JPWO2012008222A1 - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

制御系の安定性を確保しつつ、制御性能を向上させることができるモータ制御装置を提供する。モータ２の駆動は、モータ制御装置本体１０によって制御される。モータ制御装置本体１０は、圧力指令信号生成部１１、圧力制御部１２、速度制御部１３、電流制御部１４及びパラメータ調整部１００を有している。圧力制御部１２の制御演算用のパラメータは、パラメータ調整部１００は、情報取得部と、パラメータ算出部とを有している。情報取得部は、加圧対象物７の弾性定数Ｋ、反力の情報を表す反力定数ｈ、モータトルクからモータ速度への伝達特性、速度制御部１３のパラメータＫｖ，Ｋｖｉの各情報を外部から取得する。情報取得部は、速度制御部１３の制御則の情報を予め取得している。パラメータ算出部は、情報取得部が取得した情報に基づいて、圧力制御部１２のパラメータを算出する。

Description

この発明は、対象物に機械負荷を押し当てるためのモータの駆動を制御するモータ制御装置に関する。

射出成形機やプレス成形機等の各種成形機や、ボンディング機械等の加工装置（産業用機械、加工機械）では、電動機構（機械駆動部）がモータによって駆動されて、加圧対象物に圧力を加える。また、このような加工装置では、一般的に、加圧対象物である成形材料等やワークに機械負荷が押し当てられたときの圧力値である実圧力値が圧力検出値として検出され、この圧力検出値と圧力指令値とに基づいて、パラメータで規定される圧力制御演算が行われる。ここで、パラメータは、圧力制御演算のゲイン等のパラメータである。

この圧力制御演算の際、パラメータを適切に調整する必要があるが、パラメータが大きすぎると、制御系の安定性が損なわれて、制御系が不安定になったり、加圧対象物に加わる圧力に高周波の微振動が載る発振現象が発生したりする。この発信現象による微振動がワーク等に伝わることで加工結果に悪影響を及ぼす。

他方、パラメータが小さすぎると、目標圧力値（圧力指令信号）に到達するまでに時間がかかる等の現象が発生したり、外乱が加わった場合に外乱を十分除去できなかったりする可能性がある。特に、外乱に対する補償は、圧力検出値と目標圧力値とを基にせず、目標圧力値のみを基にしてモータを動作させるフィードフォワード制御だけでは補償できず、圧力検出値と目標圧力値とを基に、圧力制御演算を行い、モータの動作をさせることでしか除去することができない。このため、圧力制御演算のパラメータを適切に調整することは重要である。

また、例えば特許文献１に示すような従来装置では、圧力検出値と目標圧力値との圧力偏差（差分）に、圧力ゲインを乗じてモータの速度指令を決定し、この速度指令に追従するように速度制御演算を行う圧力制御おいて、加圧対象物の弾性定数を算出し、この弾性定数を所定の比例定数で割ることにより圧力ゲインを算出する。

特開２００８−７３７１３号公報

上記のような従来装置では、所定の比例定数自体をどのように決定するかの指針がないため、所定の比例定数を試行錯誤して調整しなければならないという問題がある。また、一般的に、圧力を制御するにあたり、圧力が発生した際に反力が発生し、この反力が制御系に影響を及ぼす。しかしながら、上記のような従来装置では、この反力に関する情報を利用せずに圧力制御演算のパラメータを算出するため、圧力制御を適切に実行するためのパラメータを算出できないという問題がある。

さらに、圧力制御演算のパラメータを調整する際の評価指標の１つとして、制御系の安定性を確保して、ゲインパラメータを調整する必要がある。この制御系の安定性は、圧力制御に関するパラメータだけで決まるものではなく、そのマイナーループである制御ループ（特許文献１の従来装置における速度制御ループ）の安定性を同時に考慮して、圧力制御のゲインパラメータの調整を行う必要がある。しかしながら、上記のような従来装置では、このようなマイナーループの安定性が十分に考慮されていなかった。

なお、このような問題は、圧力制御のみならず、力制御でも同様に発生する。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、制御系の安定性を確保しつつ、制御性能を向上させることができるモータ制御装置を得ることを目的とする。

この発明のモータ制御装置は、モータを有し、力及び圧力のいずれか一方である力学的物理量を対象物に加えるための機械負荷に接続され、前記モータの動力によって、前記機械負荷を変位させて前記対象物に押し付けることにより、前記対象物に前記力学的物理量を加える電動機構に設けられるものであって、前記機械負荷から前記対象物に作用する前記力学的物理量の値を物理量取得値として取得し、前記物理量取得値を予め設定された物理量目標値とするための物理量指令値を生成して、前記物理量取得値と前記物理量指令値とを用いて前記モータの駆動を制御するモータ制御装置本体を備え、前記モータ制御装置本体は、前記物理量取得値及び前記物理量指令値に基づいて速度指令値を算出する物理量制御部と、前記モータのモータ速度を検出するための速度検出手段によるモータ速度検出値と、前記物理量制御部によって算出された速度指令値とに基づいて、前記モータのトルク指令値もしくは推力指令値を算出する速度制御部と、前記速度制御部によって算出された前記トルク指令値もしくは前記推力指令値に基づいて、前記モータに流れる電流を制御する電流制御部と、前記対象物の弾性定数の情報、前記機械負荷から前記対象物へ前記力学的物理量が作用したことに伴うモータトルクもしくは推力の反力に関する情報、モータトルクもしくは推力からモータ速度、モータ位置もしくはモータ加速度への伝達特性の情報、前記速度制御部の制御則の情報、及び前記速度制御部のパラメータの情報を取得する情報取得部を持ち、前記物理量取得値の信号からモータ速度への伝達特性が前記対象物の弾性定数の逆数を比例定数とする微分特性を含む伝達特性であること、及び前記情報取得部が取得した情報を用いて、前記物理量制御部のパラメータを調整する圧力制御パラメータ調整部とを有するものである。

この発明のモータ制御装置によれば、対象物の弾性定数の情報、機械負荷から対象物へ力学的物理量が加わったことに伴うモータトルクもしくは推力の反力に関する情報、モータトルクもしくは推力からモータ速度、モータ位置もしくはモータ加速度への伝達特性の情報、速度制御部の制御則の情報、及び速度制御部のパラメータの情報の各情報と、物理量取得値の信号からモータ速度への伝達特性であって対象物の弾性定数の逆数を比例定数とする微分特性を含む伝達特性とを用いて、パラメータ調整部が物理量制御部のパラメータを決定するので、制御系の安定性を確保しつつ、制御性能を向上させることができる。

この発明の実施の形態１によるモータ制御装置を示すブロック図である。 図１の信号の伝達特性を示すブロック図である。 図１のパラメータ調整部をより具体的に示すブロック図である。 図１のパラメータ調整部の他の例を示すブロック図である。 図１のパラメータ調整部の動作を示すフローチャートである。 図５のフローチャートに従って算出された圧力制御部のパラメータを適用したときの開ループ伝達特性を示すボード線図である。 図５のフローチャートに従って算出された圧力制御部のパラメータを適用したときの圧力検出信号の時間応答を示すグラフである。 図５のフローチャートに従って算出された圧力制御部のパラメータを適用しないときの圧力検出信号の時間応答を示すグラフである。 図５のフローチャートに従って算出された圧力制御部のパラメータを適用したときの圧力検出信号の時間応答を示すグラフである。 モータ発生トルクから圧力検出信号への伝達特性を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２によるモータ制御装置を示すブロック図である。 図１１の信号の伝達特性を示すブロック図である。 図１１のパラメータ調整部をより具体的に示すブロック図である。 図１３のパラメータ調整部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３によるモータ制御装置を示すブロック図である。 図１５の信号の伝達特性を示すブロック図である。 図１５のパラメータ調整部をより具体的に示すブロック図である。 図１５のパラメータ調整部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４によるモータ制御装置の信号の伝達特性を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４によるパラメータ調整部を示すブロック図である。 図２０のパラメータ調整部の動作を示すフローチャートである。 粘性摩擦係数の線形近似の例を説明するためのグラフである。 モータ速度と圧力指令値との関係を説明するためのグラフである。 図２１のフローチャートに従って算出された圧力制御部のパラメータを適用したときの開ループ伝達特性を示すボード線図である。 図２１のフローチャートに従って算出された圧力制御部のパラメータを適用したときの圧力検出信号の時間応答を示すグラフである。 この発明の実施の形態５によるパラメータ調整部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態６によるパラメータ調整部の動作を示すフローチャートである。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるモータ制御装置を示すブロック図である。
図１において、加工装置１は、回転式のモータ（加圧用モータ）２及びエンコーダ３を含む電動機構４と、機械負荷（押圧部材）５と、圧力検出器６とを有している。

エンコーダ３は、モータ２の回転速度に応じたモータ速度検出信号３ａを生成する速度検出手段である。電動機構４は、回転運動を並進運動に変換する送りねじ機構であり、ねじ４ａと、ボールねじナット４ｂとを有している。ねじ４ａは、モータ２によって、その周方向へ回転される。ボールねじナット４ｂは、ねじ４ａの回転に伴って、ねじ４ａの軸方向へ変位する。

機械負荷５は、ボールねじナット４ｂに取り付けられている。機械負荷５の先端部は、加圧対象物（対象物）７と対向している。また、機械負荷５は、ボールねじナット４ｂとともに、ねじ４ａの軸方向へ変位する。加圧対象物７は、機械負荷５によって加圧される。圧力検出器６は、機械負荷５に取り付けられている。また、圧力検出器６は、例えばロードセルや各種力センサ等である。さらに、圧力検出器６は、機械負荷５の加圧対象物７への加圧時の圧力（力学的物理量）に応じた圧力検出信号６ａを生成する圧力検出手段（物理量検出手段）である。

モータ２の駆動は、モータ制御装置本体１０によって制御される。モータ制御装置本体１０は、圧力指令信号生成部１１、圧力制御部１２、速度制御部１３、電流制御部１４及びパラメータ調整部（パラメータ調整装置）１００を有している。圧力指令信号生成部１１は、加圧対象物７に加える圧力の指令値である圧力指令値（物理量指令値）の信号、即ち圧力指令信号１１ａを生成する。

圧力制御部１２は、圧力指令信号生成部１１からの圧力指令信号１１ａの圧力指令値と、圧力検出器６からの圧力検出信号６ａの圧力検出値（物理量取得値）との偏差（差分）の信号１１ｂを受ける。ここで、圧力検出信号６ａについては、圧力検出器６の圧力検出信号６ａそのものを用いてもよく、あるいは圧力検出信号６ａに代えて、圧力指令信号生成部１１がモータ２の速度や電流から推定した圧力の推定値の信号を用いてもよい。

また、圧力制御部１２は、圧力制御演算を実行して、圧力指令値と圧力検出値との偏差に応じた速度指令値を算出し、その速度指令値の信号である速度指令信号１２ａを生成する。この圧力制御部１２による圧力制御演算の一例としては、圧力指令値と圧力検出値との偏差に、比例ゲイン（制御用のパラメータ）で定義される比例定数を乗じて、速度指令値を出力する比例制御が挙げられる。なお、圧力制御部１２による圧力制御演算の他の例としては、比例＋積分制御や、位相進み／遅れ補償制御等であってもよい。また、圧力制御部１２の制御演算用のパラメータは、パラメータ調整部１００からのパラメータ情報１００ａに基づいて設定される。

速度制御部１３は、圧力制御部１２からの速度指令信号１２ａの速度指令値と、エンコーダ３からのモータ速度検出信号３ａのモータ速度検出値との偏差（差分）の信号１２ｂを受ける。また、速度制御部１３は、速度指令値とモータ速度検出値との偏差に基づいて、速度制御演算を実行し、モータ２が発生すべきトルクを算出するためのトルク指令値を算出し、その信号であるトルク指令信号１３ａを生成する。

電流制御部１４は、速度制御部１３からのトルク指令信号１３ａを受ける。また、電流制御部１４は、モータ２にトルク指令値通りのトルクを発生させるための電流１４ａを供給する。これにより、モータ２が駆動力を発生し、加圧対象物７に加わった圧力検出値を、所望の圧力である圧力指令値に追従させる圧力制御が実現される。

