TW201804270A - 馬達系統 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於提供一種無須增大CPU之運算處理負載，即可以自動調諧抑制振動之馬達系統。 馬達系統1之速度環路增益m1 係藉由第1增益轉換機構15而算出動作對象物2未與馬達3相連時之增益K0 相對於動作對象物2與馬達3相連時之增益K的慣量比Gr(=K0 /K)，進而求出任意之參數常數Ri相對於慣量比Gr之比(=Ri/Gr)，藉此簡單地算出。於馬達控制裝置4中記憶將m1 與m0 、q0 、q1 之關係以根據m1 之下降而m0 、q0 、q1 亦下降之方式對應關聯之第3表格。第2增益轉換機構16參照第3表格而進行自第1增益轉換機構15算出之速度環路增益m1 向m0 、q0 、q1 之轉換。

Description

馬達系統
本發明係關於一種具備使動作對象物動作之馬達、及反饋控制馬達之旋轉之馬達控制裝置的馬達系統。
先前，作為使機器人等動作之馬達之控制裝置，已知有以P-PI控制(比例/比例積分控制)控制馬達之馬達控制裝置。於進行P-PI控制之馬達控制裝置中，反饋馬達之旋轉位置與旋轉速度，且對旋轉位置之偏差進行比例控制(P控制)，對旋轉速度之偏差進行比例積分控制(PI控制)。 先前，作為進行此種P-PI控制之馬達系統，例如有使用專利文獻1所揭示之電動機控制裝置者。該電動機控制裝置具備擷取由機械共振引起之振動成分，並作為擷取振動信號輸出之振動擷取濾波器。陷波控制部係基於擷取振動信號及第2陷波濾波器輸出信號，以第2陷波濾波器輸出信號之振幅減少之方式，變更第1陷波濾波器及第2陷波濾波器之各陷波中心頻率。又，陷波深度控制部基於擷取振動信號而變更第1陷波濾波器之陷波深度。判斷控制部將各陷波濾波器之參數進行自動調諧，而抑制機械振動。即，第2陷波濾波器輸出信號之振幅大於特定值之情形，使陷波控制部動作，以使機械共振之振盪產生之振動成分減少之方式，變更第1陷波濾波器及第2陷波濾波器之各陷波中心頻率。又，第2陷波濾波器輸出信號之振幅小於特定值之情形，使陷波深度控制部動作，以使機械共振之振盪產生之振動成分減少之方式，變更第1陷波濾波器之陷波深度。 又，先前，作為進行P-PI控制之馬達系統，例如亦有使用專利文獻2所揭示之馬達控制裝置者。該馬達控制裝置係於輸入負載慣量值JL與目標響應頻率ωf時，使用根據與馬達慣量值JM之比求出之慣量值修正增益JCOM=((JL+JM)/JM)0.5 ，設定速度環路增益kv、速度積分時間常數ti、位置環路增益kp、轉矩濾波器常數tf、電流環路增益ki、電流積分時間常數ta、及濾波器時間常數tv。即，有複數個之該等控制參數根據1個參數即目標響應頻率ωf、與慣量值修正增益JCOM而進行自動調諧。 又，先前，作為進行穩固極配置控制之馬達系統，例如有專利文獻3所揭示者。該馬達系統之馬達控制裝置具有將馬達之旋轉位置指令作為輸入，並將馬達之旋轉位置作為輸出之閉環系統。閉環系統於前向路徑中，具備第1求和點、比例增益要素、第2求和點、積分濾波器要素、馬達增益要素及馬達要素。又，於第1求和點負反饋連接第1反饋路徑，於第2求和點經由微分濾波器要素而負反饋連接第2反饋路徑。於該馬達系統中，即便於動作對象物或馬達之慣量變大時於動作對象物或馬達產生振動，亦基於慣量檢測機構之檢測結果，將干擾響應特性相關之控制參數q0 及q1 進行自動調諧。藉由該調整，抑制動作對象物或馬達之振動，且將閉環系統之特性保持為一定。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利第5873975號公報 [專利文獻2]日本專利第3561911號公報 [專利文獻3]日本專利特開2016-35676號公報
[發明所欲解決之問題] 然而，於檢測振動並將控制參數進行自動調諧之上述先前之專利文獻1及專利文獻3所記載之馬達系統中，必須進行解析振動之頻率及振動之振幅之處理。因此，若不以較振動之頻率之2倍足夠高之頻率自馬達取樣速度檢測信號並解析，則無法獲得振動擷取之足夠之解析度。因此，於上述先前之專利文獻1及專利文獻3所記載之馬達系統中，於馬達控制裝置所使用之運算裝置需要較快之運算速度，導致運算負載變大。 又，於上述先前之專利文獻2所記載之馬達系統中，於控制參數之運算所使用之慣量值修正增益JCOM之計算使用平方根((JL+JM)/JM)0.5 。因此，於上述先前之專利文獻2所記載之馬達系統中，因該平方根之計算，導致馬達控制裝置所使用之運算裝置之運算負載變大。 [解決問題之技術手段] 為了解決上述問題，本發明係一種馬達系統，其具備使動作對象物動作之馬達、及反饋控制馬達之旋轉之馬達控制裝置，且特徵在於具備： 閉環系統，其輸入馬達之旋轉速度指令且反饋控制馬達之旋轉位置而輸出旋轉速度，且構成於因子中包含速度環路增益之傳遞函數； 慣量檢測機構，其檢測動作對象物及馬達之慣量； 自適應識別機構，其基於對馬達位置傳遞要素之輸入與來自馬達位置傳遞要素之輸出，而識別以動作對象物及馬達之慣量除包含對馬達供給電力之放大器之固定增益與馬達之轉矩常數的固定值所得之值即增益K；及 算出機構，其算出以馬達之慣量除包含對馬達供給電力之放大器之固定增益與馬達之轉矩常數的固定值所得之值即增益K0 相對於增益K之慣量比Gr，並根據任意之參數常數Ri相對於使用算出之慣量比Gr之以慣量比Gr為因子之特定之函數值的比，而算出速度環路增益；且藉由算出機構所算出之速度環路增益而修正傳遞函數。 自適應識別機構可基於對馬達位置傳遞要素之輸入與來自馬達位置傳遞要素之輸出，而識別動作對象物及馬達之慣量，藉此構成慣量檢測機構。 根據本構成，傳遞函數之因子即速度環路增益係藉由算出機構而算出負載未施加至馬達時之增益K0 之相對於負載已施加至馬達時之增益K的慣量比Gr(=K0 /K)，並求出任意之參數常數Ri相對於使用算出之慣量比Gr之以慣量比Gr為因子之特定之函數值(f(Gr))的比(=Ri/f(Gr))，藉此簡單地算出。速度環路增益以一定之比例常數Ri與函數值f(Gr)成反比，顯示慣量比Gr變大則其變小之傾向。若慣量比Gr變大，則控制對象之增益頻率特性之機械共振頻率之增益峰值及高於機械共振頻率之頻率之增益變大，而容易振盪。然而，於本構成中，於將其消除之方向上速度環路增益下降，因此確保顯示閉環系統之穩定度之增益餘裕。因此，無須增大構成算出機構之運算處理裝置(CPU)之運算處理負載，即可以自動調諧抑制振動。其結果，CPU之運算處理負載較少，亦可使用處理速度較慢之CPU，因此可削減馬達控制裝置之成本。 