KR101115698B1

KR101115698B1 - 전동기 제어 장치

Info

Publication number: KR101115698B1
Application number: KR1020067019887A
Authority: KR
Inventors: 야스후미 요시우라; 야스히코 가쿠; 게이세이 이노키; 웬농 장
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2012-03-06
Also published as: JP4779969B2; CN100424981C; DE112005000681B4; CN1938934A; US20070210731A1; DE112005000681T5; US7345443B2; JPWO2005093939A1; KR20060127233A; WO2005093939A1

Abstract

본 발명은 큰 관성 모멘트비에 대해서도 제어 성능을 확보할 수 있는 전동기 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

관성 모멘트가 미지인 기구를 구동하는 전동기(18)의 위치 검출부(lB)와, 속도 연산부(1C)와, 위치 지령과 전동기의 위치와의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부(15)와, 속도 지령과 전동기의 속도와의 차를 입력하는 속도 제어부(16)와, 토크 지령으로부터 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부(17)와, 토크 지령과 전동기의 속도로부터 전동기의 외란을 추정하고, 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부(13)를 구비한 전동기 제어 장치에 있어서, 속도 지령을 입력하고 위상을 진행시킨 속도를 새로운 속도 지령으로 하여 속도 제어부에 입력하는 위상 보상부(14)를 구비하고, 실제의 관성 모멘트에 대한 설정값의 오차에 의해 발생하는 전동기의 토크를 외란으로 간주하여, 그것을 관성 변동 억제부(13) 및 위상 보상부(14)에서 보상한다.

Description

전동기 제어 장치{MOTOR CONTROLLER}

본 발명은, 전동기를 제어하는 제어 장치에 관한 것이다.

전동기 제어 장치에서는, 통상, 도 15(a)에 도시된 바와 같이, 토크(추력) 제어부(17)(제어계의 상세한 것은 도시 생략)의 외측에 속도 제어계(20)를 구성하고, 속도 제어계(20)의 외측에, 위치 제어부(15)를 갖는 위치 제어계를 구성하고 있다. 속도 제어계(20)는, 속도 지령과 전동기의 속도와의 편차에 근거하여 토크(추력) 지령을 생성하는 속도 제어부(16)와, 토크(추력) 제어부(17)와, 전동기(18)와, 기어 등의 구동부(19)와, 부하(1A)와, 전동기(18)의 위치를 검출하는 위치 검출부(1B)와, 위치 검출부(1B)로부터의 위치 신호에 근거하여 전동기 속도를 연산하는 속도 연산부(1C)를 구비하고 있다. 또한, 101, 102는 각 신호의 편차를 생성하는 감산기이다.

위치 제어계의 특성을 안정시키기 위해서는, 속도 제어계(20)의 특성에 변동이 없고, 안정되어 있을 필요가 있다.

속도 제어계(20)를 안정되게 하려면, 속도 게인(gain)의 변동이 없는 것이 필요하지만, 속도 게인의 계산에 필요한, 전동기(18)가 구동하는 부하(1A)의 관성 모멘트값이 미지(未知) 혹은 변동하는 경우가 있다. 전동기(18)의 관성 모멘트는 이미 알고 있으므로, 통상은 전동기(18)의 전동기 제어 장치의 속도 제어계(20)에 관성 모멘트비를 설정함으로써, 부하(1A)의 관성 모멘트값을 포함하여 속도 게인을 계산하는 경우가 많다.

전동기(18)가 장착된 기계의 구동부(19) 및 부하(1A)의 회전축 환산(가동 방향 환산)의 관성 모멘트를 J_L, 전동기의 회전자 관성 모멘트(가동자 관성 질량)를 J_m이라 하면, 관성 모멘트(관성 질량)비(J_ratio)는

J_ratio=J_L/J_m (1)

이 된다.

지금까지, 전동기로서 회전형 모터로 설명해 왔지만 리니어 모터에서도 설명 내용은 동일하므로, 설명의 편의상, 관성 모멘트(관성 질량)와 같이 리니어 모터 특유의 용어는 (＊)로 표현한다.

도 15(a)의 속도 제어계는 도 15(b)와 같이 실현할 수 있다. 도면에서, 1/(Js)의 블록은 전동기를 의미하고 있으며 입력이 토크이고 출력은 전동기 속도이다. J는 부하의 관성 모멘트(관성 질량)(J_L)와 전동기의 관성 모멘트(관성 질량)(J_m)의 합이다.

관성 설정부 내에서 관성 모멘트비를 이용하면, 포워드(forward) 게인은 (1)식으로부터

K_V×J_m(1＋J_ratio)=K_V(J_m+J_L)=K_V×J (2)

이 되고, 전동기까지 넣은 포워드 게인은

K_V×J(1/(Js))=K_V/s (3)

이 되며, 관성 모멘트비를 정확하게 설정함으로써, 속도 루프 게인(K_V)을 확정할 수 있다. 그러나, 부하 기계의 관성 모멘트를 미지인 경우나 이미 알고 있다 하더라도 크게 변동하는 경우에는, (3)식의 분자인 J(계산값)와 분모인 Js(기계의 물리량)가 같아지지 않기 때문에, 속도 게인(K_V)이 규정값으로부터 변동되어 버린다.

부하의 관성 모멘트(관성 질량)가 미지인 경우에 관성 모멘트(관성 질량)비를 동일시하는 방법도 있지만, 미소(微小) 이동 시(예를 들면, 100펄스 이동 정도)에는 관성 모멘트(관성 질량)비를 동일시할 수 없으며, 제어계의 게인의 밸런스가 나빠져, 제어계가 불안정해지고, 제어계가 발진(發振)하는 경우가 있었다.

그래서, 관성 모멘트(관성 질량)비를 동일시하는 대신에 외란 옵저버를 이용한 외란 억압 제어가 고려되어 왔다. 이 제어를 적용하면 관성 모멘트를 동일시하지 않고도, 올바른 관성 모멘트비(계산에서 구해진 관성 모멘트비가 실제의 관성 모멘트비와 거의 일치하는 관성 모멘트비)를 설정했을 때와 동등한 제어 성능이 얻어진다는 것이 10년 정도 전부터 학회 등에 발표되고 있다. 예를 들면, 이소가이(Isogai, 磯貝) 외, 「전동기 제어계에 대한 옵저버의 응용」제19회 SICE 학술 강연회 예고집, 1980년, p.371-372에서는, 2차계의 동일 차원 외란 옵저버로 추정한 전동기의 외란(외란에 상당하는 전류값으로서 검출)을 전류 지령에 피드백하고, 전 동기에 가해지는 외란의 영향을 저감하는 「외란 억압 제어계」를 구성하여, 외란의 영향을 저감하는 방법이 제안되고 있다.

그 후, 오이시(Oishi, 大石) 외, 「상태 관측기를 이용한 타려(他慮) 직류기의 1제어법」전기 학회 논문잡지, 1984년, B45 p.373-379에서, 부하 토크를 추정하기 위해, 1차계의 최소 차원 외란 옵저버의 구성 방법이 제안되고 있다.

또, M.Nakao, 등,「A ROBUST DECENTRALIZED JOINT CONTROL BASED ON INTERFERENCE ESTIMATION」IEEE Trans. Industrial Electronics, 1987년, IE-34 p.326-331에서, 1차계의 최소 차원 외란 옵저버를 이용한 외란 억압 제어로 관성 모멘트의 변동에 의한 제어계의 특성 변동을 저감할 수 있다는 것이 개시되어, 부하 관성 모멘트가 1.7배 변동하여도 제어계가 로버스트(특성 변동이 적은 것)라는 결과가 얻어져 있으며, 미야시타(Miyashita, 宮下) 외, 「전동기의 튜닝리스 제어」, 2000년, p.47-52에서는, 10배의 관성 모멘트의 변동에 대해 제어계가 로버스트한 것이 개시되고, 관련 특허로서 특허문헌 1이 출원되어 있다.

특허문헌 1은, 모터 토크에 비해 관성이 매우 큰 기계계를 구동하는 경우에, 외란 옵저버를 사용하여 외란 억압 제어를 행함으로써 속도 제어부에서 본 기계계의 관성 모멘트를 외관상, 작게 제어하는 것을 특징으로 하고 있다.

[특허문헌 1:일본국 특개평10-248286호 공보]

[특허문헌 2:일본국 특개2002-229605호 공보]

특허문헌 1에는 명기되어 있지 않지만, 전술한 미야시타 외의 문헌에 의하면, 종래의 외란 억압 제어 방법에서는, 관성 모멘트비로 10배 정도까지밖에 제어 성능을 확보할 수 없다는 문제가 있었다.

미야시타 외의 문헌과 같이, 도 16에 도시한 바와 같이 1차의 외란 옵저버를 이용하여 외란 억압 제어를 구성한 것이 있다. 이것은, 도 15의 속도 제어부(16)와 토크(추력) 제어부(17) 사이에, 파선으로 나타낸 관성 변동 억제부(13)를 추가한 것이다. 이 관성 변동 억제부(13)는, 전동기의 속도와 토크(추력) 지령에 근거하여 외란 요소를 연산하는 외란 옵저버(10)와 그 출력에 게인(12)을 곱하여 추정 외란 토크(추력)로서 토크(추력) 지령에 가산하고(가산기(103)), 새로운 토크(추력) 지령으로서 출력하는 토크 제어부(17)를 구비하고 있다.

이와 같이 관성 변동 억제부(13)를 이용하여 전동기의 속도를 계산기로 시뮬레이션한 결과의 예를 도 17에 도시한다. 도 17의 그래프 (a)는 관성 모멘트비가 0배(모터 단체(單體))일 때로서 안정된 응답이 되도록 게인을 조정한다. 이 상태에서 관성 모멘트비를 10배로 하면, 도 17의 그래프 (b)의 응답이 되어, 모터 회전 속도가 가속에서 등속으로 변화한 직후의 파형이나 감속으로부터 제로 속도로 변화한 직후의 파형에 주목하면, O배와 거의 동등한 응답이 유지되고 있다. 관성 모멘트비를 25배로 하면, 도 17의 그래프 (c)에 도시한 바와 같이, 진동하고 있어, 제어계가 불안정해진다.

이 예로부터 알 수 있듯이, 종래 방법에서는, 관성 모멘트비가 10배 정도까지밖에, 안정되게 제어될 수 없다는 것을 알 수 있다.

또, 도 15(a)의 통상의 위치 제어계나 도 16에 도시한 외란 억압 제어를 조합한 위치 제어계에 있어서, 위치 게인을 상한까지 높인 후에, 위치 결정 시간을 더욱 단축하기 위해 피드포워드(feedforward)를 추가하는 경우가 많다. 여기서, 도 16을 제1 종래 기술의 제어 블록도로 한다.

