JP2010206930A - 電動機制御装置および該装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法並びに多軸伝達関数算出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】垂直軸や外力が掛かる状況で大きなストロークで使用する電動機が含まれる複数軸の軸間を含む機械特性を多軸伝達関数として測定するとともに、制御器の安定度を把握し、機械特性に合わせた軸間を含めた制御器の調整度合いを把握できる相互一巡開ループ伝達関数を算出する電動機制御装置および該装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法並びに多軸伝達関数算出方法を提供する。
【解決手段】複数軸の電動機制御装置において、自己一巡開ループ伝達関数算出部８と、相互一巡開ループ伝達関数算出部９と、機械特性演算部１１と、特性演算部１０と、を備える。
【選択図】図１１
【解決手段】複数軸の電動機制御装置において、自己一巡開ループ伝達関数算出部８と、相互一巡開ループ伝達関数算出部９と、機械特性演算部１１と、特性演算部１０と、を備える。
【選択図】図１１
Description
本発明は、半導体製造装置や工作機械、産業用ロボット等に用いられて位置決め制御や、プレス機、加工機等に用いられて押し付け制御などをする複数軸を用いた電動機制御装置および該装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法、並びに多軸伝達関数算出方法に関する。
位置決め制御や押し付け制御、倣い制御などで電動機制御装置を高速・高精度に利用するには、機械特性と、電動機制御装置の制御特性と、を最適に整合させて電動機を動作させる必要がある。また、電動機制御装置を複数備えた構成では、複数の電動機が動作することで、他軸の電動機の動作により自軸の検出部が反応し、軸間の干渉を起こすことがある。本来、複数の電動機の軸間についても機械特性と、電動機制御装置の制御特性とを最適に整合させる必要がある。
一方で、電動機制御装置を備えた機械システムは、多軸の利用が多く、軸間で互いに影響を及ぼす電動機制御装置の組み合わせが多数考えられ、機械特性と制御特性を整合して軸間の影響度をすべて考慮するのは非効率である。このため、軸間で互いに影響を及ぼす組み合わせを絞りこむ必要がある。なお、多数の電動機制御装置の中には、長いストロークを要しながら重力や外力が作用するものが含まれる。
こうした一般的な技術課題を解決するために、従来には以下の４例のような関連技術がある。
一方で、電動機制御装置を備えた機械システムは、多軸の利用が多く、軸間で互いに影響を及ぼす電動機制御装置の組み合わせが多数考えられ、機械特性と制御特性を整合して軸間の影響度をすべて考慮するのは非効率である。このため、軸間で互いに影響を及ぼす組み合わせを絞りこむ必要がある。なお、多数の電動機制御装置の中には、長いストロークを要しながら重力や外力が作用するものが含まれる。
こうした一般的な技術課題を解決するために、従来には以下の４例のような関連技術がある。
従来の第１例である電動機制御装置は、動作指令信号１０９である入力トルク信号１１２と回転速度信号１１０とをＦＦＴにより周波数分析し、分析結果１１４を出力するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来の第２例である電動機制御装置およびその機械特性測定方法並びに制御器調整方法は、機械特性を測定して制御器の安定度を把握し、機械特性に合わせて制御器を最適に調整可能な電動機制御装置および機械特性測定方法、制御器調整方法を提供するために、閉ループ外乱周波数応答特性を算出する閉ループ外乱周波数応答特性算出手段２１０と、閉ループ駆動力周波数応答特性算出手段２１１と、機械特性算出手段２１３と、を備えているものもある（例えば、特許文献２参照）。
また、従来の第３例であるモータ制御装置の周波数特性演算装置は、モータ制御系の複数軸の周波数特性を容易に計測することができる周波数特性演算装置を提供するために、複数軸のモータの回転指令Ｆと回転センサの信号Ｘを用いて周波数特性を演算しているものもある（例えば、特許文献３参照）。
また、従来の第４例である除振台のフィードフォワード制御方法は、フィードバック制御では対処できない直動外乱に対して非常に有効なフィードフォワード制御を提供するため、入出力関係（Ｇ）の逆を与えるシステム（Ｇ−１）を演算し、フィードフォワード制御信号（Ｕ）を能動アクチュエータ（Ａ）〜（Ｄ）に与えて機器（Ｋ）の作動に起因する振動をキャンセルするようにしているものもある（例えば、特許文献４参照）。
従来の第１例である特許文献１の電動機制御装置について説明する。図２１は従来の第１例を示す電動機制御装置のブロック図である。
電動機制御装置の制御対象を含む周波数特性を測定し把握した上で、サーボゲインを決めるためには、ＦＦＴアナライザ等の高価な計測器を用意し、熟練した作業者が必要となる。安易に周波数特性を測定すれば、デジタル・サンプリング時に測定周波数範囲外の成分が混入する折り返し誤差が発生し、正確な周波数特性を求めることができない。さらに、周波数特性を測定するために、電動機を動作させると可動部が移動する。負荷機械の可動部はその位置により特性が変化し、共振周波数や反共振周波数がずれ、周波数特性の測定精度が低下する。測定時に平均化等を実行するために測定するデータ量を増やすには、長時間のデータを収集するか、もしくは、複数回の動作と測定を実行する必要があるが、可動部の移動量が増大し、周波数特性の共振周波数ピークが割れるなど、測定精度がさらに低下するという問題がある。
以上のような一般的な技術課題を解決するために、従来の第１例である特許文献１の電動機制御装置は、周波数分析時に折り返し誤差が発生せず、測定周波数範囲外の不要な高周波成分を含まない前記動作指令信号を作成し、サーボ装置１０２に出力し電動機１０４を駆動し、動作指令信号と回転検出器１０３からの回転検出器信号を演算装置１０１が周波数分析し、分析結果を出力するようにしている。また、電動機１０４の正転側と逆転側の動作指令信号を作成し、前記サーボ装置１０２に出力し、動作指令信号と回転検出器１０３の検出信号から演算装置１０１が周波数特性を演算している。
このようにして、従来の第１例である特許文献１の電動機制御装置は、単軸の周波数特性を算出するのである。
電動機制御装置の制御対象を含む周波数特性を測定し把握した上で、サーボゲインを決めるためには、ＦＦＴアナライザ等の高価な計測器を用意し、熟練した作業者が必要となる。安易に周波数特性を測定すれば、デジタル・サンプリング時に測定周波数範囲外の成分が混入する折り返し誤差が発生し、正確な周波数特性を求めることができない。さらに、周波数特性を測定するために、電動機を動作させると可動部が移動する。負荷機械の可動部はその位置により特性が変化し、共振周波数や反共振周波数がずれ、周波数特性の測定精度が低下する。測定時に平均化等を実行するために測定するデータ量を増やすには、長時間のデータを収集するか、もしくは、複数回の動作と測定を実行する必要があるが、可動部の移動量が増大し、周波数特性の共振周波数ピークが割れるなど、測定精度がさらに低下するという問題がある。
以上のような一般的な技術課題を解決するために、従来の第１例である特許文献１の電動機制御装置は、周波数分析時に折り返し誤差が発生せず、測定周波数範囲外の不要な高周波成分を含まない前記動作指令信号を作成し、サーボ装置１０２に出力し電動機１０４を駆動し、動作指令信号と回転検出器１０３からの回転検出器信号を演算装置１０１が周波数分析し、分析結果を出力するようにしている。また、電動機１０４の正転側と逆転側の動作指令信号を作成し、前記サーボ装置１０２に出力し、動作指令信号と回転検出器１０３の検出信号から演算装置１０１が周波数特性を演算している。
このようにして、従来の第１例である特許文献１の電動機制御装置は、単軸の周波数特性を算出するのである。
従来の第２例である特許文献２の電動機制御装置およびその機械特性測定方法並びに制御器調整方法について説明する。図２２は従来の第２例を示す電動機制御装置の全体構成図である。
機械特性を測定しながら制御器の安定度を把握し、機械特性に合わせて制御器を最適に調整できなかった。この一般的な技術課題を解決するために、従来の第２例である特許文献２の電動機制御装置およびその機械特性測定方法並びに制御器調整方法は、フィードバックループを構成した電動機制御装置において、電動機２０１または機械２０５の動作量を検出する検出手段２０２と、指令信号を発生する指令器２０４と、指令信号を受けて電動機２０１を駆動するための制御器２０３と、電流制御部２０６と、を備えた電動機制御装置において、外乱入力する指令を生成する外乱信号発生部２０７と、制御器２０３が出力する駆動力を検出する駆動力検出手段２０８と、該外乱信号発生部２０７の出力と駆動力検出手段２０８の出力から閉ループ駆動力周波数応答特性を算出する閉ループ駆動力周波数応答特性算出手段２１１と、該閉ループ駆動力周波数応答特性と該閉ループ外乱周波数応答特性から、機械特性を算出する機械特性算出手段２１３とを備え、外乱信号発生部２０７で作成した外乱信号で電動機２０１を駆動し、駆動力検出手段２０８と検出手段２０２の検出信号を得る。外乱信号発生部２０７と検出手段２０２の出力から閉ループ外乱周波数応答特性算出手段２１０で閉ループ外乱周波数応答特性を算出する。また、外乱信号発生部２０７と駆動力検出手段２０８の出力から閉ループ駆動力周波数応答特性算出手段２１１で閉ループ駆動力周波数応答特性を算出する。さらに、閉ループ駆動力周波数応答特性から、一巡開ループ周波数応答特性算出手段２１２が一巡開ループ周波数応答特性を算出する。加えて、機械特性算出手段２１３は閉ループ駆動力周波数応答特性と閉ループ外乱周波数応答特性から、機械特性を算出するようにしている。
このように、従来の第２例である特許文献２の電動機制御装置およびその機械特性測定方法並びに制御器調整方法は、単軸の閉ループ外乱周波数応答特性、閉ループ外乱周波数応答特性、一巡開ループ周波数応答特性、機械特性を算出するのである。
機械特性を測定しながら制御器の安定度を把握し、機械特性に合わせて制御器を最適に調整できなかった。この一般的な技術課題を解決するために、従来の第２例である特許文献２の電動機制御装置およびその機械特性測定方法並びに制御器調整方法は、フィードバックループを構成した電動機制御装置において、電動機２０１または機械２０５の動作量を検出する検出手段２０２と、指令信号を発生する指令器２０４と、指令信号を受けて電動機２０１を駆動するための制御器２０３と、電流制御部２０６と、を備えた電動機制御装置において、外乱入力する指令を生成する外乱信号発生部２０７と、制御器２０３が出力する駆動力を検出する駆動力検出手段２０８と、該外乱信号発生部２０７の出力と駆動力検出手段２０８の出力から閉ループ駆動力周波数応答特性を算出する閉ループ駆動力周波数応答特性算出手段２１１と、該閉ループ駆動力周波数応答特性と該閉ループ外乱周波数応答特性から、機械特性を算出する機械特性算出手段２１３とを備え、外乱信号発生部２０７で作成した外乱信号で電動機２０１を駆動し、駆動力検出手段２０８と検出手段２０２の検出信号を得る。外乱信号発生部２０７と検出手段２０２の出力から閉ループ外乱周波数応答特性算出手段２１０で閉ループ外乱周波数応答特性を算出する。また、外乱信号発生部２０７と駆動力検出手段２０８の出力から閉ループ駆動力周波数応答特性算出手段２１１で閉ループ駆動力周波数応答特性を算出する。さらに、閉ループ駆動力周波数応答特性から、一巡開ループ周波数応答特性算出手段２１２が一巡開ループ周波数応答特性を算出する。加えて、機械特性算出手段２１３は閉ループ駆動力周波数応答特性と閉ループ外乱周波数応答特性から、機械特性を算出するようにしている。
このように、従来の第２例である特許文献２の電動機制御装置およびその機械特性測定方法並びに制御器調整方法は、単軸の閉ループ外乱周波数応答特性、閉ループ外乱周波数応答特性、一巡開ループ周波数応答特性、機械特性を算出するのである。
従来の第３例である特許文献３のモータ制御装置の周波数特性演算装置について説明する。図２３は従来の第３例を示すモータ制御装置の構成図である。
２軸以上のサーボ系を有するモータ制御装置の場合は、１軸毎に単軸の周波数特性を別々に計測し、その結果を総合して全体の特性が把握されていた。全軸の周波数特性を計測するには長時間を要するという問題があった。また、本来、軸間に干渉があり軸間の特性があるが、１軸毎に単軸の周波数特性を計測する方法ではできなかった。
以上のような一般的な技術課題を解決するために、従来の第３例である特許文献３のモータ制御装置の周波数特性演算装置は、可動部３１０、３１１と、モータ３０６、３０７と、モータの回転を伝えて可動部を移動させる伝達機構３０８、３０９と、モータの回転を検出する回転センサ３０４、３０５と、モータの回転指令Ｆと回転センサの信号Ｘを受けてモータの回転を制御するサーボ装置３０２、３０３とを複数備えて複数のサーボ系をなすモータ制御装置において、モータの回転指令Ｆを出力し、回転センサの信号Ｘを入力して所定の式に基づいて周波数特性を演算する演算装置３０１を備えている。
このように、従来の第３例である特許文献３のモータ制御装置の周波数特性演算装置は、複数軸の周波数特性を算出するのである。
２軸以上のサーボ系を有するモータ制御装置の場合は、１軸毎に単軸の周波数特性を別々に計測し、その結果を総合して全体の特性が把握されていた。全軸の周波数特性を計測するには長時間を要するという問題があった。また、本来、軸間に干渉があり軸間の特性があるが、１軸毎に単軸の周波数特性を計測する方法ではできなかった。
以上のような一般的な技術課題を解決するために、従来の第３例である特許文献３のモータ制御装置の周波数特性演算装置は、可動部３１０、３１１と、モータ３０６、３０７と、モータの回転を伝えて可動部を移動させる伝達機構３０８、３０９と、モータの回転を検出する回転センサ３０４、３０５と、モータの回転指令Ｆと回転センサの信号Ｘを受けてモータの回転を制御するサーボ装置３０２、３０３とを複数備えて複数のサーボ系をなすモータ制御装置において、モータの回転指令Ｆを出力し、回転センサの信号Ｘを入力して所定の式に基づいて周波数特性を演算する演算装置３０１を備えている。
このように、従来の第３例である特許文献３のモータ制御装置の周波数特性演算装置は、複数軸の周波数特性を算出するのである。
従来の第４例である特許文献４の除振台のフィードフォワード制御方法について説明する。図２４は従来の第４例を示す能動アクチュエータの配置平面図である。
除振台は地動外乱に対する対処が主目的であったため、除振台による能動制振はフィードバック制御が基本となっていたが、フィードバック制御ではスピルオーバーや安定性が十分でない等の問題があり、また、際限なくフィードバックゲインを高めてやる事ができる訳でもなく直動外乱に対処する事ができなかった。尚、フィードバックゲインを高めると振動制御とのトレードオフが問題となるような一般的な技術課題がある。
この一般的な技術課題を解決するために、従来の第４例である特許文献４の除振台のフィードフォワード制御方法は、事前に除振台の多入多出力関係（Ｇ）を得ている。
機器（Ｋ）を載置するための除振台本体４０２と、除振台本体４０２を支持するための能動アクチュエータ（Ａ）〜（Ｄ）と、除振台本体４０２の振動を検出するためのセンサ（Ｓ）とで構成された除振台において、除振台の能動アクチュエータ（Ａ）〜（Ｄ）に既知の信号を与え、この時の除振台の応答をセンサ（Ｓ）で検出してその出力データ（Ｙ）を演算装置（ｃｏｎｔ）に取り込み、多入多出力関係（Ｇ）を得る。演算装置（ｃｏｎｔ）にてその入出力関係（Ｇ）の逆を与えるシステム（Ｇ−１）を演算し、この逆システム（Ｇ−１）に除振台本体４０２上に載置された機器（Ｋ）を作動させて求めた出力データ（Ｙ）を掛け、更に反転したフィードフォワード制御信号（Ｕ）を生成させ、このフィードフォワード制御信号（Ｕ）を記憶しておき、次の機器（Ｋ）の作動時に同期させて逆システム（Ｇ−１）に基づくフィードフォワード制御信号（Ｕ）を能動アクチュエータ（Ａ）〜（Ｄ）に入力し、機器（Ｋ）の作動に起因する振動をキャンセルするようにしている。