又，若對2慣性系或多慣性系之驅動系統，藉由以與1慣性系之驅動系統相同之方式推定之負載慣量而更新控制增益，則伺服器振盪。然而，根據本構成，可對2慣性系或多慣性系之驅動系統之共振，以簡單之運算處理抑制振盪。 又，本發明之特徵在於， 閉環系統構成因子中包含速度環路增益及位置環路增益之傳遞函數，輸入馬達之旋轉位置指令而替代旋轉速度指令且反饋控制馬達之旋轉位置而輸出旋轉位置；且 算出機構將與速度環路增益具有一定關係之值作為位置環路增益之值而算出； 藉由算出機構所算出之速度環路增益及位置環路增益而修正傳遞函數。 根據本構成，位置環路增益之值係作為與速度環路增益具有一定關係之值而藉由算出機構簡單地算出，並自動調諧成相對於速度環路增益而控制系統之平衡較佳之值。因此，可以簡單之運算處理，不對CPU施加負載地進行不存在控制變得不穩定之情況且考慮了馬達之旋轉速度與馬達之旋轉位置之穩定之反饋控制。 又，本發明之特徵在於， 閉環系統具有：前向路徑，其具有第1比例增益傳遞要素、供輸入馬達之旋轉速度指令之第1求和點、積分濾波器傳遞要素、馬達增益傳遞要素及馬達位置傳遞要素；以及第1反饋路徑，其將馬達之旋轉位置經由微分濾波器傳遞要素而負反饋至第1求和點；且 具有控制動作對象物及馬達之速度之希望特性之閉環系統之希望傳遞函數係於將速度環路增益設為m1 ，將拉普拉斯運算子設為s時，由運算式m1 /(s+m1 )定義； 將藉由自適應識別機構且基於對馬達位置傳遞要素之輸入與來自馬達位置傳遞要素之輸出而識別之、以動作對象物及馬達之慣量除動作對象物及馬達之黏性相關之項所得之值即增益設為p，將干擾響應特性相關之控制參數設為q0 及q1 ，將使閉環系統之特性與希望傳遞函數一致之參數設為a1 =q1 +m1 -p、b1 =q0 ･m1 、b2 =(q1 -p)･(m1 -p)+q0 時， 第1比例增益傳遞要素表示為m1 ， 積分濾波器傳遞要素表示為(s2 +q1 ･s+q0 )/(s2 +a1 ･s)， 馬達增益傳遞要素表示為1/K， 馬達位置傳遞要素表示為K/(s2 +p･s)， 微分濾波器傳遞要素表示為(b2 ･s2 +b1 ･s)/(s2 +q1 ･s+q0 )； 於馬達控制裝置中記憶將m1 與q0 、q1 之關係對應關聯之表格； 算出機構參照表格而進行自算出之速度環路增益m1 向q0 、q1 之轉換。 根據本構成，於馬達控制裝置記憶有m1 與q0 、q1 之關係對應關聯之表格，因此自m1 向q0 、q1 轉換之運算處理可藉由僅檢索表格而進行。因此，縮短運算處理時間，且進一步降低CPU之運算處理負載。 又，本發明之特徵在於， 閉環系統具有：前向路徑，其具有第1比例增益傳遞要素、供輸入馬達之旋轉速度指令之第1求和點、積分濾波器傳遞要素、馬達增益傳遞要素及馬達位置傳遞要素；以及第1反饋路徑，其將馬達之旋轉位置經由微分濾波器傳遞要素而負反饋至第1求和點；且 控制動作對象物及馬達之速度之希望傳遞函數係於將速度環路增益設為m1 ，將拉普拉斯運算子設為s時，由運算式m1 /(s+m1 )定義； 將藉由自適應識別機構且基於對馬達位置傳遞要素之輸入與來自馬達位置傳遞要素之輸出而識別之、以動作對象物及馬達之慣量除動作對象物及馬達之黏性相關之項所得之值即增益設為p，將干擾響應特性相關之控制參數設為ωq ，將使閉環系統之特性與希望傳遞函數一致之參數設為b1 =ωq ･m1 、b2 =m1 -p+ωq 時， 第1比例增益傳遞要素表示為m1 ， 積分濾波器傳遞要素表示為(s+ωq )/s， 馬達增益傳遞要素表示為1/K， 馬達位置傳遞要素表示為K/(s2 +p･s)， 微分濾波器傳遞要素表示為(b2 ･s2 +b1 ･s)/(s+ωq )； 於馬達控制裝置中記憶將m1 與ωq 之關係對應關聯之表格； 算出機構參照表格而進行自算出之速度環路增益m1 向ωq 之轉換。 根據本構成，於馬達控制裝置記憶有m1 與ωq 之關係對應關聯之表格，因此自m1 向ωq 轉換之運算處理可藉由僅檢索表格而進行。因此，縮短運算處理時間，且進一步降低CPU之運算處理負載。 又，本發明之特徵在於， 閉環系統具有：前向路徑，其具有輸入馬達之旋轉位置指令而替代旋轉速度指令之第2求和點、第2比例增益傳遞要素、第1求和點、積分濾波器傳遞要素、馬達增益傳遞要素及馬達位置傳遞要素；第1反饋路徑，其將馬達之旋轉位置經由微分濾波器傳遞要素而負反饋至第1求和點；以及第2反饋路徑，其將馬達之旋轉位置直接負反饋至第2求和點；且 控制動作對象物及馬達之位置之希望傳遞函數係於將速度環路增益設為m1 ，將位置環路增益設為m0 /m1 ，將拉普拉斯運算子設為s時，由運算式m0 /(s2 +m1 ･s+m0 )定義； 將藉由自適應識別機構且基於對馬達位置傳遞要素之輸入與來自馬達位置傳遞要素之輸出而識別之、以動作對象物及馬達之慣量除動作對象物及馬達之黏性相關之項所得之值即增益設為p，將干擾響應特性相關之控制參數設為q0 及q1 ，將使閉環系統之特性與希望傳遞函數一致之參數設為a1 =q1 +m1 -p、b1 =q0 ･m1 、b2 =(q1 -p)･(m1 -p)+q0 時， 第2比例增益傳遞要素表示為m0 ， 積分濾波器傳遞要素表示為(s2 +q1 ･s+q0 )/(s2 +a1 ･s)， 馬達增益傳遞要素表示為1/K， 馬達位置傳遞要素表示為K/(s2 +p･s)， 微分濾波器傳遞要素表示為(b2 ･s2 +b1 ･s)/(s2 +q1 ･s+q0 )； 於馬達控制裝置中記憶將m1 與m0 、q0 、q1 之關係對應關聯之表格； 算出機構參照表格而進行自算出之速度環路增益m1 向m0 、q0 、q1 之轉換。 根據本構成，於馬達控制裝置記憶有m1 與m0 、q0 、q1 之關係對應關聯之表格，因此自m1 向m0 、q0 、q1 轉換之運算處理可藉由僅檢索表格而進行。因此，縮短運算處理時間，且進一步降低CPU之運算處理負載。 又，本發明之特徵在於，以慣量比Gr為因子之上述特定之算出速度環路增益之函數，係僅以慣量比Gr為因子之1次函數。 根據本構成，速度環路增益m1 、Kvp之值相對於慣量比Gr之增加而以簡單之反比例關係減少。因此，算出速度環路增益m1 、Kvp之值之CPU之運算處理變得簡單，可進而抑制CPU之運算處理負載。 又，本發明之特徵在於，以慣量比Gr為因子之上述特定之算出速度環路增益之函數，係以慣量比Gr與常數為因子之1次函數。 根據本構成，可將速度環路增益m1 、Kvp與慣量比Gr之反比例關係調整常數之值量。因此，可擴大速度環路增益m1 、Kvp之設定範圍，且抑制CPU之運算處理負載。 