モータ制御装置
【課題】 指令のＮ階微分値を矩形波とするとともに、その矩形波をＮ階積分して負荷位置指令とし、制御対象の加速度が制限値を超えないようにした上で、位置決め時間を可能な限り短縮することができるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】 制御対象のパラメータに基づく振幅および時間幅を有する矩形波信号ＰＳを生成して出力する矩形波生成部と、矩形波信号ＰＳをＮ階積分し負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを演算して出力するＮ階積分演算部と、負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆに基づいて位置指令信号Ｘｒｅｆを生成して出力する最適指令生成部３と、位置指令信号Ｘｒｅｆおよびモータ位置ＸＭに基づいてトルク指令Ｔｒｅｆを制御演算するサーボ制御部４とを備える。
【解決手段】 制御対象のパラメータに基づく振幅および時間幅を有する矩形波信号ＰＳを生成して出力する矩形波生成部と、矩形波信号ＰＳをＮ階積分し負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを演算して出力するＮ階積分演算部と、負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆに基づいて位置指令信号Ｘｒｅｆを生成して出力する最適指令生成部３と、位置指令信号Ｘｒｅｆおよびモータ位置ＸＭに基づいてトルク指令Ｔｒｅｆを制御演算するサーボ制御部４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動要素を有する制御対象の位置決め制御において、制御対象の加速度が制限値を超えないようにした上で、位置決め時間を可能な限り短縮するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ制御装置は、工作機やロボットなどに用いられており、それらの長寿命を実現するために、負荷を締結したモータ等である制御対象が振動要素を有する場合（例えば、２慣性系）でも、負荷加速度が制限値を超えないようにしつつ、その上で、振動なく、且つ、指令に対し遅れを可能な限り小さくするように動作させたいという要望があった（例えば、工作機の構成部品として用いられるボールねじの定格寿命は、軸方向加重の３乗に反比例する。軸方向加重は負荷加速度に比例する。）
第１の従来技術のモータ制御装置（「最適指令作成装置」）は、「振動要素を有する制御対象を、振動なく、且つ、指令に対し遅れを可能な限り小さくするように動作させることを目的に、サーボ制御部に入力する指令を加工する最適指令作成装置に関する」（段落０００１参照）ものであり、「指令を入力し、制御対象が所望の動作を実現するように指令を加工し、最適指令値をサーボ制御装置へ出力する、最適指令作成装置において、指令に対してＮ次のフィルタ処理を施し、且つ、該フィルタ処理を施された指令の１階微分からＮ−１階微分までの値を算出するＮ次フィルタ処理部１と、Ｎ次フィルタ処理部１の出力にゲインを乗じた値を加算する四則演算部２とを備えた」（要約参照）ことが記載されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
第２の従来技術のモータ制御装置（「移動体制御方法及び移動体制御装置」）は、「所定の駆動パターンで移動体の駆動を制御するための移動体制御方法及び移動体制御装置に関する」（段落０００１参照）ものであり、「移動体の制振性能及び位置決め性能の低下を抑制する」（段落０００４参照）ために、「所定の駆動パターンで移動体の駆動を制御するための移動体制御装置であって、前記移動体の位置又は速度に関する命令値に基づいて前記移動体のジャークパターンを生成する生成部と、前記ジャークパターンを通過させて前記移動体の位置指令値を出力するフィルタ部と、を備え、前記生成部は、前記フィルタ部の伝達関数に基づいて、前記命令値に対する前記位置指令値の遅れ時間を求め、この遅れ時間だけ前記ジャークパターンを圧縮するように調整して調整ジャークパターンを生成すること」（請求項４参照）が記載されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４１８０２号公報（第３−５頁、図１）
【特許文献２】特開２００９−０９８９６５号公報（第３−４頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、第１の従来技術のモータ制御装置（特許文献１参照）は、Ｎ階微分値を得るために指令（負荷位置指令）に対してＮ次のフィルタ処理を施しているため、負荷加速度が制限値を超えない範囲での最も高速な位置決め動作を得ることができないという問題がある。
また、第２の従来技術のモータ制御装置（特許文献２参照）は、負荷加速度を陽に考慮して位置指令値を得るわけではないので、必ず負荷加速度が制限値を超えないようにすることができないという問題がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、指令のＮ階微分値を矩形波とするとともに、その矩形波をＮ階積分して負荷位置指令とし、負荷加速度が制限値を超えないようにした上で、位置決め時間を可能な限り短縮することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するため、本願の代表的な発明は、次のように構成したのである。
負荷と振動要素で結合されモータ位置を検出する検出部を有するモータと、負荷とで構成される制御対象を制御するモータ制御装置であって、制御対象のパラメータに基づく振幅および時間幅を有する矩形波信号を生成して出力する矩形波生成部と、矩形波信号をＮ階積分し負荷位置指令信号を演算して出力するＮ階積分演算部と、負荷位置指令信号に基づいて位置指令信号を生成して出力する最適指令生成部と、位置指令信号およびモータ位置に基づいてトルク指令を制御演算するサーボ制御部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本願の代表的な発明におけるモータ制御装置は、負荷加速度が制限値を超えないようにした上で、位置決め時間を可能な限り短縮することができる。また、予め決定される上限値、例えば、トルク上限値、回転速度上限値、最終目標位置等を超過しないように負荷位置指令を生成することができ、モータ制御における安定性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態のモータ制御装置の構成を示す概略ブロック図
【図２】本実施形態の最適負荷位置指令信号とその１階・２階・３階・４階微分信号の波形
