JPWO2011145451A1

JPWO2011145451A1 - モータ制御装置

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Publication number: JPWO2011145451A1
Application number: JP2012515809A
Authority: JP
Inventors: 章田辺; 裕幸関口; 英俊池田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2013-07-22
Anticipated expiration: 2031-04-28
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Abstract

モータ１の動作を指令する信号とモータ動作の検出結果である検出信号の差分に基づき補正前トルク指令を算出する追従制御部３と、検出信号からモータが発生するトルクリプルと同じモータ位置に依存した周期の基準周期信号を算出する基準周期信号演算部８と、検出信号に基づいて算出した補正トルク指令を補正前トルク指令に加えて補正後トルク指令を算出する補正トルク演算手段５、１１と、補正後トルク指令に基づいてモータを駆動する駆動電流を出力する電流制御部４と、基準周期信号と補正後トルク指令から補正後トルク指令の振幅、基準周期信号に対する位相を逐次的に推定する振幅位相推定部７を備え、補正トルク演算手段は振幅位相推定部が推定した補正後トルク指令の振幅、位相を用いて補正トルク指令と補正後トルク指令の差が小さくなるように補正トルク指令を逐次的に更新する。

Description

本発明は、工作機械などの産業用機械装置を駆動するモータ制御装置に関する。

産業用機械装置を駆動するモータを制御する装置においては、モータの特性によって回転位置（回転角度）に伴いトルクの脈動が発生することが知られており、トルクリプルと呼ばれる。

例えば永久磁石同期モータにおいては、モータ内部の磁束変化に歪を持つことに起因して発生するコギングトルクがあり、モータ１回転（機械角ともいう）につきモータの構造（極数やスロット数）によって定まる回数（山数ともいう）の脈動が発生する。このようなトルクリプルは機械装置の動作に悪影響を与える場合があるため、制御装置によって抑制する方式が提案されている。

トルクリプルを抑制する制御装置としては、トルクリプルが回転位置に伴い周期的に発生することを考慮し、回転位置に応じて同じ角度周期の補正トルク指令を用いることで前記トルクリプルを相殺するものが知られている。ここで、発生するトルクリプルの振幅、位相はモータ製造時のばらつき等によってモータ毎に異なるため、補正トルク指令の振幅、位相もモータ毎に設定する必要がある。

このように、モータ毎に補正トルク指令の振幅、位相を求めトルクリプルを抑制する制御装置としては、例えば以下のような技術が提案されている。即ち、正弦波状となる補正トルク指令の位相を全範囲（０度から３６０度）で所定の刻み幅で変更するステップを行い、次に補正トルク指令の振幅を所定の刻み幅で変更するステップを行い、補正トルク指令の位相、及び振幅変更毎にトルクリプルの大きさをＦＦＴ演算手段によって解析することで、トルクリプルの大きさが最小となる補正トルク指令の振幅、位相を決定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、上記した補正トルク指令を加えた後の信号となる補正後トルク指令を設定した条件に従ってサンプリングするサンプリング部と、ＦＦＴ演算によりフーリエ係数を算出するＦＦＴ演算部と、フーリエ係数に基づき補正値を演算する補正値演算部を備えた上で、上記サンプリング部によりサンプリングを行うステップと、サンプリングされた補正後トルク指令のフーリエ係数を求め補正トルク指令を更新するステップを設定した繰り返し回数だけ実行することでトルクリプル補正値を算出する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第４１４４０１８号公報特開２０１０−６３３４３号公報

しかしながら上記従来の技術によれば、例えば、特許文献１にて開示された技術では、補正トルク指令の振幅、位相をそれぞれ異なるステップで探索する必要があった。また、特に位相については全範囲での探索が必要であった。これにより、調整作業に時間を要する点や調整に関する処理が増大化するという問題があった。

さらに、特許文献１にて開示された技術では、所定の刻み幅を用いた探索を行っているため、調整作業に要する時間と最終的な調整精度はトレードオフの関係となり、調整時間と高精度化を両立することが困難であるという問題があった。

また、特許文献２にて開示された技術では、補正後トルク指令をサンプリングするステップとＦＦＴ演算によりフーリエ係数を算出し補正トルク指令を更新するステップを繰り返し実行する必要があった。特に、モータの回転位置（回転角度）に依存したトルクリプルの振幅、位相を求める必要がある。

