WO2018143216A1 - モーションコントロール装置及びモーションコントロール方法 - Google Patents

モーションコントロール装置及びモーションコントロール方法 Download PDF

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motor
motion control
output
input
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貴裕 野崎
修平 阿久津
大西　公平
村上　俊之
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学校法人慶應義塾
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/68—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more dc dynamo-electric motors
    • H02P5/685—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more dc dynamo-electric motors electrically connected in series, i.e. carrying the same current

Definitions

  • the present invention relates to a motion control apparatus and a motion control method.
  • a motion control technique for controlling motion transmission on an input side and an output side is known.
  • bilateral control for transmitting a force / tactile sensation between a master side motor and a slave side motor installed in a remote place is used.
  • the position difference is set to zero and the sum of the forces is set to zero.
  • the transmission of force / tactile sensation is realized by setting the difference in angle to zero and the sum of torques to zero.
  • the technique regarding motion control is described in Patent Document 1, for example.
  • sensors for detecting a physical quantity such as a rotation angle are installed on both the master side and the slave side in order to perform motion control.
  • noise in the detected value of the sensor affects the accuracy of motion control.
  • the life of the sensor may become extremely short, or the sensor may be installed. There are situations where it is impossible. Further, the installation of the sensor may increase the size of the device or increase the cost.
  • An object of the present invention is to realize appropriate motion control without necessarily using a sensor for detecting the movement on the output side.
  • a motion control device having a circuit in which a first motor and a second motor are connected, A compensation voltage source for generating an electromotive force for compensating a voltage drop other than the counter electromotive force of the first motor and the second motor in the circuit is connected in series with the first motor and the second motor. It prepares for.
  • appropriate motion control can be realized without necessarily using a sensor that detects the movement on the output side.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a circuit diagram of a motion control apparatus 100 in which an input-side motor 101 and an output-side motor 106 are connected in series.
  • an input side motor 101 As shown in FIG. 1, in the motion control apparatus 100, an input side motor 101, an internal resistance 102 of the input side motor 101, an internal inductor 103 of the input side motor 101, and an internal inductor of the output side motor 106 are shown. 104, the internal resistance 105 of the output-side motor 106, and the output-side motor 106 are connected in series to form a loop. Note that the input-side motor 101 and the output-side motor 106 have the same characteristics.
  • the motion (motion) input to the input side motor 101 (master side) is transmitted to the output side motor 106 (slave side) and also to the output side motor 106.
  • the function of transmitting the input disturbance to the motor 101 on the input side is realized.
  • the magnitude of the current in each part in the circuit diagram of the motion control apparatus 100 is the same, and the current flowing in the input-side motor 101 and the current flowing in the output-side motor 106 are opposite to each other. It is facing. Since the torque generated in the motor is proportional to the magnitude of the current and the direction of the current corresponds to the direction of the torque, according to the equation (1), the input side motor 101 and the output side motor 106 are generated. The sum of torque to be performed is zero.
  • the back electromotive force constant in the input side motor 101 and the output side motor 106 is Ke
  • the angular velocity in the input side motor 101 is ⁇ m
  • the angular velocity in the output side motor 106 is ⁇ s
  • the input side motor 101 is the resistance value of the internal resistor 102 and the internal resistance 105 of the output side motor 106
  • L is the inductance of the internal inductor 103 of the input side motor 101 and the internal inductor 104 of the output side motor 106.
  • Ke ⁇ ⁇ m 2 ⁇ R ⁇ I + d / dt ⁇ 2 ⁇ L ⁇ I + Ke ⁇ ⁇ s (2)
  • (d / dt) in the second term on the right side of Equation (2) represents a differential operator, and (d / dt ⁇ 2 ⁇ L ⁇ I) is connected in series to the circuit, for example. It can be obtained by measuring the voltage across the inductor.
  • the inductance of the inductor can be added to the inductances of the internal inductor 103 of the input-side motor 101 and the internal inductor 104 of the output-side motor 106 as one method.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a circuit diagram of the motion control apparatus 1 according to the present invention.
