JP5836219B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータとモータに連結された機械系とからなる制御対象を駆動するモータ制御装置に関するものである。

モータにより機械系を駆動するモータ制御装置において、位置制御や速度制御を行うためのフィードバック制御は、一般に、ＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）制御やＰＩ（Proportional Integral）制御を基本とした固定ゲインの線形フィードバック制御によって行われる。

線形のフィードバック制御系の外乱抑制に関する制御性能は、フィードバック制御系の感度関数によって決定される。一般的な制御系設計では、外乱が顕著である周波数帯域において感度関数が小さくなるようにフィードバック制御器を設計すればよい。しかし、感度関数には、ある周波数帯域で感度関数のゲインを小さくすると、別の周波数帯域で感度関数のゲインが必ず大きくなるという性質が存在する。このため、線形のフィードバック制御では、全ての周波数帯域で制御性能を向上させることはできない。感度関数のこの性質をウォーターベッド効果と呼ぶこともある（非特許文献１参照）。

これに対し、非線形制御器を構成することによって従来の線形制御に存在したウォーターベッド効果の制約を緩和する技術がある。例えば、特許文献１では、位置指令と位置フィードバックとの誤差を入力とする帯域通過フィルタと、前記帯域通過フィルタの出力の振幅を変数とする単調増加関数または単調減少関数と、を有し、前記関数の出力値に基づいてフィードバックのゲインを制御するゲイン制御部、を備える制御システムが開示されている。特許文献１によれば、この制御システムによって、位置誤差信号の周波数特性によって低域外乱と高域外乱の抑制性能が調整され、したがって、従来の線形フィードバック制御に比べて位置決め精度が向上するとされている。

特許第４９１９９８６号公報

杉江，藤田、「フィードバック制御入門」、p144−145、コロナ社 １９９９年初版発行

しかしながら、特許文献１に開示された技術によれば、外乱の周波数特性によっては、従来の線形フィードバック制御と比べて、位置決め精度を悪化させてしまう可能性があるという問題点がある。例えば、特許文献１の実施例では、制御系に低域外乱と高域外乱の両方が混入した場合に、両者の振幅に関わらず必ず低域外乱の抑制性能が優先されている。このため、高域外乱の振幅が低域外乱の振幅と比べて大きい場合も低域外乱の抑制性能が優先されてしまうことになり、ウォーターベッド効果により高域外乱の抑制性能が悪化し、その結果、位置決め精度を、線形フィードバック制御より逆に悪化させてしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、任意の周波数特性を持つ外乱に対して、従来の固定ゲインの制御系に比べ外乱抑制性能を向上させることができるモータ制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、トルク指令に応じてモータの電流を制御することで、前記モータを含む制御対象を駆動し、前記制御対象の位置または速度を示す物理量の検出値と前記物理量に対する指令信号とに基づいて前記トルク指令を生成するモータ制御装置であって、前記指令信号と前記検出値との差である誤差信号に基づいて、設定された制御ゲインを用いた所定の演算により、前記誤差信号を低減するよう前記トルク指令を生成するフィードバック制御部と、前記制御ゲインの候補値として２つ以上のゲイン候補値を設定するゲイン候補値設定部と、前記誤差信号を入力とし、前記ゲイン候補値ごとに、前記制御ゲインの現在値であるゲイン現在値と前記ゲイン候補値とに基づいて設定した伝達関数を用いた演算により、前記制御ゲインを前記ゲイン候補値に設定した場合の前記誤差信号の推定値である仮想誤差信号をそれぞれ算出して出力する仮想誤差演算部と、前記ゲイン候補値ごとの前記仮想誤差信号を入力信号とし、該入力信号の大きさを表す誤差ノルムを前記ゲイン候補値ごとに算出して出力する誤差ノルム演算部と、前記誤差ノルムと前記ゲイン候補値とに基づいて前記制御ゲインを設定するゲイン変更部と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、任意の周波数特性を持つ外乱に対して、従来の固定ゲインの制御系に比べ外乱抑制性能を向上させることができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１のモータ制御装置の概略構成例を示すブロック図である。 図２は、一般的なフィードバック制御系の概念図である。 図３は、実施の形態１におけるゲイン変更部の構成例を示すブロック図である。 図４は、感度関数の周波数特性の一例を示す図である。 図５は、実施の形態２のモータ制御装置の概略構成例を示すブロック図である。 図６は、実施の形態２におけるゲイン変更部の構成例を示すブロック図である。 図７は、実施の形態３のモータ制御装置の概略構成例を示すブロック図である。 図８は、実施の形態３のゲイン変更部の構成例を示すブロック図である。 図９は、実施の形態４のモータ制御装置の概略構成例を示すブロック図である。 図１０は、実施の形態５のモータ制御装置の概略構成例を示すブロック図である。 図１１は、実施の形態５のゲイン変更部の構成例を示すブロック図である。

以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態１の概略構成例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態のモータ制御装置は、フィードバック制御部２と、仮想誤差演算部４１（第一仮想誤差演算部）と、仮想誤差演算部４２（第二仮想誤差演算部）と、誤差ノルム演算部５１（第一誤差ノルム演算部）と、誤差ノルム演算部５２（第二誤差ノルム演算部）と、ゲイン変更部６とを備え、制御対象１を駆動制御する。

制御対象１は、モータ１１と、モータ１１に連結された機械系１２と、モータ１１の位置を検出して出力する位置検出器１３と、を設けられている。なお、位置検出器１３としては、例えば、エンコーダやレゾルバ等を用いることができる。位置検出器１３は、モータ１１または機械系１２の位置（すなわち制御対象の位置）を検出する。なお、制御対象１の構成は、図１の例に限定されず、モータと当該モータ（または機械系）の位置を検出する位置検出器を有する構成であればよい。

フィードバック制御部２は、位置制御器２１と、速度制御器２２と、電流制御器２３と、微分器２４と、で構成される。位置制御器２１は、外部から与えられた位置指令Ｘ^*（位置に関する指令信号）と位置検出器１３が出力したモータ１１の位置（位置フィードバック）Ｘとの誤差（差）である位置誤差ｅ（誤差信号）に対し、後述のゲイン変更部６で設定された位置比例ゲイン（制御ゲイン）Ｋ_xにより比例演算を行うことで、速度に関する指令信号である速度指令Ｖ^*を求めて出力する。

微分器２４は、位置フィードバックＸを微分することで、速度フィードバックＶを求めて出力し、速度制御器２２は、速度指令Ｖ^*と速度フィードバックＶとの差である速度誤差Ｖ_eに対し、設定された制御ゲインである速度比例ゲインＫ_vおよび速度積分ゲインＫ_iを用いて比例積分演算を行うことで、トルク指令Ｔ^*を求めて出力する。また、電流制御器２３は、トルク指令Ｔ^*に応じて、モータ１１の電流ｉを制御する。

また、第一仮想誤差演算部４１は、位置比例ゲインの現在値Ｋ_xと、外部から設定された位置比例ゲインの候補値である第一ゲイン候補値Ｋ_x1と、位置誤差ｅとに基づいて、位置比例ゲインをＫ_xからＫ_x1に変更した際の仮想位置誤差ｅ₁を後述の方法により推定し、出力する。同様に、第二仮想誤差演算部４２は、位置比例ゲインの現在値Ｋ_xと、外部から設定された位置比例ゲインの候補値である第二ゲイン候補値Ｋ_x2と、位置誤差ｅとに基づいて、位置比例ゲインをＫ_xからＫ_x2に変更した際の仮想位置誤差ｅ₂を後述の方法により推定し、出力する。