ここで、圧力検出信号６ａが圧力指令信号１１ａに対してオーバーシュートする、あるいは圧力検出信号６ａに微振動が発生するといった好ましくない現象を引き起こすことなく、圧力指令信号１１ａに対し応答性高く追従するためには、圧力制御部１２のパラメータ（圧力制御部１２が比例制御を行う場合には、比例ゲイン）を適切に設定する必要がある。また、図１では記載を省略しているが、加圧対象物７に圧力を加えた際に、その反作用分の圧力が、機械負荷５とボールねじナット４ｂとねじ４ａとを通してトルクとなり（以下、このトルクを「反力トルク」として説明する。）、この反力トルクがモータ２に作用する。

次に、上記のような反力トルクの伝達特性を含む、機械負荷５が加圧対象物７に接触している状況での図１の構成における信号の伝達特性について説明する。図２は、図１の信号の伝達特性を示すブロック図である。なお、図２では、圧力指令信号生成部１１、パラメータ調整部１００及びパラメータ情報１００ａ以外の図１の各機能ブロックの伝達特性を示す。また、以下の明細書、及び図２以降の記号ｓは、ラプラス演算子を表す。

図２では、電流制御部１４が電流１７をモータ２に与えた際に、モータ２に発生するモータ発生トルクを符号２０ａで表している。電流制御部１４が制御を行うことにより、モータ発生トルク２０ａとトルク指令信号１３ａの値はほぼ一致するが、モータ発生トルク２０ａは、トルク指令信号１３ａに対し、伝達特性的に遅れた応答を示す。このときの電流制御部１４の伝達特性を図２ではＩ（ｓ）と表している。

また、図２の符号８ａは、加圧対象物７に発生する実圧力である。圧力検出信号６ａは、理想的には実圧力８ａの値そのものを示す信号であるが、圧力検出器６のハードウェア限界等により、圧力検出信号６ａの圧力検出値は、実圧力８ａの値よりも何らかの遅れ特性を示すことがある。図２の符号３０は、圧力検出器６の検出遅れを表す伝達特性であり、その伝達特性をα（ｓ）と表す。

この伝達特性α（ｓ）の具体例としては、圧力検出器６による検出遅れが無視できるときには、α（ｓ）＝１となり、圧力検出器６による検出が時間Ｔ１だけ遅れるときには、α（ｓ）＝ｅｘｐ（−Ｔ１・ｓ）であり、圧力検出器６の応答周波数がω１であるときには、α（ｓ）＝ω１／（ｓ＋ω１）等であり、圧力検出器６に時間Ｔ１の検出遅れがあり、さらに応答周波数がω１である場合は、ｅｘｐ（−Ｔ１・ｓ）×ω１／（ｓ＋ω１）等である。応答周波数ω１や遅れ時間Ｔ１は、圧力検出器６のハードウェア仕様から決定されるものである。圧力検出器６によって生成される圧力検出信号６ａの圧力検出値は、実圧力８ａの値に対し、α（ｓ）が作用したものとして表すことができる。

図２の符号３１は、モータ発生トルク２０ａと反力トルク２０ｂとの差分であるモータトルク２０ｃから、モータ速度への伝達特性を表しており、その伝達特性の一例は、次の式（１）である。

ここで、Ｊは、機械可動部総イナーシャである。機械可動部総イナーシャとは、モータ２が駆動したときに動く部分を、モータ回転イナーシャに換算した値である。図１においては、機械可動部総イナーシャは、モータ２、電動機構４、機械負荷５及び圧力検出器６のそれぞれのイナーシャを合計したものである。

なお、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性は、これに限られるものではなく、機械系の共振特性をも表現した特性であってもよい。具体的に、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性としては、次の式（２）等であってもよい。

また、図２では、圧力制御部１２が比例制御を使用する場合を示しており、調整すべきパラメータである比例ゲインをＫａとして表している。さらに、図２では、速度制御部１３が比例＋積分制御を使用する場合を示して、比例ゲインをＫｖ、積分ゲインをＫｖｉとして表している。

また、図２の符号３２は、モータ速度検出信号３ａのモータ速度検出値を積分して求められるモータ位置と、実圧力８ａとが比例関係にあることを表している。ここで、圧力制御を行ったときには、機械負荷５が加圧対象物７の方に動くほど、言い換えれば、モータ位置が大きくなればなるほど、圧力が大きく発生するという性質がある。概ね、モータ位置に対して圧力検出信号６ａの圧力検出値が比例し、符号３２のＫは、その比例定数である加圧対象物７の弾性定数を表している。

加圧対象物７に圧力を加えるときには、必ずその反作用として反力が発生する。これは、位置や速度を制御しているときにはなく、圧力や力を制御しているときの特有の現象である。この反力である反力トルクは、加圧対象物７を加圧しようとするモータ２の動作を阻害するように作用する。図２では、反力トルクを符号２０ｂで表す。

図２の符号３３は、加圧対象物７に圧力が加わっているときの、実圧力８ａからトルクへの反力の情報を表す反力定数ｈであり、実圧力８ａの値をＦとし、反力トルク３３ａの値をＴａとした場合に、Ｔａ＝ｈ・Ｆとなる関係が成立する。

また、定数ｈは、送りねじ機構（ボールねじ）のリードをｐとした場合、ｈ＝ｐ／（２π）として表すことができる。さらに、モータと送りねじ機構とを直結にせずに、減速機やタイミングベルト等の変速機構を介して変速してから、送りねじ機構とモータとを結合する場合、変速比（ギア比）を１／Ｎとしたときに（モータ速度が変速機構を介することにより１／Ｎ倍に変換される）、ｈ＝Ｎ×ｐ／（２π）で算出可能となる。図２の符号２０ｃは、モータ発生トルク２０ａから反力トルク２０ｂを引いたトルクを表すモータトルクであり、このモータトルクが実際のトルクとして機械に作用する。

次に、パラメータ調整部１００の構成について説明する。図３は、図１のパラメータ調整部１００をより具体的に示すブロック図である。パラメータ調整部１００は、情報取得部（情報部）１０１と、パラメータ算出部１０２とを有している。情報取得部１０１は、加圧対象物７の弾性定数Ｋ、反力の情報を表す反力定数ｈ、先の式（１），（２）に代表されるモータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性、及び速度制御部１３のパラメータＫｖ，Ｋｖｉの各情報を外部から取得する。

また、情報取得部１０１は、速度制御部１３の制御則（即ち、図２においては比例＋積分制御）の情報を予め取得（記憶）している。パラメータ算出部１０２は、情報取得部１０１が取得した情報に基づいて、圧力制御部１２のパラメータ（図２においてはＫａ）を算出する。

図４は、図１のパラメータ調整部１００の他の例を示すブロック図である。図４のパラメータ調整部１００は、図３とは異なる形態を表したもので、図３のパラメータ調整部１００との違いは、電流制御部１４の伝達特性と圧力検出器６の検出遅れ特性を示す伝達特性の情報を、図３で示した情報に加えて情報取得部１０１が取得する点である。また、図４において、情報取得部１０１が圧力検出器６の検出遅れ特性を示す伝達特性の情報を取得して、電流制御部１４の伝達特性の情報の取得を省略してもよいし、また、逆に、情報取得部１０１が電流制御部１４の伝達特性の情報を取得して、圧力検出器６の検出遅れの特性を示す伝達特性の情報の取得を省略してもよい。

ここで、モータ制御装置本体１０は、演算処理部（ＣＰＵ）、記憶部（ＲＯＭ及びＲＡＭ等）及び信号入出力部を持ったコンピュータ（図示せず）と、モータに電流を供給するインバータ等（図示せず）とにより構成することができる。モータ制御装置本体１０のコンピュータの記憶部には、圧力指令信号生成部１１、圧力制御部１２、速度制御部１３、電流制御部１４、パラメータ調整部１００、情報取得部１０１及びパラメータ算出部１０２の機能を実現するためのプログラムが格納されている。

次に、図３，４のパラメータ調整部１００が圧力制御部１２のパラメータＫａを調整する際の動作について説明する。図５は、図３，４のパラメータ調整部１００の動作を示すフローチャートである。なお、図５に示す一連の動作は、加工装置１の動作設定時（初期設定時や加圧対象物７の変更時）に実行される。

まず、ステップＳ１では、パラメータ調整部１００は、加圧対象物７の弾性定数Ｋと、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性と、圧力発生に伴うトルクの反力情報である反力定数ｈとの各情報を取得する。ここで、弾性定数Ｋは、予め測定されたモータ位置と圧力との関係に基づいて算出可能である。モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性の例としては、前述のように機械負荷５を剛体とみなし、機械可動部総イナーシャＪを用いて、１／（Ｊ・ｓ）とすることが挙げられる。

この機械可動部総イナーシャＪは、機械の設計値から求めて算出してもよいし、機械負荷５を加圧対象物７に接触させない状態で予め駆動させ、このときのモータ速度やモータ電流等から機械イナーシャを推定することにより、算出してもよい。なお、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性は、これに限るものではない。

他には、予め、機械負荷５を加圧対象物７に接触させない状態で、トルク指令として正弦波やＭ系列信号加えたときのモータ速度検出信号３ａから、式（２）で表されるような機械共振を含むモータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性を算出し、この算出した伝達特性を用いてもよい。反力を表す定数ｈは、前述のように、送りねじ機構（ボールねじ）のリードｐから、ｈ＝ｐ／（２π）として求める（変速比１／Ｎである場合は、ｈ＝Ｎ×ｐ／（２π））。以下、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性として１／（Ｊ・ｓ）を使用した場合について説明を行う。

また、ステップＳ１では、パラメータ調整部１００は、速度制御部１３の伝達特性、及びそのパラメータの情報を取得する。この伝達特性は、制御を構成する時点でわかっているので、その情報をそのまま用いればよい。

ステップＳ２では、パラメータ調整部１００は、電流制御部１４の伝達特性Ｉ（ｓ）の情報を取得する。電流制御部１４の伝達特性Ｉ（ｓ）は、例えば、圧力制御ループ及び速度制御ループを組まない、即ちフィードバックループをかけない状態で、電流指令を与え、このときの電流出力を解析する正弦波掃引法等により、周波数領域での伝達特性をノンパラメトリックに予め算出しておくことが挙げられる。

なお、電流制御部１４の伝達特性は、これに限るものではなく、電流制御部１４をある時定数Ｔを用いて、低域通過特性１／（Ｔｓ＋１）で近似する、あるいは無駄時間Ｔ１を用いて、無駄時間特性ｅｘｐ（−Ｔｌ・ｓ）等のパラメトリックに、パラメータ調整部１００が伝達特性を取得してもよい。電流制御部１４の応答性が十分に高い場合には、Ｉ（ｓ）＝１としてしてもよい。

また、圧力検出器６の検出遅れ特性が無視できないほど大きい場合には、パラメータ調整部１００は、その検出遅れ特性の情報を取得する。圧力検出器６がロードセルである場合には、ロードセルの応答周波数範や、Ｄ／Ａ出力周期に相当するサンプリング時間を基にα（ｓ）を取得すればよい。さらに、圧力検出器６の検出遅れ特性が十分小さい場合には、α（ｓ）＝１としてもよい。

ステップＳ３では、パラメータ調整部１００は、図２中のモータ発生トルク２０ａから圧力検出信号６ａへの伝達特性Ｐ（ｓ）を算出する。ここで、図２のブロック図より、次の式（３）のような伝達特性が成立する。

モータ発生トルク２０ａから圧力検出信号６ａへの伝達特性を得るために、機械負荷５を加圧対象物７に接触させた状態にて、モータトルクとして、Ｍ系列信号や正弦波信号を加え、このときの入力として加えたトルク指令信号１３ａと、出力として得られる圧力検出信号６ａとを基に同定するという方法も考えられる。しかしながら、モータトルクとしてＭ系列信号や正弦波信号のような概ね時間平均が０となるようなトルク指令信号１３ａを加えると、機械負荷５が加圧対象物７に接触したり、離れたりするため、正確な特性を得ることができない。

上記で説明したように、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性と、反力に関する情報と、加圧対象物７の弾性定数とから算出することにより、圧力制御部１２のパラメータを算出する基となる、正確なトルク指令信号１３ａから圧力検出信号６ａへの伝達特性を得ることができる。