  • the input side motor 101, the internal resistance 102 of the input side motor 101, the internal inductor 103 of the input side motor 101, and the compensation voltage source V1 The internal inductor 104 of the output side motor 106, the internal resistance 105 of the output side motor 106, and the output side motor 106 are connected in series to form a loop.
  • the configuration other than the compensation voltage source V1 is the same as the circuit diagram shown in FIG.
  • the compensation voltage source V1 variably compensates for the voltage drop due to the first and second terms on the right side in the equation (2), and this voltage as shown in the equation (3) according to the current I.
  • a compensation voltage Vcomp is generated in a direction that cancels the drop.
  • Vcomp 2 ⁇ R ⁇ I + d / dt ⁇ 2 ⁇ L ⁇ I (3)
  • equation (1) is established as in the circuit diagram of FIG.
  • equation (4) is established instead of equation (2) in the circuit diagram of FIG.
  • Ke ⁇ ⁇ m 2 ⁇ R ⁇ I + d / dt ⁇ 2 ⁇ L ⁇ I + Ke ⁇ ⁇ s ⁇ Vcomp (4)
  • Expression (5) is established.
  • Ke ⁇ ⁇ m Ke ⁇ ⁇ s (5) That is, in the circuit diagram shown in FIG. 2, the speed (or position / angle) of the input-side motor 101 matches the speed (or position / angle) of the output-side motor 106, and these are the speed (or position / angle). ) Will not occur.
  • an appropriate compensation voltage Vcomp can be set by detecting the current I flowing through the circuit. That is, the motion control apparatus 1 does not require sensors for detecting movements (position, speed, acceleration, force, etc.) in the input-side motor 101 and the output-side motor 106. Therefore, according to the motion control apparatus 1 having the circuit diagram shown in FIG. 2, appropriate motion control can be realized without necessarily using a sensor for detecting the movement on the output side.
  • the motion control apparatus 1 can be supplementarily provided with various sensors, and sensors that detect movement (position, speed, acceleration, force, etc.) in the motor 106 on the output side are also supplementarily provided. It is good as well.
  • the internal resistance 102 of the input-side motor 101, the internal inductor 103 of the input-side motor 101, the internal inductor 104 of the output-side motor 106, and the internal resistance 105 of the output-side motor 106 in the motion control device 1 are: This is a representative representation of elements that cause a voltage drop other than the ideal model of the input-side motor 101 and the output-side motor 106. If other elements such as wiring resistance cannot be ignored, these other These elements can also be included in the compensation target by the compensation voltage source V1 as an element that causes a voltage drop.
  • FIG. 3A shows the angle of the control result by the motion control device 1 shown in FIG. 2
  • FIG. 3B shows the motion control device 1 shown in FIG.
  • FIG. 3C shows the torque of the control result by the motion control apparatus 1 shown in FIG. 3A to 3C
  • the solid line indicates the characteristics of the input-side motor 101
  • the broken line indicates the characteristics of the output-side motor 106.
  • the angle between the input-side motor 101 and the output-side motor 106 including the period in which the output-side motor 106 is in contact with an object. It can also be seen that the torque is generated with the same magnitude in the opposite direction as the angular velocities match.
  • FIG. 4A to 4C are schematic views showing the effects of the comparative example with respect to the present invention.
  • the control results by the motion control apparatus 100 shown in FIG. 1 are shown.
  • FIG. 4A shows the angle of the control result by the motion control apparatus 100 shown in FIG. 1
  • FIG. 4B shows the angular velocity of the control result by the motion control apparatus 100 shown in FIG. 1
  • the torque shown in FIG. 4C is controlled with relatively high accuracy, but the angle shown in FIG. 4A and the angular velocity shown in FIG. The difference between the input-side motor 101 and the output-side motor 106 is large.
  • the function of the compensation voltage source V1 causes elements (internal resistance, internal inductance, wiring) that cause voltage drops other than ideal models of the input side motor 101 and the output side motor 106.
  • the effect of resistance, etc.) is suppressed, and high-precision motion control is realized.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a specific configuration of the motion control apparatus 1 to which the present invention is applied. Note that various circuit configurations other than the circuit diagram of FIG. 5 can be employed as long as the configuration can apply the compensation voltage according to the present invention.