第一誤差ノルム演算部５１は、仮想位置誤差ｅ₁の絶対値を計算して第一誤差ノルムｎ₁として出力する。同様に、第二誤差ノルム演算部５２は、仮想位置誤差ｅ₂の絶対値を計算して第二誤差ノルムｎ₂として出力する。

ゲイン変更部６は、第一誤差ノルムｎ₁と、第二誤差ノルムｎ₂と、第一ゲイン候補値Ｋ_x1と、第二ゲイン候補値Ｋ_x2とに基づいて、後述の方法により位置比例ゲインＫ_xを計算し、位置制御器２１の位置比例ゲインＫ_xの値を計算した値に変更する。

次に、位置比例ゲインの第一ゲイン候補値Ｋ_x1及び第二ゲイン候補値Ｋ_x2の設定方法について説明する。本実施の形態では、第一ゲイン候補値Ｋ_x1は、従来の固定ゲインの制御器における位置比例ゲインと同じ値に設定し、第二ゲイン候補値Ｋ_x2は、制御系が不安定にならない範囲で低い周波数領域の外乱抑制性能が向上するように、Ｋ_x1より大きな値（例えばＫ_x1の１．５倍から２倍程度の値）に設定する。第一ゲイン候補値Ｋ_x1、第二ゲイン候補値Ｋ_x2が外部から入力される場合は、外部からの入力を受け付ける入力部が第一ゲイン候補値Ｋ_x1、第二ゲイン候補値Ｋ_x2を設定するゲイン候補値設定部となる。

次に、第一仮想誤差演算部４１及び第二仮想誤差演算部４２の動作について説明する。まず、電流制御器２３と制御対象１のモデルを、それぞれ、予め設定したカットオフ角周波数ω_iのローパスフィルタと、予め設定した慣性モーメントＪの剛体で表したものと、とする。カットオフ角周波数ω_iの値は、電流制御器２３の応答の速さに基づき、予め求めておくことができる。また、制御対象１の慣性モーメントＪの値は、どのように求めてもよいが、例えば、モータ１１が動作しているときの、電流制御器２３が出力した電流ｉと、位置フィードバックＸから求めたモータ加速度と、の比率に基づいて推定することが可能である。

このとき、制御系の閉ループの感度関数（制御系に対する外乱の影響を表す）Ｓ（ｓ）は、設定された定数であるカットオフ角周波数ω_i、慣性モーメントＪ、速度比例ゲインＫ_vおよび速度積分ゲインＫ_iと、位置制御器２１の位置比例ゲインの現在値Ｋ_xを用いて、以下の式（１）で表すことができる。

同様に、位置比例ゲインがＫ_x1であると仮定したときの制御系の閉ループの感度関数Ｓ₁（ｓ）、位置比例ゲインがＫ_x2であると仮定したときの制御系の閉ループの感度関数Ｓ₂（ｓ）はそれぞれ、以下の式（２）、式（３）によって表すことができる。

第一仮想誤差演算部４１は、位置誤差ｅを入力とし、Ｓ（ｓ）とＳ₁（ｓ）との比率に基づいて式（４）のように設定した伝達関数Ｗ₁（ｓ）を演算することにより、位置比例ゲインをＫ_xからＫ_x1に変更した際の仮想位置誤差ｅ₁を出力する。

同様に、第二仮想誤差演算部４２は、位置誤差ｅを入力とし、Ｓ（ｓ）とＳ₂（ｓ）との比率に基づいて式（５）のように設定した伝達関数Ｗ₂（ｓ）を演算することにより、位置比例ゲインをＫ_xからＫ_x2に変更した際の仮想位置誤差ｅ₂を出力する。

次に、第一仮想誤差演算部４１及び第二仮想誤差演算部４２の上述の動作により得られる特性について説明する。

図２は、一般的なフィードバック制御系の概念図である。本実施の形態におけるモータ制御装置も図２に示したフィードバック制御系を構成する。Ｐ（ｓ）、Ｋ（ｓ）は、それぞれ制御対象（本実施の形態の制御対象１に対応）、制御器（本実施の形態のモータ制御装置に対応）の伝達関数であり、制御対象の入力端には外乱ｄが加わっている。この制御系において、位置誤差ｅと外乱ｄとの関係式は、制御対象の伝達関数Ｐ（ｓ）と閉ループの感度関数Ｓ（ｓ）とを用いて、以下の式（６）で表すことができる。

同様に、位置比例ゲインが第一ゲイン候補値Ｋ_x1である場合の仮想位置誤差ｅ₁、位置比例ゲインが第二ゲイン候補値Ｋ_x2である場合の仮想位置誤差ｅ₂は、以下の式（７）、（８）で、それぞれ表すことができる。

ここで、位置比例ゲインＫ_xを現在値から第一ゲイン候補値Ｋ_x1または第二ゲイン候補値Ｋ_x2に変更した場合の仮想位置誤差ｅ₁またはｅ₂を、実際の位置誤差ｅに基づいて推定することを考えると、式（６）、式（７）及び式（８）から、以下の式（９）及び式（１０）が得られる。

式（９）、式（１０）の右辺は、それぞれ第一仮想誤差演算部４１、第二仮想誤差演算部４２に位置誤差ｅを入力したときの出力となっている。これは、第一仮想誤差演算部４１、第二仮想誤差演算部４２の伝達関数をそれぞれ式（４）、式（５）のように設定することで、実際に観測された位置誤差ｅから、位置比例ゲインを第一ゲイン候補値Ｋ_x1または第二ゲイン候補値Ｋ_x2に変更した際における位置誤差波形を推定できることを意味している。

次に、ゲイン変更部６の構成について説明する。図３は、本実施の形態におけるゲイン変更部６の構成例を示すブロック図である。ゲイン変更部６は、第一誤差ノルム演算部５１、第二誤差ノルム演算部５２から入力された第一誤差ノルムｎ₁と第二誤差ノルムｎ₂の差に対し、予め設定された正のゲインｋをかけて出力する乗算器６０１と、乗算器６０１の出力を積分して積分器出力αとして出力する積分器６０２と、積分器出力αに基づいて位置比例ゲインＫ_xの値を算出するゲイン演算部６０３と、で構成されている。また、積分器出力αの値の範囲は［０，１］に制限されている。

ゲイン演算部６０３は、積分器出力αとＫ_x1とＫ_x2とに基づいて式（１１）に示す演算を行い、位置制御器２１の位置比例ゲインＫ_xを求める。

積分器出力αの値が［０，１］の範囲内であるとき、積分器出力αの値は、各時点ごとに変化量ｋ（ｎ₁−ｎ₂）で変化する。ゲインｋは正であるため、ｎ₁＞ｎ₂の場合は積分器出力αの変化量が正となり積分器出力αの値は上限値１に近づいていく。このとき、位置比例ゲインの値はＫ_x2に近づくように変化する。一方、ｎ₁＜ｎ₂の場合は積分器出力αの変化率が負となり積分器出力αの値は下限値０に近づいていく。このとき、位置比例ゲインの値はＫ_x1に近づくように変化する。

