JP2003009562A - 制御ゲイン探索機能を備えたモータ制御装置 - Google Patents
制御ゲイン探索機能を備えたモータ制御装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 制御ゲインを変えた場合の応答を自動的に判
断して最適な制御ゲインを探索・決定する機能を備えた
モータ制御装置を提供する。 【解決手段】 位置制御部、トルクフィルタ部、電流制
御部内の制御ゲインを１つのパラメータＫｇに基づいて
自動的に決定する機能を持つモータ制御装置において、
ノッチフィルタを使用しない状態で、評価関数Ｅにより
評価されたパラメータＫｇの値を基に制御ゲインを決定
する第１ステップ１１と、この制御ゲインを用いてノッ
チフィルタを使用した状態で評価関数により評価したノ
ッチ周波数ｆｃを求めて制御ゲインを決定する第２ステ
ップ１２と、その状態で、評価関数が最小でパラメータ
Ｋｇが最大となるような変数ＱとパラメータＫｇを探索
して制御ゲインを決定する第３ステップ１３と、で構成
している。
断して最適な制御ゲインを探索・決定する機能を備えた
モータ制御装置を提供する。 【解決手段】 位置制御部、トルクフィルタ部、電流制
御部内の制御ゲインを１つのパラメータＫｇに基づいて
自動的に決定する機能を持つモータ制御装置において、
ノッチフィルタを使用しない状態で、評価関数Ｅにより
評価されたパラメータＫｇの値を基に制御ゲインを決定
する第１ステップ１１と、この制御ゲインを用いてノッ
チフィルタを使用した状態で評価関数により評価したノ
ッチ周波数ｆｃを求めて制御ゲインを決定する第２ステ
ップ１２と、その状態で、評価関数が最小でパラメータ
Ｋｇが最大となるような変数ＱとパラメータＫｇを探索
して制御ゲインを決定する第３ステップ１３と、で構成
している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モ−タ、ロボッ
ト、工作機械および半導体製造装置等のモータ制御装
置、特に制御パラメータのチューニング方法に関する．
ト、工作機械および半導体製造装置等のモータ制御装
置、特に制御パラメータのチューニング方法に関する．
【０００２】
【従来の技術】制御ゲインをチューニングする装置とし
て、例えば、特願2000-209152において本出願人が提案
したモータ制御装置がある。この装置は、図５に示すよ
うに、ワンパラメータチューニング部１１８より制御パ
ラメータを出力するように構成されているが、目標応答
周波数ωｆ＝メインパラメータＫｇとして、補助ゲイン
Ｋｐ、Ｋｄ、Ｋｉ、トルクフィルタ定数ｔｆ、電流ルー
プゲインＫａ、電流積分時定数ｔａ、ローパスフィルタ
ｔｖを設定する第１の方法と、イナーシャ補正ゲインＪ
ＣＯＭを用いてメインパラメータＫｇ＝ωｆ／ＪＣＯＭ
より求める第２の方法と、モータ側イナーシャＪ１を用
いてメインパラメータＫｇ＝ωｆ／Ｊ１より求める第３
の方法などによって、１つの制御パラメータを基準にし
て、位置制御部、トルクフィルタ部、電流制御部などの
複数の制御パラメータをバランスよく簡単に調整でき
て、安定性を確保した上で位置応答を向上できるように
している。
て、例えば、特願2000-209152において本出願人が提案
したモータ制御装置がある。この装置は、図５に示すよ
うに、ワンパラメータチューニング部１１８より制御パ
ラメータを出力するように構成されているが、目標応答
周波数ωｆ＝メインパラメータＫｇとして、補助ゲイン
Ｋｐ、Ｋｄ、Ｋｉ、トルクフィルタ定数ｔｆ、電流ルー
プゲインＫａ、電流積分時定数ｔａ、ローパスフィルタ
ｔｖを設定する第１の方法と、イナーシャ補正ゲインＪ
ＣＯＭを用いてメインパラメータＫｇ＝ωｆ／ＪＣＯＭ
より求める第２の方法と、モータ側イナーシャＪ１を用
いてメインパラメータＫｇ＝ωｆ／Ｊ１より求める第３
の方法などによって、１つの制御パラメータを基準にし
て、位置制御部、トルクフィルタ部、電流制御部などの
複数の制御パラメータをバランスよく簡単に調整でき
て、安定性を確保した上で位置応答を向上できるように
している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが前記従来例で
は，基準となる1つの制御パラメータを変えた場合、変
えた後の応答が変える前に比べて良くなったか、悪くな
ったかを判断する機能がないため、その判断を人が行う
ことによって最適な制御ゲインを探索しなければならな
いという問題があった。そこで、本発明は、制御ゲイン
を変えた場合の応答を自動的に判断する機能と最適な制
御ゲインを探索する機能を備えることにより、まったく
人の手を煩わせることのない制御ゲイン探索機能を備え
たモータ制御装置を提供することを目的としている。
は，基準となる1つの制御パラメータを変えた場合、変
えた後の応答が変える前に比べて良くなったか、悪くな
ったかを判断する機能がないため、その判断を人が行う
ことによって最適な制御ゲインを探索しなければならな
いという問題があった。そこで、本発明は、制御ゲイン
を変えた場合の応答を自動的に判断する機能と最適な制
御ゲインを探索する機能を備えることにより、まったく
人の手を煩わせることのない制御ゲイン探索機能を備え
たモータ制御装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、位置指令とモータ位置を
入力し、位置指令にモ−タ位置が一致するようにトルク
指令Aを決定する位置制御部と、前記トルク指令Aを入力
しフィルタを通してトルク指令Bを決定するトルクフィ
ルタ部と、前記トルク指令Bを入力してノッチフィルタ
を通しトルク指令Cを出力するノッチフィルタ部と，前
記トルク指令Cを入力し電流指令に変換してモ−タ電流
が電流指令に一致するように電流制御を行いモータを駆
動する電流制御部と、モータと、モータの位置を検出す
