JP7008885B1 - モータ制御装置、モータ制御システムおよびモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

モータ制御装置（１００）は、モータ（２）の速度を検出する速度検出器（５）と、モータの速度および速度指令に基づいてトルク指令を生成する速度制御器（４）と、トルク指令を補正して補正トルク指令を生成する補正演算器（６）と、トルク指令および補正トルク指令に基づいてモータに電流を流す電流制御器（３）と、モータで発生している振動振幅と振動周波数とを検出する振動検出器（８）と、速度制御器のパラメータを変更するパラメータ設定変更器（９）と、を備え、補正演算器は、振動振幅がしきい値よりも大きくなった場合、モータ、速度検出器、速度制御器、補正演算器および電流制御器で構成されるフィードバック制御系について、振動周波数の伝達特性を安定化させる補正トルク指令を計算し、パラメータ設定変更器は、伝達特性を安定化させた後に振動振幅が減少した場合、速度制御器のパラメータを変更する。

Description

本開示は、機械装置に連結されたモータをフィードバック制御するモータ制御装置、モータ制御システムおよびモータ制御方法に関する。

位置や速度といった状態量を高い精度で制御する必要がある機械装置では、駆動源にモータを用い、フィードバック制御を行う。指令に対して高応答で高精度なフィードバック制御を実現するには、フィードバック制御演算のパラメータを適切に設計する必要がある。パラメータが適切な範囲から外れた場合は、高応答で高精度なフィードバック制御を実現できないだけでなく、フィードバック制御系が不安定化し、動作が振動的になるといった現象が生じる場合がある。

フィードバック制御系のパラメータは、モータに連結されている負荷機械の特性に合わせて設定する必要がある。機械特性の例として、負荷機械のイナーシャや剛性が挙げられ、これらの特性に応じてパラメータを設定する必要がある。

また、モータで駆動される負荷機械では、運転中に機械特性が変化するものがあり、例えばシート状の材料をロールから巻き出したり巻き取ったりしながら加工するロール・ツー・ロール装置では、ロールに巻き取られている材料の量によりロールを回転させるモータにかかるイナーシャが変化する。特に、ロール・ツー・ロール装置ではその変化が大きく、ロールに巻き取られている材料の量によって、イナーシャが何十倍も変化する場合がある。このような装置では、イナーシャの大きさがどちらかに偏った状態に適したパラメータ設定を行うと、逆側の状態で制御系が不安定化する場合がある。これを防ぐためには、イナーシャ変化を把握して、全範囲で安定になるようにパラメータ設定したり、イナーシャ変化に応じて予め決めておいたパラメータ設定を変更するような仕組みを用意したりする必要があり、装置立ち上げの作業量が大きくなる。また、変化範囲全体の特性を把握する必要があるため、装置立ち上げの作業時の自動調整機能の利用も難しくなる。

特許文献１には、イナーシャが変化する機械装置でフィードバック制御系が振動的になるのを防ぐためにイナーシャ検出手段または振動検出手段を備え、各手段の検出結果に基づいてフィードバック制御系のパラメータを変更し、モータの振動を抑制するモータシステムが開示されている。

特開２０１６－３５６７６号公報

しかしながら、振動発生には外乱や制御系の不安定化など複数の要因があり、要因に応じて異なる対応が必要であるが、振動発生または振幅増大という情報だけでは発生現象の要因が判別できない。そのため、特許文献１に記載のモータシステムではパラメータ設定を適切に変更できない場合があった。また、イナーシャ検出手段には、加減速を伴う動作が必要となるため、運転パターンによってはイナーシャ検出が困難となる場合があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、制御対象のモータに連結された負荷が変化する場合の動作の安定化を実現可能な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、本開示は、負荷機械を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、モータの速度を検出する速度検出器と、モータの速度および速度指令に基づいてモータに対するトルク指令を生成する速度制御器と、トルク指令を補正して補正トルク指令を生成する補正演算器と、トルク指令および補正トルク指令に基づいてモータに電流を流す電流制御器と、モータで発生している振動の振幅である振動振幅と振動の周波数である振動周波数とを検出する振動検出器と、速度制御器のパラメータを変更するパラメータ設定変更器と、を備える。補正演算器は、振動振幅がしきい値よりも大きくなった場合に、モータ、速度検出器、速度制御器、補正演算器および電流制御器で構成されるフィードバック制御系について、振動検出器が検出した振動周波数の伝達特性を安定化させる補正トルク指令を計算し、パラメータ設定変更器は、伝達特性を安定化させた後に振動検出器が検出する振動振幅が減少した場合、速度制御器のパラメータを変更する。

本開示にかかるモータ制御装置は、制御対象のモータに連結された負荷が変化する場合の動作の安定化を実現できる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかるモータ制御装置を適用して実現されるモータ制御システムの構成例を示すブロック図 実施の形態１にかかるモータ制御装置が駆動するモータのボード線図 実施の形態１にかかるモータ制御装置のフィードバック制御系の開ループ伝達関数のボード線図 実施の形態１にかかるモータ制御装置のフィードバック制御系の開ループ伝達関数のナイキスト線図 実施の形態１にかかるモータ制御装置が不安定化したときの動作波形の一例を示す図 実施の形態１にかかるモータ制御装置の補正演算器の伝達関数のボード線図 実施の形態１にかかるモータ制御装置のフィードバック制御系の開ループ伝達関数のボード線図 実施の形態１にかかるモータ制御装置のフィードバック制御系の開ループ伝達関数のナイキスト線図 実施の形態１にかかるモータ制御装置のフィードバック制御系が安定化したときの動作波形を示す図 実施の形態１にかかるモータ制御装置のフィードバック制御系が安定化した場合の開ループ伝達関数のボード線図 実施の形態１にかかるモータ制御装置のフィードバック制御系が安定化した場合の開ループ伝達関数のナイキスト線図 実施の形態１にかかるモータ制御装置に外乱振動が入ったときの動作波形を示す図 実施の形態１にかかるモータ制御装置がモータの振動を抑制する動作の一例を示すフローチャート 実施の形態１にかかるモータ制御装置を実現するハードウェアの一例を示す図 実施の形態２にかかるモータ制御装置を適用して実現されるモータ制御システムの構成例を示すブロック図 実施の形態２にかかるモータ制御装置のフィードバック制御系の開ループ伝達関数のボード線図 負荷機械のイナーシャが減少する過程のモータの速度検出値の波形の一例を示す図 実施の形態２にかかるモータ制御装置のフィードバック制御系の開ループ伝達関数のボード線図 実施の形態２にかかるモータ制御装置のフィードバック制御系が安定化したときの動作波形を示す図 実施の形態２にかかるモータ制御装置のフィードバック制御系が安定化した場合の開ループ伝達関数のボード線図 実施の形態２にかかるモータ制御装置に外乱振動が入ったときの動作波形を示す図 実施の形態３にかかるモータ制御装置を適用して実現されるモータ制御システムの構成例を示すブロック図 実施の形態４にかかるモータ制御装置を適用して実現されるモータ制御システムの構成例を示すブロック図

以下に、本開示の実施の形態にかかるモータ制御装置、モータ制御システムおよびモータ制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるモータ制御装置を適用して実現されるモータ制御システムの構成例を示すブロック図である。

実施の形態１にかかるモータ制御システム２００は、モータ制御装置１００と、モータ制御装置１００により制御されるモータ２と、モータ２に連結された負荷機械１とを備える。