ゲイン変更部６を上記のように構成すると、ｎ₁、ｎ₂は、それぞれ位置比例ゲインの現在値をＫ_x1、Ｋ_x2に変更した際の位置誤差の推定値の絶対値なので、ｎ₁＞ｎ₂のとき、すなわち、位置比例ゲインをＫ_x2に変更した場合の方が位置誤差の振幅が小さくなると予想される場合には、積分器出力αが上限値１に近づき、位置比例ゲインの値はＫ_x2に近づくように変化する。また、ｎ₁＜ｎ₂のとき、すなわち、位置比例ゲインをＫ_x1に変更した場合の方が位置誤差の振幅が小さくなると予想される場合には、積分器出力αが下限値０に近づき、位置比例ゲインの値はＫ_x1に近づくように変化する。したがって、ゲイン変更部６を図３のように構成することにより、位置誤差の振幅が小さくなるように位置比例ゲインＫ_xの値を自動的に変更することが可能となる。

本実施の形態の効果について、図４を用いて説明する。図４は、感度関数の周波数特性の一例を示す図である。図４の実線（Ｋ_x＝Ｋ_x1）は、第一ゲイン候補値Ｋ_x1を、十分に安定な通常の線形フィードバック制御の位置比例ゲインの値（Ｋ_x）とした場合の制御系の閉ループの感度関数の周波数応答を表している。また、図４の破線（Ｋ_x＝Ｋ_x2）は、第二ゲイン候補値Ｋ_x2をＫ_x1の２倍の値とし、Ｋ_x2を位置比例ゲインの値（Ｋ_x）とした場合の制御系の閉ループの感度関数の周波数応答を表している。

Ｋ_x＝Ｋ_x1の感度関数よりもＫ_x＝Ｋ_x2の感度関数の方がゲインが小さくなる低い周波数領域では、位置比例ゲインの値をＫ_x2にした場合の方が低感度となる。その結果、この周波数帯域の低い周波数を持つ外乱が制御系に入力された場合は、第一誤差ノルム演算部５１で演算された第一誤差ノルムｎ₁よりも、第二誤差ノルム演算部５２で演算された第二誤差ノルムｎ₂の方が小さくなり、ゲイン変更部６で演算した位置比例ゲインＫ_xの値はＫ_x2に近づくように変化する。一方、Ｋ_x＝Ｋ_x2の感度関数よりもＫ_x＝Ｋ_x1の感度関数の方がゲインが小さくなる高い周波数領域では、位置比例ゲインの値をＫ_x1にした場合の方が低感度となる。その結果、この周波数帯域の高い周波数を持つ外乱が制御系に入力された場合は、第二誤差ノルム演算部５２で演算された第二誤差ノルムｎ₂よりも、第一誤差ノルム演算部５１で演算された第一誤差ノルムｎ₁の方が小さくなり、ゲイン変更部６で演算した位置比例ゲインＫ_xの値はＫ_x1に近づくように変化する。その結果、例えばモータ１１の速度が変化しながらモータ１１の回転に同期して外乱が発生するような、外乱の周波数が時間とともに変化する場合でも、ゲイン変更部６が、発生する外乱の周波数に応じて、位置誤差ｅがより小さくなるように位置制御器２１の位置比例ゲインＫ_xを自動的に変更することができる。これにより、常に従来の固定ゲインの制御系以上の外乱抑制性能を実現することが可能である。

また、本実施の形態のモータ制御装置は、位置制御器２１の位置比例ゲインがＫ_x1である場合とＫ_x2である場合との二通りの場合の位置誤差信号を模擬的に計算し、その振幅の比較によって位置比例ゲインの値を変更している。このため、制御系に加わる外乱が高い周波数成分と低い周波数成分とが混在した周波数特性を持ち、位置誤差ｅに低周波成分と高周波成分が含まれている場合であっても、位置誤差の絶対値を必ず小さくするように制御ゲインを変更することが可能である。これにより、本実施の形態のモータ制御装置は、任意の周波数特性を持つ外乱に対して、従来の固定ゲインの制御系以上の外乱抑制性能を実現することが可能である。

なお、上記説明では外部から第一ゲイン候補値と第二ゲイン候補値とを別個に設定する構成として記述したが、例えば外部からは第一ゲイン候補値だけ設定し、第二ゲイン候補値は第一ゲイン候補値の定数倍に自動的に設定するような構成にしてもよい。この場合、ゲイン候補値設定部が、外部からの第一ゲイン候補値Ｋ_x1の入力を受付け、第一ゲイン候補値Ｋ_x1に基づいて第二ゲイン候補値Ｋ_x2を設定する。

なお、本実施の形態では、ゲイン候補値ごとに仮想誤差演算部を備えるようにしたが、仮想誤差演算部４１と仮想誤差演算部４２をまとめて広義の仮想誤差演算部４００と考えることができる。仮想誤差演算部４００は、ゲイン候補値ごとに仮想位置誤差を算出して出力する。同様に、誤差ノルム演算部５１と誤差ノルム演算部５２をまとめて広義の誤差ノルム演算部５００と考えることができ、誤差ノルム演算部５００は、ゲイン候補値ごとの誤差ノルムを算出して出力する。

また、上記の実施の形態では、位置比例ゲインだけを可変ゲインとした。ここで、機械共振に起因した発振現象など、高い周波数領域でのロバスト性については、速度比例ゲインの変更が大きく影響するが、位置比例ゲインについてはあまり影響しない。そのため、本実施の形態のように、位置比例ゲインだけを可変ゲインとすることで、高い周波数領域でのロバスト性を悪化させることなく、外乱抑制効果を向上させることが可能になる。なお、本実施の形態において、制御ゲインとして、位置比例ゲインの代わりに速度積分ゲインを可変ゲインとして同様に制御しても、同様の効果が得られる。また、位置比例ゲインと速度積分ゲインを連動して可変ゲインとするような構成にしてもよい。その場合、ゲインの演算式（１１）の各項をスカラー値ではなくベクトル値にすればよい。更に、速度比例ゲインについても、高い周波数領域でのロバスト安定性を事前に確認しておくなどの手段を講じれば、可変ゲインとすることは可能であり、速度比例ゲインを可変ゲインとする場合も原理的には外乱の周波数特性に応じた外乱抑制効果の向上効果が期待できる。

実施の形態２．
図５は、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態２の概略構成例を示すブロック図である。本実施の形態のモータ制御装置は、フィードバック制御部２ａと、仮想誤差演算部４１ａ（第一仮想誤差演算部）と、仮想誤差演算部４２ａ（第二仮想誤差演算部）と、誤差ノルム演算部５１ａ（第一誤差ノルム演算部）と、誤差ノルム演算部５２ａ（第二誤差ノルム演算部）と、ゲイン変更部６ａとを備え、制御対象１ａを制御する。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１は、モータ１１の位置を制御する位置制御系に対して本発明を適用した例であったが、本実施の形態ではモータ１１（または機械系１２）の速度を制御する速度制御系に対して本発明を適用する例を説明する。すなわち、本実施の形態では、制御対象となる物理量（位置または速度を示す物理量）として速度を用いる例について説明する。以下では、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

制御対象１ａは、モータ１１と機械系１２と速度検出器１４を備える。なお、速度検出器１４は、エンコーダやレゾルバ等の位置検出器の出力を微分して求めたモータ速度や、電流検出器の出力から推定したモータ速度で代用することも可能である。

フィードバック制御部２ａは、速度制御器２２と、電流制御器２３とを備える。速度制御器２２および電流制御器２３は、実施の形態１と同様であるが、速度制御器２２に、速度フィードバックとして、速度検出器１４が検出した速度が入力される点が異なる。速度制御器２２は、外部から与えられた速度指令Ｖ^*と速度検出器１４が出力した速度（速度フィードバック）Ｖとの誤差である速度誤差ｅ（誤差信号）に対し、予め設定された速度比例ゲインＫ_vと、後述するゲイン変更部６ａで設定された速度積分ゲイン（制御ゲイン）Ｋ_iと、に基づいて比例積分演算を行うことで、トルク指令Ｔ^*を算出して出力する。また、電流制御器２３は、トルク指令Ｔ^*に応じて、モータ１１の電流ｉを制御する。

