JP2008228360A - モータ制御装置、及びモータ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】オンライン状態で且つ少ない演算量で、制御対象の剛体特性と共振特性との双方を同定する。
【解決手段】連結軸３を介して負荷２と連結したモータ１と、前記モータを駆動する電力変換器４と、目標指令値及び、前記モータに流れるモータ電流に基づいて前記電力変換器を制御するモータ制御装置１００とを備えるモータ制御システム２００であって、モータ制御装置は、モータのモータトルク値とモータ回転速度検出値とを入力信号にして、制御の制御パラメータを自動調整するオートチューニング部１１を備え、オートチューニング部は、モータと連結軸と負荷の機械系を「剛体モデル」と「共振モデル」との直列接続モデルとして捉え、各モデルを構成するパラメータを別々に同定するパラメータ同定手段を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、負荷と連結したモータを制御するモータ制御装置、及びモータ制御システムに関する。

産業用機械（半導体製造装置、工作機械、射出成形機）では、モータが多数使用され、特に、オンラインで稼働中に機械系パラメータを同定し制御性能の向上を図ることが望まれている。
モータ制御装置においては、実運転中に機械の合計慣性モーメント、粘性摩擦係数、及び定常外乱トルク等の剛体としてのパラメータを同定し、同定結果を位置制御器、速度制御器等の制御パラメータの自動設定に用いる技術が開示されている（特許文献１）。この特許文献１の技術では、正転時と逆転時とで、それぞれのモータトルク値、加速度、及びモータ回転速度の時系列データを用いて、逐次最小二乗法によりパラメータ同定を行っている。

また、剛体特性だけでなく、共振特性をも同定する技術が開示されている（特許文献２）。この特許文献２の技術では、モータトルク値としてホワイトノイズを印加し、このときのモータトルク及びモータ回転速度をＦＦＴ演算して得られるゲイン・周波数線図に対して、カーブフィッティングを施すことにより二慣性共振系のパラメータの同定を行っている。また、特許文献２の技術は、共振系のパラメータ同定値へのクーロン摩擦の影響を排除する為に、別途設けた剛体パラメータ同定部から得られる機械の合計慣性モーメント、粘性摩擦係数、及び定常外乱トルク等の剛体としてのパラメータ情報を用いて、補正演算を行うことを特徴としている。

また、剛体特性だけでなく、共振特性をも同定する、より一般的な技術としては、例えば、セルフチューニングレギュレータを挙げることができる（非特許文献１）。この非特許文献１の技術は、出力信号ｙ（ｔ）を目標信号ｒ（ｔ）に収束させる制御子システムであって、制御対象４１に入力される入力信号ｕ（ｔ）と、制御対象４１からの出力信号ｙ（ｔ）の時系列データに対して最小二乗法を適用することでプラントの伝達関数を同定機構４２で同定することを特徴としている（図１４参照）。
特開２００５−１６８１６６号公報 特開平７−１５２４２９号公報 特開２００４−１８７４３２号公報 鈴木 隆著「アダプティブコントロール」、コロナ社、２００１年、１章 飯國 洋二「適応信号処理アルゴリズム」、培風館、２０００年、４章

特許文献１の技術では、同定可能なパラメータが剛体としてのパラメータに限定されている。このため、特許文献１の技術は、機械系の共振特性を考慮した制御パラメータの設定や、後記する制振制御器の制御パラメータの設定を自動で行うには不向きである。
一方、特許文献２の技術は、機械系の剛体特性のみならず、共振特性まで同定可能であるが、ホワイトノイズを印加する必要があるため、使用条件がオフライン調整に限られている。また、第３の従来技術は、オンライン状態で制御対象の伝達関数を同定できる利点を有するが、同定アルゴリズムとして一般的な逐次最小二乗法を選んだ場合には、計算量は同定パラメータ数の２乗に比例してしまう（非特許文献２参照）。このため、同定器は十分な演算能力を持った計算機へ実装することが必要条件であった。
これにより、位置制御器、速度制御器等の制御パラメータの自動設定、及び特許文献３に記載されている制振制御パラメータの高精度な自動設定が可能となり、より簡単に高性能な制御が実現できることとなる。

そこで、本発明は、オンライン状態で且つ、少ない演算量で、制御対象の剛体特性と共振特性との双方を同定することができるモータ制御装置、及びモータ制御システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明のモータ制御システムは、連結軸を介して負荷と連結したモータと、前記モータを駆動する電力変換器と、目標指令値及び、前記モータに流れるモータ電流に基づいて前記電力変換器を制御するモータ制御装置とを備えるモータ制御システムであって、前記モータ制御装置は、前記モータのモータトルク値とモータ回転速度検出値とを入力信号にして、前記制御の制御パラメータを自動調整するオートチューニング部を備え、前記オートチューニング部は、前記モータと前記連結軸と前記負荷の機械系を「剛体モデル」と「共振モデル」との直列接続モデルとして捉え、各モデルを構成するパラメータを別々に同定するパラメータ同定手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、オンライン状態で且つ少ない演算量で、制御対象の剛体特性と共振特性との双方を同定することができる。

（基本原理）
後記する各実施形態の制御対象の機械系を図１を用いて説明する。この機械系はモータ１と負荷２とが連結軸３で接続されている。ここでは、説明を簡単化する為に、制御対象機械系を二慣性系モデルを仮定する。すなわち、モータ１は、粘性摩擦係数Ｄ_Ｍの羽根車で表現されるモータ軸と、モータ慣性モーメントＪ_Ｍの回転子とを備え、負荷２は、例えば、負荷慣性モーメントＪ_Ｌを備えた円板状のものであり、連結軸３は粘性摩擦係数Ｃ_Ｆ及びバネ定数Ｋ_Ｆを備えたバネ／ダンパと仮定する。また、モータ１はモータトルクτ_Ｍ、モータ回転速度ω_Ｍで回転し、負荷２は円周上に加えられた重力ｍｇ等によって、モータ側換算の定常外乱トルク値ｄ_Ｍが印加され、負荷回転速度ω_Ｌで回転しているとする。

各実施形態は、制御対象となる図１の機械系を「剛体モデル」と「共振モデル」との直列接続モデルとして捉え、両モデルを構成するパラメータを「剛体モデル同定部」と「共振モデル同定部」とで別々に同定することを特徴とし（図５）、計算量が同定パラメータ数の２乗に比例することによる弊害を回避している。

すなわち、剛体モデル同定部は、モータトルク値τ_Ｍとモータ回転速度検出値ω_Ｍとを用いて、特許文献１もしくは、非特許文献１に示された方法によって、合計慣性モーメント推定値Ｊ＾、粘性摩擦係数推定値Ｄ＾_Ｍ、定常外乱トルク推定値ｄ＾_Ｍ等の剛体パラメータを、まず求める。次に、剛体モデルは、予め求めた剛体パラメータをセットした後、剛体回転速度推定値ω＾_ＲＤを算出する。このとき用いる、剛体モデルの演算式は、ｓをラプラス演算子とするとき、(１)式である。
ω_ＲＤ ^＾＝（τ_Ｍ−ｄ_Ｍ ^＾）／（Ｊ^＾・ｓ＋Ｄ_Ｍ ^＾） ・・・・・・・・・・・（１）

次に、共振モデル同定部は、（１）式で算出した剛体回転速度推定値ω_ＲＤ＾と、モータ回転速度検出値ω_Ｍとに基づいて、逐次最小二乗法（非特許文献１、又は非特許文献２参照）を用いて共振モデルを決定付ける共振パラメータの同定を行う。

