JP7178561B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電動機および電動機で駆動される機械負荷に対し、電動機の速度または位置などの駆動動作を制御する電動機の制御装置に関する。特に、駆動時などに発生する機械負荷の反共振に起因する振動を抑制する制御構成を備えた電動機の制御装置に関する。
この種の電動機の制御装置は、上位コントローラから入力された位置指令と電動機および被制御対象の負荷(機械負荷)の位置が一致するように、内部に少なくともフィードフォワード制御系とフィードバック制御系の一つを有している。このような電動機の制御装置は、位置指令と電動機の位置検出値から、位置指令と電動機位置を一致させるためのトルク指令値を算出し、電動機でトルク指令値と同じトルクが生じるよう電動機の固定子巻線に通電する電流を制御することで、電動機および被制御対象の負荷(機械負荷)の位置を制御している。しかしながら、電動機と被制御対象の負荷(機械負荷)との接合部の機械剛性が低い場合は、加減速時または外乱印加時において、被制御対象の負荷(機械負荷)に反共振に起因する振動が生じやすく、整定性および外乱抑圧性を従来よりも更に高めることが課題として認識されていた。
この課題に対し、従来の送り制御装置は、被制御対象の負荷(機械負荷)であるスライダに加速度センサを設置し、被制御対象の負荷(機械負荷)の加速度検出値に重み係数である加速度フィードバックゲインを乗じたものを、トルク指令値から減算する加速度フィードバックループを備えることで、加減速時または外乱印加時に被制御対象の負荷(機械負荷)に生じる振動を抑制するように構成されている(例えば、特許文献1を参照)。
特許文献1等で代表される構成では、加速度フィードバックゲインを大きくするほど機械剛性に起因する振動が小さくなる。一方、本構成をフィードフォワード制御系を有する電動機の制御装置に適用した場合に、負荷の加減速動作に必要なトルクがトルク指令値から減算される。このため、指令追従性能が劣化し、停止間際に動作遅れ、オーバーシュート、またはアンダーシュートなどが生じてしまい、整定性と振動抑制が両立できない、という問題を有していた。換言すると、加速度フィードバックゲイン(加速度フィードバック量)と指令追従性能との間には、トレードオフの関係があり、整定性と振動抑制の両立については、更なる改良が希求されていた。
特開平6-91482号公報
本発明は、従来の課題を解決する。本発明は、フィードフォワード制御系と負荷加速度フィードバック系を有する電動機の制御装置において、指令追従性能を保ちつつ、負荷加速度フィードバックによる振動抑制効果を得ることで、整定性と振動抑制の両立が可能となる電動機の制御装置を提供することを目的とする。即ち、本発明は、負荷加速度フィードバックゲイン(加速度フィードバック量)と指令追従性能との間の、トレードオフの関係を、緩和、或いは回避を図り、指令追従性能を保ちつつ、負荷側からの加速度フィードバックによる振動抑制効果を高めた電動機の制御装置を提供する。
上述の課題を解決するために、本出願の発明者らは、試行錯誤を重ね且つ鋭意検討を行った。そして、指令追従性能を保ちつつ、負荷側からの加速度フィードバックによる振動抑制効果を高めた新規な電動機の制御装置を見出した。その詳細を下記に述べる。
課題を解決するための第1の態様は、被制御対象の負荷(機械負荷)を駆動する電動機の制御装置であって、フィードフォワード制御部と、フィードバック制御部と、加減算器と、を備える。
フィードフォワード制御部は、被制御対象の負荷目標位置を指定する位置指令信号を入力し、電動機の目標位置を示すフィードフォワード位置指令信号と、電動機の目標速度を示すフィードフォワード速度指令信号と、電動機で目標位置または目標速度が示す動作を為すために必要なトルクを示すフィードフォワードトルク指令信号と、を出力する。
フィードバック制御部は、フィードフォワード位置指令信号と、フィードフォワード速度指令信号と、電動機の位置を示す電動機位置信号と、電動機の速度を示す電動機速度信号とを入力し、電動機位置信号とフィードフォワード位置指令信号が一致するようにフィードバック制御するためのトルク指令を示すフィードバックトルク指令信号を出力する。