次に、第一仮想誤差演算部４１ａは、速度積分ゲインの現在値Ｋ_iと、外部から設定された速度積分ゲインの候補値である第一ゲイン候補値Ｋ_i1と、速度誤差ｅと、に基づいて、速度積分ゲインをＫ_iからＫ_i1に変更した際の仮想速度誤差ｅ₁を後述の方法で推定し、出力する。同様に、第二仮想誤差演算部４２ａは、速度積分ゲインの現在値Ｋ_iと、外部から設定された速度積分ゲインの候補値である第二ゲイン候補値Ｋ_i2と、速度誤差ｅ₂と、に基づいて、速度積分ゲインをＫ_iからＫ_i2に変更した際の仮想速度誤差ｅ₂を後述の方法で推定し、出力する。

第一誤差ノルム演算部５１ａは、仮想速度誤差ｅ₁の二乗を計算し、第一誤差ノルムｎ₁として出力する。同様に、第二誤差ノルム演算部５２ａは、仮想速度誤差ｅ₂の二乗を計算し、第二誤差ノルムｎ₂を出力する。

また、ゲイン変更部６ａは、第一誤差ノルムｎ₁及び第二誤差ノルムｎ₂と、第一ゲイン候補値Ｋ_i1及び第二ゲイン候補値Ｋ_i2とに基づいて、後述の方法により速度積分ゲインＫ_iを計算し、速度制御器２２の速度積分ゲインＫ_iの値を計算した速度積分ゲインＫ_iに変更する。

次に、第一仮想誤差演算部４１ａ及び第二仮想誤差演算部４２ａの動作について説明する。まず、実施の形態１と同様に、電流制御器２３と制御対象１ａのモデルを、それぞれ、予め設定したカットオフ角周波数ω_iのローパスフィルタ、予め設定した慣性モーメントＪの剛体、とする。

このとき、制御系の閉ループの感度関数は、設定された定数であるカットオフ角周波数ω_i、慣性モーメントＪ、速度比例ゲインＫ_v、速度積分ゲインの現在値Ｋ_iを用いて、以下の式（１２）で表すことができる。

同様に、速度積分ゲインがＫ_i1であると仮定したときの制御系の閉ループの感度関数Ｓ₁（ｓ）、速度積分ゲインがＫ_i2であると仮定したときの制御系の閉ループの感度関数Ｓ₂（ｓ）はそれぞれ、以下の式（１３）、式（１４）によって表すことができる。

第一仮想誤差演算部４１ａは、速度誤差ｅを入力とし、Ｓ（ｓ）とＳ₁（ｓ）との比率に基づいて式（１５）のように設定した伝達関数Ｗ₁（ｓ）を演算することにより、速度積分ゲインをＫ_iからＫ_i1に変更した際の仮想速度誤差ｅ₁を出力する。

同様に、第二仮想誤差演算部４２ａは、速度誤差ｅを入力とし、Ｓ（ｓ）とＳ₂（ｓ）との比率に基づいて式（１６）のように設定した伝達関数Ｗ₂（ｓ）を演算することにより、速度積分ゲインをＫ_iからＫ_i2に変更した際の仮想速度誤差ｅ₂を出力する。

第一仮想誤差演算部４１ａ、第二仮想誤差演算部４２ａの伝達関数を、それぞれ上記の式（１５）、式（１６）のように設定することで、実施の形態１と同様の理由により、実際に観測された速度誤差ｅに基づいて、速度積分ゲインを現在値Ｋ_iから第一ゲイン候補値Ｋ_i1または第二ゲイン候補値Ｋ_i2に変更した際における速度誤差波形を推定することができる。

次に、ゲイン変更部６ａについて説明する。図６は、本実施の形態におけるゲイン変更部６ａの構成例を示すブロック図である。本実施の形態におけるゲイン変更部６ａは、ゲイン演算部６０３をゲイン演算部６０３ａに替える以外は、実施の形態１のゲイン変更部６と同様である。

本実施の形態では、ゲイン演算部６０３ａは、以下の式（１７）に従って変更後のＫ_iを算出する。

以上の動作により、実施の形態１と同様の理由により、ｎ₁＞ｎ₂の場合は速度積分ゲインの値はＫ_i2に近づくように変化し、ｎ₁＜ｎ₂の場合は速度積分ゲインの値はＫ_i1に近づくように変化する。よって、ゲイン変更部６ａを図６のように構成することにより、速度誤差の振幅の二乗が小さくなるように速度積分ゲインＫ_iの値を自動的に変更することが可能となる。

なお、誤差ノルム演算部の関数として、実施の形態１では絶対値を用いていたのに対し、本実施の形態では二乗を用いているが、本実施の形態でも絶対値を用いてもよいし、実施の形態１で二乗を用いてもよい。誤差ノルム演算部で用いる関数は、絶対値でも二乗でも、どちらでも誤差の振幅を減らすようにゲインを変化させることができる。このように、誤差ノルム演算部の関数は、誤差の振幅に応じて０以上の実数を返す関数ならどのような関数でも使用することが可能である。

なお、実施の形態１と同様に、第一仮想誤差演算部４１ａ、第二仮想誤差演算部４２ａをまとめて広義の仮想誤差演算部と考え、誤差ノルム演算部５１ａと誤差ノルム演算部５２ａをまとめて広義の誤差ノルム演算部と考えることができる。

実施の形態３．
図７は、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態３の概略構成例を示すブロック図である。本実施の形態のモータ制御装置は、フィードバック制御部２と、仮想誤差演算部４１（第一仮想誤差演算部）と、仮想誤差演算部４２（第二仮想誤差演算部）と、仮想誤差演算部４３（第三仮想誤差演算部）と、誤差ノルム演算部５１ｂ（第一誤差ノルム演算部）と、誤差ノルム演算部５２ｂ（第二誤差ノルム演算部）と、誤差ノルム演算部５３ｂ（第三誤差ノルム演算部）と、ゲイン変更部６ｂとを備え、制御対象１を制御する。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。

本実施の形態では、仮想誤差演算部と誤差ノルム演算部をそれぞれ三つ備える場合の実施例について説明する。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

制御対象１およびフィードバック制御部２は、実施の形態１と同様である。第一仮想誤差演算部４１は、位置比例ゲインＫ_xの現在値と、外部から設定された位置比例ゲインの候補値である第一ゲイン候補値Ｋ_x1と、位置誤差ｅとに基づいて、位置比例ゲインをＫ_xからＫ_x1に変更した際の仮想位置誤差ｅ₁を後述の方法により推定し、出力する。同様に、第二仮想誤差演算部４２は、位置比例ゲインＫ_xの現在値と、外部から設定された位置比例ゲインの候補値である第二ゲイン候補値Ｋ_x2と、位置誤差ｅとに基づいて、位置比例ゲインをＫ_xからＫ_x2に変更した際の仮想位置誤差ｅ₂を後述の方法により推定し、出力する。同様に、第三仮想誤差演算部４３は、位置比例ゲインＫ_xの現在値と、外部から設定された位置比例ゲインの候補値である第三ゲイン候補値Ｋ_x3と、位置誤差ｅとに基づいて、位置比例ゲインをＫ_xからＫ_x3に変更した際の仮想位置誤差ｅ₃を後述の方法により推定し、出力する。