以上が基本原理の概要であるが、以下では、制御対象機械系を「剛体モデル」と「共振モデル」との直列接続モデルで近似可能なことを詳細に説明する。図２において、変数τ_Ｍはモータの発生トルク値であり、変数ω_Ｍはモータ回転速度であり、変数τ_ｓは連結軸の軸ねじりにより発生するトルクであるモータ発生トルク値であり、変数τ_ｄはモータ軸に作用する粘性摩擦トルクであり、ｓはラプラス演算子を意味する。

ここで、図２の二慣性系モデルにおいて、モータ軸換算の定常外乱トルク値ｄ_Ｍ、及び、モータ軸に作用する粘性摩擦係数Ｄ_Ｍを零とおいた場合のモータに発生するモータ発生トルク値τ_Ｍに対するモータ回転速度ω_Ｍの伝達関数Ｇ_ＭＲ(s)は（２）式で表現される。
Ｇ_ＭＲ（ｓ）＝ω_Ｍ（ｓ）／τ_Ｍ（ｓ）＝１／｛（Ｊ_Ｍ＋Ｊ_Ｌ）ｓ｝・（ω_ｍ／ω_ａ）^２・（ｓ^２＋２ζ_ａω_ａｓ＋ω_ａ ^２）／（ｓ^２＋２ζ_ｍω_ｍｓ＋ω_ｍ ^２）・・・・・（２）
但し（２）式において、ω_ａは反共振角周波数、ζ_ａは反共振点の減衰係数、ω_ｍは共振角周波数、ζ_ｍは共振点の減衰係数であり、それぞれ物理定数Ｊ_Ｍ、Ｊ_Ｌ、Ｋ_Ｆ、Ｃ_Ｆを用いて（３）式、（４）式、（５）式、（６）式で表すことができる。
ω_ａ＝√（Ｋ_Ｆ／Ｊ_Ｌ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
ζ_ａ＝Ｃ_Ｆ／（２√（Ｊ_Ｌ・Ｋ_Ｆ））・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
ω_ｍ＝√（Ｋ_Ｆ（Ｊ_Ｍ＋Ｊ_Ｌ）／（Ｊ_Ｌ・Ｊ_Ｍ））・・・・・・・・・・（５）
ζ_ｍ＝Ｃ_Ｆ／２・√（（Ｊ_Ｍ＋Ｊ_Ｌ）／（Ｋ_Ｆ・Ｊ_Ｌ・Ｊ_Ｍ）） ・・・・（６）
このとき、図２の二慣性系モデルは、（２）式で表現される伝達関数Ｇ_ＭＲ（ｓ)の入力信号であるモータ発生トルク値τ_Ｍからモータ軸換算の定常外乱トルク値ｄ_Ｍ、及び、モータ軸に作用する粘性摩擦トルク値τ_ｄを減算した場合に等しい。よって、図２の二慣性系モデルは、図３（ａ）に示したモデルと等価である。こうして得られた図３（ａ）の等価二慣性系モデルは、図２に比べて簡潔な表現ながら、モータ軸に作用する粘性摩擦トルク値τ_ｄの発生式がモータ回転速度ω_Ｍを入力信号とした（７）式であるために、Ｇ_ＭＲ(ｓ)に対するフィードバックループが存在する。
τ_ｄ＝Ｄ_Ｍ・ω_Ｍ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(７)
このため、このままではＧ_ＭＲ（ｓ）の分割は不可能である。

そこで、図３（ａ）に代えて図３（ｂ）の近似二慣性系モデルを導入する。図３（ｂ）では、モータ軸に作用する粘性摩擦トルク値τ_ｄの代わりに（８）式で算出するモータ軸に作用する粘性摩擦トルク近似値τ_ｄ~を用いる。
τ_ｄ~＝Ｄ_Ｍ・ω_ＲＤ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（８）
（８）式において、入力信号として用いる剛体回転速度ω_ＲＤは、図４（ｂ）中に示した共振モデル７７の入力部から取得する。これにより、ω_ＲＤを境にしたモデルの分割が可能としている。また、ω_ＲＤは、モータ回転速度ω_Ｍに比較して振動成分の少ない剛体的な特性となる。そこで、ω_ＲＤを剛体回転速度と呼ぶことにする。さらに、入力信号τ_Ｍ及び定常外乱トルク値ｄ_Ｍから剛体
回転速度ω_ＲＤを導出するブロックを「剛体モデル」、剛体回転速度ω_ＲＤから共振特性を付加したモータ回転速度ω_Ｍを導出するブロックを「共振モデル」と呼ぶことにする。

次に、図４（ａ）の等価二慣性系モデルを図４（ｂ）のように、剛体モデルと共振モデルの直列接続モデルとして近似した場合の近似誤差について、周波数領域での検討を加えておく。まず図４（ｂ）中の剛体モデル部の伝達関数をＧ_ＲＤ（ｓ）と定義し、共振モデル部の伝達関数をＧ_ＲＳ（ｓ）と定義する。このとき、説明を簡単化する為に、定常外乱トルク値ｄ_Ｍを零とすると、剛体モデル部の伝達関数Ｇ_ＲＤ（ｓ）は、ｓをラプラス演算子とするとき、（９）式で記述できる。但し、（９）式において、カットオフ周波数ω_ｒｄを（１０）式で定義した。
Ｇ_ＲＤ（ｓ）＝ω_ＲＤ／τ_Ｍ＝（１／Ｄ_Ｍ）・ω_ｒｄ／（ｓ＋ω_ｒｄ）・・・（９）
ω_ｒｄ＝Ｄ_Ｍ／（Ｊ_Ｍ＋Ｊ_Ｌ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１０）
（９）式から明らかなように、剛体モデル部の伝達関数Ｇ_ＲＤ（ｓ）は、カットオフ角周波数＝ω_ｒｄ[rad/s]の一次遅れ要素に、ゲイン１／Ｄ_Ｍを乗じた特性を持つと解釈できる。

一方、共振モデル部の伝達関数Ｇ_ＲＳ（ｓ）は（１１）式で記述される。
Ｇ_ＲＳ（ｓ）＝（ω_ｍ／ω_ａ）^２・（ｓ^２＋２ζ_ａω_ａｓ＋ω_ａ ^２）／（ｓ^２＋２ζ_ｍω_ｍｓ＋ω_ｍ ^２）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１１）
（１１）式から明らかなように、共振モデル部の伝達関数Ｇ_ＲＳ（ｓ）は、低周波域のゲインが１、高周波域のゲインが（ω_ｍ／ω_ａ)^２、反共振角周波数ω_ａで極小ゲインを、共振角周波数ω_ｍで極大ゲインを有している。以上の準備ができた所で、図４（ａ）における、モータの発生トルク値τ_Ｍに対するモータ回転速度ω_Ｍの伝達関数をＧ_ＭＢ（ｓ）と定義する。

同様に、近似二慣性系モデル図４（ｂ）におけるモータの発生トルク値τ_Ｍに対するモータ回転速度ω_Ｍの伝達関数をＧ_ＭＡ（ｓ）と定義して、その比Ｇ_ＭＡ（ｓ）／Ｇ_ＭＢ（ｓ）を求めることにする。
ここで、Ｇ_ＭＢ（ｓ）及びＧ_ＭＡ（ｓ）は、それぞれ(１２)式、(１３)式となる。
Ｇ_ＭＢ（ｓ）＝（（１／（Ｊ_Ｍ＋Ｊ_Ｌ）ｓ）Ｇ_ＲＳ）／（１＋（Ｄ_Ｍ／（Ｊ_Ｍ＋Ｊ_Ｌ）ｓ）・Ｇ_ＲＳ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１２）
Ｇ_ＭＡ（ｓ）＝Ｇ_ＲＤ（ｓ）／Ｇ_ＲＳ（ｓ）・・・・・・・・・・・・・（１３）
（９），（１０），（１２），（１３）式より、Ｇ_ＭＡ（ｓ）／Ｇ_ＭＢ(ｓ)を求めると、（１４）式が得られる。
Ｇ_ＭＡ（ｓ）／Ｇ_ＭＢ（ｓ）＝（１＋（ω_ｒｄ／ｓ）・Ｇ_ＲＳ（ｓ））／（１＋（ω_ｒｄ／ｓ））・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１４）