除振台は地動外乱に対する対処が主目的であったため、除振台による能動制振はフィードバック制御が基本となっていたが、フィードバック制御ではスピルオーバーや安定性が十分でない等の問題があり、また、際限なくフィードバックゲインを高めてやる事ができる訳でもなく直動外乱に対処する事ができなかった。尚、フィードバックゲインを高めると振動制御とのトレードオフが問題となるような一般的な技術課題がある。
この一般的な技術課題を解決するために、従来の第４例である特許文献４の除振台のフィードフォワード制御方法は、事前に除振台の多入多出力関係（Ｇ）を得ている。
機器（Ｋ）を載置するための除振台本体４０２と、除振台本体４０２を支持するための能動アクチュエータ（Ａ）〜（Ｄ）と、除振台本体４０２の振動を検出するためのセンサ（Ｓ）とで構成された除振台において、除振台の能動アクチュエータ（Ａ）〜（Ｄ）に既知の信号を与え、この時の除振台の応答をセンサ（Ｓ）で検出してその出力データ（Ｙ）を演算装置（ｃｏｎｔ）に取り込み、多入多出力関係（Ｇ）を得る。演算装置（ｃｏｎｔ）にてその入出力関係（Ｇ）の逆を与えるシステム（Ｇ−１）を演算し、この逆システム（Ｇ−１）に除振台本体４０２上に載置された機器（Ｋ）を作動させて求めた出力データ（Ｙ）を掛け、更に反転したフィードフォワード制御信号（Ｕ）を生成させ、このフィードフォワード制御信号（Ｕ）を記憶しておき、次の機器（Ｋ）の作動時に同期させて逆システム（Ｇ−１）に基づくフィードフォワード制御信号（Ｕ）を能動アクチュエータ（Ａ）〜（Ｄ）に入力し、機器（Ｋ）の作動に起因する振動をキャンセルするようにしている。
従来の例では、電動機制御装置の単軸の機械特性や、単軸の自己一巡開ループ伝達関数や、複数軸の機械特性を得る方法があるが、複数軸の電動機制御装置の制御特性を含む相互一巡開ループ伝達関数を把握できていなかった。また、垂直軸や外力が掛かる状況で大きなストロークで使用する電動機が含まれる複数軸の機械特性を得る方法については十分でなかった。
従来の第１例である特許文献１の電動機制御装置は、単軸の制御対象を含む機械系の周波数特性を把握するようにいて、制御特性を含む一巡開ループ伝達関数を把握することができないので、制御特性を含めた特性を定量的に把握できない。電動機制御装置の最適なパラメータ調整には不十分であった。また、単軸の周波数特性の把握のみしかできないなので、複数軸の電動機制御装置が構成された場合の軸間の周波数特性を把握できないというような問題もあった。
従来の第２例である特許文献２の電動機制御装置およびその機械特性測定方法並びに制御器調整方法は、単軸の機械特性や一巡開ループ伝達関数を把握するようになっている。複数軸の電動機制御装置が構成された場合の軸間の機械特性や一巡開ループ伝達関数を把握できないので、軸間で干渉する機械特性や制御特性を定量的に未把握のまま、試行錯誤的に電動機制御装置のパラメータ調整を行う方法しか無いというような問題もあった。
従来の第３例である特許文献３のモータ制御装置の周波数特性演算装置は、多軸の機械系の周波数特性を把握するようになっていて、単軸および多軸の一巡開ループ伝達関数を把握することができないので、電動機制御装置の最適なパラメータ調整には不十分であった。電動機の動作の精度要求が高まる一方で、軸間の他軸の制御系の影響が不明のまま電動機制御装置のパラメータ調整を行う方法しか無いという問題があった。また、多軸の機械系の周波数特性を把握するようにしているが、重力や外力で電動機が動かされる状況については考慮しておらず、多軸構成でもすべての条件で周波数特性を把握できなかった。
従来の第４例である特許文献４の除振台のフィードフォワード制御方法における多入力多出力関係の把握は、小ストロークのボイスコイルモータを利用しているので、垂直方向や外力が掛かる軸でも負荷やモータの移動量が少なく、変化が無い機械特性を把握できる。しかしながら、汎用サーボモータとボールねじ機構のような組み合わせや、汎用リニアモータ等大きなストロークで使用する場合は、重力や外力が電動機を移動する場合、位置により機械特性も変化するので、使用される機構の姿勢や位置などの状態で電動機制御装置の多軸の周波数特性を把握できないというような問題があるが解決できていなかった。
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、垂直軸や外力が掛かる状況で大きなストロークで使用する電動機が含まれる複数軸の軸間を含む機械特性を測定するとともに制御器の安定度を把握し、機械特性に合わせた軸間を含めた制御器の調整度合いを把握できる電動機制御装置および該装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法、もしくは多軸伝達関数算出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、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、電動機と、検出部と、制御部とを備えた電動機制御装置と、指令部と、制御部補償駆動力検出部と、外乱駆動力入力部と、自己一巡開ループ伝達関数算出部と、少なくとも２軸備えた電動機制御装置において、２軸に外乱駆動力を夫々の前記外乱駆動力入力部に与え夫々の前記補償駆動力検出部から補償駆動力を検出して、２軸の外乱駆動力と、２軸の補償駆動力と、２軸の単軸の自己一巡開ループ伝達関数と、から相互一巡開ループ伝達関数を算出する相互一巡開ループ伝達関数算出部を備えたことを特徴とする電動機制御装置とするものである。
請求項１に記載の発明は、電動機と、検出部と、制御部とを備えた電動機制御装置と、指令部と、制御部補償駆動力検出部と、外乱駆動力入力部と、自己一巡開ループ伝達関数算出部と、少なくとも２軸備えた電動機制御装置において、２軸に外乱駆動力を夫々の前記外乱駆動力入力部に与え夫々の前記補償駆動力検出部から補償駆動力を検出して、２軸の外乱駆動力と、２軸の補償駆動力と、２軸の単軸の自己一巡開ループ伝達関数と、から相互一巡開ループ伝達関数を算出する相互一巡開ループ伝達関数算出部を備えたことを特徴とする電動機制御装置とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記相互一巡開ループ伝達関数算出部は、２軸に無相関な外乱駆動力を同時に与えて得られる２軸の補償駆動力と、入力した２軸の外乱駆動力と、２軸の単軸の自己一巡開ループ伝達関数と、から式（１）（２）もしくは式（３）（４）に従って、相互一巡開ループ伝達関数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とするものである。
ここで、
ＺＣｉｊ：相互一巡開ループ伝達関数
Ｇ１：第１軸の制御系特性、Ｈ１２：第２軸駆動第１軸応答の機械系特性、
Ｇ２：第１軸の制御系特性、Ｈ２１：第２軸駆動第１軸応答の機械系特性、
ＺＣｉ：第ｉ軸単軸の自己一巡開ループ伝達関数
であり、Ｚｃｉは式（５）、（６）で表される。
また、ｚｉｊは実測特性であり、式（７）で表される。
また、請求項３に記載の発明は、前記相互一巡開ループ伝達関数算出部は、２軸を駆動可能にしたまま１軸づつ外乱駆動力を与えて、それぞれが駆動した状態での２軸の補償駆動力と、１軸づつに与えた外乱駆動力と、２軸の単軸の自己一巡開ループ伝達関数と、から相互一巡開ループ伝達関数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とするものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記相互一巡開ループ伝達関数算出部は、１軸づつ外乱駆動力を与えて得られた夫々の補償駆動力と、外乱駆動力と、自己一巡開ループ伝達関数と、から式（８）（９）に従って相互一巡開ループ伝達関数を算出することを特徴とする請求項３に記載の電動機制御装置とするものである。
ここで、
ＺＧ１２：相互一巡開ループ伝達関数
Ｇ１：第１軸の制御系特性、Ｈ１２：第２軸駆動第１軸応答の機械系特性
Ｇ２：第１軸の制御系特性、Ｈ２１：第２軸駆動第１軸応答の機械系特性
であり、Ｚｏｉは式（５）、（６）で表される。
ここで、
Ｈ１１：第１軸駆動第１軸応答の機械系特性、Ｈ２２：第２軸駆動第２軸応答の機械系特性、
ＺＧｉ：第ｉ軸単軸の自己一巡開ループ伝達関数
ｚｉｊ （ｉ）：第ｉ軸駆動時の実測特性
であり、ｚｉｊ （ｉ）は式（１０）、（１１）で表される。
また、請求項５に記載の発明は、複数の前記検出部を備え前記制御部にフィードバックループを複数備えた前記電動機制御装置を少なくとも１軸備えた場合には、前記相互一巡開ループ伝達関数算出部は、夫々の前記検出部の応答と他軸の駆動による機械特性と自軸の制御特性とからなる特性の和を相互一巡開ループ伝達関数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とするものである。
また、請求項６に記載の発明は、複数の前記検出部を備え前記制御部にフィードバックループを複数備えた前記電動機制御装置を少なくとも１軸備え、前記制御部に速度制御部と位置制御部とを備え、前記速度制御部と前記位置制御部とに夫々の前記検出部をフィードバックする場合には、前記相互一巡開ループ伝達関数算出部は、式（１２）もしくは式（１３）に従って２軸間の相互一巡開ループ伝達関数を算出することを特徴とする請求項５に記載の電動機制御装置とするものである。
ここで、
ＺＯｉｊ：相互一巡開ループ伝達関数
ａ：単位換算係数
ＧＶｉ：第ｉ軸の速度制御系特性、ＧＰｉ：第ｉ軸の位置制御系特性
Ｈ３２、Ｈ４１：第２軸駆動第３応答の機械系特性， 第１軸駆動第４応答の機械系特性
Ｈ１２、Ｈ２１：第２軸駆動第１応答の機械系特性、第１軸駆動第２応答の機械系特性
であり、第２、第３応答は位置制御部にフィードバックされ、第１、第２応答は速度制御部にフィードバックされる。
また、請求項７に記載の発明は、電動機と、検出部と、制御部とを備えた電動機制御装置と、指令部と、駆動力入力部と、制御部補償駆動力検出部と、を備え、複数の前記電動器制御装置を備えており、少なくとも１つの前記電動器制御装置は、前記電動機の制御を切ると前記電動機が移動する状況の構成である電動機制御装置において、動作指令と駆動力と前記検出部の応答検出から機械特性を算出する機械特性演算部を備え、前記機械特性演算部は、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを算出することを特徴とする電動機制御装置とするものである。
また、請求項８に記載の発明は、前記電動機の制御を切ると前記電動機が移動する軸に動作指令を与える場合には、前記機械特性演算部は、式（１４）に従い機械特性を算出し、動作指令を与えたｉ軸に基づく機械特性のみを算出し、前記電動機の制御を切っても前記電動機が移動しない軸に動作指令を与える場合には、前記機械特性演算部は、式（１５）に従い機械特性を算出し、動作指令を与えたＰ軸に基づく機械特性のみを出力することを特徴とする請求項７に記載の電動機制御装置とするものである。
ＨＳＬ；Ｓ軸加振、Ｋ点応答の機械特性
また、請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の電動機制御装置を備え、相互一巡開ループ伝達関数と機械系特性と自己一巡開ループ伝達関数とから制御系特性および新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を算出する特性演算部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置とするものである。
また、請求項１０に記載の発明は、電動機と、検出部と、制御部とを備えた電動機制御装置と、制御部の駆動力を検出するステップと、自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップと、少なくとも２軸備えた電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法において、２軸に外乱駆動力を入力して夫々の補償駆動力を検出し、２軸の外乱駆動力と、２軸の補償駆動力と、２軸の単軸の自己一巡開ループ伝達関数と、から相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップを備えたことを特徴とする電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法とするものである。
また、請求項１１に記載の発明は、前記相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップは、２軸に無相関な外乱駆動力を同時に与えて得られる２軸の補償駆動力と、入力した２軸の外乱駆動力と、２軸の単軸の自己一巡開ループ伝達関数と、から式（１）（２）もしくは式（３）（４）に従って、相互一巡開ループ伝達関数を算出することを特徴とする請求項１０に記載の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法とするものである。
また、請求項１２に記載の発明は、前記相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップは、２軸を駆動可能にしたまま１軸づつ外乱駆動力を与えて得られる２軸の補償駆動力と、１軸に与えた外乱駆動力と、２軸の単軸の自己一巡開ループ伝達関数と、から相互一巡開ループ伝達関数を算出することを特徴とする請求項１０に記載の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法とするものである。
また、請求項１３に記載の発明は、前記相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップは、式（８）（９）に従って、相互一巡開ループ伝達関数を算出することを特徴とする請求項１２に記載の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法とするものである。
また、請求項１４に記載の発明は、複数の前記検出部を備え前記制御部にフィードバックループを複数備えた前記電動機制御装置を少なくとも１軸備えた場合には、前記相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップは、夫々の前記検出部の応答と他軸の駆動による機械特性と自軸の制御特性とからなる特性の和を相互一巡開ループ伝達関数とすることを特徴とする請求項１０に記載の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法とするものである。
また、請求項１５に記載の発明は、複数の前記検出部を備え前記制御部にフィードバックループを複数備えた前記電動機制御装置を少なくとも１軸備え、前記制御部に速度制御部と位置制御部とを備え、前記速度制御部と前記位置制御部とに夫々の前記検出部をフィードバックする場合には、前記相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップは、式（１２）もしくは式（１３）に従って２軸間の相互一巡開ループ伝達関数を算出することを特徴とする請求項１４に記載の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法とするものである。