る検出器と、モータで駆動されるメカ部とを備え、前記
位置制御部、前記トルクフィルタ部および前記電流制御
部内の制御ゲインを1つのパラメータkgに基づいて自動
的に決定する制御ゲイン探索機能を備えたモータ制御装
置において、同じ位置指令パタンを繰り返し前記位置制
御部に入力し、前記位置制御部内の位置偏差を変数とす
る所定の評価関数Eの値を試行ごとにモニタし、前記ノ
ッチフィルタを使用しない状態で、試行ごとに前記パラ
メータkgを上げていき，現試行ｉでの評価関数E(i)が1
試行前の値E(i-1)より大きくなった場合は1試行前のパ
ラメータkgの値を基に前記位置制御部、前記トルクフィ
ルタ部および前記電流制御部内の制御ゲインを決定する
第１ステップと、第１ステップで決定された制御ゲイン
を用いて、ノッチフィルタを使用する状態で、試行ごと
にノッチフィルタのノッチ周波数fcを高周波から下げて
いき、現試行時の評価関数E(i)が1試行前の値E(i-1)よ
り大きくなった場合は1試行前のノッチ周波数fcをノッ
チフィルタの設定値とし、再び第１ステップと同様に、
評価関数を基に前記パラメータkgを決定することによ
り、ノッチ周波数fcと、前記パラメータkg値と、kg値を
基に前記位置制御部、前記トルクフィルタ部および前記
電流制御部内の制御ゲインを決定するする第２ステップ
と、第２ステップで設定されたノッチフィルタを使用し
た状態で、前記ノッチフィルタの帯域幅を設定する変数
Ｑ値を現在のＱ値よりも大きくすることにより帯域幅を
狭くし、再び第１ステップと同様に、評価関数を基に前
記パラメータkgを上げ，現試行時の評価関数E(i)が1試
行前の値E(i-1)より大きくなった場合は、前記変数Ｑ値
を現在のＱ値よりもさらに大きくし、前記パラメータkg
を上げることにより、評価関数E(i)が最小でパラメータ
kgが最大となるような変数Ｑとパラメータkgを探すサイ
クルを繰り返すことにより、ノッチフィルタの変数Ｑ値
と、前記パラメータkg値と、kg値を基に前記位置制御
部、前記トルクフィルタ部および前記電流制御部内の制
御ゲインを決定する第３ステップと、を備えたことを特
徴としている。
め、請求項１に記載の発明は、位置指令とモータ位置を
入力し、位置指令にモ−タ位置が一致するようにトルク
指令Aを決定する位置制御部と、前記トルク指令Aを入力
しフィルタを通してトルク指令Bを決定するトルクフィ
ルタ部と、前記トルク指令Bを入力してノッチフィルタ
を通しトルク指令Cを出力するノッチフィルタ部と，前
記トルク指令Cを入力し電流指令に変換してモ−タ電流
が電流指令に一致するように電流制御を行いモータを駆
動する電流制御部と、モータと、モータの位置を検出す
る検出器と、モータで駆動されるメカ部とを備え、前記
位置制御部、前記トルクフィルタ部および前記電流制御
部内の制御ゲインを1つのパラメータkgに基づいて自動
的に決定する制御ゲイン探索機能を備えたモータ制御装
置において、同じ位置指令パタンを繰り返し前記位置制
御部に入力し、前記位置制御部内の位置偏差を変数とす
る所定の評価関数Eの値を試行ごとにモニタし、前記ノ
ッチフィルタを使用しない状態で、試行ごとに前記パラ
メータkgを上げていき，現試行ｉでの評価関数E(i)が1
試行前の値E(i-1)より大きくなった場合は1試行前のパ
ラメータkgの値を基に前記位置制御部、前記トルクフィ
ルタ部および前記電流制御部内の制御ゲインを決定する
第１ステップと、第１ステップで決定された制御ゲイン
を用いて、ノッチフィルタを使用する状態で、試行ごと
にノッチフィルタのノッチ周波数fcを高周波から下げて
いき、現試行時の評価関数E(i)が1試行前の値E(i-1)よ
り大きくなった場合は1試行前のノッチ周波数fcをノッ
チフィルタの設定値とし、再び第１ステップと同様に、
評価関数を基に前記パラメータkgを決定することによ
り、ノッチ周波数fcと、前記パラメータkg値と、kg値を
基に前記位置制御部、前記トルクフィルタ部および前記
電流制御部内の制御ゲインを決定するする第２ステップ
と、第２ステップで設定されたノッチフィルタを使用し
た状態で、前記ノッチフィルタの帯域幅を設定する変数
Ｑ値を現在のＱ値よりも大きくすることにより帯域幅を
狭くし、再び第１ステップと同様に、評価関数を基に前
記パラメータkgを上げ，現試行時の評価関数E(i)が1試
行前の値E(i-1)より大きくなった場合は、前記変数Ｑ値
を現在のＱ値よりもさらに大きくし、前記パラメータkg
を上げることにより、評価関数E(i)が最小でパラメータ
kgが最大となるような変数Ｑとパラメータkgを探すサイ
クルを繰り返すことにより、ノッチフィルタの変数Ｑ値
と、前記パラメータkg値と、kg値を基に前記位置制御
部、前記トルクフィルタ部および前記電流制御部内の制
御ゲインを決定する第３ステップと、を備えたことを特
徴としている。
【０００５】また、請求項２に記載の発明は、前記位置
制御部は、３つのトルク指令発生手段を備え、第１トル
ク指令発生手段では、前記メインパラメータkgの２乗に
補助ゲインkpを乗じた値である第１ゲインG1に、前記位
置指令と前記モータ位置の差である位置偏差を乗じた値
を出力し、第２トルク指令発生手段では、前記メインパ
ラメータkgの3乗に補助ゲインkiを乗じた値である第２
ゲインG2に、前記位置偏差の積分値を乗じた値を出力
し、第３トルク指令発生手段では、前記位置偏差の微分
値に時定数tvのローパスフィルタを通した後、前記メイ
ンパラメータKgに補助ゲインKdを乗じた値である第３ゲ
インG3を乗じた値を出力し、前記第１トルク指令発生手
段、第２トルク指令発生手段、前記第３トルク指令発生
手段から出力されたトルク指令を加算し、前記トルクフ
ィルタ部に出力する加算手段と、を備え、前記G1,G2,G3
と、トルクフィルタ部の時定数tfと前記時定数tvと前記