(１４)式は、図４（ａ）に示す等価二慣性系モデルＧ_ＭＢ（ｓ）に対する、図４（ｂ）に示す近似二慣性系モデルＧ_ＭＡ（ｓ）の比率であり、これが１であることが望ましい。即ち、（１４）式の分母と分子とが等しければよい。ところが、分子第二項目には、（１１）式で記述した共振モデル特性Ｇ_ＲＳ（ｓ）が余分に付いており、明らかに分母＝分子とならない。しかし、低周波域では、Ｇ_ＲＳ（ｓ）の低周波域ゲインが１である為に、分母≒分子となり、誤差は皆無になる。一方、高周波域ではＧ_ＲＳ（ｓ）の高周波域ゲインは(ω_ｍ／ω_ａ)^２であるが、(ω_ｒｄ／ｓ) が小さくなる為、分母≒分子≒１となり、やはり誤差は皆無になる。

残る問題は、共振モデル特性Ｇ_ＲＳ（ｓ）の反共振点、及び共振点の現象である。共振モデル特性Ｇ_ＲＳ（ｓ）が極小・極大値を採る為、その影響を軽減するには、(ω_ｒｄ／ｓ) がＧ_ＲＳ（ｓ）の反共振点、及び共振点で十分に小さくなる必要がある。この条件を満足するには、剛体モデルの折れ点角周波数ω_ｒｄが、Ｇ_ＲＳ（ｓ）の反共振角周波数ω_ａに比べて十分に低ければよい。即ち、ω_ｒｄ＜＜ω_ａが成立する条件では、図４（ｂ）に示す近似二慣性系モデルが利用可能である。これにより、剛体モデル、共振モデルの個別同定が可能となり、計算量が同定パラメータ数の２乗に比例することによる従来の弊害を回避できる。なお、ω_ｒｄ＜＜ω_ａの条件は、（１０）式より粘性摩擦係数Ｄ_Ｍが少なければいいので、通常のモータであれば成立する。

この基本原理によれば、制御対象の剛体特性と共振特性との両方がオンライン同定可能である。これにより、位置制御器、速度制御器、制振制御器等の制御パラメータを、共振特性をも考慮して調整可能となる。また、制御対象となる機械系を「剛体モデル」と「共振モデル」の直列接続モデルとして扱うことにより、従来技術よりも少ない演算量で同定できることから、適用範囲の拡大に貢献できる。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態であるモータ制御システムを、図４のブロック線図を用いて説明する。図４は、オートチューニング処理により、通常の装置稼動状態であっても、時々刻々と変動する負荷の機械特性に応じて、最適な速度制御器ゲイン、及び位置制御器ゲインの設定を実現する実施形態である。以下、本実施形態の詳細な説明を行う。

図４において、モータ制御システム２００は、モータ１と、モータ１により駆動される負荷２と、モータ１と前記負荷２とを連結する連結軸３と、モータ１を駆動する電力変換器４と、モータ１の回転軸に取り付けられ、モータ１の回転軸の位置検出値θ_Mを出力する位置検出器２７と、モータ１に流れる電流を検出する電流検出器６と、モータ制御装置１００とを備える。

モータ制御装置１００は、速度演算器５と、電流制御器８と、１次遅れフィルタ９と、トルク定数増幅器１０と、オートチューニング部１１と、速度制御器１２と、位置制御器１４と、位置指令生成器１７と、減算器７，１３，２５０と、を備える。また、モータ制御装置１００は、モータ１に流れるモータ電流を励磁軸成分と、これに電気的に直交するトルク軸成分にｄｑベクトル変換して制御している。以下、トルク電流成分の検出値Ｉｑのみで説明し、励磁軸成分の値Ｉｄは通常ゼロに設定されるので記載を省略している。

速度演算器５は、位置検出値θ_Ｍの時間変化からモータ回転速度ω_Ｍを演算する。
電流検出器６は、モータ１に供給されるトルク電流検出値Ｉｑを検出する
減算器７は、トルク電流指令値Ｉq^＊モータ１に供給されるトルク電流検出値Ｉｑとの電流偏差Ｉ_ｅを演算する。
電流制御器８は、電流偏差Ｉ_ｅに応じて電力変換器４をパルス幅制御する。
１次遅れフィルタ９は、トルク電流指令値Ｉｑ^＊を入力し、トルク電流推定値Ｉｑ＾を出力し、そのゲイン交差角周波数は、電流制御器８で構成した電流制御系のゲイン交差角周波数と等しく設定している。トルク定数増幅器１０は、トルク電流推定値Ｉｑ＾を入力しモータトルク値τ_Ｍを算出し、使用するモータ１のトルク定数ｋｔと等しい値を設定する。

オートチューニング部１１は、モータトルク値τ_Ｍ、及びモータ回転速度検出値ω_Ｍの時系列データを入力値とし、モータ１と連結軸３と駆動対象の負荷２とからなる機械系の合計慣性モーメント推定値Ｊ＾、及び、最適な速度制御器のゲイン交差角周波数ω_Ｓ、及び、最適な位置制御器のゲイン交差角周波数ω_Ｐを出力する。

速度制御器１２は、モータ回転速度偏差ω_ｅに応じてトルク電流指令値Ｉｑ^＊を出力する。速度制御器１２はｓをラプラス演算子とするとき、（１５）式で表現される演算を行う比例積分制御構造の制御器であり、比例増幅器１８及び積分増幅器１９を構成するパラメータである合計慣性モーメント推定値Ｊ＾及び速度制御系ゲイン交差角周波数ω_Ｓもまたオートチューニング部１１により随時更新する。
Ｉｑ^＊＝［Ｊω_ｓ＾＋（Ｊω_ｓ＾^２／Ｎ_Ｎ・ｓ）］ω_ｅ・・・・・・・（１５）

減算器１３は、モータ回転速度指令値ω_Ｍ ^＊とモータ回転速度検出値ω_Ｍとのモータ回転速度偏差ω_ｅを演算する。
位置制御器１４は、モータ回転位置偏差θ_ｅに応じてモータ回転速度指令値ω_Ｍ ^＊を出力する。また、位置制御器１４はモータ位置偏差θ_ｅを可変増幅器２２において位置制御系ゲイン交差角周波数ω_Ｐ倍した値をモータ回転速度指令値ω_Ｍ ^＊として出力する比例制御構造の制御器であり、そのゲインω_Ｐはオートチューニング部１１により随時更新される。

位置指令生成器１７は、目標指令値である位置制御入力指令値θ_Ｍ ^＊を生成する。減算器２５０は、位置制御入力指令値θ_Ｍ ^＊とモータ位置検出値θ_Ｍとのモータ位置偏差θeを演算する。なお、位置指令生成器１７はモータ制御装置１００の外部に設置してもよい。

次に、図５を用いてオートチューニング部１１の構成について詳細に説明する。図５において、オートチューニング部１１は、ローパスフィルタＬＰＦ９０，９１と、剛体モデル同定部９２と、剛体モデル９３と、共振モデル９４と、共振モデル同定部９５と、離散系／連続系パラメータ変換部９７と、制御パラメータ調整部９８と、加算器９６とを備える。

ローパスフィルタＬＰＦ９０，９１は、高次のローパスフィルタであり、アンチエリアスフィルタとして利用する。この遮断周波数は、オートチューニング部のサンプリング周波数の１／２〜１／３程度に設定される。また、ローパスフィルタＬＰＦ９０，９１は、それぞれモータトルク値τ_Ｍ及びモータ回転速度検出値ω_Ｍを入力し、フィルタ後モータトルク値τ_ＭＦ及びフィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦを出力する。

