本发明涉及包括使动作对象物动作的电动机和对电动机的旋转进行反馈控制的电动机控制装置的电动机系统。
背景技术：
以往，作为使自动设备等动作的电动机的控制装置，已知有利用p-pi控制(比例-比例积分控制)来控制电动机的电动机控制装置。在进行p-pi控制的电动机控制装置中，将电动机的旋转位置和转速进行反馈，并对旋转位置的偏差进行比例控制(p控制)，对转速的偏差进行比例积分控制(pi控制)。
以往，作为进行这种p-pi控制的电动机系统，例如有利用了专利文献1公开的电动机控制装置的电动机系统。该电动机控制装置包括提取因机械谐振引起的振动分量并将其作为提取振动信号输出的振动提取滤波器。陷波控制部基于提取振动信号及第2陷波滤波器输出信号，变更第1陷波滤波器及第2陷波滤波器的各陷波中心频率，以减小第2陷波滤波器输出信号的振幅。此外，陷波深度控制部基于提取振动信号，变更第1陷波滤波器的陷波深度。判断控制部对各陷波滤波器的参数进行自动调谐，抑制机械振动。即，在第2陷波滤波器输出信号的振幅大于规定值的情况下，使陷波控制部动作，变更第1陷波滤波器及第2陷波滤波器的各陷波中心频率，以减小因机械谐振的振荡所导致的振动分量。此外，在第2陷波滤波器输出信号的振幅小于规定值的情况下，使陷波深度控制部动作，变更第1陷波滤波器的陷波深度，以减小因机械谐振的振荡所导致的振动分量。
以往，作为进行这种p-pi控制的电动机系统，例如有利用了专利文献2公开的电动机控制装置的电动机系统。该电动机控制装置在输入负载转动惯量值jl和目标响应频率ωf时，利用根据与电动机转动惯量值jm之比求出的转动惯量值修正增益jcom＝((jl+jm)/jm)0.5，设定速度环路增益kv、速度积分时间常数ti、位置环路增益kp、转矩滤波器常数tf、电流环路增益ki、电流积分时间常数ta及滤波器时间常数tv。即，上述多个控制参数根据作为参数之一的目标响应频率ωf和转动惯量值修正增益jcom进行自动调谐。
另外，以往，作为进行鲁棒极点配置控制的电动机系统，例如有专利文献3中揭示的电动机系统。该电动机系统中的电动机控制装置具有以电动机的旋转位置指令为输入、以电动机的旋转位置为输出的闭环系统。闭环系统在向前路径中，包括第1相加点、比例增益要素、第2相加点、积分滤波器要素、电动机增益要素及电动机要素。此外，在第1相加点以负反馈的方式连接有第1反馈路径，在第2相加点经由微分滤波器要素以负反馈的方式连接有第2反馈路径。在该电动机系统中，在动作对象物、电动机的转动惯量变大时，即使动作对象物、电动机产生振动，关于干扰响应特性的控制参数q0及q1也会基于转动惯量检测单元中的检测结果自动调谐。通过该调整，可抑制动作对象物、电动机的振动，且将闭环系统的特性保持一定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5873975号公报
专利文献2：日本专利第3561911号公报
专利文献3：日本专利特开2016-35676号公报
技术实现要素：
发明所要解决的技术问题
然而，在检测振动并对控制参数进行自动调谐的上述现有的专利文献1及专利文献3所记载的电动机系统中，需要进行解析振动的频率及振动的振幅的处理。为此，若不以比振动频率的2倍还要高很多的频率从电动机采样速度检测信号并解析，则振动提取无法达到充分的分辨率。因此，在上述现有的专利文献1及专利文献3所记载的电动机系统中，用于电动机控制装置的运算装置需要较快的运算速度，运算负荷变大。
此外，在上述现有的专利文献2所记载的电动机系统中，在用于控制参数的运算的转动惯量值修正增益jcom的计算中使用平方根((jl+jm)/jm)0.5。因此，在上述现有的专利文献2所记载的电动机系统中，由于该平方根的计算，用于电动机控制装置的运算装置的运算负荷变大。
解决技术问题的技术方案
为了解决上述问题，本发明的电动机系统包括使动作对象物动作的电动机和对电动机的旋转进行反馈控制的电动机控制装置，其特征在于，包括：
闭环系统，该闭环系统输入电动机的转速指令，并对电动机的旋转位置进行反馈控制，输出转速，构成将速度环路增益包含在因子中的传递函数；
转动惯量检测单元，该转动惯量检测单元对动作对象物及电动机的转动惯量进行检测；
适应同定单元，该适应同定单元基于电动机位置传递要素的输入和电动机位置传递要素的输出，对增益k进行同定，该增益k为将包含向电动机供电的放大器的固定增益和电动机的转矩常数在内的固定值除以动作对象物及电动机的转动惯量后的值；及
计算单元，该计算单元计算增益k0相对于增益k的转动惯量比gr，利用计算出的转动惯量比gr，求出任意的参数常数ri相对于以转动惯量比gr为因子的规定的函数值的比，并根据该比来计算速度环路增益，k0为将包含向电动机供电的放大器的固定增益和电动机的转矩常数在内的固定值除以电动机的转动惯量后的值，根据由计算单元计算出的速度环路增益，对传递函数进行修正。
适应同定单元基于电动机位置传递要素的输入和电动机位置传递要素的输出，对动作对象物及电动机的转动惯量进行同定，从而可构成转动惯量检测单元。
