CN1221874C - 电动机控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供减小因控制对象的刚性低而产生的振动、不取决于指令模式及控制对象的特性而确保减振性能、并实现高定位精度的电动机控制方法及控制装置。本发明的电动机控制方法，包括对电动机或与所述电动机连接的负载输入指令的指令输入步骤，使所述指令作用于同时具备降低规定频率及其附近频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器并输出跟踪指令值的前置滤波器步骤，以及进行控制使得所述电动机或所述负载的状态量跟踪所述跟踪指令值的指令跟踪控制步骤。

Description

电动机控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及抑制因电动机的控制对象本身或连接电动机与控制对象的连接轴的机械刚性低而产生的电动机或控制对象的振动的电动机控制方法及控制装置。

背景技术

在至今采用电动机的定位控制中，进行利用微型计算机的数字伺服控制。在平成5年(1993年)日本的电气学会全国大会No.1759“减速机扭振的减振控制”中，揭示了以振动抑制的目的以往例子的电动机控制装置。

下面说明以往例子的电动机控制装置。图26为以往例子的电动机控制装置的构成图。在图26中，101为位置指令生成单元，102为电动机，103为控制对象(负载)，104为位置检测单元，105为伺服控制器。伺服控制器105包括位置指令输入单元106、前置滤波器单元107及指令跟踪控制单元108。指令跟踪控制单元108包括位置偏差运算单元(减法器)109、位置控制单元110、速度运算单元111、速度偏差运算单元(减法器)112、速度控制单元113及电流控制单元114。S为拉普拉斯算子。

位置指令生成单元101生成位置指令，输入至伺服控制器105的位置指令输入单元106位置指令输入单元106通过前置滤波器单元107将位置指令OM*送给指令跟踪控制单元108。以往例子的控制装置是对电动机102进行控制使得与电动机连接的控制对象(负载)103的位置(下面称为“控制对象位置OL”)与位置指令θ*一致用的装置。在图26中，控制对象位置θL不能检测。位置检测单元104检测电动机102的位置(下面称为“电动机位置OM”)。伺服控制器105对电动机102进行控制，使得电动机位置OM与位置指令θ*一致。通过这样，以往例子的控制装置对电动机102进行控制，使得控制对象位置OL与位置指令θ*一致。是进行控制，使得电动机位置OM及控制对象位置OL迅速跟踪位置指令性θ*。

在控制对象(负载)103本身及连接电动机102与控制对象103的连接轴的刚性高的控制***中，以往例子的控制装置能够对电动机102进行控制，使得控制对象位置OL以高精度与位置指令θ*一致。

在控制对象103本身或连接电动机102与控制对象103的连接轴的刚性低的控制***(包含不能忽略连接轴的扭曲等那样程度的进行高精度控制的控制***)中，在控制对象位置OL与电动机位置θM之间产生相位差，容易产生连接轴的扭振。在对电动机102进行控制使得电动机位置θM与位置指令θ*一致的控制装置中，若产生因连接轴的扭曲而引起的振动，则控制对象位置θL向位置指令θ*收敛的速度变慢。

在以往例子中，前置滤波器单元107将位置指令θ*的模式输入，变化编辑对控制对象位置θL不激振的模式θM*(电动机位置指令)。指令跟踪控制单元108对电动机102进行控制，使得电动机位置θM与电动机位置指令θM*一致。前置滤波器单元107抑制控制对象位置θL的振动，加快电动机位置θM及控制对象位置θL向位置指令θ*收敛的速度。

下面说明图26所示的以往例子的控制装置中的基本运算流程。位置指令输入单元106将位置指令生成单元101生成的位置指令输入。位置指令输入单元106将输入的位置指令进行单位变换，生成与伺服控制器105内用于运算的单位系匹配的位置指令θ*，并进行输出。

前置滤波器单元107对位置指令θ*进行2阶微分，再与规定的系数1/(ωa2)相乘，计算出振动抑制补偿值。前置滤波器单元107将位置指令θ*与计算出的振动抑制补偿值相加，生成电动机位置指令θM*，然后输出，设从电动机输出转矩电动机102为止的***具有的***振频率为fr，则最好ωa＝2·f(f为fr或fr附近的频率)。利用前置滤波器107来抑制振动的原理将在后面叙述。

下面详细说明指令跟踪控制单元108的内部运算流程。位置偏差运算单元(减法器)109将电动机位置指令θM*及电动机位置θM输入，计算出电动机位置偏差ΔθM(＝θM*-θm)。位置控制单元110采用位置比例增益Kpp，输出速度指令ωM*(＝Kpp·ΔθM)。

速度运算单元111将电动机位置θM进行微分，计算出电动机速度ωM*及电动机速度ωM输入，计算出速度偏差ΔωM(＝ωM*-ωM)。

速度控制单元113根据速度偏差ΔωM，进行比例积分运算，输出转矩指令T*。电流控制单元114控制流过电动机102的电流值I，使得电动机102输出的转矩TM成为T*。

下面说明利用前置滤波单元107来抑制振动的原理。用作为共振***模型一般采用的双惯性***(电动机102及控制对象103)模型(图27)表示电动机102驱动控制对象103的***。实际上转矩TM驱动控制对象位置θL的***也有的用复杂的数学模型表示。

图28是用数学模型表示图27所示的电动机102通过低刚性的连接轴驱动控制对象103的***的框图。在图28中，根据转矩指令性T*，电动机102以非常快的响应产生实际的转矩TM。假设从输入转矩指令T*到产生实际的转矩TM为止的传递函数为TM/t*＝1。JM为电动机102的转动惯量，JL为控制对象103的转动惯量，Ks为连接轴的弹簧常数。设连接轴的转动惯量与JM及JL相比为足够小，可以忽略。

根据图28的数学模型，求得从转矩指令T*到电动机位置θM为止的传递函数θM/T*，为式(1)

(JLS²+KS)/{[JM·JLs²+Ks(JM+JL)]s²}    (1)

根据图28的数学模型，求得从电动机位置θM到控制对象位置θL为止的传递函数θL/θM，为式(2)。

Ks/(JLs²+Ks)                          (2)

图29是用根据图28的框图求得的式(1)及式(2)用与图26的构成图等效的拉普拉斯算子s表示的框图。在图29中，与图26相同的符号的方框包括与图26相同的功能。

在图29中，在没有前置滤波器单元107时，位置指令θ*＝θM*。通过比较图29中从电动机位置指令θM*到控制对象位置θL为止的传递函数与从位置指令θ*到控制对象位置θL为止的传递函数，来说明没有前置滤波器单元107时与有前置滤波器单元107时的响应的差别。

下面叙述在没有前置滤波器单元107时即图29中从电动机位置指令θM*到控制对象位置θL为止的传递函数的频率特性。图29的从转矩指令T*到电动机位置θM为止的传递函数的频率特性，根据式(1)为图30(a)。图30(a)中，横轴为频率，纵轴为增益及相位。横轴为对数表示。其它的频率特性图也一样，横轴为频率，纵轴为增益及相位。横轴为对数表示。

由于控制对象的刚性低，因此图30(a)包括共振点及***振点。在图30(a)中，产生共振的频率称为共振频率，产生***振的频率称为***振频率。对于从电动机位置指令θM*到电动机位置θM为止的包含反馈环的***，其传递函数的频率特性为图30(b)。

从电动机位置θM到控制对象位置θL为止的传递函数的频率特性，根据式(2)为图30(c)。从电动机位置指令θM*到控制对象位置θL为止的传递函数的频率特性(没有前置滤波器单元107时的控制装置的响应频率特性)是将图30(b)与图30(c)合起来，为图30(d)。图30(d)在***振频率fr处包括增益峰值。

图31(a)是发出指令使电动机102的位置位移一定量的电动机位置指令θM*的模式。纵轴为电动机位置指令θM*(电动机102的位置位移量)，横轴为时间。这是一般使用的S形指令。图31(b)为图31(a)的电动机位置指令θM*的微分波形，为梯形模式。图32所示为这时的电动机位置偏差ΔθM的响应、以及控制对象位置θL电电动机位置指令θM*之差即控制对象位置偏差ΔθL的响应。图32的位置指令输出期间指的是图31(a)的电动机位置指令θM*变动的期间，即图31(b)的电动机位置指令θM*的微分值不为0的期间。

如图32所示，在位置指令输出结束后，控制对象位置偏差ΔθM相比，产生很大的振动。若测量控制对象位置θL的振动频率，则该振动频率为产生图30(d)所示的从电动机位置指令θM*到控制对象位置θL为止的传递函数的频率特性中的增益峰值的(***振频率)附近的频率。因连接电动机102与控制对象103的轴的刚性低，所以控制对象位置θL在位置指令输出结束后产生大的振动。

下面叙述在具有前置滤波器单元107时即图29中从电动机位置指令θM*到控制对象位置θL为止的传递函数的频率特性。从电动机位置指令θM*到控制对象位置θL为止的传递函数的频率特性为图30(d)。若设前置滤波器单元107的频率特性为ωa＝2π·fr(fr为图30(a)的***振频率)，则前置滤波器单元107的频率特性为图33(a)。前置滤波器单元107包括的频率特性是，在频率ωa处，增益极小，在比ωa高的区域，随着频率升高，增益增大。从位置指令θ*到控制对象位置θL为止的传递函数的频率特性为将图30(d)与图33(a)合起来的图33(b)。

若将图33(b)与没有前置滤波器单元107时从位置指令到控制对象位置θL为止的传递函数的频率特性即图30(d)进行比较，则图33(b)没有***振频率的增益峰值。即，前置滤波器单元107减少了控制装置响应特性的***振频率的增益峰值。

图34所示为将位置指令θ*的指令模式采用图31(a)所示情况时的控制对象位置偏差ΔθL及电动机位置偏差ΔθM的响应。若与没有前置滤波器单元107时的响应即图32进行比较，则位置指令输出结束后的控制对象位置θL的振动减少。图32及图34的响应的区别在于有无图29的前置滤波器单元107，除此以外的构成相同。

如上所述，在以往例子的控制装置中，图26的前置滤波器单元107减少从位置指令θ*到控制对象位置θL为止的传递函数的频率特性中产生的增益峰值。通过这样，将减少因增益峰值而引起的在位置指令输出结束后产生的控制对象位置θL的振动。

图35所示为包括图32的响应特性的***改变部分参数设定时的响应特性。在图35所示的***中，与图32所示的***相比，降低位置控制单元110的位置比例增益Kpp及速度控制单元113的速度比例增位置Kvp，使控制对象位置θL在位置指令输出后的振动减少。在图35中，位置指令输出结束后的振动振幅与图34的程度相同，但比图34的响应要滞后。

在以往例子的控制装置中，前置滤波器单元107包括的效果是，能够在保持控制装置的高速响应性不变的情况下，减小位置指令输出结束后的控制对象位置θL的振动。

在以往例子中，若图29的位置指令输入单元106输出的位置指令θ*包括图31(a)的模式，则通过前置滤波器单元107(其传递函数包括位置指令的2阶微分的校正项(s²/ωa²))后的电动机位置指令θM*的指令模式为图36。在图31(b)及图36中，时刻A、B、C、D为图31(a)的指令模式的加速度(位置指令的2阶微分)变动点。在时刻A、B、C、D，电动机位置指令θM*的2阶微分急剧变动。图37所示为图29所示的***在输入图31(a)的指令模式的位置指令θ*时的转矩指令T*的波形。

