TWI327260B - Motor control device - Google Patents

Description

1327260 •九、發明說明： -【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種控制用來驅動如工作機械之工作台 (table)或產業機械人（rob〇t)之機臂（arm)等負載機械的電動 機之電動機控制裝置。 【先前技術】 ' 此種電動機控制裝置，已知有依據以電動機之速度訊 -號或位置訊號為基礎而產生之轉矩（t〇rque)指令訊號，進行 使電動機之轉矩與轉矩指令訊號一致之控制，而驅動透過 轉矩傳遞機構與電動機連接之負載機械者，但是因為連接 電動機與負載機械之轉矩傳遞機構之剛性低，而難以同時 實現外部擾動抑制力之提高及負載機械之振動抑制。 於是，以往之電動機控制裝置，係形成為：從以電動 機之速度訊號及位置訊號為基礎而產生之轉矩指令訊號， 減去使負載機械之加速度訊號比例倍增後得到的訊號之構 成，使負載機械之加速度訊號所含之負載機械的振動反映 於轉矩指令訊號以抑制負載機械的振動（參照例如專利文 獻1)。 或形成為：以負载機械之加速度訊號作為輸入，並附 加振動抑制電路以修正位置控制電路輸出的轉矩指令訊號 之構成’將電動機、負載機械、位置控制電路及振動抑希; 電路以狀態方程式之模型（m〇del)表現，以令包含有考慮過 位置偏差與負載機械之加速度與給予馬達的操作能量之 項、以及狀態方程式的狀態變數之評定函數為最小之方式 318246 5 1327260 •決定位置控制電路與振動抑制電路所具備之增益（gain》藉 -以在不使負載機械振動之下提高指令隨動性（參照例如^ 利文獻2)。 •〔專利文獻1〕日本特開平0-91482號公報 〔專利文獻2〕曰本特開平5-303427號公報 【發明内容】 〔發明所欲解決之問題〕

於專利文獻1記載之發明中，如速度比例增益％固 定於某-值’則加大加速度反饋增益（feedbaek細瓜即 可抑制負載機械之振動々是適於振動抑制之^的大小會 隨速度比例增益Kvp而不同，為提高外部擾動抑制力，每 次調整速度比例增益Κνρ都需重新調整

