電動機、同期電動
機、リニアモータなど）の制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】工作機械におけるテーブル、ロボットの
アームなどの負荷機械と、前記負荷機械を駆動する直流
電動機、誘導電動機、同期電動機、電磁石、リニアモー
タなどの駆動装置と、前記負荷機械と駆動装置とを連結
する伝達機構とから構成された機械系に対して、第２模
擬トルク信号とトルク指令とを提供するフィードバック
制御系と、第１模擬トルク信号を提供するフィードフォ
ワード制御系とを持った２自由度制御装置が多く使用さ
れている。これらは、例えば、特開平４−１１９４０２
号、特開平６−３０５７８号、特開平４−３２５８８６
号、特開平３−２６８１０３号などに開示されている。

【０００３】図８は、従来の上述した２自由度制御装置
の例を示すブロック図である。図８において、１は負荷
機械、２はトルク伝達機構、３は電動機、４は動力変換
回路であり、以上の負荷機械１〜動力変換回路４で機械
システム５が構成されている。また、２０は回転検出
器、２１はフィードフォワード信号演算回路、２２は位
置制御回路、２３は速度制御回路、２４はトルク制御回
路である。回転検出器２０は、例えば、従来装置におけ
るタコジェネレータのような速度検出器と、エンコーダ
のような位置検出器とから構成されている。また、電動
機３のトルクの制御手段はトルク制御回路２４と動力変
換回路４とから構成されている。フィードフォワード信
号演算回路２１は、指令発生器７からの回転角指令信号
θｍｓを受信して、内部で模擬回転角信号θ０、模擬速
度信号ω０、第１模擬トルク信号Ｔ０をそれぞれ演算し
て、位置制御回路２２に模擬回転角信号θ０を、速度制
御回路２３に模擬速度信号ω０を、トルク制御回路２４
に第１模擬トルク信号Ｔ０をそれぞれ出力するものであ
る。位置制御回路２２は、フィードフォワード信号演算
回路２１から受信したθ0と回転検出器２０からの実回
転角信号θｍとの偏差信号を増幅して第１の速度信号ω
１を速度制御回路２３に出力する。速度制御回路２３は
フィードフォワード信号演算回路２１からの模擬速度信
号ω０と位置制御回路２２からの第１の速度信号ω１と
回転検出器２０からの実速度信号ωｍとから第２の模擬
トルク信号Ｔ１をトルク制御回路２４に出力するもので
ある。動力変換回路４は電動機３の発生する発生トルク
がこの第２の模擬トルク信号Ｔ１に追随するように制御
するものである。このように、図８に示した従来の位置
制御装置は、トルク伝達機構２を介して負荷機械１を駆
動する電動機３と、電動機３の回転角指令信号θｍｓを
入力されて少なくとも２回の積分演算を含む所定の関数
演算により摸擬回転角信号θ０と摸擬速度信号ω０と第
１模擬トルク信号Ｔ０とをそれぞれ出力するフィードフ
ォワード信号演算回路２１と、電動機３の実回転速度ω
ｍ及び実回転角θｍを検出する回転検出器２０と、摸擬
回転角信号θ０および回転検出器２０から出力された実
回転角信号θｍに基づいて第１の速度信号ω１を出力す
る位置制御回路２２と、摸擬速度信号ω０と第１の速度
信号ω１と回転検出器２０から出力された実速度信号ω
ｍとに基づいて第２模擬トルク信号Ｔ１を出力する速度
制御回路２３と、第１模擬トルク信号Ｔ０と第２模擬ト
ルク信号Ｔ１に基づいて電動機３のトルクを制御するト
ルク制御手段２４とを備え、このような構成により、高
速応答の位置制御性能が得られることとなった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フィー
ドフォワード制御系の数値モデルが制御対象と一致する
ことはまれであり、通常、数値モデルと制御対象との間
にモデリング誤差が存在するものである。したがって、
フィードフォワード制御系の状態量は収束したにも関わ
らず、制御対象の実応答にはまだオーバーシュートや残
留振動などが残っているという問題があった。例えば、
図６のような応答である。そのような場合、制御対象の
実応答を改善するために、従来技術では、フィードバッ
ク制御系のゲインを高く設定するまたは数値モデルを設
計し直す（特開平４−３２５８８６号、特開平３−２６
８１０３号など）方法しかなかった。ところが、実際の
装置の特性より、フィードバック制御系のゲインを高く
設定するには、限界があり、理想的な応答特性を得られ
ない場合がほとんどである。また、数値モデルを設計し
直す方法では、数値モデルをかなり高い次数（柔軟系の
場合は、無限次まで設定しなければならない）に設定し
なければ、数値モデルを制御対象と一致させることがで
きないので、実際には実現できない場合がほとんどであ
る。本発明の目的は、数値モデルが制御対象を厳密に近
似できない場合においても、良好な制御性能を実現する
電動機制御装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、以下に述べるような手段を
備えるものである。 １． 実指令信号θref を提供する指令発生器７。 ２． 前記機械システム５の状態量を観測し、実応答信
号θｍを提供する実観測器６。 ３． 前記実指令信号θrefに基づいて、前記機械シス
テム５の特性を考慮し、第１模擬位置信号θF1と第１模
擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1とを提供す
る第１フィードフォワード制御部８。 ４． 前記実指令信号θref と前記第１模擬位置信号θ
F1と第１模擬速度信号ωF1とに基づいて第１スイッチ信
号Ｓk1と第２スイッチ信号Ｓk2と第３スイッチ信号Ｓk3
と第４スイッチ信号Ｓk4とを提供する上位制御部１３。 ５． 前記機械システム５の特性を考慮し、前記第４ス
イッチ信号Ｓk4と前記実応答信号θｍと実トルク指令Ｔ
ref とに基づいて、第２模擬位置信号θF2と第２模擬速
度信号ωF2と第２模擬トルク信号ＴFF２とを提供する第
２フィードフォワード制御部１２。 ６． 前記第２スイッチ信号Ｓｋ２と前記第１模擬位置
信号θF1と前記第１模擬速度信号ωF1と前記第２模擬位
置信号θF2と前記第２模擬速度信号ωF2とに基づいて、
フィードフォワード位置指令θＦとフィードフォワード
速度指令ωＦとを提供するフィードフォワード指令合成
部１１。 ７． 前記フィードフォワード位置指令θＦと前記フィ
ードフォワード速度指令ωＦと前記実応答信号θｍとに
基づいて、ＦＢトルク信号ＴFBを提供するＦＢ制御部
９。 ８． 前記スイッチ信号Ｓk3と前記ＦＢトルク信号ＴFB
と前記第１模擬トルク信号ＴFF1 と前記第２模擬トルク
信号ＴFF2 とに基づいて、実トルク指令Ｔref を提供す
るトルク合成部１０。 このように、請求項１記載の発明によれば、第２フィー
ドフォワード制御部と上位制御部とを導入することによ
って、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振
動を減少させることができる。また、フィードフォワー
ド制御部を構成する際に、実現困難な高次なモデルを利
用しなくでも、モデリング誤差によるオーバーシュート
や残留振動を減少させることができる。更に、低い次数
のモデルでフィードフォワード制御部を構成することが
できるので、フィードフォワード制御部のゲイン設定が
容易に実現できると共に、モデリング誤差によるオーバ
ーシュートや残留振動を減少させることができる。