在时刻A、B、C、D，因电动机位置指令θM*的2阶微分急剧变动，产生图31的虚线圆圈表示的非常大的转矩指令T*。在时刻A、B、C、D的电动机位置指令θM的2阶微分的变动越大，即ωa越小，或位置指令θ*的加速度越大，则在时刻A、B、C、D产生越大的转矩指令T*。一般由于硬件上的限制等，对转矩指令T*设置上限。转矩T*受到限制，使其不大于上限值。在时刻A、B、C、D的电动机位置指令θM*的2阶微分的变动达到过大的值时，转矩指令T*受到限制。若转矩指令T*受到限制，则存在的问题是，控制装置不能输出在保持高速响应不变的情况下抑制振动用的适当的转矩波形，对于控制对象位置θL的振动收敛要花费较长的时间。

本发明的目的在于，提供一种电动机控制方法及控制装置，在控制对象(负载)本身或电动机与控制对象的连接部分等的机械刚性低的控制装置中，不取决于指令模式及控制对象的特性，在保持高速响应不变的情况下始终抑制电动机及控制对象的振动。具体来说，本发明的目的在于提供不取决于指令模式及控制对象特性并防止转矩指令达到大值而受到限制的电动机控制方法及控制装置。

本发明的目的在于，提供根据控制***的状态量(根据各个控制***(包含控制对象)特性的差异、时效变化及/或达到该状态量的经历的差异)自动地始终最佳地抑制电动机及控制对象振动的电动机控制方法及控制装置。

发明内容

为了解决上述问题，本发明包括下述构成。

根据本发明的一个观点的电动机控制方法，包括对电动机或与所述电动机连接的控制对象的指令进行输入的指令输入步骤，使所述指令作用于同时具备降低所述控制对象容易产生振动的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器并输出跟踪指令值的前置滤波器步骤，以及进行控制使得所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪所述跟踪指令值的指令跟踪控制步骤。

根据本发明的另一观点的电动机控制装置，包括对电动机或与所述电动机连接的控制对象的指令进行输入的指令输入单元，包括同时具备降低所述控制对象容易产生振动的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器、使所述指令作用于所述滤波器后输出跟踪指令值的前置滤波器单元，以及进行控制使得所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪所述跟踪指令值的指令跟踪控制单元。

本发明的电动机控制方法及控制装置，包括抑制因控制对象本身或连接电动机与控制对象的连接轴的刚性低而产生的电动机及控制对象的振动的效果。根据本发明，能够不取决于指令模式或控制对象的特性，始终抑制电动机及控制对象的振动。本发明将实现不取决于指令模式及控制对象特性并防止转矩指令达到过大值而受到限制的电动机控制方法及控制装置。

根据本发明的另一观点的电动机控制方法，包括对电动机或与所述电动机连接的控制对象的指令进行输入的指令输入步骤，将同时具备降低所述控制对象容易产生振动的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器传递函数等效变换为常数项与前馈补偿项之和，使所述指令作用于所述常数项后输出跟踪指令值，并使所述指令作用于前馈补偿项后输出前馈补偿项补偿量的前馈型前置滤波器步骤，以及根据所述前馈补偿项补偿量及所述跟踪指令值进行控制使得所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪所述跟踪指令值的指令跟踪控制步骤。

根据本发明的另一观点的电动机控制装置，包括对电动机或与所述电动机连接的控制对象的指令进行输入的指令输入单元，将同时具备降低所述控制对象容易产生振动的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器传递函数等效变换为常数项与前馈补偿项之和，使所述指令作用于所述常数项后输出跟踪指令值，并使所述指令作用于前馈补偿项后输出前馈补偿项补偿量的前馈型前置滤波器单元，以及根据所述前馈补偿项补偿量及所述跟踪指令值进行控制使得所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪所述跟踪指令值的指令跟踪控制单元。

本发明的电动机控制方法及控制装置，包括抑制因控制对象本身或连接电动机与控制对象的连接轴的刚性低而产生的电动机及控制对象的振动的效果。根据本发明，能够不取决于指令模式或控制对象的特性，始终抑制电动机及控制对象的振动。本发明将实现不取决于指令模式及控制对象特性并防止转矩指令达到过大值而受到限制的电动机控制方法及控制装置。

在指令跟踪控制步骤(指令跟踪控制单元)中，将根据常数项的指令值作为电动机的跟踪目标值进行控制。根据前馈补偿项补偿量抑制控制对象(负载)的振动。例如在实施形态1的构成(图1)中，由于滤波器单元对输入的位置指令θ*进行运算处理，将运算结果即电动机位置指令θM*作为目标值进行控制，因此对于位置指令θ*的运算处理中不到1LSB的分量产生退位。因该运算误差而产生电动机位置的收敛值误差。根据上述观点的发明，由于保持位置指令θ*不变作为目标值进行控制(对目标值不进行运算处理)，因此不产生因运算误差而引起的电动机位置的收敛值误差。不需要补偿电动机位置的收敛值误差。根据本发明，与产生收敛值误差的情况相比，能够以高精度控制电动机。根据本发明，与进行误差补偿的情况相比，能够缩短软件处理中的误差补偿运算时间，而且能够减少产品开发时开发误差补偿软件所需的人力及时间。

根据本发明的另一观点的电动机控制方法，包括对电动机或与所述电动机连接的控制对象的指令进行输入的指令输入步骤，根据前馈补偿项补偿量及跟踪指令值进行控制使得所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪根据所述指令的所述跟踪指令值的指令跟踪控制步骤，输出根据所述指令跟踪控制步骤内部的状态量推定所述指令的推定指令的推定指令步骤，以及将同时具备降低所述控制对象容易产生振动的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器传递函数等效变换为常数项及前馈补偿项之和，使所述推定指令作用于前馈补馈补偿项后输出所述前馈补偿项补偿量的内部构成型置滤波器步骤。

根据本发明的另一观点的电动机控制装置，包括对电动机或与所述电动机连接的控制对象的指令进行输入的指令输入单元，根据前馈补偿项补偿量及跟踪指令值进行控制使得所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪根据所述指令的所述跟踪指令值的指令跟踪控制单元，输出根据所述指令跟踪控制单元内部的状态量推定所述指令的推定指令的推定指令单元，以及将同时具备降低所述控制对象容易产生振动的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器传递函数等效变换为常数项及前馈补偿项之和，使所述推定指令作用于前馈补馈补偿项后输出所述前馈补偿项补偿量的内部构成型置滤波器单元。

本发明的电动机控制方法及控制装置，包括抑制因控制对象本身或连接电动机与控制对象的连接轴的刚性低而产生的电动机及控制对象的振动的效果。根据本发明，能够不取决于指令模式或控制对象的特性，始终抑制电动机及控制对象的振动。本发明将实现不取决于指令模式及控制对象特性并防止转矩指令达到达大值而受到限制的电动机控制方法及控制装置。

在指令跟踪控制步骤(指令跟踪控制单元)中，采用指令值作为电动机的跟踪目标值。根据前馈补偿项补偿量抑制控制对象(负载)的振动。通过这样，不产生因运算中的退位而产生的电动机位置的收敛值误差。不需要补偿电动机位置的收敛值误差。本发明的控制方法及控制装置与不进行运算误差补偿的情况相比，电动机的定位精度高。本发明与进行运算误差补偿的情况相比，能够缩短软件处理中进行运算误差补偿用的运算时间，而且能够减少产品开发时开发运算误差补偿软件所需的人力及时间。另外，在控制用LSI中不需要运算误差补偿电路。

例如，在用已有的控制程序构成基本软件的控制方法或用已有的控制用LSI构成基本电路的控制装置中，在附加抑制控制对象(负载)的振动用的程序或电路时，有各种限制条件(构成上的自由度受到限制)。例如，大多数情况下，不能将指令输入步骤(指令输入单元)输入的指令值取出到外面(不知道输入的指令值)。本发明不改变基本的控制***。在本发明中，推定输入的指令值，根据推定指令计算出前馈补偿量，再附加前馈补偿量，校正电动机的输出。

本发明的例如用已有的控制用LSI构成基本电路的控制装置中，将实现有效抑制因控制对象本身或连接电动机与控制对象的连接轴的刚性低而产生的电动机及控制对象的振动的电动机控制方法及控制装置。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制方法中，所述前置滤波器步骤、所述前馈型前置滤波器步骤或所述内部构成型前置滤波器步骤在降低增益的特性中，特别将所述控制对象容易产生振动的频率的增益设为可变。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制装置中，所述前置滤波器单元、所述前馈型前置滤波器单元或所述内部构成型前置滤波器单元在降低增益的特性中，特别将所述控制对象容易产生振动的频率的增益设为可变。

本发明的电动机控制方法及控制装置，通过将所述控制对象容易产生振动的频率的增益设为可变，将更提高振动抑制效果。也可以自动改变所述控制对象容易产生振动的频率的增益。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制方法中，所述前置滤波器步骤、所述前馈型前置滤波器步骤或所述内部构成型前置滤波器步骤根据动作状态改变所述抑制高频区增益的特性。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制装置中，所述前置滤波器单元，所述前馈型前置滤波器单元或所述内部构成型前置滤波器单元根据动作状态改变所述抑制高频区增益的特性。

本发明的电动机控制方法及控制装置，根据电动机或控制对象的动作状态，自动调整抑制高频区增益的特性。通过这样，将减小因抑制高频区增益，而引起的控制装置的响应滞后。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制方法中，所述前置滤波器步骤、所述前馈型前置滤波器步骤或所述内部构成型前置滤波器步骤根据至少决定所述控制对象容易产生振动的频率的参数，自动决定抑制高频增益的特性。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制装置中，所述前置滤波器单元，所述前馈型前置滤波器单元或所述内部构成型前置滤波器单元根据至少决定所述控制对象容易产生振动的频率的参数，自动决定抑制高频区增益的特性。

本发明的电动机控制方法及控制装置与规定频率一起自动决定抑制高频区增益的特性。通过这样，控制装置的操作性将提高。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制方法中，所述前置滤波器步骤、所述前馈型前置滤波器步骤或所述内部构成型前置滤波器步骤包括自动设定所述控制对象容易产生振动的频率的振动频率自动设定步骤。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制装置中，所述前置滤波器单元、所述前馈型前置滤波器单元或所述内部构成型前置滤波器单元包括自动设定所述控制对象容易产生振动的频率的振动频率自动设定单元。

本发明的电动机控制方法及控制装置，对每个控制装置自动设定规定频率。本发明的电动机控制方法及控制装置即使在因时效变化或环境条件而引起控制***特性变化时，也将自适应地进行最佳控制，抑制电动机及控制对象的振动。通过这样，控制装置的操作性将提高。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制方法中，所述振动频率自动设定步骤包括检测所述控制对象振动的振动检测步骤，以及根据检测的所述振动提取振动频率后决定所述控制对象容易产生振动的频率的频率决定步骤。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制装置中，所述振动频率自动设定单元包括检测所述控制对象振动的振动检测单元、以及根据检测的所述振动提取振动频率决定所述控制对象容易产生振动的频率的频率设定单元。

本发明的电动机控制方法及控制装置，通过检测控制对象的振动，来正确检测控制对象的振动频率。本发明的电动机控制方法及控制装置即使例如因控制对象折特性变动而引起振动频率变化，也能够始终将控制对象的振动减小到最佳程度。

