JP2009118684A

JP2009118684A - 振動抑制制御装置

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Publication number: JP2009118684A
Application number: JP2007290824A
Authority: JP
Inventors: Seiseki Maekawa; 清石前川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-11-08
Filing date: 2007-11-08
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】モータの状態量に含まれる減速機のトルクリップルに起因する振動の振幅及び位相が動作中に変動する場合も、変動した振動の振幅および位相を動作中に推定して補正することにより、減速機のトルクリップルに起因する振動を抑制することができる振動抑制制御装置を得る。
【解決手段】メカニカルシステムの各軸を駆動するモータの状態量と状態量の予測値との差から、モータ状態量に含まれる振動成分を算出する振動成分算出手段２と、振動成分算出手段２の出力とモータ変位とから減速機１６に起因してモータ１５に生じるリップルの振幅及び位相を逐次推定する振幅位相推定手段３と、推定した振幅および位相とモータ変位とからモータ状態量の補正値を算出する補正値算出手段４とを備え、フィードバック制御するモータ状態量を上記補正値に基づいて補正する。
【選択図】図１

Description

この発明は、振動抑制制御装置に関し、特に、波動歯車減速機などの伝達機構を介してモータと負荷とが結合されたメカニカルシステムにおける伝達機構に発生するトルクリップルに起因する振動を抑制するための振動抑制制御装置に関する。

波動歯車減速機などの伝達機構を介してモータと負荷とが組み合わされてメカニカルシステム（機械系）を構成している場合、モータの回転数に応じた周期（例えばモータ回転周期の２倍）で伝達機構内部に加振力（以下、トルクリップルと呼ぶ。）が発生することがある。このとき、伝達機構が発生する加振力の周期とメカニカルシステムの固有振動数とが一致すると、トルクリップルにより励起される負荷における振動が大きくなるという問題がある。こうした振動を抑制するためにモータの回転に同期してフィードフォワード的に補正信号を加えることにより、トルクリップルを打消し、メカニカルシステムの振動を抑制する振動抑制制御装置が従来から検討されてきた。こうした振動抑制制御装置でトルクリップルを打ち消すには、加算する補正信号のゲインなどのパラメータを適切に設定する必要がある。

従来の制御方法においては、例えば、トルクリップルを打ち消す補正信号のゲインと発生周期とを、負荷側動作範囲内の、振動が小さくなる、異なった、少なくとも２箇所のゲイン及び位相より算出し、これにより、負荷の動作範囲全域において振動を抑制する補正信号を求めており、求めた補正信号をモータの回転に同期させてモータのトルク指令に加えることにより、トルク指令を補正して、振動を抑制することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平７−１２９２５１号公報

しかしながら、上記のような従来の振動抑制制御方法においては、補正信号のゲイン及び位相が固定されているが、伝達機構に起因してモータに見られるトルクリップルの振幅及び位相は、速度、動作方向および機械共振により異なるため、補正信号のゲイン及び位相が固定されていたのでは、十分な振動抑制効果が得られないという問題点があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、モータの状態量に含まれる伝達機構のトルクリップルに起因する振動の振幅及び位相が動作中に変動する場合も、変動した振動の振幅および位相を動作中に推定して補正することにより、伝達機構のトルクリップルに起因する振動を抑制することができる振動抑制制御装置を得ることを目的とする。

この発明は、制御対象のメカニカルシステムの各軸を駆動するモータの状態量である、モータ位置、モータ速度、および、モータ電流のうちの少なくとも１つと前記状態量の予測値との差に基づいて、前記状態量に含まれる振動成分を算出する振動成分算出手段と、前記振動成分算出手段で算出した前記振動成分に基づいて、当該振動の振幅及び位相を推定する振幅位相推定手段と、前記振幅位相推定手段で推定した前記振幅および前記位相に基づいて、前記状態量の補正値を算出する補正値算出手段とを備え、前記補正値算出手段で算出した前記補正値を用いて、モータ位置及びモータ速度のフィードバック値もしくはモータ電流指令の少なくとも１つを補正することを特徴とする振動抑制制御装置である。

