电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法以及使用该控制参数的调整方法的电动机的控制装置

摘要

本发明的电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法具备第一频率特性的计算步骤(步骤1)、当前的速度比例增益范围的计算步骤(步骤2)、当前的机械系统特性常数的计算步骤(步骤3)、当前的比例增益范围的计算步骤(步骤4)、经年后的特性的计算步骤(步骤5)、经年后的速度比例增益范围的计算步骤(步骤6)、经年后的比例增益范围的计算步骤(步骤7)以及比例增益的选择步骤(步骤8)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法。

另外，本发明还涉及一种使用上述的控制参数的调整方法的电动机的控制装置。

背景技术

以往，关于电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法，例如已知专利文献1所公开的技术。专利文献1所公开的控制装置使用驱动系统的频率特性，基于增益特性、相位特性来计算最佳的控制参数。

图9是表示以往的电动机的控制装置的结构图。图9所示的电动机的控制装置151是以往技术的一例。通常，在对电动机101进行驱动的情况下，在图9所示的电动机的控制装置151中，开关109与a侧的端子连接。此时，各部进行以下的动作。

即，机械系统104具备电动机101、负载102以及电动机位置检测器103。由电动机101来驱动负载102。从电动机位置检测器103输出电动机101的检测位置θ_m。速度计算器106基于每单位时间的检测位置θ_m的变化量来运算电动机的检测速度v_m。速度计算器106输出运算得到的电动机的检测速度v_m。位置控制器107以使检测位置θ_m追随位置指令θ_r的方式输出速度指令v_r。从电动机的控制装置151的外部输入位置指令θ_r。速度控制器108以使电动机的检测速度v_m追随速度指令v_r的方式输出转矩指令τ_r。所输出的转矩指令τ_r经过滤波器部110后成为新的转矩指令τ_r2。新的转矩指令τ_r2被输入到转矩控制器111。根据转矩控制器111的输出来控制电动机101。

在对控制参数进行调整的情况下，在图9所示的电动机的控制装置151中，开关109与b侧的端子连接。此时，各部进行以下的动作。

即，用于测量频率特性的转矩指令制作器112输出第一转矩指令τ_r1。第一转矩指令τ_r1中例如包含M序列信号(Maximum>r1来驱动电动机101。此时，第一转矩指令τ_r1和电动机的检测速度v_m被输入到控制参数调整部115。

控制参数调整部115运算从第一转矩指令τ_r1到电动机速度v_m的频率特性。控制参数调整部115使用运算出的频率特性，以使电动机的控制系统的动作稳定且电动机的控制系统的响应性变高的方式，计算速度控制器108的控制参数、位置控制器107的控制参数以及滤波器部110的控制参数。电动机的控制系统中包括速度控制器108、位置控制器107以及滤波器部110。

专利文献1：日本特开2005-245051号公报

发明内容

本发明当作对象的电动机的控制装置具备第一位置控制器、速度控制器、转矩控制器以及转矩指令制作器。

第一位置控制器以使从电动机的控制装置的外部发送的位置指令与结合于电动机的负载的检测位置一致的方式生成速度指令。

速度控制器以使速度指令与电动机的检测速度一致的方式生成转矩指令。

转矩控制器基于转矩指令来驱动电动机。

转矩指令制作器输出包含多个频率成分的调整用转矩指令。

本发明当作对象的电动机的控制装置中形成有速度反馈电路和第一位置反馈电路。

速度反馈电路包括速度控制器和转矩控制器。速度反馈电路是如下的控制环路：基于输入到速度控制器的速度指令和电动机的检测速度，来得到再次输入到速度控制器的电动机的检测速度。

第一位置反馈电路包括第一位置控制器和速度反馈电路。第一位置反馈 电路是如下的控制环路：基于输入到第一位置控制器的位置指令和结合于电动机的负载的检测位置，来得到再次输入到第一位置控制器的结合于电动机的负载的检测位置。

上述的电动机的控制装置中使用的本发明的控制参数的调整方法具备第一频率特性的计算步骤、当前的速度比例增益范围的计算步骤、当前的机械系统特性常数的计算步骤、当前的比例增益范围的计算步骤、经年后的特性的计算步骤、经年后的速度比例增益范围的计算步骤、经年后的比例增益范围的计算步骤以及比例增益的选择步骤。

第一频率特性的计算步骤使用从转矩指令制作器输出的调整用转矩指令以及在基于调整用转矩指令来驱动电动机时所检测的电动机的检测速度。第一频率特性的计算步骤计算作为从调整用转矩指令到电动机的检测速度的频率特性的当前负载频率特性。

当前的速度比例增益范围的计算步骤使用当前负载频率特性以及作为速度控制器中使用的控制参数的速度比例增益。当前的速度比例增益范围的计算步骤计算使速度反馈电路稳定的当前的速度比例增益的范围。

当前的机械系统特性常数的计算步骤使用当前负载频率特性。当前的机械系统特性常数的计算步骤计算表示包括电动机和负载的机械系统的特性的当前机械系统特性常数。

当前的比例增益范围的计算步骤使用速度比例增益、作为第一位置控制器中使用的控制参数的位置比例增益、当前负载频率特性以及当前机械系统特性常数。当前的比例增益范围的计算步骤计算使位置反馈电路稳定的、当前的速度比例增益与当前的位置比例增益的组合的范围。

