專利名稱：：電動機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及具有模型控制系統(tǒng)而進(jìn)行模型跟蹤控制的電動機(jī)控制裝置。
背景技術(shù)：
：當(dāng)驅(qū)動芯片安裝器等機(jī)械來高速地進(jìn)行位置決定時，作為通過電動機(jī)控制裝置對機(jī)械進(jìn)行高速位置決定的方法之一，有模型跟蹤控制法。在模型跟蹤控制中，構(gòu)筑模擬了實際的反饋控制系統(tǒng)的模型控制系統(tǒng)。而且，以跟蹤該模型控制系統(tǒng)的方式驅(qū)動反饋控制系統(tǒng)。圖2是表示采用了在JP特開昭62-217304號公報[專利文獻(xiàn)l]中所表示的現(xiàn)有的模型跟蹤控制法的電動機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)。在該控制裝置中，取得位置指令與模型位置的偏差，通過模型位置控制器來獲取模型速度指令。然后取得模型速度指令與模型速度的偏差，通過模型速度控制器獲取模型扭矩指令。此外，將模型扭矩指令通過電動機(jī)機(jī)械模型計算出模型速度。并且將模型速度通過積分器計算出模型位置。取得模型位置與由編碼器檢測出的電動機(jī)位置的差，通過位置控制器輸出速度指令。還取得對速度指令和模型速度相加后的值與速度檢測值的偏差，將該偏差通過速度控制器獲取扭矩指令。將扭矩指令與模型扭矩指令相加，通過扭矩控制器驅(qū)動電動機(jī)，并控制電動機(jī)的扭矩。在此，電動機(jī)機(jī)械模型，將電動機(jī)慣量(inertia)設(shè)為JM，將負(fù)載慣量設(shè)為JL，則表示為電動機(jī)機(jī)械模型4/((JM+JL)S}。如此，通過構(gòu)成模型跟蹤控制，可獨立地控制指令響應(yīng)特性和抗干擾特性?？垢蓴_特性由于機(jī)械系統(tǒng)的高頻諧振等而受到制約。為此抗干擾特性不能高至某種程度。模型響應(yīng)特性由于不受機(jī)械系統(tǒng)的高頻諧振等的制約，所以能夠提高。由此，提高指令響應(yīng)特性，就可實現(xiàn)機(jī)械的高速位置決定。當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)是剛體時，通過進(jìn)行將電動機(jī)機(jī)械模型作為剛體的模型跟蹤控制，可實現(xiàn)高速位置決定。但是，在實際的機(jī)械系統(tǒng)中存在剛性低的部分，由此產(chǎn)生振動。芯片安裝器等的機(jī)械，如圖3所示，在機(jī)臺上固定電動機(jī)，通過滾珠絲杠等驅(qū)動工作臺(table)。機(jī)臺由水平螺栓等支撐。在這樣的機(jī)械中，若驅(qū)動電動機(jī)使工作臺高速驅(qū)動，則由于水平螺栓的剛性使機(jī)臺搖動，產(chǎn)生機(jī)臺振動。作為抑制這樣的機(jī)臺振動的方法，有在位置指令的輸入部中插入前置濾波器的方法。圖4是通過前置濾波器抑制機(jī)臺振動的電動機(jī)控制裝置的方框圖。作為前置濾波器，例如可使用陷波濾波器。因此，通過將陷波濾波器的陷波頻率設(shè)置為與機(jī)臺振動頻率相同的值，可抑制機(jī)臺振動。圖5(A)以及(B)表示未使用前置濾波器時的差分位置指令與位置偏差。并且圖6(A)以及(B)表示使用了前置濾波器時的差分位置指令與位置偏差。若將圖5(B)與圖6(B)進(jìn)行比較，則可知通過前置濾波器可抑制機(jī)臺振動，改善位置決定整定特性。但是，如觀察圖6(B)可知，使用了前置濾波器時，由于濾波器的延遲，存在不能充分縮短位置決定整定時間Ts的問題。作為其它抑制機(jī)臺振動的方法，有使用了在JP特開2002-163006號公報(專利文獻(xiàn)2)中所表示的模型跟蹤控制的方法。圖7是將專利文獻(xiàn)2的圖2保持原樣進(jìn)行表示。在使用該現(xiàn)有的模型跟蹤控制法的電動機(jī)控制裝置中，在模型控制系統(tǒng)中，通過設(shè)置扭角補償器25抑制了振動。但是，在專利文獻(xiàn)2中，公開了電動機(jī)以及機(jī)械設(shè)備10的具體的數(shù)字模型17。然而在機(jī)械系統(tǒng)的振動抑制中，若不進(jìn)行合適的模型化，則不能抑制振動。此外在專利文獻(xiàn)2的方法中，使用扭角以及扭角速度的值來適應(yīng)地控制作為振動抑制控制用的補償所使用的扭角、扭角速度的反饋量。模擬速度控制器的參數(shù)，也按照模擬速度偏差適應(yīng)地進(jìn)行了控制。但是，在專利文獻(xiàn)2中，未表示模擬適應(yīng)扭角補償器25與模擬適應(yīng)速度控制器15之間的參數(shù)的定義方法。機(jī)臺振動的抑制中，需要使模擬適應(yīng)速度控制器15與扭角補償器25的增益一起收斂于控制系統(tǒng)穩(wěn)定而且不產(chǎn)生振動的值。