また、第一誤差ノルム演算部５１ｂは、仮想位置誤差ｅ₁に基づいて、第一誤差ノルムｎ₁を後述の方法で計算し、出力する。同様に、第二誤差ノルム演算部５２ｂは、仮想位置誤差ｅ₂に基づいて、第二誤差ノルムｎ₂を後述の方法で計算し、出力する。同様に、第三誤差ノルム演算部５３ｂは、仮想位置誤差ｅ₃に基づいて、第三誤差ノルムｎ₃を後述の方法により計算し、出力する。

ゲイン変更部６ｂは、第一誤差ノルムｎ₁と、第二誤差ノルムｎ₂と、第三誤差ノルムｎ₃と、第一ゲイン候補値Ｋ_x1と、第二ゲイン候補値Ｋ_x2と、第三ゲイン候補値Ｋ_x3と、に基づいて、後述の方法により位置比例ゲインＫ_xの値を計算し、位置比例ゲインＫ_xの値を、計算した値に変更する。第一ゲイン候補値Ｋ_x1、第二ゲイン候補値Ｋ_x2、第三ゲイン候補値Ｋ_x3は、それぞれ予め設定される位置比例ゲインの候補値であり、第一ゲイン候補値Ｋ_x1は、第１の実施の形態と同様に、従来の固定ゲインの制御器における位置比例ゲインと同じ値に設定する。第二ゲイン候補値Ｋ_x2、第三ゲイン候補値Ｋ_x3は、互いに異なる値であり、かつＫ_x1と異なる値となるよう設定する。

次に、第一仮想誤差演算部４１、第二仮想誤差演算部４２及び第三仮想誤差演算部４３について説明する。本実施の形態では、電流制御器２３と制御対象１を実施の形態１と同様にモデル化する。そして、第一仮想誤差演算部４１、第二仮想誤差演算部４２、第三仮想誤差演算部４３のそれぞれの伝達関数Ｗ₁（ｓ）、Ｗ₂（ｓ）、Ｗ₃（ｓ）を、設定された定数であるカットオフ角周波数ω_i、慣性モーメントＪ、速度比例ゲインＫ_v、速度積分ゲインＫ_i、位置比例ゲインの第一ゲイン候補値Ｋ_x1、第二ゲイン候補値Ｋ_x2、第三ゲイン候補値Ｋ_x3、位置比例ゲインの現在値Ｋ_xを用いて、式（１８）、式（１９）、式（２０）のように設定する。

これらの伝達関数は、制御対象のモデルと現在の制御ゲインとから求めた閉ループの感度関数と、制御対象のモデルと変更後のゲインの候補値とから求めた閉ループの感度関数との比率に基づく伝達関数となっている。そのため、実施の形態１と同様の理由により、第一仮想誤差演算部４１、第二仮想誤差演算部４２、第三仮想誤差演算部４３は、位置比例ゲインを現在値Ｋ_xからそれぞれＫ_x1、Ｋ_x2またはＫ_x3に変更した際の位置誤差（仮想位置誤差ｅ₁、ｅ₂、ｅ₃）を、実際に観測された位置誤差ｅから推定することができる。

次に、第一誤差ノルム演算部５１ｂ、第二誤差ノルム演算部５２ｂ及び第三誤差ノルム演算部５３ｂについて説明する。本実施の形態では、第一誤差ノルム演算部５１ｂ、第二誤差ノルム演算部５２ｂ及び第三誤差ノルム演算部５３ｂは、絶対値演算部７１と移動平均フィルタ７２とで構成されている。第一誤差ノルム演算部５１ｂ、第二誤差ノルム演算部５２ｂ及び第三誤差ノルム演算部５３ｂは、それぞれ入力された仮想位置誤差の絶対値を移動平均した値を第一誤差ノルムｎ₁、第二誤差ノルムｎ₂、第三誤差ノルムｎ₃としてゲイン変更部６ｂへ出力する。このような構成にすることにより、各誤差ノルム演算部の出力は、入力された仮想位置誤差の振幅を平均した値となる。なお、移動平均フィルタ７２は、任意のローパス特性を持つフィルタで代用することも可能である。

次に、ゲイン変更部６ｂの構成について説明する。図８は、本実施の形態のゲイン変更部６ｂの構成例を示すブロック図である。ゲイン変更部６ｂは、入力された第一誤差ノルムｎ₁と第二誤差ノルムｎ₂と第三誤差ノルムｎ₃とに基づき、後述する方法でゲイン選択信号を出力するノルム比較部６１１と、入力された第一ゲイン候補値Ｋ_x1と第二ゲイン候補値Ｋ_x2と第三ゲイン候補値Ｋ_x3とノルム比較部６１１から出力されたゲイン選択信号とに基づき、ゲイン候補値のいずれか一つを選択して出力するゲイン選択部６１２と、ゲイン選択部６１２から出力されたゲイン候補値を入力とし、位置制御器２１の位置比例ゲインの値Ｋ_xを出力するローパスフィルタ６１３と、で構成される。

次に、ゲイン変更部６ｂの動作について説明する。ノルム比較部６１１は、第一誤差ノルムｎ₁、第二誤差ノルムｎ₂および第三誤差ノルムｎ₃を比較し、大きさが最小となる誤差ノルムを識別するための番号をゲイン選択信号として出力する。ゲイン選択部６１２は、入力された誤差ノルムの番号に対応したゲイン候補値を選択して出力する。例えば、三つの誤差ノルムの中で第一誤差ノルムｎ₁が最小であるとき、ノルム比較部６１１はゲイン選択信号として番号１を出力し、ゲイン選択部６１２は番号１に対応するゲイン候補値Ｋ_x1を出力する。また、ローパスフィルタ６１３は、ゲイン選択部６１２から出力されたゲイン候補値を平滑化して位置制御器２１の位置比例ゲインＫ_xとする。そして、位置制御器２１の位置比例ゲインはローパスフィルタ６１３により出力される位置比例ゲインＫ_xに更新される。このようにローパスフィルタ６１３によって平滑化することにより、位置比例ゲインの現在値Ｋ_xがチャタリングするのを防ぐことができる。

ｎ₁、ｎ₂、ｎ₃は位置制御器２１の位置比例ゲインＫ_xの現在値をＫ_x1、Ｋ_x2、Ｋ_x3に変更した際の位置誤差の推定値の振幅の平均であるため、ゲイン変更部６ｂを上記のように構成すると、位置比例ゲインＫ_xの値は、位置誤差の推定値の振幅の平均が最小となるゲイン候補値の値に、自動的に変更される。そのため、従来の固定ゲインの制御系以上の外乱抑制性能を実現することが可能である。

また、位置比例ゲインのゲイン候補値Ｋ_x1、Ｋ_x2、Ｋ_x3の値として、外部から設定した固定値ではなく、例えば、位置比例ゲインの現在値の０．９倍、１．０倍、１．１倍とするなど、位置比例ゲインの現在値に予め設定した定数を乗算又は加算して自動的に設定した値を用いることも可能である。この場合、ゲイン候補値設定部が、位置比例ゲインの現在値に基づいてゲイン候補値Ｋ_x1、Ｋ_x2、Ｋ_x3を設定する。このように構成することにより、位置比例ゲインが現在値の場合と、位置比例ゲインを現在値よりも上げた場合及び下げた場合との外乱抑制性能を常時比較しながら、外乱の周波数特性に応じて、外乱抑制性能が向上するように位置比例ゲインを自動的に変更することが可能となる。そのため、従来の固定ゲインの制御系以上の外乱抑制性能を実現することが可能である。この場合、例えば、ゲイン候補値Ｋ_x2を位置比例ゲインＫ_xの１．０倍としたとすると、式（１９）のＷ₂（ｓ）は１となるので、図７における第二仮想誤差演算部４２は省略し、第二誤差ノルム演算部５２ｂの入力を位置誤差ｅ自体にしてもよいことは言うまでもない。