この発明は、（モータと負荷とを伝達機構を介して結合された）制御対象のメカニカルシステムの各軸を駆動するモータの状態量である、モータ位置、モータ速度、および、モータ電流のうちの少なくとも１つと前記状態量の予測値との差に基づいて、前記状態量に含まれる振動成分を算出する振動成分算出手段と、前記振動成分算出手段で算出した前記振動成分に基づいて、当該振動の振幅及び位相を推定する振幅位相推定手段と、前記振幅位相推定手段で推定した前記振幅および前記位相に基づいて、前記状態量の補正値を算出する補正値算出手段とを備え、前記補正値算出手段で算出した前記補正値を用いて、モータ位置及びモータ速度のフィードバック値もしくはモータ電流指令の少なくとも１つを補正することを特徴とする振動抑制制御装置であるので、モータの状態量に含まれる伝達機構のトルクリップルに起因する振動の振幅及び位相が動作中に変動する場合も、変動した振動の振幅および位相を動作中に推定して補正することにより、伝達機構のトルクリップルに起因する振動を抑制することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る振動抑制制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、１はモータ位置・速度・加速度予測値算出手段、２は振動成分算出手段、３は振幅位相推定手段、４は補正値算出手段、５は推定誤差算出手段、６は位置制御手段、７は速度制御手段、８は微分手段、９は微分手段、１０はゲイン、１５はモータ、１６は減速機、１７は負荷、１８は減算手段、１９，２０及び２２は加算手段、２１は加減算手段である。

図２は、モータ位置・速度・加速度予測値算出手段１の内部構成を示したブロック図である。図２において、１１及び１２はゲイン（定数）、１３および１４は積分手段である。図２に示すように、入力された位置指令と積分手段１４から出力されるモータ位置予測値との差分が減算手段により求められてゲイン１１に入力され、ゲイン１１からの出力（位置指令とモータ位置予測値の差の定数倍）と積分手段１３から出力されるモータ速度予測値との差分が減算手段により求められてゲイン１２に入力される。また、ゲイン１２から出力されるモータ加速度予測値（位置指令とモータ位置予測値の差の定数倍とモータ速度予測値との差の定数倍）は、モータ位置・速度・加速度予測値算出手段１の外部に出力されるとともに、積分手段１３にも入力される。積分手段１３から出力されるモータ速度予測値は、モータ位置・速度・加速度予測値算出手段１の外部に出力されるとともに、積分手段１４にも入力される。積分手段１４からのモータ位置予測値はモータ位置・速度・加速度予測値算出手段１の外部に出力されるとともに、ゲイン１１の前段に設けられ、位置指令が入力される上記減算手段に入力される。

図１の構成を説明する。モータ位置・速度・加速度予測値算出手段１は、振動成分算出手段２、減算手段１８、補正値算出手段４、加減算手段２１、および、ゲイン１０に接続されている。モータ位置・速度・加速度予測値算出手段１から出力されるモータ位置予測値は、振動成分算出手段２と減算手段１８とに入力され、また、モータ位置・速度・加速度予測値算出手段１から出力されるモータ速度予測値は、補正値算出手段４と加減算手段２１とに入力される。また、モータ位置・速度・加速度予測値算出手段１から出力されるモータ加速度予測値は、ゲイン１０に入力される。また、減算手段１８からの出力は位置制御手段６に入力され、位置制御手段６からの出力は加減算手段２１に入力され、加減算手段２１からの出力は速度制御装置７に入力され、速度制御手段７からの出力は加算手段２２に入力され、加算手段２２からの出力はモータ１５に入力される。モータ１５からの出力は、減速機１６に入力され、減速機１６からの出力は負荷１７に入力される。また、ゲイン１０の出力は、加算手段２２に接続されている。また、モータ１５から検出されるモータ位置は、微分手段９で微分（差分）されてモータ速度となり、モータ速度は、加算手段２０に入力される。また、モータ位置は、振幅位相推定手段３と、振動成分算出手段２と、加算手段１９と、補正値算出手段４とに入力される。また、振動成分算出手段２からの出力は、振幅位相推定手段３と推定誤差算出手段５とに入力される。推定誤差算出手段５からの出力は、補正値算出手段４に入力される。振幅位相推定手段３からの出力は、補正値算出手段４と推定誤差算出手段５とに入力される。また、補正値算出手段４からの出力は、加算手段１９と微分手段８とに入力される。加算手段１９からの出力は減算手段１８に入力される。微分手段８からの出力は加算手段２０に入力され、加算手段２０による加算結果は加減算手段２１に入力される。

次に、動作について説明する。本実施の形態においては、モータ１５が減速機１６からなる伝達機構を介して負荷１７に接続されたメカニカルシステムにおいて、モータ１５が減速機１６を介して負荷１７の各軸を駆動する。このとき、モータ位置・速度・加速度予測値算出手段１には、モータ１５に対する位置指令が外部から入力され、これにより、モータ位置・速度・加速度予測値算出手段１は、当該位置指令に基づいて、モータ位置予測値、モータ速度予測値、および、モータ加速度予測値を算出する。算出されたモータ位置予測値Prは、図示しないエンコーダなどの測定器で測定したモータ位置Pmとともに、振動成分算出手段２に入力される。振動成分算出手段２では、モータ位置予測値Prとモータ位置Pmとの差Pvib＝Pr-Pmを振動成分として算出し、振幅位相推定手段３と推定誤差算出手段５とに出力する。

