JP5372249B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、産業用機械装置が備えるモータを駆動するモータ制御装置に関する。

産業用機械装置には、キャップ締めやネジ締め、成型機など、所定の位置に駆動対象を移動させた後に駆動対象を所望の圧力で加圧対象に押し付けるタイプのものがある。このようなタイプの産業用機械装置においては、駆動対象の移動時には位置指令に対してモータの回転位置を追従させる位置制御を行い、その後、設定した目標トルクを直接モータに発生させるフィードフォワード的なトルク制御へ切り換えるモータ制御方式が多く採用される。

このような位置制御とフィードフォワード的なトルク制御とを切り換えるモータ制御方式において、単純に制御方式を切り換えると、切り換え時にトルクが不連続に変化することで衝撃や振動が発生するといった問題や、モータ速度が必要以上に増大するといった問題が生じる。

この問題に対し、例えば特許文献１には、外部から入力される切り換え信号に基づいて位置あるいは速度の指令に対する位置・速度制御と目標トルクに基づくフィードフォワード的なトルク制御との間の切り換えを行う技術が開示されている。この技術によれば、切り換え後のトルク制御時にモータ速度が速度制限値を超えれば、速度制限値を基準とした速度制御が働き、モータ速度が増大することを防止する。また、モータ速度が速度制限内に戻れば、またフィードフォワード的なトルク制御として動作する。また、切り換え時に速度制御器内にある積分器の値を適切に設定することで、トルク連続性を確保している。

また、特許文献２には、スポット溶接等のロボット制御装置を想定し、加圧力センサを用いる代わりに加圧力を推定した値をフィードバックすることで所望の動作を実現する技術が開示されている。具体的には、この技術によれば、制御装置は、トルク（電流）とモータ速度とからモータに対する外乱トルクを推定する外乱推定オブザーバと、速度制御器（速度ループ処理部）とを備え、トルク制御モード（加圧力制御モード）では、目標トルク（加圧力指令の換算トルク）と外乱推定オブザーバの出力である推定外乱トルクとの偏差を速度指令へフィードバックする。また、ロボット制御装置は、通常の位置制御を行う位置制御モードの状態で駆動対象を加圧対象に押し当てて、推定外乱トルクが所定の値より大きくなった時点を判断して位置制御モードから前述のトルク制御モードへ切り換える。

特開２００９−１４１９８７号公報 特開２０００−１４１２６２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術によれば、駆動対象が加圧対象に接触していない時点でトルク制御へ切り換えを行った場合において、モータ速度が速度制限値付近になったとき、速度制御のＯＮ／ＯＦＦが頻繁に切り換わり、挙動が不安定になるという問題がある。また、駆動対象が加圧対象を押し当てているときは、加圧対象からの反力が外乱となりモータが振動する場合があるが、特許文献１の技術は、単にフィードフォワード的にトルクを制御しているだけであるため、発生した振動が抑制されないという問題がある。

また、特許文献２の技術によれば、制御装置の指令生成装置は、位置制御モードの動作で駆動対象が加圧対象に過大な衝撃を与えないように接触させて、かつ接触後に所定値以上の加圧力が発生するよう、緻密な計算に基づいて位置指令を生成する必要がある。また、位置制御モードとトルク制御モードとの切り換えにおいて、通常の位置決め制御等にとっては特殊な変数である推定外乱トルクを用いて切り換え判断を行う必要がある。このような機能を単純な位置決め用途等に用いられる簡易な指令生成装置に適用することは、開発コストなどの観点から現実的ではない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、駆動対象を安定した制御で加圧対象に近づけて低衝撃で加圧対象に接触させることができ、かつ加圧対象を加圧したときに発生する振動を抑制することができるモータ制御装置を得ることを目的とする。また、簡単な指令に基づいて動作するモータ制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、駆動対象を駆動するモータを制御して前記駆動対象を目標トルクに対応する圧力で加圧対象に押し付けるモータ制御装置であって、前記モータの速度検出値に基づいて前記モータに対するトルク指令および前記トルク指令を補償するための回帰トルクを算出する速度制御器と、前記目標トルクと前記速度制御器が算出した回帰トルクとの偏差に応じた第１速度指令を算出する回帰トルク制御器と、を備え、前記回帰トルク制御器は、前記算出した第１速度指令を前記駆動対象と前記加圧対象との接触速度に基づいて定められる所望の速度制限値で制限して出力し、前記速度制御器は、前記回帰トルク制御器が出力した第１速度指令に前記速度検出値が追従するように前記トルク指令を算出する、ことを特徴とする。

本発明によれば、駆動対象が加圧対象に接触するまでの間、目標トルクをモータに発生させるのではなく、速度制限値を速度指令とした速度制御を自動的に実行することができるので、駆動対象を安定した制御で加圧対象に近づけて低衝撃で加圧対象に接触させることができ、また、駆動対象が加圧対象に接触した後、速度検出値をフィードバックしつつモータに目標トルクを発生させることができるので、加圧対象を加圧したときに発生する振動を抑制することができるという効果を奏する。また、指令生成装置が目標トルクを入力するだけでモータ制御装置は駆動対象を加圧対象に接触する位置まで移動させ、接触した後加圧対象を押し付ける制御を行うので、簡単な指令に基づいて動作させることができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１のモータ制御装置の接続例を説明する図である。 図２は、モータ制御装置の構成を説明する図である。 図３は、実施の形態１における回帰トルク制御器の構成を説明する図である。 図４は、実施の形態１におけるモータ制御装置による動作を説明するためのグラフである。 図５は、トルク制御モードでのみ動作するモータ制御装置の構成を示す図である。 図６は、実施の形態２のモータ制御装置の構成を示す図である。 図７は、実施の形態３のモータ制御装置の構成を示す図である。 図８は、実施の形態３における回帰トルク制御器の構成を示す図である。 図９は、実施の形態３におけるモータ制御装置による動作を説明するためのグラフである。 図１０は、実施の形態４のモータ制御装置の構成を示す図である。 図１１は、実施の形態４における回帰トルク制御器の構成を示す図である。 図１２は、実施の形態４における速度制御器の構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
本発明の実施の形態は、駆動対象を駆動して駆動対象を加圧対象に所望の圧力で押し当てるモータを制御する。ここでは一例として、駆動対象と加圧対象との間で成型対象を加圧・成型する成型システムにモータ制御装置を適用する場合について説明する。図１は、本発明にかかる実施の形態１のモータ制御装置の接続例を説明する図である。

図１に示すように、成型システムは駆動対象２０１を備えており、駆動対象２０１の駆動方向には加圧対象２０２が配設されている。成型対象は加圧対象２０２に接触して配置され、加圧対象２０２に駆動対象２０１が押し付けられることによって変形せしめられ、成型される。駆動対象２０１は、モータ２０３がボールネジなどの機構を駆動することによって加圧対象２０２に押し付けられる。

電流制御器２０５はトルク指令Ｔ_ｕに基づいてモータ２０３に供給する実電流Ｉを発生させる。モータ２０３は実電流Ｉによってトルク指令Ｔ_ｕに応じたトルクで動作し、駆動対象２０１を駆動する。また、モータ２０３には、モータ２０３の回転位置の検出を行う検出器２０４が取り付けられており、検出器２０４はモータ２０３の回転角度などを表すモータ動作検出値（位置検出値）ｙを出力する。