また、請求項１６に記載の発明は、電動機と、検出部と、制御部とを備えた電動機制御装置と、指令部と、駆動力入力部と、制御部補償駆動力検出部と、を備え、複数の前記電動器制御装置を備えており、少なくとも１つの前記電動器制御装置は、前記電動機の制御を切ると前記電動機が移動する状況の構成である電動機制御装置多軸伝達関数算出方法において、動作指令を前記制御部へ与えて前記電動機を駆動して得られる動作指令と駆動力と前記検出部の応答検出から機械特性を算出するステップと、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップと、を備えたことを特徴とする電動機制御装置の多軸伝達関数算出方法とするものである。
また、請求項１７に記載の発明は、前記機械特性を算出するステップは、前記電動機の制御を切ると前記電動機が移動する軸に動作指令を与える場合には、式（１４）従い機械特性を算出し、
前記電動機の制御を切っても前記電動機が移動しない軸に動作指令を与える場合には、式（１５）に従い機械特性を算出し、前記加えた動作指令に基づく機械特性のみを算出するステップは、前記式（１４）のｉ軸もしくは前記式（１５）のＰ軸に基づく機械特性のみを出力す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多軸伝達関数算出方法とするものである。
前記電動機の制御を切っても前記電動機が移動しない軸に動作指令を与える場合には、式（１５）に従い機械特性を算出し、前記加えた動作指令に基づく機械特性のみを算出するステップは、前記式（１４）のｉ軸もしくは前記式（１５）のＰ軸に基づく機械特性のみを出力す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多軸伝達関数算出方法とするものである。
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１６に記載の電動機制御装置の多軸伝達関数算出方法を備え、相互一巡開ループ伝達関数と機械系特性と自己一巡開ループ伝達関数とから、制御系特性および新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップを備えたことを特徴とする請求項１０に記載の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法とするものである。
本発明によると、垂直軸や外力が掛かる状況で大きなストロークで使用する電動機が含まれる複数軸の軸間を含む機械特性を測定するとともに軸間干渉の機械特性と、ゲイン余裕や位相余裕を考慮した制御系の設定を行うことができる。つまり、制御系の安定度を把握し、機械特性に合わせ軸間を含めた制御器の調整度合いを把握し、軸間干渉の機械特性と、ゲイン余裕や位相余裕を考慮した制御系の設定を行うことができる。
まず、機械特性である多軸伝達関数が得られれば、機械の剛性が把握できるので、機械の剛性の設計性能の確認ができ、機械側の修正・改善に利用できる。
また、多軸伝達関数を把握することで、制御部のノッチフィルタ、ローパスフィルタ、振動抑制制御などを含めた制御方式の選択、指令部の共振させない動作信号の作成、などを、単軸だけで無く、多軸間の軸間の組み合わせにおける影響度を考慮して検討し、設定できる。
まず、機械特性である多軸伝達関数が得られれば、機械の剛性が把握できるので、機械の剛性の設計性能の確認ができ、機械側の修正・改善に利用できる。
また、多軸伝達関数を把握することで、制御部のノッチフィルタ、ローパスフィルタ、振動抑制制御などを含めた制御方式の選択、指令部の共振させない動作信号の作成、などを、単軸だけで無く、多軸間の軸間の組み合わせにおける影響度を考慮して検討し、設定できる。
さらに、多軸伝達関数を把握することで、機械特性の影響度がお互いに高いために、電動機制御装置の他軸を考慮した設定が必要な軸間を絞り込むことができる。
絞りこまれた軸間では、軸間の機械特性と制御系を合わせた特性を新たな評価基準である相互一巡開ループ伝達関数を定量的に把握することで、制御部の応答性パラメータや各種フィルタや振動抑制機能、指令部にて加工した動作信号などを軸間で相互に効果があるように設定し、また、その各種設定後に再度、相互一巡開ループ伝達関数を求めることで各種設定した効果を確認できるので、機械特性と整合した複数の電動機を備えた電動機制御装置を実現できる。
絞りこまれた軸間では、軸間の機械特性と制御系を合わせた特性を新たな評価基準である相互一巡開ループ伝達関数を定量的に把握することで、制御部の応答性パラメータや各種フィルタや振動抑制機能、指令部にて加工した動作信号などを軸間で相互に効果があるように設定し、また、その各種設定後に再度、相互一巡開ループ伝達関数を求めることで各種設定した効果を確認できるので、機械特性と整合した複数の電動機を備えた電動機制御装置を実現できる。
請求項１および請求項１０に記載の発明によると、２軸の電動機制御装置において軸間の相互一巡開ループ伝達関数を算出することができ、軸間の機械特性と制御特性を合わせた特性を定量的に把握し、軸間干渉の機械特性と、ゲイン余裕や位相余裕を考慮した制御系の軸間で相互に効果がある設定を行うことができる。または、その効果を定量的に確認できる。
また、請求項２および請求項１１に記載の発明によると、２軸の電動機制御装置において２軸同時に外乱駆動力を与えて式（１）（２）もしくは式（３）（４）に従って、相互一巡開ループ伝達関数を算出することができる。
また、請求項３および請求項１２に記載の発明によると、２軸の電動機制御装置において１軸づつ外乱駆動力を与えて相互一巡開ループ伝達関数を算出することができ、相互一巡開ループ伝達関数の計測・算出を１軸づつ状態確認しながら実施できる。
また、請求項４および請求項１３に記載の発明によると、１軸づつ確認しながら式（８）（９）に従って相互一巡開ループ伝達関数を算出することができる。
また、請求項５および請求項１４に記載の発明によると、フィードバックループを複数備えた前記電動機制御装置の場合でも軸間の機械特性と制御特性を合わせた特性を定量的に把握することができる。
また、請求項６および請求項１５に記載の発明によると、フィードバックループを複数備えた前記電動機制御装置の場合でも、式（１２）もしくは式（１３）に従って２軸間の相互一巡開ループ伝達関数を算出することができる。
また、請求項７および請求項１６に記載の発明によると、電動機の制御を切ると電動機が移動するような、直軸や外力が掛かる状況で大きなストロークで使用する電動機が含まれていても、制御部の保持力で電動機の位置を保ったまま、多軸の軸間を含む機械特性を多軸伝達関数として計測・算出することができる。機械特性から、制御特性と機械特性の詳細な整合が必要な軸間の組み合わせを、多数の中から絞り込むことができる。
また、請求項８および請求項１７に記載の発明によると、電動機の制御を切ると電動機が移動するような、直軸や外力が掛かる状況で大きなストロークで使用する電動機が含まれていても、制御部の保持力で電動機の位置を保ったまま、式（１４）式（１５）に従い多軸の軸間を含む機械系の特性を多軸伝達関数として計測・算出することができる。
また、請求項９および請求項１８に記載の発明によると、多軸伝達関数や軸間の相互一巡開ループ伝達関数、単軸の自己一巡開ループ伝達関数から制御部単独の制御系特性や新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を算出することがでる。他軸の制御系特性を別途得られれば、計測していない他軸との相互一巡開ループ伝達関数を算出することもできる。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
本発明の本発明の第１実施例にて２軸の電動機を同時に駆動することによる相互一巡開ループ伝達関数の算出について説明する。
図１は、本発明の本発明の第１実施例を示す２軸の電動機制御装置の概略構成図、図２は本発明の第１実施例を示す２軸の電動機制御装置のブロック図、図３は本発明の第１実施例を示す自己一巡開ループ伝達関数算出部と相互一巡開ループ伝達関数算出部を示すブロック図である。
図において、１ａ、１ｂは電動機、２ａ、２ｂは検出部、３ａ、３ｂは制御部、４ａ，４ｂは機械部、５は指令部、６ａ、６ｂは外乱駆動力入力部、７ａ、７ｂは制御部補償駆動力検出部、８は自己一巡開ループ伝達関数算出部、９は相互一巡開ループ伝達関数算出部となっている。
図１では電動機１ａ、１ｂが回転型であり、ボールねじ機構を介してテーブル部が並進動作し、第１軸の上に第２軸が搭載された機構になっている。
図２の１および４は、電動機１ａ、１ｂと機械部４ａ，４ｂを機械特性で示している。
図３の自己一巡開ループ伝達関数算出部８と相互一巡開ループ伝達関数算出部９は図２のブロック図のＴ１，Ｔ２、τ１、τ２を得て自己一巡開ループ伝達関数並びに相互一巡開ループ伝達関数を算出するように成っている。
図１は、本発明の本発明の第１実施例を示す２軸の電動機制御装置の概略構成図、図２は本発明の第１実施例を示す２軸の電動機制御装置のブロック図、図３は本発明の第１実施例を示す自己一巡開ループ伝達関数算出部と相互一巡開ループ伝達関数算出部を示すブロック図である。
図において、１ａ、１ｂは電動機、２ａ、２ｂは検出部、３ａ、３ｂは制御部、４ａ，４ｂは機械部、５は指令部、６ａ、６ｂは外乱駆動力入力部、７ａ、７ｂは制御部補償駆動力検出部、８は自己一巡開ループ伝達関数算出部、９は相互一巡開ループ伝達関数算出部となっている。
図１では電動機１ａ、１ｂが回転型であり、ボールねじ機構を介してテーブル部が並進動作し、第１軸の上に第２軸が搭載された機構になっている。
図２の１および４は、電動機１ａ、１ｂと機械部４ａ，４ｂを機械特性で示している。
図３の自己一巡開ループ伝達関数算出部８と相互一巡開ループ伝達関数算出部９は図２のブロック図のＴ１，Ｔ２、τ１、τ２を得て自己一巡開ループ伝達関数並びに相互一巡開ループ伝達関数を算出するように成っている。
図４は本発明の第１実施例を示す電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法のフローチャートである。ＳＴＰ１は単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップ、ＳＴＰ２は相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップとなっている。
本発明が従来技術の第１例と異なる部分は、複数の電動機制御装置を備えて電動機１ａ、１ｂと検出部２ａ、２ｂと機械部４ａ，４ｂを２つ備えている部分と、外乱駆動力入力部６ａ、６ｂと、制御部補償駆動力検出部７ａ、７ｂと、自己一巡開ループ伝達関数算出部８と、相互一巡開ループ伝達関数算出部９とを備えた部分である。
また、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１と、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２とを備えた部分が従来技術の第１例と異なる。
また、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１と、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２とを備えた部分が従来技術の第１例と異なる。
本発明が従来技術の第２例と異なる部分は、複数の電動機制御装置を備えて電動機１ａ、１ｂと検出部２ａ、２ｂと機械部４ａ，４ｂを２つ備えている部分と、相互一巡開ループ伝達関数算出部９とを備えた部分である。
また、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２を備えた部分が従来技術の第２例と異なる。
また、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２を備えた部分が従来技術の第２例と異なる。
本発明が従来技術の第３例と異なる部分は、外乱駆動力入力部６ａ、６ｂと、制御部補償駆動力検出部７ａ、７ｂと、自己一巡開ループ伝達関数算出部８と、相互一巡開ループ伝達関数算出部９とを備えた部分である。
また、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１と、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２とを備えた部分が従来技術の第３例と異なる。
また、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１と、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２とを備えた部分が従来技術の第３例と異なる。
本発明が従来技術の第４例と異なる部分は、外乱駆動力入力部６ａ、６ｂと、制御部補償駆動力検出部７ａ、７ｂと、自己一巡開ループ伝達関数算出部８と、相互一巡開ループ伝達関数算出部９とを備えた部分である。
また、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１と、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２とを備えた部分が従来技術の第４例と異なる。
また、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１と、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２とを備えた部分が従来技術の第４例と異なる。
本発明の第１実施例を図４に従って説明する。
単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１では、図１、図２のように２軸備えた電動機制御装置を従来技術の第３例と同様に１軸づつ使用する。
図５は本発明の第１実施例を示す電動機制御装置の自己一巡開ループ伝達関数の算出を示すブロック図である。図５に第１軸と第２軸の間に二重線を加えて２軸が独立に稼動することを示している。
単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１では、図１、図２のように２軸備えた電動機制御装置を従来技術の第３例と同様に１軸づつ使用する。
図５は本発明の第１実施例を示す電動機制御装置の自己一巡開ループ伝達関数の算出を示すブロック図である。図５に第１軸と第２軸の間に二重線を加えて２軸が独立に稼動することを示している。
まず、第１軸を稼動可能な状態とする。第２軸は使用しないので電源を落としておく。
指令部５から制御部３ａの外乱駆動力入力部６ａに外乱として駆動信号Ｔ１を与える。駆動信号は広域の周波数成分を持つランダム波や掃引正弦波やＭ系列信号を用いる。制御部３ａが電動機１ａを駆動信号で駆動され、この応答ｒ１を検出部２ａで得る。また、制御部３ａは検出部２ａの応答をフィードバックして補償駆動力τ１を発し、これを制御部補償駆動力検出部７ａが検出する。
自己一巡開ループ伝達関数算出部８は、駆動信号Ｔ１、補償駆動力τ１から自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１を算出する。
指令部５から制御部３ａの外乱駆動力入力部６ａに外乱として駆動信号Ｔ１を与える。駆動信号は広域の周波数成分を持つランダム波や掃引正弦波やＭ系列信号を用いる。制御部３ａが電動機１ａを駆動信号で駆動され、この応答ｒ１を検出部２ａで得る。また、制御部３ａは検出部２ａの応答をフィードバックして補償駆動力τ１を発し、これを制御部補償駆動力検出部７ａが検出する。
自己一巡開ループ伝達関数算出部８は、駆動信号Ｔ１、補償駆動力τ１から自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１を算出する。