剛体モデル同定部９２は、モータトルク値τ_Ｍ及びモータ回転速度検出値ω_Ｍを利用して、合計慣性モーメント推定値Ｊ＾、粘性摩擦係数推定値Ｄ_Ｍ＾、正転時定常外乱トルク推定値ｄ＾_Ｍ_f、又は逆転時定常外乱トルク推定値ｄ＾_Ｍ_rを出力する公知の技術（特許文献１、非特許文献１参照）で構成される。

剛体モデル９３は、フィルタ後モータトルク値τ_ＭＦを入力として、（１）式をリアルタイムで演算することにより、剛体回転速度推定値ω_ＲＤ＾を出力する。このとき、（１）式の演算に必要な合計慣性モーメント推定値Ｊ＾、粘性摩擦係数推定値Ｄ_Ｍ＾、定常外乱トルク推定値ｄ_Ｍ＾として、剛体モデル同定部９２が算出する同定結果を用いることで、高精度な剛体回転速度推定値ω_ＲＤ＾を得ている。

共振モデル９４は、剛体モデル９３が出力する剛体回転速度推定値ω_ＲＤ＾とフィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦを入力値として、フィルタ後モータ回転速度推定値ω_ＭＦ＾を出力する。この共振モデル９４の演算式は、基本的には図４（ｂ）の説明で伝達関数Ｇ_RS（ｓ）に等しいが、後記するように、離散時間領域でのパラメータ同定を行う都合上、伝達関数Ｇ_ＲＳ（ｓ）を離散化した数式から導いた一段先(１サンプル先)予測式を用いる。

減算器９６は、予測誤差ε（Ｎ）をε（Ｎ）＝ω_ＭＦ−ω_ＭＦ＾により算出する。共振モデル同定部９５は、剛体回転速度推定値ω_ＲＤ＾とフィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦの情報を利用しつつ、逐次最小二乗法を用いて減算器９６が出力する予測誤差ε（Ｎ）が最小となるように、共振モデル９４における一段先(１サンプル先)予測式の演算に必要なパラメータベクトル前回推定値θ＾（Ｎ−１）を出力する。

離散系／連続系パラメータ変換部９７は、共振モデル同定部９５が出力するパラメータベクトル前回推定値θ＾（Ｎ−１）を連続系パラメータに変換することにより、（１１）式に示した共振モデル伝達関数Ｇ_ＲＳ（ｓ）における反共振角周波数ω_ａ及び反共振点減衰係数ζ_ａの各推定値としての反共振角周波数推定値ω_ａ＾及び反共振点減衰係数推定値ζ_ａ＾を算出する。

制御パラメータ調整部９８は、離散系／連続系パラメータ変換部９７が出力する反共振角周波数推定値ω_ａ＾及び反共振点減衰係数推定値ζ_ａ＾を基にして、速度制御系ゲイン交差角周波数ω_Ｓ及び、位置制御系ゲイン交差角周波数ω_Ｐを決定し出力する。

以下では、図５のオートチューニング部を構成する各ブロックの詳細を順次説明する。図６において、剛体モデル部９２は、減算器１１１，１１３と、乗算器１１４，１１６と、積分器１１５と、切替スイッチ１１２とを備える。
切替スイッチ１１２はモータが正転時にはＡ側の接点を選択し、モータが逆転時にはＢ側の接点を選択する。これにより、切替スイッチ１１２の出力信号ｄ_Ｍ＾には、正転時には正転時定常外乱トルク推定値ｄ＾_Ｍ_ｆが、逆転時には逆転時定常外乱トルク推定値ｄ＾_Ｍ_ｒが正しく設定される。

減算器１１１は、フィルタ後モータトルク値τ_ＭＦから切替スイッチ１１２が出力する定常外乱トルク推定値ｄ_Ｍ＾を減算し定常外乱トルク値を考慮したモータトルク推定値τ_ＭＣ＾を算出する。減算器１１３は、減算器１１１が出力する定常外乱トルク値を考慮したモータトルク推定値τ_ＭＣ＾から乗算器１１６が出力するモータ軸に作用する粘性摩擦トルク推定値τ_ｄ＾を減算するものあり、モータ加減速トルク推定値τ_ａ＾を出力する。乗算器１１４は、減算器１１３が出力するモータ加減速トルク推定値τ_ａ＾に合計慣性モーメント推定値Ｊ＾の逆数を乗ずるである。

積分器１１５は、乗算器１１４の乗算結果を積分することにより剛体回転速度推定値ω_ＲＤ＾を演算する。このとき、モデリングしていない静止摩擦トルクの影響を排除する為に、モータ加速度及び速度の大きさが一定値以上となった場合にのみ積分を実行する。また、積分開始時の初期値である剛体回転速度推定初期値ω＾_ＲＤ_0には積分開始時のフィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦを設定する。
乗算器１１６は、積分器１１５が出力する剛体回転速度推定値ω_ＲＤ＾に粘性摩擦係数推定値Ｄ_Ｍ＾を乗じてモータ軸に作用する粘性摩擦トルク推定値τ_ｄ＾を出力する。

以上が、フィルタ後モータトルク値τ_ＭＦから剛体回転速度推定値ω_ＲＤ＾を算出する剛体モデルの例である。次に、こうして得られた剛体回転速度推定値ω_ＲＤ＾とフィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦからフィルタ後モータ回転速度推定値ω_ＭＦ＾を算出する共振モデル９４の実施例を詳細に説明する。共振モデル９４は離散時間領域で実現する為、まず、前記（１１）式に示した共振モデルの伝達関数Ｇ_ＲＳ（ｓ）を整合ｚ変換により離散化する。ちなみに、整合ｚ変換とはサンプリング周期をＴとするとき、連続系伝達関数の極・零点ｓを、それぞれ離散系伝達関数の極・零点ｚ＝ｅ^ｓＴに写像する変換法である。この整合ｚ変換によれば、Ｇ_ＲＳ（ｓ）に対応する離散系伝達関数Ｇ_ＲＳ（ｚ）は（１６）式で表すことができる。また、（１６）式における係数ａ１，ａ２，ｂ０，ｂ１，ｂ２は（１７）式〜（２１）式で表される。
Ｇ_ＲＳ（ｚ）＝（ｂ_０＋ｂ_１ｚ^−１＋ｂ_２ｚ^−２）／（１＋ａ_１ｚ^−１＋ａ_２ｚ^−２）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１６）
ａ_１＝−２ｅ^−ａｄＴｃｏｓ（ｂ_ｄＴ）・・・・・・・・・・・・・・（１７）
ａ_２＝ｅ^{−２ａｄＴ}・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１８）
ｂ_０＝Ｋ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１９）
ｂ_１＝−２Ｋｅ^−ａｎＴｃｏｓ（ｂ_ｎＴ）・・・・・・・・・・・・・（２０）
ｂ_２＝Ｋｅ^{−２ａｎＴ}・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２１）
但し、（１９）式〜（２１）式におけるＫを、（２２）式で定義する。
Ｋ＝（１−２ｅ^−ａｄＴｃｏｓ（ｂ_ｄＴ）＋ｅ^{−２ａｄＴ}）／（１−２ｅ^−ａｎＴｃｏｓ（ｂ_ｎＴ）＋ｅ^{−２ａｎＴ}）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２２）

