WO2004083978A1

WO2004083978A1 - モータの制御装置

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Publication number: WO2004083978A1
Application number: PCT/JP2004/003566
Authority: WO
Inventors: Yuuji Ide
Original assignee: Sanyo Denki Co., Ltd.
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2004-09-30
Also published as: HK1089517A1; US7265511B2; US20060208683A1

Abstract

　簡単な構成で、高速でもオーバーシュートが少なく、外乱抑圧能力に優れたモータの制御装置を提供する。速度制御部１３を、速度制御系の遅れに相当する伝達関数を有する速度積分補償ローパスフィルタ１３３と、速度指令を速度積分補償ローパスフィルタ１３３に入力して得た遅延速度指令と速度との速度偏差を積分する速度積分器１３２を含んで構成された積分制御系１３６と、速度指令と速度の偏差に比例した指令を出力する比例制御系１３７と、積分制御系１３６の出力と比例制御系１３７の出力とを加算したものに速度比例ゲインを乗じてトルク指令として出力する乗算手段１３４とから構成する。トルク制御部４は速度制御部１３から出力されたトルク指令に従ってモータの速度が速度指令に一致するように制御する。エンコーダＥの位置検出に起因するリップルが、トルク指令に現れるのを阻止する伝達関数を有する速度フィードバック・ローパスフィルタ１３５を設ける。

Description

明細書

モー夕の制御装置技術分野

本発明は、工作機械などに使用されるモー夕の制御装置に関し、特にモータの速度制御装置、モー夕の 1次電流を制御する電流制御装置及び高速位置決め用モ一夕の位置制御装置に好適なモータの制御技術に関するものである。背景技術

従来のモータの速度制御装置としては、図 2 3に示すような制御装置がある（特開平 1 0— 2 5 4 5 5 0号公報の図 1参照）。この装置では速度指令とェンコ —ダ Eから出力された位置フィードパックを速度算出部 2で変換して得た速度フイードバックと速度指令との偏差を、速度制御部 3に含まれる減算器 S Bで算出する。この偏差は、速度制御部 3内で処理され、速度制御部 3はトルク制御部 4 にトルク指令を出力する。トルク制御部 4は、トルク指令通りのトルクがモータ Mから出力されるようにモータに流れる電流を制御する。

通常、この装置における速度制御部 3は比例積分制御（P I制御）部で構成されている。この P I制御部では、速度指令と速度フィードバックの偏差を減算器 S Bで算出し、その偏差をゲイン 1の比例制御系を通して加算器 ADに入力する。積分制御系では、乗算器 3 1で偏差に積分ゲインを乗算した後、この偏差を速度積分器 3 2で積分して加算器 ADに入力する。加算器 A Dは、比例制御系の出力と積分制御系の出力とを加算して、乗算器 3 3へと出力し、乗算器 3 3は加算器 A D出力に比例ゲインを乗算してトルク指令として出力する。このように、速度制御部 3を P I制御部で構成することにより、速度の過渡偏差のみならず、定常偏差も抑制できる。また、この速度偏差の積分項により、モータに加わる外乱抑圧能力を向上させている。

一般的に、制御系の応答は有限であり、速度指令を出力しても速度フィードバックが応答するには時間がかかる。速度指令が出力されてモータは回転し始めるが、速度指令が出力されてから速度フィードバックが応答するまでの間（速度指令に対応する速度フィードバックが現れるまでの間）、速度積分器 3 2は積算を行ってしまう。そしてモー夕 Mが一定速で回転している間に、この積算値は減少する。しかしながらモー夕 Mの減速時にまた積算が行われ、残った積算値がすべて吐き出されてからモータ Mは停止する。このため、従来の制御装置では、速度指令が 0になった後でも、速度積分器の溜り量の分、速度の応答が遅くなつていた。その結果、速度フィードパックにオーバ一シュートが発生するため、速度積分ゲインを高くできないという問題があった。

また従来のモータの電流制御装置としては、図 2 4に示すような制御装置がある。この装置では、 d q軸それぞれの電流指令と電流検出器 Dで検出した電流フイードバックとの電流偏差を減算手段 S B a， S B bで算出し、それぞれの電流偏差を電流制御器 4 a , 4 bに通して d軸電圧指令、 Q軸電圧指令を得る。そしてそれぞれの電圧指令を、座標変換器 1 5 aで d Q変換した後に、 2相 3相変換し、変換された指令に基づいて P WMインバー夕 1 7によりモータ Mを駆動する。なお、電流フィードバックは、電流検出器 Dで検出された 3相電流を座標変換器 1 5 bにおいて変換される。座標変換器 1 5 bは、エンコーダ Eの回転位置に応じた信号を発生する信号発生手段 1 8により、 3相 2相変換及び d Q変換を実行する。

通常、この装置における電流制御器 4 a , 4 bは P I制御器で構成されている。例えば電流制御器 4 aは、図 2 5に示すように電流指令と電流フィードパックとの電流偏差を減算手段 S B aで算出し、この電流偏差に乗算器 1 9 1で積分ゲインを乗算し、この乗算された値を電流積分器 1 9 3で積分演算する積分制御系 ( I系）と、減算手段 S B aで算出した電流偏差を定数倍する比例制御系（P系 ) とから構成されている。電流制御器 4 aは更に積分制御系と比例制御系の出力とを加算手段 A D aで加算し、加算値に乗算手段 1 9 5で比例ゲインを乗算して電圧指令を出力する。このように、電流制御器を P I制御で構成することにより、電流の過渡偏差のみならず、定常偏差も抑制できる。

一般的に、制御系の応答は有限であり、電流指令を出力してもモータ電流が応答するには時間がかかる。電流指令が出力されてモー夕には電流が流れ始めるが、電流制御器 4 aから電圧指令が出力されてからモータ電流が応答するまでの間、電流積分器 1 9 3は積算を行ってしまう。このため、従来の電流制御装置では、電流積分器 1 9 3の溜り量の分、電流の応答が遅くなり、オーバーシュートが発生したりしていた。

一方、特開平 8— 6 6 0 7 5号公報に示される制御装置では、電流フィードバックの遅れを電流指令の変化量と、モータインダク夕ンスとモー夕抵抗から算出し、この遅れを電流偏差部に加算することにより補償を行っている。しかし、電流指令の変化量などの微分成分は、指令応答を振動的にし易く、滑らかな制御の実現にはあまり好ましくない。また、モータインダク夕ンスゃモー夕抵抗などの定数が必要であり、さらにモータインダクタンスは、モー夕に流す電流の大きさにより値が変わり、モータ抵抗は温度により値が変化してしまう。従って、モー夕電流の大きさや、モータ温度を考慮した補償が必要になってくる。

従来のモータの位置制御装置としては、図 2 6に示すような制御装置がある [ 特開平 1 0— 2 5 4 5 5 0号公報の図 1参照] 。この装置では位置指令と位置フイードバックの偏差が位置制御部に含まれる減算器で算出され、この偏差が位置制御部で処理されて速度指令として出力される。そしてエンコーダ Eから出力された位置フィ一ドバックを速度算出部 2で変換して得た速度フイードバックと速度指令との偏差を、速度制御部 3に含まれる減算器で算出する。この偏差は、速度制御部 3内で処理され、速度制御部 3はトルク制御部 4にトルク指令を出力する。トルク制御部 4は、トルク指令通りのトルクがモータ Mから出力されるようにモー夕 Mに流れる電流を制御する。

通常、この装置における位置制御部 1は比例制御（P制御）部として構成されており、速度制御部 3は比例積分制御（P I制御）部で構成されている。従来の速度制御部 3を構成する P I制御部は、図 2 7に示す構成を有している。この P I制御部では、速度指令と速度フィードバックとの偏差を減算器 S Bで算出し、その偏差をゲイン 1の比例制御系を通して加算器 A Dに入力する。積分制御系では、乗算器 3 1で偏差に積分ゲインを乗算した後、この偏差を速度積分器 3 2で積分して加算器 ADに入力する。加算器 A Dは、比例制御系の出力と積分制御系の出力とを加算して、乗算器 3 3へと出力し、乗算器 3 3は加算器 ADの出力に比例ゲインを乗算してトルク指令として出力する。このように、速度制御部 3を P I制御部で構成することにより、速度の過渡偏差のみならず、定常偏差も抑制できる。