检测控制对象振动的方法可以是任意的。例如将用压力传感器构成的振动检测传感器贴在控制对象的表面。通过这样，能够正确检测出控制对象的振动频率。控制装置的操作性将提高。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制方法中，所述振动频率自动设定步骤根据所述电动机的振动频率，决定所述控制对象容易产生振动的频率。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制装置中，所述振动频率自动设定单元根据所述电动机的振动频率，决定所述控制对象容易产生振动的频率。

本发明的电动机控制方法及控制装置，通过检测电动机的振动，来正确检测出电动机的振动频率。本发明的电动机控制方法及控制装置即使例如因控制对象的特性变动而引起振动频率变化，也能够始终将控制对象的振动减小到最佳程度。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制方法中，所述振动频率自动设定步骤，根据所述电动机的响应，再根据所述数学模型，决定所述控制对象容易产生振动的频率。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制装置中，所述振动频率自动设定单元，根据所述电动机的响应，推定所述电动机及所述控制对象的数学模型，再根据所述数学模型，决定所述控制对象容易产生振动的频率。

本发明的电动机控制方法及控制装置，推定电动机及控制对象的数学模型，正确检测出控制对象的数学模型，正确检测出控制对象的振动频率。本发明的电动机控制方法及控制装置即使例如因控制对象的特性变动而引起振动频率变化，也能够始终将控制对象的振动减小到最佳程度。控制装置的操作性将提高。本发明的电动机控制方法及控制装置由于不使用控制对象的振动检测单元，因此价格便宜。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制方法中，所述规定频率为从所述电动机输出的转矩到所述电动机位置或速度为止的***具有的***振频率或其附近较低的频率。

在根据本发明的另一观点的上述电动机控制装置中，所述规定频率为从所述电动机输出的转矩到所述电动机位置或速度为止的***具有的***振频率或其附近较低的频率。

本发明的电动机控制方法及控制装置，抑制电动机输出的转矩传递到控制对象为止的***的振动，将实现包括快速响应性的控制方法及控制装置。

根据本发明的另一观点的电动机控制方法，包括对电动机或与所述电动机连接的控制对象的指令进行输入的指令输入步骤、以及进行控制使所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪所述指令的控制步骤，在所述控制步骤中，使所述指令作用于同时包括降低从所述电动机转矩所述电动机位置或速度为止的***具有的***振频率或其附近较低的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器，输出跟踪指令值，并进行控制，使得具有与所述电动机或所述控制对象的所述状态量跟踪所述跟踪指令值相同或等效特性。

根据本发明的另一观点的电动机控制装置，包括对电动机或与所述电动机连接的控制对象的指令进行输入的指令输入单元、以及进行控制使所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪所述指令的控制单元，在所述控制单元中，使所述指令作用于同时包括降低从所述电动机转矩到所述电动机位置或速度为止的***具有的***振频率或其附近较低的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器，输出跟踪指令值，并进行控制，使得具有与所述电动机或所述控制对象的所述状态量跟踪所述跟踪指令值相同或等效特性。

本发明的电动机控制方法及控制装置，包括抑制因控制对象本身或连接电动机与控制对象的连接轴的刚性低而产生的电动机及控制对象的振动的效果。根据本发明，能够不取决于指令模式或控制对象的特性，始终抑制电动机及控制对象的振动。本发明将实现不取决于指令模式及控制对象特性并防止转矩指令达到过大值而受到限制的电动机控制方法及控制装置。

根据本发明的另一观点的装置包括上述控制装置，本发明的装置将实现快速响应性。

发明的创新性特征不外乎是在所附的权利要求范围内所特别叙述的内容，关于构成及内容这两方面，本发明根据与其它目的及特征一起通过附图加以理解的以下的详细说明，将能够更好地理解及评价。

附图说明

图1所示为本发明实施形态1的电动机控制方法构成的控制方框图。

图2为本发明实施形态1的流程图。

图3所示为本发明实施形态1的变量与设定值的关系曲线。

图4(a)为本发明实施形态1的滤波器单元9的频率特性图，图4(b)为以往位置指令θ*到控制对象位置AL为止的频率特性图。

图5为本发明实施形态1的滤波器9的构成图。

图6为本发明实施形态1的位置指令θ*及电动机位置指令AM*的波形图。

图7为本发明实施形态1的转矩指令T*的波形图。

图8为本发明实施形态1的电动机位置偏差ΔθL的波形图。

图9为本发明实施形态1的速度控制***采用前置滤波器单元8时的方框图。

图10所示为本发明实施形态2的电动机控制方法构成的控制方框图。

图11为本发明实施形态2的流程图。

图12为本发明实施形态2等效滤波器单元11的构成图。

图13为将本发明实施形态1的滤波器单元9进行等效变换的构成图。

图14为本发明实施形态2的图10等效的构成图。

图15为与本发明实施形态2的图10等效的构成图。

图16所示为本发明实施形态3的电动机控制方法构成的控制方框图。

图17为本发明实施形态3的流程图。

图18为本发明实施形态3的等效内部滤波器单元41的构成图。

图19为用拉普拉斯算子表示本发明实施形态1的图1的构成的方框图。

图20为本发明实施形态3的图19等效的构成图。

图21为与本发明实施形态3的图20(c)等效的构成图。

图22所示为本发明实施形态4的电动机控制方法构成图。

图23为本发明实施形态4的流程图。

图24所示为本发明实施形态5的电动机控制方法构成的控制方框图。

图25为本发明实施形态5的流程图。

图26为以往的电动机控制方法的控制方框图。

图27为低刚性装置的模型图。

图28为将低刚性装置建立数学模型的方框图。

图29为以往的电动机控制方法的控制方框图。

图30(a)为以往的电动机控制方法有关的从转矩指令T*到电动机位置θM为止的传递函数的频率特性图。图30(b)为以往的电动机控制方法有关的从电动机位置指令θM*到电动机位置θM为上报传递函数的频率特性图，图30(c)为以往的电动机控制方法有关的从电动机位置θM到控制对象位置θL为止的传递函数的频率特性图，图30(d)为以往的电动机控制方法有关的从电动机位置指令θM*到控制对象位置θL为止的传递函数的频率特性图。

图31(a)为以往的电动机控制方法中的位置指令θ*的指令模式图，图31(b)为以往的电动机控制方法中的位置指令θ*的微分波形图。

图32为以往的电动机控制方法中没有前置滤波器107时的电动机位置偏差ΔθM及控制对象位置偏差ΔθL的波形图。

图33(a)为以往的电动机控制方法中的前置滤波器单元107的频率特性图，图33(b)为以往的电动机控制方法中的从位置指令θ*到控制对象位置θL为止的传递函数的频率特性图。

图34为以往的电动机控制方法中的电动机位置偏差ΔθM及控制对象位置偏差ΔθL的波形图。

图35为以往的电动机控制方法中没有前置滤波器单元107及位置比例增益Kpp和速度比例增益Kvp低的情况下的电动机位置偏差ΔθM及控制对象位置偏差ΔθL的波形图。

图36为以往的电动机控制方法中的位置指令θ*及电动机位置指令θM*的波形图。

图37为以往的电动机控制方法中的T*的波形图。

图38所示为装有本发明的安装机械的示意图。

请考虑到附图的一部分或全部是以图示的目的利用简要的表现方法绘制的，不一定忠实地描绘出其所示的要素的实际相对大小及位置。

具体实施方式

下面和附图一起叙述具体表示本发明进行实施用的最佳形态的实施形态。

《实施形态1》

下面利用图1-9说明本发明实施形态1的电动机控制方法及控制装置。图1所示为本发明实施形态1的电动机控制装置的构成图。实施形态1的电动机控制装置是对将从元件盒取出的电子元器件(例如IC)自动安装到印制电路板上的安装机械控制其头部(在将从元件盒取出的电子元器件放置到印制电路板上规定之前加以保持的机构部分)位置的控制装置。本发明的电动机控制装置及控制方法的适用对象不限于此，可以适用于任何装置。在实施形态1的电动机控制装置中，电动机2与控制对象3的连接部分等的机械刚性低，也可以是控制对象(负载)3本身的刚性低。

在图1中，1为位置指令生成单元，2为电动机，3为控制对象(负载)，4为位置检测单元，5为振动检测单元，6为伺服控制器。伺服控制器6包括位置指令输入单元7、前置滤波器单元8及指令跟踪控制单元12。前置滤波器单元8包括滤波器单元9及参数自动设定单元10。指令跟踪控制单元12包括位置偏差运算单元(减法器)13、位置控制单元14、速度运算单元15、速度偏差运算单元(减法器)16、速度控制单元17及电流控制单元18。

位置指令生成单元1生成位置指令，输入至伺服控制器件的位置指令输入单元7。位置指令输入单元7通过前置滤波器单元8将位置指令θ*送给指令跟踪控制单元12。实施形态1的控制装置是控制电动机2使得与电动机连接的控制对象(负载)3的位置(下面称为“控制对象位置θL”)与位置指令θ*一致用的装置。在图1中，控制对象位置θL不能检测。位置检测单元4检测电动机2的位置(下面称为“电动机位置θM”)。伺服控制器6进行控制，使得电动机位置θM跟踪位置指令。由于控制对象3与电动机2连接，因此控制对象位置θL也跟踪位置指令。

位置指令输入单元7将位置指令输入，变换为适合内部运算的单位后作为位置指令θ*输出。伺服控制器6控制电动机2，使得电动机位置θM与位置指令θ*一致。通过这样，实施形态1的控制装置控制电动机2，使得控制对象位置θL与位置指令θ*一致。是进行控制，使得电动机位置θM及控制对象位置θL迅速跟踪位置指令θ*。在控制对象3或连接电动机2与控制对象3的连接轴的刚性低的实施形态1的控制装置中，控制对象位置θL容易产生振动。为了抑制控制对象位置θL的振动，前置滤波器单元8将位置指令θ*的模式输入，变化为对控制对象位置θL不激振的模式AM*(电动机位置指令)。指令跟踪控制单元12控制电动机2，使得位置检测单元4检测的电动机位置θM跟踪电动机位置指令θM*。控制装置迅速跟踪输入的位置指令。

在图1的实施形态1中，与以往的电动机控制装置(图26)的不同点在于，追加振动检测单元5，以及前置滤波器单元8的内部结构与图26的前置滤波器单元107不同。

振动检测单元5直接检测控制对象3的振动，传递给前置滤波器单元8的参数自动设定单元10。振动检测单元5的构成可以是任意的，实施形态1的振动检测单元5是安装在控制对象3的表面的压力传感器。

前置滤波器单元8包括参数自动设定单元10，其滤波器单元9的传递函数与前置滤波器单元107不同。参数自动设定单元10将振动检测单元5的输出信号输入，提取其中包含的控制对象3的振动频率。参数自动设定单元10根据提取的振动频率，决定滤波器单元9的特性(传递函数)。

下面叙述因该构成的不同而得到的效果，以往的电动机控制方法包括在控制对象103或连接电动机102与控制对象103的连接轴的刚性低的控制***中抑制电动机位置θM及控制对象位置θL的振动的效果。但是，由于位置指令生成单元101生成的指令模式或控制对象103的特性，转矩指令T*将达大，必须加上转矩限制。在这种情况下存在的问题是，控制装置不能进行最佳控制，对于位置指令的响应滞后，控制对象位置θL的振动收敛需要花费时间。