さらに、上記（１７）式〜（１８）式、及び（２０）式〜（２２）式におけるａ_ｎ，ｂ_ｎ，ａ_ｄ，ｂ_ｄは、連続系領域における共振モデルの伝達関数Ｇ_ＲＳ（ｓ）のパラメータω_ａ、ζ_ａ、ω_ｍ、ζ_ｍを用いて下記（２３）式〜（２６）式で表現できる。
ａ_ｎ＝ζ_ａω_ａ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２３）
ｂ_ｎ＝ω_ａ√（１−ζ_ａ ^２） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２４）
ａ_ｄ＝ζ_ｍω_ｍ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２５）
ｂ_ｄ＝ω_ｍ√（１−ζ_ｍ ^２） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２６）

以上の関係式（１６）〜（２６）式を用いれば、共振モデルの連続系伝達関数Ｇ_ＲＳ（Ｓ）を対応する離散系伝達関数Ｇ_ＲＳ（ｚ）に変換することが可能となる。また、逆に、Ｇ_ＲＳ（ｚ）の係数ｂ_０，ｂ_１，ｂ_２，ａ_１，ａ_２からＧ_ＲＳ（ｓ）のパラメータω_ａ，ζ_ａ，ω_m，ζ_mを算出することも可能である。よって、共振モデル９４を（１６）式に基づいてフィルタ後モータ回転速度推定値ω_ＭＦ＾を算出する構成とした上で、共振モデル同定部９５がフィルタ後モータ回転速度推定値ω_ＭＦ＾とフィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦの差である予測誤差ε（Ｎ）を最小化するように上記係数ｂ_０，ｂ_１，ｂ_２，ａ_１，ａ_２を調整することで共振モデル同定が実現できる。そこで、共振モデル９４におけるフィルタ後モータ回転速度推定値ω＾_ＭＦの算出式を以下に説明する。

ここで、同定すべき伝達関数の形は（１６）式であり、その伝達関数の入力信号が剛体回転速度推定値ω＾_ＲＤ、出力信号がフィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦであることから、（２７）式が成立する。
ω_ＭＦ／ω_ＲＤ＾＝（ｂ_０＋ｂ_１ｚ^―１＋ｂ_２ｚ^―２）／（１＋ａ_１ｚ^−１＋ａ_２ｚ^−２）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２７）
次に、上記（２７）式を変形すると、（２８）式が得られる。
ω_ＭＦ＝−ａ_１ω_ＭＦｚ^−１−ａ_２ω_ＭＦｚ^−２＋ｂ_０ω_ＲＤ＾＋ｂ_１ω_ＲＤ＾ｚ^−１＋ｂ_２ω_ＲＤｚ^−２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２８）
上記（２８）式において、ｚ^・１は１サンプル前の値、ｚ^・２は２サンプル前の値を意味することから、（２８）式は、現在及び過去の剛体回転速度推定値ω＾_ＲＤと、過去のフィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦから現在のフィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦを算出する関係式であると言える。

（２８）式において、係数ｂ０，ｂ１，ｂ２，ａ１，ａ２を真値ではなく、１サンプル前の推定値に置き換えると、（２９）式が得られる。
ω＾_ＭＦ＝θ＾（Ｎ−１）^Ｔφ（Ｎ）・・・・・・・・・・・・・・・（２９）
（２９）式において、パラメータベクトル前回推定値θ＾（Ｎ−１）の要素は、（３０）式に示すように係数ｂ０，ｂ１，ｂ２，ａ１，ａ２の１サンプル前の推定値で構成される。
θ＾（Ｎ−１）＝［ａ_１＾（Ｎ―１），ａ_２＾（Ｎ−１），ｂ_０＾（Ｎ−１），ｂ_１＾（Ｎ−１），ｂ_２＾（Ｎ−１）］^Ｔ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３０）
また、データベクトルφ（Ｎ）の要素は、（３１）式に示すように１サンプル前のω_ＭＦを意味するω_ＭＦ（Ｎ−１）と、２サンプル前のω_ＭＦを意味するω_ＭＦ（Ｎ−２）と、現在のω_ＲＤ＾を意味するω_ＲＤ＾（Ｎ）と、１サンプル前のω_ＲＤ＾を意味するω_ＲＤ＾（Ｎ−１）と、２サンプル前のω_ＲＤ＾を意味するω_ＲＤ＾（Ｎ−２）とから構成される。
φ（Ｎ）＝［−ω_ＭＦ（Ｎ−１），−ω_ＭＦ（Ｎ−２），ω_ＲＤ＾（Ｎ），ω_ＲＤ＾（Ｎ−１），ω_ＲＤ＾（Ｎ−２）］^Ｔ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３１）

また、（２９）式におけるω_ＭＦ＾は現在のフィルタ後モータ回転速度推定値であり、フィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦと区別することで、係数ｂ０，ｂ１，ｂ２，ａ１，ａ２を真値ではなく、１サンプル前の推定値に置き換えたことによる差異を明示している。

図７は、（２９）式を具体的に実現する構成図である。
この構成図は、ゼロ次ホールド要素１３３，１３６と、１サンプル時間遅延要素１３１，１３２，１３４，１３５と、乗算器１３６，１３７，１３８，１４０，１４１と、加減算要素１３９，１４２とを備え、剛体回転速度推定値ω_ＲＤ＾と、パラメータベクトル前回推定値θ＾（Ｎ−１）の各要素である係数ｂ０，ｂ１，ｂ２，ａ１，ａ２の１サンプル前の推定値と、フィルタ後モータ回転速度推定値ω_ＭＦ＾とが、入力され、フィルタ後モータ回転速度推定値ω_ＭＦ＾を演算する。

次に、共振モデル同定部９５（図５）の詳細について述べる。共振モデル同定部９５の基本動作は、逐次最小二乗法（非特許文献２参照）により、パラメータベクトル推定値θ＾（Ｎ）をサンプル周期Ｔ毎に更新することにある。
その更新演算式は（３２）式であり、初期値０のパラメータベクトル前回推定値θ＾（Ｎ−１）に対してゲインベクトルｋ（Ｎ）と予測誤差ε（Ｎ）の乗算値を加算することで得ている。また、（３２）式で用いたゲインベクトルｋ（Ｎ）は（３３）式の行列演算で求める。（３３）式において、行列Ｐ（Ｎ−１）は５行×５列の共分散行列Ｐ（Ｎ）の前回値であり、λは忘却係数(０＜λ≦１)である。

また、行列Ｐ（Ｎ）の更新式は（３４）式であり、行列Ｐ（Ｎ）の初期値Ｐ（−１）には５行×５列の単位行列に十分に大きな正定数を乗じた値を用いる。
θ＾（Ｎ）＝θ＾（Ｎ−１）＋ｋ（Ｎ）ε（Ｎ）・・・・・・・・・・・（３２）
ｋ（Ｎ）＝｛Ｐ（Ｎ−１）・φ（Ｎ）｝／｛λ＋φ^Ｔ（Ｎ）Ｐ（Ｎ−１）φ（Ｎ）｝・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・・・（３３）
Ｐ（Ｎ）＝１／λ｛Ｐ（Ｎ−１）−ｋ（Ｎ）（φ^Ｔ（Ｎ）Ｐ（Ｎ−１））｝（３４）

以上説明した（３２）式、（３３）式、及び（３４）式の構成図を図８に示す。
この構成図は、データベクトル生成部１５０と、共分散行列演算部１５１と、メモリ１５２と、ゲインベクトル演算部１５３と、乗算器１５４と、加算器１５５と、１サンプル時間遅延要素１５６とを備える。