モータ制御装置１００は、指令生成装置２００から動作目標値（位置指令）ｙ_ｒｅｆ、目標トルクＴ_ｒｅｆ、切り換え信号ｓｗが入力される。モータ制御装置１００は、切り換え信号ｓｗに基づいて、モータ動作検出値ｙが動作目標値ｙ_ｒｅｆに追従するようにトルク指令Ｔ_ｕを生成する位置制御と、目標トルクＴ_ｒｅｆで駆動対象２０１を加圧対象２０２に押し付けるようにトルク指令Ｔ_ｕを生成するトルク制御と、の間で動作モードを切り換える。ここでは、指令生成装置２００は、位置Ａを初期位置とし、駆動対象２０１を位置Ａから加圧対象２０２（正確には成型対象）に接触する位置Ｃの手前の位置Ｂに至るまで駆動するときはモータ制御装置１００に位置制御を実行させ、位置Ｂ以降はモータ制御装置１００にトルク制御を実行させるとして説明する。なお、以降、成型対象は加圧対象２０２の概念に含まれるものとする。

図２は、モータ制御装置１００の構成を説明する図である。図示するように、モータ制御装置１００は、速度制御器１０１、回帰トルク制御器１０２、トルク信号減算器１０３、速度演算器１０４、位置制御器１０５、および制御切り換え部１０６を備えている。

位置制御器１０５は、指令生成装置２００から入力された動作目標値ｙ_ｒｅｆと検出器２０４で検出されたモータ動作検出値ｙとが入力され、モータ動作検出値ｙが動作目標値ｙ_ｒｅｆに追従するように位置制御速度指令（第２速度指令）ｕ_ｐｖを演算する。例えば、位置制御器１０５がＰ制御をするとした場合、位置ゲインをＫ_ｐとして、式（１）の演算を行い、その結果を位置制御速度指令ｕ_ｐｖとして出力する。
ｕ_ｐｖ＝Ｋ_ｐ（ｙ_ｒｅｆ−ｙ） （１）
位置制御器１０５は、求めた位置制御速度指令ｕ_ｐｖを制御切り換え部１０６へ出力する。

速度演算器１０４は、検出器２０４が検出したモータ動作検出値ｙに対して差分やフィルタ処理等を行い、モータ速度ｖを算出する。そして、算出したモータ速度ｖを速度制御器１０１へ出力する。

速度制御器１０１は、速度演算器１０４から入力されるモータ速度ｖを後述する制御切り換え部１０６から入力される速度指令ｕに一致させるようにトルク指令Ｔ_ｕを算出する。そして、速度制御器１０１は、算出したトルク指令Ｔ_ｕを電流制御器２０５に出力する。さらに、速度制御器１０１は、トルク指令Ｔ_ｕと定常的な値が一致する回帰トルク信号Ｔ_ｔを算出し、算出した回帰トルク信号Ｔ_ｔをトルク信号減算器１０３へ出力する。

例えば、速度制御器１０１は、式（２）に示すＰＩ制御とフィルタとを組み合わせた演算を行い、トルク指令Ｔ_ｕを算出する。
Ｔ_ｕ＝Ｈ（ｓ）・Ｋ_ｖ・｛（ｓ＋Ｋ_ｉ）／ｓ｝・（ｕ−ｖ） （２）
ここで、ｓはラプラス演算子、Ｋ_ｖは速度Ｐゲイン、Ｋ_ｉは速度Ｉゲインである。フィルタＨ（ｓ）は速度制御器１０１の制御定数で決まる制御帯域よりも高い周波数において所定の周波数成分を除去するもので、ローパスフィルタやノッチフィルタと呼ばれるものを用いてモータ速度ｖをフィードバックする速度フィードバックループの安定性を向上させ、合わせて速度制御器１０１、位置制御器１０５のゲインを高く設定することによってモータ動作検出値ｙを素早く動作目標値ｙ_ｒｅｆに追従させるもので、通常の速度制御において制御系の高応答化を行うために必要不可欠なもの、かつ場合により複雑な特性を持たせるものである。

また、例えば、速度制御器１０１は、式（３）に示すＰＩ制御に基づく演算を行い、回帰トルク信号Ｔ_ｔを算出する。
Ｔ_ｔ＝Ｋ_ｖ・｛（ｓ＋Ｋ_ｉ）／ｓ｝・（ｕ−ｖ） （３）

なお、式（２）、式（３）よりトルク指令Ｔ_ｕと回帰トルク信号Ｔ_ｔの間には、
Ｔ_ｕ＝Ｈ（ｓ）・Ｔ_ｔ （４）
の関係がある。フィルタＨ（ｓ）は、上述のように所定の周波数成分を除去するものであり、トルク指令Ｔ_ｕと回帰トルク信号Ｔ_ｔの定常的な値を一致させるため、定常ゲイン｜Ｈ（０）｜は０ｄＢとなる。なお、速度制御器１０１は、（３）式を用いて回帰トルク信号Ｔ_ｔの算出を行い、回帰トルク信号Ｔ_ｔから（４）式を用いてトルク指令Ｔ_ｕの算出を行うようにするとよい。

トルク信号減算器１０３は、速度制御器１０１で算出された回帰トルク信号Ｔ_ｔと目標トルクＴ_ｒｅｆとの差分を算出する（次式（５）参照）。そして、トルク信号減算器１０３は、求めた差分をトルク信号偏差ｅ_Ｔとして回帰トルク制御器１０２へ出力する。
ｅ_Ｔ＝Ｔ_ｒｅｆ−Ｔ_ｔ （５）

回帰トルク制御器１０２は、トルク信号偏差ｅ_Ｔに基づいて、制御切り換え部１０６に供給されるトルク制御速度指令（第１速度指令）ｕ_Ｔを算出する。図３は、回帰トルク制御器１０２の構成を説明する図である。

図３に示すように、回帰トルク制御器１０２は、トルク信号ゲイン１１１とトルク信号リミッタ１１２とを備えている。トルク信号ゲイン１１１は、トルク信号偏差ｅ_Ｔを定数倍（Ｗ_ｘ倍）してトルク信号リミッタ１１２へ出力する。トルク信号リミッタ１１２は、トルク信号ゲイン１１１の出力の大きさ（絶対値）を所定の大きさ（速度制限値）以下に制限して、トルク制御速度指令ｕ_Ｔとして出力する。

つまり、上記速度制限値をｖｌｉｍとすると、トルク信号リミッタ１１２の出力であるトルク制御速度指令ｕ_Ｔは式（６）で計算される。
ｕ_Ｔ＝Ｗ_ｘ・ｅ_Ｔ ｉｆ ｜Ｗ_ｘ・ｅ_Ｔ｜＜ｖｌｉｍ
ｕ_Ｔ＝ｖｌｉｍ ｉｆ ｜Ｗ_ｘ・ｅ_Ｔ｜≧ｖｌｉｍ （６）

速度制限値ｖｌｉｍには、駆動対象２０１が加圧対象２０２に接触したときに、駆動対象２０１および加圧対象２０２に意図しないダメージを与えることがない速度が設定される。ここでは、速度制限値ｖｌｉｍの値は｜Ｗ_ｘ・Ｔ_ｒｅｆ｜よりも小さいものとする。

