JPH11346492A - 電動機の位置制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同仕様の負荷機械群の機械特性にばらつき、
かつ、変化がある場合でも、位置制御装置の位置偏差と
速度偏差を使用し、最適ゲイン構成を自動的に再決定
し、所望の応答を達成、かつ、維持できること。 【解決手段】 位置制御装置１００は、回転角指令信号
θｍ^* と実位置信号θ２とを減算（θｍ^* −θ２）して
位置偏差信号ｅθを出力する減算器１３と、模擬速度信
号ω１と実速度信号ω２とを減算（ω１−ω２）して速
度偏差信号ｅωを出力する減算器１２と、位置偏差信号
ｅθと速度偏差信号ｅωと回転角指令信号発生回路１４
の出力する回転角指令信号θｍ^* とオートチューニング
指令回路１５の出力するオートチューニング指令信号Ａ
ＴＵ^* とに基づいて第１の位置制御回路１０のゲインＫ
ｐ１と第１の速度制御回路９のゲインＫｖ１を切り換え
るゲイン修正回路１１とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、パルスエンコー
ダなどの位置検出器を用いて電動機の速度および位置の
制御を行うサーボシステムにおいて、特に制御ゲインの
微調整を要する分野に使用される電動機の位置制御装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】サーボシステムにおける電動機の位置制
御は、一般に、位置制御をメインループとし、速度制御
ループをマイナーループとした図１６に示すようなカス
ケード構成の制御系により実行される。図１６におい
て、１は電動機、２は電動機１に接続された回転検出
器、３は電動機１のトルクを伝達するトルク伝達機構、
４は電動機１にトルク伝達機構３を介して接続された負
荷機械、１４は回転角指令信号発生回路、１５０はトル
ク制御回路、１５１は速度制御回路、１５２は位置制御
回路である。このような位置制御装置にあっては電動機
１に負荷をつけたときに、負荷機械４を所望の応答にす
るためには位置制御回路１５２内のゲインおよび速度制
御回路１５１内のゲインをそれぞれ手動および自動にて
調整する必要がある。

【０００３】例えば、要求仕様が高速・高精度応答であ
る故に位置制御装置のゲイン自動調整、すなわちオート
チューニング機能では負荷機械４を所望の応答に調整で
きなかった。しかしこの場合でも手動調整、すなわちマ
ニュアルチューニングでは所望の応答に調整できたと仮
定すると、このような場合にあっては、現状では同仕様
の負荷機械が複数ある場合に対しても一台一台マニュア
ルチューニングしなくてはならなかった。

【０００４】もし同仕様の複数の負荷機械に対して、任
意の一台のみをマニュアルチューニングし、その制御ゲ
インを他の負荷機械に取り付けた位置制御装置に入力し
たと仮定する。しかし、同仕様の機械であっても一台一
台の微妙な機械特性のばらつきが必ず存在すること、か
つ、所望の応答が高速・高精度である故に機械特性のば
らつきに起因する位置応答のばらつきが許容できない場
合には、同一ゲインを他の同仕様の負荷機械の調整に適
用することができない。このときには一台一台の負荷機
械に対し機械特性のばらつきを、それぞれマニュアルに
よるゲイン微調整にて合わせ込むことが必要となる。ま
た、マニュアルチューニングで各負荷機械に対し微調整
を施す場合であっても、位置制御装置の調整者が複数に
なる場合や調整者のスキルに差がある場合には調整ゲイ
ン値が一様な手順にて行われないので品質的な問題も出
てくる。

【０００５】図１７は、特開平８−１６８２８０号公報
に開示された電動機の位置制御装置の概略構成を示して
いる。この位置制御装置は、第１の位置制御回路２０６
と第１の速度制御回路２０５と、第２の位置制御回路２
０４と第２の速度制御回路２０３と、トルク制御回路２
０１と、電動機模擬回路２０２と、イナーシャ同定回路
２０７と、ゲイン修正回路２０８とを有している。な
お、電動機１には回転検出器２が接続されており、負荷
機械４とはトルク伝達機構３にて接続されている。

【０００６】イナーシャ同定回路２０７は、電動機模擬
回路２０２が出力する第１の速度信号ω１と回転検出器
２が出力する第２の速度信号ω２の偏差信号が減少する
ように推定イナーシャＪＬを出力する。電動機模擬回路
２０２の出力する第１の速度信号ω１と電動機１の第２
の速度信号ω２との偏差が零になったとき、電動機模擬
回路２０２の推定イナーシャＪＬは電動機１とトルク伝
達機構３と負荷機械４を含めた実機械の負荷イナーシャ
と等しくなる。ゲイン修正回路２０８は推定イナーシャ
ＪＬを基準にして第１の位置制御回路２０６のゲインＫ
ｐ１、第１の速度制御回路２０５のゲインＫｖ１、第２
の位置制御回路２０４のゲインＫｐ２、第２の速度制御
回路２０３のゲインＫｖ２を修正する。

【０００７】このように、従来における位置制御装置の
オートチューニング、すなわちイナーシャ推定によるオ
ートチューニングは、未知なる負荷機械に対して負荷機
械のイナーシャを推定し、そのイナーシャ値を基準にし
て適切なゲイン値を自動的に得る構成を採用している。
すなわち、従来におけるオートチューニングは未知なる
イナーシャの負荷機械や負荷機械のイナーシャが時間変
動するような機械に対しては非常に有効なものとなる。

【０００８】

【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、位置制
御回路のそれぞれのゲイン値は、ゲイン修正回路２０８
より推定イナーシャＪＬのみから全て求められるため
に、負荷機械４にイナーシャ以外の振動要因がある場合
でも各ゲインは変更されない。故に振動しやすい負荷機
械や、要求される整定仕様が厳しい場合はゲイン修正回
路２０８が出力するゲイン構成では所望の応答が得られ
ない場合がある。これは上記従来例にあっては、イナー
シャ推定タイプのオートチューニングに、要求仕様に基
づいてゲインを変更する手段がないことに起因してい
る。よってイナーシャ推定が正しく推定されていたとし
ても要求仕様を満たしている保証は無く、その場合には
マニュアルチューニングにて最適ゲイン構成を探らなく
てはならない、という不具合がある。

