CN1692548A - 电机的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种电机的控制装置，具有速度控制手段(7)和过滤器(13)，所述速度控制手段(7)，根据速度指令信号和电机(1)的检测速度的差信号，输出电机(1)的驱动指令信号，以使电机(1)的速度跟随所述速度指令信号。所述过滤器(13)，以与速度控制手段(7)串联的方式插入速度控制循环中，并且，由高频率区域、低频率区域和位于高频率区域与低频率区域之间的中间频率区域构成，低频率区域的增益(KL)大于所述高频率区域的增益(KH)，同时具有使中间频率区域的相位延迟的相位延迟特性，速度控制手段(7)具有将比例增益(KP)乘以输入后进行输出的比例控制部(9)，过滤器(13)被设定成在谐振频率与反谐振频率之间相位延迟的状态。

Description

电机的控制装置

背景技术

图6是概念性表示以往通常所使用的电机的速度控制装置的结构图，图中，1是电机，2是由电机驱动的负载，3是连接电机1与负载2的轴。负载2是将由电机1驱动的机械的可动部分作为1个惯性负载而被模式化，轴3是将机械性传递电机1产生的扭矩的机构模式化的构件。4是安装在电机1上、对电机1的位置进行检测的编码器，5是通过对由编码器4检测的电机位置进行微分来计算电机速度的速度检测手段。6是比较器，将从未图示的上位控制器所提供的速度指令信号与速度检测手段5的输出即电机速度作出比较，将两者之差即速度误差输出。7是速度控制手段，将比较器6的输出即速度误差输入后，输出电机的驱动指令即电流指令。8是电流控制手段，根据速度控制手段7的输出即电流指令，通过对电机电流进行控制，在电机上发生扭矩，使电机回转。

速度控制手段7由比例控制器9、积分控制器10和加法运算器11构成。比例控制器9是将比例增益KP乘以输入的速度误差进行输出，积分控制器10是将积分增益KI乘以速度误差的积分值进行输出。加法运算器11是将比例控制器9的输出加上积分控制器10的输出，作为电流指令进行输出。又，15是机械系统，由电机1、负载2和轴3构成。

传统的速度控制系统采用了上述那样的结构，为了减小速度指令信号与电机速度之差即速度误差，使电机1发生加速或减速的扭矩，由此，按照电机速度跟随从上位控制器所提供的速度指令信号来使电机1和负载2进行回转。当机械系统受到了干扰扭矩作用的场合，电机速度受该干扰扭矩的影响而变动，该速度变动被编码器4和速度检测手段5检测，反馈给速度控制手段7，生成修正速度变动那样的电流指令。这样，即使作用有干扰扭矩，通过速度控制循环能抑制速度变动，能跟随速度指令信号对电机进行控制。

图7为表示使用传统的速度控制装置来构成速度控制系统场合的速度开循环频率特性的图。所谓速度开循环频率特性是指从速度控制手段7的输入至由速度检测手段5检测的电机速度为止的频率特性，图7的上图表示增益特性，下图表示相位特性。图中的虚线表示当连接电机1与负载2的轴3的刚性高的场合即、机械刚性高的场合的频率特性。实线表示为了减小轴3的刚性而减小机械刚性并具有机械谐振的场合的频率特性。

机械刚性高(轴3的刚性高)时的增益特性如图7的上图虚线所示，在全频率中呈右下降形态。相位特性如图7的下图虚线所示，在高频率中，受电流控制手段8和控制装置的抽样周期引起的相位延迟的影响，使相位延迟增大，低频率中，也是受速度控制手段7使用了积分控制器10的影响，使相位延迟增大。

另一方面，机械刚性低(轴3的刚性低)时，机械系统具有机械谐振，该增益特性如图7的上图实线所示，具有称为谐振的峰值和称为反谐振的谷值的部分。在谐振与反谐振之间，增益呈左下降形态，故低频率中的增益比其轴3的刚性高的场合(虚线)要小。电机1的惯性力矩与负载2的惯性力矩之和即机械系统全体的惯性力矩J比电机的惯性力矩JM越大，则谐振与反谐振的距离越远，反谐振的频率就越低，故可使低频率的增益更小。

为了实现高精度的速度控制，必须抑制速度误差要因之一的干扰扭矩的影响，减小干扰扭矩作用时的速度变动。一般来讲，干扰扭矩具有低频率的信号成分，为了减少因干扰扭矩引起的速度变动，必须增大低频率时的增益。然而，在刚性低的机械中，因低频率中的增益小，故干扰扭矩引起的速度变动大，难以实现高精度控制。