【０００６】また、請求項２記載の発明は、以下に述べ
るような手段を備えるものである。 １．複数のフィードフォワード制御系を備えること。こ
のように、本発明請求項２記載の発明によれば、複数の
フィードフォワード制御部を導入することによって、モ
デリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を更に
減少させることができる。また、請求項３記載の発明
は、以下に述べるような手段を備えるものである。 １． 複数のフィードフォワード制御系。 ２． フィードバック状態量の状況に応じて、一部のフ
ィードフォワード制御系の状態量を設定し直し、複数の
フィードフォワード制御系から一部のフィードフォワー
ド制御系の状態量を選択し、フィードバック制御系へ提
供することを行う上位制御部。このように、請求項３記
載の発明によれば、フィードバック状態量の状況に応じ
て、一部のフィードフォワード制御部の状態量を設定し
直し、複数のフィードフォワード制御部から一部のフィ
ードフォワード制御部の状態量を選択する機能を持たせ
ることによって、モデリング誤差の大きさなどを考慮し
ながら、適切なフィードフォワード信号をフィードバッ
ク側に提供することができるので、モデリング誤差によ
るオーバーシュートや残留振動を更に減少させることが
できる。

【０００７】また、請求項４の発明は、以下に述べるよ
うな手段を備えるものである。 １． 実指令信号θref を提供する指令発生器７。 ２． 前記機械システム５の状態量を観測し、実応答信
号θｍを提供する実観測器６。 ３． 前記実指令信号θref に基づいて、前記機械シス
テム５の特性を考慮し、第１模擬位置信号θF1と第１模
擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 とを提供す
るフィードフォワード制御部１６。 ４． 第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と
第１模擬トルク信号ＴFF1 と前記実応答信号θｍとに基
づいて、実トルク指令Ｔref を提供するＦＢ制御部１
４。 ５． 前記実指令信号θref と前記第１模擬位置信号θ
F1と第１模擬速度信号ωF1との状況に応じて、前記フィ
ードフォワード制御部１６の状態量を設定し直し、前記
フィードフォワード制御部１６を適時に起動するように
前記フィードフォワード制御部１６を制御する上位制御
部１５。このように、請求項４記載の発明によれば、最
低限の計算量やソフト量で、モデリング誤差によるオー
バーシュートや残留振動を減少させることが実現でき
る。

【０００８】また、請求項５記載の発明は、請求項１か
ら４のいずれか１項記載の電動機制御装置において、以
下に述べるような手段を備えるものである。 １． 模擬トルク信号を提供する模擬制御部。 ２． 模擬状態量を提供する数値モデル。 このように、請求項５記載の発明によれば、フィードフ
ォワード制御系と数値モデルとを用いてフィードフォワ
ード制御部を構成することによって、数値モデルを構築
する際にトルクリミットや摩擦などの非線形特性などの
考慮が容易にでき、より精密フィードフォワード制御系
を構成することができるので、モデリング誤差によるオ
ーバーシュートや残留振動をより効果的に減少させるこ
とができる。また、請求項６記載の発明は、請求項１か
ら５のいずれか１項記載の電動機制御装置において、以
下に述べるような手段を備えるものである。 １．複数のプロセッサで前記電動機制御装置を構成する
手段。 このように、請求項６記載の発明によれば、複数のプロ
セッサで本発明を構成することによって、本電動機制御
装置の計算時間を大幅に減らすことができるので、従来
の電動機制御装置に現れる振動やオーバーシュートを防
ぐことができると共に、より高速な応答特性を得られ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
について図１を参照しながら詳細に説明する。図１は、