经年后的特性的计算步骤基于当前负载频率特性以及从电动机的控制装置的外部发送的经年变化信息来计算经年负载频率特性和经年机械系统特性常数。经年负载频率特性是指产生经年变化后的负载频率特性。经年机械系统特性常数是指产生经年变化后的机械系统特性常数。

经年后的速度比例增益范围的计算步骤使用速度比例增益和经年负载 频率特性。经年后的速度比例增益范围的计算步骤计算使速度反馈电路稳定的经年后的速度比例增益的范围。

经年后的比例增益范围的计算步骤使用速度比例增益、位置比例增益、经年负载频率特性以及经年机械系统特性常数。经年后的比例增益范围的计算步骤计算使第一位置反馈电路稳定的、经年后的速度比例增益与经年后的位置比例增益的组合的范围。

比例增益的选择步骤基于当前的速度比例增益的范围、当前的速度比例增益与当前的位置比例增益的组合的范围、经年后的速度比例增益的范围以及经年后的速度比例增益与经年后的位置比例增益的组合的范围，来选择满足所有范围的速度比例增益值和位置比例增益值。

当前的速度比例增益的范围是通过当前的速度比例增益范围的计算步骤而计算出的。当前的速度比例增益与当前的位置比例增益的组合的范围是通过当前的比例增益范围的计算步骤而计算出的。经年后的速度比例增益的范围是通过经年后的速度比例增益范围的计算步骤而计算出的。经年后的速度比例增益与经年后的位置比例增益的组合的范围是通过经年后的比例增益范围的计算步骤而计算出的。

本发明直接检测安装于电动机的负载所具有的端部的位置，根据检测出的结果来从控制装置计算位置指令。本发明的目的在于提供一种按计算出的位置指令来控制电动机的、电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1中的电动机的控制装置的结构图。

图2是表示本发明的实施方式1中的电动机的控制装置的框图。

图3是表示本发明的实施方式1中的电动机的控制装置的其它框图。

图4是表示本发明的实施方式1中的电动机的控制装置中的控制的流程图。

图5是表示本发明的实施方式2中的电动机的控制装置的结构图。

图6是表示本发明的实施方式2中的电动机的控制装置的框图。

图7是表示本发明的实施方式2中的电动机的控制装置的其它框图。

图8是表示本发明的实施方式3中的电动机的控制装置中的控制的流程图。

图9是表示以往的电动机的控制装置的结构图。

具体实施方式

作为本发明的实施方式的电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法通过后述的过程，能够使用频率特性来计算出使进行全闭环控制的控制装置的控制稳定、且该控制装置的响应性变高的控制参数。为了计算控制参数，使用下面两个频率特性。一个频率特性使用测量动作中的数据，是从转矩指令到电动机速度的频率特性。另一个频率特性是相对于前述的频率特性考虑了经年变化的频率特性。

因此，在进行全闭环控制的电动机的控制装置中，即使产生了经年变化，也能够以能够稳定地驱动电动机的方式调整控制参数。

同样地，作为本发明的实施方式的电动机的控制装置通过后述的结构，能够使用频率特性来计算出使进行全闭环控制的控制装置的控制稳定、且该控制装置的响应性变高的控制参数。为了计算控制参数，使用下面两个频率特性。一个频率特性使用测量动作中的数据，是从转矩指令到电动机速度的频率特性。另一个频率特性是相对于前述的频率特性考虑了经年变化的频率特性。

因此，在进行全闭环控制的电动机的控制装置中，即使由于经年变化而控制对象发生特性的变化，也能够以能够稳定地驱动电动机的方式调整控制参数。控制对象是电动机和安装于电动机的负载等。

也就是说，以往的电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法以及使用该控制参数的调整方法的电动机的控制装置存在下面的应该改进的方 面。

即，以往的电动机的控制装置进行所谓的半闭环控制，即，检测电动机所具有的可动件的动作位置，基于检测出的电动机所具有的可动件的动作位置来控制电动机。也就是说，以往的电动机的控制装置具有对用于进行半闭环控制的控制参数进行调整的结构。因此，这样的结构无法应用于进行所谓的全闭环控制、即对安装于电动机的负载侧的位置进行控制的控制装置。

另外，以往的电动机的控制装置在对控制参数进行调整时使用驱动系统的频率特性。在以往的对控制参数进行调整的方法中，使用计算频率特性的时间点下的电动机的测量结果。换言之，到电动机的控制装置产生了经年变化的状态时，以往的对控制参数进行调整的方法无法进行满足控制的稳定性的控制参数的调整。也就是说，若电动机的控制装置产生了经年变化，则以往的电动机的控制装置存在控制变得不稳定的担忧。在该情况下，以往的电动机的控制装置需要进行重新调整。

可是，本发明的实施方式中的电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法能够应用于进行全闭环控制的控制装置。

另外，电动机的控制装置的控制对象有时会由于经年变化而特性发生变化。即使在这种情况下，只要应用本发明的实施方式中的电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法，电动机的控制装置就能够稳定地驱动具有产生了经年变化的特性的电动机。