データベクトル生成部１５０は、剛体回転速度推定値ω_ＲＤ＾及びフィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦから（３１）式の各ベクトル要素を生成し、データベクトルφ（Ｎ）として出力する。共分散行列演算部１５１は、忘却係数λ、データベクトルφ（Ｎ）及びゲインベクトルｋ（Ｎ）を用いて、（３４）式に従い共分散行列Ｐ（Ｎ）を計算し、その前回値Ｐ（Ｎ−１）を出力する。メモリ１５２は、ゼロ以上１未満の忘却係数λを格納する。ゲインベクトル演算部１５３は、忘却係数λ、共分散行列前回値Ｐ（Ｎ−１）、データベクトルφ（Ｎ）を用いて、（３３）式に従いゲインベクトルｋ（Ｎ）を計算し出力する。乗算器１５４はゲインベクトル演算部が出力するゲインベクトルｋ（Ｎ）と予測誤差ε（Ｎ）を乗算する。加算器１５５は、乗算器１５４の出力結果とパラメータベクトル前回推定値θ＾（Ｎ−１）とを加算する。１サンプル時間遅延要素１５６は、パラメータベクトル推定値θ＾（Ｎ）を入力してパラメータベクトル前回推定値θ＾（Ｎ−１）を出力する。

次に離散系／連続系パラメータ変換部９７（図５）の処理内容について数式を交えて説明する。離散系／連続系パラメータ変換部９７では、パラメータベクトル前回推定値θ＾（Ｎ−１）を入力として、機械系反共振角周波数推定値ω_ａ＾、機械系反共振点減衰係数推定値ζ_ａ＾を出力する。その計算式は、それぞれ下記（３５）式、（３６）式で与えられる。
ω_ａ＾＝√（ａ_ｎ＾^２＋ｂ_ｎ＾^２）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３５）
ζ_ａ＝ａ_ｎ＾／√（ａ_ｎ＾^２＋ｂ_ｎ＾^２） ・・・・・・・・・・・・・・・（３６）
但し、（３５）式、（３６）式におけるａ_ｎ＾、ｂ_ｎ＾はサンプリング周期をＴとするとき（３７）式、（３８）式で算出する。
ａ_ｎ＾＝−１／（２Ｔ）・ｌｎ［ｂ_２＾（Ｎ−１）／ｂ_０＾（Ｎ−１）］・・（３７）
ｂ^ｎ＾＝（１／Ｔ）・ａｒｃｃｏｓ［−ｂ_１＾（Ｎ−１）／｛２√（ｂ_０＾（Ｎ−１）ｂ_２＾（Ｎ−１））｝］・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３８）
制御パラメータ調整部９８では、こうして求まった連続系パラメータの内、特に機械系反共振角周波数推定値ω_ａ＾に基づく調整を行う。例えば、速度制御系ゲイン交差角周波数ω_Ｓをω_Ｓ＝２×ω_ａ＾に、位置制御系ゲイン交差角周波数ω_Ｐを、ω_Ｐ＝ω_ａ＾／３．５に設定する。

次に、第１実施形態におけるパラメータ調整処理の全体シーケンスを図９を用いて説明する。逐次、このフローの処理が実行され（Ｓ１９０）、モータ制御装置１００は、速度制御器及び位置制御器パラメータの初期値を設定する（Ｓ１９１）。例えば、モータ制御装置１００は、Ｎ_Ｎ＝１０、ω_ｓ＝２π×３０Ｈｚ、ω_ｐ＝ωｓ／７、Ｊ＾＝モータ単体慣性モーメントに設定する。続いて、剛体モデルパラメータのみオンライン同定を行い、合計慣性モーメント推定値Ｊ＾、粘性摩擦係数推定値Ｄ_Ｍ＾、正転時定常外乱トルク推定値ｄ＾_Ｍ_f、逆転時定常外乱トルク推定値ｄ＾_Ｍ_rを取得する（Ｓ１９２）。次に、速度制御器への合計慣性モーメント推定値Ｊ＾設定を行う（Ｓ１９３）。

次に、モータ制御装置１００は、フィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦから加速度を計算し、その大きさ｜α_ＭＦ｜が規定値α_Ａ以上であるか否かを判定する（Ｓ１９４）。ここで、規定値α_Ａ未満であれば（Ｓ１９４でＮｏ）、判定処理Ｓ１９４が繰り返される。一方、規定値α_Ａ以上であれば（Ｓ１９４でＹｅｓ）、判定処理Ｓ１９５に進む。

判定処理Ｓ１９５では、モータ制御装置１００は、フィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦの大きさ｜ω_ＭＦ｜が規定値ω_Ａ以上であるか否かを判定する（Ｓ１９５）。ここで、規定値ω_Ａ未満の場合は（Ｓ１９５でＮｏ）、判定処理Ｓ１９４に戻る。一方、判定処理Ｓ１９５の結果がＹｅｓの場合には、モータ制御装置１００は、判定処理Ｓ１９６に進む。

判定処理Ｓ１９６では、モータ制御装置１００は、フィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦの符号から回転方向を判定する。ω_ＭＦ＞０の場合には（判定処理Ｓ１９６でＹｅｓ）、モータ制御装置１００は、処理Ｓ１９７に進み、定常外乱トルク推定値ｄ＾_Ｍに対して正転時定常外乱トルク推定値ｄ＾_Ｍ_ｆを設定し、処理Ｓ１９９に移行する。一方、判定処理ω_ＭＦ＞０が成立しない場合には（Ｓ１９６でＮｏ）、モータ制御装置１００は、処理Ｓ１９８に進み、定常外乱トルク推定値ｄ_Ｍ＾に対して逆転時定常外乱トルク推定値ｄ_Ｍ＾_rを設定し、処理Ｓ１９９に進む。

処理Ｓ１９９では、モータ制御装置１００は、剛体モデル９３（図５）に対して合計慣性モーメント推定値Ｊ＾、粘性摩擦係数推定値Ｄ_Ｍ＾、定常外乱トルク推定値ｄ_Ｍ＾を設定し、処理Ｓ２００に進む。処理Ｓ２００では、モータ制御装置１００は、剛体モデル９３に与える剛体回転速度推定初期値ω＾_ＲＤ_0に対して現在のフィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦを設定し、処理Ｓ２０１に移行する。

処理Ｓ２０１では、モータ制御装置１００が剛体モデル演算を開始し、直ちに処理Ｓ２０２に進む。処理Ｓ２０２においては、モータ制御装置１００は、共振モデルパラメータ同定を開始し、判定処理Ｓ２０３に進む。判定処理Ｓ２０３では、モータ制御装置１００は、フィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦから演算した加速度α_ＭＦの大きさを判定し、α_ＭＦの絶対値｜α_ＭＦ｜が規定値α_Ｉ未満ならば（Ｙｅｓ）、処理Ｓ２０４に進み、共振パラメータの同定を終了する。

一方、α_ＭＦの絶対値｜α_ＭＦ｜が規定値α_Ｉ以上ならば（判定処理Ｓ２０３でＮｏ）、判定処理Ｓ２０５に移行し、フィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦの大きさを判定する。判定処理Ｓ２０５において、ω_ＭＦ絶対値が規定値ω_Ｉ未満の場合には処理Ｓ２０４に進み、共振パラメータの同定を終了する。

一方、ω_ＭＦの絶対値｜α_ＭＦ｜が規定値ω_Ｉ以上の場合には（処理Ｓ２０５でＮｏ）、モータ制御装置１００は、判定処理Ｓ２０３に戻る。次に、処理Ｓ２０４で、共振モデルパラメータの同定を終えると、モータ制御装置１００は、処理Ｓ２０６に移行し、離散系／連続系パラメータ変換部９７（図５）において、パラメータベクトル前回推定値θ＾（Ｎ−１）から機械系反共振角周波数推定値ω＾_ａ及び機械系反共振点減衰係数推定値ζ_ａ＾への連続系へ変換する変換演算を行い、処理Ｓ２０７に進む。処理Ｓ２０７では、モータ制御装置１００は、速度制御系ゲイン交差角周波数ω_Ｓをω_Ｓ=２×ω_ａ＾に、位置制御系ゲイン交差角周波数ω_Ｐを、ω_Ｐ=ω_ａ＾／３．５に設定し、速度位置制御器のゲイン背手地を行う（Ｓ２０７）。そして、パラメータ調整処理が終了する。