本発明の実施の形態１の全体を示すブロック図である。
図１において、１は負荷機械、２はトルク伝達機構、３
は電動機、４は動力変換回路であり、以上の負荷機械１
〜動力変換回路４で機械システム５が構成されている。
６は機械システム５の状態量を観測し、実応答信号θｍ
を提供する実観測器、７は指令信号θref を提供する指
令発生器、８は実指令信号θrefに基づいて、第１模擬
位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬トルク
信号ＴFF1 とを提供する第１フィードフォワード制御
部、９はフィードフォワード位置指令θＦとフィードフ
ォワード速度指令ωＦと実応答信号θｍとに基づいてＦ
Ｂトルク信号ＴFBを提供するＦＢ制御部、１０はスイッ
チ信号Ｓk3とＦＢトルク信号ＴFBと第１模擬トルク信号
ＴFF1 と第２模擬トルク信号ＴFF2 とに基づいて実トル
ク指令Ｔref を提供するトルク合成部、１１は第２スイ
ッチ信号Ｓk2と第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信
号ωF1と第２模擬位置信号θF2と第２模擬速度信号ωF2
とに基づいて、フィードフォワード位置指令θＦとフィ
ードフォワード速度指令ωＦとを提供するフィードフォ
ワード指令合成部、１２は第４スイッチ信号Ｓk4と実応
答信号θｍと実トルク指令Ｔref とに基づいて、第２模
擬位置信号θF2と第２模擬速度信号ωF2と第２模擬トル
ク信号ＴFF2 とを提供する第２フィードフォワード制御
部、１３は実指令信号θref と第１模擬位置信号θF1と
第１模擬速度信号ωF1とに基づいて第２スイッチ信号Ｓ
k2と第３スイッチ信号Ｓk3と第４スイッチ信号Ｓk4とを
提供する上位制御部である。このように、本発明の実施
の形態の電動機制御装置によれば、指令信号θrefを提
供する指令発生器７と、機械システム５の状態量を観測
して実応答信号θｍを提供する実観測器６と、実指令信
号θref に基づいて機械システム５の特性を考慮し第１
模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬ト
ルク信号ＴFF1 とを提供する第１フィードフォワード制
御部８と、実指令信号θref と第１模擬位置信号θF1お
よび第１模擬速度信号ωF1とに基づいて第２スイッチ信
号Ｓk2と第３スイッチ信号Ｓk3と第４スイッチ信号Ｓk4
とを提供する上位制御部１３と、機械システム５の特性
を考慮し第４スイッチ信号Ｓｋ４と実応答信号θｍと実
トルク指令Ｔref とに基づいて第２模擬位置信号θF2と
第２模擬速度信号ωF2と第２模擬トルク信号ＴFF2 とを
提供する第２フィードフォワード制御部１２と、第２ス
イッチ信号Ｓk2と第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度
信号ωF1と第２模擬位置信号θF2と第２模擬速度信号ω
F2とに基づいてフィードフォワード位置指令θＦとフィ
ードフォワード速度指令ωＦとを提供するフィードフォ
ワード指令合成部１１と、フィードフォワード位置指令
θＦとフィードフォワード速度指令ωＦと実応答信号θ
ｍとに基づいてＦＢトルク信号ＴFBを提供するＦＢ制御
部９と、スイッチ信号Ｓk3とＦＢトルク信号ＴFBと第１
模擬トルク信号ＴFF1 と第２模擬トルク信号ＴFF2 とに
基づいて実トルク指令Ｔref を提供するトルク合成部１
０と、から構成されている。実観測器６と指令発生器７
とは従来装置のものと同一である。θref は指令発生器
７から生成された実指令信号である。θｍは実観測器６
から生成された実応答信号である。第１フィードフォワ
ード制御部８は、実指令信号θref に基づいて、機械シ
ステム５の特性を考慮し、第１模擬位置信号θF1と第１
模擬速度信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 とを提供
するものであり、例えば、図３のように構成することが
できる。