電流制御部内の電流ル−プゲインkaと電流積分時定数ta
と、をメインパラメ−タkgに基づいて自動的に決定する
ことを特徴としている。また、請求項３に記載の発明
は、前記評価関数Ｅに関し，現試行における所定の区間
[a,b]内で、サンプリング周期tsのα倍（αは自然数）
の間隔で位置偏差を取得し、位置偏差の符号が反転する
までの最大値MAX1とその時刻を記憶し、位置偏差の符号
が反転した場合は、次に反転するまでの最大値MAX2とそ
の時刻を記憶し、それぞれの時刻の差であるΔｔを算出
し、次に位置偏差の符号が反転した場合は、次に反転す
るまでの最大値MAX1とその時刻を記憶し、それぞれの時
刻の差であるΔｔを算出するという過程を繰り返し行
い、現試行における以下の評価関数Ｅ
制御部は、３つのトルク指令発生手段を備え、第１トル
ク指令発生手段では、前記メインパラメータkgの２乗に
補助ゲインkpを乗じた値である第１ゲインG1に、前記位
置指令と前記モータ位置の差である位置偏差を乗じた値
を出力し、第２トルク指令発生手段では、前記メインパ
ラメータkgの3乗に補助ゲインkiを乗じた値である第２
ゲインG2に、前記位置偏差の積分値を乗じた値を出力
し、第３トルク指令発生手段では、前記位置偏差の微分
値に時定数tvのローパスフィルタを通した後、前記メイ
ンパラメータKgに補助ゲインKdを乗じた値である第３ゲ
インG3を乗じた値を出力し、前記第１トルク指令発生手
段、第２トルク指令発生手段、前記第３トルク指令発生
手段から出力されたトルク指令を加算し、前記トルクフ
ィルタ部に出力する加算手段と、を備え、前記G1,G2,G3
と、トルクフィルタ部の時定数tfと前記時定数tvと前記
電流制御部内の電流ル−プゲインkaと電流積分時定数ta
と、をメインパラメ−タkgに基づいて自動的に決定する
ことを特徴としている。また、請求項３に記載の発明
は、前記評価関数Ｅに関し，現試行における所定の区間
[a,b]内で、サンプリング周期tsのα倍（αは自然数）
の間隔で位置偏差を取得し、位置偏差の符号が反転する
までの最大値MAX1とその時刻を記憶し、位置偏差の符号
が反転した場合は、次に反転するまでの最大値MAX2とそ
の時刻を記憶し、それぞれの時刻の差であるΔｔを算出
し、次に位置偏差の符号が反転した場合は、次に反転す
るまでの最大値MAX1とその時刻を記憶し、それぞれの時
刻の差であるΔｔを算出するという過程を繰り返し行
い、現試行における以下の評価関数Ｅ
【数２】
ここで、Ｗｎは予め設定した重み関数である．とするこ
とを特徴としている。また、請求項４に記載の発明は，
前記ノッチフィルタのノッチ周波数から低い方のノッチ
フィルタのゲインの-3dBダウンの周波数が、前記トルク
フィルタのゲインが-3dBダウンするカットオフ周波数よ
り大きい値になるように、前記ノッチフィルタの帯域幅
を表すＱ値を決定することを特徴としている。また、請
求項５に記載の発明は、実際のメカを接続した状態で、
トルク指令からモータ速度までの周波数応答関数を予め
測定し、１デカード-20dBダウンするゲイン線図の直線
から、実際に求められたゲイン線図の値が大きい方にず
れている周波数を目安にして、前記ノッチフィルタのノ
ッチ周波数を設定することを特徴としている。
とを特徴としている。また、請求項４に記載の発明は，
前記ノッチフィルタのノッチ周波数から低い方のノッチ
フィルタのゲインの-3dBダウンの周波数が、前記トルク
フィルタのゲインが-3dBダウンするカットオフ周波数よ
り大きい値になるように、前記ノッチフィルタの帯域幅
を表すＱ値を決定することを特徴としている。また、請
求項５に記載の発明は、実際のメカを接続した状態で、
トルク指令からモータ速度までの周波数応答関数を予め
測定し、１デカード-20dBダウンするゲイン線図の直線
から、実際に求められたゲイン線図の値が大きい方にず
れている周波数を目安にして、前記ノッチフィルタのノ
ッチ周波数を設定することを特徴としている。
【０００６】この制御ゲイン探索機能を備えたモータ制
御装置によれは、先ず、第１ステップで、ノッチフィル
タを使用しない状態で評価関数Ｅにより評価された、位
置制御部、トルクフィルタ部、電流制御部内の制御ゲイ
ンを決定した後、第２ステップとして、メカ振動を抑制
するために挿入されるノッチフィルタを追加した状態
で、評価関数Ｅにより評価されたノッチフィルタのノッ
チ周波数ｆｃを求めて、再び、制御ゲインを決定し、更
に、第３ステップとして、評価関数Ｅが最小でパラメー
タＫｇが最大となるような変数ＱとパラメータＫｇを探
索する作業を行ってノッチフィルタの帯域幅Ｑを求め、
最終的な制御ゲインを決定することで、位置制御部、ト
ルクフィルタ部、電流制御部内の制御ゲインを１つのパ
ラメータＫｇに基づいて自動的に決定する機能を備えた
モータ制御装置で、メカ振動を抑えるためのノッチフィ
ルタを追加して、制御ゲインを変えたような場合にも、
評価関数により応答を自動的に判断して最適な制御ゲイ
ンを探索・決定することができる。
御装置によれは、先ず、第１ステップで、ノッチフィル
タを使用しない状態で評価関数Ｅにより評価された、位
置制御部、トルクフィルタ部、電流制御部内の制御ゲイ
ンを決定した後、第２ステップとして、メカ振動を抑制
するために挿入されるノッチフィルタを追加した状態
で、評価関数Ｅにより評価されたノッチフィルタのノッ
チ周波数ｆｃを求めて、再び、制御ゲインを決定し、更
に、第３ステップとして、評価関数Ｅが最小でパラメー
タＫｇが最大となるような変数ＱとパラメータＫｇを探
索する作業を行ってノッチフィルタの帯域幅Ｑを求め、
最終的な制御ゲインを決定することで、位置制御部、ト
ルクフィルタ部、電流制御部内の制御ゲインを１つのパ
ラメータＫｇに基づいて自動的に決定する機能を備えた
モータ制御装置で、メカ振動を抑えるためのノッチフィ
ルタを追加して、制御ゲインを変えたような場合にも、