（第２実施形態）
第１実施形態は、オートチューニング部１１に入力されるモータトルク値τ_Ｍをｑ軸電流指令Ｉｑ^＊を用いて演算したが、トルク電流検出値Ｉｑを用いて演算することもできる。
図１０において、第２実施形態のモータ制御システム２１０には、モータ制御装置１１０が含まれ、モータ制御装置１１０は、増幅器２４０がトルク電流検出値Ｉｑにモータ１のトルク定数相当を乗ずることでモータトルク値τ_Ｍを算出するようにしている。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について、図１１を用いて説明する。第３実施形態のモータ制御装置１２０は、第１実施形態に対して、位置指令生成器１７と位置制御器１４及び減算器との間に制振制御器１６を挿入した構造としている。言い換えれば、位置指令生成器１７と位置制御器１４との間に制振制御器１６及び減算器１５が設けられている。

制振制御器１６は、モータ位置検出値θ_Ｍを入力信号として、負荷位置推定値θ_Ｌ＾を出力する負荷位置推定器２３を有しており、その伝達特性を（３９）式で与えている。
θ_Ｌ＾＝θ_Ｍ・（２ζ_ａ＾ω_ａ＾・ｓ＋ω_ａ＾）／（ｓ^２＋２ζ_ａ＾ω_ａ＾ｓ＋ω_ａ＾^２）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３９）
減算器２４は、位置指令生成器１７が出力する制振制御入力指令値θ_Ｍ ^＊＊から負荷位置推定値θ_Ｌ＾を減算し、軸ねじり推定値を算出する。制振制御増幅器２５は、減算器２４が算出する軸ねじり推定値をｋ１倍(０≦ｋ１＜１)した値を出力する。減算器２６は、制振制御入力指令値θ_Ｍ ^＊＊から増幅器２５の出力を減算することにより、軸ねじりを緩和した位置指令を位置制御入力指令値θ_Ｍ ^＊として出力する。

制振制御器１６の動作において、（３９）式の演算に必要な機械系反共振角周波数推定値ω_ａ＾と、機械系反共振点減衰係数推定値ζ_ａ＾とをオートチューニング部１１により設定する点が本実施形態の特徴であり、これにより高精度な制振制御が、調整の手間を掛けることなく実現できる。なお、第３実施形態のオートチューニング部１１におけるパラメータ同定処理は第１実施形態と同一である為に割愛し、以下図１２を用いて、全体の調整処理シーケンスのみ説明する。

モータ制御装置１２０は、処理Ｓ３９０のパラメータ同定処理を開始する。モータ制御装置１２０は、速度制御器１２及び位置制御器１４のパラメータ初期値を設定し、制振制御をＯＦＦに設定する（Ｓ３９１）。すなわち、モータ制御装置１２０は、Ｎ_Ｎ＝１０、ｋ１＝０．５、ω_ｓ＝２π×３０Ｈｚ、ω_ｐ＝ω_ｓ／７、Ｊ＾＝モータ単体慣性モーメントに設定し、制震制御をＯＦＦにするためｋ１＝０に設定する。続いて、モータ制御装置１２０は、処理Ｓ３９２で剛体パラメータのみオンライン同定を行い、合計慣性モーメント推定値Ｊ＾、粘性摩擦係数推定値Ｄ_Ｍ＾、正転時定常外乱トルク推定値ｄ＾_Ｍ_f、逆転時定常外乱トルク推定値ｄ＾_Ｍ_rを取得する。

次に、モータ制御装置１２０は、処理Ｓ３９３で速度制御器への合計慣性モーメント推定値Ｊ＾の設定を行い、判定処理Ｓ３９４に進む。判定処理Ｓ３９４では、モータ制御装置１２０は、フィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦから加速度α_ＭＦを計算し、その大きさ｜α_ＭＦ｜が規定値α_Ａ以上であるか否かを判定する。判定処理Ｓ３９４でＹｅｓならば、モータ制御装置１２０は、判定処理Ｓ３９５に進み、フィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦの大きさ｜ω_ＭＦ｜が規定値ω_Ａ以上であるか否かを判定する。規定値ω_Ａ以上でなければ（判定処理Ｓ３９５においてＮｏ）、判定処理Ｓ３９４が繰り返される。

一方、規定値ω_Ａ以上であれば（判定処理Ｓ３９５でＹｅｓ）、モータ制御装置１２０は、判定処理Ｓ３９６に移行する。判定処理Ｓ３９６ではフィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦの符号から回転方向を判定する。ω_ＭＦ＞０の場合には（判定処理Ｓ３９６でＹｅｓ）、モータ制御装置１２０は、処理Ｓ３９７において、定常外乱トルク推定値ｄ_Ｍ＾に対して正転時定常外乱トルク推定値ｄ＾_Ｍ_ｆを設定し、処理Ｓ３９９に移行する。

一方、ω_ＭＦ＞０が成立しない場合には（判定処理Ｓ３９６でＮｏ）、モータ制御装置１２０は、処理Ｓ３９８に進み、定常外乱トルク推定値ｄ_Ｍ＾に対して逆転時定常外乱トルク推定値ｄ＾_Ｍ_rを設定する。さらに、モータ制御装置１２０は、処理Ｓ３９９に進み、剛体モデル９３（図５）に対して合計慣性モーメント推定値Ｊ＾、粘性摩擦係数推定値Ｄ_Ｍ＾、定常外乱トルク推定値ｄ_Ｍ＾を設定する。

さらに、処理Ｓ４００では、モータ制御装置１２０は、剛体モデル９３に与える剛体回転速度推定初期値ω＾_ＲＤ_０に対して現在のフィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦを設定する。さらに、処理Ｓ４０１では、モータ制御装置１２０は、剛体モデル演算を開始し、直ちに処理Ｓ４０２に進み、共振モデルパラメータ同定を開始する。

判定処理Ｓ４０３では、モータ制御装置１２０は、フィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦから演算した加速度α_ＭＦの大きさを判定する。回転加速度α_ＭＦの絶対値が規定値α_Ｉ未満ならば（Ｓ４０３でＹｅｓ）、モータ制御装置１２０は、処理Ｓ４０４に進み、共振パラメータの同定を終了する。一方、回転加速度α_ＭＦの絶対値が規定値α_Ｉ以上ならば（判定処理Ｓ４０３でＮｏ）、モータ制御装置１２０は、判定処理Ｓ４０５に進み、フィルタ後モータ回転速度検出値ω_ＭＦの大きさを判定する。モータ回転速度検出値ω_ＭＦの絶対値が規定値ω_Ｉ未満の場合には（判定処理Ｓ４０５においてＹｅｓ）、処理Ｓ４０４に移行し共振パラメータの同定を終了する。一方、モータ回転速度検出値ω_ＭＦの絶対値が規定値ω_Ｉ以上の場合には（判定処理Ｓ４０５においてＮｏ）、判定処理Ｓ４０３に戻る。