また特開平 3— 1 5 9 1 1号公報には、位置指令を微分して位置のフィードフォーワード量を求め、位置ループ制御で得られた制御量に上記フィードフォーヮ一ド制御量を加算して速度指令とし、位置のフィードフォーヮード制御量を微分して得られる速度のフィードフォ一ワード制御量を速度ル一プ制御によって得られる値に加算して電流指令とすることにより、応答性を高めて安定したサーポ系を得るサーポモータの制御方法が開示されている。

従来の制御装置では、フィードフォーワード ·ゲインを上げることにより追従性は改善されるが、フィードフォーヮ一ド ·ゲインを 1 0 0 %まで上げるとォーパ一シュートが大きくなるという問題があった。オーバーシュートは加工品質を劣化させるので、できるだけ抑制する必要がある。図 1 5は従来の制御装置において、フィードフォーワード ·ゲインを 0 %とした時の位置制御動作をシミュレーシヨンしたものである。このように、フィードフォーヮ一ド ·ゲインが小さいと、オーバ一シュートは小さいが、図 1 7のようにフィードフォーワード 'ゲインを 1 0 0 %にすると、オーバーシュートが大きくなる。このため、従来は図 1 6のように、 5 0 %程度のフィードフォーワード 'ゲインにし、オーバーシユートが大きくならない範囲で、追従性を改善していた。

制御理論的には、フィードフォーワード制御では、御御対象の特性がわかっているときに、制御量が目標値に一致するよう操作量を逆算するのが良い。従来の制御系おいて、位置制御を行う場合の制御対象を速度制御系と見ると、操作量は速度指令であり、制御量は位置である。速度制御系を最も簡単なモデルで近似すると、一次遅れ系で表すことができ、制御対象の逆関数をとると一次進みとなる。従来はこれを一定の保証で行っていたため、高次の遅れ分に対する補償ができずオーバーシュートを生じていた。

また、もう一つの要因として、位置制御器から出力される速度指令の問題がある。一般的に、制御系の応答は有限であり、速度フィードフォーワード指令を出力しても速度フィードバックが応答するには時間がかかる。速度フィードフォーワード指令が出力されてモー夕は駆動を開始するが、速度フィードフォーワード指令が出力されてから速度フィードパックが応答するまでの間に生ずる位置偏差により、位置制御器から速度指令を出力してしまう。そして、モータが一定速で回転している間はこの位置偏差は減少するが、モ一夕減速時にまた位置偏差を生じ速度指令が出力される。

このように、位置偏差により生じた速度指令が速度フイードフォーワード指令に加算されるため、本来必要とする速度指令以上の速度指令が与えられ、オーバ一シュートを生じていた。

更に別の要因として速度制御器の問題がある。速度制御器は、通常、 P I制御で構成されており、図 2 7に示すような構成になっている。図 1 5乃至図 1 7は従来の速度制御器を用いた場合のシミュレーション結果である。制御系の応答が有限であるため、速度指令が与えられても、速度フィードバックが応答するまでには時間がかかり、この間に速度積分器は積算を行っている。この積分器の充放電により速度制御器の時間応答が低下しており、これによつてもオーバーシユートが生じていた。以上のように、従来の制御装置では、フィードフォーワード系の関数を比例系で構成していたこと、また、速度系の応答遅れを考慮せずに位置制御系が組まれていたこと、速度制御器が速度制御系の応答を考慮せずに組まれていたことにより、オーバ一シュートを生じてしまい、フィードフォーワード ' ゲインを 1 0 0 %まで上昇させることができなかった。このため、追従性の向上には限度があるという問題があつた。

本発明は、上記課題を解消するためになされたものであり、その目的は、ォーバ一シユートが少ないモータの制御装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、オーバ一シュートが少なく、高速で外乱抑圧能力に優れたモ一夕の速度制御装置を提供することにある。

本発明の目的は、モータパラメータを追加することなく電流制御系の電流応答を高速化することができ、オーバーシユー卜が少ない電流制御装置を提供することにある。

本発明の目的は.、オーバーシュートが少なく、フィードフォーワード 'ゲインを 1 0 0 %まで上昇させることを可能にし、追従性を高めたモータ位置制御装置を提供することにある。発明の開示

本発明のモー夕制御装置は、制御対象であるモータの位置を検出する位置検出部と、位置検出部により検出されたモ一夕の位置からモータの速度を算出する速度算出部と、比例積分制御により、速度算出部からフィードバックされた速度と速度指令とがー致するようにトルク指令を出力して速度制御を行う速度制御部と、トルク指令に基づいてトルク制御を行うトルク制御部とを備えている。

本発明の制御装置においては、速度制御部を、速度制御系の遅れに相当する伝達関数を有する速度積分補償ローパスフィルタと、速度指令を速度積分補償ローパスフィル夕に入力して得た遅延速度指令と速度との速度偏差を積分する速度積分器を含んで構成された積分制御系と、速度指令とモー夕の速度との差に比例した指令を出力する比例制御系と、積分制御系の出力と比例制御系の出力とを加算する加算手段と、加算手段の出力に速度比例ゲインを乗じてトルク指令を得る乗算手段とから構成する。なお比例制御系において速度比例ゲインを速度偏差に乗算し、積分制御系において制御中の演算値に速度比例ゲインを乗じて出力するようにしてもよい。

本発明のように速度積分補償口一パスフィル夕を用いれば、速度制御系の遅れに相当する遅れを持った速度指令と実際に遅れている速度フィードバックの速度との偏差はゼロに近いものとなる。そのため速度積分器の溜まり量をほぼゼ口にして、速度フィードバックのオーバーシュ一卜を低減することができる。

位置検出部（例えばエンコーダ）の精度が悪い場合には、量子化誤差や位置誤差が原因になったリップルが速度フィードバックに含まれることがある。そこでこのような場合に対処するためには、位置検出部の量子化誤差及び/または位置誤差が原因となって発生するリップルが、トルク指令に現れるのを阻止する伝達関数を有する速度フィードバック ·ローパスフィルタを設けるのが好ましい。この場合には、速度を速度フィードバック ·ローパスフィル夕に入力して得たフィル夕処理後の速度と速度指令との偏差を求める減算手段を含んで比例制御系を構成する。なお位置検出部として、精度及び分解能の高いものを用いれば、位置誤差も小さくなるため、このような構成を採用する必要はない。また本発明は、制御対象であるモー夕を流れるモータ電流を検出する電流検出器と、電流検出器が検出したモータ電流に基づく電流フィードバックと電流指令との電流偏差に基づいて電圧指令を出力する電流制御器と、電圧指令に基づいてモータにモータ電流を供給する駆動手段とを備えたモー夕の制御装置を対象とする。本発明においては、電流制御器を、電流制御系の遅れに相当する遅れまたは伝達関数を有する電流制御側遅れ補償ローパスフィル夕と、電流指令を電流制御側遅れ補償ローパスフィル夕に入力して得た遅延電流指令と電流フィードバックとの電流偏差を積分する電流積分器を含んで構成された積分制御系と、電流指令と電流フィードバックとの電流偏差に比例した指令を出力する比例制御系と、積分制御系の出力と比例制御系の出力とを加算する加算手段と、この加算手段の出力に電流比例ゲインを乗じて電圧指令を得る乗算手段とから構成する。