この自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１は従来技術の第３例と同様の算出方法である。自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１の導出について説明する。
図５の第１軸は、式（１６）の状態にある。ここで駆動信号Ｔ１、補償駆動力τ１を検出し、駆動信号Ｔ１あたりの補償駆動力τ１を自己閉ループ伝達関数Ｚｃ１として求めると式（１７）となる。自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１は制御特性Ｇ１と機械特性Ｈ１１の積なので、式（１８）のようにＺｏ１＝Ｇ１×Ｈ１１は自己閉ループ伝達関数Ｚｃ１の関数となる。
図５の第１軸は、式（１６）の状態にある。ここで駆動信号Ｔ１、補償駆動力τ１を検出し、駆動信号Ｔ１あたりの補償駆動力τ１を自己閉ループ伝達関数Ｚｃ１として求めると式（１７）となる。自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１は制御特性Ｇ１と機械特性Ｈ１１の積なので、式（１８）のようにＺｏ１＝Ｇ１×Ｈ１１は自己閉ループ伝達関数Ｚｃ１の関数となる。
ここで、
ｒ１：第１軸応答
Ｈ１１：第１軸加振第１軸応答の機械特性
Ｔ１：第１軸の外乱駆動力
τ１：τ第１軸の補償駆動力
Ｇ１：第１軸の制御系特性
ＺＣ１：第１軸の自己閉ループ伝達関数
ＺＯ１：第１軸の自己一巡開ループ伝達関数
である。
ｒ１：第１軸応答
Ｈ１１：第１軸加振第１軸応答の機械特性
Ｔ１：第１軸の外乱駆動力
τ１：τ第１軸の補償駆動力
Ｇ１：第１軸の制御系特性
ＺＣ１：第１軸の自己閉ループ伝達関数
ＺＯ１：第１軸の自己一巡開ループ伝達関数
である。
自己閉ループ伝達関数ＺＣ１は外乱駆動力Ｔ１との補償駆動力τ１の実測から得られ、実際には外乱駆動力Ｔ１との補償駆動力τ１の周波数スペクトルから得たクロススペクトルＸτ１Ｔ１とオートパワースペクトルＡＴ１Ｔ１を式（１９）のように平均化して自己閉ループ伝達関数ＺＣ１を得る。
以上のように第１軸の自己閉ループ伝達関数を自己一巡開ループ伝達関数算出部８が算出する。
第２軸についても同様にすれば、式（２０）のように第２軸の自己閉ループ伝達関数Ｚｃ２が得られ、式（２１）のように第２軸の自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２を得る。
ここで、
以上のように、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１ではそれぞれの自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１，Ｚｏ２を算出するのである。
相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２では、図２のように第１軸と第２軸を稼動可能な状態とし、２軸に指令部５から制御部３ａ、３ｂの外乱駆動力入力部６ａ、６ｂに外乱として駆動信号Ｔ１、Ｔ２を与える。駆動信号は広域の周波数成分を持つランダム波や掃引正弦波やＭ系列信号であり、駆動信号Ｔ１、Ｔ２間の相関が無い信号を用いる。
制御部３ａ、３ｂが電動機１ａ、１ｂを駆動信号Ｔ１，Ｔ２で駆動し、この応答ｒ１、ｒ２を検出部２ａ、２ｂで得る。また、制御部３ａ、３ｂは検出部２ａ、２ｂの応答をフィードバックして補償駆動力τ１、τ２を発し、これを制御部補償駆動力検出部７ａ、７ｂが検出する。なお、２軸は機械的に繋がっているので、電動機１ａを駆動することで、検出部２ｂが応答を検出する成分と、電動機１ｂを駆動することで、検出部２ａが応答を検出する成分と、があり、図２のように、電動機１ａ、１ｂと機械部４ａ，４ｂを機械特性Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ２１，Ｈ２２としている。
相互一巡開ループ伝達関数算出部９は、駆動信号Ｔ１、Ｔ２と、補償駆動力τ１、τ２と、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１で自己一巡開ループ伝達関数算出部８が算出した自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１，Ｚｏ２とを用いて、相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２、Ｚｏ２１を算出する。
制御部３ａ、３ｂが電動機１ａ、１ｂを駆動信号Ｔ１，Ｔ２で駆動し、この応答ｒ１、ｒ２を検出部２ａ、２ｂで得る。また、制御部３ａ、３ｂは検出部２ａ、２ｂの応答をフィードバックして補償駆動力τ１、τ２を発し、これを制御部補償駆動力検出部７ａ、７ｂが検出する。なお、２軸は機械的に繋がっているので、電動機１ａを駆動することで、検出部２ｂが応答を検出する成分と、電動機１ｂを駆動することで、検出部２ａが応答を検出する成分と、があり、図２のように、電動機１ａ、１ｂと機械部４ａ，４ｂを機械特性Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ２１，Ｈ２２としている。
相互一巡開ループ伝達関数算出部９は、駆動信号Ｔ１、Ｔ２と、補償駆動力τ１、τ２と、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１で自己一巡開ループ伝達関数算出部８が算出した自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１，Ｚｏ２とを用いて、相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２、Ｚｏ２１を算出する。
駆動信号Ｔ１、Ｔ２と、補償駆動力τ１、τ２から相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２、Ｚｏ２１を導出する理論的な背景を説明する。図２のブロック図の状態は式（２２）（２３）の関係がある。式（２２）（２３）を行列で示すと式（２４）（２５）となる。式（２４）（２５）から応答ｒ１、ｒ２を除くようにまとめると式（２６）となる。２軸のシステムに入力した駆動信号Ｔ１、Ｔ２と、２軸のシステムからの出力を検出した補償駆動力τ１、τ２との項に分けると式（２７）となる。式（２７）は制御特性Ｇｉと機械特性Ｈｉｊと駆動信号Ｔ１、Ｔ２と補償駆動力τ１、τ２とから成る。
実際には自己一巡開ループ伝達関数を求めたように周波数軸での演算にあるので、式（２７）の両辺に右から駆動信号Ｔ１、Ｔ２の項の随伴行列（転置かつ複素共役）を掛け、右辺に作成される駆動信号Ｔ１、Ｔ２とその共役が要素となる２×２行列の逆行列を両辺に右から掛ける。さらに、左辺の制御特性Ｇｉと機械特性Ｈｉｊとを要素とする２×２行列の逆行列を両辺に左から掛ける。これにより式（２８）のように、制御特性Ｇｉと機械特性Ｈｉｊとを要素とする行列と、補償駆動力τ１、τ２と駆動信号Ｔ１、Ｔ２とその共役が要素とする行列に分けられる。
実際には自己一巡開ループ伝達関数を求めたように周波数軸での演算にあるので、式（２７）の両辺に右から駆動信号Ｔ１、Ｔ２の項の随伴行列（転置かつ複素共役）を掛け、右辺に作成される駆動信号Ｔ１、Ｔ２とその共役が要素となる２×２行列の逆行列を両辺に右から掛ける。さらに、左辺の制御特性Ｇｉと機械特性Ｈｉｊとを要素とする２×２行列の逆行列を両辺に左から掛ける。これにより式（２８）のように、制御特性Ｇｉと機械特性Ｈｉｊとを要素とする行列と、補償駆動力τ１、τ２と駆動信号Ｔ１、Ｔ２とその共役が要素とする行列に分けられる。
ここで、
［Ｔ］ｈ：［Ｔ］の随伴行列（転置かつ複素共役）
［Ｂ］−１：［Ｂ］の逆行列
実測するＴ１，Ｔ２，τ１，τ２の要素から成る左辺は、式（２９）となる。
ただし、自己一巡開ループ伝達関数を求めたように、周波数変換して平均化するので、式（７）となる。
［Ｔ］ｈ：［Ｔ］の随伴行列（転置かつ複素共役）
［Ｂ］−１：［Ｂ］の逆行列
実測するＴ１，Ｔ２，τ１，τ２の要素から成る左辺は、式（２９）となる。
ただし、自己一巡開ループ伝達関数を求めたように、周波数変換して平均化するので、式（７）となる。
一方で、特性を示すＨｉｊ，Ｇｉの要素から成る右辺は、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１で自己一巡開ループ伝達関数算出部８が算出した自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１，Ｚｏ２が式（５）（６）なので、式（３０）となる。
式（３０）から式（３１）（３２）が成り立つので相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２，Ｚｏ２１が式（１）（３）のように求められる。
あるいは、式（３０）から式（３３）（３４）として、相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２，Ｚｏ２１を式（２）（４）のように求めても良い。
式（３０）から式（３１）（３２）が成り立つので相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２，Ｚｏ２１が式（１）（３）のように求められる。
あるいは、式（３０）から式（３３）（３４）として、相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２，Ｚｏ２１を式（２）（４）のように求めても良い。
以上のように、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２ではそれぞれの相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２，Ｚｏ２１を算出するのである。
図６は本発明の第１実施例を示す自己一巡開ループ伝達関数算出部および相互一巡開ループ伝達関数算出部の出力を示すブロック図である。
図６の（Ａ）と（Ｄ）は単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１で、１軸づつ独立に動作させ、１軸のシステムに入力した駆動信号Ｔ１、Ｔ２と、１軸のシステムからの出力を検出した補償駆動力τ１、τ２と、から自己一巡開ループ伝達関数算出部８が自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１，Ｚｏ２を算出した。
図６の（Ｂ）と（Ｃ）は相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２で、２軸を同時に動作させ、２軸のシステムに入力した駆動信号Ｔ１、Ｔ２と、２軸のシステムからの出力を検出した補償駆動力τ１、τ２と、から相互一巡開ループ伝達関数算出部９が相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２，Ｚｏ２３を算出する。なお、相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２，Ｚｏ２３は図６の（Ｂ）‘（Ｃ）’に示したように、機械的に繋がっている２軸の電動機制御装置において他軸側の検出部２の応答がフィードバックして補償駆動力を発生する影響度を評価できるようになる。
図６の（Ａ）と（Ｄ）は単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１で、１軸づつ独立に動作させ、１軸のシステムに入力した駆動信号Ｔ１、Ｔ２と、１軸のシステムからの出力を検出した補償駆動力τ１、τ２と、から自己一巡開ループ伝達関数算出部８が自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１，Ｚｏ２を算出した。
図６の（Ｂ）と（Ｃ）は相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２で、２軸を同時に動作させ、２軸のシステムに入力した駆動信号Ｔ１、Ｔ２と、２軸のシステムからの出力を検出した補償駆動力τ１、τ２と、から相互一巡開ループ伝達関数算出部９が相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２，Ｚｏ２３を算出する。なお、相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２，Ｚｏ２３は図６の（Ｂ）‘（Ｃ）’に示したように、機械的に繋がっている２軸の電動機制御装置において他軸側の検出部２の応答がフィードバックして補償駆動力を発生する影響度を評価できるようになる。
本発明の本発明の第２実施例にて２軸の電動機を1軸づつ交互に駆動することによる相互一巡開ループ伝達関数の算出について説明する。
図７は本発明の第２実施例を示す２軸の電動機制御装置の概略構成図、図８は本発明の第２実施例を示す２軸の電動機制御装置の第１軸に動作指令を与えたブロック図、図９は本発明の第２実施例を示す２軸の電動機制御装置の第２軸に動作指令を外乱として加算したブロック図である。
図７では電動機１ａ、１ｂが並進型であり、電動機１ａ、１ｂの可動部が直接テーブル部を並進動作させ、第１軸の上に第２軸が搭載された機構になっている。
本発明の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法のフローチャートは、第１実施例の図４と同じである。
図７は本発明の第２実施例を示す２軸の電動機制御装置の概略構成図、図８は本発明の第２実施例を示す２軸の電動機制御装置の第１軸に動作指令を与えたブロック図、図９は本発明の第２実施例を示す２軸の電動機制御装置の第２軸に動作指令を外乱として加算したブロック図である。
図７では電動機１ａ、１ｂが並進型であり、電動機１ａ、１ｂの可動部が直接テーブル部を並進動作させ、第１軸の上に第２軸が搭載された機構になっている。
本発明の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法のフローチャートは、第１実施例の図４と同じである。
本発明の第２例が本発明の第１例と異なる部分は、相互一巡開ループ伝達関数算出の手順である。第１例では、図２のように２軸の電動機１ａ、１ｂを同時に動作させるように駆動信号Ｔ１、Ｔ２を与えていたが、第２例では、図８、図９に示すように、電動機１ａ、１ｂを１軸づつ動作させるように駆動信号Ｔ１、Ｔ２を与えている部分である。
本発明が従来技術の第１例、第２例、第３例、第４例と異なる部分は、本発明の第１例と同じである。
本発明の第２実施例は、本発明の第１実施例の図４と同じ手順で実行される。
単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１では、本発明の第１実施例と同様にして、自己一巡開ループ伝達関数算出部８が自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１、Ｚｏ２を算出する。
単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１では、本発明の第１実施例と同様にして、自己一巡開ループ伝達関数算出部８が自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１、Ｚｏ２を算出する。
相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２は、図８、図９に示すように、１軸づつ駆動信号Ｔ１、Ｔ２を与え、１軸づつ電動機１ａ、１ｂを駆動する。但し、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１とは異なり、駆動しない電動機１も駆動可能な状態とし、外乱が検出部２からフィードバックされれば、制御部３が補償駆動力τを発生する状態とする。