根据本结构，通过计算单元计算电动机未和负载相连时的增益k0与电动机和负载相连时的增益k的转动惯量比gr(＝k0/k)，并利用计算出的转动惯量比gr，求出任意的参数常数ri与以转动惯量比gr为因子的规定的函数值f(gr)之比(＝ri/f(gr))，从而简单计算出作为传递函数的因子的速度环路增益。速度环路增益以一定的比例常数ri与函数值f(gr)成反比，在转动惯量比gr变大时有变小的趋势。若转动惯量比gr变大，则控制对象的增益频率特性在机械谐振频率下的增益峰值及在比机械谐振频率要高的频率下的增益变大，容易产生振荡。然而，在本结构中，沿将其抵消的方向降低速度环路增益，因此，可确保表示闭环系统的稳定度的增益余量。因此，可在不增大构成计算单元的运算处理装置(cpu)的运算处理负荷的情况下利用自动调谐来抑制振动。其结果，cpu的运算处理负荷变少，也可使用处理速度较慢的cpu，因此，可削减电动机控制装置的成本。
此外，对于2惯性系统或多惯性系统的驱动系统，若利用与1惯性系统的驱动系统相同地推定出的负载转动惯量来更新控制增益，则会发生伺服振荡。然而，根据本结构，对于2惯性系统或多惯性系统的驱动系统中的谐振，可利用简单的运算处理来抑制振荡。
此外，本发明的特征在于，
闭环系统构成将速度环路增益及位置环路增益包含在因子中的传递函数，输入电动机的旋转位置指令以代替转速指令，并对电动机的旋转位置进行反馈控制，输出旋转位置，
计算单元计算与速度环路增益具有一定关系的值来作为位置环路增益的值，
根据由计算单元计算出的速度环路增益及位置环路增益，对传递函数进行修正。
根据本结构，利用计算单元简单计算出与速度环路增益具有一定关系的值来作为位置环路增益的值，并自动调谐为相对于速度环路增益而言控制系统的平衡较佳的值。因此，可通过简单的运算处理，在不对cpu施加负荷的情况下进行不会使控制变得不稳定且考虑了电动机的转速和电动机的旋转位置后的稳定的反馈控制。
此外，本发明的特征在于，
闭环系统具有向前路径及第1反馈路径，该向前路径具有第1比例增益传递要素、输入电动机的转速指令的第1相加点、积分滤波器传递要素、电动机增益传递要素及电动机位置传递要素，该第1反馈路径将电动机的旋转位置经由微分滤波器传递要素负反馈到第1相加点，
在设速度环路增益为m1、拉普拉斯运算符为s时，具有控制动作对象物及电动机的速度的期望特性的闭环系统的期望传递函数由算式m1/(s+m1)所规定，
在设利用适应同定单元基于电动机位置传递要素的输入和电动机位置传递要素的输出同定的增益设为p，关于干扰响应特性的控制参数为q0及q1，使闭环系统的特性与期望传递函数一致的参数为a1＝q1+m1-p、b1＝q0·m1、b2＝(q1-p)·(m1-p)+q0时，其中，所述增益p是将关于动作对象物及电动机的粘性的项除以动作对象物及电动机的转动惯量后的值，
第1比例增益传递要素由m1表示，
积分滤波器传递要素由(s2+q1·s+q0)/(s2+a1·s)表示，
电动机增益传递要素由1/k表示，
电动机位置传递要素由k/(s2+p·s)表示，
微分滤波器传递要素由(b2·s2+b1·s)/(s2+q1·s+q0)表示，
在电动机控制装置中存储将m1与q0、q1的关系相对应的表格，
计算单元参照表格，进行从计算出的速度环路增益m1向q0、q1的变换。
根据本结构，将m1与q0、q1的关系相对应的表格存储在电动机控制装置中，因此，从m1向q0、q1变换的运算处理可通过简单检索表格来进行。因此，缩短了运算处理时间，并进一步降低了cpu的运算处理负荷。
此外，本发明的特征在于，
闭环系统具有向前路径及第1反馈路径，该向前路径具有第1比例增益传递要素、输入电动机的转速指令的第1相加点、积分滤波器传递要素、电动机增益传递要素及电动机位置传递要素，该第1反馈路径将电动机的旋转位置经由微分滤波器传递要素负反馈到第1相加点，
在设速度环路增益为m1、拉普拉斯运算符为s时，控制动作对象物及电动机的速度的期望传递函数由算式m1/(s+m1)所规定，
在设利用适应同定单元基于电动机位置传递要素的输入和电动机位置传递要素的输出同定的增益设为p，关于干扰响应特性的控制参数为ωq，使闭环系统的特性与期望传递函数一致的参数为b1＝ωq·m1、b2＝m1-p+ωq时，其中，所述增益p是将关于动作对象物及电动机的粘性的项除以动作对象物及电动机的转动惯量后的值，
第1比例增益传递要素由m1表示，
积分滤波器传递要素由(s+ωq)/s表示，
电动机增益传递要素由1/k表示，
电动机位置传递要素由k/(s2+p·s)表示，
微分滤波器传递要素由(b2·s2+b1·s)/(s+ωq)表示，
在电动机控制装置中存储将m1与ωq的关系相对应的表格，
计算单元参照表格，进行从计算出的速度环路增益m1向ωq的变换。
根据本结构，将m1与ωq的关系相对应的表格存储在电动机控制装置中，因此，从m1向ωq变换的运算处理可通过简单检索表格来进行。因此，缩短了运算处理时间，并进一步降低了cpu的运算处理负荷。
此外，本发明的特征在于，
闭环系统具有向前路径、第1反馈路径及第2反馈路径，该向前路径具有输入电动机的旋转位置指令来代替转速指令的第2相加点、第2比例增益传递要素、第1相加点、积分滤波器传递要素、电动机增益传递要素及电动机位置传递要素，该第1反馈路径将电动机的旋转位置经由微分滤波器传递要素负反馈到第1相加点，该第2反馈路径将电动机的旋转位置直接负反馈到第2相加点，
在设速度环路增益为m1、位置环路增益为m0/m1、拉普拉斯运算符为s时，控制动作对象物及电动机的位置的期望传递函数由算式m0/(s2+m1·s+m0)所规定，