【図３】本実施形態における最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆ波形と従来技術の負荷位置指令信号波形との比較シミュレーション図
【図４】本実施形態における負荷位置ＸＬ波形と従来技術の負荷位置波形との比較シミュレーション図
【図５】本実施形態における最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの１階微分値ＸＬｒｅｆ（１）波形と従来技術の負荷位置指令信号の１階微分値波形との比較シミュレーション図
【図６】本実施形態における負荷位置ＸＬの１階微分値波形と従来技術の負荷位置の１階微分値波形の比較シミュレーション図
【図７】本実施形態における最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの２階微分値ＸＬｒｅｆ（２）波形と従来技術の負荷位置指令信号の２階微分値波形との比較シミュレーション図
【図８】本実施形態における負荷位置ＸＬの２階微分値波形と従来技術の負荷位置の２階微分値波形との比較シミュレーション図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本実施形態のモータ制御装置の構成を示す概略ブロック図である。図において、制御対象８は、モータ６と負荷７から構成され、ここでは制御対象８が２慣性系である場合（振動要素を有する制御対象）を例に挙げて、以下記載する。また、矩形波生成部１は、後述する方法で矩形波ＰＳを生成してＮ階積分演算部２に出力する。Ｎ階積分演算部２は、矩形波ＰＳをＮ階積分して最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを演算して最適指令生成部３に出力する。ここで、Ｎは制御対象８のモデル次数である。最適指令生成部３は、最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを入力して後述する方法で最適指令信号Ｘｒｅｆを生成して出力する。更に、検出部５は、例えばモータ６に取り付けられたエンコーダ等の位置検出器であり、モータ位置ＸＭを検出してサーボ制御部４に出力する。サーボ制御部４は、最適指令信号Ｘｒｅｆとモータ位置ＸＭとに基づいてトルク指令Ｔｒｅｆを制御演算（例えば、位置比例・速度比例積分制御演算）し、図示しない電力供給部によりトルク指令Ｔｒｅｆに基づく電力をモータ６に供給してモータ６を制御駆動する。
なお、本実施形態のモータ制御装置は、矩形波生成部１とＮ階積分演算部２、最適指令生成部３、サーボ制御部４で構成される。
【００１１】
ここで、モータ出力トルクＴから負荷位置ＸＬ（図示しない）までの伝達関数は、一般に式（１）で表される。なお、各符号は、ａ０〜ａｎ：伝達関数の分母係数、ｂ０〜ｂｎ: 伝達関数の分子係数、ｎ：任意の非負整数、ｓ：ラプラス演算子である。
【００１２】
【数１】
【００１３】
また、２慣性系の運動方程式は、式（２）、式（３）で表される。なお、各符号は、ＪＭ：モータイナーシャ、ＪＬ:負荷イナーシャ、Ｋ：バネ定数、Ｄ：粘性係数ＸＭ（α）：変数ＸＭのα階微分、ＸＬ（α）：変数ＸＬのα階微分、α：正の整数である。
【００１４】
【数２】
【００１５】
更に、式（２）、式（３）をラプラス変換することで、式（４）、式（５）のように変形できる。この式（４）、式（５）から、モータ出力トルクＴから負荷位置ＸＬまでの伝達関数は式（６）で表される。なお、この伝達関数次数は４であるので、制御対象のモデル次数Ｎは４である。
【００１６】
【数３】
【００１７】
ここで、一般に粘性係数Ｄの値は非常に小さく無視できることが多いため、Ｄ＝０として説明する。Ｄ＝０としたとき、式（６）は式（７）で表される。
【００１８】
【数４】
【００１９】
次に、最適指令生成部３が、最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを入力して最適指令信号Ｘｒｅｆを生成する方法について説明する。最適指令生成部３は、負荷位置ＸＬが最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆとほぼ一致するほどに追従し、指令に対する遅れを可能な限り小さくするように、最適指令信号Ｘｒｅｆを生成する。
最適指令生成部３は、最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆから負荷位置ＸＬまでの伝達特性を１にするために、制御対象８の逆モデル（すなわち、モータ出力トルクＴから負荷位置ＸＬまでの伝達関数の逆モデル）を用いた演算によって、最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆから最適指令信号Ｘｒｅｆを生成する。また、最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆは、トルクフィードフォワード信号ＴＦＦやモータ位置フィードフォワード信号ＸＭＦＦなどのフィードフォワード信号、もしくは、それらを要素とするベクトルである。
例えば、モータ出力トルクＴから負荷位置ＸＬまでの伝達関数の逆モデルが式（８）で表されるで、トルクフィードフォワード信号ＴＦＦは、この式（８）の負荷位置ＸＬに最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを代入することで、式（９）のように算出できる。同様に、モータ位置フィードフォワード信号ＸＭＦＦについても、モータ位置ＸＭから負荷位置ＸＬまでの伝達関数の逆モデル中の負荷位置ＸＬに最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを代入することで算出できる。
なお、以降は、最適指令生成部３により、負荷位置ＸＬが最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆと一致しているものとして説明する。
【００２０】
【数５】
【００２１】
図２は、本実施形態の最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆとその１階・２階・３階・４階微分信号の波形である。図において、ｔａは加速度一定時間、ｔｐは矩形波出力時間、ｔｖは速度一定時間、Ｘｅｎｄは最終目標位置、Ｖｍａｘは回転速度上限値、Ｔｍａｘはトルク上限値、Ａｌｉｍは負荷加速度制限値、Ａｐは矩形波信号ＰＳの振幅、ＸＬｒｅｆ（１）は最適負荷位置指令信号の１階微分信号、ＸＬｒｅｆ（２）は最適負荷位置指令信号の２階微分信号、ＸＬｒｅｆ（３）は最適負荷位置指令信号の３階微分信号、ＸＬｒｅｆ（４）は最適負荷位置指令信号の４階微分信号である。なお、最適負荷位置指令信号の１階、２階、３階微分信号は、それぞれ速度指令、トルク（加速度）指令、ジャーク指令に相当するものであり、４階微分信号はジャーク指令を更に１階微分した指令に相当する。
