JP4166157B2

JP4166157B2 - Electric motor control device

Info

Publication number: JP4166157B2
Application number: JP2004001572A
Authority: JP
Inventors: 弘杉江; 英俊池田; 浩一郎上田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2004-01-07
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2024-01-07
Also published as: JP2005198404A

Description

この発明は、制御対象にふさわしい制御器を選択して用いる電動機制御装置に関するものである。 The present invention relates to an electric motor control device that selects and uses a controller suitable for an object to be controlled.

従来の電動機制御装置では、位置偏差を入力して位置決め時間と、オーバーシュート、サーボロック時の振動を診断する応答診断部と、応答診断結果に基づいて位置制御部と速度制御部、トルクフィルタ部、電流制御部、速度信号作成部、速度フィードフォワード制御部、トルクフィードフォワード補償部の調整を行うゲイン調整部と、調整されたゲインに基づいて再びモータを駆動するというサイクルを数回繰り返して、最適なゲインを自動的にチューニングし、所定の評価関数に基づいてチューニングを終了させるチューニング終了判定部とを備え、各制御器のパラメータを自動で調整していた。 In a conventional motor control device, a position diagnosing unit that inputs a position deviation, diagnoses vibration during positioning, overshoot, and servo lock, a position control unit, a speed control unit, and a torque filter unit based on the response diagnosis result The current controller, the speed signal generator, the speed feedforward controller, the gain adjuster for adjusting the torque feedforward compensator, and the cycle of driving the motor again based on the adjusted gain are repeated several times. A tuning end determination unit that automatically tunes the optimum gain and ends the tuning based on a predetermined evaluation function, and automatically adjusts the parameters of each controller.

特開２００３−６１３７７号公報JP 2003-61377 A

従来の電動機制御装置では、制御器のゲインを自動的に調整する機能を備えているが、多種多様な制御対象を高性能に制御するためには制御対象にふさわしい制御器を選択することが必要であるにもかかわらず、制御器を自動的に選択する機能は備えておらず、予め選択され設定された制御器を用いていた。このため、制御器の変更などの自由度が制約され、高精度で自由度の高い制御を得ることが困難であった。 Conventional motor control devices have a function to automatically adjust the gain of the controller, but in order to control a wide variety of control targets with high performance, it is necessary to select a controller suitable for the control target. However, the controller does not have a function of automatically selecting a controller, and a controller selected and set in advance is used. For this reason, the degree of freedom such as changing the controller is restricted, and it is difficult to obtain a highly accurate control with a high degree of freedom.

この発明は、上記のような問題点を改善するためになされたものであり、電動機制御装置を構成する各制御部で用いる制御器を、制御対象に応じて自動的に切り替え選択して設定することを可能にして、多種多様な制御対象を高性能に制御できる自由度の高い電動機制御装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to improve the above-described problems, and the controller used in each control unit constituting the motor control device is automatically switched, selected, and set according to the control target. It is an object of the present invention to provide a motor control device with a high degree of freedom that can control various types of control objects with high performance.

この発明に係る電動機制御装置は、位置指令を生成する指令発生部と、電動機を含む制御対象の位置を検出して位置検出信号を出力する検出器と、第１の選択信号により複数のフィードフォワード制御器の中から１つを切り替え選択し、上記位置指令を該選択されたフィードフォワード制御器へ入力しフィードフォワード信号を出力するフィードフォワード制御部と、第２の選択信号により複数のフィードバック制御器の中から１つを切り替え選択し、上記フィードフォワード信号および上記位置検出信号を該選択されたフィードバック制御器へ入力しトルク指令を出力するフィードバック制御部と、上記トルク指令を入力として電流制御を行い上記電動機を駆動して上記制御対象を動作させる電流制御部と、上記フィードフォワード制御器および上記フィードバック制御器を選択する上記選択信号を出力する調整装置とを備える。そして、該調整装置は、上記制御対象の機械構造、制御条件などの仕様を入力する仕様入力部と、周波数特性同定用の加振信号を上記フィードバック制御器へ入力し、該加振信号、加振動作時の上記トルク指令、上記位置検出信号、および入力された上記制御対象の仕様に基づいて、上記制御対象の周波数特性を含む特性を同定して上記制御対象のモデルを同定するモデル同定部と、該同定されたモデルに基づいて上記第１、第２の選択信号を出力する制御器選択部とを備えるものである。 An electric motor control device according to the present invention includes a command generation unit that generates a position command, a detector that detects a position of a control target including the electric motor and outputs a position detection signal, and a plurality of feedforwards based on a first selection signal. A feedforward control unit that switches and selects one of the controllers, inputs the position command to the selected feedforward controller, and outputs a feedforward signal; and a plurality of feedback controllers based on the second selection signal A feedback control unit that selects and selects one of the above, inputs the feedforward signal and the position detection signal to the selected feedback controller and outputs a torque command, and performs current control using the torque command as an input. A current control unit for driving the electric motor to operate the control target; and the feedforward controller And and an adjusting device for outputting the selection signal for selecting the feedback controller. Then, the adjustment device inputs a specification input unit for inputting specifications such as the mechanical structure to be controlled and control conditions, and an excitation signal for frequency characteristic identification to the feedback controller. A model identification unit that identifies a characteristic including the frequency characteristic of the controlled object based on the torque command, the position detection signal, and the input specification of the controlled object, and identifies the controlled object model based on the vibration operation And a controller selection unit that outputs the first and second selection signals based on the identified model.

この発明によると、制御対象の仕様、特性に応じてフィードフォワード制御器および上記フィードバック制御器を選択する選択信号を出力する調整装置を備えたため、制御対象にふさわしい制御器を自動選択して設定でき、多種多様な制御対象を高性能に制御できる自由度の高い電動機制御が実現できる。 According to the present invention, the feedforward controller and the adjusting device that outputs a selection signal for selecting the feedback controller according to the specification and characteristics of the control target are provided, so that a controller suitable for the control target can be automatically selected and set. Therefore, it is possible to realize motor control with a high degree of freedom capable of controlling a wide variety of controlled objects with high performance.

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電動機制御装置について以下に説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による電動機制御装置を示すブロック図である。
図１に示すように、電動機制御装置は、指令発生部１、主制御装置１５、制御器の選択及びケインの調整を行う調整装置１９および電動機１６を含む制御対象１８で構成される。主制御装置１５は、フィードフォワード制御部２、フィードバック制御部６、非線形補償部１０、電流制御部１４、およひ加振信号発生部２４で構成され、調整装置１９は、仕様入力部２０、モデル同定部２１、制御器選択部２２、およびケイン調整部２３で構成される。また、制御対象１８には検出器としての位置検出器１７が備えられる。 Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, an electric motor control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
1 is a block diagram showing an electric motor control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, the electric motor control device includes a command generation unit 1, a main control device 15, a control device 18 including an adjustment device 19 that performs controller selection and cane adjustment, and an electric motor 16. The main controller 15 includes a feedforward controller 2, a feedback controller 6, a nonlinear compensator 10, a current controller 14, and an excitation signal generator 24. The adjustment device 19 includes a specification input unit 20, It comprises a model identification unit 21, a controller selection unit 22, and a cane adjustment unit 23. The control object 18 is provided with a position detector 17 as a detector.

まず、主制御装置１５の構成および動作について説明する。
指令発生部１から位置指令がフィードフォワード制御部２に入力される。フィードフォワード制御部２は、複数（この場合３個）のフィードフォワード制御器４ａ〜４ｃ、フィードフォワード制御器入力切替スイッチ３およびフィードフォワード制御器出力切替スイッチ５を備え、調整装置１９内の制御器選択部２２からの選択信号により、例えば選択されたフィードフォワード制御器４ａに入力と出力が切り替えられる。フィードフォワード制御部２に入力された位置指令は、フィードフォワード制御器４ａに入力され、フィードフォワード制御器４ａでは、フィードフォワード信号としてのフィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、およびフィードフォワードトルク指令が演算されてフィードバック制御部６に出力される。 First, the configuration and operation of the main controller 15 will be described.
A position command is input from the command generator 1 to the feedforward controller 2. The feedforward control unit 2 includes a plurality of (in this case, three) feedforward controllers 4 a to 4 c, a feedforward controller input changeover switch 3, and a feedforward controller output changeover switch 5. By the selection signal from the selection unit 22, for example, the input and output are switched to the selected feedforward controller 4a. The position command input to the feedforward controller 2 is input to the feedforward controller 4a. The feedforward controller 4a receives a feedforward position command, a feedforward speed command, and a feedforward torque command as a feedforward signal. Calculated and output to the feedback control unit 6.