도 20은, 제2 종래 기술의 제어 블록도이다. 예를 들면, 도면과 같이, 제1 종래 기술인 외란 억압 제어를 조합한 위치 제어계에 속도 피드포워드를 조합할 수 있다. 도면에서, 위치 지령으로부터 속도 FF부(1D)를 통과시켜 위치 제어부(15)의 출력인 속도 지령에 속도 피드포워드 신호를 가산한다. 또한, 이하의 설명(특히 도면)에서는 피드포워드를 FF라고 약기(略記)하는 경우가 있다. 통상, 속도 FF부(1D)는, 미분기나 근사 미분기(로우패스 필터와 미분기의 조합이나 하이패스 필터로 구성)을 이용하여 구성한다.

제2 종래 기술에 있어서, 속도 FF부(1D) 내의 속도 FF게인(도시 생략)을 90%로 했을 때의, 위치 결정 동작 시의 응답(계산 시뮬레이션 결과)를 도 21에 나타낸다. 도면에서, 속도 제어부(16)에 올바른 관성 모멘트(관성 질량)비를 설정했을 때의 전동기의 속도 파형과 속도 제어부(16)의 설정은 그대로로 하여, 부하 관성 모멘트(관성 질량)가 증가함으로써, 관성 모멘트비가 커지는 경우(2배, 10배)의 전동기의 속도 파형을 나타낸다. 또한, 위치 지령 속도란, 위치 지령을 미분한 속도 성분을 의미하고 있다. 위치 제어계의 응답에 시간 지연이 없으면, 전동기의 속도는 위치 지령 속도에 일치한다.

도 17의 결과와 비교하면, 관성 모멘트비가 0배, 2배일 때는 피드포워드의 효과로 응답이 빨라지고 있지만, 관성 모멘트비가 10배일 때는 전동기 속도가 가속에서 등속도로 변화한 직후나 감속에서 제로 속도로 변화한 직후의 파형이 진동하 고 있어, 제어계가 불안정하게 되어 있다. 즉, 속도 FF를 적용하면 관성 모멘트 변동에 로버스트한 범위가 10배에서 2배 정도까지 악화되는 것을 알 수 있다.

도 22는, 제3 종래 기술의 제어 블록도이다. 위치 결정 시간을 단축하기 위해, 도면과 같이, 제1 종래 기술인 외란 억압 제어를 조합한 위치 제어계에, 속도 FF와 토크 FF를 추가하는 경우도 많다. 도면에서, 위치 지령을 입력하는 지령 필터부(1F)의 출력으로부터 속도 FF부(1D)를 통과시켜 위치 제어부(15)의 출력인 속도 지령에 속도 FF신호를 가산함과 동시에, 토크 FF부(1E)를 통과시켜 토크 지령에 가산하고 있다. 토크 FF부(1E)는, 미분기를 2단 직렬로 접속한 2회 미분기나 근사 미분기를 2단 직렬로 함으로써 실현할 수 있다.

제3 종래 기술에 있어서, 속도 FF부(1D) 내의 속도 FF부 내의 속도 FF게인(도시 생략)을 100%, 토크 FF게인을 70%로 했을 때의 위치 결정 동작 시의 응답(계산기 시뮬레이션 결과)을 도 23에 나타낸다. 도면에서, 속도 제어부(16)에 올바른 관성 모멘트(관성 질량)비를 설정했을 때의 전동기의 속도 파형과, 속도 제어부(16)의 설정은 그대로 하여 부하 관성 모멘트(관성 질량)가 증가함으로써, 관성 모멘트비가 커지는 경우(3배, 10배)의 전동기의 속도 파형을 나타낸다. 도 17의 결과와 비교하면, 관성 모멘트비가 0배, 3배일 때는 피드포워드의 효과로 응답이 빨라지지만, 관성 모멘트비가 10배일 때는 전동기 속도가 가속에서 등속도로 변화한 직후나 감속에서 제로 속도로 변화한 직후의 파형이 진동되어, 제어계가 불안정하게 되어 있다. 즉, 속도 FF 및 토크 FF를 적용하면 관성 모멘트 변동에 로버스트한 범위가 10배에서 3배 정도까지 악화되는 것을 알 수 있다.

이상과 같이, 관성 변동 억제부(13)를 적용한 종래의 위치 제어계에 피드포워드를 적용하면, 관성 모멘트 변동에 대해 로버스트한 범위가 종래의 10배로부터 2에서 3배 정도까지 큰 폭으로 악화되는 큰 문제가 있다. 관성 모멘트의 허용 변동 범위를 크게 하고자 하면, 피드포워드 효과를 저감할 필요가 있고, 위치 결정 시간을 단축할 수 없으며, 또, 위치 결정 시간을 충분히 단축하고자 하면, 관성 모멘트의 허용 변동 범위가 2에서 3배 정도로, 적용 범위가 좁아지기 때문에 실용적이지 못하게 된다는 큰 과제가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 큰 관성 모멘트비(관성 질량비)에 대해서도 제어 성능을 확보할 수 있는 전동기 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 다음과 같이 구성하였다.
본 발명의 제1 구성은, 관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 토크 지령과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하고, 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서, 저역통과 필터를 갖고, 상기 저역통과 필터의 차단주파수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 속도 지령을 입력하여 상기 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도 지령을 출력하는 위상 보상부와, 상기 새로운 속도 지령과 상기 전동기의 속도의 차를 입력하여 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 것이다.

본 발명의 제2 구성은, 관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 토크 지령과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하고, 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서, 저역통과 필터를 갖고, 상기 저역통과 필터의 시정수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 전동기의 속도와 상기 토크 지령을 입력하고, 상기 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도를 출력하는 위상 보상부와, 상기 속도 제어부 대신에, 상기 속도 지령과 상기 새로운 속도의 차를 입력하여 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 것이다.

본 발명의 제3 구성은, 관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 토크 지령과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하고, 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서, 제1 저역통과 필터를 갖고, 상기 제1 저역통과 필터의 차단주파수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 제1 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 속도 지령을 입력하여 상기 제1 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도 지령을 출력하는 제1 위상 보상부와, 제2 저역통과 필터를 갖고, 상기 제2 저역통과 필터의 시정수를, 상기 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 제2 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 전동기의 속도와 상기 토크 지령을 입력하고, 상기 제2 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도를 출력하는 제2 위상 보상부와, 상기 새로운 속도 지령과 상기 새로운 속도의 차를 입력하고, 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 것이다.

본 발명의 제4 구성은, 관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치와의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 토크 지령과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하고, 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서, 저역통과 필터를 갖고, 상기 저역통과 필터의 시정수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 전동기의 속도와 상기 토크 지령을 입력하여, 상기 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도를 출력하는 위상 보상부와, 속도 지령과 상기 새로운 속도의 차를 입력하여 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 것이다.

본 발명의 제5 구성은, 관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 상기 위치 지령을 입력하고 속도 피드포워드 신호를 출력하는 속도 피드포워드부와, 토크 지령과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하여 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서, 저역통과 필터를 갖고, 상기 저역통과 필터의 차단주파수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 속도 지령과 상기 속도 피드포워드 신호의 합을 입력하고, 상기 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도 지령을 출력하는 위상 보상부와, 상기 새로운 속도 지령과 상기 전동기의 속도의 차를 입력하고, 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 것이다.

본 발명의 제6 구성은, 관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 상기 위치 지령을 입력하고 속도 피드포워드 신호를 출력하는 속도 피드포워드부와, 토크 지령과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하여 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서, 저역통과 필터를 갖고, 상기 저역통과 필터의 시정수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 전동기의 속도와 상기 토크 지령을 입력하고, 상기 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도를 출력하는 위상 보상부와, 상기 속도 지령과 상기 속도 피드포워드 신호의 합과 상기 새로운 속도의 차를 입력하고, 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 것이다.

본 발명의 제7 구성은, 관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 상기 위치 지령을 입력하고 속도 피드포워드 신호를 출력하는 속도 피드포워드부와, 토크 지령과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하여 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서, 제1 저역통과 필터를 갖고, 상기 제1 저역통과 필터의 차단주파수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 제1 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 속도 지령과 상기 속도 피드포워드 신호의 합을 입력하고, 상기 제1 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도 지령을 출력하는 제1 위상 보상부와, 제2 저역통과 필터를 갖고, 상기 제2 저역통과 필터의 시정수를, 상기 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 제2 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 전동기의 속도와 상기 토크 지령을 입력하고, 상기 제2 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도를 출력하는 제2 위상 보상부와, 상기 새로운 속도 지령과 상기 새로운 속도의 차를 입력하여 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 것이다.

본 발명의 제8 구성은, 관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 상기 위치 지령을 입력하고 속도 피드포워드 신호를 출력하는 속도 피드포워드부와, 상기 위치 지령을 입력하고 토크 피드포워드 신호를 출력하는 토크 피드포워드부와, 토크 지령과 상기 토크 피드포워드 신호의 합과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하고 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서, 저역통과 필터를 갖고, 상기 저역통과 필터의 차단주파수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 속도 지령과 상기 속도 피드포워드 신호의 합을 입력하고, 상기 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도 지령을 출력하는 위상 보상부와, 상기 새로운 속도 지령과 상기 전동기의 속도의 차를 입력하고, 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 것이다.

본 발명의 제9 구성은, 관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 상기 위치 지령을 입력하고 속도 피드포워드 신호를 출력하는 속도 피드포워드부와, 상기 위치 지령을 입력하고 토크 피드포워드 신호를 출력하는 토크 피드포워드부와, 토크 지령과 상기 토크 피드포워드 신호의 합과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하고 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서, 저역통과 필터를 갖고, 상기 저역통과 필터의 시정수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 토크 지령과 상기 토크 피드포워드 신호와의 합과 상기 전동기의 속도를 입력하고, 상기 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도를 출력하는 위상 보상부와, 상기 속도 지령과 상기 속도 피드포워드 신호의 합과 상기 새로운 속도의 차를 입력하고, 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 것이다.