【００１０】図３において、８は第１フィードフォワー
ド制御部で、第１フィードフォワード制御部８は、第１
フィーフォワード制御系８ａと第１数値モデル８ｂとか
ら構成されている。第１フィーフォワード制御系８ａ
は、実指令信号θref と第１模擬状態量θF1とに基づい
て第１模擬トルク信号ＴFF1 を第１数値モデル８ｂ等に
提供する。第１数値モデル８ｂは第１模擬トルク信号Ｔ
FF1に基づいて第１模擬状態量を提供する。第２フィー
ドフォワード制御部１２は、第４スイッチ信号Ｓk4が立
ち上がる時点で、実応答信号θｍと実トルク指令Ｔref
とに基づいて、その内部状態量を設定し、第２模擬位置
信号θF2と第２模擬速度信号ωF2と第２模擬トルク信号
ＴFF2 とを提供するものであり、例えば、図４のように
構成することができる。図４に示すように、第２フィー
ドフォワード制御部１２が、第２模擬状態量に基づいて
第２模擬トルク信号を提供する第２フィーフォワード制
御系１２ａと、第２模擬トルク信号に基づいて第２模擬
状態量を提供する第２数値モデル１２ｂと、第４スイッ
チ信号Ｓk4が立ち上がる時点で第２数値モデル１２ｂの
第２模擬状態量を設定する状態量設定部１２ｃと、から
構成されている。

【００１１】第２フィーフォワード制御系１２ａは、Ｐ
ＩＤ制御系のように構成すれば良い。第２数値モデル１
２ｂは、通常は、次のような計算を行う。 θF2（ｋ＋１）＝θF2（ｋ）＋ωF2（ｋ）＊ｔｓ ・・・・（１） ωF2（ｋ＋１）＝ωF2（ｋ）＋ＴFF２（ｋ）／Ｊｍ ・・・・（２） ただし、第４スイッチ信号Ｓｋ４の立ち上がる時点においては、 θF2（ｋ＋１）＝θｍ（ｋ） ・・・・（３） ωF2（ｋ＋１）＝（θｍ（ｋ）−θｍ（ｋ−１））／ｔｓ ＋Ｔref（ｋ）／Ｊｍ＊ｔｓ ・・・・（４） ような計算を行う。ただし、ｔｓはサンプル時間、ｋ＊
ｔｓは時間、Ｊｍはイナ―シャである。フィードフォワ
ード指令合成部１１は、通常、第１模擬位置信号θF1と
第１模擬速度信号ωF1とをフィードフォワード位置指令
θＦとフィードフォワード速度指令ωＦとし、フィード
バック制御系へ出力する。第２スイッチ信号Ｓk2が立ち
上がった時、第２模擬位置信号θF2と第２模擬速度信号
ωF2とをフィードフォワード位置指令θＦとフィードフ
ォワード速度指令ωＦとし、フィードバック制御系へ出
力する。トルク合成部１０は、通常、ＦＢトルク信号Ｔ
FBと第１模擬トルク信号ＴFF1との和を実トルク指令Ｔr
ef として出力する。ただし、第３スイッチ信号Ｓｋ３
の立ち上がり時は、第２模擬トルク信号ＴFF2 との和を
実トルク指令Ｔref として出力する。フィードバック制
御部は従来のものでもよい。また、オブザーバを利用し
たフィードバック制御部でもよい。上位制御部１３は、
実指令信号θref と第１模擬位置信号θF1と第１模擬速
度信号ωF1とに基づいて第１スイッチ信号Ｓk1と第２ス
イッチ信号Ｓk2と第３スイッチ信号Ｓk3と第４スイッチ
信号Ｓk4とを提供する。