【０００９】また、上記従来例でイナーシャ推定が正し
く行われない場合もある。例えば、ある装置が他の同仕
様の装置と比べて摩擦が定格トルクの５％大きければ上
記従来例では摩擦トルク５％をイナーシャの増加と認識
し、イナーシャを５％大きく推定する。よってゲイン構
成も誤ったイナーシャに基づいて設定されるので、この
場合の応答は他の装置と大きく異なってくる。同等の応
答にするためには摩擦を推定、補償する回路を追加する
かマニュアルチューニングにて摩擦を補償できるゲイン
構成に各ゲインを再調整するしかない、という不具合が
ある。

【００１０】以上のように推定イナーシャ方式によるオ
ートチューニングにあっては、推定イナーシャ値に基づ
いて位置制御装置のゲイン群を決定する。故に負荷機械
の、イナーシャ以外の要因でチューニングが要求仕様を
満足しない場合には最適ゲイン構成を適宜変更する手段
が無く、電動機模擬回路２０２を実際の負荷機械の挙動
により近づける方法、若しくはマニュアルチューニング
で最適なゲイン構成を模索する方法で対応するしかなか
った。

【００１１】この発明は、上記の課題を解決するために
なされたものであり、同仕様の負荷機械群の機械特性に
ばらつき、かつ、変化がある場合でも、位置制御装置の
位置偏差と速度偏差を使用し、最適ゲイン構成を自動的
に再決定し、所望の応答を達成、かつ、維持できる電動
機の位置制御装置を得ることを目的としている。

【００１２】

【課題を解決しょうとする手段】上述の目的を達成する
ために、この発明による電動機の位置制御装置は、外部
から与えられる位置指令信号と電動機模擬回路の出力す
る第１の位置信号を入力して第１の速度指令信号を出力
する第１の位置制御手段と、前記第１の位置制御手段の
出力する第１の速度信号と電動機の模擬回路の出力する
第１の速度信号を入力して第１のトルク指令信号を出力
する第１の速度制御手段と、前記第１の速度制御手段の
出力する第１のトルク指令信号を入力して第１の模擬位
置信号と第１の模擬速度信号を出力する電動機模擬回路
と、前記電動機模擬回路の出力する第１の位置信号と電
動機の回転検出器の出力する第２の位置信号を入力して
第２の速度指令信号を出力する第２の位置制御手段と、
前記電動機模擬回路の出力する第１の速度信号と前記電
動機の回転検出器の出力する第２の速度信号と第２の位
置制御手段が出力する第２の速度指令信号を入力して第
２のトルク指令信号を出力する第２の速度制御手段と、
第１の模擬トルク指令と第２のトルク指令を加算した信
号に基づいて前記電動機のトルクを制御するトルク制御
手段と、外部から与えられる自動調整指令と前記自動調
整指令入力後から一定の時間内における前記位置指令信
号と前記第２の位置信号の偏差信号と前記第１の速度信
号と前記第２の速度信号の偏差信号に基づいて第１の位
置制御手段のゲインと第１の速度制御手段のゲインを切
り換えるゲイン修正手段とを備えていることを特徴とす
る。

【００１３】この発明による電動機の位置制御装置にお
いては、ゲイン修正手段が、外部から与えられる自動調
整指令を受けると自動調整指令入力後から一定の時間に
おいて予め作成してある数種類のゲインパターンに順次
切り替え、位置指令信号と第２の位置信号の偏差信号と
第１の速度信号と第２の速度信号の偏差信号に基づいて
評価関数を計算し、自動調整指令入力後から一定の時間
後に前記評価関数の値に基づいて最適なゲインパターン
を選択し第１の位置制御手段のゲインと第１の速度制御
手段のゲインを切り換える。但し、前記位置指令信号は
ＰＴＰ指令のようにポイント位置のみを指示するもので
はなくパルス列指令等の逐次位置指令タイプの信号を指
す。

【００１４】つぎの発明による電動機の位置制御装置
は、ゲイン修正手段が、外部から与えられる前記位置指
令信号と第２の位置信号の偏差がゲイン修正手段の第１
の計算開始設定値以下に達してからの位置指令信号と前
記第２の位置信号の偏差信号と第１の速度信号と第２の
速度信号の偏差信号とに基づいて第１の位置制御手段の
ゲインと第１の速度制御手段のゲインを切り換えること
を特徴とする。

【００１５】つぎの発明による電動機の位置制御装置
は、ゲイン修正手段が、前記位置指令信号が終了してか
らの位置指令信号と前記第２の位置信号の偏差信号と第
１の速度信号と第２の速度信号の偏差信号とに基づいて
第１の位置制御手段のゲインと第１の速度制御手段のゲ
インを切り換えることを特徴とする。

【００１６】つぎの発明による電動機の位置制御装置
は、ゲイン修正手段が、外部から与えられる前記位置指
令信号と第２の位置信号の偏差がゲイン修正手段の第１
の計算開始設定値以下に達してからの前記位置指令信号
と前記第２の位置信号の偏差信号と、位置指令信号が終
了してからの第１の速度信号と第２の速度信号の偏差信
号とに基づいて第１の位置制御手段のゲインと第１の速
度制御手段のゲインを切り換えることを特徴とする。

【００１７】つぎの発明による電動機の位置制御装置
は、ゲイン修正手段が、外部から与えられる前記位置指
令信号と第２の位置信号の偏差がゲイン修正手段の第１
の計算開始設定値以下に達してからの位置指令信号と第
２の位置信号の偏差信号と、第１の速度信号がゲイン修
正手段の第２の計算開始設定値以下に達してからの第１
の速度信号と第２の速度信号の偏差信号とに基づいて第
１の位置制御手段のゲインと第１の速度制御手段のゲイ
ンを切り換えることを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、この発明に係る電動機の
位置制御装置の実施の形態を、添付図面を参照して詳細
に説明する。