但是，模擬適應(yīng)扭角補償器25與模擬適應(yīng)速度控制器15，被設(shè)計為以各自的偏差變小的方式獨立動作。其結(jié)果，例如，即使通過扭角以及扭角速度反饋而抑制了振動，也存在若以抑制模擬速度偏差的方式改變了模擬適應(yīng)速度控制器15的參數(shù)，則會降低振動抑制效果的問題。如此，在6專利文獻(xiàn)2中所表示的方法中，未明確表示機(jī)械模型，不知道是否真的抑制了機(jī)臺振動。此外，由于未表示模擬適應(yīng)速度控制器15與扭角、扭角速度反饋之間的控制規(guī)則，存在為了抑制振動而模擬適應(yīng)扭角補償器25與模擬適應(yīng)速度控制器15不收斂的可能性。對此，在JP特開2004-21413號公報(專利文獻(xiàn)3)中，公開了明確機(jī)械模型的現(xiàn)有的技術(shù)。在專利文獻(xiàn)3記載的技術(shù)中，如圖8那樣表示了機(jī)臺模型。在該現(xiàn)有技術(shù)中，反饋機(jī)臺的位置信息與模型機(jī)臺位置信息來抑制振動。此外，在該現(xiàn)有技術(shù)中，將模型的位置信息、模型機(jī)臺位置信息、推力指令附加于反饋控制系統(tǒng)的位置信息和模型機(jī)臺位置信息中。如此，在專利文獻(xiàn)3所表示的技術(shù)中，將模型的推力指令通過轉(zhuǎn)換器附加于反饋控制系統(tǒng)的速度指令中。由此，存在即使當(dāng)沒有模型控制系統(tǒng)與反饋控制系統(tǒng)的誤差時，也由于轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)或延遲，反饋控制系統(tǒng)的推力指令不能成為按照模型控制系統(tǒng)的推力指令那樣，而無法得到充分的模型跟蹤控制特性的問題。此外，即使閱讀專利文獻(xiàn)3的記載，為了抑制振動如何設(shè)定參數(shù)也并不明確。為此，存在不能實現(xiàn)抑制振動而且高速的位置決定的可能性。例如，此處，將圖8的模型控制系統(tǒng)省略衰減項Cb、粘性電阻Ct而使用圖9表示的記號來表示，若由現(xiàn)代控制理論計算其參數(shù)則如下。首先，模型控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程式，如以下算式所示。式101■/0r0104<丄77-0+/尸01、根據(jù)現(xiàn)代控制理論，若全部的極具有負(fù)的實根，則控制系統(tǒng)為了穩(wěn)定，opl一rr及0oo一一特性方程式若以具有四重根的方式計算各參數(shù)，則如下。式2因此，若確定了位置環(huán)路增益(loopgain)Kp，則根K確定，且速度環(huán)路增益Kv、機(jī)臺速度反饋增益KvB、機(jī)臺位置反饋增益KpB確定。例如，在JM=8.47X10—4(Kg'm2)、JL=JMX3,66、J=JM+JL、JB=JMX70.5、Kfl595(Nm/rad)的機(jī)械系統(tǒng)中，若KP=125rad/s,則Kv=3030Hz、KVB=942(Nm/(rad/s))、KPB=4.45X104(Nm/rad)。從此，在專利文獻(xiàn)3的結(jié)構(gòu)中，抑制了振動，而且若以能夠高速位置決定的方式計算參數(shù)，則模型速度控制器的增益會成為通常所無法設(shè)定的大的值。在使用了模型跟蹤控制的減振控制中，通過將模型系統(tǒng)的參數(shù)與反饋控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定為相同值來抑制振動。為此，需要將反饋控制系統(tǒng)的速度控制器的增益也設(shè)定為大的值。但是，反饋控制系統(tǒng)的速度控制器的增益，由機(jī)械系統(tǒng)的剛性等限制了其上限。其結(jié)果，不能設(shè)置極端高的值。因此，對于圖8的模型控制系統(tǒng)，應(yīng)用狀態(tài)反饋理論計算出其參數(shù)，并計算出實現(xiàn)振動控制與高速位置決定的參數(shù)，即使對計算出的值設(shè)定參數(shù)，也會產(chǎn)生振動等，從而存在無法實現(xiàn)利用計算結(jié)果來控制電動機(jī)的問題。JP特開昭62-217304號公報JP特開2002-163006號公報圖2JP特開2004-21413號公報圖2作為抑制機(jī)臺振動的其它方法，可考慮設(shè)置檢測機(jī)臺振動的傳感器。然而，由于傳感器故障等的發(fā)生，可靠性降低，此外，產(chǎn)生成本提高的問題