しかし、通常のデータサンプリングでは一定の時間毎にサンプリングを行うため、サンプリングしたデータとモータ角度の関係が対応付けられるようにＦＦＴ演算を行う必要があり、オフラインでのデータ操作が必須であった。これにより、調整作業に時間を要する点や調整に関する処理が増大化するという問題があった。

また、特許文献２にて開示された技術では、トルクリプルの周波数に合わせて十分に解析可能なデータ点数のサンプリングを行う必要があるため、大規模なメモリが必要となるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、トルクリプルを抑制する補正トルク指令をより簡易な処理でかつ短時間で精度よく推定す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、モータの動作を指令する動作指令信号と前記モータの動作の検出結果である検出信号との差分に基づいて補正前トルク指令を算出する追従制御部と、前記検出信号に基づいて、前記モータが発生するトルクリプルと同じモータ位置に依存した周期の基準周期信号を算出する基準周期信号演算部と、前記検出信号に基づいて算出した補正トルク指令を前記補正前トルク指令に加えることにより補正後トルク指令を算出する補正トルク演算手段と、前記補正後トルク指令に基づいて前記モータを駆動する駆動電流を出力する電流制御部と、前記基準周期信号と前記補正後トルク指令とに基づいて、前記補正後トルク指令の振幅および前記基準周期信号に対する位相を逐次的に推定する振幅位相推定部とを備え、前記補正トルク演算手段は、前記振幅位相推定部が推定した前記補正後トルク指令の振幅および位相を用いて、前記補正トルク指令と前記補正後トルク指令の差が小さくなるように前記補正トルク指令を逐次的に更新することを特徴とする。

本発明によれば、補正前トルク指令または補正後トルク指令における振幅、位相を逐次推定した結果に基づき補正トルク指令の振幅、位相をそれぞれ更新させることができるため、振幅と位相を個別のステップで決定する必要がなく、簡易な処理かつ短時間でトルクリプルを抑制する補正トルク指令を求めることができる。また、サンプリングによるＦＦＴ演算を繰り返し行う必要がなく、簡易な処理かつ短時間でトルクリプルを抑制する補正トルク指令を求めることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態１における振幅位相推定部の構成を示すブロック図である。図３は、本発明の実施の形態１における補正トルク指令の推定動作を示すベクトル図である。図４は、本発明の実施の形態１における制御系構成を示すブロック図である。図５は、本発明の実施の形態１における補正トルク指令の振幅の推定結果を示す波形図である。図６は、本発明の実施の形態１における補正トルク指令の位相の推定結果を示す波形図である。図７は、本発明の実施の形態１における補正トルク指令の推定動作を示す位置偏差の波形図である。図８は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置を示すブロック図である。図９は、本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置を示すブロック図である。図１０は、本発明の実施の形態３における別のモータ制御装置を示すブロック図である。図１１は、本発明の実施の形態４におけるモータ制御装置を示すブロック図である。図１２は、本発明の実施の形態４における別のモータ制御装置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．
以下、本発明の実施の形態１によるモータ制御装置について図１乃至図７を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置を示すブロック図である。図１に示すように、モータ制御装置には位置指令や速度指令といったモータ１の動作に対する動作指令信号Ｒが入力される。

検出器２はモータ１に連結されており、モータ１の位置や速度などを検出する。そして、その検出結果を検出信号Ｒｆとして出力する。比較器１０は動作指令信号Ｒと検出器２から出力される検出信号Ｒｆの偏差を演算する。追従制御部３は、比較器１０から与えられた動作指令信号Ｒと検出信号Ｒｆとの偏差に基づいて比例、積分演算を含む処理によりトルク指令を出力する。追従制御部３には、これら比例、積分演算を含む処理のためのゲイン値などが設定されている。

電流制御部４は、入力されるトルク指令に基づきモータ１を駆動する駆動電流を出力する。このようにモータ制御装置における基本的な動作として、動作指令信号Ｒに追従するようにモータ１を駆動することになる。