まずは、第１軸を駆動して相互一巡開ループ伝達関数を算出する手順を説明する。図８のように、指令部５から制御部３ａの外乱駆動力入力部６ａに外乱として駆動信号Ｔ１を与える。この応答ｒ１を検出部２ａで得る。また、制御部３ａは検出部２ａの応答をフィードバックして補償駆動力τ１を発し、これを制御部補償駆動力検出部７ａが検出する。なお、２軸は機械的に繋がっているので、電動機１ａを駆動することで、検出部２ｂが応答を検出する成分がある。よって、制御部３ｂは検出部２ｂの応答をフィードバックして補償駆動力τ２を発し、これを制御部補償駆動力検出部７ｂが検出する。
駆動信号Ｔ１と、補償駆動力τ１、τ２から相互一巡開ループ伝達関数が求まることを説明する。
図８の状態は式（３５）（３６）の関係がある。式（３５）（３６）を行列で示すと式（３７）（３８）となる。式（３７）（３８）をまとめると式（３９）となる。２軸のシステムに入力した駆動信号Ｔ１と、２軸のシステムからの出力を検出した補償駆動力τ１、τ２との項に分け、制御特性Ｇｉと機械特性Ｈｉｊとを要素とする行列と、補償駆動力τ１、τ２と駆動信号Ｔ１とその共役が要素とする行列に分けると式（４０）となる。
図８の状態は式（３５）（３６）の関係がある。式（３５）（３６）を行列で示すと式（３７）（３８）となる。式（３７）（３８）をまとめると式（３９）となる。２軸のシステムに入力した駆動信号Ｔ１と、２軸のシステムからの出力を検出した補償駆動力τ１、τ２との項に分け、制御特性Ｇｉと機械特性Ｈｉｊとを要素とする行列と、補償駆動力τ１、τ２と駆動信号Ｔ１とその共役が要素とする行列に分けると式（４０）となる。
既知の駆動信号Ｔ１と、補償駆動力τ１、τ２とから成る式（４０）の左辺側は、式（１０）のように、Ｔ１、τ１、τ２が関わる平均化されたオートパワースペトルとクロススペクトルから構成される。
制御特性と機械特性から成る式（４０）の右辺側は式（４１）となる。
ここでは、駆動信号Ｔ２を与えていないので、式（１０）の“０”要素に対応する要素を用いず、式（４２）とすれば、式（８）のように相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２が得られる。
制御特性と機械特性から成る式（４０）の右辺側は式（４１）となる。
ここでは、駆動信号Ｔ２を与えていないので、式（１０）の“０”要素に対応する要素を用いず、式（４２）とすれば、式（８）のように相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２が得られる。
つぎに、第２軸を駆動して相互一巡開ループ伝達関数を算出する手順を説明する。図９のように、指令部５から制御部３ｂの外乱駆動力入力部６ｂに外乱として駆動信号Ｔ２を与える。この応答ｒ２を検出部１ａで得る。また、制御部３ｂは検出部２ｂの応答をフィードバックして補償駆動力τ２を発し、これを制御部補償駆動力検出部７ｂが検出する。なお、２軸は機械的に繋がっているので、電動機１ｂを駆動することで、検出部２ａが応答を検出する成分がある。よって、制御部３ａは検出部２ａの応答をフィードバックして補償駆動力τ１を発し、これを制御部補償駆動力検出部７ａが検出する。
図９の状態は式（４３）（４４）の関係がある。式（４３）（４４）を行列で示すと式（４５）（４６）となる。式（４５）（４６）をまとめると式（４７）となる。
図９の状態は式（４３）（４４）の関係がある。式（４３）（４４）を行列で示すと式（４５）（４６）となる。式（４５）（４６）をまとめると式（４７）となる。
既知の駆動信号Ｔ２と、補償駆動力τ１、τ２とから成る式（４７）の左辺側は、式（１１）のように、Ｔ２、τ１、τ２が関わる平均化されたオートパワースペトルとクロススペクトルから構成される。
制御特性と機械特性から成る式（４７）の右辺側は式（４８）となる。
ここでは、駆動信号Ｔ１を与えていないので、式（１１）の“０” 要素に対応する要素を用いず、式（４９）とすれば、式（９）のように相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２１が得られる。
制御特性と機械特性から成る式（４７）の右辺側は式（４８）となる。
ここでは、駆動信号Ｔ１を与えていないので、式（１１）の“０” 要素に対応する要素を用いず、式（４９）とすれば、式（９）のように相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２１が得られる。
以上のように、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２ではそれぞれの相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２，Ｚｏ２１を算出するのである。
以上のように、本発明の第２実施例においても、第１実施例の図６に示したように、単軸の自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１，Ｚｏ２をステップＳＴＰ１で出力する。また、相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２，Ｚｏ２３をステップＳＴＰ２で出力するようになっている。
本発明の本発明の第３実施例にて、電動機の制御を切ると電動機が移動するような、直軸や外力が掛かる状況で大きなストロークで使用する電動機が含まれる３軸の電動機制御装置において、機械特性である多軸伝達関数の算出と、相互一巡開ループ伝達関数の算出について説明する。
図１０は本発明の第３実施例を示す３軸の電動機制御装置の概略構成図、図１１は本発明の第３実施例を示す特性演算部を示すブロック図である。図１０において、２４は固定機械部である。第２軸と第３軸の構成は、第２実施例の図７と同じである。第１軸に回転型の電動機１ａを用いボールねじ機構を介してテーブル部が垂直方向に並進動作し、テーブル部には検出部２ｄがあり、フルクローズド制御を行う構成となっている。第１軸から第３軸は図１０（ｂ）に示すような全体構成となっている。
図１１において、１０は特性演算部、１１は機械特性演算部である。
図１０は本発明の第３実施例を示す３軸の電動機制御装置の概略構成図、図１１は本発明の第３実施例を示す特性演算部を示すブロック図である。図１０において、２４は固定機械部である。第２軸と第３軸の構成は、第２実施例の図７と同じである。第１軸に回転型の電動機１ａを用いボールねじ機構を介してテーブル部が垂直方向に並進動作し、テーブル部には検出部２ｄがあり、フルクローズド制御を行う構成となっている。第１軸から第３軸は図１０（ｂ）に示すような全体構成となっている。
図１１において、１０は特性演算部、１１は機械特性演算部である。
図１２は本発明の第３実施例を示す電動機制御装置の多軸伝達関数算出方法および相互一巡開ループ伝達関数算出方法のフローチャートである。ＳＴＥ１は機械特性を算出するステップ、ＳＴＥ２は少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップ、ＳＴは制御系特性および新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップである。
本発明の第３実施例が本発明の第１例、第２例と異なる部分は、電動機制御装置を３軸備えた部分と、１軸が垂直軸であり、しかもフルクローズド制御を行う構成となっている点である。また、図１１に示すように、特性演算部１０と、機械特性演算部１１とを備えた部分である。
さらに、図１２には、機械特性を算出するステップＳＴＥ１と、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２と、制御系特性および新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴを備えた部分である。
さらに、図１２には、機械特性を算出するステップＳＴＥ１と、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２と、制御系特性および新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴを備えた部分である。
発明の第３実施例を図１２に従って説明する。
まず、機械特性を算出するステップＳＴＥ１では、垂直軸かつフルクローズ制御である第１軸を含む３軸の機械特性を算出する。
図１３は本発明の第３実施例を示す３軸の電動機制御装置を示すブロック図である。図１３において１２は制御モード切替部、２２は単位換算部である。
電動機１ａ，１ｂ，１ｃが３つあり、検出部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが４つあるので、図１３では、機械特性Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ２１，Ｈ２２，Ｈ２３，Ｈ３１，Ｈ３２，Ｈ３３，Ｈ４１，Ｈ４２，Ｈ４３の１２個で電動機１および機械部４を示している。垂直軸の第１軸は、フィードバックループを組む位置制御を行い、水平軸の第２、第３軸は駆動力制御（推力制御）を行う。位置制御では制御モード切替部１２をＯＮしており、駆動力制御では制御モード切替部１２をＯＦＦしている。
まず、機械特性を算出するステップＳＴＥ１では、垂直軸かつフルクローズ制御である第１軸を含む３軸の機械特性を算出する。
図１３は本発明の第３実施例を示す３軸の電動機制御装置を示すブロック図である。図１３において１２は制御モード切替部、２２は単位換算部である。
電動機１ａ，１ｂ，１ｃが３つあり、検出部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが４つあるので、図１３では、機械特性Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ１３，Ｈ２１，Ｈ２２，Ｈ２３，Ｈ３１，Ｈ３２，Ｈ３３，Ｈ４１，Ｈ４２，Ｈ４３の１２個で電動機１および機械部４を示している。垂直軸の第１軸は、フィードバックループを組む位置制御を行い、水平軸の第２、第３軸は駆動力制御（推力制御）を行う。位置制御では制御モード切替部１２をＯＮしており、駆動力制御では制御モード切替部１２をＯＦＦしている。
ここでは、機械特性を算出するステップＳＴＥ１で、１軸ごとに電動機１を動作させて、機械特性Ｈを求める方法を説明する。
この場合、１軸ごとに、機械特性を算出するステップＳＴＥ１と、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２と、が処理される。
最初にＣＡＳＥ１として、第１軸の電動機１ａを動作させる。指令部５は制御部３ａに駆動信号Ｔ１を与える。制御部３ａは外乱駆動力入力部６ａに外乱として駆動信号Ｔ１を与え電動機１ａを動作させる。制御部３ａはフィードバックループを組んでいる。第２軸、第３軸は駆動力制御であり、フィードバックループを組んでいない。制御部３ｂ、３ｃに与えられる駆動信号はＴ２＝０，Ｔ３＝０である。
この場合、１軸ごとに、機械特性を算出するステップＳＴＥ１と、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２と、が処理される。
最初にＣＡＳＥ１として、第１軸の電動機１ａを動作させる。指令部５は制御部３ａに駆動信号Ｔ１を与える。制御部３ａは外乱駆動力入力部６ａに外乱として駆動信号Ｔ１を与え電動機１ａを動作させる。制御部３ａはフィードバックループを組んでいる。第２軸、第３軸は駆動力制御であり、フィードバックループを組んでいない。制御部３ｂ、３ｃに与えられる駆動信号はＴ２＝０，Ｔ３＝０である。
この状態は、式（５０）なので、式（５１）として、機械特性Ｈ１１，Ｈ２１，Ｈ３１、Ｈ４１が求められる。実際には、駆動信号Ｔ１と補償駆動力τ１の和と、検出部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの検出結果ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４を周波数分析し、平均化したオートパワースペクトルとクロススペクトルから式（５２）のように、機械特性Ｈ１１，Ｈ２１，Ｈ３１、Ｈ４１が求められる。
この例では、機械特性Ｈ１１，Ｈ２１，Ｈ３１、Ｈ４１しか求めていないが、同時に、自動的に、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２が処理されたことになる。
この例では、機械特性Ｈ１１，Ｈ２１，Ｈ３１、Ｈ４１しか求めていないが、同時に、自動的に、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２が処理されたことになる。
次に、ＣＡＳＥ２として、第２軸の電動機１ｂを動作させる。指令部５は制御部３ｂに駆動信号Ｔ２を与える。制御部３ｂは駆動力制御で駆動信号Ｔ２により電動機１ａを動作させる。制御部３ａはフィードバックループを組んでいるが、第２軸、第３軸は駆動力制御であり、フィードバックループを組んでいない。制御部３ａ、３ｃに与えられる駆動信号はＴ１＝０，Ｔ３＝０である。
この状態は、式（５３）なので、式（５４）のようになる。補償駆動力τ１と駆動信号Ｔ２の随伴行列（転置かつ複素共役）を式（５４）の両辺に掛け、さらにτ１、Ｔ２、τ１＊、Ｔ２＊から成る行列の逆行列を式（５４）の両辺に掛けると、機械特性の行列が求まる。実際には、補償駆動力τ１と駆動信号Ｔ２と、検出部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの検出結果ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４を周波数分析し、平均化したオートパワースペクトルとクロススペクトルから式（５５）のように、機械特性Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ２１，Ｈ２２，Ｈ３１，Ｈ３２，Ｈ４１，Ｈ４２が求まる。
この状態は、式（５３）なので、式（５４）のようになる。補償駆動力τ１と駆動信号Ｔ２の随伴行列（転置かつ複素共役）を式（５４）の両辺に掛け、さらにτ１、Ｔ２、τ１＊、Ｔ２＊から成る行列の逆行列を式（５４）の両辺に掛けると、機械特性の行列が求まる。実際には、補償駆動力τ１と駆動信号Ｔ２と、検出部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの検出結果ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４を周波数分析し、平均化したオートパワースペクトルとクロススペクトルから式（５５）のように、機械特性Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ２１，Ｈ２２，Ｈ３１，Ｈ３２，Ｈ４１，Ｈ４２が求まる。
ここで得た機械特性である多軸伝達関数は、補償駆動力τ１により励振された機械特性Ｈ１１，Ｈ２１，Ｈ３１、Ｈ４１と、駆動信号Ｔ２により励振されたＨ１２、Ｈ２２、Ｈ３２、Ｈ４２とに分離している。ＣＡＳＥ１で、機械特性Ｈ１１，Ｈ２１，Ｈ３１、Ｈ４１は算出されており、周波数成分が限られると考えられる補償駆動力τ１により励振されているので、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２で、駆動信号Ｔ２により励振された機械特性Ｈ１２、Ｈ２２、Ｈ３２、Ｈ４２を採用する。
同様に、ＣＡＳＥ３として、駆動力制御で駆動信号Ｔ３により電動機１ｃを動作させる。制御部３ａ、３ｂに与えられる駆動信号はＴ１＝０，Ｔ２＝０である。
この状態は、式（５６）なので、ＣＡＳＥ２と同様に、式（５７）として機械特性Ｈを得る。
この状態は、式（５６）なので、ＣＡＳＥ２と同様に、式（５７）として機械特性Ｈを得る。
少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２で、駆動信号Ｔ３により励振された機械特性Ｈ１３、Ｈ２３、Ｈ３３、Ｈ４３を採用する。