ステップＳ４では、パラメータ調整部１００は、圧力制御部１２のパラメータＫａの演算用の初期値を設定する。ここで、初期値を設定するというのは、圧力制御部１２に初期値を設定することを意味するわけではなく、後述のステップＳ５〜８の処理を行うための仮の初期値をパラメータ算出部１０２に設定することを意味する。

ステップＳ５では、パラメータ調整部１００は、圧力検出信号６ａからモータ速度への伝達特性が加圧対象物７の弾性定数の逆数を比例定数とする微分特性を含む伝達特性であることを利用して、圧力検出信号６ａからモータ発生トルク２０ａへの伝達特性Ｃ（ｓ）を算出する。図２からわかるように、モータ発生トルク２０ａは、圧力検出信号６ａの圧力検出値だけに依存して決まるのではなく、モータ速度検出信号３ａのモータ速度検出値にも依存して決まる。モータ速度検出信号３ａのモータ速度検出値をｖ（ｓ）とし、圧力検出信号６ａの圧力検出値をＦ（ｓ）とし、モータ発生トルク２０ａをτ（ｓ）とすると、ｖ（ｓ），Ｆ（ｓ）からτ（ｓ）への伝達特性は、次の式（４）のように表せる。

ここで、式（４）におけるＫｖ（１＋Ｋｖｉ／ｓ）の因子は、速度制御部１３が比例＋積分制御であることに由来している。

圧力検出器６の伝達特性が無視できるほど小さい場合、即ちα（ｓ）＝１の場合、モータ位置と圧力検出値とが比例関係にあり、モータ位置は、モータ速度検出値を積分した値であることから、モータ速度検出値ｖ（ｓ）と圧力検出値Ｆ（ｓ）との間には、次の式（５）の関係がある。

この式（５）の関係を逆に利用すると、次の式（６）の関係が得られる。

ここで、ｓは、伝達特性としてみたときに微分特性を表すものであるから、圧力検出信号６ａからモータ速度検出信号３ａへの伝達特性が、弾性定数を逆数とする微分特性を含んでいることに相当する。また、圧力検出器６の遅れ特性α（ｓ）が無視できない場合には、次の式（７）が成立する。

この式（７）を逆に利用すると、次の式（８）の関係が得られる。

つまり、圧力検出器６に検出遅れ特性がある場合でも、圧力検出信号６ａからモータ速度への伝達特性が、弾性定数の逆数を比例定数とする微分特性を含んでいるという関係が成立する。

以下、圧力検出器６に遅れ特性が無視できる場合、即ちα（ｓ）＝１の場合について説明する。モータ速度検出信号３ａのモータ速度検出値と圧力検出信号６ａの圧力検出値との関係を表す式（６）を、式（４）に代入することにより、次の式（９）が得られる。

圧力検出値Ｆ（ｓ）からモータ発生トルクτ（ｓ）への伝達特性Ｃ（ｓ）は、次の式（１０）となる。

式（６）もしくは式（８）を用いることにより、圧力制御のマイナーループとして速度制御を置く構成をとった場合において、式（４）のようにモータ速度検出値ｖ（ｓ）及び圧力検出値Ｆ（ｓ）に依存するモータ発生トルクτ（ｓ）を、圧力検出値Ｆ（ｓ）のみに依存する形に表現することが可能となる。

次に、ステップＳ６では、パラメータ調整部１００は、ステップＳ１〜Ｓ５に基づいて、開ループ伝達特性Ｌ（ｓ）＝Ｐ（ｓ）・Ｃ（ｓ）を算出し、開ループ伝達特性のゲイン余裕及び位相余裕を算出する。

次に、ステップＳ７では、パラメータ調整部１００は、開ループ伝達特性のゲイン余裕及び位相余裕がいずれも所定値範囲内にあるかどうかを確認する。なお、ゲイン余裕及び位相余裕のそれぞれが０を下回ると、圧力制御が不安定になるため、ここからいくらかマージンを設けて、ゲイン余裕は５ｄＢ〜４０ｄＢとし、位相余裕は５〜５０ｄｅｇとすること等が所定範囲の例として挙げられる。

ステップＳ７において、ゲイン余裕及び位相余裕の少なくともいずれか一方が所定範囲内にない場合、ステップＳ８では、パラメータ調整部１００は、圧力制御部１２のパラメータＫａを変更して、再度ステップＳ５〜Ｓ７の処理を繰り返し実行する。ここで、圧力制御部１２のパラメータの変更の仕方としては、ゲイン余裕及び位相余裕の少なくともいずれか一方が所定範囲を上回る場合は、Ｋａを大きくし、ゲイン余裕及び位相余裕の少なくともいずれか一方が所定範囲内を下回る場合は、Ｋａを小さくする。

他方、ステップＳ７でゲイン余裕及び位相余裕の両方が所定範囲内にある場合には、パラメータ調整部１００は、ステップＳ９の処理に移行する。ステップＳ９では、ここまでの処理で得られた圧力制御部１２のパラメータを、圧力制御部１２に設定する。そして、パラメータ調整部１００は、一連の処理を終了する。

次に、シミュレーションにより、実施の形態１のモータ制御装置の有効性について説明する。本シミュレーションにおいて、以下に説明する条件で、圧力制御部１２のパラメータを算出した。モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性は、式（１）で表され、Ｊ＝１．０ｅ−３［ｋｇ・ｍ²］とする。また、反力定数をｈ＝３．１８ｅ−３［Ｎ・ｍ／Ｎ］とし、弾性定数をＫ＝１．４４ｅ＋４［Ｎ／ｒａｄ］とし、電流制御部１４の伝達特性をＩ（ｓ）＝ｅｘｐ（−０．００３ｓ）とし、圧力検出器６の遅れ特性は無視できるものとして、α（ｓ）＝１である場合でシミュレーションを行った。

また、圧力制御の構成としては、図１，２のように圧力制御のマイナーループに速度制御がある構成であり、圧力制御部１２は比例制御（圧力制御部１２のパラメータは比例ゲインであるＫａ）で構成され、速度制御部１３は比例＋積分制御部（速度制御部１３のパラメータは、比例ゲインＫｖと積分ゲインＫｖｉ）で構成されている。このときの速度制御部１３のパラメータは、Ｋｖ＝０．１［（Ｎ・ｍ）／（ｒａｄ／ｓ）］、Ｋｖｉ＝３．３３［ｒａｄ／ｓ］である。

ゲイン余裕が５ｄＢ以上５．５ｄＢ以下でかつ、位相余裕が５ｄｅｇ以上になるように、図５に示すフローチャートに従って、圧力制御部１２のパラメータＫａを算出したところ、圧力制御部１２のパラメータである圧力比例ゲインＫａが０．０１１５［（ｒａｄ／ｓ）／Ｎ］と調整された。

図６は、図５のフローチャートに従って算出した圧力制御部１２のパラメータである比例ゲインＫａ＝０．０１１５［（ｒａｄ／ｓ）／Ｎ］とした場合の開ループ伝達特性Ｌ（ｓ）＝Ｐ（ｓ）・Ｃ（ｓ）を示すボード線図である。図６のゲイン特性によれば、３４Ｈｚ付近に大きなピークをもつことがわかる。このピーク特性は、Ｐ（ｓ）に起因するものであり、その周波数は、√（Ｋ・ｈ／Ｊ）により定まる。

この実施の形態１のように、パラメータ調整部１００が、圧力制御部１２のパラメータの調整を行うことによって、弾性定数Ｋと、反力定数ｈと、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性の情報であるＪから決まるピーク特性とを考慮して、圧力制御部１２のパラメータを設定することができる。

図７は、図５のフローチャートに従って算出された圧力制御部１２のパラメータを適用したときの圧力検出信号６ａの時間応答を示すグラフである。この図７は、圧力比例ゲインをＫａ＝０．０１１５［（ｒａｄ／ｓ）／Ｎ］に設定し、さらに、速度制御部１３のパラメータをＫｖ＝０．１［（Ｎ・ｍ）／（ｒａｄ／ｓ）］及びＫｖｉ＝３．３３［ｒａｄ／ｓ］に設定し、圧力指令信号として０［Ｎ］から１００［Ｎ］に０．５［秒］かけてランプ的に上昇し、０．５［秒］以降は１００［Ｎ］を維持するような圧力指令信号１１ａを与えたときの圧力検出信号６ａをシミュレーションした結果である。

また、図７では、圧力指令信号１１ａを点線で表し、圧力検出信号６ａを実線で表している。この図７によれば、圧力検出信号６ａの値が圧力指令信号１１ａの値よりも大きくなるオーバーシュートや、圧力検出信号６ａ自体に振動が発生しておらず、良好な圧力制御が実現されていることが確認される。これは、マイナーループである速度制御部１３のパラメータＫｖ及びＫｖｉの値や、加圧対象物７の弾性定数Ｋ、反力情報である反力定数ｈ、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性の各情報を基に、圧力制御部１２のパラメータを決定したため、このような良好な特性が実現されるものである。

次に、図７のシミュレーションを行った条件から、圧力制御部１２のパラメータである比例ゲインＫａ＝０．０１１５［（ｒａｄ／ｓ）／Ｎ］のままで、速度比例ゲインＫｖをＫｖ＝０．１［（Ｎ・ｍ）／（ｒａｄ／ｓ）］からＫｖ＝０．１５［（Ｎ・ｍ）／（ｒａｄ／ｓ）］に変更し、速度積分ゲインをＫｖｉ＝３．３３［ｒａｄ／ｓ］からＫｖｉ＝５０［ｒａｄ／ｓ］に変更してシミュレーションを行った。これは、本発明によらない圧力制御パラメータを算出した圧力制御のシミュレーションに相当する。また、圧力指令信号１１ａとして、図７と同様のものを与えた。このシミュレーション結果を図８に示す。

図８でも、圧力指令信号１１ａを点線で表し、圧力検出信号６ａを実線で表している。図８によれば、圧力指令信号１１ａに高い周波数の振動が発生し、かつ、時間経過に伴い圧力指令信号１１ａが発散し、不安定な挙動を示していることがわかる。これは、マイナーループである速度制御部１３のパラメータである速度比例ゲイン及び速度積分ゲインの変更に伴い発生しているものである。

図７と図８とのシミュレーションにおいては、加圧対象物７の弾性定数Ｋと圧力制御部１２のパラメータＫａとが同一であるが、一方は良好な圧力制御が実現されているが、他方は良好ではない圧力制御になっている。これは、圧力制御部１２のパラメータの設定は、マイナーループである速度制御部１３のパラメータに応じて、設定する必要があることを示している。

次に、速度制御部１３のパラメータである速度比例ゲインＫｖ＝０．１５［（Ｎ・ｍ）／（ｒａｄ／ｓ）］、及び速度積分ゲインＫｖｉ＝５０［ｒａｄ／ｓ］として、再度、図５のフローチャートに従って、圧力制御部１２のパラメータを算出するシミュレーションを行った。速度制御部１３のパラメータ以外は、図７のシミュレーションを行った条件と同一である。このシミュレーション結果では、圧力制御部１２のパラメータである比例ゲインＫａが０．００６９［（ｒａｄ／ｓ）／Ｎ］と算出された。この数値を圧力制御部１２のパラメータとして設定したときの圧力検出信号６ａをシミュレーションした際の時間応答波形を図９に示す。

図９でも、圧力指令信号１１ａを点線で表し、圧力検出信号６ａを実線で表している。図９によれば、図７の場合と同様に、オーバーシュートや振動といった好ましくない現象が発生せず、良好な圧力制御が実現されていることが確認される。これは、図７の場合と同様に、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性、加圧対象物７の弾性定数、反力に関する情報、及びマイナーループである速度制御部１３のパラメータを考慮することによって、適切な圧力制御が実現されているためである。

次に、図５のフローチャートに従って算出される圧力制御部１２のパラメータを設定する効果について説明する。実施の形態１のモータ制御装置では、パラメータ調整部１００が、加圧対象物７の弾性定数のみだけでなく、実圧力８ａからモータトルク２０ｃへ伝わる反力の情報、及びモータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性の各情報を利用して、圧力制御部１２のパラメータを調整するので、正確なモータ発生トルク２０ａから圧力への伝達特性を算出することができる。この結果、制御系の安定性を確保しつつ、制御性能を向上させることができる。なお、実圧力８ａからモータトルク２０ｃへの反力の情報は、モータ２の位置や速度を制御する場合では必要がなく、圧力制御を行うときにのみ必要な情報である。