次に、加算器９は上記の制御系に対して外乱トルクτｄを加算している。ここで、外乱トルクτｄはトルクリプルによる影響を表している。通常、モータの構造に起因して発生する脈動成分はモータ内部にて生じるものである。また、図１において外乱トルクτｄは電流制御部４の出力側にて加算しているが、電流制御部４の応答帯域が十分に高く外乱トルクτｄに対して無視できる場合や、電流制御部４とモータ１を合わせた制御対象とする場合には電流制御部４の入力側にて加算されるように等価的に変換することが可能である。以下、本実施の形態において説明を簡易にするため外乱トルクτｄが電流制御部４の入力側にて加算されるものとして説明する。

加算器１１は、追従制御部３が出力するトルク指令に対して補正トルク指令τｃを加算している。補正トルク指令τｃは前述した外乱トルクτｄの影響を抑制するために加えられるものであり、図１においてマイナス符合がつけられて加算器１１において加算されることから、補正トルク指令τｃと外乱トルクτｄが一致すれば外乱トルクτｄは相殺され、トルクリプルが抑制されることになる。

以下の実施の形態の説明において、追従制御部３から出力されるトルク指令を補正前トルク指令τ１と称し、加算器１１においてτ１から補正トルク指令τｃを減算（即ち、τ１と−τｃを加算）した後のトルク指令、即ち、電流制御部４に入力するトルク指令を補正後トルク指令τ２と称することにする。

基準周期信号演算部８は、検出器２が出力した検出信号Ｒｆに基づいて、モータの回転位置に伴い発生するトルクリプルと同じ角度周期の基準周期信号を演算により算出する。振幅位相推定部７は加算器１１から与えられた補正後トルク指令τ２と基準周期信号演算部８が出力する基準周期信号に基づき、モータの回転位置に応じた補正後トルク指令τ２の振幅、及び位相をモータ駆動中に逐次推定する。ここで、振幅位相推定部７の詳細の動作については後述する。

振幅位相設定部６は振幅位相推定部７において推定された振幅、位相の推定結果を受け取り、これらの推定結果に基づき補正トルク指令τｃの振幅、位相設定値を設定し、補正トルク演算部５に出力する。

補正トルク演算部５は、振幅位相設定部６により設定される振幅、位相と、検出器２から出力された検出信号Ｒｆに基づきモータ１の回転位置に伴う補正トルク指令τｃを算出して出力する。

補正トルク演算部５により算出される補正トルク指令τｃは、例えば、基準周期信号演算部８が出力する基準周期信号と同じ周期、即ち、トルクリプルと同じ角度周期を有する周期的に変動する値であって、モータ１の回転角に依存した値である。この場合、補正トルク演算部５は、トルクリプルと同じ角度周期を有する基準周期信号を基準周期信号演算部８から得てもよいし、検出器２から出力された検出信号Ｒｆに基づいて生成しても構わない。

次に、振幅位相推定部７の推定動作について図２を用いて詳細に説明する。図２は振幅位相推定部７の構成を示すブロック図である。まず、図２において、推定対象の信号となる補正後トルク指令τ２がトルクリプルによって以下の（１）式で表される周期信号であるとする。

τ２＝Ａｓｉｎ（θ＋α）（１）式

ここで、（１）式において、基準角度θはモータの回転位置に伴い発生するトルクリプルの周期的な変化を表しており、モータ１回転につき生じるトルクリプルの回数が既知であれば、モータの位置や速度から求めることができる。また、モータが一定速度で駆動している場合には角周波数ωと時間ｔを用いてθ＝ωｔと表すことができ、補正後トルク指令τ２は一定周期で振動する信号となる。また、振幅Ａ、位相αの値が推定対象のパラメータとなる。

位相修正部７１は、基準周期信号演算部８から出力されるトルクリプルと同じ角度周期の基準周期信号、例えばｓｉｎ（θ）と、位相推定値とに基づき基準周期信号の位相を修正した周期信号を出力する。ここで、位相推定値をβとすると、位相修正部７１から出力される周期信号は以下の（２）式、及び（３）式のように表される。

ｃｏｓ（θ＋β）（２）式

ｓｉｎ（θ＋β）（３）式

乗算器７２には、上述した（１）式で表される補正後トルク指令τ２と、上記（２）式で表される基準周期信号とが入力されてそれらを乗算する。よって、乗算器７２の出力信号は以下の（４）式となる。