  • the motion control apparatus 1 includes a constant voltage source V2, an H bridge circuit B, an input side motor 101, and an output side motor 106.
  • the internal resistance 102 of the input side motor 101, the internal inductor 103 of the input side motor 101, the internal inductor 104 of the output side motor 106, and the internal resistance 105 of the output side motor 106 are as follows. The illustration is omitted.
  • the current I flowing between the input-side motor 101 and the output-side motor 106 is detected, and the direction and magnitude of the voltage applied from the constant voltage source V2 that supplies the constant voltage Vdc is determined.
  • the compensation voltage Vcomp applied to the input-side motor 101 and the output-side motor 106 can be controlled.
  • the sum of torques generated by the input-side motor 101 and the output-side motor 106 can be made zero. Further, the speed (or position / angle) of the input-side motor 101 and the speed (or position / angle) of the output-side motor 106 are made to coincide with each other, and control is performed so as not to cause a difference in speed (or position / angle). can do. That is, according to the motion control apparatus 1 of FIG. 5, appropriate motion control can be realized without necessarily using a sensor that detects the movement on the output side.
  • the present invention can be appropriately modified and improved within the scope of the effects of the present invention, and is not limited to the above-described embodiments and modifications.
  • the present invention can be applied to various motion controls.
  • the present invention can be applied so that the input-side motor 101 constitutes a generator driven by an engine or the like, and the output-side motor 106 constitutes a propulsion motor for generating a propulsive force.
  • the present invention can be configured as a ship propulsion system or a drive system in a vehicle such as a hybrid car.
  • the voltage drop due to the internal resistance and internal inductance of the input-side motor 101 and the output-side motor 106 is targeted for compensation.
  • the present invention is not limited to this. That is, even if the voltage drop due to the internal resistance and the internal inductance of the input-side motor 101 and the output-side motor 106 is targeted for compensation of the voltage drop, a certain effect can be obtained.
  • the output-side motor 106 since it is not necessary to install a sensor on the output-side motor 106, the output-side motor 106 can be installed in a harsh environment such as a radioactive environment, the deep sea, and space. Even when the output-side motor 106 is installed in such an environment, it is not affected by sensor noise, so that highly accurate motion control can be performed. Further, in the present invention, the cost for installing the sensor can be reduced, the size of the apparatus can be further reduced, and the fault tolerance can be improved.
  • the input-side motor 101 and the output-side motor 106 have been described as having the same characteristics, but the present invention is not limited thereto.
  • two output-side motors 106 that output half the torque of the input-side motor 101 are connected in series to the circuit, or the output-side motor 106 and an adjustment load are connected in series to the circuit. By doing so, the motion of the motor 106 on the output side can be scaled.
  • the motion control apparatus 1 configured as described above includes an input-side motor 101, an output-side motor 106, and a compensation voltage source V1.
  • the motion control apparatus 1 has a circuit in which an input-side motor 101 and an output-side motor 106 are connected.
  • the compensation voltage source V1 generates an electromotive force for compensating for a voltage drop other than the counter electromotive force of the input-side motor 101 and the output-side motor 106 in the circuit, and the input-side motor 101 and the output-side motor 106 It is installed in series.
  • the compensation voltage source V1 generates an electromotive force according to the current flowing through the circuit. Accordingly, the compensation voltage source V1 can generate an electromotive force corresponding to the current by directly measuring the current flowing through the circuit or converting it from other information. Therefore, it is possible to generate an appropriate electromotive force for compensating for the voltage drop according to the operation state of the motion control device.
  • the voltage drop other than the counter electromotive force of the input-side motor 101 and the output-side motor 106 in the circuit includes at least one of voltage drops due to the internal resistance and internal inductance of the input-side motor 101 and the output-side motor 106.
  • the compensation voltage source includes a constant voltage source V2 and an H bridge circuit B that can apply the voltage supplied from the constant voltage source V2 to the input side motor 101 and the output side motor 106 in both directions. Composed. With such a configuration, appropriate motion control can be realized with a simple circuit configuration without necessarily using a sensor for detecting the movement on the output side.