在设利用适应同定单元基于电动机位置传递要素的输入和电动机位置传递要素的输出同定的增益设为p，关于干扰响应特性的控制参数为q0及q1，使闭环系统的特性与期望传递函数一致的参数为a1＝q1+m1-p、b1＝q0·m1、b2＝(q1-p)·(m1-p)+q0时，其中，所述增益p是将关于动作对象物及电动机的粘性的项除以动作对象物及电动机的转动惯量后的值，
第2比例增益传递要素由m0表示，
积分滤波器传递要素由(s2+q1·s+q0)/(s2+a1·s)表示，
电动机增益传递要素由1/k表示，
电动机位置传递要素由k/(s2+p·s)表示，
微分滤波器传递要素由(b2·s2+b1·s)/(s2+q1·s+q0)表示，
在电动机控制装置中存储将m1与m0、q0、q1的关系相对应的表格，计算单元参照表格，进行从计算出的速度环路增益m1向m0、q0、q1的变换。
根据本结构，将m1与m0、q0、q1的关系相对应的表格存储在电动机控制装置中，因此，从m1向m0、q0、q1变换的运算处理可通过简单检索表格来进行。因此，缩短了运算处理时间，并进一步降低了cpu的运算处理负荷。
此外，本发明的特征在于，以转动惯量比gr为因子的所述规定的计算速度环路增益的函数为仅以转动惯量比gr为因子的一次函数。
根据本结构，速度环路增益m1、kvp的值相对于转动惯量比gr的增加以单纯的反比例的关系减少。因此，计算速度环路增益m1、kvp的值的cpu的运算处理变简单，可进一步抑制cpu的运算处理负荷。
此外，本发明的特征在于，以转动惯量比gr为因子的所述规定的计算速度环路增益的函数为以转动惯量比gr和常数为因子的一次函数。
根据本结构，可调整速度环路增益m1、kvp和转动惯量比gr的反比例关系，调整量为常数值。因此，可扩大速度环路增益m1、kvp的设定范围，且抑制cpu的运算处理负荷。
此外，本发明的特征在于，以转动惯量比gr为因子的所述规定的计算速度环路增益的函数为以转动惯量比gr和常数为因子的二次函数。
根据本结构，速度环路增益m1、kvp的值可设定为与单纯的反比例关系不同的、相对于转动惯量比gr的增加而单调减少的所期望的关系。因此，可力图兼顾闭环系统的指令响应特性和振动抑制特性。
此外，本发明的特征在于，将参数常数ri作为电动机与动作对象物之间的动力传递机构的种类所对应的多个值存储在电动机控制装置中。
根据本结构，用户从预先存储在电动机控制装置的多个参数常数ri中简单选择对应于动力传递机构的种类的参数常数ri的值，从而可进行参数设定。因此，可提供提高了用户便利性的电动机系统。
此外，本发明的特征在于，对转动惯量比gr的上限值设有限制。
在随着转动惯量比gr的增加，速度环路增益m1、kvp的值过小，无法设定与转动惯量比gr的值对应的速度环路增益m1、kvp的值的情况下，例如与转动惯量比gr的值对应的速度环路增益m1、kvp的值比表格中设定的最小水平的速度环路增益m1、kvp的值要小的情况下，无法降低速度环路增益m1、kvp的值。在这种情况下，将根据能设定的速度环路增益m1、kvp的最小值m1min、kvpmin并基于关系式(m1＝ri/f(gr)、kvp＝ri/f(gr))求出的转动惯量比gr(＝ri/m1min、＝ri/kvpmin)设定作为转动惯量比gr的上限值，通过像本结构那样对转动惯量比gr的上限值施加限制，从而对与转动惯量比gr的值对应的速度环路增益m1、kvp的值的下限施加限制。因此，关系式(m1＝ri/f(gr)、kvp＝ri/f(gr))始终成立，不会再出现无法设定速度环路增益m1、kvp的值的情况。
发明效果
根据本发明的电动机系统，可如上述那样，在不增大cpu的运算处理负荷的情况下利用自动调谐来抑制振动。
附图说明
图1是表示本发明的各实施方式所涉及的电动机系统的简要结构的框图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的电动机系统的闭环系统的框线图。
图3(a)是将实施方式1的电动机系统中的速度环路增益m1与转动惯量比gr的关系以单纯的反比例关系示出的曲线图，图3(b)是表示实施方式3的变形例的电动机系统中对转动惯量比gr设定有上限值grcamax时的转动惯量比gr的时间变化的曲线图。
图4是表示本发明的实施方式2所涉及的电动机系统的闭环系统的框线图。
图5是表示本发明的实施方式3所涉及的电动机系统的闭环系统的框线图。
图6是表示本发明的实施方式4所涉及的电动机系统的闭环系统的框线图。
图7是表示本发明的实施方式5所涉及的电动机系统的闭环系统的框线图。
图8是表示本发明的实施方式3的变形例所涉及的电动机系统的闭环系统的框线图。
具体实施方式
以下，说明用于实施本发明的电动机系统的方式。
图1是表示本发明的各实施方式所涉及的电动机系统1的简要结构的框图。
电动机系统1包括使动作对象物2动作的电动机3和控制电动机3的电动机控制装置4。电动机3为ac伺服电动机或dc伺服电动机，例如使作为动作对象物2的工业用自动设备的手臂等动作。动作对象物2经由传送带等动力传递机构6连接到电动机3。电动机3包括用于检测电动机3的旋转位置的检测机构(编码器)5。检测机构5的输出信号输入到对电动机3的旋转进行反馈控制的电动机控制装置4。电动机控制装置4的电动机控制电路由模拟电路(连续时间类型的电路)构成，但也可由数字电路(离散时间类型的电路)构成，也可利用软件来构成。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的电动机系统1的闭环系统8a的框线图。