制御切り換え部１０６は、位置制御器１０５から出力された位置制御速度指令ｕ_ｐｖ、回帰トルク制御器１０２から出力されたトルク制御速度指令ｕ_Ｔ、および切り換え信号ｓｗが入力され、指令生成装置２００が切り換え信号ｓｗで位置制御モードを選択している場合は、速度指令ｕとして位置制御速度指令ｕ_ｐｖを出力し、トルク制御モードを選択している場合は、速度指令ｕとしてトルク制御速度指令ｕ_Ｔを速度制御器１０１に出力する。

次に、モータ制御装置１００の動作について説明する。図４は、モータ制御装置１００による動作を説明するためのグラフである。図４（ａ）はモータ回転位置、すなわちモータ動作検出値ｙの推移を示している。縦軸に記されているＡ、Ｂ、Ｃは図２に示した位置Ａ（Ａ地点）、位置Ｂ（Ｂ地点）、位置Ｃ（Ｃ地点）に夫々対応しており、具体的には位置Ａは駆動対象２０１の初期位置、位置Ｂは指令生成装置２００が切り換え信号ｓｗを位置制御モードからトルク制御モードへ切り換える地点、位置Ｃは駆動対象２０１が加圧対象２０２に接触する地点を表している。横軸に描いているａ、ｂ、ｃはそれぞれ駆動対象２０１がＡ地点、Ｂ地点、Ｃ地点に至る時刻を夫々表している。図４（ｂ）は、モータ速度ｖの推移を示すグラフであり、図４（ｃ）は、トルク指令Ｔ_ｕの推移を示すグラフである。

以下、指令生成装置２００が切り換え信号ｓｗに位置制御モードを選択中、位置制御モードからトルク制御モードへの切り換え時、トルク制御モードを選択中の場合に分けて説明する。

モータ制御装置１００が位置制御モードで動作している時、すなわち指令生成装置２００が切り換え信号ｓｗに位置制御モードを選択している時、制御切り換え部１０６は速度指令ｕとして位置制御速度指令ｕ_ｐｖを出力する。つまり、切り換え信号ｓｗが位置制御モードを選択中の場合は、
ｕ＝ｕ_ｐｖ （７）
となる。したがって、モータ制御装置１００は、時刻ａから時刻ｂまでの間（モータ動作検出値ｙがＡ地点からＢ地点まで到達するまで）、位置制御を行い、駆動対象２０１はＢ地点で静止する。

そして、指令生成装置２００が切り換え信号ｓｗを位置制御モードからトルク制御モードへ切り換えると、制御切り換え部１０６は、速度指令ｕを位置制御速度指令ｕ_ｐｖからトルク制御速度指令ｕ_Ｔに切り換える。

モード切り換え時においては、駆動対象２０１はＢ地点においてほぼ静止しているため、トルク指令Ｔ_ｕと回帰トルク信号Ｔ_ｔはほぼゼロとなっている。したがって、トルク信号減算器１０３で計算するトルク信号偏差ｅ_Ｔが目標トルクＴ_ｒｅｆに等しくなり、回帰トルク制御器１０２の入力は目標トルクＴ_ｒｅｆとなる。また、トルク信号ゲイン１１１の出力はＷ_ｘ・Ｔ_ｒｅｆとなる。

ここで、回帰トルク制御器１０２にトルク信号リミッタ１１２がなく、回帰トルク制御器１０２がトルク制御速度指令ｕ_ＴとしてＷ_ｘ・Ｔ_ｒｅｆを出力した場合、切り換え信号ｓｗが位置制御モードからトルク制御モードに切り換えた直後に速度指令ｕが急激に増大し、モータ速度ｖが急激に増加する。これに対して、本発明の実施の形態１では、回帰トルク制御器１０２が出力するトルク制御速度指令ｕ_Ｔは、速度制限値ｖｌｉｍが｜Ｗ_ｘ・Ｔ_ｒｅｆ｜よりも小さい値に設定されているので、トルク制御モードに切り換ったとき、トルク信号リミッタ１１２の作用により、トルク制御速度指令ｕ_Ｔが最大で速度制限値ｖｌｉｍに制限される。したがって、指令生成装置２００が切り換え信号ｓｗを位置制御モードからトルク制御モードへ切り換えた直後に速度指令ｕが急激に増大することが防止される。

指令生成装置２００が切り換え信号ｓｗでトルク制御モードを選択している場合、制御切り換え部１０６は、次式（８）に示すように速度指令ｕとしてトルク制御速度指令ｕ_Ｔを速度制御器１０１に出力する。
ｕ＝ｕ_Ｔ （８）

つまり、トルク制御モードが選択されているときは、回帰トルク制御器１０２の出力であるトルク制御速度指令ｕ_Ｔが速度制御器１０１への入力となるため、モータ速度ｖはトルク制御速度指令ｕ_Ｔに追従する。

ここで、駆動対象２０１がＢ地点からＣ地点に到達する直前まではトルク制御モードで動作しているが、駆動対象２０１は加圧対象２０２に接触していない。そのため、モータ制御装置１００は、Ｂ地点からＣ地点までの間、加圧対象２０２からの反力がない状態でトルク制御モードを行う。したがって、Ｃ地点までは回帰トルク制御器１０２の出力であるトルク制御速度指令ｕ_Ｔは速度制限値ｖｌｉｍに等しくなるため、モータ制御装置１００は、速度制限値ｖｌｉｍを速度指令ｕとした速度ＰＩ制御と同等の制御を行う。結果として、Ｂ地点からＣ地点までのモータ速度ｖは滑らかに加速して速度制限値ｖｌｉｍと同じ速度になる。

このように、モータ制御装置１００は、トルク制御モードで動作しているとき、大きさが速度制限値ｖｌｉｍで制限された速度指令ｕを生成するので、駆動対象２０１が加圧対象２０２に接触していない状態で不用意にトルク制御モードへ切り換えても、モータ速度ｖが必要以上に速くなることを防止することができる。また、駆動対象２０１が加圧対象２０２に接触するまで、モータ制御装置１００は、モータ速度ｖが速度制限値ｖｌｉｍに一致するように速度制御を行うので、駆動対象２０１を加圧対象２０２に接触するまで不安定になることなくゆっくりと動かして、低衝撃で加圧対象に接触させることができる。このため、駆動対象２０１、加圧対象２０２の破損を防ぐことができる。なお、駆動対象２０１を加圧対象２０２に接触する位置までゆっくりと動かす動作をクリープ動作と表現することがある。

クリープ動作の後、Ｃ地点で駆動対象２０１が加圧対象２０２に接触すると、加圧対象２０２からの反力がモータ２０３に加わる。そのため、モータ速度ｖが低下し、速度指令ｕとモータ速度ｖとの差が増加し、速度制御器１０１の出力が増加するため、反力の増加に応じてトルク指令Ｔ_ｕや回帰トルク信号Ｔ_ｔが増加する。回帰トルク信号Ｔ_ｔが増加すると、目標トルクＴ_ｒｅｆと回帰トルク信号Ｔ_ｔとの差であるトルク信号偏差ｅ_Ｔは減少する。トルク信号ゲイン１１１の出力の絶対値｜Ｗ_ｘ・（Ｔ_ｒｅｆ−Ｔ_ｔ）｜は減少し、いずれ速度制限値ｖｌｉｍを下回る。モータ制御装置１００は、｜Ｗ_ｘ・（Ｔ_ｒｅｆ−Ｔ_ｔ）｜が速度制限値ｖｌｉｍを下回るまで、駆動対象２０１を速度制限値ｖｌｉｍを速度指令ｕとした速度ＰＩ制御で駆動し、成型対象は駆動対象２０１に加圧されて成型される。