본 발명의 제10 구성은, 관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 상기 위치 지령을 입력하고 속도 피드포워드 신호를 출력하는 속도 피드포워드부와, 상기 위치 지령을 입력하고 토크 피드포워드 신호를 출력하는 토크 피드포워드부와, 토크 지령과 상기 토크 피드포워드 신호의 합과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하고 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서, 제1 저역통과 필터를 갖고, 상기 제1 저역통과 필터의 차단주파수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 제1 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 속도 지령과 상기 속도 피드포워드 신호의 합을 입력하고, 상기 제1 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도 지령을 출력하는 제1 위상 보상부와, 제2 저역통과 필터를 갖고, 상기 제2 저역통과 필터의 시정수를, 상기 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 제2 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 토크 지령과 상기 토크 피드포워드 신호의 합과 상기 전동기의 속도를 입력하고, 상기 제2 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도를 출력하는 제2 위상 보상부와, 상기 새로운 속도 지령과 상기 새로운 속도의 차를 입력하고, 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 것이다.

본 발명의 제11 구성은, 속도 피드백 제어계를 갖고, 기계적으로 체결된 부하를 구동하는 전동기를 제어하는 전동기 제어 장치로서, 입력된 속도 지령에 대해서 위상 보상하는 제1 위상 보상부, 또는 입력되는 상기 전동기의 속도에 대해서 위상 보상하는 제2 위상 보상부와, 상기 전동기의 속도에 기초해서 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 산출하는 관성 변동 억제부를 구비하고, 상기 속도 피드백계에 있어서의 속도 루프게인에 따라, 상기 제1 위상 보상부 또는 상기 제2 위상 보상부에 있어서의 위상 보상값을 자동적으로 조정함과 더불어, 상기 새로운 토크 지령에 따라 상기 전동기를 제어하는 것이다.

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제1 구성의 발명에 의하면, 서보 파라미터를 변경하는 일 없이, 부하 관성 모멘트의 변동 범위가 종래예의 1.5배로 확대되더라도 관성 모멘트비의 설정이 불필요하며, 서보 성능을 확보할 수 있다. 또, 위상 보상부 안의 저역통과 필터 차단주파수를 속도 루프 게인의 함수로써 자동적으로 변경하는 것으로, 서보 성능 변화를 신경쓰는 것 없이 속도 루프 게인을 가변할 수 있는 효과가 있다.

제2 구성의 발명에 의하면, 부하 관성 모멘트의 변동 범위가 종래예의 2.5배로 확대되더라도, 관성 모멘트비의 설정이 불필요하며, 서보 성능을 확보할 수 있다. 또, 제1 구성의 발명과 비교하여, 위치 결정 시간을 단축할 수 있는 효과도 있다. 또한, 위상 보상부 안의 저역통과 필터의 시정수를 속도 루프 게인의 함수로써 자동적으로 변경하는 것으로, 서보 성능 변화를 신경쓰는 것 없이 속도 루프 게인을 가변할 수 있는 효과가 있다.

제3 구성의 발명에 의하면, 부하 관성 모멘트의 변동 범위가 종래예의 3배로 확대되더라도, 관성 모멘트비의 설정이 불필요하며, 서보 성능을 확보할 수 있다.

또, 관성 변동에 대해, 정확한 관성 모멘트비를 설정한 경우와 동일한 응답 파형이 되므로, 관성 모멘트비가 다른 복수 축에서의 궤적 제어로, 궤적의 오차가 적은 동작이 가능하다는 효과도 있다. 또, 위상 보상부 안의 저역통과 필터의 시정수를 속도 루프 게인의 함루로써 자동적으로 변경하는 것으로, 서보 성능 변화를 신경쓰는 것 없이 속도 루프 게인을 가변할 수 있는 효과가 있다. 또한, 위상 보상부 안의 저역통과 필터 차단주파수를 속도 루프 게인의 함수로써 자동적으로 변경하는 것으로, 서보 성능 변화를 신경쓰는 것 없이 속도 루프 게인을 가변할 수 있는 효과가 있다.

삭제

제4 구성의 발명에 의하면, 전동기 제어 장치가 속도 제어 장치로써 작동하는 경우에 있어서도, 서보 파라미터를 변경하는 것 없이, 전동기 제어 장치가 위치 제어 장치로써 작동하는 경우와 같은 효과가 있다.

또한, 전동기 제어 장치가 속도 제어 장치로써 작동하는 경우에 있어서도, 위상 보상부 안의 저역통과 필터의 시정수를 속도 루프 게인의 함수로써 자동적으로 변경하는 것으로, 서보 성능 변화를 신경쓰는 것 없이 속도 루프 게인을 가변할 수 있는 효과가 있다.

제5, 6, 7 구성의 발명에 의하면, 위치 제어계에 속도 피드포워드를 적용한 경우, 로버스트 범위의 확보와 응답의 고속화의 양립이라고 하는, 종래 기술에서는 달성할 수 없었던 과제를 해결할 수 있다는 큰 효과가 있다. 또, 제5 또는 7 구성의 발명에 의하면, 위상 보상부 안의 저역통과 필터 차단주파수를 속도 루프 게인의 함수로써 자동적으로 변경하는 것으로, 서보 성능 변화를 신경쓰는 것 없이 속도 루프 게인을 가변할 수 있는 효과가 있다. 또한, 제6 또는 7 구성의 발명에 의하면, 위상 보상부 안의 저역통과 필터의 시정수를 속도 루프 게인의 함수로써 자동적으로 변경하는 것으로, 서보 성능 변화를 신경쓰는 것 없이 속도 루프 게인을 가변할 수 있는 효과가 있다.

제8, 9, 10 구성의 발명에 의하면, 위치 제어계에 속도 피드포워드와 토크 피드포워드를 적용한 경우, 로버스트 범위의 확보와 응답의 고속화의 양립이라고 하는, 종래 기술에서는 달성할 수 없었던 과제를 해결할 수 있다는 큰 효과가 있다. 또, 제8 또는 10 구성의 발명에 의하면, 위상보상부 안의 저역통과 필터 차단주파수를 속도 루프 게인의 함수로써 자동적으로 변경하는 것으로, 서보 성능 변화를 신경쓰는 것 없이 속도 루프 게인을 가변할 수 있는 효과가 있다. 또한, 제9 또는 10 구성의 발명에 의하면, 위상 보상부 안의 저역통과 필터의 시정수를 속도 루프 게인의 함수로써 자동적으로 변경하는 것으로, 서보 성능 변화를 신경쓰는 것 없이 속도 루프 게인을 가변할 수 있는 효과가 있다.

제11 구성의 발명에 의하면, 상기 제1 내지 10 구성의 발명의 효과 가운데, 적어도 하나의 효과를 나타내는 것이 가능하다.

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도 1은 본 발명의 실시예 1의 제어 블록도,

도 2는 실시예 1에 있어서의 관성 변동 억제부의 일례를 도시한 제어 블록도,

도 3은 실시예 1에 있어서의 관성 변동 억제부의 다른 예를 도시한 제어 블록도,

도 4는 실시예 1에 있어서의 관성 변동 억제부의 또 다른 예를 도시한 제어 블록도,

도 5는 실시예 1에 있어서의 위상 보상부의 제어 블록도,

도 6은 실시예 1에 있어서의 1차 외란 옵저버와 위상 진행 필터를 병용한 위치 제어계의 응답을 나타낸 그래프,

도 7은 실시예 1에 있어서의 1차 외란 옵저버와 위상 진행 필터를 병용한 위치 제어계의 위치 결정 시간을 나타낸 그래프,

도 8은 본 발명의 실시예 2의 제어 블록도,

도 9는 실시예 2에 있어서의 1차 외란 옵저버와 위상 보상 속도 옵저버를 병용한 위치 제어계의 위치 결정 시간을 나타낸 그래프,

도 1O은 실시예 2에 있어서의 외란 옵저버와 위상 보상 속도 옵저버와 저역 통과 필터를 병용한 위치 제어계의 응답을 나타낸 그래프,

도 11은 본 발명의 실시예 3의 제어 블록도,

도 12는 실시예 3에 있어서의 외란 옵저버와 위상 보상 속도 옵저버와 위상 진행 필터를 병용한 위치 제어계의 응답을 나타낸 그래프,

도 13은 실시예 3에 있어서의 1차 외란 옵저버와 위상 보상 속도 옵저버를 병용했을 때의 속도 루프 게인과 위상 보상 속도 옵저버 저역 통과 필터 시정수의 관계를 나타낸 그래프,

도 14는 실시예 3에 있어서의 2차 외란 옵저버와 위상 보상 속도 옵저버를 병용했을 때의 속도 루프 게인과 위상 보상 속도 옵저버 저역 통과 필터 시정수의 관계를 나타낸 그래프,

도 15는 일반적인 전동기의 위치 제어계의 블록도,

도 16은 제1 종래 기술의 제어 블록도,

도 17은 제1 종래 기술에 있어서 1차 외란 옵저버를 적용한 위치 제어계의 응답을 나타낸 그래프,

도 18은 실시예 1에 있어서의 1차 외란 옵저버와 위상 진행 필터를 병용했을 때의 속도 루프 게인과 위상 진행 필터 저역 통과 필터 차단 주파수의 관계를 나타낸 그래프,

도 19는 실시예 1에 있어서의 2차 외란 옵저버와 위상 진행 필터를 병용했을 때의 속도 루프 게인과 위상 진행 필터 저역 통과 필터 차단 주파수의 관계를 나타낸 그래프,

도 20은 제2 종래 기술의 제어 블록도,

도 21은 제2 종래 기술에 있어서 속도 FF를 적용한 위치 제어계의 응답을 나타낸 그래프,

도 22는 제3 종래 기술의 제어 블록도,

도 23은 제3 종래 기술에 있어서 속도 FF와 토크 FF를 적용한 위치 제어계의 응답을 나타낸 그래프,

도 24는 본 발명의 실시예 9의 제어 블록도,

도 25는 실시예 9에 있어서의 속도 FF를 적용한 위치 제어계의 응답을 나타낸 그래프,

도 26은 본 발명의 실시예 1O의 제어 블록도,

도 27은 실시예 10에 있어서의 속도 FF와 토크 FF를 적용한 위치 제어계의 응답을 나타낸 그래프,

[부호의 설명]

10: 외란 옵저버 11: 저역 통과 필터

12: 게인 13: 관성 변동 억제부

14: 위상 보상부 15: 위치 제어부

16: 속도 제어부 17: 전동기의 토크(추력) 제어부

18: 전동기 19: 구동부

20: 속도 제어계 1A: 부하

1B: 위치 검출부 1C: 속도 연산부

1D: 속도 피드포워드부 1E: 토크 피드포워드부

1F: 지령 필터부 21: 옵저버 게인

22: 옵저버 적분 게인 23: 관성 모멘트(관성) 보정부

24: 적분 연산부 31: 옵저버 게인

41: 옵저버 게인 42: 옵저버 게인

51: 저역 통과 필터 52: 고역 통과 필터

61: 위상 보상부 62: 제어 대상의 모델

63: 제어기 64: 저역 통과 필터

101: 감산기 102: 감산기

103: 가산기 104: 감산기

208: 가산기 209: 감산기

이하, 본 발명에 따른 전동기 제어 장치의 구체적 실시예를, 도면에 근거하여 설명한다.