評価関数により応答を自動的に判断して最適な制御ゲイ
ンを探索・決定することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下，本発明の実施の形態につい
て図に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に
係る制御ゲイン探索機能を備えたモータ制御装置の処理
のフローチャートである。図２は図１に示すモータ制御
装置のブロック図である。図３は図１に示す評価関数の
説明図である。図４は図２に示す位置制御部、トルクフ
ィルタ部、ノッチフィルタ部、電流制御部、モータ、検
出器の詳細を示すブロック図である。図１において、１
１は本発明の第１ステップを表しており、第１ステップ
ではノッチフィルタを入れない状態で、位置偏差Peを変
数とする以下の評価関数Eが最小となるようなパラメー
タkgの最大値を探索する。
て図に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に
係る制御ゲイン探索機能を備えたモータ制御装置の処理
のフローチャートである。図２は図１に示すモータ制御
装置のブロック図である。図３は図１に示す評価関数の
説明図である。図４は図２に示す位置制御部、トルクフ
ィルタ部、ノッチフィルタ部、電流制御部、モータ、検
出器の詳細を示すブロック図である。図１において、１
１は本発明の第１ステップを表しており、第１ステップ
ではノッチフィルタを入れない状態で、位置偏差Peを変
数とする以下の評価関数Eが最小となるようなパラメー
タkgの最大値を探索する。
【数３】
ここで、Ｗｎは予め設定した重み関数であり、例えば、
位置指令が変化する場合としない場合とで、重みを変え
ることが可能である。また、（１）式は図３に示すよう
に、現試行における所定の区間[a,b]内で、サンプリン
グ周期tsのα倍（αは自然数）の間隔で位置偏差を取得
し、位置偏差の符号が反転するまでの最大値MAX1とその
時刻を記憶し、位置偏差の符号が反転した場合は、次に
反転するまでの最大値MAX2とその時刻を記憶し、それぞ
れの時刻の差であるΔｔを算出し、次に位置偏差の符号
が反転した場合は、次に反転するまでの最大値MAX1とそ
の時刻を記憶し、それぞれの時刻の差であるΔｔを算出
するという過程を繰り返し行うことにより実現される．
最初にパラメータkgを基準にして、図２に示す位置制御
部２２、トルクフィルタ部２３および電流制御部２５内
の制御ゲインを仮設定し、評価関数Eの現試行ｉでの値E
(i)が1試行前の値E(i-1)より大きくなった場合は1試行
前のパラメータkgの値を基に位置制御部、トルクフィル
タ部２３および電流制御部２５内の制御ゲインを決定す
る。１２は本発明の第２ステップを表しており、第２ス
テップでは、ノッチフィルタ部２４を入れた状態で、評
価関数Eが最小となるようなノッチ周波数fcを探索し、
さらに、評価関数Eが最小となるようなパラメータkgの
最大値を探索する。ここでは、第１ステップで決定した
制御ゲインを用いて、ノッチ周波数fcを最大値（例えば
2ｋHz）から下げていき、評価関数Eの現試行ｉでの値E
(i)が1試行前の値E(i-1)より大きくなった場合は1試行
前のノッチ周波数fcを設定値とし、再び、評価関数Eが
最小となるようなパラメータkgの最大値を探索する。第
３ステップは、第２ステップで決定されたノッチフィル
タ２４を入れた状態で、ノッチフィルタ２４の帯域幅を
設定できるＱ値を変えるとともに、評価関数Eが最小と
なるようなパラメータkgの最大値を探索する。ここで、
ノッチフィルタ２４は以下の（２）式を実現しており、
ωｎはノッチ周波数fcである。
位置指令が変化する場合としない場合とで、重みを変え
ることが可能である。また、（１）式は図３に示すよう
に、現試行における所定の区間[a,b]内で、サンプリン
グ周期tsのα倍（αは自然数）の間隔で位置偏差を取得
し、位置偏差の符号が反転するまでの最大値MAX1とその
時刻を記憶し、位置偏差の符号が反転した場合は、次に
反転するまでの最大値MAX2とその時刻を記憶し、それぞ
れの時刻の差であるΔｔを算出し、次に位置偏差の符号
が反転した場合は、次に反転するまでの最大値MAX1とそ
の時刻を記憶し、それぞれの時刻の差であるΔｔを算出
するという過程を繰り返し行うことにより実現される．
最初にパラメータkgを基準にして、図２に示す位置制御
部２２、トルクフィルタ部２３および電流制御部２５内
の制御ゲインを仮設定し、評価関数Eの現試行ｉでの値E
(i)が1試行前の値E(i-1)より大きくなった場合は1試行
前のパラメータkgの値を基に位置制御部、トルクフィル
タ部２３および電流制御部２５内の制御ゲインを決定す
る。１２は本発明の第２ステップを表しており、第２ス
テップでは、ノッチフィルタ部２４を入れた状態で、評
価関数Eが最小となるようなノッチ周波数fcを探索し、
さらに、評価関数Eが最小となるようなパラメータkgの
最大値を探索する。ここでは、第１ステップで決定した
制御ゲインを用いて、ノッチ周波数fcを最大値（例えば
2ｋHz）から下げていき、評価関数Eの現試行ｉでの値E
(i)が1試行前の値E(i-1)より大きくなった場合は1試行
前のノッチ周波数fcを設定値とし、再び、評価関数Eが
最小となるようなパラメータkgの最大値を探索する。第
３ステップは、第２ステップで決定されたノッチフィル
タ２４を入れた状態で、ノッチフィルタ２４の帯域幅を
設定できるＱ値を変えるとともに、評価関数Eが最小と
なるようなパラメータkgの最大値を探索する。ここで、
ノッチフィルタ２４は以下の（２）式を実現しており、
ωｎはノッチ周波数fcである。
【数４】
（２）式で表されるノッチフィルタ２４のＱ値を、例え
ば、0.1づつ大きくして、第１ステップと同様に評価関