フィードバック制御部６は、複数（この場合６個）のフィードバック制御器８ａ〜８ｆ、フィードバック制御器入力切替スイッチ７およびフィードバック制御器出力切替スイッチ９を備え、調整装置１９内の制御器選択部２２からの選択信号により、例えば選択されたフィードバック制御器８ｂに入力と出力が切り替えられる。フィードバック制御部６には、フィードフォワード制御部２から出力されるフィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、およびフィードフォワードトルク指令、非線形補償部１０から出力される非線形補償トルク、位置検出器１７から出力される位置検出信号、および加振信号発生部２４から出力される加振信号が入力される。フィードバック制御部６に入力されたこれらの信号は、フィードバック制御器８ｂに入力され、フィードバック制御器８ｂでは、補償済みトルク指令が演算されて電流制御部１４に出力される。 The feedback controller 6 includes a plurality (six in this case) of feedback controllers 8 a to 8 f, a feedback controller input changeover switch 7, and a feedback controller output changeover switch 9, from the controller selection unit 22 in the adjustment device 19. In response to the selection signal, for example, input and output are switched to the selected feedback controller 8b. The feedback control unit 6 includes a feedforward position command, a feedforward speed command, and a feedforward torque command output from the feedforward control unit 2, a nonlinear compensation torque output from the nonlinear compensation unit 10, and an output from the position detector 17. The position detection signal and the vibration signal output from the vibration signal generator 24 are input. These signals input to the feedback control unit 6 are input to the feedback controller 8b, and a compensated torque command is calculated and output to the current control unit 14 in the feedback controller 8b.

非線形補償部１０は、複数（この場合３個）の非線形補償器１２ａ〜１２ｃ、非線形補償器入力切替スイッチ１１および非線形補償器出力切替スイッチ１３を備え、調整装置１９内の制御器選択部２２からの選択信号により、例えば選択された非線形補償器１２ｂに入力と出力が切り替えられる。なお、選択信号により非線形補償器１２ａ〜１２ｃに接続しない状態に切り替える場合もある。非線形補償部１０には、指令発生部１から与えられる外部補償トルク、フィードフォワード制御部２から出力されるフィードフォワード位置指令、位置検出器１７から出力される位置検出信号が入力される。非線形補償部１０に入力されたこれらの信号は、非線形補償器１２ｂに入力され、非線形補償器１２ｂでは、非線形補償トルクが演算されてフィードバック制御部６に出力される。 The nonlinear compensator 10 includes a plurality (three in this case) of nonlinear compensators 12 a to 12 c, a nonlinear compensator input changeover switch 11, and a nonlinear compensator output changeover switch 13, and includes a controller selection unit 22 in the adjustment device 19. For example, the input and output are switched to the selected non-linear compensator 12b. In some cases, the selection signal may be switched to a state where the nonlinear compensators 12a to 12c are not connected. The non-linear compensator 10 receives an external compensation torque given from the command generator 1, a feedforward position command outputted from the feedforward controller 2, and a position detection signal outputted from the position detector 17. These signals input to the nonlinear compensator 10 are input to the nonlinear compensator 12b. The nonlinear compensator 12b calculates a nonlinear compensation torque and outputs it to the feedback controller 6.

電流制御器１４はフィードバック制御部６から出力された補償済みトルク指令を入力として、該補償済みトルク指令に基づいて電動機１６を駆動して電動機１６が含まれる制御対象１８を動作させる。そして、制御対象１８に備えられた検出器１７からの位置検出信号がフィードバック制御部６と非線形補償部１０に出力される。
なお、フィードフォワード制御部２、フィードバック制御部６、非線形補償部１０では、まず、例えば、フィードフォワード制御器４ａ、フィードバック制御器８ａ、非線形補償器１２ａに初期設定して動作させ、調整装置１９により、後述するモデル同定を用いて決定される選択信号により所望の機器に切り替える。 The current controller 14 receives the compensated torque command output from the feedback control unit 6 and drives the motor 16 based on the compensated torque command to operate the control target 18 including the motor 16. Then, a position detection signal from the detector 17 provided in the control target 18 is output to the feedback control unit 6 and the nonlinear compensation unit 10.
In the feedforward control unit 2, the feedback control unit 6, and the nonlinear compensation unit 10, first, for example, the feedforward controller 4a, the feedback controller 8a, and the nonlinear compensator 12a are initially set and operated, and the adjustment device 19 Then, switching to a desired device is performed by a selection signal determined using model identification described later.

次に調整装置１９の構成および動作について説明する。
仕様入力部２０では、制御対象１８の制御目的、機械構造、伝達機構、制約条件、検出器について、全てあるいは一部からなる仕様が入力される。図２に仕様入力部２０の構成を示す。制御目的は始点と終点のみが与えられる位置決め、常に指令値に追従する必要のある軌跡制御、ベルトコンベアや印刷機などの速度を一定に保つ速度制御、その他から選択して入力する。機械構造については、XYテーブルなどの直線運動、ロボットなどのリンク機構、ベルトコンベア、印刷機などのドラム、その他から選択する。伝達機構については、ボールネジ、歯車、ベルト、リニアモータやダイレクトドライブモータなどのダイレクト、その他から１つ、あるいは複数を選択する。検出器については、負荷側エンコーダ、リニアスケール、圧力センサ、モータのみから選択する。制約条件については、最大加速度、最大速度、許容誤差、許容オーバシュート量を数値で入力する。 Next, the configuration and operation of the adjusting device 19 will be described.
In the specification input unit 20, a specification including all or part of the control purpose, the mechanical structure, the transmission mechanism, the constraint condition, and the detector of the control target 18 is input. FIG. 2 shows the configuration of the specification input unit 20. The control purpose is selected and input from positioning given only the start point and end point, trajectory control that always needs to follow the command value, speed control that keeps the speed of the belt conveyor or printing machine constant, and others. The mechanical structure is selected from a linear motion such as an XY table, a link mechanism such as a robot, a belt conveyor, a drum such as a printing machine, and others. For the transmission mechanism, one or more of ball screws, gears, belts, directs such as linear motors and direct drive motors, and the like are selected. The detector is selected only from the load side encoder, linear scale, pressure sensor, and motor. For the constraint conditions, the maximum acceleration, maximum speed, allowable error, and allowable overshoot amount are input as numerical values.

モデル同定部２１では、主制御装置１５内の加振信号発生部２４に加振周波数範囲と振幅を指定する指令信号を出力して、フィードバック制御部６に加振信号発生部２４から加振信号を与える。これにより加振動作時にフィードバック制御部６から出力される補償済みトルク指令と位置検出器１７から出力される位置検出信号とをモデル同定部２１に入力し、モデル同定部２１では制御対象１８の周波数特性を演算し、演算された周波数特性を剛体、２慣性、３慣性のいずれか最も近い参照モデルへの当てはめを行う。また、モデル同定部２１は、入力された仕様に基づいて典型的な動作における位置指令を指令発生部１に生成させて主制御装置１５を動作させ、その時の補償済みトルク指令と位置検出信号が入力される。高加速度運動時の補償済みトルク指令と位置検出信号からはイナーシャが、低加速度運動時の補償済みトルク指令と位置検出信号からは外乱特性が演算される。このように、モデル同定部２１では、仕様、周波数特性、参照モデル、イナーシャ、外乱特性から成る制御対象１８のモデルを同定する。 In the model identification unit 21, a command signal for designating an excitation frequency range and amplitude is output to the excitation signal generation unit 24 in the main controller 15, and the excitation signal is output from the excitation signal generation unit 24 to the feedback control unit 6. give. Thus, the compensated torque command output from the feedback control unit 6 and the position detection signal output from the position detector 17 during the vibration operation are input to the model identification unit 21, and the model identification unit 21 controls the frequency of the control target 18. The characteristic is calculated, and the calculated frequency characteristic is applied to the closest reference model of rigid body, two inertia, or three inertia. Further, the model identification unit 21 causes the command generation unit 1 to generate a position command in a typical operation based on the input specification, and operates the main controller 15, and the compensated torque command and the position detection signal at that time are Entered. Inertia is calculated from the compensated torque command and position detection signal during high acceleration motion, and disturbance characteristics are calculated from the compensated torque command and position detection signal during low acceleration motion. As described above, the model identification unit 21 identifies a model of the control target 18 including specifications, frequency characteristics, reference models, inertia, and disturbance characteristics.