同样地，使用本发明的实施方式中的控制参数的调整方法的电动机的控制装置能够进行全闭环控制。如上所述，使用本发明的实施方式中的控制参数的调整方法的电动机的控制装置能够稳定地驱动具有产生了经年变化的特性的电动机。

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。此外，下面的实施方式是具体实现本发明的一个例子，并不对本发明的技术范围进行限定。

此外，在后述的说明中，反馈电路稳定是指下面的状态。即，是指以下状态：在闭合的控制环路中，针对指令值而反馈的反馈值收敛于指令值。

另一方面，反馈电路不稳定的状态、也就是说反馈电路不稳定状态是指下面的状态。即，是指以下状态：在闭合的控制环路中，针对指令值而反馈的反馈值振动且振动的振幅持续增加。

一般来说，能够通过检测反馈电路的频率特性来判断反馈电路处于稳定的状态还是不稳定的状态。

(实施方式1)

图1是表示本发明的实施方式1中的电动机的控制装置的结构图。图2是表示本发明的实施方式1中的电动机的控制装置的框图。图3是表示本发明的实施方式1中的电动机的控制装置的其它框图。图4是表示本发明的实施方式1中的电动机的控制装置中的控制的流程图。

在下面的说明中，例示本发明的实施方式1中的电动机的控制装置，说明该电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法。

如图1所示，本发明的实施方式1中的电动机的控制装置30具备作为第一位置控制器的位置控制器6、速度控制器7、转矩控制器9以及转矩指令制作器10。

位置控制器6以使从电动机的控制装置30的外部发送的位置指令θ_r与结合于电动机1的负载2的检测位置即负载位置θ_L一致的方式生成速度指令v_r。

速度控制器7以使速度指令v_r与电动机的检测速度即电动机速度v_m一致的方式生成转矩指令τ_r。

转矩控制器9基于转矩指令τ_r来驱动电动机1。

转矩指令制作器10输出包含多个频率成分的调整用转矩指令τ_r3。

本发明的实施方式1中的电动机的控制装置30中形成有速度反馈电路40以及作为第一位置反馈电路的位置反馈电路41。

速度反馈电路40包括速度控制器7和转矩控制器9。速度反馈电路40是如下的控制环路：基于输入到速度控制器7的速度指令v_r和电动机的检测速度即电动机速度v_m，来得到再次输入到速度控制器7的电动机速度v_m。

位置反馈电路41包括位置控制器6和速度反馈电路40。位置反馈电路41 是如下的控制环路：基于输入到位置控制器6的位置指令θ_r和结合于电动机1的负载2的检测位置即负载位置θ_L，来得到再次输入到位置控制器6的结合于电动机的负载的检测位置即负载位置θ_L。

如图4所示，上述的电动机的控制装置30中使用的本发明的实施方式中的控制参数的调整方法具备第一频率特性的计算步骤(步骤1)、当前的速度比例增益范围的计算步骤(步骤2)、当前的机械系统特性常数的计算步骤(步骤3)、当前的比例增益范围的计算步骤(步骤4)、经年后的特性的计算步骤(步骤5)、经年后的速度比例增益范围的计算步骤(步骤6)、经年后的比例增益范围的计算步骤(步骤7)以及比例增益的选择步骤(步骤8)。

如图1、图3、图4所示，第一频率特性的计算步骤(步骤1)使用从转矩指令制作器10输出的调整用转矩指令τ_r3以及在基于调整用转矩指令τ_r3来驱动电动机1时所检测的电动机的检测速度即电动机速度v_m。第一频率特性的计算步骤(步骤1)计算作为从调整用转矩指令τ_r3到电动机的检测速度即电动机速度v_m的频率特性的当前负载频率特性。

当前的速度比例增益范围的计算步骤(步骤2)使用当前负载频率特性以及作为速度控制器7中使用的控制参数的速度比例增益K_v。当前的速度比例增益范围的计算步骤(步骤2)计算使速度反馈电路40稳定的当前的速度比例增益的范围。

此外，在本实施方式1中，速度反馈电路40稳定的状态是指下面的状态。即，是指以下状态：作为被反馈的值的电动机速度v_m追随作为指令值的速度指令v_r而收敛于该指令值。

当前的机械系统特性常数的计算步骤(步骤3)使用当前负载频率特性。当前的机械系统特性常数的计算步骤(步骤3)计算表示包括电动机1和负载2的机械系统20的特性的当前机械系统特性常数。

当前的比例增益范围的计算步骤(步骤4)使用速度比例增益K_v、作为位置控制器6中使用的控制参数的位置比例增益K_p、当前负载频率特性以及当前机械系统特性常数。当前的比例增益范围的计算步骤(步骤4)计算使位置反馈 电路41稳定的、当前的速度比例增益与当前的位置比例增益的组合的范围。

此外，在本实施方式1中，位置反馈电路41稳定的状态是指下面的状态。即，是指以下状态：作为被反馈的值的负载位置θ_L追随作为指令值的位置指令θ_r而收敛于该指令值。