[실시예 1]

도 1은, 본 발명의 실시예 1의 구성을 도시한 제어 블록도이다.

도 1에 있어서, 본 실시예 1의 전동기 제어 장치는, 위치 지령과 전동기 위치와의 편차에 근거하여 속도 지령을 출력하는 위치 제어부(15)와, 속도 지령의 위상 보상을 행하는 위상 보상부(14)와, 위상 보상된 속도 지령과 전동기의 속도와의 편차에 근거하여 토크(추력) 지령을 생성하는 속도 제어부(16)와, 관성 변동 억제부(13)와, 토크(추력) 제어부(17)와, 전동기(18)와, 기어 등의 구동부(19)와, 부하(1A)와, 전동기(18)의 위치를 검출하는 위치 검출부(1B)와, 위치 검출부(1B)로부터의 위치 신호에 근거하여 전동기 속도를 연산하는 속도 연산부(1C)를 구비하고 있다. 관성 변동 억제부(13)는, 전동기의 속도와 토크(추력) 지령에 근거하여 외란 요소를 연산하는 외란 옵저버(10)와, 그 출력의 고조파 잡음을 제거하는 저역 통과 필터(11)와, 그 출력에 게인(12)을 곱하여 추정 외란 토크(추력)로서 토크(추력) 지령에 가산하고, 새로운 토크(추력) 지령으로서 출력하는 가산기(103)를 구비하고 있다.

이상의 구성의 전동기 제어 장치에 있어서는, 파워업(도시 생략)을 포함한 전동기의 토크(추력) 제어부(17)에서 전동기(18)를 구동한다. 전동기(18)는 기구(도시 생략)의 구동부(19)를 구동하기 때문에, 전동기가 회전형 모터인의 경우, 전동기(18)의 관성 모멘트에 부하(1A)가 되는 기계의 관성 모멘트가 추가가 된다. 전동기가 리니어 모터인 경우, 리니어 모터의 관성 질량에 부하(1A)가 되는 기계의 관성 질량이 추가가 된다. 이하, 회전형 모터와 리니어 모터를 포함하여 전동기라고 부른다(구별하는 경우는, 회전형 모터 혹은 리니어 모터라고 부른다).

또 이후는 회전형 모터를 예로써 설명을 하지만, 토크를 추진력으로 치환하면, 리니어 모터의 경우도 완전히 동일하게 실시할 수 있다. 리니어 모터에서의 용어의 치환은 「토크(추력)」와 같이 ( )를 붙여 표현한다.

전동기(18)의 위치를 인코더나 리니어 스케일 등의 위치 검출부(1B)에서 검출하고, 위치 검출부(1B)의 출력을 속도 연산부(1C)에 입력함으로써, 검출한 위치로부터 속도를 연산한다. 속도 연산부(1C)는, 미분기 등을 이용하면 된다.

본 발명에서는, 종래 기술의 문제를 해결하기 위해, 하기와 같이 통상의 속도 제어계에 관성 변동 억제부(13)와 위상 보상부(14)를 조합한다.

속도 지령을 위상 보상부(14)에 입력하고, 위상 보상부(14)의 출력을 새로운 속도 지령으로 한다.

새로운 속도 지령과 속도 피드백 신호의 차를 속도 제어부(16)에 입력하고, 속도 제어부(16)의 출력은 관성 변동 억제부(13)에 입력한다.

관성 변동 억제부(13)의 출력을 토크(추력) 지령으로 하여, 전동기의 토크(추력) 제어부(17)에 입력함으로써 속도 제어계를 구성할 수 있다.

또, 위치 검출부(1B)의 출력과 위치 지령의 차를 위치 제어부(15)에 입력하고, 위치 제어부(15)의 출력을 속도 지령으로 함으로써 위치 제어계를 구성할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 관성 변동 억제부(13)는, 전동기 속도를 외란 옵저버(10)에 입력하고, 외란 옵저버(10)의 출력을 저역 통과 필터(11)에 입력하여, 저역 통과 필터(11)의 출력에 게인(12)을 곱한 출력과 상기 속도 제어부(16)의 출력인 토크(추력) 지령을 가산하고, 가산한 출력을 새로운 토크(추력) 지령으로 하여 상기 외란 옵저버(10)에 입력함과 동시에 전동기의 토크(추력) 제어부(17)에 입력한다. 저역 통과 필터(11)는, 통상은 필요 없지만, 노이즈가 많은 환경에서 노이즈 필터로서 기능시킨다.

외란 옵저버(10)는 공지(公知)한 외란 옵저버로 구성할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이 2차 외란 옵저버로 구성하면 된다.

도 2의 외란 옵저버(10)에서는, 전동기의 속도와 적분 연산부(24)의 출력과의 편차에 옵저버 게인(21) 및 옵저버 적분 게인(22)이 곱해지고, 그들 출력의 출력의 합과, 관성 모멘트(관성 질량) 보정부(23)의 출력의 합이 적분 연산부(24)에 의해 적분되어, 전동기 속도와의 차를 두고 귀환된다. 도면에서 201은 감산기, 202, 203은 가산기이다.

혹은 도 3에 도시한 바와 같이 1차 외란 옵저버로 구성하면 된다.

도 3의 외란 옵저버(10)에서는, 전동기의 속도와 적분 연산부(24)의 출력과의 편차에 옵저버 게인(31)이 곱해지고, 그 출력과 관성 모멘트(관성 질량) 보정부(23)의 출력과의 합이 적분 연산부(24)에 의해 적분되어, 전동기의 속도와의 차를 두고 귀환된다.

혹은 도 4에 도시한 바와 같이 다른 1차 외란 옵저버로 구성하면 된다. 도 4의 외란 옵저버(10)에서는, 전동기의 속도에 옵저버 게인(41)이 곱해지고, 그 출력과 새로운 토크(추력) 지령과의 합에 적분 연산부(24)의 출력을 감한 것에 옵저버 게인(42)을 곱한 것이, 적분 연산부(24)에 입력된다. 적분 연산부(24)의 출력과 옵저버 게인(41)의 출력과의 차가, 저역 통과 필터(11)에 출력된다. 도면에서 205는 가감산기, 206은 감산기이다.

제1 실시예에서의 위상 보상부나 제3 실시예에서의 제1 위상 보상부의 목적은, 특정의 주파수 범위만 위상을 진행시킴으로써, 저역 통과 필터에서만은 위상이 진행되지 않고, 고역 통과 필터에서만은 필요가 없는 저주파수대까지 위상이 진행되어 버리고, 또, 고역 통과 필터에서는, 본래 속도 루프 게인이나 속도 적분으로 보상되는 저주파수대의 게인이 내려가 버린다. 따라서, 위상 보상부(14)는, 예를 들면, 도 5에 도시한 바와 같이, 저역 통과 필터(51)와 고역 통과 필터(52)를 병행 설치하고, 각각의 출력을 가산기(207)로 가산하여 출력하는 구성의, 위상 진행 필터를 이용한 제어 블록으로 하면 된다.

일반적으로는, 위상 진행 필터의 전달 함수 G(s)는 (8)식으로 표현되고, 저감 통과 필터의 시정수(T₁)와 고역 통과 필터의 시정수(T₂)의 관계가, 1/T₂＜1＜/T₁의 조건이 되도록 각 시정수를 조정하는, 즉 저역 통과 필터의 차단 주파수(ω₁)(=1/T₁)와 고역 통과 필터의 차단 주파수(ω₂)(=1/T₂)의 관계가ω₂＜ω₁이 되도록 각 차단 주파수를 조정함으로써 위상 지연을 개선할 수 있다. 반대의 조건이면, 위상 지연 필터가 되어 위상 진행 효과가 없어져 버린다.

G(s)=(1＋sT₂)/(1+sT₁)

=1/(1+sT₁)＋sT₂/(1+sT₁)

=ω₁/(ω₁＋s)＋T₂ω₁s/(ω₁+s) (8)

또, 위상 진행 필터의 구성으로서, 다음 식 (9)와 같이 쓰는 것도 가능하다.

G(s)=ω₁/(ω₁＋s)＋T₁ω₂s/(ω₂+s) (9)

이때, 저역 통과 필터(51)의 차단 주파수를 고역 통과 필터(52)의 차단 주파수보다 크게 함으로써 위상 진행 필터가 된다.

1차 외란 옵저버에서 관성 변동 억제부를 구성하여 위상 진행 필터를 위상 보상부로 했을 때의 계산기 시뮬레이션 결과를 도 6에 나타낸다.

도 6은, 속도 제어부에 올바른 관성 모멘트(관성 질량)비를 설정했을 때의 전동기의 속도와 본 실시예의 구성에서 관성 모멘트(관성 질량)비가 0배, 5배, 10배, 15배일 때의 전동기의 속도이다(계산기 시뮬레이션 결과). 이들 도면에서 전동기의 속도가 가속에서 등속으로 변화한 직후의 파형이나 감속에서 제로 속도로 변화한 직후의 파형(도면에서, 타원으로 둘러싼 부분)를 비교하면, 관성 모멘트(관성 질량)비가 0배, 5배, 10배, 15배일 때의 모든 그래프가 겹쳐져 있어, 거의 동일한 응답으로 되어 있다.

즉, 본 실시예에서는 관성 모멘트(관성 질량)비가 15배까지는 보상할 수 있게 되어, 종래예보다 로버스트성이 1.5배로 향상되어 있다.

따라서, 본 실시예에서는, 종래예보다 광범위한 관성 모멘트(관성 질량)비까 지 제어계를 안정화할 수 있어, 위치 결정 응답은 부하에 상관없이 일정하게 된다.

[실시예 2]

실시예 1에서는, 제어계의 안정성을 향상할 수 있고, 안정된 관성 모멘트(관성 질량)비가 확대되고 있지만, 위치 제어계 내에 필터를 넣기 때문에, 응답이 지연된다는 과제가 있다. 도 7에, 예를 들면, 관성 모멘트(관성 질량)비가 15배일 때에서, 실시예 1의 제어를 행한 경우와 관성 모멘트(관성 질량)비가 0배일 때의 위치 결정 응답을 나타낸다. 도 7은 위치 결정 시간을 비교한 결과로서, 위치 편차 파형이 O이 되는 시간을 비교하면, 관성 모멘트(관성 질량)비에 올바른 값을 설정했을 때와 비교하여 위치 결정 시간이 연장되어 있음을 알 수 있다. 또, 관성 모멘트(관성 질량)비가 커지는 만큼 위치 결정 시간이 연장되어 있음을 알 수 있다.