モデル同定部２１による加振信号の指令および、周波数特性の演算は、まず広い周波数範囲の小さい振幅を指定して加振を行い、位置検出信号から計算される速度と補償済みトルク指令との相関値を計算し、相関値が十分大きくなるまで徐々に振幅を大きくして周波数特性の同定を行う。次に、広い周波数範囲での同定結果に基づいて、共振周波数および***振周波数近傍の狭い周波数範囲を指定し、分解能を高くした十分な振幅を持つ加振信号で周波数特性の同定を再度行う。このように同定動作を繰り返し、共振周波数および***振周波数を正確に同定する。
制御対象１８がXYテーブルやリンク機構である場合にはXYテーブルの位置やリンク機構の姿勢を何通りか変化させて周波数特性の同定を実施して、位置や姿勢による変動量を計測する。また、ワークの搭載などにより負荷が変動する場合には、ワークを搭載した状態と、ワークを搭載しない状態での周波数特性の同定を実施して変動量を把握する。 For the command of the vibration signal and the calculation of the frequency characteristic by the model identification unit 21, first, the vibration is specified by specifying a small amplitude in a wide frequency range, and the correlation between the speed calculated from the position detection signal and the compensated torque command The value is calculated and the frequency characteristic is identified by gradually increasing the amplitude until the correlation value becomes sufficiently large. Next, based on the identification result in a wide frequency range, a narrow frequency range in the vicinity of the resonance frequency and the anti-resonance frequency is designated, and the frequency characteristics are identified again with an excitation signal having a sufficient amplitude with high resolution. In this way, the identification operation is repeated to accurately identify the resonance frequency and the anti-resonance frequency.
When the control target 18 is an XY table or a link mechanism, the frequency characteristics are identified by changing the position of the XY table and the posture of the link mechanism in several ways, and the amount of variation due to the position and posture is measured. In addition, when the load fluctuates due to the mounting of a workpiece or the like, the frequency characteristics are identified in a state where the workpiece is mounted and in a state where the workpiece is not mounted, thereby grasping the variation amount.

モデル同定部２１にて同定された周波数特性は、制御器選択部２２に転送されると共に指令発生部１にも転送され、指令発生部１ではモデルの周波数特性に基づいて、加減速時間の調整や移動平均フィルタの段数調整により、制御対象１８の共振周波数を含まないような速度指令パターンを生成し、位置指令に変換して出力する。
制御器選択部２２では、モデル同定部２１から出力される仕様、周波数特性、参照モデル、イナーシャ、外乱特性が入力され、それらに基づいてフィードフォワード制御器４ａ〜４ｃ、フィードバック制御器８ａ〜８ｆ、および非線形補償器１２ａ〜１２ｃをそれぞれ選択する選択信号を出力する。 The frequency characteristic identified by the model identification unit 21 is transferred to the controller selection unit 22 and also to the command generation unit 1, and the command generation unit 1 adjusts the acceleration / deceleration time based on the model frequency characteristic. Also, by adjusting the number of stages of the moving average filter, a speed command pattern that does not include the resonance frequency of the controlled object 18 is generated, converted into a position command, and output.
The controller selection unit 22 receives the specifications, frequency characteristics, reference model, inertia, and disturbance characteristics output from the model identification unit 21, and based on them, feedforward controllers 4a to 4c, feedback controllers 8a to 8f, And a selection signal for selecting each of the nonlinear compensators 12a to 12c.

ゲイン調整部２３では、制御器選択部２２から出力される選択信号に基づいて、選択されるフィードフォワード制御器４ａ〜４ｃ、フィードバック制御器８ａ〜８ｆ、非線形補償器１２ａ〜１２ｃ、および電流制御器に含まれるトルクフィルタのゲインを調整する。このゲインの調整は、まず、仕様、周波数特性、参照モデル、イナーシャ、外乱特性に基づいて初期ゲインを設定する。次に初期ゲインを用いた制御動作を実行し、フィードバック制御部６から出力される補償済みトルク指令と位置検出器１７から出力される位置検出信号とをゲイン調整部２３に入力し、動作確認を行う。許容されないオーバーシュートや振動が認められる場合にはゲインの変更と動作確認を繰り返してゲインを調整し最終ゲインを設定する。 In the gain adjustment unit 23, the feedforward controllers 4a to 4c, the feedback controllers 8a to 8f, the nonlinear compensators 12a to 12c, and the current controller that are selected based on the selection signal output from the controller selection unit 22 The gain of the torque filter included in is adjusted. In this gain adjustment, first, an initial gain is set based on specifications, frequency characteristics, reference models, inertia, and disturbance characteristics. Next, a control operation using the initial gain is executed, and the compensated torque command output from the feedback control unit 6 and the position detection signal output from the position detector 17 are input to the gain adjustment unit 23 to confirm the operation. Do. If unacceptable overshoot or vibration is recognized, the gain is adjusted by repeating the gain change and operation check to set the final gain.

次に主制御装置１５内のフィードフォワード制御部２の詳細について説明する。
調整装置１９内の制御部選択部２２からの選択信号により、フィードフォワード制御部２は、１つのフィードフォワード制御器４ａ〜４ｃを選択するが、この選択は、モデル同定部２１から出力される参照モデルに応じて、剛体、２慣性、３慣性モデル用フィードフォワード制御器４ａ〜４ｃを選択する。図３はフィードフォワード制御部２の詳細を説明するブロック図である。なお、ｓはラプラス演算子を示す。
フィードフォワード制御器４ａは、剛体モデル用のフィードフォワード制御器であり、位置指令を目標応答周波数ω_０を含む４次のローパスフィルタに通したものを位置フィードフォワード指令θr、位置フィードフォワード指令θrを微分したものを速度フィードフォワード指令ωr、速度フィードフォワード指令ωrを微分して制御対象１８から同定されたモデルイナーシャＪmを掛けたものをトルクフィードフォワード指令τrとして、フィードフォワード信号（位置フィードフォワード指令θr、速度フィードフォワード指令ωr、トルクフィードフォワード指令τr）を出力する。 Next, details of the feedforward control unit 2 in the main controller 15 will be described.
The feedforward control unit 2 selects one of the feedforward controllers 4 a to 4 c according to a selection signal from the control unit selection unit 22 in the adjustment device 19. This selection is a reference output from the model identification unit 21. Depending on the model, the feedforward controllers 4a to 4c for the rigid body, the two-inertia, and the three-inertia model are selected. FIG. 3 is a block diagram illustrating details of the feedforward control unit 2. Note that s represents a Laplace operator.
The feedforward controller 4a is a rigid body model feedforward controller, and a position feedforward command θr and a position feedforward command θr obtained by passing a position command through a fourth-order low-pass filter including a target response frequency ω ₀ The differentiated speed feedforward command ωr and the speed feedforward command ωr differentiated and multiplied by the model inertia Jm identified from the controlled object 18 are used as the torque feedforward command τr, and the feedforward signal (position feedforward command θr , Speed feed forward command ωr, torque feed forward command τr).