经年后的特性的计算步骤(步骤5)基于当前负载频率特性以及从电动机的控制装置30的外部发送的经年变化信息来计算经年负载频率特性以及经年机械系统特性常数。经年负载频率特性是产生经年变化后的负载频率特性。经年机械系统特性常数是产生经年变化后的机械系统特性常数。

经年后的速度比例增益范围的计算步骤(步骤6)使用速度比例增益K_v和经年负载频率特性。经年后的速度比例增益范围的计算步骤(步骤6)计算使速度反馈电路40稳定的经年后的速度比例增益的范围。

经年后的比例增益范围的计算步骤(步骤7)使用速度比例增益K_v、位置比例增益K_p、经年负载频率特性以及经年机械系统特性常数。经年后的比例增益范围的计算步骤(步骤7)计算使位置反馈电路41稳定的、经年后的速度比例增益与经年后的位置比例增益的组合的范围。

比例增益的选择步骤(步骤8)基于当前的速度比例增益的范围、当前的速度比例增益与当前的位置比例增益的组合的范围、经年后的速度比例增益的范围以及经年后的速度比例增益与经年后的位置比例增益的组合的范围，来选择满足所有范围的速度比例增益值和位置比例增益值。

当前的速度比例增益的范围是通过当前的速度比例增益范围的计算步骤而计算出的。当前的速度比例增益与当前的位置比例增益的组合的范围是通过当前的比例增益范围的计算步骤而计算出的。经年后的速度比例增益的范围是通过经年后的速度比例增益范围的计算步骤而计算出的。经年后的速度比例增益与经年后的位置比例增益的组合的范围是通过经年后的比例增益范围的计算步骤而计算出的。

特别是，起到显著作用效果的发明如下。

即，在本实施方式1中的电动机的控制装置30中，速度反馈电路40还具 有电动机1、电动机位置检测器3以及速度计算器5。

电动机位置检测器3检测电动机1的检测位置即电动机位置θ_m，输出所检测出的电动机位置θ_m。速度计算器5基于从电动机位置检测器3输出的电动机位置θ_m来计算电动机的检测速度即电动机速度v_m。

另外，作为第一位置反馈电路的位置反馈电路41还具有负载2和负载位置检测器4。

负载位置检测器4检测负载2的检测位置即负载位置θ_L，输出所检测出的负载位置θ_L。

另外，比例增益的选择步骤(步骤8)只要以得到最大的速度比例增益的方式选择速度比例增益值和位置比例增益值即可。

使用附图来进一步详细说明。

如图1所示，使用本实施方式1的装置具备电动机的控制装置30以及被该电动机的控制装置30所驱动的机械系统20。此外，在下面的说明中，电动机的控制装置30也简单称为控制装置30。

首先，被驱动的机械系统20包括电动机1、负载2、电动机位置检测器3以及负载位置检测器4。并且，机械系统20包括各部的连结部。各部的连结部包括位于电动机1与负载2之间的连结部、位于电动机1与电动机位置检测器3之间的连结部以及位于负载2与负载位置检测器4之间的连结部。

在机械系统20中，电动机1上连接有负载2。通过电动机1来驱动与电动机1连接的负载2。电动机位置检测器3与电动机1连接。电动机位置检测器3输出作为电动机1的位置信息的电动机位置θ_m。负载位置检测器4与负载2连接。负载位置检测器4输出作为负载2的位置信息的负载位置θ_L。

在此，例如，负载2包括利用滚珠丝杠、带来连结的工作台等结构要素进行运动的装置。例如，作为电动机位置检测器3，使用光学式编码器、旋转变压器等检测旋转角度的传感器。例如，作为负载位置检测器4，使用测量直线运动变化量的线性标尺等传感器。

如后所述，控制装置30输出对电动机1进行驱动的信号。在控制装置30 中，作为电动机位置检测器3的输出的电动机位置θ_m被输入到速度计算器5。在控制装置30中，速度计算器5基于被输入的电动机位置θ_m来计算电动机1的速度即电动机速度v_m。速度计算器5输出所计算出的电动机速度v_m。

在本实施方式1中，后述的速度反馈电路40由速度控制器7、转矩控制器9、电动机1、电动机位置检测器3以及速度计算器5形成。同样地，位置反馈电路41由位置控制器6、速度反馈电路40、负载2以及负载位置检测器4形成。

接着，说明以下动作：本实施方式1中的控制装置30驱动电动机1来进行对负载2的位置控制。

在进行对负载2的位置控制时，图1所示的开关8被切换到a侧的端子。

从控制装置30的外部向控制装置30输入位置指令θ_r。在控制装置30的外部存在生成位置指令θ_r的上级控制器等。

位置指令θ_r与从负载位置检测器4输出的负载位置θ_L之差被输入到位置控制器6。位置控制器6以使位置指令θ_r与负载位置θ_L一致的方式计算速度指令v_r。位置控制器6输出所计算出的速度指令v_r。例如，位置控制器6进行下面(数1)示出的比例运算。

此外，在(数1)中，K_p表示位置比例增益。

[数1]

v_r＝K_p(θ_r-θ_L)…(1)