加減算器は、フィードフォワードトルク指令信号とフィードバックトルク指令信号を加算したトルク指令信号から、被制御対象の負荷の加速度を示す負荷加速度信号に負荷加速度フィードバックゲインを乗じた負荷加速度フィードバックトルク信号を減算し、トルク指令補正信号として出力する。
フィードフォワード制御部は、加減速動作時にトルク指令信号から減算される負荷加速度フィードバックトルク信号の影響を予め補償するようにフィードフォワードトルク指令信号を生成する。
また、第2の態様は、第1の態様の電動機の制御装置において、フィードフォワード制御部は、フィードフォワード位置指令信号の二階微分によって算出されたフィードフォワード加速度指令信号に対し、電動機のイナーシャと被制御対象の負荷のイナーシャと負荷加速度フィードバックゲインの加算値を乗じることによって、フィードフォワードトルク指令信号を生成する。
また、第3の態様は、第1の態様の電動機の制御装置において、加減算器は、トルク指令信号から、被制御対象の負荷の加速度を示す負荷加速度信号にフィルタ処理を施した信号に負荷加速度フィードバックゲインを乗じた負荷加速度フィードバックトルク信号を減算することで、トルク指令補正信号を生成する。
フィードフォワード制御部は、フィードフォワード位置指令信号の二階微分によって算出されたフィードフォワード加速度指令信号に電動機のイナーシャと被制御対象の負荷のイナーシャの加算値を乗じた信号と、フィードフォワード加速度指令信号にフィルタ処理と等価なフィルタ処理を施した信号に負荷加速度フィードバックゲインを乗じた信号と、を加算することによってフィードフォワードトルク指令信号を生成する。
上述の課題解決によって、フィードフォワード制御系と負荷加速度フィードバック系を有する電動機の制御装置は、負荷加速度フィードバックによる指令追従性能の低下を招くことも無く、指令追従性能を保ったまま、負荷加速度フィードバックによる振動抑制効果を高められる。したがって、整定性と振動抑制の両立が実現可能である。
本発明の電動機の制御装置は、フィードフォワード制御系によるフィードフォワードトルク演算において、負荷加速度フィードバックによる加減速トルクの減算分を予め補償する。本発明の電動機の制御装置は、指令追従性能を保ちつつ、負荷加速度フィードバックによる振動抑制効果を高めることを可能にし、産業的価値の大いなるものである。
本発明の実施の形態1における電動機の制御装置の構成の一例を示す図 本発明の実施の形態1における負荷加速度補正部の構成の一例を示す図 本発明の実施の形態1におけるフィードフォワードトルク指令生成部の構成の一例を示す図 本発明の実施の形態2における電動機の制御装置の構成の一例を示す図 本発明の実施の形態2におけるフィードフォワードトルク指令生成部の構成の一例を示す図
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における電動機の制御装置の構成の一例を示す図である。図1に示す電動機の制御装置100は、電動機201と電動機201の位置を検出する位置検出器202と、接合部203を介して電動機201に繋がれた駆動対象である負荷204の加速度を検出する加速度検出器205に接続されている。電動機の制御装置100は、図示しない上位コントローラから位置指令信号が入力され、位置指令信号と電動機および被制御対象の負荷(機械負荷)の位置が一致するように電動機の固定子巻線に通電する電流を制御する。位置検出器202は電動機の位置を検出し、電動機位置信号θmとして、電動機の制御装置100へ出力する。加速度検出器205は負荷の加速度を検出し、負荷加速度信号ALとして電動機の制御装置100へ出力する。
電動機の制御装置100の構成を説明する。電動機の制御装置100は、内部にフィードフォワード制御部1001、フィードバック制御部1002、トルク制御部103、速度変換部104、負荷加速度補正部105、加減算器108を有している。フィードフォワード制御部1001においては、位置指令信号θsが入力され、電動機の目標動作を示すフィードフォワード位置指令信号θff、フィードフォワード速度指令信号ωff、および、電動機が目標動作を為すために必用なトルクであるフィードフォワードトルク指令信号τffが出力される。