图1的前置滤波器单元8的滤波器单元9将位置指令θ*输入，自动变换为在控制对象3中难以激振的指令模式，作为电动机位置指令θM*输出。不取决于位置指令生成单元1生成的指令模式及控制对象3的特性，电动机位置指令θM*不会超过上限值(加上限制)。实施形态1的控制装置采用始终最佳抑制电动机2控制对象3的振动的控制方法。

下面说明图1的控制方框图的详细动作。位置指令生成单元1例如用PLC(Programable Logic Controller，可编程控制器)构成。位置指令生成单元1生成位置指令模式，根据模式输出位置指令。

位置检测单元4检测电动机2的位置，作为电动机位置θM输出。

伺服控制器6进行数字控制，伺服控制器6每隔一定周期将来自位置指令生成单元1的位置指令及来自位置检测单元4的电动机位置θM输入，进行运算处理，控制流过电动机2的电流I。

图2所示为伺服控制器6执行的1个周期的运算处理流程图。伺服控制器6每隔一定的运算周期(例如166μs)重复图2所示的运算处理。下面利用图1-图5说明图2从开始到结束的处理。各状态量的标号(n)表示现在的运算周期的值，(n-1)表示上一个运算周期的值。

位置指令输入单元7从位置指令生成单元1读入位置指令，变换为适合于伺服控制器6的内部运算的单位系后，将位置指令θ*(n)输出(步骤S1的指令取入处理)。

指令跟踪控制单元12将位置检测单元4检测的电动机2的位置作为θM(n)取入(步骤S2的状态量取入处理)。

前置滤波器单元8的参数自动设定单元10根据振动检测单元5检测的控制对象3的振动，计算出其振动频率fr(步骤S3的前置滤波器参数自动设定处理)。设ωa＝2π·fr。参数自动设定单元10计算控制对象3的振动频率的方法可以是任意的。例如参数自动设定单元10测量振动检测单元5输出的振动信号的过零时间间隔，根据该测量值计算振动频率。例如参数自动设定单元10对振动检测单元5输出的振动信号进行FFT(fast Fouier Trasform，快速富里叶变换)变换，通过这样变换为频谱，检测出振动频率fr。参数自动设定单元10根据计算出的振动频率fr，得到ωa＝2π·fr，再根据ωa，决定ωf。

图3所示为实施形态1的控制装置的ωa与ωf的关系曲线。参数自动设定单元10利用将图3所示曲线的ωa与ωf的值加以存储的表或者表示图3曲线的函数，根据ωa，决定ωf。也可以采用将ωa及位置指令θ*的加速度(2阶微分)作为变量的2维表格。衰减系数S也可以作为可变，但这里固定为1。衰减系数S为不是0的数值。关于ωf的作用、将ωa及位置指令θ*的加速度作为变量的理由及S的适当的设定值，将在后面进行详细说明。通过这样，参数自动设定单元10将决定滤波器单元9的参数。

滤波器单元9利用ωa及ωf，根据位置指令θ*(n)，计算出电动机位置指令θM*(n)(步骤S4的前置滤波顺处理)。滤波器单元9包括图5所示的传递函数。图4(a)所示为滤波器单元9的输入输出之间的传递函数的频率特性图。滤波器单元9的频率特性取决于步骤3决定的参数。滤波器单元9包括降低频率ωa及其附近频率的增益的特性。特别是比ωa高的高频率区增益，与图33(a)的以往例子的前置滤波器单元107的频率特性相比要低。从位置指令θ*到控制对象位置θL为止的频率特性为将图30(d)与图4(a)合起来的特性，成为图4(b)。图4(b)与以往例子的图33(b)相比，比ωa高的高频区增益被抑制。

图5所示为用拉普拉斯算子表现滤波器单元9的内部构成的构成图。实际上是用双线性变换等方法将图5的构成变换为数字滤波器，滤波器单元9作为数字滤波器实现图4(a)的特性。步骤S4的效果将在后面进行详细说明。

位置偏差运算单元(减法器)13及位置控制单元14进行位置控制处理(步骤S5的位置控制处理)。首先，位置偏差运算单元13进行ΔθM(n)＝θm*(n)-θM(n)的运算，计算出电动机位置偏差ΔθM(n)。位置控制单元14利用位置比例增益Kpp，进行ωM*(n)＝Kpp·ΔθM(n)的运算，计算出速度指令ωM*(n)。

速度运算单元15、速度偏差运算单元(减法器)16及速度控制单元17进行控制控制处理(步骤S6的速度控制处理)。首先，速度运算单元15根据电动机位置θM，计算出电动机2的速度ωM(n)。速度运算单元15计算出速度ωM(n)的方法可以是任意的。速度运算单元15利用例如电动机位置θM的后向差分、采用双线性变换的电动机位置θM的微分或速度观测器等方法，计算出速度ωM(n)。然后，速度偏差运算单元16进行ΔωM(n)＝ωM*(n)-ωM(n)的运算，计算出速度偏差ΔωM(n)。接着，速度控制单元17利用速度比例增益Kvp及速度积分时间常数Tvi，进行式(3)及式(4)的比例积分运算，计算出转矩指令T*(n)。Xvi(n)为积分运算用变量。

Xvi(n)＝Xvi(n-1)+ΔωM(n)·Kvp/Tvi   (3)

T*(n)＝Kvp·ΔωM(n)+Xvi(n)          (4)

电流控制单元18进行控制，使得与转矩指令T*(n)对应的电流流过电动机2(步骤S7的电流控制处理)。以上将结束图2所示的处理。

关于图2的流程图中的步骤S4的前置滤波器处理效果、步骤S3导出的ωf的作用、将ωa及位置指令θ*的加速度(2阶微分)作为变量导出ωf的理由及S的适当的设定值，下面与以往例子一面进行比较，一面进行说明。

首先，说明步骤S4的前置滤波器处理的效果。图5所示的滤波器单元9包括将方框1与日俱增阶滤波器的方框2串联连接的构成，方框1包括与以往例子的前置滤波器单元107(图26)相同的传递函数。方框1从位置指令θ*中去掉使控制对象位置θL激振的频率分量。利用方框1能够得到减小控制对象位置θL的振动的效果。由于其详细原理与以往例子相同，故省略其说明。

方框2将防止在位置指令θ*的加速度(2阶微分)变动时刻转矩指令T*形成过去的值。图6所示为前置滤波器单元8(图1)输入的位置指令θ*与输出的电动机位置指令θM*的波形图(横轴为时间，纵轴为位置指令θ*及电动机位置指令θM*的值)。虚线为位置指令θ*，实线为电动机位置指令θM*。位置指令θ*的波形与图31(a)所示的波形相同。位置指令θ*的1阶微分包括图31(b)所示的波形。图7所示为这时的速度控制单元17(图1)输出的转矩指令T*的波形(横轴为时间，纵轴为转矩)。在输入同一波的位置指令θ*时，在产生位置指令θ*的加速度变动的时刻A、B、C、D，图6所示的电动机位置指令θM*(实施形态1)与以往例子的电动机位置指令θM*(图36)相比，不产生急剧变动。这是由于，图5的方框2的2阶滤波器将图4(a)的频率特性的特别是比ωa高的高频区增益降低，低于以往例子所示的图33(a)。

在以往例子(图37)中，速度控制单元113(图26)输出的转矩指令T*在位置指令θ*的加速度变动时刻的时刻A、B、C、D变成过大的值，要加上限制。如图7所示，在本实施形态中，速度控制单元17(图1)输出的转矩指令T*在位置指令θ*的加速度变动时刻的时刻A、B、C、D，不形成过大的值，不受到限制。本实施形态的控制方法及控制装置进行的控制，将不限决于指令模式及控制对象的特性，始终最佳抑制电动机及控制对象的振动。

下面叙述步骤S3导出的ωf的作用及将ωa及位置指令θ*的加速度(2阶微分)作为变量导出ωf的理由。在滤波器单元9(图1)将图6虚线所示的位置指令θ*输入时，图5的方框1输出与图36实线所示波形相同的波形信号。方框2(图5)将图36实线所示波形的信号输入，输出图6实线所示的电动机位置指令θM*。如图36实线所示，方框1的输出信号在位置指令θ*的加速度变动时刻的时刻A、B、C、D急剧变化。ωa越小，或者位置指令θ*的加速度越大，则在时刻A、B、C、D的方框1的输出信号变化越大。由图5的方框图可知，ωf将决定方框2的2阶滤波器的截止频率。

在图6中的位置指令θ*的加速度变动时刻的时刻A、B、C、D，方框1(图5)的输出信号变化越大，则参数自动设定单元10减小ωf，降低2次滤波器的截止频率，在位置指令θ*的加速度变化时刻的时刻A、B、C、D的电动机位置指令θM*的变化变小。若不使ωf为足够小，则在位置指令θ*的加速度变动时刻的点如图37所示，转矩指令T*急剧增大，将受到限制。控制装置不能够正常控制。这是参数自动设定单元10在步骤S3中将ωa及位置指令θ*的加速度作为变量自动设定ωf的理由。参数自动设定单元10在ωa越小及位置指令θ*的加速度越大时，将ωf作为越小的值。通过这样，参数自动设定单元10自动设定ωf，本实施形态的控制方法及控制装置进行控制，将不取决于指令模式及控制对象的特性，始终最佳抑制电动机及控制对象的振动。

在图6中，虚线的位置指令θ*在点D处结束变化，但前置滤波器单元8输出的电动机位置指令θM*的变化结束时刻的点要比点D不足后，这里前置滤波器单元8的方框2(图5)的2阶滤波器的影响。电动机位置指令θM*的变化滞后由于产生控制装置的响应滞后，因此是不理想的(在以往例子中，转矩指令T*形成过大的值，将受到限制，若与这种情况产生的响应滞后相比，则本实施形态的控制装置的响应要快得多)。

在除了紧接转矩指令T*容易受到限制的时刻A、B、C、D之后以外的期间，即使提高方框2的2阶滤波器的截止频率，也不能受到限制。利用这一情况，参数自动设定单元10随时间改变ωf。参数自动设定单元10特别在紧接点D之后的后面的期间，增在ωf。通过这样，将电动机位置指令θM*的变化结束时刻提前。通过参数自动设定单元10实施滤波器单元9的参数切换，本实施形态的控制方法及控制装置将实现快速响应性。

下面说明衰减系数ζ的适当的设定值。若取ζ比1小，则图5的方框2的频率特性在频率ωf附近开始包括增益0dB以上的增益峰值。在这种情况下，由于有可能在控制对象位置θL出现该增益峰值的频率的振动，因此不希望将ζ设定在1以下。ζ越大，则电动机位置指令θM*的变化结束时刻越长(参照图6)，控制装置的响应越带后。所谓变化结束时刻是在电动机位置指令θM*开始变动之后结束变动的时刻。因而，也不希望使ζ过大。所以，ζ最好设定为1左右。

图8所示的输入图31(a)及(b)所示位置指令时的实施形态1的控制装置(图1)的响应波形图。虚线为电动机位置偏差ΔθM，实线为控制对象位置偏差ΔθL。与没有前置滤波器8时的电动机位置偏差ΔθM及控制对象位置偏差ΔθL的响应波形即图32相比，在实施形态1的控制装置中，能够抑制位置指令输出期间结束后的振动。