【００２２】
次に、矩形波生成部１が、矩形波ＰＳを生成する理由について説明する。
負荷加速度がその制限値Ａｌｉｍを超えないようにしつつ、位置決め時間を可能な限り短縮するには、制限加速度で最高速度まで加速および制限減速度でゼロ速度まで減速して、制御対象を動作させることが最適である。位置の４階微分波形を２階積分して加速度波形を生成するとき、加速度が制限加速度に達するまでの時間を最短にするには、位置の４階微分波形を矩形波とする必要がある。よって、位置決め時間の短縮のためには、ＸＬｒｅｆの４階微分信号を矩形波とすることが最適である。
矩形波生成部１で生成した矩形波信号ＰＳを、Ｎ階積分演算部２でＮ階積分して最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを生成する。本実施形態では制御対象８のモデル次数Ｎ＝４であるので、最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの４階微分信号を矩形波信号ＰＳとし、これをＮ階積分すれば負荷加速度がその制限値Ａｌｉｍを超えないようにしつつ、位置決め時間を可能な限り短縮させることができる最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを得ることができる。
【００２３】
式（１０）は、負荷位置ＸＬと最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆとが一致しているものとして、式（７）を変形して得られたモータ出力トルクＴと最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆとの関係式である。式（１０）から、モータ出力トルクＴは、最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの４階微分信号ＸＬｒｅｆ（４）に係数（ＪＭ×ＪＬ／Ｋ）を乗じたものと、２階微分信号ＸＬｒｅｆ（２）に係数（ＪＭ＋ＪＬ）を乗じたものとを足し合わせた波形になることが分かる。よって、図２において、時刻ｔ１のとき、モータ出力トルクＴがその最大値Ｔｍａｘをとれば、ＸＬｒｅｆ（２）が加速度制限値Ａｌｉｍまで達する時間を最短にすることができる。
更に、高速位置決めのためには、速度（最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの１階微分信号）が最大になる時刻ｔ５における速度は回転速度上限値Ｖｍａｘであることが望ましく、位置決めという性質上、動きが停止する位置決め時の時刻ｔ１１における位置最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの１階微分信号）は最終目標位置Ｘｅｎｄである必要がある。
【００２４】
【数６】
【００２５】
ここで、負荷加速度がその制限値Ａｌｉｍを超えないようにしつつ、位置決め時間を可能な限り短縮するための条件をまとめると、次の４つとなる。（１）時刻ｔ１において、モータ出力トルクＴ＝Ｔｍａｘとなること、（２）時刻ｔ２において、負荷加速度ＡＬ＝Ａｌｉｍとなること、（３）時刻ｔ５において、モータ回転速度Ｖ＝Ｖｍａｘとなること、（４）時刻ｔ１１において、負荷位置ＸＬ＝Ｘｅｎｄとなること、である。
条件（１）は最大トルクを超えないように加速するための条件、条件（２）は加速度制限値を超えないようにするための条件、条件（３）は最大速度まで加速するための条件、条件（４）は最終目標位置に到達するための条件である。この４つの条件を全て満たした最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆが、負荷加速度がその制限値Ａｌｉｍを超えない範囲で、位置決め時間を最短にできる。
【００２６】
次に、矩形波生成部１が、矩形波ＰＳを生成する方法について説明する。
実際に制御対象８を位置決め動作させる場合、モータ６の出力できるトルクや回転速度には過負荷や過速度等の保護制限があるため、矩形波生成部１で生成する矩形波信号ＰＳの振幅Ａｐ、矩形波出力時間ｔｐ、加速度一定時間ｔａ、速度一定時間ｔｖは、制御対象８のパラメータ、例えばモータイナーシャＪＭ、負荷イナーシャＪＬ、バネ定数Ｋ等及びトルク上限値Ｔｍａｘ、回転速度上限値Ｖｍａｘ、最終目標位置Ｘｅｎｄから適切に決定しなければならない。
図２から、時刻ｔ１において、ＸＬｒｅｆ（４）及びＸＬｒｅｆ（２）はそれぞれ式（１２）、式（１３）のようになるので、これらを式（１０）に代入することで、条件（１）（時刻ｔ１において、モータ出力トルクＴ＝Ｔｍａｘとなること）は、式（１４）のように表すことができる。
更に、条件（２）（時刻ｔ２において、負荷加速度ＡＬ＝Ａｌｉｍとなること）と図２から時刻ｔ２において、ＸＬｒｅｆ（２）は式（１５）のようになる。この式（１５）を式（１４）に代入することで、式（１６）のようになる。そして、式（１６）を変形することで、式（１７）のように矩形波信号ＰＳの振幅Ａｐを算出することができる。また、式（１７）を式（１５）に代入することで、矩形波出力時間ｔｐを式（１８）のように算出することができる。
【００２７】
【数７】
【００２８】
また、図２から、時刻ｔ５において、ＸＬｒｅｆ（１）は式（１９）のようになるので、条件（３）（時刻ｔ５において、モータ回転速度Ｖ＝Ｖｍａｘとなること）は式（２０）のように表される。この式（２０）を変形することで、加速度一定時間ｔａは、式（２１）のように得ることができる。
【００２９】
【数８】
【００３０】
ここで、図２において、加速度一定時間ｔａは負の値にはなり得ないが、式（２１）の計算結果としては、ｔａが負の値となることがある。このような場合は、ｔａ＝０と修正する。ただし、式（１９）と式（２０）から、負の値であった加速度一定時間ｔａを０に修正すると、時刻ｔ５におけるＸＬｒｅｆ（１）はＶｍａｘを超えてしまうことになる。加速度一定時間ｔａ＝０と修正しても、時刻ｔ５において、ＸＬｒｅｆ（１）がＶｍａｘを超えないようにするには、式（２２）のように矩形波出力時間ｔｐを修正すればよい。式（２２）は、加速度一定時間ｔａ＝０とした式（２０）を変形することで得ることができる。
【００３１】
【数９】
【００３２】
また、図２から、時刻ｔ１１において、ＸＬｒｅｆは式（２３）のようになるので、（（４）（時刻ｔ１１において、負荷位置ＸＬ＝Ｘｅｎｄとなること）は式（２４）のように表される。この式（２４）を変形することで、速度一定時間ｔｖは、式（２５）のように得ることができる。
【００３３】
【数１０】
【００３４】