ここで、実施の形態１の演算方式では、加圧対象物７を含んだモータ発生トルク２０ａから圧力検出信号６ａへの伝達特性が用いられるが、この伝達特性を得るのに、伝達特性を同定するための一般的な手法である、入力信号（トルク）にＭ系列信号や、サインスイープを加えたときの出力信号（圧力信号）から当該伝達特性の同定を行おうとすると、加圧対象物７に接触したり、離れたりするため、当該伝達特性を正確に求められない。これに対して、実施の形態１による方法であれば、当該伝達特性を正確に求めることができ、当該伝達特性に基づいて圧力制御部１２のパラメータを適切に調整することができる。

また、圧力制御の制御上の安定性は、圧力制御部１２のパラメータのみに依存して決まるのではなく、マイナーループである速度制御のゲインパラメータにも依存して決まる。実施の形態１によれば、マイナーループの制御器の構成が、圧力指令信号１１ａからモータトルク２０ｃへの伝達特性であるＣ（ｓ）に反映され、マイナーループである速度制御の構成とそのパラメータを基に圧力制御部１２のパラメータが設定されるため、適切な圧力制御部１２のパラメータを算出することができる。この結果、実施の形態１では、制御系の安定性を確保しつつ、制御性能を向上させることができる

なお、実施の形態１では、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性を用いたが、代りに、モータトルク２０ｃからモータ位置への伝達特性や、モータトルク２０ｃからモータ加速度への伝達特性を用いてもよい。モータトルク２０ｃからモータ位置への伝達特性を用いる場合の例として、機械可動部総イナーシャＪを用いて、次の式（１１）を用いることが挙げられる。

また、これに限るものではなく、式（２）と同様に機械の共振要素を表現した伝達特性である次の式（１２）を用いてもよい。

ここで、モータトルク２０ｃからモータ位置への伝達特性を用いて、図５における圧力検出信号６ａ、モータ発生トルク２０ａ、モータトルク２０ｃ及び反力トルク２０ｂの関係を描いたものが図１０である。図１０において、符号３４はモータトルク２０ｃからモータ位置への伝達特性を表すブロックであり、符号３４ａはモータ位置を表す信号であり、３５は加圧対象物７の弾性定数で表される比例特性であり、モータ位置信号３４ａから圧力検出信号６ａへの伝達特性を示している。

図１０においても、モータ発生トルク２０ａから圧力検出信号６ａへの伝達特性Ｐ（ｓ）は、式（３）と同じ式で表される。よって、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性の代りに、モータトルク２０ｃからモータ位置への伝達特性を用いても同じ結果が得られる。これは、モータ位置に対する圧力が上昇する割合を示す加圧対象物７の弾性定数を用いているためである。これと同様に、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性、あるいはモータトルク２０ｃからモータ位置への伝達特性の代りに、モータトルク２０ｃからモータ加速度への伝達特性を用いてもよい。

さらに、図５のフローチャートでは、開ループ特性のゲイン余裕及び位相余裕を算出し、これらが所定範囲内になるように圧力制御部１２のパラメータの調整を行う処理について説明を行った。しかしながら、圧力制御のパラメータの調整方法は、これに限るものではない。例えば、式（３）の伝達特性Ｐ（ｓ）、及び式（１０）の伝達特性Ｃ（ｓ）から、圧力指令信号から圧力検出信号への閉ループ伝達関数Ｐ（ｓ）・Ｃ（ｓ）／（１＋Ｐ（ｓ）・Ｃ（ｓ））が、微振動や不安定にならないように、その閉ループ伝達関数の極が指定した範囲内になるように圧力制御のパラメータを決定しても、加圧対象物７の弾性定数、反力発生に伴うトルク、モータトルク２０ｃからモータ速度もしくはモータ位置への伝達特性、速度制御部１３の制御則、及び速度制御部１３のパラメータの各情報を反映した圧力制御部１２のパラメータ調整を行うことが可能である。

また、以上の説明では、モータ２として回転型モータを使用した例について説明した。しかしながら、モータ２としてリニアモータを使用しても、ほとんど同様に適用することができる。モータ２としてリニアモータを使用する場合、トルクに相当するのは推力となり、機械可動総イナーシャに相当するのは機械可動総質量となる。また、ねじ送り機構を使用せず、直接リニアモータが機械負荷を駆動し、反力も直接受ける形になるので、反力に関する反力定数がｈ＝１となる点が回転型モータを使用する構成とは相違する。

実施の形態２．
実施の形態１では、圧力制御のマイナーループとして速度制御を置いた場合について説明した。これに対して、マイナーループとして位置制御を置いた場合、即ち圧力制御部１２の出力が位置指令信号等の位置の次元をもつ信号を出力する場合でも、実施の形態１と同様に実施することが可能である。従って、実施の形態２では、このようなマイナーループとして位置制御を置いた場合について説明する。

図１１は、この発明の実施の形態２によるモータ制御装置を示すブロック図である。図１１において、実施の形態２のモータ制御装置本体１０の構成は、位置制御部１５をさらに有する点と、パラメータ調整部１００が位置制御に関する情報を用いる点とを除いて、実施の形態１のモータ制御装置本体１０の構成と同様である。また、実施の形態２のエンコーダ３は、モータ位置に応じたモータ位置検出信号３ｂをさらに生成する点が、実施の形態１のエンコーダ３とは異なる。即ち、実施の形態２のエンコーダ３は、位置検出手段及び速度検出手段の両方を構成している。ここでは、実施の形態１との違いを中心に説明する。

実施の形態２の圧力制御部１２は、圧力検出信号６ａの値が圧力指令信号１１ａの値に一致するように、圧力指令信号１１ａの値と圧力検出信号６ａの値との偏差（差分）の信号を基に、圧力制御演算を行って位置指令値を算出し、その信号である位置指令信号１２ｃを生成する。この圧力制御演算の具体例としては、圧力指令信号１１ａの値と圧力検出信号６ａの値との偏差に比例定数を乗じる比例制御や、その偏差を積分して比例定数を乗じる積分制御等が挙げられるが、比例＋積分制御や、位相遅れ／進み補償等であってもよい。

位置制御部１５は、位置指令信号１２ｃの位置指令値と、エンコーダ３が出力するモータ位置検出信号３ｂの位置検出値との偏差の信号１２ｄを受け、この偏差を基に位置制御演算を行って速度指令値を算出し、その速度指令信号１５ａを生成する。この位置制御演算の具体例としては、偏差に位置ゲインをかけることにより速度指令値を算出する比例制御等が挙げられる。実施の形態２の速度制御部１３は、速度指令信号１５ａの速度指令値とモータ速度検出信号３ａのモータ速度検出値との偏差を基に速度制御演算を行うことにより、トルク指令値を算出し、そのトルク指令信号１３ａを生成する。

実施の形態２のパラメータ調整部１００は、加圧対象物７の弾性定数、反力に関する情報、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性、速度制御部１３の制御則とそのパラメータ、及び位置制御部１５の制御則とそのパラメータの各情報に基づいて、圧力制御部１２のパラメータを調整する。

図１２は、図１１の信号の伝達特性を示すブロック図である。なお、図１２では、圧力指令信号生成部１１、パラメータ調整部１００及びパラメータ情報１００ａ以外の図１１の各機能ブロックの伝達特性を示す。また、図１２において、図２及び図１１と同一符号を付したブロック及び信号は、図２及び図１１と同一の意味を表すものとする。

ここで、図１２では、圧力制御部１２の圧力制御演算として積分制御（圧力制御部１２の伝達特性がＫａｉ／ｓであり、Ｋａｉが調整すべき圧力制御部１２のパラメータである）を用いて、位置制御部１５の位置制御演算として比例制御（位置制御部１５の伝達特性がＫｐであり、Ｋｐが位置制御部１５のパラメータである）を用いて、速度制御部１３の速度制御演算として、図２と同様、比例＋積分制御を使用した場合を示している。図１２の符号３６は、積分特性１／ｓを表すブロックである。この積分特性を用いて、モータ位置検出信号３ｂの位置検出値を、モータ速度検出信号３ａのモータ速度検出値を積分した値として表すことができる。

図１３は、図１１のパラメータ調整部１００をより具体的に示すブロック図である。実施の形態２の情報取得部１０１は、加圧対象物７の弾性定数Ｋ、反力の情報を表す反力定数ｈ、先の式（１），（２）に代表されるモータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性、速度制御部１３のパラメータＫｖ，Ｋｖｉ、位置制御部１５のパラメータＫｐ、電流制御部１４の伝達特性Ｉ（ｓ）、及び圧力検出器６の遅れを表す伝達特性α（ｓ）の各情報を外部から取得する。なお、電流制御部１４の伝達特性Ｉ（ｓ）、及び圧力検出器６の遅れを表す伝達特性α（ｓ）の各情報は、無視できるほど小さい、即ちどちらも１とみなせる場合には、これらの情報の取得を省略してもよい。

また、実施の形態２の情報取得部１０１は、速度制御部１３の制御則（即ち、図１２においては比例＋積分制御）の情報と、位置制御部１５の制御則（即ち、図１２においては比例制御）の情報を予め取得（記憶）している。パラメータ算出部１０２は、情報取得部１０１が取得した情報に基づいて、圧力制御部１２のパラメータ（図１２においてはＫａｉ）を算出する。

次に、図１３のパラメータ調整部１００が圧力制御部１２のパラメータＫａｉを調整する際の動作について説明する。図１４は、図１３のパラメータ調整部１００の動作を示すフローチャートである。ここでは、圧力制御部１２が積分制御を行い、位置制御部１５が比例制御を行い、速度制御部１３が比例＋積分制御を行う場合について説明する。

まず、ステップＳ２１では、パラメータ調整部１００は、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性、加圧対象物７の弾性定数Ｋ、反力定数ｈ、速度制御部１３のパラメータＫｖ，Ｋｖｉ、及び、位置制御部１５のパラメータＫｐを取得する。次に、ステップＳ２２では、パラメータ調整部１００は、電流制御部１４の伝達特性Ｉ（ｓ）、及び圧力検出器６の検出遅れを表す伝達特性α（ｓ）を取得する。なお、両者の遅れ特性が小さい場合は、ステップＳ２２を省略して、ステップＳ２３の処理に移行してもよい。

ステップＳ２３では、パラメータ調整部１００は、モータ発生トルク２０ａから圧力検出信号６ａへの伝達特性Ｐ（ｓ）を算出する。そして、ステップＳ２４では、パラメータ調整部１００は、圧力制御部１２のパラメータＫａｉの演算用の初期値を設定する。なお、ステップＳ２２〜２４の処理は、図５におけるステップＳ２〜４とそれぞれほぼ同様の処理である。

ステップＳ２５では、パラメータ調整部１００は、圧力検出信号６ａからモータ速度への伝達特性が、加圧対象物７の弾性定数の逆数を比例定数とする微分特性を含む伝達特性であることを利用して、圧力検出信号６ａからモータ発生トルク２０ａへの伝達特性Ｃ（ｓ）を算出する。これは、圧力制御部１２が積分制御を行い、位置制御部１５が比例制御を行い、速度制御部１３が比例＋積分制御を行う場合、具体的には以下のように算出する。図１２において、圧力検出値Ｆ（ｓ）とモータ速度検出値ｖ（ｓ）を用いて、モータ発生トルクτ（ｓ）は、次の式（１３）のように表すことができる。

また、圧力検出信号６ａからモータ速度検出信号３ａへの伝達特性が式（６）で表されることを用いると、次の式（１４）のようになる。

そして、圧力検出信号６ａからモータ発生トルク２０ａへの伝達特性Ｃ（ｓ）について、次の式（１５）を導き出すことができる。

次に、ステップＳ２６では、パラメータ調整部１００は、ステップＳ２１〜Ｓ２５に基づいて、開ループ伝達特性Ｌ（ｓ）＝Ｐ（ｓ）・Ｃ（ｓ）を算出し、開ループ伝達特性のゲイン余裕及び位相余裕を算出する。次に、ステップＳ２７では、パラメータ調整部１００は、開ループ伝達特性のゲイン余裕及び位相余裕がいずれも所定値範囲内にあるかどうかを確認する。