フィードフォワード制御器４ｂは、２慣性モデル用のフィードフォワード制御器であり、位置指令を目標応答周波数ω_０を含む４次のローパスフィルタと、同定されたモデルの***振周波数ωz、粘性係数ｃを含む２次フィルタとに通したものを位置フィードフォワード指令θr、位置フィードフォワード指令θrを微分したものを速度フィードフォワード指令ωr、位置指令を目標応答周波数ω_０を含む４次のローパスフィルタと、同定されたモデルの共振周波数ωp、粘性係数ｃを含む２次フィルタとに通したものを２階微分してモデルイナーシャＪmを掛けたものをトルクフィードフォワード指令τrとしてフィードフォワード信号を出力する。
フィードフォワード制御器４ｃは、３慣性モデル用のフィードフォワード制御器であり、位置指令を目標応答周波数ω_０、モデルの共振周波数ωp_２、粘性係数ｃ_２を含む６次のフィルタと、モデルの***振周波数ωz、粘性係数ｃを含む２次フィルタとに通したものを位置フィードフォワード指令θr、位置フィードフォワード指令θrを微分したものを速度フィードフォワード指令ωr、目標応答周波数ω_０、モデルの共振周波数ωp_２、粘性係数ｃ_２を含む６次のフィルタと、もう一方のモデルの共振周波数ωp、粘性係数ｃを含む２次フィルタとに通したものを２階微分してモデルイナーシャＪmを掛けたものをトルクフィードフォワード指令τrとしてフィードフォワード信号を出力する。 Feedforward controller 4b is a feedforward controller for two-inertia model, and fourth-order low-pass filter including a target response frequency omega ₀ a position command, the anti-resonance frequency ωz of the identified model, the viscosity coefficient c position feedforward command θr what passed through the secondary filter containing the position feedforward command θr velocity feedforward command ωr the a differentiated, and fourth-order low-pass filter including a target response frequency omega ₀ a position command, identified A feedforward signal is output as a torque feedforward command τr, which is obtained by second-order differentiation of the model passed through the secondary filter including the resonance frequency ωp and the viscosity coefficient c and multiplied by the model inertia Jm.
The feedforward controller 4c is a feedforward controller for a three-inertia model, and includes a 6th order filter including a position command as a target response frequency ω ₀ , a model resonance frequency ωp ₂ , a viscosity coefficient c ₂ , and an anti-model response. Resonance frequency ωz, passed through secondary filter including viscosity coefficient c, position feedforward command θr, differentiated position feedforward command θr, velocity feedforward command ωr, target response frequency ω ₀ , model resonance frequency What passed through the 6th order filter including ωp ₂ and the viscosity coefficient c ₂ and the second order filter including the resonance frequency ωp and the viscosity coefficient c of the other model and multiplied by the model inertia Jm Is output as a torque feedforward command τr.

次に主制御装置１５内のフィードバック制御部６の詳細について説明する。
調整装置１９内の制御部選択部２２からの選択信号により、フィードバック制御部６は、１つのフィードバック制御器８ａ〜８ｆを選択する。フィードバック制御部６には、検出器（位置検出器１７）がモータエンコーダだけの場合のフィードバック制御器８ａ、８ｂ、８ｃと、検出器がモータエンコーダと負荷側のリニアスケールなどの検出器とがある場合のフィードバック制御器８ｄ、８ｅ、８ｆが備えられている。 Next, details of the feedback control unit 6 in the main controller 15 will be described.
The feedback control unit 6 selects one feedback controller 8a to 8f based on a selection signal from the control unit selection unit 22 in the adjustment device 19. The feedback controller 6 includes feedback controllers 8a, 8b, and 8c when the detector (position detector 17) is only a motor encoder, and the detector is a motor encoder and a detector such as a load-side linear scale. The case feedback controllers 8d, 8e, 8f are provided.

図４はフィードバック制御部６の詳細を説明するブロック図である。検出器がモータエンコーダだけの場合で、重力や摩擦以外の外乱が作用している場合には外乱抑制機能を持つフィードバック制御器８ｂが選択される。検出器がモータエンコーダだけの場合で、モデルが２慣性に近似でき、かつ、モデルの共振周波数とモデルの***振周波数が一定の割合にある場合には外乱オブザーバを含むフィードバック制御器８ｃが選択される。それら以外で検出器がモータエンコーダだけの場合には、フィードバック制御器８ａが選択される。
負荷側にも検出器がある場合で、電動機１６と負荷との間に機械共振が１つだけ存在する場合には状態フィードバックを行うフィードバック制御器８ｆが選択される。電動機１６と負荷との間に複数の機械共振が存在する場合には、ハイパスフィルタを通した電動機側位置検出値と、ローパスフィルタを通した負荷側位置検出値を位置フィードバックに用いるフィードバック制御器８ｅが選択される。それら以外で負荷側にも検出器がある場合には、フィードバック制御器８ｄが選択される。 FIG. 4 is a block diagram illustrating details of the feedback control unit 6. When the detector is only a motor encoder and a disturbance other than gravity and friction is applied, the feedback controller 8b having a disturbance suppressing function is selected. When the detector is only a motor encoder and the model can be approximated to two inertias, and the model resonance frequency and the model anti-resonance frequency are at a certain ratio, the feedback controller 8c including the disturbance observer is selected. The Otherwise, if the detector is only a motor encoder, the feedback controller 8a is selected.
When there is a detector on the load side and there is only one mechanical resonance between the motor 16 and the load, the feedback controller 8f that performs state feedback is selected. When there are a plurality of mechanical resonances between the motor 16 and the load, the feedback controller 8e uses the motor side position detection value passed through the high pass filter and the load side position detection value passed through the low pass filter for position feedback. Is selected. In addition, when there is a detector on the load side, the feedback controller 8d is selected.

フィードバック制御器８ａでの制御演算を以下に説明する。
位置フィードフォワード指令θrから電動機側位置検出値θmを減算したものに位置比例ゲインKpを積算して速度指令を生成する。この速度指令に速度フィードフォワード指令ωrに速度フィードフォワードゲインFFvを積算したものを加算し、さらに電動機側位置検出値θmの微分値を減算して速度誤差信号を生成する。速度誤差信号に速度比例ゲインKvを積算したものと、速度誤差信号の積分値に速度比例ゲインKvと速度積分ゲインKiを積算したものとを加算してトルク指令を計算する。このトルク指令に、トルクフィードフォワード指令τrと、非線形補償部１０からの出力である非線形補償トルクτcを加算したものを、補償済みトルク指令τ*として出力する。 The control calculation in the feedback controller 8a will be described below.
A speed command is generated by adding a position proportional gain Kp to a value obtained by subtracting the motor side position detection value θm from the position feedforward command θr. A speed error signal is generated by adding the speed feedforward command ωr to the speed feedforward gain FFv and adding the differential value of the motor side position detection value θm to the speed command. The torque command is calculated by adding the speed error gain Kv integrated to the speed error signal and the speed error signal integrated value adding the speed proportional gain Kv and the speed integral gain Ki. The torque command obtained by adding the torque feedforward command τr and the nonlinear compensation torque τc output from the nonlinear compensation unit 10 is output as the compensated torque command τ *.

フィードバック制御器８ｂはフィードバック制御器８ａのトルク指令演算を変更したものである。速度誤差信号に速度比例ゲインKvを積算したものと、速度誤差信号の積分値に速度比例ゲインKvと速度積分ゲインKiを積算したものとの加算値に、この加算値を時定数ωdのローパスフィルタに通したものに第２の速度比例ゲインKv_２を積算したものを加算したものをトルク指令とする。他の部分はフィードバック制御器８ａと同様である。
フィードバック制御器８ｃは、フィードバック制御器８ａに外乱オブザーバを追加したものである。補償済みトルク指令τ*から電動機側位置検出値θmの２階微分値に電動機側イナーシャＪ_Ｍを積算したものを減算し、時定数ωq、ゲインKoのローパスフィルタに通して推定外乱を演算する。トルク指令に、トルクフィードフォワード指令τrと非線形補償トルクτcと推定外乱を加算したものを補償済みトルク指令τ*として出力する。他の部分はフィードバック制御器８ａと同様である。 The feedback controller 8b is obtained by changing the torque command calculation of the feedback controller 8a. A low-pass filter with a time constant ωd is added to the sum of the speed error signal integrated with the speed proportional gain Kv and the integrated value of the speed error signal with the speed proportional gain Kv and the speed integral gain Ki integrated. those obtained by adding a material obtained by integrating the second speed proportional gain Kv ₂ to a torque command to that through. Other parts are the same as those of the feedback controller 8a.
The feedback controller 8c is obtained by adding a disturbance observer to the feedback controller 8a. Subtracts those from compensated torque command tau * by integrating the electric motor side inertia J _M in second order differential value of the motor-side position detection value .theta.m, the time constant Omegaq, through a low-pass filter gain Ko calculates the estimated disturbance. A torque command plus a torque feedforward command τr, a nonlinear compensation torque τc, and an estimated disturbance is output as a compensated torque command τ *. Other parts are the same as those of the feedback controller 8a.

