JP6242512B2 - 電動機用制御装置及び産業用機械装置 - Google Patents

Description

本発明は、架台に取り付けられた電動機を制御するための電動機用制御装置及び産業用機械装置に関する。

電動機の制御に用いられる電動機用制御装置は、電子部品実装機、半導体製造装置、工作機械、ファクトリーオートメーション及びロボット分野といった産業用機械装置で多用されている。電動機用制御装置は、任意に設定される位置決め指令及び制御対象の数理モデルを基に、動作指令信号を演算するフィードフォワード制御器及び動作指令信号から電動機の回転角度又は位置信号を減算して求まる偏差信号を抑制するフィードバック制御器を備えるものがある。このような電動機用制御装置は、電動機に取り付けられたロボットハンドのような作業機械を含む可動部を、高速かつ高精度に位置決め動作させることができる。

電動機を設置する産業用機械装置の機構は架台又は機台と称されるが、架台又は機台の剛性が低い場合は、電動機の駆動反力にともなう架台の振動が、電動機に取り付けられた可動部の位置決め性能を低下させる要因になる。このため、電動機用制御装置は、指令フィルタ又はプレフィルタとも称される制振補償器を備える場合がある（特許文献１）。制振補償器は、架台又は機台の固有振動数及び減衰係数に基づいて動作指令信号を操作し、架台又は機台の振動の発生を抑制しながら電動機を駆動する。

架台又は機台の固有振動数は、産業用機械装置全体の設置環境又は制御対象の姿勢によって変動する。このため、制振補償器が設定する制御パラメータの真値が位置決め箇所によって変動し、制振効果が十分に得られない可能性がある。そこで、パラメータの真値の変動に対するロバスト性の低下を補うため、非特許文献１に記載される機台加速度フィードバックが提案されている。機台加速度フィードバックは、架台又は機台に加速度センサを設置し、加速度センサの検出信号に対して任意に設定した周波数帯域の信号を通過させるバンドパス特性のフィルタ処理及び比例ゲインによる調整を施した後に、電動機の駆動力としてフィードバックするものである。

また、定盤と見なせる除振装置に搭載された直線型電動機を有するＸＹステージ型の位置決め装置にあっては、特許文献２に記載される定盤加速度フィードバックが提案されている。定盤加速度フィードバックは、ＸＹステージにより駆動される可動部の質量及び電力増幅器のゲインを考慮して、除振装置に設置された加速度センサからの信号に対しローパス特性又はバンドパス特性を有するフィルタ処理及び比例ゲインによる調整を施した信号を、電動機の駆動力としてフィードバックするものである。

特開２０１０−２０７０１１号公報 特開平５−１８９０５０号公報

土本祐也、関健太、岩崎誠、リニアモータ駆動テーブル装置における機台加速度信号を用いたロバスト制振制御、電気学会産業計測制御研究会、IIC-11-111、(2011)、pp. 91-96．（p.91右段4行目から右段15行目）

ところで、産業用機械装置は、電動機で駆動される可動部を架台に対して宙吊りにする構造を採用する場合がある。このような構造を有する産業用機械装置では、電動機位置の振動振幅よりも、機械端相対位置の振動振幅を低減することが求められる。電動機位置は、可動部の一端に接続された電動機の可動子と、架台に搭載された電動機の固定子との間の相対位置である。機械端相対位置は、可動部に装着された作業機械が作業対象物に作用する部分と作業対象物との間の相対位置である。

これらの振動振幅の低減手段として、制振補償器を採用する場合は、フィードフォワード制御器で演算される動作指令信号から架台の固有振動数成分を取り除くようにノッチフィルタを挿入する。このようにすると、電動機用制御装置は、架台の絶対振動の発生、すなわち、電動機位置及び機械端相対位置の両者の振動振幅を同時に低減しながら電動機を駆動できる。しかし、産業用機械装置の設置環境又は制御対象の姿勢によって架台の固有振動数は変動する。このため、制振補償器に設定される制御パラメータの真値が変動することに対するロバスト性が低くなり、位置決め箇所によっては電動機位置及び機械端相対位置の振動振幅を低減できない可能性がある。

機台加速度フィードバック又は定盤加速度フィードバックを採用する場合は、制振補償器に比べ制御対象の姿勢変動に対するロバスト性を向上させることができる。特許文献２の補償器は、電動機位置の振動振幅は低減できる。しかし、架台がロッキングモードで振動する場合、特許文献２の補償器は、機械端相対位置の振動を低減する効果は少なくなる可能性がある。ロッキングモードで振動する場合は、電動機の固定子を設置する箇所と作業対象物を設置する箇所とで架台の振動特性が異なる。

本発明は、電動機の可動部に連結された作業機械の作業対象物と、作業機械の作業対象物に作用する部分との間の相対位置の振動振幅を低減できる電動機用制御装置を提供す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、本発明に係る電動機用制御装置は、電動機の可動子の位置を決定するための位置指令信号及び電動機の固定子と可動子との間の相対位置である電動機位置の情報である電動機位置信号に基づき、固定子に機械的に連結された作業対象物と、可動子に機械的に連結された作業機械の作業対象物に作用する部分との間の相対位置である機械端相対位置を制御する。本発明に係る電動機用制御装置は、偏差抑制補償部と、加速度抽出部と、加速度補償部と、機械端補正部と、加算部と、を含む。偏差抑制補償部は、位置指令信号と電動機位置信号に基づく信号との差分が０になるように電動機を駆動する偏差抑制信号を出力する。加速度抽出部は、電動機の固定子が設置される架台の振動の情報である架台振動信号から、架台の固有振動数における加速度成分を架台加速度信号として出力する。加速度補償部は、架台加速度信号に比例ゲインを乗じて得られる比例補償信号を出力する。機械端補正部は、外部から入力される機械端調整パラメータの変更に応じて、比例補償信号の少なくとも振幅を変更して得られた機械端補正信号を出力して、電動機位置の振動振幅を増大させることにより機械端相対位置の振動振幅を低減させる。加算部は、偏差抑制信号に機械端補正信号を加算した信号を電動機の駆動信号として出力する。

本発明によれば、電動機の可動部に連結された作業機械の作業対象物と、作業機械の作業対象物に作用する部分との間の相対位置の振動振幅を低減できる電動機用制御装置を提供することができる。

実施の形態１に係る電動機用制御装置を備えた産業用機械装置を示す斜視図 実施の形態１に係る電動機用制御装置の構成を示す図 実施の形態１に係る電動機用制御装置の偏差抑制補償器の構成を示す図 実施の形態２に係る電動機用制御装置の構成を示す図 実施の形態３に係る電動機用制御装置の構成を示す図 実施の形態４に係る電動機用制御装置の構成を示す図 実施の形態５に係る電動機用制御装置の構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る電動機用制御装置及び産業用機械装置を、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、実施の形態１に係る電動機用制御装置を備えた産業用機械装置を示す斜視図である。産業用機械装置１００は、電動機２と、電動機２を保持する架台４と、電動機２の可動部３に取り付けられる作業機械３ｃと、電動機２を制御する電動機用制御装置１と、を含む。電動機２は、一方向に延びる直線状の固定子２ａと、固定子２ａが延びる方向、すなわち固定子２ａの長手方向に沿って移動する可動子２ｂとを備える。実施の形態１において、電動機２は、リニアモータである。電動機２はリニアモータには限定されず、環状のステーターと、ステーターの内側で回転するローターとを備えた回転電機であってもよい。