数が最小になるようなkgの値を探索する。Ｑ値を大きく
しても評価関数E値が最小であるkg値が大きくならない
場合は第３ステップを終了する。
ば、0.1づつ大きくして、第１ステップと同様に評価関
数が最小になるようなkgの値を探索する。Ｑ値を大きく
しても評価関数E値が最小であるkg値が大きくならない
場合は第３ステップを終了する。
【０００８】次に、本発明を適用するモータ制御装置に
ついて図２を用いて説明する。図に２おいて、２１は位
置指令Prefを出力する指令発生部、２２は位置指令Pref
と検出されたモータの位置信号Pfbを入力してトルク指
令Trefを出力し、２つの入力信号が一致するようにモー
タ２４の位置制御をする位置制御部、２３はトルク指令
Trefを受けてフィルタをかけるトルクフィルタ部、２４
はトルクフィルタ部の出力であるトルク指令のノッチフ
ィルタを通すノッチフィルタ部、２５はノッチフィルタ
部の出力であるトルク指令Trefを受けて電流指令Irに変
換し、検出されたモ−タ電流Ifbが電流指令Trに一致す
るように電流制御を行いモータ２６に電流を供給する電
流制御部であり、図５の従来例と異なる構成は、評価関
数による応答判断部２ａとノッチフィルタ部２４の追加
である。２７はモータ２６の回転軸に接続するなどして
回転軸の回転位置を検出する検出器、２８はモ−タで駆
動されるメカ部、２９はワンパラメータチューニング部
であり、応答判断部２ａから出力される制御パラメ−タ
kg、ノッチ周波数Nfc、ノッチフィルタ帯域幅Ｑを入力
し、位置制御部２２とトルクフィルタ部２３と、電流制
御部２５に最適な制御パラメ−タを、図５に示したよう
な、本出願人が特願2000-209152で提案している方法に
基づいて設定すればよい。従って、本発明は、１つのパ
ラメ-タで複数の制御パラメ-タを自動的に決定できるば
かりでなく、評価関数Ｅを用いて応答を診断し、制御ゲ
インを最適に設定することで位置制御応答を自動的に向
上させることが可能であり、振動がある場合は、ノッチ
フィルタのノッチ周波数と帯域幅の最適値を自動的に設
定することにより、振動を抑えて、最適な制御ゲインを
探索できる。
ついて図２を用いて説明する。図に２おいて、２１は位
置指令Prefを出力する指令発生部、２２は位置指令Pref
と検出されたモータの位置信号Pfbを入力してトルク指
令Trefを出力し、２つの入力信号が一致するようにモー
タ２４の位置制御をする位置制御部、２３はトルク指令
Trefを受けてフィルタをかけるトルクフィルタ部、２４
はトルクフィルタ部の出力であるトルク指令のノッチフ
ィルタを通すノッチフィルタ部、２５はノッチフィルタ
部の出力であるトルク指令Trefを受けて電流指令Irに変
換し、検出されたモ−タ電流Ifbが電流指令Trに一致す
るように電流制御を行いモータ２６に電流を供給する電
流制御部であり、図５の従来例と異なる構成は、評価関
数による応答判断部２ａとノッチフィルタ部２４の追加
である。２７はモータ２６の回転軸に接続するなどして
回転軸の回転位置を検出する検出器、２８はモ−タで駆
動されるメカ部、２９はワンパラメータチューニング部
であり、応答判断部２ａから出力される制御パラメ−タ
kg、ノッチ周波数Nfc、ノッチフィルタ帯域幅Ｑを入力
し、位置制御部２２とトルクフィルタ部２３と、電流制
御部２５に最適な制御パラメ−タを、図５に示したよう
な、本出願人が特願2000-209152で提案している方法に
基づいて設定すればよい。従って、本発明は、１つのパ
ラメ-タで複数の制御パラメ-タを自動的に決定できるば
かりでなく、評価関数Ｅを用いて応答を診断し、制御ゲ
インを最適に設定することで位置制御応答を自動的に向
上させることが可能であり、振動がある場合は、ノッチ
フィルタのノッチ周波数と帯域幅の最適値を自動的に設
定することにより、振動を抑えて、最適な制御ゲインを
探索できる。
【０００９】次に、位置制御部２２と、トルクフィルタ
部２３と、ノッチフィルタ部２４と電流制御部２５と、
モ−タ２６と検出器２７の詳細について図４を用いて説
明する。図４中、４１は位置指令Prefからモ-タ位置Pfb
を減じて位置偏差を出力する減算器、４２は位置偏差に
メインパラメータkgの2乗をかける乗算器、４３は乗算
器４２の出力に補助ゲインkpをかける乗算器、４４は位
置偏差を積分する積分器、４５は積分器４４の出力にメ
インパラメータkgの3乗をかける乗算器、４６は乗算器
４５の出力に補助ゲインkiをかける乗算器、４７は位置
偏差に時定数tvのフィルタをかける速度フィルタ、４８
は速度フィルタ４７の出力を微分する微分器、４９は微
分器４８の出力にメインパラメータkgをかける乗算器、
４ａは乗算器４９の出力に補助ゲインkdをかける乗算
器、４ｂは乗算器４３と４６と４ａの出力を加える加算
器である。４ｃは加算器４ｂの出力であるトルク指令A
に時定数tfのフィルタを通して新たにトルク指令Bを作
成するトルクフィルタ、４ｄはトルク指令Bにノッチ周
波数fcで帯域幅がQであるフィルタを通して新たにトル
ク指令Cを作成するノッチフィルタ、４ｅはトルク指令C
を電流指令に変換する電流変換定数である。４ｆは電流
指令Irとモ-タ電流Ifbを減じて電流偏差を出力する減算
器、４ｇは電流ル-プゲインkaと電流積分時定数taで構
成されるPI制御器であり、電流をモ-タ４ｈに出力す
る。モ-タ４ｈは抵抗RとインダクタンスLとトルク定数k
tと誘起電圧定数keでモデル化している。以上に示した
ように、モ-タモデルに表した抵抗R 、インダクタンスL
、トルク定数kt、誘起電圧定数ke、および電流変換定
数ka以外の１０個の制御パラメ-タは、ユ-ザが設定しな
ければならず、それぞれのパラメ-タの整合を取らなけ
れば振動を誘発して、要求仕様を満たせない場合があ
る。そこで本発明では、メインパラメータkg、補助ゲイ
ンkp、補助ゲインki、速度フィルタ時定数tv、補助ゲイ