为了增大图6所示的传统的速度控制装置中的低频率的增益，必须增大速度控制手段7的比例增益KP和积分增益KI。然而这是有限度的，结果是不能实现高精度的控制。其理由如下。图7中，低刚性场合的增益特性(实线)比反谐振频率低的频率中，将与增益0db的线交叉的频率数设定成第1交叉频率数ωC1，在比谐振频率高的频率中，将与增益0db的线交叉的频率数设定成第2交叉频率数ωC2。为了在使机械系统不引起振动或振荡的情况下稳定地进行动作，在第1交叉频率数ωC1和第2交叉频率数ωC2中，必须减小速度开循环频率特性的相位延迟。然而，当比例增益KP增大时，因第2交叉频率数ωC2向高频率侧移动，故第2交叉频率数ωC2中的相位延迟增大，会使机械系统发生振动或振荡。又，若积分增益KI增大，则积分控制器10引起的低频率中的相位延迟增大，故第1交叉频率数ωC1中的相位延迟增大，仍然会使机械系统发生振动或振荡。这样，在传统的速度控制装置中，由于不能将比例增益KP和积分增益KI增大到某种程度以上，故不能增大低频率的增益，结果是难以实现高精度的控制。

将具有机械谐振的机械系统作为对象的伺服控制技术，可详见日本国专利特开2000-322105号公报。图8表示采用该技术的速度控制装置的结构。在与图6相同的部分标有同一符号。图8中，12是串联式插入速度控制循环中的过滤器，具有相反于或近似于机械系统的反谐振·谐振特性的特性。该过滤器12可以按照公式(1)所示的特性进行调整。

G(s)＝ω1²(s+2ζ2ω2s+ω2²)/{ω2²(s+2ζ1ω1s+ω1²)}

                                          …(1)

式中，ω1、ω2、ζ1、ζ2分别是参数，ω1是反谐振频率的近似值，ω2是谐振频率的近似值。ζ1、ζ2是根据反谐振、谐振的峰值设定成小于该值。采用该项技术，可通过过滤器12抑制机械系统的谐振峰值的增益，故可将增益增大到比以往大，可实现高精度的控制。

然而，作为该项技术的主要对象，是为了抑制比图7所示的谐振峰值更高的频率中的不稳定的谐振峰值，若将该项技术应用于图7所示的稳定的谐振峰值，则会产生不良现象。以下说明该不良现象。

图9表示该项技术适用于具有图7的实线所示的频率特性的机械系统的场合的过滤器12的频率特性。如上所述，过滤器12可以调整到具有与机械系统的反谐振·谐振特性相反特性的状态，故该增益特性成为了因机械系统的反谐振而具有峰值、因机械系统的谐振而具有谷值那样的特性。使用这样的过滤器进行控制的机械系统中，一般认为会出现干扰扭矩作用的情况。谐振频率是机械系统易发生振动的频率，一旦有干扰扭矩的作用，则机械系统有时因谐振频率而发生振动。该振动被速度检测手段5所检测，反馈给速度控制手段7，速度控制手段7生成阻止该振动用的电流指令后输出。当然在该电流指令中含有谐振频率的信号成分。然而如图9所示，因过滤器12的增益因谐振频率而减小，故通过过滤器12时，谐振频率的信号成分从电流指令中被除去。即，过滤器12会将阻止振动用的信号成分从电流指令中除去。这样，就会产生即使在机械系统因谐振频率而振动的情况下、速度控制系统也不能阻止该振动的不良现象。

如上所述，在对低刚性且机械系统的惯性力矩J大于电机的惯性力矩JM的机械系统进行控制的场合，在以往一般所用的速度控制装置中，难以增大低频率中的增益，因干扰扭矩引起的速度变动增大，故存在着难以高精度控制的问题。

在日本国专利特开2000-322105号公报所示的技术中，虽然可以增大低频率中的增益，但不能阻止机械振动，故不适用于低频率中具有机械谐振的机械系统。

发明内容

本发明就是为了解决上述课题，其目的在于，提供能稳定且高精度地对具有谐振频率和反谐振频率的机械系统的与机械负载结合电机进行控制的电机的控制装置。

本发明的第1技术方案的电机的控制装置，根据速度指令信号，对具有谐振频率和反谐振频率的机械系统的与机械负载结合的电机进行驱动，并且在速度控制循环中具有所述电机的检测速度，其特征在于，具有速度控制手段和过滤器，所述速度控制手段，根据所述速度指令信号和所述电机的检测速度的差信号，输出所述电机的驱动指令信号，以使所述电机的速度跟随所述速度指令信号，所述过滤器，以与所述速度控制手段串联的方式插入所述速度控制循环中，并且，由高频率区域、低频率区域和位于高频率区域与低频率区域之间的中间频率区域构成，低频率区域的增益KL大于所述高频率区域的增益KH，同时具有使所述中间频率区域的相位延迟的相位延迟特性，所述速度控制手段具有；将比例增益KP乘以输入后进行输出的比例控制部；以及将比例增益KP乘以输入的值加上输入的积分值乘以积分增益KI的值后进行输出的积分控制部，所述过滤器，被设定成在所述谐振频率与所述反谐振频率之间相位延迟的状态。

