JP3339246B2 - 低慣性化制御による２慣性共振系の振動抑制装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は低慣性化制御による振
動抑制装置に係り、特にモータと負荷が弾性軸で結合さ
れているような２慣性共振系の振動抑制装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エレベータや鉄鋼の圧延機，ロボットの
アームなどにおいて電動機と負荷が剛性の低い軸で結合
されていると、軸ねじり振動が発生し、速度制御系の応
答を速くすることができなくなるという問題がある。軸
ねじり振動は電動機と負荷との慣性モーメントの比によ
って影響を受け、特に負荷の慣性モーメントが電動機よ
り小さい場合はより振動的となり、振動抑制制御はさら
に困難なものになる。近年、軸トルクを高速に推定し、
トルク指令へフィードバックすることにより、見かけ上
のモータ慣性を低くして、安定化を図る共振比（モータ
共振周波数と例えばロボットのアーム共振周波数との
比）制御手段が提案されている。（参考文献Ａ：電学
論、１１３巻１０号、平成５年；共振比制御による２慣
性共振系の振動抑制制御） 上記文献の共振比制御を用いると、負荷の慣性がモータ
の慣性より小さい場合でも、良好な振動抑制効果が得ら
れる。しかし、外乱抑圧効果が低下するので、負荷トル
クオブザーバを追加して外乱抑圧効果を向上させる方式
も提案されている。（参考文献Ｂ：平成５年電気学会全
国大会、６６９；共振比制御とＳＦＣによる２慣性系の
制御） 上記のほか、１慣性系における低慣性化制御方法につい
ても提案されている。（参考文献Ｃ：平成３年電気学会
産業応用部門全国大会、１４２；誘導機を用いた低慣性
化制御方式） まず、軸ねじり振動系（２慣性系）について述べる。軸
ねじり振動系については、特開平４−３１９７１５号公
報がある。次にこの公報を基に軸ねじり振動系の運動方
程式を示す。図１５に示す２慣性系のモデルから次の運
動方程式が得られる。

【０００３】

【数１】

【０００４】（３）式は次のように表すことができる。

【０００５】

【数２】

【０００６】上記式を用いてねじり振動系のブロック図
を描くと、図１６のようになる。ここで、τ_Mはモータ
の発生トルク、τ_Sは軸トルク、τ_Lは負荷トルク、
ω_M，ω_Lはモータ及び負荷の角速度、θ_M，θ_Lはモータ
の角変位、Ｔ_M，Ｔ_Lはモータの機械時定数（定格トルク
⇒定格回転数）、Ｔ_Sは軸のばね時定数＝１／Ｋｍ，Ｒ
ｍは軸の粘性係数である。

【０００７】次に軸ねじり振動系の伝達関数について述
べる。粘性係数Ｒｍ（Ｒｍ＝０とする）を無視したモデ
ルでの発生トルクτ_Mからモータ速度（角速度）ω_M，負
荷速度（角速度）ω_Lまでの伝達関数Ｇ_MM（Ｓ）とＧ_ML
（Ｓ）を求める。τ_Mからω_Mまでの伝達関数Ｇ_MM（Ｓ）
を求めると（５）式のようになる。

【０００８】

【数３】

【０００９】また、τ_Lからω_Mまでの伝達関数Ｇ
_LM（Ｓ）は（６）式のようになる。

【００１０】

【数４】

【００１１】次に、τ_Mからω_Lまでの伝達関数Ｇ
_ML（Ｓ）を求めると、（７）式のようになる。

【００１２】

【数５】

【００１３】さらに、τ_Lからω_Lまでの伝達関数Ｇ
_LL（Ｓ）は（８）式のようになる。

【００１４】

【数６】

【００１５】ここで、二次遅れ系の伝達関数Ｋω_n ²／Ｓ
²＋２ζω_n＋ω_n ²の一般表現と比較すると、（９）式と
なる。

【００１６】

【数７】

【００１７】つまり、粘性係数Ｒｍ＝０と近似したこと
によりζ＝０となり、永久振動系となる。また、その共
振周波数はω_nとなる。伝達関数の分母

【００１８】

【数８】

【００１９】とする極を求めると（１１）式のようにな
る。

【００２０】

【数９】

【００２１】（１１）式から極が虚軸上に存在するた
め、振動系である。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】上述した参考文献Ａ，
Ｂに示されている共振比制御では軸トルクオブザーバの
ゲインを大きくし、高速に軸トルクτ_Sを推定する必要
がある。しかし、速度検出ノイズ等を考慮すると、オブ
ザーバゲインを大きくできないことがあり、振動抑制効
果が低減するという問題がある。