이 과제를 해결하기 위해서는, 위상 보상부로서, 예를 들면, 본 출원인에 의한 일본국 특개2002-229605호 공보(특허문헌 2)에 기재된 속도 옵저버를 이용하여 도 8에 도시한 바와 같은 제어 블록으로 하면 된다.

도 8(a)에 도시한 실시예 2에 있어서는, 도 1에 도시한 실시예 1의 구성의 위상 보상부(14) 대신에, 토크(추력) 지령과 전동기의 속도에 근거하여 위상 보상을 행하는 위상 보상부(61)를 설치하고 있다. 즉, 속도 연산부(1C)의 출력을 위상 보상부(61)와 관성 변동 억제부(13) 내의 외란 옵저버(10)에 입력하여 위상 보상부(61)의 출력(전동기의 추정 속도)을 새로운 속도 피드백 신호로 한다. 위상 보상부(61)는, 도 8(b)에 도시한 바와 같이, 토크(추력) 지령을 제어 대상의 모델(62) 에 입력하고, 그 출력을 저역 통과 필터(64)에 통과시켜 위상 보상 신호를 생성하고, 전동기의 속도와의 편차를 제어기(63)를 통과시켜 토크(추력) 지령을 입력하고 있는 가산기(208)에 피드백한다. 도면에서 208은 가산기, 209는 감산기이다.

도 8(a)로 돌아가, 속도 지령과 새로운 속도 피드백 신호의 차를 감산기(104)에서 생성하여 속도 제어부(16)에 입력하고, 속도 제어부(16)의 출력은 위상 보상부(61)와 관성 변동 억제부(13)에 입력한다.

관성 변동 억제부(13)의 출력을 새로운 토크(추력) 지령으로 하여, 전동기의 토크(추력) 제어부(17)에 입력함으로써 속도 제어계를 구성할 수 있다. 특허문헌 2에서 설명하는 바와 같이, 이 속도 옵저버는, 속도를 추정할 뿐만 아니라 위상을 진행시킬 수 있기 때문에, 속도 제어계의 위상을 진행시킴으로써 위치 제어계의 위상 여유를 개선할 수 있다. 이로써 응답이 안정화되고, 관성 변동 범위를 확대할 수 있다.

도 9는, 속도 제어부(16)에 올바른 관성 모멘트(관성 질량)비를 설정했을 때의 전동기의 속도와 본 실시예 2의 속도 제어부에서 관성 모멘트(관성 질량)비가 0배, 25배일 때의 전동기의 위치 편차 파형이다(계산기 시뮬레이션 결과). 0배와 25배의 그래프가 겹쳐져 있는 것으로부터, 관성 모멘트비가 0배일 때와 25배 일 때에서 위치 결정 시간이 거의 동일하게 되는 효과를 확인할 수 있다.

또, 올바른 관성 모멘트(관성 질량)비를 속도 연산부에 설정했을 때보다 위치 결정 시간이 단축되어 있다.

즉, 본 실시예에서는, 종래예보다 광범위한 관성 모멘트(관성 질량)비까지 제어계를 안정화할 수 있고, 위치 결정 응답은 부하에 상관없이 일정하며, 또한 올바른 관성 모멘트비(관성 질량)를 설정했을 때보다 위치 결정 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

[실시예 3]

실시예 2의 구성은, 속도 제어계에 올바른 관성 모멘트(관성 질량)비를 설정했을 때보다, 항상 응답이 빨라져, 위치 결정 동작 등에는, 매우 적합하다.

그러나, 궤적 제어 동작에서는, 예를 들면 X와 Y 2축의 동작을 균형있게 할 필요가 있어, 1축만 응답이 너무 빠르면 궤적 정밀도는 좋아지지 않는다. 이 경우는, 올바른 관성 모멘트(관성 질량)비를 설정했을 때와 동일한 응답이 필요하다.

통상은, 실시예 2의 구성에서 응답을 약간 늦도록 조정하기 때문에, 위치 지령에 저역 통과 필터를 이용하면 되는 것으로 생각하기 쉽지만, 이렇게 하면 도 10에 도시한 바와 같이, 관성 모멘트(관성 질량)비를 맞춘 경우의 응답과 위치 결정 시간을 맞추어도, 응답 전체의 파형이 어긋나버려 동일한 응답을 실현할 수 없다.

이 과제를 해결하기 위해서는, 로버스트한 성질을 가지면서, 응답이 약간 지연되는 보상 방법이 불가결하다고 생각하여, 실시예 1의 위상 보상부와 실시예 2의 위상 보상부를 조합하는 발상에 이르렀다.

구체적으로는 도 11에 도시한 바와 같이, 통상의 속도 제어계에 관성 변동 억제부(13)와, 제1 위상 보상부(14)(실시예 1의 위상 보상부(14)와 동일) 및 제2 위상 보상부(61)(실시예 2의 위상 보상부(61)와 동일)를 조합한다.

속도 지령을 제1 위상 보상부(14)에 입력하고, 제1 위상 보상부(14)의 출력 을 새로운 속도 지령으로 한다.

제2 위상 보상부(61)의 출력을 새로운 속도 피드백 신호로 하여, 새로운 속도 지령과 새로운 속도 피드백 신호의 차를 속도 제어부(16)에 입력하고, 속도 제어부(16)의 출력을 관성 변동 억제부(13)와 제2 위상 보상부(61)에 입력한다.

관성 변동 억제부(13)의 출력을 새로운 토크(추력) 지령으로 하여, 전동기의 토크(추력) 제어부(17)에 입력함으로써 속도 제어계를 구성할 수 있다.

또한, 제1 위상 보상부는, 제1 실시예와 마찬가지로 도 5와 같이 구성하면 되고, 제2 위상 보상부는 실시예 2와 마찬가지로 도 8(b)와 같이 구성하면 된다.

도 12는, 속도 제어부(16)에 올바른 관성 모멘트(관성 질량)비를 설정했을 때의 전동기의 속도와 본 실시예의 구성에서 관성 모멘트(관성 질량)비가 0배, 15배, 25배, 30배일 때의 전동기의 속도이다(계산기 시뮬레이션 결과). 이러한 도면에서 전동기의 속도가 가속에서 등속으로 변화한 직후의 파형이나 감속에서 제로 속도로 변화한 직후의 파형(도면에서, 타원으로 둘러싼 부분)을 비교하면, 모든 그래프가 겹쳐져 있으며, 거의 동일한 응답으로 되어 있다. 즉, 제1과 제2의 2개의 위상 보상부를 조합함으로써, 응답은 올바른 관성 모멘트(관성 질량)비를 설정했을 때와 거의 동일하며, 또한 관성 변동에 대한 로버스트 범위가 30배까지 확대되어 있다.

본 실시예에서는, 종래예의 10배보다 넓은 30배의 관성 모멘트(관성 질량) 비까지 제어계를 안정화할 수 있어, 위치 결정 응답은 부하에 상관없이 올바른 관성 모멘트(관성 질량)비를 설정했을 때와 동등하게 할 수 있는 효과가 있다.

[실시예 4]

실시예 2에서 설명한 바와 같이, 제어계에 관성 모멘트(관성 질량)비를 설정하지 않고도 도 8(a)에 도시한 바와 같이, 관성 변동 억제부(13)와 위상 보상부(61)만으로 관성 변동을 억제할 수 있다. 이때, 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)을 높이면 위상 보상부(61)에서 보상해야 할 위상에 오차가 생기기 때문에, 진동이 발생하게 된다. 그 때문에, 위상 보상부(61)의 보상하는 위상을 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)에 따라 재조정할 필요가 있다.

예를 들면, 특허 문헌 2에 기재된 바와 같은 속도 옵저버를 위상 보상으로 하는 경우, 도 8(b)에 도시한 바와 같이, 속도 옵저버의 저역 통과 필터(64)의 시정수로 보상하는 위상의 양을 설정하고 있다. 이 저역 통과 필터(64)의 시정수를 시뮬레이션이나 실기 시험에 의해 결정하면 도 13이나 도 14에서 도시한 바와 같은 그래프를 그릴 수 있다. 도면에서, ○표시는 실측 데이터이고, 파선은 실측 데이터를 보간(補間)하는 근사식을 그린 것이다.

또, 이 그래프를 근거로 하면, 예컨대 1차 외란 옵저버에서는 도 13에서 (4)식과 같은 1차 함수로 근사식을 결정할 수 있다. 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)의 설정값에 따라 속도 옵저버의 저역 통과 필터 시정수(LPF)를 설정하면 된다.

LPF=a×K_V+b (4)

또, 2차 외란 옵저버에서는 도 14에 도시한 바와 같이 (5)식의 2차 함수로 근사할 수 있다.

LPF=a×K_V ²＋b×K_V＋c (5)

따라서, 이러한 근사식을 사용함으로써, 예를 들면, 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)을 변경한 경우에, 상기 함수에 의해 속도 옵저버의 저역 통과 필터(64)의 시정수를 변경할 수 있어, 위상의 보상값을 자동적으로 재조정하는 것이 가능해진다.

[실시예 5]

예를 들면, 실시예 3에서 제2 위상 보상부(61)를 특허문헌 2와 같은 속도 옵저버로 하는 경우도 실시예 4와 마찬가지로, 도 8(b)에 도시한 제2 위상 보상부(61)인 속도 옵저버의 저역 통과 필터(64)의 시정수를 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)에 따라 변경해야 한다.

속도 옵저버의 저역 통과 필터(64)의 시정수를 시뮬레이션이나 실기 시험에 의해 결정하면 도 13이나 도 14에서 도시한 바와 같은 그래프를 그릴 수 있다. 도면에서, ○표시는 실측 데이터이고, 파선은 실측 데이터를 보간하는 근사식을 그린 것이다.

보간 근사식은, 실시예 4와 마찬가지로, 예를 들면 1차 외란 옵저버에서는 도 13의 1차 함수로 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)(K_V)으로부터 속도 옵저버의 저역 통과 필터 시정수(LPF)를 결정하면 된다.

또, 2차 외란 옵저버에서는 도 14의 2차 함수로, 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)(K_V)으로부터 속도 옵저버의 저역 통과 필터 시정수(LPF)는 결 정하면 된다.