又，本發明之特徵在於，以慣量比Gr為因子之上述特定之算出速度環路增益之函數，係以慣量比Gr與常數為因子之2次函數。 根據本構成，速度環路增益m1 、Kvp之值可設定成與簡單之反比例關係不同之相對於慣量比Gr之增加而單調地減少之期望之關係。因此，可謀求閉環系統之指令響應特性與振動抑制特性之並存。 又，本發明之特徵在於，參數常數Ri係作為與馬達與動作對象物之間之動力傳遞機構之種類對應之複數個值而記憶於馬達控制裝置。 根據本構成，使用者可自預先記憶於馬達控制裝置之複數個參數常數Ri中，僅選擇與動力傳遞機構之種類相應之參數常數Ri之值，藉此設定參數。因此，可提供提高了使用者之便利性之馬達系統。 又，本發明之特徵在於，對慣量比Gr之上限值設定有限制。 根據慣量比Gr之增加，速度環路增益m1 、Kvp之值變得過小，而無法設定與慣量比Gr之值對應之速度環路增益m1 、Kvp之值之情形，例如與慣量比Gr之值對應之速度環路增益m1 、Kvp之值小於表格所設定之最小級別之速度環路增益m1 、Kvp之值之情形，無法降低速度環路增益m1 、Kvp之值。此種情形，將基於關係式(m1 =Ri/f(Gr)、Kvp=Ri/f(Gr))而自可設定之速度環路增益m1 、Kvp之最小值m1min 、Kvpmin 求出之慣量比Gr(=Ri/m1min 、=Ri/Kvpmin )設定為慣量比Gr之上限值，藉由如本構成般對慣量比Gr之上限值預先施加限制，而對與慣量比Gr之值對應之速度環路增益m1 、Kvp之值之下限施加限制。因此，關係式(m1 =Ri/f(Gr)，Kvp=Ri/f(Gr))始終成立，而消除無法設定速度環路增益m1 、Kvp之值之情況。 [發明之效果] 根據本發明之馬達系統，如上述般，無須增大CPU之運算處理負載，即可以自動調諧抑制振動。
接著，對用以實施本發明之馬達系統之形態進行說明。 圖1係顯示本發明之各實施形態之馬達系統1之概略構成之方塊圖。 馬達系統1具備使動作對象物2動作之馬達3、及控制馬達3之馬達控制裝置4。馬達3係AC(Alternating Current：交流電)伺服馬達或DC(Direct Current：直流電)伺服馬達，例如，使作為動作對象物2之產業用機器人之機械臂等動作。動作對象物2經由皮帶等動力傳遞機構6而連接於馬達3。馬達3具備用以檢測馬達3之旋轉位置之檢測機構(編碼器)5。檢測機構5之輸出信號係輸入至反饋控制馬達3之旋轉之馬達控制裝置4。馬達控制裝置4之馬達控制電路係由類比電路(連續時間系統之電路)構成，但亦可由數位電路(離散時間系統之電路)構成，又可由軟體構成。 圖2係表示本發明之第1實施形態之馬達系統1之閉環系統8A之方塊線圖。 閉環系統8A具有包含第1比例增益傳遞要素9、供輸入馬達3之旋轉速度指令之第1求和點10、積分濾波器傳遞要素11、馬達增益傳遞要素12及馬達位置傳遞要素13的前向路徑、以及將馬達3之旋轉位置自馬達位置傳遞要素13經由微分濾波器傳遞要素14而負反饋至第1求和點10的第1反饋路徑(第1反饋(feedback)路徑)，輸入馬達3之旋轉速度指令，且反饋控制馬達3之旋轉位置而輸出旋轉速度。該閉環系統8A構成於因子中包含速度環路增益m1 之傳遞函數，若將拉普拉斯運算子設為s，則速度之希望傳遞函數由運算式m1 /(s+m1 )定義。希望傳遞函數具有根據動作對象物2而適當地控制馬達3之希望特性。動作對象物2係利用由閉環系統8A旋轉控制之馬達3而設定動作對象速度。 自適應識別機構21係基於對馬達位置傳遞要素13之輸入與來自馬達位置傳遞要素13之輸出，而識別以動作對象物2及馬達3之慣量除包含對馬達3供給電力之放大器之固定增益與馬達3之轉矩常數的固定值所得之值即增益K(=(放大器之固定增益)×(馬達3之固定值)/(動作對象物2及馬達3之慣量))。該識別係藉由最小平方法等識別法而以特定時間間隔逐次進行。另，此處所言之放大器，係閉環系統8A之除馬達位置傳遞要素13以外之構成部分。又，於本實施形態中，自適應識別機構21構成慣量檢測機構，基於對馬達位置傳遞要素13之輸入與來自馬達位置傳遞要素13之輸出，且藉由最小平方法等識別法而識別動作對象物2及馬達3之慣量，且以特定時間間隔逐次檢測。再者，自適應識別機構21基於對馬達位置傳遞要素13之輸入與來自馬達位置傳遞要素13之輸出，而識別以動作對象物2及馬達3之慣量除動作對象物2及馬達3之黏性相關之項所得之值即增益p。該識別亦藉由最小平方法等識別法而以特定時間間隔逐次進行。 將干擾響應特性相關之控制參數設為q0 及q1 ，將使閉環系統8A之特性與希望傳遞函數一致之參數即a1 、b1 及b2 分別以下式(1)、(2)、(3)表示時，
Figure TW201804270AD00001
第1比例增益傳遞要素9表示為m1 ，積分濾波器傳遞要素11表示為(s2 +q1 ･s+q0 )/(s2 +a1 ･s)，馬達增益傳遞要素12表示為1/K，馬達位置傳遞要素13表示為K/(s2 +p･s)，微分濾波器傳遞要素14表示為(b2 ･s2 +b1 ･s)/(s2 +q1 ･s+q0 )。 於第1增益轉換機構15，輸入由使用者設定之任意之參數常數Ri。第1增益轉換機構15係基於自適應識別機構21所識別之增益K與輸入之參數常數Ri，而算出增益K0 之相對於增益K之慣量比Gr(=K0 /K)。此處，增益K0 係以馬達3之慣量除包含對馬達3供給電力之放大器之固定增益與馬達3之轉矩常數的固定值所得之值(=(放大器之固定增益)×(馬達3之固定值)/(馬達3之慣量))。 且，第1增益轉換機構15根據參數常數Ri相對於使用算出之慣量比Gr之以慣量比Gr為因子之特定之函數值(f(Gr))的比(=Ri/f(Gr))，而算出速度環路增益m1 。於本實施形態中，特定之函數f(Gr)設定成Gr即(f(Gr)=Gr)，速度環路增益m1 以下式(4)表示。
Figure TW201804270AD00002