【００１２】上位制御部１３は次のように動作する。 Ｓｔｅｐ１．Ｓk2，Ｓk3，Ｓk4を０に設定する。 Ｓｔｅｐ２．第１模擬位置信号θF1と実指令信号θref
との誤差が１０パルス以内に収束したかどうかを確認す
る。 Ｓｔｅｐ３．第１模擬位置信号θF1と実指令信号θref
との誤差が１０パルス以内に収束した場合、Ｓk2，Ｓk
3，Ｓk4を１に設定する。否であれば、Ｓｔｅｐ２に戻
る。 Ｓｔｅｐ４．一定の時間後に、Ｓｔｅｐ１に戻る。 このように、第２フィードフォワード制御部１２と上位
制御部１３の導入により、図７に示す応答特性を得られ
るので、従来の技術と比べて、モデリング誤差によるオ
ーバーシュートや残留振動を減少させることができる。
また、第２フィードフォワード制御部１２と上位制御部
１３の導入により、フィードフォワード制御部を構成す
る際に、実現困難な高次なモデルを利用しなくても、モ
デリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少
させることができる。さらに、第２フィードフォワード
制御部１２と上位制御部１３の導入により、低い次数の
モデルでフィードフォワード制御部を構成することがで
きるので、フィードフォワード制御部のゲイン設定が容
易に実現できると共に、モデリング誤差によるオーバー
シュートや残留振動を減少させることができる。

【００１３】［実施の形態２］以下、本発明の実施の形
態２について詳細に説明する。実施の形態２は複数のフ
ィードフォワード制御部を導入するものである。図１に
示すフィードフォワード制御部の数を追加する具体的な
構成は前記第１の実施の形態の記載から当業者に容易に
できるので、その構成に関する記述は省略する。そこで
例えば、３つのフィードフォワード制御部を有する場
合、まず、第１フィードフォワード制御部に通常動作を
行なわせる。次に、第１フィードフォワード制御部が収
束した時点で、実応答信号θｍと実トルク指令信号Ｔre
f とを用いて、第２のフィードフォワード制御部を動作
させる。次に、第２のフィードフォワード制御部が収束
した時点で、実応答信号θｍと実トルク指令信号Ｔref
とを用いて、第３のフィードフォワード制御部を動作さ
せる。第４、第５、・・・等のフィードフォワード制御
部も同様にして動作させることができる。以上の構成に
より、モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振
動を更に減少させることができる。

【００１４】［実施の形態３］以下、本発明の実施の形
態３について詳細に説明する。３つのフィードフォワー
ド制御部を有する場合、まず、第１フィードフォワード
制御部を通常動作させる。次に、第１フィードフォワー
ド制御部が収束した時点で、実応答信号θｍとθF1との
誤差が１００パルス以上であれば、実応答信号θｍと実
トルク指令信号Ｔref とを用いて、第２のフィードフォ
ワード制御部を動作させる。第１フィードフォワード制
御部が収束した時点で、実応答信号θｍとθF1との誤差
が、例えば、１００パルス以内であれば、実応答信号θ
ｍと実トルク指令信号Ｔref とを用いて、第３のフィー
ドフォワード制御部を動作させる。このように、残留誤
差の大きさに応じて、複数のフィードフォワード制御部
から、適切なフィードフォワード指令を生成することが
できるので、オーバーシュートや残留振動をより効果的
に減らすことができる。