  • the said embodiment has shown an example to which this invention is applied, and does not limit the technical scope of this invention. That is, the present invention can be modified in various ways such as omission and replacement without departing from the gist of the present invention, and can take various embodiments other than the above-described embodiments. Various embodiments that the present invention can take and modifications thereof are included in the invention described in the scope of claims and the equivalents thereof.
  • 1,100 motion control device 101 input motor, 102, 105 internal resistance, 103, 104 internal inductor, 106 output motor, V1, compensation voltage source, V2, V21, V22 constant voltage source, B, B1, B2 H bridge circuit, Cm master side circuit, Cs slave side circuit

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Abstract

適切なモーションコントロールを、必ずしも出力側の運動を検出するセンサを用いずに実現すること。　モーションコントロール装置１は、入力側のモータ１０１と、出力側のモータ１０６と、補償電圧源Ｖ１とを備える。モーションコントロール装置１は、入力側のモータ１０１と出力側のモータ１０６とが接続された回路を有している。補償電圧源Ｖ１は、回路における入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６の逆起電力以外の電圧降下を補償するための起電力を発生し、入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６と直列に設置されている。

Description

モーションコントロール装置及びモーションコントロール方法
　本発明は、モーションコントロール装置及びモーションコントロール方法に関する。
　従来、入力側と出力側とにおいて、運動の伝達を制御するモーションコントロールの技術が知られている。
　例えば、モーションコントロールの一形態として、遠隔地に設置されたマスタ側モータとスレーブ側モータとの間で、力触覚を伝達するバイラテラル制御が利用されている。このようなバイラテラル制御では、マスタ側モータとスレーブ側モータとの間において、直動系のシステムであれば、位置の差をゼロにすると共に、力の和をゼロとすることにより、力触覚の伝達を実現している。また、回転系のシステムであれば、角度の差をゼロにすると共に、トルクの和をゼロとすることにより、力触覚の伝達が実現される。
　なお、モーションコントロール（バイラテラル制御）に関する技術は、例えば特許文献１に記載されている。
特開２０１５－１９９１３５号公報
　しかしながら、従来の技術においては、モーションコントロールを行うために、マスタ側とスレーブ側双方に回転角度等の物理量を検出するセンサが設置されている。
　ここで、特にスレーブ側にセンサを設置した場合、センサの検出値におけるノイズがモーションコントロールの精度に影響したり、スレーブ側の環境によっては、センサの寿命が極端に短くなる、あるいは、センサが設置できないといった事態が生じたりする。さらに、センサを設置することによって装置のサイズが大きくなったり、コストが増大したりするということもあり得る。
　このように、従来の技術においては、適切なモーションコントロールを、必ずしも出力側の運動を検出するセンサを用いずに実現することが困難であった。
　本発明の課題は、適切なモーションコントロールを、必ずしも出力側の運動を検出するセンサを用いずに実現することである。
　上記課題を解決するため、本発明の一態様に係るモーションコントロール装置は、
　第１のモータと第２のモータとが接続された回路を有するモーションコントロール装置であって、