モータ２は、モータ制御装置１００から電流の供給を受けてトルクを発生し、負荷機械１を駆動する。

モータ制御装置１００は、電流制御器３と、速度制御器４と、速度検出器５と、補正演算器６と、位置制御器７と、振動検出器８と、パラメータ設定変更器９と、を備える。速度検出器５は、位置検出器５１および微分演算器５２で構成される。

電流制御器３は、補正演算器６から入力される補正トルク指令に基づいて、モータ２に供給する電流を制御する。

速度制御器４は、位置制御器７から入力される速度指令と速度検出器５から入力される速度検出値とに基づいてトルク指令を生成する。具体的には、速度制御器４は、速度検出値が速度指令に追従するように、比例計算および積分計算を含む演算を行うことでトルク指令を生成する。

速度検出器５の位置検出器５１は、モータ２の位置、具体的には、モータ２の図示を省略したロータの位置を検出する。速度検出器５の微分演算器５２は、位置検出器５１によるモータ２の位置の検出結果を示す位置検出値を微分してモータ２の速度を算出する。モータ２の速度とは、モータ２のロータの回転速度である。微分演算器５２が算出したモータ２の速度は、速度検出値として速度制御器４および振動検出器８に出力される。

補正演算器６は、振動検出器８で検出された振動振幅および周波数が定められた条件を満たす場合に、速度制御器４から入力されるトルク指令に対して補正演算を行い、補正トルク指令を生成する。補正演算器６は、振動振幅および周波数が定められた条件を満たさない場合、入力されたトルク指令を補正トルク指令として出力する。

位置制御器７は、位置検出器５１で検出されたモータ２の位置検出値が外部から入力された位置指令に追従するように、比例計算を含む演算を行うことで速度指令を生成する。

振動検出器８は、速度検出器５が出力する速度検出値の波形に含まれる振動の振幅および周波数を検出し、検出した振幅である振動振幅と、検出した周波数である振動周波数とを、補正演算器６およびパラメータ設定変更器９に出力する。

パラメータ設定変更器９は、振動検出器８で検出された振動振幅および周波数に基づいて、速度制御器４および位置制御器７のパラメータを変更する。

次に、図１に示すモータ制御装置１００の動作について説明する。このモータ制御装置１００は、負荷機械１およびモータ２が位置指令に追従した動作を行うようにすることを目的としている。

モータ制御装置１００において、位置制御器７は、位置検出器５１が検出したモータ２の位置を示す位置検出値が位置指令に追従するように、比例計算を含む演算を行い、速度指令を計算する。位置制御器７の演算は、比例計算の係数Ｋｐを使って式（１）のように表される。

速度制御器４は、速度検出器５の微分演算器５２が算出するモータ２の速度検出値が、位置制御器７が出力する速度指令に追従するように、比例計算と積分計算とを含む演算を実行してトルク指令を計算する。速度制御器４がトルク指令を計算するための演算は、比例計算の係数Ｋｖおよび積分計算の係数Ｋｉを使って式（２）のように表される。なお、式（２）中のｓはラプラス演算子であり、１／ｓは積分計算を表す。

速度制御器４が出力したトルク指令は、補正演算器６において補正トルク指令に変換され、補正トルク指令に応じた値の電流を電流制御器３がモータ２に供給することで、モータ２はトルクを発生させ回転する。このように、モータ制御装置１００は、位置制御器７、速度制御器４、補正演算器６、電流制御器３、位置検出器５１、速度検出器５、モータ２および負荷機械１で構成されるフィードバックループで行われる演算、つまりフィードバック（以下、ＦＢと記載する）制御演算を行うことで、負荷機械１およびモータ２が位置指令に追従する動作を実現する。なお、この場合では、補正演算器６がトルク指令を補正する演算で使用する伝達関数ｈ(ｓ)をｈ(ｓ)＝１としており、トルク指令と補正トルク指令は同一である。詳細については後述するが、補正演算器６は、振動検出器８が検出する振動の振幅が予め定められたしきい値を超えた場合にトルク指令を補正して補正トルク指令を生成し、振幅がしきい値以下の場合は、トルク指令を補正せずに、すなわち、伝達関数ｈ(ｓ)をｈ(ｓ)＝１として演算を行い、入力されたトルク指令と同じ値の補正トルク指令を出力する。

上述した構成のＦＢ制御系は、モータ２で位置や速度を制御する場合に多く用いられ、負荷機械１およびモータ２を位置指令に高応答かつ高精度に追従させるためには、ＦＢ制御系が適切な特性をもつように設定する必要がある。ＦＢ制御系の特性は、位置制御器７および速度制御器４の特性で調整でき、これらの各制御器が実行する比例計算および積分計算の係数がパラメータとなる。ＦＢ制御系のパラメータ設定には、高応答かつ高精度な特性だけでなく、安定性を考慮する必要がある。ＦＢ制御系が不安定になると、大振幅の発振現象が発生することがあるため、制御系が安定でありかつ、高応答で高精度な特性を持つようにパラメータを設定する必要がある。

続いて、モータ２が、イナーシャが変化する負荷機械１を駆動する場合について説明する。例えば、負荷機械１が、シート状の材料をロールから巻き出したり巻き取ったりしながら加工するロール・ツー・ロール装置のロール部分であるとき、ロールに巻き取られている材料の量によりロールのイナーシャ、つまり、負荷機械１のイナーシャが変化する。ロール・ツー・ロール装置ではイナーシャの変化が大きく、ロールに巻き取られている材料の量によって、イナーシャが何十倍も変化する場合がある。

負荷機械１のイナーシャが初期状態から増加する場合のＦＢ制御系への影響について説明する。例として、負荷機械１のイナーシャが、モータイナーシャ比５倍である初期状態から、最終的にモータイナーシャ比２５０倍まで増加する機械である場合を考える。

図２は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００が駆動するモータ２のボード線図である。図２のボード線図は、負荷機械１のイナーシャがモータイナーシャ比５倍、３１倍、２５０倍のときの、モータ２の入力である電流からモータ２の速度検出値までの伝達特性を示す。

図３は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００のＦＢ制御系の開ループ伝達関数のボード線図である。図３のボード線図は、イナーシャがモータイナーシャ比５倍である初期状態の負荷機械１に対して、位置制御器７および速度制御器４のパラメータを設定し、このパラメータ設定を変更せずに、負荷機械１のイナーシャが増加したときのＦＢ制御系の開ループ伝達関数を示す。なお、１８０Ｈｚ付近の共振特性をノッチフィルタで抑制しているが、負荷機械１のイナーシャの変化による影響はほとんどなく、本実施の形態との関係はないため詳細な説明は省略する。また、図４は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００のＦＢ制御系の開ループ伝達関数のナイキスト線図である。図３および図４から、負荷機械１のイナーシャが増加しモータイナーシャ比３１倍になったときに、ＦＢ制御系が安定限界になることがわかる。

図５は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００が不安定化したときの動作波形の一例を示す図であり、負荷機械１のイナーシャが増加する過程の速度検出値の波形の一例を示す。図５に示す速度検出値は、３秒の時点で負荷機械１のイナーシャがモータイナーシャ比３１倍になり、不安定化により７．５Ｈｚの発振が発生している。なお、図５では、発振波形を見るため、ハイパスフィルタを使って速度指令に追従した速度波形の成分を取り除いている。