闭环系统8a具有向前路径及第1反馈路径，该向前路径具有第1比例增益传递要素9、输入电动机3的转速指令的第1相加点10、积分滤波器传递要素11、电动机增益传递要素12及电动机位置传递要素13，该第1反馈路径将电动机3的旋转位置从电动机位置传递要素13经由微分滤波器传递要素14负反馈到第1相加点10，该闭环系统8a输入电动机3的转速指令，并对电动机3的旋转位置进行反馈控制，输出转速。该闭环系统8a构成将速度环路增益m1包含在因子中的传递函数，在设拉普拉斯运算符为s时，利用算式m1/(s+m1)来规定速度的期望传递函数。期望传递函数具有根据动作对象物2恰当地控制电动机3的期望特性。动作对象物2由利用闭环系统8a进行旋转控制的电动机3设定动作对象速度。
适应同定单元21基于电动机位置传递要素13的输入和电动机位置传递要素13的输出，对增益k(＝(放大器的固定增益)×(电动机3的固定值)/(动作对象物2及电动机3的转动惯量))进行同定，该增益k为将包含向电动机3供电的放大器的固定增益和电动机3的转矩常数在内的固定值除以动作对象物2及电动机3的转动惯量后的值。该同定利用最小二乘法等同定法以规定时间间隔逐次进行。另外，此处所述的放大器是闭环系统8a中的除电动机位置传递要素13外的结构部分。此外，本实施方式中，适应同定单元21构成转动惯量检测单元，基于电动机位置传递要素13的输入和电动机位置传递要素13的输出，利用最小二乘法等同定法对动作对象物2及电动机3的转动惯量进行同定，并以规定时间间隔逐次进行检测。此外，适应同定单元21基于电动机位置传递要素13的输入和电动机位置传递要素13的输出，对增益p进行同定，该增益p是将关于动作对象物2及电动机3的粘性的项除以动作对象物2及电动机3的转动惯量后的值。该同定也利用最小二乘法等同定法以规定时间间隔逐次进行。
在设关于干扰响应特性的控制参数为q0及q1，使闭环系统8a的特性与期望传递函数一致的参数a1、b1及b2分别由下式(1)、(2)、(3)来表示时，
a1＝q1+m1-p…(1)
b1＝q0m1…(2)
b2＝(q1-p)(m1-p)+q0…(3)
第1比例增益传递要素9由m1表示，积分滤波器传递要素11由(s2+q1·s+q0)/(s2+a1·s)表示，电动机增益传递要素12由1/k表示，电动机位置传递要素13由k/(s2+p·s)表示，微分滤波器传递要素14由(b2·s2+b1·s)/(s2+q1·s+q0)表示。
第1增益变换单元15中输入有由用户设定的任意的参数常数ri。第1增益变换单元15基于由适应同定单元12同定的增益k和输入的参数常数ri，计算增益k0相对于增益k的转动惯量比gr(＝k0/k)。此处，增益k0为将包含向电动机3供电的放大器的固定增益和电动机3的转矩常数在内的固定值除以电动机3的转动惯量后的值(＝(放大器的固定增益)×(电动机3的固定值)/(电动机3的转动惯量))。
然后，第1增益变换单元15利用计算出的转动惯量比gr，求出参数常数ri相对于以转动惯量比gr为因子的规定的函数值(f(gr))的比(＝ri/f(gr))，并根据该比来计算速度环路增益m1。本实施方式中，规定的函数f(gr)设定为gr(f(gr)＝gr)，速度环路增益m1由下式(4)来表示。
m1＝ri/gr…(4)
电动机控制装置4中，存储有将m1与q0、q1的关系以q0、q1随着m1的下降也下降的方式相对应的第1表格。第2增益变换单元16参照第1表格，进行从第1增益变换单元15所计算出的速度环路增益m1向q0、q1的变换。此时，进行从与第1增益变换单元15所计算出的速度环路增益m1的值最接近的表格值的m1向q0、q1的变换。第3增益变换单元17根据由第1增益变换单元15计算出的m1和由适应同定单元21同定出的增益p，基于式(1)、(2)、(3)，分别计算a1、b1及b2。
第1增益变换单元15及第2增益变换单元16构成计算单元，其计算转动惯量比gr，并利用计算出的转动惯量比gr，通过式(4)计算速度环路增益m1。第1增益变换单元15、第2增益变换单元16及第3增益变换单元17在本实施方式中由电动机控制装置4所具备的微机的cpu构成。电动机控制装置4将由第1增益变换单元15计算出的速度环路增益m1提供给第1比例增益传递要素9，以规定时间间隔逐次对第1比例增益传递要素9进行更新。此外，将由第2增益变换单元16求出的q0、q1、及由第3增益变换单元17计算出的a1、b1、b2提供给积分滤波器传递要素11及微分滤波器传递要素14，分别以规定时间间隔逐次对积分滤波器传递要素11及微分滤波器传递要素14进行更新。适应同定单元21将同定出的增益k提供给电动机增益传递要素12，以规定时间间隔逐次对电动机增益传递要素12进行更新。
利用这些更新，以规定时间间隔逐次对闭环系统8a的传递函数进行修正，即使动作对象物2、电动机3的转动惯量变大，振动有变强的趋势，也能使闭环系统8a的传递函数与期望传递函数自动一致。因此，即使动作对象物2、电动机3的转动惯量变大，也能使闭环系统8a的特性变稳定以抑制振动。
根据这样的实施方式1的电动机系统1，通过利用第1增益变换单元15计算电动机3未和动作对象物2相连时的增益k0与电动机3和动作对象物2相连时的增益k的转动惯量比gr(＝k0/k)，并求出任意的参数常数ri与计算出的转动惯量比gr之比(＝ri/gr)，从而简单计算出速度环路增益m1。