τ２・ｃｏｓ（θ＋β）＝
（Ａ／２）（ｓｉｎ（２θ＋α＋β）＋ｓｉｎ（α−β））（４）式

直流成分演算部７３は、例えばローパスフィルタによって、乗算器７２の出力信号である上記（４）式の直流成分となる（Ａ／２）ｓｉｎ（α−β）を演算する。ＰＩ制御部７４は、入力される直流成分の値に基づき直流成分が最小となるように位相推定値βを変化させる。ここで、直流成分が最小となれば補正後トルク指令τ２の位相αと位相推定値βが等しくなるため、逐次的に位相αの推定を実現することができる。

乗算器７５には、上述した（１）式で表される補正後トルク指令τ２と、上記（３）式で表される基準周期信号とが入力されてそれらを乗算する。よって、乗算器７５の出力信号は以下の（５）式となる。

τ２・ｓｉｎ（θ＋β）＝
−（Ａ／２）（ｃｏｓ（２θ＋α＋β）−ｃｏｓ（α−β））（５）式

直流成分演算部７６は、例えばローパスフィルタによって、乗算器７５の出力信号である上記（５）式の直流成分となる（Ａ／２）ｃｏｓ（α−β）を演算する。ここで、直流成分の値は、補正後トルク指令τ２の位相αと位相推定値βが等しい場合には、Ａ／２となる。

ゲイン７７は、直流成分演算部７６から入力される直流成分を増幅し、振幅推定値を出力する。以上のように、位相推定値βの推定に応じて逐次的にモータの回転位置に伴う周期信号の振幅の推定を実現することができる。

次に、補正トルク指令τｃの推定動作について図３を用いて詳細に説明する。図３は、補正トルク指令の推定動作を示すベクトル図である。図３では、トルクリプルの生じる周波数における各トルク信号の振幅、位相の情報を複素平面上でのベクトルとして表している。

図１で示したように、補正前トルク指令τ１に対して補正トルク指令τｃを減算することで補正後トルク指令τ２が求まることから、τ１、−τｃ、τ２の関係は図３における点線で示すようにベクトルの合成として表すことができる。

ここで、トルクリプルによる影響を理想的に抑制できている状態では、補正前トルク指令τ１における振幅が０となるため−τｃとτ２が一致することになる。このことから、理想的な抑制状態との誤差として−τｃとτ２の差を補正トルク指令τｃの更新量として用いる。ここで、上記の更新処理は、振幅位相推定部７により補正後トルク指令τ２の振幅および位相を求めることで、補正トルク指令τｃを−τ２へ更新することと等価となる。

次に、本実施の形態における補正トルク指令τｃの算出方法により、τｃがτｄへ収束することを、図４を用いて説明する。図４は、図１に対応した制御系の構成を伝達関数で示したブロック図である。

図４は、一般的なフィードバック制御系の構成となっており、追従制御部３に対応する制御器１２の伝達関数をＣ（ｓ）、電流制御部４、モータ１、および検出器２からなる制御システム１３の伝達関数をＰ（ｓ）として表している。その他、図１と同じ構成要素については同符号とし、説明を省略する。

図４に示す制御系において、感度関数Ｓ、相補感度関数Ｔはそれぞれ、以下の（６）式、及び（７）式のようになる。

Ｓ＝１／（１＋ＣＰ）（６）式

Ｔ＝ＣＰ／（１＋ＣＰ）（７）式

上記の感度関数Ｓ、相補感度関数Ｔを用い、補正後トルク指令τ２に関してトルクリプルの周波数成分のみに着目した記述とすると、補正後トルク指令τ２は補正トルク指令τｃと外乱トルクτｄにより以下の（８）式で表すことができる。

τ２＝−Ｓ・τｃ−Ｔ・τｄ（８）式

次に、前述したように、本実施の形態では補正トルク指令τｃを−τ２に更新するため、（８）式によって求まる−τ２をτｃとして用いる。（８）式で表されるτ２を任意のｋ回目の更新状態とすると、ｋ＋１回目における補正後トルク指令τ２（ｋ＋１）は以下の（９）式となる。