本发明的第2技术方案的电机的控制装置，根据速度指令信号，对具有谐振频率和反谐振频率的机械系统的与机械负载结合的电机进行驱动，并且在速度控制循环中具有所述电机的检测速度，其特征在于，具有速度控制手段和过滤器，所述速度控制手段，根据所述速度指令信号和所述电机的检测速度的差信号，输出所述电机的驱动指令信号，以使所述电机的速度跟随所述速度指令信号，所述过滤器，以与所述速度控制手段串联的方式插入所述速度控制循环中，并且，由高频率区域、低频率区域和位于高频率区域与低频率区域之间的中间频率区域构成，低频率区域的增益KL大于所述高频率区域的增益KH，同时具有使所述中间频率区域的相位延迟的相位延迟特性，所述速度控制手段具有；将比例增益KP乘以输入后进行输出的比例控制部；以及将比例增益KP乘以输入的值加上输入的积分值乘以积分增益KI的值后进行输出的积分控制部，所述过滤器被设定成如下状态：在用所述机械系统的惯性力矩J除以所述比例增益KP与所述增益KL之积的值即第1交叉频率数ωC1与用所述电机的惯性力矩JM除以所述比例增益KP与所述增益KH之积的值即第2交叉频率数ωC2之间相位延迟。

本发明的第3技术方案的电机的控制装置，根据速度指令信号，对具有谐振频率和反谐振频率的机械系统的与机械负载结合的电机进行驱动，并且在速度控制循环中具有所述电机的检测速度，其特征在于，具有速度控制手段和过滤器，所述速度控制手段，根据所述速度指令信号和所述电机的检测速度的差信号，输出所述电机的驱动指令信号，以使所述电机的速度跟随所述速度指令信号，所述过滤器，以与所述速度控制手段串联的方式插入所述速度控制循环中，并且，在比第1过滤器频率数ωF1低的频率区域中，形成大致一定的增益KL，在比第2过滤器频率数ωF2高的频率区域中，具有比所述增益KL小的大致一定的增益KH，具有在所述第1过滤器频率数ωF1与所述第2过滤器频率数ωF2之间相位延迟的相位延迟特性，所述速度控制手段，具有将比例增益KP乘以输入后进行输出的比例控制运算、或者将比例增益KP乘以输入的值加上输入的积分值乘以积分增益KI的值进行加算后输出的比例积分控制运算，所述过滤器被设定成如下状态：在用所述机械系统的惯性力矩J除以所述比例增益KP与所述增益KL之积的值即第1交叉频率数ωC1与第1过滤器频率数ωF1之比大致一定。

本发明的第4技术方案的电机的控制装置，对于具有与电机结合的机械负载构成的谐振频率和反谐振频率的机械系统，根据速度指令信号，由速度控制循环对所述电机的检测速度进行驱动控制，其特征在于，具有过滤器和参数设定手段，所述过滤器，以与所述速度控制手段串联的方式插入所述速度控制循环中，并且，在比第1过滤器频率数ωF1低的频率区域中，形成大致一定的增益KL，在比第2过滤器频率数ωF2高的频率区域中，成为比所述增益KL小的大致一定的增益KH，在所述低频率区域与所述高频率区域之间的所述中间频率区域中，具有相位延迟特性，所述参数设定手段，用于对所述过滤器的特性和所述速度控制手段的参数进行设定，所述速度控制手段，具有将比例增益KP乘以输入的值加上输入的积分值乘以积分增益KI的值进行加算后输出的积分控制部，所述过滤器被设定成如下状态：在用所述机械系统的惯性力矩J除以所述比例增益KP与所述增益KL之积的值即第1交叉频率数ωC1与第1过滤器频率数ωF1之比大致一定，并且，用所述比例增益KP除以所述积分增益KI的值即零点频率数ωPI与所述第1交叉频率数ωC1之比大致一定。

本发明的第5技术方案的电机的控制装置，具有对所述过滤器和所述速度控制手段的参数进行设定的参数设定手段，所述参数设定手段被设定成：若用所述电机的惯性力矩JM除以所述机械系统的惯性力矩J的值即惯性比增大，则所述第2过滤器频率数ωF2与所述第1过滤器频率数ωF1之比增大。

本发明的第6技术方案的电机的控制装置，具有对所述过滤器和所述速度控制手段的参数进行设定的参数设定手段，所述参数设定手段，在将所述增益KL与所述增益KH之比即增益比、或者所述第2过滤器频率数ωF2与所述第1过滤器频率数ωF1之比即频率数比进行输入后，根据所述增益比或所述频率数比来设定所述过滤器的特性。

本发明的第7技术方案的电机的控制装置，根据速度指令信号，对具有谐振频率和反谐振频率的机械系统的与机械负载结合的电机进行驱动，并且在速度控制循环中具有所述电机的检测速度，其特征在于，具有速度控制手段、过滤器、频率特性取得手段和参数设定手段，所述速度控制手段，根据所述速度指令信号和所述电机的检测速度的差信号，输出所述电机的驱动指令信号，以使所述电机的速度跟随所述速度指令信号，所述过滤器，以与所述速度控制手段串联的方式插入所述速度控制循环中，并且，由高频率区域、低频率区域和位于高频率区域与低频率区域之间的中间频率区域构成，低频率区域的增益KL大于所述高频率区域的增益KH，同时具有使所述中间频率区域的相位延迟的相位延迟特性，所述频率特性取得手段，可取得所述机械系统的频率特性，所述参数设定手段对所述过滤器的特性进行设定，所述参数设定手段，根据由所述频率特性取得手段取得的所述机械系统的频率特性，设定成在机械系统的反谐振频率与谐振频率之间使所述过滤器的相位延迟。