フィードバック制御器８ｄは、位置フィードフォワード指令θrから負荷側位置検出値θlを減算したものに位置比例ゲインKpを積算して速度指令を生成する。この速度指令に速度フィードフォワード指令ωrに速度フィードフォワードゲインFFvを積算したものを加算し、さらに電動機側位置検出値θmの微分値を減算して速度誤差信号を生成する。他の部分はフィードバック制御器８ａと同様である。
フィードバック制御器８ｅは、位置フィードフォワード指令θrから、負荷側位置検出値θlを時定数ωLのローパスフィルタに通したものと電動機側位置検出値θmを時定数ωLのハイパスフィルタに通したものとの加算値を減算したものに、位置比例ゲインKpを積算して速度指令を生成する。他の部分はフィードバック制御器８ａと同様である。
フィードバック制御器８ｆは、負荷側位置検出値θlからモータ側位置検出値θmを減算して捻れ量を計算する。この捻れ量に捻れ位置ゲインKspを積算したものと、捻れ量の微分値に捻れ速度ゲインKsvを積算したものとの加算値に、速度誤差信号に速度比例ゲインKvをを積算したものと、速度誤差信号の積分値に速度比例ゲインKvと速度積分ゲインKiとを積算したものとを加算してトルク指令を計算する。他の部分はフィードバック制御器８ａと同様である。 The feedback controller 8d generates a speed command by adding a position proportional gain Kp to a value obtained by subtracting the load-side position detection value θl from the position feedforward command θr. A speed error signal is generated by adding the speed feedforward command ωr to the speed feedforward gain FFv and adding the differential value of the motor side position detection value θm to the speed command. Other parts are the same as those of the feedback controller 8a.
From the position feedforward command θr, the feedback controller 8e is configured such that the load side position detection value θl is passed through a low-pass filter with a time constant ωL and the motor side position detection value θm is passed through a high-pass filter with a time constant ωL. A speed command is generated by adding the position proportional gain Kp to the value obtained by subtracting the added value. Other parts are the same as those of the feedback controller 8a.
The feedback controller 8f calculates the twist amount by subtracting the motor side position detection value θm from the load side position detection value θl. The sum of the twist position gain Ksp and the twist value derivative plus the twist speed gain Ksv added to the twist amount, the speed proportional gain Kv added to the speed error signal, and the speed The torque command is calculated by adding the integrated value of the error signal to the sum of the speed proportional gain Kv and the speed integral gain Ki. Other parts are the same as those of the feedback controller 8a.

次に主制御装置１５内の非線形補償部１０の詳細について説明する。
調整装置１９内の制御部選択部２２からの選択信号により、非線形補償部１０は、１つの非線形補償器１２ａ〜１２ｃ、あるいは何も接続しない状態を選択する。
非線形補償部１０には、摩擦補償用の非線形補償器１２ａ、重力補償用の非線形補償器１２ｂ、および外部入力用の非線形補償器１２ｃが備えられる。制御対象１８の外乱特性の同定結果に基づいて、電動機１６の移動方向に応じて符号が変化する摩擦が作用している場合には非線形補償器１２ａを選択する。また、重力が作用している場合には非線形補償器１２ｂを選択する。ワークの搭載／非搭載によりイナーシャが変動する場合や、リンク機構で状態によりイナーシャが変動する場合で、指令発生部１から外部補償トルクが与えられる場合には、非線形補償器１２ｃを選択する。外乱がない場合には非接続を選択する。 Next, details of the nonlinear compensator 10 in the main controller 15 will be described.
Based on a selection signal from the control unit selection unit 22 in the adjustment device 19, the nonlinear compensation unit 10 selects one nonlinear compensator 12a to 12c or a state in which nothing is connected.
The non-linear compensator 10 includes a non-linear compensator 12a for friction compensation, a non-linear compensator 12b for gravity compensation, and a non-linear compensator 12c for external input. Based on the identification result of the disturbance characteristic of the controlled object 18, the nonlinear compensator 12 a is selected when the friction whose sign changes according to the moving direction of the electric motor 16 is acting. Further, when the gravity acts, the nonlinear compensator 12b is selected. When the inertia varies due to the mounting / non-mounting of the workpiece, or when the inertia varies depending on the state of the link mechanism, and the external compensation torque is applied from the command generator 1, the nonlinear compensator 12c is selected. If there is no disturbance, disconnect is selected.

図５は非線形補償部１０の詳細を説明するブロック図である。
非線形補償器１２ａは、位置フィードフォワード指令θrあるいは電動機側位置検出値θmを位置信号θとして入力し、位置信号θの微分値の符号を符号判別関数sign(・)で判別し、判別した０か１か−1の符号信号に摩擦補償ゲインfrcを積算して非線形補償トルクτcとして出力する。符号判別関数sign(・)は、初期出力が０で、入力が正の場合には１を、入力が負の場合には−１を、入力が０の場合にはそれまでと同じ値を出力する関数である。
非線形補償器１２ｂは、常時一定の重力補償トルクGrvを非線形補償トルクτcとして出力する。
非線形補償器１２ｃは、外部から入力される外部補償トルクτoをそのまま非線形補償トルクτcとして出力する。 FIG. 5 is a block diagram illustrating details of the nonlinear compensation unit 10.
The non-linear compensator 12a receives the position feedforward command θr or the motor side position detection value θm as the position signal θ, and determines the sign of the differential value of the position signal θ by the code determination function sign (·). The friction compensation gain frc is added to the sign signal of 1 or −1 and output as a nonlinear compensation torque τc. The sign discrimination function sign (•) outputs 0 when the initial output is 0 and the input is positive, -1 when the input is negative, and the same value as before when the input is 0 Function.
The nonlinear compensator 12b always outputs a constant gravity compensation torque Grv as the nonlinear compensation torque τc.
The nonlinear compensator 12c outputs the external compensation torque τo input from the outside as it is as the nonlinear compensation torque τc.

以上のように、この実施の形態では、調整装置１９により、フィードフォワード制御器４ａ〜４ｃ、フィードバック制御器８ａ〜８ｆ、非線形補償器１２ａ〜１２ｃの構造を自動で選択するため、各制御部２、６、１０で用いる制御器を、制御対象１８に応じて自動的に切り替え選択して設定することが可能になり、多種多様な制御対象１８を高性能に制御できる自由度の高い電動機制御が実現できる。
また、仕様入力部２０の一部が選択式入力であるため、簡単な操作で制御対象１８に関する仕様情報を入力することができ、操作性が良く自動化が促進できる。
さらに、モデル同定部２１は、位置検出信号から計算される速度と補償済みトルク指令との相関度を確認しながら振幅を大きくし、また計測周波数帯域を限定した高分解能なモデル同定動作を繰り返し実施するため、制御対象１８の周波数特性を高精度に同定することができる。
また、モデル同定部２１が同定した周波数特性を指令発生部１に転送し、指令発生部１が同定した周波数特性に基づいて指令を発生するため、制御対象１８の振動を抑制することが可能となり、制御対象１８を高速高精度に動作させることができる。 As described above, in this embodiment, the control device 2 automatically selects the structures of the feedforward controllers 4a to 4c, the feedback controllers 8a to 8f, and the nonlinear compensators 12a to 12c by the adjusting device 19. , 6, and 10 can be automatically switched and set according to the control object 18, and motor control with a high degree of freedom that can control a wide variety of control objects 18 with high performance. realizable.
Further, since a part of the specification input unit 20 is a selective input, the specification information related to the control target 18 can be input with a simple operation, and the operability is good and automation can be promoted.
Further, the model identification unit 21 increases the amplitude while confirming the degree of correlation between the speed calculated from the position detection signal and the compensated torque command, and repeatedly performs a high-resolution model identification operation with a limited measurement frequency band. Therefore, the frequency characteristic of the controlled object 18 can be identified with high accuracy.
Moreover, since the frequency characteristic identified by the model identification unit 21 is transferred to the command generation unit 1 and a command is generated based on the frequency characteristic identified by the command generation unit 1, it is possible to suppress the vibration of the controlled object 18. The control object 18 can be operated at high speed and high accuracy.