【００１９】実施の形態１．この発明による電動機の位
置制御装置の実施の形態１を図１〜図１０を参照して説
明する。図１は、実施の形態１における電動機の位置制
御装置の概略構成を示している。電動機１はＳＭサーボ
モータであり、位置制御装置１００は、回転角指令信号
発生回路１４が出力する回転角指令信号θｍ^* と電動機
模擬回路６より与えられる模擬位置信号θ１とに基づい
て模擬速度指令信号ω１^* を出力する第１の位置制御回
路１０と、模擬速度指令信号ω１^* と電動機模擬回路６
より与えられる模擬速度信号ω１とに基づいて模擬トル
ク指令信号Ｔ１^* を出力する第１の速度制御回路９と、
模擬位置信号θ１と回転検出器２より与えられる実位置
信号θ２に基づいて実速度指令信号ω２^* を出力する第
２の位置制御回路８と、実速度指令信号ω２^* と回転検
出器２より与えられる実速度信号ω２と模擬速度信号ω
１に基づいて実トルク指令信号Ｔ２^* を出力する第２の
速度制御回路７と、模擬トルク指令信号Ｔ１^* と実トル
ク指令信号Ｔ２^* を加算した信号に基づいて電動機１の
トルクを制御するトルク制御回路５と、模擬トルク指令
信号Ｔ１^*に基づいて模擬速度信号ω１と模擬位置信号
θ１を出力する電動機模擬回路６とを有している。

【００２０】さらに、位置制御装置１００は、回転角指
令信号θｍ^* と実位置信号θ２とを減算（θｍ^* −θ
２）して位置偏差信号ｅθを出力する減算器１３と、模
擬速度信号ω１と実速度信号ω２とを減算（ω１−ω
２）して速度偏差信号ｅωを出力する減算器１２と、位
置偏差信号ｅθと速度偏差信号ｅωと回転角指令信号発
生回路１４の出力する回転角指令信号θｍ^* とオートチ
ューニング指令回路１５の出力するオートチューニング
指令信号ＡＴＵ^* とに基づいて第１の位置制御回路１０
のゲインＫｐ１と第１の速度制御回路９のゲインＫｖ１
を切り換えるゲイン修正回路１１とを有している。

【００２１】第１の位置制御回路１０は、図２に示され
ているように、回転角指令信号発生回路１４が出力する
回転角指令信号θｍ^* と電動機模擬回路６からの模擬位
置信号θ１との偏差（θｍ^* −θ１）を出力する減算器
２２と、偏差（θｍ^* −θ１）を比例増幅して模擬速度
指令信号ω１^* を出力するゲインＫｐ１の係数器２１と
により構成されている。前記係数器２１はゲイン修正回
路１１から出力されるＫｐ１によってゲインを切り換え
られる。この構成により第１の位置制御回路１０は模擬
位置信号θ１が回転角指令信号θｍ^* に追従するように
制御される。

【００２２】第１の速度制御回路９は、図３に示されて
いるように、第１の位置制御回路１０が出力する模擬速
度指令信号ω１^* と電動機模擬回路６からの模擬速度信
号ω１との偏差（ω１^* −ω１）を出力する減算器２４
と、偏差（ω１^* −ω１）を比例増幅して模擬トルク指
令信号Ｔ１^* を出力するゲインＫｖ１の係数器２３とに
より構成されている。前記係数器２３はゲイン修正回路
１１から出力されるＫｖ１によってゲインを切り換えら
れる。この構成により第１の速度制御回路９は模擬速度
信号ω１が模擬速度指令信号ω１^* に追従するように制
御される。

【００２３】第２の位置制御回路８は、図４に示されて
いるように、電動機模擬回路６が出力する模擬位置信号
θ１と回転検出器２からの実位置信号θ２との偏差（θ
１−θ２）を出力する減算器２６と、偏差（θ１−θ
２）を比例増幅して実速度指令信号ω２^* を出力するゲ
インＫｐ２の係数器２５とにより構成されている。この
構成により第２の位置制御回路８は実位置信号θ２が模
擬位置信号θ１に追従するように制御される。

【００２４】第２の速度制御回路７は、図５に示されて
いるように、第２の位置制御回路８が出力する実速度指
令信号ω２^* と回転検出器２からの実速度信号ω２との
偏差（ω２^* −ω２）を出力する減算器３０と、偏差
（ω２^* −ω２）と電動機模擬回路６の出力する模擬速
度信号ω１との加算（ω２^* −ω２＋ω１）を出力する
加算器３１と、加算器３１からの出力（ω２^* −ω２＋
ω１）を比例増幅するゲインＫｖ２の係数器２９と、加
算器３１からの出力（ω２^* −ω２＋ω１）を比例増幅
するゲインＫｖｉの係数器２７と、係数器２７の出力を
積分する積分器２８と、積分器２８からの出力と係数器
２９からの出力を加算して実トルク指令信号Ｔ２^* を出
力する加算器３２とにより構成されている。この構成に
より第２の速度制御回路７は実速度指令信号ω２^* が実
速度信号ω２に追従するように制御される。

【００２５】電動機模擬回路６は、図６に示されている
ように、第１の速度制御回路９が出力する模擬トルク指
令信号Ｔ１^* を入力して模擬速度信号ω１を出力するゲ
イン１／Ｊａｓの積分器３３と、積分器３３の出力を積
分して模擬位置信号θ１を出力する積分器３４とから構
成されている。

【００２６】トルク制御回路５は、図７に示されている
ように、第１の速度制御回路９の出力する模擬トルク指
令信号Ｔ１^* と第２の速度制御回路７の出力する実トル
ク指令信号Ｔ２^* とを加算する加算器３８と、加算器３
８の出力にトルク定数の逆数を乗してトルク分電流指令
Ｉｑ^* を出力する係数器３５と、電動機１の電流Ｉを検
出する電流検出器３７と、電流Ｉから得られるトルク分
電流がトルク分電流指令Ｉｑ^* に追従するように電動機
１に電圧Ｖを印加する電流制御回路３６とから構成され
ている。