따라서, 이들 근사식을 사용함으로써, 예를 들면, 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)을 변경한 경우에, 상기 함수에 의해 속도 옵저버의 저역 통과 필터(64)의 시정수를 변경할 수 있어, 위상의 보상값을 자동적으로 재조정하는 것이 가능해진다.

또, 제1 위상 보상부(14)도 제2 위상 보상부와 동일하게 시뮬레이션이나 실기 시험에 의해 저역 통과 필터(51)와 고역 통과 필터(52)의 시정수를 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)(K_V)의 함수로 결정할 수 있다. 따라서, 이들 근사식을 사용함으로써, 예를 들면, 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)을 변경한 경우에, 위상의 보상값을 자동으로 재조정하는 것이 가능해진다.

[실시예 6]

실시예 1에서 설명한 바와 같이, 제어계에 관성 모멘트(관성 질량)비를 설정하지 않고도 도 1에 도시한 바와 같이, 관성 변동 억제부(13)와 위상 보상부(14)만으로 관성 변동을 억제할 수 있다. 이때, 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)을 높이면 위상 보상부(14)에서 보상해야 할 위상에 오차가 생기기 때문에, 진동이 발생하게 된다. 그 때문에, 위상 보상부(14)의 보상하는 위상을 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)에 따라 재조정할 필요가 있다.

예를 들면, 위상 진행 필터를 위상 보상부(14)로 하는 경우, 도 5에 도시한 바와 같이, 저역 통과 필터(51)와 고역 통과 필터(52)의 차단 주파수로 보상하는 위상의 양을 설정하고 있다. 이 저역 통과 필터(51)의 차단 주파수를 시뮬레이션 이나 실기 시험에 의해 결정하면 도 18이나 도 19에서 도시한 바와 같이 그래프를 그릴 수 있다. 도면에서, ○표시는 실측 데이터이고, 파선은 실측 데이터를 보간하는 근사식을 그린 것이다.

또, 이 그래프를 근거로 하면, 예컨대 1차 외란 옵저버에서는 도 18에서 (6)식과 같은 2차 함수로 근사식을 결정할 수 있다. 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)의 설정값에 따라 위상 진행 필터의 저역 통과 필터의 차단 주파수(fc)를 설정하면 된다.

fc=a×K_V ²＋b×K_V＋c (6)

또, 2차 외란 옵저버에서는 도 19에 도시한 바와 같이 (7)식의 1차 함수로 근사할 수 있다.

fc=a×K_V＋b (7)

따라서, 이들 근사식을 사용함으로써, 예를 들면, 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)을 변경한 경우에, 상기 함수에 의해 위상 진행 필터의 저역 통과 필터(51)의 차단 주파수를 변경할 수 있어, 위상의 보상값을 자동적으로 재조정하는 것이 가능해진다.

[실시예 7]

예를 들면, 실시예 3에서 제1 위상 보상부(14)를 위상 진행 필터로 하는 경우도 실시예 6과 마찬가지로, 도 5에 도시한 제1 위상 보상부(14)인 위상 진행 필터의 저역 통과 필터(51)의 차단 주파수를 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인( 도시 생략)에 따라 변경해야 한다.

위상 진행 필터의 저역 통과 필터(51)의 차단 주파수를 시뮬레이션이나 실기 시험에 의해 결정하면 도 18이나 도 19에서 도시한 바와 같은 그래프를 그릴 수 있다. 도면에서, ○표시는 실측 데이터이고, 파선은 실측 데이터를 보간하는 근사식을 그린 것이다.

보간 근사식은, 실시예 6과 마찬가지로, 예를 들면 1차 외란 옵저버에서는 도 18의 2차 함수로 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)(K_V)으로부터 위상 진행 필터의 저역 통과 필터의 차단 주파수(fc)를 결정하면 된다.

또, 2차 외란 옵저버에서는 도 19의 1차 함수에서, 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)(K_V)로부터 위상 진행 필터의 저역 통과 필터의 차단 주파수(fc)는 결정하면 된다.

[실시예 8]

지금까지, 전동기 제어 장치가 주로 위치 제어 장치로서 동작하는 것을 전제로 설명하였다. 실시예 8에서는, 전동기 제어 장치가 속도 제어 장치로서 동작하는 경우에 있어서도, 전동기 제어 장치가 위치 제어 장치로서 동작하는 경우와 동일한 효과가 있다는 것을 설명한다. 또한, 제4 구성의 발명은, 전동기 제어 장치가 속도 제어 장치로서 동작하는 경우의 구성이다.

실시예 2에서 설명한 도 8(a)의 구성에 있어서, 위치 검출부(1B)의 출력과 위치 지령의 차를 위치 제어부(15)에 입력하고 위치 제어부(15)의 출력을 속도 지령으로서 구성하고 있는 위치 제어계를 제외하면, 전동기 제어 장치가 속도 제어 장치로서 동작하는 것은 주지한 바이다.

이때, 토크(추력) 지령과 전동기의 속도에 근거하여 위상 보상을 행하는 위상 보상부(61)를 설치하고, 속도 연산부(1C)의 출력을 위상 보상부(61)와 관성 변동 억제부(13) 내의 외란 옵저버(10)에 입력하고, 위상 보상부(61)의 출력(전동기의 추정 속도)을 새로운 속도 피드백 신호로 한 구성으로 하고 있기 때문에, 전동기 제어 장치가 위치 제어 장치로서 동작하는 경우와 속도 제어 장치로서 동작하는 경우에서는, 이 구성은 변하지 않는다.

따라서, 전동기 제어 장치가 속도 제어 장치로서 동작하는 경우에 있어서도, 큰 관성 모멘트비(관성 질량비)에 대해서도 제어 성능을 확보할 수 있다.

또한, 전동기 제어 장치가 속도 제어 장치로서 동작하는 경우, 동일 부호인 각부의 작용 및 효과는, 전동기 제어 장치가 위치 제어 장치로서 동작하는 경우의 설명에서의 동일 부호인 각부의 작용 및 효과와 동일하므로, 설명을 생략한다.

[실시예 9]

본 실시예에서는, 제2 종래 기술로 설명한 바와 같이, 속도 FF를 구비한 위치 제어계에서의 과제를 해결하는 본 발명의 실시예를 설명한다. 도 24는, 본 발 명의 실시예 9 제어 블록도로서, 도 11에 도시한 제3 실시예의 구성에 속도 피드포워드를 추가한 구성이다.

도 11과 마찬가지로, 통상의 속도 제어계에 관성 변동 억제부(13)와 제1 위상 보상부(14)(실시예 1의 위상 보상부(1)와 동일)와 제2 위상 보상부(61)(실시예 2의 위상 보상부(61)와 동일)를 조합한다. 도면에서, 속도 지령을 제1 위상 보상부(14)에 입력하고, 제1 위상 보상부(14)의 출력을 새로운 속도 지령으로 한다. 제2 위상 보상부(61)의 출력을 새로운 속도 피드백 신호로 하여, 새로운 속도 지령과 새로운 속도 피드백 신호의 차를 속도 제어부(16)에 입력하고, 속도 제어부(16)의 출력을 관성 변동 억제부(13)와 제2 위상 보상부(61)에 입력한다. 관성 변동 억제부(13)의 출력을 새로운 토크(추진력) 지령으로 하여, 전동기의 토크(추력) 제어부(17)에 입력함으로써 속도 제어계를 구성할 수 있다. 또한, 제1 위상 보상부는 도 5와 같이 구성하면 되고, 제2 위상 보상부는 도면 중 8(b)와 같이 구성하면 된다.

다음에, 위치 지령으로부터 속도 FF를 가하기 위해, 위치 지령을 속도 FF부(1D)에 입력하고, 속도 FF부(1D)의 출력을 상기 위치 제어부(15)의 출력과 가산하여 속도 지령으로서 제1 위상 보상부(14)에 입력한다. 속도 FF신호를 생성하는 속도 FF부는, 통상, 미분기나 근사 미분기(로우패스 필터와 미분기의 조합이나 하이패스 필터로 구성)를 이용하여 구성한다(도시 생략).

본 발명의 제9 실시예에 있어서, 속도 FF부 내의 속도 FF게인(도시 생략)을 90%로 했을 때의, 위치 결정 동작 시의 응답(계산기 시뮬레이션 결과)을 도 25에 도시한다. 도면에서, 부하를 가하지 않는 전동기 단체(관성 모멘트비가 0배)일 때에, 속도 제어부(16)에 올바른 관성 모멘트(관성 질량)비인 0배를 설정했을 때의 전동기의 속도 파형과, 속도 제어부(16)의 설정은 그대로로 하여, 부하의 설치나 변동에 의해 부하의 관성이 증가함으로써, 실제의 관성 모멘트(관성 질량)비가 커지는 경우(10배, 15배)의 전동기의 속도 파형을 나타낸다. 또한, 도면 중의 위치 지령 속도란 위치 지령을 미분한 속도 성분을 의미하고 있다.

도 21의 제2 종래 기술의 결과와 비교하면, 관성 모멘트비가 10배가 되어도 응답이 안정되어 있다. 또, 관성 모멘트비가 15배일 때는, 전동기 속도가 가속에서 등속도로 변화한 직후나 감속에서 제로 속도로 변화한 직후의 파형으로 진동이 발생하고 있지만, 제2 종래 기술보다 진동이 작다.

즉, 제2 종래 기술에서는, 도 21과 같이 속도 FF를 적용하면 관성 모멘트 변동에 로버스트한 범위가 10배에서 2배 정도까지 악화되어 있었던 것에 반해, 본 발명의 제9 실시예에서는, 로버스트한 범위가 10배까지 확보되어 있다. 또, 도 12의 제3 실시예의 속도 응답과 비교하면 명백히 알 수 있듯이, 속도 FF에 의해 응답이 빨라지고 있다. 따라서, 본 발명의 제9 실시예에 의해, 로버스트 범위의 확보와 응답의 고속화의 양립이라고 하는, 종래 기술에서는 달성할 수 없었던 과제를 해결할 수 있다.

[실시예 10]

본 실시예에서는, 제3 종래 기술에서 설명한 바와 같이, 속도 FF와 토크 FF를 구비한 위치 제어계에서의 과제를 해결할 수 있는 본 발명의 실시예를 설명한 다. 도 26은, 본 발명의 실시예 10의 제어 블록도로서, 도 11에 도시한 제3 실시 예의 구성에 속도 FF와 토크 FF를 추가한 구성이다.

