JP2006227793A - 電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置および電動機制御装置の制御パラメータ設定方法 - Google Patents
電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置および電動機制御装置の制御パラメータ設定方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 制御パラメータの設定具合により目標の周波数特性となるゲイン余裕や位相余裕を予測することが可能な電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置および電動機制御装置の制御パラメータ設定方法を提供する。
【解決手段】 電動機１または機械５からなる被検出体の動作量を検出する検出手段２と、指令信号を発生する指令器４と、指令信号を受けて電動機１を駆動する制御器３とからなる電動機制御装置において、制御器３の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測する開ループ周波数応答特性計測手段６と、電動機制御装置の制御器の制御器モデル２３と、計測した開ループ周波数応答特性と制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する演算手段７と、制御器の制御パラメータと一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析装置１２を備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】 電動機１または機械５からなる被検出体の動作量を検出する検出手段２と、指令信号を発生する指令器４と、指令信号を受けて電動機１を駆動する制御器３とからなる電動機制御装置において、制御器３の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測する開ループ周波数応答特性計測手段６と、電動機制御装置の制御器の制御器モデル２３と、計測した開ループ周波数応答特性と制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する演算手段７と、制御器の制御パラメータと一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析装置１２を備えている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、半導体製造装置や工作機械などの位置決め装置あるいは産業用ロボットに用いられる電動機制御装置に関するものであって、電動機制御装置の制御パラメータ調整を最適に行うことを目的とした、制御パラメータ調整結果を確認するための電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置および電動機制御装置の制御パラメータ設定方法に関するものである。
従来、電動機制御装置の制御パラメータ調整を最適に行うことを目的とした、制御パラメータ調整結果を確認するための電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置については、例えば特許文献１、特許文献２に開示されたものがある。
まず、第１従来技術である特許文献１は、運動機構の動特性の経時的な変化を短時間かつ高精度に捕捉して同定することを目的として提案された露光装置及び除振装置、システム同定装置及びその方法であって、運動機構において、その運動を制御するためのアクチュエータに疑似不規則信号を印加し、この疑似不規則信号の時系列データとともに運動機構の運動状態を計測するセンサの時系列データを収集してデータ記憶手段に記憶させ、該データ記憶手段に記憶させた時系列データに対してフィルタリングを施し、このフィルタリングしたデータを使ってシステム同定を施し、システム同定によって算出した数学モデルを使って運動機構の特性値を導出し、特性値の変化を経時的に捕捉して運動機構の性能維持の適否を自己診断するようになっている。具定例は以下に示す。
図１８は第１従来技術の半導体製造装置におけるアクティブ除振装置に適用したシステム同定装置および方法を示したブロック図、図１９は第１従来技術におけるアクティブ除振装置とそれに搭載されたＸＹステージの構造を示す図である。
図１８において、２０１は除振台を含む露光装置本体であり、除振台の制御には以下に示すセンサとアクチュエータが取り付けられている。すなわち、ＡＣは振動検出手段となる加速度センサ２５１、ＰＯは位置計測手段となる位置センサ２５２、ＳＶは大重量の除振台を含む装置本体を支持するサーボバルブ、ＰＲは空気ばね内の圧力を計測する圧力センサ２５３、ＬＭは除振台の振動を抑制する電磁モータである。これらセンサとアクチュエータを表わす記号は、方位と除振台における部位とを示している。
図１８において、２０１は除振台を含む露光装置本体であり、除振台の制御には以下に示すセンサとアクチュエータが取り付けられている。すなわち、ＡＣは振動検出手段となる加速度センサ２５１、ＰＯは位置計測手段となる位置センサ２５２、ＳＶは大重量の除振台を含む装置本体を支持するサーボバルブ、ＰＲは空気ばね内の圧力を計測する圧力センサ２５３、ＬＭは除振台の振動を抑制する電磁モータである。これらセンサとアクチュエータを表わす記号は、方位と除振台における部位とを示している。
また、図１９において、除振台２０２の上にはＸＹステージ２０３が搭載されており、センサとアクチュエータとを内蔵する能動マウント２０４−１、２０４−２、２０４−３によって支持されている。この加速度センサＡＣ−Ｘ１は、能動マウント２０４−１内のＸ方向の振動を計測する。加速度センサＡＣ−Ｚ１、−Ｚ２、−Ｚ３、−Ｘ１、−Ｙ２、−Ｙ３の出力は運動モード抽出演算手段２０５に導かれる。ここでは、除振台２０２の並進や回転といった運動モードの信号、いわゆる運動モード加速度信号（ａｘ，ａｙ，ａｚ，ａθｘ，ａθｙ，ａθｚ）を求めている。次に、運動モード加速度信号は積分補償器２０６に導かれて運動モードごとの速度信号へと変換されている。続いて、各運動モードごとにダンピングを調整するためのゲイン補償器２０７へと導かれ、その出力信号は運動モード駆動信号（ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ，ｄθｘ，ｄθｙ，ｄθｚ）となる。この信号は運動モード分配演算手段２０８を通って各能動マウントの各アクチュエータが発生すべき駆動信号（ｄｚ１，ｄｚ２，ｄｚ３，ｄｘ１，ｄｙ２，ｄｙ３）となり、この信号でドライバ２０９が励起される。このような振動制御系の構成によって、除振台２０２の振動特性は運動モードごとにほぼ非干渉に調整することができる。
また、上述の電磁モータＬＭに対する振動制御系の各ドライバ２０９の前段には加算端子が設けられており、そこには多チャンネル・無相関・Ｍ系列信号発生器２１０の出力が、スイッチ２１１を介して接続されている。スイッチ２１１は各能動マウント内の全電磁モータＬＭへの接続のオンオフを管理する。図示の場合、全電磁モータＬＭがＭ系列信号によって加振される。
加振中の除振台２０２の挙動は、露光装置本体２０１に装着する振動計測手段ＡＣ、位置計測手段ＰＯ、圧力計測手段ＰＲを含めて運動状態を計測する他のセンサの出力信号で捉え、Ｍ系列信号発生器２１０の信号とともにデータ記憶部２１２に収集される。
次に、データ記憶部２１２に収集された時系列データは、プリフィルタリング部２１３にてフィルタリング処理される。続いて、システム同定部２１４においてフィルタリングされた入出力データに対して同定がなされる。ここでシステム同定とは、入出力データを使って数学モデルを導出することである。最後に、システム同定部２１４で取得した数学モデルは特性抽出・診断部２１５に送られて、ここで更に特性抽出および診断のためのデータ変換が行なわれる。
また、上述の電磁モータＬＭに対する振動制御系の各ドライバ２０９の前段には加算端子が設けられており、そこには多チャンネル・無相関・Ｍ系列信号発生器２１０の出力が、スイッチ２１１を介して接続されている。スイッチ２１１は各能動マウント内の全電磁モータＬＭへの接続のオンオフを管理する。図示の場合、全電磁モータＬＭがＭ系列信号によって加振される。
加振中の除振台２０２の挙動は、露光装置本体２０１に装着する振動計測手段ＡＣ、位置計測手段ＰＯ、圧力計測手段ＰＲを含めて運動状態を計測する他のセンサの出力信号で捉え、Ｍ系列信号発生器２１０の信号とともにデータ記憶部２１２に収集される。
次に、データ記憶部２１２に収集された時系列データは、プリフィルタリング部２１３にてフィルタリング処理される。続いて、システム同定部２１４においてフィルタリングされた入出力データに対して同定がなされる。ここでシステム同定とは、入出力データを使って数学モデルを導出することである。最後に、システム同定部２１４で取得した数学モデルは特性抽出・診断部２１５に送られて、ここで更に特性抽出および診断のためのデータ変換が行なわれる。
このように、第１従来技術の装置は、閉ループもしくは開ループの制御系を構成するシステムに対して、疑似不規則信号（Ｍ系列信号）を印加して装置を構成する各要素の特性を同定し、装置の生産効率、運転効率を犠牲にすることなく、半導体露光装置のような産業機器の自己診断や異常検出を迅速に行うことができる。
次に、第２従来技術である特許文献２について説明する。
図２０は、第２従来技術における位置決め制御方法で行われる伝達関数を繰り返し修正しながら制御を行う方法を説明した模式図である。
第２従来技術は、制御指令と制御対象の動作間の入出力特性を精度良く求めて制御指令を決定し制御対象に希望する動作を確実に実行させることを目的として提案された位置決め制御方法及び装置である。
具体的には、図２０に示すように、始めに既知の入力と応答から求めた伝達関数Ｈ１を用いて、希望する応答Ｏから入力１を計算し、目標入力位置データとして位置決め装置に教示する。このとき、得られた応答１が希望する許容値内に誤差が収束していなければ、式（Ｈｉ＋１（ｊω）＝Ｏｉ（ｊω）／Ｉｉ（ｊω））によって周波数領域の応答Ｏｉを用いて伝達関数Ｈ２を計算する。この伝達関数Ｈ２を用いて希望する応答より新たな入力２を算出して目標入力位置データとする。この操作を誤差が収束するまで繰り返し、伝達関数を修正しながら所定の制御結果が得られるまで繰り返すことにより、高精度な位置決めを実現されるというものである。つまり、伝達関数を繰り返し修正しながら位置決め制御を行うことにより効率的かつ高精度になるように目標入力位置データを求めるものである。
図２０は、第２従来技術における位置決め制御方法で行われる伝達関数を繰り返し修正しながら制御を行う方法を説明した模式図である。
第２従来技術は、制御指令と制御対象の動作間の入出力特性を精度良く求めて制御指令を決定し制御対象に希望する動作を確実に実行させることを目的として提案された位置決め制御方法及び装置である。
具体的には、図２０に示すように、始めに既知の入力と応答から求めた伝達関数Ｈ１を用いて、希望する応答Ｏから入力１を計算し、目標入力位置データとして位置決め装置に教示する。このとき、得られた応答１が希望する許容値内に誤差が収束していなければ、式（Ｈｉ＋１（ｊω）＝Ｏｉ（ｊω）／Ｉｉ（ｊω））によって周波数領域の応答Ｏｉを用いて伝達関数Ｈ２を計算する。この伝達関数Ｈ２を用いて希望する応答より新たな入力２を算出して目標入力位置データとする。この操作を誤差が収束するまで繰り返し、伝達関数を修正しながら所定の制御結果が得られるまで繰り返すことにより、高精度な位置決めを実現されるというものである。つまり、伝達関数を繰り返し修正しながら位置決め制御を行うことにより効率的かつ高精度になるように目標入力位置データを求めるものである。
次に、図２１は第２従来技術における位置決め制御方法を適用した装置（ＮＣタレットパンチプレス）及びその制御ブロック図を示したものであり、図２２は同じく、第２従来技術における位置決め制御方法を適用した装置の他の制御ブロック図を示したものである。
まず、図２１において、３０１はキャリッジ、３０２はＡＣサーボモータ、３０３はボールねじ、３０４はサーボアンプ、３０５はＮＣコントロールユニットである。
図２１に示すように制御対象としてのキャリッジ３０１の駆動系にはＡＣサーボモータ３０２とボールねじ３０３により駆動される。
さらにこの位置決め制御は、ＡＣサーボモータ３０２を用いたディジタルフィードバックされ、ＡＣサーボモータ３０２はサーボアンプ４を介してＮＣコントロールユニット３０５により駆動制御される。
ＡＣサーボモータ３０２のＮＣコントロールユニット３０５における制御プロセスは、
まず、ステップ状の入力位置データをかたちづくるプロファイルデータを入力し、そのプロファイルデータに基づいて目標入力位置指令データを算出し、その目標入力位置指令データにより前記ＡＣサーボモータ３０２を運転する。またそれと共にその目標入力位置指令データを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）する。
次にレーザ測長機により測定されたキャリッジ３０１の実移動量をサンプリングして、目標入力位置指令データとの誤差により、精度を判定する。その判定結果が問題なければ、前記目標入力位置指令データでＡＣサーボモータ３０２の駆動を続ける。
また、その判定結果が限界値を越えた場合には、前記実移動量データを高速フーリエ変換し、前記目標入力位置指令データのフーリエ変換データと前記実移動量データのフーリエ変換データとから伝達関数を算出する。
次いでその伝達関数と目標入力位置指令データのフーリエ変換データとから再度目標入力位置データを算出し、その再度算出された新目標入力位置データを逆フーリエ変換する。得られた新目標入力位置データにより前記ＡＣサーボモータ３０２を運転する。
次に再度レーザ測長機で測定したキャリッジ３０１の実移動量をサンプリングし、目標入力位置データとの誤差により、精度を判定する。その判定結果が問題なければ、前記新目標入力位置データでＡＣサーボモータ３０２の駆動を続ける。また、その判定結果が限界値を越えた場合には、前記実移動量データをフーリエ変換し、前記新目標入力位置データのフーリエ変換データと前記実移動量データのフーリエ変換データとから再度伝達関数を算出し、その伝達関数と目標入力位置指令データのフーリエ変換データとから再度別の新目標入力位置データを算出し、その再度算出された新目標入力位置データを逆フーリエ変換する。それにより得られた新目標入力位置データにより前記ＡＣサーボモータ２を運転する。
したがって、以上の図２１のブロック図に示されるように従来の例においては伝達関数を算出する目標入力位置データに常に最新の目標入力位置データを用いる。
まず、図２１において、３０１はキャリッジ、３０２はＡＣサーボモータ、３０３はボールねじ、３０４はサーボアンプ、３０５はＮＣコントロールユニットである。
図２１に示すように制御対象としてのキャリッジ３０１の駆動系にはＡＣサーボモータ３０２とボールねじ３０３により駆動される。
さらにこの位置決め制御は、ＡＣサーボモータ３０２を用いたディジタルフィードバックされ、ＡＣサーボモータ３０２はサーボアンプ４を介してＮＣコントロールユニット３０５により駆動制御される。
ＡＣサーボモータ３０２のＮＣコントロールユニット３０５における制御プロセスは、
まず、ステップ状の入力位置データをかたちづくるプロファイルデータを入力し、そのプロファイルデータに基づいて目標入力位置指令データを算出し、その目標入力位置指令データにより前記ＡＣサーボモータ３０２を運転する。またそれと共にその目標入力位置指令データを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）する。
次にレーザ測長機により測定されたキャリッジ３０１の実移動量をサンプリングして、目標入力位置指令データとの誤差により、精度を判定する。その判定結果が問題なければ、前記目標入力位置指令データでＡＣサーボモータ３０２の駆動を続ける。
また、その判定結果が限界値を越えた場合には、前記実移動量データを高速フーリエ変換し、前記目標入力位置指令データのフーリエ変換データと前記実移動量データのフーリエ変換データとから伝達関数を算出する。
次いでその伝達関数と目標入力位置指令データのフーリエ変換データとから再度目標入力位置データを算出し、その再度算出された新目標入力位置データを逆フーリエ変換する。得られた新目標入力位置データにより前記ＡＣサーボモータ３０２を運転する。