Ka’以致有調整作業很煩雜之問題。 日息 二為抑制負載機械之振動，需加大加速度反饋增益 形成為將使負載機械之加速度訊號比例倍增後得 ==速度控制電路輸出的轉矩指令訊號之構成， 二I: 目的之加速度反饋增益1之效果，與以 卜:==1為目的之速度積分增益、及位置比例增益 ㈣干涉而變得振動’而有無法同時獲得充分的 振動抑制效杲及外部擾動抑制效果之問題。 負載=專文獻2記載之發明’需要有與連結電動機和 負載機械之機械系有關之正確的數 來識別機械系的頻率特性等…因此有而要用 之構成變得大規模且複雜之問題。 而有正體裝置 318246 6 1327260 又，為決定位置控制電路與振動抑制電路之增益，需 •要設定評定函數之權重（weight)，但是，評定函數之權重增 益與所得結果之關係不明確，因此為得到滿足之結果需一 再進行試行錯誤之調整，以致調整作業煩雜，且為決定位 置控制電路與振動抑制電路之增益必須求解芮卡提 (riccati)方程式也有調整作業變繁雜之問題。 本發明係為了解決上述問題而完成者，其目的在於提 籲：，一種以簡易的增益調整即可同時實現外部擾動抑制力的 提向與負載機械的振動抑制之電動機控制裝置。 〔解決問題之技術手段〕 一種電動機控制裝置，其構成係具備有：位置控制單 几，以指定驅動負载機械之電動機的位置的目標值之位置 指令訊號、與表示電動機的位置的現在值之位置訊號作為 輸入，而輸出指定電動機的速度的目標值之速度指令訊 號；以及速度控制單元，以位置控制單元輸出之速度指令 #訊號、與將表示電動機的速度的現在值之速度訊號加上修 正該速度訊號之速度修正㉟號而得之修正速度訊號作為輸 入而輸出才曰疋電動機驅動負载機械之轉矩的目標值之轉 矩指令訊號。更具備有振動抑制單元，以表示負載機械的 加速度的現在值之加速度訊號、或使將上述加速度訊號之 預定值以上的頻率成分除去之低通濾波器及將預定值以下 的頻率成分除去之高通濾波器作用之訊號作為輸入，而輸 出速度修正訊號，且具有以從加速度訊號到轉矩指令訊號 之轉移函數（transfer function)，會成為將從位置訊號到轉 318246 7 1327260 矩指令訊號之轉移函数乗以預定增益的比例特性及積分特 *性而得的轉移函數之方式決定之轉移函數。 〔發明之功效〕 無需為了獲得與電動機及負載機械所構成的機械系有 關的資訊所需之計算或用來進行頻率特性的識別等之特別 的單元，且與電動機與負載機械之速度控制中針對外部擾 .動的抑制之速度比例增益及速度積分增益的調整相獨立而 鲁將負載機械之加速度訊號的反饋增益設定為固定值，即可 貝現負載機械之振動抑制，因此以簡易的增益調整，即可 同拎實現電動機與負載機械之速度控制的外部擾動抑制力 的提高及負載機械的振動抑制。 【實施方式】 實施形態1 第1圖係顯示本發明實施形態丨之電動機控制裝置之 方塊圖。控制對象1係由包含驅動負載機械2的電動機3 鲁之機械系4、及以使電動機3驅動負載機械2之轉矩『η 與轉矩指令訊號r r一致的方式進行控制之轉矩控制電路5 所構成。又，機械系4除負載機械2與電動機3之外，尚 有檢測作為電動機3的位置的現在值之位置訊號、之位置 檢測電路6、及檢測作為負載機械2的加速度的現在值之 加速度訊號a!之加速度檢測電路7。 位置控制電路8a，以作為電動機3的位置的目標值之 位置指令訊號Xr、與位置訊號、作為輸入，而輸出作為電 動機3的速度的目標值之速度指令訊號^。 318246 8 1327260 速度控制電路9a，以位置控制電路8a輸出之速度指 • •令訊號與將速度運算電路1〇從位置訊號、運算而輸 出之速度訊號加上修正該速度訊號^之速度修正訊號 vc而得之修正速度訊號v mc作為輸入，而輸出作為電動機 3驅動負載機械2之轉矩rm的目標值之轉矩指令訊號r, 速度修正訊號vc，係由以負載機械2之加速度訊號… -作為輸入之振動抑制電路lla所輸出，但是此振動抑制電 鲁-路11 a之轉移函數，係以從加速度訊號a】到轉矩指令訊號 -r»·之轉移函數，會成為將從位置訊號、到轉矩指令訊號 r r之轉移函數乘以預定增益的比例特性及積分特性而得 的轉移函數之方式決定。 以下利用比第1圖之構成簡單之不將位置訊號、的反 ，輸入至位置控制電路8b之第2圖的構成來說明此實施形 態1之原理。第2圖之控制對象係與第丨圖相同。 位置控制電路8b係以位置指令訊號〜作為輸入而輸 鲁出速度指令訊號vr。 速度控制電路9b係以位置控制電路8b輸出之速度指 令訊號vr、及將速度運算電路1〇從位置訊號、運算而輸 出之速度訊號vm加上修正該速度訊號、之速度修正訊號 vc而侍之修正速度訊號Vmc作為輸入，而輸出轉矩指令訊 號τ r。 另外，速度修正訊號vc係由振動抑制電路nb使負載 機械2之加速度訊號ai比例倍增後而產生。 再者，於第2圖之構成中，位置控制電路补並不限定 318246 9 丄wou •為電動機控制裝置之必要構成要素，亦可 β •Vr從電動機控制裝置的外部輸入之構成。*·、、又曰7^號 接著’說明此實施形態1之原理。 假設機械系4為具有機械共振特性，且從轉矩指 機3之速度訊號、之轉移函數僅具有單一:機二 =性之二慣性系（tw。‘tiasystem)。此時，假設從電動 之轉矩％到電動機3之速度訊號％之轉移 …⑷:從電動機3之轉矩〜到負载機械2之加速度訊號 ai之轉移函數為Ga(s)，則G ()及 【數 ㈠及Ga⑷分別如以下所示。

Gv(s)= ωΖ^Ί?· +

Js{a)-2s2 +1) 【數式2】 Ga(s) (1) 1 j(〇Jp2S2 +1) (2) 系4之-rn/為反'、振頻率’ ％為共振頻率’ J為機械 慣性/ 設電動機3之慣性為I負載機械2之 r貝！生為j丨’則總慣性j為】 —斟、-J丨之和^ Gv(s)在虛軸上具 【數二令點，假設此複數零點為z，，則z，將如下式 Z ~±J ωζ (3) 又，速度控制電路9b係形成 制的轉移特性之構成。 日成為下式所不之Π控 318246 10 (4) 丄w/湖 【數式4】 CV(S) =r _Ms_+〇Vj) 在此：kv為速度比例增益，…為速度積分增益。 首先，以α表示在振動抑制電路llb中使負載機械2 :加迷度訊號3]比例倍增之增益，並考慮此增益“0, 雷'即不將電動機3之速度訊號Vm加上速度修正訊號^之 機控制裝置。假設轉矩控制電路5之轉移特性為理想 在控制對象1的輸入端將迴路（l〇〇p)切開時之開迴路 :移函數為Lv，(s)’則Lv (s)為從控制對象丄的輸入端經由 檢測電動機3之位置訊號^之位置檢測電路6、速度運算 電路10及速度控制電路外而回到控制對象i的輸入端之 迴路的轉移函數，如下式所示。 【數式5】 K(s) = Cv(s)Gv(s) = ^v(s + ^Vj)(ftj~2s2 + Ί) (5)

