JP7183489B1

JP7183489B1 - 電動機制御装置及び機械装置

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Publication number: JP7183489B1
Application number: JP2022557906A
Authority: JP
Inventors: 慎司奥村; 裕幸関口; 将上野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-06-09
Filing date: 2022-06-09
Publication date: 2022-12-05
Anticipated expiration: 2042-06-09
Also published as: WO2023238329A1

Abstract

電動機制御装置は、架台（１）に設置された第１の電動機（２）及び第２の電動機（３）と、第２の電動機（３）の可動子（３ｂ）の位置を指定する第２の位置指令に基づく信号と可動子（３ｂ）と第２の電動機（３）の固定子（３ａ）との相対位置を示す第２の電動機位置信号との差分が小さくなるように第２の電動機（３）を駆動する信号である第２の偏差抑制信号を決定する第２の制御器（１３）と、第１の電動機（２）の可動子（２ｂ）を駆動する力を表す信号である基準駆動力信号に基づいて、第１の電動機（２）の可動子（２ｂ）の駆動の反力により弾性変形する架台（１）の絶対位置の推定値である架台モデル位置を決定する架台状態推定器（１５）と、架台モデル位置を基に変位補正信号を決定する補正量決定器（１６Ａ）と、変位補正信号と第２の偏差抑制信号とを基に第２の電動機（３）を駆動する補正電動機駆動信号を決定する演算器（１７）とを有する。

Description

本開示は、架台に設置された複数の電動機を制御するための電動機制御装置及び機械装置に関する。

電子部品実装機、露光装置、又は工作機械などの産業用機械装置では、高速かつ高精度な制御性能が求められている。産業用機械装置の一つとして、２個の電動機が架台に設置された装置が挙げられる。当該装置において、一方の電動機の加減速の影響で他方の電動機の制御性能が劣化することがあり、軸間の影響を非干渉化する制御が求められている。

特許文献１に記載の位置決め制御系の外乱非干渉化補償装置において、外乱の影響を受ける側の駆動体の観測量に対して外乱の非干渉化補償を行う外乱非干渉化補償器は、外乱発生側の駆動体の操作量ｕ_ｂを入力として、外乱の影響を受ける側の駆動体の観測量ｘ_ｌｍに対する該外乱の非干渉化補償を行うためのフィードフォワード補償量ｕ_ｃを出力する第１のフィードフォワード補償器Ｆ_ｎｌ（ｓ）と、外乱の影響を受ける側の駆動体の操作量Ｃ_１（ｓ）の出力を第１のフィードフォワード補償器Ｆ_ｎｌ（ｓ）の出力で補正する第１の演算器とを有する。

特開２０１０－２０４８７８号公報

しかし、特許文献１に記載の位置決め制御系の外乱非干渉化補償装置には、軸間の影響を非干渉化する補償器を調整するために長い時間を要するという課題がある。すなわち、従来の技術には、軸間の影響を非干渉化する補償器を短い時間で調整することが可能であり、かつ、軸間の干渉を抑制することができる電動機制御装置を提供することができないという課題がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、軸間の干渉を抑制することが可能であり、かつ、軸間の影響を非干渉化する補償器を短い時間で調整することができる電動機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、本開示に係る電動機制御装置は、架台に設置された第１の電動機の可動子を駆動する力を表す信号である基準駆動力信号に基づいて、第１の電動機の可動子の駆動の反力により弾性変形する架台の絶対位置の推定値である架台モデル位置を決定する架台状態推定器と、架台に設置され第１の電動機と異なる第２の電動機の可動子の位置を指定する第２の位置指令に基づく信号と第２の電動機の可動子と第２の電動機の固定子との相対位置を示す第２の電動機位置信号との差分が小さくなるように第２の電動機を駆動する信号である第２の偏差抑制信号を決定する第２の制御器と、架台状態推定器によって決定された架台モデル位置を基に変位補正信号を決定する補正量決定器と、補正量決定器によって決定された変位補正信号と第２の制御器によって決定された第２の偏差抑制信号とを基に第２の電動機を駆動する補正電動機駆動信号を決定する演算器とを有する。

本開示に係る電動機制御装置は、軸間の干渉を抑制することが可能であり、かつ、軸間の影響を非干渉化する補償器を短い時間で調整することができるという効果を奏する。

二つの電動機を有する機械装置の上面図二つの電動機を有する機械装置の側面図実施の形態１に係る電動機制御装置を含むシステムの構成を示す図図３を等価変換して得られた図実施の形態１に係る入力装置の構成を示す図実施の形態１に係る実験で対象とする機械装置の第１の偏差抑制信号から第２の機械端相対変位までの周波数応答を示すボード線図第１の位置指令を示す図実施の形態１に係る電動機制御装置を用いた場合と当該電動機制御装置を用いていない場合とについて位置決め運転をしたときの応答を比較した実験結果を示す図実施の形態２に係る電動機制御装置を含むシステムの構成を示す図実施の形態１に係る電動機制御装置が有する第１の制御器、検出器、第２の制御器、架台状態推定器、補正量決定器及び演算器の少なくとも一部の機能がプロセッサによって実現される場合のプロセッサを示す図実施の形態１に係る電動機制御装置が有する第１の制御器、検出器、第２の制御器、架台状態推定器、補正量決定器及び演算器の少なくとも一部の機能が処理回路によって実現される場合の処理回路を示す図