也可以将图5的方框1的传递函数改为包含衰减项ζn/ωa·s的式(5)。通过调整衰减系数ζn，能够调整频率ωf的增益。通过适当决定衰减系数ζn，更能够抑制电动机位置偏差ΔM及控制对象位置偏差ΔθL的振动。

(1/ωa2)·S2+(2ζn/ωa)·S+1      (5)

在没有前置滤波器8的以往例子的控制装置中，图35所示为比图32所示的例子将位置比例增益Kpp及速度比例增益Kvp设定得更低、以减小控制对象位置偏差ΔθL的振动时的电动机位置偏差ΔθM及控制对象位置偏差ΔθL的响应。图8的响应比图35的响应快。根据本发明，保持与以往例同样的高速响应不变情况下，能够减小振动。图8的响应时的转矩指令T*的波形为图7所示。在位置指令θ*的加速度变动时刻的时刻A、B、C、D，转矩指令T*不急剧增大，没有受到限制。本实施形态的控制方法及控制装置在位置指令θ*的加速度变动时，也进行应当的响应。

在振动频率为11Hz、调整幅度为±125μm的条件下，比较通过实验的调整时间(从位置指令的输出(变动)结束时刻起到装置前端位置(控制对象3的前端)收敛在以目标值为中心的调整幅度内的时刻为止所需要的时间)。在没有前置滤波器的控制装置中，调整时间为727ms。在有前置滤波器107的以往例子的控制装置(图29)中，由于转矩饱和，振动长时间不收敛，因此不能测量有意义的测量时间。在本发明的控制装置(图1)中，调整时间为45ms。根据本发明，与没有前置滤波器的情况相比，调整时间能够达到约1/16。

图38所示为装有本发明控制装置的安装机械的构成图。在图38中，对于与图1相同的部分附加相同的编号。在图38中，安装机械包括伺服2a、2b及2c。各伺服电动机相当于图1的电动机2。各伺服电动机分别利用伺服放大器6a、6b及6c进行控制。

根据本发明的控制方法及控制装置，能够抑制因控制对象或连接电动机与控制对象的连接轴的刚性低而产生的电动机及控制对象的振动。本发明的控制方法及控制装置，将不取决于指令模式或控制对象的特性，始终自动抑制电动机及控制对象的振动。自动防止转矩指令T*形成过大的值。通过使图1的前置滤波器单元8的参数设定全部自动化，则控制装置的响应加快，装有控制装置的装置的操作性提高。即使因控制对象的特性变动而引起振频率ωa变化，也能够自动改变ωf的设定值，由于包括这样的构成，因而能够不取决于指令模式或控制对象的特性，始终减小振动。

在图1中的指令跟踪控制单元12的构成，若是进行控制使得电动机位置θM跟踪电动机位置指令θM*的构成，则即使是其它构成，也能够得到与本实施形态相同的效果。

图1的前置滤波器单元8也可以在位置指令生成单元1的内部构成。

以上，本实施形态是对位置控制***进行了说明。但不限定于此，对于图9所示的速度控制***也可以采用本发明。在图9中，与图1相同符号的方框包括与图1相同的作用。速度指令生成单元20生成速度指令模式，根据模式输出速度指令。速度检测单元21检测电动机2的速度，作为ωM输出。伺服控制器22进行数字控制。伺服控制器22每隔一定周期取入来自速度指令生成单元20的速度指令及来自速度检测单元21的电动机速度ωM，进行运算处理，控制流过电动机2的电流I。速度指令输入单元23将来自速度指令生成单元20的速度指令输入，变换为适合于伺服控制器22的内部运算的单位系后，作为速度指令ω*输出。前置滤波器单元8(包括图5的传递函数)将速度指令ω*输入，将电动机速度指令ωM*输出。前置滤波器单元8提取振动检测单元5检测的控制对象3的振动频率，根据振动频率，决定滤波器的传递函数的参数。指令跟踪控制单元24进行控制，使得电动机速度ωM跟踪电动机速度指令ωM*。也可以配置位置检测单元以代替速度检测单元21。在这种情况下，在伺服控制器22的内部将位置检测单元检测的电动机2的位置信息进行微分，计算出电动机速度ωM。也可以将图9的前置滤波器单元8配置在速度指令生成单元20的内部。

在图9的速度控制装置中，能够抑制因控制对象或连接电动机与控制对象的连接轴的刚性低而产生的电动机及控制对象的振动。速度控制装置将不取决于指令模式或控制对象的特性，始终自动且适当地控制电动机。速度控制装置将自动防止转矩指令过大。通过使图9的前置滤波器单元8的参数设定自动化，能够改善控制装置的操作性。

图1的滤波器单元9也可以不是图5的构成。只要其构成包括如图4所示的降低规定频率ωa(最好是控制对象3的***振频率fr×2π附近)及其附近频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性即可。

在图1的控制对象位置θL以多个振动频率振动时，滤波器单元9为降低多个振动频率及它们附近频率的增益且抑制高频区增益的特性。

在图2的流程图中，步骤S2的状态量取入处理只要在从开始到步骤S5之前为止的任何时刻进行即可。

电动机不限定于特定的种类电动机可以是直流电动机、永磁同下电动机或感应电动机。电动机不限定于旋转型电动机，也可以是直线电动机。

位置指令θ*的指令模式也可以不是用位置指令生成单元1生成，而是用伺服控制器6内部的位置指令输入单元7生成。在这种情况下，位置指令输入单元7根据生成的指令模式，每隔一定周期，输出位置指令θ*。

《实施形态2》

下面利用图10-15说明本发明实施形态2的电动机控制方法及控制装置。图10所示为本发明实施形态2的电动机控制方法的控制方框构成图。在图10中，与实施形态1的图1的不同点是前置滤波器单元8的构成。实施形态2的前置滤波器单元8包括等效滤波器单元11及补偿值相加单元30以代替滤波器单元9。在图10中，与图1相同符号的方框包括与实施形态1相同的作用。

下面说明图10的控制装置的详细动作。由于位置指令生成单元1及位置检测单元4与实施形态1相同，故省略其说明。伺服控制器6进行数字控制。伺服控制器6每隔一定周期将来位置指令生成单元1的位置指令及来自位置检测单元4的电动机位置θM输入，进行运算处理，控制流过电动机2的电流I。

图11所示为伺服控制器6执行的1个周期的运算处理流程图。伺服控制器6每隔一定的运算周期(例如166μs)重复图11所示的运算处理。下面利用图10-图12说明图11的处理。在图11中，与图2相同符号的步骤进行与实施形态1相同的处理。由于图11的从步骤S1到S3进行的处理与图2的从步骤S1到S3相同，故省略其说明。

等效滤波器单元11将位置指令θ*输入，将补偿值Xc输出(步骤S10的前置滤波器处理)。在图12中用拉普拉斯算子S表示等效滤波器单元11的传递函数。实际上是变换成将图12的传递函数利用双线性变换等方法进行变换的数字滤波器，等效滤波器单元11作为数字滤波器进行运算。数字滤波器将步骤S1输出的位置指令θ*输入，将补偿值Xc输出。将等效滤波器单元11的构成形成图12的形式的理由将在后面叙述。

位置偏差运算单元(差分器)13计算ΔθM(n)＝θ*(n)-θM(n)，输出电动机位置偏差ΔθM(n)(步骤S11的位置控制处理品)。补偿值相加单元(加法器)30输出将步骤S10的输出值Xc(n)与步骤11的输出值ΔθM(n)相加的值(步骤S12的补偿值相加处理)。位置控制单元14输出对步骤S12的输出值(ΔθM(n)+Xc(n))乘上位置比例增益Kpp的值即电动机速度指令ωM*(n)(步骤S13的位置控制处理2)。

速度偏差运算单元(差分器)16输出从步骤S13的输出值(位置控制单元14的输出值)减去步骤S2取入的电动机位置θM(n)的值ΔωM(n)＝ωM*(n)-θM(n)(步骤S14的速度控制处理1)。速度控制单元17利用步骤S14的输出值ΔωM(n)，进行式(3)及式(4)的比例积分运算，输出转矩指令T*(n)(步骤S15的速度控制处理2)。电流控制单元18进行控制，使得与步骤S15的输出值T*(n)对应的电流I流过电动机2(步骤S16的电流控制处理品)。以上为图11的流程图所示的伺服控制器6的内部运算1个周期部分的运算处理。

下面叙述将等效滤波器单元11的构成采用图12的形式的理由。图1的实施形态1的滤波器单元9的传递函数为式(6)(图5)

[(1/ωa²)·S²+1]/[(1/ωf²)·S²+2ζ/ωf·S+1]    (6)

若将式(6)进行变换，则得到式(7)。

1+{[(1/ωa²-1/ωf²)·S²-(2ζ/ωf)·S]/[(1/ωf²)·S²+(2ζ/ωf)·S+1]}    (7)

根据式(7)，若将图5进行等效变换，则变成图13。图13的方框3与图12相等。因而，图1的实施形态1的构成与图10的本实施形态的构成是等效的。实施形态2与实施形态1是等效的，包括相同的效果。

在实施形态2中，与实施形态1相比，θM的收敛值不偏离位置指令θ*的收敛值。在实施形态2中，前置滤波器单元8的补偿值Xc是在位置偏差运算单元13的后级的补偿值相加单元30与电动机位置偏差ΔθM相加。位置偏差运算单元13进行ΔθM＝θ*-θM的运算。指令跟踪控制单元12进行控制，使得电动机位置偏差ΔθM成为0。由于控制装置将位置指令θ*保持原样作为目标值来控制电动机位置θM，因此位置指令θ*的收敛值(停止位置)与电动机位置θM的收敛值一致。因而，本实施形态的θM的收敛值不偏离位置指令θ*的收敛值。

在图1的实施形态1中，位置偏差运算单元(减法器)13进行ΔθM＝θM*-θM的运算。指令跟踪控制单元12进行控制，使得电动机位置偏差ΔθM成为0。电动机位置指令θM*的收敛值(停止位置)由于图1的滤波器单元9的运算产生的退位等原因，因而有时与位置指令θ*的收敛值不相同。

由于位置指令θ*与电动机位置θM的收敛值不相同，因此θM的收敛值偏离位置指令θ*的收敛值。在实施形态中，为了使位置指令θ*与电动机位置指令θM*的收敛值一致，必须进行偏离补偿的处理。在实施形态2中，没有必要进行偏离补偿的处理。

如上所述，在实施形态2中，能够得到与实施形态1相同的效果。实施形态2的控制方法及控制装置将抑制因控制对象或连接电动机与控制对象的连接轴的刚性低而产生的电动机2及控制对象3的振动。实施形态2的控制方法及控制装置将不取决于指令模式或控制对象3的特性，始终自动抑制电动机及控制对象的振动。自动防止转矩指令T*形成过大的值。通过全部自动进行图10的等效滤波器单元11的参数设定，则控制装置的操作性提高。实施形态2的控制方法及控制装置即使因控制对象的特性变动而引起振动频率变化，也将自适应改变滤波器的参数值，始终减小振动。

在本实施形态中，将图1的滤波器9进行等效变换，形成前馈结构，通过这样消除因运算的退位而引起的偏离。不需要进行偏离补偿，因而能够缩短利用软件的运算时间，能够减轻编制软件所花费的人力。另外，能够去掉偏离补偿的电路，减轻LSI的开发人力，能够减少LSI的芯片面积。