도 11과 마찬가지로, 통상의 속도 제어계에 관성 변동 억제부(13)와 제1 위상 보상부(14)(실시예 1의 위상 보상부(1)와 동일)와 제2 위상 보상부(61)(실시예 2의 위상 보상부(61)와 동일)을 조합한다. 도면에서, 속도 지령을 제1 위상 보상부(14)에 입력하고, 제1 위상 보상부(14)의 출력을 새로운 속도 지령으로 한다. 제2 위상 보상부(61)의 출력을 새로운 속도 피드백 신호로 하고, 새로운 속도 지령과 새로운 속도 피드백 신호의 차를 속도 제어부(16)에 입력하고, 속도 제어부(16)의 출력을 관성 변동 억제부(13)와 제2 위상 보상부(61)에 입력한다. 관성 변동 억제부(13)의 출력을 새로운 토크(추력) 지령으로 하여, 전동기의 토크(추력) 제어부(17)에 입력함으로써 속도 제어계를 구성할 수 있다. 또한, 제1 위상 보상부는 도 5와 같이 구성하면 되고, 제2 위상 보상부는 도면 중 8(b)와 같이 구성하면 된다.

다음에, 위치 지령으로부터 속도 FF를 가하기 위해, 위치 지령을 지령 필터부(1F)에 입력하고, 지령 필터부(1F)의 출력을 속도 FF부(1D)에 입력하고, 속도 FF부(1D)의 출력을 상기 위치 제어부(15)의 출력과 가산하여 속도 지령으로서 제1 위상 보상부(14)에 입력한다. 다음에, 토크 FF를 가하기 위해, 지령 필터부(1F)의 출력을 토크 FF부(1E)에 입력하고, 토크 FF부(1E)의 출력을 상기 속도 제어부(16)의 출력과 가산하여 토크(추력) 지령으로서 가산기(103)와 제2 위상 보상부(61)에 입력한다. 본 실시예에서는, 속도 FF부(1D)나 토크 FF부(1E)의 출력인 피드포워드 신호를 원활하게 하는 목적으로, 위치 지령을 지령 필터부(1F)에 입력하고 있다. 지령 필터부는, 예를 들면 1차의 로우패스 필터인 지수 가감 속도나 2차 필터(예를 들면 로우패스 필터) 혹은, 이동 평균 필터 등으로 구성하면 된다. 또, 위치 지령이 원활한 경우는, 지령 필터부를 생략할 수 있어, 위치 지령을 직접 속도 FF부(1D)나 토크 FF부(1F)에 입력한다.

속도 FF신호를 생성하는 속도 FF부(1D)는, 통상, 미분기나 근사 미분기(로우패스 필터와 미분기의 조합이나 하이패스 필터로 구성)를 이용하여 구성한다(도시 생략). 토크(추력) FF신호를 생성하는 토크 FF부(1E)는, 통상, 미분기 2단이나 근사 미분기(로우패스 필터와 미분기의 조합이나 하이 패스 필터로 구성) 2단을 직렬로 이용하여 구성한다(도시 생략). 혹은, 도시하고 있지 않지만, 속도 FF부(1D)의 출력을 토크 FF부(1E)에 입력해도 된다. 이 경우에는 토크 FF부(1E)는 미분기나 근사 미분기의 1단으로 구성한다.

본 발명의 제10 실시예에 있어서, 속도 FF부 내의 속도 FF게인(도시 생략)을 100%, 토크 FF게인을 70%로 했을 때의, 위치 결정 동작 시의 응답(계산기 시뮬레이션 결과)를 도 27에 나타낸다. 도면에서, 부하를 가하지 않는 전동기 단체(관성 모멘트비가 0배)일 때에, 속도 제어부(16)에 올바른 관성 모멘트(관성 질량) 비인 0배를 설정했을 때의 전동기의 속도 파형과 속도 제어부(16)의 설정은 그대로로 하여, 부하의 설치나 변동에 의해 부하의 관성이 증가함으로써, 실제의 관성 모멘트(관성 질량)비가 커지는 경우(10배, 15배)의 전동기의 속도 파형을 나타낸다. 여기서는, 지령 필터부(1F)를 로우패스 필터로 하고 있기 때문에, 필터의 영향으로 도 25의 속도 응답보다 응답이 약간 지연되지만, 가감 속도가 원활해지기 때문에, 기계에 가해지는 토크(추력)가 부드러워지는 효과가 있다.

도 23의 제3 종래 기술의 결과와 비교하면, 관성 모멘트비가 10배가 되어도 응답이 안정되어 있다. 또, 관성 모멘트비가 15배일 때는 전동기 속도가 가속에서 등속도로 변화한 직후나 감속에서 제로 속도로 변화한 직후의 파형으로 진동이 발생하고 있지만, 제3 종래 기술보다 진동이 작다.

즉, 제3 종래 기술에서는, 도 23과 같이 속도 FF와 토크 FF를 적용하면 관성 모멘트 변동에 로버스트한 범위가 10배에서 3배 정도까지 악화되어 있었던 것에 반해, 본 발명의 제10 실시예에서는, 로버스트한 범위가 10배까지 확보되어 있다. 또, 도 12의 제3 실시예의 속도 응답과 비교하면 명확히 알 수 있듯이, 속도 FF와 토크 FF에 의해 응답이 빨라진다. 따라서, 본 발명의 제10 실시예에 의해, 로버스트 범위의 확보와 응답 고속화의 양립이라고 하는, 종래 기술에서는 달성할 수 없었던 과제를 해결할 수 있다.

[실시예 11]

본 발명의 실시예 9 및 10은, 실시예 3의 구성에 속도 FF나 토크 FF를 가한 구성을 나타냈지만, 당연히, 실시예 1에 피드포워드를 가해도 된다.

본 발명의 실시예 11로서, 도시하지 않았지만, 도 1의 구성에 있어서, 위치 지령으로부터 속도 FF를 가하는 구성을 설명한다. 위치 지령을 속도 FF부(1D)에 입력하고, 속도 FF부(1D)의 출력을 상기 위치 제어부(15)의 출력과 가산하여 속도 지령으로서 위상 보상부(14)에 입력한다. 속도 FF부(1D)는, 통상, 미분기나 근사 미분기를 이용하여 구성한다.

또, 도시하지 않았지만, 도 1의 구성에 있어서, 위상 보상부(14)의 시간 지연과 피드포워드의 특성이 정합(整合)하지 않는 경우에는, 위치 편차 파형에 오버 슈트(overshoot)가 나오거나 하는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 속도 FF부(1D) 내의 미분기나 근사 미분기와 직렬로 필터를 추가하고, 속도 FF게인과 필터의 파라미터(시정수 등)를 조정함으로써 위치 편차의 응답 파형으로부터 오버 슈트를 제거한다.

[실시예 12]

본 발명의 실시예 12로서, 도시하지 않지만, 도 1의 구성에 있어서, 위치 지령으로부터 속도 FF와 토크 FF를 가한 구성을 설명한다. 위치 지령으로부터 속도 FF를 가하기 위해, 위치 지령을 지령 필터부(1F)에 입력하고, 지령 필터부(1F)의 출력을 속도 FF부(1D)에 입력하고, 속도 FF부(1D)의 출력을 상기 위치 제어부(15)의 출력과 가산하여 속도 지령으로서 위상 보상부(14)에 입력한다. 다음에, 토크 FF를 가하기 위해, 지령 필터부(1F)의 출력을 토크 FF부(1E)에 입력하고, 토크 FF부(1E)의 출력을 상기 속도 제어부(16)의 출력과 가산하여 토크(추력) 지령으로서 가산기(103)에 입력한다. 본 실시예에서는, 속도 FF부(1D)나 토크 FF부(1E)의 출력인 피드포워드 신호를 원활하게 하는 목적으로, 위치 지령을 지령 필터부(1F)에 입력하고 있다. 지령 필터부는, 예를 들면 1차의 로우패스 필터인 지수 가감 속도나 2차 필터(예를 들면, 로우패스 필터) 혹은, 이동 평균 필터 등으로 구성하면 된다. 또, 위치 지령이 원활한 경우에는, 지령 필터부를 생략할 수 있어, 위치 지령 을 직접 속도 FF부(1D)나 토크 FF부(1E)에 입력한다.

또, 속도 FF부(1D)는, 통상, 미분기나 근사 미분기를 이용하여 구성한다. 또, 토크 FF부(1E)는, 통상, 미분기 2단이나 근사 미분기 2단을 직렬로 이용하여 구성한다. 혹은, 속도 FF부(1D)의 출력을 토크 FF부(1E)에 입력해도 된다. 이 경우에는 토크 FF부(1E)는 미분기나 근사 미분기의 1단으로 구성한다. 또, 위상 보상부(14)의 시간 지연과 피드포워드의 특성이 정합하지 않는 경우에는, 위치 편차 파형에 오버 슈트가 나오거나 하는 경우가 있다. 이러한 경우에는, 속도 FF부(1D) 혹은 토크 FF부(1E)의 내부의 미분기나 근사 미분기와 직렬로 필터를 추가하여, 속도 FF게인과 필터의 파라미터(시정수 등)를 조정함으로써 위치 편차의 응답 파형으로부터 오버 슈트를 제거한다.

[실시예 13]

본 발명의 실시예 9 및 10은, 실시예 3의 구성에 속도 FF나 토크 FF를 가한 구성을 나타냈지만, 당연히, 실시예 2에 피드포워드를 가해도 된다. 본 발명의 실시예 13으로서, 도시하지 않지만, 도 8의 구성에 있어서, 위치 지령으로부터 속도 FF를 가하는 구성을 설명한다. 위치 지령을 속도 FF부(1D)에 입력하고, 속도 FF부(1D)의 출력을 상기 위치 제어부(15)의 출력과 가산하여 속도 지령으로서 감산기(104)에 입력한다.

속도 FF부(1D)는, 통상, 미분기나 근사 미분기를 이용하여 구성한다.

또, 도시하지 않지만, 도 8의 구성에 있어서, 위치 지령으로부터 속도 FF를 가하기 위해, 위상 보상부(61)에 의한 위상 진행 효과와 피드포워드의 특성이 적합 하지 않는 경우에는, 위치 편차 파형에 오버 슈트가 나오거나 하는 일이 있다.

이러한 경우에는, 속도 FF부(1D) 내의 미분기나 근사 미분기와 직렬로 필터를 추가하여, 속도 FF게인과 필터의 파라미터(시정수 등)를 조정함으로써 위치 편차의 응답 파형으로부터 오버 슈트를 제거한다.