以下に、実施の形態に係る電動機制御装置及び機械装置を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、二つの電動機を有する機械装置１００の上面図である。図２は、二つの電動機を有する機械装置１００の側面図である。図１及び図２は、二つの電動機を有する機械装置１００を模式的に示している。図１及び図２に示される機械装置１００は、レベリングブロック８で支持される架台１と、架台１に固定された第１の電動機２及び第２の電動機３と、第１の電動機２によって駆動される第１の駆動体４と、第２の電動機３によって駆動される第２の駆動体５とを有する。第２の電動機３は、第１の電動機２と異なる電動機である。

架台１は、架台下部１ｃと、架台下部１ｃに設置された架台側面１ａと、架台側面１ａに設置された架台上部１ｂとを含む。第１の電動機２は、架台上部１ｂに固定された固定子２ａと、固定子２ａの長手方向に動く可動子２ｂとを含む。第２の電動機３は、架台上部１ｂに固定された固定子３ａと、固定子３ａの長手方向に動く可動子３ｂとを含む。実施の形態１では、第１の電動機２及び第２の電動機３はリニアモータである。第１の電動機２及び第２の電動機３は、リニアモータに限定されず、回転型モータであってもよい。

第１の駆動体４は、可動子２ｂに設置されて可動子２ｂと一体となって動作する駆動部４ａと、駆動部４ａの先端に固定された作業具４ｂとを含む。第２の駆動体５は、可動子３ｂに設置されて可動子３ｂと一体となって動作する駆動部５ａと、駆動部５ａの先端に固定された作業具５ｂとを含む。実施の形態１では、作業具４ｂ及び作業具５ｂは工具である。作業具４ｂ及び作業具５ｂは、工具に限定されず、ロボットハンドであってもよい。実施の形態１では、作業具４ｂは架台下部１ｃに設置された作業対象物６を加工し、作業具５ｂは架台下部１ｃに設置された作業対象物７を加工する。

実施の形態１では、実施の形態１に係る電動機制御装置の効果をわかりやすくするため、２個の電動機を有する機械装置を制御対象として説明する。３個以上の電動機を備えた機械装置に対しても、実施の形態１に係る電動機制御装置の効果を得ることができる。

図３は、実施の形態１に係る電動機制御装置を含むシステムの構成を示す図である。実施の形態１では、当該システムの構造をわかりやすくするため、第１の電動機２の駆動による第２の電動機３の制御性能の劣化を抑制する場合に関連する事項を説明する。第２の電動機３の駆動による第１の電動機２の制御性能の劣化を抑制する場合と、第１の電動機２の駆動による第２の電動機３の制御性能の劣化と第２の電動機３の駆動による第１の電動機２の制御性能の劣化とを抑制する場合とにも、実施の形態１に係る電動機制御装置を適用することができる。

実施の形態１に係る電動機制御装置は、架台１に設置された第１の電動機２及び第２の電動機３を有する。実施の形態１に係る電動機制御装置は、第１の電動機２の可動子２ｂの位置を決定する第１の位置指令と第１の電動機位置信号とを基に、第１の位置指令と第１の電動機位置信号との差分が小さくなるように第１の電動機２を駆動する第１の偏差抑制信号Ｔ_１を決定する第１の制御器１１を更に有する。可動子２ｂは、第１の偏差抑制信号Ｔ_１を基に駆動される。実施の形態１では、第１の偏差抑制信号Ｔ_１は基準駆動力信号に該当する。実施の形態１に係る電動機制御装置は、第１の電動機２の可動子２ｂの位置と架台１との相対位置である第１のモータ端相対変位を検出する検出器１２を更に有する。第１の電動機位置信号は、検出器１２によって検出された第１のモータ端相対変位を示す。第１のモータ端相対変位から第１の電動機位置信号までの伝達特性Ｈ_１は、下記の式（１）で表される。

第１の制御器１１は、第１の位置指令から第１の電動機位置信号を減算した第１の位置偏差信号を出力する演算器１１ａと、第１の位置偏差信号にＫ_ｐｐ１を乗じた第１の速度補正信号を出力する比例ゲイン出力器１１ｂとを有する。第１の制御器１１は、第１の電動機位置信号を微分する微分器１１ｃと、第１の速度補正信号と微分器１１ｃが第１の電動機位置信号を微分することによって得られた信号とを基に第１の速度偏差信号を出力する演算器１１ｄとを更に有する。具体的には、演算器１１ｄは、第１の速度補正信号から微分器１１ｃが第１の電動機位置信号を微分することによって得られた信号を減じて第１の速度偏差信号を出力する。第１の制御器１１は、第１の速度偏差信号を基に第１の偏差抑制信号Ｔ_１を出力する第１の速度制御器１１ｅを更に有する。実施の形態１では、第１の速度制御器１１ｅは、ＰＩ（P:Propotional、I:Integral）制御器である。第１の速度制御器１１ｅの伝達特性Ｃ_ｖ１（ｓ）は、下記の式（２）で表される。