速度指令v_r与电动机速度v_m之差被输入到速度控制器7。速度控制器7以使速度指令v_r与电动机速度v_m一致的方式计算转矩指令τ_r。速度控制器7输出所计算出的转矩指令τ_r。例如，速度控制器7进行下面(数2)示出的比例运算。

此外，在(数2)中，K_v表示速度比例增益。

[数2]

τ_r＝K_v(v_r-v_m)…(2)

转矩控制器9将被输入的转矩指令τ_r变换为电流指令。转矩控制器9以使电流指令与流过电动机1的电流一致的方式进行电流控制。转矩控制器9通过 进行电流控制来驱动电动机1。

在图2中，J_m表示电动机1的惯量(inertia)。同样地，J_L表示负载2的惯量。K_s表示电动机1与负载2之间的弹簧系数。D_s表示电动机1与负载2之间的粘性系数。D(s)表示与控制系统的延迟要素有关的传递函数。

另外，τ_m表示施加于电动机1的转矩。τ_L表示施加于负载2的转矩。v_L表示负载2的速度即负载速度。τ_in表示电动机1利用从控制装置30供给的电力而产生的转矩。s是拉普拉斯算子。

基于图2所示的框图来推导运动方程式。只要对所推导出的运动方程式进行计算，就能够计算出电动机速度v_m相对于电动机1所产生的转矩τ_in的传递函数。电动机速度v_m相对于电动机1所产生的转矩τ_in的传递函数表示为下面的(数3)。

[数3]

$\begin{array}{c}\frac{{\nu }_m}{{\tau }_{in}}=\frac{J_L·s^2+D_s·s+K_s}{J_m·J_L·s^3+D_s(J_m+J_L)·s^2+K_s(J_m+J_L)·s}\\ =\frac{\frac{J_L}{K_s}{s}^2+\frac{D_s}{K_s}s+1}{\frac{J_m{J}_L}{K_s}{s}^3+\frac{D_s(J_m+J_L)}{K_s}{s}^2+(J_m+J_L)·s}\end{array}\mathrm{...}\left(3\right)$

另一方面，位于电动机1与负载2之间的连结部具有弹簧系数K_s和粘性系数D_s。弹簧系数K_s是表示与经由连结部而连结的电动机1与负载2之间产生的扭曲相对的回弹力的程度的系数。粘性系数D_s是表示与电动机1的速度成正比的阻力的程度的系数。例如，阻力包括摩擦。

因此，该机械系统20能够认为是具有谐振角频率ω_p和反谐振角频率ω_z的双惯性系统。将双惯性系统中的谐振衰减系数设为ζ_p，将反谐振衰减系数设为ζ_z。此时，电动机速度v_m相对于电动机1所产生的转矩τ_in的传递函数还表示为下面的(数4)。

[数4]

$\begin{array}{c}\frac{{\nu }_m}{{\tau }_{in}}=\frac{1}{(J_m+J_L)·s}·\frac{\frac{1}{{{\omega }_z}^2}{s}^2+2\frac{{\zeta }_z}{{\omega }_z}s+1}{\frac{1}{{{\omega }_p}^2}{s}^2+2\frac{{\zeta }_p}{{\omega }_p}s+1}\\ =\frac{\frac{1}{{{\omega }_z}^2}{s}^2+2\frac{{\zeta }_z}{{\omega }_z}s+1}{\frac{J_m+J_L}{{{\omega }_p}^2}{s}^3+2\frac{{\zeta }_p(J_m+J_L)}{{\omega }_p}{s}^2+(J_m+J_L)·s}\end{array}\mathrm{...}\left(4\right)$

另外，基于图2所示的控制框图来推导运动方程式。只要对所推导出的运动方程式进行计算，就能够计算出负载速度v_L相对于电动机1所产生的转矩τ_in的传递函数。负载速度v_L相对于电动机1所产生的转矩τ_in的传递函数表示为下面的(数5)。

[数5]

$\begin{array}{c}\frac{{\nu }_L}{{\tau }_{in}}=\frac{D_s·s+K_s}{J_m{J}_L·s^3+D_s(J_m+J_L)·s^2+K_s(J_m+J_L)·s}\\ =\frac{\frac{D_s}{K_s}s+1}{\frac{J_m{J}_L}{K_s}{s}^3+\frac{D_s(J_m+J_L)}{K_s}{s}^2+(J_m+J_L)·s}\end{array}\mathrm{...}\left(5\right)$

使用上述的(数3)和(数5)来推导负载速度v_L相对于电动机速度v_m的传递函数。推导出的负载速度v_L相对于电动机速度v_m的传递函数表示为下面的(数6)。

[数6]

$\begin{array}{c}\frac{{\nu }_L}{{\tau }_m}=\frac{\frac{D_s}{K_s}s+1}{\frac{J_L}{K_s}{s}^2+\frac{D_s}{K_s}s+1}\\ =\frac{\frac{2{\zeta }_z}{{\omega }_z}s+1}{\frac{1}{{{\omega }_z}^2}{s}^2+\frac{2{\zeta }_z}{{\omega }_z}s+1}\end{array}\mathrm{...}\left(6\right)$