ここで、図２において、速度一定時間ｔｖは負の値にはなり得ないが、式（２５）の計算結果としては、ｔｖが負の値になることがある。このような場合は、速度一定時間ｔｖ＝０と修正する。ただし、式（２３）と式（２４）から、負の値であった速度一定時間ｔｖを０に修正すると、時刻ｔ１１におけるＸＬｒｅｆはＸｅｎｄを超えてしまうことになる。速度一定時間ｔｖ＝０と修正しても、時刻ｔ１１において、ＸＬｒｅｆがＸｅｎｄを超えないようにするには、式（２６）のように加速度一定時間ｔａを修正すればよい。式（２６）は、速度一定時間ｔｖ＝０とした式（２５）を変形することで得ることができる。式（２６）により算出されたｔａが負の値であった場合、ｔａ＝０と再修正して、式（２７）のように矩形波出力時間ｔｐを修正すればよい。式（２７）は速度一定時間ｔｖ＝０かつ加速度一定時間ｔａ＝０とした式（２５）を変形することで得ることができる。また、既に加速度一定時間ｔａ＝０と修正されていた場合も、式（２７）によりｔｐを修正すればよい。
【００３５】
【数１１】
【００３６】
ここで、矩形波生成部１が、矩形波ＰＳを生成する方法についてまとめて記載する。
先ず、矩形波信号ＰＳの振幅Ａｐは、負荷加速度がその制限値を超えない範囲で実現可能な最も高速な位置決め動作の４つの条件のうち、条件（１）と条件（２）とから導出できる式（１７）を用いて、予め決定される制御対象８のパラメータ、例えばモータイナーシャＪＭ、負荷イナーシャＪＬ、バネ定数Ｋ等及びトルク上限値Ｔｍａｘから算出することができる。
また、矩形波出力時間ｔｐも、条件（１）と条件（２）とから導出できる式（１８）を用いて、予め決定される制御対象８のパラメータ、例えばモータイナーシャＪＭ、負荷イナーシャＪＬ、バネ定数Ｋから算出することができる。
次に、加速度一定時間ｔａは、条件（３）から導出できる式（２１）を用いて、予め決定される制御対象８のパラメータ、例えばモータイナーシャＪＭ、負荷イナーシャＪＬ及びトルク上限値Ｔｍａｘ、回転速度上限値Ｖｍａｘと、算出した矩形波出力時間ｔｐとから算出することができる。
最後に、速度一定時間ｔｖは、条件（４）から導出できる式（２５）を用いて、予め決定される回転速度上限値Ｖｍａｘ、最終目標位置Ｘｅｎｄと、算出した矩形波出力時間ｔｐ、加速度一定時間ｔａから算出することができる。
【００３７】
図３は、本実施形態における最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆ波形と従来技術の負荷位置指令信号波形との比較シミュレーション図、同様に、図４は、本実施形態における負荷位置ＸＬ波形と従来技術の負荷位置波形との比較シミュレーション図、図５は本実施形態における最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの１階微分値ＸＬｒｅｆ（１）波形と従来技術の負荷位置指令信号の１階微分値波形との比較シミュレーション図、図６は本実施形態における負荷位置ＸＬの１階微分値波形と従来技術の負荷位置の１階微分値波形との比較シミュレーション図、図７は本実施形態における最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの２階微分値ＸＬｒｅｆ（２）波形と従来技術の負荷位置指令信号の２階微分値波形との比較シミュレーション図、図８は本実施形態における負荷位置ＸＬの２階微分値波形と従来技術の負荷位置の２階微分値波形との比較シミュレーション図である。
ここで、図３乃至図８において、実線が本実施形態における各波形、破線が従来技術の各波形、また下段が上段の振幅軸拡大図である。また、図３乃至図８における従来技術は、特許文献１記載の方法において、負荷位置指令信号を速度台形指令としたものである。
図３乃至図８から、本実施形態は従来技術に比べて、負荷加速度が加速度制限値Ａｌｉｍまで達するまでの時間が短く、また、モータ回転速度ＶがＶｍａxまでの加速時間が短く、負荷位置ＸＬがＸｅｎdまで達する時間も短くなっており、負荷加速度が制限値を超えない範囲で、最も高速な位置決め動作を得ることができることが分かる。
【符号の説明】
【００３８】
１ 矩形波生成部
２ Ｎ階積分演算部
３ 最適指令生成部
４ サーボ制御部
５ 検出部
６ モータ
７ 負荷
８ 制御対象
ＰＳ 矩形波信号
ＸＬｒｅｆ 最適負荷位置指令信号
Ｘｒｅｆ 最適指令信号
ＸＭ モータ位置
Ｔｒｅｆ トルク指令
Ｔ モータ出力トルク
ｔａ 加速度一定時間
ｔｐ 矩形波出力時間
ｔｖ 速度一定時間
Ｘｅｎｄ 最終目標位置
Ｖｍａｘ 回転速度上限値
Ａｌｉｍ 負荷加速度制限値
Ｔｍａｘ トルク上限値
Ａｐ 矩形波信号ＰＳの振幅
ＸＬｒｅｆ（１） 最適負荷位置指令信号の１階微分信号
ＸＬｒｅｆ（２） 最適負荷位置指令信号の２階微分信号
ＸＬｒｅｆ（３） 最適負荷位置指令信号の３階微分信号
ＸＬｒｅｆ（４） 最適負荷位置指令信号の４階微分信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動要素を有する制御対象の位置決め制御において、制御対象の加速度が制限値を超えないようにした上で、位置決め時間を可能な限り短縮するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ制御装置は、工作機やロボットなどに用いられており、それらの長寿命を実現するために、負荷を締結したモータ等である制御対象が振動要素を有する場合（例えば、２慣性系）でも、負荷加速度が制限値を超えないようにしつつ、その上で、振動なく、且つ、指令に対し遅れを可能な限り小さくするように動作させたいという要望があった（例えば、工作機の構成部品として用いられるボールねじの定格寿命は、軸方向加重の３乗に反比例する。軸方向加重は負荷加速度に比例する。）
第１の従来技術のモータ制御装置（「最適指令作成装置」）は、「振動要素を有する制御対象を、振動なく、且つ、指令に対し遅れを可能な限り小さくするように動作させることを目的に、サーボ制御部に入力する指令を加工する最適指令作成装置に関する」（段落０００１参照）ものであり、「指令を入力し、制御対象が所望の動作を実現するように指令を加工し、最適指令値をサーボ制御装置へ出力する、最適指令作成装置において、指令に対してＮ次のフィルタ処理を施し、且つ、該フィルタ処理を施された指令の１階微分からＮ−１階微分までの値を算出するＮ次フィルタ処理部１と、Ｎ次フィルタ処理部１の出力にゲインを乗じた値を加算する四則演算部２とを備えた」（要約参照）ことが記載されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