可動子２ｂには、可動部３が連結されている。可動部３は、作業機械３ｃを備える。実施の形態１において、作業機械３ｃはロボットハンドであるがこれに限定されず、工具であってもよい。可動部３は、電動機端３ａで可動子２ｂと連結されている。電動機２が動作すると、可動部３は、可動子２ｂとともに固定子２ａの長手方向に沿って移動する。作業機械３ｃがロボットハンドである場合は、作業機械３ｃは機械端３ｂで部品を把持し、部品を基板等の作業対象物５に配置する作業を行う。作業機械３ｃが工具である場合は、作業機械３ｃは金属素材の加工対象である作業対象物５を加工する作業を行う。このように作業対象物５は、部品を配置する基板及び工具による加工対象であるがこれらに限定されない。機械端３ｂは、作業機械３ｃが作業対象物５に対して作用する部分である。

架台４は、複数のレベリングボルト４ａにより支持されている。架台４は、架台上部４ｂ、架台下部４ｃ及びフレーム４ｄを備える。架台上部４ｂは、棒状の構造体である。架台上部４ｂは、上面４ｂｕに電動機２の固定子２ａが取り付けられる。固定子２ａの上に、可動子２ｂが配置される。架台下部４ｃには、一対のフレーム４ｄが取り付けられる。一対のフレーム４ｄ，４ｄは、架台上部４ｂの両端部を支持する。このような構造により、架台下部４ｃは、一対のフレーム４ｄ，４ｄを介して架台上部４ｂを支持する。

架台上部４ｂは、可動部３に貫通している。このような構造により、架台４は、可動部３が備える作業機械３ｃを宙吊りにした状態で支持する。作業機械３ｃは、架台４に宙吊りにされた状態で作業することができる。電動機２の固定子２ａが機械的に連結された架台下部４ｃには、作業対象物５が固定される。つまり、作業対象物５は、架台下部４ｃを介して電動機２の固定子２ａと機械的に連結される。作業対象物５は、ワークともいう。作業対象物５は、作業機械３ｃが把持した部品が配置される基板、又は工具である作業機械３ｃで加工される加工対象である。電動機用制御装置１は、産業用機械装置１００が備える電動機２の動作を制御する。次に、電動機用制御装置１について説明する。

図２は、実施の形態１に係る電動機用制御装置の構成を示す図である。電動機用制御装置１は、電動機２の可動子２ｂの位置を決定するための位置指令信号及び電動機２の固定子２ａと可動子２ｂとの間の相対位置である電動機位置の情報である電動機位置信号に基づき、固定子２ａに機械的に連結された作業対象物５と、可動子２ｂに機械的に連結された作業機械３ｃの作業対象物５に作用する部分である機械端３ｂとの間の相対位置である機械端相対位置を制御する制御装置である。

電動機用制御装置１は、偏差抑制補償器１ａと、加速度抽出器１ｄと、加速度補償器１ｅと、機械端補正器１ｆと、加算器１ｇと、を含む。偏差抑制補償器１ａは、位置指令信号と電動機位置信号との差分が０になるように電動機２を駆動する偏差抑制信号を出力する偏差抑制補償部である。加速度抽出器１ｄは、電動機２の固定子２ａが設置される架台４の振動の情報である架台振動信号から、架台４の固有振動数における加速度成分を架台加速度信号として出力する加速度抽出部である。加速度補償器１ｅは、架台加速度信号に比例ゲインを乗じて得られる比例補償信号を出力する加速度補償部である。機械端補正器１ｆは、比例補償信号の振幅及び位相を変更して得られた機械端補正信号を出力して、電動機位置の振動振幅を増大させることにより機械端相対位置の振動振幅を低減させる機械端補正部である。加算器１ｇは、偏差抑制信号に機械端補正信号を加算した信号を電動機２の駆動信号として出力する加算部である。

位置指令信号は、電動機２の固定子２ａの位置を指令する信号である。実施の形態１において、位置指令信号は、図１に示される産業用機械１００を制御するための制御装置６によって生成される。制御装置６は、電動機２が備えられる装置を制御する装置である。実施の形態１において、制御装置６は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）であるが、これに限定されない。位置指令信号が電動機用制御装置１に入力されると、偏差抑制補償器１ａは、入力された位置指令信号及び電動機位置信号に基づき、位置指令信号と電動機位置信号との差分、すなわち偏差である位置偏差信号を０に近付けるように演算した偏差抑制信号を生成する。位置偏差信号は、位置指令信号から電動機位置信号を減算してもよいし、電動機位置信号から位置指令信号を減算してもよい。偏差抑制補償器１ａは、生成した偏差抑制信号を、加算器１ｇに出力する。電動機位置信号は、電動機２の可動子２ｂと固定子２ａとの相対位置である電動機位置の情報である。電動機位置信号は、位置検出器１ｂが検出する。実施の形態１において、位置検出器１ｂは、エンコーダが用いられるがこれに限定されるものではない。

振動検出器１ｃは、架台４に取り付けられる。実施の形態１において、振動検出器１ｃは加速度センサであるが、これに限定はされない。振動検出器１ｃは、振動する架台４の運動を検出して、架台振動信号を出力する。加速度抽出器１ｄは、架台４の固有周波数における加速度成分を抽出することによって得られた架台加速度信号を出力する。加速度補償器１ｅは、架台加速度信号に可動部３の慣性に対応した比例ゲインを乗じて、比例補償信号を出力する。

機械端補正器１ｆは、加速度補償器１ｅから比例補償信号が入力される。機械端補正器１ｆは、機械端補正器１ｆの伝達関数が、機械端調整パラメータによって定められる特性になるように、比例補償信号の振幅及び位相を変更して機械端補正信号を生成し、加算器１ｇに出力する。機械端調整パラメータは、電動機用制御装置１の外部から入力される一つの数値であり、作業機械３ｃの機械端３ｂの位置を調整するために用いられる。実施の形態１において、機械端調整パラメータは機械端補正器１ｆの外部、実施の形態１では電動機用制御装置１の外部で求められて機械端補正器１ｆに入力されるが、電動機用制御装置１の内部で生成されてもよい。

実施の形態１では、機械端調整パラメータを変更するための入力装置７から、機械端調整パラメータが機械端補正器１ｆに入力される。実施の形態１において、入力装置７は、プロセッサ７Ｐと記憶装置７Ｍと入力部７Ｉとを備えるコンピューターである。実施の形態１において、入力部７Ｉは、入力キーであるが、これに限定されない。機械端調整パラメータが変更される場合、産業用機械装置１００のオペレータは、入力部７Ｉを用いて変更対象の機械端調整パラメータ及び変更後の値を入力装置７に与える。プロセッサ７Ｐは、機械端補正器１ｆに設定されている機械端調整パラメータのうち、変更対象の機械端調整パラメータの値を、入力部７Ｉによって与えられた値に変更する。

入力装置７の記憶装置７Ｍは、異なる複数の機械端調整パラメータを記憶することができる。この場合、入力装置７のプロセッサ７Ｐは、記憶装置７Ｍから機械端調整パラメータを読み出して機械端補正器１ｆに与え、機械端補正器１ｆに設定されている機械端調整パラメータを変更してもよい。

機械端補正信号は、電動機位置の振動振幅を増大させることにより機械端相対位置の振動振幅を低減させる。加算器１ｇは、偏差抑制補償器１ａが出力した偏差抑制信号と機械端補正器１ｆが出力した機械端補正信号とを加算して電動機２の駆動信号を生成し、電動機２に出力する。