Js2(〇)~2sz + 1) 攸（5)式可知，Lv，（s)具有之零點為實數零點—與在 j軸上之一對複數零點±7·^ Ζ，為速度控制電路外給予的 實數零點一〇>4與GV(S)之複數零點ζ，所直接呈現者。 另一方面，考慮α >0的情況，假設在控制對象i的 輸入端將迴路切開時之開迴路轉移函數為Lv⑷，則⑽ 為從㈣對象丨的輸人端經由電動機3、位置檢測電路6、 速度運算電路10及速度控制電路9b而回到控制對象i的 輸入端之迴路的轉移函數，以及從控㈣象i的輪入端經 318246 1] 1327260 此閉迴路極之衰減係數’係表示閉迴路響應之振動衰 .減的比率之代表性指標，閉迴路極之衰減係數愈小閉迴路 響應之振動愈大，閉迴路極之衰減係數愈大閉迴路響應之 振動愈快衰減。 依據此貫施形態1 ’將（8)式所示的開迴路複數零點之 衰減係數f z設定成適當大的值，則即使為了提高外部擾 _動抑制效果而加大開迴路轉移係數之增益，亦可加大閉迴 鲁·路複數極之衰減係數而抑制振動。亦即，可同時實現外部 擾動抑制與振動抑制。 針對上述性質，以第3圖與第4圖詳細說明之。 第3圖係顯示使速度比例增益kv變化時之閉迴路複數 極的根執跡之概略圖。在此，為易於說明而使〇vi=〇，又 為使複數零點z之衰減係數（z=〇.5而使α =1/ωζ。 .第3圖中，設α = 0時之閉迴路複數極的根執跡以虛 線標示’〇:>0時之閉迴路複數極的根軌跡以實線標示，又 Φ閉迴路零點以〇標示，開迴路極以χ標示，各根執跡之箭頭 表不加大速度比例增益kv時之閉迴路極移動的方向。 再者’實軸上之閉迴路極，在速度增益為〇時位於原 點’隨速度增益kv增大而收斂至位於—〇〇之開迴路零點。 此轨跡在α=〇與α=1/ωζ之任一情形均為相同的軌跡 (未圖示）。 第4圖係顯示加大速度比例增益kv時之閉迴路複數極 之衰減係數的變化之圖，橫軸為以總慣性j加以正規化後 之速度比例增益kv，縱軸為閉迴路複數極之衰減係數。 318246 13 .益ic自:Λ 擾動抑制力而將速度比例增 二門二=則閉迴路複數極將向離開 動閉迴路複數極之衰減係數將於某一心值達最大。 時，：、=、比:：益kv :自衰減係數為最大之值再增大 數愛點將接近Lv’(s)所具有之在虛軸上的複 上，閉迴路複數極之錢係數漸漸趨近於0。隨著 :It 整速度比例增益 <及速度積分增益〜也 之择叙減係數以抑制負載機械2 之振動’需減少速度比例增益kv。 攸以上况明可知’增益α為0 ’亦即不將電動機3之 速度vm加上速度修正訊號、的情況’無法同時實現 擾動抑制力之提高與振動抑制。 。 ，相，於此’使增益。正向增大’可使^⑷之複數零點 z之农減係數增大。亦即，使Lv(s)之複數零點_離開位 於虚軸上以之位置移動，可增ALv⑷之複數零點 減係數ί z。 ^ 此時，為提高外部擾動抑制力而增大速度比例增益k 時’閉迴路複數極向離開虚軸之方向移動，閉迴路複數極 之哀減係數增大。再增大kv時，如同α=〇時，雖閉迴路 複數極=衰減係數減少，但是如上所述可使u⑷之複數零 點Z的衰減U ( Z為適當的大小，因&既使閉迴路複數極 接近LV(S)之複數零點z，閉迴路極之衰減係數亦不致變〇, 可進行調整以使負載機械2不振動。 31S246 14 再者，如事先己知機械系4之反共 •上述設定增益^使衰減係 ；〜ωζ’即可如 _…為未知時，只要數使但是反共 容W y么如— 災日孤α正向增大，亦可拗士 衷減係數^ 2而得到振動抑制效果。 了曰大 因此，無需為了獲得反共振頻率ω 關的資訊所需之辞瞀·^ + 械系4有 一 ° ^或用來識別頻率特性等之特別的置 .