次に再度レーザ測長機で測定したキャリッジ３０１の実移動量をサンプリングし、目標入力位置データとの誤差により、精度を判定する。その判定結果が問題なければ、前記新目標入力位置データでＡＣサーボモータ３０２の駆動を続ける。また、その判定結果が限界値を越えた場合には、前記実移動量データをフーリエ変換し、前記新目標入力位置データのフーリエ変換データと前記実移動量データのフーリエ変換データとから再度伝達関数を算出し、その伝達関数と目標入力位置指令データのフーリエ変換データとから再度別の新目標入力位置データを算出し、その再度算出された新目標入力位置データを逆フーリエ変換する。それにより得られた新目標入力位置データにより前記ＡＣサーボモータ２を運転する。
したがって、以上の図２１のブロック図に示されるように従来の例においては伝達関数を算出する目標入力位置データに常に最新の目標入力位置データを用いる。
また、以上の位置決め制御運転において、図２２のブロック図に示されるように検出される実移動量データの精度判定により、実移動量データと目標入力位置データとの誤差が限界値以下に収束した場合には、判定手段の判定によって目標入力位置指令データで制御対象を位置決め制御運転する。
一方検出される実移動量データと目標入力位置データとの誤差が一定以下に収束しない場合には、判定手段による判定に基づき伝達関数を修正しながら行う第１の補正を停止し、時間データによる目標入力位置データ補正を行う第２の補正を行い、その第２の補正後の目標入力位置データを最終目標入力位置データとして制御対象を位置決め制御運転する。かかる第２の補正は目標入力と実移動量との誤差の時間データに基づいて新目標入力位置データを算出する補正である。
一方検出される実移動量データと目標入力位置データとの誤差が一定以下に収束しない場合には、判定手段による判定に基づき伝達関数を修正しながら行う第１の補正を停止し、時間データによる目標入力位置データ補正を行う第２の補正を行い、その第２の補正後の目標入力位置データを最終目標入力位置データとして制御対象を位置決め制御運転する。かかる第２の補正は目標入力と実移動量との誤差の時間データに基づいて新目標入力位置データを算出する補正である。
このように、従来の位置決め制御方法及びその装置は、公知の手法である逆伝達関数補償法を用いて、繰り返し伝達関数補正による制御方法に伝達関数の補正精度を向上させる改良を加え、目標入力位置データを求めるのである。
特開２０００−８２６６２号公報
特開平７−７２９３３号公報
しかしながら、第１従来技術におけるシステム同定装置及びその方法は、閉ループの制御系においても、疑似不規則信号（Ｍ系列信号）を印加して装置を構成する各要素の特性を同定することになっているが、閉ループの制御系に、疑似不規則信号（Ｍ系列信号）などを印加した場合には、アクチュエータへ供給する電流（トルクや推力）が飽和するので、制御系に制限がかかりシステム本来の応答を把握できないというような問題があった。つまり、機械の特性と、制御パラメータの設定が合致しているかを把握できないという問題があった。
また、第２従来技術における位置決め制御方法及びその装置は、初めに既知の入力と応答から求めた伝達関数Ｈ１を、目標入力位置データと実移動応答データから伝達関数Ｈ２に修正する方法で、伝達関数を求めているが、伝達関数を繰り返し修正しながら位置決め制御を行うことにより効率的かつ高精度になるように目標入力位置データを求めており、最適な制御系のパラメータを調整できないという問題があった。
上記のような従来技術にある位置決め装置などでは、制御パラメータを機械に最適になるように調整するために。例えば、機械の特性と制御パラメータの設定が合致しているかを示す指針となるものであって、ゲイン余裕や位相余裕を把握することで制御系の安定判別を可能とする一巡開ループ周波数応答特性の採用が望まれる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、実測した開ループ周波数応答特性（機械特性）から制御器モデルを利用することにより、一巡開ループ周波数応答特性を推定すると共に制御パラメータの設定具合を把握することができ、さらに制御パラメータの設定具合により目標の周波数特性となるゲイン余裕や位相余裕を予測することが可能な電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置および電動機制御装置の制御パラメータ設定方法を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に係る電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の発明は、機械に取り付けられた電動機と、前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、指令信号を発生する指令器と、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測する開ループ周波数応答特性計測手段と、
前記電動機制御装置の制御器の制御器モデルと、計測した前記開ループ周波数応答特性と前記制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する演算手段と、前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析装置とを備えたことを特徴としている。
請求項１に係る電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の発明は、機械に取り付けられた電動機と、前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、指令信号を発生する指令器と、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測する開ループ周波数応答特性計測手段と、
前記電動機制御装置の制御器の制御器モデルと、計測した前記開ループ周波数応答特性と前記制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する演算手段と、前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析装置とを備えたことを特徴としている。
請求項２に係る電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の発明は、機械に取り付けられた電動機と、前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、指令信号を発生する指令器と、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、予め前記機械の質量や剛性から数値演算により算出した機械モデルを用いて、前記電動機の位置と前記機械に取り付けた検出手段の位置との間における伝達関数を求めることにより得られる機械特性の伝達関数数値モデルと、前記電動機制御装置の制御器の制御器モデルと、前記伝達関数数値モデルと前記制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する演算手段と、前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析装置とを備えたことを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記感度解析装置は、前記一巡開ループ周波数応答特性と目標とする一巡開ループ周波数応答特性の差異と、前記一巡開ループ周波数応答特性の数式モデルの前記制御パラメータの偏微分より、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づく前記制御パラメータの変化量を推定するものである。
また、請求項４の発明は、請求項１または２記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記感度解析装置は、予め任意に定められた範囲および刻み幅で、前記制御パラメータを変化させた場合の一巡開ループ周波数応答特性を算出し、前記制御パラメータの変化による前記一巡開ループ周波数応答特性の変化を推定するものである。
また、請求項５の発明は、請求項１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記検出手段は、前記電動機または前記機械の位置、速度、加速度の何れかを検出してその動作量とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記制御器は、複数の前記制御パラメータを備えるものである。
また、請求項７の発明は、請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記制御器は、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて前記制御指令とそれぞれの成分の前記動作量を一致するように前記電動機を制御するものである。
また、請求項８の発明は、請求項１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記演算手段は、計測した前記開ループ周波数応答特性を数値モデル化する数値モデル化手段を備え、前記開ループ周波数応答特性を数値モデル化し、前記電動機制御装置の制御器の前記制御器モデルと開ループ周波数応答特性の数値モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出するものである。
また、請求項９の発明は、請求項８に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記数値モデル化手段は、前記開ループ周波数応答特性を、機械共振周波数、減衰、ばね乗数、負荷もしくは負荷慣性モーメントのような機械特性に分類されるパラメータから構成される数値モデルに数値化するものである。
また、請求項１０の発明は、請求項２、８、９の何れか１項に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記電動機の電動機モデルと、前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段の検出手段モデルと、指令信号を発生する指令器の指令器モデルと、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器の前記制御器モデルを備えた電動機制御装置の電動機制御装置モデルを有し、制御器の制御パラメータと等価な制御器モデルの制御パラメータと前記数値モデル化手段により数値化した前記開ループ周波数応答特性の数値モデルを用いて、指令入力に対する応答を時系列データとして出力する電動機制御装置の動作シミュレータを備えるものである。
また、請求項１１の発明は、請求項７に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記感度解析装置は、複数の前記制御パラメータを有する場合に、制御特性の応答性が変化しつつもバランスを保つゲインバランス式を備えるものである。
また、請求項１２の発明は、請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記感度解析装置は、前記制御パラメータに機械パラメータを含め、目標とする一巡開ループ周波数応答特性と推定した前記一巡開ループ周波数応答との差異と、推定した前記一巡開ループ周波数応答特性の数式モデルの前記制御パラメータの偏微分より、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づく前記機械パラメータを含めた前記制御パラメータの変化量を推定するものである。
また、請求項１３の発明は、請求項１または７に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、を受けて働き制御指令を出力するような、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて前記制御指令とそれぞれの成分の前記動作量を一致するように前記電動機を制御し、加算器が少なくとも１つの閉ループの中に設けられ、前記加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性計測手段が、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得るものである。
また、請求項１４の発明は、請求項１，２、７の何れか１項に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記制御器は、少なくとも１つ以上の閉ループと、少なくとも１つ以上の閉ループを開閉するスイッチを備えるものである。
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、機械の動作量を検出する検出手段と、指令信号を発生する指令器と、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、前記検出手段の信号を（―）端子に入力する減算器と、その減算器の信号を受けて働き制御指令を出力するような、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて前記制御指令とそれぞれの成分の前記動作量を一致するように前記電動機を制御し、加算器が少なくとも１つの閉ループの中に設けられ、前記加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得る前記開ループ周波数応答特性計測手段と、少なくとも１つの閉ループの中に設けられた前記加算器に加えた前記指令発生装置の信号と前記検出手段の信号応答から得られる閉ループ外乱応答周波数特性を得る閉ループ外乱周波数応答特性計測手段と、とを備えるものである。
また、請求項１６の発明は、請求項１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、機械の動作量を検出する検出手段と、指令信号を発生する指令器と、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、
前記検出手段の信号を（−）端子に入力する減算器と、その減算器の信号を受けて働き制御指令を出力するような、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて前記制御指令とそれぞれの成分の前記動作量を一致するように前記電動機を制御し、加算器が少なくとも１つの閉ループの中に設けられ、前記加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得る前記開ループ周波数応答特性計測手段と、前記制御器から出力され少なくとも１つの閉ループの中に設けられた前記加算器の手前のトルクもしくは推力となる駆動力を検出する駆動力検出手段と、少なくとも１つの閉ループの中に設けられた前記加算器に加えた前記指令発生装置の信号と前記駆動力検出手段が検出した信号応答から得られる閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を得る閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段とを備えるものである。
前記検出手段の信号を（−）端子に入力する減算器と、その減算器の信号を受けて働き制御指令を出力するような、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて前記制御指令とそれぞれの成分の前記動作量を一致するように前記電動機を制御し、加算器が少なくとも１つの閉ループの中に設けられ、前記加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得る前記開ループ周波数応答特性計測手段と、前記制御器から出力され少なくとも１つの閉ループの中に設けられた前記加算器の手前のトルクもしくは推力となる駆動力を検出する駆動力検出手段と、少なくとも１つの閉ループの中に設けられた前記加算器に加えた前記指令発生装置の信号と前記駆動力検出手段が検出した信号応答から得られる閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を得る閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段とを備えるものである。
また、請求項１７の発明は、請求項１６に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段から得た前記閉ループ外乱駆動力応答周波数特性から、一巡開ループ周波数応答特性を算出する一巡開ループ周波数応答特性演算手段を備えるものである。
また、請求項１８の発明は、請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、入力手段と、表示装置と、記憶装置とのいずれかを少なくとも１つ以上を備えるものである。