【００２７】ゲイン修正回路１１は、図８に示されてい
るように、評価関数演算部５０と、評価関数演算部５０
の演算開始を判定する判定回路５１と、カウンタ５３
と、評価関数演算部５０が出力するそれぞれの評価関数
Ｊを格納する評価関数バッファ５４と、第１の位置制御
回路１０のゲインＫｐ１と第１の速度制御回路９のゲイ
ンＫｖ１の、予め用意されている任意の値を格納してお
くゲインパターンバッファ５５と、ゲインパターンバッ
ファ５５のゲインパターンに第１の位置制御回路１０の
ゲインＫｐ１と第１の速度制御回路９のゲインＫｖ１を
切り換えるゲイン切換部５６と、評価関数バッファ５４
の各評価関数値の最小値の格納アドレスを選択する最小
値検出器５７と、カウンタ５３の出力するカウンタ値Ｃ
によって評価関数値Ｊを格納する評価関数バッファ５４
のバッファ位置を選択するセレクタ５８と、カウンタ５
３の出力するカウンタ値Ｃによってゲインパターンバッ
ファ５５のバッファ位置を選択するセレクタ５９と、カ
ウンタ５３の出力するリミット出力ＬＩＭによって切り
換えられるスイッチ６０とから構成されている。

【００２８】評価関数演算部５０は、図９に示されてい
るように常に零を出力する零出力器７３、７４と、速度
偏差信号ｅωと零出力器７３とを判定回路５１の出力す
る判定値Ｚ１により切り換えるスイッチ７６と、スイッ
チ７６の出力する値を自乗して出力する自乗器７８と、
自乗器７８の出力する値をゲインｑ１で積分する積分器
７１と、位置偏差信号ｅθと零出力器７４とを判定回路
５１の出力する判定値Ｚ２により切り換えるスイッチ７
７と、スイッチ７７の出力する値を自乗して出力する自
乗器７９と、自乗器７９の出力する値をゲインｑ２で積
分する積分器７２と、積分器７１と積分器７２の出力を
加算して評価関数値Ｊを出力する加算器７５とから構成
されている。

【００２９】ここで、スイッチ７６、７７は判定回路５
１の出力する判定信号Ｚ１、Ｚ２が“１”のときにスイ
ッチのＡ側に切り換えられ、判定信号Ｚ１、Ｚ２が
“０”のときにはスイッチのＢ側に切り換えられる。例
えば、判定信号Ｚ１、Ｚ２が常に“１”を出力していた
場合、評価関数演算部５０の出力する評価関数値Ｊは、
（１）式のように表される。（１）式においてｔｃは指
令開始時間を示す。

【００３０】

【数１】

【００３１】一般的に最適制御問題において評価関数
（１）式のＪ値が最小となる制御ゲイン構成は過渡応答
誤差が少ないサーボ系であることが知られている。但
し、一般的な位置制御装置は第１の位置制御回路１０、
第１の速度制御回路９、電動機模擬回路６が含まれない
ために、評価関数も一般的には（１）式において右辺第
一項が（ω１−ω２）ではなく（ω２^* −ω２）が用い
られている。評価関数を（ω１−ω２）とすることでモ
デル速度と実速度との偏差を得ることができるために実
際の挙動がどれだけ理論応答から離れているかを精密に
表現でき評価関数の精度を高めることができる。ゲイン
ｑ１、ｑ２は一般的には評価関数が最小値を得やすいよ
うな任意の値に設定する。

【００３２】本発明においてはｑ１、ｑ２は負荷機械の
要求応答仕様に従って設定する。すなわち、要求仕様を
評価関数に置き換えて実際の応答が要求を満たしている
か否かの判定をする。評価関数（１）式においては０≦
ｑ１＜ｑ２の関係で使用する。ｑ２を固定値とし、ｑ１
は要求整定時間が短くなるにつれて大きな値を設定す
る。但し、ｑ１を大きくすることはオーバーシュート増
大につながる。ｑ１、ｑ２の値は要求仕様によりマニュ
アルにて変更しなくてはならないが一度設定すると要求
仕様や負荷条件が大幅に変わらない限り調整する必要が
ないために同仕様の負荷機械に対しては一台一台設定す
る必要はなくなる。

【００３３】判定回路５１は、図１０に示されているよ
うに比較回路８１によって構成されている。比較回路８
１の判定出力Ｚは通常“０”を出力する。比較回路８１
は回転角指令信号θｍ^* の指令開始を検出して回転角指
令信号θｍ^* が位置制御装置１００に与えられたと判定
すると判定信号Ｚを任意の一定時間Ｔｓｐの間“１”に
出力する。判定信号Ｚと信号Ｚ１、Ｚ２は同一値を取
る。このときの評価関数演算部５０の計算する評価関数
値Ｊは（２）式のように表される。各ゲインパターンに
よる評価関数値の判定を一定時間内に終了しなくてはな
らないために（２）式は（１）式と異なり、有限時間内
の積分としている。

【００３４】

【数２】

【００３５】つぎに、ゲイン修正回路１１の動作につい
て、図１１のフローチャートを参照して説明する。ゲイ
ン修正回路１１は、ステップＳ１において、オートチュ
ーニング指令信号ＡＴＵ^* 入力の判定をし、入力された
と判断するまでステップＳ１の判断を繰り返す。オート
チューニング指令信号ＡＴＵ^* が入力されると、ステッ
プＳ２において、ゲイン修正処理の初期化としてカウン
タ５３、評価関数バッファ５４をそれぞれクリアにす
る。ステップＳ３において回転角指令信号θｍ^*の入力
を判定し、それが入力されるまでステップＳ３を繰り返
し、回転角指令信号θｍ^* が入力されてから評価関数計
算を開始する。回転角指令信号θｍ^* が入力されると、
先ずステップＳ４においてカウンタ５３をカウントアッ
プする。つぎに、ステップＳ５において、カウンタ５３
の値に対応するゲインパターンバッファ５５を選択す
る。ゲイン修正回路１１は、あるゲインパターンで動作
させた際の評価関数を計算するので、ステップＳ６にお
いて、ステップＳ５において選択されたゲイン値を各制
御回路のゲインに書き込む。以上で、評価関数計算のた
めの前処理が終了する。