於馬達控制裝置4，記憶有m1 與q0 、q1 之關係以根據m1 之下降而q0 、q1 亦下降之方式對應關聯之第1表格。第2增益轉換機構16參照第1表格而進行自第1增益轉換機構15算出之速度環路增益m1 向q0 、q1 之轉換。此時，進行自最接近第1增益轉換機構15算出之速度環路增益m1 之值的表格值之m1 向q0 、q1 之轉換。第3增益轉換機構17係根據第1增益轉換機構15所算出之m1 、與自適應識別機構21所識別之增益p，且基於式(1)、(2)、(3)，而分別算出a1 、b1 及b2 。 第1增益轉換機構15及第2增益轉換機構16構成算出慣量比Gr且使用算出之慣量比Gr並藉由式(4)算出速度環路增益m1 之算出機構。於本實施形態中，第1增益轉換機構15、第2增益轉換機構16及第3增益轉換機構17係藉由馬達控制裝置4所具備之微電腦之CPU而構成。馬達控制裝置4將以第1增益轉換機構15算出之速度環路增益m1 賦予至第1比例增益傳遞要素9，且以特定時間間隔逐次更新第1比例增益傳遞要素9。又，將以第2增益轉換機構16求出之q0 、q1 、及以第3增益轉換機構17算出之a1 、b1 、b2 賦予至積分濾波器傳遞要素11及微分濾波器傳遞要素14，且分別以特定時間間隔逐次更新積分濾波器傳遞要素11及微分濾波器傳遞要素14。又，自適應識別機構21將識別之增益K賦予至馬達增益傳遞要素12，且以特定時間間隔逐次更新馬達增益傳遞要素12。 藉由該等更新，以特定時間間隔逐次修正閉環系統8A之傳遞函數，即便有動作對象物2或馬達3之慣量變大而振動變強之傾向，亦可使閉環系統8A之傳遞函數與希望傳遞函數自動一致。因此，即便動作對象物2或馬達3之慣量變大，亦能夠以使閉環系統8A之特性穩定之方式變化而抑制振動。 根據此種第1實施形態之馬達系統1，速度環路增益m1 係藉由第1增益轉換機構15而算出動作對象物2未與馬達3相連時之增益K0 相對於動作對象物2與馬達3相連時之增益K的慣量比Gr(=K0 /K)，且求出任意之參數常數Ri相對於算出之慣量比Gr之比(=Ri/Gr)，藉此簡單地算出。 圖3(a)之圖表係以式(4)所表示之單純之反比例關係顯示速度環路增益m1 與慣量比Gr之關係之圖表。該圖表之橫軸為慣量比Gr，縱軸為速度環路增益m1 。各特性線a、b、c分別顯示比例常數Ri之值為Ri1、Ri2、Ri3(Ri1＜Ri2＜Ri3)時之特性。如該圖表所示，速度環路增益m1 以一定之比例常數Ri與慣量比Gr成反比，顯示慣量比Gr變大則其變小之傾向。又，比例常數Ri之值越小，相對於慣量比Gr之增加而降低速度環路增益m1 之值之作用越強。 比例常數Ri係由使用者設定之控制參數，根據動力傳遞機構6之剛性而設定。例如，於動力傳遞機構6為如皮帶驅動般剛性較小之機構之情形時，剛性越小，比例常數Ri設定成越小之值。又，動作對象物2之黏性阻力越小，比例常數Ri設定成越小之值。若比例常數Ri較小，與慣量比Gr之增加相應之速度環路增益m1 之值之降低率變大，指令響應性變得穩定，而振動抑制性能提高。若以根據m1 之值之下降而q0 、q1 之值亦下降之方式預先設定表格值，則振動抑制效果進而變強。 又，於動力傳遞機構6為如滾珠螺桿驅動般剛性較大之機構之情形時，剛性越大，比例常數Ri設定成越大之值，避免速度環路增益m1 下降過多。比例常數Ri較大之情形，與慣量比Gr之增加相應之速度環路增益m1 之值之降低率變小，指令響應性提高，而降低振動抑制性能。 若慣量比Gr變大，則控制對象之增益頻率特性之機械共振頻率之增益峰值及高於機械共振頻率之頻率之增益變大，而容易振盪。然而，於本實施形態之馬達系統1中，若慣量比Gr變大，則如上述般，於將其消除之方向上速度環路增益m1 下降，因此確保顯示閉環系統之穩定度之增益餘裕。又，速度環路增益m1 係如上述般簡單地算出。因此，無須增大CPU之運算處理負載，即可以自動調諧抑制振動。其結果，CPU之運算處理負載較少，亦可使用處理速度較慢之CPU，因此可削減構成馬達控制裝置4之微電腦之成本。使用者可藉由該自動調諧使馬達3動作，而未於開始使用馬達系統時無調整地使其振盪。 又，若對2慣性系或多慣性系之驅動系統，藉由以與1慣性系之驅動系統相同之方式推定之負載慣量而更新控制增益，則伺服器振盪。然而，根據本實施形態，可對2慣性系或多慣性系之驅動系統之共振，以簡單之運算處理抑制振盪。 又，根據第1實施形態之馬達系統1，於馬達控制裝置4記憶有m1 與q0 、q1 之關係對應關聯之第1表格。因此，自m1 向q0 、q1 轉換之運算處理可藉由利用第2增益轉換機構16僅檢索第1表格而進行。其結果，縮短運算處理時間，且進一步降低CPU之運算處理負載。 又，於第1實施形態之馬達系統1中，以慣量比Gr為因子之特定函數係如式(4)之分母所示，定義為僅以慣量比Gr為因子之1次函數。因此，速度環路增益m1 之值相對於慣量比Gr之增加而以簡單之反比例關係減少。因此，算出速度環路增益m1 之值之CPU之運算處理變得簡單，可進而抑制CPU之運算處理負載。 接著，對本發明之第2實施形態之馬達系統1之閉環系統8B進行說明。圖4係表示該閉環系統8B之方塊線圖。另，對該圖中與圖2相同或相當之部分標註相同符號並省略其說明。 閉環系統8B之速度之希望傳遞函數亦由與第1實施形態相同之運算式m1 /(s+m1 )定義。然而，將干擾響應特性相關之控制參數設為ωq ，將使閉環系統8B之特性與希望傳遞函數一致之參數即b1 及b2 分別以下式(5)、(6)表示時，
Figure TW201804270AD00003
積分濾波器傳遞要素11表示為(s+ωq )/s，微分濾波器傳遞要素14表示為(b2 ･s2 +b1 ･s)/(s+ωq )。 又，於馬達控制裝置4，記憶有m1 與ωq 之關係以根據m1 之下降而ωq 亦下降之方式對應關聯之第2表格。第2增益轉換機構16參照第2表格而進行自第1增益轉換機構15如上述般算出之速度環路增益m1 向ωq 之轉換。第3增益轉換機構17係根據第1增益轉換機構15所算出之m1 、與自適應識別機構21所識別之增益p，且基於式(5)、(6)，而分別算出b1 及b2 。 馬達控制裝置4將第2增益轉換機構16所求出之ωq 、及第3增益轉換機構17所算出之b1 、b2 賦予至積分濾波器傳遞要素11及微分濾波器傳遞要素14，且分別以特定時間間隔逐次更新積分濾波器傳遞要素11及微分濾波器傳遞要素14。藉由該等更新，而以特定時間間隔逐次修正閉環系統8B之傳遞函數，即便成為動作對象物2或馬達3之慣量變大而振動變強之傾向，亦可使閉環系統8B之傳遞函數與希望傳遞函數自動一致。因此，即便動作對象物2或馬達3之慣量變大，亦可以使閉環系統8B之特性穩定之方式變化而抑制振動。 藉由此種第2實施形態之馬達系統1，速度環路增益m1 亦藉由第1增益轉換機構15而算出慣量比Gr(=K0 /K)，並求出任意之參數常數Ri相對於算出之慣量比Gr之比(=Ri/Gr)，藉此簡單地算出。因此，藉由第2實施形態之馬達系統1，亦無須增大CPU之運算處理負載，即可以自動調諧抑制振動，而發揮與第1實施形態同樣之作用效果。 又，於第2實施形態之馬達系統1中，於馬達控制裝置4記憶有m1 與ωq 之關係對應關聯之第2表格。因此，自m1 向ωq 轉換之運算處理可藉由利用第2增益轉換機構16僅檢索第2表格而進行。