振動検出器８は、速度検出器５が出力する速度検出値の波形に含まれる振動の振幅および周波数を算出する。図５に示すような振動が発生した場合では、６．５秒の時点で振幅０．５ｒ／ｍｉｎで周波数が７．５Ｈｚと算出される。０．５ｒ／ｍｉｎの振幅をしきい値として振動発生を判定した場合、補正演算器６は一時的に振動周波数付近のＦＢ制御系特性を安定化する補正演算をトルク指令に対して行い、補正されたトルク指令である補正トルク指令を生成する。補正演算器６は、式（３）に示す伝達関数ｈ(ｓ)を用いて補正演算を行い、補正トルクを計算する。

式（３）において、ω_hは、検出した振動周波数ω_o＝７．５×２π［ｒａｄ／ｓ］に対して、ω_h＝ω_o×２．５［ｒａｄ／ｓ］と設定される。このときの伝達関数ｈ(ｓ)のボード線図は図６のようになる。図６は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００の補正演算器６の伝達関数のボード線図である。補正演算器６で補正演算をしたときのＦＢ制御系の開ループ伝達関数のボード線図は図７、ナイキスト線図は図８のようになり、補正演算器６の補正演算によりＦＢ制御系は安定化する。図７は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００のＦＢ制御系の開ループ伝達関数のボード線図である。図８は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００のＦＢ制御系の開ループ伝達関数のナイキスト線図である。

ＦＢ制御系が安定化した場合、図９のように発振は抑制され、振動振幅が減少する。ＦＢ制御系が安定化により振動振幅が減少したことから、発振はＦＢ制御系の不安定化が要因であったと判定できる。図９は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００のＦＢ制御系が安定化したときの動作波形を示す図である。パラメータ設定変更器９は、これに基づいて、すなわち、振動振幅が上述のしきい値である０．５ｒ／ｍｉｎに達した後、振動振幅が減少した場合、位置制御器７の比例計算の係数Ｋｐと、速度制御器４の積分計算の係数Ｋｉを変更し、ＦＢ制御系を安定化させる。パラメータ設定変更器９は、それぞれの係数を、検出した振動周波数に基づいてＫｐ＝Ｋｉ＝７．５×２π／４の値に変更し、ＦＢ制御系を安定化させる。その様子を示すＦＢ制御系の開ループ伝達関数のボード線図を図１０に、ナイキスト線図を図１１に示している。図１０は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００のＦＢ制御系が安定化した場合の開ループ伝達関数のボード線図、図１１は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００のＦＢ制御系が安定化した場合の開ループ伝達関数のナイキスト線図である。

また、モータ制御装置１００は、パラメータ設定変更器９が位置制御器７および速度制御器４のパラメータを変更した後、補正演算器６が補正演算に用いる伝達関数をｈ(ｓ)＝１に戻す。なお、上記の式（３）の伝達関数を使用する補正演算で得られる安定化は大きな安定余裕を得られないため、ＦＢ制御系を一時的に安定化させる用途には利用できるが、定常的な安定化を得る目的には不適当である。補正演算器６の伝達関数の変更による安定化だけを実施した状態で、負荷機械１のイナーシャが更に増大すると、少しの増加でＦＢ制御系は再び不安定化することになる。

次に、振動の要因が外乱である場合について説明する。図１２は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００に外乱振動が入ったときの動作波形を示す図である。図１２の動作波形は、７．５Ｈｚの外乱が発生したときの動作を示す。３秒の時点で外乱が入力され、振動検出器８は、速度検出値から振動振幅０．８ｒ／ｍｉｎと周波数７．５Ｈｚを算出する。これに伴い、補正演算器６が上記式（３）の伝達関数を用いた補正演算を開始するが、振動振幅に変化がなく、この結果から、モータ制御装置１００は振動の発生がＦＢ制御系の不安定化ではないと判別する。そのため、パラメータ設定変更器９は位置制御器７および速度制御器４のパラメータ設定を変更しない。なお、補正演算器６は、上記式（３）の伝達関数を用いた補正演算を開始した後、定められた時間が経過した時点で、補正演算に用いる伝達関数をｈ(ｓ)＝１に戻す。補正演算器６が伝達関数をｈ(ｓ)＝１に戻すタイミングは、速度検出値の振動の発生の要因が外乱であるかＦＢ制御系の不安定化であるかを判定するために必要な時間が経過した後とする。

以上のモータ制御装置１００がモータ２の発振を抑制する動作をフローチャートで示すと図１３のようになる。図１３は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００がモータ２の振動を抑制する動作の一例を示すフローチャートである。

モータ制御装置１００は、モータ２を制御している状態のとき、図１３のフローチャートに従ってモータ２の振動発生の有無を判定し、振動発生を検出した場合、振動の発生要因を特定し、発生要因がＦＢ制御系の不安定化である場合は位置制御器７および速度制御器４のパラメータ設定を変更する。

すなわち、モータ２を制御中のモータ制御装置１００は、モータ２の速度の振動振幅をしきい値と比較し（ステップＳ１）、振動振幅がしきい値以下の場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、ステップＳ１を繰り返す。振動振幅がしきい値よりも大きい場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、モータ制御装置１００は、補正演算器６の伝達関数ｈ(ｓ)を変更する（ステップＳ２）。具体的には、補正演算器６がトルク指令の補正演算で用いる伝達関数ｈ(ｓ)を上記の式（３）に示すものに変更する。モータ制御装置１００は、次に、モータ２の速度の振動振幅が減少したかを確認する（ステップＳ３）。例えば、モータ制御装置１００は、ステップＳ２で補正演算器６の伝達関数を変更してから定められた時間が経過するまで振動振幅を監視し、振動振幅が減少したかを判定する。振動振幅が減少した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、モータ制御装置１００は、位置制御器７および速度制御器４のパラメータを調整する（ステップＳ４）。モータ制御装置１００は、位置制御器７および速度制御器４のパラメータを調整後、補正演算器６の伝達関数ｈ(ｓ)を変更する（ステップＳ５）。このステップＳ５では、伝達関数ｈ(ｓ)を上記のステップＳ２を実行する前の状態に、すなわち、伝達関数ｈ(ｓ)＝１に変更する。また、ステップＳ２で補正演算器６の伝達関数を変更した後、振動振幅が減少しない場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、モータ制御装置１００は、ステップＳ５を実行し、伝達関数ｈ(ｓ)＝１に変更する。モータ制御装置１００は、ステップＳ５を実行した後は、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１～Ｓ５の処理を繰り返す。

以上で説明したように、モータ制御装置１００においては、振動検出器８で検出した振動の振幅がしきい値よりも大きい場合、補正演算器６が補正演算に用いる伝達関数を、検出した振動の周波数に基づき変更してＦＢ制御系の特性を変化させる。そして、その後の振動振幅の変化状態から、負荷機械１のイナーシャが初期状態から増加する場合に発生した振動の発生要因を判別する。また、振動の発生要因がＦＢ制御系の不安定化の場合、パラメータ設定変更器９が位置制御器７および速度制御器４のパラメータを変更し、大振幅の発振を抑制する。また、発生要因がＦＢ制御系の不安定化ではない場合、パラメータ設定変更器９は位置制御器７および速度制御器４のパラメータの変更、すなわち、ＦＢ制御系の特性の変更を行わないようにする。これにより、負荷機械１のイナーシャの増加に伴いＦＢ制御系が不安定化してモータ２の振動が発生した場合に限定して位置制御器７および速度制御器４のパラメータ設定を変更することができる。言い換えると、外乱により一時的に振動が発生した場合に位置制御器７および速度制御器４のパラメータを変更してしまうことで制御が却って不安定になるのを防止することができ、モータ制御システム２００の動作の安定化を実現できる。