τ２（ｋ＋１）＝−Ｓ（Ｓ・τｃ（ｋ）＋Ｔ・τｄ）−Ｔ・τｄ
＝−Ｓ（Ｓ・τｃ（ｋ）＋Ｔ・τｄ）−（１−Ｓ）τｄ（９）式

同様に、ｋ＋２回目、ｋ＋３回目と更新した場合、ｋ＋ｎ回目における補正後トルク指令τ２（ｋ＋ｎ）は以下の（１０）式となる。

τ２（ｋ＋ｎ）＝−Ｓ^ｎ（Ｓ・τｃ（ｋ）＋Ｔ・τｄ）−（１−Ｓ^ｎ）τｄ
（１０）式

ここで上記（１０）式において、トルクリプルの周波数における感度関数Ｓが１より小さい場合には、Ｓ^ｎは更新を繰り返すことにより０に収束することになる。すなわち、補正後トルク指令τ２は−τｄに収束することなるため、−τ２へと更新を繰り返すτｃは外乱トルクτｄへ収束することになる。

以上のようにしてトルクリプルを抑制する補正トルク指令τｃを求めることが可能となる。ここで、感度関数Ｓは一般的には制御帯域内において１より小さくなるため、トルクリプルの周波数が制御帯域内であれば収束することになる。

また、上記の説明では補正トルク指令τｃを−τ２へ更新する処理において、推定された−τ２の振幅および位相をそのまま補正トルク指令τｃの振幅および位相の更新値として用いるとして説明した。しかし、更新前のτｃと−τ２とを比較することにより誤差を演算し、少なくとも誤差が小さくなるように当該誤差に学習用のゲインを乗じた値を更新前のτｃに加えることによりτｃを更新する処理とすることも実現可能である。

このような構成とした場合、補正トルク指令τｃの更新量を学習用のゲインによって設定することが可能となる。よって、補正トルク指令τｃが急峻に変化することを防ぐことができる。また、トルクリプルの振幅および位相にばらつきがある場合においても平均的な補正トルク指令τｃを求めることができる。

また、上記のτｃと−τ２の誤差の演算結果から、両者の差の絶対値等が所定値以下となった場合には、τｃの更新が十分収束したものと判断し、更新処理を停止させる構成することも可能である。

次に、本実施の形態における補正トルク指令τｃの推定動作について図５乃至図７を用いて説明する。図５乃至図７は、本実施の形態における補正トルク指令τｃの推定動作を示す波形図である。

図５乃至図７では、モータ１回転につき３０［回］のトルクリプルが発生するモータを模擬し、２０［ｒ／ｍｉn］の一定速度で駆動中に補正トルク指令τｃを推定する動作についてシミュレーションを行なった結果を示している。

図５、及び図６は補正トルク指令τｃの振幅、及び位相の推定結果を示しており、補正開始点である１［ｓｅｃ］の時点から推定動作を開始している。また、各図の破線は外乱トルクとして加えているトルクリプルの振幅、位相を示しており、推定動作によって補正トルク指令τｃと外乱トルクτｄの振幅、位相が一致していることが確認できる。ここで、外乱トルクτｄの振幅は１［ｐ．ｕ．］と正規化しており、位相は３０［°］としている。

また、図７は推定動作に伴う補正効果を示しており、モータ回転時における位置偏差が補正トルク指令τｃの推定動作に伴い低減していることが確認できる。ここで、振動成分の大きさは１［ｓｅｃ］までの大きさが１［ｐ．ｕ．］となるように正規化している。

以上説明したように、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置においては、モータ１の回転位置に応じた補正後トルク指令τ２の振幅および位相を逐次的に推定し、その推定結果に基づいて補正トルク指令τｃの振幅および位相をそれぞれ更新する。

これにより、トルクリプルを抑制する補正トルク指令τｃを逐次的に更新することができる。即ち、逐次的な推定によりサンプリングが不要となり、大規模なメモリを要さずに短時間かつ簡易な処理でトルクリプルによる周期的な振動を抑制する補正トルク指令τｃを求めることができる。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２によるモータ制御装置について図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置を示すブロック図である。ここで、図１と同一の符合は同一の構成要素を表わしており、説明を省略する。