如上所述，采用本发明的第1技术方案，由于过滤器设定成在机械系统的反谐振频率与谐振频率之间相位延迟的形态，因此，不仅能确保控制系统的稳定性，而且可增大低频率的增益。由此可减小因干扰扭矩引起的速度变动，具有可实现高精度控制的效果，

采用本发明的第2技术方案，由于被设定成：在用机械系统的惯性力矩J除以比例增益KP与增益KL之积的值即第1交叉频率数ωC1与用电机的惯性力矩JM除以比例增益KP与增益KH之积的值即第2交叉频率数ωC2之间，使相位延迟的形态。由此，因减小了第1交叉频率数ωC1和第2交叉频率数ωC2中的相位延迟的增加部分，故不仅能确保控制系统的稳定性，而且可增大低频率的增益。由此可减小因干扰扭矩引起的速度变动，具有可实现高精度控制的效果，

采用本发明的第3技术方案，由于所述过滤器被设定成如下状态：在用机械系统的惯性力矩J除以比例增益KP与所述增益KL之积的值即第1交叉频率数ωC1与第1过滤器频率数ωF1之比大致一定，因此，第1交叉频率数ωC1中的相位延迟的增加部分也减小，不会损害稳定性，具有机械系统不会出现振动或振荡的效果。

采用本发明的第4技术方案，由于过滤器被设定成如下状态：在用机械系统的惯性力矩J除以比例增益KP与增益KL之积的值即第1交叉频率数ωC1与第1过滤器频率数ωF1之比大致一定，并且，用比例增益KP除以积分增益KI的值即零点频率数ωPI与第1交叉频率数ωC1之比大致一定，因此，第1交叉频率数ωC1中的相位延迟不会过大，具有可确保控制系统的稳定性的效果。

采用本发明的第5技术方案，由于参数设定手段被设定成：若用电机的惯性力矩JM除以机械系统的惯性力矩J的值即惯性比增大，则第2过滤器频率数ωF2与第1过滤器频率数ωF1之比增大，因此，第2交叉频率数ωC2中的相位延迟的增加部分也减小，不会损害稳定性，具有机械系统不会出现振动或振荡的效果。

采用本发明的第6技术方案，由于参数设定手段，在将增益KL与增益KH之比即增益比、或者第2过滤器频率数ωF2与第1过滤器频率数ωF1之比即频率数比进行输入后，根据增益比或频率数比来所述过滤器的特性，因此，即使机械系统出现了复数的机械谐振，也不会使第1交叉频率数ωC1和第2交叉频率数ωC2中的相位延迟的增加过多，故不仅能确保稳定性，而且具有可增大低频率的增益的效果。

采用本发明的第7技术方案，由于所述参数设定手段，根据由频率特性取得手段取得的机械系统的频率特性，设定成在机械系统的反谐振频率与谐振频率之间使过滤器的相位延迟，因此，通过机械系统的相位超前，可消除过滤器的相位延迟。由此，不会使第1交叉频率数ωC1和第2交叉频率数ωC2中的相位延迟的增加过多，具有即使插入过滤器也不会损害稳定性的效果。

附图的简单说明

图1为表示本发明一实施例的控制装置的结构方框图。

图2为表示本发明一实施例的相位延迟过滤器的频率特性图。

图3为一实施例的速度开循环频率特性的图。

图4为表示本发明另一实施例的控制装置的结构方框图。

图5为表示本发明又一实施例的控制装置的结构方框图。

图6为表示传统的速度控制装置的结构方框图。

图7为表示适用于传统的速度控制装置场合的速度开循环频率特性图。

图8为表示将具有机械谐振的机械系统作为对象的传统的速度控制装置的结构方框图。

图9为表示传统技术中使用的过滤器的频率特性图。

具体实施方式

实施例1

图1为表示本发明一实施例的控制装置的结构方框图。下面参照该图进行说明。图1中，与图6相同或相当的部分标记同一符号，适当省略其说明。图1中，1是电机，2是由电机驱动的负载，3是连接电机1与负载2的轴。负载2是将由电机1驱动的机械的可动部分作为1个惯性负载而被模式化，轴3是将机械性传递电机1产生的扭矩的机构模式化的构件。4是安装在电机1上、对电机1的位置进行检测的位置检测手段即编码器，5是通过对由编码器4检测的电机位置进行微分来计算电机速度的速度检测手段。6是比较器，将从未图示的上位控制器所提供的速度指令信号与速度检测手段5的输出即电机1的检测速度(检测速度信号)作出比较，将两者之差即速度误差(速度偏差信号)输出。7是速度控制手段，将比较器6的输出即速度误差输入后，输出电机1的驱动指令即电流指令。8是电流控制手段，根据速度控制手段7的输出即电流指令，通过对电机电流进行控制，在电机1上发生扭矩，使电机回转。

