JP2011036061A - モータ制御装置及びモータ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】負荷の慣性モーメントに寄らずにモータの制御における安定性を向上させつつ、モータの騒音・振動を低減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提供すること。
【解決手段】モータ制御装置は、制御入力Ｕｒｅｆに応じてモータに電圧指令又は電流指令Ｉｒｅｆを印加する電流制御部１０と、モータ位置Ｐｆｂからモータ速度Ｖｆｂを算出する速度演算部６と、位置偏差に基づいて速度指令Ｖｒｅｆを算出する位置制御部４と、モータ速度ｖｆｂとトルク指令Ｔｒｅｆとに基づいてモータ補正速度ｖｈ１及び速度推定値ｖｏｂｓとを算出する速度補償部８と、モータ補正速度と速度指令の速度偏差に基づいてトルク指令Ｔｒｅｆを算出する速度制御部５と、モータ補正速度ｖｈ１とトルク指令Ｔｒｅｆとに基づいて制御入力Ｕｒｅｆを算出する外乱補償部７と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば工作機械や半導体製造装置等を駆動するモータ制御装置及びモータ制御システムに関する。

モータ制御装置は、モータに結合された機械の負荷慣性モーメントが未知である場合に外乱オブザーバを用いた外乱抑圧制御することで安定した制御系を構成することが可能である。しかし、負荷慣性モーメントが非常に大きい場合、外乱オブザーバの補償値に時間遅れが生じて安定した制御系を構成できないという技術課題がある。この技術課題を解決するために、従来のモータ制御装置では、位置制御部で生成する速度指令を位相補償制御して、負荷慣性モーメントが非常に大きい場合であっても、安定したモータ制御装置を構成することを可能にしている（例えば、特許文献１参照）。

図１１に、例えば特許文献１に示されるようなモータ制御装置を示す。
図１１に示すように、従来のモータ制御装置は、電動機１１８と、駆動部１１９と、駆動部１１９に結合された負荷１１Ａと、電動機１１８の位置を検出する位置検出器１１Ｂと、電動機１１８を、入力されたトルク指令どおりに駆動するための電圧指令を与えるトルク制御部１１７と、電動機１１８の速度を算出する速度演算部１１Ｃと、位置指令と位置検出器１１Ｂの出力である電動機１１８の位置との偏差を入力して速度指令を算出する位置制御部１１５と、速度指令の特定の周波数帯域の位相を進める位相補償部１１４と、位相補償部１１４から出力される速度指令の位相を進めた信号と速度演算部１１Ｃから出力される電動機１１８の速度との偏差を入力してトルク指令を算出する速度制御部１１６と、外乱オブザーバを用いて電動機に加わる外乱の影響を低減して電動機１１８を駆動する時の負荷１１Ａの影響を除去する慣性変動抑制部１１３とを有する。そして、この慣性変動抑制部１１３は、外乱オブザーバ１１０と、低域通過フィルタ１１１と、ゲイン１１２と、を有して、トルク指令に推定外乱トルクを加えて補償して新たなトルク指令を算出してトルク制御部１１７に与える。

負荷１１Ａの慣性モーメントが非常に大きい場合に安定した制御系を構成するためには、低域通過フィルタ１１１のカットオフ周波数を高く設定する必要がある。

しかしながら、一般的なモータ制御装置では、通信遅れや制御入力演算時の遅れなどによる時間遅れ要素があるため、低域通過フィルタ１１１のカットオフ周波数を高く設定すると、制御系が不安定となり、安定な制御系を構成することができない。そこで、位相補償部１１４が速度指令の特定の周波数帯域の位相を進めて、この時間遅れを補償することで低域通過フィルタ１１１のカットオフ周波数を高く設定することができるので、負荷１１Ａの慣性モーメントが非常に大きい場合であっても、推定外乱トルクが負荷１１Ａの影響を除去して安定な制御系を構成することができる。

このように、従来のモータ制御装置は、慣性変動抑制部１１３により負荷１１Ａの影響を除去して、さらに位相補償部１１４により速度指令の位相を進めることで負荷１１Ａの慣性モーメントが非常に大きい場合でも安定した制御系を構成することを実現している。

また、図１２に示すように、位相進み補償オブザーバを用いることで、フィードバック制御系の時間遅れを補償するものもある。図１２に示す第２の従来のモータ制御装置は、制御対象２０４の速度ω_ｍを制御するために、ＰＩ制御部２０２と、外乱オブザーバ２０５と、位相進み補償オブザーバ２０６と、を有する。外乱オブザーバ２０５は、第１の従来のモータ制御装置で説明したように制御対象２０４に加わる外乱の影響を低減することができる。即ち、制御対象２０４がモータに大きな負荷が結合されたような場合であっても安定な制御系を構成することができる。

しかしながら、第１の従来のモータ制御装置と同様、制御対象２０４の慣性モーメントが非常に大きい場合であっても安定な制御系を構成するためには、第１ローパスフィルタ２５２のカットオフ周波数を高く設定する必要があるが、時間遅れの影響により、制御系が不安定となり、安定な制御系を構成することができない。 そこで、位相進み補償オブザーバ２０６を用いて制御対象２０４のモータ速度ω_ｍの位相を進めることで時間遅れによる影響を補償することで、外乱オブザーバ２０５の第１ローパスフィルタ２５２のカットオフ周波数を高く設定できる。従って、この第２の従来のモータ制御装置は、制御対象２０４の慣性モーメントが非常に大きい場合であっても、安定な制御系を構成することができる。

このように、第２の従来のモータ制御装置は、第１の従来のモータ制御装置と同様、外乱オブザーバ２０５により制御対象２０４の負荷慣性モーメントの影響を除去して、さらに位相進み補償オブザーバによりモータ速度ω_ｍの位相を進めることで制御対象２０４の負荷慣性モーメントが非常に大きい場合でも安定した制御系を構成することが可能となるのである。

国際公開第２００５／０９３９３９号（第１２−１４頁、図１等） 国際公開第２００７／１３８７５８号（第５−７頁、図１等）

しかしながら、第１の従来のモータ制御装置は、外乱オブザーバ１１０に入力する速度として、速度演算部１１Ｃで算出したモータの速度を用いている。従って、例えば位置検出器１１Ｂの分解能が低い場合などでは、慣性変動抑制部１１３で補償する推定外乱トルクのリップル大きくなるため、新たなトルク指令のリップルが大きくなり、モータの騒音・振動が大きくなってしまう。

このような位置検出器１１Ｂの分解能が低い場合に対して、外乱オブザーバ１１０の出力信号のノイズ成分を除去する低域通過フィルタ１１１の時定数を大きく設定することで外乱推定値のリップル小さくすることもできる。しかし、このように低域通過フィルタ１１１のフィルタ定数を大きくすると、前述したように、モータに結合された機械の慣性モーメントが大きい場合に、安定した制御系を構成することが難しい。

また、第２の従来のモータ制御装置も、第１の従来のモータ制御装置と同様に、例えば外乱オブザーバ２０５に入力するモータ速度ω_ｍを算出する際に検出器の量子化誤差が大きい場合などでは、モータの騒音・振動が大きくなってしまう。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、負荷の慣性モーメントに寄らずにモータの制御における安定性を向上させつつ、モータの騒音・振動を低減することが可能な、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にある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、外部から入力する位置指令と位置検出部が検出するモータ位置とに基づいて、負荷を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、
少なくとも上記位置指令に応じて生成される制御入力に基づいて、該制御入力が表すトルクで上記モータが上記負荷を駆動するように上記モータに電圧指令又は電流指令を印加する電流制御部と、
上記位置検出部が検出したモータ位置から、上記モータのモータ速度を算出する速度演算部と、
上記位置検出部が検出したモータ位置と上記位置指令との差である位置偏差に基づいて、該位置偏差が零となるように速度指令を算出する位置制御部と、
上記速度演算部が算出したモータ速度と、上記速度制御部が算出するトルク指令とに基づいて、モータ補正速度を算出する速度補償部と、
上記速度補償部が算出したモータ補正速度と、上記位置制御部が算出した速度指令との偏差である速度偏差に基づいて、該速度偏差が零となるように上記トルク指令を算出する速度制御部と、
上記速度演算部が算出した上記モータ速度に応じて上記速度補償部が算出する速度信号と、上記速度制御部が算出するトルク指令とに基づいて、上記モータに加わる外力を補償するように上記制御入力を算出して、該制御入力を上記電流制御部に出力する外乱補償部と、
を有し、
上記速度補償部は、
上記速度演算部が算出したモータ速度と、上記速度制御部が算出するトルク指令とに基づいて、上記モータ速度の推定値である速度推定値を算出する速度オブザーバと、
上記速度オブザーバが算出した速度推定値に基づいて、上記モータの加速度を補償した上記モータ補正速度を算出する速度補償演算部と、
を有することを特徴とする、モータ制御装置が提供される。