因此，縮短運算處理時間，且進一步降低CPU之運算處理負載。 接著，對本發明之第3實施形態之馬達系統1之閉環系統8C進行說明。圖5係表示該閉環系統8C之方塊線圖。另，對該圖中與圖2相同或相當之部分標註相同符號並省略其說明。 閉環系統8C構成因子中包含速度環路增益m1 及位置環路增益m0 /m1 之傳遞函數，輸入馬達3之旋轉位置指令而替代旋轉速度指令，且反饋控制馬達3之旋轉位置而輸出旋轉位置。閉環系統8C之位置之希望傳遞函數由運算式m0 /(s2 +m1 ･s+m0 )定義。又，閉環系統8C與圖2所示之閉環系統8A相比，替代第1比例增益傳遞要素9，而於前向路徑之第1求和點10之前段具有第2求和點18與第2比例增益傳遞要素19。於第2求和點18，輸入馬達3之旋轉位置指令而替代旋轉速度指令，且將馬達3之旋轉位置自馬達位置傳遞要素13經由第2反饋路徑(第2反饋(feedback)路徑)而直接負反饋。於第2比例增益傳遞要素19，輸入自第2求和點18輸出之旋轉位置指令與旋轉位置之偏差。動作對象物2係利用由閉環系統8C旋轉控制之馬達3而設定動作對象位置。 於該閉環系統8C中，第2比例增益傳遞要素19表示為m0 ，積分濾波器傳遞要素11、馬達增益傳遞要素12及微分濾波器傳遞要素14與圖2所示之閉環系統8A同樣表示。 又，於馬達控制裝置4，記憶有m1 與m0 、q0 、q1 之關係以根據m1 之下降而m0 、q0 、q1 亦下降之方式對應關聯之第3表格。第2增益轉換機構16參照第3表格而進行自第1增益轉換機構15算出之速度環路增益m1 向m0 、q0 、q1 之轉換。此時，第3表格之表格值係以與速度環路增益m1 具有一定關係之值作為位置環路增益m0 /m1 之值算出之方式設定。其理由在於，若僅m1 單獨降低值，則與m0 之平衡變差，有控制變得不穩定之情況。因此，若降低m1 之值則亦降低m0 之值，根據m1 之值而調整m0 之值。將m0 之值相對於m1 之值降低多少係以成為1慣性系中穩定般之m1 與m0 之比例之方式決定。 又，此時，第3表格之表格值係以與速度環路增益m1 具有一定關係之值作為q0 、q1 之值算出之方式設定。其理由亦在於，若僅m1 單獨降低值，則有控制變得不穩定之情況。因此，若降低m1 之值則亦降低q0 、q1 之值，根據m1 之值而調整q0 、q1 之值。 第3增益轉換機構17係根據第1增益轉換機構15如上述般算出之m1 、與自適應識別機構21所識別之增益p，且基於式(1)、(2)、(3)，而分別算出使閉環系統8C之特性與希望傳遞函數一致之參數即a1 、b1 及b2 。馬達控制裝置4將第2增益轉換機構16所求出之m0 、q0 、q1 、及第3增益轉換機構17所算出之a1 、b1 、b2 賦予至積分濾波器傳遞要素11、微分濾波器傳遞要素14及第2比例增益傳遞要素19，且分別以特定時間間隔逐次更新積分濾波器傳遞要素11、微分濾波器傳遞要素14及第2比例增益傳遞要素19。藉由該等更新，而以特定時間間隔逐次修正閉環系統8C之傳遞函數，即便成為動作對象物2或馬達3之慣量變大而振動變強之傾向，亦可使閉環系統8C之傳遞函數與希望傳遞函數自動一致。因此，即便動作對象物2或馬達3之慣量變大，亦可以使閉環系統8C之特性穩定之方式變化而抑制振動。 藉由此種第3實施形態之馬達系統1，速度環路增益m1 亦藉由第1增益轉換機構15而算出慣量比Gr(=K0 /K)，並求出任意之參數常數Ri相對於算出之慣量比Gr之比(=Ri/Gr)，藉此簡單地算出。因此，藉由第3實施形態之馬達系統1，亦無須增大CPU之運算處理負載，即可以自動調諧抑制振動，而發揮與第1實施形態同樣之作用效果。 又，於第3實施形態之馬達系統1中，於馬達控制裝置4記憶有m1 與m0 、q0 、q1 之關係對應關聯之第3表格，因此自m1 向m0 、q0 、q1 轉換之運算處理可藉由利用第2增益轉換機構16僅檢索第3表格而進行。因此，縮短運算處理時間，且進一步降低CPU之運算處理負載。 又，根據第3實施形態之馬達系統1，將位置環路增益m0 /m1 之值，藉由第2增益轉換機構16簡單地算出作為與速度環路增益m1 具有一定關係之值，並自動調諧成相對於速度環路增益m1 而控制系統之平衡較佳之值。因此，可以簡單之運算處理，不對CPU施加負載地進行不存在控制變得不穩定之情況且考慮了馬達3之旋轉速度與馬達3之旋轉位置之穩定之反饋控制。 又，上述閉環系統8C之由運算式m0 /(s2 +m1 ･s+m0 )定義之希望傳遞函數可如以下般變形。
Figure TW201804270AD00004
此處，ω1 、ω2 為希望傳遞函數之截止頻率，以下之關係成立。
Figure TW201804270AD00005
因此，於第3實施形態中，亦可控制ω1 、ω2 ，而替代控制m0 、m1 。 又，積分濾波器傳遞要素11及微分濾波器傳遞要素14之特性多項式(s2 +q1 ･s+q0 )可如以下般變形。
Figure TW201804270AD00006
此處，關於ωq1 、ωq2 ，以下之關係成立。
Figure TW201804270AD00007
又，為了使調整簡單，亦可如下式般使ωq1 與ωq2 相等。
Figure TW201804270AD00008
此處，關於ωq ，以下之關係成立。
Figure TW201804270AD00009
因此，於第1實施形態及第3實施形態中，亦可控制ωq1 、ωq2 ，而替代控制q0 、q1 。 另，上述之第1、第2及第3之各實施形態之馬達系統1對進行穩固極配置控制之情形進行了說明。然而，對進行P-PI控制之馬達系統亦可同樣地應用本發明。 圖6係顯示進行PI速度控制之本發明之第4實施形態之馬達系統1之閉環系統8D之方塊線圖。另，對該圖中與圖2相同或相當之部分標註相同符號並省略其說明。 閉環系統8D構成因子中包含速度環路增益Kvp之傳遞函數，輸入馬達3之旋轉速度指令，且反饋控制馬達3之旋轉位置而輸出旋轉速度。於閉環系統8D之第1求和點10直接輸入馬達3之旋轉速度指令，於積分濾波器傳遞要素11包含有速度環路增益Kvp而作為比例增益傳遞要素。閉環系統8D之積分濾波器傳遞要素11係若將速度積分增益設為Kvi則表示為Kvp･(1+Kvi/s)，微分濾波器傳遞要素14係若將截止頻率設為ωc則表示為ωc･s/(s+ωc)。動作對象物2係利用由閉環系統8D旋轉控制之馬達3而設定動作對象速度。 於該閉環系統8D中，亦基於自適應識別機構21所識別之增益K、與輸入之參數常數Ri，而算出增益K0 之相對於增益K之慣量比Gr(=K0 /K)。