以上のように、ＣＡＳＥ１，ＣＡＳＥ２，ＣＡＳＥ３を通して、１軸ごとに機械特性を算出するステップＳＴＥ１と、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２と、が処理され、機械特性である多軸伝達関数Ｈ１１，Ｈ２１，Ｈ３１、Ｈ４１、Ｈ１２、Ｈ２２、Ｈ３２、Ｈ４２、Ｈ１３、Ｈ２３、Ｈ３３、Ｈ４３を機械特性演算部１１が算出するのである。
次の手順は、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１と、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２とであり、本発明の第１実施例、第１実施例と同じである。なお、前段の機械特性を算出するステップＳＴＥ１と、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２と、によって機械系の軸間の特性を把握できている。図１０（ｂ）のような構成なので、第１軸は、第２軸と第３軸と離れており、相関が薄く、第１軸を含めた相互一巡開ループ伝達関数を求める必要が無いとする。
このように、機械特性を多軸で得て、相互一巡開ループ伝達関数を求める軸を絞りこんで良い。ここでは、以下本発明の第１実施例と同様の処理を行う。
なお、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１は、独立した電動機制御装置のパラメータ調整のために、本発明の第１実施例と同様に第１軸から第３軸まで、３軸分実施し、自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１，Ｚｏ２，Ｚｏ３を求める。
次に、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２においても、発明の第１実施例と同様の処理を行い、相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３，Ｚｏ３２を求める。
軸番号と式の添え字を統一して自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１，Ｚｏ２，Ｚｏ３と相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３，Ｚｏ３２を示すと、式（１８）（２０）（５７）（５９）（６０）となる
このように、機械特性を多軸で得て、相互一巡開ループ伝達関数を求める軸を絞りこんで良い。ここでは、以下本発明の第１実施例と同様の処理を行う。
なお、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１は、独立した電動機制御装置のパラメータ調整のために、本発明の第１実施例と同様に第１軸から第３軸まで、３軸分実施し、自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１，Ｚｏ２，Ｚｏ３を求める。
次に、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２においても、発明の第１実施例と同様の処理を行い、相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３，Ｚｏ３２を求める。
軸番号と式の添え字を統一して自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１，Ｚｏ２，Ｚｏ３と相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３，Ｚｏ３２を示すと、式（１８）（２０）（５７）（５９）（６０）となる
次に、制御系特性および新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴの処理を行う。
図１４は本発明の第３実施例を示す特性演算部の出力を示すブロック図である。
機械特性を算出するステップＳＴＥ１と、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２と、において、機械特性演算部１１が機械特性Ｈ１１，Ｈ２１，Ｈ３１、Ｈ４１、Ｈ１２、Ｈ２２、Ｈ３２、Ｈ４２、Ｈ１３、Ｈ２３、Ｈ３３、Ｈ４３を算出している。また、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１にて、自己一巡開ループ伝達関数算出部８が自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１，Ｚｏ２，Ｚｏ３を算出している。さらに、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２において相互一巡開ループ伝達関数算出部９が相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３，Ｚｏ３２を算出している。Ｚｏ２３，Ｚｏ３２は図１４（Ｄ）（Ｅ）である。
以上の特性が既知であれば、特性演算部１０は、図１４（Ｆ）（Ｇ）のような制御特性Ｇ１，Ｇ２を、自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１と機械特性Ｈ１１と、自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２と機械特性Ｈ１１と、から求められる。制御特性Ｇ２は、相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３から求めても良い。
さらに、特性演算部１０は、求めた制御特性Ｇ１と機械特性Ｈ１２から、実測していない相互一巡開ループ伝達関数算出部Ｚｏ１２を、図１４（Ｈ）のように求めることもできる。
図１４（Ｉ）のような、制御特性Ｇ１、Ｇ２と機械特性Ｈ１２の組み合わせの新たな特性を算出することができる。
図１４は本発明の第３実施例を示す特性演算部の出力を示すブロック図である。
機械特性を算出するステップＳＴＥ１と、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２と、において、機械特性演算部１１が機械特性Ｈ１１，Ｈ２１，Ｈ３１、Ｈ４１、Ｈ１２、Ｈ２２、Ｈ３２、Ｈ４２、Ｈ１３、Ｈ２３、Ｈ３３、Ｈ４３を算出している。また、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１にて、自己一巡開ループ伝達関数算出部８が自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１，Ｚｏ２，Ｚｏ３を算出している。さらに、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２において相互一巡開ループ伝達関数算出部９が相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３，Ｚｏ３２を算出している。Ｚｏ２３，Ｚｏ３２は図１４（Ｄ）（Ｅ）である。
以上の特性が既知であれば、特性演算部１０は、図１４（Ｆ）（Ｇ）のような制御特性Ｇ１，Ｇ２を、自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１と機械特性Ｈ１１と、自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２と機械特性Ｈ１１と、から求められる。制御特性Ｇ２は、相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３から求めても良い。
さらに、特性演算部１０は、求めた制御特性Ｇ１と機械特性Ｈ１２から、実測していない相互一巡開ループ伝達関数算出部Ｚｏ１２を、図１４（Ｈ）のように求めることもできる。
図１４（Ｉ）のような、制御特性Ｇ１、Ｇ２と機械特性Ｈ１２の組み合わせの新たな特性を算出することができる。
以上のように、多軸の機械特性を多軸伝達関数として把握し、機械特性から軸間の影響度を絞り込み、相互一巡開ループ伝達関数によって軸間の影響が大きい組み合わせにおける制御系を含めた軸間の特性を定量的に把握できる。
単軸の自己一巡開ループ伝達関数を求めておけば、制御特性が求められ、新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を実測せずに算出することもできる。
単軸の自己一巡開ループ伝達関数を求めておけば、制御特性が求められ、新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を実測せずに算出することもできる。
本発明の本発明の第４実施例にて、２軸の電動機制御装置にそれそれ２つの検出部を備えたフルクローズド制御を行う構成の相互一巡開ループ伝達関数の算出について説明する。
図１５は本発明の第４実施例および第５実施例を示す３軸の電動機制御装置の概略構成図、図１６は本発明の第４実施例を示す３軸の電動機制御装置のブロック図である。
図１５（ｂ）のように、第３実施例の３軸の構成に似ているが、第２軸、第３軸はフルクローズド制御を行う構成となっている。第１軸はフルクローズド制御では無い。
図１５は本発明の第４実施例および第５実施例を示す３軸の電動機制御装置の概略構成図、図１６は本発明の第４実施例を示す３軸の電動機制御装置のブロック図である。
図１５（ｂ）のように、第３実施例の３軸の構成に似ているが、第２軸、第３軸はフルクローズド制御を行う構成となっている。第１軸はフルクローズド制御では無い。
本発１の第３実施例と同様に、ＣＡＳＥ１，２，３に分けて、機械特性を算出するステップＳＴＥ１、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２を処理し、機械特性を算出できる。
３つの電動機１ａ，１ｂ，１ｃと、５つの検出部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ、２ｅから成る多軸構成のため、ＣＡＳＥ１では式（６２）、ＣＡＳＥ２では式（６３）、ＣＡＳＥ３では式（６４）から機械特性を算出し、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２の処理に基づき、ＣＡＳＥ１ではＨ１１，Ｈ２１，Ｈ３１，Ｈ４１，Ｈ５１、Ｈ１２、ＣＡＳＥ２ではＨ２２，Ｈ３２，Ｈ４２，Ｈ５２、ＣＡＳＥ３ではＨ１３、Ｈ２３，Ｈ３３，Ｈ４３，Ｈ５３を得る。
３つの電動機１ａ，１ｂ，１ｃと、５つの検出部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ、２ｅから成る多軸構成のため、ＣＡＳＥ１では式（６２）、ＣＡＳＥ２では式（６３）、ＣＡＳＥ３では式（６４）から機械特性を算出し、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２の処理に基づき、ＣＡＳＥ１ではＨ１１，Ｈ２１，Ｈ３１，Ｈ４１，Ｈ５１、Ｈ１２、ＣＡＳＥ２ではＨ２２，Ｈ３２，Ｈ４２，Ｈ５２、ＣＡＳＥ３ではＨ１３、Ｈ２３，Ｈ３３，Ｈ４３，Ｈ５３を得る。
次に、単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１にてフルクローズド制御を行う構成の自己一巡開ループ伝達関数について説明する。
図１７は本発明の第４実施例を示す１軸のフルクローズド制御の電動機制御装置の自己一巡開ループ伝達関数の算出を示すブロック図である。
制御部３ｂは、位置制御部Ｇｐ２、速度制御部Ｇｖ２を備え、検出部２ｂの応答は特性をaとする単位換算部２２を介して速度制御部Ｇｖ２にフィードバックされる。検出部２ｄの応答は位置制御部Ｇｐ２にフィードバックされる。
自己一巡開ループ伝達関数を求めるために、指令部５から制御部３ｂの外乱駆動力入力部６ｂに外乱として駆動信号Ｔ２を与える。制御部３ｂが電動機１ｂを駆動信号で駆動され、この応答ｒ２を検出部２ｂと応答ｒ５を検出部２ｄで得る。また、制御部３ｂは検出部２ｂ、２ｄの応答をフィードバックして補償駆動力τ２を発し、これを制御部補償駆動力検出部７ｂが検出する。
この状態は、式（６５）（６６）なので、式（６７）のように自己閉ループ伝達関数Ｚｃ２を得る。ここで、外乱駆動力Ｔ２との補償駆動力τ２の周波数スペクトルから得たクロススペクトルＸτ２Ｔ２とオートパワースペクトルＡＴ２Ｔ２を式（６８）のように平均化して自己閉ループ伝達関数ＺＣ２を得る。自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２は式（６９）のように求められる。同様に第３軸は式（７０）となる。なお、第１軸は第１実施例と同様に式（１８）となる。
図１７は本発明の第４実施例を示す１軸のフルクローズド制御の電動機制御装置の自己一巡開ループ伝達関数の算出を示すブロック図である。
制御部３ｂは、位置制御部Ｇｐ２、速度制御部Ｇｖ２を備え、検出部２ｂの応答は特性をaとする単位換算部２２を介して速度制御部Ｇｖ２にフィードバックされる。検出部２ｄの応答は位置制御部Ｇｐ２にフィードバックされる。
自己一巡開ループ伝達関数を求めるために、指令部５から制御部３ｂの外乱駆動力入力部６ｂに外乱として駆動信号Ｔ２を与える。制御部３ｂが電動機１ｂを駆動信号で駆動され、この応答ｒ２を検出部２ｂと応答ｒ５を検出部２ｄで得る。また、制御部３ｂは検出部２ｂ、２ｄの応答をフィードバックして補償駆動力τ２を発し、これを制御部補償駆動力検出部７ｂが検出する。
この状態は、式（６５）（６６）なので、式（６７）のように自己閉ループ伝達関数Ｚｃ２を得る。ここで、外乱駆動力Ｔ２との補償駆動力τ２の周波数スペクトルから得たクロススペクトルＸτ２Ｔ２とオートパワースペクトルＡＴ２Ｔ２を式（６８）のように平均化して自己閉ループ伝達関数ＺＣ２を得る。自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２は式（６９）のように求められる。同様に第３軸は式（７０）となる。なお、第１軸は第１実施例と同様に式（１８）となる。
図１８は本発明の第４実施例および第５実施例を示す２軸のフルクローズド制御の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数の算出を示すブロック図である。
制御部３ｃは、位置制御部Ｇｐ３、速度制御部Ｇｖ３を備え、検出部２ｃの応答は特性をaとする単位換算部２２を介して速度制御部Ｇｖ３にフィードバックされる。検出部２eの応答は位置制御部Ｇｐ3にフィードバックされる。
ここでは、第１実施例と同様に２軸の電動機を同時に駆動することによる相互一巡開ループ伝達関数の算出について説明する。
図１８のように第２軸と第３軸を稼動可能な状態とし、２軸に指令部５から制御部３ｂ、３ｃの外乱駆動力入力部６ｂ、６ｃに外乱として駆動信号Ｔ２、Ｔ３を与える。て補償駆動力τ２、τ３を制御部補償駆動力検出部７ｂ、７ｃが検出する。
この状態は、式（７１）式（７２）の関係がある、式（７１）は式（７３）（７４）に分解できる。また、式（７２）は式（７５）のように行列で示される。
式（７３）（７４）（７５）をまとめると、式（７６）となる。式（７６）に、前ステップで得た自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２、Ｚｏ３の式（６９）（７０）と相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３，Ｚｏ３２である式（７７）（７８）を代入すると、式（７９）となる。式（７９）を第１実施例と同様にまとめると式（８０）となる。
制御部３ｃは、位置制御部Ｇｐ３、速度制御部Ｇｖ３を備え、検出部２ｃの応答は特性をaとする単位換算部２２を介して速度制御部Ｇｖ３にフィードバックされる。検出部２eの応答は位置制御部Ｇｐ3にフィードバックされる。