第２の従来技術のモータ制御装置（「移動体制御方法及び移動体制御装置」）は、「所定の駆動パターンで移動体の駆動を制御するための移動体制御方法及び移動体制御装置に関する」（段落０００１参照）ものであり、「移動体の制振性能及び位置決め性能の低下を抑制する」（段落０００４参照）ために、「所定の駆動パターンで移動体の駆動を制御するための移動体制御装置であって、前記移動体の位置又は速度に関する命令値に基づいて前記移動体のジャークパターンを生成する生成部と、前記ジャークパターンを通過させて前記移動体の位置指令値を出力するフィルタ部と、を備え、前記生成部は、前記フィルタ部の伝達関数に基づいて、前記命令値に対する前記位置指令値の遅れ時間を求め、この遅れ時間だけ前記ジャークパターンを圧縮するように調整して調整ジャークパターンを生成すること」（請求項４参照）が記載されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４１８０２号公報（第３−５頁、図１）
【特許文献２】特開２００９−０９８９６５号公報（第３−４頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、第１の従来技術のモータ制御装置（特許文献１参照）は、Ｎ階微分値を得るために指令（負荷位置指令）に対してＮ次のフィルタ処理を施しているため、負荷加速度が制限値を超えない範囲での最も高速な位置決め動作を得ることができないという問題がある。
また、第２の従来技術のモータ制御装置（特許文献２参照）は、負荷加速度を陽に考慮して位置指令値を得るわけではないので、必ず負荷加速度が制限値を超えないようにすることができないという問題がある。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、指令のＮ階微分値を矩形波とするとともに、その矩形波をＮ階積分して負荷位置指令とし、負荷加速度が制限値を超えないようにした上で、位置決め時間を可能な限り短縮することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するため、本願の代表的な発明は、次のように構成したのである。
負荷と振動要素で結合されモータ位置を検出する検出部を有するモータと、負荷とで構成される制御対象を制御するモータ制御装置であって、制御対象のパラメータに基づく振幅および時間幅を有する矩形波信号を生成して出力する矩形波生成部と、矩形波信号をＮ階積分し負荷位置指令信号を演算して出力するＮ階積分演算部と、負荷位置指令信号に基づいて位置指令信号を生成して出力する最適指令生成部と、位置指令信号およびモータ位置に基づいてトルク指令を制御演算するサーボ制御部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本願の代表的な発明におけるモータ制御装置は、負荷加速度が制限値を超えないようにした上で、位置決め時間を可能な限り短縮することができる。また、予め決定される上限値、例えば、トルク上限値、回転速度上限値、最終目標位置等を超過しないように負荷位置指令を生成することができ、モータ制御における安定性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態のモータ制御装置の構成を示す概略ブロック図
【図２】本実施形態の最適負荷位置指令信号とその１階・２階・３階・４階微分信号の波形
【図３】本実施形態における最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆ波形と従来技術の負荷位置指令信号波形との比較シミュレーション図
【図４】本実施形態における負荷位置ＸＬ波形と従来技術の負荷位置波形との比較シミュレーション図
【図５】本実施形態における最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの１階微分値ＸＬｒｅｆ（１）波形と従来技術の負荷位置指令信号の１階微分値波形との比較シミュレーション図
【図６】本実施形態における負荷位置ＸＬの１階微分値波形と従来技術の負荷位置の１階微分値波形の比較シミュレーション図
【図７】本実施形態における最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの２階微分値ＸＬｒｅｆ（２）波形と従来技術の負荷位置指令信号の２階微分値波形との比較シミュレーション図
【図８】本実施形態における負荷位置ＸＬの２階微分値波形と従来技術の負荷位置の２階微分値波形との比較シミュレーション図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本実施形態のモータ制御装置の構成を示す概略ブロック図である。図において、制御対象８は、モータ６と負荷７から構成され、ここでは制御対象８が２慣性系である場合（振動要素を有する制御対象）を例に挙げて、以下記載する。また、矩形波生成部１は、後述する方法で矩形波ＰＳを生成してＮ階積分演算部２に出力する。Ｎ階積分演算部２は、矩形波ＰＳをＮ階積分して最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを演算して最適指令生成部３に出力する。ここで、Ｎは制御対象８のモデル次数である。最適指令生成部３は、最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを入力して後述する方法で最適指令信号Ｘｒｅｆを生成して出力する。更に、検出部５は、例えばモータ６に取り付けられたエンコーダ等の位置検出器であり、モータ位置ＸＭを検出してサーボ制御部４に出力する。サーボ制御部４は、最適指令信号Ｘｒｅｆとモータ位置ＸＭとに基づいてトルク指令Ｔｒｅｆを制御演算（例えば、位置比例・速度比例積分制御演算）し、図示しない電力供給部によりトルク指令Ｔｒｅｆに基づく電力をモータ６に供給してモータ６を制御駆動する。
なお、本実施形態のモータ制御装置は、矩形波生成部１とＮ階積分演算部２、最適指令生成部３、サーボ制御部４で構成される。
【００１１】
ここで、モータ出力トルクＴから負荷位置ＸＬ（図示しない）までの伝達関数は、一般に式（１）で表される。なお、各符号は、ａ０〜ａｎ：伝達関数の分母係数、ｂ０〜ｂｎ: 伝達関数の分子係数、ｎ：任意の非負整数、ｓ：ラプラス演算子である。
【００１２】
【数１】
【００１３】
また、２慣性系の運動方程式は、式（２）、式（３）で表される。なお、各符号は、ＪＭ：モータイナーシャ、ＪＬ:負荷イナーシャ、Ｋ：バネ定数、Ｄ：粘性係数ＸＭ（α）：変数ＸＭのα階微分、ＸＬ（α）：変数ＸＬのα階微分、α：正の整数である。
【００１４】
【数２】
【００１５】
更に、式（２）、式（３）をラプラス変換することで、式（４）、式（５）のように変形できる。この式（４）、式（５）から、モータ出力トルクＴから負荷位置ＸＬまでの伝達関数は式（６）で表される。なお、この伝達関数次数は４であるので、制御対象のモデル次数Ｎは４である。
【００１６】
【数３】
【００１７】
ここで、一般に粘性係数Ｄの値は非常に小さく無視できることが多いため、Ｄ＝０として説明する。Ｄ＝０としたとき、式（６）は式（７）で表される。
【００１８】