【００２３】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、軸トルクオブザーバのゲインが小さいときでも、
２慣性共振系の振動抑制効果を向上させることができる
ようにした低慣性化制御による２慣性共振系の振動抑制
装置を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、第１発明、軸トルクオブザーバを有
する２慣性共振系と、モータの角速度指令と２慣性共振
系の角速度との偏差出力を増幅する比例ゲインの速度ア
ンプと、この速度アンプの出力が供給され、出力に外乱
が送出されないようにする外乱抑圧機能部と、この外乱
抑圧機能部からの出力が供給され、前記２慣性共振系に
振動が発生しないように抑制する振動抑制回路とを備
え、 前記振動抑制回路は１次遅れフィルタ部と、このフ
ィルタ部の出力が供給される低慣性化ゲイン部と、この
ゲイン部の出力と１次遅れフィルタ部の入力とを加算す
る加算部とからなることを特徴とするするものである。

【００２５】

【００２６】第２発明は、前記振動抑制回路は１次遅れ
回路と１次進み回路からなることを特徴とするものであ
る。

【００２７】第３発明は、前記外乱抑圧機能部を負荷ト
ルクオブザーバで構成したことを特徴とするものであ
る。

【００２８】第４発明は、前記外乱抑圧機能部と振動抑
制回路との間に、軸トルク推定値から負荷トルク推定値
を引き算したフィードバック回路部を介挿したことを特
徴とするものである。

【００２９】

【００３０】第５発明は、前記外乱抑圧機能部をＰＩ要
素と速度フィードバックおよびゲイン部からなる回路で
構成したことを特徴とするものである。

【００３１】第６発明は、前記ＰＩ要素と速度フィード
バックおよびゲイン部からなる回路と振動抑制回路との
間に、軸トルク推定値から負荷トルク推定値を引き算し
たフィードバック回路部を介挿したことを特徴とするも
のである。

【００３２】第７発明は、モータと負荷が弾性軸で結合
された２慣性共振系と、この２慣性共振系のモータの角
速度指令と２慣性共振系の角速度との偏差出力を増幅す
るＰＩ速度アンプと、前記２慣性共振系に設けられ、軸
トルク推定値が一次遅れフィルタを通して得られる軸ト
ルクオブザーバと、その一次遅れフィルタを補償する一
次進み遅れフィルタと、この一次進み遅れフィルタから
得られる軸トルク推定値を（慣性比−１）倍するゲイン
部と、このゲイン部の出力とトルク指令値の慣性比倍と
の偏差を出力する偏差部と、この偏差部の出力が入力さ
れ、前記２慣性共振系のモータへトルク指令を与える補
償フィルタとを備えたことを特徴とするものである。

【００３３】第８発明は、前記速度アンプをＰＩアンプ
又は比例ゲインとし、この速度アンプと偏差部との電路
に外乱抑圧機能部を介挿したことを特徴とするものであ
る。

【００３４】第９発明は、前記外乱抑圧機能部を負荷ト
ルクオブザーバで構成したことを特徴とするものであ
る。

【００３５】第１０発明は、前記外乱抑圧機能部と偏差
部との間に、軸トルク推定値から負荷トルク推定値を引
き算したフィードバック回路部を介挿したことを特徴と
すものである。

【００３６】

【作用】第１発明から第６発明において、軸トルクオブ
ザーバを有する２慣性共振系の角速度とモータの角速度
指令との偏差出力を比例ゲインの速度アンプで増幅す
る。この速度アンプの増幅出力は、外乱抑圧機能部或い
は負荷トルクオブザーバに供給される。このとき、その
出力は外乱の影響を抑制する信号になる。この外乱の影
響を抑制する信号出力が振動抑制回路に供給されると、
ここで振動が抑制されるために２慣性共振系の振動が抑
制される。

【００３７】第７発明において、軸トルクオブザーバに
一次進み遅れフィルタを設けるとともにモータへのトル
ク指令に対する補償フィルタを設けたので、振動抑制効
果が得られ、２慣性共振系の振動が抑制される。

【００３８】第８発明から第１０発明においては、外乱
抑圧機能部或いは負荷トルクオブザーバを用いているの
で、その出力は外乱の影響を抑制する信号になる。この
外乱の影響を抑制する信号出力が補償フィルタおよび軸
トルクオブザーバに供給されると、ここで振動が抑制さ
れるために２慣性共振系の振動が抑制される。