速度控制手段7由比例控制器9、积分控制器10和加法运算器11构成。比例控制器9是将比例增益KP乘以输入的速度误差进行输出，积分控制器10是将积分增益KI乘以速度误差的积分值进行输出。加法运算器11是将比例控制器9的输出加上积分控制器10的输出，作为电流指令进行输出。又，15是具有谐振频率和反谐振频率机械系统，由电机1、负载2和轴3构成。13是相位延迟过滤器，与速度控制手段7串联状地插入于速度循环7中，并且，将速度控制手段7的输出作为输入，执行过滤器运算后输入电流指令。14是参数设定手段14，用于对相位延迟过滤器的特性和速度控制手段的参数即积分增益KI进行设定。

这里，所谓速度循环，是指由速度控制手段7、相位延迟过滤器13、电流控制手段8、电机1、编码器4、速度检测手段5所形成的循环。

相位延迟过滤器13是具有图2所示的相位延迟特性的过滤器。即，在第1过滤器频率数ωF1以下(低频率区域)的频率时，具有大致一定增益KL，在第2过滤器频率数ωF2以上(高频率区域)的频率时，具有比增益KL小的大致一定增益KH，增益在第1过滤器频率数ωF1与第2过滤器频率数ωF2之间连续状变化。图2中，KH＝1＝0db。又，相位特性是在第1过滤器频率数ωF1与第2过滤器频率数ωF2之间发生相位延迟，在第1过滤器频率数ωF1以下的频率数至第2过滤器频率数ωF2以上的频率数之间，相位延迟基本为零或近似于零的小值。具有这种频率特性的过滤器，比如可由具有以下的公式(2)的传递函数Gf(s)来实现。

Gf(s)＝(s+ω2)/(s+ω1)                 …    (2)

式中，ω1＝ωF1、ω2＝ωF2，

但，ω1＜ω2。

决定相位延迟过滤器13的特性的第1过滤器频率数ωF1和第2过滤器频率数ωF2，由参数设定手段14按照以下方式设定。首先，可用以下的公式对第1过滤器频率数ωF1与第2过滤器频率数ωF2进行计算。

ωc1＝Kp·KL/J                      …        (3)

ωc2＝Kp·KH/JM                     …        (4)

式中，KP：速度控制手段7的比例增益

      KL：相位延迟过滤器13的低频率区域时的增益

      KH：相位延迟过滤器13的高频率区域时的增益

      J：机械系统15的惯性力矩

      JM：电机1的惯性力矩

公式(3)和公式(4)可由以下方法导出。反谐振频率以下的低频率时，可由1/Js使机械系统15的传递函数近似。又，低频率时的相位延迟过滤器13的增益成为KL，考虑到速度控制手段7的比例增益是KP，则低频率时的速度开循环传递函数近似地成为KP·KL/Js。速度控制手段7的积分增益KI因小，故可忽略其影响。该传递函数的增益0db的频率数成为了KP·KL/J，因其成为了第1交叉频率数ωC1，故可从公式(3)中求出。

同样，反谐振频率以上的高频率时，可由1/JMs使机械系统15的传递函数近似。又，高频率时的相位延迟过滤器13的增益成为KH，高频率时的速度开循环传递函数近似地成为KP·KH/JMs。

该传递函数的增益0db的频率数成为了KP·KH/JM，因其成为了第2交叉频率数ωC2，故可从公式(4)中求出。由参数设定手段14对第1过滤器频率数ωF1与第2过滤器频率数ωF2进行设定，以使其相位延迟过滤器13的相位在由公式(3)和公式(4)所求出第1交叉频率数ωC1与第2交叉频率数ωC2之间能发生延迟。

图3是将这种相位延迟过滤器13插入速度循环中的场合与未插入的场合的速度开循环频率特性的比较图。图3中可以看出，实线是将相位延迟过滤器13插入速度循环中的场合的频率特性，虚线是未插入的场合的频率特性。相位延迟过滤器13在低频率时具有比例增益增大的特性，可以看出，通过将相位延迟过滤器13插入速度循环中，低频率时的增益增大。如上所述，一旦低频率时的增益增大，则可减小因干扰扭矩引起的速度变动，通过将相位延迟过滤器13插入，可实现高精度的控制。

为了使机械系统的动作稳定，如上所述，必须减小第1交叉频率数ωC1与第2交叉频率数ωC2中的相位延迟。如上所述，由相位延迟过滤器13对第1过滤器频率数ωF1与第2过滤器频率数ωF2进行设定，以使其在第1交叉频率数ωC1与第2交叉频率数ωC2之间能减小延迟，由此，可减少第1交叉频率数ωC1与第2交叉频率数ωC2中的相位延迟的增加部分，不会损害控制系统的稳定性。即，若由参数设定手段14如上所述设定了第1过滤器频率数ωF1和第2过滤器频率数ωF2，则不会损害控制系统的稳定性，可以增大低频率时的增益，可实现高精度的控制。