トルク信号ゲイン１１１の出力の絶対値が速度制限値ｖｌｉｍを下回ると、回帰トルク制御器１０２のフィードバックが有効となり、モータ制御装置１００は回帰トルク信号Ｔ_ｔを目標トルクＴ_ｒｅｆに一致させるように加圧対象２０２を加圧する。そして、より加圧していくと、加圧対象２０２からの反力がより増大し、やがてトルク指令Ｔ_ｕや回帰トルク信号Ｔ_ｔが目標トルクＴ_ｒｅｆと一致する。回帰トルク信号Ｔ_ｔと目標トルクＴ_ｒｅｆとが一致すると、トルク信号偏差ｅ_Ｔが０となり、トルク制御速度指令ｕ_Ｔも０になる。よって、速度指令ｕも０となり、モータ２０３は目標トルクＴ_ｒｅｆと回帰トルク信号Ｔ_ｔが一致する地点で静止する。そして、トルク指令Ｔ_ｕと回帰トルク信号Ｔ_ｔとは定常値が一致する関係にあるため、トルク指令Ｔ_ｕも目標トルクＴ_ｒｅｆに一致する。上記の動作の流れにより、最終的にはモータ２０３はトルク指令Ｔ_ｕ、回帰トルク信号Ｔ_ｔと目標トルクＴ_ｒｅｆとが一致する地点で静止する。

なお、以上の説明においては、位置制御モードとトルク制御モードとを切り換えて実行するものとして説明したが、図５に示すモータ制御装置３００のように、モータ制御装置１００から位置制御器１０５と制御切り換え部１０６とを省略した構成とし、指令生成装置２００からの目標トルクＴ_ｒｅｆに基づくトルク制御モードのみで動作するようにしてもよい。その場合、駆動対象２０１は位置Ａから位置Ｃまでクリープ動作することになる。

以上述べたように、本発明の実施の形態１によれば、モータ２０３の速度ｖに基づいてモータ２０３に対するトルク指令Ｔ_ｕおよび前記トルク指令Ｔ_ｕを補償するための回帰トルク指令Ｔ_ｔを算出する速度制御器１０１と、目標トルクＴ_ｒｅｆと速度制御器１０１が算出した回帰トルク指令Ｔ_ｔとの偏差ｅ_Ｔに基づいてトルク制御速度指令ｕ_Ｔを算出する回帰トルク制御器１０２と、を備え、回帰トルク制御器１０２は、トルク制御速度指令ｕ_Ｔを駆動対象２０１と加圧対象２０２との接触速度に基づいて定められる速度制限値ｖｌｉｍで制限して出力し、速度制御器１０１は、回帰トルク制御器１０２が出力したトルク制御速度指令ｕ_Ｔにモータ速度ｖが追従するようにトルク指令Ｔ_ｕを算出する、ように構成したので、駆動対象２０１が加圧対象２０２に接触するまでの間、目標トルクＴ_ｒｅｆをモータ２０３に発生させるのではなく、速度制限値ｖｌｉｍを速度指令とした速度制御を自動的に実行することができるので、駆動対象２０１を安定した制御で加圧対象２０２に近づけて低衝撃で加圧対象２０２に接触させることができ、また、駆動対象２０１が加圧対象２０２に接触した後、モータ速度ｖをフィードバックしつつモータ２０３に目標トルクＴ_ｒｅｆを発生させるので、加圧対象２０２を加圧したときに発生する振動を抑制することができる。また、指令生成装置２００が目標トルクＴ_ｒｅｆを入力するだけでモータ制御装置１００は駆動対象２０１を加圧対象２０２に接触する位置まで移動させ、接触した後加圧対象２０２を押し付ける制御を行うので、簡単な指令に基づいて動作させることができる。

なお、加圧対象２０２の故障等により、急激に加圧対象２０２からの反力が減少することがある。急激に加圧対象２０２からの反力が減少すると、回帰トルク信号Ｔ_ｔが急激に減少し、トルク信号ゲイン１１１の出力であるＷ_ｘ・（Ｔ_ｒｅｆ−Ｔ_ｔ）が増大する。しかしながら、トルク信号ゲイン１１１の出力であるＷ_ｘ・（Ｔ_ｒｅｆ−Ｔ_ｔ）が急に増大したとしても、回帰トルク制御器１０２はトルク制御速度指令ｕ_Ｔを速度制限値ｖｌｉｍで制限して出力するので、モータ２０３の急加速やモータ速度ｖが必要以上に大きくなることが防止される。

また、動作目標値ｙ_ｒｅｆおよびモータ動作検出値ｙに基づいて位置制御速度指令ｕ_ｐｖを算出する位置制御器１０５と、切り換え信号ｓｗに基づいて速度制御器１０１に供給する速度指令を位置制御器１０５が算出した位置制御速度指令ｕ_ｐｖと回帰トルク制御器１０２が出力したトルク制御速度指令ｕ_Ｔとで切り換える制御切り換え部１０６と、をさらに備え、速度制御器１０１は、制御切り換え部１０６が選択した速度指令ｕにモータ速度ｖが追従するようにトルク指令Ｔ_ｕを算出する、ように構成したので、指令生成装置２００は、駆動対象２０１が加圧対象２０２に接触する手前まで動作目標値ｙ_ｒｅｆを用いた位置制御を実行させることができるようになる。また、回帰トルク制御器１０２は、トルク制御速度指令ｕ_Ｔを速度制限値ｖｌｉｍで制限して出力するので、指令生成装置２００が切り換え信号ｓｗを操作してモード切り換えを行った瞬間にモータ速度ｖが急激に増加することを防止することができる。また、指令生成装置２００は、動作目標値ｙ_ｒｅｆを生成して駆動対象２０１が加圧対象２０２に接触する手前の任意の位置まで駆動対象２０１を移動させて停止させ、切り換え信号ｓｗを操作するだけでトルク制御モードに移行させることができるので、モータ制御装置２００を簡単な指令で動作させることができる。

なお本実施の形態１では、トルク信号リミッタ１１２は式（６）を用いてプラス方向（モータの正転方向）、マイナス方向（モータの逆転方向）のどちらにも、常に同じ大きさの制限をかけていることを表現している。本実施の形態１において速度制限値ｖｌｉｍが可変、もしくは上位コントローラからオンラインで変更可能に構成するようにしてもよい。また、モータ２０３の正転方向、逆転方向のどちらか一方のみだけ大きさを制限するようにしてもよい。

また、本実施の形態１では位置制御器１０５の特性は位置Ｐ制御、速度制御器１０１の特性は速度ＰＩ制御になっているが、各特性はこれらに限定されない。モータ２０３が不安定にならず、動作目標値ｙ_ｒｅｆにモータ動作検出値ｙが追従する制御であれば、位置制御器１０５の特性は位置Ｐ制御でなくてもよく、また、速度指令ｕにモータ速度ｖが追従するならば速度制御器１０１の特性は速度ＰＩ制御でなくてもかまわない。

また、トルク指令Ｔ_ｕと回帰トルク信号Ｔ_ｔは必ずしも式（５）のような関係を持つ必要はなく、一致していても良い。

実施の形態２．
実施の形態１では、モータ制御装置は、動作モードを位置制御モードとトルク制御モードとの間で切り換える。これに対して、実施の形態２では、速度制御モードとトルク制御モードとの間で動作モードを切り換えるようにした。