　前記回路における前記第１のモータ及び前記第２のモータの逆起電力以外の電圧降下を補償するための起電力を発生する補償電圧源を、前記第１のモータ及び前記第２のモータと直列に備えることを特徴とする。
　本発明によれば、適切なモーションコントロールを、必ずしも出力側の運動を検出するセンサを用いずに実現することができる。
入力側のモータ１０１と出力側のモータ１０６とを直列に接続したモーションコントロール装置１００の回路図を示す模式図である。 本発明に係るモーションコントロール装置１の回路図を示す模式図である。 本発明の効果を示す模式図である。 本発明の効果を示す模式図である。 本発明の効果を示す模式図である。 本発明に対する比較例の効果を示す模式図である。 本発明に対する比較例の効果を示す模式図である。 本発明に対する比較例の効果を示す模式図である。 本発明を適用したモーションコントロール装置１の具体的構成の一例を示す回路図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
　初めに、本発明に係るモーションコントロール装置及びモーションコントロール方法に適用される基本的原理について説明する。
［基本的原理］
　本発明においては、入力側（ここではマスタ側とする）のモータと、出力側（ここではスレーブ側とする）のモータとを電気的に接続することにより、これらの間で力触覚伝達を実現する。
　図１は、入力側のモータ１０１と出力側のモータ１０６とを直列に接続したモーションコントロール装置１００の回路図を示す模式図である。
　図１に示すように、モーションコントロール装置１００では、入力側のモータ１０１と、入力側のモータ１０１の内部抵抗１０２と、入力側のモータ１０１の内部インダクタ１０３と、出力側のモータ１０６の内部インダクタ１０４と、出力側のモータ１０６の内部抵抗１０５と、出力側のモータ１０６とが直列に接続され、ループを構成している。
　なお、入力側のモータ１０１と出力側のモータ１０６とは、同一の特性を有するものとする。
　そして、図１に示すモーションコントロール装置１００では、入力側のモータ１０１（マスタ側）に入力された運動（モーション）を出力側のモータ１０６（スレーブ側）に伝達すると共に、出力側のモータ１０６に入力された外乱を入力側のモータ１０１に伝達する機能の実現を図っている。
　図１において、入力側のモータ１０１に流れる電流をＩｍ、出力側のモータ１０６に流れる電流をＩｓ、入力側のモータ１０１と出力側のモータ１０６との間に流れる電流をＩとすると、式（１）の関係が成り立つ。
Ｉ＝－Ｉｍ＝Ｉｓ　　　（１）
　即ち、モーションコントロール装置１００の回路図における各部の電流の大きさは同一であり、入力側のモータ１０１において流れる電流と出力側のモータ１０６において流れる電流とは、それぞれのモータにとっての向きが互いに逆向きとなっている。
　モータにおいて発生するトルクは電流の大きさに比例し、電流の向きとトルクの向きとは対応することから、式（１）によれば、入力側のモータ１０１と出力側のモータ１０６とが発生するトルクの和はゼロとなっている。
　また、図１において、入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６における逆起電力定数をＫｅ、入力側のモータ１０１における角速度をωｍ、出力側のモータ１０６における角速度をωｓ、入力側のモータ１０１の内部抵抗１０２及び出力側のモータ１０６における内部抵抗１０５の抵抗値をＲ、入力側のモータ１０１の内部インダクタ１０３及び出力側のモータ１０６における内部インダクタ１０４のインダクタンスをＬとすると、式（２）の関係が成り立つ。
Ｋｅ・ωｍ＝２・Ｒ・Ｉ＋ｄ／ｄｔ・２・Ｌ・Ｉ＋Ｋｅ・ωｓ　　　（２）
　なお、式（２）の右辺の第２項における（ｄ／ｄｔ）は、微分演算子を表しており、（ｄ／ｄｔ・２・Ｌ・Ｉ）は、例えば、回路に直列に接続されたインダクタの両端電圧を測定することで取得することができる。また、このインダクタのインダクタンスは、モーションコントロールを行う場合には、一手法として、入力側のモータ１０１の内部インダクタ１０３及び出力側のモータ１０６における内部インダクタ１０４のインダクタンスに合算することができる。
　式（２）によると、右辺の第１項及び第２項の存在により、電流Ｉがゼロでない場合には、Ｋｅ・ωｍ＝Ｋｅ・ωｓとはならない。
　即ち、入力側のモータ１０１における速度（あるいは位置・角度）と出力側のモータ１０６における速度（あるいは位置・角度）とは一致しないこととなり、これらに速度（あるいは位置・角度）の差が生じる。
　そのため、単純に入力側のモータ１０１と出力側のモータ１０６とを直列に接続するのみでは、トルクの観点では有効であるものの、速度の観点では精度が低下することがわかる。
　そこで、本発明においては、式（２）における右辺の第１項及び第２項を相殺するための補償電圧Ｖｃｏｍｐを付加することで、トルクの有効性を維持しつつ、速度に関しても高精度なモーションコントロール装置の回路を実現する。