ここでは、第１実施例と同様に２軸の電動機を同時に駆動することによる相互一巡開ループ伝達関数の算出について説明する。
図１８のように第２軸と第３軸を稼動可能な状態とし、２軸に指令部５から制御部３ｂ、３ｃの外乱駆動力入力部６ｂ、６ｃに外乱として駆動信号Ｔ２、Ｔ３を与える。て補償駆動力τ２、τ３を制御部補償駆動力検出部７ｂ、７ｃが検出する。
この状態は、式（７１）式（７２）の関係がある、式（７１）は式（７３）（７４）に分解できる。また、式（７２）は式（７５）のように行列で示される。
式（７３）（７４）（７５）をまとめると、式（７６）となる。式（７６）に、前ステップで得た自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２、Ｚｏ３の式（６９）（７０）と相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３，Ｚｏ３２である式（７７）（７８）を代入すると、式（７９）となる。式（７９）を第１実施例と同様にまとめると式（８０）となる。
式（８０）の自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２、Ｚｏ３と相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３，Ｚｏ３２から成る項は、式（８１）となるので、式（８２）式（８３）が得られ
相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３，Ｚｏ３２が式（８４）式（８５）のように得られる。
相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３，Ｚｏ３２が式（８４）式（８５）のように得られる。
このように、フルクローズド制御を行う構成の２軸の電動機制御装置であっても、相互一巡開ループ伝達関数を求めることができる。
また、第３実施例と同様に特性演算部１０を用いて、制御系特性および新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴの処理を行っても良い。
また、第３実施例と同様に特性演算部１０を用いて、制御系特性および新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴの処理を行っても良い。
以上のように、フルクローズド制御を行う構成の２軸の電動機制御装置を含んでいても、多軸の機械特性を多軸伝達関数として把握し、機械特性から軸間の影響度を絞り込み、相互一巡開ループ伝達関数によって軸間の影響が大きい組み合わせにおける制御系を含めた軸間の特性を定量的に把握できる。
単軸の自己一巡開ループ伝達関数を求めておけば、制御特性が求められ、新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を実測せずに算出することもできる。
単軸の自己一巡開ループ伝達関数を求めておけば、制御特性が求められ、新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を実測せずに算出することもできる。
本発明の本発明の第５実施例にて２軸の電動機制御装置にそれそれ２つの検出部を備えたフルクローズド制御を行う構成において、電動機を1軸づつ交互に駆動することによる相互一巡開ループ伝達関数の算出について説明する。また、機械特性を算出するステップＳＴＥ１で３軸を駆動する例について説明する。
構成は、実施例４の図１５に示された、本発明の第４実施例および第５実施例を示す３軸の電動機制御装置の概略構成図である。
構成は、実施例４の図１５に示された、本発明の第４実施例および第５実施例を示す３軸の電動機制御装置の概略構成図である。
まず、機械特性を算出するステップＳＴＥ１について説明する。実施例４の図１６ではＣＡＳＥ１、ＣＡＳＥ２、ＣＡＳＥ３に分けた過程を１回で行う。
駆動信号Ｔ１、Ｔ２，Ｔ３を与えることで、補償駆動力検出部６aの検出結果の補償駆動力τ１、検出部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの検出結果ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４と機械特性である多軸伝達関数Ｈは式（８６）の関係があるので、式（８７）のように処理すれば、機械特性Ｈが求まる。実際には式（８８）のように平均化したオートパワースペクトルとクロススペクトルから求める。
なお、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２では、３軸を駆動したので、式（８８）の機械特性である多軸伝達関数Ｈをすべて選択する。
駆動信号Ｔ１、Ｔ２，Ｔ３を与えることで、補償駆動力検出部６aの検出結果の補償駆動力τ１、検出部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの検出結果ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４と機械特性である多軸伝達関数Ｈは式（８６）の関係があるので、式（８７）のように処理すれば、機械特性Ｈが求まる。実際には式（８８）のように平均化したオートパワースペクトルとクロススペクトルから求める。
なお、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２では、３軸を駆動したので、式（８８）の機械特性である多軸伝達関数Ｈをすべて選択する。
単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１は、第４実施例と同様に求められる。
次の相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２では、第４実施例とは異なり、絞ったフルクローズド制御の電動機制御装置の２軸に１軸づつ交互に電動機を動作させる。図１８は本発明の第４実施例および第５実施例を示す２軸のフルクローズド制御の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数の算出を示すブロック図である。
まず、第2軸のみを動作した場合は、式（８９）（９０）の関係がある。式（８９）は式（９１）（９２）のように分解できる、式（９０）は式（９３）のように行列で示せる。式（９１）（９２）（９３）と、第４実施例でしめした自己一巡開ループ伝達関数と相互一巡開ループ伝達関数を式（６９）（７０）（７７）（７８）とから、式（９４）となる。式（９４）の右辺側は式（９５）となり、左辺側は実際には平均化されたオートパワースペトルとクロススペクトルから構成されるため式（９６）となる。
ここでは、駆動信号Ｔ３を与えていないので、式（９６）の“０” 要素に対応する要素を用いず、式（９７）のように相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３が得られる。
まず、第2軸のみを動作した場合は、式（８９）（９０）の関係がある。式（８９）は式（９１）（９２）のように分解できる、式（９０）は式（９３）のように行列で示せる。式（９１）（９２）（９３）と、第４実施例でしめした自己一巡開ループ伝達関数と相互一巡開ループ伝達関数を式（６９）（７０）（７７）（７８）とから、式（９４）となる。式（９４）の右辺側は式（９５）となり、左辺側は実際には平均化されたオートパワースペトルとクロススペクトルから構成されるため式（９６）となる。
ここでは、駆動信号Ｔ３を与えていないので、式（９６）の“０” 要素に対応する要素を用いず、式（９７）のように相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３が得られる。
同様に、駆動信号Ｔ３のみを与えた場合、式（９８）（９９）の関係から式（１００）（１０１）が得られるので、式（１０１）の“０” 要素に対応する要素を用いず、式（１０２）のように相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ３２が得られる。
以上のように、相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ２では２軸の電動機制御装置にそれそれ２つの検出部を備えたフルクローズド制御を行う構成でも、電動機を1軸づつ交互に駆動することにより、相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１２，Ｚｏ２３を出力するようになっている。
本発明の本発明の第６実施例にて２軸の電動機制御装置において、１つの軸には検出部を１つそなえ、もう１つの軸には検出部を２つそなえたフルクローズド制御を行う構成とし、２軸の電動機を同時に駆動することによる相互一巡開ループ伝達関数の算出について説明する。また、制御部を速度制御部と位置制御部に分けて示した場合の自己一巡開ループ伝達関数についても説明する。
図１９は本発明の第６実施例を示す３軸の電動機制御装置の概略構成図である。相互一巡開ループ伝達関数を求めるのは第４・第５実施例と同じ第２軸・第３軸とする。
図２０は本発明の第６実施例を示す２軸の電動機制御装置のブロック図である。
図１９は本発明の第６実施例を示す３軸の電動機制御装置の概略構成図である。相互一巡開ループ伝達関数を求めるのは第４・第５実施例と同じ第２軸・第３軸とする。
図２０は本発明の第６実施例を示す２軸の電動機制御装置のブロック図である。
機械特性を算出するステップＳＴＥ１と少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップＳＴＥ２については説明を省略する。
単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１において、第２軸のルクローズド制御を行う構成では、第４実施例に示したように、式（６９）となる。
第３軸と第１軸の自己一巡開ループ伝達関数を速度制御部と位置制御部を含めて示す。
第３軸に独立して外乱として駆動信号Ｔ３を与えると式（１０３）の関係があるので、自己閉ループ伝達関数ＺＣ２を式（１０４）のように得る。これより、式（１０５）のように自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ３を得る。同様に式（１０６）のように第１軸の自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１を得る。
単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴＰ１において、第２軸のルクローズド制御を行う構成では、第４実施例に示したように、式（６９）となる。
第３軸と第１軸の自己一巡開ループ伝達関数を速度制御部と位置制御部を含めて示す。
第３軸に独立して外乱として駆動信号Ｔ３を与えると式（１０３）の関係があるので、自己閉ループ伝達関数ＺＣ２を式（１０４）のように得る。これより、式（１０５）のように自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ３を得る。同様に式（１０６）のように第１軸の自己一巡開ループ伝達関数Ｚｏ１を得る。
図２０は本発明の第６実施例を示す２軸の電動機制御装置のブロック図において、２軸の電動機を同時に駆動することによる相互一巡開ループ伝達関数の算出について説明する。相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴの処理は、式（１０５）式（１０６）の関係を用いる。
式（１０５）は式（１０７）（１０８）に分解でき、式（１０６）は式（１０９）となるので、式（１１０）となる。既知の自己一巡開ループ伝達関数とこれから求める相互一巡開ループ伝達関数の関係式（１１１）を用いると、式（１１０）は式（１１２）となる。式（１１２）は式（１１３）と式（１１４）となるので、式（１１５）のように相互一巡開ループ伝達関数が求まる。
整理すると、相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３は式（１１６）、Ｚｏ３２は式（１１７）となる。
式（１０５）は式（１０７）（１０８）に分解でき、式（１０６）は式（１０９）となるので、式（１１０）となる。既知の自己一巡開ループ伝達関数とこれから求める相互一巡開ループ伝達関数の関係式（１１１）を用いると、式（１１０）は式（１１２）となる。式（１１２）は式（１１３）と式（１１４）となるので、式（１１５）のように相互一巡開ループ伝達関数が求まる。
整理すると、相互一巡開ループ伝達関数Ｚｏ２３は式（１１６）、Ｚｏ３２は式（１１７）となる。
以上のように、フルクローズド制御が混在した場合にも、相互一巡開ループ伝達関数を定量的に把握できる。また、第３実施例と同様に特性演算部１０を用いて、制御系特性および新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップＳＴの処理を行っても良い。
なお、第１実施例から第６実施例では、制御特性をＧｉとしたが、積分項や微分項やフィルタ項などの他の処理を制御特性Ｇｉに含んでも良い。第５、第６実施例に示したように、第１から第４実施例においても、制御特性を速度制御特性Ｇｖｉ、位置制御特性Ｇｐｉのように分けても良い。
これらのように、本発明は垂直軸や外力が掛かる状況で大きなストロークで使用する電動機が含まれる複数軸の軸間を含む機械特性を測定するとともに制御器の安定度を把握し、機械特性に合わせた軸間を含めた制御器の調整度合いを把握できる電動機制御装置および該装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法、もしくは多軸伝達関数算出方法を提供する。
複数の電動機制御装置を搭載した機械システムの機械設計検証や、制御系設計、制御部・指令部の調整、パラメータ設定に利用できる。さらに、機械システムを量産する際に、固体の特性の試験を行うという用途にも適用できる。
機械特性である多軸伝達関数が得られれば、機械の剛性が把握できるので、機械の剛性の設計性能の確認ができ、機械側の修正・改善に利用できる。
また、多軸伝達関数を把握することで、制御部のノッチフィルタ、ローパスフィルタ、振動抑制制御機能などを含めた制御方式の選択、指令部の共振させない動作信号の作成、などを、単軸だけで無く、多軸間の軸間の組み合わせにおける影響度を考慮して検討し、設定できる。
さらに、多軸伝達関数を把握することで、機械特性の影響度がお互いに高いために、電動機制御装置の他軸を考慮した設定が必要な軸間を絞り込むことができる。
絞りこまれた軸間では、軸間の機械特性と制御系を合わせた特性を新たな評価基準である相互一巡開ループ伝達関数を定量的に把握することで、制御部の応答性パラメータや各種フィルタや振動抑制機能、指令部にて加工した動作信号などを軸間で相互に効果があるように設定し、また、その各種設定後に再度、相互一巡開ループ伝達関数を求めることで各種設定した効果を確認できるので、機械特性と整合した複数の電動機を備えた電動機制御装置を実現できる。
機械特性である多軸伝達関数が得られれば、機械の剛性が把握できるので、機械の剛性の設計性能の確認ができ、機械側の修正・改善に利用できる。
また、多軸伝達関数を把握することで、制御部のノッチフィルタ、ローパスフィルタ、振動抑制制御機能などを含めた制御方式の選択、指令部の共振させない動作信号の作成、などを、単軸だけで無く、多軸間の軸間の組み合わせにおける影響度を考慮して検討し、設定できる。
さらに、多軸伝達関数を把握することで、機械特性の影響度がお互いに高いために、電動機制御装置の他軸を考慮した設定が必要な軸間を絞り込むことができる。