図６は、本発明にかかる実施の形態２のモータ制御装置の構成を示す図である。なお、実施の形態１と同一の入出力を行う構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図６に示すように、実施の形態２のモータ制御装置４００は、指令生成装置２００から、モータ速度ｖに対する目標値である外部速度目標値ｖ_ｒｅｆ、速度制御モードとトルク制御モードとを切り換える切り換え信号ｓｗ、トルク制御モード中における目標トルクＴ_ｒｅｆが入力される。また、モータ制御装置４００は、検出器２０４により検出されたモータ動作検出値ｙが入力される。モータ制御装置４００は、切り換え信号ｓｗにより指令された動作モードで動作して、電流制御器２０５に供給するトルク指令Ｔ_ｕを生成する。

モータ制御装置４００は、速度制御器１０１、回帰トルク制御器１０２、トルク信号減算器１０３、速度演算器１０４、および制御切り換え部４０１を備えている。制御切り換え部４０１は、切り換え信号ｓｗが速度制御モードを選択している場合には、速度指令ｕとして外部速度目標値ｖ_ｒｅｆを、トルク制御モードを選択している場合には、速度指令ｕとして回帰トルク制御器１０２が生成したトルク制御速度指令ｕ_Ｔを速度制御器１０１出力する。

本実施の形態２のモータ制御装置４００の動作は、Ａ地点からＢ地点までの動作が位置制御モードではなく速度制御モードで実行されること以外は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

このように、本発明の実施の形態２によれば、切り換え信号ｓｗに基づいて速度制御器１０１に供給する速度指令ｕを外部速度目標値ｖ_ｒｅｆと回帰トルク制御器１０２が出力したトルク制御速度指令ｕ_Ｔとで切り換える制御切り換え部４０１をさらに備え、速度制御器１０１は、制御切り換え部４０１が選択した速度指令ｕにモータ速度ｖが追従するようにトルク指令Ｔ_ｕを算出する、ように構成したので、指令生成装置２００は、駆動対象２０１が加圧対象２０２に接触する手前まで外部速度目標値ｖ_ｒｅｆを用いた速度制御を実行させることができるようになる。また、回帰トルク制御器１０２は、トルク制御速度指令ｕ_Ｔを速度制限値ｖｌｉｍで制限して出力するので、指令生成装置２００が切り換え信号ｓｗを操作してモード切り換えを行った瞬間にモータ速度ｖが急激に増加することを防止することができる。また、指令生成装置２００は、外部速度目標値ｖ_ｒｅｆを生成して駆動対象２０１が加圧対象２０２に接触する手前の任意の位置まで駆動対象２０１を移動させて停止させ、切り換え信号ｓｗを操作するだけでトルク制御モードに移行させることができるので、モータ制御装置４００を簡単な指令で動作させることができる。

なお、本実施の形態２では検出器２０４によりモータ動作検出値を検出して、速度演算器１０４によりモータ動作検出値ｙからモータ速度ｖを演算していたが、レゾルバ等の検出器により、直接モータ速度ｖを検出するようにしても良い。

実施の形態３．
実施の形態３のモータ制御装置は、位置制御モードとトルク制御モードとを切り換えて実行する。図７は、本実施の形態３のモータ制御装置の構成を示す図である。なお、本図７において、実施の形態１と同一の入出力を行う構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

図７に示すように、モータ制御装置５００は、指令生成装置２００から動作目標値ｙ_ｒｅｆ、位置制御モードとトルク制御モードを切り換える切り換え信号ｓｗ、および目標トルクＴ_ｒｅｆが入力される。また、モータ制御装置５００は、検出器２０４からモータ動作検出値ｙが入力される。モータ制御装置５００は、切り換え信号ｓｗにより指令された動作モードで動作して電流制御器２０５に供給するトルク指令Ｔ_ｕを生成する。

モータ制御装置５００は、速度制御器１０１、回帰トルク制御器５０１、トルク信号減算器１０３、速度演算器１０４、位置制御器１０５、制御切り換え部１０６、および初期値設定部５０２を備えている。

回帰トルク制御器５０１は、トルク信号減算器１０３からのトルク信号偏差ｅ_Ｔに基づいて制御切り換え部１０６に入力するトルク制御速度指令ｕ_Ｔを算出する。図８は、回帰トルク制御器５０１の構成を示す図である。

図８に示すように、回帰トルク制御器５０１は、トルク信号ゲイン５１１、トルク信号リミッタ５１２、およびフィルタ５１３を備えている。トルク信号ゲイン５１１はトルク信号偏差ｅ_Ｔを定数倍（Ｗ_ｘ倍）してトルク信号リミッタ５１２へ出力する。トルク信号リミッタ５１２は式（６）と同様の演算により、トルク信号ゲイン５１１の出力の大きさ（絶対値）を所定の大きさ以下に制限してフィルタ５１３へ出力する。

フィルタ５１３はトルク信号リミッタ５１２からの出力が入力され、伝達関数Ｆ（ｓ）で表す演算によってトルク制御速度指令ｕ_Ｔを出力する。ここで、伝達関数Ｆ（ｓ）の演算は、連続時間系における積分器、あるいは離散時間系におけるシフトレジスタで表される、状態変数を用いた演算で実現される。これらの状態変数を所望のタイミングで書き換える処理をすることで、伝達関数Ｆ（ｓ）の演算結果を不連続に変更することが可能となっている。なお、フィルタ５１３の定常ゲイン｜Ｆ（０）｜は１となるようにしておく。

回帰トルク制御器５０１の演算結果としてのトルク制御速度指令ｕ_Ｔは、次式（９）に示す通りとなる。
ｕ_Ｔ＝Ｆ（ｓ）・Ｗ_ｘ・ｅ_Ｔ ｉｆ ｜Ｗ_ｘ・ｅ_Ｔ｜＜ｖｌｉｍ
ｕ_Ｔ＝Ｆ（ｓ）・ｖｌｉｍ ｉｆ ｜Ｗ_ｘ・ｅ_Ｔ｜≧ｖｌｉｍ （９）

初期値設定部５０２は、位置制御速度指令ｕ_ｐｖおよび切り換え信号ｓｗが入力され、切り換え信号ｓｗが位置制御モードからトルク制御モードへ切換わったタイミングで、フィルタ５１３の出力であるトルク制御速度指令ｕ_Ｔを位置制御速度指令ｕ_ｐｖに一致させるよう、上述したフィルタ５１３の状態変数を設定する。

次に、切り換え信号ｓｗがトルク制御モードを選択しており、かつ｜Ｗ_ｘ・ｅ_Ｔ｜＜ｖｌｉｍを満たす場合のモータ制御装置５００の特性について説明する。なお、説明を簡単にするために、ここでは、速度制御器１０１の制御を式（２）、（３）にて示す速度ＰＩ制御とし、フィルタ５１３が次式（１０）に示す遮断周波数を速度積分ゲインＫ_ｉに一致させた一次ローパスフィルタの特性を備えるものとして説明する。
Ｆ（ｓ）＝Ｋ_ｉ／（ｓ＋Ｋ_ｉ） （１０）