　図２は、本発明に係るモーションコントロール装置１の回路図を示す模式図である。
　図２に示すように、モーションコントロール装置１の回路図では、入力側のモータ１０１と、入力側のモータ１０１の内部抵抗１０２と、入力側のモータ１０１の内部インダクタ１０３と、補償電圧源Ｖ１と、出力側のモータ１０６の内部インダクタ１０４と、出力側のモータ１０６の内部抵抗１０５と、出力側のモータ１０６とが直列に接続され、ループを構成している。
　図２に示す回路図において、補償電圧源Ｖ１以外の構成は、図１に示す回路図と同様である。
　補償電圧源Ｖ１は、式（２）における右辺の第１項及び第２項による電圧降下を可変的に補償するものであり、電流Ｉに応じて、式（３）に示すように、この電圧降下を相殺する方向の補償電圧Ｖｃｏｍｐを発生させる。
Ｖｃｏｍｐ＝２・Ｒ・Ｉ＋ｄ／ｄｔ・２・Ｌ・Ｉ　　　（３）
　このとき、図１の回路図と同様に、式（１）が成り立つ。
　また、図２の回路図では、図１の回路図における式（２）に代えて、式（４）が成り立つ。
Ｋｅ・ωｍ＝２・Ｒ・Ｉ＋ｄ／ｄｔ・２・Ｌ・Ｉ＋Ｋｅ・ωｓ－Ｖｃｏｍｐ　　　（４）
　式（４）において、Ｖｃｏｍｐに（３）式を代入すると、式（５）が成り立つ。
Ｋｅ・ωｍ＝Ｋｅ・ωｓ　　　（５）
　即ち、図２に示す回路図では、入力側のモータ１０１における速度（あるいは位置・角度）と出力側のモータ１０６における速度（あるいは位置・角度）とが一致し、これらに速度（あるいは位置・角度）の差は生じないこととなる。
　図２に示す回路図において、回路を流れる電流Ｉを検出することで、適切な補償電圧Ｖｃｏｍｐを設定することができる。
　即ち、モーションコントロール装置１においては、入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６における運動（位置、速度、加速度、力等）を検出するセンサが不要となっている。
　したがって、図２に示す回路図を有するモーションコントロール装置１によれば、適切なモーションコントロールを、必ずしも出力側の運動を検出するセンサを用いずに実現することができる。
　ちなみに、既存のモーションコントロール装置では、モーションコントロールを行うコントローラのゲイン設計が必ずしも容易ではないという課題があるが、本発明におけるモーションコントロール装置１では、このようなコントローラを実装する必要がない。
　さらに、既存のモーションコントロール装置では、高精度な制御を行うためには、高速な演算処理を可能とする高性能なプロセッサを用いる必要があるが、本発明におけるモーションコントロール装置１では、高速な演算処理が不要であるため、高性能なプロセッサを必ずしも用いる必要がない。
　なお、モーションコントロール装置１において、補助的に種々のセンサを備えることは可能であり、出力側のモータ１０６における運動（位置、速度、加速度、力等）を検出するセンサも補助的に備えておくこととしてもよい。
　また、モーションコントロール装置１における入力側のモータ１０１の内部抵抗１０２、入力側のモータ１０１の内部インダクタ１０３、出力側のモータ１０６の内部インダクタ１０４、及び、出力側のモータ１０６の内部抵抗１０５は、入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６の理想的なモデル以外の電圧降下を生じる要素を代表的に表したものであり、配線抵抗等の他の要素が無視できない場合等には、これら他の要素も電圧降下を生じる要素として、補償電圧源Ｖ１による補償の対象に含めることができる。
［効果］
　図３Ａ～図３Ｃは、本発明の効果を示す模式図であり、図３Ａは、図２に示すモーションコントロール装置１による制御結果の角度を示し、図３Ｂは、図２に示すモーションコントロール装置１による制御結果の角速度を示し、図３Ｃは、図２に示すモーションコントロール装置１による制御結果のトルクを示している。
　なお、図３Ａ～図３Ｃにおける実線は入力側のモータ１０１の特性、破線は出力側のモータ１０６の特性を示している。
　図３Ａ～図３Ｃに示すように、図２に示すモーションコントロール装置１では、出力側のモータ１０６が物体に接触している期間を含め、入力側のモータ１０１と出力側のモータ１０６との角度及び角速度が一致していると共に、トルクは逆向きに等しい大きさで発生していることがわかる。
　また、図４Ａ～図４Ｃは、本発明に対する比較例の効果を示す模式図であり、ここでは、図１に示すモーションコントロール装置１００による制御結果を示している。
　具体的には、図４Ａは、図１に示すモーションコントロール装置１００による制御結果の角度を示し、図４Ｂは、図１に示すモーションコントロール装置１００による制御結果の角速度を示し、図４Ｃは、図１に示すモーションコントロール装置１００による制御結果のトルクを示している。