また、請求項１９の発明は、請求項１、２、７の何れか１項に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、前記制御器もしくは前記制御器モデルは各種制御則を揃えた制御則データベースを備えるものである。
また、請求項２０の発明は、機械に取り付けられた電動機と、前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、指令信号を発生する指令器と、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置の制御パラメータの設定方法において、前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を取得し、前記開ループ周波数応答特性と前記制御器の制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を演算処理し、前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析処理し、前記制御器の制御パラメータを決定するという手順をとったのである。
また、請求項２１の発明は、機械の動作量を検出する検出手段と、指令信号を発生する指令器と、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置の制御パラメータの設定方法において、前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を取得する処理し、前記開ループ周波数応答特性と前記制御器の制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する処理し、前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析処理し、閉ループを構成する電動機制御装置に設けられた前記加算器に加えた前記指令発生装置の信号と前記駆動力検出手段が検出した信号応答から得られる閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を計測して一巡開ループ周波数応答特性を算出して、前記制御器の制御パラメータの安定度を確認するという手順をとったのである。
また、請求項２２の発明は、請求項２０または２１に記載の電動機制御装置の制御パラメータの設定方法において、前記開ループ周波数応答特性を取得する処理では、前記電動機制御装置を開ループ化して前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測する、もしくは、数値演算して開ループ周波数応答特性と等価な前記機械の電動機が駆動する駆動部と前記機械の前記検出手段が付く動作量検出部の間の機械特性の伝達関数数値モデルを算出する、もしくは、前記電動機制御装置を閉ループ化して閉ループに設けられた加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性計測手段が、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得るという手順をとったのである。
また、請求項２３の発明は、請求項２０または２１に記載の電動機制御装置制御パラメータの設定方法において、前記感度解析処理では、目標とする一巡開ループ周波数応答特性と前記一巡開ループ周波数応答との差異と、前記一巡開ループ周波数応答特性の数式モデルの前記制御パラメータの偏微分より、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づく前記制御パラメータの変化量を推定する、あるいは、予め任意に定められた範囲および刻み幅で、前記制御パラメータを変化させた場合の一巡開ループ周波数応答特性を算出し、前記制御パラメータの変化による前記一巡開ループ周波数応答特性の変化を推定するいう手順をとったのである。
請求項１に記載の発明によると、制御パラメータを高ゲインに設定していても、トルク飽和もしくは推力飽和を起こすことなく、開ループ周波数応答特性を計測することができ、さらに前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係がわかるので、目標とする制御パラメータ値が明確になり、電動機制御装置の調整が簡単に実施できる。
請求項２の記載の発明によると、電動機制御装置の制御対象の機械特性が伝達関数数値モデルとして与えられれば、一巡開ループ周波数応答特性により制御系の安定判別できる。
また、請求項３に記載の発明によると、目標とする一巡開ループ周波数応答特性の変化に対する制御パラメータ感度解析により、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づけるための制御パラメータの変化量を推定できるので、制御パラメータへの変化量、つまりは目標とする制御パラメータ値が明確になり、電動機制御装置の調整が簡単に実施できる。
また、請求項４に記載の発明によると、制御パラメータを高ゲインに設定していても、トルク飽和（もしくは推力飽和）を起こすことなく、開ループ周波数応答特性を計測することができ、一巡開ループ周波数応答特性を推定することができ、制御パラメータの変化に対する一巡開ループ周波数応答特性の変化を示す制御パラメータ感度解析により、一巡開ループ周波数応答特性の変化を予測でき、電動機制御装置の調整が簡単に実施できる。
また、請求項５に記載の発明によると、前記電動機制御装置の検出手段の種類や設置場所に係わらず一巡開ループ周波数応答特性を推定することができる。
また、請求項６に記載の発明によると、制御器に複数の制御パラメータを有することができる。
また、請求項７に記載の発明によると、制御器が複数の閉ループを構成することができる。
また、請求項８に記載の発明によると、開ループ周波数応答特性部分も数値化して、一巡開ループ周波数応答特性を推定することができる。
また、請求項９に記載の発明によると、開ループ周波数応答特性を機械特性のパラメータから構成される数値モデルに数値化するので、機械特性の要因を明確に数値モデル化できる効果がある。
また、請求項１０に記載の発明によると、一巡開ループ周波数応答特性の推定結果に加えて、動作シミュレーションにより、電動機制御装置の調整を確認することができる。
また、請求項１１に記載の発明によると、複数の前記制御パラメータを有する場合にも、制御特性の応答性が変化しつつもバランスを保つ制御パラメータ感度解析により、一巡開ループ周波数応答特性の変化を予測でき、電動機制御装置の調整が簡単に実施できる。
また、請求項１２に記載の発明によると、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づけるための要因や一巡開ループ周波数応答特性を変化させる要因として機械パラメータの変化量を考慮できる。
また、請求項１３に記載の発明によると、制御ループを組んでいるので、前記電動機の動作による位置ずれを起こすことなく、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数応答特性を計測することができる。さらに機械的な位置ずれが起こらないので、位置変化による機械共振のずれを生じることなく、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数応答特性を計測することができる。
また、請求項１４に記載の発明によると、開ループと閉ループを選択できるので、通常動作と、位置ずれを起こさずに開ループ周波数応答特性と等価な周波数応答特性を計測することと、開ループ周波数応答特性の計測することを選択できる。
また、請求項１５に記載の発明によると、機械の特性と、制御パラメータの設定が合致しているかを示す指針のひとつとして、閉ループ外乱周波数応答特性計測手段により閉ループ外乱応答周波数特性を計測することができ、制御パラメータの設定具合を把握することができる。
また、請求項１６に記載の発明によると、機械の特性と、制御パラメータの設定が合致しているかを示す指針のひとつとして、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段により閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を計測することができ、制御パラメータの設定具合を把握することができる。
また、請求項１７に記載の発明によると、機械の特性と、制御パラメータの設定が合致しているかを示す指針を、一巡開ループ周波数応答特性演算手段により閉ループ外乱駆動力応答周波数特性から、一巡開ループ周波数応答特性を算出することができ、制御系の安定度を判定することができる。
また、請求項１８に記載の発明によると、入力手段により、制御パラメータの値や、目標とする一巡開ループ周波数応答特性などを入力できる。
表示装置により、計測した開ループ周波数応答特性や、推定した一巡開ループ周波数応答特性や、目標とする一巡開ループ周波数応答特性などを周波数軸上のグラフとして表示するか、動作シミュレーションや実動作の結果を時間軸上のグラフとして表示するか、感度解析結果を数値として表示するかにより視覚的に確認できる。
記憶装置により、各種結果や諸条件を記憶するので、日時や場所を変えて一巡開ループ周波数応答特性の推定や制御パラメータ感度解析を実施できる。
表示装置により、計測した開ループ周波数応答特性や、推定した一巡開ループ周波数応答特性や、目標とする一巡開ループ周波数応答特性などを周波数軸上のグラフとして表示するか、動作シミュレーションや実動作の結果を時間軸上のグラフとして表示するか、感度解析結果を数値として表示するかにより視覚的に確認できる。
記憶装置により、各種結果や諸条件を記憶するので、日時や場所を変えて一巡開ループ周波数応答特性の推定や制御パラメータ感度解析を実施できる。
また、請求項１９に記載の発明によると、現状とは異なる制御則を用いた場合の一巡開ループ周波数応答特性を推定することができる。
また、請求項２０に記載の発明によると、一巡開ループ周波数応答特性を予測して、制御パラメータの設定ができる。
また、請求項２１に記載の発明によると、また、請求項２３に記載の発明によると、一巡開ループ周波数応答特性を予測して、制御パラメータの設定し、設定した制御パラメータで制御系の安定度をゲイン余裕、位相余裕を確認して制御パラメータの設定を完了できる。
また、請求項２２に記載の発明によると、前記電動機制御装置を開ループ化して開ループ周波数応答特性を計測するか、もしくは数値演算して機械特性の伝達関数数値モデルを算出して開ループ周波数応答特性と等価な特性を得るか、前記電動機制御装置を閉ループ化して開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得るか、いずれかにより開ループ周波数応答特性を取得する処理ができる。
また、請求項２３に記載の発明によると、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づける制御パラメータの変化量を推定するか、もしくは制御パラメータの変化量に対してどの位一巡開ループ周波数応答特性が変化するかを推定する。
いずれかの感度解析する処理ができる。
いずれかの感度解析する処理ができる。
以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の全体構成図、図２は第１実施例における電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の制御ブロック図である。なお、本例ではまず、電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の構成について説明する。
図において、１は電動機、２は検出手段、３は制御器、４は指令器、５は機械、６は開ループ周波数応答特性計測手段、７は演算手段、８は入力装置、９は出力装置、１０は記憶装置、１１はゲインバランス式、１２は制御パラメータ感度解析装置、１４ａ，１４ｂはスイッチ、１５は制御則データベース、１６ａ，１６ｂは加算器、１７は動作シミュレータ、２３は制御器モデル、３５は駆動力検出手段、３７は閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段、３８は一巡開ループ周波数応答特性演算手段である。なお、本実施例では電動機が回転型モータの例を示しており、検出手段２は回転型モータに付加されたエンコーダとなっている。
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、機械５に取り付けられた電動機１と、該電動機１または該機械５からなる被検出体の動作量を検出する検出手段２と、指令信号を発生する指令器４と、指令信号を受けて電動機１を駆動する制御器３とからなる電動機制御装置において、制御器３の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測する開ループ周波数応答特性計測手段６と、前記電動機制御装置の制御器の制御器モデル２３と、計測した前記開ループ周波数応答特性と前記制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する演算手段７と、前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析装置１２とを備えた点である。
すなわち、機械５に取り付けられた電動機１と、該電動機１または該機械５からなる被検出体の動作量を検出する検出手段２と、指令信号を発生する指令器４と、指令信号を受けて電動機１を駆動する制御器３とからなる電動機制御装置において、制御器３の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測する開ループ周波数応答特性計測手段６と、前記電動機制御装置の制御器の制御器モデル２３と、計測した前記開ループ周波数応答特性と前記制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する演算手段７と、前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析装置１２とを備えた点である。
また、感度解析装置１２は、該一巡開ループ周波数応答特性と目標とする一巡開ループ周波数応答特性の差異と、該一巡開ループ周波数応答特性の数式モデルの制御パラメータの偏微分より、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づく制御パラメータの変化量を推定するものとなっている。
また、感度解析装置１２は、予め任意に定められた範囲および刻み幅で、制御パラメータを変化させた場合の該一巡開ループ周波数応答特性を算出し、制御パラメータの変化による該一巡開ループ周波数応答特性の変化を推定するものとなっている。
また、感度解析装置１２は、複数の制御パラメータを有する場合に、制御特性の応答性が変化しつつもバランスを保つゲインバランス式を備えたものとなっている。
また、感度解析装置１２は、制御パラメータに機械パラメータを含め、目標とする一巡開ループ周波数応答特性と推定した該一巡開ループ周波数応答との差異と、推定した該一巡開ループ周波数応答特性の数式モデルの制御パラメータの偏微分より、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づく機械パラメータを含めた制御パラメータの変化量を推定するものとなっている。
また、感度解析装置１２は、予め任意に定められた範囲および刻み幅で、制御パラメータを変化させた場合の該一巡開ループ周波数応答特性を算出し、制御パラメータの変化による該一巡開ループ周波数応答特性の変化を推定するものとなっている。
また、感度解析装置１２は、複数の制御パラメータを有する場合に、制御特性の応答性が変化しつつもバランスを保つゲインバランス式を備えたものとなっている。
また、感度解析装置１２は、制御パラメータに機械パラメータを含め、目標とする一巡開ループ周波数応答特性と推定した該一巡開ループ周波数応答との差異と、推定した該一巡開ループ周波数応答特性の数式モデルの制御パラメータの偏微分より、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づく機械パラメータを含めた制御パラメータの変化量を推定するものとなっている。
また、制御器３は、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて制御指令とそれぞれの成分の動作量を一致するように電動機１を制御するようになっている。