【００３９】

【実施例】以下この発明の一実施例を図面に基づいて説
明するに当たっては、この発明では軸トルクを推定し、
低慣性化制御を行うことにより、軸ねじり振動抑制を実
行する手段を採っている。このため、まず、最小次元オ
ブザーバについて述べる。トルク指令τ_Mからモータ速
度ω_Mまでのブロック図は図１７のようになる。ここ
で、軸トルクτ_Sをステップ状の一定値と仮定する。そ
のため、軸トルク微分値を０と考える。図１７より状態
方程式を求めると、（１２）式のようになる。

【００４０】

【数１０】

【００４１】（１２）式は次の（１３）、（１４）式の
ように表すことができる。

【００４２】

【数１１】

【００４３】モータ速度ω_Mは測定可能なので、軸トル
クτ_Sを最小次元オブザーバを用いて推定する。この最
小次元オブザーバから、ゴピナス氏の方法を用いて軸ト
ルク推定オブザーバを求めると、図１８のようになる。

【００４４】次に低慣性化制御と共振比制御の比較を行
う。前述した参考文献Ｃに示されている低慣性化制御に
ついて、その概要を述べる。図１９は低慣性化制御が必
要とされる応用例で、この図１９は自動車のトランスミ
ッションＴＭの試験装置であり、ダイナモメータＤＹ１
がエンジンを、ダイナモメータＤＹ２が負荷を模擬する
制御を行う。ここで、エンジンは慣性が小さいために、
ダイナモメータＤＹ１の慣性を見かけ上小さくして、エ
ンジンに見合った形に制御することが要求される。この
ため、低慣性化制御が提案された。図２０は低慣性化制
御のブロック図で、２１０は入力トルクτ_iが供給さ
れ、出力に入力トルク推定値∧τ_iを送出する１次遅れ
フィルタ回路部（Ｔ_Fは１次遅れ時定数）で、この入力
トルク推定値は第１偏差器２１１のプラス端に与えられ
る。この第１偏差器２１１のマイナス端には後述する負
荷トルクオブザーバ２１２からの負荷トルク推定値τ_L
が与えられる。

【００４５】２１３は慣性モーメント演算部で、この演
算部２１３には第１偏差器２１１の偏差出力が与えられ
る。慣性モーメント演算部２１３の出力は入力トルクと
加算器２１４で加算され、その出力にモータ発生トルク
τ_Mを得る。このモータ発生トルクは第２偏差器２１５
のプラス端と負荷トルクオブザーバ２１２の第３偏差器
２１２ａのプラス端に与えられる。第２偏差器２１５の
マイナス端には負荷トルクτ_Lが与えられ、第２偏差器
２１５の偏差出力は図１９に示したダイナモメータＤＹ
１とＤＹ２を１慣性系としたときの慣性モーメントの総
和Ｔ_MLの積分要素部２１６に入力される。Ｔ_MLの積分要
素２１６の出力にはモータの角速度ω_Mが得られる。負
荷トルクオブザーバ２１２は第３偏差器２１２ａの偏差
出力が入力されるオブザーバの慣性モーメントＴ_ML＊の
積分要素部２１２ｂと、この積分要素部２１２ｂの出力
に得られるモータ角速度推定値∧ω_M’とモータ角速度
ω_Mとの偏差を採る第４偏差器２１２ｃと、この第４偏
差器２１２ｃの偏差出力が供給されるオブザーバゲイン
部２１２ｄとから構成される。負荷トルクオブザーバ２
１２の出力には負荷トルク推定値が得られ、この推定値
は第３偏差器２１２ａと第１偏差器２１１に供給され
る。図２０において、慣性モーメント演算部２１３のＴ
_m＊は低慣性化したときの慣性モーメントである。

【００４６】図２０より次の（１５）〜（１７）式が求
まる。

【００４７】

【数１２】

【００４８】ここで、Ｔ_ML＝Ｔ_ML＊と仮定すると、（１
５）〜（１７）式より次の（１８）式が求まる。

【００４９】

【数１３】

【００５０】つまり、負荷トルクを１次遅れで推定した
値が負荷トルク推定値∧τ_Lとなる。ここで、図２０の
低慣性化制御の原理を述べる。図２０を変形すると、図
２１となる。図２１で負荷トルク推定と入力トルク推定
が非常に高速であると仮定すると、モータの加減速トル
クτ_ACは次の式で表わされる。