なお比例制御系において電流比例ゲインを電流偏差に乗算し、積分制御系において制御中の演算値に電流比例ゲインを乗じるようにしてもよい。

本発明のように電流制御側遅れ補償ローパスフィル夕を用いれば、電流制御系の遅れに相当する遅れを持った電流指令と実際に遅れている電流フィードバックとの電流偏差はゼロに近いものとなる。そのため電流積分器の溜まり量をほぼゼ口にできる。その結果オーバ一シュートを低減することができる。

更に本発明は、制御対象であるモータの位置を検出する位置検出部と、モータの速度を算出する速度算出部と、位置検出部からフィ一ドバックされたモ一夕の位置と位置指令とがー致するように速度指令を出力して位置制御をする位置制御部と、比例積分制御により、速度算出部からフィードバックされた速度と速度指令とがー致するようにトルク指令を出力して速度制御を行う速度制御部と、トルク指令に基づいてトルク制御を行うトルク制御部とを備えたモータの制御装置を対象とする。位置制御部は、位置指令と位置検出部により検出した位置との位置偏差を求める減算手段と、位置偏差に位置比例ゲインを乗算する位置ループ乗算手段と、位置指令を微分する微分器と、微分器の出力にフィードフォーワード - ゲインを乗算するフィードフォ一ワード ·ゲイン乗算手段と、フィードフォーヮード ·ゲイン乗算手段の出力を比例微分制御して速度制御系の遅れを補償する比例微分手段と、位置指令の量子化誤差によるリップルを除去する伝達関数を有して、比例微分手段の出力と前記フィードフォーワード ·ゲイン乗算手段の出力との加算値をフィルタ処理するフィードフォ一ワード ·口一パスフィルタと、フィ一ドフォ一ワード ·ローパスフィルタの出力と位置ループ乗算手段の出力とを加算して速度指令を出力する加算手段とを備えている。

本発明のように位置制御部でフィ一ドフォーヮード乗算出力を比例微分制御すると、一次進みの特性を得ることができて、速度制御系の遅れを補償し、位置指令に対する追従性を改善できる。また、速度制御側遅れ補償ローパスフィルタを用いると、速度制御系の遅れに相当する遅れを持った速度指令と実際に遅れている速度フィードバックの速度との偏差をゼロに近いものとすることができて、速度積分器の溜まり量をほぼゼロにできる。またフィードフォーワード ·ゲインを

1 0 0 %に上昇させた場合でもオーバ一シュートの小さい制御系を構成することができ、より追従性を高めた位置制御が実現できる。またフィードフォーワード •ローパスフィルタを用いれば、位置指令部が原因となって発生する量子化誤差に基づくリップルが速度指令それ自体に含まれるのを阻止することができる。また速度制御系の遅れに相当する伝達関数を有する位置制御側遅れ補償ローパスフィルタを更に設け、この位置制御側遅れ補償ローパスフィルタを通った位置指令と位置フィードパックの位置との位置偏差を位置ループ乗算手段に入力するようにしてもよい。また位置指令を微分する微分器の出力と位置の微分値の偏差を積分器で積分して位置偏差を求める場合には、速度制御系の遅れに相当する伝達関数を有する位置制御側遅れ補償口一パスフィルタを微分器と積分器との間に配置し、位置制御側遅れ補償ローパスフィルタを通った微分器の出力と位置の微分値との偏差を積分器に入力するようにしてもよい。

このような位置制御側遅れ補償口一パスフィル夕を設けることにより、加速時において位置制御部に入力される位置指令と位置フィードバックとがほぼ同時期に立ち上がるようにする。その結果、位置制御部からの速度指令はかなり小さい値になる。このような構成を採用すると、速度フィードフォーワード ·ゲインを

1または 1に近い値にすることができ、位置指令に対する追従性を改善することができる。

また本発明においては、速度制御部を、速度制御系の遅れに相当する伝達関数を有する速度制御側遅れ補償ローパスフィル夕と、速度指令を速度制御側遅れ補償ローパスフィルタに入力して得た遅延速度指令と速度との速度偏差を積分する速度積分器'を含んで構成された積分制御系と、速度指令と速度との差に比例した指令を出力する比例制御系と、積分制御系の出力と比例制御系の出力とを加算する加算手段と、この加算手段の出力に速度比例ゲインを乗じてトルク指令として出力する乗算手段とから構成する。なお比例制御系において速度比例ゲインを速度偏差に乗算し、積分制御系において制御中の演算値に速度比例ゲインを乗じて出力するようにしてもよい。本発明のように速度制御側遅れ補償ローパスフィル夕を用いれば、速度制御系の遅れに相当する遅れを持った速度指令と実際に遅れている速度フィードバックの速度との偏差はゼロに近いものとなる。そのため速度積分器の溜まり量をほぼゼロにして、位置指令に対する追従性を改善できる。位置検出部（例えばエンコーダ）の精度が悪い場合には、量子化誤差や位置誤差が原因になつたリップルが速度フィードバックに含まれることがある。そこでこのような場合 ίこ対処するためには、位置検出部の量子化誤差及び Ζまたは位置誤差が原因となって発生するリップルが、トルク指令に現れるのを阻止する伝達関数を有する速度フィードバック · 口一パスフィル夕を設けるのが好ましい。この場合には、速度を速度フィードバック ·ローパスフィル夕に入力して得たフィル夕処理後の速度と速度指令との偏差を求める減算手段を含んで比例制御系を構成する。なお位置検出部として、精度及び分解能の高いものを用いれば、位置誤差も小さくなるため、このような構成を採用する必要はない。

位置制御部は、位置指令と位置検出部により検出した位置との位置偏差を求める減算手段と、この位置偏差に位置比例ゲインを乗算する位置ループ乗算手段とから構成するのが好ましい。この場合において、位置制御部は、位置指令を微分する微分器と、微分器の出力にフィードフォーワード ·ゲインを乗算する乗算手段と、位置指令の量子化誤差によるリップルを除去する伝達関数を有するフィードフォーワード · 口一パスフィルタとを更に備えているのが好ましい。また、位置制御部は、位置指令を微分する微分器とこの微分器の出力にフィードフォーヮード ·ゲインを乗算した出力を、更に比例微分制御して速度制御系の遅れを補償する微分手段の出力と、前記フィードフォーワード ·ゲインの乗算手段の出力とを加算した出力をフィードフォーワード · 口一パスフィルタによりフィルタ処理するように構成してもよい。図面の簡単な説明

図 1は、本発明で用いる速度制御装置の具体的な構成の一例を示すブロック図である。

図 2は、本発明で用いる他の速度制御装置の具体的な構成の一例を示すブロック図である。

図 3は、速度積分補償口ーパスフィル夕を入れる場合のシミュレーション結果を示す図である。

図 4は、速度積分補償ローパスフィル夕を入れない場合のシミュレーション結果を示す図である。

図 5は、本発明の他の実施の形態で用いる電流制御器の具体的な構成の一例を示すブロック図である。

図 6は、本発明で用いる他の電流制御器の具体的な構成の一例を示すブロック図である。

図 7 (A) 乃至（C ) は、電流制御側遅れ補償ローパスフィルタを入れた場合のモー夕の動作波形のシミュレーションを示す図である。

図 8 (A) 乃至（C ) は、電流制御側遅れ補償ローパスフィルタを入れない場合のモータの動作波形のシミュレーションを示す図である。

図 9は、本発明のモータの位置制御装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。

図 1 0は、本発明で用いる速度制御部の具体的な構成の一例を示すブロック図である。

図 1 1は、本発明で用いる他の速度制御部の具体的な構成の一例を示すブロック図である。

図 1 2は、本発明のモータの位置制御装置の他の実施の形態の構成を示すプロック図である。

図 1 3は、本発明のモー夕の位置制御装置の更に他の実施の形態の構成を示すブロック図である。

図 1 4は、本発明のモータの位置制御装置の更に他の実施の形態の構成を示すブロック図である。

図 1 5は、従来の位置制御装置におけるフィードフォーワード ·ゲインを 0 % としたときの位置制御動作をシミュレーションした結果を示す図である。

図 1 6は、従来の位置制御装置におけるフィードフォーワード ·ゲインを 5 0 %としたときの位置制御動作のシミュレーシヨンした結果を示す図である。図 1 7は、 ¾来の位置制御装置におけるフィードフォーワード ·ゲインを 1 0 0 %としたときの位置制御動作をシミュレーシヨンした結果を示す図である。図 1 8は、図 9及び図 1 0の実施の形態において、速度制御側遅れ補償ローパスフィルタを揷入し且つフィードフォ一ワード ·ゲインを 0にしたときの位置制御動作をシミュレ一ションした結果を示す図である。