機械2之振動。之W的調整，即可抑制負載 又，由於衰減係數（2與速度比例增益k 因此增益α與速度比例增益匕可分別獨立調整二:獨 立調整外部擾動抑制力之提高及負載機械2之振動=獨 又^於哀減係數^與速度積分增益〜並不相依， 此增益0：與速度積分增益…亦可分別獨立調整 式可知’即使使速度積分增益〜變化，k⑻之實數突點 -0vi亦僅在實轴上移動而己，並不f彡響隨增益^而變 之複數零點的衰減係數Γ ζ。 夂1ϋ 由於^數零點之衰減係數。為1，因此負載機械：不 因收敛至實數零點—ω Vi之閉迴路的影響而振動。於此種 電動機控制裝置中’大多使速度積分增益…與逮度比例 增益kv連動，而設定為隨著速度比例增益kv之增大 亦增大’即使於此等情形’亦無需變更關於速度比例增益 kv及速度積分增益ωνί之設^ ’只要形成為將電動機3日: 速度汛唬vm加上速度修正訊號Vc之此實施形態1之構 成，即能以如上所述之只調整增益α之簡易的調整同時實 318246 17 1327260 -現外部擾動抑制力之提高及振動抑制。 ’：者’位置比例增益可如同速度比例增益匕之 方式處理。 又’於此實施形態！中述及在振動抑制電路⑴使負 载=2之加速度訊號a)比例倍增而產生速度修正訊“ 但亦可形成為使從負載機械2之加速度訊號a】除 去預疋頻率成分而得之訊號比例倍增之構成。 •:如，在振動抑制電路Ua或振動抑制電路爪追加 預定頻率以上的成分之低通據波器，即可除去可能 二機械糸4之穩定性有不良影響之負載機械2之加速度訊 含的高頻雜訊。低通濾'波器之截止（咖ff)頻率只 要比機械系4之反共振頻率心的5倍還大即可。 又’在振動抑制電路lla或振動抑制電路m追加可 Π 率以下的成分之高通濾波器，即可除去負載機 古、口速度訊號〜中所含之起因於偏移（offset)之定常誤 1 °问通；*波器之截止頻率只要比機械系4之反共振 的1/4還小即可。 、手 由於此實施形態1以如上所述的方式構成，無 =與機械系4有關的資訊所需之計算或用來率 =之特別的單元，只要與位置比例增益kp、速度二 皿—V及迷度積分增益ω ”·之調整相獨立地將增益“設定於 =疋值俾使衰減係數：2成為J以下的適當值之簡易的調 :包即可同時實現外部擾動抑制力之提高及負載機械2之 搌動抑制》 < 318246 ^27260 ' rr之轉移函數乘以預定增益之比例特性及積分特性而^ •的轉移函數之方式決定者。 于 以下利用比第5圖之構成簡單之不將速度訊號、反饋 輸入至逮度控制電路9c之第6圖的構成說明此實施二钱2 之原理。於第6圖中，控制對象】係為與第5圖相同 於第6圖之構成中’位置控制電路⑼係形成為不透過 速f控制電路而直接輸出轉矩指令訊號。之構成，且以位 :置指令訊號\與修正位置訊號x〇ie作為輸入， 二令訊號…又，位置修正訊號、，係由振動抑：： 對使負載機械2之加速度訊號a】比例倍增後得到的訊 戒進行積分而產生。 接著，說明此實施形態2之原理。如同實施形態卜 2機械系4為具有機械共振特性1從轉矩指令訊號卜 ^電動^之位置訊號％之轉移函數僅具有一機械共振特 2-ί貝性糸。此時’假設從電動機3之從轉矩“到電 戶t機3之位置訊號、之轉移函數為Gp⑷，則GP⑷如下式 Γί[ 7]λ ° 【數式13】 /S2(w~2s2 + Ί) (13) 又’假設振動抑制電路〗·| d私 a、卜 电峪Ud係對負載機械2之加速度訊號 1進行比例積分者，從負葡I ^ ^ 貝戟機械2之加速度訊號al到位置 〜正訊號Xc之轉移特性為如下式所示者。 【數式14】