【００１５】［実施の形態４］以下、本発明の実施の形
態４について図２を参照しながら詳細に説明する。図２
は、本発明の実施の形態４の全体を示すブロック図であ
る。図２において、１は負荷機械、２はトルク伝達機
構、３は電動機、４は動力変換回路であり、以上の負荷
機械１〜動力変換回路４で機械システム５が構成されて
いる。６は機械システム５の状態量を観測し、実応答信
号θｍを提供する実観測器、７は指令信号θref を提供
する指令発生器、１４はフィードフォワード位置指令θ
F1とフィードフォワード速度指令ωF1と第１模擬トルク
信号ＴFF1 と実応答信号θｍと、に基づいてトルク指令
Ｔref を提供するフィードバック制御部、１５は実指令
信号θref と第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号
ωF1とに基づいて第１スイッチ信号Ｓk1を提供する上位
制御部、１６は実指令信号θrefと第１スイッチ信号Ｓk
1とに基づいて、第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度
信号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 とを提供するフィ
ードフォワード制御部である。このように、本発明の実
施の形態に係る電動機制御装置は、実指令信号θrefを
提供する指令発生器７と、機械システム５の状態量を観
測し実応答信号θｍを提供する実観測器６と、実指令信
号θref に基づいて機械システム５の特性を考慮し第１
模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模擬ト
ルク信号ＴFF1とを提供するフィードフォワード制御部
１６と、第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1
と第１模擬トルク信号ＴFF1 と実応答信号θｍとに基づ
いて実トルク指令Ｔref を提供するＦＢ制御部１４と、
実指令信号θref と第１模擬位置信号θF1と第１模擬速
度信号ωF1との状況に応じてフィードフォワード制御部
１６の状態量を設定し直しフィードフォワード制御部１
６を再び起動するようにフィードフォワード制御部１６
を制御する上位制御部１５と、から構成されている。指
令発生器７は従来装置のものと同一である。ＦＢ制御部
１４は前記のように構成すれば良い。フィードフォワー
ド制御部１６は図５のように構成されている。図５に示
すように、フィードフォワード制御部１６は、実指令信
号θref と模擬状態量とに基づいて、第１模擬トルク信
号ＴFF1を提供するフィードフォワード制御系１６ａ
と、第１模擬トルク信号ＴFF1 に基づいて、模擬状態量
を提供する数値モデル１６ｂと、実応答信号θｍと実ト
ルク指令Ｔref と第１スイッチ信号Ｓk1とに基づいて、
数値モデル１６ｂの状態量を設定する状態量設定部１６
ｃと、から構成されている。フィーフォワード制御系１
６ａは、ＰＩＤ制御系のように構成すれば良い。数値モ
デル１６ｂは、通常は、次のような計算を行う。 θF1（ｋ＋１）＝θF1（ｋ）＋ωF1（ｋ）＊ｔｓ ・・・（５） ωF1（ｋ＋１）＝ωF1（ｋ）＋ＴFF1（ｋ）／Ｊｍ・・・（６） ただし、第１スイッチ信号Ｓｋ１の立ち上がる時点では、 θF1（ｋ＋１）＝θｍ（ｋ） ・・・（７） ωF1（ｋ＋１）＝（θｍ（ｋ）−θｍ（ｋ−１））／ｔｓ ＋Ｔref（ｋ）／Ｊｍ＊ｔｓ ・・・（８） ような計算を行う。ただし、ｔｓはサンプル時間、ｋ＊
ｔｓは時間、Ｊｍはイナ―シャである。その後、
（５）、（６）式の計算を行う。上位制御部１５は、次
のように動作する。 Ｓｔｅｐ１．Ｓk1を０に設定する。 Ｓｔｅｐ２．第１模擬位置信号θF1と実指令信号θref
との誤差が１０パルス以内に収束したかどうかを確認す
る。 Ｓｔｅｐ３．第１模擬位置信号θF1と実指令信号θref
との誤差が１０パルス以内に収束した場合、Ｓk1を１に
設定する。否であれば、Ｓｔｅｐ２に戻る。 Ｓｔｅｐ４．一定の時間後に、Ｓｔｅｐ１に戻る。 このように、フィードフォワード制御系と数値モデルと
を用いて、フィードフォワード制御部を構成することに
よって、数値モデルを構築する際に非線形特性などを考
慮すれば、より簡単にフィードフォワード制御系を構成
することができるので、モデリング誤差によるオーバー
シュートや残留振動をより効果的に減少させることがで
きることとなる。

【００１６】［実施の形態５］上述した各実施の形態に
示す、上位制御部１３と、第１フィードフォワード制御
部８と、フィードフォワード指令合成部１１と、第２フ
ィードフォワード制御部１２と、フィードバック制御部
９と、そしてトルク合成部１０とを別々のプロセッサで
構成するものである。このように、別々のプロセッサで
構成することによって、本電動機制御装置の計算時間を
大幅に減らすことができるので、従来の電動機制御装置
に現れる振動やオーバーシュートを防ぐことができると
共に、より高速な制御性能を得られる。