図 1 9は、図 1 8の条件において微分ゲインは 0とし、フィードフォーワード •ゲインを 1 0 0 %としたときの位置制御動作をシミュレーションした結果を示す図である。

図 2 0は、図 1 9の条件において微分ゲインを入れたときの位置制御動作のシミュレーシヨンした結果を示す図である。

図 2 1は、図 1 9の条件において、図 1 3の構成のように、位置制御側遅れ補償ローパスフィルタを揷入したときの位置制御動作をシミュレーションし ς結果を示す図である。

図 2 2は、図 2 1の条件において微分ゲインを入れたときの位蘆制御動作をシミュレーシヨンした結果を示す図である。

図 2 3は、従来の速度制御装置の構成を示すブロック図である。

図 2 4は、従来のモータの電流制御装置の構成を示す図である。

図 2 5は、従来の電流制御器の構成を示す図である。

図 2 6は、従来のモー、夕の位置制御装置の構成を示す図である。

図 2 7は、従来の速度制御部の構成を示すブロック図である。発明を実施するための最良の形態図 1は、本発明で用いる速度制御装置の具体的な構成の一例を示すブロック図である。図 1のシステム構成は、速度制御部 1 3の構成が相違する点と速度フィードバック ·ローパスフィル夕 1 3 5を備えている点を除いては、図 2 3の従来の構成と実質的に変わるところがない。

このシステムは、制御対象であるモ一夕 Mの位置を検出する位置検出部としてエンコーダ Eを備えている。エンコーダ Eの出力が、モータの出力軸の位置を示す位置フィードバックである。速度算出部 2は、エンコーダ Eの出力に基づいてモー夕の速度を算出するように構成されており、速度算出部 2の出力が速度フィ —ドバックとなっている。速度フィードバックが、モー夕 Mの出力軸の速度を示している。

速度制御部 1 3は、比例積分制御により、速度算出部 2からフィードバックされた速度と速度指令とがー致するようにトルク指令を出力して速度制御を行う。図 1に示すように、本実施の形態の速度制御部 1 3は、速度制御系の遅れに相当する伝達関数（1 ( 1 + S T c ) ) を有する速度積分補償口一パスフィル夕 1 3 3を備えている。また速度制御部 1 3は、速度指令を速度積分補償口一パスフィルタ 1 3 3に入力して得た遅延速度指令と速度との速度偏差を減算手段 S B 2 . で求め、 ·この速度偏差に積分ゲイン（ 1 Z T V i ) を乗算する乗算手段 1 3 1と、乗算手段 1 3 1の出力を積分する速度積分器 1 3 2を含んで構成された積分制御系 1 3 6と、速度指令と速度フィードバックとの偏差を減算手段 S B 1でとり、その偏差に比例した指令を出力する比例制御系 1 3 7とを含んでいる。そして速度制御部 1 3は、積分制御系 1 3 6の出力と比例制御系 1 3 7の出力とを加算手段 A D 1で加算したものに速度比例ゲイン K V Pを乗じてトルク指令として出力する乗算手段 1 3 4を更に備えている。以上の構成が基本構成であるが、この例では、エンコーダ（位置検出部）の量子化誤差及びノまたは位置誤差が原因となって発生するリップルが、トルク指令に現れるのを阻止する伝達関数（1 （ 1 + S T F B) ) を有する速度フィードバック · ローパスフィルタ 1 3 5を更に備えている。またこの場合、比例制御系 1 3 7は、速度を速度フィードバック · 口一パスフィル夕 1 3 5に入力して得たフィルタ処理後の速度と速度指令との偏差を求める減算手段 S B 1を含んでいる。この例では、速度指令を速度積分補償ローパスフィル夕 1 3 3に通したものと速度フィードバックとの差を減算手段 S B 2でとり、速度積分ゲイン（l ZT v i ) を乗算して速度積分器 1 3 2に通す。また速度指令と、速度フィードバックを速度フィードバック ·ローパスフィル夕 1 3 5に通したものとの差を減算手段 S B 1でとり、速度積分器 1 3 2の出力と加算手段 AD 1により加算する。そして最後に、速度比例ゲイン（KV P ) を乗算してトルク制御部 4にトルク指令を出力する。トルク制御部 4は、トルク指令通りのトルクが出力されるように電流を制御する。

前述の速度フィードバック ·ローパスフィル夕 1 3 5は、エンコーダ Eの量子化誤差や位置誤差によるリップルを抑制するフィルタである。このフィル夕は、比例制御系 1 3 7のフィードバックにのみ挿入し、リップル分がトルク指令に現れないようにする機能を果す。積分制御系 1 3 6では、速度積分器 1 3 2が平滑作用を行うため、このようなフィル夕は不要である。

速度積分補償ローパスフィルタ 1 3 3は、速度制御系の遅れに相当する時間を設定し、遅れ補償出力と速度フィードバックとがほぼ同等の立ち上がりになるようにし、速度指令変化時の速度積分器 1 3 2の溜り量を低減する。このように速度制御部 1 3を構成することにより、速度フィードバックに含まれるリツプルの制御と、速度指令変化時の速度積分器 1 3 2の溜り量の低減を同時に達成することができる。

なお、エンコーダ Eの量子化誤差が小さい場合は、速度フィードパック · ローパスフィル夕 1 3 5は不要である。また、速度積分補償ローパスフィル夕 1 3 3 は、速度制御系の遅れを模擬する伝達関数であれば、どのようなものでもよく、本実施の形態の伝達関数に限定されるものではない。

図 2は、図 1の速度制御装置において速度制御部 1 3を変形した速度制御部 1 3 'を含む場合のブロック図である。図 1の速度制御部 1 3と速度制御部 1 3 ' とを対比すると、図 2の速度制御部 1 3 'では速度比例ゲイン KV Pの乗算手段 1 3 4 'が比例制御系 1 3 7 'の内部にある点（加算手段 AD 1の前に挿入されている点）と、積分制御系 1 3 6 'において速度比例ゲイン K V Pを演算値に乗算するために、乗算手段 1 3 1 'の伝達関数を乗算手段 1 3 1 ""が KV P ZT v iの乗算を行うように変更している点で前者の速度制御部 1 3とは構成が相違する。このようにしても図 1の速度制御部 1 3と同様の作用効果を得ることができる。

図 3及び図 4は、図 1に示した制御系における速度指令ステツプ応答をシミュレーシヨンした結果の一例である。それぞれの図で縦軸は上図（A) が速度指令と速度フィードバックを、下図（B ) が速度積分器出力を示す。全て同じ速度のスケールであり、同一速度値を基準として 1 0に規格化した値を示している。横軸は全て時間で 0 . 0 1秒単位になっている。図 3は速度積分補償口一パスフィル夕 1 3 3を入れない場合であり、図 4は速度積分補償ローパスフィルタ 1 3 3 を揷入した場合のシミュレーションの結果である。図 3 (A) と図 4 (A) のいずれにおいても、階段状の波形の方が速度指令を、それより遅れて立ち上がる波形の方が速度フィードバックを示している。いずれの図においても、速度指令の階段状の立ち上がりに対して、速度フィードバックの立ち上がりは、 0 . 0 1秒の 1 Z 3〜 1 / 2程度遅れている。これらの遅れ時間は速度制御系の時間応答の遅れを示している。速度積分補償ローパスフィル夕 1 3 3を入れない場合は、図 3 (B ) に示すように速度積分器 1 3 2の出力は速度フィードバックの立ち上がりの領域で小さなピークを示す。この領域では速度指令と速度フィ一ドパックの偏差が存在していて、速度偏差の積分が溜まっている状態を示している。即ちこのような速度フィードバックの立ち上がり時間における速度積分器出力の小さなピークはこの時間内に速度偏差が溜まった溜まり量を示している。このような溜まり量によって速度フィードバックは、図 3 (A) に示すように値 1 2程度までオーバーシュートする。速度積分器の出力が 0に収束する時間領域では、図 3 ( A) に示すように速度フィードバックのォ一パーシュートも速度指令の値 1 0に収束している。このような速度フィードパックの立ち上がり点で速度積分器 1 3 2の溜まり量が増加することからわかるように、モー夕加減速に伴い速度積分器 1 3 2の溜まり量が変動する。