【００３６】つぎに、ステップＳ７において、評価関数
演算を一定時間動作させるために、判定回路５１の内部
タイマの動作を開始させる。判定回路５１は、任意に設
定可能な一定時間Ｔｓｐの間Ｚ１＝１、Ｚ２＝１を出力
し、ステップＳ８で評価関数演算部５０は評価関数を演
算する。その後、ステップＳ９において、判定回路５１
の内部タイマが設定した一定時間Ｔｓｐ以内であるか否
かを判定し、時間内であれば、ステップＳ８およびステ
ップＳ９の内容の判断を繰り返す。ステップＳ９におい
て、内部タイマが一定時間Ｔｓｐを超えると、ステップ
１０において、判定回路５１はＺ１＝０、Ｚ２＝０を出
力し、この値を受けた評価関数演算部５０は計算処理を
終了する。

【００３７】ステップＳ１１において、評価関数演算部
５０で計算した評価関数Ｊをゲインパターンと１対１で
対応する評価関数バッファ５４に、すでにそこに格納さ
れていた前回値を加算して格納する。その後、ステップ
Ｓ１２において、カウンタ５３の値が任意に設定可能な
既定値以内であれば、ステップＳ３に戻り、上記各処理
を繰り返す。反対に、既定値に達していれば、ステップ
Ｓ１３において、評価関数バッファ５４の中から最小値
を検出し、ステップＳ１４で最小値となった評価関数に
対応するゲインバッファ５５の値をゲイン切換部５６で
各制御回路のゲインに書き込み、ゲイン修正回路１１の
一連の動作は終了する。この一連の処理は、オートチュ
ーニング指令信号ＡＴＵ^* が入力されることにより、上
記ステップＳ１より繰り返される。

【００３８】すなわち、上記一連の動作を要約すると、
外部からオートチューニング指令信号ＡＴＵ^* が入力さ
れるとカウンタ５３はカウンタ値を０にリセットする。
またカウンタ５３は回転角指令信号の指令開始を検出
し、入力指令回数、すなわち位置決め回数を任意のリミ
ット値までカウントしリミット値に達するとリミット出
力ＬＩＭを“０”から“１”に出力する。セレクタ５
８、５９はカウンタ５３のカウンタ出力値Ｃの値に応じ
て評価関数バッファ５４、ゲインパターンバッファ５５
のアドレス位置を選択する。評価関数バッファ５４、ゲ
インパターンバッファ５５は両者同一個数でそれぞれ任
意の個数を持ち、セレクタ５８、５９の指すアドレスも
連動して選択する。すなわちゲインパターンと評価関数
は１対１の対応関係を示す。

【００３９】このようにして位置決め動作毎にゲインパ
ターンバッファ５５の位置制御ゲインＫｐ１、速度制御
ゲインＫｖ１を順次切り換え、そのゲインパターンが選
択されているときの位置決め応答に対応する評価関数値
Ｊを評価関数バッファ５４に格納する。カウンタ５３の
カウンタ回数が評価関数バッファ５４の個数より多い場
合にはセレクタ５８は評価関数バッファ５４のアドレス
を繰り返し選択し、格納される評価関数Ｊは加算され
る。

【００４０】カウンタ５３のカウンタ値が任意の設定値
に達するとＬＩＭ出力値を“１”に出力し、スイッチ６
０はＢ側に切り換えられる。最小値検出器５７は評価関
数バッファ５４の各評価関数の最小値の格納アドレスを
指し示すので、このときセレクタ５９は評価関数が最小
になったゲインパターンのアドレスを選択し、ゲイン切
換部５６はその位置ゲインＫｐ１、速度ゲインＫｖ１に
最終的に書き換える。

【００４１】図１２に一例を示す。図１２は、９通りの
ゲインパターンをゲインパターンバッファ５５にセット
し、各位置決め応答時の評価関数をプロットした図であ
り、この場合、最小値であるＫｐ１＝１７０、Ｋｖ１＝
１１９０が最終的に位置制御器のゲインとして選択され
る。このようにして通常のイナーシャ推定に基づく制御
ゲイン決定ではなく、実際に位置決め動作した結果の評
価関数に基づいて最適なゲインパターンを探索するため
に最終的に選ばれたゲインＫｐ１、Ｋｖ１は予め準備さ
れたゲインパターンの中では最適なゲイン構成であると
いえる。

【００４２】但し、未知なる負荷機械に最初からオート
チューニング指令信号ＡＴＵ^* を与えても最適なゲイン
設定を得るためには無限のゲインパターンを試行しなく
てはならず効果的ではない。最も効果的な使い方は未知
なる負荷機械４に対してマニュアルチューニング若しく
はイナーシャ推定によるオートチューニングを施した後
にオートチューニング指令信号ＡＴＵ^* を与える使用法
である。マニュアルチューニング若しくはイナーシャ推
定によるオートチューニングにて得られたゲイン群を位
置制御装置に設定すると、ゲインＫｐ１、Ｋｖ１の値を
中心にＫｐ１、Ｋｖ１をある傾きで変化させたゲインパ
ターン群を自動的にゲインパターンバッファ５５に設定
する。その後にオートチューニング指令信号ＡＴＵ^* を
与え実際に最もよい応答をしたゲインＫｐ１、Ｋｖ１に
変更する微調整チューニングともいえる方法である。こ
の方法の場合、同仕様の負荷機械が多数ある場合には一
度マニュアルチューニングして最適応答のゲイン構成を
得たあとはオートチューニング指令信号ＡＴＵ^* による
微調整のオートチューニングで全ての負荷機械の微妙な
機械特性のばらつきに対応することができる。