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的，在于解除現(xiàn)有問題，而且提供一種不使用特別的傳感器等，而使用模型控制系統(tǒng)來抑制機(jī)臺振動且實現(xiàn)高速的位置決定的電動機(jī)控制裝置。本發(fā)明的電動機(jī)控制裝置，由反饋控制系統(tǒng)和模型控制系統(tǒng)構(gòu)成。反饋控制系統(tǒng)，由位置傳感器、位置控制器、速度控制器、扭矩指令低通濾波器和扭矩控制器組成。位置傳感器檢測出機(jī)臺上所安裝的電動機(jī)的可動部的位置。位置控制器根據(jù)由位置傳感器所檢測出的位置信息和位置指令來輸出速度指令。速度控制器根據(jù)速度指令和從位置傳感器的輸出得到的速度信息來輸出扭矩指令。扭矩指令低通濾波器根據(jù)扭矩指令來抑制高頻成分。扭矩控制器，根據(jù)通過扭矩指令低通濾波器進(jìn)行了濾波器處理的扭矩指令來控制電動機(jī)的扭矩。此外模型控制系統(tǒng)具備可動部模型、機(jī)臺模型、模型位置控制器、模型速度控制器、模型扭矩指令低通濾波器、主反饋部、第一反饋部、第二反饋部和減法部?？蓜硬磕Ｐ?，將可動部的動作模型化來輸出可動部的模型可動部位置信息。機(jī)臺模型，將機(jī)臺的動作模型化來輸出機(jī)臺的模型機(jī)臺位置信息。模型位置控制器將位置控制器模型化來輸出模型速度指令。模型速度控制器將速度控制器模型化來輸出模型扭矩指令。模型扭矩指令低通濾波器，將扭矩指令低通濾波器模型化，將對模型扭矩指令進(jìn)行低通濾波器處理后的模型扭矩指令(以后稱為濾波器處理模型扭矩指令).供給可動部模型和機(jī)臺模型。主反饋部，將模型可動部位置信息與模型機(jī)臺位置信息進(jìn)行合計而得到的模型位置信息作為向反饋系統(tǒng)的模型位置指令，分別反饋給模型位置控制器以及模型速度控制器。第一反饋部根據(jù)模型機(jī)臺位置信息輸出至少包括機(jī)臺的模型機(jī)臺位置信息的第一反饋指令。第二反饋部輸出包括濾波器處理模型扭矩指令的信息的第二反饋指令。而減法部求出第一反饋指令和第二反饋指令的合計與模型扭矩指令的差分，將該差分作為差分模型扭矩指令輸出給模型扭矩指令低通濾波器的輸入部和扭矩指令低通濾波器的輸入部。而模型控制系統(tǒng)，構(gòu)成為將向反饋系統(tǒng)的模型位置指令作為位置指令供給位置控制器，將根據(jù)向反饋系統(tǒng)的模型位置指令所制成的向反饋系統(tǒng)的模型速度指令加算到由位置控制器輸入給速度控制器的速度指令中。本發(fā)明中也包括以不將差分模型扭矩指令供給扭矩指令低通濾波器的輸入部，而將濾波器處理模型扭矩指令加算到扭矩控制器中所輸入的進(jìn)行了濾波器處理的扭矩指令中的方式構(gòu)成模型控制系統(tǒng)的情形。根據(jù)本發(fā)明，在將模型位置控制器或模型速度控制器中設(shè)定的增益以及扭矩指令低通濾波器的值設(shè)定為反饋控制系統(tǒng)中物理上可設(shè)定的增益的范圍內(nèi)的任意的值的情況下，通過調(diào)整第一反饋部以及第二反饋部的增益，可抑制機(jī)臺的振動。因此根據(jù)本發(fā)明，不使用特別的傳感器等，使用模型控制系統(tǒng)就可抑制機(jī)臺振動，并實現(xiàn)高速位置決定。而第一反饋部，優(yōu)選構(gòu)成為第一反饋指令中除了包括模型機(jī)臺位置信息，還包括機(jī)臺的模型機(jī)臺速度信息以及模型機(jī)臺加速度信息。如此，與只反饋模型機(jī)臺位置信息的情況相比，可易于將模型速度環(huán)路增益設(shè)定為一般可使用的值。在具體實施本發(fā)明時，模型位置控制器以及模型速度控制器中分別設(shè)定的增益，被設(shè)定為與位置控制器以及速度控制器分別設(shè)定的增益相同，而且，第一反饋部中設(shè)定的第一反饋增益與第二反饋部設(shè)定的第二反饋增益被確定，以便抑制所述機(jī)臺的振動。此外，模型控制系統(tǒng)中所包括的多個參數(shù)被確定，以使模型控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程式的特性方程式具有五重根并且反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定。如此，若確定了多個參數(shù)，則可抑制振動而高速進(jìn)行位置決定。根據(jù)本發(fā)明，在將模型位置控制器或模型速度控制器中設(shè)定的增益以及扭矩指令低通濾波器的值設(shè)定為反饋控制系統(tǒng)中物理上可設(shè)定的增益的范圍內(nèi)的任意的值的情況下，通過調(diào)整第一反饋部以及第二反饋部的增益(參數(shù))，得到可抑制機(jī)臺的振動而高速進(jìn)行位置決定的優(yōu)點。圖1是表示本發(fā)明的電動機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖2是表示采用了現(xiàn)有的模型跟蹤控制法的電動機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3是表示電動機(jī)與機(jī)臺的關(guān)系的示意圖。圖4是表示通過前置濾波器來抑制機(jī)臺振動的電動機(jī)控制裝置的方框圖。圖5(A)以及(B)表示了所使用的差分位置指令和未使用前置濾波器時的位置偏差。