【００５１】

【数１４】

【００５２】上記（１９）式において、Ｔ_ML＝Ｔ_ML＊と
仮定すると、このトルクτ_ACからモータ角速度ω_Mまで
の関係は次の（２０）式となり、モータの慣性が見かけ
上Ｔ_m＊となる。

【００５３】

【数１５】

【００５４】以上から負荷トルク推定の高速化が可能な
ら図２０により低慣性化制御が可能となる。

【００５５】次に参考文献Ａ，Ｂに示されている共振比
制御について述べる。図１６において、Ｒ_m＝０近似し
たときの２慣性系のブロック図を示すと、図２２にな
る。図２２において、各符号は図１６と同じである。こ
こで、モータ発生トルクτ_Mとモータの角速度ω_Mを用い
て図１８の軸トルクオブザーバを構成し、軸トルク推定
値∧τ_Sを（１−Ｋ）倍して、フィードフォワード補償
を行う。そのときの構成図を図２３に示す。図２３で軸
トルク推定値が高速に推定できるとして、軸トルク推定
値∧τ_S≒τ_Sと仮定すると図２４のようになる。図２４
を変形して参考文献Ｂに示した共振比制御のブロック図
を導出すると図２５のようになる。図２５より共振比制
御を行うと、モータ慣性が見かけ上（１／Ｋ）となる。
また、図２４の補償回路ではτ_i’の後に（１／Ｋ）が
でてくるので、トルク指令をＫ倍する必要がある。ここ
で、参考文献Ａ，Ｂより共振比ＲとＫの関係は次式とし
て得られる。

【００５６】 Ｋ＝Ｔ_M（Ｒ²−１）／Ｔ_L …………（２１） Ｒ：参考文献ＡよりＲ²＝５が振動抑制の最適値 上述した低慣性化制御と共振比制御より次の置換を行う
と、低慣性化制御は共振比制御と全く同一となる。すな
わち、次の（１）〜（３）の置換を行うことにより参考
文献ＢのＳＦＣ挿入前のブロック図と等価になる。
（１）図２０に示す低慣性化制御は１慣性系として扱わ
れているが、ダイナモメータＤＹ１とダイナモメータＤ
Ｙ２に分けて２慣性系として取り扱う。（Ｔ_ML→Ｔ_Mと
して取り扱う）、（２）図２０に示すＴ_ML＊→Ｔ_M＊と
する。（３）図２０に示すＴ_ML＊／Ｔ_m＝Ｋとする。

【００５７】図１はこの発明の第１実施例を示すブロッ
ク図で、この図１において、１１はモータの角速度指令
ω_M＊とモータの角速度ω_Mとの偏差を採る第１偏差器
で、この第１偏差器１１の偏差出力は、ＰＩ制御または
Ｐ制御からなる速度アンプ（Ｋωｃ）１２に入力され
る。この速度アンプ１２の出力は外乱抑圧機能部（以下
ＳＦＣ部と称する）１３に供給される。このＳＦＣ部１
３はオブザーバの慣性モーメントＴ_ML＊の積分要素部１
３ａと、この積分要素部１３ａの出力と、モータの角速
度との偏差を採る第２偏差器１３ｂと、この第２偏差器
１３ｂの偏差出力をゲイン部１３ｃを介して速度アンプ
１２の出力と加算する加算器１３ｄとから構成される。

【００５８】ＳＦＣ部１３の出力、すなわち加算器１３
ｄの出力は入力トルクτ_iとして加算器１４と振動抑制
回路となる１次遅れフィルタ部１５に入力される。１次
遅れフィルタ部１５の出力は第３偏差器１６のプラス端
に与えられ、マイナス端には軸トルクオブザーバ１７か
らの軸トルク推定値∧τ_Sが与えられる。この第３偏差
器１６の出力は低慣性化のゲイン部１８を介して加算器
１４に供給され、この加算器１４で入力トルクとゲイン
部１８の出力が加算されて出力にモータトルクτ_Mを得
る。このモータトルクは図２２に示すような２慣性系回
路部１９に入力されるとともに、軸トルクオブザーバ１
７に供給される。軸トルクオブザーバ１７は第４偏差器
１７ａの偏差出力が入力されるオブザーバの慣性モーメ
ントＴ_ML＊の積分要素部１７ｂと、この積分要素部１７
ｂの出力に得られるモータ角速度推定値∧ω_M’とモー
タ角速度ω_Mとの偏差を採る第５偏差器１７ｃと、この
第５偏差器１７ｃの偏差出力が供給されるオブザーバゲ
イン部（Ｋｅｓ）１７ｄとから構成される。