ステップＳ２７において、ゲイン余裕及び位相余裕の少なくともいずれか一方が所定範囲内にない場合、ステップＳ２８では、パラメータ調整部１００は、圧力制御部１２のパラメータＫａｉを変更して、再度ステップＳ２５〜Ｓ２７の処理を繰り返し実行する。ここで、圧力制御部１２のパラメータの変更の仕方としては、ゲイン余裕及び位相余裕の少なくともいずれか一方が所定範囲を上回る場合は、Ｋａｉを大きくし、ゲイン余裕及び位相余裕の少なくともいずれか一方が所定範囲内を下回る場合は、Ｋａｉを小さくする。

他方、ステップＳ２７でゲイン余裕及び位相余裕の両方が所定範囲内にある場合には、パラメータ調整部１００は、ステップＳ２９の処理に移行する。ステップＳ２９では、ここまでの処理で得られている圧力制御部１２のパラメータを、圧力制御部１２に設定する。そして、パラメータ調整部１００は、一連の処理を終了する。

このように、実施の形態２では、圧力制御のマイナーループに位置制御を置いた場合でも、加圧対象物７の弾性定数のみだけでなく、反力に関する情報、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性、速度制御部１３の制御則とそのパラメータ、及び位置制御部１５の制御則とそのパラメータの各情報に基づいて、圧力制御部１２のパラメータを調整するので、正確なモータ発生トルク２０ａから圧力への伝達特性を算出することができる。この結果、制御系の安定性を確保しつつ、制御性能を向上させることができる。

ここで、実施の形態２の演算方式では、加圧対象物７を含んだモータ発生トルク２０ａから圧力検出信号６ａへの伝達特性が用いられるが、伝達特性を同定するための一般的な手法である、入力信号（トルク）にＭ系列信号、サインスイープを加えたときの出力信号（圧力信号）から当該伝達特性の同定を行おうとすると、加圧対象物７に接触したり、離れたりするため、当該伝達特性が正確に求められない。これに対して、実施の形態２による方法であれば、当該伝達特性を正確に求めることができ、当該伝達特性に基づいて圧力制御部１２のパラメータを適切に調整することができる。

また、圧力制御の制御上の安定性は圧力制御部１２のパラメータのみにして決まるのではなく、マイナーループである位置制御、さらにそのマイナーループの速度制御のゲインパラメータにも依存して決まるが、本発明によれば、マイナーループの制御の構成が、圧力指令信号からモータトルクへの伝達特性であるＣ（ｓ）に反映され、マイナーループである制御部の構成とそのパラメータを基に圧力制御部１２のパラメータが設定されるため、適切な圧力制御部１２のパラメータを算出することができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、圧力制御のマイナーループとして速度制御を置いた場合について説明し、実施の形態２では、圧力制御のマイナーループとして位置制御を置いた場合について説明した。しかしながら、マイナーループを置かずに、圧力制御部１２の出力が直接モータのトルクとなる構成であっても、実施の形態１，２と同様に実施することが可能であり、実施の形態３では、このようなマイナーループを置かない構成について説明する。

図１５は、この発明の実施の形態３によるモータ制御装置を示すブロック図である。図１５において、実施の形態３のモータ制御装置本体１０の構成は、速度制御部１３が省略されている点を除いて、実施の形態１のモータ制御装置本体１０の構成と同様である。ここでは、実施の形態１との違いを中心に説明する。

実施の形態３の圧力制御部１２は、圧力検出信号６ａの値が圧力指令信号１１ａの値に一致するように、圧力指令信号１１ａの値と圧力検出信号６ａの値との偏差（差分）の信号を基に、圧力制御演算を行ってトルク指令値を算出し、その信号であるトルク指令信号１３ｅを生成する。実施の形態３のパラメータ調整部１００は、加圧対象物７の弾性定数、反力に関する情報、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性に基づいて圧力制御部１２のパラメータを調整する。

図１６は、図１５の信号の伝達特性を示すブロック図である。なお、図１６では、圧力指令信号生成部１１、パラメータ調整部１００及びパラメータ情報１００ａ以外の図１５の各機能ブロックの伝達特性を示す。また、図１６において、図２及び図１５と同一符号を付したブロック及び信号は、図２及び図１５と同一の意味を表すものとする。ここで、図１６では、圧力制御部１２の圧力制御演算として微分制御（圧力制御部１２の伝達特性がＫａｄ・ｓである。Ｋａｄは、パラメータである）を使用した場合を示している。

図１７は、図１５のパラメータ調整部１００をより具体的に示すブロック図である。実施の形態３の情報取得部１０１は、加圧対象物７の弾性定数Ｋ、反力の情報を表す反力定数ｈ、先の式（１），（２）に代表されるモータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性、電流制御部１４の伝達特性Ｉ（ｓ）、及び圧力検出器６の遅れを表す伝達特性α（ｓ）の各情報を外部から取得する。なお、電流制御部１４の伝達特性Ｉ（ｓ）、及び圧力検出器６の遅れを表す伝達特性α（ｓ）の各情報は、無視できるほど小さい、即ちどちらも１とみなせる場合には、これらの情報の取得を省略してもよい。パラメータ算出部１０２は、これらの情報に基づいて、圧力制御部１２のパラメータ(図１６においてはＫａｄ)を算出する。

次に、図１５のパラメータ調整部１００が圧力制御部１２のパラメータＫａｄを調整する際の動作について説明する。図１８は、図１５のパラメータ調整部１００の動作を示すフローチャートである。まず、ステップＳ３１では、パラメータ調整部１００は、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性、加圧対象物７の弾性定数Ｋ、及び反力定数ｈを取得する。次に、ステップＳ３２では、パラメータ調整部１００は、電流制御部１４の伝達特性Ｉ（ｓ）、及び圧力検出器６の検出遅れを表す伝達特性α（ｓ）を取得する。なお、両者の遅れ特性が小さい場合は、ステップＳ３２を省略して、ステップＳ３３の処理に移行してもよい。

ステップＳ３３では、パラメータ調整部１００は、モータ発生トルク２０ａから圧力検出信号６ａへの伝達特性Ｐ（ｓ）を算出する。そして、ステップＳ３４では、パラメータ調整部１００は、圧力制御部１２のパラメータＫａｄの演算用の初期値を設定する。なお、ステップＳ３２〜３４の処理は、図５におけるステップＳ２〜４とそれぞれほぼ同様の処理である。

ステップＳ３５では、パラメータ調整部１００は、圧力検出信号６ａからモータ発生トルク２０ａへの伝達特性Ｃ（ｓ）を算出する。これは、圧力制御部１２が微分制御を行う場合、Ｃ（ｓ）＝Ｋａｉ・ｓである。

次に、ステップＳ３６では、パラメータ調整部１００は、ステップＳ３１〜Ｓ３５に基づいて、開ループ伝達特性Ｌ（ｓ）＝Ｐ（ｓ）・Ｃ（ｓ）を算出し、開ループ伝達特性のゲイン余裕及び位相余裕を算出する。次に、ステップＳ３７では、パラメータ調整部１００は、開ループ伝達特性のゲイン余裕及び位相余裕がいずれも所定値範囲内にあるかどうかを確認する。

ステップＳ３７において、ゲイン余裕及び位相余裕の少なくともいずれか一方が所定範囲内にない場合、ステップＳ３８では、パラメータ調整部１００は、圧力制御部１２のパラメータＫａｄを変更して、再度ステップＳ３５〜Ｓ３７の処理を繰り返し実行する。ここで、圧力制御部１２のパラメータの変更の仕方としては、ゲイン余裕及び位相余裕の少なくともいずれか一方が所定範囲を上回る場合は、Ｋａｄを大きくし、ゲイン余裕及び位相余裕の少なくともいずれか一方が所定範囲内を下回る場合は、Ｋａｄを小さくする。

他方、ステップＳ３７でゲイン余裕及び位相余裕の両方が所定範囲内にある場合には、パラメータ調整部１００は、ステップＳ３９の処理に移行する。ステップＳ３９では、ここまでの処理で得られた圧力制御部１２のパラメータを、圧力制御部１２に設定する。そして、パラメータ調整部１００は、一連の処理を終了する。

ここで、実施の形態３の演算方式では、加圧対象物７を含んだモータ発生トルク２０ａから圧力検出信号６ａへの伝達特性が用いられるが、伝達特性を同定するための一般的な手法である、入力信号（トルク）にＭ系列信号、サインスイープを加えたときの出力信号（圧力信号）から当該伝達特性の同定を行おうとすると、加圧対象物７に接触したり、離れたりするため、当該伝達特性が正確に求められない。これに対して、実施の形態３による方法であれば、当該伝達特性を正確に求めることができ、当該伝達特性に基づいて圧力制御部１２のパラメータを適切に調整することができる。

実施の形態４．
実施の形態１〜３では、加圧対象物７の弾性定数、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性、反力に関する情報を主に用いて、圧力制御部１２のパラメータを算出する構成について説明した。これに対して、実施の形態４では、図１における電動機構４の摩擦特性が無視できないほど大きい場合等、摩擦特性の情報をも用いて、圧力制御部１２のパラメータを算出する構成について説明する。また、実施の形態４では、図１のように、圧力制御のマイナーループとして速度制御を置く構成を例として説明する。

図１９は、この発明の実施の形態４によるモータ制御装置の信号の伝達特性を示すブロック図である。この図１９は、図１のブロック図を、摩擦特性が大きい場合を考慮し、各信号間の伝達特性という観点で描いたものである。図１９において、同一符号を付したブロック及び信号は、図２のブロック図と同一の意味をもつものとし、説明を省略する。また、図１９の符号４１は、モータ速度に比例して摩擦トルクが発生する粘性摩擦特性を表すブロックである。また、ブロック４１における記号ｄは、粘性摩擦係数を表す定数である。摩擦トルクは、摩擦はモータの動きを阻害するように働くためモータ発生トルク２０ａに対し、マイナス方向に加わる。

図２０は、この発明の実施の形態４によるパラメータ調整部１００を示すブロック図である。図２０において、実施の形態４の情報取得部１０１は、実施の形態１と同様に、加圧対象物７の弾性定数、反力に関する情報、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性、速度制御部１３のパラメータ、電流制御部１４の伝達特性、及び圧力検出器６の検出遅れを表す伝達特性の各情報を外部から取得する。

また、実施の形態４の情報取得部１０１は、これらの情報に加えて、摩擦に関する情報を外部から取得する。なお、実施の形態１と同様、電流制御部１４の伝達特性、及び圧力検出器６の検出遅れを表す伝達特性は、それぞれ十分に遅れが少ない場合には、情報の取得を省略してもよい。パラメータ算出部１０２は、これらの情報を基に、圧力制御部１２のパラメータを算出する。

次に、図２０のパラメータ調整部１００が圧力制御部１２のパラメータＫａを調整する際の動作について説明する。図２１は、図２０のパラメータ調整部１００の動作を示すフローチャートである。ここで、図２１に示す処理の流れは、実施の形態１で説明した図５と類似した処理の流れとなっているため、以降の説明では、実施の形態１と同じ処理については説明を適宜省略する。

図２１において、ステップＳ１，Ｓ２は、実施の形態１の処理内容と同じである。ステップＳ２の次の処理であるステップＳ４０では、パラメータ調整部１００は、摩擦に関する情報である、モータ速度に比例して発生する粘性摩擦の粘性摩擦係数ｄに関する情報を取得する。

ここで、加圧対象物７の弾性定数が大きい場合（加圧対象物７が硬い場合に相当する）、圧力及びモータ位置は比例関係にあり、かつ弾性定数が大きいため、モータ２が僅かな距離を動いただけで、圧力が上昇するという性質がある。このような加圧対象物７に対して、圧力制御を実行すると、圧力制御を実行しているときにモータ２の速度は非常に小さくなり、速度の大きさに比例して発生する粘性摩擦分のトルクはほとんど無視できる程の大きさなる。

この場合、粘性摩擦ではなく、モータ速度の方向にのみ依存して、一定値の摩擦トルクが発生するクーロン摩擦のような非線形摩擦特性が圧力制御に及ぼす影響が大きくなる。クーロン摩擦は、粘性摩擦のように線形な伝達特性として表すことができない。このためクーロン摩擦のような非線形な摩擦特性が支配的である場合には、線形近似によって算出された粘性摩擦係数ｄが用いられる。