モータ制御装置１２０は、処理Ｓ４０４で共振モデルパラメータの同定を終えると、処理Ｓ４０６に進み、離散系／連続系パラメータ変換部９７（図５）において、パラメータベクトル前回推定値θ＾（Ｎ−１）から機械系反共振角周波数推定値ω_ａ＾、及び機械系反共振点減衰係数推定値ζ_ａ＾への変換演算を行う。さらに、処理Ｓ４０７では、モータ制御装置１２０は、速度制御系ゲイン交差角周波数ω_Ｓをω_Ｓ＝２×ω_ａ＾に設定し、位置制御系ゲイン交差角周波数ω_Ｐを、ω_Ｐ=ω_ａ＾／３．５に設定し、処理Ｓ４０８に進む。処理Ｓ４０８では、モータ制御装置１２０は、制振制御器１６の負荷位置推定器２３に対して（図１１）、機械系反共振角周波数推定値ω_ａ＾及び機械系反共振点減衰係数推定値ζ_ａ＾を設定後、制振制御増幅器ｋ１を、例えば０．５に設定することにより制振制御を作動させ、調整処理を終了する。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図１３のブロック線図を用いて説明する。
第４実施形態は第３実施形態に比較して、オートチューニング部１１で用いるモータトルク値τ_Ｍの算出方法が異なっている。すなわち、第３実施形態ではモータトルク値τ_Ｍをトルク電流指令値Ｉｑ^＊から導出していたのに対して、この第４実施形態のモータ制御装置１３０は、増幅器２４０がトルク電流検出値Ｉｑにモータ１のトルク定数相当を乗ずることでモータトルク値τ_Ｍを算出している。

（変形例）
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形が可能である。
（１）前記各実施形態は、速度制御器１８の全段に位置制御器を設け、位置制御を行ったが、位置制御器を用いずに速度制御を行うことができる。この場合は、モータ回転速度指令値ω_Ｍ ^＊が目標指令値となる。

モータと負荷と連結軸との制御対象をモデル化した構成図である。 制御対象の二慣性系モデルである。 等価二慣性系Ｇ_ＭＢ（ｓ）モデル及び近似二慣性系Ｇ_ＭＡ（ｓ）モデルである。 本発明の第１実施形態のモータ制御システムの構成図である。 第１実施形態のオートチューニング部の構成図である。 第１実施形態の剛体モデル部の構成図である。 第１実施形態の共振モデル部の構成図である。 第１実施形態の共振モデル同定部の構成図である。 第１実施形態の全体処理のフローチャートである。 本発明の第２実施形態のモータ制御システムの構成図である。 本発明の第３実施形態のモータ制御システムの構成図である。 第３実施形態の全体処理のフローチャートである。 本発明の第４実施形態のモータ制御システムの構成図である。 従来技術の一例である。

符号の説明

１ モータ
２ 負荷
３ 連結軸
４ 電力変換器
５ 速度演算器
６ 電流検出器
７，１３，９６，１１１，１１３，２５０ 減算器
８ 電流制御器
９ １次遅れフィルタ
１０ トルク定数増幅器
１１ オートチューニング部
１２ 速度制御器
１４ 位置制御器
１５ 減算器
１６ 制振制御器
１７ 位置指令生成器
１８ 比例増幅器
１９ 積分増幅器
２０ 積分器
２１ 加算器
２２ 可変増幅器
２３ 負荷位置推定器
２４ 減算器
２５ 制振制御増幅器
２６ 減算器
２７ 位置検出器
１００，１１０，１２０，１３０ モータ制御装置
２００，２１０，２２０，２３０ モータ制御システム
２４０ 増幅器

Claims (13)

1. 連結軸を介して負荷と連結したモータと、前記モータを駆動する電力変換器と、目標指令値及び前記モータに流れるモータ電流に基づいて前記電力変換器をパルス幅制御するモータ制御装置とを備えるモータ制御システムであって、
   前記モータ制御装置は、前記モータのモータトルク値とモータ回転速度検出値とを入力信号にして、前記制御の制御パラメータを自動調整するオートチューニング部を備え、
   前記オートチューニング部は、前記モータと前記連結軸と前記負荷との機械系を「剛体モデル」と「共振モデル」との直列接続モデルとして捉え、各モデルを構成するパラメータを別々に同定するパラメータ同定手段を有することを特徴とするモータ制御システム。
2. 前記目標指令値は、位置指令値であり、
   前記モータ制御装置は、
   前記位置指令値と前記モータの位置検出値との偏差に応じて速度指令値を出力する位置制御器と、
   前記速度指令値と前記モータ回転速度検出値との偏差に応じてトルク電流指令値を出力する速度制御器と、
   前記トルク電流指令値と前記モータに供給されるトルク電流検出値との偏差に応じて前記電力変換器をパルス幅制御する電流制御器と、を備え、
   前記オートチューニング部は、前記位置制御器と前記速度制御器とに用いられる前記制御パラメータを自動調整することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御システム。
3. 連結軸を介して負荷と連結したモータを、目標指令値及び前記モータに流れるモータ電流に基づいてパルス幅制御するモータ制御装置であって、
   前記モータ制御装置は、前記モータのモータトルク値とモータ回転速度検出値とを入力信号にして、前記制御に用いる制御パラメータを自動調整するオートチューニング部を備え、
   前記オートチューニング部は、前記モータと前記連結軸と前記負荷との機械系を「剛体モデル」と「共振モデル」との直列接続モデルとして捉え、各モデルを構成するパラメータを別々に同定するパラメータ同定手段を有することを特徴とするモータ制御装置。
4. 前記目標指令値は、位置指令値であり、
   前記モータ制御装置は、
   前記位置指令値と前記モータの位置検出値との偏差に応じて速度指令値を出力する位置制御器と、
   前記速度指令値と前記モータ回転速度検出値との偏差に応じてトルク電流指令値を出力する速度制御器と、
   前記トルク電流指令値と前記モータに供給されるトルク電流検出値との偏差に応じて前記電力変換器の出力電流を調整する電流制御器と、を備え、
   前記オートチューニング部は、前記位置制御器と前記速度制御器とに用いられる前記制御パラメータを自動調整することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記オートチューニング部は、前記直列接続モデルのパラメータの同定値に基づいて、前記位置制御器及び前記速度制御器の制御ゲインを決定することを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記モータトルク値は、前記トルク電流指令値を一次遅れフィルタに通過した後に、前記モータのトルク定数を乗じた値と、前記トルク電流検出値に前記モータのトルク定数を乗じた値との何れか一方を用いることを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
7. 前記オートチューニング部は、剛体モデルを構成するパラメータを先ず同定し、その同定結果を予め準備した剛体モデルにセットした後、前記剛体モデルを演算することにより、剛体回転速度を推定することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
8. 前記オートチューニング部は、推定した剛体回転速度と、モータ回転速度検出値の両時系列データから逐次最小二乗法により、前記共振モデルを構成するパラメータを同定することを特徴とする請求項３又は請求項７に記載のモータ制御装置。
9. 前記剛体モデルにセットするパラメータは、前記モータと前記連結軸と前記負荷からなる機械系の推定合計慣性モーメント値、推定粘性摩擦係数値、及び推定定常外乱トルク値であり、
   前記推定定常外乱トルク値は、モータの回転方向に応じて異なる値であることを特徴とする請求項７に記載のモータ制御装置。
10. 剛体モデルの演算及び共振モデルを構成するパラメータの同定演算は、前記モータ回転速度検出値の大きさと、前記モータ回転速度検出値における時間変化の大きさとの何れか一方又は双方が、予め設定された所定値以上の場合に行われることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のモータ制御装置。
11. 剛体モデルを構成する積分器は、剛体モデルの演算開始時に、モータ回転速度検出値をフィルタに通過した値で初期化されることを特徴とする請求項７に記載のモータ制御装置。
12. 前記位置指令値を基に制振位置指令値を生成する制振制御器をさらに備え、
    前記位置制御器は、前記制振位置指令値と前記モータの位置検出値との偏差に応じて速度指令値を出力することを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
13. 前記オートチューニング部は、前記機械系のパラメータの同定値に基づいて、前記位置制御器、及び前記速度制御器の制御ゲインと、前記制震制御器の負荷位置推定器のパラメータとを決定することを特徴とする請求項１２に記載のモータ制御装置。

Images