減速機１６のトルクリップルに起因する振動としては、減速機１６の入力回転数の２倍の周期の振動が知られている。そこで、振幅位相推定手段３は、減速機１６の入力回転数の２倍の周期の振動が、上述した振動成分算出手段２で算出された振動成分Pvibであるとみなして、振動成分の振幅vl、および、位相φを動作中のデータから逐次推定する。なお、図１のように、モータ１５と減速機１６とが直結されている場合、モータ１５の回転数が減速機１６の入力回転数と一致する。そこで、振動成分算出手段２で算出された振動成分Pvibがモータ回転数の２倍の周期の振動であるとみなすと、下式（１）となる。

Pvib = vl*sin(2*Pm+φ) （１）

そこで、para1=vl*cosφ、および、para2＝vl*sinφと定義すると、上式（１）は、下式（２）となる。

Pvib = para1*sin(2*Pm)+para2*cos(2*Pm) （２）

第ｋ回目の制御周期での値をkと記載する（例えば、Pm_k, Pvib_kなど）こととし、para1, para2の逐次推定値をph1, ph2とし、ベクトルyp_k、p_k、rp_kと行列Rp_kを、それぞれ、下記の式（３）〜（６）で定義する。

yp_k = [sin(2*Pm_k), cos(2*Pm_k)] ^T （３）
p_k = [ph1_k, ph2_k] ^T （４）
Rp_k= Rp_k-1 + moit * (−σ* Rp_k-1 + yp_k yp_k ^T) （５）
rp_k = rp_k-1 + moit * (−σ* rp_k-1 + Pvib_k *yp_k) （６）

このとき、para1, para2の逐次推定値は、下式（７）で算出できる。

p_k = p_k-1−moit*G・(Rp_k・p_k-1−rp_k）（７）

ここで、moitは推定周期、σは定数、Gは定数行列である。また、逐次推定した、振幅vlおよび位相φの第ｋ周期での推定値は、下式（８）および（９）で算出される。

vl_k=sqrt(ph1_k * ph1_k + ph2_k * ph2_k) （８）
φ_k=atan2(ph2_k, ph1_k) （９）

このようにして、振幅位相推定手段３で算出した振幅vl_kおよび位相φ_kは補正値算出手段４に出力される。また、振幅位相推定手段３で、振幅vl_kおよび位相φ_kとモータ位置Pmとに基づいて振動推定値Pvibh_kを下記の式（１０）により算出し、推定誤差算出手段５に出力する。

Pvibh_k = vl_k *sin(2*Pm_k +φ_k) （１０）

推定誤差算出手段５では、振動成分算出手段２から出力される振動成分Pvib_kと振幅位相推定手段３から出力される振動推定値Pvibh_kとから、振動推定誤差evib_kを、下記の式（１１）により、算出する。

evib_k = Pvib_k−Pvibh_k （１１）

次に、推定誤差算出手段５では、振動推定誤差evibも減速機１６の入力回転数の２倍の周期の振動であると仮定し、振動推定誤差の振幅veおよび位相φeを、上記の式（１）〜（９）と同様に算出する。具体的には、振動推定誤差evibを下式（１２）と定義する。

evib = ve*sin(2* Pm +φe) （１２）

さらに、para1e=ve*cosφe、para2＝ve*sinφeと定義すると、式（１２）は、下記の式（１３）となる。

evib = para1e*sin(2*Pm)+para2e*cos(2*Pm) （１３）

第ｋ回目の制御周期での値をkと記載する（例えば、Pm_k, Pvib_kなど）こととし、para1e, para2eの逐次推定値をph1e, ph2e、ベクトルype_k、pe_k、rpe_kと行列Rpe_kをそれぞれ、下記の式（１４）〜（１７）で定義する。

ype_k = [sin(2*Pm_k), cos(2*Pm_k)] ^T （１４）
pe_k = [ph1e_k, ph2e_k] ^T （１５）
Rpe_k= Rpe_k-1 +moit*(−σe* Rpe_k-1 + ype_k ype_k ^T) （１６）
rpe_k = rpe_k-1 +moit*(−σe* rpe_k-1 + evib_k *ype_k) （１７）