次に速度積分補償ローパスフィルタ 1 3 3を挿入した場合の結果を図 4に示す。この場合は図 4 (A) に示す階段状の速度指令が速度積分補償ローパスフィル夕 1 3 3を通過して、遅延速度指令として出力され、この遅延速度指令の立ち上がりが、図 4 (A) に示す速度フィードバックの立ち上がりと同じ程度の遅れになるように調節する。このように遅延速度指令と、速度フィードバックとの偏差が減算手段 S B 2で作られて、乗算手段 1 3 1で l ZT v i倍され、速度積分器 1 3 2で積分される。この場合、減算手段 S B 2で作られるこれらの偏差は遅延速度指令と速度フィードバックの立ち上がり領域において十分 t小さくなつていて、図 4 (B ) に示すように速度積分器 1 3 2における速度偏差の溜まり量は小さなピークを示し、それ以後はほぼ 0に近い一定値を保っている。この場合、速度積分器 1 3 2の溜まり量の小さなピークの高さは、図 3 (B ) の場合に比べて大変小さなもので、ほとんど無視できる程度にとどまつている。また速度フィードバックは図 4 (A) に示すように速度指令の値 1 0以上への; Tーバ一シュートはなく、急速に速度指令と同じ値 1 0に収束する。

このように本制御装置では、速度積分補償ローパスフィルタ 1 3 3を挿入することによって、モー夕回転中の速度積分器 1 3 2の溜り量を 0に近い値に小さくできるため、その分積分ゲインを上げることができ、外乱抑圧力を向上させることができる。速度フィードバック ·ローパスフィルタ 1 3 5 ί 、本発明の実施の形態で示すような時間に関して指数関数的に減衰するローパスフィルタで構成する他に、速度の応答特性の実測値あるいは理論値を模擬するような一般的な関数形の伝達関数で構成してもよい。

図 5は、図 2 4に示した従来の装置の電流制御器 4 aまたは電流制御舉 4 に代えて使用される電流制御器 2 1 3の具体的な構成の一例を示すブロック図である。

図 5に示すように、本実施の形態の電流制御器 2 1 3は、電流制御系の遅れに相当する伝達関数（1 Z ( 1 + S T c ) ) を有する電流制御側遅れ補償口一パスフィルタ 2 3 3を備えている。また電流制御器 2 1 3は、電流指令を電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ 2 3 3に入力して得た遅延電流指令とモ一夕電流（電流フィードバック）との電流偏差を減算手段 S B 2で求め、この流偏差に積分ゲイン（1 /T v i ) を乗算する乗算手段 2 3 1と、乗算手段 2 3 1の出力を積分する電流積分器 2 3 2を含んで構成された積分制御系と、電流ま旨令と電流フィードパックとの電流偏差に比例した指令を出力する比例制御系とを含んでいる。そして電流制御器 2 1 3は、積分制御系の出力と比例制御系の出力とを加算手段 A D 1で加算したものに電流比例ゲイン K I Pを乗じて電圧指令として出力する乗算手段 2 3 4を更に備えている。この電流制御器 2 1 3は、電流指令を電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ 2 3 3に入力して得た遅延電流指令と電流フィ一ドバックとの電流偏差を減算手段 S B 2で求め、この電流偏差に電流積分ゲイン ( l /T v i ) を乗算する乗算手段 2 3 1と、乗算手段 2 3 1の出力を積分する電流積分器 2 3 2を含んで構成された積分制御系と、電流指令に比例した指令を出力する比例制御系とを含んでいる。そして電流制御器 2 1 3は、積分制御系の出力と比例制御系の出力とを加算手段 AD 1で加算したものに電流比例ゲイン K I Pを乗じて電圧指令として出力する乗算手段 2 3 4を更に備えている。この例では、遅延電流指令と電流フィードバックとの電流偏差を減算手段 S B 2でとり、電流積分器 2 3 2の出力と比例制御系の出力とを加算手段 A D 1で加算する。そして加算手段 A D 1の出力に、乗算手段 2 3 4で電流比例ゲイン K I Pを乗算して電圧指令を得る。

電流制御側遅れ補償口一パスフィル夕 2 3 3には、電流制御系の遅れに相当する伝達関数を設定し、遅延電流指令と電流フィードバックとがほぼ同時に立ち上がるようにし、電流指令変化時の電流積分器 2 3 2の溜り量を低減する。このように電流制御器 2 1 3を構成することにより、電流フィードバックに含まれるリップルの抑制と、電流指令変化時の電流積分器 2 3 2内の溜り量の低減とを同時に達成することができる。

なお、電流制御側遅れ補償ローパスフィル夕 2 3 3は、電流制御系の遅れを模擬する伝達関数であれば、どのようなものでもよく、本実施の形態の伝達関数に限定されるものではない。また、制御系の遅れが大きい場合は、 1サンプルもしくは、数サンプル遅れとローパスフィルタとを組み合わせてもよい。

図 6は、電流制御器の変形例を示すブロック図である。電流制御器 2 1 3 'と図 5の電流制御器 2 1 3を対比すると、図 6の電流制御器 2 1 3 'では電流比例ゲイン K I Pの乗算手段 2 3 4 'が比例制御系の内部にある点（加算手段 A D 1 の前に挿入されている点）と、積分制御系において電流比例ゲイン K I Pを演算値に乗算するために、乗算手段 2 3 1 'の伝達関数を変更している点で前者の電流制御器 2 1 3とは構成が相違する。このようにしても図 5の電流制御器 2 1 3 と同様の作用効果を得ることができる。

図 7 (A) 乃至（C ) 及び図 8 (A) 乃至（C ) は、この制御系における電流応答をシミュレーションした結果であり、それぞれ電流指令、電流フィードバック及び積分器出力である。全て同じ電流のスケールであり、同一電流値を基準として 1に規格化した値を示している。各図の横軸は全て時間で 0 . 0 0 1 m秒単位になっている。図 7は、電流制御側遅れ補償口一パスフィル夕 2 3 3を入れた場合であり、図 8は、電流制御側遅れ補償ローパスフィルタ 2 3 3を揷入しない場合のシミュレーションの結果である。図 7と図 8のいずれにおいても、電流指令の立ち上がりに対して、電流フィードバックの立ち上がりは、 0 . 0 0 1 m秒の 1 Z 5程度遅れている。図 7に示すように、電流制御側遅れ補償口一パスフィル夕 2 3 3を揷入した場合には、電流積分器 2 3 2の出力電流の立ち上がりが、電流フィードバックの立ち上がりと同じ程度に遅れることにより、これらの差が加算手段 AD 1で消去されて積分器出力は電流フィードバックの立ち上がりの時間に小さなピークを示し、それ以外ではほぼ 0に近い一定値を保っている。この場合、積分器出力の小さなピークの高さは大変小さなもので、ほとんど無視できる程度にとどまつている。しかしながら電流制御側遅れ補償口一パスフィルタ 2 3 3を入れない場合は、図 8に示すように電流フィードバックの立ち上がりの時間における加算手段 A D 1での電流フィードバックと電流積分器 2 3 2の出力との打ち消しあいが十分ではなく、電流フィードバックの立ち上がり点で電流積分器出力が示すピークは電流制御側遅れ補償口一パスフィルタ 2 3 3を入れた場合に比べて高いものになっている。