ンkd、トルクフィルタ時定数tfを、本出願人が特願2000
-209152で提案している方法に基づいて設定し、さらに
ノッチ周波数fc、ノッチフィルタ帯域幅Ｑおよびメイン
パラメータkgを評価関数に基づいて最適値を探索する。
なお、抵抗RとインダクタンスLとトルク定数ktと誘起電
圧定数keはモ−タ固有の値であり、チュ−ニングする必
要はない。最後に、ノッチフィルタを設定する指針につ
いて説明する。実際のメカを接続した状態で、トルク指
令からモータ速度までの周波数応答関数を予め測定し、
１デカード-20dBダウンするゲイン線図の直線から、実
際に求められたゲイン線図の値が大きい方にずれている
周波数を目安にして、ノッチフィルタのノッチ周波数を
設定し、ノッチフィルタのノッチ周波数から低い方のノ
ッチフィルタのゲインの-3dBダウンの周波数が、トルク
フィルタのゲインが-3dBダウンするカットオフ周波数よ
り大きい値になるように、ノッチフィルタの帯域幅Ｑ値
を決定することにより、ノッチフィルタとトルクフィル
タが干渉することがなく、ノッチフィルタを設定でき
る。
部２３と、ノッチフィルタ部２４と電流制御部２５と、
モ−タ２６と検出器２７の詳細について図４を用いて説
明する。図４中、４１は位置指令Prefからモ-タ位置Pfb
を減じて位置偏差を出力する減算器、４２は位置偏差に
メインパラメータkgの2乗をかける乗算器、４３は乗算
器４２の出力に補助ゲインkpをかける乗算器、４４は位
置偏差を積分する積分器、４５は積分器４４の出力にメ
インパラメータkgの3乗をかける乗算器、４６は乗算器
４５の出力に補助ゲインkiをかける乗算器、４７は位置
偏差に時定数tvのフィルタをかける速度フィルタ、４８
は速度フィルタ４７の出力を微分する微分器、４９は微
分器４８の出力にメインパラメータkgをかける乗算器、
４ａは乗算器４９の出力に補助ゲインkdをかける乗算
器、４ｂは乗算器４３と４６と４ａの出力を加える加算
器である。４ｃは加算器４ｂの出力であるトルク指令A
に時定数tfのフィルタを通して新たにトルク指令Bを作
成するトルクフィルタ、４ｄはトルク指令Bにノッチ周
波数fcで帯域幅がQであるフィルタを通して新たにトル
ク指令Cを作成するノッチフィルタ、４ｅはトルク指令C
を電流指令に変換する電流変換定数である。４ｆは電流
指令Irとモ-タ電流Ifbを減じて電流偏差を出力する減算
器、４ｇは電流ル-プゲインkaと電流積分時定数taで構
成されるPI制御器であり、電流をモ-タ４ｈに出力す
る。モ-タ４ｈは抵抗RとインダクタンスLとトルク定数k
tと誘起電圧定数keでモデル化している。以上に示した
ように、モ-タモデルに表した抵抗R 、インダクタンスL
、トルク定数kt、誘起電圧定数ke、および電流変換定
数ka以外の１０個の制御パラメ-タは、ユ-ザが設定しな
ければならず、それぞれのパラメ-タの整合を取らなけ
れば振動を誘発して、要求仕様を満たせない場合があ
る。そこで本発明では、メインパラメータkg、補助ゲイ
ンkp、補助ゲインki、速度フィルタ時定数tv、補助ゲイ
ンkd、トルクフィルタ時定数tfを、本出願人が特願2000
-209152で提案している方法に基づいて設定し、さらに
ノッチ周波数fc、ノッチフィルタ帯域幅Ｑおよびメイン
パラメータkgを評価関数に基づいて最適値を探索する。
なお、抵抗RとインダクタンスLとトルク定数ktと誘起電
圧定数keはモ−タ固有の値であり、チュ−ニングする必
要はない。最後に、ノッチフィルタを設定する指針につ
いて説明する。実際のメカを接続した状態で、トルク指
令からモータ速度までの周波数応答関数を予め測定し、
１デカード-20dBダウンするゲイン線図の直線から、実
際に求められたゲイン線図の値が大きい方にずれている
周波数を目安にして、ノッチフィルタのノッチ周波数を
設定し、ノッチフィルタのノッチ周波数から低い方のノ
ッチフィルタのゲインの-3dBダウンの周波数が、トルク
フィルタのゲインが-3dBダウンするカットオフ周波数よ
り大きい値になるように、ノッチフィルタの帯域幅Ｑ値
を決定することにより、ノッチフィルタとトルクフィル
タが干渉することがなく、ノッチフィルタを設定でき
る。
【００１０】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、位置制御部、電流制御部、トルクフィルタ部などの
制御パラメータを１つのパラメータで振動することなく
設定できるばかりでなく、ノッチフィルタのノッチ周波
数と帯域幅を自動的に探索することにより、さらに最適
な制御ゲインを設定可能となり、位置決め時間短縮や軌
跡追従特性の改善に効果があるばかりでなく、ユーザー
にとって難解な複数の制御パラメータおよびノッチフィ
ルタの設定を人の手を全く煩わせることなく、自動的に
設定可能な制御ゲイン探索機能を備えたモータ制御装置
が実現できるという効果がある。
ば、位置制御部、電流制御部、トルクフィルタ部などの
制御パラメータを１つのパラメータで振動することなく
設定できるばかりでなく、ノッチフィルタのノッチ周波
数と帯域幅を自動的に探索することにより、さらに最適
な制御ゲインを設定可能となり、位置決め時間短縮や軌
跡追従特性の改善に効果があるばかりでなく、ユーザー
にとって難解な複数の制御パラメータおよびノッチフィ
ルタの設定を人の手を全く煩わせることなく、自動的に
設定可能な制御ゲイン探索機能を備えたモータ制御装置
が実現できるという効果がある。
【図１】本発明の実施の形態に係る制御ゲイン探索機能
を備えたモータ制御装置の処理のフローチャートであ
る。
を備えたモータ制御装置の処理のフローチャートであ
る。
【図２】図１に示すモ−タ制御装置のブロック図であ
る。
る。
【図３】図１に示す評価関数の説明図である。
【図４】図２に示す位置制御部、トルクフィルタ部、ノ
ッチフィルタ部、電流制御部、モ−タ、検出器の詳細を