フィードバック制御部1002は、フィードフォワード位置指令信号θffと、フィードフォワード速度指令信号ωffと、電動機位置信号θmと、電動機位置信号θmから速度変換部104によって算出された電動機速度信号ωmとを入力し、フィードフォワード位置指令信号θffと電動機位置信号θmの位置ずれ、およびフィードフォワード速度指令信号ωffと電動機速度信号ωmの速度ずれを小さくするためのトルクを示すフィードバックトルク指令信号τfbを出力する。
加減算器108は、フィードフォワードトルク指令信号τffとフィードバックトルク指令信号τfbの加算値であるトルク指令信号τsから後述する負荷加速度フィードバックトルク信号τaccを減じたトルク指令補正信号τinを出力する。トルク制御部103は、トルク指令補正信号τinを入力し、電動機でトルク指令補正信号τinと同じトルクが生じるように、電動機の固定子巻線に通電する電流を制御する。
負荷加速度補正部105には、負荷加速度信号ALから指令加速度信号Asを減じた負荷加速度補正信号A’Lが入力され、負荷加速度フィードバックトルク信号τaccが出力される。
このようにして、電動機の制御装置100は、位置指令と電動機および負荷の位置が一致するにように、内部に、フィードフォワード制御系と、電動機位置と電動機速度と負荷速度をフィードバックしたカスケード型のフィードバック制御系を有している。
次に、電動機の制御装置の構成の詳細を説明する。
フィードフォワード制御部1001は、内部に、フィードフォワード動作指令生成部106とフィードフォワードトルク指令生成部107を有している。
フィードフォワード動作指令生成部106は、位置指令信号θsを入力し、フィードフォワード位置指令信号θffと、フィードフォワード速度指令信号ωffと、フィードフォワード加速度指令信号Affとを出力する。例えば、位置指令信号θsをそのままフィードフォワード位置指令信号θffとして出力し、フィードフォワード位置指令信号θffに一階微分演算処理を施すことでフィードフォワード速度指令信号ωffを、フィードフォワード位置指令信号θffに二階微分演算処理を施すことでフィードフォワード加速度指令信号Affを算出する。
フィードフォワードトルク指令生成部107は、フィードフォワード加速度指令信号Affを入力し、電動機201または負荷204の加速度がフィードフォワード加速度指令信号Affと一致するために必用なトルクであるフィードフォワードトルク指令信号τffを出力する。
例えば、フィードフォワード加速度指令Affに電動機または負荷などの総イナーシャを示す重み係数を乗じ、フィードフォワードトルク指令τffを算出する。なお、フィードフォワードトルク指令生成部107におけるフィードフォワードトルク指令信号τffを演算する構成の詳細は後述する。
このようにして、フィードフォワード制御部1001は、フィードフォワード動作指令生成部106とフィードフォワードトルク指令生成部107の作用により、入力された位置指令信号θsから、フィードフォワード位置指令信号θffとフィードフォワード速度指令信号ωffとフィードフォワードトルク指令信号τffとを出力する。フィードバック制御部1002は、内部に、位置制御部101と速度制御部102を有している。位置制御部101は、フィードフォワード位置指令信号θffと電動機位置信号θmを入力し、両者の差異を小さくするための速度指令信号ωsを出力する。位置制御部101は、例えば、フィードフォワード位置指令信号θffと電動機位置信号θmに重み係数を乗じたものを速度指令信号ωsとして出力する比例制御演算を行う。