図３は、実施の形態１に係る電動機用制御装置の偏差抑制補償器の構成を示す図である。図３中のｓは、ラプラス演算子である。偏差抑制補償器１ａは、位置補償器１ａ１と、減算器１ａ２と、微分器１ａ３と、速度補償器１ａ４と、減算器１ａ５と、を備える。位置補償器１ａ１は、減算器１ａ２から出力される位置偏差信号が入力される。位置補償器１ａ１は、入力された位置偏差信号に位置比例ゲインｋ_ｐを乗じた速度指令信号を生成して、減算器１ａ５に出力する。減算器１ａ２は、図２に示される位置検出器１ｂが検出した電動機位置信号を位置指令信号から減算して、位置偏差信号を求める。

微分器１ａ３は、入力された電動機位置信号を微分演算することにより電動機速度信号を生成し、減算器１ａ５に出力する。速度補償器１ａ４は、減算器１ａ５から出力される速度偏差信号に、速度比例ゲインｋ_ｖｐによる比例演算及び速度積分ゲインｋ_ｖｉによる積分演算を施して、速度偏差信号の定常偏差を抑制するための偏差抑制信号を生成して、出力する。減算器１ａ５は、微分器１ａ３から出力された電動機速度信号を、位置補償器１ａ１から出力された速度指令信号から減算して速度偏差信号を生成し、速度補償器１ａ４に出力する。

電動機用制御装置１の偏差抑制補償器１ａは、位置偏差信号が０になるように、電動機２を駆動するための偏差抑制信号を演算して出力する。電動機２の可動子２ｂの位置決め制御をするために入力される位置指令信号の変化が急峻で、かつ電動機２の固定子２ａを設置する架台４の剛性が低い場合は、電動機２の可動子２ｂに取り付けられた可動部３の駆動反力が架台４へ伝達する。その結果、架台４は、可動部３の駆動軸方向、すなわち電動機２の可動子２ｂが移動する方向と平行な方向に振動する。可動子２ｂが移動する方向は、電動機２の固定子２ａの長手方向である。

架台４が振動すると、架台４に設置された電動機２の固定子２ａ及び作業対象物５が振動する。このため、固定子２ａと可動子２ｂとの間の相対位置である電動機位置及び作業機械３ｃの機械端３ｂと作業対象物５との間の相対位置である機械端相対位置も振動する。電動機用制御装置１は、架台上部４ｂに設置された振動検出器１ｃにより検出された架台上部４ｂの振動、すなわち固定子２ａの振動の情報である架台振動信号を取得する。電動機用制御装置１は、架台４の固有振動数における加速度成分を加速度抽出器１ｄにより抽出し、さらに加速度補償器１ｅで可動部３の慣性に相当する比例ゲインを乗じることで比例補償信号を得る。

実施の形態１において、機械端補正器１ｆは、加速度補償器１ｅから出力された比例補償信号の振幅及び位相を変更して比例補償信号を補正する。仮に、機械端補正器１ｆの伝達関数が１である場合、機械端補正器１ｆは比例補償信号の振幅又は位相を変更しない。このため、機械端補正器１ｆは、振動する固定子２ａの動きに可動部３が追従するように電動機２を駆動する比例補償信号を、そのまま偏差抑制信号に加算する。その結果、電動機用制御装置１は、固定子２ａと可動子２ｂとの間の相対位置である電動機位置の振動振幅を低減、好ましくは０にすることができる。

図１に示される架台下部４ｃの振動特性が架台上部４ｂに対して異なる場合がある。一例としては、架台４が、レベリングボルト４ａを中心に回転するロッキングモードで振動する場合が上げられる。架台下部４ｃの振動特性が架台上部４ｂに対して異なる場合、固定子２ａと可動子２ｂとの間の相対位置である電動機位置の振動振幅を０にしても、機械端３ｂと作業対象物５との間の相対位置である機械端相対位置の振動振幅は０にならない。

電動機用制御装置１は、機械端相対位置の振動振幅を抑制するために、電動機用制御装置１の外部から入力される一つの数値である機械端調整パラメータを用いて電動機位置の振動振幅を増大させると同時に、機械端相対位置の振動振幅を低減する。そのために、機械端補正器１ｆは、機械端調整パラメータに応じて、比例補償信号の振幅及び位相を変更して、比例補償信号を補正する。なぜならば、電動機位置の振動振幅を０にしても機械端相対位置の振動振幅が残存する場合は、残存している機械端相対位置の振動を低減するために可動部３がさらに動作するよう、電動機２を駆動させる必要があるためである。残存している機械端相対位置の振動の分は、機械端相対位置の振動振幅を抑制するために必要な、作業機械３ｃの機械端３ｂの位置の補正量である。

仮に、機械端補正器１ｆの伝達関数を１として、加速度補償器１ｅで設定される比例ゲインを可動部３の慣性に相当する分よりも増大させる、すなわち比例補償信号の位相を変化させず振幅のみを増大させたとする。すると、偏差抑制補償器１ａは、機械端補正器１ｆの出力となる機械端補正信号で可動部３が駆動されることにより発生する位置偏差信号を抑制するように、偏差抑制信号を生成する。このため、電動機用制御装置１は、機械端相対位置の振動振幅を０にすることはできない。

そこで、電動機用制御装置１の機械端補正器１ｆは、電動機位置の振動振幅を０にした状態から可動部３がさらに動作するように電動機２を駆動させる。このために、機械端調整パラメータを変更する。具体的には機械端調整パラメータを増大又は減少させて、比例補償信号の振幅とともに位相を変更する。このようにすることで、電動機用制御装置１は、電動機位置の振動振幅を増大させ、機械端相対位置の振動振幅を低減する駆動信号を生成することができる。

より具体的な駆動信号を生成する方法として、機械端補正器１ｆは、電動機位置での動作が架台４の動作と同期する、すなわち同じ位相で振動するように機械端補正信号を生成する。このようにすることで、機械端相対位置の振動振幅を低減できる。機械端補正器１ｆは、電動機位置信号の二階微分値が、架台４の加速度信号に同期して動くよう、機械端補正信号を計算する。

実施の形態１において、機械端補正器１ｆは、機械端補正器１ｆの伝達関数が、電動機用制御装置１から出力される産業用機械装置１００の駆動信号から電動機位置信号までの閉ループ伝達特性の逆特性に機械端調整パラメータを乗じて、さらに１を加算した特性となるように構成される。このようにすることで、機械端補正器１ｆは、電動機位置信号の二階微分値が、架台４の加速度、具体的には加速度信号に同期して動くよう、比例補償信号の振幅と位相とを変更して機械端補正信号を求め、電動機位置の振動振幅を増大させる。また、電動機用制御装置１は、図２に示される入力装置７からの機械端調整パラメータにより電動機位置信号の振幅を調整できる。このため、電動機用制御装置１は、機械端調整パラメータが適切に設定されることで、機械端相対位置の振動を低減、好ましくは０にすることもできる。

閉ループ伝達特性の逆特性は、偏差抑制補償器１ａの伝達特性を設定する偏差抑制パラメータを利用することで算出できる。実施の形態１において、偏差抑制パラメータは、図３に示される位置比例ゲインｋ_ｐ、速度比例ゲインｋ_ｖｐ及び速度積分ゲインｋ_ｖｉであるが、これらに限定されるものではない。また、機械端補正器１ｆは、これらのうち少なくとも１つを用いて比例補償信号の振幅及び位相を変更する量を求める。

実施の形態１において、機械端調整パラメータは、図１に示される産業用機械装置１００の特性に基づいて実験又はシミュレーションによって予め求められる。このため、機械端補正器１ｆの伝達特性を予め予想することができる場合がある。この場合、比例補償信号の振幅及び位相を変更する量を予め見積もることができるので、機械端補正器１ｆとして、前述したような閉ループ伝達特性の逆特性を用いた計算でなく、位相進み補償器又は位相遅れ補償器を用いることができる。