この結果、電流制御側遅れ補償口一パスフィルタ 2 3 3を入れない場合には、電流のオーバ一シユー卜が大きくなるが、電流制御側遅れ補償ローパスフィル夕 2 3 3を挿入した場合には、モータ回転中の電流積分器 2 3 2の溜り量を 0に近い値にすることでオーバーシュ一トを小さくできることが分かる。

なお、本発明は、直流モータの制御にも当然にして適用可能である。その場合は、図 2 4の従来例に示したような d Q軸電流制御系と、座標変換器が不要になる。図 9は、本発明をモータの位置制御装置に適用した実施の形態の構成を示すブロック図である。このシステムは、制御対象であるモータ Mの位置を検出する位置検出部としてエンコーダ Eを備えている。エンコーダ Eの出力が、モータの出力軸の位置を示す位置フィードバックである。速度算出部 302は、エンコーダ Eの出力に基づいてモー夕の速度を算出するように構成されており、速度算出部 302の出力が速度フィードバックとなっている。速度フィードバックが、モー夕 Mの出力軸の回転速度を示している。位置制御部 31 1Aは、位置検出部としてのエンコーダ Eからフィードバックされたモ一夕 Mの位置と位置指令とがー致するように速度指令を出力して位置制御を行うように構成されている。この実施の形態では、位置制御部 31 1 Aが、位置指令を微分する微分器 412と、微分器 412の出力にフィードフォーワード ·ゲイン VFFを乗算するフィードフォ一ワード ·ゲイン乗算手段 413と、この乗算手段 41 3からの出力を更に微分する微分器 417と、微分器 417からの出力に微分ゲイン（Ks) を乗算する乗算器 418と、乗算器 418の出力とフィードフォーワード ·ゲイン乗算手段 413の出力と加算する加算手段 AD 3と、位置指令の量子化誤差によるリップルを除去する伝達関数（1Z (1 +STFF) ) を有するフィードフォーワード - ローパスフィルタ 414とを備えている。この例では、微分器 417と乗算器 4 18とにより、速度制御系の遅れを補償する比例微分手段が構成されている。なお通常、フィードフォ一ワード 'ゲイン VFFは 40〜 60% (0. 4〜0. 6 ) 程度に設定される。そして位置指令と位置フィードバックの偏差は、減算手段 SB 3で求められ、この偏差を位置ループ乗算手段 41 1で位置比例ゲイン KP 倍する。

位置制御部 31 1 Aからは、位置ループ乗算手段 41 1から出力された指令とフィードフォーワード ·口一パスフィルタ 414から出力された速度フィードフォーワード指令（速度 FF指令）とが加算手段 AD 2で加算された指令が速度指令として出力される。このようなフィードフォーワード乗算出力を比例微分制御することにより、一次進みの特性が得られ速度制御系の遅れを補償し、位置指令に対する追従性を改善できる。更にフィードフォーヮ一ド ·ローパスフィルタ 4 14により、位置指令に含まれる量子化誤差に基づくリップルが速度指令それ自体に含まれるのを阻止することができる。

速度指令は、速度制御部 3 1 3を通ってトルク指令となる。トルク制御部 3 0 4は、トルク指令通りのトルクが出力されるよう電流を制御する。本実施の形態の装置では、フィードフォーワードを追加することにより、位置決め整定時間を従来よりも短縮させることができる。

図 1 0は、本発明で用いる図 9の速度制御部 3 1 3の具体的な構成の一例を示すブロック図である。速度制御部 3 1 3は、比例積分制御により、図 9の速度算出部 3 0 2からフィードバックされた速度と速度指令とがー致するようにトルク指令を出力して速度制御を行う。図 1 0に示すように、本実施の形態で用いる速度制御部 3 1 3は、速度制御系の遅れに相当する伝達関数（1 Z ( 1 + S T c ) ) を有する速度制御側遅れ補償ローパスフィル夕 4 3 3を備えている。また速度制御部 3 1 3は、速度指令を速度制御側遅れ補償ローパスフィルタ 4 3 3に入力して得た遅延速度指令と速度との速度偏差を減算手段 S B 2で求め、この速度偏差に積分ゲイン（l ZT v i ) を乗算する乗算手段 4 3 1と、乗算手段 4 3 1の出力を積分する速度積分器 4 3 2を含んで構成された積分制御系と、速度指令に比例した指令を出力する比例制御系とを含んでいる。そして速度制御部 3 1 3は、積分制御系の出力と比例制御系の出力とを加算手段 A D 1で加算したものに速度比例ゲイン K V Pを乗じてトルク指令として出力する乗算手段 4 3 4を更に備えている。以上の構成が基本構成であるが、この例では、エンコーダ（位置検出部）の量子化誤差及び Zまたは位置誤差が原因となって発生するリップルが、トルク指令に現れるのを阻止する伝達関数（1 ( 1 + S T FB) ) を有する速度フイードバック ·口一パスフィル夕 4 3 5を更に備えている。またこの場合、比例制御系は、速度を速度フィードバック ·ローパスフィルタ 4 3 5に入力して得たフィルタ処理後の速度と速度指令との偏差を求める減算手段 S B 1を含んでいるこの例では、速度指令を速度制御側遅れ補償ローパスフィルタ 4 3 3に通したものと速度フィードバックの差を減算手段 S B 2でとり、速度積分ゲイン（1 Z T v i ) を乗算して速度積分器 4 3 2に通す。また速度指令と、速度フィードパックを速度フィードバック · ローパスフィルタ 4 3 5に通したものとの差を減算手段 S B 1でとり、速度積分器 4 3 2の出力と加算手段 AD 1により加算する。そして最後に、速度比例ゲイン（K V P ) を乗算してトルク指令を出力する。前述の速度フィードバック · ローパスフィル夕 4 3 5は、エンコーダ Eの量子化誤差や位置誤差によるリップルを抑制するフィルタである。このフィル夕は、比例制御系のフィードバックにのみ挿入し、リップル分がトルク指令に現れないようにする機能を果す。積分制御系では、速度積分器 4 3 2が平滑作用を行うため、このようなフィルタは不要である。

速度制御側遅れ補償ローパスフィル夕 4 3 3は、速度制御系の遅れに相当する時間を設定し、遅れ補償出力と速度フィードバックとがほぼ同等の立ち上がりになるようにし、速度指令変化時の速度積分器 4 3 2の溜り量を低減する。このように速度制御部 3 1 3を構成することにより、速度フィードパックに含まれるリップルの抑制と、速度指令変化時の速度積分器 4 3 2の溜り量の低減を同時に達成することができる。

なお、エンコーダ Eの量子化誤差が小さい場合は、速度フィードパック ·ローパスフィルタ 4 3 5は不要である。また、速度制御側遅れ補償ローパスフィルタ 4 3 3は、速度制御系の遅れを模擬する伝達関数であれば、どのようなものでもよく、本実施の形態の伝達関数に限定されるものではない。

図 1 1は、速度制御部 3 1 3 'の変形例を示すブロック図である。図 1 0の速度制御部 3 1 3と速度制御部 3 1 3 'とを対比すると、図 1 1の速度制御部 3 1 3 'では速度比例ゲイン K V Pの乗算手段 4 3 4 'が比例制御系の内部にある点 (加算手段 A D 1の前に挿入されている点）と、積分制御系において速度比例ゲイン K V Pを演算値に乗算するために、乗算手段 4 3 1 'の伝達関数を変更している点で前者の速度制御部 3 1 3とは構成が相違する。このようにしても図 1 0 の速度制御部 3 1 3と同様の作用効果を得ることができる。