ｓは、ラプラス演算子である。Ｋ_ｖｐ１は速度制御の比例ゲインであり、Ｋ_ｖｉ１は速度制御の積分ゲインである。第１の電動機位置信号から第１の偏差抑制信号Ｔ_１までの伝達特性Ｃ_１（ｓ）は、下記の式（３）で表すことができる。

実施の形態１では、第１の制御器１１は、Ｐ－ＰＩ制御器である。第１の制御器１１は、Ｐ－ＰＩ制御器に限定されず、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御器であってもよい。

実施の形態１に係る電動機制御装置は、第２の電動機３の可動子３ｂの位置を決定する第２の位置指令と第２の電動機位置信号とを基に、第２の位置指令と第２の電動機位置信号との差分が小さくなるように第２の電動機３を駆動する第２の偏差抑制信号を決定する第２の制御器１３を更に有する。更に言うと、第２の制御器１３は、第２の電動機３の可動子３ｂの位置を指定する第２の位置指令に基づく信号と第２の電動機３の可動子３ｂと第２の電動機３の固定子３ａとの相対位置を示す第２の電動機位置信号との差分が小さくなるように第２の電動機３を駆動する信号である第２の偏差抑制信号を決定する。実施の形態１に係る電動機制御装置は、第２の電動機３の可動子３ｂの位置と架台１との相対位置である第２のモータ端相対変位を検出する検出器１４を更に有する。第２の電動機位置信号は、検出器１４によって検出された第２のモータ端相対変位を示す。第２のモータ端相対変位から第２の電動機位置信号までの伝達特性Ｈ_２は、下記の式（４）で表される。

第２の制御器１３は、第２の位置指令から第２の電動機位置信号を減算した第２の位置偏差信号を出力する演算器１３ａと、第２の位置偏差信号にＫ_ｐｐ２を乗じた第２の速度補正信号を出力する比例ゲイン出力器１３ｂとを有する。第２の制御器１３は、第２の電動機位置信号を微分する微分器１３ｃと、第２の速度補正信号と微分器１３ｃが第２の電動機位置信号を微分することによって得られた信号とを基に第２の速度偏差信号を出力する演算器１３ｄとを更に有する。具体的には、演算器１３ｄは、第２の速度補正信号から微分器１３ｃが第２の電動機位置信号を微分することによって得られた信号を減じて第２の速度偏差信号を出力する。第２の制御器１３は、第２の速度偏差信号を基に第２の偏差抑制信号を出力する第２の速度制御器１３ｅを更に有する。実施の形態１では、第２の速度制御器１３ｅはＰＩ制御器であり、第２の速度制御器１３ｅの伝達特性Ｃ_Ｖ２（ｓ）は下記の式（５）で表される。

Ｋ_ｖｐ２は速度制御の比例ゲインであり、Ｋ_ｖｉ２は速度制御の積分ゲインである。第２の電動機位置信号から第２の偏差抑制信号までの伝達特性Ｃ_２（ｓ）は、下記の式（６）で表すことができる。

実施の形態１では、式（６）で表されるＣ_２（ｓ）が第２の制御器１３の伝達特性である。実施の形態１では、第２の制御器１３は、Ｐ－ＰＩ制御器である。第２の制御器１３は、Ｐ－ＰＩ制御器に限定されず、ＰＩＤ制御器であってもよい。

実施の形態１に係る電動機制御装置は、第１の偏差抑制信号Ｔ_１を基に可動子２ｂ及び可動子３ｂの駆動反力によって弾性変形する架台１における架台上部１ｂの絶対位置の推定値である架台モデル位置を決定する架台状態推定器１５を更に有する。更に言うと、架台状態推定器１５は、第１の電動機２の可動子２ｂを駆動する力を表す信号である基準駆動力信号に基づいて、第１の電動機２の可動子２ｂの駆動の反力により弾性変形する架台１の絶対位置の推定値である架台モデル位置を決定する。実施の形態１に係る電動機制御装置は、架台状態推定器１５によって決定された架台モデル位置を基に変位補正信号を決定する補正量決定器１６Ａを更に有する。架台状態推定器１５の伝達特性はＧ_ｓ（ｓ）と表され、補正量決定器１６Ａの伝達特性はＧ_ｔ（ｓ）と表される。

実施の形態１に係る電動機制御装置は、第２の制御器１３によって決定された第２の偏差抑制信号と補正量決定器１６Ａによって決定された変位補正信号とを基に第２の電動機３を駆動する補正電動機駆動信号を決定して出力する演算器１７を更に有する。具体的には、演算器１７は、第２の速度制御器１３ｅによって出力された第２の偏差抑制信号と補正量決定器１６Ａによって決定された変位補正信号とを加算して補正電動機駆動信号を出力する。第２の電動機３の可動子３ｂは、補正電動機駆動信号を基に駆動される。

次に、架台状態推定器１５の伝達特性Ｇ_ｓ（ｓ）と、補正量決定器１６Ａの伝達特性Ｇ_ｔ（ｓ）との導出過程を示す。

Ｐ_１（ｓ）は、第１の偏差抑制信号Ｔ_１から第１の電動機２の可動子２ｂの位置までの特性を表したモデルである。Ｐ_２（ｓ）は、第２の偏差抑制信号から第２の電動機３の可動子３ｂの位置までの特性を表したモデルである。Ｐ_１（ｓ）及びＰ_２（ｓ）が剛体モデルであるとすると、Ｐ_１（ｓ）は下記の式（７）で表すことができ、Ｐ_２（ｓ）は下記の式（８）で表すことができる。