またさらに、調整装置１９において、各制御部２、６、１０で用いる制御器及び電流制御器１４で用いるゲインの自動調整を行うようにしたため、制御器の選択、および各制御器で用いるゲインの調整の双方を自動設定でき、一層自動化が促進された高精度で自由度の高い電動機制御が得られる。
さらに、ゲイン調整部２３は同定されたモデルに基づいて制御系ゲインの初期値を設定した後に、動作確認を行いながらゲインを微調整を実施するため、同定されたモデルに誤差が含まれている場合でも、適切なゲインを設定することができる。 Furthermore, since the adjustment device 19 automatically adjusts the gains used in the controllers and current controllers 14 used in the control units 2, 6, and 10, the controller selection and the gain used in each controller are adjusted. Both adjustments can be set automatically, and motor control with a high degree of freedom and a high degree of freedom can be obtained with further automation.
Furthermore, since the gain adjustment unit 23 performs the fine adjustment of the gain while checking the operation after setting the initial value of the control system gain based on the identified model, an error is included in the identified model. Even in this case, an appropriate gain can be set.

なお、上記実施の形態は、非線形補償部１０を備えていない電流制御装置にも適用でき、その場合、外乱がなくフィードバック制御部６での制御において外乱を考慮しない場合は、モデル同定部２１で制御対象１８の外乱特性を同定しなくて良い。 The above embodiment can also be applied to a current control device that does not include the nonlinear compensation unit 10. In this case, when there is no disturbance and the disturbance is not considered in the control by the feedback control unit 6, the model identification unit 21 It is not necessary to identify the disturbance characteristics of the controlled object 18.

実施の形態２．
上記実施の形態１では、フィードフォワード制御部２、フィードバック制御部６、非線形補償部１０は、それぞれ複数の機器構成と入力切替スイッチ、出力切替スイッチとを備えて、調整装置１９内の制御器選択部２２からの選択信号により、選択された機器に入力と出力を切り替えていたが、フィードフォワード制御部２、フィードバック制御部６、および非線形補償部１０を、それぞれ複数のパラメータを切り替え選択できる１つの機器で構成して、同様の制御を実現することができる。
図６は、この発明の実施の形態２による電動機制御装置を示すブロック図である。
図に示すように、主制御装置１５ａにおいて、フィードフォワード制御部２ａをフィードフォワード制御器４ｄで構成し、フィードバック制御部６ａをフィードバック制御器８ｇで構成し、非線形補償部１０ａを非線形補償器１２ｄで構成する。その他の部分は、上記実施の形態１で示したものと同様である。この実施の形態では、フィードフォワード制御部２ａ、フィードバック制御部６ａ、非線形補償部１０ａを、それぞれ物理的な回路構成として１つの機器で構成し、それぞれ複数のパラメータ（ゲイン）を切り替え選択することで、複数の機器機能を実現させる。 Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, each of the feedforward control unit 2, the feedback control unit 6, and the nonlinear compensation unit 10 includes a plurality of device configurations, an input changeover switch, and an output changeover switch. Although the input and output are switched to the selected device by the selection signal from the unit 22, the feedforward control unit 2, the feedback control unit 6, and the nonlinear compensation unit 10 can select and switch a plurality of parameters, respectively. The same control can be realized by configuring with equipment.
FIG. 6 is a block diagram showing an electric motor control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
As shown in the figure, in the main controller 15a, the feedforward control unit 2a is composed of a feedforward controller 4d, the feedback control unit 6a is composed of a feedback controller 8g, and the nonlinear compensator 10a is composed of a nonlinear compensator 12d. Constitute. Other parts are the same as those shown in the first embodiment. In this embodiment, the feedforward control unit 2a, the feedback control unit 6a, and the non-linear compensation unit 10a are each configured as one physical circuit configuration by switching between a plurality of parameters (gains). Realize multiple device functions.

図７はフィードフォワード制御器４ｄの構成を示すブロック図である。ここで、Tp_２（＝１／ωp_２）、Tp（＝１／ωp）は制御対象１８の共振周期、Tz（＝１／ωz）は制御対象１８の***振周期、ｃ、ｃ_２は粘性係数である。制御対象１８が剛体に近似できる場合には、ｃ_２＝０、Tp＝０、Tz＝０、ｃ＝０とすることでフィードフォワード制御器４ｄは、上記実施の形態１で示したフィードフォワード４ａと同じ機能を持つ。制御対象１８が２慣性に近似できる場合にはｃ_２＝０とすることで、フィードフォワード制御器４ｄは、上記実施の形態１で示したフィードフォワード４ｂと同じ機能を持つ。制御対象１８が３慣性に近似できる場合には、すべてのパラメータを適切に設定することで、フィードフォワード制御器４ｄは、上記実施の形態１で示したフィードフォワード４ｃと同じ機能を持つ。
このように、フィードフォワード制御器４ｄは、複数のパラメータ（ゲイン）を切り替え選択することにより３個のフィードフォワード制御器４ａ〜４ｃの機能を備え、この切り替えは、調整装置１９内の制御器選択部２２からの選択信号により行う。 FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the feedforward controller 4d. Here, Tp ₂ (= 1 / ωp ₂ ) and Tp (= 1 / ωp) are the resonance periods of the controlled object 18, Tz (= 1 / ωz) is the antiresonant period of the controlled object 18, and c and c ₂ are the viscosity. It is a coefficient. When the control target 18 can be approximated to the rigid body, the feedforward controller 4d by the _{c 2 = 0, Tp = 0} , Tz = 0, c = 0 , the feed-forward 4a shown in the first embodiment Has the same function. When the controlled object 18 can be approximated to two inertias, by setting c ₂ = 0, the feedforward controller 4d has the same function as the feedforward 4b shown in the first embodiment. When the control target 18 can approximate three inertias, the feedforward controller 4d has the same function as the feedforward 4c shown in the first embodiment by appropriately setting all parameters.
As described above, the feedforward controller 4d has the functions of the three feedforward controllers 4a to 4c by switching and selecting a plurality of parameters (gains). This switching is performed by the controller selection in the adjustment device 19. This is performed by a selection signal from the unit 22.

図８はフィードバック制御器８ｇの構成を示すブロック図である。ここで、TL（＝１／ωL）は位置検出値用フィルタの時定数、KLは位置検出器切り替え用ゲインである。また、位置比例ゲインKp、速度比例ゲインKv、速度積分ゲインKi、速度フィードフォワードゲインFFvは共通で用いる。
フィードバック制御器８ｇが上記実施の形態１で示したフィードバック制御器８ａと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL＝１、位置検出値用フィルタの時定数TLは任意、第２速度比例ゲインKv_２＝０、時定数ωdは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意、捻れ位置ゲインKsp＝０、捻れ速度ゲインKsv＝０と設定すればよい。
フィードバック制御器８ｇが上記実施の形態１で示したフィードバック制御器８ｂと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL＝１、位置検出値用フィルタの時定数TLは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意、捻れ位置ゲインKsp＝０、捻れ速度ゲインKsv＝０と設定し、第２速度比例ゲインKv_２と時定数ωdに適切な値を設定すればよい。 FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the feedback controller 8g. Here, TL (= 1 / ωL) is a time constant of the position detection value filter, and KL is a position detector switching gain. Further, the position proportional gain Kp, the speed proportional gain Kv, the speed integral gain Ki, and the speed feed forward gain FFv are used in common.
In order for the feedback controller 8g to be a controller equivalent to the feedback controller 8a shown in the first embodiment, the position detector switching gain KL = 1, the time constant TL of the position detection value filter is arbitrary, The second speed proportional gain Kv ₂ = 0, the time constant ωd is arbitrary, the disturbance observer gain Ko = 0, the time constant ωq is arbitrary, the torsion position gain Ksp = 0, and the torsional speed gain Ksv = 0.
In order for the feedback controller 8g to be a controller equivalent to the feedback controller 8b shown in the first embodiment, the position detector switching gain KL = 1, the time constant TL of the position detection value filter is arbitrary, disturbance observer gain Ko = 0, the time constant ωq optionally twisted position gain Ksp = 0, sets the speed gain Ksv = 0 twisting, may be set to appropriate values in the second speed proportional gain Kv ₂ and time constant ωd .