また、上記速度補償部が算出して上記外乱補償部に入力する速度信号は、上記速度補償部の上記速度補償演算部で算出されるモータ補正速度であってもよい。

また、上記速度補償部の上記速度補償演算部は、上記速度オブザーバが算出した速度推定値に基づいて、相異なるゲインで２の上記モータ補正速度を算出し、
上記速度制御部は、一の上記モータ補正速度と、上記位置制御部が算出した速度指令との偏差である速度偏差に基づいて上記トルク指令を算出し、
上記外乱補償部は、他の上記モータ補正速度と、上記速度制御部が算出するトルク指令とに基づいて上記制御入力を算出してもよい。

また、上記速度補償演算部は、上記一のモータ補正速度を、上記他のモータ補正速度よりも大きなゲインで算出してもよい。

また、上記速度補償部が算出して上記外乱補償部に入力する速度信号は、上記速度補償部の上記速度オブザーバで算出される速度推定値であってもよい。

また、上記速度補償演算部は、上記速度推定値と、上記速度推定値を微分した後ゲインを乗じた信号とを加算して、上記モータ補正速度を算出してもよい。

また、上記速度補償演算部は、上記速度推定値と、上記速度推定値をハイパスフィルタでフィルタ処理した後ゲインを乗じた信号とを加算して、上記モータ補正速度を算出してもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記モータのモータ位置を検出する位置検出部と、
外部から入力する位置指令と上記位置検出部が検出するモータ位置とに基づいて、上記モータを制御するモータ制御装置と、
を有し、
上記モータ制御装置は、
少なくとも上記位置指令に応じて生成される制御入力に基づいて、該制御入力が表すトルクで上記モータが上記負荷を駆動するように上記モータに電圧指令又は電流指令を印加する電流制御部と、
上記位置検出部が検出したモータ位置から、上記モータのモータ速度を算出する速度演算部と、
上記位置検出部が検出したモータ位置と上記位置指令との差である位置偏差に基づいて、該位置偏差が零となるように速度指令を算出する位置制御部と、
上記速度演算部が算出したモータ速度と、上記速度制御部が算出するトルク指令とに基づいて、モータ補正速度を算出する速度補償部と、
上記速度補償部が算出したモータ補正速度と、上記位置制御部が算出した速度指令との偏差である速度偏差に基づいて、該速度偏差が零となるように上記トルク指令を算出する速度制御部と、
上記速度演算部が算出した上記モータ速度に応じて上記速度補償部が算出する速度信号と、上記速度制御部が算出するトルク指令とに基づいて、上記モータに加わる外力を補償するように上記制御入力を算出して、該制御入力を上記電流制御部に出力する外乱補償部と、
を有し、
上記速度補償部は、
上記速度演算部が算出したモータ速度と、上記速度制御部が算出するトルク指令とに基づいて、上記モータ速度の推定値である速度推定値を算出する速度オブザーバと、
上記速度オブザーバが算出した速度推定値に基づいて、上記モータの加速度を補償した上記モータ補正速度を算出する速度補償演算部と、
を有することを特徴とする、モータ制御システムが提供される。

以上説明したように本発明によれば、負荷の慣性モーメントに寄らずにモータの制御における安定性を向上させつつ、モータの騒音・振動を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置及びモータ制御システムを示すブロック図である。 同実施形態における速度補償演算部の一例を示すブロック図である。 同実施形態における速度補償演算部の他の例を示すブロック図である。 同実施形態において、速度補償演算部のゲインＫａを適切な値よりも小さな値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 、同実施形態において、速度補償演算部のゲインＫａが適切な値よりも小さな値に設定して位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 同実施形態において、速度補償演算部のゲインＫａが適切な値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 同実施形態において、速度補償演算部のゲインＫａが適切な値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 同実施形態において、速度補償演算部のゲインＫａが適切な値よりも大きな値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 同実施形態において、速度補償演算部のゲインＫａが適切な値よりも大きな値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 同実施形態に係るモータ制御装置及びモータ制御システムの変更例を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置及びモータ制御システムを示すブロック図である。 同実施形態における速度補償演算部の一例を示すブロック図である。 同実施形態における速度補償演算部の他の例を示すブロック図である。 本発明の一実施例において、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントとほぼ同じ値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 同実施例において、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントとほぼ同じ値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 比較例１において、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントとほぼ同じ値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 比較例１において、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントとほぼ同じ値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 比較例２において、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントとほぼ同じ値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 比較例２において、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントとほぼ同じ値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 本発明の一実施例において、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントの３０倍に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 同実施例において、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントの３０倍に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 比較例１において、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントの３０倍に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 比較例１において、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントの３０倍に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 比較例２において、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントの３０倍に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 比較例２において、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントの３０倍に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 本発明の一実施例において、システムの遅れ時間を比較的長い値に設定し、かつ、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントとほぼ同じ値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 同実施例において、システムの遅れ時間を比較的長い値に設定し、かつ、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントとほぼ同じ値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 比較例１において、システムの遅れ時間を比較的長い値に設定し、かつ、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントとほぼ同じ値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 比較例１において、システムの遅れ時間を比較的長い値に設定し、かつ、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントとほぼ同じ値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 比較例２において、システムの遅れ時間を比較的長い値に設定し、かつ、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントとほぼ同じ値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 比較例２において、システムの遅れ時間を比較的長い値に設定し、かつ、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントとほぼ同じ値に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 本発明の一実施例において、システムの遅れ時間を比較的長い値に設定し、かつ、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントの３０倍に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 同実施例において、システムの遅れ時間を比較的長い値に設定し、かつ、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントの３０倍に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 比較例１において、システムの遅れ時間を比較的長い値に設定し、かつ、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントの３０倍に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 比較例１において、システムの遅れ時間を比較的長い値に設定し、かつ、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントの３０倍に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 比較例２において、システムの遅れ時間を比較的長い値に設定し、かつ、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントの３０倍に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を表すグラフである。 比較例２において、システムの遅れ時間を比較的長い値に設定し、かつ、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントの３０倍に設定して、位置決めシミュレーションを実施した場合の位置偏差の時間変化を表すグラフである。 第１の従来のモータ制御装置を示すブロック図である。 第２の従来のモータ制御装置を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素は、原則として同一の符号で表し、これらの構成要素についての重複説明は、適宜省略するものとする。

＜１．第１実施形態＞
（１−１．第１実施形態に係るモータ制御装置の構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置及びモータ制御システムを示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態に係るモータ制御システムは、モータ制御装置と、モータ１と、位置検出部（位置検出器の一例）３とを有する。そして、モータ制御装置は、外部の制御装置（例えば位置指令出力装置など）から出力された位置指令Ｐｒｅｆを取得して、その位置指令Ｐｒｅｆにモータ位置が追従するようにモータ１を駆動する。その結果、モータ１のモータ軸に結合された負荷の一例である機械部２が駆動される。一方、位置検出部３は、モータ１の位置Ｐｆｂを検出して、モータ制御部にフィードバックし、モータ制御部は、この位置Ｐｆｂと位置指令Ｐｒｅｆとの偏差が小さくなるようにモータ１を制御することになる。なお、本発明の各実施形態等では、モータ１として回転型モータを例に挙げて説明するが、モータ１は、例えばリニアモータであっても良い。

図１に示すように、モータ制御部は、モータ１を上述のように制御するために、位置制御部４と、速度制御部５と、速度演算部６と、電流制御部１０と、外乱補償部７と、速度補償部８とを有する。