ｍ_１は第１の電動機２の可動子２ｂの質量と第１の駆動体４の質量との和であり、ｍ_２は第２の電動機３の可動子３ｂの質量と第２の駆動体５の質量との和である。

Ｐ_ｓ（ｓ）は、架台１に加わる力から架台上部１ｂの位置までの特性を表したモデルである。架台１に加わる力は、ここでは第１の電動機２及び第２の電動機３の駆動による反力である。第１の電動機２及び第２の電動機３が駆動すると、駆動による反力が架台１に伝搬し、架台１の剛性の低さに起因して架台１が弾性変形する。架台１の変位をバネ・マス・ダンパでモデル化すると、Ｐ_ｓ（ｓ）は下記の式（９）で表すことができる。

Ｋ_ｂはばね定数であり、Ｄ_ｂは減衰係数であり、Ｍ_ｂは架台１の質量である。式（９）に示されるように、架台１の伝達関数は２次の振動系で表される。式（９）で表される架台１のモデルは共振特性を含むと仮定し、このとき式（９）の極は複素数となる。このように架台１のモデルを２次の振動系で表現することで、架台１の共振の特性を含めて架台１をモデル化することができる。ここで実施の形態１では簡単化のため架台１の伝達関数を２次で表現したが、複雑な振動特性を表現するため、３次以上でモデル化してもよい。

ここで、架台１はロッキングモードで振動すると仮定する。架台１がロッキングモードで振動する場合、架台１はレベリングブロック８を中心に回転運動をしながら振動する。このとき、架台上部１ｂと架台下部１ｃとは、同一周波数、同一位相、異なる振幅で振動する、とモデル化することができ、架台上部１ｂの位置ｘ_ｕは下記の式（１０）で表すことができ、架台下部１ｃの位置ｘ_ｄは下記の式（１１）で表すことができる。

Ａは架台上部１ｂの最大振幅であり、Ｂは架台下部１ｃの最大振幅であり、ζは減衰比であり、ｔは時間であり、ωは固有角振動数であり、αは初期位相である。つまり、架台下部１ｃの位置ｘ_ｄは、架台上部１ｂの位置ｘ_ｕと、架台上部１ｂの最大振幅Ａに対する架台下部１ｃの最大振幅Ｂの比である架台振動振幅比Ｐ_ｋ＝Ｂ／Ａとを用いることにより、下記の式（１２）と表すことができる。

図３において、第１の偏差抑制信号Ｔ_１から、第２の電動機３の可動子３ｂの位置から架台下部１ｃの位置を減算した第２の機械端相対変位ｘ_ｔｉｐまでの伝達関数は、下記の式（１３）で表すことができる。ただし、Ｈ１＝１及びＨ２＝１が代入された。

式（１３）より、下記の式（１４）が得られる。式（１４）より、第２の機械端相対変位ｘ_ｔｉｐがゼロとなるには下記の式（１５）が満たされればよい。

式（７）、式（８）及び式（９）を式（１５）に代入することで、下記の式（１６）が得られる。

一般的に架台１の質量は可動子３ｂの質量と第２の駆動体５の質量との和より十分大きいことから、下記の式（１７）が得られる。式（１７）は、近似式である。

架台振動振幅比Ｐ_ｋは一般的に０≦Ｐ_ｋ≦１であるので、下記の式（１８）が得られる。式（１８）は、近似式である。

式（１７）及び式（１８）を式（１６）に代入することにより、式（１９）を得ることができる。

Ｇ_ｓ（ｓ）を下記の式（２０）で表し、Ｇ_ｔ（ｓ）を下記の式（２１）で表すとする。

Ｇ_ｓ（ｓ）はＰ_ｓ（ｓ）と一致するので、Ｇ_ｓ（ｓ）は架台１のモデルの伝達関数であることがわかる。つまり、架台状態推定器１５は、第１の偏差抑制信号Ｔ_１を基に架台１の位置を推定する。架台状態推定器１５は、実施の形態１において２次の振動系であるので、架台状態推定器１５は架台１の共振の特性を含んだ架台モデル位置を演算することができる。そのため、架台状態推定器１５は、架台１の共振の特性を含め非干渉化をすることができる。また、架台１を３次以上でモデル化した場合、架台状態推定器１５は、３次以上となる。このように、架台状態推定器１５は２次振動系を含む伝達関数で表される演算をする。

架台１の減衰比をζ_ｎとし、架台１の固有角振動数をω_ｎとすると、式（２０）は、下記の式（２２）と表すこともできる。

架台状態推定器１５の特性は、式（２０）における架台１の質量Ｍ_ｂ、粘性摩擦係数Ｄ_ｂ及びばね定数Ｋ_ｂと、式（２２）における固有角周波数ω_ｎ及び減衰比ζ_ｎとを基に決定される。ζ_ｎは架台１の共振を表現するため、ζ_ｎの値には０以上１未満の値が設定されるとよい。補正量決定器１６Ａの特性は、第２の制御器１３の伝達特性Ｃ_２（ｓ）と、架台振動振幅比Ｐ_ｋと、第２の電動機３の可動子３ｂの質力と第２の駆動体５の質量との和であるｍ_２とを基に決定される。