この線形近似の例を、図２２を用いて説明する。図２２では、非線形摩擦の例であるクーロン摩擦を、太実線で表している。クーロン摩擦は、モータ速度がプラス方向のときには、プラスの摩擦トルクτｃがモータ速度の大きさに関わらず発生し、速度がマイナス方向のときには、マイナスの摩擦トルク−τｃがモータ速度の大きさに関わらず発生する。圧力制御中のモータ速度の最大値をＶｍａｘとしたとき、粘性摩擦係数の近似ｄを、ｄ＝τｃ／Ｖｍａｘにて近似を行う。このように近似した粘性摩擦を図２２中に一点鎖線で示す。

図２２において、モータ速度が−Ｖｍａｘから＋Ｖｍａｘまで変化したときには、近似を行う前の太線のクーロン摩擦よりも小さい摩擦で近似していることに相当する。摩擦は、モータ２の動作に対して阻害する方向に働くため、摩擦が大きいときほど圧力制御は安定になりやすい。小さく近似した摩擦特性を基に、圧力制御のパラメータの算出を行うことにより、保守的な圧力制御のパラメータを算出することになる。この圧力制御のパラメータを使用する圧力制御は、近似した摩擦特性よりも大きな摩擦がかかる状況では、安定な圧力制御が実現できることになる。

ここで、Ｖｍａｘの算出例として、圧力指令値の変化の傾きと弾性定数を利用することが挙げられる。圧力制御を行うと、圧力検出信号の値が圧力指令値に追従するので、圧力指令値と圧力検出値とは、ほぼ等しい値をとる。また、前述のように圧力とモータ位置とは、比例関係にあるため、圧力指令値とモータ位置との間にも比例関係が成立する。さらに、両者を微分した値、即ち圧力指令値を微分した値と、モータ位置を微分してなるモータ速度との間にも比例関係が成立する。

比例定数が弾性定数Ｋで表されるため、モータ速度は、圧力指令値を微分した値を加圧対象物７の弾性定数で除した値に等しいとみなせ、モータ速度の最大値は、圧力指令値の変化の傾きから決定される。図２３は、モータ速度と圧力指令値（圧力指令信号）との関係を説明するためのグラフである。図２３において、圧力指令値が時間Ｔ０かけて圧力０からＦ０に直線的に上昇する場合、モータ速度は、圧力指令値の変化の傾きＦ０／Ｔ０を加圧対象物７の弾性定数Ｋで除した値の速度をとる。つまり、圧力指令値の変化の傾きＦ０／Ｔ０を加圧対象物７の弾性定数Ｋで除して得た値から、粘性摩擦係数を取得可能である。

なお、図２３では、圧力指令値が直線的に上昇する例を示しているが、圧力指令値が直線的に上昇又は下降しない場合には、圧力指令値の変化の傾きの最大値を利用すればよい。また、圧力指令値は、圧力制御を行うときの仕様として事前に与えられる情報であるため、この情報を利用すれば、実際に圧力制御を行う前に圧力制御中のモータ２の最大速度を得ることできる。なお、以上の説明では線形近似の一例を示したものであり、線形近似は、この例に限られるものではなく、非線形な伝達特性を線形伝達特性に近似する記述関数法を用いてもよい。

次に、ステップＳ３では、パラメータ調整部１００は、モータ発生トルク２０ａから圧力検出信号への伝達特性を算出する。ここで、粘性摩擦もしくは近似された粘性摩擦係数ｄを用いた場合、モータ発生トルク２０ａから圧力検出信号への伝達特性である次の式（１６）を算出する。

この式（１６）の伝達特性は、加圧対象物７の弾性定数、反力に関する情報だけでなく、粘性摩擦係数ｄの摩擦に関する情報を含んだ伝達特性を表している。なお、図２１におけるステップＳ４からステップＳ９は、実施の形態１と同様の処理であるため、説明を省略する。

次に、シミュレーション結果に基づく実施の形態４の有効性について説明する。ここで、摩擦に関する情報以外は、実施の形態１の図９で行ったシミュレーションと同じ条件にてシミュレーションを実施した。即ち、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性を式（１）で表されものを用いて、Ｊ＝１．０ｅ−３［ｋｇ・ｍ²］とし、反力定数ｈ＝３．１８ｅ−３［Ｎ・ｍ／Ｎ］とし、弾性定数Ｋ＝１．４４ｅ＋４［Ｎ／ｒａｄ］とし、電流制御部１４の伝達特性をＩ（ｓ）＝ｅｘｐ（−０．００３ｓ）とし、圧力検出器６の検出遅れ特性は十分に小さくα（ｓ）＝１という条件とした。

また、圧力制御の構成としては、図１９のように圧力制御のマイナーループに速度制御がある構成であり、圧力制御部１２は比例制御（圧力制御部１２のパラメータは比例ゲインであるＫａ）を行い、速度制御部１３は比例＋積分制御部（速度制御部１３のパラメータは、比例ゲインＫｖと積分ゲインＫｖｉ）を行い、そのパラメータＫｖ＝０．１５［（Ｎ・ｍ）／（ｒａｄ／ｓ）］，Ｋｖｉ＝５０［ｒａｄ／ｓ］と設定した。

これらの条件に加え、機械の摩擦が大きく、粘性摩擦係数ｄ＝０．０５［（Ｎ・ｍ）／（ｒａｄ／ｓ）］とした条件であり、これらの情報に基づいてパラメータ調整部１００に圧力制御部１２のパラメータを算出させた。そして、図９のシミュレーションと同様に、図２１のステップＳ７中の開ループ伝達特性のゲイン余裕が５ｄＢ以上５．５ｄＢ未満で、かつ位相余裕５ｄｅｇ以上になるように調整を行ったところ、圧力制御部１２のパラメータは、Ｋａ＝０．０１８１［（ｒａｄ／ｓ）／Ｎ］と算出された。

従って、このシミュレーション結果によれば、摩擦特性以外は本シミュレーションと同一の状況である図９のシミュレーションを行ったときに算出された圧力制御部１２のパラメータＫａ＝０．００６９［（ｒａｄ／ｓ）／Ｎ］に比べて、圧力制御部１２のパラメータＫａが大きな値が算出されていることがわかる。

次に、図２１のフローチャートに従って算出された圧力制御部１２の比例ゲインＫａ＝０．０１８１［（ｒａｄ／ｓ）／Ｎ］を適用したときの開ループ伝達特性Ｌ（ｓ）＝Ｐ（ｓ）・Ｃ（ｓ）のボード線図を図２４に示す。この図２４によれば、摩擦がない条件の図６と比較すると、約３４Ｈｚのピーク特性が小さい特性になっていることがわかる。これは、大きな粘性摩擦が働くという情報がモータ発生トルク２０ａから圧力検出信号への伝達特性であるＰ（ｓ）に反映されたためである。このようにピーク特性が小さくなったことにより、図９の状況よりも圧力制御部１２のパラメータＫａを大きくしても、所定のゲイン余裕及び位相余裕を満たせるようになった。

図２５は、図２１のフローチャートに従って算出された圧力制御部１２のパラメータを適用したときの圧力検出信号の時間応答を示すグラフである。この図２５は、圧力制御部１２の比例ゲインをＫａ＝０．０１８１［（ｒａｄ／ｓ）／Ｎ］に設定したときの圧力検出信号の時間応答のシミュレーション波形である。なお、圧力指令信号として、図７〜９の場合と同一の信号を用いた。図２５では、圧力指令信号１１ａを点線で表し、圧力検出信号６ａを実線で表している。

図２５によれば、圧力検出信号に圧力指令信号よりも大きくなるオーバーシュートや、圧力検出信号自体に振動が発生しておらず、良好な圧力制御が実現されており、さらに、圧力検出信号の圧力指令信号に対する追従特性が図９に示す追従特性よりも若干向上していることがわかる。具体的に、図２５における時間０．５［秒］では、圧力が９０［Ｎ］をとっているのに対し、図９における時間０．５［秒］では、圧力が８５［Ｎ］をとっていることから確認される。

これは、圧力制御部１２のパラメータが、図９のシミュレーションで設定した圧力制御部１２より大きく算出されたためであり、圧力制御のパラメータを算出するにあたり、摩擦特性を考慮することによって、圧力制御の安定性が同程度で、より追従性の高い圧力制御のパラメータを算出することが可能になる。

なお、実施の形態４では、圧力制御のマイナーループが速度制御である場合を説明したが、実施の形態２，３と同様、圧力制御のマイナーループが位置制御やトルク制御で同様に実施することが可能である。また、モータとして回転型モータを用いても、リニアモータを用いても同様に実施することが可能である。

実施の形態５．
実施の形態１のパラメータ調整部１００は、圧力検出信号６ａからモータ速度への伝達特性が加圧対象物７の弾性定数の逆数を比例定数とする微分特性を含む伝達特性であることを利用して圧力制御部１２のパラメータを調整した。これに対して、実施の形態５のパラメータ調整部１００は、圧力制御のマイナーループが速度制御である場合に、マイナーループである速度制御ループを閉じた状態における速度指令から圧力検出信号６ａへの伝達特性を算出し、この速度指令から圧力検出信号６ａへの伝達特性を利用して圧力制御部１２のパラメータを調整する。

実施の形態５のモータ制御装置本体１０の構成の概要は、実施の形態１のモータ制御装置本体１０の構成と同様であり、実施の形態５では、パラメータ算出部１０２の処理内容の一部が実施の形態１とは異なる。また、実施の形態５のパラメータ調整部１００の情報の流れは、実施の形態１の図３や図４に示す情報の流れと同様である。

次に、実施の形態５のパラメータ調整部１００が圧力制御部１２のパラメータＫａを調整する際の動作について説明する。図２６は、実施の形態５のパラメータ調整部１００の動作を示すフローチャートである。ここでは、圧力制御部１２が比例制御を行い、圧力制御のマイナーループである速度制御部１３が比例＋積分制御を行う場合の処理内容の一例について説明する。なお、図２６のフローチャートでは、図５のフローチャートに類似する処理を行うステップがあるが、このような類似する箇所については概略のみを説明し、相違する箇所について詳しく説明を行う。

図２６において、まず、ステップＳ５１では、パラメータ調整部１００は、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性、加圧対象物７の弾性定数Ｋ、反力定数ｈ、及び速度制御部１３のパラメータＫｖ，Ｋｖｉを取得する。なお、速度制御部１３の制御則の情報は、パラメータ調整部１００（情報取得部１０１）に予め記憶されているものとする。

次に、ステップＳ５２では、パラメータ調整部１００は、電流制御部１４の伝達特性Ｉ（ｓ）、及び圧力検出器６の検出遅れを表す伝達特性α（ｓ）を取得する。なお、両者の遅れ特性が小さい場合は、ステップＳ５２を省略して、ステップＳ５３の処理に移行してもよい。

ステップＳ５３では、パラメータ調整部１００は、摩擦に関する情報を取得する。ここで、摩擦に関する情報とは、実施の形態４のように、機械の粘性摩擦係数ｄ、あるいはクーロン摩擦等の非線形摩擦特性を線形化した摩擦係数ｄに関する情報である。なお、摩擦特性が無視できるほど小さい場合には、ステップＳ５３を省略し、次のステップＳ５４の処理へ移行してもよい。

ステップＳ５４では、パラメータ調整部１００は、ステップＳ５１〜５３で取得した情報に基づいて、速度指令信号１２ａから圧力検出信号６ａへの伝達特性Ｑ（ｓ）を算出する。ここで、モータ発生トルク２０ａからモータ速度への伝達特性が先の式（１）で表せ、かつ速度制御部１３の制御則が比例＋積分制御（図２や図１９中のブロック１３）である場合には、具体的に次の式（１７）のように算出する。

これは、図２や図１９に示すブロック同士の関係から、速度指令信号１２ａから圧力検出信号６ａへの伝達特性を計算すると得られる関係である。また、機械に共振特性がある場合には、式（１７）の第１式の１／（Ｊｓ）に代えて式（２）を代入すれば、同様の伝達特性の計算を行うことができる。ここで、電流制御部１４の伝達特性、及び圧力検出器６の遅れ特性が無視できるほど小さく、ステップＳ５２で電流制御部１４の伝達特性、もしくは圧力検出器６の遅れ特性の情報の取得を省略した場合には、それぞれＩ（ｓ）＝１、α（ｓ）＝１とすればよい。また、ステップＳ５３で摩擦特性が無視できるほど小さく、情報の取得を省略した場合には、ｄ＝０として処理を行えばよい。