このとき、para1e, para2eの逐次推定値は、下記の式（１８）で算出できる。

pe_k = pe_k-1−moit*Ge・（Rpe_k・pe_k-1−rpe_k）（１８）

ここで、moitは推定周期、σeは定数、Geは定数行列である。

このようにして逐次推定した、逐次推定値pe_kに基づいて、振幅veおよび位相φeの第ｋ周期での推定値は、下記の式（１９）および（２０）により算出される。

ve_k=sqrt(ph1e_k * ph1e_k + ph2e_k * ph2e_k) （１９）
φe_k=atan2(ph2e_k , ph1e_k) （２０）

σe＝σの時は、Rpe_k-1、 ype_k ^T ype_kは、振幅位相推定手段３内部で算出するRp_k-1、 yp_k ^T yp_kと同一の値となり、流用することも可能である。

補正値算出手段４では、振幅位相推定手段３から出力される振幅vl_kおよび位相φ_kと、推定誤差算出手段５から出力される推定誤差振幅ve_kと、モータ位置Pmと、モータ位置・速度・加速度予測値算出手段１から出力されるモータ速度予測値とから、モータ位置及びモータ速度の補正値を算出する。まず、推定誤差振幅ve_kおよびモータ速度予測値からそれぞれ補正ゲインを算出する。推定誤差振幅ve_kに関しては閾値ek1、ek2を設け、図３に示す補正ゲイン１と振動推定誤差との関係からフィルタ前補正ゲインK10を算出し、さらに１次遅れフィルタに通して推定誤差振幅を考慮した補正ゲインK1を算出する。なお、補正ゲイン１は、図３に示すように、振動推定誤差が０〜ek1までの範囲においては１で、それ以降は、一定の比率で値が減少し、振動推定誤差がek2のときに０となる。このように、減速機１６に起因する振動の振幅・位相の推定精度が低い区間では補正ゲインを下げることにより、効果がある区間のみ補正することができる。

モータ速度予測値に関しても同様で、モータ速度予測値の絶対値を求め、モータ速度予測値の絶対値と図４に示す補正ゲイン２の関係からフィルタ前の補正ゲインK20を算出し、さらに１次遅れフィルタを通してモータ速度予測値を考慮した補正ゲインK2を算出する。なお、補正ゲイン２は、図４に示すように、モータ速度予測値の絶対値が０〜vk1までの範囲においては１で、それ以降は、一定の比率で値が減少し、モータ速度予測値の絶対値がvk2のときに０となる。この場合も同様に、減速機１６に起因する振動の振幅・位相の推定精度が低い区間では補正ゲインを下げることにより、効果がある区間のみ補正することができる。モータ速度予測値及び推定誤差振幅が０の場合の補正ゲインをK0とし、補正ゲインKhを下記の式（２１）で算出する。

Kh=K0*K1*K2 （２１）

また、補正値算出手段４は、算出した補正ゲインKhを用いてモータ位置への補正値Hｐを、下式（２２）で算出する。

Hp＝Kh* vl_k *sin(2*Pm_k +φ_k) （２２）

次に、補正値算出手段４で算出した補正値Hpとモータ位置Pmとを式（２３）のように加算手段１９で加算して、モータ位置Pmを補正する。

Pmh=Pm+Hp （２３）

このようにして補正されたモータ位置Pmhを位置制御手段６にフィードバックする。具体的には、補正されたモータ位置Pmhとモータ位置予測値との差分を減算手段１８により求め、位置制御手段６に入力する。また、補正値算出手段４により求めた補正値Hpの微分（差分）dHpを微分手段８で求め、当該微分（差分）dHpを下記の式（２４）のように加算手段２０でモータ速度Vmに加算して、モータ速度Vmを補正する。

Vmh＝Vm＋dHp （２４）

補正したモータ速度Vmhは、速度制御手段７にフィードバックされる。具体的には、モータ速度予測値と位置制御手段６からの出力との和から、補正したモータ速度Vmhの値を差し引いた値を加減算手段２１により求め、速度制御手段７に入力する。なお、速度制御手段７からの出力とゲイン１０からの出力との和を加算手段２２により求め、モータ１５に入力する。

なお、位置制御手段６及び速度制御手段７はそれぞれ一般に広く使われている比例制御、比例積分制御を行っている。また、上記の説明においては、補正ゲインK2の算出にモータ速度予測値を用いたが、モータ速度を用いてもかまわない。