若不能实际计测到速度开循环频率特性，则不能决定出图3的第1交叉频率数ωC1与第2交叉频率数ωC2的正确的值，但可以近似地由上述公式(3)和公式(4)来进行计算。

下面说明参数设定手段14的具体性的处理内容。首先，为了使第1过滤器频率数ωF1与第1交叉频率数ωC1之比大致一定，对第1过滤器频率数ωF1进行设定。比如，将第1过滤器频率数ωF1设定成第1交叉频率数ωC1的1～3倍左右。如图2所示，在第1过滤器频率数ωF1以下的频率时，因相位延迟过滤器13的相位延迟减少，按照如此设定，第1交叉频率数ωC1中的相位延迟的增加部分也减少，不会损害稳定性，机械系统不会发生振动或振荡。

其次，若用电机1的惯性力矩JM除以机械系统15的惯性力矩J的值即惯性比增大，则按照增大第2过滤器频率数ωF2与第1过滤器频率数ωF1之比的要求来进行第2过滤器频率数ωF2的设定。比如，将第2过滤器频率数ωF2设定成惯性比的平方根与第1过滤器频率数ωF1之积。或者，也可将第2过滤器频率数ωF2设定成第2交叉频率数ωC2的1～3倍左右。按照这种设定，第2过滤器频率数ωF2成为了大致等同于或小于第2交叉频率数ωC2的值。如图2所示，在第2过滤器频率数ωF2以上的频率时，因相位延迟过滤器13的相位延迟减少，按照如此设定，第2交叉频率数ωC2中的相位延迟的增加部分也减少，不会损害稳定性，机械系统不会发生振动或振荡。

然后，参数设定手段14对积分增益KI进行设定，以使其用比例增益KP除以速度控制手段7中的积分增益KI的值即零点频率数ωPI与第1交叉频率数ωC1之比成为大致一定。比如，为了使零点频率数ωPI成为第1交叉频率数ωC1的1/2，只需KI＝KP·ωC1/2即可。积分控制器10引起的第1交叉频率数ωC1中的相位延迟的大小是大致由零点频率数ωPI与第1交叉频率数ωC1之比来决定的，故若预先将零点频率数PI与第1交叉频率数ωC1之比设定成适当值，则不会使第1交叉频率数ωC1中的相位延迟过大，可确保控制系统的稳定性。即，若将积分增益KI设定成零点频率数PI与第1交叉频率数ωC1之比成为适当值，则可在确保控制系统稳定性的范围内增大积分增益KI，可增大对低频率的干扰的抑制效果。

实施例2

图4为表示本发明另一实施例的控制装置的结构方框图。与图1相同的部分标记同一符号，适当省略其说明。图4中，16是参数设定手段，用于对相位延迟过滤器的特性和速度控制手段的参数即积分增益KI进行设定，与图1的参数设定手段的作用大致相同，但能从外部输入1个调整参数α。

该调整参数α用于对相位延迟过滤器13的低频率中的增益KL与高频率中的增益KH之比作出指定。在参数设定手段16中，使用调整参数α使其成为KL＝α·KH，按照上述公式(3)来计算第1交叉频率数ωC1，再如上述所示决定出第1过滤器频率数ωF1，以使其第1交叉频率数ωC1与第1过滤器频率数ωF1之比成为大致一定。将第2过滤器频率数ωF2设定成KL＝α·KH。

求取调整参数α的方法，首先是作成α＝1。其次使机械系统动作，一边观察该响应特性一边缓慢增大α。在得到了最佳的响应或者从开始出现机械振动之时，停止调整参数α的增大，在得到了最佳的响应时，将α固定在该值上，在开始出现振动时，稍许减小α进行固定。通过按此顺序来求出调整参数α，不仅能确保控制系统的稳定性，而且可增大低频率中的增益，可增大对干扰的抑制效果。其理由作如下说明。

首先，若增大调整参数α，则因KL＝α·KH，故相位延迟过滤器的低频率中的增益KL增大，可增大对低频率的干扰的抑制效果。此时，因第1交叉频率数ωC1与第1过滤器频率数ωF1之比保持大致，故如上所述，不会使第1交叉频率数ωC1中的相位延迟过大，不仅可确保稳定性，而且可增大低频率的增益。

又，第2过滤器频率数ωF2是将相位延迟过滤器13的低频率中的增益KL与高频率中的增益KH的关系设定成了KL＝α·KH。从图2的过滤器特性中可以看出，为了增大低频率中的增益KL与高频率中的增益KH之比即α，必需也要增大第2过滤器频率数ωF2与第1过滤器频率数ωF1之比。若增大α，则因KL＝α·KH，故KL增大，由此，通过公式(3)使第1交叉频率数ωC1增大，并且，由于第1交叉频率数ωC1与第1过滤器频率数ωF1之比大致一定，因此，第1过滤器频率数ωF1也增大，这样，第2过滤器频率数ωF2也增大。若第1过滤器频率数ωF1和第2过滤器频率数ωF2增大，则相位延迟过滤器13的相位延迟的频率范围移动到高频率侧，第2交叉频率数ωC2中的相位延迟增大。