式（２）、式（３）、式（５）、式（９）、式（１０）を用いると、｜Ｗ_ｘ・ｅ_Ｔ｜＜ｖｌｉｍを満たす場合における目標トルクＴ_ｒｅｆからトルク指令Ｔ_ｕまでの伝達関数およびモータ速度ｖからトルク指令Ｔ_ｕまでの伝達関数は、夫々次式（１１）、（１２）に示すとおりとなる。
Ｔ_ｕ／Ｔ_ｒｅｆ＝Ｈ（ｓ）・Ｋ_ｖ・Ｋ_ｉ・Ｗ_ｘ／（ｓ＋Ｋ_ｖ・Ｋ_ｉ・Ｗ_ｘ） （１１）
Ｔ_ｕ／ｖ＝Ｈ（ｓ）・Ｋ_ｖ・（ｓ＋Ｋ_ｉ）／（ｓ＋Ｋ_ｖ・Ｋ_ｉ・Ｗ_ｘ） （１２）

ここで、トルク信号ゲインＷ_ｘを０とすると、式（１１）に示す伝達関数は０となる。また式（１２）に示す伝達関数はモータ速度ｖに対するＰＩ制御に等しくなる。すなわち、モータ制御装置５００の特性は速度指令ｕを０とした速度ＰＩ制御の特性となる。

また、トルク信号ゲインＷ_ｘを実質的な無限大（制御周期によって制限され最大値）まで大きくし、フィルタＨ（ｓ）を１とすると式（１１）に示す伝達関数は実質的に１となり、式（１２）に示す伝達関数は０となる。すなわち、トルク指令Ｔ_ｕと目標トルクＴ_ｒｅｆを一致させることになり、モータ制御装置５００の特性は実質的にトルクフィードフォワード制御を行うことになる。このようなトルク制御モードの特性は、例えば粘性が大きく振動し難い加圧対象２０２を所望の力で加圧したい場合には目的に適する。

また、トルク信号ゲインＷ_ｘを上記２つの例の中間的な値に設定した場合、式（１１）および式（１２）より、モータ制御装置５００の特性は、トルク信号ゲインＷ_ｘより低い周波数ではトルク指令Ｔ_ｕを目標トルクＴ_ｒｅｆに一致させるような特性、Ｗ_ｘより高い周波数ではモータ２０３の速度を０に近づけるような速度制御の特性となる。このような特性を持たせることで、駆動対象２０１が加圧対象２０２に押し当てた際に振動が生じ易いような場合には、その振動を抑制しながら定常的には目標トルクＴ_ｒｅｆに対応した力で加圧対象２０２を加圧するよう、安定した制御が可能となる。

次に、モータ制御装置５００の動作について説明する。図９は、モータ制御装置５００による動作を説明するためのグラフである。図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）は夫々モータ動作検出値ｙの推移、モータ速度ｖの推移、トルク指令Ｔ_ｕの推移を示すグラフである。なお、ここでは、実施の形態１の場合と異なり、位置Ｂにおいてモータを停止することなくモード切り換えを行うものとしている。位置制御モードにおける動作は実施の形態１と同様の動作なので、説明を省略する。モータ制御装置５００は、位置制御モードで制御して駆動対象２０１を位置Ｂまで移動させる。

位置Ｂにおけるモード切り換え時の動作について説明する。まず、Ｂ地点において、指令生成装置２００が切り換え信号ｓｗを位置制御モードからトルク制御モードへ切り換える。指令生成装置２００が切り換え信号ｓｗを位置制御モードからトルク制御モードへ切り換えると、初期値設定部５０２は、トルク制御速度指令ｕ_Ｔを位置制御速度指令ｕ_ｐｖに一致させるよう、回帰トルク制御器５０１内部にあるフィルタ５１３の状態変数を設定する。それと同時に、制御切り換え部１０６は、速度指令ｕとしてトルク制御速度指令ｕ_Ｔを選択する。その結果、切り換えタイミングの前後における回帰トルク信号Ｔ_ｔおよびトルク指令Ｔ_ｕの連続性が保たれる。言い換えると、モータ動作中に位置制御モードからトルク制御モードへ切り換えても、制御モードを切り換えた瞬間に速度が急激に変化することが防止される。

次に、トルク制御モードに移行した後の動作について説明する。図９の例では、Ｂ地点以降（時刻ｂ以後）の制御モードがトルク制御モードとなる。駆動対象２０１が位置Ｂから位置Ｃに至るまで（すなわち、トルク制御モードに切換わってから駆動対象２０１が加圧対象２０２に接触するまで）、モータ制御装置５００は、加圧対象２０２からの反力がない状態でトルク制御モードを行う。また、フィルタ５１３の定常ゲイン｜Ｆ（０）｜は１となるように設定されるので、定常状態ではトルク信号リミッタ５１２の出力とフィルタ５１３の出力は一致する。つまり、駆動対象２０１は、速度制御器１０１によりモータ速度ｖが回帰トルク制御器５０１の出力であるトルク制御速度指令ｕ_Ｔに追従するように制御されるため、モータ速度ｖは、トルク制御モードに切換わった時点でのモータ速度ｖに関係なく速度制限値ｖｌｉｍと同じ速度に滑らかに移行する。したがって、実施の形態１と同様に、駆動対象２０１をゆっくりと安定的に加圧対象２０２へ近づけ、低衝撃で加圧対象２０２へ接触させることが可能となる。

そして、Ｃ地点にて駆動対象２０１が加圧対象２０２に接触すると、加圧対象２０２からの反力がモータ２０３に加わり、モータ速度ｖが低下し、速度指令ｕとモータ速度ｖとの差が増加し、速度制御器１０１の出力が増加することにより、反力の分だけトルク指令Ｔ_ｕや回帰トルク信号Ｔ_ｔが増加する。回帰トルク信号Ｔ_ｔが増加すると、目標トルクＴ_ｒｅｆと回帰トルク信号Ｔ_ｔとの差であるトルク信号偏差ｅ_Ｔは減少する。そのため、トルク信号ゲイン５１１の出力の絶対値｜Ｗ_ｘ・（Ｔ_ｒｅｆ−Ｔ_ｔ）｜は減少し、いずれ速度制限値ｖｌｉｍを下回る。それまでは速度制御器１０１により駆動対象２０１はゆっくりと動いて加圧対象２０２を加圧する。トルク信号ゲイン５１１の出力の絶対値が速度制限値ｖｌｉｍを下回ると回帰トルク制御器５０１のフィードバックが有効になり、モータ制御装置５００は回帰トルク信号Ｔ_ｔを目標トルクＴ_ｒｅｆに一致させるように加圧対象２０２を加圧する。そして、より加圧すると、加圧対象２０２からの反力がより増大し、トルク指令Ｔ_ｕや回帰トルク信号Ｔ_ｔが目標トルクＴ_ｒｅｆと一致する。回帰トルク信号Ｔ_ｔと目標トルクＴ_ｒｅｆが一致すると、トルク信号偏差ｅ_Ｔが０となり、トルク制御速度指令ｕ_Ｔも０になる。よって、速度指令ｕも０となり、モータ２０３は回帰トルク信号Ｔ_ｔと目標トルクＴ_ｒｅｆが一致する地点で静止する。そして、回帰トルク信号Ｔ_ｔとトルク指令Ｔ_ｕとは定常的には一致するため、トルク指令Ｔ_ｕが目標トルクＴ_ｒｅｆに一致する。上記の動作の流れにより、最終的にはモータ２０３はトルク指令Ｔ_ｕ、回帰トルク信号Ｔ_ｔと目標トルクＴ_ｒｅｆが一致する地点で静止する。