圖6(A)以及(B)表示了差分位置指令和使用了前置濾波器時的位置偏差o圖7是表示采用了其它現(xiàn)有模型跟蹤控制法的電動機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖8是還采用了其它現(xiàn)有模型跟蹤控制法的電動機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖9是將圖8表示的控制裝置的模型控制系統(tǒng)省略了衰減項Cb、粘性電阻Ct后所表示的示意圖。圖IO是表示不使用扭矩指令低通濾波器并且不使用第二反饋部，只反饋模型機(jī)臺位置信息、模型機(jī)臺速度信息以及模型機(jī)臺加速度信息時的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖11是表示使用扭矩指令低通濾波器并且不使用第二反饋部，只反饋模型機(jī)臺位置信息、模型機(jī)臺速度信息以及模型機(jī)臺加速度信息時的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖12(A)以及(B)是表示將本實施方式中使用的差分位置指令以及扭矩指令低通濾波器的截止(cutoff)頻率設(shè)為600Hz時的位置偏差的示意圖。圖13是(A)以及(B)是表示將本實施方式中使用的差分位置指令以及扭矩指令低通濾波器的斷開頻率設(shè)為1000Hz時的位置偏差的示意圖。圖中101—電動機(jī)控制裝置，103—反饋控制系統(tǒng)，105—模型控制系統(tǒng)，107—電動機(jī)，109—位置傳感器，111—位置控制器，113—速度控制器，115—扭矩指令低通濾波器，117—扭矩控制器，119—可動部模型，121—機(jī)臺模型，123—模型位置控制器，125—模型速度控制器，127—模型扭矩指令低通濾波器，129—主反饋部，131—第一反饋部，133—第二反饋部，135—微分器。ii具體實施例方式以下，參照附圖來詳細(xì)地說明本發(fā)明的實施方式。圖l是表示本發(fā)明的電動機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。本實施方式的電動機(jī)控制裝置101由反饋控制系統(tǒng)103和模型控制系統(tǒng)105構(gòu)成。反饋控制系統(tǒng)103具備由檢測電動機(jī)107的移動旋轉(zhuǎn)位置的編碼器構(gòu)成的位置傳感器109;位置控制器lll;速度控制器113;扭矩指令低通濾波器115和扭矩控制器117。位置傳感器109的輸出(位置信息)被反饋給位置控制器lll，此外位置傳感器109的輸出(位置信息)被微分后作為速度信息被反饋給速度控制器113。向位置控制器111輸入在減法部SP1中對由位置傳感器109所檢測出的位置信息與位置指令的差分進(jìn)行計算后的結(jié)果。在本實施方式中，位置控制器111中輸入的位置指令，是由模型控制系統(tǒng)105輸出的向反饋系統(tǒng)的模型位置指令。然后，位置控制器111根據(jù)向反饋系統(tǒng)的模型位置指令與來自位置傳感器109的位置信息的差分向速度控制器113輸出速度指令。在減法部SP2中求出根據(jù)速度指令與從模型控制系統(tǒng)105所輸出的向反饋系統(tǒng)的模型速度指令之和，對位置傳感器109的輸出進(jìn)行微分得到的與速度信息的差分。速度控制器113，根據(jù)從減法部SP2所輸出的差分來輸出扭矩指令。由加法部SP3加算從速度控制器113所輸出的扭矩指令和從模型控制系統(tǒng)105所供給的后述的差分模型扭矩指令，所加算的扭矩指令被輸入給扭矩指令低通濾波器115。扭矩指令低通濾波器115，根據(jù)從加法部SP3所輸出的被加算的扭矩指令來抑制高頻成分。而扭矩控制器117根據(jù)通過扭矩指令低通濾波器115進(jìn)行濾波處理后的扭矩指令來抑制電動機(jī)107的扭矩。此外，模型控制系統(tǒng)105具備可動部模型119、機(jī)臺模型121、模型位置控制器123、模型速度控制器125、模型扭矩指令低通濾波器127、主反饋部129、第一反饋部131、第二反饋部133、第一至第三減法部SP11-SP13、第一以及第二加法部SP14以及SP15?？蓜硬磕Ｐ?19，將電動機(jī)的可動部的動作進(jìn)行模型化后輸出模型可動部位置信息。機(jī)臺模型121，將機(jī)臺的動作進(jìn)行模型化后輸出模型機(jī)臺位置信息。模型位置控制器123，將位置控制器lll進(jìn)行模型化后輸出模型速度指令。模型速度控制器125，將速度控制器113模型化來輸出模型扭矩指令。而且，為了不使模型加入干擾，模型速度控制器由比例控制器構(gòu)成。模型扭矩指令低通濾波器127，將扭矩指令低通濾波器115以一階低通濾波器進(jìn)行模型化，而后將對模型扭矩指令進(jìn)行低通濾波器處理后的濾波器處理模型扭矩指令供給可動部模型119和機(jī)臺模型121。