图10的补偿值相加单元30若是在位置偏差运算单元13的后级构成，则也可以在主信号路径上的任何地方相加。例如，也可以将图10等效变换为图14或图15。图14及图15的控制装置包括与图10相同的效果。图14的控制装置的流程(控制方法)是在图11的步骤S10中进行等效滤波器单元11及位置控制单元14的处理，计算出补偿值Xc，在步骤S13与步骤S14之间执行图11的步骤S12(补偿值相加处理)。图15的控制装置的流程(控制方法)是在图11的步骤S10中进行等效滤波器单元11、位置控制单元14及速度控制单元17的处理，计算出补偿值Xc，在步骤S15与步骤S16之间执行图11的步骤S12(补偿值相加处理)。

在本实施形态中，将图5的构成利用式(7)等效变换为图13。在本发明中，不限于图5的传递函数，可以采用包括图4(a)所示的降低规定频率及其附近频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的任意传递函数。可以与式(7)相同，将那样的传递函数等效变换为1+Ge(S)的形式，将Ge(S)作为前馈结构。通过这样，能够得到与本实施形态相同的效果。

图11的步骤S3的前置滤波器参数自动设定处理，若在步骤S10的前置滤波器处理之前结束处理，则也可以在任意时刻执行。步骤S10的前置滤波器处理，若在步骤S12的补偿值相加处理之前结束处理，则也可以在任何时刻执行。

在图10中，指令跟踪控制单元12的构成只要是进行控制使得电动机位置θM跟踪位置指令θ*的构成，则即使是其它构成，也能够得到与本实施形态相同的效果。

图10的前置滤波器单元8也可以配置在位置指令生成单元1的内部。

以上，本实施形态是对位置控制***进行说明，但与实施形态1中说明的相同，对于速度控制***也可以采用本发明。在这种情况下，前置滤波器单元也可以配置在生成速度指令模式并输出速度指令的速度指令生成单元的内部。

在图10的控制对象位置θL以多个振动频率振动时，若设等效滤波器单元11的传递函数为Ge(S)，则传递函数1+Ge(S)为降低多个振动频率及它们附近频率的增益且抑制高频区增益的特性。

在图11的流程图中，步骤S2的处理只要在人开始到步骤S11之前为止的任何时刻进行即可。

电动机不限定于某特定的种类。电动机可以是直流电动机、永磁同步电动机或感应电动机。电动机不限定旋转型电动机，也可以是直线电动机。

位置指令θ*的指令模式也可以不是用位置指令生成单元1生成，而是用伺服控制器6内部的位置指令输入单元7生成。在这种情况下，位置指令输入单元7根据生成的指令模式，每隔一定周期，输出位置指令θ*。

《实施形态3》

下面利用图16-21说明本发明实施形态3的电动机控制方法及控制装置。图16所示为本发明实施形态3的电动机控制装置的构成方框图。在图16中，与实施形态1的图1的不同点是前置滤波器单元8的构成。实施形态3的前置滤波器单元8包括指令推令单元40、等效内部滤波器单元41及补偿相加单元(加法器)42以代替滤波器单元9。再有，位置指令输入单元7、位置偏差运算13及位置控制单元14在伺服控制器43的外部构成。配置在伺服控制器43外部的这些方框由例如已有的LSI或处理内容未公开的已有软件构成。这些方框中的处理不能改变，而且这些方框的输出信号只能读取特定的信号(本发明的控制方法及控制装置利用的)。这些方面与图1不同。在图16中，与图1有相同符号的方框包括与实施形态1相同的作用。

下面说明图16的控制装置的详细动作。位置指令生成单元1及位置检测单元4，由于与实施形态1相同，故省略其说明。位置指令输入单元7、位置偏差运算单元13及位置控制单元14，由于包括与实施形态1相同的作用，故省略其说明，但与实施形态1不同的是在伺服控制器43的外部构成。不能改变这些方框的动作。伺服控制器43仅将位置控制单元14输出的速度指令ω*输入。伺服控制器43不能从前级输入速度指令ω*以外的信息(例如位置指令θ*)。

伺服控制器43进行数字控制。伺服控制器43每隔一定周期取入来自位置控制单元14的速度指令ω*及来自位置检测单元4的电动机位置θM，进行运算处理，控制电动机2的电流I。图17所示为伺服控制器43执行的1个周期的运算处理流程图。伺服控制器43每隔一定的运算周期(例如166μs)重复图17所示的运算处理。下面利用图16-18说明图17的处理。在与图2相同符号的步骤中，进行与实施形态1的处理相同的处理。

伺服控制器43取入位置控制单元14输出的速度指令ω*，作为ω*(n)(步骤20的指令取入处理)。步骤S2及步骤S3由于与实施形态1相同，故省略其说明。指令推定单元40、等效内部滤波器单元41及补偿值相加单元42进行运算，将补偿值Xc与速度指令ω*相加(步骤S21的前置滤波器处理)。

指令推定单元40根据速度指令ω*及电动机位置θM，利用下述式(8)，对推定位置指令θe*进行推算。

θe(n)＝ω*(n)/Kpp+θm(n)    (8)

图18所示为等效内部滤波器单元41的内部方框的传递函数。是与图13的方框3相同的构成，即对利用式(7)将图1的前置滤波器9进行等效变换地的第2项构成乘以位置控制单元的比例增益Kpp的构成。实际上是变换为利用双线性变换等方法将图18的传递函数进行变换的数字滤波器，等效内部滤波器单元41作为数字滤波器进行运算。数字滤波器将利用式(8)计算出的推定位置指令θe*输入，将补偿值Xc输出。若除了输入是位置指令θ*还是推定位置指令θe*的判别之外，图18以与实施形态2(图14)相同的原理动作。根据18的构成，能够得到与实施形态2相同的振动抑制效果。补偿值相加单元(加法器)42将速度指令ω*与等效内部滤波器单元41输出的补偿值Xc相加，作为ωM*输出。将等效内部滤波器单元41的构成采用图18的形式的理由将在后面叙述。

步骤S6及步骤S7由于与实施形态1相同，故省略说明。以上是图17的流程图所示的伺服控制43在1个周期内的运算处理。

下面叙述将等效内部滤波器单元41的构成采用图18的形式的理由。图19是以采用拉普拉斯算子的方框图表示图1的实施形态1的形成。图19的F为表示滤波器单元9的传递函数的式(6)。G(s)为图29的电动机102的传递函数，是从转矩指令T*到电动机位置θM为止的传递函数。S为拉普拉斯算子。图20所示为将图19等效变换的方框图。在图20中，F11、F21、F31、F32及F33分别为式(9)-(13)。

F11(S)＝Kpp·[(1/ωf²-1/ωa²)·S²+(2ζ/ωf)·S]/(1/ωa²)·S²+1]               (9)

F21(S)＝Kpp·[(1/ωf²-1/ωa²)·S²+(2ζ/ωf)·S]/[1/ωf²]·2ζ/ωf)·S+1]      (10)

F31(S)＝1/Kpp    (11)

F32(S)＝1        (12)

F33(S)＝Kpp·[(1/ωa²-1/ωf²)·S²-(2ζ/ωf)·S]/[(1/ωf²)·S²+(2ζ/ωf)·S+1] (13)

在图20(a)中，由于方框F11在频率特性中包括增益峰值，因此在实际安装时，控制***容易变得不稳定(例如方框F11的输出信号受到限制，控制装置的控制变得不稳定)。在图20(b)中，方框F(S)与位置控制环串联接入。由于F(S)去掉高频区的反馈信息，因此控制装置的响应性降低。

图20(c)为本实施形态的构成。在图20(c)的构成中，由于没有图20(a)那样包括增益峰值的方框，因此能够确保实际安装时的控制***的稳定性。而且，由于与反馈信息分开，独立计算出振动抑制的补偿量Xc，因此不像衅209b)那样位置控制环的响应性降低。如实施形态3那样，即使在指令生成单元及控制方框的构成改变自由度受到限制时(例如即使在维持原样使用已有的LSI的内部方框，而且对该方框不能改变性能规格时)，由于采用将图1的前置滤波波器8进行等效变换的图(c)的构成，也能够在不损害控制***的稳定性及响应性的情况下，得到振动抑制效果。

如上所述，本实施形态能够抑制因控制对象(负载)或连接电动机与控制对象的连接轴的刚性低而产生的电动机2及控制对象3的振动。实施形态2的控制方法及控制装置，将不取决于指令模式或控制对象3的特性，始终自动抑制电动机及控制对象的振动。自动防止转矩指令Tx形成过大的值。通过使图16的前置滤波器单元8的参数设定全部自动进行，则控制装置的操作性提高。实施形态3的控制方法及控制装置，即使因控制对象的特性变动而引起振动频率变化，也将自适应地改变滤波器的参数值，始终减小振动。

本实施形态通过将图1的滤波器9进行等效变化而形成内部构成型，消除因运算的退位而引起的偏离。不需要进行偏离补偿，因而能够缩短利用软件的运算时间，能够减轻偏制软件所花费的人力。另外，能够去掉偏离补偿的电路，减轻LSI的开发人力，能够减少LSI的芯片面积。

根据本发明，即使在指令生成单元或控制方框的构成改变自由受到限制时，也能够在不损害控制***的稳定性及响应性的情况下，得到振动抑制效果。

图20(c)也可以如图21(a)那样根据电动机速度ωM计算出推定指令θe*。若是与反馈环本身的稳定性及响应性分开独立计算出补偿量Xc，则也可以将图20(c)进行任意的等效变换。例如，也可以将图20(c)如图21(b)或(c)那样进行等效变换。在这种情况下，F34、F35及F36分别为式(14)-(16)

F34(S)＝1/Kpp·S    (14)

F35(S)＝1           (15)

F36(S)＝Kpp·[(1/ωa²-1/ωf²)·S-2ζ/ωf]/[(1/ωf²)·S²+(2ζ/ωf)·S+1]    (16)

若图20(c)及图21的构成不变，也可以将F31、F32、F33及F34、F35、F36的式子等效变换为其它式子。例如，也可以将F34、F35及F36等效变换为式(17)-(19)。

F34(S)＝S           (17)

F35(S)＝Kpp         (18)

F36(S)＝[(1/ωa²-1/ωf²)·S-2ζ/ωf]/[(1/ωf²)·S²+(2ζ/ωf)·S+1]    (19)

等效变换为图20及图21以前的图1的滤波器9的构成不限于式(6)的构成，能够采用包括图4(a)所示的降低规定频率ωa及其附近频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的任意构成。

在图16的控制对象位置θL以多个振动频率振动时，滤波器单元9为降低多个振动频率及它们附近频率的增益且抑制高频区增益的特性。

电动机不限定于某特定的种类。电动机可以是直流电动机，永磁同步电动机或感应电动机。电动机不限定于旋转型电动机，也可以是直线电动机。

《实施形态4》

下面利用图22及图23说明本发明实施形态4的电动机控制方法及控制装置。图22所示为本发明实施形态4的电动机控制装置的构成方框图。

下面叙述本实施形态与图1的实施形态1的不同点。在图22的本实施形态的控制装置中，参数自动设定单元10的计算控制对象(负载)3的振动频率ωa的方法与实施形态1(图1)不同。本实施形态的控制装置没有振动检测单元5(图1)。参数自动设定单元10根据电动机位置θM，求出ωa。在这一点上，实施例4的与实施形态1不同。本实施形态的控制装置，由于不需要图1的振检测单元5，因此比实施形态1要便宜。