このように、本発明の実施の形態３によれば、回帰トルク制御器５０１は、状態変数を用いた演算を行うフィルタ５１３を備え、制御切り換え部１０６が速度指令ｕを位置制御速度指令ｕ_ｐｖからトルク制御速度指令ｕ_Ｔに切り換えたとき、切り換え直前の位置制御速度指令ｕ_ｐｖと切り換え直後のトルク制御速度指令ｕ_Ｔとが等しくなるように状態変数をフィルタ５１３に設定する初期値設定部５０２をさらに備えるように構成したので、切り換え時のトルク指令Ｔ_ｕを連続にすることが可能となる。すなわち、実施の形態１および実施の形態２の効果に加えて、指令生成装置２００がモータ２０３が静止していない状態で切り換え信号ｓｗを操作してモード切り換えを実行しても、切り換え時のトルクの連続性が保たれるようになる。

また、速度制御器１０１の制御を式（２）、（３）にて示す速度ＰＩ制御とし、フィルタ５１３が次式（１０）に示す遮断周波数を速度積分ゲインＫ_ｉに一致させた一次ローパスフィルタの特性を備えるものとすると、トルク信号ゲインＷ_ｘを実質的な無限大（制御周期によって制限され最大値）にすることによってフィードフォワード的なトルク制御と同じ特性を持たせることが可能となる。また、トルク信号ゲインＷ_ｘを調整することにより、過渡特性を所望の特性に調整することが可能である。

なお、本実施の形態３では、位置制御モードとトルク制御モードとを切り換えて動作するとして説明したが、実施の形態２のように速度制御モードとトルク制御モードとを切り換えて動作するようにしてもよい。

また、上記説明においては、回帰トルク制御器５０１のフィルタ５１３がローパスフィルタであり、速度制御器１０１による速度制御がＰＩ制御である場合について説明したが、回帰トルク制御器５０１のフィルタ５１３の特性および速度制御器１０１による速度制御の特性はこれらに限定されない。

実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４にかかるモータ制御装置について図１０〜１２を用いて説明する。本実施の形態４のモータ制御装置は、位置制御モードとトルク制御モードとを切り換えて動作する。

図１０は、実施の形態４のモータ制御装置の構成を示す図である。図示するように、モータ制御装置６００は指令生成装置２００から動作目標値ｙ_ｒｅｆ、切り換え信号ｓｗ、および目標トルクＴ_ｒｅｆが入力される。また、モータ制御装置６００は、検出器２０４からモータ動作検出値ｙが入力される。モータ制御装置６００は、切り換え信号ｓｗにより指令された動作モードで動作して電流制御器２０５に供給するトルク指令Ｔ_ｕを算出する。

モータ制御装置６００は、速度制御器６０１、回帰トルク制御器６０２、トルク信号減算器１０３、速度演算器１０４、位置制御器１０５、制御切り換え部１０６、および初期値設定部６０３を備えている。

回帰トルク制御器６０２は、トルク信号減算器１０３からのトルク信号偏差ｅ_Ｔに基づいて制御切り換え部１０６に入力するトルク制御速度指令ｕ_Ｔを算出する。図１１は、回帰トルク制御器６０２の構成を示す図である。

図１１に示すように、回帰トルク制御器６０２は、トルク信号ゲイン６１１、トルク信号リミッタ６１２、およびフィルタ６１３を備えている。トルク信号ゲイン６１１は、トルク信号偏差ｅ_Ｔを定数倍（Ｗ_ｘ倍）してトルク信号リミッタ６１２へ出力する。トルク信号リミッタ６１２は式（６）と同様の演算により、トルク信号ゲイン６１１の出力の大きさ（絶対値）を所定の大きさ以下に制限してフィルタ６１３へ出力する。フィルタ６１３は、積分器を１つ以上内蔵しており、トルク信号リミッタ６１２の出力に基づいて、トルク制御速度指令ｕ_Ｔを演算し出力する。また、実施の形態３とは異なりフィルタ６１３に内蔵されている積分器の初期値は全て０となっているものとする。これにより、切り換え信号ｓｗがトルク制御モードへ切り換った瞬間のトルク制御速度指令ｕ_Ｔの値は０となる。なお、フィルタ６１３の特性をＦ（ｓ）と表現する。トルク制御速度指令ｕ_Ｔは式（９）に示したものと同等である。なお、フィルタ６１３の定常ゲイン｜Ｆ（０）｜は１となるようにしておく。

速度制御器６０１は、速度指令ｕとモータ速度ｖとの偏差を低減するよう積分補償演算を行う積分器を少なくとも１つ備え、制御切り換え部１０６から速度指令ｕを、速度演算器１０４からモータ速度ｖを取得し、モータ速度ｖが速度指令ｕに一致するようにトルク指令Ｔ_ｕを計算し、電流制御器２０５へ出力する。また、トルク指令Ｔ_ｕと定常的な値が一致する回帰トルク信号Ｔ_ｔをトルク信号減算器１０３へ出力する。例えば、積分器を内蔵する速度制御器６０１として図１２に示すＰＩ制御器がある。

図１２に示すように、速度制御器６０１は、速度信号減算器６２１と、速度積分ゲイン６２２と、速度積分器６２３と、速度入力加算器６２４と、速度比例ゲイン６２５と、フィルタ６２６とを備えている。速度信号減算器６２１は、速度指令ｕとモータ速度ｖとが入力され、入力された速度指令ｕとモータ速度ｖとの差を演算して速度偏差ｅｖとして出力する。速度積分ゲイン６２２は、速度偏差ｅ_ｖが入力され、入力された速度偏差ｅ_ｖを定数倍（Ｋ_ｉ倍）した値を演算し出力する。速度積分器６２３は、速度積分ゲイン６２２の出力が入力され、入力された値を積算し、その積算値を速度積分出力ｅ_Ｉとして出力する。

速度入力加算器６２４は、速度積分出力ｅ_Ｉと速度偏差ｅ_ｖとの和を計算し、速度比例ゲイン６２５に出力する。速度比例ゲイン６２５は、速度入力加算器６２４の出力が入力され、入力された値の定数倍（Ｋ_ｖ倍）を計算して、回帰トルク信号Ｔ_ｔとして出力する。フィルタ６２６は回帰トルク信号Ｔ_ｔを入力し、回帰トルク信号Ｔ_ｔの所定の周波数成分の信号を低減して、トルク指令Ｔ_ｕとして出力する。

図１２に示した速度制御器６０１の場合、回帰トルク信号Ｔ_ｔは式（３）の演算により計算され、回帰トルク信号Ｔ_ｔから（４）式によってトルク指令Ｔ_ｕの演算を行う。

初期値設定部６０３は、切り換え信号ｓｗと位置制御速度指令ｕ_ｐｖとが入力される。初期値設定部６０３は、指令生成装置２００が切り換え信号ｓｗを位置制御モードからトルク制御モードへ切り換えたタイミングで、切り換え前後におけるトルクの連続性を確保するように速度制御器６０１に内蔵されている速度積分器６２３の値を変更する。

次に、本実施の形態の動作および特性について説明する。位置制御モードにおける動作および特性は、実施の形態１および実施の形態３と同等であるので、説明を省略する。またトルク制御モードにおける動作および特性は、実施の形態３と同等であるので、説明を省略する。ここではモード切り換え時における動作について説明する。