主反饋部129，在第一加法部SP14中將模型可動部位置信息和模型機(jī)臺位置信息相加后得到的模型位置信息作為向反饋系統(tǒng)的模型位置指令，分別反饋給模型位置控制器123以及模型速度控制器125。第一減法部SPll，從輸入位置指令減去向反饋系統(tǒng)的模型位置指令后，輸入給模型位置控制器123。此外向反饋系統(tǒng)的模型位置指令通過微分器135進(jìn)行微分轉(zhuǎn)換為向反饋系統(tǒng)的模型速度指令。第二減法部SP12，從模型位置控制器123所輸出的模型速度指令減去向反饋系統(tǒng)的模型速度指令后，將減算結(jié)果輸出給模型速度控制器125。第一反饋部131，根據(jù)模型機(jī)臺位置信息輸出不只包括模型機(jī)臺位置信息，還包括模型機(jī)臺速度信息以及模型機(jī)臺加速度信息的第一反饋指令。第二反饋部133，將乘以濾波器處理模型扭矩指令中規(guī)定的增益K^后的指令作為第二反饋指令進(jìn)行輸出。然后，第三減法部SP13，求出由第二加法部SP15求出的第一反饋指令和第二反饋指令的合計與模型扭矩指令的差分，并將該差分作為差分模型扭矩指令輸出給模型扭矩指令低通濾波器127的輸入部和反饋控制系統(tǒng)103的扭矩指令低通濾波器115的輸入部(加法部SP3)。模型控制系統(tǒng)105，將由從第一加法部SP14得到的模型位置信息構(gòu)成的向反饋系統(tǒng)的模型位置指令作為位置指令而供給位置控制器111。此外，將通過微分器135對向反饋系統(tǒng)的模型位置指令進(jìn)行微分后得到的向反饋系統(tǒng)的模型速度指令與從位置控制器111輸入給速度控制器113的速度指令相加。在本實施方式中，在包括機(jī)臺的電動機(jī)機(jī)械模型(119，121)中利用第一反饋部131以及第二反饋部133進(jìn)行狀態(tài)反饋。然后，為了使模型控制系統(tǒng)105穩(wěn)定并且不產(chǎn)生機(jī)臺的振動，確定了各控制器的參數(shù)。此外，第一反饋部131，將模型機(jī)臺位置信息與機(jī)臺位置反饋增益KPB、機(jī)臺速度反饋增益KVB和機(jī)臺加速度反饋增益KABS2的合計增益(KPB+KVB+KABS2)相乘后的結(jié)果作為第一反饋指令進(jìn)行輸出。將第一反饋指令和第二反饋指令進(jìn)行合計后的結(jié)果成為狀態(tài)反饋量。根據(jù)本實施方式，如上所述，通過將模型扭矩指令低通濾波器127的輸出、模型機(jī)臺位置信息、模型機(jī)臺速度信息、模型機(jī)臺加速度信息進(jìn)行狀態(tài)反饋，一邊抑制機(jī)臺的振動，一邊可自由地設(shè)定模型位置增益Kp、模型扭矩指令低通濾波器127的參數(shù)[時間常數(shù)]。并且在本實施方式中，獲取在減法部SP1由模型控制系統(tǒng)105所輸出的向反饋系統(tǒng)的模型位置指令與由編碼器構(gòu)成的位置傳感器109檢測出的位置信息(位置反饋指令)的偏差，并通過位置控制器111輸出速度指令。此外在減法部SP2中，獲取將該速度指令和由微分器135所輸出的向反饋系統(tǒng)的模型速度指令相加后的結(jié)果與將由編碼器構(gòu)成的位置傳感器109檢測出的位置信息進(jìn)行微分后得到的信息(速度反饋指令)的偏差。此偏差，通過速度控制器113而作為扭矩指令被輸出。然后，在減法部SP13中，將從模型扭矩指令減去將第一反饋指令與所述第二反饋指令合計后得到的狀態(tài)反饋量后的差分模型扭矩指令，在加法部SP3中與扭矩指令相加。然后將該加算后的指令通過扭矩指令低通濾波器115進(jìn)行濾波器處理后，輸入到扭矩控制器117，并通過扭矩控制器117的輸出來驅(qū)動電動機(jī)107。針對如此構(gòu)成的模型控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程式進(jìn)行說明。最初，圖10是表示不使用模型扭矩指令低通濾波器127并且不使用第二反饋部133，只反饋模型機(jī)臺位置信息、模型機(jī)臺速度信息以及模型機(jī)臺加速度信息時的結(jié)，勾的方框圖。在圖10中，在各位置賦予了采用公式的記號。若由現(xiàn)代控制理論，以特性方程式具有四重根的方式計算各參數(shù)則此時的參數(shù)如下。式3IC=■-4K尸根據(jù)上述結(jié)果的判斷，是若確定了位置環(huán)路增益Kp，則根K確定，速度環(huán)路增益Kv、機(jī)臺加速度反饋增益KAB、機(jī)臺速度反饋增益KVB、機(jī)臺位置反饋增益KpB確定。例如，在JM-8.47X10—4(Kg'm2)、幾二JMX3.66、，JM+幾、JB=JMX70.5、KB=1595(Nm/rad)的機(jī)械系統(tǒng)中，若KP=125rad/s，則Kv=80Hz、KAB=0.058(Nm/(rad/s)2)、KVB=24.9(Nm/(rad/s))、KPB=2.72X103(Nm/rad)。