絞りこまれた軸間では、軸間の機械特性と制御系を合わせた特性を新たな評価基準である相互一巡開ループ伝達関数を定量的に把握することで、制御部の応答性パラメータや各種フィルタや振動抑制機能、指令部にて加工した動作信号などを軸間で相互に効果があるように設定し、また、その各種設定後に再度、相互一巡開ループ伝達関数を求めることで各種設定した効果を確認できるので、機械特性と整合した複数の電動機を備えた電動機制御装置を実現できる。
１ １ａ，１ｂ １ｃ 電動機
２ ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ 検出部
３ ３ａ，３ｂ ，３ｃ 制御部
４ ４ａ，４ｂ，４ｃ 機械部
５ 指令部
６ ６ａ、６ｂ 外乱駆動力入力部
７ ７ａ、７ｂ 制御部補償駆動力検出部
８ 自己一巡開ループ伝達関数算出部
９ 相互一巡開ループ伝達関数算出部
１０ 特性演算部
１１ 機械特性演算部
２１ 制御モード切替部
２２ 単位換算部
２４ 固定機械部
１０１ 演算装置
１０２ サーボ制御装置
１０３ 回転検出器
１０４ 電動機
１０５ 伝達機構
１０６ 可動部
１０７ 非可動部
１０８ 動作指令信号
１０９ 回転検出器信号
１１０ 制御信号
１１９ 入力装置
１２０ 周波数特性式
１２１ 出力装置
２０１ 電動機
２０２ 検出手段
２０３ 制御器
２０４ 指令器
２０５ 機械
２０６ 電流制御部
２０７ 外乱信号発生部
２０８ 駆動力検出手段
２０９ 加算器
２１０ 閉ループ外乱周波数応答特性算出手段
２１１ 閉ループ駆動力周波数応答特性算出手段
２１２ 一巡開ループ周波数応答特性算出手段
２１３ 機械特性算出手段
２１４ 負荷慣性モーメント推定装置
２１５ 電動機特性
２１６ 電動機単体の回転子の慣性モーメント値もしくは可動子の質量
２１７ 単位換算手段
２１８ 共振周波数推定手段
２１９ 制御器特性算出手段
２２０ 出力手段
２２１ 入力装置
２２２ 記憶装置
３０２、３０３：サーボ装置
３０４、３０５：センサ
３０６、３０７：モータ
３０８、３０９：伝達機構
３１０、３１１：可動部
３１２：固定台
３１３、３１４：振動センサ
４０２ 除振台本体
（Ａ）〜（Ｄ）能動アクチュエータ
（Ｓ） センサ
（Ｋ）機器
２ ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ 検出部
３ ３ａ，３ｂ ，３ｃ 制御部
４ ４ａ，４ｂ，４ｃ 機械部
５ 指令部
６ ６ａ、６ｂ 外乱駆動力入力部
７ ７ａ、７ｂ 制御部補償駆動力検出部
８ 自己一巡開ループ伝達関数算出部
９ 相互一巡開ループ伝達関数算出部
１０ 特性演算部
１１ 機械特性演算部
２１ 制御モード切替部
２２ 単位換算部
２４ 固定機械部
１０１ 演算装置
１０２ サーボ制御装置
１０３ 回転検出器
１０４ 電動機
１０５ 伝達機構
１０６ 可動部
１０７ 非可動部
１０８ 動作指令信号
１０９ 回転検出器信号
１１０ 制御信号
１１９ 入力装置
１２０ 周波数特性式
１２１ 出力装置
２０１ 電動機
２０２ 検出手段
２０３ 制御器
２０４ 指令器
２０５ 機械
２０６ 電流制御部
２０７ 外乱信号発生部
２０８ 駆動力検出手段
２０９ 加算器
２１０ 閉ループ外乱周波数応答特性算出手段
２１１ 閉ループ駆動力周波数応答特性算出手段
２１２ 一巡開ループ周波数応答特性算出手段
２１３ 機械特性算出手段
２１４ 負荷慣性モーメント推定装置
２１５ 電動機特性
２１６ 電動機単体の回転子の慣性モーメント値もしくは可動子の質量
２１７ 単位換算手段
２１８ 共振周波数推定手段
２１９ 制御器特性算出手段
２２０ 出力手段
２２１ 入力装置
２２２ 記憶装置
３０２、３０３：サーボ装置
３０４、３０５：センサ
３０６、３０７：モータ
３０８、３０９：伝達機構
３１０、３１１：可動部
３１２：固定台
３１３、３１４：振動センサ
４０２ 除振台本体
（Ａ）〜（Ｄ）能動アクチュエータ
（Ｓ） センサ
（Ｋ）機器
Claims (18)
- 負荷機械を駆動する電動機と、負荷機械もしくは前記電動機の移動量を検出する検出部と、前記検出部の検出値が動作指令に追従するように前記電動機を制御する制御部とを備えた電動機制御装置と、前記制御部へ動作指令を与える指令部と、前記制御部の駆動力生成出力後に動作指令を与える外乱駆動力入力部と、前記外乱駆動力入力部の前の前記制御部の駆動力を検出する制御部補償駆動力検出部と、前記制御部の特性と制御対象である機械の特性とを含む単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出する自己一巡開ループ伝達関数算出部とを備え、前記電動器制御装置を少なくとも２軸備えた電動機制御装置において、
２軸に外乱駆動力を夫々の前記外乱駆動力入力部に与え夫々の前記補償駆動力検出部から補償駆動力を検出して、２軸の外乱駆動力と、２軸の補償駆動力と、２軸の単軸の自己一巡開ループ伝達関数と、から相互一巡開ループ伝達関数を算出する相互一巡開ループ伝達関数算出部を備えたことを特徴とする電動機制御装置。 - 前記相互一巡開ループ伝達関数算出部は、２軸に無相関な外乱駆動力を同時に与えて得られる２軸の補償駆動力と、入力した２軸の外乱駆動力と、２軸の単軸の自己一巡開ループ伝達関数と、から式（１）（２）もしくは式（３）（４）に従って、相互一巡開ループ伝達関数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。
ここで、
ＺＣｉｊ：相互一巡開ループ伝達関数
Ｇ１：第１軸の制御系特性、Ｈ１２：第２軸駆動第１軸応答の機械系特性、
Ｇ２：第１軸の制御系特性、Ｈ２１：第２軸駆動第１軸応答の機械系特性、
ＺＣｉ：第ｉ軸単軸の自己一巡開ループ伝達関数
でありＺｃｉは式（５）、（８）で表される。
また、ｚｉｊは実測特性であり、式（７）で表される。
- 前記相互一巡開ループ伝達関数算出部は、２軸を駆動可能にしたまま１軸づつ外乱駆動力を与えて、それぞれが駆動した状態での２軸の補償駆動力と、１軸づつに与えた外乱駆動力と、２軸の単軸の自己一巡開ループ伝達関数と、から相互一巡開ループ伝達関数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。
- 前記相互一巡開ループ伝達関数算出部は、１軸づつ外乱駆動力を与えて得られた夫々の補償駆動力と、外乱駆動力と、自己一巡開ループ伝達関数と、から式（８）（９）に従って相互一巡開ループ伝達関数を算出することを特徴とする請求項３に記載の電動機制御装置。
ここで、
ＺＧ１２：相互一巡開ループ伝達関数
Ｇ１：第１軸の制御系特性、Ｈ１２：第２軸駆動第１軸応答の機械系特性
Ｇ２：第１軸の制御系特性、Ｈ２１：第２軸駆動第１軸応答の機械系特性
であり、Ｚｏｉは式（５）、（６）で表される。
ここで
Ｈ１１：第１軸駆動第１軸応答の機械系特性、Ｈ２２：第２軸駆動第２軸応答の機械系特性、
ＺＧｉ：第ｉ軸単軸の自己一巡開ループ伝達関数
ｚｉｊ （ｉ）：第ｉ軸駆動時の実測特性
であり、ｚｉｊ （ｉ）は式（１０）、（１１）で表される。
- 複数の前記検出部を備え前記制御部にフィードバックループを複数備えた前記電動機制御装置を少なくとも１軸備えた場合には、前記相互一巡開ループ伝達関数算出部は、夫々の前記検出部の応答と他軸の駆動による機械特性と自軸の制御特性とからなる特性の和を 相互一巡開ループ伝達関数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。
- 複数の前記検出部を備え前記制御部にフィードバックループを複数備えた前記電動機制御装置を少なくとも１軸備え、前記制御部に速度制御部と位置制御部とを備え、前記速度制御部と前記位置制御部とに夫々の前記検出部をフィードバックする場合には、前記相互一巡開ループ伝達関数算出部は、式（１２）もしくは式（１３）に従って２軸間の相互一巡開ループ伝達関数を算出することを特徴とする請求項５に記載の電動機制御装置。
ここで、
ＺＯｉｊ：相互一巡開ループ伝達関数
ａ：単位換算係数
ＧＶｉ：第ｉ軸の速度制御系特性、ＧＰｉ：第ｉ軸の位置制御系特性
Ｈ３２、Ｈ４１：第２軸駆動第３応答の機械系特性， 第１軸駆動第４応答の機械系特性
Ｈ１２、Ｈ２１：第２軸駆動第１応答の機械系特性、第１軸駆動第２応答の機械系特性
である。
第２、第３応答は位置制御部にフィードバックされ、第１、第２応答は速度制御部にフィードバックされる。 - 負荷機械を駆動する電動機と電動機と、負荷機械もしくは前記電動機の移動量を検出する検出部と、前記検出部の検出値が動作指令に追従するように前記電動機を制御する制御部とを備えた電動機制御装置と、
前記制御部へ動作指令を与える指令部と、
前記制御部の駆動力生成出力後に動作指令を与える駆動力入力部と、
前記制御部の駆動力を検出する制御部補償駆動力検出部と、
を備え、複数の前記電動器制御装置を備えており、少なくとも１つの前記電動器制御装置は、前記電動機の制御を切ると前記電動機が移動する状況の構成である電動機制御装置において、
動作指令と駆動力と前記検出部の応答検出から機械特性を算出する機械特性演算部を備え、前記機械特性演算部は、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを算出することを特徴とする電動機制御装置。 - 前記電動機の制御を切ると前記電動機が移動する軸に動作指令を与える場合には、
前記機械特性演算部は、式（１４）に従い機械特性を算出し、動作指令を与えたｉ軸に基づく機械特性のみを算出し、
前記電動機の制御を切っても前記電動機が移動しない軸に動作指令を与える場合には、
前記機械特性演算部は、式（１５）に従い機械特性を算出し、動作指令を与えたＰ軸に基づく機械特性のみを出力することを特徴とする請求項７に記載の電動機制御装置。
ＨＳＬ；Ｓ軸加振、Ｋ点応答の機械特性
- 請求項７に記載の電動機制御装置を備え、相互一巡開ループ伝達関数と機械系特性と自己一巡開ループ伝達関数とから制御系特性および新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を算出する特性演算部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
- 負荷機械を駆動する電動機と電動機と、負荷機械もしくは前記電動機の移動量を検出する検出部と、前記検出部の検出値が動作指令に追従するように前記電動機を制御する制御部とを備えた電動機制御装置と、
前記制御部の駆動力生成出力後に動作指令を与え前記外乱駆動力入力部の前の前記制御部の駆動力を検出するステップと、
前記制御部の特性と制御対象である機械の特性とを含む単軸の自己一巡開ループ伝達関数を算出するステップと、を備え、前記電動器制御装置を少なくとも２軸備えた電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法において、
２軸に外乱駆動力を入力して夫々の補償駆動力を検出し、２軸の外乱駆動力と、２軸の補償駆動力と、２軸の単軸の自己一巡開ループ伝達関数と、から相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップを備えたことを特徴とする電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法。 - 前記相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップは、２軸に無相関な外乱駆動力を同時に与えて得られる２軸の補償駆動力と、入力した２軸の外乱駆動力と、２軸の単軸の自己一巡開ループ伝達関数と、から式（１）（２）もしくは式（３）（４）に従って、相互一巡開ループ伝達関数を算出することを特徴とする請求項１０に記載の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法。
- 前記相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップは、２軸を駆動可能にしたまま１軸づつ外乱駆動力を与えて得られる２軸の補償駆動力と、１軸に与えた外乱駆動力と、２軸の単軸の自己一巡開ループ伝達関数と、から相互一巡開ループ伝達関数を算出することを特徴とする請求項１０に記載の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法。
- 前記相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップは、式（８）（９）に従って、相互一巡開ループ伝達関数を算出することを特徴とする請求項１２に記載の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法。
- 複数の前記検出部を備え前記制御部にフィードバックループを複数備えた前記電動機制御装置を少なくとも１軸備えた場合には、前記相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップは、夫々の前記検出部の応答と他軸の駆動による機械特性と自軸の制御特性とからなる特性の和を 相互一巡開ループ伝達関数とすることを特徴とする請求項１０に記載の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法。
- 複数の前記検出部を備え前記制御部にフィードバックループを複数備えた前記電動機制御装置を少なくとも１軸備え、前記制御部に速度制御部と位置制御部とを備え、前記速度制御部と前記位置制御部とに夫々の前記検出部をフィードバックする場合には、前記相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップは、式（１２）もしくは式（１３）に従って２軸間の相互一巡開ループ伝達関数を算出することを特徴とする請求項１４に記載の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法。
- 負荷機械を駆動する電動機と電動機と、負荷機械もしくは前記電動機の移動量を検出する検出部と、前記検出部の検出値が動作指令に追従するように前記電動機を制御する制御部とを備えた電動機制御装置と、
前記制御部へ動作指令を与える指令部と、
前記制御部の駆動力生成出力後に動作指令を与える駆動力入力部と、
前記制御部の駆動力を検出する制御部補償駆動力検出部と、
を備え、複数の前記電動器制御装置を備えており、少なくとも１つの前記電動器制御装置は、前記電動機の制御を切ると前記電動機が移動する状況の構成である電動機制御装置多軸伝達関数算出方法において、
動作指令を前記制御部へ与えて前記電動機を駆動して得られる動作指令と駆動力と前記検出部の応答検出から機械特性を算出するステップと、少なくとも１軸に加えた動作指令に基づく機械特性のみを出力するステップと、を備えたことを特徴とする電動機制御装置の多軸伝達関数算出方法。 - 前記機械特性を算出するステップは、前記電動機の制御を切ると前記電動機が移動する軸に動作指令を与える場合には、式（１４）従い機械特性を算出し、
前記電動機の制御を切っても前記電動機が移動しない軸に動作指令を与える場合には、式（１５）に従い機械特性を算出し、
前記加えた動作指令に基づく機械特性のみを算出するステップは、前記式（１４）のｉ軸もしくは前記式（１５）のＰ軸に基づく機械特性のみを出力す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多軸伝達関数算出方法。 - 請求項１６に記載の電動機制御装置の多軸伝達関数算出方法を備え、相互一巡開ループ伝達関数と機械系特性と自己一巡開ループ伝達関数とから、制御系特性および新たな組み合わせの相互一巡開ループ伝達関数を算出するステップを備えたことを特徴とする請求項１０に記載の電動機制御装置の相互一巡開ループ伝達関数算出方法。
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