実施の形態１では、電動機制御装置を含むシステムの構成を示すブロック図は図３であるが、実施の形態１に係る電動機制御装置を含むシステムの構成を示すブロック図は、図３に限定されず、図３から等価変換して得られた図であってもよい。例えば、図４は図３を等価変換して得られた図である。図４に示される電動機制御装置は、図１に示される電動機制御装置と同一の効果を得ることができる。

図４に示されるシステムでは、図３の演算器１３ｄは演算器１３ｄ１に置き換えられている。図４に示されるシステムは、位置変位補正器１８と、速度変位補正器１９とを有する。位置変位補正器１８の伝達特性と速度変位補正器１９の伝達特性は同一であり、位置変位補正器１８及び速度変位補正器１９の伝達特性Ｇ_ｐは下記の式（２３）で表される。

図４に示される電動機制御装置は、補正量決定器１６Ｂを有する。補正量決定器１６Ｂの伝達特性Ｇ_τは下記の式（２４）で表される。

図４のＧ_ｓ（ｓ）は、図３のＧ_ｓ（ｓ）と同一である。図４において、位置変位補正器１８は、架台モデル位置を基に位置補正信号を演算器１３ａ１に出力する。演算器１３ａ１は、位置補正信号と、第２の位置指令と、第２の電動機位置信号とを基に、第２の位置偏差信号を出力する。速度変位補正器１９は、架台モデル位置を微分器２０で微分した架台モデル速度を基に速度補正信号を演算器１３ｄ１に出力する。演算器１３ｄ１は、第２の速度補正信号と、速度補正信号と、電動機位置信号を微分器１３ｃで微分した信号とを基に第２の速度偏差信号を出力する。図４におけるその他の構成は、図１と同一である。

図３における架台状態推定器１５及び補正量決定器１６Ａ、並びに図４における架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ｂ、位置変位補正器１８及び速度変位補正器１９に含まれるパラメータは、図５に示す入力装置３１から入力される。図５は、実施の形態１に係る入力装置３１の構成を示す図である。入力装置３１は、プロセッサ３１ａと、記憶装置３１ｂと、入力部３１ｃとを有するコンピュータである。記憶装置３１ｂは、例えば半導体メモリによって実現される。実施の形態１では、入力部３１ｃは入力キーである。入力部３１ｃは、入力キーに限定されない。

図３における架台状態推定器１５及び補正量決定器１６Ａ、並びに図４における架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ｂ、位置変位補正器１８及び速度変位補正器１９に含まれるパラメータを変更する場合、ユーザは、入力部３１ｃを用いて変更するパラメータの値を入力装置３１に与える。プロセッサ３１ａは、変更対象のパラメータの値を入力部３１ｃによって与えられた値に変更する。記憶装置３１ｂは、異なる複数のパラメータを記憶することができる。プロセッサ３１ａは、記憶装置３１ｂに記憶されたパラメータを読み出して、変更対象のパラメータの値を変更してもよい。

第１の電動機２の駆動による第２の電動機３の制御性能の劣化の抑制効果を、実験により確認する。図６は、実施の形態１に係る実験で対象とする機械装置の第１の偏差抑制信号から第２の機械端相対変位までの周波数応答を示すボード線図である。第１の偏差抑制信号から第２の機械端相対変位までの周波数応答には、２５Ｈｚ付近と９０Ｈｚ付近とに共振がある。

図７及び図８を用いて、実施の形態１に係る電動機制御装置を用いた場合と当該電動機制御装置を用いていない場合とについて位置決め運転をしたときの応答を比較した実験結果を説明する。図７は、第１の位置指令を示す図である。図８は、実施の形態１に係る電動機制御装置を用いた場合と当該電動機制御装置を用いていない場合とについて位置決め運転をしたときの応答を比較した実験結果を示す図である。

図８は、第１の位置指令で第１の駆動体４を駆動させたときの第２の機械端相対変位を示している。図８の実線は実施の形態１に係る電動機制御装置により非干渉化を行わなかった場合の結果を示しており、図８の一点鎖線は実施の形態１に係る電動機制御装置により非干渉化を行った場合の結果を示している。図８には、実線には実施の形態１に係る電動機制御装置により非干渉化を行わなかったことを示す「本願技術の適用なし」という文言が付加されており、一点鎖線には実施の形態１に係る電動機制御装置により非干渉化を行ったことを示す「本願技術の適用あり」という文言が付加されている。本実験では、実験開始からおよそ５０ｍｓまでの間は第１の位置指令はゼロであり、第１の電動機２及び第２の電動機３は静止している。実験の経過時間が約５０ｍｓから約２８０ｍｓまでの間、第１の位置指令は徐々に大きくなり０．３ｍに達する。経過時間が約２８０ｍｓに達した以降、第１の位置指令は０．３ｍの定常値となる。第２の位置指令は、実験開始から実験終了までゼロである。

図８から明らかなように、実施の形態１に係る電動機制御装置により非干渉化を行うことで、特に第１の電動機２の加減速中における第２の機械端相対変位の変位を抑制することができており、実施の形態１に係る電動機制御装置による非干渉化の効果が確認された。