【００５９】図１において、Ｔ_ML＊はＴ_M＋Ｔ_Lに、Ｔ_M
＊はＴ_Mに設定する。ＫｅはＳＦＣのゲイン、Ｔ_Fは１次
遅れフィルタ部の時定数、Ｋｅｓは軸トルクオブザーバ
のゲイン、Ｋは低慣性化のゲインである。

【００６０】次に上記実施例の動作について述べる。モ
ータ角速度指令ω_M＊とモータ角速度ω_Mとの偏差が第１
偏差器１１で検出される。この偏差出力は速度アンプ１
２を経てＳＦＣ部１３に入力され、ここで、外乱が抑圧
されて、出力に入力トルクτ_iが得られる。この入力ト
ルクは１次遅れフィルタ部１５に入力されると、この１
次遅れフィルタ部１５の時定数Ｔ_Fの影響を受けた出力
が送出される。この出力と軸トルクオブザーバ１７の出
力とが第３偏差器１６に与えられて、偏差出力が送出さ
れる。このとき、軸トルクオブザーバ１７のゲインが小
さい場合でも、偏差出力は低慣性化ゲイン部１８を介し
て入力トルクと加算されてモータ発生トルクτ_Mが得ら
れる。この発生トルクが２慣性系回路部１９と軸トルク
オブザーバ１７に供給されるので、２慣性系においても
振動抑圧効果を向上させることができるようになる。

【００６１】図２はこの発明の第２実施例を示すもの
で、この第２実施例は第１実施例のＳＦＣ部１３を変形
して、ＰＩ要素と速度フィードバックおよびゲイン部で
置換した回路部２１で構成したものである。この第２実
施例の動作も第１実施例と同様であるが、この実施例で
はＰＩ要素が現れるので、速度アンプ１２は比例ゲイン
Ｋωｃのみで構成してもよい。

【００６２】図２の実施例において、入力トルクτ_i以
降の変形は図３Ａ，Ｂのようになり、速度アンプ１２の
出力τ_A以降のブロック図を示すと図４のようになる。
図４において、Ｈ（Ｓ）は次式のようになる。

【００６３】

【数１６】

【００６４】ここで、Ｔ_F＝０とすれば、共振比制御と
ＳＦＣの組み合わせたものとなり、このときの、Ｈ
（Ｓ），Ｇ１（Ｓ）は次式のようになる。

【００６５】

【数１７】

【００６６】また、Ｔ_F＝Ｔ_M＊／Ｋｅｓとすれば、低慣
性化制御とＳＦＣの組み合わせたものとなり、このとき
の、Ｈ（Ｓ），Ｇ１（Ｓ）は次式のようになる。

【００６７】

【数１８】

【００６８】上記（２２）〜（２６）式を比較すると、
低慣性化制御においてＴ_F≠０，Ｔ_F≠Ｔ_M＊／Ｋｅｓに
設定することにより、Ｈ（Ｓ）の分子が２次となる。こ
れにより、微分の次数が上がり、ねじり振動抑制効果が
改善できる。

【００６９】図５はこの発明の第３実施例を示すもの
で、この第３実施例は第１実施例のＳＦＣ部１３に代え
て負荷トルクオブザーバ２２を設けたものである。

【００７０】図６はこの発明の第４実施例を示すもの
で、この第４実施例は第１実施例のＳＦＣ部１３の出力
を軸トルク推定値から負荷トルク推定値を引き算したフ
ィードバック回路部２３を設けたものである。図６にお
いて、Ｋ_Tは軸トルク推定値から負荷トルク推定値を引
き算したフィードバックゲインである。

【００７１】図７はこの発明の第５実施例を示すもの
で、この第５実施例は第１実施例のＳＦＣ部１３の出力
の入力トルクに１次遅れフィルタ部２４を設けたもので
ある。２５はこのフィルタ部２４の出力と軸トルクオブ
ザーバ１７の出力を（Ｋ−１）ゲイン部を介した出力と
の偏差を採る第６偏差器である。

【００７２】図８はこの発明の第６実施例を示すもの
で、この第６実施例は第５実施例の変形例で、１次遅れ
と１次進み回路からなる回路部２６により構成したもの
である。上記各実施例とも第１実施例と同様な振動抑制
効果の作用効果が得られる。