Gp(s) = ^l(sj = _ α,ζ2^ c * 〇 ^ i 318246 20 1327260 增益α而變化之複數零點係與⑺式所示複數零點z 於κ、κρ 一整使…增大即可使衰減 又’由位置控制電路8d所賦與之零點，會有因位 例增益Kp及位置積分增益Ki之值而成為複數零點的情 形’：是，由於調整位置比例增益&及位置積分增益K :可使複數零點之衰減係數增大，因此既使使位置微分辦兴 飞增大，㈣至該複數零點之_祕也 ^ 1振動。因此’與實施形態1-樣1簡易的調= 時實現外部擾動抑制力之提高及負載機械2之振動抑制^ 7如同實施形態i之想法’於第5圖之構成中，亦 ”第6圖之構成-樣而構成振動抑制電路…。於 :中，在位置控制電路8c具有增益…控制的轉移特 將料％ Μ PI控制的轉移特性之情況，可 將振動抑制電路llc構成為具有如下式所示之比例 “V積分增益為KpiPl控制的轉移特性。“為 【數式17】 (17 (a/kp)(s + kp) $ :外’即使在位置控制電路9。不是具有 疋具有如巧控料之其他轉移特 動抑制電路lie。 m冋様地構成振 機振動抑制電路 機械2之加速度訊號a,比例倍增再加以積分而產生位置修 318246 22 1327260 \之構成，但是亦可形成為使從負载機械2之加速 ς成二〜除㈣定的頻率成分後得到之訊號比例倍增之 例如，在振動抑制電路llc或振動抑 可除去某預定頻率以上的成分之低通Μ哭^ lld追加 之缺性有不良影響之含於負載機械2之加 雜訊，通遽波器之響應頻率比機械 ’、 反/、振頻率ω Ζ的約5倍還大即可。 藉八占炎可使振動抑制電s llc或振動抑制電路1】d中之 此“：具ί積分併合高通濾波器的特性之擬似積分。使 =〜波☆'具有2階以上之特性，即可除去含於 ^ 訊號中之起因於偏移（Gffset)之定常誤差。此 號Γ夕絲々 據從加速度訊號a]到轉矩指令訊 者υ，ι、Λ特性所含的積分要素的階數之總計而決定。再 言问通濾波器的截止頻率t卜嬙幵各^ ^ •的約"4還小即可。革機械糸4之反共振頻率… 抽•丨：二_態2因採如上所述之構成，因此藉由使振動 抑制電路以或振動_電路Ud 可使lp(s)之複數零點相罢2 積刀曰ια增大，即 零點位置不同之位置，於與在虛線上之Gp(S)的複數 形態1-樣，以簡易的，f系數增大。因此，與實施 之“與負載機械2之振動抑制。 刀 又’如第6圖之構成， 度控制電路時，藉由將將連度訊號、反饋輸入至速 等電動機3之位置訊號&加上使負载 318246 23 1327260 機械2之加速度訊號a】比例倍增再加以積分後得到的位置 .修正訊號xc之更簡單的構成即可獲得同等的效果。 實施形熊3 第7圖係顯示本發明實施形態3之電動機控制裝置之 方塊圖。控制對象1係為與實施形態丨相同者。 位置控制電路8e，係以位置指令訊號&、及將電動機 _ 3之位置訊號Xm加上修正該位置訊號^之位置修正訊號 xc而得之修正位置訊號Xmc作為輸入，而輸出速度指令訊 號vr。 速度控制電路9e，係以位置控制電路8e所輸出之速 度指令訊號vr、及將速度運算電路1〇從位置訊號、運算 而輸出之速度訊號Vm加上修正該速度訊號、之速度修正 訊號vc而得之修正速度訊號Vmc作為輸入，而輸出轉矩指 令訊號τ r。 位置修正訊號〜及速度修正訊號\係由振動抑制電 •路lie輸出，此振動抑制電路lle係由使負载機械2之加 速度訊號a〗比例倍增而產生速度修正訊號、之增益電路 12、及將該速度修正訊號、予以積分而產生位置修正訊號 xc之積分電路13所構成。 ~ 接著，說明此實施形態3之原理。假設機械系4與實 施形態1 一樣為二慣性系。又，假設在振動抑制電路iie 内部之增盃電路12的增益為α，位置控制電路8e中之從 電動機3之位置訊號Xm到速度指令訊號Vr之轉移特性， 係由下式所示之比例控制的轉移特性所表示。 318246 24 1327260 •'【數式18】