[실시예 14]

본 발명의 실시예 12로서, 도시하지 않았지만, 도 8의 구성에 있어서, 위치 지령으로부터 속도 FF와 토크 FF를 가하는 구성을 설명한다. 위치 지령으로부터 속도 FF를 가하기 위해, 위치 지령을 지령 필터부(1F)에 입력하고, 지령 필터부(1F)의 출력을 속도 FF부(1D)에 입력하고, 속도 FF부(1D)의 출력을 상기 위치 제어부(15)의 출력과 가산하여 속도 지령으로서 감산기(104)에 입력한다. 다음에, 토크 FF를 가하기 위해, 지령 필터부(1F)의 출력을 토크 FF부(1E)에 입력하고, 토크 FF부(1E)의 출력을 상기 속도 제어부(16)의 출력과 가산하여 토크(추력) 지령으로서 가산기(103)와 위상 보상부(61)에 입력한다. 본 실시예에서는, 속도 FF부(1D)나 토크 FF부(1E)의 출력인 피드포워드 신호를 원활하게 하는 목적으로, 위치 지령을 지령 필터부(1F)에 입력한다. 지령 필터부(1F)는, 예를 들면 1차의 로우패스 필터인 지수 가감 속도나 2차 필터(예를 들면 로우패스 필터) 혹은, 이동 평균 필터 등으로 구성하면 된다. 또, 위치 지령이 순조로운 경우에는, 지령 필터부(1F)를 생략할 수 있어, 위치 지령을 직접 속도 FF부(1D)나 토크 FF부(1E)에 입력한다.

속도 FF부(1D)는, 통상, 미분기나 근사 미분기를 이용하여 구성한다. 또, 토크 FF부는, 통상, 미분기 2단이나 근사 미분기 2단을 직렬로 이용하여 구성한다. 혹은, 속도 FF부(1D)의 출력을 토크 FF부(1E)에 입력해도 된다. 이 경우에는 토크 FF부(1E)는 미분기나 근사 미분기의 1단으로 구성한다.

또한, 본 발명의 실시예 9로부터 실시예 14에 있어서의 위치 제어계에 속도 피드포워드를 적용한 경우, 혹은, 속도 피드포워드와 토크 피드포워드를 적용한 경우에 있어서도, 실시예 4와 마찬가지로, 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)을 변경한 경우에, (4)식이나 (5)식의 함수에 의해 속도 옵저버의 저역 통과 필터(64)의 시정수를 변경할 수 있어, 위상의 보상값을 자동적으로 재조정하는 것이 가능해진다. 또, 실시예 6과 마찬가지로, 속도 제어부(16) 중의 속도 루프 게인(도시 생략)을 변경한 경우에, (6)식이나 (7)식의 함수에 의해 위상 진행 필터의 저역 통과 필터(51)의 차단 주파수를 변경할 수 있어, 위상의 보상값을 자동적으로 재조정하는 것이 가능해진다.

본 발명은, 관성 변동 억제부와 위상 보상부에 의해 관성 모멘트(관성 질량)비의 설정의 오차를 보상한다고 하는 구성을 취하기 때문에 관성 모멘트(관성 질량)비를 설정하지 않아도 전동기를 정상적으로 구동할 수 있고, 관성 모멘트(관성 질량)비가 변동하는 기계에 대해 자동적으로 변동을 보상한다는 용도로 사용하는 전동기(리니어 모터)의 제어 장치에 적용할 수 있다.

Claims

관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 토크 지령과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하고, 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서,

저역통과 필터를 갖고, 상기 저역통과 필터의 차단주파수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 속도 지령을 입력하여 상기 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도 지령을 출력하는 위상 보상부와,

상기 새로운 속도 지령과 상기 전동기의 속도의 차를 입력하여 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 전동기 제어 장치.
관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 토크 지령과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하고, 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서,

저역통과 필터를 갖고, 상기 저역통과 필터의 시정수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 전동기의 속도와 상기 토크 지령을 입력하고, 상기 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도를 출력하는 위상 보상부와,

상기 속도 지령과 상기 새로운 속도의 차를 입력하고 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 전동기 제어 장치.
관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 토크 지령과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하고, 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서,

제1 저역통과 필터를 갖고, 상기 제1 저역통과 필터의 차단주파수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 제1 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 속도 지령을 입력하고 상기 제1 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도 지령을 출력하는 제1 위상 보상부와,

제2 저역통과 필터를 갖고, 상기 제2 저역통과 필터의 시정수를, 상기 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 제2 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 전동기의 속도와 상기 토크 지령을 입력하고, 상기 제2 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도를 출력하는 제2 위상 보상부와,

상기 새로운 속도 지령과 상기 새로운 속도의 차를 입력하고, 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 전동기 제어 장치.
관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 토크 지령과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하고 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서,

저역통과 필터를 갖고, 상기 저역통과 필터의 시정수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 전동기의 속도와 상기 토크 지령을 입력하고, 상기 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도를 출력하는 위상 보상부와,

속도 지령과 상기 새로운 속도의 차를 입력하고 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 전동기 제어 장치.
관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 상기 위치 지령을 입력하고 속도 피드포워드 신호를 출력하는 속도 피드포워드부와, 토크 지령과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하여 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서,

저역통과 필터를 갖고, 상기 저역통과 필터의 차단주파수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 속도 지령과 상기 속도 피드포워드 신호의 합을 입력하고, 상기 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도 지령을 출력하는 위상 보상부와,

상기 새로운 속도 지령과 상기 전동기의 속도의 차를 입력하고, 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 전동기 제어 장치.
관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 상기 위치 지령을 입력하고 속도 피드포워드 신호를 출력하는 속도 피드포워드부와, 토크 지령과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하여 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서,

저역통과 필터를 갖고, 상기 저역통과 필터의 시정수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 전동기의 속도와 상기 토크 지령을 입력하고, 상기 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도를 출력하는 위상 보상부와,

상기 속도 지령과 상기 속도 피드포워드 신호의 합과 상기 새로운 속도의 차를 입력하고, 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 전동기 제어 장치.
관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 상기 위치 지령을 입력하고 속도 피드포워드 신호를 출력하는 속도 피드포워드부와, 토크 지령과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하여 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서,

제1 저역통과 필터를 갖고, 상기 제1 저역통과 필터의 차단주파수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 제1 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 속도 지령과 상기 속도 피드포워드 신호의 합을 입력하고, 상기 제1 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도 지령을 출력하는 제1 위상 보상부와,

제2 저역통과 필터를 갖고, 상기 제2 저역통과 필터의 시정수를, 상기 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 제2 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 전동기의 속도와 상기 토크 지령을 입력하고, 상기 제2 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도를 출력하는 제2 위상 보상부와,

상기 새로운 속도 지령과 상기 새로운 속도의 차를 입력하여 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 전동기 제어 장치.
관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 상기 위치 지령을 입력하고 속도 피드포워드 신호를 출력하는 속도 피드포워드부와, 상기 위치 지령을 입력하고 토크 피드포워드 신호를 출력하는 토크 피드포워드부와, 토크 지령과 상기 토크 피드포워드 신호의 합과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하고 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서,

저역통과 필터를 갖고, 상기 저역통과 필터의 차단주파수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 속도 지령과 상기 속도 피드포워드 신호의 합을 입력하고, 상기 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도 지령을 출력하는 위상 보상부와,

상기 새로운 속도 지령과 상기 전동기의 속도의 차를 입력하고, 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 전동기 제어 장치.
관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 상기 위치 지령을 입력하고 속도 피드포워드 신호를 출력하는 속도 피드포워드부와, 상기 위치 지령을 입력하고 토크 피드포워드 신호를 출력하는 토크 피드포워드부와, 토크 지령과 상기 토크 피드포워드 신호의 합과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하고 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서,

저역통과 필터를 갖고, 상기 저역통과 필터의 시정수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 토크 지령과 상기 토크 피드포워드 신호의 합과 상기 전동기의 속도를 입력하고, 상기 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도를 출력하는 위상 보상부와,

상기 속도 지령과 상기 속도 피드포워드 신호의 합과 상기 새로운 속도의 차를 입력하고, 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 전동기 제어 장치.
관성 모멘트 혹은 관성 질량이 미지인 기구를 구동하는 전동기의 위치를 검출하는 위치 검출부와, 상기 위치 검출부의 출력을 입력하여 상기 전동기의 속도를 출력하는 속도 연산부와, 위치 지령과 상기 전동기의 위치의 차를 입력하고 속도 지령을 출력하는 위치 제어부와, 상기 위치 지령을 입력하고 속도 피드포워드 신호를 출력하는 속도 피드포워드부와, 상기 위치 지령을 입력하고 토크 피드포워드 신호를 출력하는 토크 피드포워드부와, 토크 지령과 상기 토크 피드포워드 신호의 합과 상기 전동기의 속도를 입력하고 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 출력하는 관성 변동 억제부와, 상기 새로운 토크 지령을 입력하고 상기 전동기의 토크를 제어하는 토크 제어부를 구비한 전동기 제어 장치로서,

제1 저역통과 필터를 갖고, 상기 제1 저역통과 필터의 차단주파수를, 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 제1 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 속도 지령과 상기 속도 피드포워드 신호의 합을 입력하고, 상기 제1 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도 지령을 출력하는 제1 위상 보상부와,

제2 저역통과 필터를 갖고, 상기 제2 저역통과 필터의 시정수를, 상기 속도 루프게인을 독립변수로 하는 다항식으로 계산하여 상기 제2 저역통과 필터에 설정하는 것이며, 상기 토크 지령과 상기 토크 피드포워드 신호의 합과 상기 전동기의 속도를 입력하고, 상기 제2 저역통과 필터에 기초하여 위상을 진행시킨 새로운 속도를 출력하는 제2 위상 보상부와,

상기 새로운 속도 지령과 상기 새로운 속도의 차를 입력하고, 상기 토크 지령을 출력하는 속도 제어부를 구비한 전동기 제어 장치.
속도 피드백 제어계를 갖고, 기계적으로 체결된 부하를 구동하는 전동기를 제어하는 전동기 제어 장치로서,

입력된 속도 지령에 대해서 위상 보상하는 제1 위상 보상부, 또는 입력되는 상기 전동기의 속도에 대해서 위상 보상하는 제2 위상 보상부와,

상기 전동기의 속도에 기초해서 상기 전동기의 외란을 추정하여 새로운 토크 지령을 산출하는 관성 변동 억제부를 구비하고,

상기 속도 피드백계에 있어서의 속도 루프게인에 따라, 상기 제1 위상 보상부 또는 상기 제2 위상 보상부에 있어서의 위상 보상값을 자동적으로 조정함과 더불어, 상기 새로운 토크 지령에 따라 상기 전동기를 제어하는 전동기 제어 장치.
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