示すブロック図である。
ッチフィルタ部、電流制御部、モ−タ、検出器の詳細を
示すブロック図である。
【図５】従来のモータ制御装置のブロック図である。
１１ 第１ステップ
１２ 第２ステップ
１３ 第３ステップ
２ａ 応答判断部
２１ 位置指令部
２２ 位置制御部
２３ トルクフィルタ部
２４ ノッチフィルタ部
２５ 電流制御部
２６ モータ
２７ 検出器
２８ メカ部
２９ ワンパラメータチューニング部
４１ 減算器
４２、４３、４５、４６、４９、４ａ 乗算器
４４ 積分器
４７ 速度フィルタ
４８ 微分器
４ｂ 加算器
４ｃ トルクフィルタ
４ｄ ノッチフィルタ
４ｅ 電流変換定数
４ｆ 減算器
４ｇ ＰＩ制御器
４ｈ モータ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０５Ｄ 3/12 ３０５ Ｇ０５Ｄ 3/12 ３０５Ｖ
// Ｂ２３Ｑ 15/12 Ｂ２３Ｑ 15/12 Ｚ
Ｆターム(参考） 3C001 KA01 KB04 KB09 TB11
5H004 GA21 GA27 GB15 GB16 HA07
HA08 HB07 HB08 JA11 JB21
KC08 KC48 KC53 KD62
5H303 AA01 AA04 AA10 CC05 CC06
DD01 HH01 JJ01 JJ04 KK06
LL03
5H550 AA18 BB08 BB09 EE05 GG01
GG10 JJ26
Claims (5)
- 【請求項１】 位置指令とモータ位置を入力し位置指令
にモ−タ位置が一致するようにトルク指令Aを決定する
位置制御部と、前記トルク指令Aを入力しフィルタを通
してトルク指令Bを決定するトルクフィルタ部と、前記
トルク指令Bを入力してノッチフィルタを通しトルク指
令Cを出力するノッチフィルタ部と、前記トルク指令Cを
入力し電流指令に変換してモ−タ電流が電流指令に一致
するように電流制御を行いモータを駆動する電流制御部
と、モータとモータの位置を検出する検出器と、モータ
で駆動されるメカ部とを備え、前記位置制御部、前記ト
ルクフィルタ部および前記電流制御部内の制御ゲインを
1つのパラメータkgに基づいて自動的に決定する、制御
ゲイン探索機能を備えたモータ制御装置において、同じ
位置指令パタンを繰り返し前記位置制御部に入力し、前
記位置制御部内の位置偏差を変数とする所定の評価関数
Eの値を試行ごとにモニタし、前記ノッチフィルタを使
用しない状態で、試行ごとに前記パラメータkgを上げて
いき、現試行ｉでの評価関数E(i)が1試行前の値E(i-1)
より大きくなった場合は1試行前のパラメータkgの値を
基に前記位置制御部、前記トルクフィルタ部および前記
電流制御部内の制御ゲインを決定する第１ステップと、
第１ステップで決定された制御ゲインを用いて、ノッチ
フィルタを使用する状態で試行ごとにノッチフィルタの
ノッチ周波数fcを高周波から下げていき、現試行時の評
価関数E(i)が1試行前の値E(i-1)より大きくなった場合
は1試行前のノッチ周波数fcをノッチフィルタの設定値
とし，再び第１ステップと同様に、評価関数を基に前記
パラメータkgを決定することによりノッチ周波数fcと、
前記パラメータkg値と、kg値を基に前記位置制御部、前
記トルクフィルタ部および前記電流制御部内の制御ゲイ
ンを決定するする第２ステップと、第２ステップで設定
されたノッチフィルタを使用した状態で、前記ノッチフ
ィルタの帯域幅を設定する変数Ｑ値を現在のＱ値よりも
大きくすることにより帯域幅を狭くし、再び第１ステッ
プと同様に評価関数を基に前記パラメータkgを上げ、現
試行時の評価関数E(i)が1試行前の値E(i-1)より大きく
なった場合は、前記変数Ｑ値を現在のＱ値よりもさらに
大きくし、前記パラメータkgを上げることにより，評価
関数E(i)が最小でパラメータkgが最大となるような変数
Ｑとパラメータkgを探すサイクルを繰り返すことによ
り、ノッチフィルタの変数Ｑ値と、前記パラメータkg値
と、kg値を基に前記位置制御部、前記トルクフィルタ部
および前記電流制御部内の制御ゲインを決定する第３ス
テップと、を備えることを特徴とする制御ゲイン探索機
能を備えたモータ制御装置。 - 【請求項２】 前記位置制御部は，３つのトルク指令発
生手段を備え、第１トルク指令発生手段では、前記メイ
ンパラメータkgの２乗に補助ゲインkpを乗じた値である
第１ゲインG1に、前記位置指令と前記モータ位置の差で
ある位置偏差を乗じた値を出力し、第２トルク指令発生
手段では、前記メインパラメータkgの3乗に補助ゲインk
iを乗じた値である第２ゲインG2に、前記位置偏差の積
分値を乗じた値を出力し、第３トルク指令発生手段で
は、前記位置偏差の微分値に時定数tvのローパスフィル
タを通した後、前記メインパラメータKgに補助ゲインKd
を乗じた値である第３ゲインG3を乗じた値を出力し、前
記第１トルク指令発生手段、第２トルク指令発生手段、
前記第３トルク指令発生手段から出力されたトルク指令
を加算し、前記トルクフィルタ部に出力する加算手段
と、を備え、前記G1,G2,G3と、トルクフィルタ部の時定
数tfと前記時定数tvと前記電流制御部内の電流ル−プゲ
インkaと電流積分時定数taと、をメインパラメ−タkgに
基づいて自動的に決定することを特徴とする請求項１記
載の制御ゲイン探索機能を備えたモータ制御装置。 - 【請求項３】 前記評価関数Ｅに関し、現試行における
所定の区間[a,b]内で、サンプリング周期tsのα倍（α
は自然数）の間隔で位置偏差を取得し、位置偏差の符号
が反転するまでの最大値MAX1とその時刻を記憶し、位置
偏差の符号が反転した場合は、次に反転するまでの最大
値MAX2とその時刻を記憶し、それぞれの時刻の差である
Δｔを算出し、次に位置偏差の符号が反転した場合は、
次に反転するまでの最大値MAX1とその時刻を記憶し、そ