【００７３】図９Ａ，Ｂから図１４Ａ，Ｂは従来例と実
施例とのシミュレーションの結果を示すもので、シミュ
レーション条件は、Ｔ_M＝Ｏ.４Ｓ、Ｔ_L＝０.１Ｓ、Ｔ_S
＝０.００３Ｓで行った。０秒にてω_M＊＝０.０２を入
力したときのステップ応答と、０.５秒にて負荷トルク
τ_L＝０.１を印加したときの外乱応答をシミュレーショ
ンした。図９Ａ，Ｂは振動抑制回路が無く、速度アンプ
（ＰＩ要素）のみで制御したときのシミュレーション結
果である。このときの条件は、速度アンプゲインＫωｃ
＝（Ｔ_M＋Ｔ_L）×ωｃ＝０.５Ｓ×３０＝１５、時定数
Ｔωｃ_TI＝（１／ωｃ）×５＝０.１６７Ｓである。こ
の従来例の場合には振動は抑制されない。

【００７４】図１０Ａ，Ｂは速度アンプを比例ゲインの
みとし、振動抑制回路としてＳＦＣ部のみ追加したとき
のシミュレーション結果である。このときの条件は、速
度アンプゲインＫωｃ＝１５、ＳＦＣゲインＫｅ＝３、
ＳＦＣ時定数Ｔ_ML＊＝０.５Ｓである。このＳＦＣのみ
の場合も振動抑制効果が無い。

【００７５】図１１Ａ，Ｂから図１４Ａ，Ｂは上記実施
例におけるシミュレーション結果で、図１１Ａ，Ｂは図
１において入力トルクτ_iの１次遅れフィルタ部が無
く、１次遅れフィルタ部をゲイン＝１としたときのデー
タである。このときの条件は、速度応答ωｃ＝３０ｒａ
ｄ／Ｓに設定，速度アンプは比例ゲインのみ、Ｋｅ＝
４、Ｔ_ML＊＝０.１２５Ｓ、Ｋｅｓ＝２００，Ｔ_M＊＝
０.４Ｓ，Ｋ＝１６である。この実施例の場合は振動抑
制効果が大きくなる。

【００７６】図１２Ａ，Ｂは上記条件において、Ｋｅｓ
＝２５と小さい値に設定したときのデータである。この
場合には軸トルクオブザーバのゲインが小さいため、振
動抑制効果が小さく多少の振動がある。

【００７７】図１３Ａ，Ｂは第１実施例におけるときの
シミュレーション結果である。この場合には軸トルクオ
ブザーバゲインをＫｅｓ＝２５と設定したときも、１次
遅れフィルタ時定数Ｔ_Fがあるために、振動抑制効果は
良い。このときの条件は、Ｔ_F＝８ｍｓ、Ｋｅｓ＝２５
その他は図１１の場合と同一である。

【００７８】図１４Ａ，Ｂは第４実施例におけるときの
シミュレーション結果である。この第４実施例では軸ト
ルク推定値から負荷トルク推定値を引き算したフィード
バック回路部を設けたときのもので、図１３の場合より
もさらに振動抑制効果が向上している。このときの条件
は、Ｋ_T＝０.５、Ｔ_F＝８ｍｓ、Ｋｅｓ＝２５でその他
は図１１の場合と同一である。

【００７９】以上のシミュレーション結果より、軸トル
クゲインＫｅｓを大きくできないときには、第１実施例
のような入力トルクτ_iに１次遅れフィルタを挿入する
と、振動抑制効果があり、また、第４実施例のように構
成するとさらに振動抑制効果が向上する。

【００８０】図２６はこの発明の第７実施例を示すブロ
ック図で、図１と同一部分は同一符号を付して示す。３
１はトルク電流τ_iが入力されるゲイン部で、このゲイ
ン部３１の出力は偏差部３２のプラス端に供給され、そ
のマイナス端には低慣性化ゲイン部１８の出力が供給さ
れる。偏差部３２の偏差出力は補償フィルタ３３に入力
されて、出力にモータへのトルク指令を送出する。この
補償フィルタ３３はモータへのトルク指令τ_Mに対する
フィルタで、振動抑制の観点から共振周波数を通すよう
に構成される。３４は出力にトルク推定値が得られる一
次遅れフィルタを有する軸トルクオブザーバで、このオ
ブザーバ３４は、モータの機械時定数の微分要素部３４
ａと、トルク指令とモータの機械時定数の微分要素部３
４ａの出力の偏差を取る偏差部３４ｂと、この偏差部３
４ｂの偏差出力が供給される一次遅れフィルタ３４ｃか
ら構成される。