次に、ステップＳ５５では、パラメータ調整部１００は、圧力制御部１２のパラメータＫａの演算用の初期値を設定する。ステップＳ５６では、パラメータ調整部１００は、圧力制御部１２の伝達特性Ｄ（ｓ）を取得する。実施の形態５の例では、圧力制御部１２は比例制御を行う構成であるため、圧力制御部１２のパラメータＫａを用いてＤ（ｓ）＝Ｋａである。

ステップＳ５７では、パラメータ調整部１００は、ステップＳ５４及び５６で取得したＱ（ｓ）及びＤ（ｓ）から、開ループ伝達特性Ｌ（ｓ）＝Ｑ（ｓ）・Ｄ（ｓ）を算出し、開ループ伝達特性のゲイン余裕及び位相余裕を算出する。ステップＳ５８では、パラメータ調整部１００は、開ループ伝達特性のゲイン余裕及び位相余裕がいずれも所定値範囲内にあるかどうかを確認する。

ステップＳ５８でゲイン余裕及び位相余裕の少なくともいずれか一方が所定範囲内にない場合、ステップＳ５９では、パラメータ調整部１００は、圧力制御部１２のパラメータＫａを変更する。他方、ステップＳ５８でゲイン余裕及び位相余裕の両方が所定範囲内にある場合には、パラメータ調整部１００は、ステップＳ６０の処理に移行する。ステップＳ６０では、ここまでの処理で得られた圧力制御部１２のパラメータを、圧力制御部１２に設定する。そして、パラメータ調整部１００は、一連の処理を終了する。

次に、実施の形態５の効果について説明する。圧力制御の安定性は、圧力制御部１２のパラメータのみに依存して決まるのではなく、圧力制御のマイナーループである速度制御部１３のゲインパラメータにも依存する。実施の形態５では、圧力制御のマイナーループである速度制御部１２の構成とそのパラメータとが、速度指令信号１２ａから圧力検出信号６ａへの伝達特性であるＱ（ｓ）に反映され、これに基づいて圧力制御部１２のパラメータが調整される。この構成により、圧力制御のマイナーループである速度制御部１３の制御則及びパラメータを考慮して、より適切な圧力制御部１２のパラメータを算出することができる。この結果、制御系の安定性を確保しつつ、圧力指令値に対する追従性等の制御性能を向上させることができる。

実施の形態６．
実施の形態５では、圧力制御のマイナーループに速度制御を用いた構成について説明した。これに対して、実施の形態６では、圧力制御のマイナーループに速度制御及び位置制御の両方を用いる構成について説明する。

実施の形態６のモータ制御装置本体１０の構成の概要は、実施の形態２のモータ制御装置本体１０の構成と同様であり、実施の形態６では、パラメータ算出部１０２の処理内容の一部が実施の形態２とは異なる。また、実施の形態６のパラメータ調整部１００の情報の流れは、実施の形態２の図１３に示す情報の流れと同様である。

次に、実施の形態６のパラメータ調整部１００が圧力制御部１２のパラメータＫａｉを調整する際の動作について説明する。図２７は、実施の形態６のパラメータ調整部１００の動作を示すフローチャートである。ここでは、図１２に示すように圧力制御部１２が積分制御を行い、位置制御部１５が比例制御を行い、速度制御部１３が比例＋積分制御を行う場合の処理内容の一例について説明する。なお、図２７のフローチャートでは、図１４のフローチャートに類似する処理を行うステップがあるが、このような類似する箇所については概略のみを説明し、相違する箇所について詳しく説明を行う。

図２７において、まず、ステップＳ７１では、パラメータ調整部１００は、モータトルク２０ｃからモータ速度への伝達特性、加圧対象物７の弾性定数Ｋ、反力定数ｈ、速度制御部１３のパラメータＫｖ，Ｋｖｉ、及び位置制御部１５のパラメータＫｐを取得する。なお、速度制御部１３及び位置制御部１５のそれぞれの制御則の情報は、パラメータ調整部１００（情報取得部１０１）に予め記憶されているものとする。

次に、ステップＳ７２では、パラメータ調整部１００は、電流制御部１４の伝達特性Ｉ（ｓ）、及び圧力検出器６の検出遅れを表す伝達特性α（ｓ）を取得する。なお、両者の遅れ特性が小さい場合は、ステップＳ７２を省略して、ステップＳ７３の処理に移行してもよい。

ステップＳ７３では、パラメータ調整部１００は、摩擦に関する情報を取得する。ここで、摩擦に関する情報とは、実施の形態４のように、機械の粘性摩擦係数ｄ、あるいはクーロン摩擦等の非線形摩擦特性を線形化した摩擦係数ｄに関する情報である。なお、摩擦特性が無視できるほど小さい場合には、ステップＳ７３を省略し、次のステップＳ７４の処理へ移行してもよい。

ステップＳ７４では、パラメータ調整部１００は、ステップＳ７１〜７３で取得した情報に基づいて、位置指令信号１２ｃから圧力検出信号６ａへの伝達特性Ｑ（ｓ）を算出する。ここで、モータ発生トルクからモータ速度への伝達特性が先の式１で表せる場合、速度制御部１３の制御則がＰＩ制御（図２のブロック１３）である場合には、具体的に次の式（１８）のように算出する。これは、図１２に示すブロック同士の関係から、位置指令信号１２ｃから圧力検出信号６ａへの伝達特性を計算すると得られる関係である。

次に、ステップＳ７５では、パラメータ調整部１００は、圧力制御部１２のパラメータＫａｉに初期値を与える。ステップＳ７６では、パラメータ調整部１００は、圧力制御部１３の伝達特性Ｄ（ｓ）を取得する。実施の形態６の例では、圧力制御部１３は積分制御を行う構成であるため、Ｄ（ｓ）＝Ｋａｉ／ｓである。

ステップＳ７７では、パラメータ調整部１００は、ステップＳ７４及び７６で取得したＱ（ｓ）及びＤ（ｓ）から、開ループ伝達特性Ｌ（ｓ）＝Ｑ（ｓ）・Ｄ（ｓ）を算出し、開ループ伝達特性のゲイン余裕及び位相余裕を算出する。ステップＳ７８では、パラメータ調整部１００は、開ループ伝達特性のゲイン余裕及び位相余裕がいずれも所定値範囲内にあるかどうかを確認する。

ステップＳ７８でゲイン余裕及び位相余裕の少なくともいずれか一方が所定範囲内にない場合、ステップＳ７９では、パラメータ調整部１００は、圧力制御部１２のパラメータＫａｉを変更する。他方、ステップＳ７８でゲイン余裕及び位相余裕の両方が所定範囲内にある場合には、パラメータ調整部１００は、ステップＳ８０の処理に移行する。ステップＳ８０では、ここまでの処理で得られた圧力制御部１２のパラメータを、圧力制御部１２に設定する。そして、パラメータ調整部１００は、一連の処理を終了する。

次に、実施の形態６の効果について説明する。圧力制御の安定性は、圧力制御部１２のパラメータのみに依存して決まるのではなく、圧力制御のマイナーループである位置制御部１５や速度制御部１３のゲインパラメータにも依存する。実施の形態６では、圧力制御のマイナーループである位置制御部１５及び速度制御部１３の構成と、これらのパラメータとが位置指令信号１２ｃから圧力検出信号６ａへの伝達特性であるＱ（ｓ）に反映され、これに基づいて圧力制御部１２のパラメータが調整される。この構成により、より適切な圧力制御部１２のパラメータを算出することができる。この結果、圧力制御系の安定性を確保しつつ、圧力指令値に対する追従性などの制御性能を向上させることができる。

また、実施の形態５と同様に、実施の形態６でも、Ｑ（ｓ）は、加圧対象物７の弾性定数に概ね比例する。このため、加工装置１の加圧対象物７が変更される場合に、その変更後の加圧対象物７の弾性定数がわかれば、加圧対象物７の変更前の圧力制御部１２のパラメータを使用していたときと同程度の安定余裕をもつ、加圧対象物７の変更後の圧力制御部１２のパラメータを簡単に算出することができる。

実施の形態７．
一般的に、各種成形機やボンダなどの加工機械等では、通常全く同じワーク（加圧対象物）のみに対し、加工（加圧）するのではなく、さまざまな異なる種類のワークに対し、加工動作を行う。従って、ワークを変更する場合には、ワークの弾性定数が変化するので、圧力制御を安定して行うためには、ワークの特性に応じて圧力制御用のパラメータを変更する必要がある。

このように圧力制御部１２のパラメータを変更するためには、加工装置１の加圧対象物７の種類が変更される度に、実施の形態１〜６で説明した方法をやり直すことも考えられる。しかしながら、加圧対象物７の弾性定数が、あまり大きく変わらなければ（例えば１／３以上〜３倍未満である等）、より簡単な方式で、これを実現することが可能である。そこで、実施の形態７では、圧力制御のマイナーループが速度制御である場合を例にとり、この実現方法について説明する。

なお、加圧対象物７の弾性定数が大きく変わる（例えば３倍以上あるいは１／３未満になる等）場合には、実施の形態５，６における伝達特性Ｑ（ｓ）に関する性質（Ｑ（ｓ）の大きさは加圧対象物７の弾性定数Ｋに比例する）が崩れる。このため、再度、実施の形態１〜６で説明した方法を繰り返せばよい。

式（１７）の第２式において、速度指令信号１２ａから圧力検出信号６ａへの伝達特性であるＱ（ｓ）の分母は、周波数領域ｓ＝ｊω（ｊ：虚数単位、ω：周波数を表すパラメータ）で考えた場合、制御系の安定性に係わる高周波領域（ωが比較的大きい領域）では、弾性定数の大きさ（値）が多少変わっても、ｓの１次の項にのみ影響し、高周波領域ではｓの２次の項や３次の項が支配的になるので、分母全体の大きさ（値）にあまり影響を与えない。

一方、Ｑ（ｓ）の分子は、加圧対象物７の弾性定数に比例する。このことから、加圧対象物７を変更しただけでは、機械可動部分のイナーシャＪ、粘性摩擦係数ｄ、速度制御部１３のパラメータＫｖ，Ｋｖｉ等は変わらないので、Ｑ（ｓ）は、加圧対象物７の弾性定数に概ね比例する関係にあるといえる。これは、圧力制御のマイナーループが位置制御である場合についても、式（１８）から同様に成立する。この性質は、加圧対象物７が変更される前後で、弾性定数が極端に大きく変わらないときに、成立しやすい。

ここで、図２６のフローチャートに従って、ある加圧対象物７に対する圧力制御部１２のパラメータが算出されているものとする。上記のＱ（ｓ）に関する性質から、変更後の加圧対象物７の弾性定数だけがわかっていれば、加圧対象物７の変更後のＱ（ｓ）は、おおよそ、変更後の加圧対象物７の弾性定数と、変更前の加圧対象物７の弾性定数との比（以下、「弾性定数の比」とする）で算出される値倍だけ変化すると見積もることができる。

また、加圧対象物７の変更前の圧力制御のゲイン余裕と、加圧対象物７の変更後の圧力制御のゲイン余裕とを同程度にするためには、加圧対象物７の変更前に使用されたゲインに、弾性定数の比で算出された値の逆数を乗じて圧力制御部１２のパラメータを変更すればよい。例えば、ある加圧対象物７に対して、図２６のフローチャートに従って、圧力制御部１２のゲイン余裕が２０ｄＢになるように調整されており、加圧対象物７を変更することによって、変更後の加圧対象物７の弾性定数が、元の加圧対象物７よりも１．５倍大きくなったと仮定する。

このとき、上記のＱ（ｓ）に関する性質により、加圧対象物７の変更後のＱ（ｓ）は、加圧対象物７の変更前のＱ（ｓ）よりも概ね１．５倍大きくなる。このことから、加圧対象物７の変更後の圧力制御の開ループ伝達特性Ｌ（ｓ）＝Ｄ（ｓ）・Ｑ（ｓ）のゲイン余裕を、加圧対象物７の変更前のゲイン余裕と同じ２０ｄＢにするためには、圧力制御部１２のパラメータを１／２倍にすればよく、加圧対象物７の弾性定数のみから簡単に圧力制御部１２のパラメータを算出することができる。