位置制御部４は、位置指令Ｐｒｅｆとモータ位置Ｐｆｂとの位置偏差を取得し、その位置偏差が零となるように速度指令Ｖｒｅｆを算出する。

速度制御部５は、位置制御部４が算出した速度指令Ｖｒｅｆと、速度補償部８が出力するモータ補正速度ｖｈ１との速度偏差を取得し、その速度偏差が零となるようにトルク指令Ｔｒｅｆを算出する。

外乱補償部７は、速度オブザーバ８０が算出する速度推定値ｖｏｂｓと速度演算部５が算出するトルク指令Ｔｒｅｆとを取得して、モータ１に加わる外力を補償するように制御入力Ｕｒｅｆを算出する。なお、この制御入力Ｕｒｅｆは、位置指令Ｐｒｅｆが、位置制御部４、速度制御部５及び外乱補償部７で順次処理された信号となり、換言すれば、この制御入力Ｕｒｅｆは、位置指令Ｐｒｅｆに応じて生成されることとなる。

電流制御部１０は、外乱補償部７により算出された制御入力Ｕｒｅｆを取得する。そして、電流制御部１０は、その制御入力Ｕｒｅｆが表すトルクでモータ１が機械部２を駆動するように、つまり、モータ１の出力トルクがその制御入力Ｕｒｅｆに一致するように、電圧又は電流指令Ｉｒｅｆを算出してモータ１に与える。

速度演算部６は、位置検出部３が検出したモータ位置Ｐｆｂからモータ速度Ｖｆｂを算出する。

速度補償部８は、速度演算部６が算出したモータ速度Ｖｆｂと、速度制御部５が算出するトルク指令Ｔｒｅｆとに基づいて、少なくとも速度制御部５で使用されるモータ補正速度ｖｈ１を算出する。そのために、速度補償部８は、速度オブザーバ８０と速度補償演算部９０とを有する。

速度オブザーバ８０は、トルク指令Ｔｒｅｆとモータ速度Ｖｆｂとから、モータ１の速度の推定値である速度推定値ｖｏｂｓを算出する。そして、速度補償演算部９０は、速度推定値ｖｏｂｓに基づいて、微分制御又はフィルタリング処理を加えることで、加速度補償した信号であるモータ補正速度ｖｈ１を算出する。結果、この速度補償部８は、速度オブザーバ８０で算出した速度推定値ｖｏｂｓと、速度推定値ｖｏｂｓに対して速度補償演算部９０にて加速度補償された信号であるモータ補正速度ｖｈ１とを出力する。なお、この速度オブザーバ８０が求める速度推定値ｖｏｂｓは、モータ速度Ｖｆｂと比較して位置検出部３の分解能の影響で発生する量子化誤差によるリップルが小さいモータ１の速度を算出することができる。一方、速度補償演算部９０が求めるモータ補正速度ｖｈ１は、速度推定値ｖｏｂｓに対して位相進み補償した速度となる。

従って、速度補償部８は、速度制御部５が算出するトルク指令Ｔｒｅｆと、速度演算部６が算出するモータ速度Ｖｆｂとを取得して、位置検出部３の分解能の影響で発生する量子化誤差によるモータ速度Ｖｆｂのリップル成分を除去した速度推定値ｖｏｂｓと、速度推定値ｖｏｂｓの速度を補正した信号であるモータ補正速度ｖｈ１を算出する。上述の通り、速度推定値ｖｏｂｓは外乱補償部７に入力され、モータ補正速度ｖｈ１と速度指令Ｖｒｅｆとの偏差が、速度制御部５に入力される。

外乱補償部７は、外乱オブザーバ７０を有する。
外乱オブザーバ７０は、速度推定値ｖｏｂｓと電流制御部１０に入力する制御入力Ｕｒｅｆとから、外乱推定値Ｄｒｅｆを算出する。そして、外乱補償部７は、トルク指令Ｔｒｅｆから外乱推定値Ｄｒｅｆを減じた信号を新たな制御入力Ｕｒｅｆとして、電流制御部１０に出力する。その結果、外乱補償部７は、外力、即ち機械部２を駆動するためのトルクを補償することができる。

このように本実施形態に係るモータ制御装置では、速度補償部８が速度オブザーバ８０と速度補償演算部９０とを有して、速度オブザーバ８０で算出した速度推定値ｖｏｂｓに対して加速度補償した信号であるモータ補正速度ｖｈ１を、速度制御部５に入力する速度偏差を算出するための速度入力として使用し、速度推定値ｖｏｂｓを、外乱オブザーバ７０の速度入力として使用する。

（１−２．第１実施形態に係るモータ制御装置の動作）
次に、本発明の第１実施形態の動作について説明する。
位置制御部４は、位置指令Ｐｒｅｆと位置検出部３から出力されるモータ位置Ｐｆｂとの位置偏差が零となるように、速度指令Ｖｒｅｆを算出する。具体的には、位置制御部４は、例えば比例制御（Ｐ制御）又は比例積分制御（ＰＩ制御）などで構成される。

速度制御部５は、位置制御部４で算出された速度指令Ｖｒｅｆと速度補償部８で算出されたモータ補正速度ｖｈ１との速度偏差が零となるように、トルク指令Ｔｒｅｆを算出する。具体的には、速度制御部５も、例えば比例制御（Ｐ制御）又は比例積分制御（ＰＩ制御）などで構成される。

外乱補償部７は、速度制御部５で算出されたトルク指令Ｔｒｅｆと速度補償部８で算出された速度推定値ｖｏｂｓとを取得する。そして、外乱補償部７は、外乱オブザーバ７０にて制御入力Ｕｒｅｆと速度推定値ｖｏｂｓとから算出される外乱推定値Ｄｒｅｆを、トルク指令Ｔｒｅｆから減じて、新たな制御入力Ｕｒｅｆを算出する。なお、外乱オブザーバ７０としては、トルク指令Ｔｒｅｆと速度推定値ｖｏｂｓとから外乱推定値Ｄｒｅｆを算出可能な様々な外乱オブザーバ７０を使用することが可能である。従って、外乱を推定する一般的なオブザーバでよいが、例えば式（１）を用いて外乱推定値Ｄｒｅｆを算出することができる。

Ｄｒｅｆ＝ＬＰＦ（Ｊｍ・ｓ・ｖｏｂｓ−Ｕｒｅｆ） ・・・（１）

ただし、ｓは、ラプラス演算子、Ｊｍは、モータ１の慣性モーメントである。ＬＰＦは、ローパスフィルタであり、信号のノイズ成分を除去するために設定されているものである。ＬＰＦのカットオフ周波数を大きくすればするほど慣性モーメントが未知である機械部２の慣性モーメントが大きい場合であっても制御系を安定に動作させることができる。なお、ＬＰＦのカットオフ周波数が大きすぎる場合、外乱推定値Ｄｒｅｆの時間遅れが生じて制御系が不安定になるが、本実施形態に係るモータ制御装置では、速度補償部８が速度オブザーバ８０等を有することにより、この時間遅れの影響を補償して制御系を安定化することが可能である。

電流制御部１０は、モータ１の出力トルクが制御入力Ｕｒｅｆと一致するように、電圧指令又は電流指令Ｉｒｅｆを算出してモータ１に与える。その結果、モータ１およびモータ１に結合された機械部２が動作する。

位置検出部３は、モータ１の位置Ｐｆｂを検出して位置制御部４および速度演算部６に与える。

速度演算部６は、モータ位置Ｐｆｂを微分演算してモータ速度Ｖｆｂを算出する。具体的には式（２）を用いてモータ速度Ｖｆｂを算出する。

Ｖｆｂ＝ｓ・Ｐｆｂ ・・・（２）

ただし、式（２）中で、ｓは、ラプラス演算子である。

（１−２−１．第１実施形態に係る速度補償部の動作）
次に速度補償部８の詳細な動作について説明する。
速度補償部８は、速度オブザーバ８０と速度補償演算部９０とを有する。