以上のように、本実施の形態によれば、メカニカルシステムの各軸を駆動するモータ１５の状態量と状態量の予測値との差から、モータ状態量に含まれる振動成分を算出する振動成分算出手段２と、振動成分算出手段２の出力とモータ変位から減速機１６に起因してモータ１５に現れるリップルの振幅及び位相を逐次推定する振幅位相推定手段３と、推定した振幅および位相とモータ変位とからモータ状態量の補正値を算出する補正値算出手段４とを備え、補正値算出手段４の出力に基づいて、フィードバック制御するモータ状態量を補正するようにしたので、モータの状態量に含まれる減速機１６のリップルに起因する振動の振幅及び位相が動作中に変動する場合も、変動結果に追従して振動を抑制できる効果がある。また、推定精度が低い場合、あるいは、速度が高く遅れの影響が大きい場合には補正を抑えることにより、過補正になることを防止できる効果がある。さらに、減速機１６の軸の回転速度に応じて補正値算出手段４の出力を変更するようにしたので、減速機１６に起因する振動が機械共振と一致する速度近辺でのみ補正を有効にし、振動が大きくなる条件でのみ補正することが可能となる効果がある。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２の振動抑制制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１とは、振動成分算出手段２の入力のみ異なるため、振動成分算出手段２の入力に関してのみ説明する。上述の実施の形態１においては、モータ位置・速度・加速度予測値算出手段１からモータ位置予測値が振動成分算出手段２に入力されていたが、本実施の形態においては、図５に示すように、モータ位置予測値算出手段２３が振動成分算出手段２に接続されており、位置指令が、減算手段１８に入力されるとともに、モータ位置予測値算出手段２３にも入力され、モータ位置予測値算出手段２３からの出力が、振動成分算出手段２に入力される。なお、本実施の形態においては、図１に示したモータ位置・速度・加速度予測値算出手段１、ゲイン１０、および、加算手段２２が設けられていない。

動作について説明する。まず、位置指令をモータ位置予測値算出手段２３に入力する。モータ位置予測値算出手段２３内部には、位置制御手段６の比例ゲインに対応する時定数の1次遅れフィルタが備えられており、1次遅れフィルタに位置指令を入力したときの出力をモータ位置予測値として振動成分算出手段２に出力する。また、減算手段１８は、位置指令と加算手段１９からの出力との差分を求めて、位置制御手段６に入力する。減算手段２１は、位置制御手段６からの出力と加算手段２０からの出力との差分を求めて、速度制御手段７に入力する。また、速度制御手段７からの出力は、直接、モータ１５に入力される。他の構成および動作については、上述の実施の形態１と同じであるため、ここではその説明を省略する。

以上のように、本実施の形態においても、フィードバック制御するモータ状態量を補正するようにしたので、実施の形態１と同様に、減速機１６のリップルに起因する振動の振幅及び位相が動作中に変動する場合でも、振動を抑制できる効果がある。また、推定精度が低い場合、あるいは速度が高く遅れの影響が大きい場合には補正を抑えることにより過補正になることを防止できる効果がある。

実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３の振動抑制制御装置の構成を示すブロック図である。上述の実施の形態１とは、振動成分算出手段２、振幅位相推定手段３、および、推定誤差算出手段５の内部処理は同一であるが、それらの入出力が異なる。そこで、以下では、振動成分算出手段２、振幅位相推定手段３、および、推定誤差算出手段５の入出力と補正値算出手段４の処理についてのみ説明する。なお、本実施の形態においては、補正値算出手段４と加算手段１９との間に積分手段２４が設けられている。

本実施の形態においては、振動成分算出手段２には、モータ位置・速度・加速度予測値算出手段１で算出したモータ速度予測値Vrとモータ速度Vmとを入力する。振動成分算出手段２では、それらの速度差Vvib=Vr-Vmを算出し、算出結果のVvibを振動成分として振幅位相推定手段３と推定誤差算出手段５とに入力する。振幅位相推定手段３と推定誤差算出手段５においては、モータ位置から求めた振動成分Pvibの代わりに、モータ速度から求めた振動成分Vvibを用いて、上述の式（１）〜（２０）の計算を行う。

また、補正値算出手段４では、補正ゲインKhを実施の形態１で示した方法で算出する。また、算出した補正ゲインKhを用いてモータ速度への補正値Hvを下式（２５）で算出する。

Hv＝Kh* vl_k *sin(2*Pm_k +φ_k) （２５）

また、補正値Hvによりモータ速度Vmを下式（２６）で補正する。なお、下式（２６）の演算は、加算手段２０により行う。

Vmh=Vm+Hv （２６）

次に、補正したモータ速度Vmhを速度制御手段７にフィードバックする。具体的には、加減算手段２１で、モータ速度予測値に位置制御手段６からの出力を加算し、当該値から補正したモータ速度Vmhを差し引いた値を速度制御手段７に入力する。また、モータ位置の補正に関してはHp=Hvとし、Hpを積分手段２４により積分してから、加算手段１９でモータ位置に加算して補正したモータ位置Pmhを算出し、算出したPmhをモータ位置として位置制御手段６にフィードバックする。具体的には、減算手段１８により、モータ位置予測値と算出したPmhとの差分を求めて、位置制御手段６に入力する。なお、他の構成および動作については、実施の形態１と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。