　図４Ａ～図４Ｃに示すように、モーションコントロール装置１００では、図４Ｃに示すトルクについては、比較的高い精度で制御が行われているものの、図４Ａに示す角度及び図４Ｂに示す角速度については、入力側のモータ１０１と出力側のモータ１０６との差が大きくなっている。
　即ち、本発明におけるモーションコントロール装置１では、補償電圧源Ｖ１の機能により、入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６の理想的なモデル以外の電圧降下を生じる要素（内部抵抗、内部インダクタンス、配線抵抗等）の影響が抑制され、高精度なモーションコントロールが実現されている。
［具体的構成］
　次に、本発明を適用したモーションコントロール装置１の具体的構成について説明する。
　図５は、本発明を適用したモーションコントロール装置１の具体的構成の一例を示す回路図である。
　なお、本発明による補償電圧を印加できる構成であれば、図５の回路図以外の各種回路構成とすることができる。
　図５に示すように、モーションコントロール装置１は、定電圧源Ｖ２と、Ｈブリッジ回路Ｂと、入力側のモータ１０１と、出力側のモータ１０６と、を備えている。
　なお、図５において、入力側のモータ１０１の内部抵抗１０２と、入力側のモータ１０１の内部インダクタ１０３と、出力側のモータ１０６の内部インダクタ１０４と、出力側のモータ１０６の内部抵抗１０５とは、図示を省略している。
　図５に示すように、入力側のモータ１０１と出力側のモータ１０６との間に流れる電流Ｉを検出し、定電圧Ｖｄｃを供給する定電圧源Ｖ２から印加される電圧の向き及び大きさをＨブリッジ回路Ｂによって制御することで、入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６に印加される補償電圧Ｖｃｏｍｐを制御することができる。
　このような構成により、入力側のモータ１０１と出力側のモータ１０６とが発生するトルクの和をゼロとすることができる。また、入力側のモータ１０１における速度（あるいは位置・角度）と出力側のモータ１０６における速度（あるいは位置・角度）とを一致させ、これらに速度（あるいは位置・角度）の差が生じないよう制御することができる。
　即ち、図５のモーションコントロール装置１によれば、適切なモーションコントロールを、必ずしも出力側の運動を検出するセンサを用いずに実現することができる。
　なお、本発明は、本発明の効果を奏する範囲で変形、改良等を適宜行うことができ、上述の実施形態及び変形例に限定されない。
　例えば、本発明は、各種モーションコントロールに適用することができる。
　具体的には、入力側のモータ１０１がエンジン等によって駆動されるジェネレータ、出力側のモータ１０６が推進力を発生するための推進用モータを構成するように、本発明を適用することができる。
　この場合、船舶の推進システムや、ハイブリッドカー等の車両における駆動システムとして、本発明を構成することができる。
　また、上述の実施形態では、入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６の内部抵抗及び内部インダクタンスによる電圧降下を補償の対象としたが、これに限られない。即ち、入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６の内部抵抗及び内部インダクタンスによる電圧降下のいずれかを電圧降下の補償の対象とすることでも、一定の効果を奏するものとなる。
　また、本発明においては、出力側のモータ１０６にセンサを設置する必要がないため、出力側のモータ１０６を放射性環境、深海、宇宙等の過酷な環境に設置することが可能になると共に、このような環境に出力側のモータ１０６を設置した場合にも、センサノイズの影響を受けることがないため、高精度なモーションコントロールを行うことができる。また、本発明においては、センサを設置するためのコストを低減できると共に、装置のサイズをより小型化でき、耐故障性の向上を図ることができる。
　また、上述の実施形態において、入力側のモータ１０１と出力側のモータ１０６とは、同一の特性を有するものとして説明したが、これに限られない。例えば、入力側のモータ１０１の１／２のトルクを出力する出力側のモータ１０６を２つ直列に回路に接続したり、出力側のモータ１０６と調整用の負荷とを直列に回路に接続したりすることで、出力側のモータ１０６のモーションをスケーリングすることができる。
　以上のように構成されるモーションコントロール装置１は、入力側のモータ１０１と、出力側のモータ１０６と、補償電圧源Ｖ１とを備える。
　モーションコントロール装置１は、入力側のモータ１０１と出力側のモータ１０６とが接続された回路を有している。