また、以上の説明では、イナーシャが変化する負荷機械１の例としてロールに巻き取られている材料の量によりロールのイナーシャが変わるロール・ツー・ロール装置を挙げたが、これに限らず、搬送用機械やアーム型ロボットなど負荷となる物体の有無や姿勢変化によりモータにかかるイナーシャが変化する装置の場合でも、同様の方法で振動を抑制してＦＢ制御系を安定化させることができる。

また、本実施の形態にかかるモータ制御システム２００は、負荷機械１と、負荷機械１を駆動するモータ２と、モータ２の速度を検出する速度検出器５と、モータ２の速度および速度指令に基づいてモータ２に対するトルク指令を生成する速度制御器４と、トルク指令を補正して補正トルク指令を生成する補正演算器６と、トルク指令および補正トルク指令に基づいてモータ２に電流を流す電流制御器３と、モータ２で発生している振動の振動振幅と振動周波数とを検出する振動検出器８と、速度制御器４のパラメータを変更するパラメータ設定変更器９と、を備える。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００が実行するモータ制御方法は、負荷機械１を駆動するモータ２の位置を検出し、モータ２の位置および位置指令から比例計算を含む演算により速度指令を生成し、モータ２の速度を検出し、モータ２の速度および速度指令に基づいて比例計算と積分計算とを含む演算によりモータ２に対するトルク指令を生成し、トルク指令を補正して補正トルク指令を生成し、トルク指令および補正トルク指令に基づいてモータ２に電流を流し、モータ２で発生している振動の振動振幅と振動周波数とを検出し、振動振幅がしきい値よりも大きくなった場合に、モータ２の位置の検出と、速度指令の生成と、モータ２の速度の検出と、トルク指令の生成と、補正トルク指令の生成と、モータ２に電流を流すことを繰り返すＦＢ制御系において、モータ２で発生している振動周波数における伝達特性を安定化させ、伝達特性を安定化させた後に振動振幅が減少した場合、速度指令を生成する演算のパラメータである比例計算の係数を変更するとともに、トルク指令を生成する際の演算のパラメータである積分計算の係数を変更する。

なお、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００の振動検出器８は、速度検出値の波形から振動の振幅および周波数を算出することとしたが、位置検出値、速度指令、トルク指令、補正トルク指令、電流の波形から振動の振幅および周波数を算出するようにしてもよい。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００は、振動の発生要因がＦＢ制御系の不安定化と判断した場合に、位置制御器７の比例計算の係数Ｋｐおよび速度制御器４の積分計算の係数Ｋｉを、検出した振動周波数に基づいて変更し、それぞれＫｐ＝Ｋｉ＝７．５×２π／４、すなわち、振動周波数の１／４倍に設定したが、１／４倍に限らず係数ＫｐおよびＫｉが振動周波数よりも小さい値になるように変更すればよい。具体的には、係数ＫｐおよびＫｉを、振動周波数×２πの１／２倍よりも小さくすれば、ＦＢ制御系の不安定化を抑制できる。さらには、変更前の係数ＫｐおよびＫｉを１／４倍するなど、変更前の係数ＫｐおよびＫｉよりも小さい値に変更してもよく、変更前の値の１／２倍よりも小さくすればＦＢ制御系の不安定化を抑制できる。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００では、位置制御器７が式（１）に従って速度指令を生成し、速度制御器４が式（２）に従ってトルク指令を生成する構成としたが、別の構成でもよい。例えば、速度Ｉ－Ｐ制御系の構成としたり、微分演算器を追加した構成としたりしてもよい。その場合は、検出した振動周波数に基づいて、図１０、図１１で示したような特性変化となるようにパラメータを変更すればよい。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００では、補正演算器６が式（３）の伝達関数ｈ(ｓ)を用いてＦＢ制御系の特性を変化させることとしたが、他の伝達関数を用いてもよい。例えば、ローパスフィルタを設定してＦＢ制御系の特性を変化させる、位相進み補償器を用いてＦＢ制御系の特性を変化させる、次式（４）のように速度検出値を整形した波形をトルク指令に加算してＦＢ制御系の特性を変化させる、といった方法を適用してもよい。これらの方法を適用した場合も同様の機能を実現できる。

続いて、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００を実現するハードウェアについて説明する。

本実施の形態にかかるモータ制御装置１００において、ＦＢ制御系の特性を変化させるための構成、具体的には、位置制御器７、速度制御器４、補正演算器６、振動検出器８およびパラメータ設定変更器９は、専用の処理回路で実現してもよいし、プログラムを実行する汎用のプロセッサで実現してもよい。専用の処理回路の例は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせた回路である。また、上記の構成をプロセッサで実現する場合、例えば、図１４に示すプロセッサ１０１およびメモリ１０２からなる制御回路を使用する。図１４は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００を実現するハードウェアの一例を示す図である。プロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）、システムＬＳＩ（Large Scale Integration）などである。メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などである。メモリ１０２には、位置制御器７、速度制御器４、補正演算器６、振動検出器８およびパラメータ設定変更器９のそれぞれの機能が記述されたプログラムが格納される。プロセッサ１０１は、メモリ１０２に格納されているプログラムを実行することにより、位置制御器７、速度制御器４、補正演算器６、振動検出器８およびパラメータ設定変更器９として動作する。なお、位置制御器７、速度制御器４、補正演算器６、振動検出器８およびパラメータ設定変更器９を専用の処理回路で実現し、残りを図１４に示す制御回路で実現してもよい。

モータ制御装置１００の速度検出器５はエンコーダで実現される。電流制御器３は、補正演算器６から入力される補正トルク指令に対応する値の電流を出力する電子回路で実現される。

実施の形態２．
図１５は、実施の形態２にかかるモータ制御装置１００ａを適用して実現されるモータ制御システム２００ａの構成例を示すブロック図である。図１５に示すモータ制御装置１００ａは、図１に示す実施の形態１にかかるモータ制御装置１００のパラメータ設定変更器９に代えて、速度制御器４のパラメータを変更するパラメータ設定変更器９ａを備える。その他の同一符号の構成要素については、図１と同様であるため、説明を省略する。

次に、図１５に示すモータ制御装置１００ａの動作について説明する。モータ制御装置１００ａは、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００と同様に、負荷機械１およびモータ２が、位置指令に追従して動作することを目的としており、図１と同一符号の構成要素についてはモータ制御装置１００と同様の動作をする。パラメータ設定変更器９ａは、位置制御器７、速度制御器４、速度検出器５、補正演算器６および電流制御器３と、モータ２および負荷機械１とで構成されるＦＢ制御系が不安定化したと判定したとき、振動検出器８で算出した振動の振幅および周波数に基づいて、速度制御器４のパラメータを変更する。

続いて、実施の形態２にかかるモータ制御システム２００ａにおいて負荷機械１のイナーシャが初期状態から減少する場合のＦＢ制御系への影響と、モータ制御装置１００ａの動作について説明する。負荷機械１のイナーシャが、モータイナーシャ比２５０倍である初期状態から、最終的にモータイナーシャ比５倍まで減少する場合を考える。モータ２の入力である電流からモータ２の速度検出値までの伝達特性を示すボード線図は、図２で示したものと同じとする。