速度オブザーバ８０は、速度制御部５が算出するトルク指令Ｔｒｅｆと速度演算部６が算出するモータ速度Ｖｆｂとから、速度推定値ｖｏｂｓを算出する。速度オブザーバ８０は、状態量として速度推定値ｖｏｂｓを持つ一般的なオブザーバでよい。従って、例えば式（３）を用いて算出することができる。

ｖｏｂｓ＝ｓ・Ｔｒｅｆ／Ｊｍ（ｓ＋ｗ）２
＋（２・ｓ・ｗ＋ｗ２）・Ｖｆｂ／（ｓ＋ｗ）２ ・・・（３）

ただし、式（３）中で、Ｊｍは、モータ１の慣性モーメント、ｗは、オブザーバゲイン、ｓは、ラプラス演算子である。

オブザーバゲインｗは、小さいほど速度推定値ｖｏｂｓが滑らかになるが応答性が落ち、システム全体の遅れが大きくなるので不安定になりやすくなる。具体的には、速度制御部５の応答周波数をＫｖとした場合、オブザーバゲインｗをＫｖの約１〜２倍程度に設定することで、位置検出部３の検出分解能が低い場合であっても、速度演算部６で算出したモータ速度Ｖｆｂよりも、速度推定値ｖｏｂｓを滑らかな信号とすることができる。また、オブザーバゲインｗは、大きすぎると速度推定値ｖｏｂｓのリップル成分が大きくなり、モータ１の騒音・振動の原因となる。また、位置検出部３の検出分解能が十分高い場合は、モータ速度Ｖｆｂが滑らかであるので、オブザーバゲインｗをできるだけ高い値に設定するか、又は、速度演算部６で算出されるモータ速度ｖｆｂをそのまま速度推定値ｖｏｂｓとして使用することが望ましい。

速度補償演算部９０は、速度推定値ｖｏｂｓを取得して、速度推定値ｖｏｂｓと、速度推定値ｖｏｂｓを微分演算してさらにゲインを乗じた信号とを加算して、加速度補償したモータ補正速度ｖｈ１を算出する。

ここで、図２Ａ及び図２Ｂを参照しつつ、速度補償演算部９０の具体的な構成例について説明する。図２Ａは、本実施形態における速度補償演算部９０の一例を示すブロック図である。図２Ｂは、本実施形態における速度補償演算部９０の他の例を示すブロック図である。

図２Ａに示すように、速度補償演算部９０の一例は、速度推定値ｖｏｂｓを微分する微分器９１と、その微分した値をＫａ倍する増幅器９３と、増幅器９３の出力と速度推定値ｖｏｂｓとを加算してモータ補正速度ｖｈ１を出力する加算器とを有する。即ち、この例に係る速度補償演算部９０は、式（４）を用いてモータ補正速度ｖｈ１を算出することができる。

ｖｈ１＝（１＋Ｋａ・ｓ）・ｖｏｂｓ ・・・（４）

ただし、ｓは、ラプラス演算子、Ｋａは、ゲインである。
ゲインＫａは、システムの状態（システムの遅れ時間や位置制御部４及び速度制御部５における制御パラメータなど）によって最適な値に調整されることが望ましい。これは、ゲインＫａを大きくすると、機械部２の慣性モーメントが大きい場合でも安定した応答が得られるモータ制御装置を構成することができるが、オーバシュートが大きくなる一方、ゲインＫａを小さくすると、機械部２の慣性モーメントの影響により必要な補償量が小さくなるためにシステムが不安定になるためである。

ここで、ゲインＫａを変化させた場合におけるモータ制御装置の動作について、図３Ａ〜図３Ｇに示すシミュレーション結果を参照しつつ説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、速度補償演算部のゲインＫａが適切な値よりも小さい場合のモータ制御装置の動作、図３Ｃ及び図３Ｄは、速度補償演算部のゲインＫａが適切な値に設定された場合のモータ制御装置の動作、図３Ｅ及び図３Ｆは、速度補償演算部のゲインＫａが適切な値よりも大きい場合のモータ制御装置の動作を示している。また、図３Ａ，図３Ｃ及び図３Ｅは、それぞれ各ゲインＫａにおいて位置決めシミュレーションを実施した場合の制御入力Ｕｒｅｆ［Ｎｍ］の時間変化（［ｓ］）を表すグラフである。一方、図３Ｂ，図３Ｄ及び図３Ｆは、それぞれ各ゲインＫａにおいて位置決めシミュレーションを実施した場合の、位置指令Ｐｒｅｆとモータ位置Ｐｆｂとの差である位置偏差（Ｐｒｅｆ−Ｐｆｂ［ｍｒａｄ］）の時間変化（［ｓ］）を表すグラフである。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、Ｋａが適切な値よりも小さすぎる場合には、制御入力Ｕｒｅｆ及び位置偏差（Ｐｒｅｆ−Ｐｆｂ）が発振して、システムが不安定になっていることが確認できる。また、図３Ｅ及び図３Ｆに示すように、Ｋａが適切な値よりも大きい場合には、位置偏差（Ｐｒｅｆ−Ｐｆｂ）がオーバシュートしていることが確認できる。これらに対して、図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、Ｋａが適切な値に設定されている場合には、このような不安定な動作やオーバシュートが発生することを防ぐことが可能であることが確認できる。そこで、速度補償演算部９０のゲインＫａは、図３Ｃ及び図３Ｄに示すような不安定な動作やオーバシュートが発生しない範囲内で予め設定することが望ましい。

また、速度補償演算部９０は、別の構成でもモータ補正速度ｖｈ１を算出することが可能である。この例について、上記図２Ｂを参照しつつ説明する。

図２Ｂに示すように、この例に係る速度補償演算部９０は、図２Ａにおける速度推定値ｖｏｂｓを微分する微分器９１の代わりに、速度推定値ｖｏｂｓを入力とするハイパスフィルタ９２を有する。即ち、この例に係る速度補償演算部９０は、式（４）で示した微分演算をハイパスフィルタ処理に変更した構成により、式（５）を用いてモータ補正速度ｖｈ１を算出することができる。

ｖｈ１＝（１＋Ｋａ・ＨＰＦ）・ｖｏｂｓ ・・・（５）

ただし、Ｋａは、ゲインであり、式（４）で示したものと同様に設定される。
つまり、ゲインＫａを大きくすると、機械部２の慣性モーメントが大きい場合でも安定した応答が得られるモータ制御装置を構成することができるが、オーバシュートが大きくなる。また、ゲインＫａを小さくすると、機械部２の慣性モーメントの影響により必要な補償量が小さくなるためにシステムが不安定になる。従って、ゲインＫａは、このような不安定な動作やオーバシュートが生じない範囲内で、予めシミュレーション等により決定されて設定されることが望ましい。また、ＨＰＦは、ハイパスフィルタである。そして、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、速度推定値ｖｏｂｓの低周波数帯域の信号を除去するためのものであり、例えばＫｖの４倍〜１０倍程度で設定することが望ましい。

（１−３．第１実施形態に係るモータ制御装置の効果の例）
このように、本実施形態に係るモータ制御装置によれば、外乱オブザーバ７０で使用する速度入力として、速度補償部８が算出して外乱補償部７に入力する速度信号の一例である速度推定値ｖｏｂｓを使用している。その結果、このモータ制御装置は、例えば位置検出部３の分解能が所望の分解能よりも低い場合等であっても、外乱オブザーバ７０が算出する外乱推定値Ｄｒｅｆのリップルを抑えることができる。従って、このモータ制御装置は、モータ１の騒音・振動を低減でき、かつ、モータ１を安定的に制御することが可能である。

さらに速度制御部５で使用する速度入力として、速度補償演算部９０がモータ１の加速度を補償するように算出したモータ補正速度ｖｈ１を使用することにより、遅れ補償することができる。従って、外乱オブザーバ７０におけるローパスフィルタのカットオフ周波数を高く設定することが可能となり、例えば、機械部２の慣性モーメントが予想よりも大きい場合などであっても、負荷の慣性モーメントに寄らずに、安定した制御系を構成することができる。