【００１７】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、下記
の効果が奏する。 １． 第２フィードフォワード制御部１２と上位制御部
１３の導入により、図７に示す応答特性を得られるの
で、従来の技術と比べて、モデリング誤差によるオーバ
ーシュートや残留振動を減少させることができる。 ２． 第２フィードフォワード制御部１２と上位制御部
１３の導入により、フィードフォワード制御部を構成す
る際に、実現困難な高次なモデルを利用しなくても、モ
デリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減少
させることができる。 ３． 第２フィードフォワード制御部１２と上位制御部
１３の導入により、低い次数のモデルでフィードフォワ
ード制御部を構成することができるので、フィードフォ
ワード制御部のゲイン設定が容易に実現できると共に、
モデリング誤差によるオーバーシュートや残留振動を減
少させることができる。 ４． 複数のフィードフォワード制御部を導入すること
によって、モデリング誤差によるオーバーシュートや残
留振動を更に減少させることができる。 ５． フィードバック状態量の状況に応じて、一部のフ
ィードフォワード制御部の状態量を設定し直し、複数の
フィードフォワード制御部から一部のフィードフォワー
ド制御部の状態量を選択する機能を持たせることによっ
て、モデリング誤差の大きさなどを考慮しながら、適切
なフィードフォワード信号をフィードバック側に提供す
ることができる。よって、モデリング誤差によるオーバ
ーシュートや残留振動を更に減少させることができる。 ６． 最低限の計算量やソフト量で、モデリング誤差に
よるオーバーシュートや残留振動を減少させることが実
現できる。 ７． フィードフォワード制御系と数値モデルとを用い
て、フィードフォワード制御部を構成することによっ
て、数値モデルを構築する際に非線形特性などを考慮す
れば、より簡単にフィードフォワード制御系を構成する
ことができるので、モデリング誤差によるオーバーシュ
ートや残留振動をより効果的に減少させることができ
る。 ８． 複数のプロセッサで構成することによって、本電
動機制御装置の計算時間を大幅に減らすことができるの
で、従来の電動機制御装置に現れる振動やオーバーシュ
ートを防ぐことができると共に、より高速な制御性能を
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の全体を示すブロック図
である。

【図２】本発明の実施の形態４の全体を示すブロック図
である。

【図３】図１の第１フィードフォワード制御部８の構成
を示すブロック図である。

【図４】図１の第２フィードフォワード制御部１２の構
成を示すブロック図である。

【図５】図２のフィードフォワード制御部１６の構成を
示すブロック図である。

【図６】従来の技術による応答特性図である。

【図７】本発明の技術による応答特性図である。

【図８】従来の技術を示すブロック図である。

【符号の説明】

１：負荷機械 ２：伝達機構 ３：電動機 ４：動力変換回路 ５：機械システム ６：実観測器 ７：指令発生器 ８：第１フィードフォワード制御部 ８ａ：第１フィードフォワード制御系 ８ｂ：第１数値モデル ９：フィードバック制御部 １０：トルク合成部 １１：フィードフォワード指令合成部 １２：第２フィードフォワード制御部 １２ａ：第２フィードフォワード制御系 １２ｂ：第２数値モデル １２ｃ：状態量設定部 １３：上位制御部 １４：フィードバック制御部 １５： 上位制御部 １６：フィードフォワード制御部 １６ａ：フィードフォワード制御系 １６ｂ：数値モデル １６ｃ：状態量設定部 ２０：回転検出器 ２１：フィードフォワード信号演算回路 ２２：位置制御回路 ２３：速度制御回路 ２４：トルク制限回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小黒 龍一 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内 Ｆターム(参考） 5H004 GA03 GA09 GB16 HA10 KB32 KC33 MA36 5H550 AA18 GG01 GG03 JJ02 JJ04 LL32 LL34