【００８１】軸トルクオブザーバ３４の一次遅れフィル
タ３４ｃは速度検出の際の外乱を除去するためのもの
で、このため、オブザーバ時定数Ｔは一般に小さく取る
ことができない。しかし、時定数Ｔが大きいと、共振周
波数までもカットしてしまって振動抑制ができなくなっ
てしまうために、上記一次遅れフィルタ３４ｃの一次遅
れフィルタ時定数Ｔ_Fを、Ｔ_F≒Ｔとすることにより、オ
ブザーバ時定数Ｔの影響を打ち消すことができるように
なる。しかしながら、Ｔ_F≒Ｔとすると、補償フィルタ
３３の特性が悪化するため、補償フィルタ３３と一次遅
れフィルタ３４ｃのカットオフ周波数を等しくすると最
適な特性が得られ、振動抑制効果を高めることができ
る。このように、この第７実施例では補償フィルタ３３
と一次遅れフィルタ３４ｃを設けることにより振動抑制
効果を高めることができる。

【００８２】図２７はこの発明の第８実施例を示すブロ
ック図で、この第８実施例は第７実施例の速度アンプ１
２とゲイン部３１との間にＳＦＣ部１３を設けたもの
で、この第８実施例の効果は第１実施例と同様なものに
なる。

【００８３】図２８はこの発明の第９実施例を示すブロ
ック図で、この第９実施例は第７実施例に負荷トルクオ
ブザーバ２２を設けたもので、この第９実施例の効果も
第３実施例と同様になる。

【００８４】図２９はこの発明の第１０実施例を示すブ
ロック図で、この第１０実施例は第７実施例にＳＦＣ部
１３の出力を軸トルク推定値から負荷トルク推定値を引
き算したフィードバック回路部２３を設けたもので、こ
の第１０実施例の効果は第４実施例と同様になる。

【００８５】図３０はこの発明の第１１実施例を示すブ
ロック図で、この第１１実施例は第７実施例の速度アン
プ１２とゲイン部３１との間に積分部３５を設けて、速
度アンプ１２のみのときにはＰ制御であるが、積分部３
５を設けることにより、ＰＩ制御ができるようにしたも
ので、この第１１実施例の効果は第７実施例と同様なも
のとなる。

【００８６】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
軸トルクオブザーバのゲインが小さいときでも、２慣性
共振系の振動抑制効果を向上させることができるととも
に、軸トルク推定値から負荷トルク推定値を引き算した
フィードバック回路部を設けることにより、より一層の
振動抑制効果が得られる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示すブロック図。