如圖10的結(jié)構(gòu)那樣進(jìn)行狀態(tài)反饋，抑制機(jī)臺的振動，并且若以可高速位置決定的方式計算參數(shù)，則模型速度控制器125的速度環(huán)路增益Kv成為可通常設(shè)定的值。反饋控制系統(tǒng)中若沒有機(jī)械系統(tǒng)的高頻諧振或基于編碼器的高頻成分等，則即使圖10的結(jié)構(gòu)，也可構(gòu)筑抑制機(jī)臺的振動而進(jìn)行高速位置決定的控制系統(tǒng)。然而反饋控制系統(tǒng)中，當(dāng)包含機(jī)械系統(tǒng)的高頻諧振或基于編碼器的高頻成分時，如圖11所示成為追加了模型扭矩指令低通濾波器。如圖11所示，若由現(xiàn)代控制理論，以特性方程式具有五重根的方式計算當(dāng)插入了模型扭矩指令低通濾波器時的參數(shù)，則成為如下。式4<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>由上述結(jié)果，若確定了位置環(huán)路增益Kp，則根K確定，速度環(huán)路增益Kv、機(jī)臺加速度反饋增益KAB、機(jī)臺速度反饋增益KVB、機(jī)臺位置反饋增益KpB確定，而且模型扭矩指令低通濾波器的時間常數(shù)T確定。因此，沒有模型扭矩指令低通濾波器的時間常數(shù)T的設(shè)定自由度。通常，模型扭矩指令低通濾波器的時間常數(shù)T,為了配合機(jī)械系統(tǒng)的高頻諧振而進(jìn)行調(diào)整，需要能夠自由地調(diào)整。然而，只以圖ll表示的結(jié)構(gòu)，不能調(diào)整模型扭矩指令低通濾波器的時間常數(shù)T。對此，在圖1表示的本發(fā)明的實施方式中，設(shè)置為將模型扭矩指令低通濾波器127的輸出進(jìn)行反饋，所以能夠調(diào)整包含模型扭矩指令低通濾波器127的時間常數(shù)T的各參數(shù)。圖1表示的結(jié)構(gòu)的狀態(tài)方程式成為如下。dX/dt=AX+BUy=CXy是模型位置指令。A、B、C如下述。式500001000ooo《》00100丄0一l冗」0000其中j^"(i+i^)、w+。、厶P-^-乂2、」3一"-^〃2、、3々25、A"n,—A"p-一LPfl3一"丑d2上述狀態(tài)方程式的特性方程式，若以具有五重根的方式計算參數(shù)則如下。并且Kv-4j2'Kp,以使位置、速度控制系統(tǒng)穩(wěn)定。式6仏w7;K必=-52"Kpt/j2&53AA付一iV朋，^如上述若設(shè)定了各模型各部的參數(shù)，則可實現(xiàn)不產(chǎn)生機(jī)臺振動的位置決定。該參數(shù)的設(shè)定，如以下進(jìn)行。首先，反饋控制系統(tǒng)103的扭矩指令低通濾波器115的時間常數(shù)，設(shè)定為可抑制由編碼器等構(gòu)成的位置傳感器109的量子化脈動(ripple)、或機(jī)械系統(tǒng)的高次諧波諧振的高的值。速度控制器113的環(huán)路增益，在不激勵機(jī)械系統(tǒng)的高次諧波諧振的范圍內(nèi)，盡量調(diào)整為高的值。位置控制器lll的位置環(huán)路增益，將位置環(huán)路增益=速度環(huán)路增益/4設(shè)定為基準(zhǔn)，以使位置、速度控制系統(tǒng)的響應(yīng)穩(wěn)定。模型控制系統(tǒng)105的模型位置控制器123的環(huán)路增益Kp或模型速度控制器125的環(huán)路增益Kv、模型扭矩指令低通濾波器127的時間常數(shù)，設(shè)置為與反饋控制系統(tǒng)103的扭矩指令低通濾波器115的時間常數(shù)相同的值。模型控制系統(tǒng)105的可動部模型119的參數(shù)，或機(jī)臺模型121的參數(shù)，配合于實際的機(jī)械系統(tǒng)的值。然后，以這些參數(shù)為基礎(chǔ)，計算出狀態(tài)反饋增益(KPB+KVB+KABS2)以及Klp。如此，根據(jù)本實施方式，首先，配合于實際的機(jī)械系統(tǒng)來調(diào)整反饋控制系統(tǒng)103的參數(shù)，與其配合來確定模型控制系統(tǒng)105的參數(shù)。圖12(B)是使用如此計算出的參數(shù)以及狀態(tài)反饋增益來進(jìn)行位置決定時的位置偏差的模擬結(jié)果。圖12(A)表示使用了的差分位置指令。圖12(B)的模擬，是將反饋控制系統(tǒng)103和模型控制系統(tǒng)105的扭矩指令低通濾波器以及模型扭矩指令低通濾波器(115、127)的斷開頻率設(shè)定為600Hz。其它與圖5以及圖6設(shè)定相同的條件。此外，圖13(B)是將反饋控制系統(tǒng)103和模型控制系統(tǒng)105的扭矩指令低通濾波器以及模型扭矩指令低通濾波器(115、127)的斷開頻率從600Hz提高到1000Hz時的位置偏差的模擬結(jié)果。