以上のように、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、フィードバック制御するモータ状態量を補正するようにしたので、減速機のリップルに起因する振動の振幅及び位相が動作中に変動する場合でも振動を抑制できる効果がある。また、推定精度が低い場合、あるいは速度が高く遅れの影響が大きい場合には補正を抑えることにより過補正になることを防止できる効果がある。

実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４の振動抑制制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１とはモータ速度を補正しないことのみ異なっている。従って、本実施の形態においては、微分手段８と加算手段２０とが設けられておらず、補正しないそのままのモータ速度が、加減算手段２１に入力されている。他の構成および動作については、実施の形態１と同じであるため、ここではその説明を省略する。

本実施の形態においては、モータ速度は補正しないが、モータ位置は補正するため、減速機のリップルに起因する振動の振幅及び位相が動作中に変動する場合でも振動を抑制できる効果がある。また、推定精度が低い場合、あるいは速度が高く遅れの影響が大きい場合には補正を抑えることにより過補正になることを防止できる効果がある。

実施の形態５．
図８は本発明の実施の形態５の振動抑制制御装置の構成を示すブロック図である。図６に示した実施の形態３とはモータ位置を補正しないことのみ異なっている。従って、本実施の形態においては、図６に示した積分手段２４と加算手段１９とが設けられておらず、補正しないそのままのモータ位置が減算手段１８に入力されている。他の構成および動作については、実施の形態１および３と同じであるため、ここでは説明を省略する。

以上のように、本実施の形態においては、モータ位置は補正しないが、モータ速度は補正するので、減速機のリップルに起因する振動の振幅及び位相が動作中に変動する場合でも振動を抑制できる効果がある。また、推定精度が低い場合、あるいは速度が高く遅れの影響が大きい場合には補正を抑えることにより過補正になることを防止できる効果がある。

実施の形態６．
図９は本発明の実施の形態６の振動抑制制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態においては、振動成分算出手段２にモータ位置予測値を入力せずに、振動成分算出手段２にモータトルク推定値算出手段２５が接続され、モータトルク推定値算出手段２５から出力されるモータ電流推定値が振動成分算出手段２に入力される。また、モータトルク推定値算出手段２５には、モータ位置・速度・加速度予測値算出手段１で算出した、モータ位置予測値、モータ速度予測値、モータ加速度予測値が入力される。さらに、振動成分算出手段２にモータ位置を入力せずに、モータ電流（モータトルク）が入力される。また、本実施の形態においては、モータ位置およびモータ速度は補正されずに、それぞれ、減算手段１８および加減算手段２１に入力される。また、補正値算出手段４からの出力は、加算手段２２に入力される。従って、本実施の形態においては、実施の形態１で示した図１の加算手段１９、微分手段８、および、加算手段２０が設けられていない。他の構成については、実施の形態１と同じであるため、ここではその説明を省略する。

以上の構成において、モータ位置・速度・加速度予測値算出手段１で算出したモータ位置予測値、モータ速度予測値及びモータ加速度予測値をモータトルク推定値算出手段２５に入力する。モータトルク推定値算出手段２５では、振動抑制制御装置により駆動されるメカニカルシステムの運動方程式を内蔵し、内蔵した運動方程式にモータ位置予測値、モータ速度予測値、モータ加速度予測値を入力することによりモータトルク推定値を算出し、トルク定数で除してモータ電流推定値を算出する。振動成分算出手段２では、モータ電流推定値とモータ電流との差Tvibを算出し、当該差TvibをPvibの代わりに振幅位相推定手段３および推定誤差算出手段５に出力する。振幅位相推定手段３および推定誤差算出手段５では、モータ位置から求めた振動成分Pvibの代わりに、モータ電流から求めた振動成分Tvibを用いて、上述した式（１）〜（２０）の計算を行う。

補正値算出手段４では、実施の形態１と同一の方法で、補正ゲインKhを算出し、モータ電流補正値Htを下式（２７）により算出する。

Ht＝Kh* vl_k *sin(2*Pm_k +φ_k) （２７）

補正値算出手段４は、このようにして算出した電流補正値Htを加算手段２２に入力して、モータ１５に与える電流指令に加算する。他の動作については、実施の形態１と同じであるため、ここではその説明を省略する。

以上のように、本実施の形態においては、モータ１５に与える電流指令に電流補正値を加算して補正するようにしたので、減速機１６のリップルに起因する振動の振幅及び位相が動作中に変動する場合でも振動を抑制できる効果がある。また、推定精度が低い場合、あるいは速度が高く遅れの影響が大きい場合には補正を抑えることにより過補正になることを防止できる効果がある。