電動機２を備えた産業用機械装置１００は、可動子２ｂの位置によって架台４の固有振動数が異なる場合もある。このような場合には、機械端調整パラメータは、電動機２の異なる運転条件、すなわち、異なる複数の可動子２ｂの位置毎に実験又はシミュレーションによって予め求められる。機械端調整パラメータは、電動機用制御装置１の外部の入力装置７が備える記憶装置又は電動機用制御装置１が備える記憶装置に、可動子２ｂの位置に対応して記憶させればよい。

比例補償信号の振幅及び位相を変更する量の最適値は、産業用機械装置１００の特性に基づいて実験又はシミュレーションによって予め求めることができる。産業用機械装置１００のオペレータが、入力装置７を用いて機械端補正器１ｆの機械端調整パラメータを変更し、実際に電動機２を駆動することを繰り返せば、機械端補正器１ｆが生成する比例補償信号の振幅及び位相を、前述した最適値に近づけることができる。

産業用機械装置１００の架台４の剛性が低い場合に、架台４に設置された電動機２の駆動反力により架台４の振動が発生しても、電動機用制御装置１は、機械端補正器１ｆが生成した比例補償信号の振幅と位相とを変更した機械端補正信号と、偏差抑制補償器１ａが生成した偏差抑制信号とを加算した駆動信号により、電動機２を駆動する。この駆動信号は、電動機位置の振動を発生させ、かつ機械端相対位置の振動振幅を低減するので、電動機用制御装置１は、作業機械３ｃが作業対象物５に作用する部分である機械端３ｂを、高速かつ高精度に位置決めすることができる。

架台加速度信号の検出を簡略にするため、振動検出器１ｃには加速度センサが用いられることが好ましいがこれに限定されない。振動検出器１ｃは、加速度センサの他にも速度センサ又は変位センサであってもよい。振動検出器１ｃが速度センサ又は変位センサである場合、振動検出器１ｃの出力信号に微分演算を行うことで、架台加速度信号がえられる。

振動検出器１ｃが加速度センサである場合、加速度抽出器１ｄには、中心周波数が架台４の固有振動数に設定されたバンドパスフィルタを用いる。このようにすることで、加速度抽出器１ｄは、振動検出器１ｃから出力された架台振動信号に重畳するオフセット及び高周波ノイズを低減できる。さらに、バンドパスフィルタの信号通過帯域を拡大することで、電動機用制御装置１は、床振動のような外乱及び制御対象の姿勢変動に対するロバスト性を向上できる。

機械端補正器１ｆには、比例ゲインによる比例補償器とバンドパスフィルタとを備えた制御器が用いられてもよい。機械端補正器１ｆにバンドパスフィルタを用いることにより、機械端補正器１ｆは、比例補償信号の振幅及び位相を変更すると同時に、比例補償信号に重畳するオフセット及び高周波ノイズを低減できるので好ましい。

実施の形態１において、電動機用制御装置１が備える偏差抑制補償器１ａ、加速度抽出器１ｄ、加速度補償器１ｅ、機械端補正器１ｆ及び加算器１ｇは、それぞれの機能を実行する処理回路により実現されるがこれに限定されるものではない。電動機用制御装置１の偏差抑制補償器１ａ、加速度抽出器１ｄ、加速度補償器１ｅ、機械端補正器１ｆ及び加算器１ｇの各機能は、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現されてもよい。また、複数のプロセッサ及び複数のメモリが連系して、電動機用制御装置１の機能を実現してもよい。

実施の形態１で開示した事項は、以下の実施の形態においても適用できる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る電動機用制御装置の構成を示す図である。実施の形態２に係る電動機用制御装置１Ａは、実施の形態１に係る電動機用制御装置１に、フィードフォワード補償部であるフィードフォワード補償器１ｋ及び制振補償部である制振補償器１ｌを追加したものである。電動機用制御装置１Ａの他の部分は、実施の形態１に係る電動機用制御装置１と同様であるので、同様の部分については必要に応じて説明を省略する。次においては、電動機用制御装置１Ａが、図１に示される産業用機械装置１００の電動機２を制御する場合について説明する。

フィードフォワード補償器１ｋは、位置指令信号ｘ_ｒにローパス特性を付与してモデル位置信号ｐ_ｒ、モデル速度信号ｖ_ｒ及びモデル駆動力信号τ_ｒを生成して、制振補償器１ｌに出力する。位置指令信号ｘ_ｒからモデル位置信号ｐ_ｒ、モデル速度信号ｖ_ｒ及びモデル駆動力信号τ_ｒまでの伝達関数は、それぞれ式（１）、式（２）及び式（３）である。式（３）中のＭ_ｈは可動部の慣性である。

ローパス特性を示すＦ（ｓ）は係数ｆ_０からｆ_４を用いて、式（４）で表現できる。

制振補償器１ｌは、フィードフォワード補償器１ｋから出力されるモデル位置信号ｐ_ｒ及びモデル速度信号ｖ_ｒに対して図１に示される架台４の反共振周波数を中心とするノッチ特性Ｆ_ｎ１を付与し、モデル駆動力信号τ_ｒには架台４の共振周波数を中心とするノッチ特性Ｆ_ｎ２を付与して、位置参照信号ｐ_ｒｅｆ、速度参照信号ｖ_ｒｅｆ及び駆動力参照信号τ_ｒｅｆを生成して出力する。ノッチ特性Ｆ_ｎ１の伝達関数は式（５）で表現され、ノッチ特性Ｆ_ｎ２の伝達関数は式（６）で表現される。Ω_ｐ１とΩ_ｚ１とは架台振動特性の共振周波数と反共振周波数であり、ζ_ｐ１とζ_ｚ１とはノッチ特性Ｆ_ｎ１とＦ_ｎ２の減衰係数である。架台４の反共振周波数は、架台４の機械インピーダンスが極大値をとるときの周波数であり、架台４の共振周波数は、架台４の機械インピーダンスが極小値をとるときの周波数である。

制振補償器１ｌは、フィードフォワード補償器１ｋから出力されるモデル位置信号ｐ_ｒ及びモデル速度信号ｖ_ｒに対しては、架台振動特性の反共振周波数を中心とするノッチ特性Ｆ_ｎ１を付与する。制振補償器１ｌは、モデル駆動力信号τ_ｒに対しては、共振周波数を中心とするノッチ特性Ｆ_ｎ２を付与する。これらの処理により、制振補償器１ｌは、位置参照信号ｐ_ｒｅｆ、速度参照信号ｖ_ｒｅｆ及び駆動力参照信号τ_ｒｅｆを生成して出力する。

制振補償器１ｌから出力される位置参照信号ｐ_ｒｅｆは、偏差抑制補償器１ａの減算器１ａ２に与えられ、速度参照信号ｖ_ｒｅｆは偏差抑制補償器１ａの減算器１ａ５に与えられる。駆動力参照信号τ_ｒｅｆは、加算器１ｇに与えられる。加算器１ｇは、偏差抑制補償器１ａが出力した偏差抑制信号と機械端補正器１ｆが出力した機械端補正信号と駆動力参照信号τ_ｒｅｆを加算して電動機２の駆動信号を生成し、電動機２に出力する。