【数４】
【００１９】
次に、最適指令生成部３が、最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを入力して最適指令信号Ｘｒｅｆを生成する方法について説明する。最適指令生成部３は、負荷位置ＸＬが最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆとほぼ一致するほどに追従し、指令に対する遅れを可能な限り小さくするように、最適指令信号Ｘｒｅｆを生成する。
最適指令生成部３は、最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆから負荷位置ＸＬまでの伝達特性を１にするために、制御対象８の逆モデル（すなわち、モータ出力トルクＴから負荷位置ＸＬまでの伝達関数の逆モデル）を用いた演算によって、最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆから最適指令信号Ｘｒｅｆを生成する。また、最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆは、トルクフィードフォワード信号ＴＦＦやモータ位置フィードフォワード信号ＸＭＦＦなどのフィードフォワード信号、もしくは、それらを要素とするベクトルである。
例えば、モータ出力トルクＴから負荷位置ＸＬまでの伝達関数の逆モデルが式（８）で表されるで、トルクフィードフォワード信号ＴＦＦは、この式（８）の負荷位置ＸＬに最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを代入することで、式（９）のように算出できる。同様に、モータ位置フィードフォワード信号ＸＭＦＦについても、モータ位置ＸＭから負荷位置ＸＬまでの伝達関数の逆モデル中の負荷位置ＸＬに最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを代入することで算出できる。
なお、以降は、最適指令生成部３により、負荷位置ＸＬが最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆと一致しているものとして説明する。
【００２０】
【数５】
【００２１】
図２は、本実施形態の最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆとその１階・２階・３階・４階微分信号の波形である。図において、ｔａは加速度一定時間、ｔｐは矩形波出力時間、ｔｖは速度一定時間、Ｘｅｎｄは最終目標位置、Ｖｍａｘは回転速度上限値、Ｔｍａｘはトルク上限値、Ａｌｉｍは負荷加速度制限値、Ａｐは矩形波信号ＰＳの振幅、ＸＬｒｅｆ（１）は最適負荷位置指令信号の１階微分信号、ＸＬｒｅｆ（２）は最適負荷位置指令信号の２階微分信号、ＸＬｒｅｆ（３）は最適負荷位置指令信号の３階微分信号、ＸＬｒｅｆ（４）は最適負荷位置指令信号の４階微分信号である。なお、最適負荷位置指令信号の１階、２階、３階微分信号は、それぞれ速度指令、トルク（加速度）指令、ジャーク指令に相当するものであり、４階微分信号はジャーク指令を更に１階微分した指令に相当する。
【００２２】
次に、矩形波生成部１が、矩形波ＰＳを生成する理由について説明する。
負荷加速度がその制限値Ａｌｉｍを超えないようにしつつ、位置決め時間を可能な限り短縮するには、制限加速度で最高速度まで加速および制限減速度でゼロ速度まで減速して、制御対象を動作させることが最適である。位置の４階微分波形を２階積分して加速度波形を生成するとき、加速度が制限加速度に達するまでの時間を最短にするには、位置の４階微分波形を矩形波とする必要がある。よって、位置決め時間の短縮のためには、ＸＬｒｅｆの４階微分信号を矩形波とすることが最適である。
矩形波生成部１で生成した矩形波信号ＰＳを、Ｎ階積分演算部２でＮ階積分して最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを生成する。本実施形態では制御対象８のモデル次数Ｎ＝４であるので、最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの４階微分信号を矩形波信号ＰＳとし、これをＮ階積分すれば負荷加速度がその制限値Ａｌｉｍを超えないようにしつつ、位置決め時間を可能な限り短縮させることができる最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆを得ることができる。
【００２３】
式（１０）は、負荷位置ＸＬと最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆとが一致しているものとして、式（７）を変形して得られたモータ出力トルクＴと最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆとの関係式である。式（１０）から、モータ出力トルクＴは、最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの４階微分信号ＸＬｒｅｆ（４）に係数（ＪＭ×ＪＬ／Ｋ）を乗じたものと、２階微分信号ＸＬｒｅｆ（２）に係数（ＪＭ＋ＪＬ）を乗じたものとを足し合わせた波形になることが分かる。よって、図２において、時刻ｔ１のとき、モータ出力トルクＴがその最大値Ｔｍａｘをとれば、ＸＬｒｅｆ（２）が加速度制限値Ａｌｉｍまで達する時間を最短にすることができる。
更に、高速位置決めのためには、速度（最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの１階微分信号）が最大になる時刻ｔ５における速度は回転速度上限値Ｖｍａｘであることが望ましく、位置決めという性質上、動きが停止する位置決め時の時刻ｔ１１における位置最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの１階微分信号）は最終目標位置Ｘｅｎｄである必要がある。
【００２４】
【数６】
【００２５】
ここで、負荷加速度がその制限値Ａｌｉｍを超えないようにしつつ、位置決め時間を可能な限り短縮するための条件をまとめると、次の４つとなる。（１）時刻ｔ１において、モータ出力トルクＴ＝Ｔｍａｘとなること、（２）時刻ｔ２において、負荷加速度ＡＬ＝Ａｌｉｍとなること、（３）時刻ｔ５において、モータ回転速度Ｖ＝Ｖｍａｘとなること、（４）時刻ｔ１１において、負荷位置ＸＬ＝Ｘｅｎｄとなること、である。
条件（１）は最大トルクを超えないように加速するための条件、条件（２）は加速度制限値を超えないようにするための条件、条件（３）は最大速度まで加速するための条件、条件（４）は最終目標位置に到達するための条件である。この４つの条件を全て満たした最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆが、負荷加速度がその制限値Ａｌｉｍを超えない範囲で、位置決め時間を最短にできる。