速度制御部102は、フィードフォワード速度指令信号ωffと速度指令信号ωsと電動機速度信号ωmを入力する。速度制御部102は、フィードフォワード速度指令信号ωffと速度指令信号ωsとの加算値と、電動機速度信号ωmの差異を小さくするためのフィードバックトルク指令信号τfbを出力する。速度制御部102は、例えば、フィードフォワード速度指令信号ωffと速度指令信号ωsとの加算値から電動機速度信号ωmを減じた値に重み係数を乗じたものと、フィードフォワード速度指令信号ωffと速度指令信号ωsの加算値から電動機速度信号ωmを減じたものの積分値に重み係数を乗じたものとの加算値を、フィードバックトルク指令信号τfbとして出力する比例積分演算を行う。
このようにして、フィードバック制御部1002は、入力されたフィードフォワード位置指令信号θffとフィードフォワード速度指令信号ωffと電動機位置信号θmと電動機速度信号ωmから、フィードバックトルク指令信号τfbを出力する。
速度変換部104は、電動機位置信号θmを入力し、電動機速度を示す電動機速度信号ωmを出力する。速度変換部104では、例えば、電動機位置信号θmに対して微分演算を行い、その算出結果を電動機速度信号ωmとして出力する。
負荷加速度補正部105は、負荷加速度信号ALを入力し、負荷加速度信号ALに重み係数を乗じた値を負荷加速度フィードバックトルク信号τaccとして出力する。そして、フィードフォワードトルク指令信号τffとフィードバックトルク指令信号τfbの加算値であるトルク指令信号τsから、負荷加速度フィードバックトルク信号τaccを減じた値が、トルク指令補正信号τinとしてトルク制御部103に入力される。
しかしながら、電動機位置信号θmまたは負荷位置θLを位置指令信号θsに追従させるために電動機または負荷を加減速動作させる際、負荷加速度フィードバックトルク信号τaccをトルク指令信号τsから減じると、加減速動作に必用なトルクとして算出されたフィードフォワードトルク指令信号τffから負荷加速度フィードバックトルク信号τaccが減じられる。フィードフォワードトルク指令信号τffから負荷加速度フィードバックトルク信号τaccが減じられる場合の作用について、負荷加速度補正部105の動作原理と合わせて説明する。
図2は、本発明の実施の形態1における負荷加速度補正部105の構成の一例を示す図である。負荷加速度補正部105は、負荷加速度信号ALを入力し、負荷加速度信号ALに重み係数である負荷加速度フィードバックゲインKaccを乗じた値を負荷加速度フィードバックトルク信号τaccとして出力する。このとき、指令加速度信号As=0とすると、トルク指令信号τsに対する電動機位置信号θmの伝達関数Gτs→θm(s)、およびトルク指令信号に対する負荷位置θLの伝達関数Gτs→θL(s)は、次の式(1)、式(2)で示される。
Figure 0007178561000001
Figure 0007178561000002
Figure 0007178561000003
Figure 0007178561000004
式(1)および式(2)において、sはラプラス演算子、Jmは電動機201のイナーシャ、JLは負荷204のイナーシャ、ω’pはトルク指令信号τsから電動機位置信号θmへの伝達特性における共振周波数、ωzはトルク指令信号τsから電動機位置信号θmへの伝達特性における反共振周波数である。電動機イナーシャJm、負荷イナーシャJL、負荷加速度フィードバックゲインKaccと共振周波数ω’pとの関係は式(3)、反共振周波数ωzとの関係は式(4)の式で示される。式(3)および式(4)において、Ksは接合部203の弾性係数を示している。電動機の制御装置100で電動機201を介して負荷204を駆動する場合、加減速動作によって負荷204に反共振周波数ωzの振動が励起され、停止時の整定性の悪化要因となる。
式(1)に着目すると、負荷加速度フィードバックゲインKaccを大きくすると、共振周波数ω’pは大きくなり、反共振周波数ωzは変化しないことが分かる。共振周波数と反共振周波数の差異が大きくなるほど、反共振周波数におけるゲインは小さくなるので、反共振の影響は小さくなる。一方、式(1)と式(2)より、トルク指令信号τsに対する、電動機位置信号θmと負荷位置θLとの関係は、次の式(5)の関係にあることが分かる。
Figure 0007178561000005