図８において、振幅位相推定部７ａはモータ１の回転位置に応じた補正前トルク指令τ１の振幅および位相を推定する。振幅位相推定部７ａの構成は図２に示した振幅位相推定部７の構成と同様であるが、補正後トルク指令τ２の代わりに補正前トルク指令τ１が入力される。これにより、基準周期信号演算部８から出力される基準周期信号を用いて補正前トルク指令τ１の振幅および位相が推定される。

振幅位相設定部６ａは、前記振幅位相推定部７ａにおける補正前トルク指令τ１の振幅および位相の推定結果と、補正トルク演算部５ａにおいて設定されている推定時の補正トルク指令τｃの振幅および位相とから、新たな補正トルク指令τｃの振幅および位相の設定値を算出して補正トルク演算部５ａに出力する。

補正トルク演算部５ａは、前記振幅位相設定部６ａにより設定される振幅および位相と、検出器２から出力された検出信号Ｒｆに基づきモータの回転位置に伴う補正トルク指令τｃを算出して出力する。

このように本実施の形態においては、補正前トルク指令τ１の推定値と推定時の補正トルク指令τｃの振幅および位相に基づいて補正トルク指令τｃの振幅および位相の更新を行う。

次に、補正トルク指令τｃの推定動作について図３を用いて詳細に説明する。前述したように、図３において補正トルク指令τｃを−τ２へ近づけるように更新させることでトルクリプルを抑制することが可能となる。

ここで、本実施の形態においては、補正前トルク指令τ１の振幅および位相が推定されるとともに、推定時の補正トルク指令τｃの振幅および位相は既知であることから、図３で示したベクトルの合成演算により補正後トルク指令τ２の振幅、位相を求めることが可能となる。この場合においても実施の形態１と同様の補正トルク指令τｃの更新処理が実現できることは明らかである。

具体的には、例えば、実施の形態１と同様、上記のようにして求められた補正後トルク指令τ２の符号を反転した−τ２の振幅、位相をそのまま更新後の補正トルク指令τｃの振幅、位相として用いてもよい。あるいは、少なくともτｃと−τ２の誤差、即ち推定された補正前トルク指令τ１の絶対値が小さくなるように、τ１に学習用のゲインを乗じた値を更新前のτｃに加えることによりτｃを更新する処理を行ってもよい。これにより、実施の形態１で説明したのと同様に補正トルク指令τｃが急峻に変化することを防ぐことができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置においては、補正前トルク指令τ１における振幅および位相を逐次的に推定し、その推定結果と推定時の補正トルク指令τｃの振幅および位相とから補正トルク指令τｃの振幅および位相をそれぞれ更新する。

これにより、トルクリプルを抑制する補正トルク指令τｃを逐次的に更新することができるため、短時間かつ簡易な処理でトルクリプルによる周期的な振動を抑制する補正トルク指令τｃを求めることができる。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３によるモータ制御装置について図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置を示すブロック図である。ここで、図１と同一の符合は同一の構成要素を表しており、説明を省略する。

図９において、補正トルク判定部１４は振幅位相設定部６ｂにより設定される補正トルク指令τｃの振幅が予め設定される所定値以上であるかどうかを判定し、判定結果を振幅位相設定部６ｂへと出力する。

振幅位相設定部６ｂは、補正トルク判定部１４によって補正トルク指令τｃの振幅が所定値以上と判定された場合には、補正トルク指令τｃの振幅および位相の推定動作を停止し、補正トルク指令τｃによる補正を停止する信号を補正トルク演算部５に出力する。即ち、補正トルク指令τｃを補正前トルク指令τ１に加えないようにする。

また、図８に示した補正前トルク指令τ１の振幅および位相を推定して補正トルク指令τｃを更新するモータ制御装置に補正トルク判定部１４を備えて上記と同様な動作を行ってもよい。

この場合、図１０に示すように、補正トルク判定部１４は振幅位相設定部６ｄにより設定される補正トルク指令τｃの振幅が予め設定される所定値以上であるかどうかを判定し、判定結果を振幅位相設定部６ｄへと出力する。その後の振幅位相設定部６ｄの動作は上記振幅位相設定部６ｂと同様である。図１０で、図８と同一の符合は同一の構成要素を表し説明を省略する。