【００２６】
次に、矩形波生成部１が、矩形波ＰＳを生成する方法について説明する。
実際に制御対象８を位置決め動作させる場合、モータ６の出力できるトルクや回転速度には過負荷や過速度等の保護制限があるため、矩形波生成部１で生成する矩形波信号ＰＳの振幅Ａｐ、矩形波出力時間ｔｐ、加速度一定時間ｔａ、速度一定時間ｔｖは、制御対象８のパラメータ、例えばモータイナーシャＪＭ、負荷イナーシャＪＬ、バネ定数Ｋ等及びトルク上限値Ｔｍａｘ、回転速度上限値Ｖｍａｘ、最終目標位置Ｘｅｎｄから適切に決定しなければならない。
図２から、時刻ｔ１において、ＸＬｒｅｆ（４）及びＸＬｒｅｆ（２）はそれぞれ式（１２）、式（１３）のようになるので、これらを式（１０）に代入することで、条件（１）（時刻ｔ１において、モータ出力トルクＴ＝Ｔｍａｘとなること）は、式（１４）のように表すことができる。
更に、条件（２）（時刻ｔ２において、負荷加速度ＡＬ＝Ａｌｉｍとなること）と図２から時刻ｔ２において、ＸＬｒｅｆ（２）は式（１５）のようになる。この式（１５）を式（１４）に代入することで、式（１６）のようになる。そして、式（１６）を変形することで、式（１７）のように矩形波信号ＰＳの振幅Ａｐを算出することができる。また、式（１７）を式（１５）に代入することで、矩形波出力時間ｔｐを式（１８）のように算出することができる。
【００２７】
【数７】
【００２８】
また、図２から、時刻ｔ５において、ＸＬｒｅｆ（１）は式（１９）のようになるので、条件（３）（時刻ｔ５において、モータ回転速度Ｖ＝Ｖｍａｘとなること）は式（２０）のように表される。この式（２０）を変形することで、加速度一定時間ｔａは、式（２１）のように得ることができる。
【００２９】
【数８】
【００３０】
ここで、図２において、加速度一定時間ｔａは負の値にはなり得ないが、式（２１）の計算結果としては、ｔａが負の値となることがある。このような場合は、ｔａ＝０と修正する。ただし、式（１９）と式（２０）から、負の値であった加速度一定時間ｔａを０に修正すると、時刻ｔ５におけるＸＬｒｅｆ（１）はＶｍａｘを超えてしまうことになる。加速度一定時間ｔａ＝０と修正しても、時刻ｔ５において、ＸＬｒｅｆ（１）がＶｍａｘを超えないようにするには、式（２２）のように矩形波出力時間ｔｐを修正すればよい。式（２２）は、加速度一定時間ｔａ＝０とした式（２０）を変形することで得ることができる。
【００３１】
【数９】
【００３２】
また、図２から、時刻ｔ１１において、ＸＬｒｅｆは式（２３）のようになるので、（（４）（時刻ｔ１１において、負荷位置ＸＬ＝Ｘｅｎｄとなること）は式（２４）のように表される。この式（２４）を変形することで、速度一定時間ｔｖは、式（２５）のように得ることができる。
【００３３】
【数１０】
【００３４】
ここで、図２において、速度一定時間ｔｖは負の値にはなり得ないが、式（２５）の計算結果としては、ｔｖが負の値になることがある。このような場合は、速度一定時間ｔｖ＝０と修正する。ただし、式（２３）と式（２４）から、負の値であった速度一定時間ｔｖを０に修正すると、時刻ｔ１１におけるＸＬｒｅｆはＸｅｎｄを超えてしまうことになる。速度一定時間ｔｖ＝０と修正しても、時刻ｔ１１において、ＸＬｒｅｆがＸｅｎｄを超えないようにするには、式（２６）のように加速度一定時間ｔａを修正すればよい。式（２６）は、速度一定時間ｔｖ＝０とした式（２５）を変形することで得ることができる。式（２６）により算出されたｔａが負の値であった場合、ｔａ＝０と再修正して、式（２７）のように矩形波出力時間ｔｐを修正すればよい。式（２７）は速度一定時間ｔｖ＝０かつ加速度一定時間ｔａ＝０とした式（２５）を変形することで得ることができる。また、既に加速度一定時間ｔａ＝０と修正されていた場合も、式（２７）によりｔｐを修正すればよい。
【００３５】
【数１１】
【００３６】
ここで、矩形波生成部１が、矩形波ＰＳを生成する方法についてまとめて記載する。
先ず、矩形波信号ＰＳの振幅Ａｐは、負荷加速度がその制限値を超えない範囲で実現可能な最も高速な位置決め動作の４つの条件のうち、条件（１）と条件（２）とから導出できる式（１７）を用いて、予め決定される制御対象８のパラメータ、例えばモータイナーシャＪＭ、負荷イナーシャＪＬ、バネ定数Ｋ等及びトルク上限値Ｔｍａｘから算出することができる。
また、矩形波出力時間ｔｐも、条件（１）と条件（２）とから導出できる式（１８）を用いて、予め決定される制御対象８のパラメータ、例えばモータイナーシャＪＭ、負荷イナーシャＪＬ、バネ定数Ｋから算出することができる。
次に、加速度一定時間ｔａは、条件（３）から導出できる式（２１）を用いて、予め決定される制御対象８のパラメータ、例えばモータイナーシャＪＭ、負荷イナーシャＪＬ及びトルク上限値Ｔｍａｘ、回転速度上限値Ｖｍａｘと、算出した矩形波出力時間ｔｐとから算出することができる。
最後に、速度一定時間ｔｖは、条件（４）から導出できる式（２５）を用いて、予め決定される回転速度上限値Ｖｍａｘ、最終目標位置Ｘｅｎｄと、算出した矩形波出力時間ｔｐ、加速度一定時間ｔａから算出することができる。
【００３７】
図３は、本実施形態における最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆ波形と従来技術の負荷位置指令信号波形との比較シミュレーション図、同様に、図４は、本実施形態における負荷位置ＸＬ波形と従来技術の負荷位置波形との比較シミュレーション図、図５は本実施形態における最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの１階微分値ＸＬｒｅｆ（１）波形と従来技術の負荷位置指令信号の１階微分値波形との比較シミュレーション図、図６は本実施形態における負荷位置ＸＬの１階微分値波形と従来技術の負荷位置の１階微分値波形との比較シミュレーション図、図７は本実施形態における最適負荷位置指令信号ＸＬｒｅｆの２階微分値ＸＬｒｅｆ（２）波形と従来技術の負荷位置指令信号の２階微分値波形との比較シミュレーション図、図８は本実施形態における負荷位置ＸＬの２階微分値波形と従来技術の負荷位置の２階微分値波形との比較シミュレーション図である。
ここで、図３乃至図８において、実線が本実施形態における各波形、破線が従来技術の各波形、また下段が上段の振幅軸拡大図である。また、図３乃至図８における従来技術は、特許文献１記載の方法において、負荷位置指令信号を速度台形指令としたものである。
図３乃至図８から、本実施形態は従来技術に比べて、負荷加速度が加速度制限値Ａｌｉｍまで達するまでの時間が短く、また、モータ回転速度ＶがＶｍａxまでの加速時間が短く、負荷位置ＸＬがＸｅｎdまで達する時間も短くなっており、負荷加速度が制限値を超えない範囲で、最も高速な位置決め動作を得ることができることが分かる。