図１６は、実施の形態２にかかるモータ制御装置１００ａのＦＢ制御系の開ループ伝達関数のボード線図である。図１６のボード線図は、初期状態の負荷機械１に対して、位置制御器７および速度制御器４のパラメータを設定し、この設定を変更せずに、負荷機械１のイナーシャが減少したときのＦＢ制御系の開ループ伝達関数を示す。負荷機械１のイナーシャが減少してモータイナーシャ比５．５倍程度になったときに、ＦＢ制御系が安定限界になる。なお、１８０Ｈｚ付近の共振特性をノッチフィルタで抑制しているが、負荷機械１のイナーシャの変化による影響はほとんどなく、本実施の形態との関係はないため詳細な説明は省略する。図１７は、負荷機械１のイナーシャが減少する過程のモータ２の速度検出値の波形の一例を示す図である。図１７に示す速度検出値は、７秒の時点で負荷機械１のイナーシャがモータイナーシャ比５．５倍になり、不安定化により５２Ｈｚの発振が発生している。なお、図１７では、発振波形を見るため、ハイパスフィルタを使って速度指令に追従した速度波形の成分を取り除いている。

振動検出器８は、実施の形態１と同様に、速度検出値で発生している振動の振幅と周波数を算出する。速度検出値で図１７のような振動が発生した場合、振動検出器８は、８秒の時点で、振動の振幅が０．５ｒ／ｍｉｎで周波数が５２Ｈｚと算出する。０．５ｒ／ｍｉｎが振動発生を検知するための振幅のしきい値に設定されている場合、補正演算器６は、８秒の時点で振動発生と判定し、一時的に振動周波数付近のＦＢ制御系特性を安定にするような補正演算を行い、トルク指令に対して補正トルク指令を生成する。具体的には、補正演算器６は、式（３）の伝達関数ｈ(ｓ)を用いた演算で補正トルク指令を計算する。式（３）において、ω_hは、振動検出器８が検出した振動周波数ω_o＝５２×２π［ｒａｄ／ｓ］に対して、ω_h＝ωo×２．５［ｒａｄ／ｓ］と設定される。補正演算器６が式（３）の伝達関数ｈ(ｓ)を用いた補正演算をしたときのＦＢ制御系の開ループ伝達関数のボード線図は図１８のようになり、補正演算器６の補正演算によりＦＢ制御系は安定化する。図１８は、実施の形態２にかかるモータ制御装置１００ａのＦＢ制御系の開ループ伝達関数のボード線図である。ＦＢ制御系が安定化した場合、図１９のように発振は抑制され、振動振幅は減少する。図１９は、実施の形態２にかかるモータ制御装置１００ａのＦＢ制御系が安定化したときの動作波形を示す図である。ＦＢ制御系の安定化により振動振幅が減少したことから、発振はＦＢ制御系の不安定化が要因であったと判定できる。パラメータ設定変更器９ａは、この判定に基づいて、速度制御器４の比例計算の係数Ｋｖを変更し、ＦＢ制御系を安定化させる。変更後の係数Ｋｖは、例えば、変更前の係数Ｋｖの値を１／２倍した値とする。この場合のＦＢ制御系の開ループ伝達関数のボード線図は図２０に示すものとなる。図２０は、実施の形態２にかかるモータ制御装置１００ａのフィードバック制御系が安定化した場合の開ループ伝達関数のボード線図である。

また、補正演算器６は、パラメータ設定変更器９ａが速度制御器４のパラメータを変更した後、実施の形態１と同様に、補正演算に用いる伝達関数をｈ(ｓ)＝１に戻す。補正演算器６の伝達関数をｈ(ｓ)＝１に戻す理由は、実施の形態１で説明した、負荷機械１のイナーシャが初期状態から増加する場合と同じである。

次に、振動の要因が外乱である場合について説明する。図２１は、実施の形態２にかかるモータ制御装置１００ａに外乱振動が入ったときの動作波形を示す図である。図２１は、５２Ｈｚの外乱が発生したときの速度検出値の波形を示す。３秒の時点で外乱が入力され、振動検出器８は、速度検出値から振動振幅０．５ｒ／ｍｉｎと周波数５２Ｈｚを算出する。これに伴い、補正演算器６が上記式（３）の伝達関数を用いた補正演算を開始するが、振動振幅に変化がなく、この結果から振動の発生がＦＢ制御系の不安定化ではないと判別する。そのため、パラメータ設定変更器９ａは位置制御器７および速度制御器４のパラメータ設定を変更しない。また、補正演算器６は、上記式（３）の伝達関数を用いた補正演算を開始した後、定められた時間が経過した時点で、補正演算に用いる伝達関数をｈ(ｓ)＝１に戻す。

以上のモータ制御装置１００ａがモータ２の発振を抑制する動作は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００がモータ２の発振を抑制する動作と同様に、図１３のフローチャートで示すことができる。ただし、モータ制御装置１００ａの動作の場合、図１３のステップＳ４では、速度制御器４のパラメータを調整する。

以上で説明したように、モータ制御装置１００ａにおいては、振動検出器８で検出した振動の振幅がしきい値よりも大きい場合、補正演算器６が補正演算に用いる伝達関数を、検出した振動の周波数に基づき変更してＦＢ制御系の特性を変化させる。そして、その後の振動振幅の変化状態から、負荷機械１のイナーシャが初期状態から減少する場合に発生した振動の発生要因を判別する。また、振動の発生要因がＦＢ制御系の不安定化の場合、パラメータ設定変更器９ａが速度制御器４のパラメータを変更し、大振幅の発振を抑制する。また、発生要因がＦＢ制御系の不安定化ではない場合、パラメータ設定変更器９ａは速度制御器４のパラメータの変更、すなわち、ＦＢ制御系の特性の変更を行わないようにする。これにより、負荷機械１のイナーシャの減少に伴いＦＢ制御系が不安定化してモータ２の振動が発生した場合に限定して速度制御器４のパラメータ設定を変更することができる。言い換えると、外乱により一時的に振動が発生した場合に速度制御器４のパラメータを変更してしまうことで制御が却って不安定になるのを防止することができ、モータ制御システム２００ａの動作の安定化を実現できる。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ａは、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００のパラメータ設定変更器９に代えて、速度制御器４のパラメータを変更するパラメータ設定変更器９ａを備える。その他の構成要素は同一である。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ａが実行するモータ制御方法は、負荷機械１を駆動するモータ２の位置を検出し、モータ２の位置および位置指令から比例計算を含む演算により速度指令を生成し、モータ２の速度を検出し、モータ２の速度および速度指令に基づいて比例計算と積分計算とを含む演算によりモータ２に対するトルク指令を生成し、トルク指令を補正して補正トルク指令を生成し、トルク指令および補正トルク指令に基づいてモータ２に電流を流し、モータ２で発生している振動の振動振幅と振動周波数とを検出し、振動振幅がしきい値よりも大きくなった場合に、モータ２の位置の検出と、速度指令の生成と、モータ２の速度の検出と、トルク指令の生成と、補正トルク指令の生成と、モータ２への電流を流すことを繰り返すＦＢ制御系において、モータ２で発生している振動周波数における伝達特性を安定化させ、伝達特性を安定化させた後に振動振幅が減少した場合、トルク指令を生成する際の演算のパラメータである比例計算の係数を変更する。