減算器１ａ２は、位置参照信号ｐ_ｒｅｆから位置検出器１ｂが検出した電動機位置信号を減算して、位置偏差信号を求める。減算器１ａ５は、位置補償器１ａ１から出力された速度指令信号と速度参照信号ｖ_ｒｅｆとを加算し、さらに微分器１ａ３から出力された電動機速度信号を減算して速度偏差信号を生成し、速度補償器１ａ４に出力する。このように、偏差抑制補償器１ａは、位置参照信号ｐ_ｒｅｆ及び速度参照信号ｖ_ｒｅｆから偏差抑制信号を生成して出力する。

フィードフォワード補償器１ｋは、ローパス特性を決める係数ｆ_０からｆ_４が制御対象の特性に応じて設定されることで、制御対象の機械特性を踏まえたモデル位置信号ｐ_ｒ、モデル速度信号ｖ_ｒ及びモデル駆動力信号τ_ｒを出力する。このため、フィードフォワード補償器１ｋを備える電動機用制御装置１Ａは、位置指令信号ｘ_ｒに対する電動機２の可動子２ｂの位置決め制御における応答性を向上させることができる。制振補償器１ｌは、モデル位置信号ｐ_ｒ、モデル速度信号ｖ_ｒ及びモデル駆動力信号τ_ｒから、図１に示される架台４の固有振動数成分を取り除く。このため、制振補償器１ｌを備える電動機用制御装置１Ａは、架台４の固有振動の発生を抑制ながら可動子２ｂを駆動することができる。

図１に示される産業用機械装置１００は、電動機２の可動子２ｂの位置に応じて機械系全体の重心位置が変化する。このため、電動機用制御装置１Ａが産業用機械装置１００の電動機２を制御する場合、制振補償器１ｌの設定パラメータである共振周波数Ω_ｐ１及び反共振周波数Ω_ｚ１の真値は一定に定まらず、これらの設定パラメータが変動することに対するロバスト性が低下することに起因して架台４の振動が発生する可能性がある。

架台４が振動すれば、架台４に設置された電動機２の固定子２ａ及び架台下部４ｃに載置される作業対象物５が振動する。このため、固定子２ａと可動子２ｂとの間の相対位置である電動機位置及び機械端３ｂと作業対象物５との間の相対位置である機械端相対位置が振動する。制振補償器１ｌは、フィードフォワード補償器１ｋの出力に基づいて電動機２を駆動するための信号を演算するので、床振動のような外乱に起因する架台４の振動を抑制できない。

電動機用制御装置１Ａが備える機械端補正器１ｆは、架台４に設置された振動検出器１ｃの出力信号、すなわち架台振動信号を用いて電動機２の駆動信号を求める。電動機用制御装置１Ａは、加速度抽出器１ｄの信号抽出帯域を広く取ることにより、制振補償器１ｌの設定パラメータが変動することに対するロバスト性が低下したり、床振動のような外乱に起因して架台４が振動したりする場合でも、機械端相対位置の振動を抑制できる。

このように、電動機用制御装置１Ａは、位置決め制御の応答性を高めるフィードフォワード補償器１ｋと、架台４の振動の発生を抑制するようフィードフォワード補償器１ｋの出力信号を生成する制振補償器１ｌとを備える。このため、電動機用制御装置１Ａは、機械端相対位置の振動を抑制する制御系において、床振動のような外乱及び姿勢変動に対するロバスト性を向上できる。

実施の形態２において、電動機用制御装置１Ａが備える偏差抑制補償器１ａ、加速度抽出器１ｄ、加速度補償器１ｅ、機械端補正器１ｆ、加算器１ｇ、フィードフォワード補償器１ｋ及び制振補償器１ｌは、それぞれの機能を実行する処理回路により実現されるがこれに限定されるものではない。電動機用制御装置１Ａが備える偏差抑制補償器１ａ、加速度抽出器１ｄ、加速度補償器１ｅ、機械端補正器１ｆ、加算器１ｇ、フィードフォワード補償器１ｋ及び制振補償器１ｌの各機能は、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現されてもよい。また、複数のプロセッサ及び複数のメモリが連系して、電動機用制御装置１Ａの機能を実現してもよい。

実施の形態１において、機械端補正器１ｆは、比例補償信号の振幅及び位相を変更して得られた機械端補正信号を出力して、電動機位置の振動振幅を増大させることにより機械端相対位置の振動振幅を低減させた。実施の形態２において、機械端補正器１ｆは、外部から入力される機械端調整パラメータの変更に応じて、比例補償信号の振幅を変更して得られた機械端補正信号を出力して、電動機位置の振動振幅を増大させることにより機械端相対位置の振動振幅を低減させる。すなわち、機械端補正器１ｆは、比例補償信号の少なくとも振幅を変更して得られた機械端補正信号を出力して、電動機位置の振動振幅を増大させることにより機械端相対位置の振動振幅を低減させる。実施の形態２で開示した事項は、以下の実施の形態においても適用できる。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３に係る電動機用制御装置の構成を示す図である。実施の形態３に係る電動機用制御装置１Ｂは、比例補償器１ｈ、積分補償器１ｉ、減算器１ｊ及び偏差抑制補償器１ａへ入力される信号が、実施の形態１に係る電動機用制御装置１とは異なる。電動機用制御装置１Ｂの他の部分は、実施の形態１に係る電動機用制御装置１と同様であるので、同様の部分については必要に応じて説明を省略する。次においては、電動機用制御装置１Ｂが、図１に示される産業用機械装置１００の電動機２を制御する場合について説明する。

電動機用制御装置１Ｂは、加速度抽出器１ｄと、加速度補償器１ｅと、比例補償器１ｈと、積分補償器１ｉと、減算器１ｊと、偏差抑制補償器１ａと、加算器１ｇと、を含む。加速度抽出器１ｄは加速度抽出部である。比例補償器１ｈは、第１のゲインｋ_１により指定した特性になるよう加速度補償器１ｅからの比例補償信号の振幅を変更した機械端補正信号を出力する比例補償部である。積分補償器１ｉは、第２のゲインｋ_２及び二階の積分部である積分器１ｉ２により比例補償信号に比例演算及び二階の積分演算を実行し、結果を出力する積分補償部である。減算器１ｊは、電動機位置信号から積分補償器１ｉの出力信号を減算して位置補正信号を出力する減算部である。偏差抑制補償器１ａは、位置指令信号と位置補正信号との差分が０になるように電動機２を駆動する偏差抑制信号を出力する偏差抑制補償部である。加算器１ｇは、偏差抑制信号に機械端補正信号を加算した信号を電動機２の駆動信号として出力する加算部である。

比例補償器１ｈは、加速度補償器１ｅが出力する比例補償信号を入力として、機械端調整パラメータで変更される第１のゲインｋ_１により、比例補償信号の振幅を変更した信号を機械端補正信号として出力する。積分補償器１ｉは、調整ゲイン１ｉ１と積分器１ｉ２とを備える。積分補償器１ｉは、加速度補償器１ｅが出力する比例補償信号を入力として、機械端調整パラメータで変更される第２のゲインｋ_２による比例演算を行い、比例演算の結果に対して二階の積分演算を行う。このように、機械端調整パラメータは、比例補償器１ｈの第１のゲインｋ_１と調整ゲイン１ｉ１の第２のゲインｋ_２とを変更する。減算器１ｊは、電動機位置信号から積分補償器１ｉの出力信号を減算して、位置補正信号を偏差抑制補償器１ａに出力する。

偏差抑制補償器１ａは、位置指令信号から位置補正信号を減算することで位置偏差信号を生成する。偏差抑制補償器１ａは、位置補正信号から位置指令信号を減算して、位置偏差信号を生成してもよい。偏差抑制補償器１ａは、位置偏差信号を抑制するように、具体的には０にするように予め設定された偏差抑制パラメータを用いて演算した信号を、偏差抑制信号として加算器１ｇに出力する。