且，根據參數常數Ri相對於使用算出之慣量比Gr之以慣量比Gr為因子之特定之函數值的比，而算出速度環路增益Kvp。於本實施形態中，根據相當於式(4)之運算式(Kvp=Ri/Gr)，而算出速度環路增益Kvp。再者，基於算出之速度環路增益Kvp，參照表格而逐次更新閉環系統8D之各控制參數。因此，藉由第4實施形態之馬達系統1，亦可簡單地算出速度環路增益Kvp，無須增大CPU之運算處理負載，即可以自動調諧抑制振動，而發揮與第1實施形態同樣之作用效果。 圖7係顯示進行PI位置控制之本發明之第5實施形態之馬達系統1之閉環系統8E之方塊線圖。另，對該圖中與圖6相同或相當之部分標註相同符號並省略其說明。 閉環系統8E構成因子中包含速度環路增益Kvp及位置環路增益Kpp之傳遞函數，輸入馬達3之旋轉位置指令而替代旋轉速度指令，且反饋控制馬達3之旋轉位置而輸出旋轉位置。閉環系統8E與圖6所示之閉環系統8D相比，於前向路徑之第1求和點10之前段具有第2求和點18與第2比例增益傳遞要素19。於第2求和點18，輸入馬達3之旋轉位置指令而替代旋轉速度指令，且將馬達3之旋轉位置自馬達位置傳遞要素13經由第2反饋路徑而直接負反饋。於第2比例增益傳遞要素19，輸入自第2求和點18輸出之旋轉位置指令與旋轉位置之偏差。動作對象物2係利用由閉環系統8E旋轉控制之馬達3而設定動作對象位置。 於該閉環系統8E中，亦基於自適應識別機構21所識別之增益K、與輸入之參數常數Ri，而算出增益K0 之相對於增益K之慣量比Gr(=K0 /K)。且，根據參數常數Ri相對於使用算出之慣量比Gr之以慣量比Gr為因子之特定之函數值的比，而算出速度環路增益Kvp。於本實施形態中，亦根據相當於式(4)之運算式(Kvp=Ri/Gr)，而算出速度環路增益Kvp。再者，基於算出之速度環路增益Kvp，參照表格而逐次更新閉環系統8E之各控制參數。 此時，位置環路增益Kpp及速度積分增益Kvi之值係算出與速度環路增益Kvp具有一定關係之值。其理由在於，若僅Kvp單獨降低值，則與Kpp及Kvi之平衡變差，有控制變得不穩定之情況。因此，若降低Kvp之值則亦降低Kpp及Kvi之值，根據Kvp之值而調整Kpp及Kvi之值。將Kpp及Kvi之值相對於Kvp之值降低多少係以成為1慣性系中穩定般之Kvp與Kpp及Kvi之比例之方式決定。 藉由此種第5實施形態之馬達系統1，亦可簡單地算出速度環路增益Kvp及位置環路增益Kpp，無須增大CPU之運算處理負載，即可以自動調諧抑制振動，而發揮與第1實施形態同樣之作用效果。 又，於上述之第1～第5之各實施形態之馬達系統1中，對以慣量比Gr為因子之特定之函數f(Gr)設定成僅以慣量比Gr為因子之1次函數(f(Gr)=Gr)，且速度環路增益m1 、Kvp與慣量比Gr處於以式(4)表示之簡單之反比例關係之情形進行了說明。然而，亦可藉由以慣量比Gr與常數Rid0為因子之1次函數(f(Gr)=Gr+Rid0)表示特定之函數f(Gr)，且藉由下式(7.1)、(7.2)定義速度環路增益m1 、Kvp。
Figure TW201804270AD00010
根據式(7.1)、(7.2)，可將速度環路增益m1 、Kvp與慣量比Gr之反比例關係調整常數之值Rid0量。因此，可擴大速度環路增益m1 、Kvp之設定範圍，且抑制CPU之運算處理負載。 又，亦可藉由以慣量比Gr與常數Rid0為因子之2次函數(f(Gr)=Gr2 +Rid1･Gr+Rid0)表示特定之函數f(Gr)，且藉由下式(8.1)、(8.2)定義速度環路增益m1 、Kvp。
Figure TW201804270AD00011
根據將分母設為2次分數函數之式(8.1)、(8.2)，速度環路增益m1 、Kvp之值可設定成與簡單之反比例關係不同之相對於慣量比Gr之增加而單調地減少之期望之關係。相較於分母為1次函數之反比例關係，將分母設為2次之分數函數可進而謀求指令響應特性與振動抑制特性之並存。 藉由定義速度環路增益m1 、Kvp之各式(4)、(7.1)、(7.2)、(8.1)、(8.2)而表示之具體特性係於本實施形態中，以成為通過藉由實驗測定速度環路增益m1 、Kvp與慣量比Gr之關係之點的特性之方式決定。分母之函數之次數越高，越可提高使函數值於測定點擬合之精度，但CPU之運算處理負載變大。 又，於上述之第1～第5之各實施形態之馬達系統1中，對使用者將任意之參數常數Ri完全自由地輸入至馬達控制裝置4之情形進行了說明。然而，亦可採用將參數常數Ri作為與馬達3與動作對象物2之間之動力傳遞機構6之種類相應之複數個值，預先記憶於馬達控制裝置4之構成。根據該構成，使用者可自預先記憶於馬達控制裝置4之複數個參數常數Ri中，僅選擇與動力傳遞機構6之種類相應之參數常數Ri之值，藉此設定參數。因此，可提供提高了使用者之便利性之馬達系統1。 又，於上述之第1～第5之各實施形態之馬達系統1中，對使用表格進行自速度環路增益m1 、Kvp向各控制參數之轉換之情形進行了說明。然而，亦可不使用表格，而藉由使用運算式之運算，進行自速度環路增益m1 、Kvp向各控制參數之轉換。 又，於上述之第1～第5之各實施形態之馬達系統1中，亦可構成為對慣量比Gr之上限值設定限制。 根據慣量比Gr之增加，速度環路增益m1 、Kvp之值變得過小，而無法設定與慣量比Gr之值對應之速度環路增益m1 、Kvp之值之情形，例如與慣量比Gr之值對應之速度環路增益m1 、Kvp之值小於表格所設定之最小級別之速度環路增益m1 、Kvp之值之情形，無法降低速度環路增益m1 、Kvp之值。 此種情形，將基於關係式(m1 =Ri/f(Gr)，Kvp=Ri/f(Gr))而自可於表格設定之速度環路增益m1 之最小值m1min 、Kvp之最小值Kvpmin 求出之慣量比Gr，作為慣量比Gr之上限值而預先設定於馬達控制裝置4。藉由如此般對慣量比Gr之上限值預先施加限制，而對與慣量比Gr之值對應之速度環路增益m1 、Kvp之值之下限施加限制。因此，關係式(m1 =Ri/f(Gr)，Kvp=Ri/f(Gr))始終成立，而消除無法設定速度環路增益m1 、Kvp之值之情況。 例如，藉由式(4)算出速度環路增益m1 之值，如圖3(a)之圖表所示，速度環路增益m1 與慣量比Gr之關係以簡單之反比例關係(m1 =Ri/Gr)表示之情形，若將可於表格設定之速度環路增益m1 之最小值設為m1min ，則慣量比Gr之上限值grcamax係基於式(4)而以下式(9)表示。
Figure TW201804270AD00012