由此，若调整参数α从1逐渐增大，则与其对应，第2交叉频率数ωC2中的相位延迟一点一点增大。但是，当第2交叉频率数ωC2中的相位延迟增大过多时，机械系统中开始产生振动，故只要看到了机械系统的响应，就可得知这一结果。

因此，若将α设定成比机械系统开始产生振动时稍小一点的值，即使在第2交叉频率数ωC2中，相位延迟也不会过大。这样，可以将相位延迟过滤器13的特性设定成第1交叉频率数ωC1与第2交叉频率数ωC2双方的相位延迟均不大的状态，可确保控制系统的稳定性。

图1所示的实施形态1的速度控制装置中的参数设定手段14，在机械系统具有一组谐振、反谐振时有效地起作用。但是，根据机械状况，有时更高的频率也会有另外的谐振、反谐振特性的情况，在这样的机械中，要想用计算来正确求出第2交叉频率数ωC2是困难的。这种场合，与用计算自动性设定第2过滤器频率数ωF2相比较，使用调整参数α一边观察机械的响应一边设定的方法，结果是可得到良好的特性。

如上所述，调整参数α是用于对相位延迟过滤器13的低频率中的增益KL与高频率中的增益KH之比即增益比作出指定，但也可对第2交叉频率数ωC2与第1交叉频率数ωC1之比即频率数比作出指定。增益比与频率数比的关系由相位延迟过滤器13的传递函数来决定，故即使指定了增益比或者指定了频率数比，都得到同样的效果。

实施例3

图5为表示本发明又一实施例的控制装置的结构方框图。与图1相同的部分标记同一符号。图5中，17是取得机械系统的频率特性的频率特性取得手段，18是设定相位延迟过滤器的特性用的参数设定手段，根据由频率特性取得手段17取得的机械系统的频率特性来设定相位延迟过滤器的特性。

频率特性取得手段17是用于取得机械系统的频率特性，其方法已知有若干种。既可采用专用的计测器来进行计测，也可通过以随意的扭矩驱动电机、对此时的速度响应进行频率数解析来求出。又，当明确了机械的刚性和质量、惯性力矩等的场合，也可利用这些数据作成数式模型，通过计算来求出。其结果，比如可得到图7的实线所示的频率特性。在参数设定手段18中，根据如此取得的机械系统的频率特性，将相位延迟过滤器13的特性设定成使相位延迟过滤器13在机械系统的反谐振频率与谐振频率之间相位延迟的状态。为此，将相位延迟过滤器的第1过滤器频率数ωF1设定于反谐振频率的附近，将第2过滤器频率数ωF2设定于谐振频率的附近。

具有机械谐振的机械系统的频率特性如图7的实线所示，在反谐振频率与谐振频率之间具有相位超前的特性。如上所述，若设定成在反谐振频率与谐振频率之间使相位延迟过滤器13的相位延迟，则通过机械系统的相位超前，可消除相位延迟过滤器的相位延迟。由此，不会使第1交叉频率数ωC1和第2交叉频率数ωC2中的相位延迟的增加过多，具有即使插入相位延迟过滤器13也不会损害稳定性。

产业上的可利用性

综上所述，本发明适用于由电机驱动的机械系统的惯性力矩比电机本身的惯性力矩大的机械系统。

Claims (7)

1.一种电机的控制装置，根据速度指令信号，对具有谐振频率和反谐振频率的机械系统的与机械负载结合的电机进行驱动，并且在速度控制循环中具有所述电机的检测速度，其特征在于，具有速度控制手段和过滤器，

所述速度控制手段，根据所述速度指令信号和所述电机的检测速度的差信号，输出所述电机的驱动指令信号，以使所述电机的速度跟随所述速度指令信号，

所述过滤器，以与所述速度控制手段串联的方式插入所述速度控制循环中，并且，由高频率区域、低频率区域和位于高频率区域与低频率区域之间的中间频率区域构成，低频率区域的增益KL大于所述高频率区域的增益KH，同时具有使所述中间频率区域的相位延迟的相位延迟特性，

所述速度控制手段具有；将比例增益KP乘以输入后进行输出的比例控制部；以及将比例增益KP乘以输入的值加上输入的积分值乘以积分增益KI的值后进行输出的积分控制部，

所述过滤器被设定成在所述谐振频率与所述反谐振频率之间相位延迟的状态。

2.一种电机的控制装置，其特征在于，根据速度指令信号，对具有谐振频率和反谐振频率的机械系统的与机械负载结合的电机进行驱动，并且在速度控制循环中具有所述电机的检测速度，其特征在于，具有速度控制手段和过滤器，

所述速度控制手段，根据所述速度指令信号和所述电机的检测速度的差信号，输出所述电机的驱动指令信号，以使所述电机的速度跟随所述速度指令信号，

所述过滤器，以与所述速度控制手段串联的方式插入所述速度控制循环中，并且，由高频率区域、低频率区域和位于高频率区域与低频率区域之间的中间频率区域构成，低频率区域的增益KL大于所述高频率区域的增益KH，同时具有使所述中间频率区域的相位延迟的相位延迟特性，