圖13(A)表示所使用的差分位置指令。如觀察圖12(B)以及圖13(B)所判斷那樣，判斷為沒有位置偏差的振動，且抑制了機(jī)臺的振動。此外，位置決定整定時間也比使用圖6的前置濾波器時的結(jié)果早，判斷為可實現(xiàn)高速的位置決定。如上所述，根據(jù)本實施方式，作為模型控制系統(tǒng)105,將模型機(jī)臺位置信息、模型機(jī)臺速度信息、模型機(jī)臺加速度信息、低通濾波器后的模型扭矩指令(四種狀態(tài))反饋給模型扭矩指令低通濾波器127的輸入。然后，應(yīng)用現(xiàn)代控制理論，以模型控制系統(tǒng)的特性方程式的根成為重根的方式計算出模型控制系統(tǒng)105的各參數(shù)，來確定參數(shù)。如本實施方式，通過反饋上述四種狀態(tài)，即使在模型控制系統(tǒng)105的特性方程式的根成為重根的制約之下，也可自由地設(shè)定模型位置增益Kp或模型速度增益Kv，以及稱為模型扭矩指令低通濾波器127的時間常數(shù)的由反饋控制系統(tǒng)103自由地設(shè)定的參數(shù)。由此，將考慮了機(jī)械系統(tǒng)的高頻區(qū)域的特性上的制約等而設(shè)定的扭矩指令低通濾波器115的值、或模型位置增益Kp或模型速度增益Kv在模型控制系統(tǒng)105中設(shè)定之后，能以沒有振動的方式設(shè)定模型控制系統(tǒng)105的參數(shù)。并且，以跟蹤該無振動、可高速驅(qū)動的模型的方式驅(qū)動反饋控制系統(tǒng)103。由此，即使沒有檢測機(jī)臺振動的傳感器，也可實現(xiàn)抑制機(jī)臺的振動且可高速地位置決定的電動機(jī)控制裝置。在上述實施方法中，將模型機(jī)臺位置信息、模型機(jī)臺速度信息以及模型機(jī)臺加速度信息三個作為了狀態(tài)反饋量。然而，若以將低通濾波后的模型扭矩指令作為狀態(tài)反饋量來使用為條件，則針對只將模型機(jī)臺位置信息作為狀態(tài)反饋量來使用的情況、和將在模型機(jī)臺位置信息中組合了模型機(jī)臺位置信息以及模型機(jī)臺加速度信息的至少一方作為狀態(tài)反饋量來使用的情況也可適用本發(fā)明。在上述實施方式中，雖然將旋轉(zhuǎn)型的電動機(jī)作為了控制的對象，但對于線性電動機(jī)的控制，本發(fā)明當(dāng)然也能適用。此外在上述實施方式中，雖然應(yīng)用現(xiàn)代控制理論，以模型控制系統(tǒng)的特性方程式的根成為重根的方式計算出模型控制系統(tǒng)的各參數(shù)，來確定參數(shù)，但并不需要一定是重根，只要確定參數(shù)以使模型控制系統(tǒng)穩(wěn)定且振動被抑制即可，模型控制系統(tǒng)的各參數(shù)的計算或確定方法，并不限定于本實施方式。此外，如圖1點劃線所示，不采用將模型扭矩指令低通濾波器127的輸出與扭矩指令低通濾波器115的輸入進(jìn)行加算的結(jié)構(gòu)，也可采用將模型扭矩指令低通濾波器127的輸出與扭矩控制器117的輸入進(jìn)行加算的結(jié)構(gòu)。即使如此，也可得到相同的結(jié)果。權(quán)利要求1.一種電動機(jī)控制裝置，由反饋控制系統(tǒng)和模型控制系統(tǒng)構(gòu)成，所述反饋控制系統(tǒng)，具有位置傳感器，其檢測機(jī)臺上所安裝的電動機(jī)的可動部的位置；位置控制器，其根據(jù)由所述位置傳感器所檢測出的位置信息和位置指令來輸出速度指令；速度控制器，其根據(jù)所述速度指令和從所述位置傳感器的輸出得到的速度信息來輸出扭矩指令；扭矩指令低通濾波器，其根據(jù)所述扭矩指令來抑制高頻成分；以及扭矩控制器，其根據(jù)通過所述扭矩指令低通濾波器進(jìn)行了濾波器處理的扭矩指令來控制所述電動機(jī)的扭矩，所述模型控制系統(tǒng)，具有可動部模型，其將所述電動機(jī)的所述可動部的動作進(jìn)行模型化來輸出所述可動部的模型可動部位置信息；機(jī)臺模型，其將所述機(jī)臺的動作進(jìn)行模型化來輸出所述機(jī)臺的模型機(jī)臺位置信息；模型位置控制器，其將所述位置控制器進(jìn)行模型化來輸出模型速度指令；模型速度控制器，其將所述速度控制器進(jìn)行模型化來輸出模型扭矩指令；模型扭矩指令低通濾波器，其將所述扭矩指令低通濾波器進(jìn)行模型化，將對所述模型扭矩指令進(jìn)行低通濾波器處理后得到的濾波器處理模型扭矩指令供給所述可動部模型和所述機(jī)臺模型；主反饋部，其將所述模型可動部位置信息與所述模型機(jī)臺位置信息進(jìn)行合計后得到的模型位置信息作為向反饋系統(tǒng)的模型位置指令分別反饋給所述模型位置控制器以及所述模型速度控制器；第一反饋部，其根據(jù)所述模型機(jī)臺位置信息輸出至少包括所述模型機(jī)臺位置信息的第一反饋指令；第二反饋部，其輸出包括所述濾波器處理模型扭矩指令的信息的第二反饋指令；以及減法部，其求出所述第一反饋指令和所述第二反饋指令的合計與所述模型扭矩指令的差分，將所述差分作為差分模型扭矩指令輸出給所述模型扭矩指令低通濾波器的輸入部和所述扭矩指令低通濾波器的輸入部，所述模型控制系統(tǒng)，將向所述反饋系統(tǒng)的模型位置指令作為所述位置指令供給所述位置控制器，將根據(jù)向所述反饋系統(tǒng)的模型位置指令所制成的向反饋系統(tǒng)的模型速度指令加算到輸入給所述速度控制器的所述速度指令中。