さらにまた、本実施形態に係るモータ制御装置によれば、外乱オブザーバ７０の速度入力（速度補償部８が算出して外乱補償部７に入力する速度信号の一例）として、速度推定値ｖｏｂｓを使用して、速度制御部５で速度指令Ｖｒｅｆとの偏差をとる速度入力として、モータ補正速度ｖｈ１を使用する。よって、位置検出器３の分解能に寄らずに、モータ１の騒音・振動低減等の上記効果を発揮することが可能である。従って、本実施形態に係るモータ制御装置によれば、上述の通り、機械部２の慣性モーメントが非常に大きい場合であって、モータ１の騒音・振動低減等の上記効果を発揮することができるため、例えば機械部２の慣性モーメントが未知の場合であったとしても、その慣性モーメントに寄らずに安定した制御系を構成することができる。

（１−４．第１実施形態に係るモータ制御装置の変更例）
なお、本実施形態に係るモータ制御装置によれば、図４に示すように、外乱オブザーバ７０の速度入力として速度推定値ｖｏｂｓの代わりに、モータ補正速度ｖｈ１（速度補償部８が算出して外乱補償部７に入力する速度信号の他の例）を使用することも可能である。即ち、速度オブザーバ８０で算出する速度推定値ｖｏｂｓと、その速度推定値ｖｏｂｓを微分演算した加速度信号にＫａを乗じた信号とを加算した信号（モータ補正速度ｖｈ１）を外乱オブザーバ７０の速度入力として使用することで遅れ補償をすることができる。従って、この変更例の場合も、上記第１実施形態と同様に、外乱オブザーバ７０におけるローパスフィルタのカットオフ周波数を高く設定することができるので、機械部２の慣性モーメントが非常に大きい場合であっても安定した制御系を構成することができるのである。なお、この変更例でも、上記第１実施形態が奏することが可能な他の作用効果を奏することができることは言うまでもない。

＜２．第２実施形態＞
（２−１．第２実施形態に係るモータ制御装置の構成）
次に、図５等を参照して、本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置について説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置及びモータ制御システムを示すブロック図である。

図５に示すように、本実施形態に係るモータ制御装置は、第１実施形態に係るモータ制御装置の速度補償部８が有する速度補償演算部９０の代わりに、速度補償演算部９０’を有する。そして、この速度補償演算部９０’を有することにより、速度補償部８は、トルク指令Ｔｒｅｆとモータ速度Ｖｆｂとを取得して、第１実施形態におけるモータ補正速度ｖｈ１の代わりに、モータ速度Ｖｆｂの速度を補正した信号である第１モータ補正速度ｖｈ１および第２モータ補正速度ｖｈ２とを算出する（一のモータ補正速度及び他のモータ補正速度の一例）。その他の構成、入出力関係及び動作等については、第１実施形態と同様であるため、ここでの詳しい説明は適宜省略し、以下では、速度補償演算部９０’を中心に説明する。

より具体的に説明すると、本実施形態に係る速度補償演算部９０’は、図５に示すように、第１実施形態に係る速度補償演算部９０と同様に、速度オブザーバ８０から速度推定値ｖｏｂｓを取得する。そして、速度補償演算部９０’は、この速度推定値ｖｏｂｓから、第１モータ補正速度ｖｈ１と第２モータ補正速度ｖｈ２とを算出して、第１モータ補正速度ｖｈ１を速度制御部５に与え、第２モータ補正速度ｖｈ２を外乱補償部７に与える。

従って、速度制御部５は、速度指令Ｖｒｅｆと第１モータ補正速度ｖｈ１との速度偏差を取得して、前記速度偏差が零となるようにトルク指令Ｔｒｅｆを算出する一方、外乱補償部７は、第２モータ補正速度ｖｈ２と電流制御部１０に与える制御入力Ｕｒｅｆから外乱推定値Ｄｒｅｆを算出して、新たな制御入力Ｕｒｅｆを算出する。

一方、速度補償部８は、速度オブザーバ８０と上記速度補償演算部９０’とを有する。
速度オブザーバ８０は、第１実施形態と同様に、トルク指令Ｔｒｅｆとモータ速度Ｖｆｂとから、モータ１の速度の推定値である速度推定値ｖｏｂｓを算出する。そして、速度補償演算部９０’は、第１実施形態と異なり、速度推定値ｖｏｂｓに基づいて、微分制御を加えることで加速度補償した信号である第１モータ補正速度ｖｈ１と第２モータ補正速度ｖｈ２とを算出する。結果、この速度補償部８は、速度推定値ｖｏｂｓに対して速度補償演算部９０’にて加速度補償された信号である第１モータ補正速度ｖｈ１と第２モータ補正速度ｖｈ２とを出力する。なお、第１実施形態と同様に、この速度オブザーバ８０が求める速度推定値ｖｏｂｓは、モータ速度Ｖｆｂと比較して位置検出部３の分解能の影響で発生する量子化誤差によるリップルが小さいモータ１の速度を表す。一方、速度補償演算部９０’が求める第１モータ補正速度ｖｈ１と第２モータ補正速度ｖｈ２も、速度推定値ｖｏｂｓに対して位相進み補償した速度となる。

従って、速度補償部８は、速度制御部５が算出するトルク指令Ｔｒｅｆと、速度演算部６が算出するモータ速度Ｖｆｂとを取得して、速度推定値ｖｏｂｓの速度を補正した信号である第１モータ補正速度ｖｈ１及び第２モータ補正速度ｖｈ２とを算出する。上述の通り、第２モータ補正速度ｖｈ２は外乱補償部７に入力され、第１モータ補正速度ｖｈ１と速度指令Ｖｒｅｆとの偏差が、速度制御部５に入力される。

（２−２．第２実施形態に係るモータ制御装置の動作）
本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置は、速度補償演算部９０’の構成及び動作と、外乱補償部７の速度入力の信号と、が第１実施形態に掛かるモータ制御装置と異なるのみであるので、外乱補償部７の動作及び、速度補償演算部９０’について詳細に記載する。

外乱補償部７は、速度制御部５で算出されたトルク指令Ｔｒｅｆと速度補償部８で算出されたモータ補正速度ｖｈ２とを取得して、外乱オブザーバ７０にて制御入力Ｕｒｅｆとモータ補正速度ｖｈ２とから算出される外乱推定値Ｄｒｅｆをトルク指令Ｔｒｅｆから減じて、新たな制御入力Ｕｒｅｆを算出する。なお、外乱オブザーバ７０としては、トルク指令Ｔｒｅｆとモータ補正速度ｖｈ２とから外乱推定値Ｄｒｅｆを算出可能な様々な外乱オブザーバ７０を使用することが可能である。従って、外乱を推定する一般的なオブザーバでよいが、例えば式（６）を用いて外乱推定値Ｄｒｅｆを算出することができる。

Ｄｒｅｆ＝ＬＰＦ（Ｊｍ・ｓ・ｖｈ２−Ｕｒｅｆ） ・・・（６）

ただし、ｓは、ラプラス演算子、Ｊｍは、モータ１の慣性モーメントである。ＬＰＦは、ローパスフィルタであり、信号のノイズ成分を除去するために設定されているものである。ＬＰＦのカットオフ周波数を大きくすればするほど慣性モーメントが未知である機械部２の慣性モーメントが大きい場合であっても制御系を安定に動作させることができる。なお、ＬＰＦのカットオフ周波数が大きすぎる場合、大きすぎると外乱推定値Ｄｒｅｆの時間遅れが生じるが、本実施形態に係るモータ制御装置では、速度補償部８が速度オブザーバ８０等を有することにより、この時間遅れの影響を低減して制御系を安定化することが可能である。

（２−２−１．第２実施形態に係る速度補償部の動作）
次に本実施形態に係る速度補償部８が有する速度補償演算部９０’の詳細な動作について説明する。

速度補償演算部９０’は、速度推定値ｖｏｂｓを取得して、速度推定値ｖｏｂｓと、その速度推定値ｖｏｂｓを微分演算してさらにゲインを乗じた信号とを加算して、加速度補償した第１モータ補正速度ｖｈ１及び第２モータ補正速度ｖｈ２とを算出する。

ここで、この速度補償演算部９０’動作とあわせて具体的な構成例について、図６Ａ及び図６Ｂを参照しつつ説明する。図６Ａは、本実施形態における速度補償演算部の一例を示すブロック図である。図６Ｂは、本実施形態における速度補償演算部の他の例を示すブロック図である。