なお、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ａの振動検出器８は、速度検出値の波形から振動の振幅および周波数を算出することとしたが、位置検出値、速度指令、トルク指令、補正トルク指令、電流の波形から振動の振幅および周波数を算出するようにしてもよい。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ａは、振動の発生要因がＦＢ制御系の不安定化と判断した場合に、速度制御器４の比例計算の係数Ｋｖを変更前の係数Ｋｖの１／２倍としたが、１／２倍に限らず係数Ｋｖを変更前の係数Ｋｖよりも小さい値になるように変更すればよい。例えば、係数Ｋｖを変更前の値の１／√２倍よりも小さくすればＦＢ制御系の不安定化を抑制できる。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ａでは、位置制御器７が式（１）に従って速度指令を生成し、速度制御器４が式（２）に従ってトルク指令を生成する構成としたが、別の構成でもよい。例えば、速度Ｉ－Ｐ制御系の構成としたり、微分演算器を追加した構成としたりしてもよい。その場合は、検出した振動周波数に基づいて、図２０で示したような特性変化となるようにパラメータを変更すればよい。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ａでは、補正演算器６が式（３）の伝達関数ｈ(ｓ)を用いてＦＢ制御系の特性を変化させることとしたが、他の伝達関数を用いてもよい。例えば、ローパスフィルタを設定してＦＢ制御系の特性を変化させる、位相進み補償器を用いてＦＢ制御系の特性を変化させる、式（４）のように速度検出値を整形した波形をトルク指令に加算してＦＢ制御系の特性を変化させる、といった方法を適用してもよい。これらの方法を適用した場合も同様の機能を実現できる。

実施の形態３．
図２２は、実施の形態３にかかるモータ制御装置１００ｂを適用して実現されるモータ制御システム２００ｂの構成例を示すブロック図である。図２２に示すモータ制御装置１００ｂは、図１に示す実施の形態１にかかるモータ制御装置１００に、特性変化方向記憶部１０を追加し、振動検出器８に代えて振動検出器８ａを、パラメータ設定変更器９に代えてパラメータ設定変更器９ｂを備える。その他の同一符号の構成要素については、図１と同様であるため、説明を省略する。

次に、図２２に示すモータ制御装置１００ｂの動作について説明する。モータ制御装置１００ｂは、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００および実施の形態２にかかるモータ制御装置１００ａと同様に、負荷機械１およびモータ２が、位置指令に追従して動作することを目的としており、図１と同一符号の構成要素については実施の形態１にかかるモータ制御装置１００と同様の動作をする。

特性変化方向記憶部１０は、負荷機械１のイナーシャが初期状態から変化する際の増減方向の情報、すなわち、イナーシャが増加する方向か、減少する方向かといった情報を記憶する。

振動検出器８ａは、特性変化方向記憶部１０が記憶している負荷機械１のイナーシャの増減方向に応じて、速度検出器５から入力される速度検出値にフィルタ処理を行った上で振動の振幅および周波数の計算を行う。例えば、負荷機械１のイナーシャが増加する場合は、ＦＢ制御系が不安定になるときに発生する振動は、位置制御器７の比例計算の係数Ｋｐおよび速度制御器４の積分計算の係数Ｋｉから求められる周波数に近い周波数で発生する。そのため、この周波数帯を通過するバンドパスフィルタやハイパスフィルタなどを使うことで、不安定化に関係する振動成分を抽出して処理することができる。さらに、負荷機械１のイナーシャが減少する場合は、ＦＢ制御系が不安定になるときに発生する振動は、速度制御器４の比例計算の係数Ｋｖから求められる周波数に近い周波数または、初期状態でＦＢ制御系を調整したときに得られる限界特性の周波数に近い周波数で発生する。そのため、この周波数帯を通過するバンドパスフィルタやハイパスフィルタなどを使うことで、不安定化に関係する振動成分を抽出して処理することができる。すなわち、振動検出器８ａは、速度検出器５から入力される速度検出値に対し、負荷機械１のイナーシャの増減方向に応じたフィルタ処理を行い、フィルタ処理実施後の速度検出値を用いて振動の振幅および周波数を算出する。

パラメータ設定変更器９ｂは、位置制御器７、速度制御器４、位置検出器５１、速度検出器５、補正演算器６および電流制御器３と、モータ２および負荷機械１とで構成されるＦＢ制御系が不安定化したと判定したとき、特性変化方向記憶部１０が記憶している負荷機械１のイナーシャの増減方向に応じて、位置制御器７または速度制御器４のパラメータを変更する。パラメータ設定変更器９ｂは、負荷機械１のイナーシャが増加する場合は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００のパラメータ設定変更器９と同様に、振動検出器８ａが算出した振動の振幅および周波数に基づいて、位置制御器７の比例計算の係数および速度制御器４の積分計算の係数を変更する。また、パラメータ設定変更器９ｂは、負荷機械１のイナーシャが減少する場合は、実施の形態２にかかるモータ制御装置１００ａのパラメータ設定変更器９ａと同様に、振動検出器８ａが算出した振動の振幅および周波数に基づいて、速度制御器４の比例計算の係数を変更する。

以上のモータ制御装置１００ｂがモータ２の発振を抑制する動作は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００がモータ２の発振を抑制する動作と同様に、図１３のフローチャートで示すことができる。ただし、モータ制御装置１００ｂの動作の場合、図１３のステップＳ４では、負荷機械１のイナーシャの増減方向に応じて、位置制御器７および速度制御器４の双方のパラメータ、または、速度制御器４のパラメータを調整する。

以上で説明したように、モータ制御装置１００ｂにおいては、振動検出器８ａで検出した振動の振幅がしきい値よりも大きい場合、補正演算器６が補正演算に用いる伝達関数を、検出した振動の周波数に基づき変更してＦＢ制御系の特性を変化させる。そして、その後の振動振幅の変化状態から、振動の発生要因を判別する。また、振動の発生要因が負荷機械１の特性変化によるＦＢ制御系の不安定化の場合、特性変化方向記憶部１０が記憶している、負荷機械１の特性が変化する方向、すなわち、負荷機械１のイナーシャが初期状態から変化する際の増減方向に応じて、パラメータ設定変更器９ｂが、位置制御器７の比例計算の係数および速度制御器４の積分計算の係数、または、速度制御器４の比例計算の係数を変更する。これにより、負荷機械１のイナーシャの変化に伴いＦＢ制御系が不安定化してモータ２の振動が発生した場合に限定して、位置制御器７および速度制御器４のパラメータ設定を変更して大振幅の発振を抑制できるようになる。また、振動の発生要因がＦＢ制御系の不安定化ではない場合は、ＦＢ制御系の特性を変更しないようにできる。すなわち、外乱により一時的に振動が発生した場合に位置制御器７および速度制御器４のパラメータを変更してしまうことで制御が却って不安定になるのを防止することができ、モータ制御システム２００ｂの動作の安定化を実現できる。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ｂは、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００に、特性変化方向記憶部１０を追加し、振動検出器８に代えて振動検出器８ａを備え、パラメータ設定変更器９に代えてパラメータ設定変更器９ｂを備える。その他の構成要素はモータ制御装置１００と同一である。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ｂが実行するモータ制御方法は、負荷機械１を駆動するモータ２の位置を検出し、モータ２の位置および位置指令から比例計算を含む演算により速度指令を生成し、モータ２の速度を検出し、モータ２の速度および速度指令に基づいて比例計算と積分計算とを含む演算によりモータ２に対するトルク指令を生成し、トルク指令を補正して補正トルク指令を生成し、トルク指令および補正トルク指令に基づいてモータ２に電流を流し、モータ２が駆動する負荷機械１のイナーシャの増減方向を記憶し、記憶している負荷機械１のイナーシャの増減方向に応じて、モータ２の位置、速度またはトルクに基づく駆動波形に対するフィルタ処理を変更して、フィルタ処理後の駆動波形から、モータ２で発生している振動の振動振幅と振動周波数とを検出し、モータ２で発生している振動の振動振幅がしきい値よりも大きくなった場合に、モータ２の位置の検出と、速度指令の生成と、モータ２の速度の検出と、トルク指令の生成と、補正トルク指令の生成と、モータ２へ電流を流すことを繰り返すＦＢ制御系において、モータ２で発生している振動周波数における伝達特性を安定化させ、伝達特性を安定化させた後に振動振幅が減少した場合、負荷機械１のイナーシャが増加する場合は速度指令を生成する際の演算に含まれる比例計算の係数と、トルク指令を生成する際の演算に含まれる積分計算の係数とを変更し、負荷機械１のイナーシャが減少する場合はトルク指令を生成する際の演算に含まれる比例計算の係数を変更する。