以上説明したように、本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置においては、実施の形態１で示した収束条件（制御系の感度関数が１より小さい場合）以外の条件下で推定動作を行なった場合において、推定動作が不安定となり過大な補正トルク指令が補正前トルク指令に加算されることを防ぐことができる。従って、安定した推定動作を実現することが可能となる。即ち、運転条件によって補正トルク指令の推定が誤動作することを防ぐことができる。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４によるモータ制御装置について図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の実施の形態４におけるモータ制御装置を示すブロック図である。ここで、図１と同一の符合は同一の構成要素を表しており、説明を省略する。

図１１において、推定動作判定部１５は追従制御部３において設定されたゲイン値と検出信号Ｒｆに基づき補正トルク指令τｃの推定動作が収束する条件となるかを判定し、判定結果を振幅位相設定部６ｃに出力する。

ここで、推定動作が収束する条件は、実施の形態１において述べたようにトルクリプルの周波数が制御帯域内であることとなる。モータ１回転につき生じるトルクリプルの回数が既知であれば、トルクリプルの周波数はモータの位置や速度から求めることができる。また、制御帯域は追従制御部３において設定されたゲイン値に依存する。従って、推定動作判定部１５は、両者を比較することにより推定動作が収束するかどうかを判定することができる。

推定動作判定部１５によって、補正トルク指令τｃの推定動作が収束しない条件であると判定された場合には、振幅位相設定部６ｃは補正トルク演算部５に出力する設定値を固定とし補正トルク指令τｃの更新を停止させる。

また、図８に示した補正前トルク指令τ１の振幅および位相を推定して補正トルク指令τｃを更新するモータ制御装置に推定動作判定部１５を備えて上記と同様な動作を行ってもよい。

この場合、図１２に示すように、推定動作判定部１５が補正トルク指令τｃの推定動作が収束しない条件であると判定した場合には、振幅位相設定部６ｅは補正トルク演算部５ａに出力する設定値を固定とし補正トルク指令τｃの更新を停止させる。図１２で、図８と同一の符合は同一の構成要素を表し説明を省略する。

以上説明したように、本発明の実施の形態４におけるモータ制御装置によれば、実施の形態１で示した収束条件（制御系の感度関数が１より小さい場合）以外の条件下で推定動作を行うことを防ぐことができ、安定した推定動作を実現することが可能となる。

また、実施の形態４におけるモータ制御装置によれば、上記収束条件を自動的に判別し、推定動作の実行／停止を切り替えることが可能となるため、モータ駆動中における補正トルク指令τｃの更新を常時実施することができる。即ち、補正トルク指令の推定が安定動作する条件を自動判別することにより、補正トルク指令の常時有効化が実現できる。従って、例えば経年変化のようにトルクリプルの特性が変化した場合においても対応することができる。

上記したように、本実施の形態のモータ制御装置は、補正前後いずれかのトルク指令の特徴量である振幅および位相を逐次的に推定し、これを用いて補正トルクを学習する方式となっており、振幅および位相を同時かつ簡易な処理で求めることができる。振幅および位相のパラメータを同時に簡易な処理で推定することができるため、短時間で推定が可能である。また、逐次的な処理を行うことにより、メモリが不要となり、補正トルク指令の常時有効化が可能となる。

さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、モータの特性により生ずるトルクリプルを簡易かつ短時間で精度よく抑制するモータ制御に有用であり、特に、産業用機械装置を駆動するモータのモータ制御装置に適している。

１モータ
２検出器
３追従制御部
４電流制御部
５、５ａ補正トルク演算部
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ振幅位相設定部
７、７ａ振幅位相推定部
８基準周期信号演算部
９、１１加算器
１０比較器
１２制御器
１３制御システム
１４補正トルク判定部
１５推定動作判定部
７１位相修正部
７２、７５乗算器
７３、７６直流成分演算部
７４ＰＩ制御部
７７ゲイン