さらに、制御器３の前後には、制御器３から出力され少なくとも１つの閉ループの中に設けられた加算器１６ｂの手前のトルクもしくは推力となる駆動力を検出する駆動力検出手段３５と、少なくとも１つの閉ループの中に設けられた加算器１６ａに加えた指令発生装置の信号と駆動力検出手段３５が検出した信号応答から得られる閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を得る閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７を備えたものとなっている。
そして、演算手段７は、計測した該開ループ周波数応答特性を数値モデル化する数値モデル化手段を備え、該開ループ周波数応答特性を数値モデル化し、電動機制御装置の制御器３の制御器モデル２３と開ループ周波数応答特性の数値モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出するようになっている。
さらに、制御器３の前後には、制御器３から出力され少なくとも１つの閉ループの中に設けられた加算器１６ｂの手前のトルクもしくは推力となる駆動力を検出する駆動力検出手段３５と、少なくとも１つの閉ループの中に設けられた加算器１６ａに加えた指令発生装置の信号と駆動力検出手段３５が検出した信号応答から得られる閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を得る閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７を備えたものとなっている。
そして、演算手段７は、計測した該開ループ周波数応答特性を数値モデル化する数値モデル化手段を備え、該開ループ周波数応答特性を数値モデル化し、電動機制御装置の制御器３の制御器モデル２３と開ループ周波数応答特性の数値モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出するようになっている。
次に、制御パラメータ設定方法の手順を図２および図３に基づいて述べる。なお、図３は第１実施例における電動機制御装置の制御パラメータ設定方法の手順を示すフローチャート図である。
まず、ステップＳＴ０１の開ループ周波数応答特性を計測する手順について説明する。
ステップＳＴ０１には、ＳＴ０１ａとＳＴ０１ｂとＳＴ０１ｃがある。このうち、ステップＳＴ０１ａにおける開ループ周波数応答特性を取得する処理では、電動機制御装置を開ループ化して前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測するよになっている。また、ステップＳＴ０１ｂでは、電動機制御装置を閉ループ化して閉ループに設けられた加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性計測手段が、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を計測するようになっている。さらに、ステップＳＴ０１ｃでは、数値演算して開ループ周波数応答特性と等価な前記機械の電動機が駆動する駆動部と前記機械の前記検出手段が付く動作量検出部の間の機械特性の伝達関数数値モデルを算出するようになっている。本実施例では先にステップＳＴ０１ａについて述べ、ステップＳＴ０１ｂは第４実施例にて、ステップＳＴ０１ｃは第５実施例にて説明する。
ステップＳＴ０１ａについて具体的に説明する。
電動機制御装置の制御器を作用させるようなフィードバックループを持つ閉ループでは、周波数応答特性を得るための指令信号を入力すると、トルク飽和を起こすため、スイッチ１４を切り替え開ループとする。スイッチ１４ａと１４ｂは指令器４の指令信号Ｃを電動機１および負荷である機械５に与え、この応答Ｒを検出手段３が検出する。スイッチ１４ｃにより、フィードバックループを切り、開ループとする。
開ループ周波数応答特性計測手段６は、指令信号Ｃと応答Ｒを受け取り、開ループ周波数応答特性を得る。
まず、ステップＳＴ０１の開ループ周波数応答特性を計測する手順について説明する。
ステップＳＴ０１には、ＳＴ０１ａとＳＴ０１ｂとＳＴ０１ｃがある。このうち、ステップＳＴ０１ａにおける開ループ周波数応答特性を取得する処理では、電動機制御装置を開ループ化して前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測するよになっている。また、ステップＳＴ０１ｂでは、電動機制御装置を閉ループ化して閉ループに設けられた加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性計測手段が、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を計測するようになっている。さらに、ステップＳＴ０１ｃでは、数値演算して開ループ周波数応答特性と等価な前記機械の電動機が駆動する駆動部と前記機械の前記検出手段が付く動作量検出部の間の機械特性の伝達関数数値モデルを算出するようになっている。本実施例では先にステップＳＴ０１ａについて述べ、ステップＳＴ０１ｂは第４実施例にて、ステップＳＴ０１ｃは第５実施例にて説明する。
ステップＳＴ０１ａについて具体的に説明する。
電動機制御装置の制御器を作用させるようなフィードバックループを持つ閉ループでは、周波数応答特性を得るための指令信号を入力すると、トルク飽和を起こすため、スイッチ１４を切り替え開ループとする。スイッチ１４ａと１４ｂは指令器４の指令信号Ｃを電動機１および負荷である機械５に与え、この応答Ｒを検出手段３が検出する。スイッチ１４ｃにより、フィードバックループを切り、開ループとする。
開ループ周波数応答特性計測手段６は、指令信号Ｃと応答Ｒを受け取り、開ループ周波数応答特性を得る。
次に、ステップＳＴ０２の開ループ周波数応答特性の計測結果から一巡開ループ周波数応答特性を推定する手順について説明する。
ステップＳＴ０２には、ＳＴ０２ａとＳＴ０２ｂがある。
ステップＳＴ０２ａの場合、開ループ周波数応答特性計測手段６で得た開ループ周波数応答特性Ｈをデジタルデータとして持っているため、演算装置７が持っている制御器３の制御器モデル２３により、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
図４は、開ループ周波数応答特性Ｈと制御器モデルＧと指令信号Ｃと応答信号Ｒの関係を示す図である。
図５は、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを示す図である。一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは指令信号Ｃが制御器モデルＧと開ループ周波数応答特性Ｈと介して応答信号Ｒに至る特性である。
制御器モデル２３の特性である制御パラメータＧがあれば、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは、式（１）のようになる。演算装置７が制御器モデル２３を周波数領域のモデルとして備えておけば、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
ステップＳＴ０２には、ＳＴ０２ａとＳＴ０２ｂがある。
ステップＳＴ０２ａの場合、開ループ周波数応答特性計測手段６で得た開ループ周波数応答特性Ｈをデジタルデータとして持っているため、演算装置７が持っている制御器３の制御器モデル２３により、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
図４は、開ループ周波数応答特性Ｈと制御器モデルＧと指令信号Ｃと応答信号Ｒの関係を示す図である。
図５は、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを示す図である。一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは指令信号Ｃが制御器モデルＧと開ループ周波数応答特性Ｈと介して応答信号Ｒに至る特性である。
制御器モデル２３の特性である制御パラメータＧがあれば、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは、式（１）のようになる。演算装置７が制御器モデル２３を周波数領域のモデルとして備えておけば、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
一方、ステップＳＴ０２ｂの場合、開ループ周波数応答特性Ｈを数値モデル化する。例えば、公知の式（２）のように数値化する。
ここで、ｓ：ラプラス演算子、ａｉ，ｂｉ：係数を示す。
ステップＳＴ０２ｂの場合、前記式（２）のように、数値化すれば、制御モデルが周波数領域のモデルでなくとも、実機の制御器３と等価な制御モデルを利用できる。このため、周波数領域の式（１）に反映することが複雑になるような場合でも、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。後述する動作シミュレーションの構成および操作から一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
後述する一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏの計測と同じ手順で、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
ステップＳＴ０２ｂの場合、前記式（２）のように、数値化すれば、制御モデルが周波数領域のモデルでなくとも、実機の制御器３と等価な制御モデルを利用できる。このため、周波数領域の式（１）に反映することが複雑になるような場合でも、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。後述する動作シミュレーションの構成および操作から一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
後述する一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏの計測と同じ手順で、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
なお、開ループ周波数応答特性Ｈの数値モデル化を、式（２）にて説明したが、他のモデルにて数値化してもよい。
ステップＳＴ０２ｂの数値モデル化の例について追加説明する。
ここで、図６は、本発明の実施例の２慣性系に近似できる開ループ周波数応答特性の計測結果および数値モデルの１例を示すグラフである。図７は、本発明の実施例の多慣性系に近似できる開ループ周波数応答特性の計測結果および数値モデルの１例を示すグラフである。また、図８は、本発明の実施例の２慣性系のばね・マス・モデル図、図９は、本発明の実施例の多慣性系のばね・マス・モデル図である。
ここで、実線は計測した開ループ周波数応答特性を示し、破線は数値モデル化した開ループ周波数応答特性を示している。
図６のように開ループ周波数応答特性が２慣性系に近似できるような特性であれば、図８の電動機１側を駆動して検出手段２ａの応答で得た開ループ周波数応答特性Ｈ１１は以下に示す式（３）を用いて数値モデル化できる。
ステップＳＴ０２ｂの数値モデル化の例について追加説明する。
ここで、図６は、本発明の実施例の２慣性系に近似できる開ループ周波数応答特性の計測結果および数値モデルの１例を示すグラフである。図７は、本発明の実施例の多慣性系に近似できる開ループ周波数応答特性の計測結果および数値モデルの１例を示すグラフである。また、図８は、本発明の実施例の２慣性系のばね・マス・モデル図、図９は、本発明の実施例の多慣性系のばね・マス・モデル図である。
ここで、実線は計測した開ループ周波数応答特性を示し、破線は数値モデル化した開ループ周波数応答特性を示している。
図６のように開ループ周波数応答特性が２慣性系に近似できるような特性であれば、図８の電動機１側を駆動して検出手段２ａの応答で得た開ループ周波数応答特性Ｈ１１は以下に示す式（３）を用いて数値モデル化できる。
ここで、Ｊ１は電動機側の負荷慣性モーメント、Ｊ２は負荷側の負荷慣性モーメント、ｋはばね定数、ｄは減衰である。ＪはＪ１とＪ２の和である。
さらに、式（３）は、負荷もしくは負荷慣性モーメントＪ１、Ｊ２、ばね定数ｋ、減衰ｄという物理量を用いて数値化したが、開ループ周波数応答特性から得られる共振周波数ω、反共振周波数ωａ、とその減衰比ζ、ζａという特性量を用いて数値化しても良い。
式（３）を変形したのが、式（４）である。
式（３）を変形したのが、式（４）である。
ここで、
Ｊ＝Ｊ１＋Ｊ２
ω＝√（ｋ（１／Ｊ１＋１／Ｊ２））
ζ＝（ｄ／２）√（（１／Ｊ１＋１／Ｊ２）／ｋ）
ωａ＝√（ｋ／Ｊ２）
ζａ＝（ｄ／２）√（Ｊ２／ｋ）
さらに、図７のように開ループ周波数応答特性が多慣性系に近似できるような特性であれば、式（５）を用いて数値モデル化できる。
Ｊ＝Ｊ１＋Ｊ２
ω＝√（ｋ（１／Ｊ１＋１／Ｊ２））
ζ＝（ｄ／２）√（（１／Ｊ１＋１／Ｊ２）／ｋ）
ωａ＝√（ｋ／Ｊ２）
ζａ＝（ｄ／２）√（Ｊ２／ｋ）
さらに、図７のように開ループ周波数応答特性が多慣性系に近似できるような特性であれば、式（５）を用いて数値モデル化できる。
ここで、Ｎ：共振の数を示す。
この例では、図９のように多慣性の場合、負荷もしくは負荷慣性モーメントＪ１、Ｊ２、・・・・、ＪＮ、ばね定数ｋ１、‥ｋＮ、減衰ｄ１、‥ｄＮという物理量を用いてモデル化しても良いが、多慣性になると、その推定・同定が困難なため、開ループ周波数応答特性から得られる共振周波数ωｒ、とその減衰比ζｒと、振幅および位相Ａｒを用いて、１自由度系の振動の総和として、比例粘性減衰として式（５）のように数値化している。
高次の共振の影響Ｂを考慮すると、余剰剛性Ｂを含めた式（６）としても良い。
この例では、図９のように多慣性の場合、負荷もしくは負荷慣性モーメントＪ１、Ｊ２、・・・・、ＪＮ、ばね定数ｋ１、‥ｋＮ、減衰ｄ１、‥ｄＮという物理量を用いてモデル化しても良いが、多慣性になると、その推定・同定が困難なため、開ループ周波数応答特性から得られる共振周波数ωｒ、とその減衰比ζｒと、振幅および位相Ａｒを用いて、１自由度系の振動の総和として、比例粘性減衰として式（５）のように数値化している。
高次の共振の影響Ｂを考慮すると、余剰剛性Ｂを含めた式（６）としても良い。
一般粘性減衰系を適用すると、式（６）は式（７）となる
ここで、Ｕｒ，Ｖｒ：振幅および位相、σｒ：減衰を示す。
次に、ステップＳＴ０３の感度解析について説明する。
制御パラメータの変化に対する一巡開ループ周波数応答特性の感度解析であるＳＴ０３ａの場合は、複数の一巡開ループ周波数応答特性を推定する。予め任意に定めた範囲で、任意に定めた刻み幅で、制御パラメータＧを変更し、新たな一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定し、グラフを重ねて出力装置９に表示する。これにより、制御パラメータＧの違いによる相対的な一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏの違いが視覚的に明確になる。
なお、多重ループを構成するなど制御パラメータＧが複数ある場合には、制御パラメータのバランスを保つゲインバランス式１１にしたがって、制御パラメータＧを変更すれば良い。
制御パラメータの変化に対する一巡開ループ周波数応答特性の感度解析であるＳＴ０３ａの場合は、複数の一巡開ループ周波数応答特性を推定する。予め任意に定めた範囲で、任意に定めた刻み幅で、制御パラメータＧを変更し、新たな一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定し、グラフを重ねて出力装置９に表示する。これにより、制御パラメータＧの違いによる相対的な一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏの違いが視覚的に明確になる。
なお、多重ループを構成するなど制御パラメータＧが複数ある場合には、制御パラメータのバランスを保つゲインバランス式１１にしたがって、制御パラメータＧを変更すれば良い。
一巡開ループ周波数応答特性の変化に対する制御パラメータの感度解析であるステップＳＴ０３ｂの場合は、まず、目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’を入力装置８より入力する。
現状の推定した一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’に近づけるため、式（８）によるその差異ΔＺｏは
ΔＺｏ＝Ｚｏ−Ｚｏ’ 式（８）
と、前記式（１）からなる現状の推定した一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏの制御パラメータＧの偏微分と、制御パラメータの変化量ΔＧは、式（９）の関係となる