このように、実施の形態１に係る電動機制御装置は、二つの電動機のうちの一方の電動機の駆動による他の電動機の制御性能の劣化を抑制することが可能である。さらに、図３における架台状態推定器１５及び補正量決定器１６Ａ、並びに図４における架台状態推定器１５、位置変位補正器１８、速度変位補正器１９及び補正量決定器１６Ｂである軸間の影響を非干渉化する補償器に含まれるパラメータは物理的な意味合いを有しているので、実施の形態１に係る電動機制御装置は、軸間の影響を非干渉化する補償器の特性を短時間で決定することができる。すなわち、実施の形態１に係る電動機制御装置は、軸間の干渉を抑制することが可能であり、かつ、軸間の影響を非干渉化する補償器を短い時間で調整することができる。

なお、架台状態推定器１５は、架台１の減衰比、架台１の減衰係数、架台１の固有角振動数、架台１のばね定数、及び、架台１の質量のうちの少なくともいずれか一つに基づいて架台モデル位置を決定する。

補正量決定器１６Ａは、第２の電動機３によって駆動される第２の駆動体５の質量、第２の駆動体５の慣性モーメント、第２の電動機３の可動子３ｂの質量、第２の電動機３の可動子３ｂの慣性モーメント、第２の制御器１３の伝達特性、及び、架台１の二点の位置における振動の振幅比である架台振動振幅比のうち少なくともいずれか一つを基に変位補正信号を決定する。

第１の電動機２の可動子２ｂを駆動する力を表す信号である基準駆動力信号は、第１の電動機２の可動子２ｂの位置が第１の電動機２の位置を決定する第１の位置指令に基づく信号に追従するための理想的な駆動力である第１のモデル駆動力、第１の位置指令に基づく信号と第１の電動機位置信号との差分が小さくなるように第１の電動機２の可動子２ｂを駆動する信号である第１の偏差抑制信号、及び、第１のモデル駆動力と第１の偏差抑制信号とに基づいて算出された第１の電動機駆動信号のうちいずれか一つである。

実施の形態２．
図９は、実施の形態２に係る電動機制御装置を含むシステムの構成を示す図である。実施の形態２では、実施の形態１における第１の制御器１１に第１のフィードフォワード補償をする第１のフィードフォワード補償器２１が追加されており、実施の形態１における第２の制御器１３に第２のフィードフォワード補償をする第２のフィードフォワード補償器２２が追加されている。つまり、実施の形態２に係る電動機制御装置は、第１のフィードバック制御器１１Ｆと第１のフィードフォワード補償器２１とを有する第１の制御器１１と、第２のフィードバック制御器１３Ｆと第２のフィードフォワード補償器２２とを有する第２の制御器１３とを有する。演算器２３も、追加されている。また、架台状態推定器１５Ａは、第１のフィードフォワード補償器２１の出力の一つである第１のモデル駆動力を基に架台モデル位置を推定する点で実施の形態１の架台状態推定器１５と異なる。実施の形態２では、実施の形態１と同一の部分に関しては、説明は省略される。

実施の形態２では、上述の通り、第１の制御器１１は、第１のフィードフォワード補償器２１と、第１のフィードバック制御器１１Ｆとを有する。第１のフィードフォワード補償器２１は、第１の位置指令を基に、第１のモデル位置、第１のモデル速度、及び第１のモデル駆動力を演算して、演算結果を第１のフィードバック制御器１１Ｆに出力する。実施の形態２では、第１のモデル駆動力が基準駆動力信号である。基準駆動力信号は、第１のモデル駆動力に限定されず、第１のモデル駆動力と第１の偏差抑制信号との和である第１の電動機駆動信号であってもよい。

第１のモデル位置は、第１の位置指令と高周波成分を減衰させる低域通過濾波器２１ａとを基に決定される。低域通過濾波器２１ａの伝達特性は、Ｃ_ｆ１（ｓ）と表される。実施の形態２では、低域通過濾波器２１ａは１次のローパスフィルタである。低域通過濾波器２１ａは、ローパスフィルタに限定されない。第１のモデル速度は、第１のモデル位置と微分演算をする微分器２１ｂとを基に決定される。第１のモデル駆動力は、第１のモデル速度を微分器２１ｃで微分したものに、比例ゲイン２１ｄを乗じたものである。比例ゲイン２１ｄは、入力信号をｍ_１倍する。ｍ_１は、第１の駆動体４の質量と可動子２ｂの質量との和である。

第１のフィードバック制御器１１Ｆは、第１のモデル位置と第１の電動機位置信号とを基に第１の偏差抑制信号を決定する。演算器１１ａ２は、第１のモデル位置から第１の電動機位置信号を減算し、第１の位置偏差信号を出力する。演算器１１ｄ２は、第１のモデル速度と、第１の速度補正信号と、第１の電動機位置信号を微分したものとを基に第１の速度偏差信号を出力する。