式(5)より、電動機位置信号θmと負荷位置θLとの関係は、負荷加速度フィードバックゲインKaccに関わらず、常に一定である。よって、式(1)において、負荷加速度フィードバックゲインKaccを上げることで、トルク指令信号τsに対する電動機位置信号θmの伝達特性の反共振周波数ωzにおけるゲインが小さくなると、トルク指令信号τsに対する負荷位置θLの伝達特性の反共振周波数ωzにおけるゲインも同様に小さくなる。よって、加減速動作によって生じる負荷204の反共振周波数ωzの振動も小さくなる。
よって、負荷加速度補正部105によって負荷加速度をフィードバックすることで、上記の原理により、反共振周波数におけるゲイン、つまり感度を下げる作用がある。これによって、電動機の制御装置100によって電動機201または負荷204を駆動する際に、加減速動作時や外乱印加時に負荷204に生じる反共振振動を減じることができる。
以上に示した通り、負荷加速度補正部105による負荷加速度信号ALをフィードバックすることで、反共振に起因する振動を抑制する効果が得られる。
一方で、式(1)および式(2)より、トルク指令信号τsに対する電動機位置信号θmおよび負荷位置θLの伝達関数から、その総イナーシャは電動機イナーシャJm、負荷イナーシャJL、および負荷加速度フィードバックゲインKaccの加算値であることが分かる。つまり、トルク指令信号τsから見た、電動機201と負荷204で構成される被制御対象の総イナーシャが、負荷加速度補正部105による負荷加速度フィードバックを行うことで、負荷加速度フィードバックゲインKaccだけ増加していることを示している。
これは、トルク指令信号τsから負荷加速度フィードバックトルク指令τaccを減じることが、トルク指令信号τsから見た被制御対象の総イナーシャが負荷加速度フィードバックゲインKaccだけ増加することと等価である。
フィードフォワードトルク指令生成部107において、トルク指令信号τsから見た被制御対象の負荷加速度フィードバックによる総イナーシャ変化が考慮されていない場合、加減速動作時にフィードフォワードトルク指令信号τffのみを電動機に印加しても、フィードフォワード動作指令生成部から出力された動作指令と電動機動作とは一致しなくなる。つまり、フィードフォワード制御による指令追従性能が劣化する。
動作指令と電動機動作との差異は、位置制御部101および速度制御部102によって補償され、動作指令と電動機動作が一致するように制御されるが、位置制御部101および速度制御部102は、動作指令と電動機動作の不一致による両者の偏差に応じて制御が為される。このため、制御に遅れが生じ、この制御遅れが原因で、停止間際に動作遅れ、オーバーシュート、またはアンダーシュートなどが発生してしまう。
つまり、フィードフォワード制御系と負荷加速度フィードバック系を有する電動機の制御装置において、負荷加速度フィードバックゲインを大きくするほど、指令追従性能が劣化し、停止間際に動作遅れ、オーバーシュート、またはアンダーシュートなどが発生してしまう。換言すると、加速度フィードバックゲイン(加速度フィードバック量)と指令追従性能との間には、トレードオフの関係があり、整定性と振動抑制を両立することができない、という問題がある。
停止間際の動作遅れ、オーバーシュート、またはアンダーシュートを防ぎ、整定性と振動抑制を両立するには、フィードフォワードトルク指令生成部107によるフィードフォワードトルク指令信号τffの演算において、負荷加速度フィードバックによるトルク指令信号τsからの減算量である負荷加速度フィードバックトルク信号τaccを考慮する必要がある。すなわち、負荷加速度フィードバックによって生じるトルク指令信号τsから見た被制御対象の総イナーシャ変化を考慮する必要がある。
図3は、本発明の実施の形態1におけるフィードフォワードトルク指令生成部107の構成の一例を示す図である。フィードフォワードトルク指令生成部107では、入力されたフィードフォワード加速度指令Affに、電動機イナーシャJmと、負荷イナーシャJLと、負荷加速度フィードバックゲインKaccの加算値を乗じることで、フィードフォワードトルク指令信号を算出する。