なお、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ｂの振動検出器８ａは、速度検出値の波形から振動の振幅および周波数を算出することとしたが、位置検出値、速度指令、トルク指令、補正トルク指令、電流の波形から振動の振幅および周波数を算出するようにしてもよい。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ｂでは、位置制御器７が式（１）に従って速度指令を生成し、速度制御器４が式（２）に従ってトルク指令を生成する構成としたが、別の構成でもよい。例えば、速度Ｉ－Ｐ制御系の構成としたり、微分演算器を追加した構成としたりしてもよい。その場合は、検出した振動周波数に基づいて、図１０、図１１、図２０で示したような特性変化となるようにパラメータを変更すればよい。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ｂでは、補正演算器６が式（３）の伝達関数ｈ(ｓ)を用いてＦＢ制御系の特性を変化させることとしたが、他の伝達関数を用いてもよい。例えば、ローパスフィルタを設定してＦＢ制御系の特性を変化させる、位相進み補償器を用いてＦＢ制御系の特性を変化させる、式（４）のように速度検出値を整形した波形をトルク指令に加算してＦＢ制御系の特性を変化させる、といった方法を適用してもよい。これらの方法を適用した場合も同様の機能を実現できる。

実施の形態４．
図２３は、実施の形態４にかかるモータ制御装置１００ｃを適用して実現されるモータ制御システム２００ｃの構成例を示すブロック図である。図２３に示すモータ制御装置１００ｃは、図２２に示す実施の形態３にかかるモータ制御装置１００ｂから位置制御器７を削除し、さらに、パラメータ設定変更器９ｂに代えてパラメータ設定変更器９ｃを備える構成である。その他の同一符号の構成要素については、図２２と同様であるため、説明を省略する。

次に、図２３に示すモータ制御装置１００ｃの動作について説明する。モータ制御装置１００ｃは、負荷機械１およびモータ２が、外部から入力された速度指令に追従して動作することを目的としており、図２２と同一符号の構成要素については実施の形態３にかかるモータ制御装置１００ｂと同様の動作をする。

振動検出器８ａは、特性変化方向記憶部１０が記憶している負荷機械１のイナーシャの増減方向に応じて、速度検出器５から入力される速度検出値にフィルタ処理を行った上で振動の振幅および周波数の計算を行う。例えば、負荷機械１のイナーシャが増加する場合は、ＦＢ制御系が不安定になるときに発生する振動は、速度制御器４の積分計算の係数から求められる周波数に近い周波数で発生する。そのため、この周波数帯を通過するバンドパスフィルタやハイパスフィルタなどを使うことで、不安定化に関係する振動成分を抽出して処理することができる。さらに、負荷機械１のイナーシャが減少する場合は、ＦＢ制御系が不安定になるときに発生する振動は、速度制御器４の比例計算の係数から求められる周波数に近い周波数または、初期状態でＦＢ制御系を調整したときに得られる限界特性の周波数に近い周波数で発生する。そのため、この周波数帯を通過するバンドパスフィルタやハイパスフィルタなどを使うことで、不安定化に関係する振動成分を抽出して処理することができる。

パラメータ設定変更器９ｃは、速度制御器４、速度検出器５、補正演算器６および電流制御器３と、モータ２および負荷機械１とで構成されるＦＢ制御系が不安定化したと判定したとき、特性変化方向記憶部１０が記憶している負荷機械１のイナーシャの増減方向に応じて、速度制御器４のパラメータを変更する。パラメータ設定変更器９ｃは、負荷機械１のイナーシャが増加する場合は、振動検出器８ａで算出した振動の振幅および周波数に基づいて、速度制御器４の積分計算の係数を変更する。また、パラメータ設定変更器９ｃは、負荷機械１のイナーシャが減少する場合は、実施の形態２にかかるモータ制御装置１００ａのパラメータ設定変更器９ａと同様に、振動検出器８ａが算出した振動の振幅および周波数に基づいて、速度制御器４の比例計算の係数を変更する。

以上のモータ制御装置１００ｃがモータ２の発振を抑制する動作は、実施の形態１にかかるモータ制御装置１００がモータ２の発振を抑制する動作と同様に、図１３のフローチャートで示すことができる。ただし、モータ制御装置１００ｃの動作の場合、図１３のステップＳ４では、速度制御器４のパラメータを調整する。

以上で説明したように、モータ制御装置１００ｃにおいては、振動検出器８ａで検出した振動の振幅がしきい値よりも大きい場合、補正演算器６が補正演算に用いる伝達関数を、検出した振動の周波数に基づき変更してＦＢ制御系の特性を変化させる。そして、その後の振動振幅の変化状態から、振動の発生要因を判別する。また、振動の発生要因が負荷機械１の特性変化によるＦＢ制御系の不安定化の場合、特性変化方向記憶部１０が記憶している、負荷機械１の特性が変化する方向、すなわち、負荷機械１のイナーシャが初期状態から変化する際の増減方向に応じて、パラメータ設定変更器９ｃが、速度制御器４の積分計算の係数または比例計算の係数を変更する。これにより、負荷機械１のイナーシャの変化に伴いＦＢ制御系が不安定化してモータ２の振動が発生した場合に限定して、速度制御器４のパラメータ設定を変更して大振幅の発振を抑制できるようになる。また、振動の発生要因がＦＢ制御系の不安定化ではない場合は、ＦＢ制御系の特性を変更しないようにできる。すなわち、外乱により一時的に振動が発生した場合に速度制御器４のパラメータを変更してしまうことで制御が却って不安定になるのを防止することができ、モータ制御システム２００ｃの動作の安定化を実現できる。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ｃは、実施の形態３にかかるモータ制御装置１００ｂから位置制御器７を削除し、さらに、パラメータ設定変更器９ｂに代えてパラメータ設定変更器９ｃを備える。その他の構成要素はモータ制御装置１００ｂと同一である。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ｃが実行するモータ制御方法は、負荷機械１を駆動するモータ２の速度を検出し、モータ２の速度および速度指令に基づいて比例計算と積分計算とを含む演算によりモータ２に対するトルク指令を生成し、トルク指令を補正して補正トルク指令を生成し、トルク指令および補正トルク指令に基づいてモータ２に電流を流し、モータ２が駆動する負荷機械１のイナーシャの増減方向を記憶し、記憶している負荷機械１のイナーシャの増減方向に応じて、モータ２の位置、速度またはトルクに基づく駆動波形に対するフィルタ処理を変更して、フィルタ処理後の駆動波形から、モータ２で発生している振動の振動振幅と振動周波数とを検出し、モータ２で発生している振動の振動振幅がしきい値よりも大きくなった場合に、モータ２の速度の検出と、トルク指令の生成と、補正トルク指令の生成と、モータ２へ電流を流すことを繰り返すＦＢ制御系において、モータ２で発生している振動周波数における伝達特性を安定化させ、伝達特性を安定化させた後に振動振幅が減少した場合、負荷機械１のイナーシャが増加する場合はトルク指令を生成する際の演算に含まれる積分計算の係数を変更し、負荷機械１のイナーシャが減少する場合はトルク指令を生成する際の演算に含まれる比例計算の係数を変更する。