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モータの動作を指令する動作指令信号と前記モータの動作の検出結果である検出信号との差分に基づいて補正前トルク指令を算出する追従制御部と、前記補正前トルク指令と補正トルク指令とを加算し、補正後トルク指令を出力する加算器と、前記補正後トルク指令に基づいて前記モータを駆動する駆動電流を出力する電流制御部と、を備え、前記検出信号が前記動作指令信号に一致するように制御を行うモータ制御装置において、前記検出信号に基づいて、前記モータが発生するトルクリプルと同じモータ位置に依存した周期の基準周期信号を算出する基準周期信号演算部と、前記基準周期信号と前記加算器の出力である前記補正後トルク指令とに基づいて、前記補正後トルク指令の振幅および前記基準周期信号に対する位相を逐次的に推定する振幅位相推定部と、前記振幅位相推定部が推定した前記補正後トルク指令の振幅および位相を用いて、前記加算器の入力である前記補正トルク指令と前記加算器の出力である前記補正後トルク指令との差が小さくなるように前記加算器の入力である前記補正トルク指令を逐次的に更新する補正トルク演算手段と、を備えることを特徴とする。

Claims

モータの動作を指令する動作指令信号と前記モータの動作の検出結果である検出信号との差分に基づいて補正前トルク指令を算出する追従制御部と、
前記検出信号に基づいて、前記モータが発生するトルクリプルと同じモータ位置に依存した周期の基準周期信号を算出する基準周期信号演算部と、
前記検出信号に基づいて算出した補正トルク指令を前記補正前トルク指令に加えることにより補正後トルク指令を算出する補正トルク演算手段と、
前記補正後トルク指令に基づいて前記モータを駆動する駆動電流を出力する電流制御部と、
前記基準周期信号と前記補正後トルク指令とに基づいて、前記補正後トルク指令の振幅および前記基準周期信号に対する位相を逐次的に推定する振幅位相推定部とを備え、
前記補正トルク演算手段は、前記振幅位相推定部が推定した前記補正後トルク指令の振幅および位相を用いて、前記補正トルク指令と前記補正後トルク指令の差が小さくなるように前記補正トルク指令を逐次的に更新する
ことを特徴とするモータ制御装置。
モータの動作を指令する動作指令信号と前記モータの動作の検出結果である検出信号との差分に基づいて補正前トルク指令を算出する追従制御部と、
前記検出信号に基づいて、前記モータが発生するトルクリプルと同じモータ位置に依存した周期の基準周期信号を算出する基準周期信号演算部と、
前記検出信号に基づいて算出した補正トルク指令を前記補正前トルク指令に加えることにより補正後トルク指令を算出する補正トルク演算手段と、
前記補正後トルク指令に基づいて前記モータを駆動する駆動電流を出力する電流制御部と、
前記基準周期信号と前記補正前トルク指令とに基づいて、前記補正前トルク指令の振幅および前記基準周期信号に対する位相を逐次的に推定する振幅位相推定部とを備え、
前記補正トルク演算手段は、前記振幅位相推定部が推定した前記補正前トルク指令の振幅および位相を用いて、前記補正トルク指令と前記補正後トルク指令の差が小さくなるように前記補正トルク指令を逐次的に更新する
ことを特徴とするモータ制御装置。
前記補正トルク演算手段において更新された前記補正トルク指令の振幅が所定の閾値以上であるかどうかを判定する補正トルク判定部を更に備え、
前記補正トルク指令の振幅が閾値以上である場合は、前記補正トルク演算手段は前記補正トルク指令を前記補正前トルク指令に加えない
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
前記追従制御部において前記補正前トルク指令の算出のために設定されたゲイン値と前記検出信号から得られた前記トルクリプルの周波数とから、前記周波数が制御帯域内であるかどうかを判定する推定動作判定部を更に備え、
前記周波数が制御帯域を超えた場合は、前記補正トルク演算手段は前記補正トルク指令の更新をしない
ことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
前記振幅位相推定部は、前記基準周期信号に基づき生成した周期信号と補正後トルク指令を逐次的に乗算した信号に基づいて前記補正後トルク指令の振幅および前記基準周期信号に対する位相を推定する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記振幅位相推定部は、前記基準周期信号に基づき生成した周期信号と補正前トルク指令を逐次的に乗算した信号に基づいて前記補正前トルク指令の振幅および前記基準周期信号に対する位相を推定する
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。