圖3(b)係顯示於慣量比Gr設定有上限值grcamax時之慣量比Gr之時間變化之圖表。該圖表之橫軸為時間，縱軸為慣量比Gr。如該圖表所示，於時間t，若對慣量比Gr設定上限值grcamax，則時間t以後，如鏈線所示般漸增之慣量比Gr之推定値限制於grcamax[%]。因此，藉由將慣量比Gr之設定預先限制於以式(9)決定之上限值grcamax，會對與慣量比Gr之值對應之速度環路增益m1 之值之下限施加限制，關係式(m1 =Ri/f(Gr))始終成立，而消除無法設定速度環路增益m1 之值之情況。 又，於圖3(a)所示之速度環路增益m1 與慣量比Gr之關係中，如該圖表所示，若對速度環路增益m1 之值設定上限值m1max ，使速度環路增益m1 之值以使用者所希望之上限值m1max 飽和，則可儘可能地提高指令響應性。根據此種馬達系統1，無須增大CPU之運算處理負載，即可以自動調諧抑制振動，使指令響應性接近於使用者所希望之特性。 圖8係於第3實施形態之馬達系統1中，追加了對慣量比Gr之上限值設定限制之構成的變化例之閉環系統8C’之方塊線圖。另，對該圖中與圖5相同或相當之部分標註相同符號並省略其說明。 閉環系統8C’係於閉環系統8C追加而具有藉由CPU構成之Gr上限值算出機構22及限制器23。於該閉環系統8C’中，將圖5中以1/K(=Gr/K0 )表示之馬達增益傳遞要素12分割成以1/K0 表示之傳遞要素12a、與以Gr表示之傳遞要素12b之2個傳遞要素而表現。對Gr上限值算出機構22，賦予有可於第3表格設定之速度環路增益m1 之最小值m1min 、及參數常數Ri。Gr上限值算出機構22係根據最小值m1min 及參數常數Ri，而藉由式(9)算出慣量比Gr之上限值grcamax並記憶。若藉由式(4)算出之速度環路增益m1 之值於第3表格中產生下限飽和，則限制器23將傳遞要素12b之Gr之值限制於藉由Gr上限值算出機構22算出之上限值grcamax。藉此，以避免1/K設定值上升過多，換言之，避免K設定值下降過多之方式進行限制。因此，關係式(m1 =Ri/Gr)始終成立，而消除無法設定速度環路增益m1 之值之情況。 又，於上述之第1～第5之各實施形態及上述變化例之馬達系統1中，對定義閉環系統8A、8B、8C、8C’、8D、8E之傳遞函數為多慣性系之特性之情形進行了說明。然而，於定義閉環系統之傳遞函數為1慣性系之特性之情形時，亦可同樣地應用本發明。根據此種構成，閉環系統之指令響應特性降低，但使用者無須意識到控制對象裝置之剛性較高之1慣性系抑或是控制剛性較低之多慣性系，即可防止控制產生之振盪。 又，於上述之第1～第5之各實施形態及上述變化例之馬達系統1中，對自適應識別機構21構成檢測動作對象物2及馬達3之慣量之慣量檢測機構之情形進行了說明。然而，馬達控制裝置4亦可構成為除自適應識別機構21外另具備檢測動作對象物2及馬達3之慣量之慣量檢測機構。
1‧‧‧馬達系統
2‧‧‧動作對象物
3‧‧‧馬達
4‧‧‧馬達控制裝置
5‧‧‧檢測機構(編碼器)
6‧‧‧動力傳遞機構
8A‧‧‧閉環系統
8B‧‧‧閉環系統
8C‧‧‧閉環系統
8C’‧‧‧閉環系統
8D‧‧‧閉環系統
8E‧‧‧閉環系統
9‧‧‧第1比例增益傳遞要素
10‧‧‧第1求和點
11‧‧‧積分濾波器傳遞要素
12‧‧‧馬達增益傳遞要素
12a‧‧‧馬達增益傳遞要素
12b‧‧‧馬達增益傳遞要素
13‧‧‧馬達位置傳遞要素
14‧‧‧微分濾波器傳遞要素
15‧‧‧第1增益轉換機構
16‧‧‧第2增益轉換機構
17‧‧‧第3增益轉換機構
18‧‧‧第2求和點
19‧‧‧第2比例增益傳遞要素
21‧‧‧自適應識別機構
22‧‧‧Gr上限值算出機構
23‧‧‧限制器
a‧‧‧特性線
a1‧‧‧參數
b‧‧‧特性線
b1‧‧‧參數
b2‧‧‧參數
c‧‧‧特性線
Gr‧‧‧慣量比
grcamax‧‧‧慣量比之上限值
K‧‧‧增益
K0‧‧‧增益
Kpp‧‧‧位置環路增益
Kvi‧‧‧速度積分增益
Kvp‧‧‧速度環路增益
m1‧‧‧速度環路增益
m1max‧‧‧速度環路增益之上限值
m1min‧‧‧速度環路增益之最小值
p‧‧‧增益
q0‧‧‧干擾響應特性相關之控制參數
q1‧‧‧干擾響應特性相關之控制參數
Ri‧‧‧參數常數
s‧‧‧拉普拉斯運算子
t‧‧‧時間
ωc‧‧‧截止頻率
ωq‧‧‧干擾響應特性相關之控制參數
圖1係顯示本發明之各實施形態之馬達系統之概略構成之方塊圖。 圖2係表示本發明之第1實施形態之馬達系統之閉環系統之方塊線圖。 圖3(a)係以簡單之反比例關係顯示第1實施形態之馬達系統之速度環路增益m1 與慣量比Gr之關係之圖表，(b)係顯示第3實施形態之變化例之馬達系統的於慣量比Gr設定有上限值grcamax時之慣量比Gr之時間變化之圖表。 圖4係表示本發明之第2實施形態之馬達系統之閉環系統之方塊線圖。 圖5係表示本發明之第3實施形態之馬達系統之閉環系統之方塊線圖。 圖6係表示本發明之第4實施形態之馬達系統之閉環系統之方塊線圖。 圖7係表示本發明之第5實施形態之馬達系統之閉環系統之方塊線圖。 圖8係表示本發明之第3實施形態之變化例之馬達系統之閉環系統之方塊線圖。
2‧‧‧動作對象物
6‧‧‧動力傳遞機構
8C‧‧‧閉環系統
10‧‧‧第1求和點
11‧‧‧積分濾波器傳遞要素
12‧‧‧馬達增益傳遞要素
13‧‧‧馬達位置傳遞要素
14‧‧‧微分濾波器傳遞要素
15‧‧‧第1增益轉換機構
16‧‧‧第2增益轉換機構
17‧‧‧第3增益轉換機構
18‧‧‧第2求和點
19‧‧‧第2比例增益傳遞要素
21‧‧‧自適應識別機構
a1‧‧‧參數
b1‧‧‧參數
b2‧‧‧參數
Gr‧‧‧慣量比
K‧‧‧增益
m1‧‧‧速度環路增益
p‧‧‧增益
q0‧‧‧干擾響應特性相關之控制參數
q1‧‧‧干擾響應特性相關之控制參數
Ri‧‧‧參數常數
s‧‧‧拉普拉斯運算子

Claims (11)

  1. 一種馬達系統，其具備使動作對象物動作之馬達、及反饋控制上述馬達之旋轉之馬達控制裝置，且特徵在於具備： 閉環系統，其輸入上述馬達之旋轉速度指令且反饋控制上述馬達之旋轉位置而輸出旋轉速度，且構成於因子中包含速度環路增益之傳遞函數； 慣量檢測機構，其檢測上述動作對象物及上述馬達之慣量； 自適應識別機構，其基於對馬達位置傳遞要素之輸入與來自馬達位置傳遞要素之輸出，而識別以上述動作對象物及上述馬達之慣量除包含對上述馬達供給電力之放大器之固定增益與上述馬達之轉矩常數的固定值所得之值即增益K；及 算出機構，其算出以上述馬達之慣量除包含對上述馬達供給電力之放大器之固定增益與上述馬達之轉矩常數的固定值所得之值即增益K0 相對於上述增益K之慣量比Gr，且根據任意之參數常數Ri相對於使用算出之上述慣量比Gr之以上述慣量比Gr為因子之特定之函數值的比，而算出上述速度環路增益；且 藉由上述算出機構所算出之上述速度環路增益而修正上述傳遞函數。