れぞれの時刻の差であるΔｔを算出するという過程を繰
り返し行い、現試行における以下の評価関数Ｅ 【数１】 ここで、Ｗｎは予め設定した重み関数である．とするこ
とを特徴とする請求項１記載の制御ゲイン探索機能を備
えたモータ制御装置． - 【請求項４】 前記ノッチフィルタのノッチ周波数から
低い方のノッチフィルタのゲインの-3dBダウンの周波数
が、前記トルクフィルタのゲインが-3dBダウンするカッ
トオフ周波数より大きい値になるように、前記ノッチフ
ィルタの帯域幅を表すＱ値を決定することを特徴とする
請求項１記載の制御ゲイン探索機能を備えたモータ制御
装置． - 【請求項５】 実際のメカを接続した状態で、トルク指
令からモータ速度までの周波数応答関数を予め測定し、
１デカード-20dBダウンするゲイン線図の直線から、実
際に求められたゲイン線図の値が大きい方にずれている
周波数を目安にして、前記ノッチフィルタのノッチ周波
数を設定することを特徴とする請求項１記載の制御ゲイ
ン探索機能を備えたモータ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182248A JP4696406B2 (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 制御ゲイン探索機能を備えたモータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001182248A JP4696406B2 (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 制御ゲイン探索機能を備えたモータ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003009562A true JP2003009562A (ja) | 2003-01-10 |
| JP4696406B2 JP4696406B2 (ja) | 2011-06-08 |
Family
ID=19022390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001182248A Expired - Fee Related JP4696406B2 (ja) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | 制御ゲイン探索機能を備えたモータ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4696406B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006254630A (ja) * | 2005-03-11 | 2006-09-21 | Yaskawa Electric Corp | モータ制御装置およびその制御方法 |
| JP2006288113A (ja) * | 2005-04-01 | 2006-10-19 | Yaskawa Electric Corp | 振動抑制フィルタの設定方法 |
| JP2013121287A (ja) * | 2011-12-08 | 2013-06-17 | Sanyo Denki Co Ltd | モータ制御装置 |
| WO2018163664A1 (ja) * | 2017-03-10 | 2018-09-13 | オムロン株式会社 | 評価装置、評価方法、および制御装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH06208404A (ja) * | 1993-01-11 | 1994-07-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | フィードバックゲイン自動調整ユニット |
| JPH07328969A (ja) * | 1994-06-07 | 1995-12-19 | Daikin Ind Ltd | ロボット制御装置 |
| JP2000287472A (ja) * | 1999-03-30 | 2000-10-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | モータの制御装置 |
| JP2002027784A (ja) * | 2000-07-11 | 2002-01-25 | Yaskawa Electric Corp | モータ制御装置 |
-
2001
- 2001-06-15 JP JP2001182248A patent/JP4696406B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN103167737A (zh) * | 2011-12-08 | 2013-06-19 | 山洋电气株式会社 | 电动机控制装置 |
| WO2018163664A1 (ja) * | 2017-03-10 | 2018-09-13 | オムロン株式会社 | 評価装置、評価方法、および制御装置 |
| JP2018152950A (ja) * | 2017-03-10 | 2018-09-27 | オムロン株式会社 | 評価装置、評価方法、および制御装置 |
| US11121659B2 (en) | 2017-03-10 | 2021-09-14 | Omron Corporation | Evaluation device, evaluation method and control device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4696406B2 (ja) | 2011-06-08 |
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