このように、電動機の制御装置100では、フィードフォワードトルク指令生成部107において、フィードフォワード加速度指令信号Affからフィードフォワードトルク指令τffを算出する際に、電動機と負荷のイナーシャに加え、負荷加速度フィードバックゲインKaccも考慮することで、トルク指令τsから見た被制御対象の総イナーシャの負荷加速度フィードバックによる変化による影響を加味したフィードフォワードトルク指令τffが算出される。これによって、加減速動作時の動作指令と電動機動作との差異が小さくなるので、指令追従性が向上し、停止間際の動作遅れ、オーバーシュート、またはアンダーシュートなどを改善することができる。
以上のように、本実施の形態においてはフィードフォワード制御系によるフィードフォワードトルク演算において、負荷加速度フィードバックによる加減速トルクの減算分を予め補償することで、指令追従性能を保ちつつ、負荷加速度フィードバックによる振動抑制効果を高める得ることができる。よって、指令追従性能を保ちつつ、負荷加速度フィードバックによる振動抑制効果が得られるので、整定性と振動抑制の両立が可能となる。
以上のように、本実施の形態の電動機の制御装置100は、被制御対象の負荷を駆動する電動機の制御装置であって、フィードフォワード制御部1001と、フィードバック制御部1002と、加減算器108と、を備える。フィードフォワード制御部1001は、被制御対象の負荷目標位置を指定する位置指令信号θsを入力し、電動機の目標位置を示すフィードフォワード位置指令信号θffと、電動機の目標速度を示すフィードフォワード速度指令信号ωffと、電動機で目標位置または目標速度が示す動作を為すために必要なトルクを示すフィードフォワードトルク指令信号τffと、を出力する。フィードバック制御部1002は、フィードフォワード位置指令信号θffと、フィードフォワード速度指令信号ωffと、電動機の位置を示す電動機位置信号θmと、電動機の速度を示す電動機速度信号ωmとを入力し、電動機位置信号θmとフィードフォワード位置指令信号θffが一致するようフィードバック制御するためのトルク指令を示すフィードバックトルク指令信号τfbを出力する。加減算器108は、フィードフォワードトルク指令信号τffとフィードバックトルク指令信号τfbを加算したトルク指令信号τsから、被制御対象の負荷の加速度を示す負荷加速度信号ALに負荷加速度フィードバックゲインKaccを乗じた負荷加速度フィードバックトルク信号τaccを減算し、トルク指令補正信号τinとして出力する。フィードフォワード制御部1001は、加減速動作時にトルク指令信号τsから減算される負荷加速度フィードバックトルクの影響を予め補償するようにフィードフォワードトルク指令信号τffを生成する。
これにより、フィードフォワード制御系によるフィードフォワードトルク演算において、負荷加速度フィードバックによる加減速トルクの減算分を予め補償することで、指令追従性能を保ちつつ、負荷加速度フィードバックによる振動抑制効果を高める得ることができる。よって、指令追従性能を保ちつつ、負荷加速度フィードバックによる振動抑制効果が得られるので、整定性と振動抑制の両立が可能となる。
また、フィードフォワード制御部1001は、フィードフォワード位置指令信号θffの二階微分によって算出されたフィードフォワード加速度指令信号Affに対し、電動機のイナーシャと被制御対象の負荷のイナーシャと負荷加速度フィードバックゲインKaccの加算値を乗じることによって、フィードフォワードトルク指令信号τffを生成してもよい。
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2の電動機の制御装置の構成の一例を示す図である。図4は、図1に対し、加速度検出器206とフィードフォワードトルク指令生成部307が異なる。これ以外の構成要素の働きは図1に示した本発明の実施の形態1の電動機の制御装置と同じであるため、説明を省略する。