图3(a)的曲线图为将速度环路增益m1与转动惯量比gr的关系以式(4)所示的单纯的反比例关系来示出的曲线图。该曲线图的横轴为转动惯量比gr，纵轴为速度环路增益m1。各特性线a、b、c分别表示比例常数ri的值为ri1、ri2、ri3(ri1＜ri2＜ri3)时的特性。如该曲线图所示，速度环路增益m1以一定的比例常数ri与转动惯量比gr成反比，在转动惯量比gr变大时有变小的趋势。此外，比例常数ri的值越小，随着转动惯量比gr的增加而降低速度环路增益m1的值的作用越强。
比例常数ri为由用户设定的控制参数，根据动力传递机构6的刚性来设定。例如，在动力传递机构6为传动带驱动那样的刚性较小的机构的情况下，刚性越小，比例常数ri设定为越小的值。此外，动作对象物2的粘性阻力越小，比例常数ri设定为越小的值。在比例常数ri较小的情况下，速度环路增益m1的值随着转动惯量比gr的增加而降低的降低率变大，指令响应性变平稳，但振动抑制性能提高。若将表格值设定成q0、q1的值也随着m1的值下降而下降，则振动抑制效果进一步变强。
此外，在动力传递机构6为滚珠丝杠驱动那样的刚性较大的机构的情况下，刚性越大，比例常数ri设定为越大的值，使得速度环路增益m1不会过度下降。在比例常数ri较大的情况下，速度环路增益m1的值随着转动惯量比gr的增加而降低的降低率变小，指令响应性提高，但振动抑制性能下降。
若转动惯量比gr变大，则控制对象的增益频率特性在机械谐振频率下的增益峰值及在比机械谐振频率要高的频率下的增益变大，容易产生振荡。然而，在本实施方式的电动机系统1中，若转动惯量比gr变大，则如上述那样，沿将其抵消的方向降低速度环路增益m1，因此，可确保表示闭环系统的稳定度的增益余量。速度环路增益m1可如上述那样简单计算出。因此，可在不增大cpu的运算处理负荷的情况下利用自动调谐来抑制振动。其结果，cpu的运算处理负荷变少，也可使用处理速度较慢的cpu，因此，可削减构成电动机控制装置4的微机的成本。用户利用该自动调谐，可在电动机系统的初始使用时不会无调整地进行振荡的情况下使电动机3动作。
此外，对于2惯性系统或多惯性系统的驱动系统，若利用与1惯性系统的驱动系统相同地推定出的负载转动惯量来更新控制增益，则会发生伺服振荡。然而，根据本实施方式，对于2惯性系统或多惯性系统的驱动系统中的谐振，可利用简单的运算处理来抑制振荡。
根据实施方式1的电动机系统1，将m1与q0、q1的关系相对应的第1表格存储在电动机控制装置4中。因此，从m1向q0、q1变换的运算处理可通过由第2增益变换单元16简单检索第1表格来进行。其结果，缩短了运算处理时间，并进一步降低了cpu的运算处理负荷。
此外，在实施方式1的电动机系统1中，以转动惯量比gr为因子的规定函数如式(4)的分母所示那样，规定为仅以转动惯量比gr为因子的一次函数。因此，速度环路增益m1的值相对于转动惯量比gr的增加以单纯的反比例的关系减少。因此，计算速度环路增益m1的值的cpu的运算处理变简单，可进一步抑制cpu的运算处理负荷。
接着，说明本发明实施方式2的电动机系统1中的闭环系统8b。图4是表示该闭环系统8b的框线图。另外，对于该图中与图2相同或相当的部分标注相同标号，并省略其说明。
闭环系统8b的速度的期望传递函数也由与实施方式1相同的算式m1/(s+m1)来规定。然而，在设关于干扰响应特性的控制参数为ωq，使闭环系统8b的特性与期望传递函数一致的参数b1及b2分别由下式(5)、(6)来表示时，
b1＝ωq·m1…(5)
b2＝m1-p+ωq…(6)
积分滤波器传递要素11由(s+ωq)/s表示，微机滤波器传递要素14由(b2·s2+b1·s)/(s+ωq)表示。
电动机控制装置4中，存储有将m1与ωq的关系以ωq随着m1的下降也下降的方式相对应的第2表格。第2增益变换单元16参照第2表格，进行从第1增益变换单元15如上述那样计算出的速度环路增益m1向ωq的变换。第3增益变换单元17根据由第1增益变换单元15计算出的m1和由适应同定单元21同定出的增益p，基于式(5)、(6)，分别计算b1及b2。
电动机控制装置4将由第2增益变换单元16求出的ωq、及由第3增益变换单元17计算出的b1、b2提供给积分滤波器传递要素11及微分滤波器传递要素14，分别以规定时间间隔逐次对积分滤波器传递要素11及微分滤波器传递要素14进行更新。利用这些更新，以规定时间间隔逐次对闭环系统8b的传递函数进行修正，即使动作对象物2、电动机3的转动惯量变大而导致振动有变强的趋势，也能使闭环系统8b的传递函数与期望传递函数自动一致。因此，即使动作对象物2、电动机3的转动惯量变大，也能使闭环系统8b的特性变稳定以抑制振动。
根据这样的实施方式2的电动机系统1，也通过利用第1增益变换单元15计算转动惯量比gr(＝k0/k)，并求出任意的参数常数ri与计算出的转动惯量比gr之比(＝ri/gr)，从而简单计算出速度环路增益m1。因此，根据实施方式2的电动机系统1，也可在不增大cpu的运算处理负荷的情况下利用自动调谐来抑制振动，起到与实施方式1同样的作用效果。
根据实施方式2的电动机系统1，将m1与ωq的关系相对应的第2表格存储在电动机控制装置4中。因此，从m1向ωq变换的运算处理可通过由第2增益变换单元16简单检索第2表格来进行。因此，缩短了运算处理时间，并进一步降低了cpu的运算处理负荷。