只要使用上述的(数3)和(数6)，就能够将图2所示的框图变换为图3所示的框图。

在图3中，L₁(s)为电动机速度v_m相对于电动机1所产生的转矩τ_in的传递函数。图3所示的L₁(s)与上述的(数3)相等。另外，在图3中，L₂(s)为负载速度v_L相对于电动机速度v_m的传递函数。图3所示的L₂(s)与上述的(数6)相等。

位置比例增益K_p和速度比例增益K_v是图1所示的控制装置30中使用的控制参数。因此，能够通过对使用从图3所示的框图推导出的传递函数而计算出的频率特性的稳定性进行确认来实施位置比例增益K_p和速度比例增益K_v的调整。

接着，使用图4所示的流程图来说明作为控制装置30中使用的控制参数的位置比例增益K_p和速度比例增益K_v的调整。此外，图4所示的流程图全部能够由控制参数调整部11实施。

在进行控制参数的调整时，图1所示的开关8被切换到b侧的端子。此时，例如，从用于测量频率特性的转矩指令制作器10对转矩控制器9输出调整用转矩指令τ_r3。调整用转矩指令τ_r3包含M序列信号等多个频率成分。基于调整用转矩指令τ_r3来驱动电动机1。

此时，如图4所示，通过控制参数调整部11来对调整用转矩指令τ_r3和电动机速度v_m进行采样。在控制参数调整部11中，计算从调整用转矩指令τ_r3到电动机速度v_m的频率特性(步骤1)。下面，将计算出的频率特性称为“负载频 率特性”。该负载频率特性表示当前负载频率特性。

能够通过下面的过程来计算负载频率特性。例如，对采样得到的调整用转矩指令τ_r3和电动机速度v_m分别实施傅立叶变换。对电动机速度v_m实施傅立叶变换的结果是计算出增益特性和相位特性。同样地，对调整用转矩指令τ_r3实施傅立叶变换的结果是计算出增益特性和相位特性。通过从基于电动机速度v_m而计算出的增益特性和相位特性减去基于调整用转矩指令τ_r3而计算出的增益特性和相位特性，来推导出负载频率特性。推导出的负载频率特性为图3所示的D(s)·L₁(s)。

接着，改变速度比例增益K_v，以使图3所示的速度反馈电路40稳定的方式计算速度比例增益K_v的范围(步骤2)。计算出的速度比例增益K_v的范围表示当前的速度比例增益K_v的范围。

速度比例增益K_v是图1所示的速度控制器7的控制参数。在图3中，以点划线包围速度反馈电路40。

例如，在以点划线包围的速度反馈电路40中，通过步骤1求出负载频率特性D(s)·L₁(s)。只要对所求出的负载频率特性乘以速度比例增益K_v，就能够计算出速度反馈电路40中的开环频率特性。只要使用专利文献1所记载的开环的稳定性判断的方法等就能够计算出使速度反馈电路40稳定的速度比例增益K_v的范围。

接着，通过使用负载频率特性，来计算表示机械系统的特性的机械系统特性常数(步骤3)。计算出的机械系统特性常数表示当前机械系统特性常数。

例如，机械系统特性常数包括谐振角频率、反谐振角频率、谐振衰减常数以及反谐振衰减常数等。作为一例，能够通过下面的过程来计算机械系统特性常数。即，当从负载频率特性减去已知的延迟要素D(s)的特性时，求出电动机速度v_m相对于电动机1所产生的转矩τ_in的传递函数L₁(s)的特性。通过对所求出的电动机速度v_m的传递函数L₁(s)的特性使用最小二乘法等来计算机械系统特性常数。

接着，通过改变速度比例增益K_v和位置比例增益K_p，来计算使位置反馈 电路41稳定的、速度比例增益K_v与位置比例增益K_p的组合的范围(步骤4)。计算出的速度比例增益K_v与位置比例增益K_p的组合的范围表示当前的速度比例增益K_v与当前的位置比例增益K_p的组合的范围。

速度比例增益K_v是速度控制器7的控制参数。位置比例增益K_p是位置控制器6的控制参数。

在图3中，位置反馈电路41是整个控制框。

如上所述，例如，当提供了速度比例增益K_v时，能够使用步骤2所示的方法来计算速度反馈电路40的频率特性。

另外，如果使用通过步骤3求出的机械系统特性常数，则可以求出负载速度v_L相对于电动机速度v_m的传递函数L₂(s)。机械系统特性常数包括谐振角频率ω_p、反谐振角频率ω_z、谐振衰减系数ζ_p以及反谐振衰减系数ζ_z等。

在此，能够通过使位置比例增益K_p、速度反馈电路40的频率特性以及传递函数L₂(s)连结来计算位置反馈电路41的开环频率特性。能够通过使用上述的开环的稳定性判断的方法等来计算使位置反馈电路41稳定的、速度比例增益K_v与位置比例增益K_p的组合的范围。

接着，说明产生经年变化时的计算稳定的增益的步骤。

当图1所示的控制装置30产生了经年变化时，机械系统所具有的要素的刚性降低、或者机械系统所具有的要素的摩擦量发生变化。在产生了经年变化的情况下，作为传递函数，可以考虑到到后述的值的变化。即，谐振角频率ω_p、反谐振角频率ω_z降低。谐振衰减系数ζ_p和反谐振衰减系数ζ_z如下那样发生变化。