また、フィードバック制御器８ｇが上記実施の形態１で示したフィードバック制御器８ｃと等価となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL＝１、位置検出値用フィルタの時定数TLは任意、第２速度比例ゲインKv_２＝０、時定数ωdは任意、捻れ位置ゲインKsp＝０、捻れ速度ゲインKsv＝０と設定し、外乱オブザーバゲインKoと時定数ωqに適切な値を設定すればよい。
フィードバック制御器８ｇが上記実施の形態１で示したフィードバック制御器８ｄと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL＝０、位置検出値用フィルタの時定数TL＝０、第２速度比例ゲインKv_２＝０、時定数ωdは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意、捻れ位置ゲインKsp＝０、捻れ速度ゲインKsv＝０と設定すればよい。
フィードバック制御器８ｇが上記実施の形態１で示したフィードバック制御器８ｅと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL＝０、第２速度比例ゲインKv_２＝０、時定数ωdは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意、捻れ位置ゲインKsp＝０、捻れ速度ゲインKsv＝０と設定し、位置検出値用フィルタの時定数TLに適切な値を設定すればよい。 In order for the feedback controller 8g to be equivalent to the feedback controller 8c shown in the first embodiment, the position detector switching gain KL = 1, the time constant TL of the position detection value filter is arbitrary, The two-speed proportional gain Kv ₂ = 0, the time constant ωd is arbitrary, the torsion position gain Ksp = 0, the torsional speed gain Ksv = 0, and appropriate values may be set for the disturbance observer gain Ko and the time constant ωq.
In order for the feedback controller 8g to be a controller equivalent to the feedback controller 8d shown in the first embodiment, the position detector switching gain KL = 0, the position detection value filter time constant TL = 0, The second speed proportional gain Kv ₂ = 0, the time constant ωd is arbitrary, the disturbance observer gain Ko = 0, the time constant ωq is arbitrary, the torsion position gain Ksp = 0, and the torsional speed gain Ksv = 0.
In order for the feedback controller 8g to be a controller equivalent to the feedback controller 8e shown in the first embodiment, the position detector switching gain KL = 0, the second speed proportional gain Kv ₂ = 0, and the time constant ωd is arbitrary, disturbance observer gain Ko = 0, time constant ωq is arbitrary, torsional position gain Ksp = 0, torsional speed gain Ksv = 0, and set an appropriate value for the time constant TL of the position detection value filter That's fine.

フィードバック制御器８ｇが上記実施の形態１で示したフィードバック制御器８ｆと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL＝０、位置検出値用フィルタの時定数TL＝０、第２速度比例ゲインKv_２＝０、時定数ωdは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意に設定し、捻れ位置ゲインKspと捻れ速度ゲインKsvに適切な値を設定すればよい。
このように、フィードバック制御器８ｇは、複数のパラメータ（ゲイン）を切り替え選択することにより６個のフィードバック制御器８ａ〜８ｆの機能を備え、この切り替えは、調整装置１９内の制御器選択部２２からの選択信号により行う。 In order for the feedback controller 8g to be a controller equivalent to the feedback controller 8f shown in the first embodiment, the position detector switching gain KL = 0, the position detection value filter time constant TL = 0, The second speed proportional gain Kv ₂ = 0, the time constant ωd is arbitrary, the disturbance observer gain Ko = 0, the time constant ωq is arbitrarily set, and appropriate values are set for the twist position gain Ksp and the twist speed gain Ksv. .
As described above, the feedback controller 8g has the functions of the six feedback controllers 8a to 8f by switching and selecting a plurality of parameters (gains). This switching is performed by the controller selection unit 22 in the adjustment device 19. Is performed by a selection signal from

図９は非線形補償器１２ｄの構成を示すブロック図である。ここで、Kθは移動方向判定用の位置信号を切り替えるゲインであり、Kτは外部補償トルクを切り替えるゲインである。なお、非線形補償を加えない場合には、Kθは任意、Kτ＝０、Frc＝０、Grv＝０と設定すればよい。 FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the nonlinear compensator 12d. Here, Kθ is a gain for switching the position signal for determining the moving direction, and Kτ is a gain for switching the external compensation torque. If no nonlinear compensation is added, Kθ may be set arbitrarily, Kτ = 0, Frc = 0, and Grv = 0.

非線形補償器１２ｄが上記実施の形態１で示した非線形補償器１２ａと等価な非線形補償器となるためには、移動方向判定用の信号を位置フィードフォワード指令θrとする場合にはKθ＝１、移動方向判定用の信号を電動機位置検出信号θmとする場合にはKθ＝０と設定し、その他のゲインはKτ＝０、Grv＝０とし、Frcに適切な値を設定すればよい。
非線形補償器１２ｄが上記実施の形態１で示した非線形補償器１２ｂと等価な非線形補償器となるためには、Kθは任意、Kτ＝０、Frc＝０、とし、Grvに適切な値を設定すればよい。
非線形補償器１２ｄが上記実施の形態１で示した非線形補償器１２ｃと等価な非線形補償器となるためには、Kθは任意、Kτ＝１、Frc＝０、Grv＝０と設定すればよい。
このように、非線形補償器１２ｄは、複数のパラメータ（ゲイン）を切り替え選択することにより３個の非線形補償器１２ａ〜１２ｃの機能を備え、この切り替えは、調整装置１９内の制御器選択部２２からの選択信号により行う。 In order for the non-linear compensator 12d to be a non-linear compensator equivalent to the non-linear compensator 12a shown in the first embodiment, when the signal for moving direction determination is the position feedforward command θr, Kθ = 1. When the signal for determining the moving direction is the motor position detection signal θm, Kθ = 0 is set, other gains are Kτ = 0, Grv = 0, and an appropriate value may be set for Frc.
In order for the nonlinear compensator 12d to be a nonlinear compensator equivalent to the nonlinear compensator 12b shown in the first embodiment, Kθ is arbitrary, Kτ = 0, Frc = 0, and an appropriate value is set for Grv. do it.
In order for the nonlinear compensator 12d to be a nonlinear compensator equivalent to the nonlinear compensator 12c shown in the first embodiment, Kθ may be arbitrarily set, Kτ = 1, Frc = 0, and Grv = 0.
As described above, the nonlinear compensator 12 d has the functions of the three nonlinear compensators 12 a to 12 c by switching and selecting a plurality of parameters (gains). This switching is performed by the controller selection unit 22 in the adjustment device 19. Is performed by a selection signal from

以上のように、フィードフォワード制御部２ａ、フィードバック制御部６ａ、非線形補償部１０ａを、それぞれ複数のパラメータを切り替え選択できる１つの機器で構成して、上記実施の形態１と同様の制御を実現したため、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、装置構成が簡略になる。また電動機制御装置内の演算処理部（図示せず）がメモリ容量を低減することができる。 As described above, the feedforward control unit 2a, the feedback control unit 6a, and the nonlinear compensation unit 10a are configured by one device that can switch and select a plurality of parameters, respectively, thereby realizing the same control as in the first embodiment. The same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the apparatus configuration is simplified. In addition, an arithmetic processing unit (not shown) in the motor control device can reduce the memory capacity.