電動機用制御装置１Ｂは、図１に示される産業用機械装置１００の架台４がロッキングモードで振動することを想定している。電動機用制御装置１Ｂは、振動検出器として加速度センサを架台上部４ｂに設置して、作業機械３ｃの機械端３ｂと作業対象物５との間の相対位置である機械端相対位置の振動振幅を低減する。

図１に示される産業用機械装置１００において、架台上部４ｂ及び架台下部４ｃが同一の固有振動数で減衰振動をするとき、架台上部４ｂの振動ｘ_ｂの時間波形は式（７）で、架台下部４ｃの振動ｘ_sの時間波形は式（８）で表現できる。式（７）中のＣ_ｂは式（９）で、式（８）中のＣ_ｓは式（１０）で表される。

ｔは経過時間、Ｃ_ｂは架台上部４ｂの振動振幅、Ｃ_ｓは架台下部４ｃの振動振幅、Ａ_ｂは架台上部４ｂの最大振動振幅、Ａ_ｓは架台下部４ｃの最大振動振幅、ω_ｎは架台４の固有振動数、ζ_ｂは架台上部４ｂにおける架台振動の減衰係数、ζ_ｓは架台下部４ｃにおける架台振動の減衰係数、φ_ｂは架台上部４ｂの初期位相角度、φ_ｓは架台下部４ｃの初期位相角度である。架台４がロッキングモードで振動する場合は、架台上部４ｂと架台下部４ｃとが同相で、かつ両者の減衰係数ζ_ｂ及びζ_ｓが等しいとみなせる。このとき式（７）から式（１０）ではφ_ｂ＝φ_ｓ、かつζ_ｂ＝ζ_ｓとなり、架台上部４ｂから架台下部４ｃへの振動の伝達率ｋ_ｍ（＝ｘ_ｓ／ｘ_ｂ）は式（１１）で表現される。以下において、架台上部４ｂから架台下部４ｃへの振動の伝達率ｋ_ｍを、適宜振動伝達率ｋ_ｍと称する。

式（１１）から、振動伝達率ｋ_ｍは、架台上部４ｂの最大振動振幅Ａ_ｂと架台下部４ｃの最大振動振幅Ａ_ｓとの比で求まる。実施の形態３において、比例補償器１ｈは、第１のゲインｋ_１を、式（１１）で求められる振動伝達率ｋ_ｍの値になるように、機械端調整パラメータで変更する。これは、架台上部４ｂに設置した振動検出器１ｃにより架台下部４ｃに設置された作業対象物５の振動加速度を推定し、作業対象物５が振動する分だけ可動部３を駆動させる駆動信号を得るためである。

しかし、このようにして得られた駆動信号は、可動部３が架台下部４ｃに設置される作業対象物５に追従するように電動機２を駆動するための信号であり、可動部３が架台上部４ｂに追従するよう電動機２を駆動するための信号ではない。このため、電動機２の位置検出器１ｂによって検出された電動機位置信号には振動が生じる。仮に、調整ゲイン１ｉ１の第２のゲインｋ_２を０とすれば、偏差抑制補償器１ａは、電動機位置信号に生じた振動を抑制するように電動機２を駆動するので、比例補償器１ｈと偏差抑制補償器１ａとの作用が干渉する。

そこで、積分補償器１ｉは、この干渉を補正するように、機械端調整パラメータで変更される第２のゲインｋ_２を比例補償信号に設定する。実施の形態３において、機械端調整パラメータは、前述したように振動伝達率ｋ_ｍの値に設定されるため、第２のゲインｋ_２の値は振動伝達率ｋ_ｍから１を減算した値を、加速度補償器１ｅに設定する可動部３の慣性で除算した値に設定する。このようにすることで、外部から入力される一つの数値である機械端調整パラメータにより、比例補償器１ｈと調整ゲイン１ｉ１との両者の値を同時に設定することができる。

次に、積分補償器１ｉは、第２のゲインｋ_２が乗算された比例補償信号に対して、二階の積分器１ｉ２を用いて、加速度から位置の次元まで積分演算することにより得られた信号を、減算器１ｊに出力する。そして、減算器１ｊは、積分補償器１ｉが求めた信号を電動機位置信号から減算し、得られた信号を位置補正信号として偏差抑制補償器１ａに入力する。このような処理により、比例補償器１ｈと偏差抑制補償器１ａとの作用の干渉がなくなり、電動機用制御装置１Ｂは、電動機位置の振動を増大させることによって、電動機位置信号の二階微分値が架台の加速度と同期して発生する駆動信号を生成することができる。その結果、電動機用制御装置１Ｂで駆動される産業用機械装置１００は、機械端相対位置の振動振幅を低減、好ましくは０にすることができる。

このように、電動機用制御装置１Ｂは、電動機用制御装置１Ｂの外部から入力される一つの数値である機械端調整パラメータの増大又は減少により、比例補償器１ｈの第１のゲインｋ_１及び調整ゲイン１ｉ１の第２のゲインｋ_２を増大又は減少させる。このような処理により、電動機用制御装置１Ｂは、電動機位置の振動振幅を増大させると同時に、機械端相対位置の振動振幅を低減させる。

架台４がロッキングモードで振動し、かつ振動検出器１ｃが架台上部４ｂに設置される場合、電動機用制御装置１Ｂは、振動伝達率ｋ_ｍを第１のゲインｋ_１として設定し、第１のゲインｋ_１を用いて比例補償信号の比例演算を行う。振動伝達率ｋ_ｍは、架台上部４ｂの最大振動振幅Ａ_ｂと架台下部４ｃの最大振動振幅Ａ_ｓとの比である。さらに、電動機用制御装置１Ｂは、比例補正信号に対して積分補償器１ｉによる演算を行った信号で電動機位置を補正する。このような処理により、電動機用制御装置１Ｂは、電動機位置の振動を発生させることにより、機械端相対位置の振動振幅を０にする駆動指令を生成することができる。なお、振動検出器１ｃが架台下部４ｃに設置される場合は、比例補償器１ｈの第１のゲインｋ_１を１に設定すればよい。

実施の形態３において、電動機用制御装置１Ｂが備える偏差抑制補償器１ａ、加速度抽出器１ｄ、加速度補償器１ｅ、比例補償器１ｈ、加算器１ｇ、積分補償器１ｉ及び減算器１ｊは、それぞれの機能を実行する処理回路により実現されるがこれに限定されるものではない。電動機用制御装置１Ｂが備える偏差抑制補償器１ａ、加速度抽出器１ｄ、加速度補償器１ｅ、比例補償器１ｈ、加算器１ｇ、積分補償器１ｉ及び減算器１ｊの各機能は、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現されてもよい。また、複数のプロセッサ及び複数のメモリが連系して、電動機用制御装置１Ｂの機能を実現してもよい。

実施の形態３で開示した事項は、以下の実施の形態においても適用できる。

実施の形態４．
図６は、実施の形態４に係る電動機用制御装置の構成を示す図である。実施の形態４に係る電動機用制御装置１Ｃは、実施の形態３に係る電動機用制御装置１Ｂに、実施の形態２のフィードフォワード補償器１ｋ及び制振補償器１ｌを追加したものである。電動機用制御装置１Ｃの他の部分は、実施の形態３に係る電動機用制御装置１Ｂと同様であるので、同様の部分については必要に応じて説明を省略する。次においては、電動機用制御装置１Ｃが、図１に示される産業用機械装置１００の電動機２を制御する場合について説明する。