図６Ａに示すように、この例に係る速度補償演算部９０’は、速度推定値ｖｏｂｓを微分する微分器９１と、その微分した値をＫａ１倍する増幅器９４と、増幅器９４の出力と速度推定値ｖｏｂｓとを加算して第１モータ補正速度ｖｈ１を出力する加算器と、上記微分器９１で微分した値をＫａ２倍する増幅器９５と、増幅器９５の出力と速度推定値ｖｏｂｓとを加算して第２モータ補正速度ｖｈ２を出力する加算器と、を有する。即ち、この例に係る速度補償演算部９０は、式（７）及び式（８）を用いて第１モータ補正速度ｖｈ１及び第２モータ補正速度ｖｈ２を算出することができる。

ｖｈ１＝（１＋Ｋａ１・ｓ）・ｖｏｂｓ ・・・（７）
ｖｈ２＝（１＋Ｋａ２・ｓ）・ｖｏｂｓ ・・・（８）

ただし、ｓは、ラプラス演算子、Ｋａ１、Ｋａ２は、ゲインである。

ゲインＫａ１は、第１実施形態のゲインＫａと同様に、システムの状態（システムの遅れ時間や位置制御部４及び速度制御部５における制御パラメータなど）によって最適に調整されることが望ましい。これは、ゲインＫａ１を大きくすると、機械部２の慣性モーメントが大きい場合でも安定した応答が得られるモータ制御装置を構成することができるが、オーバシュートが大きくなり、ゲインＫａ１を小さくすると、機械部２の慣性モーメントの影響により必要な補償量が小さくなるためにシステムが不安定になるためである。また、システムの遅れ時間が長い場合にはＫａ１を設定するだけでは安定した応答が得られるモータ制御装置を構成することができない場合がある。この場合、ゲインＫａ２を適切な値に設定することで、安定した応答が得られるモータ制御装置を構成することができる。従って、ゲインＫａ２は、ゲインＫａ１よりも小さい値を設定することが望ましい。更に、システムの遅れ時間が極めて短い場合は、Ｋａ２＝０としてもよい。この場合、第１の実施形態と同じ構成となる。

従って、ゲインＫａ１及びゲインＫａ２の最適な調整方法としては様々な調整方法を使用することが可能である。その一例として、まず、ゲインＫａ１，Ｋａ２を適切な初期値に設定しておいて、システムの遅れ時間に応じてＫａ２を設定する。つまり、システムの遅れ時間が長いほどＫａ２の値を大きくする。また、システムの遅れ時間が極めて短い場合は、Ｋａ２＝０を設定しても良い。次に必要な応答性に応じてＫａ１を設定する。ゲインＫａ１を大きくすると、機械部２の慣性モーメントが大きい場合でも安定した応答が得られるモータ制御装置を構成することができるが、オーバシュートが大きくなる。また、ゲインＫａ１を小さくすると、機械部２の慣性モーメントの影響により必要な補償量が小さくなるためにシステムが不安定になる。なお、ゲインＫａ１が大きすぎる場合と小さすぎる場合とにおける制御入力Ｕｒｅｆ［Ｎｍ］の時間変化（［ｓ］）及び位置指令Ｐｒｅｆとモータ位置Ｐｆｂとの差である位置偏差（Ｐｒｅｆ−Ｐｆｂ［ｍｒａｄ］）の時間変化（［ｓ］）については、基本的に第１実施形態で図３Ａ〜図３Ｆに示したシミュレーション結果と同様になる。従って、ゲインＫａ１は、システムが不安定となったり、オーバシュートが発生しない範囲内で適切に設定されることが望ましい。

また、速度補償演算部９０’は、別の構成でも第１モータ補正速度ｖｈ１及び第２モータ補正速度ｖｈ２を算出することが可能である。この例について、上記図６Ｂを参照しつつ説明する。

図６Ｂに示すように、この例に係る速度補償演算部９０’は、図６Ａにおける速度推定値ｖｏｂｓを微分する微分器９１の代わりに、速度推定値ｖｏｂｓを入力とするハイパスフィルタ９２を有する。即ち、この例に係る速度補償演算部９０は、式（９）及び式（１０）を用いて第１モータ補正速度ｖｈ１及び第２モータ補正速度ｖｈ２を算出することができる。

ｖｈ１＝（１＋Ｋａ１・ＨＰＦ）・ｖｏｂｓ ・・・（９）
ｖｈ２＝（１＋Ｋａ２・ＨＰＦ）・ｖｏｂｓ ・・・（１０）

ただし、Ｋａ１、Ｋａ２は、ゲインであり、式（７）又は式（８）で示したものと同様である。つまり、ゲインＫａ１を大きくすると、機械部２の慣性モーメントが大きい場合でも安定した応答が得られるモータ制御装置を構成することができるが、オーバシュートが大きくなる。ゲインＫａ１を小さくすると、機械部２の慣性モーメントの影響により必要な補償量が小さくなるためにシステムが不安定になる。従って、ゲインＫａ１は、このような不安定な動作やオーバシュートが生じない範囲内で、予めシミュレーション等により決定されて設定されることが望ましい。

また、ゲインＫａ２を大きくするとゲインＫａ１の場合と同様、安定した応答が得られるモータ制御装置を構成することができるが、外乱オブザーバ７０に入力する速度入力信号のリップルが大きくなるので、制御入力Ｕｒｅｆのリップルが大きくなり、モータ１の騒音・振動が大きくなる。ゲインＫａ２を小さくするとモータ１の騒音・振動を小さくすることができるが、システムの遅れ時間が大きい場合に外乱オブザーバ７０におけるローパスフィルタのカットオフ周波数を高く設定できなくなるので、システムが不安定になる場合がある。ただし、システムの遅れ時間が極めて短い場合、Ｋａ２＝０としてもよい。この場合、第１の実施形態と同じ構成となる。また、ＨＰＦは、ハイパスフィルタであり、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、速度推定値ｖｏｂｓの低周波数帯域の信号を除去するためのものであり、例えばＫｖの４倍〜１０倍程度で設定すればよい。

（２−３．第２実施形態に係るモータ制御装置の効果の例）
このように、本実施形態に係るモータ制御装置によれば、外乱オブザーバ７０で使用する速度入力として、速度オブザーバ８０で算出する速度推定値ｖｏｂｓと、その速度推定値ｖｏｂｓを微分演算した加速度信号にゲインＫａ２を乗じた信号とを加算した信号（第２モータ補正速度ｖｈ２）を使用している。従って、本実施形態に係るモータ制御装置によれば、外乱オブザーバ７０が算出する外乱推定値Ｄｒｅｆのリップルを抑えることができ、さらにシステムの遅れ時間の影響を補償することができるので、モータ１の騒音・振動を低減できる。

さらに速度制御部５で使用する速度入力としても、速度オブザーバ８０で算出する速度推定値ｖｏｂｓと、その速度推定値ｖｏｂｓを微分演算した加速度信号にゲインＫａ１を乗じた信号とを加算した信号（第１モータ補正速度ｖｈ１）を使用している。従って、外乱オブザーバ７０におけるローパスフィルタのカットオフ周波数を高く設定できるので、機械部２の慣性モーメントが非常に大きい場合であっても安定した制御系を構成することができるのである。

さらにまた、本実施形態に係るモータ制御装置によれば、外乱オブザーバ７０の速度入力や速度制御部５で速度指令Ｖｒｅｆとの偏差をとる速度入力として、第２モータ補正速度ｖｈ２や第１モータ補正速度ｖｈ１を使用するので、位置検出器３の分解能に寄らずに、モータ１の騒音・振動低減等の上記効果を発揮することが可能である。従って、本実施形態に係るモータ制御装置によれば、上述の通り、機械部２の慣性モーメントが非常に大きい場合であっても、モータ１の騒音・振動低減等の上記効果を発揮することができるため、例えば機械部２の慣性モーメントが未知の場合であったとしても、その慣性モーメントに寄らずに安定した制御系を構成することができる。