【図２】第２実施例を示す外乱抑圧機能部のブロック
図。

【図３】Ａ，Ｂは第２実施例における入力トルク以降の
変形回路を示すブロック図。

【図４】第２実施例における速度アンプの出力以降のブ
ロック図。

【図５】第３実施例を示すブロック図。

【図６】第４実施例を示すブロック図。

【図７】第５実施例を示すブロック図。

【図８】第６実施例を示すブロック図。

【図９】Ａ，Ｂは従来例のシミュレーション結果を示す
特性図。

【図１０】Ａ，Ｂは従来例のシミュレーション結果を示
す特性図。

【図１１】Ａ，Ｂは第１実施例のシミュレーション結果
を示す特性図。

【図１２】Ａ，Ｂは第１実施例においてゲインを変更し
たときのシミュレーション結果を示す特性図。

【図１３】Ａ，Ｂは第１実施例においてフィルタ時定数
により振動抑制効果が向上したことを示すシミュレーシ
ョン結果を示す特性図。

【図１４】Ａ，Ｂは第４実施例のシミュレーション結果
を示す特性図。

【図１５】２慣性系モデルを示す説明図。

【図１６】２慣性系のブロック図。

【図１７】モータ部のモデル図。

【図１８】軸トルク推定オブザーバのブロック図。

【図１９】パワートレンテスタの概略構成説明図。

【図２０】低慣性系制御のブロック図。

【図２１】図２０の変形例を示すブロック図。

【図２２】２慣性系のブロック図。

【図２３】図２２にフィードフォワード補償を行ったと
きのブロック図。

【図２４】共振比制御の効果を示すためのブロック図。

【図２５】共振比制御の効果を示すためのブロック図。

【図２６】第７実施例を示すブロック図。

【図２７】第８実施例を示すブロック図。

【図２８】第９実施例を示すブロック図。

【図２９】第１０実施例を示すブロック図。

【図３０】第１１実施例を示すブロック図。

【符号の説明】

１１…第１偏差器 １２…速度アンプ １３…外乱抑圧機能部 １４…加算器 １５…振動抑制回路となる１次遅れフィルタ部 １６…第３偏差器 １７…軸トルクオブザーバ １８…低慣性化ゲイン部 １９…２慣性系回路部 ２２…負荷トルクオブザーバ ２３…フィードバック回路部 ３３…補償フィルタ ３４…一次遅れフィルタを有する軸トルクオブザーバ ３４ｃ…一次遅れフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−304181（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−67703（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−176580（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 11/00 - 13/04 H02P 5/00

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸トルクオブザーバを有する２慣性共振
   系と、モータの角速度指令と２慣性共振系の角速度との
   偏差出力を増幅する比例ゲインの速度アンプと、この速
   度アンプの出力が供給され、出力に外乱が送出されない
   ようにする外乱抑圧機能部と、この外乱抑圧機能部から
   の出力が供給され、前記２慣性共振系に振動が発生しな
   いように抑制する振動抑制回路とを備え、 前記振動抑制回路は１次遅れフィルタ部と、このフィル
   タ部の出力が供給される低慣性化ゲイン部と、このゲイ
   ン部の出力と１次遅れフィルタ部の入力とを加算する加
   算部とからなることを特徴とする 低慣性化制御による２
   慣性共振系の振動抑制装置。
2. 【請求項２】 前記振動抑制回路は１次遅れ回路と１次
   進み回路からなることを特徴とする請求項１記載の低慣
   性化制御による２慣性共振系の振動抑制装置。
3. 【請求項３】 前記外乱抑圧機能部を負荷トルクオブザ
   ーバで構成したことを特徴とする請求項１または２記載
   の低慣性化制御による２慣性共振系の振動抑制装置。
4. 【請求項４】 前記外乱抑圧機能部と振動抑制回路との
   間に、軸トルク推定値から負荷トルク推定値を引き算し
   たフィードバック回路部を介挿したことを特徴とする請
   求項１〜３記載の低慣性化制御による２慣性共振系の振
   動抑制装置。
5. 【請求項５】 前記外乱抑圧機能部をＰＩ要素と速度フ
   ィードバックおよびゲイン部からなる回路で構成したこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の低慣性化制御に
   よる２慣性共振系の振動抑制装置。
6. 【請求項６】 前記ＰＩ要素と速度フィードバックおよ
   びゲイン部からなる回路と振動抑制回路との間に、軸ト
   ルク推定値から負荷トルク推定値を引き算したフィード
   バック回路部を介挿したことを特徴とする請求項５記載
   の低慣性化制御による２慣性共振系の振動抑制装置。
7. 【請求項７】 モータと負荷が弾性軸で結合された２慣
   性共振系と、この２慣性共振系のモータの角速度指令と
   ２慣性共振系の角速度との偏差出力を増幅するＰＩ速度
   アンプと、前記２慣性共振系に設けられ、軸トルク推定
   値が一次遅れフィルタを通して得られる軸トルクオブザ
   ーバと、その一次遅れフィルタを補償する一次進み遅れ
   フィルタと、この一次進み遅れフィルタから得られる軸
   トルク推定値を（慣性比−１）倍するゲイン部と、この
   ゲイン部の出力とトルク指令値の慣性比倍との偏差を出
   力する偏差部と、この偏差部の出力が入力され、前記２
   慣性共振系のモータへトルク指令を与える補償フィルタ
   とを備えたことを特徴とする低慣性化制御による２慣性
   共振系の振動抑制装置。
8. 【請求項８】 前記速度アンプをＰＩアンプ又は比例ゲ
   インとし、この速度アンプと偏差部との電路に外乱抑圧
   機能部を介挿したことを特徴とする請求項７記載の低慣
   性化制御による２慣性共振系の振動抑制装置。
9. 【請求項９】 前記外乱抑圧機能部を負荷トルクオブザ
   ーバで構成したことを特徴とする請求項７または８記載
   の低慣性化制御による２慣性共振系の振動抑制装置。
10. 【請求項１０】 前記外乱抑圧機能部と偏差部との間
    に、軸トルク推定値から負荷トルク推定値を引き算した
    フィードバック回路部を介挿したことを特徴とする請求
    項７〜９記載の低慣性化制御による２慣性共振系の振動
    抑制装置。