Cp(s) = ~ kp 在此，t為位置比例增益。又，假設速度控制電路9e 為對於速度指令訊號與電動機3之速度訊號之偏差 進行下式所示之PI運算者。 【數式19】

Cv(s)=砂 + 〜) - s (19)

·' ^ L 在此，kv為速度比例增益’ ω vi為速度積分增益。 假設轉矩控制電路5之轉移特性為理想之1時之在控 制對象1的輸入端將迴路切開時之開迴路轉移函數為 LP(s)，則Lp(s)為從控制對象！的輸入端經由位置檢測電路 6、位置控制電路8e及速度控制電路9e而回到控制對象！ 的輸入端之迴路的轉移函數，與從控制對象〗的輸入端經 由位置檢測電路6、速度運算電路1〇及速度控制電路二 •而回到控制對象i的輸入端之迴路的轉移函數，與從控制 對象1的輸入端經由加速度檢測電路7、增益電路12、積 刀電路13、位置控制電路8e及速度控制電路％而回到控 制對象1的輸入端之迴路的轉移函數，與從控制對象^ 輸入端經由加速度檢測電路7、增益電路]2及速度控制電 路9e而回到控制對象〗的輸人端之迴路的轉移函數之和， 如下式所示。 【數式20] 3]8246 25 1327260 •代替加速度訊號a〗。 '例如’在振動抑制電路Ud追加可除去預定頻率以上 的成分之低通遽波器，即可除去可能對機械系4之穩定性 有不良影響之含於加速度訊號a〗中之古# & σ ^ 、 丫炙円頻雜訊。低通濾波 益之Β應頻率.比機械系4之反共振頻率 ’只牛ω ζ的5倍還大即 "5J" 〇 又，可在振動抑制電路lle之從負載機械2之加速度 :訊號a]到速度修正訊號、之轉移特性，追加可除去預定頻 率以下的成分之高通遽波器’而且，可取代從加速度訊號 a】到位置修正訊號Xe之轉移特性中所含的積分，而使用呈 有積分併合2階以上特性的高通遽波器而成的特性之擬似 積分。此擬似積分所含的高通渡波器之階數，可依據從加 速度訊號~到轉矩指令訊號L之轉移特性所含的積分要 素之階數的總計而決定。以上述方式構成振動抑制電路 二可除去含於加速度訊號〜中之起因於偏差（offset)之 疋常誤差。 追加至從加速度訊號a】到速度修正訊號〜的轉移特 性之南通纽H，與取代從加速度訊號以位置修正訊號 \之轉移特性令所含的積分而使用的擬似積分中所含的高 通遽波^之截止頻率，只要比機械系4之反共振頻率… 的1/4逛小即可。 由於貫施形態3以如上所述的方式構成，因此使振動 卩制f路lie内部之增益電路12的增益立增大，即可使 P(s)之複數零點的位置位於與在虛轴上之&⑷之複數零 318246 27 1327260 的成分之低通;慮波器，即可除去可能對機械系 •有不良影響之含於加速度訊號ai中之高頻雜訊 器之截止頻率比機械系4之反共振頻率〇 z的 〇 4之穩定性 。低通濾波 5倍還大即 入，锨勁狎制電路llf含有積分特性時，使 分特性併合高通渡波器特性而成的特性之擬似積分：：積 使用擬似積分可除去含於加速度訊號ai中之起因 (offset)之定常誤差。上述高通渡波器之截止頻率比機 4之反共振頻率6^的1/4還小即可。 ’、 如此實施形態4,以使從負載機械2之加速度訊號& 到轉矩指令訊號L之轉移函數，會成為將從速度訊號 到轉矩指令訊號卜之轉移函數全體乘以增益而得的傳J 函數之方式構成振動抑制電$ Uf，gp可與實施㊉態1 一 樣’以簡易的調整即可同時實現外部擾動抑制力之提 負載機械2之振動抑制。 ^又。可攸上述實施形態4所示之電動機控制裝置經過 等效變換而完成者，即具有與上述一樣之功效。 f施形錤5 第9圖係顯示與實施形態4 一樣之依據加速度訊號〜 獲得轉矩修正訊號卜之另—實施形態之實施形態5之電 動機控制裝置之圖。 控制對象1係為與實施形態1相同者。 盥位置控制電路8g，以對電動機3之位置指令訊號X" /、電動機3之位置訊號&作為輸入，且不經過速度控制電 3J8246 30 1327260 負载機械2之加速 訊號之構成，但 的頻率成分之濾波 上述振動抑制電路1 lg係形成為對 度訊號a丨施加id運算而產生轉矩修正 是在振動抑制電路llg追加可除去預定 器亦可。 例如，在振動抑制電路llg追加可除去預定頻率以上 :成分之低通滤波器，即可除去可能對機械系4之 速度訊號…高頻雜訊謂波 ;之截止頻率比機械系4之反共振頻率…的5倍 搌勖抑制電路llg 八 合高通濾波器而成的特性之擬似積分。：：：槓：併

Si::上之特性時，可除去含於負载機械2之加速 因於偏移（。細)之Μ誤差。上述高通滤'波 :之截止頻率比機械系4之反共振頻率…的約ι/4還小即 拓i匕Α只&开7 _ 5 ’以攸負載機械2之加速度訊號a】到轉 ㈣曰々訊號rr之轉移函數，會成為將從電動機3之位置訊 號、到轉矩指令訊號~之轉移函數全體乘以比例積分特 成的轉移函數之方式構成振動抑制電路…，即可與 :施形態1-樣，以簡易的調整即可同時實現提高外部擾 抑制與負载機械2之振動抑制，可獲得配合實際的裘置 之最適當的電動機控制裝置之構成。 又，在㈤時具有實施形'態4及實施形態5分別含有之 電動機3的位；番ι »老v &+ 置Λ唬xm與連度訊號Vm之反饋之如第】〇圖 3J8246 32 1327260 -之構成中也-様’以從負载機械2之加速度訊號a】到轉矩 •指令訊號L之轉移函數，會成為將從電動機3之位置訊號 到轉矩指令訊號rv之轉移函數全體乘以比例積分特 ，而成的轉移函數之方式構成振動抑制電㉟Uh，即可與 實施形態1 -樣’以簡易的調整即可同時實現外部擾動抑 制力之提高與負载機械2之振動抑制。 .又，可從此實施形態5所示之電動機控制裝置經過等 效變換而完成者即可獲得與上述一楛夕％里 # 一施形態中，係針對二::測電路6來檢 測表不電動機3的位置的現在值之位置訊號％，而由速度 運算電路U)從位置訊號Xm運算而輪出速度訊號、之構成 進灯》兒明，但即使相反地以速度檢測電路來檢測表示電動 ，3的速度的現在值之速度訊號％，而從速度訊號^運 具出位置訊號Xm之構成，本發明亦可獲得同様的效果。 【圖式簡單說明】 # 帛1 ®係顯示本發明實施形態1之電動機控制裝置的 一例之方塊圖。 第2圖係顯示本發明實施形態1之電動機控制裝置的 一例之方塊圖。 第3圖係顯示本發明實施形態！之電動機控制裝置的 根轨跡之圖。 第4圖係顯示本發明實施形態！之電動機控制裝置之 速纽例增益與開迴路複數極的衰減係數的關係之圖。 第5圖係_示本發明實施形態2之電動機控制裝置的 3J8246 33 1327260 -一例之方塊圖。 第圖h顯不本發明實施形態2之電動機控制裝置的 一例之方塊圖。 第圖iT'顯不本發明實施形態3之電動機控制裝置的 一例之方塊圖。 第8圖係顯不本發明實施形態4之電動機控制裝置的 .一例之方塊圖。 第9圖係顯示本發明實施形態5之電動機控制裝置的 一例之方塊圖。 第10圖係顯示本發明實施形態5 <電動機控制裝置的 一例之方塊圖。 【主要元件符號說明】 1 控制對S 2 貞載機械 3 電動機 4 機械系 6 位置檢測電路 5 轉矩控制電路