【符号の説明】
【００３８】
１ 矩形波生成部
２ Ｎ階積分演算部
３ 最適指令生成部
４ サーボ制御部
５ 検出部
６ モータ
７ 負荷
８ 制御対象
ＰＳ 矩形波信号
ＸＬｒｅｆ 最適負荷位置指令信号
Ｘｒｅｆ 最適指令信号
ＸＭ モータ位置
Ｔｒｅｆ トルク指令
Ｔ モータ出力トルク
ｔａ 加速度一定時間
ｔｐ 矩形波出力時間
ｔｖ 速度一定時間
Ｘｅｎｄ 最終目標位置
Ｖｍａｘ 回転速度上限値
Ａｌｉｍ 負荷加速度制限値
Ｔｍａｘ トルク上限値
Ａｐ 矩形波信号ＰＳの振幅
ＸＬｒｅｆ（１） 最適負荷位置指令信号の１階微分信号
ＸＬｒｅｆ（２） 最適負荷位置指令信号の２階微分信号
ＸＬｒｅｆ（３） 最適負荷位置指令信号の３階微分信号
ＸＬｒｅｆ（４） 最適負荷位置指令信号の４階微分信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷と振動要素で結合されモータ位置を検出する検出部を有するモータと、前記負荷とで構成される制御対象を制御するモータ制御装置であって、
前記制御対象のパラメータに基づく振幅および時間幅を有する矩形波信号を生成して出力する矩形波生成部と、
前記矩形波信号をＮ階積分し負荷位置指令信号を演算して出力するＮ階積分演算部と、
前記負荷位置指令信号に基づいて位置指令信号を生成して出力する最適指令生成部と、
前記位置指令信号および前記モータ位置に基づいてトルク指令を制御演算するサーボ制御部と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記矩形波生成部が、予め決定された前記パラメータのうち、モータイナーシャ、負荷イナーシャ、バネ定数、粘性係数、トルク上限値、回転速度上限値、最終目標位置の少なくとも１つを用いて、前記矩形波信号の振幅、矩形波出力時間、加速度一定時間、速度一定時間を決定することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記最適指令生成部が、モータ出力トルクから負荷位置までの伝達関数の逆モデルを用いて前記位置指令信号を生成することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記Ｎ階積分演算部が、モータ出力トルクから負荷位置までの伝達関数次数をＮとしてＮ階積分することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項５】
負荷と振動要素で結合されモータ位置を検出する検出部を有するモータと、前記負荷とで構成される制御対象を制御するモータ制御装置であって、
位置指令信号のＮ階微分値を矩形波信号として出力する矩形波生成部を備え、
前記位置指令信号および前記モータ位置に基づいてトルク指令を制御演算し、前記モータおよび前記負荷を駆動することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
前記矩形波生成部が、予め決定されたモータイナーシャ、負荷イナーシャ、バネ定数、粘性係数、トルク上限値、回転速度上限値、最終目標位置の少なくとも１つを用いて、前記矩形波信号の振幅、矩形波出力時間、加速度一定時間、速度一定時間を決定することを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記Ｎ階微分値が、モータ出力トルクから負荷位置までの伝達関数次数をＮとしてＮ階微分したものであることを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。
【請求項１】
負荷と振動要素で結合されモータ位置を検出する検出部を有するモータと、前記負荷とで構成される制御対象を制御するモータ制御装置であって、
前記制御対象のパラメータに基づく振幅および時間幅を有する矩形波信号を生成して出力する矩形波生成部と、
前記矩形波信号をＮ階積分し負荷位置指令信号を演算して出力するＮ階積分演算部と、
前記負荷位置指令信号に基づいて位置指令信号を生成して出力する最適指令生成部と、
前記位置指令信号および前記モータ位置に基づいてトルク指令を制御演算するサーボ制御部と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記矩形波生成部が、予め決定された前記パラメータのうち、モータイナーシャ、負荷イナーシャ、バネ定数、粘性係数、トルク上限値、回転速度上限値、最終目標位置の少なくとも１つを用いて、前記矩形波信号の振幅、矩形波出力時間、加速度一定時間、速度一定時間を決定することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記最適指令生成部が、モータ出力トルクから負荷位置までの伝達関数の逆モデルを用いて前記位置指令信号を生成することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記Ｎ階積分演算部が、モータ出力トルクから負荷位置までの伝達関数次数をＮとしてＮ階積分することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項５】
負荷と振動要素で結合されモータ位置を検出する検出部を有するモータと、前記負荷とで構成される制御対象を制御するモータ制御装置であって、
位置指令信号のＮ階微分値を矩形波信号として出力する矩形波生成部を備え、
前記位置指令信号および前記モータ位置に基づいてトルク指令を制御演算し、前記モータおよび前記負荷を駆動することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
前記矩形波生成部が、予め決定されたモータイナーシャ、負荷イナーシャ、バネ定数、粘性係数、トルク上限値、回転速度上限値、最終目標位置の少なくとも１つを用いて、前記矩形波信号の振幅、矩形波出力時間、加速度一定時間、速度一定時間を決定することを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記Ｎ階微分値が、モータ出力トルクから負荷位置までの伝達関数次数をＮとしてＮ階微分したものであることを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１０９８９０（Ｐ２０１１−１０９８９０Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６５６０３（Ｐ２００９−２６５６０３）
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
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