接着，说明本发明实施方式3的电动机系统1中的闭环系统8c。图5是表示该闭环系统8c的框线图。另外，对于该图中与图2相同或相当的部分标注相同标号，并省略其说明。
闭环系统8c构成将速度环路增益m1及位置环路增益m0/m1包含在因子中的传递函数，输入电动机3的旋转位置指令以代替转速指令，并对电动机3的旋转位置进行反馈控制，输出旋转位置。闭环系统8c的位置的期望传递函数由算式m0/(s2+m1·s+m0)规定。闭环系统8c与图2所示的闭环系统8a相比，在向前路径的第1相加点10的前级具有第2相加点18和第2比例增益传递要素19来代替第1比例增益传递要素9。在第2相加点18输入有电动机3的旋转位置指令以代替转速指令，并且，电动机3的旋转位置从电动机位置传递要素13经由第2反馈路径直接进行负反馈。在第2比例增益传递要素19输入有从第2相加点18输出的旋转位置指令与旋转位置的偏差。动作对象物2由利用闭环系统8c进行旋转控制的电动机3设定动作对象位置。
该闭环系统8c中，第2比例增益传递要素19由m0表示，积分滤波器传递要素11、电动机增益传递要素12及微分滤波器传递要素14与图2所示的闭环系统8a同样地表示。
电动机控制装置4中，存储有将m1与m0、q0、q1的关系以m0、q0、q1随着m1的下降也下降的方式相对应的第3表格。第2增益变换单元16参照第3表格，进行从第1增益变换单元15所计算出的速度环路增益m1向m0、q0、q1的变换。此时，第3表格的表格值设定成计算与速度环路增益m1具有一定关系的值作为位置环路增益m0/m1的值。这是由于，若仅m1单独降低值，则与m0的平衡变差，控制有时会变得不稳定。因此，降低m1的值后降低m0的值，根据m1的值来调整m0的值。相对于m1的值m0的值降低多少取决于1惯性系统下变得稳定的m1与m0的比率。
此时，第3表格的表格值设定成计算与速度环路增益m1具有一定关系的值作为q0、q1的值。这也是由于，若仅m1单独降低值，则控制有时会变得不稳定。因此，降低m1的值后降低q0、q1的值，根据m1的值来调整q0、q1的值。
第3增益变换单元17根据由第1增益变换单元15如上述那样计算出的m1和由适应同定单元21同定出的增益p，基于式(1)、(2)、(3)，分别计算使闭环系统8c的特性与期望传递函数一致的参数a1、b1及b2。电动机控制装置4将由第2增益变换单元16求出的m0、q0、q1、及由第3增益变换单元17计算出的a1、b1、b2提供给积分滤波器传递要素11、微分滤波器传递要素14及第2比例增益传递要素19，分别以规定时间间隔逐次对积分滤波器传递要素11、微分滤波器传递要素14及第2比例增益传递要素19进行更新。利用这些更新，以规定时间间隔逐次对闭环系统8c的传递函数进行修正，即使动作对象物2、电动机3的转动惯量变大导致振动有变强的趋势，也能使闭环系统8c的传递函数与期望传递函数自动一致。因此，即使动作对象物2、电动机3的转动惯量变大，也能使闭环系统8c的特性变稳定以抑制振动。
根据这样的实施方式3的电动机系统1，也通过利用第1增益变换单元15计算转动惯量比gr(＝k0/k)，并求出任意的参数常数ri与计算出的转动惯量比gr之比(＝ri/gr)，从而简单计算出速度环路增益m1。因此，根据实施方式3的电动机系统1，也可在不增大cpu的运算处理负荷的情况下利用自动调谐来抑制振动，起到与实施方式1同样的作用效果。
在实施方式3的电动机系统1中，将m1与m0、q0、q1的关系相对应的第3表格存储在电动机控制装置4中，因此，从m1向m0、q0、q1变换的运算处理可通过由第2增益变换单元16简单检索第3表格来进行。因此，缩短了运算处理时间，并进一步降低了cpu的运算处理负荷。
根据实施方式3的电动机系统1，利用第2增益变换单元16简单计算与速度环路增益m1具有一定关系的值来作为位置环路增益m0/m1的值，并自动调谐为相对于速度环路增益m1而言控制系统的平衡较佳的值。因此，可通过简单的运算处理，在不对cpu施加负荷的情况下进行不会使控制变得不稳定且考虑了电动机3的转速和电动机3的旋转位置后的稳定的反馈控制。
上述闭环系统8c中的由算式m0/(s2+m1·s+m0)规定的期望传递函数可如以下那样变形。
m0/(s2+m1·s+m0)＝ω1·ω2/(s+ω1)·(s+ω2)
此处，ω1、ω2为期望传递函数的截止频率，以下的关系成立。
m0＝ω1·ω2、m1＝ω1+ω2
因此，在实施方式3中，也可控制ω1、ω2以代替控制m0、m1。
积分滤波器传递要素11及微分滤波器传递要素14中的特性多项式(s2+q1·s+q0)可如以下那样变形。
s2+q1·s+q0＝(s+ωq1)·(s+ωq2)
此处，对于ωq1、ωq2，以下的关系成立。
q0＝ωq1·ωq2、q1＝ωq1+ωq2
为了简化调整，也可如下式那样使ωq1和ωq2相等。
ωq＝ωq1＝ωq2
此处，对于ωq，以下的关系成立。
q0＝ωq2、q1＝2·ωq
因此，在实施方式1及实施方式3中，也可控制ωq1、ωq2以代替控制q0、q1。
另外，上述的各实施方式1、2及3的电动机系统1中，说明了进行鲁棒极点配置控制的情况。然而，对于进行p-pi控制的电动机系统，也可同样适用本发明。
图6是表示进行pi速度控制的本发明的实施方式4所涉及的电动机系统1的闭环系统8d的框线图。另外，对于该图中与图2相同或相当的部分标注相同标号，并省略其说明。