加速度検出器206では、負荷204の加速度に対し、検出雑音成分を除去することなどを目的に、ローパスフィルタまたはハイパスフィルタ処理を施したものを負荷加速度信号ALとして出力する。加速度検出器206でフィルタ処理が施される場合、負荷加速度フィードバックによる見かけ上のイナーシャ変化は、フィルタ処理の影響を受けることになる。このため、フィードフォワードトルク指令生成部307におけるフィードフォワードトルク指令信号τffの算出処理上で、加速度検出器206におけるフィルタ処理を考慮する必要がある。
次に、フィードフォワードトルク指令生成部307の構成について説明する。図5は、本発明の実施の形態2におけるフィードフォワードトルク指令生成部307の構成の一例を示すものである。
フィードフォワードトルク指令生成部307は、内部に、イナーシャ乗算部3071と、フィルタ部3072と、負荷加速度フィードバックゲイン乗算部3073とを有している。
イナーシャ乗算部3071は、フィードフォワード加速度信号Affを入力する。イナーシャ乗算部3071は、電動機イナーシャJmと負荷イナーシャJLの加算値を重み係数としてフィードフォワード加速度信号Affに乗じたものを、第1フィードフォワードトルク指令信号τff1として出力する。
フィルタ部3072は、同様にフィードフォワード加速度信号Affを入力する。フィルタ部3072は、入力されたフィードフォワード加速度信号Affに対し、加速度検出器206において負荷の加速度に為されたフィルタ処理と等価なフィルタ処理を施し、フィードフォワード加速度指令補正信号Affcを出力する。
負荷加速度フィードバックゲイン乗算部3073は、フィードフォワード加速度指令補正信号Affcを入力し、これに負荷加速度フィードバックゲインKaccを乗じたものを第2フィードフォワードトルク指令信号τff2として出力する。
第1フィードフォワードトルク指令信号τff1と、第2フィードフォワードトルク指令信号τff2との加算値が、フィードフォワードトルク指令信号τffとして、フィードフォワードトルク指令生成部307から出力される。
このように、フィードフォワードトルク指令生成部307において、フィードフォワード加速度指令信号Affからフィードフォワードトルク指令τffを算出する際に、電動機と負荷のイナーシャに加え、負荷加速度フィードバックゲインを考慮し、更に負荷加速度に対して為されるフィルタ処理もする。これにより、トルク指令信号τsから見た被制御対象の、負荷加速度フィードバックによる総イナーシャ変化を加味したフィードフォワードトルク指令が算出される。よって、加減速動作時の動作指令と電動機動作との差異が小さくなり、停止間際の動作遅れ、オーバーシュート、またはアンダーシュートなどを改善することができる。
以上のように、本実施の形態においてはフィードフォワード制御系によるフィードフォワードトルク演算において、加速度検出器内部の負荷加速度に対するフィルタ処理を踏まえて、負荷加速度フィードバックによる加減速トルクの減算分を予め補償することで、指令追従性能を保ちつつ、負荷加速度フィードバックによる振動抑制効果を高める得ることができる。よって、指令追従性能を保ちつつ、負荷加速度フィードバックによる振動抑制効果が得られるので、整定性と振動抑制の両立が可能となる。
以上のように、本実施の形態の電動機の制御装置100において、加減算器108は、トルク指令信号τsから、被制御対象の負荷の加速度を示す負荷加速度信号ALにフィルタ処理を施した信号に負荷加速度フィードバックゲインKaccを乗じた負荷加速度フィードバックトルクを減算することで、トルク指令補正信号τinを生成する。また、フィードフォワード制御部1001は、フィードフォワード位置指令信号θffの二階微分によって算出されたフィードフォワード加速度指令信号Affに電動機のイナーシャと被制御対象の負荷のイナーシャの加算値を乗じた信号と、フィードフォワード加速度指令信号Affにフィルタ処理と等価なフィルタ処理を施した信号に負荷加速度フィードバックゲインKaccを乗じた信号と、を加算することによってフィードフォワードトルク指令信号τffを生成する。
これにより、加減速動作時の動作指令と電動機動作との差異が小さくなり、停止間際の動作遅れ、オーバーシュート、またはアンダーシュートなどを改善することができる。
また、本実施の形態では、加速度検出器において負荷加速度にフィルタ処理を施す構成としたが、電動機の制御装置内で負荷加速度にフィルタ処理を施す構成としても良い。