現状の推定した一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’に近づけるため、式（８）によるその差異ΔＺｏは
ΔＺｏ＝Ｚｏ−Ｚｏ’ 式（８）
と、前記式（１）からなる現状の推定した一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏの制御パラメータＧの偏微分と、制御パラメータの変化量ΔＧは、式（９）の関係となる
式（９）を詳しく書けば、
となる。ここで、制御パラメータＧは複数の要素ｇ１，ｇ２，・・・・ｇｎを持つこととして表現している。
これより、例えばガウス・ニュートン法によって、制御パラメータの変化量ΔＧを導けば感度解析ができる。
また、目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’と現状の一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏの差異に重みＷを付けて、制御パラメータの変化量ΔＧを導いても良い。
これより、例えばガウス・ニュートン法によって、制御パラメータの変化量ΔＧを導けば感度解析ができる。
また、目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’と現状の一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏの差異に重みＷを付けて、制御パラメータの変化量ΔＧを導いても良い。
なお、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏの推定時に、ステップＳＴ０２ｂを経由した場合には、式（１）中の開ループ周波数応答特性Ｈが数値モデルとなるので、これらを制御パラメータに含めて変化量ΔＧを求めても良い。このような利用については、第３実施例にて別途説明する。
ただし、式（９）もしくは式（１０）から制御パラメータの変化量ΔＧを導いた場合、変化量ΔＧが目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’に近づかない場合がある。つまり、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’に対する制御パラメータ変更の感度が高いが、ΔＺｏが増大するような変更量ΔＧを算出する場合がある。
この場合、反復計算により、制御パラメータ感度解析結果を収束させる。式（１２）のように制御パラメータを逐次更新し、収束した変更量ΔＧを導出する。
Ｇｎ＝Ｇｎ−１＋ΔＧ 式（１２）
また、以前の値よりΔＺｏが増大する場合には、式（１３）のように制御パラメータを逐次更新し、ΔＺｏが減少するようにする。
Ｇｎ＝Ｇｎ−１＋ｅ・ΔＧ 式（１３）
ここで、０＜ｅ＜１
以上のように、制御パラメータ変更後の一巡開ループ周波数応答特性を予測できる。
こうして得られた制御パラメータの変化量ΔＧは表示装置により視覚的に確認できる。
この場合、反復計算により、制御パラメータ感度解析結果を収束させる。式（１２）のように制御パラメータを逐次更新し、収束した変更量ΔＧを導出する。
Ｇｎ＝Ｇｎ−１＋ΔＧ 式（１２）
また、以前の値よりΔＺｏが増大する場合には、式（１３）のように制御パラメータを逐次更新し、ΔＺｏが減少するようにする。
Ｇｎ＝Ｇｎ−１＋ｅ・ΔＧ 式（１３）
ここで、０＜ｅ＜１
以上のように、制御パラメータ変更後の一巡開ループ周波数応答特性を予測できる。
こうして得られた制御パラメータの変化量ΔＧは表示装置により視覚的に確認できる。
以上のように、ステップＳＴ０３ａによる制御パラメータの変化に対する周波数応答特性の感度解析もしくはステップＳＴ０３ｂによる周波数応答特性の変化に対する制御パラメータの感度解析が実施され、一巡開ループ周波数応答特性すなわち動作性能を示す指針に対する制御パラメータの関係を把握できた。
ステップＳＴ０４にて、実際の電動機制御装置が目標とする性能を引き出すよう、制御器の制御パラメータを設定し、確認する。
図１、図２に示すスイッチ１４ａ，１４ｂにより、指令器の信号が制御器３に入り検出手段２の応答をフィードバックするように閉ループとし、実際に電動機を動作させて動作性能を確認する。
図１、図２に示すスイッチ１４ａ，１４ｂにより、指令器の信号が制御器３に入り検出手段２の応答をフィードバックするように閉ループとし、実際に電動機を動作させて動作性能を確認する。
ステップＳＴ０２ｂにて開ループ周波数応答特性Ｈの数値モデルを作成していれば、ステップＳＴ０４ｂの実機検証の前に、ステップＳＴ０４ａにて数値演算により動作シミュレーションにて事前検討しても良い。
図１０は、動作シミュレーションの構成ブロック図である。
図１０は、指令器モデル２４と制御器モデル２３と電動機および負荷機械モデル２１、２５を有し、フィードバックループを構成しており、指令器モデル２４が出力する指令信号を制御器モデル２３に入力し、制御器モデル２３からの出力を電動機および負荷機械モデル２１、２５に入力し、電動機および負荷機械モデル２１、２５からの出力を、前記指令信号から差し引くように制御器モデル２３に入力するようにした、いわゆる電動機制御装置モデルを示している。なお、機械の動作量を検出する検出手段モデルは図示していない。上記の電動機制御装置モデルは、実機の電動機制御装置を模した構成となっているので、ステップＳＴ０２ｂにて開ループ周波数応答特性の数値モデルを作成していれば、この数値モデルを電動機および負荷機械モデルとすれば、動作シミュレーションを実施できる。
これは、図２のブロック図と同じ構成である。
実機検証ＳＴ０４もしくは動作シミュレーションＳＴ０４ｂでは、ステップＳＴ０３ｂにて推定した複数の一巡開ループ周波数応答特性を参考に、制御器の制御パラメータを任意に定めても良いし、ステップＳＴ０３ｂによって得た目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’に近づく変化量を、制御器の制御パラメータに反映させてもよい。
なお、操作者の煩雑な操作が必要とならぬように、ステップＳＴ０３の出力値が実機検証ＳＴ０４ｂもしくは動作シミュレーションＳＴ０４で用いる設定値に自動的に反映させても良い。
また、ステップＳＴ０４の実機検証の結果も表示装置である出力装置９により、検出手段２の応答などが視覚的に確認できる。
図１０は、動作シミュレーションの構成ブロック図である。
図１０は、指令器モデル２４と制御器モデル２３と電動機および負荷機械モデル２１、２５を有し、フィードバックループを構成しており、指令器モデル２４が出力する指令信号を制御器モデル２３に入力し、制御器モデル２３からの出力を電動機および負荷機械モデル２１、２５に入力し、電動機および負荷機械モデル２１、２５からの出力を、前記指令信号から差し引くように制御器モデル２３に入力するようにした、いわゆる電動機制御装置モデルを示している。なお、機械の動作量を検出する検出手段モデルは図示していない。上記の電動機制御装置モデルは、実機の電動機制御装置を模した構成となっているので、ステップＳＴ０２ｂにて開ループ周波数応答特性の数値モデルを作成していれば、この数値モデルを電動機および負荷機械モデルとすれば、動作シミュレーションを実施できる。
これは、図２のブロック図と同じ構成である。
実機検証ＳＴ０４もしくは動作シミュレーションＳＴ０４ｂでは、ステップＳＴ０３ｂにて推定した複数の一巡開ループ周波数応答特性を参考に、制御器の制御パラメータを任意に定めても良いし、ステップＳＴ０３ｂによって得た目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’に近づく変化量を、制御器の制御パラメータに反映させてもよい。
なお、操作者の煩雑な操作が必要とならぬように、ステップＳＴ０３の出力値が実機検証ＳＴ０４ｂもしくは動作シミュレーションＳＴ０４で用いる設定値に自動的に反映させても良い。
また、ステップＳＴ０４の実機検証の結果も表示装置である出力装置９により、検出手段２の応答などが視覚的に確認できる。
実機検証ＳＴ０４が完了すれば、制御系の安定度を定量的に確認するために、ＳＴ０５にて一巡開ループ周波数応答特性を計測し、ゲイン余裕・位相余裕を把握することができる。
図１１は、一巡開ループ周波数応答特性の計測を説明する簡略化したブロック図である。
図１１は、図２、図４、図９から必要な部分を抜粋している。ここで、Ｃは図４と同様指令信号、Ｒは応答信号、Ｈは開ループ周波数応答特性、Ｇは制御器モデルである。ｂは制御器モデルのフィードバック系に施される補償であり、単位換算等を含む。また、Ｄは外乱入力、Ｔはトルクである。図１１は図９の動作シミュレーションの構成と等価である。
一巡開ループ周波数応答特性を求めるには、図１に示した閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７により、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を計測し、一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８により、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性から一巡開ループ周波数応答特性を算出する。
閉ループ外乱駆動力応答周波数特性Ｚｃは、電動機制御装置を閉ループにして図１１の外乱入力ＤとトルクＴを計測すれば、式（１４）のように求められる。
図１１は、一巡開ループ周波数応答特性の計測を説明する簡略化したブロック図である。
図１１は、図２、図４、図９から必要な部分を抜粋している。ここで、Ｃは図４と同様指令信号、Ｒは応答信号、Ｈは開ループ周波数応答特性、Ｇは制御器モデルである。ｂは制御器モデルのフィードバック系に施される補償であり、単位換算等を含む。また、Ｄは外乱入力、Ｔはトルクである。図１１は図９の動作シミュレーションの構成と等価である。
一巡開ループ周波数応答特性を求めるには、図１に示した閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７により、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を計測し、一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８により、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性から一巡開ループ周波数応答特性を算出する。
閉ループ外乱駆動力応答周波数特性Ｚｃは、電動機制御装置を閉ループにして図１１の外乱入力ＤとトルクＴを計測すれば、式（１４）のように求められる。
また、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏと閉ループ外乱駆動力応答周波数特性Ｚｃは式（１５）のような関係がある。
つまり、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは式（１６）となる。
図１、図２を使って一巡開ループ周波数応答特性の計測を説明する。
電動機制御装置は閉ループにするので、図２のスイッチ１４ｃを閉じ、閉ループ化する。
スイッチ１４ａは指令器４の指令信号Ｃを外乱Ｄとして与えるため、スイッチ１４ｂ側にする。スイッチ１４ｂは、制御器３のトルクＴと外乱Ｄを加算器１６ｂに与えるように作用し、電動機１および機械５に駆動力を与える。電動機１もしくは機械５の応答を検出手段２が検出して、スイッチ１４ａを介して加算器１６ａから制御器３にフィードバックする。
閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７は、前記式（１４）を用いて、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を計測する。一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８は、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性Ｚｃを用いて、前記式（１５）に従い、前記式（１６）で示される一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを算出する。
一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを出力装置９にグラフ化しボード線図やナイキスト線図で示せば、ゲイン余裕・位相余裕が判断できるので、制御系の安定を判定できる。
電動機制御装置は閉ループにするので、図２のスイッチ１４ｃを閉じ、閉ループ化する。
スイッチ１４ａは指令器４の指令信号Ｃを外乱Ｄとして与えるため、スイッチ１４ｂ側にする。スイッチ１４ｂは、制御器３のトルクＴと外乱Ｄを加算器１６ｂに与えるように作用し、電動機１および機械５に駆動力を与える。電動機１もしくは機械５の応答を検出手段２が検出して、スイッチ１４ａを介して加算器１６ａから制御器３にフィードバックする。
閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７は、前記式（１４）を用いて、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を計測する。一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８は、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性Ｚｃを用いて、前記式（１５）に従い、前記式（１６）で示される一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを算出する。
一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを出力装置９にグラフ化しボード線図やナイキスト線図で示せば、ゲイン余裕・位相余裕が判断できるので、制御系の安定を判定できる。
また、記憶装置１０に、前記開ループ周波数応答特性、前記開ループ周波数応答特性の数値モデル、推定した前記一巡開ループ周波数応答特性、制御パラメータを変化させた場合の前記一巡開ループ周波数応答特性、前記制御器モデルの前記制御パラメータ、計測した前記一巡開ループ周波数応答特性、前記制御器の前記制御パラメータ、目標に近づくよう推定した前記制御パラメータの変化量、もしくは前記電動機制御装置の構成諸元などを記憶できるので、一巡開ループ周波数応答特性の推定や電動機制御装置の制御パラメータ感度解析を日時や場所を変えて実施できる。
さらに、制御器モデルの制御則のデータベース１５ａを備えているので、現状の制御器の制御則以外を適用した場合の一巡開ループ周波数応答特性を推定でき、その場合の周波数応答特性の変化に対する制御パラメータの感度解析もしくは制御パラメータの変化に対する周波数応答特性の感度解析が実施できる。
前記制御器が持つ制御則のデータベース１５ｂから入力装置８により制御則を変更しても良い。
前記制御器が持つ制御則のデータベース１５ｂから入力装置８により制御則を変更しても良い。
このように、本実施例に係る電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置は、開ループ周波数応答特性計測手段６と、演算手段７と、ゲインバランス式１１と、感度解析装置１２と、制御則データベース１５などを備えた制御パラメータ感度解析機能を有しているため、一巡開ループ周波数応答特性を推定し、周波数応答特性の変化に対する制御パラメータの感度解析もしくは制御パラメータの変化に対する周波数応答特性の感度解析し、一巡開ループ周波数応答特性、すなわち動作性能を示す指針に対する制御パラメータの関係を把握することができ、また、一巡開ループ周波数応答特性により制御系の安定度を判定できるので、制御パラメータを機械に最適になるように調整し、動作性能を向上することができる。
第２実施例にて、電動機を並進型リニアモータとした事例を説明する。
図１２は本発明の第２実施例の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の構成を示す図である。
ブロック図は第１実施例の図２と同様になる。図において、１は電動機、２は検出手段、３は制御器、４は指令器、５は機械、６は開ループ周波数応答特性計測手段、７は演算手段、８は入力装置、９は出力装置、１０は記憶装置、１１はゲインバランス式、１２は感度解析装置、１５は制御則データベース、１６は加算器、１７は動作シミュレータ、２３は制御器モデル、３７は閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段、３８は一巡開ループ周波数応答特性演算手段となっている。また電動機１は、並進型リニアモータであり、検出手段２は、並進型リニアモータの可動子および機械５の負荷の動作量を検出するリニアエンコーダとなっており、第１実施例とは異なる。