なお、実施の形態１と同様に、第一仮想誤差演算部４１、第二仮想誤差演算部４２及び第三仮想誤差演算部４３をまとめて広義の仮想誤差演算部と考え、第一誤差ノルム演算部５１ｂ、第二誤差ノルム演算部５２ｂ及び第三誤差ノルム演算部５３ｂをまとめて広義の誤差ノルム演算部と考えることができる。

実施の形態４．
図９は、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態４の概略構成例を示すブロック図である。本実施の形態のモータ制御装置は、仮想誤差演算部４２（第二仮想誤差演算部）を仮想誤差演算部４２ｃ（第二仮想誤差演算部）に替える以外は、第１の実施の形態のモータ制御装置と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。

本実施の形態では、仮想誤差演算部４２ｃにおける伝達関数を、第１の実施の形態から変更した例について説明する。本実施の形態の動作は、仮想誤差演算部４２ｃの動作以外は第１の実施の形態と同様である。

第二仮想誤差演算部４２ｃの動作について説明する。本実施の形態では、第二仮想誤差演算部４２ｃの伝達関数Ｗ₂（ｓ）は、予め設定された定数である、カットオフ角周波数ω_i、慣性モーメントＪ、速度比例ゲインＫ_v、速度積分ゲインＫ_i、第二ゲイン候補値Ｋ_x2、位相進み量ａ、時定数Ｔ及びゲイン変更部６で設定された位置比例ゲインの現在値Ｋ_xを用いて、以下の式（２１）のように設定する。

式（２１）は、実施の形態１における第二仮想誤差演算部４２の伝達関数（式（５））に対し、位相進みフィルタを結合したものとなっている。位相進みフィルタの時定数Ｔは、制御対象１の慣性モーメントＪと、速度制御器２２の速度比例ゲインＫ_vと、に基づいて求められる制御系の制御帯域によって決定する。位相進みフィルタは１／Ｔ以下の周波数の振幅を変化させず、１／Ｔ以上の周波数の振幅を増大する効果がある。そのため、第二仮想誤差演算部４２ｃが、位置誤差ｅから、位置比例ゲインをＫ_x2に変更した際の仮想位置誤差ｅ₂を推定する際に、位置誤差ｅに１／Ｔ以上の周波数の成分が含まれていた場合、仮想位置誤差ｅ₂の振幅は、位置比例ゲインの値をＫ_x2に変更した際の実際の振幅よりも大きくなる。

本実施の形態の効果について、前述の図４を用いて説明する。図４の破線で示したＫ_x＝Ｋ_x2の感度関数よりも、実線で示したＫ_x＝Ｋ_x1の感度関数の方が、ゲインが小さくなる高い周波数の外乱に対しては、位置比例ゲインの値をＫ_x1に変更した方が外乱抑制性能がよい。しかし、実際の制御対象の特性と感度関数の算出に用いる制御対象のモデルの特性との間に誤差が存在した場合に、実施の形態１の制御系では、実際には位置比例ゲインをＫ_x1にしたほうが位置誤差が小さくなるような周波数の外乱が入力された場合でも、位置比例ゲインがＫ_x2に変更されてしまう可能性がある。本実施の形態では、位相進みフィルタの時定数Ｔの値を、１／Ｔが図４の感度関数のゲインの大小関係が逆転する周波数よりも少し低い周波数になるように設定する。これにより、位置比例ゲインをＫ_x2とした場合に、位置比例ゲインがＫ_x1とした場合と比べて、外乱抑制性能が悪くなりやすい周波数帯域の外乱が入力された際に、位置比例ゲインをＫ_x2とした場合の位置誤差の推定値である仮想位置誤差ｅ₂の振幅を大きめに見積もることになる。このため、位置比例ゲインの値が、従来の固定ゲイン制御と同じゲインであるＫ_x1に変更されやすくなる。ゆえに、制御対象のモデルに誤差がある場合においても、常に従来の固定ゲインの制御系以上の外乱抑制性能を実現することが可能である。

なお、本実施の形態では、仮想位置誤差を求めるための伝達関数として、制御対象のモデルと現在の制御ゲインとから求まる感度関数と、制御対象のモデルとゲイン候補値に変更した際の制御ゲインとから求まる感度関数と、の比率の伝達関数に対し、位相進みフィルタを結合した例を説明した。これに限らず、仮想位置誤差を求めるための伝達関数として、制御対象のモデルと現在の制御ゲインとから求まる感度関数と、制御対象のモデルとゲイン候補値に変更した際の制御ゲインとから求まる感度関数と、の比率の伝達関数に対し、重み関数として任意の伝達関数を持つフィルタを結合したものを用いることが可能である。

なお、実施の形態１と同様に、仮想誤差演算部４１、仮想誤差演算部４２ｃをまとめて広義の仮想誤差演算部と考え、第一誤差ノルム演算部５１と第二誤差ノルム演算部５２をまとめて広義の誤差ノルム演算部と考えることができる。

実施の形態５．
図１０は、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態５の概略構成例を示すブロック図である。本実施の形態のモータ制御装置は、フィードバック制御部２と、仮想誤差演算部４１ｄと、四路スイッチ（切替器）３と、誤差ノルム演算部５１ｄ（第一誤差ノルム演算部）と、誤差ノルム演算部５２ｄ（第二誤差ノルム演算部）と、ゲイン変更部６ｄとを備え、制御対象１を制御する。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。

本実施の形態では、仮想誤差演算部の個数を一つとした例について説明する。以下、実施の形態１と異なる動作について説明する。仮想誤差演算部４１ｄは、位置比例ゲインＫ_xの現在値と、外部から設定された位置比例ゲインの候補値である第一ゲイン候補値Ｋ_x1及び第二ゲイン候補値Ｋ_x2と、位置誤差ｅと、に基づいて、後述する方法により、位置比例ゲインをＫ_xからＫ_x1もしくはＫ_x2に変更した際の仮想位置誤差ｅ~を推定し、四路スイッチ３へ出力する。

四路スイッチ３は、入力端と出力端をそれぞれ二つずつ持ち（第一入力端、第二入力端と、第一出力端、第二出力端とを有し）、位置誤差ｅと仮想位置誤差ｅ~は、四路スイッチ３を介して、それぞれ、第一誤差ノルム演算部５１ｄまたは第二誤差ノルム演算部５２ｄに入力される。四路スイッチ３には二つの接続状態が存在し、状態＃１では、位置誤差ｅが第一誤差ノルム演算部５１ｄに入力され（第一入力端から入力された信号が第一出力端から出力され）、仮想位置誤差ｅ~が第二誤差ノルム演算部５２ｄに入力される（第二入力端から入力された信号が第二出力端から出力される）。また、状態＃２では、位置誤差ｅが第二誤差ノルム演算部５２ｄに入力され（第一入力端から入力された信号が第二出力端から出力され）、仮想位置誤差ｅ~が第一誤差ノルム演算部５１ｄに入力される（第二入力端から入力された信号が第一出力端から出力される）。四路スイッチ３は、後述する方法により、この二つの状態を切り替える。図１０は、状態＃１の場合を図示している。