在本实施形态中，必须能够利用电动机位置θM检测出与控制对象位置θL的振动有相同频率的振动分量。例如在控制对象3的惯性与电动机2的惯性相比非常小，很难在电动机位置θM中反映与控制对象位置θL的振动有相同频率的振动分量，不能从电动机位置θM检测出控制对象位置θL的振动时，就不能采用实施形态4的构成。这是因为不能根据电动机位置θM计算出控制对象位置θL的振动频率ωa。在这方面，实施形态4与实施形态1不同，适用范围上有限制。

在实施形态4中，设能够利用电动机位置θM检测出与控制对象位置θL的振动有相同频率的振动分量。

下面说明图22的控制装置的详细动作。位置指令生成单元1及位置检测单元4，由于与实施形态1相同，故省略其说明。伺服控制器6进行数字控制，伺服控制器6每隔一定周期输入来自位置指令生成单元1的位置指令及来自位置检测单元4的电动机位置θM，进行运算处理，控制电动机2的电流I。图23所示为伺服控制器6执行的1个周期的运算处理流程图。伺服控制器6每隔一定的运算周期(例如166μs)重复图23所示的运算处理。下面利用图22说明图23的处理。在图23中，由于步骤S22以外的处理与实施形态1相同，故省略其说明。

在步骤S22的前置滤波器参数自动设定处理中，参数自动设定单元10根据位置检测单元4检测的电动机位置θM，计算出控制对象位置θL的振动频率ωa。参数自动设定单元10测量例如位置指令θ*的变化结束后电动机位置偏差ΔθM的过零点时间间隔，来计算出电动机位置θM的振动频率。也可以利用电动机速度偏差ΔωM或转矩指令T*指令跟踪控制单元12内部的状态量来代替电动机位置偏差Δθ，计算出ωa。由于电动机位置θM的振动频率与控制对象位置θL的振动频率在理论上相同，因此将计算出的电动机位置θM的振动频率作为控制对象位置θL的振动频率fr。令ωa＝2π·fr。

参数自动设定单元10根据计算出的ωa，决定ωf。ωf决定包括降低高频区增益的特性的滤波器单元9(图22)的截止频率。在ωf的决定过程中，采用基于决定例如图3所示的ωa与ωf的关系的曲线所得到的表格或计算式。也可以采用将ωa及位置指令θ*的加速度作为变量的2维表格，来决定ωf。衰减系数ζ固定为1。ωa的作用、ωf的作用，将ωa及位置指令θ*的加速度作为变量来决定ωf的理由及ζ的适当的设定值等，由于在实施形态1中已进行了详细说明，故这里省略。

如上所述，本实施形态能够抑制因控制对象(负载)或连接电动机与控制对象的连接轴的刚性低而产生的电动机2及控制对象3的振动。实施形态4的控制方法及控制装置，将下取决于指令模式或控制对象3的特性，始终自动抑制电动机及控制对象的振动。自动防止转矩指令Tx形成过大的值。通过使前置滤波器单元8的参数设定全部自动进行，则控制装置的操作性提高。实施形态4的控制方法及控制装置，即使用控制对象的特性变动而引起振动频率变化，也将自适应地改变滤波器的参数值，始终减小振动。

本实施形态的控制方法及控制装置，由于不需要实施形态1的图1的振动检测单元5，因此比实施形态1便宜。

在图22中的指令跟踪控制单元12的构成，若是进行控制使得电动机位置θM跟踪电动机位置指令θM*的构成，则也可以是其它构成，利用那样的构成，也能够得到与本实施形态相同的效果。

以上，本实施形态是对位置控制***进行了说明，但与实施形态1中说明的相同，对于速度控制***也可以采用本发明。在这种情况下，前置滤波器单元8也可以配置在生成速度指令模式并输出速度指令的速度指令生成单元的内部。

图22的滤波器单元9的构成，若包括图4(a)那样降低规定频率ωa及其附近频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性，则可以是任意构成。

图22的前置滤波器单元8也可以配置在位置指令生成单元1的内部。

在图22的控制对象位置θL以多个振动频率振动时，滤波器单元9为降低多个振频率及它们附近频率的增益且抑制高频区增益的特性。

在图23的流程图中，步骤S2的处理也可以在步骤S1之前进行。

电动机不限定于特定的种类。电动机可以是直流电动机、永磁同步电动机或感应电动机。电动机不限定于旋转型电动机，也可以是直线电动机。

位置指令θ*的指令模式也可以不是用位置指令生成单元1生成，而是用伺服控制器6内部的位置指令输入单元7生成。在这种情况下，位置指令输入单元7根据生成的指令模式，每隔一定周期，输出位置指令θ*。

《实施形态5》

下面利用图24及图25说明本发明实施形态5的电动机控制方法及控制装置。图24所示为本发明实施形态5的电动机控制装置的构成方框图。

下面叙述本实施形态与图1的实施形态1的不同点。在图24的本实施形态的控制装置中，参数自动设定单元10的计算控制对象(负载)3的振动频率ωa的方法与实施形态1(图1)不同。本实施形态的控制装置没有振动检测单元5(图1)。在本实施形态中，参数自动设定单元10根据在伺服控制器6的内部进行运算所用的状态量，利用电动机2及内部进行运算所用的状态量，利用电动机2及控制对象3的数学模型，求出控制对象位置θL的振动频率ωa。

下面说明图24的控制装置的详细动作。位置指令生成单元1及位置检测单元4，由于与实施形态1相同，故省略其说明。伺服控制器6进行数字控制，伺服控制器6每隔一定周期输入来自位置指令生成单元1的位置指令及来自位置检测单元4的电动机位置θM，进行运算处理，控制电动机2的电流I。图23所示为伺服控制器6执行的1个周期的运算处理流程图。伺服控制器6每隔一定的运算周期(例如166μs)重复图23所示的运算处理。下面利用图22说明图23的处理。由于步骤S25、S26及S27以外的处理与实施形态1相同，故省略其说明。

在步骤S25中，参数自动设定单元10判断电动机2是否是加速过程中。若是加速过程中，则进入步骤S26的惯性推定处理，若不是加速过程中，则进入步骤S27的前置滤波器参数自动设定处理。在步骤S26的惯性推定处理中，参数自动设定单元10根据伺服控制器6内的状态量即电动机位置θM及转矩指令T*，推定控制对象3的惯量JL。参数自动设定单元10进行式(20)-(24)的运算。

ωMc(n)＝θM(n)-θM(n-1)    (20)

aM(n)＝Ku·(ωMc(n)- ωMc(n-1))          (21)

aMf(n)＝aMf(n-1)+Kf·(aM(n)-aMf(n-1))    (22)

J(n)＝aMf(n)/T*(n-1)                     (23)

JL(n)＝J(n)-JM                           (24)

ωMc为速度运算值，aM为加速度运算值，aMf为滤波后加速度运算值，Kf为滤波器常数，Ku为单位系变换系数，J为电动机2及控制对象3合起来的惯量，常数JM为电动机2的惯量。在步骤S27的前置滤波器参数自动设定处理中，参数自动设定单元10计算出控制对象3的振动频率fr。令ωa＝2π·fr。计算采用式(25)。

ωa(n)＝(Ks/JL(n))^1/2                    (25)

常数Ks为弹簧常数。关于采用式(25)计算ωa的理由将在后面叙述，根据计算出的ωa，决定ωf。ωf的决定是采用基于决定例如图3所示的ωa与ωf的关系的曲线所得到的表格线计算式进行的，也可以采用将ωa及位置指令θ*的加速度作为变量的2维表格，来ωf。衰减系数ζ因定为1。ωa的作用、ωf的作用、将ωa及位置指令θ*的加速度作为变量来决定ωf的理由及ζ的适当的设定值等，由于在实施形态1中已进行了详细说明，故这里省略。

下面叙述采用式(25)来计算控制对象3的振动频率ωa的理由。与以往例子的说明相同，在用图27的模型将电动机2及控制对象3建立数学模型时，其方框图为图28。JM为电动机2的惯量，JL为控制对象3的惯量，Ks为电动机2与控制对象3的连接轴的弹簧常数。连接轴的惯量与JM及JL相比非常小，加以忽略。从转矩指令T*到电动机位置θM为止的频率特性为图30(a)。如以往例子的说明中所述，控制对象3的振动频率ωa(＝2π·fr)成为图30(a)***振频率的附近。振动频率ωa根据图28的方框图利用下述式(26)导出。

ωa(n)＝(Ks/JL)^1/2                (26)

根据式(26)计算出式(25)的ωa。

如上所述，本实施形态能够抑制因控制对象(负载)或连接电动机与控制对象的连接轴的刚性低而产生的电动机2及控制对象3的振动。实施形态5的控制方法及控制装置，将不取决于指令模式或控制对象3的特性，始终自动抑制电动机及控制对象的振动。自动防止转矩指令T*形成过大的值。通过使前置滤波器单元8的参数设定全部自动进行，则控制装置的操作性提高。实施形态5的控制方法及控制装置，即使因控制对象的特性变动而引起振动频率变化，也将自适应地改变滤波器的参数值始终减少振动。

本实施形态的控制方法及控制装置，由于不需要实施形态1的图1的振动检测单元5，因此比实施形态1便宜。

在图25的步骤S25、S26及S27中，计算出控制对象3的振动频率ωa。ωa的推定方法不限于式(20)-式(25)。若是根据电动机2及控制对象3的简化数学模型，利用伺服控制器6内部的状态量求出ωa的方法，则能够采用任何方法。

在图24中的指令跟踪控制单元12的构成，若是进行控制使得电动机位置θM跟踪电动机位置指令θM*的构成，则也可以是其它构成。利用那样的构成，也能够得到与本实施形态相同的效果。

以上，本实施形态是对位置控制***进行了说明，但与实施形态1中说明的相同，对于速度控制***也可以采用本发明。在这种情况下，前置滤波器单元也可以配置在生成速度指令模式并输出速度指令的速度指令生成单元的内部。

图24的滤波器单元9的构成，若包括图4(a)那样降低规定频率ωa及其附近频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性，则可以是任意构成。

图24的前置滤波器单元8也可以配置在位置指令生成单元1的内部。

在图24的控制对象位置θL以多个振动频率振动时，滤波器单元9为降低多个振频率及它们附近频率的增益且抑制高频区增益的特性。

在图25的流程图中，步骤S2的处理也可以在步骤S1之前进行。

电动机不限定于特定的种类。电动机可以是直流电动机、永磁同步电动机或感应电动机。电动机不限定于旋转型电动机，也可以是直线电动机。

位置指令θ*的指令模式也可以不是用位置指令生成单元1生成，而是用伺服控制器6内部的位置指令输入单元7生成。在这种情况下，位置指令输入单元7根据生成的指令模式，每隔一定周期，输出位置指令θ*。

根据本发明，通过前置滤波器同时包括降低规定频率ωa及其附近频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性，能够得到抑制因控制对象(负载)本身或连接电动机与控制对象的连接轴的刚性低而产生的电动机及控制对象的振动的效果。