闭环系统8d构成将速度环路增益kvp包含在因子内的传递函数，输入电动机3的转速指令，并对电动机3的旋转位置进行反馈控制，输出转速。在闭环系统8d中的第1相加点10直接输入有电动机3的转速指令，在积分滤波器传递要素11中，包含有速度环路增益kvp以作为比例增益传递要素。闭环系统8d中的积分滤波器传递要素11在设速度积分增益为kvi时由kvp·(1+kvi/s)表示，微分滤波器传递要素14在设截止频率为ωc时由ωc·s/(s+ωc)表示。动作对象物2由利用闭环系统8d进行旋转控制的电动机3设定动作对象速度。
在该闭环系统8d中，也基于由适应同定单元21同定出的增益k和输入的参数常数ri，计算增益k0相对于增益k的转动惯量比gr(＝k0/k)。然后，利用计算出的转动惯量比gr，求出参数常数ri相对于以转动惯量比gr为因子的规定的函数值的比，并根据该比计算速度环路增益kvp。本实施方式中，根据相当于式(4)的算式(kvp＝ri/gr)，计算速度环路增益kvp。进一步基于计算出的速度环路增益kvp，参照表格对闭环系统8d中的各控制参数逐次进行更新。因此，根据实施方式4的电动机系统1，也简单计算出速度环路增益kvp，可在不增大cpu的运算处理负荷的情况下利用自动调谐来抑制振动，起到与实施方式1同样的作用效果。
图7是表示进行pi位置控制的本发明的实施方式5所涉及的电动机系统1的闭环系统8e的框线图。另外，对于该图中与图6相同或相当的部分标注相同标号，并省略其说明。
闭环系统8e构成将速度环路增益kvp及位置环路增益kpp包含在因子中的传递函数，输入电动机3的旋转位置指令以代替转速指令，并对电动机3的旋转位置进行反馈控制，输出旋转位置。闭环系统8e与图6所示的闭环系统8d相比，在向前路径的第1相加点10的前级具有第2相加点18和第2比例增益传递要素19。在第2相加点18输入有电动机3的旋转位置指令以代替转速指令，并且，电动机3的旋转位置从电动机位置传递要素13经由第2反馈路径直接进行负反馈。在第2比例增益传递要素19输入有从第2相加点18输出的旋转位置指令与旋转位置的偏差。动作对象物2由利用闭环系统8e进行旋转控制的电动机3设定动作对象位置。
在该闭环系统8e中，也基于由适应同定单元21同定出的增益k和输入的参数常数ri，计算增益k0相对于增益k的转动惯量比gr(＝k0/k)。然后，利用计算出的转动惯量比gr，求出参数常数ri相对于以转动惯量比gr为因子的规定的函数值的比，并根据该比计算速度环路增益kvp。本实施方式中，也根据相当于式(4)的算式(kvp＝ri/gr)，计算速度环路增益kvp。进一步基于计算出的速度环路增益kvp，参照表格对闭环系统8e中的各控制参数逐次进行更新。
此时，作为位置环路增益kpp及速度积分增益kvi的值，计算出与速度环路增益kvp具有一定关系的值。这是由于，若仅kvp单独降低值，则与kpp及kvi的平衡变差，控制有时会变得不稳定。因此，降低kvp的值后降低kpp及kvi的值，根据kvp的值来调整kpp及kvi的值。相对于kvp的值将kpp及kvi的值降低多少取决于1惯性系统下变得稳定的kvp与kpp及kvi的比率的方式来决定。
根据这样的实施方式5的电动机系统1，也简单计算出速度环路增益kvp及位置环路增益kpp，可在不增大cpu的运算处理负荷的情况下利用自动调谐来抑制振动，起到与实施方式1同样的作用效果。
在上述的实施方式1～5的电动机系统1中，说明了如下情况：即，以转动惯量比gr为因子的规定函数f(gr)设定为仅以转动惯量比gr为因子的一次函数(f(gr)＝gr)，速度环路增益m1、kvp与转动惯量比gr具有式(4)所示的单纯的反比例关系。然而，也可利用以转动惯量比gr和常数rid0为因子的一次函数(f(gr)＝gr+rid0)来表示规定函数f(gr)，利用下式(7.1)、(7.2)来规定速度环路增益m1、kvp。
m1＝ri/(gr+rid0)…(7.1)
kvp＝ri/(gr+rid0)…(7.2)
根据式(7.1)、(7.2)，可调整速度环路增益m1、kvp和转动惯量比gr的反比例关系，调整的量为常数值rid0。因此，可扩大速度环路增益m1、kvp的设定范围，且抑制cpu的运算处理负荷。
此外，也可利用以转动惯量比gr和常数rid0为因子的二次函数(f(gr)＝gr2+rid1·gr+rid0)来表示规定函数f(gr)，利用下式(8.1)、(8.2)来规定速度环路增益m1、kvp。
m1＝ri/(gr2+rid1·gr+rid0)…(8.1)
kvp＝ri/(gr2+rid1·gr+rid0)…(8.2)
根据将分母设为二次的分数函数的式(8.1)、(8.2)，速度环路增益m1、kvp的值可设定为与单纯的反比例关系不同的相对于转动惯量比gr的增加而单调减少的所期望的关系。与分母为一次函数的反比例关系相比，将分母设为二次的分数函数可进一步兼顾指令响应特性和振动抑制特性。
由对速度环路增益m1、kvp进行规定的各式(4)、(7.1)、(7.2)、(8.1)、(8.2)所示的具体特性在本实施方式中决定为通过利用实验对速度环路增益m1、kvp与转动惯量比gr的关系进行测定得到的点的特性。分母的函数的次数越高，越能提高将函数值向测定点拟和的精度，但cpu的运算处理负荷变大。