第一誤差ノルム演算部５１ｄは、四路スイッチ３から入力される仮想位置誤差ｅ₁ ^´に基づいて、後述する方法により、第一誤差ノルムｎ₁を算出して出力する。同様に、第二誤差ノルム演算部５２ｄは、仮想位置誤差ｅ₂ ^´に応じて、後述する方法により、第二誤差ノルムｎ₂を算出して出力する。なお、四路スイッチ３が状態＃１の場合は、仮想位置誤差ｅ₁ ^´＝位置誤差ｅ、仮想位置誤差ｅ₂ ^´＝仮想位置誤差ｅ~であり、四路スイッチ３が状態＃２の場合は、仮想位置誤差ｅ₁ ^´＝仮想位置誤差ｅ~、仮想位置誤差ｅ₂ ^´＝位置誤差ｅである。

ゲイン変更部６ｄは、第一誤差ノルムｎ₁と、第二誤差ノルムｎ₂と、第一ゲイン候補値Ｋ_x1と、第二ゲイン候補値Ｋ_x2と、に基づき、後述の方法により、位置比例ゲインＫ_xの値を第一ゲイン候補値Ｋ_x1と、第二ゲイン候補値Ｋ_x2のどちらかに変更する。

次に、仮想誤差演算部４１ｄの動作について説明する。本実施の形態では、仮想誤差演算部４１ｄの伝達関数Ｗ（ｓ）は、予め設定された定数であるカットオフ角周波数ω_i、慣性モーメントＪ、速度比例ゲインＫ_v、速度積分ゲインＫ_i、位置比例ゲインの第一ゲイン候補値Ｋ_x1、第二ゲイン候補値Ｋ_x2、および位置制御器２１の位置比例ゲインの現在値Ｋ_xを用いて、位置比例ゲインＫ_xの現在値がＫ_x1であるときは式（２２）、位置比例ゲインＫ_xの現在値がＫ_x2であるときは式（２３）となるように設定する。

このように、本実施の形態では、仮想誤差演算部４１ｄの伝達関数を、位置比例ゲインＫ_xがＫ_x1であるかＫ_x2であるかに応じて変化するように設定している。このため、仮想誤差演算部４１ｄの出力は、位置比例ゲインＫ_xの現在値がＫ_x1であるときは、位置比例ゲインＫ_xをＫ_x2に変更した際の位置誤差の推定値（仮想位置誤差）ｅ₂となり、位置比例ゲインＫ_xの現在値がＫ_x2であるときは、位置比例ゲインＫ_xをＫ_x1に変更した際の位置誤差の推定値（仮想位置誤差）ｅ₁となる。なお、仮想誤差演算部４１ｄは、位置比例ゲインＫ_xがＫ_x1であるかＫ_x2であるかの情報をゲイン変更部６ｄから取得するようにしてもよいし、図示しない制御部がゲイン変更部６ｄが選択した結果（位置比例ゲインＫ_xをＫ_x1に変更したかＫ_x2に変更したかを示す結果）を取得して制御部が仮想誤差演算部４１ｄに通知してもよい。同様に四路スイッチ３にも、ゲイン変更部６ｄまたは図示しない制御部からゲイン変更部６ｄが選択した結果が入力される。

次に、四路スイッチ３の動作について説明する。本実施の形態のモータ制御装置では、四路スイッチ３の接続状態を、位置比例ゲインＫ_xの現在値がＫ_x1であるときは状態＃１とし、位置比例ゲインＫ_xの現在値がＫ_x2であるときは状態＃２とする。四路スイッチ３の状態をこのように設定することにより、第一誤差ノルム演算部５１ｄの入力ｅ₁ ^´は、位置比例ゲインＫ_xの現在値がＫ_x1のときには位置誤差ｅそのものとなり、位置比例ゲインＫ_xの現在値がＫ_x2のときには位置比例ゲインをＫ_x2からＫ_x1に変更した際の位置誤差の推定値ｅ₁となる。このため、どちらの場合も、位置比例ゲインをＫ_x1とした場合の値（位置誤差またはその推定値）となる。同様に、第二誤差ノルム演算部５２ｄの入力は、位置比例ゲインＫ_xの値をＫ_x2とした場合の値（位置誤差またはその推定値）となる。

次に、第一誤差ノルム演算部５１ｄ及び第二誤差ノルム演算部５２ｄについて説明する。本実施の形態の第一誤差ノルム演算部５１ｄ及び第二誤差ノルム演算部５２ｄの構成は、実施の形態３のモータ制御装置における第一誤差ノルム演算部５１ｂ及び第二誤差ノルム演算部５２ｂと同様である。このため、第一誤差ノルム演算部５１ｄ及び第二誤差ノルム演算部５２ｄの出力は、入力された位置誤差または位置誤差の推定値の振幅を平均した値となる。なお、第一誤差ノルム演算部５１ｄ及び第二誤差ノルム演算部５２ｄを、実施の形態１と同様に、絶対値演算を行う構成としてもよいし、実施の形態２と同様に二乗演算を行う構成としてもよい。

次に、ゲイン変更部６ｄの構成について説明する。図１１は、本実施の形態のゲイン変更部６ｄの構成例を示すブロック図である。ゲイン変更部６ｄは、ゲイン変更部６ｄに入力された第一誤差ノルムｎ₁と第二誤差ノルムｎ₂とに基づき、後述する方法でゲイン選択信号を出力するノルム比較部６１１ｄと、入力された第一ゲイン候補値Ｋ_x1と第二ゲイン候補値Ｋ_x2とノルム比較部６１１ｄから出力されたゲイン選択信号とに基づき、ゲイン候補値のいずれか一つのゲインを出力するゲイン選択部６１２ｄと、で構成される。

次に、ゲイン変更部６ｄの動作について説明する。ノルム比較部６１１ｄは、入力された第一誤差ノルムｎ₁と第二誤差ノルムｎ₂の大きさを比較し、大きさが小さい方の誤差ノルムの番号をゲイン選択信号として出力する。また、ゲイン選択部６１２ｄは、入力された選択信号で指定された誤差ノルムの番号に対応したゲイン候補値を出力する。例えば、第二誤差ノルムｎ₂が第一誤差ノルムｎ₁よりも小さいとき、ノルム比較部６１１ｄは番号２を選択信号として出力し、ゲイン選択部６１２ｄはＫ_x2を選択してＫ_xとして出力する。そして、位置制御器２１の位置比例ゲインの値は、ゲイン選択部６１２ｄの出力値Ｋ_xに変更される。

ゲイン変更部６ｄは上記のように構成され、ｎ₁は位置比例ゲインＫ_xがＫ_x1である場合の位置誤差またはその推定値の振幅の平均であり、ｎ₂は位置比例ゲインＫ_xがＫ_x2である場合の位置誤差またはその推定値の振幅の平均である。これにより、位置比例ゲインＫ_xの値は、Ｋ_x1とＫ_x2のうち、位置誤差の振幅が小さくなる方の値に、自動的に変更される。そのため、従来の固定ゲインの制御系以上の外乱抑制性能を実現することが可能である。

なお、実施の形態１と同様に、第一誤差ノルム演算部５１ｄ及び第二誤差ノルム演算部５２ｄをまとめて広義の誤差ノルム演算部と考えることができる。

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、モータの位置制御や速度制御を行うモータ制御装置に有用であり、特に、制御系に低域外乱と高域外乱の両方が混入するモータ制御装置に適している。