根据本发明，能够不取决于指令模式或控制对象的特性，始终抑制电动机及控制对象的振动。得到能够实现自动防止转矩指令T*形成过大的值的电动机控制方法及控制装置的有利效果。

根据本发明，通过将同时包括降低规定频率ωa及其附近频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器传递函数进行等效变换，作为前馈型前置滤波器，得到能够实现不产生因运算的退位等而引起的电动机位置的收敛值误差、不需要运算误差校正且高定位精度的电动机控制方法及控制装置的有利效果。

根据本发明，通过根据反馈环内的状态量生成对指令进行推定的推定批定，将同时包括降低规定频率ωa及其附近频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器传递函数等效变换为常数项及前馈补偿项之和，使推定指令作用于前馈补偿项，决定内部补偿量，构成将该内部补偿量输入至反馈内部的内部构成型前置滤波器，则即使在指令生成单元及控制方框的构成改变自由度受到限制的情况下，也可以得到能够实现在不损害控制***的稳定性及响应性情况下抑制振动的电动机控制方法及控制装置的有利效果。

根据本发明，通过使规定频率ωa的增益。为可变，得到能够实现更提高振动抑制效果的电动机控制方法及控制装置的有利效果。

根据本发明，通过使前置滤波器、前馈型前置滤波器或内部构成型前置滤波器的抑制高频区增益的特性根据转矩指令T*是容易成为过大值的期间还是难以成为过大值的期间而变化，得到能够实现减少因抑制高频区增益的特性而引起响应性滞后的电动机控制方法及控制装置的有利效果。

根据本发明，通过前置滤波器单元、前馈型前置滤波器或内部构成型前置滤波器至少根据规定频率ωa自动决定抑制高频区增益的特性，得到能够自动实现响应性好的电动机控制方法及控制装置的有利效果。

根据本发明，通过前置滤波器单元、前馈型前置滤波器或内部构成型前置滤波器自动设定规定频率ωa，得到能够实现即使因控制对象的特性变动而引起振动频率改变也始终稳定并减小振动的电动机控制方法及控制装置的有效效果。

本发明是检测控制对象的振动，并根据该振动频率来决定规定的频率ωa。通过这样，得到能够实现自动进行最佳响应并包括快速响应性的电动机控制方法及控制装置的有利效果。

根据本发明，通过在振动频率自动设定时，根据电动机的振动频率来决定规定的频率ωa得到能够实现不用控制对象的振动检测单元、廉价的电动机控制方法及控制装置的有利效果。

根据本发明，通过在振动频率自动设定时，推定电动机及控制对象的数学模型，根据数学模型来决定规定的频率ωa，得到能够实现不用控制对象的振动检测单元、廉价的电动机控制方法及控制装置的有利效果。

根据本发明，通过所述滤波器同时包括降低从所述电动机输出的转矩起到电动机位置为止的***具有的***振频率附近的频率ωa及其其附近频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性，实现抑制控制对象的振动、包括快速响应性的控制方法及控制装置。

本发明的电动机控制方法及控制装置在将安装有电动机的装置作为控制对象时，能够适用于例如引线键合机、小芯片键合机、装配机、印刷机、多轴机器人或机床等因机械刚性低而容易产生振动的任意装置。通过这样，能够得到上述效果。

以上对发明在某种程度上比较详细地说明了理想的实施形态，但该理想形态现在所揭示的内容在构成的细小部分当然有变化的，各要素的组合及顺序的变化在不超出权利要求的发明范围及思想的情况下是能够实现的。

Claims (25)

1.一种电动机控制方法，其特征在于，包括

对电动机或与所述电动机连接的控制对象的指令进行输入的指令输入步骤，

使所述指令作用于同时具备降低所述控制对象容易产生振动的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器，并输出跟踪指令值的前置滤波器步骤，以及

进行控制使得所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪所述跟踪指令值的指令跟踪控制步骤。

2.一种电动机控制方法，其特征在于，包括

对电动机或与所述电动机连接的控制对象的指令进行输入的指令输入步骤，

将同时具备降低所述控制对象容易产生振动的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器传递函数等效变换为常数项与前馈补偿项之和，使所述指令作用于所述常数项后输出跟踪指令值，并使所述指令作用于前馈补偿项，输出前馈补偿项补偿量的前馈型前置滤波器步骤，以及

根据所述前馈补偿项补偿量及所述跟踪指令值进行控制，使得所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪所述跟踪指令值的指令跟踪控制步骤。

3.一种电动机控制方法，其特征在于，包括

对电动机或与所述电动机连接的控制对象的指令进行输入的指令输入步骤，

根据前馈补偿项补偿量及跟踪指令值进行控制，使得所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪根据所述指令的所述跟踪指令值的指令跟踪控制步骤，

输出根据所述指令跟踪控制步骤内部的状态量推定所述指令的推定指令的推定指令步骤，以及

将同时具备降低所述控制对象容易产生振动的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器传递函数等效变换为常数项及前馈补偿项之和，使所述推定指令作用于前馈补偿项后输出所述前馈补偿项补偿量的内部构成型前置滤波器步骤。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的电动机控制方法，其特征在于，

所述前置滤波器步骤、所述前馈型前置滤波器步骤或所述内部构成型前置滤波器步骤，在降低增益的特性中，特别将所述控制对象容易振动的频率的增益设为可变。

5.如权利要求1至3中的任一项所述的电动机控制方法，其特征在于，

所述前置滤波器步骤、所述前馈型前置滤波器步骤或所述内部构成型前置滤波器步骤，根据动作状态改变所述抑制高频区增益的特性。

6.如权利要求1至3中的任一项所述的电动机控制方法，其特征在于，

所述前置滤波器步骤、所述前馈型前置滤波器步骤或所述内部构成型前置滤波器步骤，根据至少决定所述控制对象容易产生振动的频率的参数，自动决定抑制高频区增益的特性。

7.如权利要求1至3中的任一项所述的电动机控制方法，其特征在于，

所述前置滤波器步骤、所述前馈型前置滤波器步骤或所述内部构成型前置滤波器步骤，包括自动设定所述控制对象容易产生振动的频率的振动频率自动设定步骤。

8.如权利要求7所述的电动机控制方法，其特征在于，

所述振动频率自动设定步骤，包括检测所述控制对象振动的振动检测步骤，以及根据检测的所述振动提取振动频率后决定所述控制对象容易产生振动的频率的频率决定步骤。

9.如权利要求7所述的电动机控制方法，其特征在于，

所述振动频率自动设定步骤根据所述电动机的振动频率，决定所述控制对象容易产生振动的频率。

10.如权利要求7所述的电动机控制方法，其特征在于，

所述振动频率自动设定步骤根据所述电动机的响应，推定所述电动机及所述控制对象的数学模型，再根据所述数学模型决定所述控制对象容易产生振动的频率。

11.如权利要求1至3中的任一项所述的电动机控制方法，其特征在于，

所述控制对象容易产生振动的频率为从所述电动机输出的转矩到所述电动机位置或速度为止的***具有的***振频率或其附近的较低的频率。

12.一种电动机控制方法，其特征在于，包括

对电动机或与电动连接的控制对象的指令进行输入的指令输入步骤，以及

进行控制，使所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪所述指令的控制步骤，

在所述控制步骤中，使所述指令作用于同时包括降低从所述电动机转矩到所述电动机位置或速度为止的***具有的***振频率或其附近的较低的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器，输出跟踪指令值，并进行控制，使得具有与所述电动机或所述控制对象的所述状态量跟踪所述跟踪指令值相同或等效特性。

13.一种电动机控制装置，其特征在于，包括

对电动机或与所述电动机连接的控制对象的指令进行输入的指令输入单元，

包括同时具备降低所述控制对象容易产生振动的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器，使所述指令作用于所述滤波器并输出跟踪指令值的前置滤波器单元，以及

进行控制，使得所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪所述跟踪指令的指令跟踪控制单元。

14.一种电动机控制装置，其特征在于，包括

对电动机或与所述电动机连接的控制对象的指令进行输入的指令输入单元，

将同时具备降低所述控制对象容易产生振动的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器传递函数等效变换为常数项与前馈补偿项之和，使所述指令作用于所述常数项后输出跟踪指令值，并使所述指令作用于前馈补偿项后输出前馈补偿项补偿量的前馈型前置滤波器单元，以及

根据所述前馈补偿项补偿量及所述跟踪指令值进行控制，使得所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪所述跟踪指令值的指令跟踪控制单元。

15.一种电动机控制装置，其特征在于，包括

对电动机或与所述电动机连接的控制对象的指令进行输入的指令输入单元，

根据前馈补偿项补偿量及跟踪指令值，进行控制，使得所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪根据所述指令的所述跟踪指令值的指令跟踪控制单元，

输出根据所述指令跟踪控制单元内部的状态量推定所述指令的推定指令的推定指令单元，以及

将同时具备降低所述控制对象容易产生振动的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器传递函数等效变换为常数项及前馈补偿项之和，使所述推定指令作用于所述前馈补偿项后输出所述前馈补偿项补偿量的内部构成型前置滤波器单元。

16.如权利要求13至15任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述前置滤波器单元、所述前馈型前置滤波器单元或所述内部构成型前置滤波器单元，在降低增益的特性中，特别将所述控制对象容易产生振动的频率的增益设为可变。

17.如权利要求13至15中的任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述前置滤波器单元、所述前馈型前置滤波器单元或所述内部构成型前置滤波器单元，根据动作状态改变所述抑制高频区增益的特性。

18.如权利要求13至15中的任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述前置滤波器单元、所述前馈型前置滤波器单元或所述内部构成型前置滤波器单元，根据至少决定所述控制对象容易产生振动的频率的参数，自动决定抑制高频区增益的特性。

19.如权利要求13至15中的任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述前置滤波器单元、所述前馈型前置滤波器单元或所述内部构成型前置滤波器单元，包括自动设定所述控制对象容易产生振动的频率的振动频率自动设定单元。

20.如权利要求19所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述振动频率自动设定单元，包括检测所述控制对象振动的振动检测单元，以及根据检测的所述振动提取振动频率后决定所述控制对象容易产生振动的频率的频率决定单元。

21.如权利要求19所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述振动频率自动设定单元根据所述电动机的振动频率，决定所述控制对象容易产生振动的频率。

22.如权利要求19所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述振动频率自动设定单元，根据所述电动机的响应，推定所述电动机及所述控制对象的数学模型，并根据所述数学模型，决定所述控制对象容易产生振动的频率。

23.如权利要求13至15中的任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述控制对象容易产生振动的频率为从所述电动机输出的转矩到所述电动机位置或速度为止的***具有的***振频率或其附近的较低的频率。

24.一种电动机控制装置，其特征在于，包括

对电动机或与电动连接的控制对象的指令进行输入的指令输入单元，以及

进行控制，使所述电动机或所述控制对象的状态量跟踪所述指令的控制单元，

所述控制单元，使所述指令作用于同时包括降低从所述电动机转矩到所述电动机位置或速度为止的***具有的***振频率或其附近的较低的频率的增益的特性及抑制高频区增益的特性的滤波器，输出跟踪指令值，并进行控制，使得具有与所述电动机或所述控制对象的所述状态量跟踪所述跟踪指令值相同或等效特性。

25.一种装置，其特征在于，

包括如权利要求13至15以及24中的任一项所述的控制装置。

Images