2.—種電動機(jī)控制裝置，由反饋控制系統(tǒng)和模型控制系統(tǒng)構(gòu)成，所述反饋控制系統(tǒng)，具有-位置傳感器，其檢測機(jī)臺上所安裝的電動機(jī)的可動部的位置；位置控制器，其根據(jù)由所述位置傳感器所檢測出的位置信息和位置指令來輸出速度指令；速度控制器，其根據(jù)所述速度指令和從所述位置傳感器的輸出得到的速度信息來輸出扭矩指令；扭矩指令低通濾波器，其根據(jù)所述扭矩指令來抑制高頻成分；以及扭矩控制器，其根據(jù)通過所述扭矩指令低通濾波器進(jìn)行了濾波器處理的指令來控制所述電動機(jī)的扭矩，所述模型控制系統(tǒng)，具有可動部模型，其將所述電動機(jī)的所述可動部的動作進(jìn)行模型化來輸出所述可動部的模型可動部位置信息；機(jī)臺模型，其將所述機(jī)臺的動作進(jìn)行模型化來輸出所述機(jī)臺的模型機(jī)臺位置信息；模型位置控制器，其將所述位置控制器進(jìn)行模型化來輸出模型速度指令；模型速度控制器，其將所述速度控制器進(jìn)行模型化來輸出模型扭矩指令；模型扭矩指令低通濾波器，其將所述扭矩指令低通濾波器進(jìn)行模型化，將對所述模型扭矩指令進(jìn)行低通濾波器處理后得到的濾波器處理模型扭矩指令供給所述可動部模型和所述機(jī)臺模型；主反饋部，其將所述模型可動部位置信息與所述模型機(jī)臺位置信息進(jìn)行合計后得到的模型位置信息作為向反饋系統(tǒng)的模型位置指令分別反饋給所述模型位置控制器以及所述模型速度控制器；第一反饋部，其根據(jù)所述模型機(jī)臺位置信息輸出至少包括所述模型機(jī)臺位置信息的第一反饋指令；第二反饋部，其輸出包括所述濾波器處理模型扭矩指令的信息的第二反饋指令；以及減法部，其求出所述第一反饋指令和所述第二反饋指令的合計與所述模型扭矩指令的差分，將所述差分作為差分模型扭矩指令輸出給所述模型扭矩指令低通濾波器的輸入部，所述模型控制系統(tǒng)，將向所述反饋系統(tǒng)的模型位置指令作為所述位置指令供給所述位置控制器，將根據(jù)向所述反饋系統(tǒng)的模型位置指令所制成的向反饋系統(tǒng)的模型速度指令加算到輸入給所述速度控制器的所述速度指令中，將所述濾波器處理模型扭矩指令加算到輸入給所述扭矩控制器的進(jìn)行了所述濾波器處理的扭矩指令中。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，所述第一反饋部，構(gòu)成為所述第一反饋指令中除了包括所述模型機(jī)臺位置信息，還包括所述機(jī)臺的模型機(jī)臺速度信息以及模型機(jī)臺加速度信息。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，所述模型位置控制器以及所述模型速度控制器中分別設(shè)定的增益，被設(shè)定為與所述位置控制器以及所述速度控制器中分別設(shè)定的增益相同，所述第一反饋部中設(shè)定的第一反饋增益與所述第二反饋部設(shè)定的第二反饋增益被確定，以便抑制所述機(jī)臺的振動。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于，所述模型控制系統(tǒng)中所包括的多個參數(shù)被確定，以使所述模型控制系統(tǒng)的狀態(tài)方程式的特性方程式具有五重根并且所述反饋控制系統(tǒng)穩(wěn)定。全文摘要本發(fā)明提供一種不使用特別的傳感器等，而使用模型控制系統(tǒng)來抑制機(jī)臺振動，并且實現(xiàn)高速的位置決定的電動機(jī)控制裝置。其中，第一反饋部(131)根據(jù)模型機(jī)臺位置信息輸出至少包括機(jī)臺的位置信息的第一反饋指令。第二反饋部(133)輸出包括濾波器處理模型扭矩指令的第二反饋指令。求出在第二加法部(SP15)求出的第一反饋指令和第二反饋指令之和與模型扭矩指令的差分，將該差分供給模型扭矩指令低通濾波器(127)的輸入部和扭矩指令低通濾波器(115)的輸入部。模型控制系統(tǒng)(105)，將模型位置指令作為位置指令供給位置控制器(111)，將根據(jù)模型位置指令所制成的模型機(jī)臺位置信息加算到從位置控制器(111)向速度控制器(113)輸入的速度指令。文檔編號H02P5/00GK101640511SQ200910160269公開日2010年2月3日申請日期2009年7月31日優(yōu)先權(quán)日2008年7月31日發(fā)明者井出勇治申請人:山洋電氣株式會社