演算器２３は、第１の偏差抑制信号と第１のモデル駆動力とを基に第１の電動機駆動信号を出力する。可動子２ｂは、第１の電動機駆動信号を基に駆動される。

第２の制御器１３は、上述の通り、第２のフィードフォワード補償器２２と、第２のフィードバック制御器１３Ｆとを有する。第２のフィードフォワード補償器２２は、第２の位置指令を基に、第２のモデル位置、第２のモデル速度、及び第２のモデル駆動力を演算して、演算結果を第２のフィードバック制御器１３Ｆに出力する。第２のモデル位置は、第２の位置指令と高周波成分を減衰させる低域通過濾波器２２ａとを基に決定される。低域通過濾波器２２ａの伝達特性は、Ｃ_ｆ２（ｓ）と表される。実施の形態２では、低域通過濾波器２２ａは、１次のローパスフィルタである。低域通過濾波器２２ａは、１次のローパスフィルタに限定されない。

第２のモデル速度は、第２のモデル位置と微分演算をする微分器２２ｂとを基に決定される。第２のモデル駆動力は、第２のモデル速度を微分器２２ｃで微分したものに、比例ゲイン２２ｄを乗じたものである。比例ゲイン２２ｄは、入力信号をｍ_２倍する。ｍ_２は、第２の電動機３の可動子３ｂの質量と第２の駆動体５の質量との和である。

第２のフィードバック制御器１３Ｆは、第２のモデル位置と第２の電動機位置信号とを基に第２の偏差抑制信号を決定する。演算器１３ａ２は、第２のモデル位置から第２の電動機位置信号を減算し、第２の位置偏差信号を出力する。演算器１３ｄ２は、第２のモデル速度と、第２の速度補正信号と、第２の電動機位置信号を微分したものとを基に、第２の速度偏差信号を出力する。

実施の形態２における第２の制御器１３の伝達特性は、第２の電動機位置信号から第２の偏差抑制信号までの伝達特性であって、式（６）で表される。

演算器１７Ａは、第２の偏差抑制信号と、第２のモデル駆動力と、変位補正信号とを基に、補正電動機駆動信号を出力する。可動子３ｂは、補正電動機駆動信号を基に駆動される。

なお、実施の形態２に係る電動機制御装置を含むシステムの構成を示す図は、図９に限定されず、図９を等価変換したものであってもよい。

このように、実施の形態２に係る電動機制御装置によれば、第１のモデル駆動力と架台状態推定器１５Ａとを基に架台モデル位置を推定し、架台モデル位置と補正量決定器１６Ａとを基に変位補正信号を決定することで、変位補正信号に検出器１２に含まれるノイズの影響を含まれなくするといった効果が得られる。

図１０は、実施の形態１に係る電動機制御装置が有する第１の制御器１１、検出器１２、第２の制御器１３、検出器１４、架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ａ及び演算器１７の少なくとも一部の機能がプロセッサ９１によって実現される場合のプロセッサ９１を示す図である。つまり、第１の制御器１１、検出器１２、第２の制御器１３、検出器１４、架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ａ及び演算器１７の少なくとも一部の機能は、メモリ９２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ９１によって実現されてもよい。プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理システム、演算システム、マイクロプロセッサ、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。図１０には、メモリ９２も示されている。

第１の制御器１１、検出器１２、第２の制御器１３、検出器１４、架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ａ及び演算器１７の少なくとも一部の機能がプロセッサ９１によって実現される場合、当該少なくとも一部の機能は、プロセッサ９１と、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせとによって実現される。ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。プロセッサ９１は、メモリ９２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、第１の制御器１１、検出器１２、第２の制御器１３、検出器１４、架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ａ及び演算器１７の少なくとも一部の機能を実現する。

第１の制御器１１、検出器１２、第２の制御器１３、検出器１４、架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ａ及び演算器１７の少なくとも一部の機能がプロセッサ９１によって実現される場合、実施の形態１に係る電動機制御装置は、第１の制御器１１、検出器１２、第２の制御器１３、検出器１４、架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ａ及び演算器１７によって実行されるステップの少なくとも一部が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を有する。メモリ９２に格納されるプログラムは、第１の制御器１１、検出器１２、第２の制御器１３、検出器１４、架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ａ及び演算器１７が実行する手順又は方法の少なくとも一部をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性若しくは揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等である。

図１１は、実施の形態１に係る電動機制御装置が有する第１の制御器１１、検出器１２、第２の制御器１３、検出器１４、架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ａ及び演算器１７の少なくとも一部の機能が処理回路９３によって実現される場合の処理回路９３を示す図である。つまり、第１の制御器１１、検出器１２、第２の制御器１３、検出器１４、架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ａ及び演算器１７の少なくとも一部の機能は、処理回路９３によって実現されてもよい。

処理回路９３は、専用のハードウェアである。処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はこれらを組み合わせたものである。

第１の制御器１１、検出器１２、第２の制御器１３、検出器１４、架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ａ及び演算器１７の一部の機能は、電動機制御装置が有する第１の制御器１１、検出器１２、第２の制御器１３、検出器１４、架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ａ及び演算器１７の残部の機能を実現するハードウェアと別の専用のハードウェアによって実現されてもよい。

第１の制御器１１、検出器１２、第２の制御器１３、検出器１４、架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ａ及び演算器１７が有する複数の機能について、当該複数の機能の一部がソフトウェア又はファームウェアで実現され、当該複数の機能の残部が専用のハードウェアで実現されてもよい。このように、第１の制御器１１、検出器１２、第２の制御器１３、検出器１４、架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ａ及び演算器１７が有する複数の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって実現することができる。