実施の形態７．
図１０は本発明の実施の形態７の振動抑制制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１との違いは、図１に示した推定誤差算出手段５が設けられていないことである。したがって、補正値算出手段４内部で補正ゲインKhを算出する際は、下式（２８）で算出する。

Kh=K0*K2 （２８）

算出した補正ゲインKhを用いて、実施の形態１と同様に、モータ位置への補正値Hpを上述した式（２２）により算出する。他の構成および動作については、実施の形態と同様であるため、ここではその説明を省略する。

以上のように、本実施の形態においては、モータ速度予測値及び推定誤差振幅が０の場合の補正ゲインK0と、１次遅れフィルタを通してモータ速度予測値を考慮した補正ゲインK2とを用いて、補正ゲインKhを求めて、それにより、モータ位置を補正するようにしたので、減速機のリップルに起因する振動の振幅及び位相が動作中に変動する場合でも振動を抑制できる効果がある。また、速度が高く遅れの影響が大きい場合には補正を抑えることにより過補正になることを防止できる効果がある。

実施の形態８．
図１１は本発明の実施の形態８の振動抑制制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１とは、補正値算出手段４にモータ加速度予測値が入力されて、補正値算出手段４でモータ加速度を考慮して補正ゲインKhを算出する点のみが異なっているため、本実施の形態においては、補正ゲインKhの算出方法のみ説明する。

本実施の形態においては、補正値算出手段４が、モータ加速度予測値絶対値と図１２に示す補正ゲイン３との関係からフィルタ前の補正ゲインK30を算出し、さらに１次遅れフィルタを通してモータ加速度予測値を考慮した補正ゲインK3を算出する。モータ速度予測値及び推定誤差振幅が０の場合の補正ゲインをK0とし、補正ゲインKhを下式（２９）で算出する。

Kh=K0*K1*K2*K3 （２９）

他の構成および動作については、実施の形態１と同じである。なお、補正ゲイン３は、図１２に示すように、モータ加速度予測値（絶対値）が０〜ak1までの範囲においては１で、それ以降は、一定の比率で値が減少し、モータ加速度予測値（絶対値）がak2のときに０となる。このように、減速機１６に起因する振動の振幅・位相の推定精度が低い区間では補正ゲインを下げることにより、効果がある区間のみ補正することができる。

以上のように、本実施の形態においては、補正値算出手段４でモータ加速度を考慮して補正ゲインKhを算出するようにしたので、減速機のリップルに起因する振動の振幅及び位相が動作中に変動する場合でも振動を抑制できる効果がある。また、推定精度が低い場合、あるいは加速度もしくは速度が高く遅れの影響が大きい場合には補正を抑えることにより過補正になることを防止できる効果がある。

実施の形態９．
図１３は本発明の実施の形態９の振動抑制制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１とは、振幅位相推定手段３に、モータ加速度予測値とモータ速度予測値とが入力されて、振幅位相推定手段３で振幅・位相に関するパラメータを逐次推定する際のゲインGをモデル速度予測値およびモデル加速度予測値に基づいて変更することが異なっている。本実施の形態においては、ゲインGの算出方法についてのみ説明する。

振幅位相推定手段３では、モータ速度予測値絶対値と図１４に示す補正ゲイン２ｂとの関係からフィルタ前の補正ゲインK2b0を算出し、さらに1次遅れフィルタを通してモータ速度予測値を考慮した補正ゲインK2bを算出する。またモータ加速度予測値絶対値と図１５に示す補正ゲイン３ｂの関係からフィルタ前の補正ゲインK3b0を算出し、さらに1次遅れフィルタを通してモータ加速度予測値を考慮した補正ゲインK3bを算出する。モータ加速度予測値及びモータ速度予測値がいずれも０のときの逐次推定ゲイン行列をG0とし、下式（３０）により、上述した式（７）で用いる逐次推定ゲインGを算出する。

G＝G0*K2b0*k3b0 （３０）

他の構成および動作については、実施の形態１と同じである。なお、補正ゲイン２ｂは、図１４に示すように、モータ速度予測値（絶対値）が０〜vk1bまでの範囲においては１で、それ以降は、一定の比率で値が減少し、モータ速度予測値（絶対値）がvk2bのときに０となる。また、補正ゲイン３ｂは、図１５に示すように、モータ加速度予測値（絶対値）が０〜ak1bまでの範囲においては１で、それ以降は、一定の比率で値が減少し、モータ加速度予測値（絶対値）がak2bのときに０となる。このように、減速機１６に起因する振動の振幅・位相の推定精度が低い区間では補正ゲインを下げることにより、効果がある区間のみ補正することができる。