7 加速度檢測電路 8a、m8e、8f、8g、8h作為位置控制單元之 位置控制電路 作為速度控制單元之速度控制電路 9a、9b、9c、9e、9f、9h 10 速度運算電路 作為振動抑制單 na、lib、11c、lid、ile、llf、llg、llh 元之振動抑制電路 12 作為增益部之增益電路 13 作為積分部之積分電路 318246 34

1327260 * ai 加速度訊號 VC 速度修正訊號 * Vmc 修正速度訊號 Vm 速度訊號 Vr 速度指令訊號 Xm 位置訊號 Xr 位置指令訊號 l m 轉矩 τ r 轉矩指令訊號 35 318246

Claims (1)

1327260 (98年11月9曰） 十、申請專利範圍： 1. 一種電動機控制裝置，具備有： 位置控制單元，以指定驅㈣載機$之ϋ機的位 置的目‘值之位置•曰令訊號、及表示前述電動機的位置 的現在值之位置訊號作為輸入，而輪出指定前述電動機 的速度的目標值之速度指令訊號； 速度控制單元，以前述速度指令訊號、及將表示前 述電動機的速度的現在值之速度訊號加上修正該速度 訊號之速度修正訊號而得之修正速度訊號作為輸入，而 輸出指定前述電動機驅動前述負载機械之轉矩的目標 值之轉矩指令信號；以及 振動抑制單元，依據以從表示前述負載機械的加速 度的現在值之加速度訊號到前述轉矩指令訊號之轉移 函數，會成為將從前述位置訊號到前述轉矩指令訊號之 轉移函數乘以預定增益之比例特性及積分特性而得^的 鲁轉移函數之方式決定的轉移函數，而以前述加速度訊 號、或使將前述加速度訊號之預定值以上的頻率成分除 去之低通濾、.波器及將預定值以下的.頻率成分除去之高 通濾波器作用之訊號作為輸入，而輸出前述速度修正訊 說〇 ^ 2·—種電動機控制裝置，具備有： 速度控制單元，以指定驅動負載機械之電動機的速 度的目私值之速度指令訊號、及將表示前述電動機的速 度的現在值之速度訊號加上修正該速度訊號之速度修 318246修正版 36 1327260 ---- ‘ 計丨,月。〗日修正替壤號專利申請案 ' ----^ (98 年 11 月 9 “') 正訊號而得之修正速度訊號作為輸入，而輸出指定前述 電動機驅動前述負載機械之轉矩的目標值之轉矩指令 <5 "5虎，以及 振動抑制單元’使表示前述負載機械的加速度的現 在值之加速度訊號、或使將前述加速度訊號之預定值以 上的頻率成分除去之低通濾波器及將預定值以下的頻 率成分除去之高通濾波器作用之訊號比例倍增而輪出 前述速度修正訊號。 3· —種電動機控制裝置，具備有： 位置控制單元，以指定驅動負載機械之電動機的位 置的目標值之位置指令訊號、及將表示前述負載機械的 位置的現在值之位置訊號加上修正該位置訊號之位置 修正訊號而得之修正位置訊號作為輸人，而輸出指定前 述電動機的速度的目標值之速度指令訊號； 速度控制單it，以前述速度指令訊號、及表示前述 _電動機的速度的現在值之速度訊號作為輸人，而輸出扑 定前述電動機驅動負載機械之轉矩的目標值之轉矩^ 令訊號；以及 0 振動抑制單元，以表示前述負载機械的加速度的 在ί之加速度訊號作為輸人，依據以從前it加速度訊 到二述轉矩指令訊狀轉移錢，會成為將從前述位 ㈣㈣㈣矩指令訊號之轉移函數乘以預定增益 比例特性及積分特性而得的轉、 移函數，以前述加速度訊號 Y、定的 又1更將則边加速度訊號 318246修正版 37 /湖 厂· — 一.… !&年fines'/mu丨第95118987號專利申請案 預定值以上的頻率成分除;5通資波器月9: Z下的頻率成分除去之高通遽波器作用之訊號作為輸 入，而輸出前述修正位置訊號。 4. 一種電動機控制裝置，具備有·· 位置控制單元，以指定驅動負载機械之電動機的位 置的目標值之位置指令喊、及將表示前述電動機的位 置的現在值之位置訊號加上修正該位置訊號之位置修 正訊號而得之修正位置訊號作為輸人，而輸出指定前述 電動機驅動前述負载機械之轉矩的目標值之轉矩指令 信號；以及 動抑制單元，將表示如述負載機械的加速度的現 在值之加速度訊號、或使將前述加速度訊號之預定值以 j的頻率成分除去之低通濾波器及將預定值以下的頻 率成分除去之高通濾波器作用之訊號的比例值加以積 分而輸出前述位置修正訊號。 