１，１ａ 制御対象、２，２ａ フィードバック制御部、３ 四路スイッチ、６，６ａ，６ｂ，６ｄ ゲイン変更部、１１ モータ、１２ 機械系、１３ 位置検出器、１４ 速度検出器、２１ 位置制御器、２２ 速度制御器、２３ 電流制御器、２４ 微分器、４１，４１ａ，４１ｄ，４２，４２ａ，４２ｃ，４３，４００ 仮想誤差演算部、５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｄ，５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｄ，５００ 誤差ノルム演算部、７１ 絶対値演算部、７２ 移動平均フィルタ、６０１ 乗算器、６０２ 積分器、６０３，６０３ａ ゲイン算出部、６１１，６１１ｄ ノルム比較部、６１２，６１２ｄ ゲイン選択部、６１３ ローパスフィルタ。

Claims (10)

1. トルク指令に応じてモータの電流を制御することで、前記モータを含む制御対象を駆動し、前記制御対象の位置または速度を示す物理量の検出値と前記物理量に対する指令信号とに基づいて前記トルク指令を生成するモータ制御装置であって、
   前記指令信号と前記検出値との差である誤差信号に基づいて、設定された制御ゲインを用いた所定の演算により、前記誤差信号を低減するよう前記トルク指令を生成するフィードバック制御部と、
   前記制御ゲインの候補値として２つ以上のゲイン候補値を設定するゲイン候補値設定部と、
   前記誤差信号を入力とし、前記ゲイン候補値ごとに、前記制御ゲインの現在値であるゲイン現在値と前記ゲイン候補値とに基づいて設定した伝達関数を用いた演算により、前記制御ゲインを前記ゲイン候補値に設定した場合の前記誤差信号の推定値である仮想誤差信号をそれぞれ算出して出力する仮想誤差演算部と、
   前記ゲイン候補値ごとの前記仮想誤差信号を入力信号とし、該入力信号の大きさを表す誤差ノルムを前記ゲイン候補値ごとに算出して出力する誤差ノルム演算部と、
   前記誤差ノルムと前記ゲイン候補値とに基づいて前記制御ゲインを設定するゲイン変更部と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記ゲイン候補値ごとに、前記伝達関数として、前記制御ゲインを前記ゲイン現在値とした場合の前記フィードバック制御部の特性と前記制御対象のモデルとに基づいて算出される感度関数と、前記制御ゲインを前記ゲイン候補値とした場合の前記フィードバック制御部の特性と前記制御対象のモデルとに基づいて算出される感度関数と、の比率に基づいて設定した伝達関数を用い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. 前記ゲイン候補値のうち１つ以上について、前記伝達関数として、前記比率に基づいて設定した伝達関数に対して所定の重み関数を結合した伝達関数を用いることを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記ゲイン候補値は第一ゲイン候補値と第二ゲイン候補値の２つであり、
   前記仮想誤差演算部は、前記ゲイン候補値の各々に対応した第一仮想誤差演算部と第二仮想誤差演算部を有し、
   前記誤差ノルム演算部は、前記第一仮想誤差演算部の出力に対応した前記誤差ノルムである第一誤差ノルムを出力する第一誤差ノルム演算部と、前記第二仮想誤差演算部の出力に対応した前記誤差ノルムである第二誤差ノルムを出力する第二誤差ノルム演算部とを有し、
   前記ゲイン変更部は、前記第一誤差ノルムと前記第二誤差ノルムとの差分値と、前記第一ゲイン候補値と、前記第二ゲイン候補値とに基づいて前記制御ゲインを設定することを特徴とする請求項１、２または３に記載のモータ制御装置。
5. 前記ゲイン変更部は、
   前記第一誤差ノルムが前記第二誤差ノルムより小さい場合は前記制御ゲインが前記第一ゲイン候補値に近づき、前記第二誤差ノルムが前記第一誤差ノルムより小さい場合は前記制御ゲインが前記第二ゲイン候補値に近づくように、前記制御ゲインを設定することを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記ゲイン変更部は、前記誤差ノルムのうち最も小さい誤差ノルムに対応するゲイン候補値に近づくように前記制御ゲインを設定することを特徴とする請求項１、２または３に記載のモータ制御装置。
7. 第一状態と第二状態を有し、前記第一状態では、第一入力端から入力される信号を第一出力端へ出力するとともに第二入力端から入力される信号を第二出力端へ出力し、前記第二状態では、第一入力端から入力される信号を第二出力端へ出力するとともに第二入力端から入力される信号を第一出力端へ出力し、前記第一入力端には前記誤差信号が入力される切替器、
   をさらに備え、
   前記ゲイン候補値は第一ゲイン候補値と第二ゲイン候補値の２つであり、
   前記仮想誤差演算部は、算出した前記仮想誤差信号を前記切替器の前記第二入力端に入力し、
   前記誤差ノルム演算部は、前記切替器の前記第一出力端から出力される信号を入力信号として該入力信号の大きさを表す誤差ノルムを第一誤差ノルムとして出力する第一誤差ノルム演算部と、前記切替器の前記第二出力端から出力される信号を入力信号として該入力信号の大きさを表す誤差ノルムを第二誤差ノルムとして出力する第二誤差ノルム演算部とを有し、
   前記ゲイン変更部は、前記第一誤差ノルムと前記第二誤差ノルムのうち小さい方の誤差ノルムに対応するゲイン候補値を前記制御ゲインとして設定し、
   前記仮想誤差演算部は、前記伝達関数として、前記制御ゲインを前記第一ゲイン候補値とした場合の前記フィードバック制御部の特性と前記制御対象のモデルとに基づいて算出される感度関数の、前記制御ゲインを前記第二ゲイン候補値とした場合の前記フィードバック制御部の特性と前記制御対象のモデルとに基づいて算出される感度関数に対する比に基づいて設定した第一伝達関数と、前記制御ゲインを前記第二ゲイン候補値とした場合の前記フィードバック制御部の特性と前記制御対象のモデルとに基づいて算出される感度関数の、前記制御ゲインを前記第一ゲイン候補値とした場合の前記フィードバック制御部の特性と前記制御対象のモデルとに基づいて算出される感度関数に対する比に基づいて設定した第二伝達関数と、を保持し、
   前記ゲイン変更部が前記制御ゲインとして第一ゲイン候補値を設定した場合、前記切替器は前記第一状態に設定されるとともに前記仮想誤差演算部は前記第一伝達関数を用い、前記ゲイン変更部が前記制御ゲインとして第二ゲイン候補値を設定した場合、前記切替器は前記第二状態に設定されるとともに前記仮想誤差演算部は前記第二伝達関数を用いる、ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のモータ制御装置。
8. 前記検出値は前記制御対象の位置であり、前記指令信号は位置指令であり、前記誤差信号は位置誤差信号であり、
   前記フィードバック制御部は、前記位置誤差信号を位置比例ゲインで比例倍した信号に基づいて前記トルク指令を生成し、前記制御ゲインの値に応じて前記位置比例ゲインを設定する、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のモータ制御装置。
9. 前記検出値は前記制御対象の速度であり、前記指令信号は速度指令であり、前記誤差信号は速度誤差信号であり、
   前記フィードバック制御部は、前記速度誤差信号に対し速度積分ゲインを用いた比例積分演算を実施することにより前記トルク指令を生成し、前記制御ゲインの値に応じて前記速度積分ゲインを設定する、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のモータ制御装置。
10. 前記ゲイン候補値のうちの１つを前記ゲイン現在値とすることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載のモータ制御装置。

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