【００４３】切り換えるゲインを位置制御系のフィード
フォワード補償に相当する第１の位置制御回路１０のゲ
インＫｐ１、第１の速度制御回路９のゲインＫｖ１のみ
に限定している。一般にフィードバック補償のゲイン、
図１では第２の位置制御回路８のゲインＫｐ２、第２の
速度制御回路７のゲインＫｖ２に、図１６では位置制御
回路１５２のゲインＫｐ、速度制御回路１５１のゲイン
Ｋｖに相当するが、これらのゲインは系の安定性に影響
しており、Ｋｐ２、Ｋｖ２、若しくはＫｐ、Ｋｖを予め
用意されたゲイン構成に切り換えていくと負荷機械４と
トルク伝達機構３の負荷条件と機械特性によっては機械
系が発振する可能性がある。よって評価関数に安定性を
盛り込まなくては安定したゲインパターンが得られず危
険でもある。それに対してフィードフォワード系は系の
応答性のみ関係しており不適切なゲイン配分にて駆動を
試みても安全である。評価関数は応答性を反映できるよ
う考慮されていれば良く、（２）式はそのように対応し
ている。

【００４４】実施の形態２．この発明による電動機の位
置制御装置の実施の形態２を図１、図８、図１０を参照
して説明する。この実施の形態では図１のゲイン修正回
路１１の構成要素である図８の判定回路５１の図１０に
て参照される比較回路８１が回転角指令信号θｍ^* の指
令終了を検出して回転角指令信号θｍ^* が位置制御装置
に与えられたと判定すると判定信号Ｚを任意の一定時間
Ｔｓｐの間“１”に出力する。比較回路８１からの判定
信号Ｚと信号Ｚ１、Ｚ２は同一値を取る。このときの評
価関数演算部５０の計算する評価関数値Ｊは（３）式の
ように表される。（３）式においてｔｅは指令終了時間
を示す。

【００４５】

【数３】

【００４６】このように評価関数演算部５０の演算開始
時間を回転角指令信号θｍ^* の指令終了後からにするこ
とで指令終了後の過渡応答の挙動のみを評価関数に反映
させることができ、評価関数の精度が向上するので微細
なチューニングが可能となる。

【００４７】実施の形態３．この発明による電動機の位
置制御装置の実施の形態３を図１、図８、図１３を参照
して説明する。この実施の形態では図１のゲイン修正回
路１１の構成要素である図８の判定回路５１の図１３に
て参照される比較回路９１が回転角指令信号θｍ^* と実
位置信号θ２との位置偏差信号ｅθが任意の設定値以下
に達したと判定すると判定信号Ｚを任意の一定時間Ｔｓ
ｐの間“１”に出力する。比較回路９１からの判定信号
Ｚと信号Ｚ１、Ｚ２は同一値を取る。このときの評価関
数演算部５０の計算する評価関数値Ｊは（４）式のよう
に表される。（４）式においてｔｓは位置偏差信号ｅθ
の設定しきい値以下への到達時間を示す。

【００４８】

【数４】

【００４９】このように評価関数演算部５０の演算開始
時間を位置偏差信号ｅθが任意の設定値以下に達してか
らにすることで位置決め終了の止まりの際の微細な過渡
応答の挙動を反映させることができる。但し、比較回路
９１に設定する位置偏差信号ｅθのしきい値を小さくし
すぎると速度偏差信号（ω１−ω２）がほぼ零になるの
で、整定時間の調整より微少なオーバーシュートの調整
に効果的である。

【００５０】実施の形態４．この発明による電動機の位
置制御装置の実施の形態４を図１、図８、図１４を参照
して説明する。この実施の形態では図１のゲイン修正回
路１１の構成要素である図８の判定回路５１の図１４に
て参照される第１の比較回路１０１が回転角指令信号θ
ｍ^* の指令終了を検出して回転角指令信号θｍ^* が終了
した判定すると判定信号Ｚ１を任意の一定時間Ｔｓｐの
間“１”に出力する。第２の比較回路１０２は回転角指
令信号θｍ^* と実位置信号θ２との位置偏差信号ｅθが
任意の設定値以下に達したと判定すると判定信号Ｚ２を
任意の一定時間Ｔｓｐの間“１”に出力する。このとき
の評価関数演算部５０の計算する評価関数値Ｊは（５）
式のように表される。（５）式においてｔｅは指令終了
時間を、ｔｓは位置偏差信号ｅθの設定しきい値以下へ
の到達時間を示す。

【００５１】

【数５】

【００５２】実施の形態３では評価関数演算部５０の速
度偏差に関わる演算部の演算開始時間を位置偏差信号ｅ
θが任意の設定値以下に到達後とするため、しきい値以
下に達したときの速度偏差値が総じて小さくなる。位置
制御装置の位置・速度制御部がデジタル処理している場
合には速度偏差信号の量子化誤差の影響で誤差分が積算
され評価関数演算部５０の演算精度が悪化する。

【００５３】そこで、実施の形態４では評価関数演算部
５０の速度偏差に関わる演算部の演算開始時間を回転角
指令信号θｍ^* の指令終了後とし、位置偏差に関わる演
算部の演算開始時間を位置偏差信号ｅθが任意の設定値
以下に到達後とすることで位置偏差信号の止まりの際の
微細な過渡応答の挙動を反映させ、かつ、回転角指令信
号θｍ^* の指令終了後では速度偏差信号がある程度の値
を持つために評価関数演算部５０の演算精度が悪化しな
い。よって位置決め付近の過渡応答の挙動を精度よく評
価関数に反映させることができ、より微細なチューニン
グが可能となる。