此外，在上述各实施方式1～5的电动机系统1中，说明了用户完全自由地将任意的参数常数ri输入到电动机控制装置4的情况。然而，也可采用将参数常数ri作为电动机3与动作对象物2之间的动力传递机构6的种类所对应的多个值并预先存储在电动机控制装置4中的结构。根据该结构，用户从预先存储在电动机控制装置4的多个参数常数ri中简单选择对应于动力传递机构6的种类的参数常数ri的值，从而可进行参数设定。因此，可提供提高了用户的便利性的电动机系统1。
此外，在上述各实施方式1～5的电动机系统1中，说明了利用表格进行从速度环路增益m1、kvp向各控制参数的变换的情况。然而，也可不利用表格，而通过利用算式的运算，进行从速度环路增益m1、kvp向各控制参数的变换。
此外，在上述各实施方式1～5的电动机系统1中，也可构成为对转动惯量比gr的上限值设定限制。
在随着转动惯量比gr的增加，速度环路增益m1、kvp的值过小，无法设定与转动惯量比gr的值对应的速度环路增益m1、kvp的值的情况下，例如与转动惯量比gr的值对应的速度环路增益m1、kvp的值比表格中设定的最小水平的速度环路增益m1、kvp的值要小的情况下，无法降低速度环路增益m1、kvp的值。
在这种情况下，将根据表格中能设定的速度环路增益m1的最小值m1min、kvp的最小值kvpmin并基于关系式(m1＝ri/f(gr)、kvp＝ri/f(gr))求出的转动惯量比gr作为转动惯量比gr的上限值预先设定于电动机控制装置4。通过这样对转动惯量比gr的上限值施加限制，从而对与转动惯量比gr的值对应的速度环路增益m1、kvp的值的下限施加限制。因此，关系式(m1＝ri/f(gr)、kvp＝ri/f(gr))始终成立，不会再出现无法设定速度环路增益m1、kvp的值的情况。
例如，利用式(4)计算出速度环路增益m1的值，如图3(a)的曲线图所示，速度环路增益m1与转动惯量比gr的关系由单纯的反比例关系(m1＝ri/gr)表示的情况下，若设表格中能设定的速度环路增益m1的最小值为m1min，则转动惯量比gr的上限值grcamax基于式(4)可由下式(9)表示。
grcamax＝ri/m1min…(9)
图3(b)为表示对转动惯量比gr设定有上限值grcamax时的转动惯量比gr的时间变化的曲线图。该曲线图的横轴为时间，纵轴为转动惯量比gr。如该曲线图所示，若在时间t对转动惯量比gr设定上限值grcamax，则在时间t之后，如点划线所示那样渐增的转动惯量比gr的推定值限制在grcamax[％]。因此，通过将转动惯量比gr的设定限制在由式(9)决定的上限值grcamax，从而对与转动惯量比gr的值对应的速度环路增益m1的值的下限施加限制，关系式(m1＝ri/f(gr))始终成立，不会再出现无法设定速度环路增益m1的值的情况。
此外，在图3(a)所示的速度环路增益m1与转动惯量比gr的关系中，如该曲线图所示，若对速度环路增益m1的值设定上限值m1max，使速度环路增益m1的值在用户期望的上限值m1max饱和，则可尽可能提高指令响应性。根据这样的电动机系统1，可在不增大cpu的运算处理负荷的情况下利用自动调谐抑制振动，使指令响应性接近用户期望的特性。
图8是实施方式3的电动机系统1中追加对转动惯量比gr的上限值设定限制的结构后的变形例的闭环系统8c’的框线图。另外，对于该图中与图5相同或相当的部分标注相同标号，并省略其说明。
闭环系统8c’在闭环系统8c的基础上追加了由cpu构成的gr上限值计算单元22及限制器23。该闭环系统8c’中，图5中由1/k(＝gr/k0)表示的电动机增益传递要素12分割为由1/k0表示的传递要素12a、由gr表示的传递要素12b这两个传递要素而呈现。对gr上限值计算单元22提供第3表格中能设定的速度环路增益m1的最小值m1min、及参数常数ri。gr上限值计算单元22根据最小值m1min及参数常数ri，利用式(9)计算出转动惯量比gr的上限值grcamax并进行存储。若利用式(4)计算出的速度环路增益m1的值在第3表格中达到下限饱和，则限制器23将传递要素12b中的gr的值限制为由gr上限值计算单元22计算出的上限值grcamax。由此进行限制使得1/k设定值不会过度上升，换言之，使得k设定值不会过度下降。因此，关系式(m1＝ri/gr)始终成立，不会再出现无法设定速度环路增益m1的值的情况。
此外，在上述各实施方式1～5及上述变形例的电动机系统1中，说明了闭环系统8a、8b、8c、8c’、8d、8e的传递函数对多惯性系统的特性进行规定的情况。然而，在闭环系统的传递函数对1惯性系统的特性进行规定的情况下，也可同样适用本发明。根据这种结构，虽然闭环系统的指令响应特性下降，但可在用户未意识到是控制对象装置的刚性较高的1惯性系统、还是控制刚性较低的多惯性系统的情况下防止控制导致的振荡。
此外，在上述各实施方式1～5及上述变形例的电动机系统1中，说明了适应同定单元21构成检测动作对象物2及电动机3的转动惯量的转动惯量检测单元的情况。然而，电动机控制装置4也可构成为在适应同定单元21的基础上，另外具备检测动作对象物2及电动机3的转动惯量的转动惯量检测单元。
标号说明
1电动机系统
2动作对象物
3电动机
4电动机控制装置
6动力传递机构
8a，8b，8c，8c’，8d，8e闭环系统
9第1比例增益传递要素
10第1相加点
11积分滤波器传递要素
12电动机增益传递要素
13电动机位置传递要素
14微分滤波器传递要素
15第1增益变换单元
16第2增益变换单元
17第3增益变换单元
18第2相加点
19第2比例增益传递要素
21适应同定单元