図４に示されている演算器１１ａ、比例ゲイン出力器１１ｂ、微分器１１ｃ、演算器１１ｄ、第１の速度制御器１１ｅ、検出器１２、演算器１３ａ１、比例ゲイン出力器１３ｂ、微分器１３ｃ、演算器１３ｄ１、第２の速度制御器１３ｅ、検出器１４、架台状態推定器１５、補正量決定器１６Ｂ、演算器１７、位置変位補正器１８、速度変位補正器１９及び微分器２０の少なくとも一部の機能は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサによって実現されてもよいし、処理回路によって実現されてもよい。メモリはメモリ９２と同等のメモリであり、プロセッサはプロセッサ９１と同等のプロセッサであり、処理回路は処理回路９３と同等の処理回路である。

図９に示されている第１の制御器１１、検出器１２、第２の制御器１３、検出器１４、架台状態推定器１５Ａ、補正量決定器１６Ａ及び演算器１７Ａの少なくとも一部の機能は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサによって実現されてもよいし、処理回路によって実現されてもよい。メモリはメモリ９２と同等のメモリであり、プロセッサはプロセッサ９１と同等のプロセッサであり、処理回路は処理回路９３と同等の処理回路である。

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、構成の一部を省略又は変更することも可能である。

１架台、１ａ架台側面、１ｂ架台上部、１ｃ架台下部、２第１の電動機、２ａ，３ａ固定子、２ｂ，３ｂ可動子、３第２の電動機、４第１の駆動体、４ａ，５ａ駆動部、４ｂ，５ｂ作業具、５第２の駆動体、６，７作業対象物、８レベリングブロック、１１第１の制御器、１１ａ，１１ａ２，１１ｄ，１１ｄ２，１３ａ，１３ａ１，１３ａ２，１３ｄ，１３ｄ１，１３ｄ２，１７，１７Ａ，２３演算器、１１ｂ，１３ｂ比例ゲイン出力器、１１ｃ，１３ｃ，２０，２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ微分器、１１ｅ第１の速度制御器、１１Ｆ第１のフィードバック制御器、１２，１４検出器、１３第２の制御器、１３ｅ第２の速度制御器、１３Ｆ第２のフィードバック制御器、１５，１５Ａ架台状態推定器、１６Ａ，１６Ｂ補正量決定器、１８位置変位補正器、１９速度変位補正器、２１第１のフィードフォワード補償器、２１ａ，２２ａ低域通過濾波器、２１ｄ，２２ｄ比例ゲイン、２２第２のフィードフォワード補償器、３１入力装置、３１ａ，９１プロセッサ、３１ｂ記憶装置、３１ｃ入力部、９２メモリ、９３処理回路、１００機械装置。

Claims

架台に設置された第１の電動機の可動子を駆動する力を表す信号である基準駆動力信号に基づいて、前記第１の電動機の可動子の駆動の反力により弾性変形する前記架台の絶対位置の推定値である架台モデル位置を決定する架台状態推定器と、
前記架台に設置され前記第１の電動機と異なる第２の電動機の可動子の位置を指定する第２の位置指令に基づく信号と前記第２の電動機の可動子と前記第２の電動機の固定子との相対位置を示す第２の電動機位置信号との差分が小さくなるように前記第２の電動機を駆動する信号である第２の偏差抑制信号を決定する第２の制御器と、
前記架台状態推定器によって決定された前記架台モデル位置を基に変位補正信号を決定する補正量決定器と、
前記補正量決定器によって決定された前記変位補正信号と前記第２の制御器によって決定された前記第２の偏差抑制信号とを基に前記第２の電動機を駆動する補正電動機駆動信号を決定する演算器と、
を備えることを特徴とする電動機制御装置。
前記架台状態推定器は、２次振動系を含む伝達関数で表される演算をすることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
前記架台状態推定器は、前記架台の減衰比、前記架台の減衰係数、前記架台の固有角振動数、前記架台のばね定数、及び、前記架台の質量のうちの少なくともいずれか一つに基づいて前記架台モデル位置を決定することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
前記補正量決定器は、前記第２の電動機によって駆動される第２の駆動体の質量、前記第２の駆動体の慣性モーメント、前記第２の電動機の可動子の質量、前記第２の電動機の可動子の慣性モーメント、前記第２の制御器の伝達特性、及び、前記架台の二点の位置における振動の振幅比である架台振動振幅比のうち少なくともいずれか一つを基に前記変位補正信号を決定することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
前記基準駆動力信号は、前記第１の電動機の可動子の位置が前記第１の電動機の位置を決定する第１の位置指令に基づく信号に追従するための理想的な駆動力である第１のモデル駆動力、前記第１の位置指令に基づく信号と第１の電動機位置信号との差分が小さくなるように前記第１の電動機の可動子を駆動する信号である第１の偏差抑制信号、及び、前記第１のモデル駆動力と前記第１の偏差抑制信号とに基づいて算出された第１の電動機駆動信号のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
前記架台と、
前記第１の電動機と、
前記第２の電動機と、
請求項１から４のいずれか１項に記載の電動機制御装置と、
を備えることを特徴とする機械装置。