第２実施例が従来技術と異なる点は、第１実施例と同様に、開ループ周波数応答特性計測手段６と、演算手段７と、ゲインバランス式１１と、感度解析装置１２と、制御則データベース１５と、動作シミュレータ１７と、制御器モデル２３と、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７と、一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８を備えた部分である。
第２実施例は、電動機１と検出手段２が第１実施例と構成が異なるが、ブロック図は第１実施例の図２と同じである。このため、ステップＳＴ０１からＳＴ０５までの動作は、第１実施例と同じである。
このように、第１実施例のような構成をしているので、第１実施例と同じ効果を得ることができる。電動機１が回転型モータであっても、並進型リニアモータであっても同様の効果を得ることができる。
図１２は本発明の第２実施例の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の構成を示す図である。
ブロック図は第１実施例の図２と同様になる。図において、１は電動機、２は検出手段、３は制御器、４は指令器、５は機械、６は開ループ周波数応答特性計測手段、７は演算手段、８は入力装置、９は出力装置、１０は記憶装置、１１はゲインバランス式、１２は感度解析装置、１５は制御則データベース、１６は加算器、１７は動作シミュレータ、２３は制御器モデル、３７は閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段、３８は一巡開ループ周波数応答特性演算手段となっている。また電動機１は、並進型リニアモータであり、検出手段２は、並進型リニアモータの可動子および機械５の負荷の動作量を検出するリニアエンコーダとなっており、第１実施例とは異なる。
第２実施例が従来技術と異なる点は、第１実施例と同様に、開ループ周波数応答特性計測手段６と、演算手段７と、ゲインバランス式１１と、感度解析装置１２と、制御則データベース１５と、動作シミュレータ１７と、制御器モデル２３と、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７と、一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８を備えた部分である。
第２実施例は、電動機１と検出手段２が第１実施例と構成が異なるが、ブロック図は第１実施例の図２と同じである。このため、ステップＳＴ０１からＳＴ０５までの動作は、第１実施例と同じである。
このように、第１実施例のような構成をしているので、第１実施例と同じ効果を得ることができる。電動機１が回転型モータであっても、並進型リニアモータであっても同様の効果を得ることができる。
第３実施例にて、電動機を回転型モータとし、負荷側の検出手段を追加したフルクローズド制御の事例を説明する。制御パラメータの感度解析について追加説明し、機械パラメータを制御パラメータに含めて制御パラメータ感度解析を実施する事例を説明する。
図１３は本発明の第３実施例の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の構成を示す図である。
図１４は本発明の第３実施例の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の電動機制御装置部分を示すブロック図である。
図１３、図１４において、１は電動機、２ａ，２ｂは検出手段、３は制御器、４は指令器、５は機械、６は開ループ周波数応答特性計測手段、７は演算手段、８は入力装置、９は出力装置、１０は記憶装置、１１はゲインバランス式、１２は感度解析装置、１４はスイッチ、１５は制御則データベース、１６は加算器、１７は動作シミュレータ、２３は制御器モデル、３５は駆動力検出手段、３７は閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段、３８は一巡開ループ周波数応答特性演算手段となっている。
図１３には、電動機制御装置部分のみのブロック図を表示している。
また、電動機１は、回転型モータであり、検出手段２は、回転型モータに付加されたエンコーダ２ａと機械５の負荷の動作量を検出するリニアエンコーダ２ｂとなっており、速度を検出する回転型エンコーダ２ａと、位置を検出するリニアエンコーダ２ｂの両方を備えたフルクローズド制御系となっている。
さらに、制御器３は、位置ループと速度ループの多重ループ系を構成しており、位置ループには、位置ループゲインＫｐ、速度ループには、速度ループゲインＫｖと積分時定数Ｔｉを有する位置比例‐速度比例・積分（Ｐ−ＰＩ）制御を構成し、加えてトルクフィルタＴｆを有し、Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆという４つの制御パラメータＧを持つ構成になっている。
このような点が第１および第２実施例とは異なる構成になっている。
本発明が従来技術と異なる点は、第１および第２実施例と同様に、開ループ周波数応答特性計測手段６と、演算手段７と、ゲインバランス式１１と、感度解析装置１２と、制御則データベース１５と、動作シミュレータ１７と、制御器モデル２３と、駆動力検出手段３５と、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７と、一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８を備えた部分である。
図１３は本発明の第３実施例の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の構成を示す図である。
図１４は本発明の第３実施例の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の電動機制御装置部分を示すブロック図である。
図１３、図１４において、１は電動機、２ａ，２ｂは検出手段、３は制御器、４は指令器、５は機械、６は開ループ周波数応答特性計測手段、７は演算手段、８は入力装置、９は出力装置、１０は記憶装置、１１はゲインバランス式、１２は感度解析装置、１４はスイッチ、１５は制御則データベース、１６は加算器、１７は動作シミュレータ、２３は制御器モデル、３５は駆動力検出手段、３７は閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段、３８は一巡開ループ周波数応答特性演算手段となっている。
図１３には、電動機制御装置部分のみのブロック図を表示している。
また、電動機１は、回転型モータであり、検出手段２は、回転型モータに付加されたエンコーダ２ａと機械５の負荷の動作量を検出するリニアエンコーダ２ｂとなっており、速度を検出する回転型エンコーダ２ａと、位置を検出するリニアエンコーダ２ｂの両方を備えたフルクローズド制御系となっている。
さらに、制御器３は、位置ループと速度ループの多重ループ系を構成しており、位置ループには、位置ループゲインＫｐ、速度ループには、速度ループゲインＫｖと積分時定数Ｔｉを有する位置比例‐速度比例・積分（Ｐ−ＰＩ）制御を構成し、加えてトルクフィルタＴｆを有し、Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆという４つの制御パラメータＧを持つ構成になっている。
このような点が第１および第２実施例とは異なる構成になっている。
本発明が従来技術と異なる点は、第１および第２実施例と同様に、開ループ周波数応答特性計測手段６と、演算手段７と、ゲインバランス式１１と、感度解析装置１２と、制御則データベース１５と、動作シミュレータ１７と、制御器モデル２３と、駆動力検出手段３５と、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７と、一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８を備えた部分である。
本実施例においても、ステップＳＴ０１からＳＴ０４までの動作は、第１実施例と基本的には同じである。
検出手段２ａ，２ｂと多重ループ系の構成による第１、第２実施例と異なる点を中心に説明する。
ステップＳＴ０１の開ループ周波数応答特性の計測では、トルクからモータ速度・検出手段２ａまでの機械特性となる開ループ周波数応答特性ＨＶと、トルクから機械負荷位置・検出手段２ｂまでの機械特性となる開ループ周波数応答特性ＨＤという異なる２種類の開ループ周波数応答特性が存在している。
よって、第１および第２実施例と同様に開ループ周波数応答特性Ｈを計測し、２種類の開ループ周波数応答特性ＨＶとＨＤを得る。
検出手段２ａ，２ｂと多重ループ系の構成による第１、第２実施例と異なる点を中心に説明する。
ステップＳＴ０１の開ループ周波数応答特性の計測では、トルクからモータ速度・検出手段２ａまでの機械特性となる開ループ周波数応答特性ＨＶと、トルクから機械負荷位置・検出手段２ｂまでの機械特性となる開ループ周波数応答特性ＨＤという異なる２種類の開ループ周波数応答特性が存在している。
よって、第１および第２実施例と同様に開ループ周波数応答特性Ｈを計測し、２種類の開ループ周波数応答特性ＨＶとＨＤを得る。
ステップＳＴ０２では第１および第２実施例と同様に一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定するが、ＳＴ０２ａもしくはＳＴ０２ｂ経由の結果により、２種類の一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定する。
前記式（１）に対応する制御パラメータは、Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆから成る位置比例・速度比例積分（Ｐ−ＰＩ）制御を構成しているので、開ループ周波数応答特性ＨＶと、開ループ周波数応答特性ＨＤを用いて示すと、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは式（１７）のようになる。
前記式（１）に対応する制御パラメータは、Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆから成る位置比例・速度比例積分（Ｐ−ＰＩ）制御を構成しているので、開ループ周波数応答特性ＨＶと、開ループ周波数応答特性ＨＤを用いて示すと、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは式（１７）のようになる。
ここで、開ループ周波数応答特性ＨＶと、開ループ周波数応答特性ＨＤは応答の単位系が異なる。
なお、第１実施例で説明したように閉ループ外乱駆動力応答周波数特性Ｚｃと一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは、前記式（１５）の関係があるため、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性Ｚｃは式（１８）のようになる。
なお、第１実施例で説明したように閉ループ外乱駆動力応答周波数特性Ｚｃと一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは、前記式（１５）の関係があるため、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性Ｚｃは式（１８）のようになる。
このように、第１実施例と同様に、開ループ周波数応答特性（ＨＤ，ＨＶ）と制御パラメータＧ（Ｋｖ，Ｋｐ，Ｔｉ，Ｔｆ）によって一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定することができる。
また、ステップＳＴ０２ｂにて開ループ周波数応答特性ＨＤ，ＨＶを第１実施例と同様に数値化した上で、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定しても良い。
開ループ周波数応答特性ＨＤ，ＨＶを前記図８のような２慣性モデルに数値化すると、
Ｊ１側を駆動しＪ２側の応答を検出した場合は、トルクから機械負荷位置・検出手段２ｂまでの機械特性となる開ループ周波数応答特性ＨＤは式（１９）となる。
また、ステップＳＴ０２ｂにて開ループ周波数応答特性ＨＤ，ＨＶを第１実施例と同様に数値化した上で、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定しても良い。
開ループ周波数応答特性ＨＤ，ＨＶを前記図８のような２慣性モデルに数値化すると、
Ｊ１側を駆動しＪ２側の応答を検出した場合は、トルクから機械負荷位置・検出手段２ｂまでの機械特性となる開ループ周波数応答特性ＨＤは式（１９）となる。
Ｊ１側を駆動しＪ１側の応答を検出した場合は、第１の実施例に示した前記式（３）と同等である。これは、トルクからモータ速度・検出手段２ａまでの機械特性となる開ループ周波数応答特性ＨＶに相当する。
以上のようにＳＴ０２ｂが完了すれば、第１実施例と同様に一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
なお、第１実施例と同様に、多慣性モデルとして開ループ周波数応答特性を数値化し、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定しても良い。
以上のようにＳＴ０２ｂが完了すれば、第１実施例と同様に一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
なお、第１実施例と同様に、多慣性モデルとして開ループ周波数応答特性を数値化し、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定しても良い。
ステップＳＴ０３では、第１実施例と同様に、ステップＳＴ０３ａによる制御パラメータの変化に対する周波数応答特性の感度解析もしくはステップＳＴ０３ｂによる周波数応答特性の変化に対する制御パラメータの感度解析が実施される。
ここでは、ＳＴＰ０２ｂにて開ループ周波数応答特性を数値化した場合に、その数値モデルの要素を含めて感度解析する例について追加説明する。
第１実施例と同様にステップＳＴ０３ａとステップＳＴ０３ｂの双方が実施できる。
ステップＳＴ０３ａによる制御パラメータの変化に対する周波数応答特性の感度解析では、第１実施例と同様に、予め任意に定めた範囲で、任意に定めた刻み幅で、制御パラメータＧ（Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆ）を新たな一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
ステップＳＴＰ０２ｂにて開ループ周波数応答特性を数値化していれば制御パラメータＧと機械のパラメータを変更し、新たな一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
第１実施例と同様にステップＳＴ０３ａとステップＳＴ０３ｂの双方が実施できる。
ステップＳＴ０３ａによる制御パラメータの変化に対する周波数応答特性の感度解析では、第１実施例と同様に、予め任意に定めた範囲で、任意に定めた刻み幅で、制御パラメータＧ（Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆ）を新たな一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
ステップＳＴＰ０２ｂにて開ループ周波数応答特性を数値化していれば制御パラメータＧと機械のパラメータを変更し、新たな一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
前記のように開ループ周波数応答特性を２慣性モデルに数値化した場合は、電動機側の負荷慣性モーメントＪ１、負荷側の負荷慣性モーメントＪ２、ばね定数ｋ、減衰ｄを変更して新たな一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定できる。
なお、第１実施例で述べたように、２慣性モデルを共振周波数ω、反共振周波数ωａ、とその減衰比ζ、ζａという特性量を変更して新たな一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定しても良い。