　補償電圧源Ｖ１は、回路における入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６の逆起電力以外の電圧降下を補償するための起電力を発生し、入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６と直列に設置されている。
　このような構成により、補償電圧源Ｖ１が発生する起電力によって、入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６の逆起電力以外の電圧降下を生じる要素（内部抵抗、内部インダクタンス、配線抵抗等）の影響が抑制され、高精度なモーションコントロールを実現することができる。
　したがって、本発明によれば、適切なモーションコントロールを、必ずしも出力側の運動を検出するセンサを用いずに実現することができる。
　補償電圧源Ｖ１は、回路に流れる電流に応じた起電力を発生する。
　これにより、回路に流れる電流を直接計測あるいは他の情報から換算する等して、この電流に応じた起電力を補償電圧源Ｖ１が発生する構成とすることができる。
　そのため、モーションコントロール装置の動作状態に応じて、電圧降下を補償するための適切な起電力を発生することができる。
　回路における入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６の逆起電力以外の電圧降下として、入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６の内部抵抗及び内部インダクタンスによる電圧降下の少なくともいずれかを含む。
　このような構成により、入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６が有するモーションコントロールの精度を低下させる主な要因の影響を抑制して、より高精度な制御を行うことができる。
　補償電圧源は、定電圧源Ｖ２と、定電圧源Ｖ２によって供給される電圧を、入力側のモータ１０１及び出力側のモータ１０６に対して双方向から印加可能なＨブリッジ回路Ｂとを含んで構成される。
　このような構成により、簡単な回路構成によって、適切なモーションコントロールを、必ずしも出力側の運動を検出するセンサを用いずに実現することができる。
　なお、上記実施形態は、本発明を適用した一例を示しており、本発明の技術的範囲を限定するものではない。即ち、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができ、上記実施形態以外の各種実施形態を取ることが可能である。本発明が取ることができる各種実施形態及びその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　１，１００　モーションコントロール装置、１０１　入力側のモータ、１０２，１０５　内部抵抗、１０３，１０４　内部インダクタ、１０６　出力側のモータ、Ｖ１　補償電圧源、Ｖ２，Ｖ２１，Ｖ２２　定電圧源、Ｂ，Ｂ１，Ｂ２　Ｈブリッジ回路、Ｃｍ　マスタ側回路、Ｃｓ　スレーブ側回路

Claims (5)

  1. 　第１のモータと第２のモータとが接続された回路を有するモーションコントロール装置であって、
    　前記回路における前記第１のモータ及び前記第２のモータの逆起電力以外の電圧降下を補償するための起電力を発生する補償電圧源を、前記第１のモータ及び前記第２のモータと直列に備えることを特徴とするモーションコントロール装置。
  2. 　前記補償電圧源は、前記回路に流れる電流に応じた起電力を発生することを特徴とする請求項１に記載のモーションコントロール装置。
  3. 　前記回路における前記第１のモータ及び前記第２のモータの逆起電力以外の電圧降下として、前記第１のモータ及び前記第２のモータの内部抵抗及び内部インダクタンスによる電圧降下の少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のモーションコントロール装置。
  4. 　前記補償電圧源は、定電圧源と、前記定電圧源によって供給される電圧を、前記第１のモータ及び前記第２のモータに対して双方向から印加可能なブリッジ回路とを含んで構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモーションコントロール装置。
  5. 　第１のモータと第２のモータとが接続された回路を有するモーションコントロール装置で実行されるモーションコントロール方法であって、
    　前記回路における前記第１のモータ及び前記第２のモータの逆起電力以外の電圧降下を補償するための補償電圧を、前記第１のモータ及び前記第２のモータに対して直列に印加することを特徴とするモーションコントロール方法。
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