所述速度控制手段具有；将比例增益KP乘以输入后进行输出的比例控制部；以及将比例增益KP乘以输入的值加上输入的积分值乘以积分增益KI的值后进行输出的积分控制部，

所述过滤器被设定成如下状态：在用所述机械系统的惯性力矩J除以所述比例增益KP与所述增益KL之积的值即第1交叉频率数ωC1与用所述电机的惯性力矩JM除以所述比例增益KP与所述增益KH之积的值即第2交叉频率数ωC2之间相位延迟。

3.一种电机的控制装置，根据速度指令信号，对具有谐振频率和反谐振频率的机械系统的与机械负载结合的电机进行驱动，并且在速度控制循环中具有所述电机的检测速度，其特征在于，具有速度控制手段和过滤器，

所述速度控制手段，根据所述速度指令信号和所述电机的检测速度的差信号，输出所述电机的驱动指令信号，以使所述电机的速度跟随所述速度指令信号，

所述过滤器，以与所述速度控制手段串联的方式插入所述速度控制循环中，并且，在比第1过滤器频率数ωF1低的频率区域中，形成大致一定的增益KL，在比第2过滤器频率数ωF2高的频率区域中，具有比所述增益KL小的大致一定的增益KH，具有在所述第1过滤器频率数ωF1与所述第2过滤器频率数ωF2之间相位延迟的相位延迟特性，

所述速度控制手段，具有将比例增益KP乘以输入后进行输出的比例控制运算、或者将比例增益KP乘以输入的值加上输入的积分值乘以积分增益KI的值进行加算后输出的比例积分控制运算，

所述过滤器被设定成如下状态：在用所述机械系统的惯性力矩J除以所述比例增益KP与所述增益KL之积的值即第1交叉频率数ωC1与第1过滤器频率数ωF1之比大致一定。

4.一种电机的控制装置，对于具有与电机结合的机械负载构成的谐振频率和反谐振频率的机械系统，根据速度指令信号，由速度控制循环对所述电机的检测速度进行驱动控制，其特征在于，具有过滤器和参数设定手段，

所述过滤器，以与所述速度控制手段串联的方式插入所述速度控制循环中，并且，在比第1过滤器频率数ωF1低的频率区域中，形成大致一定的增益KL，在比第2过滤器频率数ωF2高的频率区域中，成为比所述增益KL小的大致一定的增益KH，在所述低频率区域与所述高频率区域之间的所述中间频率区域中，具有相位延迟特性，

所述参数设定手段，用于对所述过滤器的特性和所述速度控制手段的参数进行设定，

所述速度控制手段，具有将比例增益KP乘以输入的值加上输入的积分值乘以积分增益KI的值进行加算后输出的积分控制部，

所述过滤器被设定成如下状态：在用所述机械系统的惯性力矩J除以所述比例增益KP与所述增益KL之积的值即第1交叉频率数ωC1与第1过滤器频率数ωF1之比大致一定，并且，用所述比例增益KP除以所述积分增益KI的值即零点频率数ωPI与所述第1交叉频率数ωC1之比大致一定。

5.如权利要求3或4所述的电机的控制装置，具有对所述过滤器和所述速度控制手段的参数进行设定的参数设定手段，

所述参数设定手段被设定成：若用所述电机的惯性力矩JM除以所述机械系统的惯性力矩J的值即惯性比增大，则所述第2过滤器频率数ωF2与所述第1过滤器频率数ωF1之比增大。

6.如权利要求3或4所述的电机的控制装置，具有对所述过滤器和所述速度控制手段的参数进行设定的参数设定手段，

所述参数设定手段，在将所述增益KL与所述增益KH之比即增益比、或者所述第2过滤器频率数ωF2与所述第1过滤器频率数ωF1之比即频率数比进行输入后，根据所述增益比或所述频率数比来设定所述过滤器的特性。

7.一种电机的控制装置，根据速度指令信号，对具有谐振频率和反谐振频率的机械系统的与机械负载结合的电机进行驱动，并且在速度控制循环中具有所述电机的检测速度，其特征在于，具有速度控制手段、过滤器、频率特性取得手段和参数设定手段，

所述速度控制手段，根据所述速度指令信号和所述电机的检测速度的差信号，输出所述电机的驱动指令信号，以使所述电机的速度跟随所述速度指令信号，

所述过滤器，以与所述速度控制手段串联的方式插入所述速度控制循环中，并且，由高频率区域、低频率区域和位于高频率区域与低频率区域之间的中间频率区域构成，低频率区域的增益KL大于所述高频率区域的增益KH，同时具有使所述中间频率区域的相位延迟的相位延迟特性，

所述频率特性取得手段，可取得所述机械系统的频率特性，所述参数设定手段对所述过滤器的特性进行设定，

所述参数设定手段，根据由所述频率特性取得手段取得的所述机械系统的频率特性，设定成在机械系统的反谐振频率与谐振频率之间使所述过滤器的相位延迟。

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