即，在摩擦增加的情况下，谐振衰减系数ζ_p和反谐振衰减系数ζ_z变大。反之，在摩擦减少的情况下，谐振衰减系数ζ_p和反谐振衰减系数ζ_z变小。

因而，通过针对机械系统所具有的要素来预先调查谐振角频率ω_p、反谐振角频率ω_z、谐振衰减系数ζ_p以及反谐振衰减系数ζ_z由于经年变化而发生多大程度变化，来求出产生经年变化后的负载频率特性、产生经年变化后的负载速度v_L相对于电动机速度v_m的传递函数L₂(s)。

只要将预先调查出的谐振角频率ω_p、反谐振角频率ω_z、谐振衰减系数ζ_p以及反谐振衰减系数ζ_z代入(数4)、(数6)，就能够计算出产生经年变化后的负载频率特性、产生经年变化后的负载速度v_L相对于电动机速度v_m的传递函数L₂(s)。

产生经年变化时的计算稳定的增益范围的步骤从如上所述那样求出产生经年变化后的负载频率特性、产生经年变化后的负载速度v_L相对于电动机速度v_m的传递函数L₂(s)起开始(步骤5)。产生经年变化后的负载频率特性表示经年负载频率特性。

在求解产生经年变化后的负载频率特性、产生经年变化后的负载速度v_L相对于电动机速度v_m的传递函数L₂(s)时，使用预先调查出的谐振角频率ω_p、反谐振角频率ω_z、谐振衰减系数ζ_p以及反谐振衰减系数ζ_z发生多大程度变化这样的信息。

接着，与步骤2、步骤4同样地，使用通过步骤5计算出的负载频率特性和传递函数L₂(s)，来计算速度比例增益K_v的范围以及与位置比例增益K_p的组合的范围。速度比例增益K_v是稳定的速度控制器7的控制参数。位置比例增益K_p是位置控制器6的控制参数(步骤6、步骤7)。计算出的速度比例增益K_v的范围以及与位置比例增益K_p的组合的范围表示经年后的速度比例增益K_v的范围以及与经年后的位置比例增益K_p的组合的范围。

最后，基于从步骤2、步骤4、步骤6以及步骤7计算出的各个速度比例增益K_v的范围以及各个速度比例增益K_v与位置比例增益K_p的组合的范围，来从满足所有条件的速度比例增益K_v的范围和位置比例增益K_p的范围选择各个增益值(步骤8)。

例如，作为选择的方法，能够选择速度比例增益K_v最大时的增益值。因此，在进行全闭环控制的电动机的控制装置中，即使产生了经年变化，也能够以能够稳定地进行驱动的方式调整控制参数。

(实施方式2)

说明实现本发明的其它实施方式。

此外，在后述的本实施方式2的说明中，对与上述的实施方式1所示的结构相同的结构标注相同的标记，引用说明。

图5是表示本发明的实施方式2中的电动机的控制装置的结构图。图6是表示本发明的实施方式2中的电动机的控制装置的框图。图7是表示本发明的实施方式2中的电动机的控制装置的其它框图。

本实施方式2中的电动机的控制装置30a与上述的实施方式1中的电动机的控制装置30的结构上的差异如下。

也就是说，如图5所示，本发明的实施方式2中的电动机的控制装置30a具备作为第二位置控制器的位置控制器6a、速度控制器7、转矩控制器9以及转矩指令制作器10。

位置控制器6a以使从电动机的控制装置30的外部发送的位置指令θ_r与作为电动机1的检测位置的负载位置θ_m一致的方式生成速度指令v_r。

速度控制器7以使速度指令v_r与电动机的检测速度即电动机速度v_m一致的方式生成转矩指令τ_r。

转矩控制器9基于转矩指令τ_r来驱动电动机1。

转矩指令制作器10输出包含多个频率成分的调整用转矩指令τ_r3。

本发明的实施方式2中的电动机的控制装置30a中形成有速度反馈电路40和作为第二位置反馈电路的位置反馈电路41a。

速度反馈电路40包括速度控制器7和转矩控制器9。速度反馈电路40是如下的控制环路：基于输入到速度控制器7的速度指令v_r和电动机的检测速度即电动机速度v_m，来得到再次输入到速度控制器7的电动机速度v_m。

在本实施方式2中，速度反馈电路40具有速度控制器7、转矩控制器9、电动机1、电动机位置检测器3以及速度计算器5。

位置反馈电路41a包括位置控制器6a和速度反馈电路40。位置反馈电路41a是如下的控制环路：基于输入到位置控制器6a的位置指令θ_r和作为电动机1的检测位置的负载位置θ_L，来得到再次输入到位置控制器6a的作为电动机的检测位置的负载位置θ_L。

在本实施方式2中，位置反馈电路41a具有位置控制器6a和速度反馈电路40。

另外，在本实施方式2中，位置反馈电路41a稳定的状态是指下面的状态。即，是指以下状态：作为被反馈的值的电动机位置θ_m追随作为指令值的位置指令θ_r而收敛于该指令值。