フィードフォワード補償器１ｋ及び制振補償器１ｌについては実施の形態２で説明した通りである。制振補償器１ｌから出力される位置参照信号ｐ_ｒｅｆは、偏差抑制補償器１ａの減算器１ａ２に与えられ、速度参照信号ｖ_ｒｅｆは偏差抑制補償器１ａの減算器１ａ５に与えられる。駆動力参照信号τ_ｒｅｆは、加算器１ｇに与えられる。加算器１ｇは、偏差抑制補償器１ａが出力した偏差抑制信号と比例補償器１ｈが出力した機械端補正信号と駆動力参照信号τ_ｒｅｆとを加算して電動機２の駆動信号を生成し、電動機２に出力する。

偏差抑制補償器１ａの減算器１ａ２は、減算器１ｊから出力された位置補正信号を位置参照信号ｐ_ｒｅｆから減算して、位置偏差信号を求める。偏差抑制補償器１ａの微分器１ａ３は、減算器１ｊから入力された位置補正信号を微分演算することにより電動機速度信号を生成し、減算器１ａ５に出力する。減算器１ａ５は、位置補償器１ａ１から出力された速度指令信号と速度参照信号ｖ_ｒｅｆとを加算し、さらに微分器１ａ３からの電動機速度信号を減算して速度偏差信号を生成し、速度補償器１ａ４に出力する。電動機用制御装置１Ｃの加算器１ｇは、偏差抑制補償器１ａが出力した偏差抑制信号と、比例補償器１ｈが出力した機械端補正信号と、駆動力参照信号τ_ｒｅｆとを加算して、電動機２の駆動信号を生成し、電動機２に出力する。

電動機用制御装置１Ｃが備える比例補償器１ｈは、架台４に設置された振動検出器１ｃの出力信号、すなわち架台振動信号を用いて電動機２の駆動信号を求める。電動機用制御装置１Ｃは、加速度抽出器１ｄの信号抽出帯域を広く取ることにより、制振補償器１ｌの設定パラメータが変動することに対するロバスト性が低下したり、床振動のような外乱に起因して架台４が振動したりする場合でも、機械端相対位置の振動を抑制できる。

このように、電動機用制御装置１Ｃは、比例補償器１ｈと、積分補償器１ｉと、位置決め制御の応答性を高めるフィードフォワード補償器１ｋと、架台４の振動の発生を抑制するようフィードフォワード補償器１ｋの出力信号を生成する制振補償器１ｌとを備える。このため、電動機用制御装置１Ｃは、機械端相対位置の振動を抑制する制御系において、床振動のような外乱及び姿勢変動に対するロバスト性を向上できる。

実施の形態４において、電動機用制御装置１Ｃが備える偏差抑制補償器１ａ、加速度抽出器１ｄ、加速度補償器１ｅ、比例補償器１ｈ、加算器１ｇ、積分補償器１ｉ、減算器１ｊ、フィードフォワード補償器１ｋ及び制振補償器１ｌは、それぞれの機能を実行する処理回路により実現されるがこれに限定されるものではない。電動機用制御装置１Ｃが備える偏差抑制補償器１ａ、加速度抽出器１ｄ、加速度補償器１ｅ、比例補償器１ｈ、加算器１ｇ、積分補償器１ｉ、減算器１ｊ、フィードフォワード補償器１ｋ及び制振補償器１ｌの各機能は、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより実現されてもよい。また、複数のプロセッサ及び複数のメモリが連系して、電動機用制御装置１Ｃの機能を実現してもよい。

実施の形態４で開示した事項は、以下の実施の形態においても適用できる。

実施の形態５．
図７は、実施の形態５に係る電動機用制御装置の構成を示す図である。実施の形態５に係る電動機用制御装置１Ｄは、積分補償器１ｉｄ、偏差抑制補償器１ａの減算器１ａ５、減算器１ｊ、そして入力装置７から入力される機械端調整パラメータの数が、実施の形態４に係る電動機用制御装置１Ｃとは異なる。電動機用制御装置１Ｄの他の部分は、実施の形態４に係る電動機用制御装置１Ｃと同様であるので、同様の部分については必要に応じて説明を省略する。次においては、電動機用制御装置１Ｄが、図１に示される産業用機械装置１００の電動機２を制御する場合について説明する。

電動機用制御装置１Ｄの積分補償器１iｄは、一階の積分部である積分器１ｉ３と、一階の積分部である積分器１ｉ４と、積分器１ｉ３の出力に対し比例演算を実行する調整ゲイン１i５と、積分器１ｉ４の出力に対し比例演算を実行する調整ゲイン１i６とで構成される。

電動機用制御装置１Ｄの積分補償器１iｄは、積分器１ｉ３と調整ゲイン１i５の速度ゲインｋ_ｖとにより、加速度補償器１ｅの出力である比例補償信号に対し一階の積分演算及び比例演算を実行する。積分補償器１iｄは、演算結果を積分補償器１iｄの第１の出力である一階積分補償信号として出力し、積分器１ｉ３と積分器１ｉ４と調整ゲイン１i６の変位ゲインｋ_ｄとにより、比例補償信号に対し二階の積分演算及び比例演算を実行する。積分補償器１iｄは、演算結果を積分補償器１iｄの第２の出力である二階積分補償信号として出力する。

電動機用制御装置１Ｄの偏差抑制補償器１ａの減算器１ａ５は、電動機用制御装置１Ｄの位置補償器１ａ１から出力された速度指令信号と、制振補償器１ｌから出力された速度参照信号ｖ_ｒｅｆと、積分補償器１ｉｄの第１の出力である一階積分補償信号とを加算し、さらに微分器１ａ３からの電動機速度信号を減算して速度偏差信号を生成して、速度補償器１ａ４に出力する。

電動機用制御装置１Ｄの減算器１ｊは、位置検出器１ｂによって検出された電動機２の可動子と固定子との相対位置である電動機相対位置信号から積分補償器１iｄの第２の出力である二階積分補償信号を減算した信号を、位置補正信号として出力する。

実施の形態５における入力装置７は、産業用機械装置１００のオペレータが入力部７Ｉを用いて変更する第１の機械端調整パラメータｐ_１と、第２の機械端調整パラメータｐ_２と、第３の機械端調整パラメータｐ_３とを電動機用制御装置１Ｄへ出力する。そして、電動機用制御装置１Ｄは、第１の機械端調整パラメータｐ_１で第１のゲインｋ_１を増大又は減少させ、第２の機械端調整パラメータｐ_２で速度ゲインｋ_ｖを増大又は減少させ、第３の機械端調整パラメータｐ_３で変位ゲインｋ_ｄを増大又は減少させる。

電動機用制御装置１Ｄの加速度補償器１ｅから出力される比例補償信号は、加速度抽出器１ｄの出力である架台加速度信号に対して比例ゲインによる比例演算を実行した結果であるので、架台４の加速度に比例する。よって、第１の機械端調整パラメータｐ_１で変更される第１のゲインｋ_１は、架台４の加速度に比例する比例補償信号に対して比例補償を行う作用をもつ。

積分器１ｉ３は、加速度補償器１ｅから出力される比例補償信号に対して一階の積分演算を実行するので、積分器１ｉ３の出力は架台４の速度に比例する。よって、第２の機械端調整パラメータｐ_２で変更される速度ゲインｋ_ｖは、架台４の速度に比例する積分器１ｉ３の出力に対して比例補償を行う作用をもつ。