なお、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ｃの振動検出器８ａは、速度検出値の波形から振動の振幅および周波数を算出することとしたが、トルク指令、補正トルク指令、電流の波形から振動の振幅および周波数を算出するようにしてもよい。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ｃでは、速度制御器４が式（２）に従ってトルク指令を生成する構成としたが、別の構成でもよい。例えば、速度Ｉ－Ｐ制御系の構成としたり、微分演算器を追加した構成としたりしてもよい。その場合は、検出した振動周波数に基づいて、図１０、図１１、図２０で示したような特性変化となるようにパラメータを変更すればよい。

また、本実施の形態にかかるモータ制御装置１００ｃでは、補正演算器６が式（３）の伝達関数ｈ(ｓ)を用いてＦＢ制御系の特性を変化させることとしたが、他の伝達関数を用いてもよい。例えば、ローパスフィルタを設定してＦＢ制御系の特性を変化させる、位相進み補償器を用いてＦＢ制御系の特性を変化させる、式（４）のように速度検出値を整形した波形をトルク指令に加算してＦＢ制御系の特性を変化させる、といった方法を適用してもよい。これらの方法を適用した場合も同様の機能を実現できる。

以上の実施の形態に示した構成は、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、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、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 負荷機械、２ モータ、３ 電流制御器、４ 速度制御器、５ 速度検出器、６ 補正演算器、７ 位置制御器、８，８ａ 振動検出器、９，９ａ，９ｂ，９ｃ パラメータ設定変更器、１０ 特性変化方向記憶部、５１ 位置検出器、５２ 微分演算器、１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ モータ制御装置、２００，２００ａ，２００ｂ，２００ｃ モータ制御システム。

Claims (13)

1. 負荷機械を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、
   前記モータの速度を検出する速度検出器と、
   前記モータの速度および速度指令に基づいて前記モータに対するトルク指令を生成する速度制御器と、
   前記トルク指令を補正して補正トルク指令を生成する補正演算器と、
   前記トルク指令および補正トルク指令に基づいて前記モータに電流を流す電流制御器と、
   前記モータで発生している振動の振幅である振動振幅と前記振動の周波数である振動周波数とを検出する振動検出器と、
   前記速度制御器のパラメータを変更するパラメータ設定変更器と、
   を備え、
   前記補正演算器は、前記振動振幅がしきい値よりも大きくなった場合に、前記モータ、前記速度検出器、前記速度制御器、前記補正演算器および前記電流制御器で構成されるフィードバック制御系について、前記振動検出器が検出した前記振動周波数の伝達特性を安定化させる補正トルク指令を計算し、
   前記パラメータ設定変更器は、前記伝達特性を安定化させた後に前記振動検出器が検出する前記振動振幅が減少した場合、前記速度制御器のパラメータを変更する、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記負荷機械のイナーシャが変化する際の増減方向を記憶する特性変化方向記憶部、
   を備え、
   前記速度制御器は、比例計算および積分計算を含む演算により前記トルク指令を生成し、
   前記パラメータ設定変更器は、前記特性変化方向記憶部が記憶している前記増減方向が増加方向の場合は前記積分計算の係数を変更し、前記増減方向が減少方向の場合は前記比例計算の係数を変更する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記パラメータ設定変更器は、前記増減方向が増加方向の場合、前記速度制御器の積分計算の係数を、変更前の値よりも小さい値、または、前記振動周波数よりも小さい値に変更する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記パラメータ設定変更器は、前記増減方向が減少方向の場合、前記速度制御器の比例計算の係数を変更前の値よりも小さい値に変更する、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のモータ制御装置。
5. 前記振動検出器は、前記モータの位置、速度またはトルクに基づく駆動波形に対して、前記特性変化方向記憶部が記憶している前記増減方向が増加方向の場合と減少方向の場合とで異なるフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後の前記駆動波形から前記振動振幅および前記振動周波数を検出する、
   ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
6. 前記モータの位置を検出する位置検出器と、
   前記モータの位置および位置指令に基づいて、比例計算を含む演算により前記速度指令を生成する位置制御器と、
   を備え、
   前記パラメータ設定変更器は、前記増減方向が増加方向の場合、前記位置制御器の前記比例計算の係数を変更前の値よりも小さい値、または、前記振動周波数よりも小さい値に変更する、
   ことを特徴とする請求項２から５のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか一つに記載のモータ制御装置と、
   前記モータ制御装置により制御される前記モータと、
   前記モータにより駆動される前記負荷機械と、
   を備えることを特徴とするモータ制御システム。
8. 負荷機械を駆動するモータを制御するモータ制御装置が実行するモータ制御方法であって、
   前記モータの速度を検出する第１ステップと、
   前記モータの速度および速度指令に基づいて前記モータに対するトルク指令を出力する第２ステップと、
   前記トルク指令を補正して補正トルク指令を生成する第３ステップと、
   前記トルク指令および補正トルク指令に基づいて前記モータに電流を流す第４ステップと、
   前記モータで発生している振動の振幅である振動振幅と前記振動の周波数である振動周波数とを検出する第５ステップと、
   前記振動振幅がしきい値よりも大きくなった場合に、前記モータの速度の検出と、前記トルク指令の生成と、前記補正トルク指令の生成と、前記モータに電流を流すこととを繰り返すフィードバック制御系において、前記振動周波数における伝達特性を安定化させる第６ステップと、
   前記伝達特性を安定化させた後に前記振動振幅が減少した場合、前記トルク指令を生成する演算のパラメータを変更する第７ステップと、
   を含むことを特徴とするモータ制御方法。
9. 前記第２ステップでは、比例計算および積分計算を含む演算により前記トルク指令を生成し、
   前記第７ステップでは、前記負荷機械のイナーシャが増加する場合は前記積分計算の係数を変更し、前記負荷機械のイナーシャが減少する場合は前記比例計算の係数を変更する、
   ことを特徴とする請求項８に記載のモータ制御方法。
10. 前記第７ステップでは、前記イナーシャが増加する場合、前記積分計算の係数を変更前の値よりも小さい値、または、前記振動周波数よりも小さい値に変更する、
    ことを特徴とする請求項９に記載のモータ制御方法。
11. 前記第７ステップでは、前記イナーシャが減少する場合、前記比例計算の係数を変更前の値よりも小さい値に変更する、
    ことを特徴とする請求項９または１０に記載のモータ制御方法。
12. 前記第５ステップでは、前記モータの位置、速度またはトルクに基づく駆動波形に対して、前記イナーシャが増加する場合と前記イナーシャが減少する場合とで異なるフィルタ処理を実行し、フィルタ処理後の駆動波形から前記振動振幅および前記振動周波数を検出する、
    ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか一つに記載のモータ制御方法。
13. 前記モータの位置を検出する第８ステップと、
    前記モータの位置および位置指令に基づいて、比例計算を含む演算により前記速度指令を生成する第９ステップと、
    前記イナーシャが増加する場合は、前記第９ステップの前記比例計算の係数を変更前の値よりも小さい値、または、前記振動周波数よりも小さい値に変更する第１０ステップと、
    を含むことを特徴とする請求項９から１２のいずれか一つに記載のモータ制御方法。

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