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷機械と、動力を伝達する伝達機構
   と、前記伝達機構を介して前記負荷機械を駆動する電動
   機と、トルク指令Ｔref に基づいて前記電動機を駆動す
   る電力を与える動力変換回路と、を有する機械システム
   に対して、前記機械システムが所望の動きとなるよう
   に、前記動力変換回路に適正なトルク指令Ｔref を与え
   る電動機制御装置において、 実指令信号θref を提供する指令発生器と、 前記機械システムの状態量を観測し、実応答信号θｍを
   提供する実観測器と、 前記実指令信号θref に基づいて、前記機械システムの
   特性を考慮し、第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信
   号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1とを提供する第１フ
   ィードフォワード制御部と、 前記実指令信号θref と前記第１模擬位置信号θF1と第
   １模擬速度信号ωF1とに基づいて第２スイッチ信号Ｓk2
   と第３スイッチ信号Ｓk3と第４スイッチ信号Ｓk4とを提
   供する上位制御部と、 前記機械システムの特性を考慮し、前記第４スイッチ信
   号Ｓk4と前記実応答信号θｍと実トルク指令Ｔref とに
   基づいて、第２模擬位置信号θF2と第２模擬速度信号ω
   F2と第２模擬トルク信号ＴFF2 とを提供する第２フィー
   ドフォワード制御部と、 前記第２スイッチ信号Ｓk2と前記第１模擬位置信号θF1
   と前記第１模擬速度信号ωF1と前記第２模擬位置信号θ
   F2と前記第２模擬速度信号ωF2とに基づいて、フィード
   フォワード位置指令θＦとフィードフォワード速度指令
   ωＦとを提供するフィードフォワード指令合成部と、 前記フィードフォワード位置指令θＦと前記フィードフ
   ォワード速度指令ωＦと前記実応答信号θｍとに基づい
   て、ＦＢトルク信号ＴFBを提供するＦＢ制御部と、 前記スイッチ信号Ｓk3と前記ＦＢトルク信号ＴFＢと前
   記第１模擬トルク信号ＴFF1 と前記第２模擬トルク信号
   ＴFF2 とに基づいて、実トルク指令Ｔref を提供するト
   ルク合成部と、を備えたことを特徴とする電動機制御装
   置。
2. 【請求項２】 負荷機械と、動力を伝達する伝達機構
   と、前記伝達機構を介して前記負荷機械を駆動する電動
   機と、トルク指令Ｔref に基づいて前記電動機を駆動す
   る電力を与える動力変換回路と、を有する機械システム
   に対して、前記機械システムが所望の動きとなるよう
   に、前記動力変換回路に適正なトルク指令Ｔref を与え
   る電動機制御装置において、 複数のフィードフォワード制御系を備えることを特徴と
   する電動機制御装置。
3. 【請求項３】 負荷機械と、動力を伝達する伝達機構
   と、前記伝達機構を介して前記負荷機械を駆動する電動
   機と、トルク指令Ｔref に基づいて前記電動機を駆動す
   る電力を与える動力変換回路と、を有する機械システム
   に対して、前記機械システムが所望の動きとなるよう
   に、前記動力変換回路に適正なトルク指令Ｔref を与え
   る電動機制御装置において、 複数のフィードフォワード制御系と、 フィードバック状態量の状況に応じて、一部のフィード
   フォワード制御系の状態量を設定し直し、複数のフィー
   ドフォワード制御系から一部のフィードフォワード制御
   系の状態量を選択し、フィードバック制御系へ提供する
   ことを行う上位制御部と、を備えることを特徴とする電
   動機制御装置。
4. 【請求項４】 負荷機械と、動力を伝達する伝達機構
   と、前記伝達機構を介して前記負荷機械を駆動する電動
   機と、トルク指令Ｔref に基づいて前記電動機を駆動す
   る電力を与える動力変換回路と、を有する機械システム
   に対して、前記機械システムが所望の動きとなるよう
   に、前記動力変換回路に適正なトルク指令Ｔref を与え
   る電動機制御装置において、 実指令信号θref を提供する指令発生器と、 前記機械システムの状態量を観測し、実応答信号θｍを
   提供する実観測器と、 前記実指令信号θref に基づいて、前記機械システムの
   特性を考慮し、第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信
   号ωF1と第１模擬トルク信号ＴFF1 とを提供するフィー
   ドフォワード制御部と、 第１模擬位置信号θF1と第１模擬速度信号ωF1と第１模
   擬トルク信号ＴFF1 と前記実応答信号θｍとに基づい
   て、実トルク指令Ｔref を提供するＦＢ制御部と、 前記実指令信号θref と前記第１模擬位置信号θF1と第
   １模擬速度信号ωF1との状況に応じて、前記フィードフ
   ォワード制御部の状態量を設定し直し、前記フィードフ
   ォワード制御部を適時に起動するように前記フィードフ
   ォワード制御部を制御する上位制御部と、を備えたこと
   を特徴とする電動機制御装置。
5. 【請求項５】 各フィードフォワード制御系が、模擬ト
   ルク信号を提供する模擬制御部と、模擬状態量を提供す
   る数値モデルと、を備えたことを特徴とする請求項１〜
   ４のいずれか１項記載の電動機制御装置。
6. 【請求項６】 複数のプロセッサで前記電動機制御装置
   を構成する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５
   のいずれか１項記載の電動機制御装置。