この発明の実施の形態１による電動機制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the electric motor control apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１による仕様入力部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the specification input part by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるフィードフォワード制御部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the feedforward control part by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるフィードバック制御部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the feedback control part by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１による非線形補償部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the nonlinear compensation part by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態２による電動機制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the electric motor control apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２によるフィードフォワード制御器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the feedforward controller by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２によるフィードバック制御器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the feedback controller by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態２による非線形補償器の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the nonlinear compensator by Embodiment 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１指令発生部、２，２ａフィードフォワード制御部、
４ａ〜４ｄフィードフォワード制御器、６，６ａフィードバック制御部、
８ａ〜８ｇフィードバック制御器、１０，１０ａ非線形補償部、
１２ａ〜１２ｄ非線形補償器、３，７，１１入力切替スイッチ、
５，９，１３出力切替スイッチ、１４電流制御部、１５，１５ａ主制御装置、
１６電動機、１７検出器、１８制御対象、１９調整装置、２０仕様入力部、
２１モデル同定部、２２制御器選択部、２３ゲイン選択部、
２４加振信号発生部。 1 command generation unit, 2, 2a feedforward control unit,
4a to 4d feedforward controller, 6, 6a feedback control unit,
8a to 8g feedback controller, 10, 10a nonlinear compensation unit,
12a to 12d nonlinear compensator, 3, 7, 11 input selector switch,
5, 9, 13 Output selector switch, 14 Current control unit, 15, 15a Main control device,
16 motors, 17 detectors, 18 controlled objects, 19 adjusting devices, 20 specification input units,
21 Model identification unit, 22 Controller selection unit, 23 Gain selection unit,
24 Excitation signal generator.

Claims

位置指令を生成する指令発生部と、電動機を含む制御対象の位置を検出して位置検出信号を出力する検出器と、第１の選択信号により複数のフィードフォワード制御器の中から１つを切り替え選択し、上記位置指令を該選択されたフィードフォワード制御器へ入力しフィードフォワード信号を出力するフィードフォワード制御部と、第２の選択信号により複数のフィードバック制御器の中から１つを切り替え選択し、上記フィードフォワード信号および上記位置検出信号を該選択されたフィードバック制御器へ入力しトルク指令を出力するフィードバック制御部と、上記トルク指令を入力として電流制御を行い上記電動機を駆動して上記制御対象を動作させる電流制御部と、上記フィードフォワード制御器および上記フィードバック制御器を選択する上記選択信号を出力する調整装置とを備え、該調整装置は、上記制御対象の機械構造、制御条件などの仕様を入力する仕様入力部と、周波数特性同定用の加振信号を上記フィードバック制御器へ入力し、該加振信号、加振動作時の上記トルク指令、上記位置検出信号、および入力された上記制御対象の仕様に基づいて、上記制御対象の周波数特性を含む特性を同定して上記制御対象のモデルを同定するモデル同定部と、該同定されたモデルに基づいて上記第１、第２の選択信号を出力する制御器選択部とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。 A command generation unit that generates a position command, a detector that detects the position of a control target including an electric motor and outputs a position detection signal, and one of a plurality of feedforward controllers is switched by a first selection signal A feedforward control unit that inputs the position command to the selected feedforward controller and outputs a feedforward signal, and selects one of a plurality of feedback controllers by a second selection signal. A feedback control unit that inputs the feedforward signal and the position detection signal to the selected feedback controller and outputs a torque command; and a current control that receives the torque command as an input to drive the motor to control the control target A current control unit for operating the feed forward controller and the feedback controller. An adjusting device that outputs the selection signal to be selected, the adjusting device inputting a specification such as a mechanical structure to be controlled, a control condition, and the like, and an excitation signal for frequency characteristic identification as the feedback Based on the vibration signal, the torque command at the time of the vibration operation, the position detection signal, and the input specification of the control target, the characteristics including the frequency characteristics of the control target are identified. An electric motor control apparatus comprising: a model identification unit that identifies the model to be controlled; and a controller selection unit that outputs the first and second selection signals based on the identified model. .

第３の選択信号により複数の非線形補償器の中から１つを切り替え選択し、与えられた外部補償トルク、上記フィードフォワード信号および上記位置検出信号のいずれか一つあるいは複数個を該選択された非線形補償器へ入力し非線形補償トルクを上記フィードバック制御部へ出力する非線形補償部を備え、上記モデル同定部は上記制御対象の周波数特性と共に外乱特性を同定して上記モデルを同定し、上記制御器選択部は上記モデルに基づいて上記第１、第２の選択信号と共に上記第３の選択信号を出力することを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置。 One of a plurality of nonlinear compensators is switched and selected by the third selection signal, and one or more of the given external compensation torque, the feedforward signal and the position detection signal are selected. A non-linear compensator that inputs to the non-linear compensator and outputs a non-linear compensation torque to the feedback control unit; and the model identification unit identifies a disturbance characteristic together with the frequency characteristic of the controlled object to identify the model, and the controller The motor control apparatus according to claim 1, wherein the selection unit outputs the third selection signal together with the first and second selection signals based on the model.

上記複数のフィードフォワード制御器、上記複数のフィードバック制御器あるいは上記複数の非線形補償器は、複数のパラメータを切り替え選択できる１つの機器でそれぞれ構成し、上記各選択信号により上記パラメータを切り替えることで、上記複数のフィードフォワード制御器、上記複数のフィードバック制御器あるいは上記複数の非線形補償器の切り替え選択を行うことを特徴とする請求項１または２記載の電動機制御装置。 The plurality of feedforward controllers, the plurality of feedback controllers, or the plurality of nonlinear compensators are each configured by one device that can switch and select a plurality of parameters, and the parameters are switched by the selection signals. 3. The motor control device according to claim 1, wherein switching selection of the plurality of feedforward controllers, the plurality of feedback controllers, or the plurality of nonlinear compensators is performed.

上記モデル同定部により同定された上記制御対象のモデル、上記制御対象の仕様、上記トルク指令、上記位置検出信号のいずれか１つあるいは複数個に基づいて、選択された上記フィードフォワード制御器、上記フィードバック制御器、上記非線形補償器、上記電流制御部の１つあるいは複数個で用いるゲインを調整するゲイン調整部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動機制御装置。 The feedforward controller selected based on one or more of the model of the controlled object identified by the model identifying unit, the specification of the controlled object, the torque command, and the position detection signal, The motor control device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a gain adjustment unit that adjusts a gain used in one or more of the feedback controller, the nonlinear compensator, and the current control unit. .

上記ゲイン調整部は、上記モデル同定部により同定された上記モデル、および入力された上記制御対象の仕様に基づいて初期ゲインを演算し、演算されたゲインを用いた制御による上記トルク指令および上記位置検出信号に基づいて、上記ゲインを再演算するゲイン調整を繰り返して、上記各制御器（または制御部）で用いるゲインを決定することを特徴とする請求項４記載の電動機制御装置。 The gain adjustment unit calculates an initial gain based on the model identified by the model identification unit and the input specification of the control target, and the torque command and the position by control using the calculated gain 5. The motor control apparatus according to claim 4, wherein gain adjustment used in each of the controllers (or control units) is determined by repeating gain adjustment for recalculating the gain based on a detection signal.

上記仕様入力部は、入力する上記制御対象の仕様を、予め用意された選択肢から選択して入力する手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電動機制御装置。 The motor control device according to claim 1, wherein the specification input unit includes means for selecting and inputting the specification of the control target to be input from options prepared in advance.

上記モデル同定部は、上記周波数同定用の加振信号を幅広い周波数帯域にて小さい振幅から徐々に振幅を大きくして上記フィードバック制御器へ入力することにより上記制御対象の周波数特性を初期同定し、得られた周波数特性による共振周波数および***振周波数を含むように周波数帯域を狭め、上記加振信号を分解能を高くして上記フィードバック制御器へ入力し上記周波数特性を再度同定する同定動作を繰り返して、上記モデルとなる周波数特性を同定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電動機制御装置。 The model identification unit initially identifies the frequency characteristics of the control target by gradually increasing the amplitude from a small amplitude in a wide frequency band and inputting the excitation signal for frequency identification to the feedback controller. Narrow the frequency band to include the resonance frequency and anti-resonance frequency by the obtained frequency characteristic, repeat the identification operation to input the excitation signal to the feedback controller with high resolution and identify the frequency characteristic again The motor control device according to claim 1, wherein a frequency characteristic serving as the model is identified.

上記指令発生部は、上記モデル同定部が同定した上記モデルを入力して、上記モデルに基づいて上記位置指令を発生することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電動機制御装置。 The motor control device according to claim 1, wherein the command generation unit inputs the model identified by the model identification unit, and generates the position command based on the model. .