図 1 2は、図 9の実施の形態の変形例を示すブロック図である。図. 1 2の実施の形態は、位置制御部 3 1 1 Bの構成が図 9の実施の形態とは異なっており、図 1 2においては、図 9の実施の形態の構成要素と同様の要素には図 9に付した符号と同様の部分に、図 9に付した符号と同じ符号を付して説明を省略する。図 9 の実施の形態と図 1 2の実施の形態とを対比すると、微分器 4 1 2の位置が異なる点と、積分器 4 1 6と微分器 3 0 5とが新たに追加された点で両者は相違する。すなわちこの位置制御部 3 1 1 Bでは、位置指令を微分する微分器 4 1 2が減算手段 S B 3の前に入り、位置検出器で検出した位置を微分する微分器 3 0 5が減算手段 S B 3の前にに入り、微分器 4 1 2の出力（位置指令を微分したもの）と微分器 3 0 5の出力（位置を微分したもの）との偏差（位置微分偏差）を積分する積分器 4 1 6が、位置比例ゲインを乗算する位置ループ乗算手段 4 1 1の前段に入っている。この実施の形態によっても、図 9の実施の形態と同様の効果が得られる。

図 1 3は、本発明のモータの位置制御装置の更に他の実施の形態の構成を示すブロック図である。図 9に示した実施の形態の構成要素と同様の構成要素には、図 9に付した符号と同じ符号を付して説明を省略する。この実施の形態では、図 9の実施の形態の構成要件に加えて、速度制御系の遅れに相当する伝達関数（1 Z ( 1 + S T d ) ) を有する位置制御側遅れ補償ローパスフィルタ 4 1 5を位置制御部 3 1 1 Cが更に備えている。この実施の形態では、位置制御側遅れ補償口一パスフィル夕 4 1 5を通った位置指令と位置フィードバックとの位置偏差が減算手段 S B 3により求められ、位置偏差が位置ループ乗算手段 4 1 1に入力されている。この例では、フィードフォーヮ一ド ·ゲイン V F Fが 1または 1に近い値に設定されている。

位置制御側遅れ補償ローパスフィル夕 4 1 5には、速度制御系の遅れを伝達関数として設定してある。位置制御側遅れ補償口一パスフィル夕 4 1 5の出力と位置フィードバックとが同程度に立ち上がるように位置制御側遅れ補償ローパスフィル夕 4 1 5の伝達関数が定められている。位置制御側遅れ補償ローパスフィル夕 4 1 5を追加すると、位置制御部 3 1 1 Cの位置ループ乗算手段 4 1 1の出力はかなり小さな値になる。この装置では、位置制御側遅れ補償ローパスフィルタ 4 1 5の追加により、フィードフォーヮ一ド 'ゲイン V F Fを 1 0 0 %または 1 0 0 %に近い値まで（1または 1に近い値まで）上げることができ、図 9の実施の形態の場合と同程度、もしくは、それよりは若干短く、位置決め整定時間を短縮できる。

図 1 4は、図 1 2の実施の形態において、位置制御側遅れ補償ローパスフィルタ 4 1 5を追加した場合の構成を示すものである。その他の点は、図 1 2の実施の形態と同様であるので説明は省略する。

図 1 8には、図 9及び図 1 0の実施の形態において、速度制御側遅れ補償ローパスフィルタ 4 3 3を揷入し且つフィードフォーワード ·ゲインを 0にしたときの位置制御動作をシミュレーションした結果を示す。図 1 5の従来例と比較すると、速度積分器の溜まり量が 0に近くなつていることが分かる。また図 1 9には、図 1 8の条件において微分ゲインは 0とし、フィードフォーワード ·ゲインを 1 0 0 %としたときの位置制御動作をシミュレーションした結果を示す。このようにすると位置のオーバーシュート量が大きくなることが分かる。そして図 2 0 には、図 1 9の条件において微分ゲインを入れたときの位置制御動作をシミュレーシヨンした結果を示す。図 1 9と比較すると、図 2 0からは、フィードフォーワード ·ゲインを 1 0 0 %にした場合でもオーバーシュート量が減ることが分かる。図 2 1には、図 1 9の条件において、図 1 3の構成のように、位置制御側遅れ補債ローパスフィル夕 4 1 5を揷入したときの位置制御動作をシミュレーションした結果を示す。図 2 1の場合においても、図 1 9と比較すると、オーバーシユート量が減少しているのが分かる。さらに図 2 2には、図 2 1の条件で微分ゲインを入れたときの位置制御動作をシミュレーションした結果を示す。図 2 2では、加減速時の位置制御器からの速度指令がほぼ 0になっており、フィードフォ一ワード ·ゲインを 1 0 0 %にしても、オーバ一シュートが小さく、追従性が大きく改善されていることが分かる。最終的に、一定速時の位置偏差は、図 1 6に示す従来例のフィードフォーワード ·ゲインを 5 0 %にしたときの約 1 2程度まで減少しており、従来と比較すると追従性が約 2倍に向上することが分かる。産業上の利用可能性

本発明によれば、速度積分補償ローパスフィル夕を用いているので、速度制御系の遅れに相当する遅れを持った速度指令と実際に遅れている速度フィードパックの速度との偏差をゼロに近いものとすることができ、速度積分器の溜まり量をほぼゼロにすることができる。このように本制御装置の適用により、速度積分器の溜り量を小さくできるため、簡単な構成で、オーバーシュートが少なく、その分積分ゲインを上げることができ、高速で外乱抑圧能力に優れた速度制御装置が実現できる。

本発明によれば、電流制御側遅れ補償ローパスフィルタを用いているので、電流制御系の遅れに相当する遅れを持った遅延電流指令と実際に遅れている電流フイードバックとの電流偏差をゼロに近いものとすることができ、電流積分器の溜まり量をほぼゼロにして、電流応答を高速化できる。そのため本発明の電流制御装置の適用により、簡単な構成で、電流応答を高速化できて、オーバ一シュートを低減できる。

本発明によれば、位置制御部でフィ一ドフォーヮード乗算出力を比例微分制御することにより、一次進みの特性を得て、速度制御系の遅れを補償し、位置指令に対する追従性を改善できる利点がある。また、速度制御側遅れ補償口一パスフィルタを用いていると、速度制御系の遅れに相当する遅れを持った速度指令と実際に遅れている速度フィードバックの速度との偏差をゼロに近いものとすることができ、速度積分器の溜まり量をほぼゼロにできる。またフィードフォーワード

•ゲインを 1 0 0 %に上昇させた場合でもオーバ一シュートの小さい制御系を構成でき、より追従性を高めた位置制御が実現でき、より高速な追従性が実現できる利点がある。

Claims

請求の範囲

1 . 制御対象であるモー夕の位置を検出する位置検出部と、

前記位置検出部により検出されたモー夕の位置から前記モータの速度を算出する速度算出部と、

比例積分制御により、前記速度算出部からフィードパックされた前記速度と速度指令とがー致するようにトルク指令を出力して速度制御を行う速度制御部と、前記トルク指令に基づいてトルク制御を行うトルク制御部とを備えたモータの制御装置において、

前記速度制御部が、

速度制御系の遅れに相当する伝達関数を有する速度積分補償ローパスフィルタと、

前記速度指令を前記速度積分補償ローパスフィルタに入力して得た遅延速度指令と前記速度との速度偏差を積分する速度積分器を含んで構成された積分制御系と、

前記速度指令と前記モー夕の速度との差に比例した指令を出力する比例制御系と、

前記積分制御系の出力と前記比例制御系の出力とを加算する加算手段と、前記加算手段の出力に速度比例ゲインを乗じて前記トルク指令を得る乗算手段とから構成されていることを特徴とするモー夕の制御装置。

2 . 制御対象であるモータの位置を検出する位置検出部と、

比例積分制御により、前記速度算出部からフィ一ドバックされた前記速度と速度指令とがー致するようにトルク指令を出力して速度制御を行う速度制御部と、前記トルク指令に基づいてトルク制御を行うトルク制御部とを備えたモータの制御装置において、