即ち、加圧対象物７が変更される前の状態で、パラメータ調整部１００が実施の形態１〜６のいずれかの方法で、予め圧力制御部１２のパラメータを予め調整する。その後の加圧対象物７の変更後に、パラメータ調整部１００が、変更前の加圧対象物７の弾性定数と、変更前の圧力制御部１２のパラメータとの積を比例乗数とし、その比例乗数が変更後の加圧対象物７の弾性定数に反比例するように圧力制御部１２のパラメータを調整する。これによって、圧力制御部１２のパラメータを簡単に調整することが可能である。

なお、実施の形態７では、圧力制御のマイナーループが速度制御の場合について説明したが、圧力制御のマイナーループが位置制御あるいは電流制御であっても、実施の形態７と同様のことが言える。

また、実施の形態１〜７では、圧力制御に関する構成について説明したが、実施の形態１〜７の圧力制御を、そのまま力制御に置き換えることもできる。即ち、力学的物理量として力を用いることもできる。

Claims (12)

1. モータを有し、力及び圧力のいずれか一方である力学的物理量を対象物に加えるための機械負荷に接続され、前記モータの動力によって、前記機械負荷を変位させて前記対象物に押し付けることにより、前記対象物に前記力学的物理量を加える電動機構に設けられるモータ制御装置であって、
   前記機械負荷から前記対象物に作用する前記力学的物理量の値を物理量取得値として取得し、前記物理量取得値を予め設定された物理量目標値とするための物理量指令値を生成して、前記物理量取得値と前記物理量指令値とを用いて前記モータの駆動を制御するモータ制御装置本体
   を備え、
   前記モータ制御装置本体は、
   前記物理量取得値及び前記物理量指令値に基づいて速度指令値を算出する物理量制御部と、
   前記モータのモータ速度を検出するための速度検出手段によるモータ速度検出値と、前記物理量制御部によって算出された速度指令値とに基づいて、前記モータのトルク指令値もしくは推力指令値を算出する速度制御部と、
   前記速度制御部によって算出された前記トルク指令値もしくは前記推力指令値に基づいて、前記モータに流れる電流を制御する電流制御部と、
   前記対象物の弾性定数の情報、前記機械負荷から前記対象物へ前記力学的物理量が作用したことに伴うモータトルクもしくは推力の反力に関する情報、モータトルクもしくは推力からモータ速度、モータ位置もしくはモータ加速度への伝達特性の情報、前記速度制御部の制御則の情報、及び前記速度制御部のパラメータの情報を取得する情報取得部を持ち、前記物理量取得値の信号からモータ速度への伝達特性が前記対象物の弾性定数の逆数を比例定数とする微分特性を含む伝達特性であること、及び前記情報取得部が取得した情報を用いて、前記物理量制御部のパラメータを調整する圧力制御パラメータ調整部と
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
2. モータを有し、力及び圧力のいずれか一方である力学的物理量を対象物に加えるための機械負荷に接続され、前記モータの動力によって、前記機械負荷を変位させて前記対象物に押し付けることにより、前記対象物に前記力学的物理量を加える電動機構に設けられるモータ制御装置であって、
   前記機械負荷から前記対象物に作用する前記力学的物理量の値を物理量取得値として取得し、前記物理量取得値を予め設定された物理量目標値とするための物理量指令値を生成して、前記物理量取得値と前記物理量指令値とを用いて前記モータの駆動を制御するモータ制御装置本体
   を備え、
   前記モータ制御装置本体は、
   前記物理量取得値及び前記物理量指令値に基づいて位置指令値を算出する物理量制御部と、
   前記モータのモータ位置を検出するための位置検出手段による位置検出値と、前記物理量制御部によって算出された位置指令値とに基づいて、速度指令値を算出する位置制御部と、
   前記モータのモータ速度を検出するための速度検出手段によるモータ速度検出値と、前記位置制御部によって算出された速度指令値とに基づいて、前記モータのトルク指令値もしくは推力指令値を算出する速度制御部と、
   前記速度制御部によって算出された前記トルク指令値もしくは前記推力指令値に基づいて、前記モータに流れる電流を制御する電流制御部と、
   前記対象物の弾性定数の情報、前記機械負荷から前記対象物へ前記力学的物理量が作用したことに伴うモータトルクもしくは推力の反力に関する情報、モータトルクもしくは推力からモータ速度への伝達特性の情報、前記位置制御部の制御則の情報、前記位置制御部のパラメータの情報、前記速度制御部の制御則の情報、及び前記速度制御部のパラメータの情報を取得する情報取得部を持ち、前記物理量取得値の信号からモータ位置への伝達特性が前記対象物の弾性定数の逆数を比例定数とする比例特性を含む伝達特性であること、前記物理量取得値の信号からモータ速度への伝達特性が前記対象物の弾性定数の逆数を比例定数とする微分特性を含む伝達特性であること、及び前記情報取得部が取得した情報を用いて、前記物理量制御部のパラメータを調整するパラメータ調整部と
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
3. モータを有し、力及び圧力のいずれか一方である力学的物理量を対象物に加えるための機械負荷に接続され、前記モータの動力によって、前記機械負荷を変位させて前記対象物に押し付けることにより、前記対象物に前記力学的物理量を加える電動機構に設けられるモータ制御装置であって、
   前記機械負荷から前記対象物に作用する前記力学的物理量の値を物理量取得値として取得し、前記物理量取得値を予め設定された物理量目標値とするための物理量指令値を生成して、前記物理量取得値と前記物理量指令値とを用いて前記モータの駆動を制御するモータ制御装置本体
   を備え、
   前記モータ制御装置本体は、
   前記物理量取得値及び前記物理量指令値に基づいてモータトルク指令値もしくは推力指令値を算出する物理量制御部と、
   前記物理量制御部によって算出された前記モータトルク指令値もしくは前記推力指令値に基づいて、前記モータに流れる電流を制御する電流制御部と、
   前記対象物の弾性定数の情報、前記機械負荷から前記対象物へ前記力学的物理量が作用したことに伴うモータトルクもしくは推力の反力に関する情報、モータトルクもしくは推力からモータ速度への伝達特性の情報のパラメータの情報を取得する情報取得部を持ち、前記情報取得部が取得した情報を用いて、前記物理量制御部のパラメータを調整するパラメータ調整部と
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
4. モータを有し、力及び圧力のいずれか一方である力学的物理量を対象物に加えるための機械負荷に接続され、前記モータの動力によって、前記機械負荷を変位させて前記対象物に押し付けることにより、前記対象物に前記力学的物理量を加える電動機構に設けられるモータ制御装置であって、
   前記機械負荷から前記対象物に作用する前記力学的物理量の値を物理量取得値として取得し、前記物理量取得値を予め設定された物理量目標値とするための物理量指令値を生成して、前記物理量取得値と前記物理量指令値とを用いて前記モータの駆動を制御するモータ制御装置本体
   を備え、
   前記モータ制御装置本体は、
   前記物理量取得値及び前記物理量指令値に基づいて速度指令値を算出する物理量制御部と、
   前記モータのモータ速度を検出するための速度検出手段によるモータ速度検出値と、前記物理量制御部によって算出された速度指令値とに基づいて、前記モータのトルク指令値もしくは推力指令値を算出する速度制御部と、
   前記速度制御部によって算出された前記トルク指令値もしくは前記推力指令値に基づいて、前記モータに流れる電流を制御する電流制御部と、
   前記対象物の弾性定数の情報、前記機械負荷から前記対象物へ前記力学的物理量が作用したことに伴うモータトルクもしくは推力の反力に関する情報、モータトルクもしくは推力からモータ速度、モータ位置もしくはモータ加速度への伝達特性の情報、前記速度制御部の制御則の情報、及び前記速度制御部のパラメータの情報を取得する情報取得部を持ち、前記情報取得部が取得した情報を用いて、前記速度指令値についての速度指令信号から前記物理量取得値の信号への伝達特性を算出し、その算出した伝達特性に基づいて前記物理量制御部のパラメータを調整するパラメータ調整部と
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
5. モータを有し、力及び圧力のいずれか一方である力学的物理量を対象物に加えるための機械負荷に接続され、前記モータの動力によって、前記機械負荷を変位させて前記対象物に押し付けることにより、前記対象物に前記力学的物理量を加える電動機構に設けられるモータ制御装置であって、
   前記機械負荷から前記対象物に作用する前記力学的物理量の値を物理量取得値として取得し、前記物理量取得値を予め設定された物理量目標値とするための物理量指令値を生成して、前記物理量取得値と前記物理量指令値とを用いて前記モータの駆動を制御するモータ制御装置本体
   を備え、
   前記モータ制御装置本体は、
   前記物理量取得値及び前記物理量指令値に基づいて位置指令値を算出する物理量制御部と、
   前記モータのモータ位置を検出するための位置検出手段による位置検出値と、前記物理量制御部によって算出された位置指令値とに基づいて、速度指令値を算出する位置制御部と、
   前記モータのモータ速度を検出するための速度検出手段によるモータ速度検出値と、前記位置制御部によって算出された速度指令値とに基づいて、前記モータのトルク指令値もしくは推力指令値を算出する速度制御部と、
   前記速度制御部によって算出された前記トルク指令値もしくは前記推力指令値に基づいて、前記モータに流れる電流を制御する電流制御部と、
   前記対象物の弾性定数の情報、前記機械負荷から前記対象物へ前記力学的物理量が作用したことに伴うモータトルクもしくは推力の反力に関する情報、モータトルクもしくは推力からモータ速度への伝達特性の情報、前記位置制御部の制御則の情報、前記位置制御部のパラメータの情報、前記速度制御部の制御則の情報、及び前記速度制御部のパラメータの情報を取得する情報取得部を持ち、前記情報取得部が取得した情報を用いて、位置指令値についての位置指令信号から前記物理量取得値の信号への伝達特性を算出し、その算出した伝達特性に基づいて前記物理量制御部のパラメータを調整するパラメータ調整部と
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
6. 前記情報取得部は、前記電流制御部の伝達特性の情報をさらに取得し、
   前記パラメータ調整部は、前記情報取得部が取得した前記電流制御部の伝達特性の情報をも用いて前記物理量制御部のパラメータを算出する
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
7. 前記モータ制御装置本体は、前記機械負荷から前記対象物に作用する前記力学的物理量を検出するための物理量検出手段を介して、前記物理量取得値を取得し、
   前記情報取得部は、前記物理量検出手段の遅れ特性を示す伝達特性の情報をさらに取得し、
   前記パラメータ調整部は、前記情報取得部が取得した前記物理量検出手段の遅れ特性を示す伝達特性の情報をも用いて前記物理量制御部のパラメータを調整する
   ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
8. 前記情報取得部は、
   モータ速度に比例した摩擦トルクもしくは摩擦推力に伴って発生する粘性摩擦の粘性摩擦係数、もしくは
   非線形な摩擦特性をモータ速度に比例した粘性摩擦に近似したときの粘性摩擦係数
   をさらに取得し、
   前記パラメータ調整部は、前記情報取得部が取得した粘性摩擦係数の情報をも用いて前記物理量制御部のパラメータを調整する
   ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
9. 前記情報取得部は、物理量指令値の変化の傾きを前記対象物の弾性定数で除して得た値から、前記粘性摩擦係数を取得することを特徴とする
   ことを特徴とする請求項８記載のモータ制御装置。
10. 前記パラメータ調整部は、前記物理量制御部のパラメータを調整する際に、開ループ伝達特性のゲイン余裕及び位相余裕を算出し、算出した値が所定の範囲内になるように前記物理量制御部のパラメータを調整する
    ことを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
11. 前記パラメータ調整部は、前記情報取得部が取得した情報に基づいて、閉ループ伝達関数の極が所定の範囲内になるように前記物理量制御部のパラメータを調整する
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
12. 前記パラメータ調整部は、加圧対象物が変更された際に、変更前の加圧対象物の弾性定数と、加圧対象物の変更前の前記物理量制御部のパラメータとの積を比例乗数とし、変更後の加圧対象物の弾性定数に反比例して、加圧対象物の変更後の前記物理量制御部のパラメータを調整する
    ことを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。

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