  2. 如請求項1之馬達系統，其中 上述閉環系統構成於因子中包含上述速度環路增益及位置環路增益之傳遞函數，輸入上述馬達之旋轉位置指令而替代上述旋轉速度指令且反饋控制上述馬達之旋轉位置而輸出旋轉位置；且 上述算出機構將與上述速度環路增益具有一定關係之值作為上述位置環路增益之值而算出； 藉由上述算出機構所算出之上述速度環路增益及上述位置環路增益而修正上述傳遞函數。
  3. 如請求項1之馬達系統，其中 上述閉環系統具有：前向路徑，其具有第1比例增益傳遞要素、供輸入上述馬達之旋轉速度指令之第1求和點、積分濾波器傳遞要素、馬達增益傳遞要素及馬達位置傳遞要素；以及第1反饋路徑，其將上述馬達之旋轉位置經由微分濾波器傳遞要素而負反饋至上述第1求和點；且 具有控制上述動作對象物及上述馬達之速度之希望特性之希望傳遞函數係於將上述速度環路增益設為m1 ，將拉普拉斯運算子設為s時，由運算式m1 /(s+m1 )定義； 將藉由上述自適應識別機構且基於對上述馬達位置傳遞要素之輸入與來自上述馬達位置傳遞要素之輸出而識別之、以上述動作對象物及上述馬達之慣量除上述動作對象物及上述馬達之黏性相關之項所得之值即增益設為p，將干擾響應特性相關之控制參數設為q0 及q1 ，將使上述閉環系統之特性與上述希望傳遞函數一致之參數設為a1 =q1 +m1 -p、b1 =q0 ･m1 、b2 =(q1 -p)･(m1 -p)+q0 時， 上述第1比例增益傳遞要素表示為m1 ， 上述積分濾波器傳遞要素表示為(s2 +q1 ･s+q0 )/(s2 +a1 ･s)， 上述馬達增益傳遞要素表示為1/K， 上述馬達位置傳遞要素表示為K/(s2 +p･s)， 上述微分濾波器傳遞要素表示為(b2 ･s2 +b1 ･s)/(s2 +q1 ･s+q0 )； 於上述馬達控制裝置中記憶將m1 與q0 、q1 之關係對應關聯之表格； 上述算出機構參照上述表格而進行自算出之上述速度環路增益m1 向q0 、q1 之轉換。
  4. 如請求項1之馬達系統，其中 上述閉環系統具有：前向路徑，其具有第1比例增益傳遞要素、供輸入上述馬達之旋轉速度指令之第1求和點、積分濾波器傳遞要素、馬達增益傳遞要素及馬達位置傳遞要素；以及第1反饋路徑，其將上述馬達之旋轉位置經由微分濾波器傳遞要素而負反饋至上述第1求和點；且 具有控制上述動作對象物及上述馬達之速度之希望特性之希望傳遞函數係於將上述速度環路增益設為m1 ，將拉普拉斯運算子設為s時，由運算式m1 /(s+m1 )定義； 將藉由上述自適應識別機構且基於對上述馬達位置傳遞要素之輸入與來自上述馬達位置傳遞要素之輸出而識別之、以上述動作對象物及上述馬達之慣量除上述動作對象物及上述馬達之黏性相關之項所得之值即增益設為p，將干擾響應特性相關之控制參數設為ωq ，將使上述閉環系統之特性與上述希望傳遞函數一致之參數設為b1 =ωq ･m1 、b2 =m1 -p+ωq 時， 上述第1比例增益傳遞要素表示為m1 ， 上述積分濾波器傳遞要素表示為(s+ωq )/s， 上述馬達增益傳遞要素表示為1/K， 上述馬達位置傳遞要素表示為K/(s2 +p･s)， 上述微分濾波器傳遞要素表示為(b2 ･s2 +b1 ･s)/(s+ωq )； 於上述馬達控制裝置中記憶將m1 與ωq 之關係對應關聯之表格； 上述算出機構參照上述表格而進行自算出之上述速度環路增益m1 向ωq 之轉換。
  5. 如請求項2之馬達系統，其中 上述閉環系統具有：前向路徑，其具有輸入上述馬達之旋轉位置指令而替代上述旋轉速度指令之第2求和點、第2比例增益傳遞要素、第1求和點、積分濾波器傳遞要素、馬達增益傳遞要素及馬達位置傳遞要素；第1反饋路徑，其將上述馬達之旋轉位置經由微分濾波器傳遞要素而負反饋至上述第1求和點；以及第2反饋路徑，其將上述馬達之旋轉位置直接負反饋至上述第2求和點；且 具有控制上述動作對象物及上述馬達之位置之希望特性之希望傳遞函數係於將上述速度環路增益設為m1 ，將上述位置環路增益設為m0 /m1 ，將拉普拉斯運算子設為s時，由運算式m0 /(s2 +m1 ･s+m0 )定義； 將藉由上述自適應識別機構且基於對上述馬達位置傳遞要素之輸入與來自上述馬達位置傳遞要素之輸出而識別之、以上述動作對象物及上述馬達之慣量除上述動作對象物及上述馬達之黏性相關之項所得之值即增益設為p，將干擾響應特性相關之控制參數設為q0 及q1 ，將使上述閉環系統之特性與上述希望傳遞函數一致之參數設為a1 =q1 +m1 -p、b1 =q0 ･m1 、b2 =(q1 -p)･(m1 -p)+q0 時， 上述第2比例增益傳遞要素表示為m0 ， 上述積分濾波器傳遞要素表示為(s2 +q1 ･s+q0 )/(s2 +a1 ･s)， 上述馬達增益傳遞要素表示為1/K， 上述馬達位置傳遞要素表示為K/(s2 +p･s)， 上述微分濾波器傳遞要素表示為(b2 ･s2 +b1 ･s)/(s2 +q1 ･s+q0 )； 於上述馬達控制裝置中記憶將m1 與m0 、q0 、q1 之關係對應關聯之表格； 上述算出機構參照上述表格而進行自算出之上述速度環路增益m1 向m0 、q0 、q1 之轉換。
  6. 如請求項1至5中任一項之馬達系統，其中以上述慣量比Gr為因子之上述特定之算出上述速度環路增益之函數，係僅以上述慣量比Gr為因子之1次函數。
  7. 如請求項1至5中任一項之馬達系統，其中以上述慣量比Gr為因子之上述特定之算出上述速度環路增益之函數，係以上述慣量比Gr與常數為因子之1次函數。
  8. 如請求項1至5中任一項之馬達系統，其中以上述慣量比Gr為因子之上述特定之算出上述速度環路增益之函數，係以上述慣量比Gr與常數為因子之2次函數。
  9. 如請求項1至5中任一項之馬達系統，其中上述參數常數Ri係作為與上述馬達與上述動作對象物之間之動力傳遞機構之種類對應之複數個值而記憶於上述馬達控制裝置。
  10. 如請求項1至5中任一項之馬達系統，其中對上述慣量比Gr之上限值設定有限制。
  11. 如請求項1至5中任一項之馬達系統，其中上述自適應識別機構構成上述慣量檢測機構，且基於對上述馬達位置傳遞要素之輸入與來自上述馬達位置傳遞要素之輸出，而識別上述動作對象物及上述馬達之慣量。
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