指令生成装置２００により切り換え信号ｓｗが位置制御モードからトルク制御モードへ切り換わると、初期値設定部６０３は、切り換えた時点での位置制御速度指令ｕ_ｐｖを速度制御器６０１に内蔵されている速度積分器６２３の値に加算する。また、制御切り換え部１０６は、速度指令ｕを位置制御速度指令ｕ_ｐｖからトルク制御速度指令ｕ_Ｔに切り換える。

切り換え信号ｓｗが位置制御モードからトルク制御モードへ切り換わる直前は速度指令ｕとして位置制御速度指令ｕ_ｐｖが出力されるため、速度入力加算器６２４の出力はｅ_Ｉ＋ｕ_ｐｖ−ｖとなる。それに対し、トルク制御モードへ切り換えた直後はトルク制御速度指令ｕ_Ｔの初期値が０であるため、速度指令ｕは０となり、速度入力加算器６２４の出力はｅ_Ｉ−ｖとなる。よって、位置制御モードからトルク制御モードへの切り換え時に速度積分器６２３の現在値に位置制御速度指令ｕ_ｐｖを足し、速度積分出力ｅ_Ｉの値を位置制御速度指令ｕ_ｐｖの分だけ増加させる。これにより、速度入力加算器６２４の出力が連続になる。その結果、位置制御モードからトルク制御モードへの切り換わり前後において回帰トルク信号Ｔ_ｔおよびトルク指令Ｔ_ｕの連続性が保たれる。言い換えると、モータ動作中に位置制御モードからトルク制御モードへ切り換えても、制御モードを切り換えた瞬間に速度が急激に変化することが防止される。

以上述べたように、実施の形態４によれば、速度制御器６０１は、制御切り換え部１０６が選択した速度指令ｕとモータ速度ｖとの偏差を低減するための積分補償演算を行う速度積分器６２３を備え、制御切り換え部１０６が速度指令ｕを位置制御速度指令ｕ_ｐｖからトルク制御速度指令ｕ_Ｔに切り換えたとき、切り換え直前の速度積分器６２３の出力と切り換え直後の速度積分器６２３の出力とが等しくなるように速度積分器６２３の出力の修正を行う初期値設定部６０３をさらに備えるように構成したので、実施の形態３と同様に、指令生成装置２００がモータ２０３が静止していない状態で切り換え信号ｓｗを操作してモード切り換えを実行しても、切り換え時のトルクの連続性が保たれるようになる。

なお、本実施の形態４では、位置制御モードとトルク制御モードとを切り換えて動作するとして説明したが、実施の形態２のように速度制御モードとトルク制御モードとを切り換えて動作するようにしてもよい。

また、本実施の形態４では、位置制御モードからトルク制御モードへの切り換え直後のトルク制御速度指令ｕ_Ｔの値を０とすることで、予め切り換え直後の回帰トルク信号Ｔ_ｔとトルク指令Ｔ_ｕが計算でき、その計算に基づき速度制御器６０１に内蔵される速度積分器６２３の値を更新したが、トルク制御速度指令ｕ_Ｔが適切な値になるように回帰トルク制御器６０２に内蔵されるフィルタ６２６の積分器の値を設定し、位置制御モードからトルク制御モードへの切り換え前の回帰トルク信号Ｔ_ｔと切り換え直後の回帰トルク信号Ｔ_ｔとの差、または切り換え前のトルク指令Ｔ_ｕと切り換え直後のトルク指令Ｔ_ｕとの差に基づいて速度制御器６０１に内蔵される速度積分器６２３の値を更新しても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態４では、速度制御器６０１をＰＩ制御器としたが、別にこれに限るものでもなく、速度指令とモータ速度との偏差を低減するよう積分補償演算を行う積分器を備え、モータ２０３が不安定にならず、動作目標値ｙ_ｒｅｆにモータ動作検出値ｙが追従する、また速度指令ｕにモータ速度ｖが追従するならば、どのような制御方式を用いても良い。

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、産業用機械装置が備えるモータを駆動するモータ制御装置に適用して好適である。

１００ モータ制御装置
１０１ 速度制御器
１０２ 回帰トルク制御器
１０３ トルク信号減算器
１０４ 速度演算器
１０５ 位置制御器
１０６ 制御切り換え部
１１１ トルク信号ゲイン
１１２ トルク信号リミッタ
２００ 指令生成装置
２０１ 駆動対象
２０２ 加圧対象
２０３ モータ
２０４ 検出器
２０５ 電流制御器
４００ モータ制御装置
４０１ 制御切り換え部
５００ モータ制御装置
５０１ 回帰トルク制御器
５０２ 初期値設定部
５１１ トルク信号ゲイン
５１２ トルク信号リミッタ
５１３ フィルタ
６００ モータ制御装置
６０１ 速度制御器
６０２ 回帰トルク制御器
６０３ 初期値設定部
６１１ トルク信号ゲイン
６１２ トルク信号リミッタ
６１３ フィルタ
６２１ 速度信号減算器
６２２ 速度積分ゲイン
６２３ 速度積分器
６２４ 速度入力加算器
６２５ 速度比例ゲイン
６２６ フィルタ

Claims (5)

1. 駆動対象を駆動するモータを制御して前記駆動対象を目標トルクに対応する圧力で加圧対象に押し付けるモータ制御装置であって、
   前記モータの速度検出値に基づいて前記モータに対するトルク指令および前記トルク指令を補償するための回帰トルクを算出する速度制御器と、
   前記目標トルクと前記速度制御器が算出した回帰トルクとの偏差に応じた第１速度指令を算出する回帰トルク制御器と、
   を備え、
   前記回帰トルク制御器は、前記算出した第１速度指令を前記駆動対象と前記加圧対象との接触速度に基づいて定められる所望の速度制限値で制限して出力し、
   前記速度制御器は、前記回帰トルク制御器が出力した第１速度指令に前記速度検出値が追従するように前記トルク指令を算出する、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 外部から入力される位置指令および前記モータの位置検出値に基づいて第２速度指令を算出する位置制御器と、
   外部から入力される切り換え信号に基づいて前記速度制御器に供給する速度指令を前記位置制御器が算出した第２速度指令と前記回帰トルク制御器が出力した第１速度指令との間で切り換える制御切り換え部と、
   をさらに備え、
   前記速度制御器は、前記制御切り換え部から供給された速度指令に前記速度検出値が追従するように前記トルク指令を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 外部から入力される切り換え信号に基づいて前記速度制御器に供給する速度指令を外部から入力される第２速度指令と前記回帰トルク制御器が出力した第１速度指令との間で切り換える制御切り換え部
   をさらに備え、
   前記速度制御器は、前記制御切り換え部から供給された速度指令に前記速度検出値が追従するように前記トルク指令を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記回帰トルク制御器は、状態変数を用いた演算を行うフィルタを備え、
   前記制御切り換え部が前記速度制御器に供給する速度指令を前記第２速度指令から前記第１速度指令に切り換えたとき、切り換え直前の前記第２速度指令と切り換え直後の前記第１速度指令とが等しくなるように前記状態変数を前記フィルタに設定する初期値設定部
   をさらに備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記速度制御器は、前記制御切り換え部が選択した速度指令と前記速度検出値との偏差を低減するための積分補償演算を行う積分器を備え、
   前記選択部が前記速度制御器に供給する速度指令を前記第２速度指令から前記第１速度指令に切り換えたとき、切り換え直前の前記トルク指令の出力と切り換え直後の前記トルク指令の出力とが等しくなるように前記積分器の出力の修正を行う積分修正部
   をさらに備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のモータ制御装置。

Images