即，在上述的实施方式1中，说明了针对进行全闭环控制的电动机的控制装置的控制参数的调整方法。根据该控制参数的调整方法，即使产生了经年变化，也能够稳定地驱动电动机。

本发明的实施方式2中的电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法也能够利用于进行半闭环控制的电动机的控制装置。

使用附图来进一步详细说明。

如图5所示，使用本实施方式2的装置具备电动机的控制装置30a以及被该电动机的控制装置30a所驱动的机械系统20a。此外，在下面的说明中，电动机的控制装置30a也简单称为控制装置30a。

上述的实施方式1与本实施方式2的大的差异在于作为控制对象的机械系统不同。本实施方式2中的机械系统20a具有进行半闭环控制的电动机1。

如图5～图7以及引用的图4所示，本实施方式2中的控制装置30a能够使用电动机位置θ_m来代替实施方式1中使用的负载位置θ_L，以对控制参数进行调整。

因此，只要使用本实施方式2中的控制参数的调整方法，即使在进行半闭环控制的电动机的控制装置中产生了经年变化，也能够以能够稳定地进行驱动的方式调整控制参数。

(实施方式3)

进一步说明实现本发明的其它实施方式。

此外，在后述的本实施方式3的说明中，对与上述的实施方式1、2所示的结构相同的结构标注相同的标记，引用说明。

图8是表示本发明的实施方式3中的电动机的控制装置中的控制的流程 图。

本实施方式3中的电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法与上述的实施方式1、2中的电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法的方法上的差异如下。

也就是说，如图8所示，本发明的实施方式3中的电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法在第二频率特性的计算步骤(步骤1a)中获取作为从调整用转矩指令到电动机的检测速度的频率特性的当前负载频率特性。

即，说明了以下情况：在上述的本实施方式1中的流程图中，在步骤1中进行下面的处理。

首先，通过控制参数调整部11来对调整用转矩指令τ_r3和电动机速度v_m进行采样。在控制参数调整部11中，对采样得到的调整用转矩指令τ_r3和电动机速度v_m实施傅立叶变换，来计算负载频率特性。

根据后述的本实施方式3中的控制参数的调整方法，能够进行下面的应对来代替步骤1。

即，如图8所示，对控制参数调整部11输入傅立叶变换后的数据，获取负载频率特性。使用所获取到的负载频率特性来进行步骤2以后的运算。

或者，在步骤2以后的运算中使用预先计算出的负载频率特性(步骤1a)。

本实施方式3中的控制参数的调整方法能够利用于实施方式1的说明所示的进行全闭环控制的电动机的控制装置以及实施方式2的说明所示的进行半闭环控制的电动机的控制装置这两方。

另外，作为步骤8所示的选择的方法，能够选择速度比例增益K_v最大时的增益值。因此，在进行全闭环控制的电动机的控制装置以及进行半闭环控制的电动机的控制装置这两方中，即使产生了经年变化，也能够以能够稳定地进行驱动的方式调整控制参数。

此外，说明了以下情况：在上述的各实施方式中的步骤8中，能够选择速度比例增益K_v最大时的增益值。然而，只要能够选择稳定的增益值即可，速度比例增益K_v不限定于该值，也可以是用户所选择的其它值。

另外，在本实施方式1的说明中，例示了机械系统为双惯性系统的情况来进行了说明。本发明也能够应用于机械系统为三惯性系统等多惯性系统的情况。即使在机械系统为三惯性系统等多惯性系统的情况下，本发明也能够得到同样的效果。

另外，说明了以下情况：在本实施方式1中的步骤2、步骤4、步骤6以及步骤7中，使用专利文献1所记载的判断开环的稳定性的方法等，来计算使速度反馈电路稳定的增益。

此外，作为判断开环的稳定性的方法，使用了专利文献1所记载的判断开环的稳定性的方法。作为其它方法，例如存在下面的方法。即，也可以是以下方法：计算反馈电路所具有的闭环的频率特性，在计算出的闭环的频率特性的增益峰值为预先决定的值以下时，判断为稳定。

根据以上的说明可以明确的是，根据本发明的实施方式，为了提取在电动机的控制装置中使用的控制参数，从两个运转状态得到速度比例增益和位置比例增益。一个运转状态是当前的机械系统的运转状态。另一个运转状态是设想为产生经年变化后的机械系统的运转状态。

本发明的实施方式中的控制参数的提取方法能够利用于进行全闭环控制的电动机的控制装置以及进行半闭环控制的电动机的控制装置这两方。

产业上的可利用性

在进行全闭环控制的电动机的控制装置以及进行半闭环控制的电动机的控制装置中调整产生经年变化的控制装置的控制参数时，本发明的电动机的控制装置中使用的控制参数的调整方法有用。

附图标记说明

1、101：电动机；2、102：负载；3、103：电动机位置检测器；4：负载位置检测器；5、106：速度计算器；6、6a、107：位置控制器(第一位置控制器、第二位置控制器)；7、108：速度控制器；8、109：开关；9、111：转矩控制器；10、112：转矩指令制作器；11、115：控制参数调整部；20、20a、104：机械系统；30、30a、151：控制装置(电动机的控制装置)；40：速度反 馈电路；41、41a：位置反馈电路(第一位置反馈电路、第二位置反馈电路)；110：滤波器部。