以上のように、本発明にかかる電動機の制御装置は、指令追従性能を保ちつつ、負荷加速度フィードバックによる振動抑制効果が得られる。よって、整定性と振動抑制の両立が可能となる。負荷加速度フィードバックゲイン(加速度フィードバック量)と指令追従性能との間の、トレードオフの関係を、緩和、或いは回避を図ることで、指令追従性能を保ちつつ、負荷側からの加速度フィードバックによる振動抑制効果を高めた電動機の制御装置を提供可能である。したがって、半導体製造装置や電子部品実装機等で使用される電動機の制御装置等の用途に好適である。
100 電動機の制御装置
1001 フィードフォワード制御部
1002 フィードバック制御部
101 位置制御部
102 速度制御部
103 トルク制御部
104 速度変換部
105 負荷加速度補正部
106 フィードフォワード動作指令生成部
107 フィードフォワードトルク指令生成部
108 加減算器
201 電動機
202 位置検出器
203 接合部
204 負荷
205 加速度検出器
206 加速度検出器
307 フィードフォワードトルク指令生成部
3071 イナーシャ乗算部
3072 フィルタ部
3073 負荷加速度フィードバックゲイン乗算部

Claims (3)

  1. 被制御対象の負荷を駆動する電動機の制御装置であって、
    前記被制御対象の負荷目標位置を指定する位置指令信号を入力し、前記電動機の目標位置を示すフィードフォワード位置指令信号と、前記電動機の目標速度を示すフィードフォワード速度指令信号と、前記電動機で前記目標位置または前記目標速度が示す動作を為すために必要なトルクを示すフィードフォワードトルク指令信号と、を出力するフィードフォワード制御部と、
    前記フィードフォワード位置指令信号と、前記フィードフォワード速度指令信号と、前記電動機の位置を示す電動機位置信号と、前記電動機の速度を示す電動機速度信号とを入力し、前記電動機位置信号と前記フィードフォワード位置指令信号が一致するようにフィードバック制御するためのトルク指令を示すフィードバックトルク指令信号を出力するフィードバック制御部と、
    前記フィードフォワードトルク指令信号と前記フィードバックトルク指令信号を加算したトルク指令信号から、前記被制御対象の負荷の加速度を示す負荷加速度信号に負荷加速度フィードバックゲインを乗じた負荷加速度フィードバックトルク信号を減算し、トルク指令補正信号として出力する加減算器と、
    を備え、
    前記フィードフォワード制御部は、加減速動作時に前記トルク指令信号から減算される前記負荷加速度フィードバックトルク信号の影響を予め補償するように前記フィードフォワードトルク指令信号を生成する、電動機の制御装置。
  2. 前記フィードフォワード制御部は、前記フィードフォワード位置指令信号の二階微分によって算出されたフィードフォワード加速度指令信号に対し、前記電動機のイナーシャと前記被制御対象の負荷のイナーシャと前記負荷加速度フィードバックゲインの加算値を乗じることによって、前記フィードフォワードトルク指令信号を生成する、請求項1に記載の電動機の制御装置。
  3. 前記加減算器は、前記トルク指令信号から、前記被制御対象の負荷の加速度を示す負荷加速度信号にフィルタ処理を施した信号に前記負荷加速度フィードバックゲインを乗じた負荷加速度フィードバックトルク信号を減算することで、トルク指令補正信号を生成し、
    前記フィードフォワード制御部は、前記フィードフォワード位置指令信号の二階微分によって算出されたフィードフォワード加速度指令信号に前記電動機のイナーシャと前記被制御対象の負荷のイナーシャの加算値を乗じた信号と、前記フィードフォワード加速度指令信号に前記フィルタ処理と等価なフィルタ処理を施した信号に前記負荷加速度フィードバックゲインを乗じた信号と、を加算することによって、前記フィードフォワードトルク指令信号を生成する、請求項1に記載の電動機の制御装置。
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