以上のように、本実施の形態においては、振幅位相推定手段３で振幅・位相に関するパラメータを逐次推定する際のゲインGをモデル速度予測値およびモデル加速度予測値に基づいて変更するようにしたので、減速機のリップルに起因する振動の振幅及び位相が動作中に変動する場合でも振動を抑制できる効果がある。また、推定精度が低い場合、あるいは速度が高く遅れの影響が大きい場合には補正を抑えることにより過補正になることを防止できる効果がある。また速度もしくは加速度が高く推定精度の悪化が予想される際には逐次推定をとめることにより、過補正になることを防止できる効果がある。

実施の形態１０．
図１６は本発明の実施の形態１０の振動抑制制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１とは、補正値算出手段４にモータ速度予測値が入力されずに、補正値算出手段４内部で補正ゲインKhを算出する際に、モータ速度予測値を考慮しないことが異なっている。したがって、本実施の形態においては、補正値算出手段４内部で補正ゲインKhを算出する際も、下式（３１）で算出する。

Kh=K0*K1 （３１）

他の構成および動作については実施の形態１と同様である。

以上のように、本実施の形態においては、モータ速度予測値及び推定誤差振幅が０の場合の補正ゲインK0と、１次遅れフィルタを通して推定誤差振幅を考慮した補正ゲインK１とを用いて、補正ゲインKhを求めて、それにより、モータ位置を補正するようにしたので、減速機のリップルに起因する振動の振幅及び位相が動作中に変動する場合でも振動を抑制できる効果がある。また、推定精度が低い場合には補正を抑えることにより過補正になることを防止できる効果がある。

本発明の実施の形態１の振動抑制制御装置の構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態１の振動抑制制御装置に設けられたモータ位置・速度・加速度予測値算出手段の内部構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態１の振動抑制制御装置における補正ゲイン１と推定誤差振幅の関係図である。本発明の実施の形態１の振動抑制制御装置における補正ゲイン２とモータ速度予測値の関係図である。本発明の実施の形態２の振動抑制制御装置の構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態３の振動抑制制御装置の構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態４の振動抑制制御装置の構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態５の振動抑制制御装置の構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態６の振動抑制制御装置の構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態７の振動抑制制御装置の構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態８の振動抑制制御装置の構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態８の振動抑制制御装置における補正ゲイン３とモータ加速度予測値の関係図である。本発明の実施の形態９の振動抑制制御装置の構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態９の振動抑制制御装置における補正ゲイン２ｂとモータ速度予測値の関係図である。本発明の実施の形態９の振動抑制制御装置における補正ゲイン３ｂとモータ加速度予測値の関係図である。本発明の実施の形態１０の振動抑制制御装置の構成を示したブロック図である。

符号の説明

１モータ位置・速度・加速度予測値算出手段、２振動成分算出手段、３振幅位相推定手段、４補正値算出手段、５推定誤差算出手段、６位置制御手段、７速度制御手段、８，９微分手段、１３，１４，２４積分手段、１０ゲイン、１１，１２ゲイン、１５モータ、１６減速機、１７負荷、１８減算手段、１９，２０，２２加算手段、２１加減算手段、２３モータ位置予測値算出手段、２５モータトルク推定値算出手段。

Claims

制御対象のメカニカルシステムの各軸を駆動するモータの状態量である、モータ位置、モータ速度、および、モータ電流のうちの少なくとも１つと前記状態量の予測値との差に基づいて、前記状態量に含まれる振動成分を算出する振動成分算出手段と、
前記振動成分算出手段で算出した前記振動成分に基づいて、当該振動の振幅及び位相を推定する振幅位相推定手段と、
前記振幅位相推定手段で推定した前記振幅および前記位相に基づいて、前記状態量の補正値を算出する補正値算出手段と
を備え、
前記補正値算出手段で算出した前記補正値を用いて、モータ位置及びモータ速度のフィードバック値もしくはモータ電流指令の少なくとも１つを補正することを特徴とする振動抑制制御装置。
前記振幅位相推定手段は、さらに、推定した前記振幅および前記位相を用いて振動推定値を算出するものであって、
前記振動移相推定手段で算出した前記振動推定値と前記振動成分算出手段で算出した振動成分の値との差に応じて、振動推定誤差の振幅を推定する振動推定誤差算出手段をさらに備え、
前記振動推定誤差算出手段の出力に応じて前記補正値算出手段の出力を変更することを特徴とする請求項１に記載の振動抑制制御装置。
前記軸の回転速度に応じて前記補正値算出手段の出力を変更することを特徴とする請求項１に記載の振動抑制制御装置。