【００５４】実施の形態５．この発明による電動機の位
置制御装置の実施の形態４を図１、図８、図１５を参照
して説明する。この実施の形態では図１のゲイン修正回
路１１の構成要素である図８の判定回路５１の図１５に
て参照される第１の比較回路１１１において模擬速度信
号ω１が任意の設定値以下に達したと判定すると判定信
号Ｚ１を任意の一定時間Ｔｓｐの間“１”に出力する。
第２の比較回路１１２は回転角指令信号θｍ^* と実位置
信号θ２との位置偏差信号ｅθが任意の設定値以下に達
したと判定すると判定信号Ｚ２を任意の一定時間Ｔｓｐ
の間“１”に出力する。このときの評価関数演算部５０
の計算する評価関数値Ｊは（６）式のように表される。
（６）式において、ｔｗは模擬速度信号ω１の設定しき
い値以下への到達時間を、ｔｓは位置偏差信号ｅθの設
定しきい値以下への到達時間をそれぞれ示す。

【００５５】

【数６】

【００５６】このように評価関数演算部５０の速度偏差
に関わる演算部の演算開始時間をω１がしきい値以下に
到達後とし、位置偏差に関わる演算部の演算開始時間を
位置偏差信号ｅθが任意の設定値以下に達してからにす
ることで、位置偏差信号の止まりの際の微細な過渡応答
の挙動を反映させ、かつ、速度応答の微細な過渡応答の
挙動を正確に捉えられるようしきい値を設定できるので
位置決め付近の過渡応答の挙動を精度よく評価関数に反
映させることができ、さらに微細なチューニングが可能
となる。

【００５７】

【発明の効果】以上の説明より理解されるように、この
発明による電動機の位置制御装置によれば、ゲイン修正
手段が外部から与えられる自動調整指令を受けると自動
調整指令入力後から一定の時間において予め作成してあ
る数種類のゲインパターンに順次切り換え、位置指令信
号と第２の位置信号の偏差信号と第１の模擬速度信号と
第２の速度信号の偏差信号に基づいて評価関数を計算
し、自動調整指令入力後から一定の時間後に前記評価関
数の値に基づいて最適なゲインパターンを選択し、第１
の位置制御回路のゲインと第１の速度制御回路のゲイン
を切り換えるので、負荷機械に適した微調整チューニン
グを実現することができる。

【００５８】つぎの発明による電動機の位置制御装置に
よれば、ゲイン修正手段は位置指令信号が終了してから
の前記位置指令信号と前記第２の位置信号の偏差信号と
第１の模擬速度信号と第２の速度信号の偏差信号とに基
づいて第１の位置制御回路のゲインと第１の速度制御回
路のゲインを切り換えるゲイン修正手段を備えているの
で、回転角指令信号θｍ^* の指令終了後の過渡応答の挙
動のみを評価関数に反映させることができ、評価関数の
精度があがるので位置整定の止まりの際の過渡応答のチ
ューニングが可能となる。

【００５９】つぎの発明による電動機の位置制御装置に
よれば、ゲイン修正手段は外部から与えられる位置指令
信号と第２の位置信号の偏差がゲイン修正手段の第１の
計算開始設定値以下に達してからの前記位置指令信号と
前記第２の位置信号の偏差信号と第１の模擬速度信号と
第２の速度信号の偏差信号とに基づいて第１の位置制御
回路のゲインと第１の速度制御回路のゲインを切り換え
るゲイン修正手段を備えているので、第１の計算開始設
定値を小さくし評価関数の計算開始時間を微少位置偏差
領域から始めることで位置整定の止まりの際の過渡応答
を精度良く反映させることができるので位置決めの止ま
りの際の微小なオーバーシュートの調整をオートチュー
ニングしたいときに効果的である。

【００６０】つぎの発明による電動機の位置制御装置に
よれば、ゲイン修正手段は外部から与えられる位置指令
信号と第２の位置信号の偏差がゲイン修正手段の第１の
計算開始設定値以下に達してからの位置指令信号と第２
の位置信号の偏差信号と、位置指令信号が終了してから
の第１の模擬速度信号と第２の速度信号の偏差信号とに
基づいて第１の位置制御回路のゲインと第１の速度制御
回路のゲインを切り換えるゲイン修正手段を備えている
ので、指令終了後の整定時間に影響を及ぼす領域の速度
偏差信号を評価関数へ反映させ、かつ、第１の計算開始
設定値を小さくし評価関数の計算開始時間を微少位置偏
差領域から始めることで位置整定の止まりの際の過渡応
答を精度良く反映させることができるので、止まりの際
のオーバーシュートと整定時間の両方の調整をオートチ
ューニングしたいときに効果的である。

【００６１】つぎの発明による電動機の位置制御装置に
よれば、ゲイン修正手段は外部から与えられる位置指令
信号と第２の位置信号の偏差がゲイン修正手段の第１の
計算開始設定値以下に達してからの位置指令信号と第２
の位置信号の偏差信号と、第１の模擬速度信号がゲイン
修正手段の第２の計算開始設定値以下に達してからの第
１の模擬速度信号と第２の速度信号の偏差信号とに基づ
いて第１の位置制御回路のゲインと第１の速度制御回路
のゲインを切り換えるゲイン修正手段を備えているの
で、第２の計算開始設定値を小さくし評価関数の計算開
始時間を微少速度偏差から始めることができ、かつ、第
１の計算開始設定値を小さくし評価関数の計算開始時間
を微少位置偏差から始めることで位置整定の止まりの際
の過渡応答を精度良く反映させることができるので、オ
ーバーシュートと整定時間の両方の調整で、かつ、非常
に精度が求められる場合においてオートチューニングし
たいときに効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による電動機の位置制御装置に係る
実施の形態の全体構成を示すブロック図である。