前記速度制御部が、

前記速度指令を前記速度積分補償ローパスフィルタに人力して得た遅延速度指令と前記速度との速度偏差を積分する速度積分器を含み ij御系中の演算値に速度比例ゲインを乗じて出力する積分制御系と、

前記速度指令と前記速度との差に速度比例ゲインを乗じた指令を出力する比例制御系と、

前記積分制御系の出力と前記比例制御系の出力とを加算する加算手段とから構成されていることを特徴とするモ一夕の制御装置。

3 . 前記位置検出部の量子化誤差及び Zまたは位置誤差が原因となって発生するリップルが、前記トルク指令に現れるのを阻止する伝達関数を有する速度フイードバック'ローパスフィルタを更に備え、

前記比例制御系は、前記速度を前記速度フィードバック ·ローパスフィルタに入力して得たフィル夕処理後の速度と前記速度指令との偏差を求める減算手段を含んでいることを特徴とする請求項 1または 2に記載のモータの制御装置。

4 . 制御対象であるモータのモータ電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器が検出した前記モータ電流に基づく電流フィードバックと電流指令との電流偏差に基づいて電圧指令を出力する電流制御器と、

前記電圧指令に基づいて前記モ一夕に前記モータ電流を供給する駆動手段とを備えたモー夕の制御装置において、

前記電流制御器が、

電流制御系の遅れに相当する伝達関数を有する電流制御側遅れ補償ローバスフィル夕と、

前記電流指令を前記電流制御側遅れ補償口一パスフィル夕に入力して得た遅延電流指令と前記電流フィードバックとの電流偏差を積分する電流積分器を含んで構成された積分制御系と、

前記電流指令と前記電流フィードバックとの電流偏差に上ヒ例した指令を出力する比例制御系と、

前記積分制御系の出力と前記比例制御系の出力とを加算する加算手段と、前記加算手段の出力に電流比例ゲインを乗じて前記電圧旨令を得る乗算手段とから構成されていることを特徴とするモー夕の制御装置。

5 . 制御対象であるモー夕のモータ電流を検出する電流検出と、前記電流検出器が検出した前記モー夕電流に基づく電流フィードバックと電流指令との電流偏差に基づいて電圧指令を出力する電流制御器と、

前記電圧指令に基づいて前記モータに前記モータ電流を供給する駆動手段とを備えたモー夕の制御装置において、

前記電流制御器が、

電流制御系の遅れに相当する伝達関数を有する電流制御側遅れ裙償口一パスフィル夕と、

前記電流指令を前記電流制御側遅れ補償ローパスフィルタに入力して得た遅延電流指令と前記電流との電流偏差を積分する電流積分器を含み制御系中の演算値に電流比例ゲインを乗じて出力する積分制御系と、

前記電流指令と前記電流フィードバックとの電流偏差に電流比例ゲインを乗じた指令を出力する比例制御系と、

前記積分制御系の出力と前記比例制御系の出力とを加算する加算手段とから構成されていることを特徴とするモータの制御装置。

6 . 制御対象であるモータの位置を検出する位置検出部と、

前記モー夕の速度を算出する速度算出部と、

前記位置検出部からフィードバックされた前記モータの位置と位" B指令とがー致するように速度指令を出力して位置制御をする位置制御部と、

比例積分制御により、前記速度算出部からフィ一ドバックされた前記速度と前記速度指令とがー致するようにトルク指令を出力して速度制御を行う速度制御部と、

前記トルク指令に基づいてトルク制御を行うトルク制御部とを備义たモータの制御装置において、

前記位置制御部は、前記位置指令と前記位置検出部により検出し前記位置との位置偏差を求める減算手段と、

前記位置偏差に位置比例ゲインを乗算する位置ループ乗算手段と、

前記位置指令を微分する微分器と、前記微分器の出力にフィードフォーワード ·ゲインを乗算するフィードフォーワード ·ゲイン乗算手段と、

前記フィードフォーワード ·ゲイン乗算手段の出力を比例微分制御して速度制御系の遅れを補債する比例微分手段と、

前記位置指令の量子化誤差によるリップルを除去する伝達関数を有して、前記比例微分手段の出力と前記フィードフォーワード ·ゲイン乗算手段の出力との加算値をフィル夕処理するフィードフォーワード · ローパスフィル夕と、

前記フィードフォ一ワード · ローパスフィルタの出力と前記位置ループ乗算手段の出力とを加算して前記速度指令を出力する加算手段とを備えていることを特徴とするモー夕の制御装置。

7 . 速度制御系の遅れに相当する伝達関数を有する位置制御側遅れ補償口一パスフィル夕を更に備え、

前記位置指令が前記位置制御側遅れ補償ローパスフィル夕を通して前記減算手段に入力されることを特徴とする請求項 6に記載のモ一夕の制御装置。

8 . 前記速度制御部が、

速度制御系の遅れに相当する伝達関数を有する速度制御側遅れ補償ローパスフィル夕と、

前記速度指令を前記速度制御側遅れ補償ローパスフィル夕に入力して得た遅延速度指令と前記速度との速度偏差を積分する速度積分器を含んで構成された積分制御系と、

前記速度指令と前記速度との差に比例した指令を出力する比例制御系と、前記積分制御系の出力と前記比例制御系の出力とを加算する加算手段と、前記加算手段の出力に速度比例ゲインを乗じて前記トルク指令を得る乗算手段とを具備している請求項 6または 7に記載のモータの制御装置。

9 . 前記速度制御部が、

速度制御系の遅れに相当する伝達関数を有する速度制御側遅れ補償ローバスフィル夕と、

前記速度指令を前記速度制御側遅れ補償ローパスフィル夕に入力して得た遅延速度指令と前記速度との速度偏差を積分する速度積分器を含み制御系中の演算値に速度比例ゲインを乗じて出力する積分制御系と、

前記積分制御系の出力と前記比例制御系の出力とを加算する加算手段とから構成されていることを特徴とする請求項 6または 7に記載のモータの制御装置。

1 0 . 制御対象であるモー夕の位置を検出する位置検出部と、

前記モー夕の速度を算出する速度算出部と、

前記位置検出部からフィードバックされた前記モータの位置と位置指令とがー致するように速度指令を出力して位置制御をする位置制御部と、

前記トルク指令に基づいてトルク制御を行うトルク制御部とを備えたモー夕の制御装置において、 ·

前記位置制御部は、

前記位置指令を微分する微分器と、

前記微分器の出力にフィードフォーワード ·ゲインを乗算するフィードフォーワード ·ゲイン乗算手段と、

前記フィードフォーワード ·ゲイン乗算手段の出力を比例微分制御して速度制御系の遅れを補償する比例微分手段と、

前記位置指令の量子化誤差によるリップルを除去する伝達関数を有して、前記比例微分手段の出力と前記フィードフォーワード ·ゲイン乗算手段の出力との加算値をフィルタ処理するフィードフォーワード ·ローパスフィル夕と、

前記微分器の出力と前記位置検出部により検出した前記位置の微分値との偏差を積分して前記位置偏差を前記位置ループ乗算手段に出力する積分器と、前記積分器の出力に位置比例ゲインを乗算する位置ループ乗算手段と、前記位置ループ乗算手段から出力された指令と前記フィードフォーワード ·口一パスフィル夕から出力された速度フィードフォーワード指令とを加算して前記速度指令として出力する加算手段とを具備することを特徴とする請求項 9に記載のモータの制御装置。

1 1 . 速度制御系の遅れに相当する伝達関数を有する位置制御側遅れ補償口一パスフィル夕が前記微分器と前記積分器との間に配置され、

前記位置制御側遅れ補償ローパスフィル夕を通った前記微分器の出力と前記位置の微分値との偏差が前記積分器に入力されることを特徴とする請求項 1 0に記載のモータの制御装置。