積分器１ｉ４は積分器１ｉ３の出力に対し一階の積分演算を実行するので、積分器１ｉ４の出力は架台４の変位に比例する。よって、第３の機械端調整パラメータｐ_３で変更される変位ゲインｋ_ｄは、架台４の変位に比例する積分器１ｉ４の出力に対して比例補償を行う作用をもつ。

このように、電動機用制御装置１Ｄは、第１の機械端調整パラメータｐ_１で変更される第１のゲインｋ_１と、第２の機械端調整パラメータｐ_２で変更される速度ゲインｋ_ｖと、第３の機械端調整パラメータｐ_３で変更される変位ゲインｋ_ｄとを有する。第１のゲインｋ_１と速度ゲインｋ_ｖと変位ゲインｋ_ｄとの作用は架台振動の加速度、速度及び変位の物理量に対して明確に区別できる。このため、電動機用制御装置１Ｄは、第１から第３までの機械端調整パラメータｐ_１、ｐ_２、ｐ_３を独立に微調整することで、電動機位置の振動振幅を増大させて機械端相対位置の振動振幅を低減する精度を改善できる。

例えば、架台４が傾斜面に設置される場合、可動部３の位置決め場所が異なる場合、又は架台４が設置された部屋の室温が異なる場合等において、駆動反力及び外乱を受けて発生する架台振動の減衰率が異なる場合がある。そのような場合は、主に架台４の速度に比例する第２の機械端調整パラメータｐ_２を微調整し、機械端相対位置の振動振幅を低減する精度を改善すればよい。

以上の実施の形態１から実施の形態５に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 電動機用制御装置、１ａ 偏差抑制補償器、１ａ１ 位置補償器、１ａ２ 減算器、１ａ３ 微分器、１ａ４ 速度補償器、１ａ５ 減算器、１ｂ 位置検出器、１ｃ 振動検出器、１ｄ 加速度抽出器、１ｅ 加速度補償器、１ｆ 機械端補正器、１ｇ 加算器、１ｈ 比例補償器、１ｉ，１ｉｄ 積分補償器、１ｉ１，１ｉ５，１ｉ６ 調整ゲイン、１ｉ２，１ｉ３，１ｉ４ 積分器、１ｊ 減算器、１ｋ フィードフォワード補償器、１ｌ 制振補償器、２ 電動機、２ａ 固定子、２ｂ 可動子、３ 可動部、３ａ 電動機端、３ｂ 機械端、３ｃ 作業機械、４ 架台、４ａ レベリングボルト、４ｂ 架台上部、４ｂｕ 上面、４ｃ 架台下部、４ｄ フレーム、５ 作業対象物、６ 制御装置、７ 入力装置、１００ 産業用機械装置、Ｆ_ｎ１，Ｆ_ｎ２ ノッチ特性、ｋ_１ 第１のゲイン、ｋ_２ 第２のゲイン、ｋ_ｄ 変位ゲイン、ｋ_ｖ 速度ゲイン、ｐ_１，ｐ_２，ｐ_３ 機械端調整パラメータ、ｐ_ｒ モデル位置信号、ｐ_ｒｅｆ 位置参照信号、ｖ_ｒ モデル速度信号、ｖ_ｒｅｆ 速度参照信号、ｘ_ｒ 位置指令信号、τ_ｒ モデル駆動力信号、τ_ｒｅｆ 駆動力参照信号、Ω_ｐ１ 共振周波数、Ω_ｚ１ 反共振周波数。

Claims (10)

1. 電動機の可動子の位置を決定するための位置指令信号及び前記電動機の固定子と前記可動子との間の相対位置である電動機位置の情報である電動機位置信号に基づき、前記固定子に機械的に連結された作業対象物と、前記可動子に機械的に連結された作業機械の前記作業対象物に作用する部分との間の相対位置である機械端相対位置を制御する制御装置であり、
   前記位置指令信号と前記電動機位置信号に基づく信号との差分が０になるように前記電動機を駆動する偏差抑制信号を出力する偏差抑制補償部と、
   前記電動機の固定子が設置される架台の振動の情報である架台振動信号から、前記架台の固有振動数における加速度成分を架台加速度信号として出力する加速度抽出部と、
   前記架台加速度信号に比例ゲインを乗じて得られる比例補償信号を出力する加速度補償部と、
   外部から入力される機械端調整パラメータの変更に応じて、前記比例補償信号の少なくとも振幅を変更して得られた機械端補正信号を出力して、前記電動機位置の振動振幅を増大させることにより前記機械端相対位置の振動振幅を低減させる機械端補正部と、
   前記偏差抑制信号に前記機械端補正信号を加算した信号を前記電動機の駆動信号として出力する加算部と、を含む
   ことを特徴とする電動機用制御装置。
2. 前記偏差抑制補償部は、
   前記位置指令信号と前記電動機位置信号との差分が０になるように前記電動機を駆動する偏差抑制信号を出力し、
   前記機械端補正部は、
   前記比例補償信号の振幅及び位相を変更して前記機械端補正信号を得る
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動機用制御装置。
3. 前記機械端補正部は、
   前記偏差抑制補償部が前記偏差抑制信号を求める際に用いられる偏差抑制パラメータを用いて前記機械端補正信号を求める
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動機用制御装置。
4. 前記機械端補正部は、
   第１のゲインにより指定した特性になるよう前記比例補償信号の振幅を変更した機械端補正信号を出力する比例補償部と、
   第２のゲイン及び二階の積分部により前記比例補償信号に比例演算及び二階の積分演算を実行し、結果を出力する積分補償部と、
   前記電動機位置信号から前記積分補償部の出力信号を減算して位置補正信号を出力する減算部と、を備え、
   前記偏差抑制補償部は、
   前記位置指令信号と前記位置補正信号との差分が０になるように前記電動機を駆動する偏差抑制信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動機用制御装置。
5. 前記機械端補正部は、
   前記機械端補正部の外部から入力される一つの数値である機械端調整パラメータの増大又は減少により前記電動機位置の振動振幅を増大させると同時に、前記機械端相対位置の振動振幅を低減させる
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動機用制御装置。
6. 前記機械端補正部は、
   前記電動機位置の二階微分値が前記架台の加速度と同期して発生するよう前記機械端補正信号を求める
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電動機用制御装置。
7. 前記位置指令信号にローパス特性を付与してモデル位置信号、モデル速度信号及びモデル駆動力信号を出力するフィードフォワード補償部と、
   前記フィードフォワード補償部から出力される前記モデル位置信号及び前記モデル速度信号には前記架台の反共振周波数を中心とするノッチ特性を付与し、前記モデル駆動力信号には前記架台の共振周波数を中心とするノッチ特性を付与して、位置参照信号、速度参照信号及び駆動力参照信号を出力する制振補償部と、を備え、
   前記偏差抑制補償部は、前記位置参照信号、前記速度参照信号及び前記電動機位置信号から前記偏差抑制信号を生成して出力し、
   前記加算部は、前記偏差抑制信号と前記機械端補正信号と前記駆動力参照信号とを加算した信号を前記電動機の駆動信号として出力する
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電動機用制御装置。
8. 前記架台に取り付けられた加速度センサを有し、
   前記加速度センサが前記架台振動信号を出力すること
   を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電動機用制御装置。
9. 前記加速度抽出部は、
   中心周波数を前記架台の固有振動数としたバンドパスフィルタであること
   を特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の電動機用制御装置。
10. 電動機と、
    前記電動機を保持する架台と、
    前記電動機の可動部に取り付けられる作業機械と、
    前記電動機を制御する請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電動機用制御装置と、
    を含むことを特徴とする産業用機械装置。

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