開ループ周波数応答特性を多慣性系に近似した場合は、各々の共振周波数ωｒ、減衰比ζｒと、振幅および位相Ａｒ、総負荷慣性モーメントＪ，もしくは余剰剛性Ｂ、を変更しても良いし、多慣性系を比例粘性減衰系ではなく一般粘性減衰系とすれば、各々の共振周波数ω、減衰比ζと、振幅および位相ＵおよびＶ、総負荷慣性モーメントＪ，もしくは余剰剛性Ｂ、を変更しても良い
なお、第１実施例で述べたように、２慣性モデルを共振周波数ω、反共振周波数ωａ、とその減衰比ζ、ζａという特性量を変更して新たな一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏを推定しても良い。
開ループ周波数応答特性を多慣性系に近似した場合は、各々の共振周波数ωｒ、減衰比ζｒと、振幅および位相Ａｒ、総負荷慣性モーメントＪ，もしくは余剰剛性Ｂ、を変更しても良いし、多慣性系を比例粘性減衰系ではなく一般粘性減衰系とすれば、各々の共振周波数ω、減衰比ζと、振幅および位相ＵおよびＶ、総負荷慣性モーメントＪ，もしくは余剰剛性Ｂ、を変更しても良い
ステップＳＴ０３ｂによる周波数応答特性の変化に対する制御パラメータの感度解析では、第１実施例と同様に、目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’を入力し、目標とする一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏ’に近づける制御パラメータＧの変化量を求めるが、制御パラメータＧの中に機械パラメータを含めて感度解析できる。
機械パラメータは、開ループ周波数応答特性をＳＴＯ２ｂにて数値モデル化していれば得られている。
まず、制御パラメータＧ（Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆ）のみの感度解析を示すと、式（２０）のようになる。
機械パラメータは、開ループ周波数応答特性をＳＴＯ２ｂにて数値モデル化していれば得られている。
まず、制御パラメータＧ（Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆ）のみの感度解析を示すと、式（２０）のようになる。
こうした感度解析を一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏに対して実施すればよい。
開ループ周波数応答特性を２慣性モデルとすれば、負荷慣性モーメントＪ１、負荷側の負荷慣性モーメントＪ２、ばね定数ｋ、減衰ｄ、あるいは、共振周波数ω、反共振周波数ωａ、とその減衰比ζ、ζａ、多慣性モデルであれば、各々の共振周波数ωｒ、減衰比ζｒと、振幅および位相Ａｒ、総負荷慣性モーメントＪ，もしくは余剰剛性Ｂ、としても良いし、多慣性系を比例粘性減衰系ではなく一般粘性減衰系とすれば、各々の共振周波数ωｒ、減衰比ζｒと、振幅および位相ＵｒおよびＶｒ、総負荷慣性モーメントＪ，もしくは余剰剛性Ｂ、を制御パラメータＧ（Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆ）に含めて感度解析できる。
開ループ周波数応答特性を２慣性モデルとすれば、式（２１）を元に感度解析できる。
開ループ周波数応答特性を２慣性モデルとすれば、負荷慣性モーメントＪ１、負荷側の負荷慣性モーメントＪ２、ばね定数ｋ、減衰ｄ、あるいは、共振周波数ω、反共振周波数ωａ、とその減衰比ζ、ζａ、多慣性モデルであれば、各々の共振周波数ωｒ、減衰比ζｒと、振幅および位相Ａｒ、総負荷慣性モーメントＪ，もしくは余剰剛性Ｂ、としても良いし、多慣性系を比例粘性減衰系ではなく一般粘性減衰系とすれば、各々の共振周波数ωｒ、減衰比ζｒと、振幅および位相ＵｒおよびＶｒ、総負荷慣性モーメントＪ，もしくは余剰剛性Ｂ、を制御パラメータＧ（Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆ）に含めて感度解析できる。
開ループ周波数応答特性を２慣性モデルとすれば、式（２１）を元に感度解析できる。
なお、２慣性モデルを前記（４）式のように数値化していれば、式（２２）を元に感度解析できる。
開ループ周波数応答特性を多慣性系に近似し、比例粘性減衰系とすれば、式（２３）を元に感度解析できる。
このように、ステップＳＴ０３では、第１実施例と同様に、感度解析を実施して、適切な制御パラメータを抽出できる。また、開ループ周波数応答特性Ｈを数値化していれば、機械パラメータを含めて感度解析でき、目標とする動作性能にするための機械側の改良点がわかる。
ステップＳＴ０４では、第１実施例と同様に、実機動作の確認や動作シミュレータの活用が可能である。
なお、本事例では、制御器の制御パラメータをフィードバック系のＫｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆ４つとしたが、フィードフォワード系のパラメータを構成しても良いし、ノッチフィルタなどを加えて構成しても良い。
なお、本事例では、制御器の制御パラメータをフィードバック系のＫｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆ４つとしたが、フィードフォワード系のパラメータを構成しても良いし、ノッチフィルタなどを加えて構成しても良い。
なお、本事例では、速度を検出する検出手段と位置（変位）を検出する検出手段を用いたが、加速度を検出する検出手段を用いても良い。
第４実施例にて、ステップＳＴ０１ｂの開ループ周波数応答特性の計測について追加説明する。
図１５は本発明の第４の実施例の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の電動機制御装置部分を示すブロック図である。
１は電動機、２ａ，２ｂは検出手段、３は制御器、４は指令器、５は機械、１４ａ、１４ｂ、１４ｃはスイッチ、１６ａ，１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは加算器、３５は駆動力検出手段、となっている。
さらに、制御器３は、位置ループと速度ループの多重ループ系を構成しており、位置ループには、位置ループゲインＫｐ、速度ループには、速度ループゲインＫｖと積分時定数Ｔｉを有する位置比例‐速度比例・積分（Ｐ−ＰＩ）制御を構成し、加えてトルクフィルタＴｆを有し、Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆという４つの制御パラメータＧを持つ構成になっている。
その他の構成は、第１実施例、第２実施例，第３実施例と同様であり、図１、図２、図１２、図１３のように、出力装置９、記憶装置１０、ゲインバランス式１１、感度解析装置１２、制御則データベース１５、動作シミュレータ１７、制御器モデル２３、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７、一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８等を備えているとする。
第１および第２実施例とは異なり、多重ループ系の構成を示しており、第３実施例はフルクローズド制御系であったが、図１５はセミクローズド制御系に成っている点が異なる。
本発明が従来技術と異なる点は、第１実施例，第２実施例、第３実施例と同様であるが、電動機制御装置部分のみしか図１５には示していない。
図１５は本発明の第４の実施例の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の電動機制御装置部分を示すブロック図である。
１は電動機、２ａ，２ｂは検出手段、３は制御器、４は指令器、５は機械、１４ａ、１４ｂ、１４ｃはスイッチ、１６ａ，１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは加算器、３５は駆動力検出手段、となっている。
さらに、制御器３は、位置ループと速度ループの多重ループ系を構成しており、位置ループには、位置ループゲインＫｐ、速度ループには、速度ループゲインＫｖと積分時定数Ｔｉを有する位置比例‐速度比例・積分（Ｐ−ＰＩ）制御を構成し、加えてトルクフィルタＴｆを有し、Ｋｐ、Ｋｖ、Ｔｉ、Ｔｆという４つの制御パラメータＧを持つ構成になっている。
その他の構成は、第１実施例、第２実施例，第３実施例と同様であり、図１、図２、図１２、図１３のように、出力装置９、記憶装置１０、ゲインバランス式１１、感度解析装置１２、制御則データベース１５、動作シミュレータ１７、制御器モデル２３、閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段３７、一巡開ループ周波数応答特性演算手段３８等を備えているとする。
第１および第２実施例とは異なり、多重ループ系の構成を示しており、第３実施例はフルクローズド制御系であったが、図１５はセミクローズド制御系に成っている点が異なる。
本発明が従来技術と異なる点は、第１実施例，第２実施例、第３実施例と同様であるが、電動機制御装置部分のみしか図１５には示していない。
図中は、指令器４の指令信号Ｃをスイッチ１４ａにより、位置ループに加えられるルートと、電動機１の直前に加えられるルートを持っている。
ステップＳＴ０１の開ループ周波数応答特性の計測において、ＳＴ０１ｂでは閉ループ状態で、開ループ周波数応答特性と等価な周波数応答特性を得ることが可能である。
スイッチ１４ｃをＯＮし閉ループ状態とし、検出手段２の応答は加算器１６ａで（−）入力される。制御器３には入力がなく、“０”の入力を保つように制御器３が働きながら、スイッチ１４ａにより指令器４の指令信号Ｃを電動機１の直前の加算器１６ｂに入力され、開ループ周波数応答特性計測手段６は、指令信号Ｃと応答ｒと、一巡したトルク（リニアモータの場合は推力）Ｔを受け取り、開ループ周波数応答特性を得る。
開ループ周波数応答特性と等価な周波数応答特性Ｈは式（２４）により得られる。
ステップＳＴ０１の開ループ周波数応答特性の計測において、ＳＴ０１ｂでは閉ループ状態で、開ループ周波数応答特性と等価な周波数応答特性を得ることが可能である。
スイッチ１４ｃをＯＮし閉ループ状態とし、検出手段２の応答は加算器１６ａで（−）入力される。制御器３には入力がなく、“０”の入力を保つように制御器３が働きながら、スイッチ１４ａにより指令器４の指令信号Ｃを電動機１の直前の加算器１６ｂに入力され、開ループ周波数応答特性計測手段６は、指令信号Ｃと応答ｒと、一巡したトルク（リニアモータの場合は推力）Ｔを受け取り、開ループ周波数応答特性を得る。
開ループ周波数応答特性と等価な周波数応答特性Ｈは式（２４）により得られる。
このように指令信号Ｃと一巡したトルクＴの和の周波数分析結果と、応答ｒの周波数分析結果から周波数応答特性Ｈを得る。
ステップＳＴ０１ｂはＳＴ０１ａと同じ周波数応答特性Ｈを得られるので、ステップＳＴ０２、ＳＴ０３，ＳＴ０４、ＳＴＯＰ５は、第１実施例から３と同様に実施できる。
ステップＳＴ０１ｂはＳＴ０１ａと同じ周波数応答特性Ｈを得られるので、ステップＳＴ０２、ＳＴ０３，ＳＴ０４、ＳＴＯＰ５は、第１実施例から３と同様に実施できる。
図１５の構成では、ＳＴＯＰ５で計測する一巡開ループ周波数応答特性は以下のようになる。
まず、第１実施例で説明したように閉ループ外乱駆動力応答周波数特性は、式（２５）になる。
まず、第１実施例で説明したように閉ループ外乱駆動力応答周波数特性は、式（２５）になる。
前記式（１５）の関係から、一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏは式（２６）になる。
以上のように、ステップＳＴ０１は、閉ループ状態でも開ループ周波数応答特性の計測ができる。さらにセミクローズドループ系の一巡開ループ周波数応答特性Ｚｏについて示した。
本発明のうち、数値演算により求めた伝達関数数値モデルを用いた一巡開ループ周波数応答特性の算出と、その他の周波数特性について説明する。つまり、前記図３のステップＳＴ０１ｃについて説明する。
数値演算により求めた伝達関数数値モデルを用いた一巡開ループ周波数応答特性を算出すれば、開ループ周波数応答特性は制御対象の機械特性であるため、計測した開ループ周波数応答特性で無くとも、数値モデル化した特性が与えられれば、第１実施例と同様に一巡開ループ周波数応答特性を推定できる。
この場合、機械モデルを持つので、第３実施例で説明したように制御パラメータと機械パラメータを含めて感度解析できる。
また、動作シミュレータの活用が可能であるという特徴がある。
数値演算により求めた伝達関数数値モデルを用いた一巡開ループ周波数応答特性を算出すれば、開ループ周波数応答特性は制御対象の機械特性であるため、計測した開ループ周波数応答特性で無くとも、数値モデル化した特性が与えられれば、第１実施例と同様に一巡開ループ周波数応答特性を推定できる。
この場合、機械モデルを持つので、第３実施例で説明したように制御パラメータと機械パラメータを含めて感度解析できる。
また、動作シミュレータの活用が可能であるという特徴がある。
図１６は、本発明の第５の実施例である有限要素法の結果図である。
前記電動機制御装置により駆動される電動機が機械に組み込まれており、電動機は検出手段の応答をフィードバックして制御される。この機械の特性を有限要素法により算出する。計算機の中に寸法、機械の物性値を入れて機械モデルとして組み込み、境界条件など諸々の条件を実機に合わせて定義して解けば、機械の固有振動数や振動モードが得られる。固有振動数や振動モードが得られれば、機械モデルの数値化ができるので、電動機の場所と検出手段の場所の間の伝達関数を出力すれば、計測した開ループ周波数応答特性に対応する機械特性の伝達関数数値モデルを把握できる。
図１６は、本発明の第５の実施例である伝達関数数値モデル図である。図１７は、伝達関数数値モデルをボード線図で示したものである。
伝達関数数値モデルは、有限要素法の結果で出力されるパラメータを、例えば、前記式（６）に入力すれば得られる。
この伝達関数数値モデルを例えば図１に示した前記電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の前記演算装置に入力すれば、前記制御モデルを利用して、一巡開ループ周波数応答特性を推定できる。
本発明が従来技術と異なる点は、機械特性である伝達関数数値モデルを実機では無く、有限要素法による数値演算により算出している点である。このことは第１実施例〜第４実施例と異なる部分も同様である。
前記電動機制御装置により駆動される電動機が機械に組み込まれており、電動機は検出手段の応答をフィードバックして制御される。この機械の特性を有限要素法により算出する。計算機の中に寸法、機械の物性値を入れて機械モデルとして組み込み、境界条件など諸々の条件を実機に合わせて定義して解けば、機械の固有振動数や振動モードが得られる。固有振動数や振動モードが得られれば、機械モデルの数値化ができるので、電動機の場所と検出手段の場所の間の伝達関数を出力すれば、計測した開ループ周波数応答特性に対応する機械特性の伝達関数数値モデルを把握できる。
図１６は、本発明の第５の実施例である伝達関数数値モデル図である。図１７は、伝達関数数値モデルをボード線図で示したものである。
伝達関数数値モデルは、有限要素法の結果で出力されるパラメータを、例えば、前記式（６）に入力すれば得られる。
この伝達関数数値モデルを例えば図１に示した前記電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置の前記演算装置に入力すれば、前記制御モデルを利用して、一巡開ループ周波数応答特性を推定できる。
本発明が従来技術と異なる点は、機械特性である伝達関数数値モデルを実機では無く、有限要素法による数値演算により算出している点である。このことは第１実施例〜第４実施例と異なる部分も同様である。
なお、対象となる機械は、実機が無い図面レベルでも良いし、すでに実機が存在する場合でも良い。得られた伝達関数数値モデルを前記開ループ周波数応答特性とみなし、第１実施例，〜第３実施例と同様に一巡開ループ周波数応答特性を推定できる。
以上のように、伝達関数数値モデルから一巡開ループ周波数応答特性を推定できるので、制御パラメータを、実機が無くても推定でき、しいては機械の性能を予測できることになる。また、前記機械パラメータを含めた制御の安定性の感度解析を実施できるので、機械を含めて改良を検討でき、機械系と制御系をあわせて性能向上のための対策を実施できる。
図３のフローチャートは、電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置において、電動機制御装置の制御パラメータを設定する処理手順を示すフローチャートでもある。この図を用いて本発明の方法を順を追って説明する。
はじめにステップＳＴ０１で制御対象（機械特性）の把握をする。次にステップＳＴ０２で一巡開ループ周波数応答特性の推定する。さらに、ステップＳＴ０３で制御パラメータと一巡開ループ周波数応答特性の関係の感度解析を実施する。また、ステップＳＴ０４では、電動機制御装置の実機動作を確認する。