一種電動機控制裝置，具備有：. 位置控制單元，以指定驅動負載機械之電動機的位 置的目標值之位置指令訊號、及將表示前述電動機的位 置的現在值之位置訊號加上修正該位置訊號之位置修 正訊號而得之修正位置訊號作為輸入，而輪出指定前述 電動機的速度的目標值之速度指令訊號； 速度控制單元，以前述速度指令訊號、及將表示前 述電動機的速度的現在值之速度訊號加上修正該速度 訊號之速度修正訊號而得之修正速度訊號作為輸入，而 318246修正版 38 ^27260 ^27260 ^ 95118987號專利申請案 (98年11月9曰） 反V ^ t * (98年11月9日 輸出指定前述電動機驅動前述負载機械之轉矩的目標 值之轉矩指令訊號；以及 振動抑制單元，包括：使表示前述負載機械的加速 ^的現在值之加速度訊號、或使將前述加速度訊號之預 疋值Μ上的頻率成分除去之低通濾波器及將預定值以 下的頻率成分除去之高通濾波器作用之訊號比例倍 増’而輸出前述速度修正訊號之增益部；以及將前述速 度修正訊號加以積分而輸出前述位置修正訊號之積分 部〇 6 一種電動機控制裝置，具備有： 速度控制單元，以指定受雷動嫵 ,, π 又冤動機驅動之負載機械的 速度的，目標值之速度指令訊號、及表 唐的箱 > 扯± U汉衣不則述電動機的速 度的現在值之速度訊號作為輸人 士 號；以及 的目‘值之轉矩指令信 振動抑制單元，以表示前述赫 在值之加速度訊號、或使將前械的加速度的現 上的頻率成八广本夕 述加逮度訊號之預定值以 刀示去之低通濾波器及將 率成分除去之高通、唐油哭於 、疋值以下的頻 從前述速度訊號到前述轉矩指令訊;輪入，依據將 預定增益而得之轉移_ 5〜轉移函數乘以 號之轉矩修正訊號 輪出修正翁述轉矩指令訊 一種電動機控制裝置，具備有·· 位置控制單元，將指 …動機驅動之負載機械的 318246修正版 39 7. 1327260 炉丨丨月T修邱換頁丨第牧_7號專利申請案 —'~~ —1 (98 年 11 月 9 日) 位置的目標值之位置指令訊號、及 月9曰 ^ , Ιθ , ^ 久衣不刖述電動機的位 機藤叙义t位置訊號作為輸入，而輪出指定前述電動 機驅動則述負載機械之轉矩的目標值之轉矩指 號；以及 7 。 振動抑制單元，以表示前述負载機械的加速度的現 在值之加速度訊號、或使將前述加速度訊號之預定值以 上的頻率成分除去之低通濾波器及將預定值以下的頻 率^分除去之高通缝器作狀訊號作為輸人，依據將 從前述位置訊號到前述轉矩指令訊號之轉移函數乘以 具有預定增益之比例特性及積分特性而得之轉移函 數，而輸出修正前述轉矩指令訊號之轉矩修正訊號。 8. —種電動機控制裝置，具備有： 〜 位置控制單元，以指定受電動機驅動之負載機械的 位置的目標值之位置指令訊號、及表示前述電動機的位 置的現在值之位置訊號作為輸入，而輸出指定前述電動 • 機的速度的目標值之速度指令訊號； 速度控制單元，以前述速度指令訊號及表示前述電 動機的速度的現在值之速度訊號作為輸入，而輸出指定 如述電動機驅動前述負载機械之轉矩的目標值之轉矩 指令信號；以及 振動抑制單元，以表示前述負載機械的加速度的現 在值之加速度訊號、或使將前述加速度訊號之預定值以 上的頻率成分除去之低通濾波器及將預定值以下的頻 率成分除去之高通濾波器作用之訊號作為輸入，依據將 318246修正版 40 1327260 ·' ^年丨丨士r V :第丨95118987號專利申請案 ! 1 (98年11月9曰、 從前述位置訊號及前述速:ϋ到轉矩指令訊號 之，移函數乘以具有預定增益之比例特性及積分特性 而得之轉移函數’而輸出修正前述轉矩指令訊號之轉矩 修正訊號。 9.如申請專利範圍第1 機控制裝置，其中， 至5、7、8項中任一 項之電動

表_ 制 所3的積分特性，係同時具有依照從 又不負載機械的加速度的 電動M x的現在值之加速度訊號到指定 之轉# °動負载機械之轉矩的目標值之轉矩指令訊號 數的：、1寺1生中所含的積分要素的階數的總計而定之‘ J W通濾波器特性。

3IS246修正版 41 1327260 虛軸

月l?曰修正

3 1327260

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