この際、本実施形態に係るモータ制御装置によれば、速度制御部５に入力する信号としては第１モータ補正速度ｖｈ１を使用する一方、外乱オブザーバ７０に入力する信号としては、その第１モータ補正速度ｖｈ１を算出するために設定するゲインＫａ１とは異なるゲインＫａ２を設定して算出する第２モータ補正速度ｖｈ２を使用することができる。その結果、第１モータ補正速度ｖｈ１だけではシステムの遅れ時間の影響を補償することができないような時間遅れの大きいモータ制御システムのように、機械２の慣性モーメントが大きい場合であっても、制御入力Ｕｒｅｆのリップルが小さくかつ安定した応答を得ることができる。

更に、この際、第２モータ補正速度ｖｈ２のゲインＫａ２を、第１モータ補正速度ｖｈ１のゲインＫａ１よりも小さく設定することにより、機械２の慣性モーメントが大きい場合における制御入力Ｕｒｅｆのリップル低減及び安定した応答性能を更に向上させることが可能である。

＜３．各実施形態に係るモータ制御装置によるシミュレーション結果＞
ここで、本発明の各実施形態に係るモータ制御装置及びモータ制御システムの作用効果をより明確にするために、負荷の一例である機械部２の慣性モーメント（負荷慣性モーメント）を変化させた場合のシミュレーション結果について説明する。なお、本発明の各実施形態に係るモータ制御装置の実施例として、ここでは図１で説明した上記第１実施形態に係るモータ制御装置等を使用した。ただし、上述の通り、この実施例で説明する作用効果については、上記第１実施形態の変更例、第２実施形態及びその変更例に係るモータ制御装置等のいずれもが奏することが可能であることは言うまでもない。また、この本実施例の作用効果が明確になるように、比較例として、特許文献１で説明した上記の第１の従来技術に係るモータ制御装置（比較例１）と、特許文献２で説明した上記の第２の従来技術に係るモータ制御装置（比較例２）とを使用した。なお、シミュレーションの結果としては、上記ゲインＫａの設定例のところで示した図３Ａ〜図３Ｆと同様に、各負荷慣性モーメントにおける実施例、比較例１及び比較例２それぞれについて、制御入力Ｕｒｅｆ［Ｎｍ］（その相当値を含む。）の時間変化（［ｓ］）と、位置指令Ｐｒｅｆとモータ位置Ｐｆｂとの差である位置偏差（Ｐｒｅｆ−Ｐｆｂ［ｍｒａｄ］）（その相当値を含む。）の時間変化（［ｓ］）とを、算出した。

ただし、このシミュレーションを行うにあたり、制御ゲインは、ナイキスト周波数に対して十分に小さい値（１／４００程度）に設定した。そして、入力位置指令Ｐｒｅｆとして、一般的なサーボモータで要求される程度の加減速時間（１００ｍｓ）及び最高速度（１０００ｒｐｍ）となるような速度指令パターンの位置指令Ｐｒｅｆを入力した。

（３−１．第１のシミュレーション結果）
図７Ａ〜図７Ｆに、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントＪｍとほぼ同程度の値に設定した場合のシミュレーション結果を示す。なお、図７Ａ及び図７Ｂは、本実施例に係るシミュレーション結果、図７Ｃ及び図７Ｄは、比較例１に係るシミュレーション結果、図７Ｅ及び図７Ｆは、比較例２に係るシミュレーション結果をそれぞれ示す。そして、図７Ａ，図７Ｃ及び図７Ｅは、各例における制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を示し、図７Ｂ，図７Ｄ及び図７Ｆは、各例における位置偏差の時間変化を示す。

図７Ｂ，図７Ｄ及び図７Ｆに示すように、位置偏差のシミュレーション波形を比較すると、比較例１に係るモータ制御装置を用いた場合、比較例２に係るモータ制御装置を用いた場合、及び、本実施例に係るモータ制御装置を用いた場合、全ての条件で安定に動作していることが判る。

しかしながら、図７Ａ，図７Ｃ及び図７Ｅに示すように、制御入力Ｕｒｅｆのシミュレーション波形を比較すると、本実施例に係るモータ制御装置を用いた場合は、比較例１に係るモータ制御装置を用いた場合及び比較例２に係るモータ制御装置を用いた場合に比べて、リップルが小さいことが判る。すなわち、本発明の各実施形態に係るモータ制御装置は、負荷慣性モーメントがモータ慣性モーメントと同程度である場合、モータ１の騒音・振動を低減することが可能であることが見て取れる。

（３−２．第２のシミュレーション結果）
図８Ａ〜図８Ｆに、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントＪｍの３０倍の値に設定した場合のシミュレーション結果を示す。なお、図８Ａ及び図８Ｂは、本実施例に係るシミュレーション結果、図８Ｃ及び図８Ｄは、比較例１に係るシミュレーション結果、図８Ｅ及び図８Ｆは、比較例２に係るシミュレーション結果をそれぞれ示す。そして、図８Ａ，図８Ｃ及び図８Ｅは、各例における制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を示し、図８Ｂ，図８Ｄ及び図８Ｆは、各例における位置偏差の時間変化を示す。この第２のシミュレーション結果からは、第１のシミュレーション結果とほぼ同様なことが言える。より詳しく説明すれば以下の通りである。

つまり、図８Ｂ，図８Ｄ及び図８Ｆに示すように、位置偏差のシミュレーション波形を比較すると、比較例１に係るモータ制御装置を用いた場合、比較例２に係るモータ制御装置を用いた場合、及び、本実施例に係るモータ制御装置を用いた場合、全ての条件で安定に動作していることが判る。

しかしながら、図８Ａ，図８Ｃ及び図８Ｅに示すように、制御入力Ｕｒｅｆのシミュレーション波形を比較すると、本実施例に係るモータ制御装置を用いた場合は、比較例１に係るモータ制御装置を用いた場合及び比較例２に係るモータ制御装置を用いた場合に比べて、リップルが小さいことが判る。すなわち、本発明の各実施形態に係るモータ制御装置は、負荷慣性モーメントがモータ慣性モーメントに比べて大きな値（３０倍）になった場合であっても、モータ１の騒音・振動を低減することが可能であることが見て取れる。

次に、図７Ａ〜図８Ｆに示した第１及び第２のシミュレーション条件と比較して、制御器の遅れ時間（例えば制御演算遅れや検出器の通信遅れなどに対応）を大きな値に設定した場合における同様のシミュレーション結果について、第３及び第４のシミュレーション結果として説明する。なお、この第３及び第４のシミュレーション結果では、制御器の遅れ時間を大きな値に設定されること、つまり、検出器の通信遅れ時間が第１及び第２のシミュレーション条件よりも長く設定されること以外、上記第１及び第２のシミュレーションと同様の条件を使用した。

（３−３．第３のシミュレーション結果）
図９Ａ〜図９Ｆに、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントＪｍとほぼ同程度の値に設定した場合のシミュレーション結果を示す。なお、図９Ａ及び図９Ｂは、本実施例に係るシミュレーション結果、図９Ｃ及び図９Ｄは、比較例１に係るシミュレーション結果、図９Ｅ及び図９Ｆは、比較例２に係るシミュレーション結果をそれぞれ示す。そして、図９Ａ，図９Ｃ及び図９Ｅは、各例における制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を示し、図９Ｂ，図９Ｄ及び図９Ｆは、各例における位置偏差の時間変化を示す。

図９Ｂ，図９Ｄ及び図９Ｆに示すように、位置偏差のシミュレーション波形を比較すると、比較例１に係るモータ制御装置を用いた場合には、位置偏差が発振してしまい動作が不安定である一方、本実施例に係るモータ制御装置では、このような場合であっても、安定した動作が可能であることが判る。

そして、図９Ａ，図９Ｃ及び図９Ｅに示すように、制御入力Ｕｒｅｆのシミュレーション波形を比較すると、本実施例に係るモータ制御装置を用いた場合は、比較例１及び比較例２に係るモータ制御装置を用いた場合に比べて、リップルを大幅に低減できることが判る。すなわち、制御器の遅れ時間が大きな値に設定されたとしても、本発明の各実施形態に係るモータ制御装置は、負荷慣性モーメントがモータ慣性モーメントと同程度である場合に、安定した動作が可能なだけでなく、モータ１の騒音・振動を低減することが可能であることが見て取れる。