最後にステップＳＴ０５では、一巡開ループ周波数応答特性を計測して制御系安定度を確認する。
このように、制御対象（機械特性）の把握し、機械系の影響度を考慮にいれて制御パラメータ変更による結果の傾向が事前に判るため制御パラメータを選定しやすくなる。さらに、最後に一巡開ループ周波数応答特性を計測するので、ゲイン余裕・位相余裕を観察でき、制御パラメータの適正を確認できるので、最適な電動機制御装置の制御パラメータの設定を行うことができる。
はじめにステップＳＴ０１で制御対象（機械特性）の把握をする。次にステップＳＴ０２で一巡開ループ周波数応答特性の推定する。さらに、ステップＳＴ０３で制御パラメータと一巡開ループ周波数応答特性の関係の感度解析を実施する。また、ステップＳＴ０４では、電動機制御装置の実機動作を確認する。
最後にステップＳＴ０５では、一巡開ループ周波数応答特性を計測して制御系安定度を確認する。
このように、制御対象（機械特性）の把握し、機械系の影響度を考慮にいれて制御パラメータ変更による結果の傾向が事前に判るため制御パラメータを選定しやすくなる。さらに、最後に一巡開ループ周波数応答特性を計測するので、ゲイン余裕・位相余裕を観察でき、制御パラメータの適正を確認できるので、最適な電動機制御装置の制御パラメータの設定を行うことができる。
開ループ周波数応答特性を計測後、数値演算により一巡開ループ周波数応答特性を推定することによって、周波数応答特性を計測する際に生じる機械への負荷を最小限に留め、一巡開ループ周波数応答特性を確認しながら制御器の制御パラメータを調整するという用途にも適用できる。
１ 電動機
２ ２ａ，２ｂ 検出手段
３ 制御器
４ 指令器
５ 機械
６ 開ループ周波数応答特性計測手段
７ 演算手段
８ 入力装置
９ 出力装置
１０ 記憶装置
１１ ゲインバランス式
１２ 感度解析装置
１３ 指令器制御器
１４、１４ａ、１４ｂ スイッチ
１５、１５ａ、１５ｂ 制御則データベース
１６ 加算器
１７ 動作シミュレータ
２１ 電動機モデル
２２ 検出手段モデル（不図示）
２３ 制御器モデル
２４ 指令器モデル
２５ 機械モデル
３１ 位置ループゲイン
３２ 速度ループゲイン
３３ 積分時定数
３４ トルク（推力）フィルタ
３５ 駆動力検出手段
３６ 閉ループ外乱周波数応答特性計測手段
３７ 閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段
３８ 一巡開ループ周波数応答特性演算手段
２ ２ａ，２ｂ 検出手段
３ 制御器
４ 指令器
５ 機械
６ 開ループ周波数応答特性計測手段
７ 演算手段
８ 入力装置
９ 出力装置
１０ 記憶装置
１１ ゲインバランス式
１２ 感度解析装置
１３ 指令器制御器
１４、１４ａ、１４ｂ スイッチ
１５、１５ａ、１５ｂ 制御則データベース
１６ 加算器
１７ 動作シミュレータ
２１ 電動機モデル
２２ 検出手段モデル（不図示）
２３ 制御器モデル
２４ 指令器モデル
２５ 機械モデル
３１ 位置ループゲイン
３２ 速度ループゲイン
３３ 積分時定数
３４ トルク（推力）フィルタ
３５ 駆動力検出手段
３６ 閉ループ外乱周波数応答特性計測手段
３７ 閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段
３８ 一巡開ループ周波数応答特性演算手段
Claims (23)
- 機械に取り付けられた電動機と、
前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、
指令信号を発生する指令器と、
指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、
前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測する開ループ周波数応答特性計測手段と、
前記電動機制御装置の制御器の制御器モデルと、
計測した前記開ループ周波数応答特性と前記制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する演算手段と、
前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析装置とを備えたことを特徴とする電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。 - 機械に取り付けられた電動機と、
前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、
指令信号を発生する指令器と、
指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、
予め前記機械の質量や剛性から数値演算により算出した機械モデルを用いて、前記電動機の位置と前記機械に取り付けた検出手段の位置との間における伝達関数を求めることにより得られる機械特性の伝達関数数値モデルと、
前記電動機制御装置の制御器の制御器モデルと、
前記伝達関数数値モデルと前記制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する演算手段と、
前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析装置とを備えたことを特徴とする電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。 - 前記感度解析装置は、前記一巡開ループ周波数応答特性と目標とする一巡開ループ周波数応答特性の差異と、前記一巡開ループ周波数応答特性の数式モデルの前記制御パラメータの偏微分より、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づく前記制御パラメータの変化量を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 前記感度解析装置は、予め任意に定められた範囲および刻み幅で、前記制御パラメータを変化させた場合の一巡開ループ周波数応答特性を算出し、前記制御パラメータの変化による前記一巡開ループ周波数応答特性の変化を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 前記検出手段は、前記電動機または前記機械の位置、速度、加速度の何れかを検出してその動作量とすることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 前記制御器は、複数の前記制御パラメータを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 前記制御器は、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて前記制御指令とそれぞれの成分の前記動作量を一致するように前記電動機を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 前記演算手段は、計測した前記開ループ周波数応答特性を数値モデル化する数値モデル化手段を備え、前記開ループ周波数応答特性を数値モデル化し、前記電動機制御装置の制御器の前記制御器モデルと開ループ周波数応答特性の数値モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 前記数値モデル化手段は、前記開ループ周波数応答特性を、機械共振周波数、減衰、ばね乗数、負荷もしくは負荷慣性モーメントのような機械特性に分類されるパラメータから構成される数値モデルに数値化することを特徴とする請求項８に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 前記電動機の電動機モデルと、前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段の検出手段モデルと、指令信号を発生する指令器の指令器モデルと、指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器の前記制御器モデルを備えた電動機制御装置の電動機制御装置モデルを有し、制御器の制御パラメータと等価な制御器モデルの制御パラメータと前記数値モデル化手段により数値化した前記開ループ周波数応答特性の数値モデルを用いて、指令入力に対する応答を時系列データとして出力する電動機制御装置の動作シミュレータを備えることを特徴とする請求項２、８、９の何れか１項に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 前記制御器が複数の前記制御パラメータを有する場合に、前記感度解析装置は、制御特性の応答性が変化しつつもバランスを保つゲインバランス式を備えることを特徴とする請求項７に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 前記感度解析装置は、前記制御パラメータに機械パラメータを含め、目標とする一巡開ループ周波数応答特性と推定した前記一巡開ループ周波数応答との差異と、推定した前記一巡開ループ周波数応答特性の数式モデルの前記制御パラメータの偏微分より、目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づく前記機械パラメータを含めた前記制御パラメータの変化量を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 前記制御器は、前記検出手段の信号を（−）端子に入力する減算器と、その減算器の信号を受けて働き制御指令を出力するような、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて前記制御指令とそれぞれの成分の前記動作量を一致するように前記電動機を制御し、加算器が少なくとも１つの閉ループの中に設けられ、前記加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性計測手段が、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得ることを特徴とする請求項１または７に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 前記制御器は、少なくとも１つ以上の閉ループと、少なくとも１つ以上の閉ループを開閉するスイッチを備えることを特徴とする請求項１、２、７の何れか１項に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 前記検出手段の信号を（−）端子に入力する減算器と、その減算器の信号を受けて働き制御指令を出力するような、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて前記制御指令とそれぞれの成分の前記動作量を一致するように前記電動機を制御し、加算器が少なくとも１つの閉ループの中に設けられ、前記加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得る前記開ループ周波数応答特性計測手段と、
少なくとも１つの閉ループの中に設けられた前記加算器に加えた前記指令発生装置の信号と前記検出手段の信号応答から得られる閉ループ外乱応答周波数特性を得る閉ループ外乱周波数応答特性計測手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。 - 前記検出手段の信号を（−）端子に入力する減算器と、その減算器の信号を受けて働き制御指令を出力するような、少なくとも１つの閉ループを備え、単位系にあわせて前記制御指令とそれぞれの成分の前記動作量を一致するように前記電動機を制御し、加算器が少なくとも１つの閉ループの中に設けられ、前記加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得る前記開ループ周波数応答特性計測手段と、
前記制御器から出力され少なくとも１つの閉ループの中に設けられた前記加算器の手前のトルクもしくは推力となる駆動力を検出する駆動力検出手段と、
少なくとも１つの閉ループの中に設けられた前記加算器に加えた前記指令発生装置の信号と前記駆動力検出手段が検出した信号応答から得られる閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を得る閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。 - 前記閉ループ外乱駆動力応答周波数特性計測手段から得た前記閉ループ外乱駆動力応答周波数特性から、一巡開ループ周波数応答特性を算出する一巡開ループ周波数応答特性演算手段を備えることを特徴とする請求項１６に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 入力手段と、表示装置と、記憶装置とのいずれかを少なくとも１つ以上を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 前記制御器もしくは前記制御器モデルは各種制御則を揃えた制御則データベースを備えたことを特徴とする請求項１、２、７の何れか１項に記載の電動機制御装置の制御パラメータ感度解析装置。
- 機械に取り付けられた電動機と、
前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、
指令信号を発生する指令器と、
指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置の制御パラメータの設定方法において、
前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を取得し、
前記開ループ周波数応答特性と前記制御器の制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を演算処理し、
前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析処理し、
前記制御器の制御パラメータを決定するという手順で処理することを特徴とする電動機制御装置の制御パラメータ設定方法。 - 機械に取り付けられた電動機と、
前記電動機または前記機械からなる被検出体の動作量を検出する検出手段と、
指令信号を発生する指令器と、
指令信号を受けて前記電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置の制御パラメータの設定方法において、
前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を取得する処理し、
前記開ループ周波数応答特性と前記制御器の制御器モデルから一巡開ループ周波数応答特性を算出する処理し、
前記制御器の制御パラメータと前記一巡開ループ周波数応答特性の変化の関係を感度解析する感度解析処理し、
閉ループを構成する電動機制御装置に設けられた前記加算器に加えた前記指令発生装置の信号と前記駆動力検出手段が検出した信号応答から得られる閉ループ外乱駆動力応答周波数特性を計測して一巡開ループ周波数応答特性を算出して、前記制御器の制御パラメータの安定度を確認するという手順で処理することを特徴とする電動機制御装置の制御パラメータ設定方法。 - 前記開ループ周波数応答特性を取得する処理では、前記電動機制御装置を開ループ化して前記制御器の特性を含まない開ループ周波数応答特性を計測する、もしくは、数値演算して開ループ周波数応答特性と等価な前記機械の電動機が駆動する駆動部と前記機械の前記検出手段が付く動作量検出部の間の機械特性の伝達関数数値モデルを算出する、もしくは、前記電動機制御装置を閉ループ化して閉ループに設けられた加算器に前記指令発生装置の信号を入力することで、前記開ループ周波数応答特性計測手段が、前記開ループ周波数応答特性と等価な周波数特性を得ることを特徴とする請求項２０または２１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ設定方法。
- 前記感度解析処理では、目標とする一巡開ループ周波数応答特性と前記一巡開ループ周波数応答との差異と前記一巡開ループ周波数応答特性の数式モデルの前記制御パラメータの偏微分より目標とする一巡開ループ周波数応答特性に近づく前記制御パラメータの変化量を推定する、あるいは、予め任意に定められた範囲および刻み幅で、前記制御パラメータを変化させた場合の一巡開ループ周波数応答特性を算出し前記制御パラメータの変化による前記一巡開ループ周波数応答特性の変化を推定することを特徴とする請求項２０または２１に記載の電動機制御装置の制御パラメータ設定方法。
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