【図２】 図１に示した第１の位置制御回路の概略構成
を示すブロック図である。

【図３】 図１に示した第１の速度制御回路の概略構成
を示すブロック図である。

【図４】 図１に示した第２の位置制御回路の概略構成
を示すブロック図である。

【図５】 図１に示した第２の速度制御回路の概略構成
を示すブロック図である。

【図６】 図１に示した電動機模擬回路の概略構成を示
すブロック図である。

【図７】 図１に示したトルク制御回路の概略構成を示
すブロック図である。

【図８】 図１に示したゲイン修正回路の概略構成を示
すブロック図である。

【図９】 図８に示した評価関数演算部の概略構成を示
すブロック図である。

【図１０】 図８に示した判定回路の概略構成を示すブ
ロック図である。

【図１１】 図１に示したゲイン修正回路の動作を示す
フローチャートである。

【図１２】 ９通りのゲインパターンをゲインパターン
バッファにセットし、各位置決め応答時の評価関数をプ
ロットした図である。

【図１３】 他の実施の形態に係る判定回路の概略構成
を示すブロック図である。

【図１４】 他の実施の形態に係る判定回路の概略構成
を示すブロック図である。

【図１５】 他の実施の形態に係る判定回路の概略構成
を示すブロック図である。

【図１６】 従来における電動機の位置制御装置の概略
構成を示すブロック図である。

【図１７】 従来における電動機の位置制御装置の概略
構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 電動機、２ 回転検出器、３ トルク伝達機構、４
負荷機械、５ トルク制御回路、６ 電動機模擬回
路、７ 第２の速度制御回路、８ 第２の位置制御回
路、９ 第１の速度制御回路、１０ 第１の位置制御回
路、１１ ゲイン修正回路、１２ 減算器、１３ 減算
器、１４ 回転角指令信号発生回路、１５オートチュー
ニング指令回路、２１ 係数器、２２ 減算器、２３
係数器、２４ 減算器、２５ 係数器、 ２６ 減算
器、２７ 係数器、 ２８ 積分器、２９ 係数器、３
０ 減算器、 ３１、３２ 加算器、３３、３４ 積分
器、３５ 係数器、３６ 電流制御回路、３７ 電流検
出器、３８ 加算器、５０評価関数演算部、 ５１ 判
定回路、 ５３ カウンタ、 ５４、５５ バッファ、
５６ ゲイン切換部、 ５７ 最小値検出器、５８、
５９ セレクタ、６０ スイッチ、７１、７２ 積分
器、７３、７４ 零出力器、７５ 加算器、７６、７７
スイッチ、７８、７９ 自乗器、８１ 比較回路、９
１ 比較回路、１０１、１０２ 比較回路、１１１、１
１２ 比較回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部から与えられる位置指令信号と電動
   機模擬回路の出力する第１の位置信号を入力して第１の
   速度指令信号を出力する第１の位置制御手段と、 前記第１の位置制御手段の出力する第１の速度指令信号
   と前記電動機模擬回路の出力する第１の速度信号を入力
   して第１のトルク指令信号を出力する第１の速度制御手
   段と、 前記第１の速度制御手段の出力する第１のトルク指令信
   号を入力して第１の位置信号と第１の速度信号を出力す
   る電動機模擬回路と、 前記電動機模擬回路の出力する第１の位置信号と電動機
   の回転検出器の出力する第２の位置信号を入力して第２
   の速度指令信号を出力する第２の位置制御手段と、 前記電動機模擬回路の出力する第１の速度信号と前記電
   動機の回転検出器の出力する第２の速度信号と前記第２
   の位置制御手段が出力する第２の速度指令信号を入力し
   て第２のトルク指令信号を出力する第２の速度制御手段
   と、 第１のトルク指令信号と第２のトルク指令信号に基づい
   て前記電動機のトルクを制御するトルク制御手段と、 外部から与えられる自動調整指令と自動調整指令入力後
   から一定の時間内における前記位置指令信号と前記第２
   の位置信号の偏差信号と前記第１の速度信号と前記第２
   の速度信号の偏差信号に基づいて第１の位置制御手段の
   ゲインと第１の速度制御手段のゲインを切り換えるゲイ
   ン修正手段と、 を備えたことを特徴とする電動機の位置制御装置。
2. 【請求項２】 前記ゲイン修正手段は、外部から与えら
   れる位置指令信号と第２の位置信号の偏差が、位置指令
   信号が終了してからの前記位置指令信号と前記第２の位
   置信号の偏差信号と、第１の速度信号と第２の速度信号
   の偏差信号とに基づいて第１の位置制御手段のゲインと
   第１の速度制御手段のゲインを切り換えることを特徴と
   する請求項１に記載の電動機の位置制御装置。
3. 【請求項３】 前記ゲイン修正手段は、外部から与えら
   れる位置指令信号と第２の位置信号の偏差が、ゲイン修
   正手段の第１の計算開始設定値以下に達してからの前記
   位置指令信号と前記第２の位置信号の偏差信号と第１の
   速度信号と前記第２の速度信号の偏差信号とに基づいて
   第１の位置制御手段のゲインと第１の速度制御手段のゲ
   インを切り換えることを特徴とする請求項１に記載の電
   動機の位置制御装置。
4. 【請求項４】 前記ゲイン修正手段は、外部から与えら
   れる位置指令信号と第２の位置信号の偏差が、ゲイン修
   正手段の第１の計算開始設定値以下に達してからの前記
   位置指令信号と前記第２の位置信号の偏差信号と、前記
   位置指令信号が終了してからの前記第１の速度信号と前
   記第２の速度信号の偏差信号とに基づいて第１の位置制
   御手段のゲインと第１の速度制御手段のゲインを切り換
   えることを特徴とする請求項１に記載の電動機の位置制
   御装置。
5. 【請求項５】 前記ゲイン修正手段は、外部から与えら
   れる位置指令信号と第２の位置信号の偏差が、ゲイン修
   正手段の第１の計算開始設定値以下に達してからの前記
   位置指令信号と前記第２の位置信号の偏差信号と、第１
   の速度信号がゲイン修正手段の第２の計算開始設定値以
   下に達してからの前記第１の速度信号と前記第２の速度
   信号の偏差信号とに基づいて第１の位置制御手段のゲイ
   ンと第１の速度制御手段のゲインを切り換えることを特
   徴とする請求項１に記載の電動機の位置制御装置。