（３−４．第４のシミュレーション結果）
図１０Ａ〜図１０Ｆに、負荷慣性モーメントをモータ慣性モーメントＪｍ３０倍の値に設定した場合のシミュレーション結果を示す。なお、図１０Ａ及び図１０Ｂは、本実施例に係るシミュレーション結果、図１０Ｃ及び図１０Ｄは、比較例１に係るシミュレーション結果、図１０Ｅ及び図１０Ｆは、比較例２に係るシミュレーション結果をそれぞれ示す。そして、図１０Ａ，図１０Ｃ及び図１０Ｅは、各例における制御入力Ｕｒｅｆの時間変化を示し、図１０Ｂ，図１０Ｄ及び図１０Ｆは、各例における位置偏差の時間変化を示す。この第４のシミュレーション結果からは、第３のシミュレーション結果とほぼ同様なことが言える。より詳しく説明すれば以下の通りである。

図１０Ｂ，図１０Ｄ及び図１０Ｆに示すように、位置偏差のシミュレーション波形を比較すると、比較例１に係るモータ制御装置を用いた場合には、位置偏差が発振してしまい動作が不安定である一方、本実施例に係るモータ制御装置では、このような場合であっても、安定した動作が可能であることが判る。

そして、図１０Ａ，図１０Ｃ及び図１０Ｅに示すように、制御入力Ｕｒｅｆのシミュレーション波形を比較すると、本実施例に係るモータ制御装置を用いた場合は、比較例１及び比較例２に係るモータ制御装置を用いた場合に比べて、リップルを大幅に低減できることが判る。すなわち、制御器の遅れ時間が大きな値に設定されたとしても、本発明の各実施形態に係るモータ制御装置は、負荷慣性モーメントがモータ慣性モーメントと同程度である場合に、安定した動作が可能なだけでなく、モータ１の騒音・振動を低減することが可能であることが見て取れる。

（３−３．シミュレーションにおけるまとめ）
以上、第１〜第４のシミュレーション結果で示したとおり、本発明の各実施形態に係るモータ制御装置は、モータに取り付けられた機械部２の負荷慣性モーメントが非常に大きい場合であっても安定して動作し、かつ、その負荷慣性モーメントの大小に依存せずに制御入力Ｕｒｅｆのリップルを抑えることが可能である。従って、本発明の各実施形態に係るモータ制御装置は、モータ１の騒音・振動を低減することが可能である。また、同様に負荷慣性モーメントの大小に依存せずに、外乱オブザーバ７０におけるローパスフィルタのカットオフ周波数を高く設定することが可能であり、安定した制御系を構成することができる。さらに、制御器の遅れ時間が大きい場合であっても、安定した制御系を構成することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明した。しかしながら、本発明はこれらの実施形態の例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、様々な変更や修正を行うことに想到できることは明らかである。従って、これらの変更後や修正後の技術も、当然に本発明の技術的範囲に属するものである。

１ モータ
２ 機械部（負荷）
３ 位置検出部
４ 位置制御部
５ 速度制御部
６ 速度演算部
７ 外乱補償部
８ 速度補償部
１０ 電流制御部
７０ 外乱オブザーバ
８０ 速度オブザーバ
９０ 速度補償演算部
９０’ 速度補償演算部
９１ 微分器
９２ ハイパスフィルタ
９３ 増幅器
９４ 増幅器
９５ 増幅器

Claims (8)

1. 外部から入力する位置指令と位置検出部が検出するモータ位置とに基づいて、負荷を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、
   少なくとも前記位置指令に応じて生成される制御入力に基づいて、該制御入力が表すトルクで前記モータが前記負荷を駆動するように前記モータに電圧指令又は電流指令を印加する電流制御部と、
   前記位置検出部が検出したモータ位置から、前記モータのモータ速度を算出する速度演算部と、
   前記位置検出部が検出したモータ位置と前記位置指令との差である位置偏差に基づいて、該位置偏差が零となるように速度指令を算出する位置制御部と、
   前記速度演算部が算出したモータ速度と、前記速度制御部が算出するトルク指令とに基づいて、モータ補正速度を算出する速度補償部と、
   前記速度補償部が算出したモータ補正速度と、前記位置制御部が算出した速度指令との偏差である速度偏差に基づいて、該速度偏差が零となるように前記トルク指令を算出する速度制御部と、
   前記速度演算部が算出した前記モータ速度に応じて前記速度補償部が算出する速度信号と、前記速度制御部が算出するトルク指令とに基づいて、前記モータに加わる外力を補償するように前記制御入力を算出して、該制御入力を前記電流制御部に出力する外乱補償部と、
   を有し、
   前記速度補償部は、
   前記速度演算部が算出したモータ速度と、前記速度制御部が算出するトルク指令とに基づいて、前記モータ速度の推定値である速度推定値を算出する速度オブザーバと、
   前記速度オブザーバが算出した速度推定値に基づいて、前記モータの加速度を補償した前記モータ補正速度を算出する速度補償演算部と、
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記速度補償部が算出して前記外乱補償部に入力する速度信号は、前記速度補償部の前記速度補償演算部で算出されるモータ補正速度であることを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記速度補償部の前記速度補償演算部は、前記速度オブザーバが算出した速度推定値に基づいて、相異なるゲインで２の前記モータ補正速度を算出し、
   前記速度制御部は、一の前記モータ補正速度と、前記位置制御部が算出した速度指令との偏差である速度偏差に基づいて前記トルク指令を算出し、
   前記外乱補償部は、他の前記モータ補正速度と、前記速度制御部が算出するトルク指令とに基づいて前記制御入力を算出することを特徴とする、請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記速度補償演算部は、前記一のモータ補正速度を、前記他のモータ補正速度よりも大きなゲインで算出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. 前記速度補償部が算出して前記外乱補償部に入力する速度信号は、前記速度補償部の前記速度オブザーバで算出される速度推定値であることを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御装置。
6. 前記速度補償演算部は、前記速度推定値と、前記速度推定値を微分した後ゲインを乗じた信号とを加算して、前記モータ補正速度を算出することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
7. 前記速度補償演算部は、前記速度推定値と、前記速度推定値をハイパスフィルタでフィルタ処理した後ゲインを乗じた信号とを加算して、前記モータ補正速度を算出することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
8. モータのモータ位置を検出する位置検出部と、
   外部から入力する位置指令と前記位置検出部が検出するモータ位置とに基づいて、前記モータを制御するモータ制御装置と、
   を有し、
   前記モータ制御装置は、
   少なくとも前記位置指令に応じて生成される制御入力に基づいて、該制御入力が表すトルクで前記モータが前記負荷を駆動するように前記モータに電圧指令又は電流指令を印加する電流制御部と、
   前記位置検出部が検出したモータ位置から、前記モータのモータ速度を算出する速度演算部と、
   前記位置検出部が検出したモータ位置と前記位置指令との差である位置偏差に基づいて、該位置偏差が零となるように速度指令を算出する位置制御部と、
   前記速度演算部が算出したモータ速度と、前記速度制御部が算出するトルク指令とに基づいて、モータ補正速度を算出する速度補償部と、
   前記速度補償部が算出したモータ補正速度と、前記位置制御部が算出した速度指令との偏差である速度偏差に基づいて、該速度偏差が零となるように前記トルク指令を算出する速度制御部と、
   前記速度演算部が算出した前記モータ速度に応じて前記速度補償部が算出する速度信号と、前記速度制御部が算出するトルク指令とに基づいて、前記モータに加わる外力を補償するように前記制御入力を算出して、該制御入力を前記電流制御部に出力する外乱補償部と、
   を有し、
   前記速度補償部は、
   前記速度演算部が算出したモータ速度と、前記速度制御部が算出するトルク指令とに基づいて、前記モータ速度の推定値である速度推定値を算出する速度オブザーバと、
   前記速度オブザーバが算出した速度推定値に基づいて、前記モータの加速度を補償した前記モータ補正速度を算出する速度補償演算部と、
   を有することを特徴とするモータ制御システム。

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