特開 2021-175365 モータの制御方法及び制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-175365(P2021-175365A)

(43)【公開日】2021年11月1日

(54)【発明の名称】モータの制御方法及び制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 29/00 20160101AFI20211004BHJP

   H02P 25/064 20160101ALI20211004BHJP

【ＦＩ】

   H02P29/00

   H02P25/064

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2021-9819(P2021-9819)

(22)【出願日】2021年1月25日

(31)【優先権主張番号】特願2020-74301(P2020-74301)

(32)【優先日】2020年4月17日

(33)【優先権主張国】JP

(71)【出願人】

【識別番号】504133110

【氏名又は名称】国立大学法人電気通信大学

(71)【出願人】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】日立金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】小木曽 公尚

(72)【発明者】

【氏名】小田切 純一

(72)【発明者】

【氏名】久松 稜平

【テーマコード（参考）】

5H501

5H540

【Ｆターム（参考）】

5H501BB05

5H501DD04

5H501GG01

5H501GG03

5H501JJ04

5H501JJ23

5H501JJ24

5H501JJ25

5H501JJ26

5H501LL01

5H501LL35

5H540BA03

5H540BB03

5H540BB06

5H540BB09

5H540EE05

5H540EE06

5H540EE14

5H540EE15

5H540EE16

5H540EE20

5H540FA01

5H540FA11

5H540FB01

(57)【要約】

【課題】発生するコギングに対して十分な補償を行うことができ、コギングの影響を大幅に低減して所望の動作特性を実現できるモータの制御方法及び制御装置を提供する。
【解決手段】逆補正制御系５０と、外乱オブザーバ制御系６０とを利用して、コギング状態に対して逆補正を加える逆補正制御と、外乱に対する外乱オブサーバ制御とを組み合わせる。コギング状態に対する逆補正を加えてコギングの影響を大まかに除去するとともに、この逆補正制御では低減できない影響を外乱に対する外乱オブサーバ制御にて低減する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータに生じるコギングを低減するためにモータを制御する制御方法において、
コギングの状態に対して逆補正を加える逆補正制御と、前記モータの動作時の外乱を補正する外乱オブザーバ制御とを組み合わせることを特徴とするモータの制御方法。

【請求項2】

前記逆補正制御と前記外乱オブザーバ制御との組み合わせを利用して、前記モータの速度及び位置を制御することを特徴とする請求項１に記載のモータの制御方法。

【請求項3】

前記外乱オブザーバ制御では、定常カルマンフィルタを使用することを特徴とする請求項１または２に記載のモータの制御方法。

【請求項4】

前記モータは、複数の永久磁石を配列させた可動子と、複数の磁極歯それぞれにコイルを巻回させた固定子とを備えるリニアモータであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のモータの制御方法。

【請求項5】

モータに生じるコギングを低減するためにモータを制御する制御装置において、
コギングの状態に対して逆補正を加える逆補正制御系と、
前記モータの動作時の外乱を補正する外乱オブザーバ制御系と
を備えることを特徴とするモータの制御装置。

【請求項6】

前記モータの速度を制御する速度制御系，及び，前記モータの位置を制御する位置制御系を更に備えることを特徴とする請求項５に記載のモータの制御装置。

【請求項7】

前記外乱オブザーバ制御系は、定常カルマンフィルタを有することを特徴とする請求項５または６に記載のモータの制御装置。

【請求項8】

前記モータは、複数の永久磁石を配列させた可動子と、複数の磁極歯それぞれにコイルを巻回させた固定子とを備えるリニアモータであることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載のモータの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータに生じるコギングを低減するためにモータを制御するモータの制御方法及び制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

モータは、固定子と可動子とを備えており、固定子と可動子との間で磁気的に推力を発生させることによって、固定子に対して可動子を移動させる構成である。モータの代表的な例として、磁性が交互に変わるように複数の永久磁石を配列させた可動子と、複数の磁極歯それぞれにコイルを巻回させた固定子とを、所定の距離だけ離隔して対応配置させた構成をなし、固定子のコイルに交流電流を流すことにより、永久磁石との吸引反発力によって推力を発生させて、固定子に対して可動子を直線移動させるリニアモータがある。

【0003】

このようなリニアモータを含めたモータにあっては、一般的にコギングが生じることが知られている。コギングとは、固定子に対する可動子の位置に依存した磁気的吸引力の周期的な変動に伴う推力の周期的な変動である。コギングの発生はモータの動作に悪影響を及ぼして、所望の動作特性が得られないことがあり、例えばリニアモータにあっては、安定した等速度制御を行えなくなる。このようなコギングはモータにとって不可避な事象であるため、所望の動作特性が得られるように、発生するコギングを補正するための種々の方法が提案されている（特許文献１、２など）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−１２０８６１号公報

【特許文献2】特開２０１９−２２１０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、これらの従来技術では、発生するコギングの十分な補償が実現されていないのが現状である。

【0006】

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、発生するコギングに対して十分な補償を行うことができ、コギングの影響を大幅に低減して所望の動作特性を実現できるモータの制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るモータの制御方法は、モータに生じるコギングを低減するためにモータを制御する制御方法において、コギングの状態に対して逆補正を加える逆補正制御と、前記モータの動作時の外乱を補正する外乱オブザーバ制御とを組み合わせることを特徴とする。

【0008】

本発明に係るモータの制御方法は、前記逆補正制御と前記外乱オブザーバ制御との組み合わせを利用して、前記モータの速度及び位置を制御することを特徴とする。

【0009】

本発明に係るモータの制御方法は、前記外乱オブザーバ制御では、定常カルマンフィルタを使用することを特徴とする。

【0010】

本発明に係るモータの制御方法は、前記モータは、複数の永久磁石を配列させた可動子と、複数の磁極歯それぞれにコイルを巻回させた固定子とを備えるリニアモータであることを特徴とする。

【0011】

本発明に係るモータの制御装置は、モータに生じるコギングを低減するためにモータを制御する制御装置において、コギングの状態に対して逆補正を加える逆補正制御系と、前記モータの動作時の外乱を補正する外乱オブザーバ制御系とを備えることを特徴とする。

【0012】

本発明に係るモータの制御装置は、前記モータの速度を制御する速度制御系，及び，前記モータの位置を制御する位置制御系を更に備えることを特徴とする。

【0013】

本発明に係るモータの制御装置は、前記外乱オブザーバ制御系は、定常カルマンフィルタを有することを特徴とする。

【0014】

本発明に係るモータの制御装置は、前記モータは、複数の永久磁石を配列させた可動子と、複数の磁極歯それぞれにコイルを巻回させた固定子とを備えるリニアモータであることを特徴とする。

【0015】

本発明にあっては、コギング状態に対して逆補正を加える逆補正制御と、外乱に対する外乱オブサーバ制御とを組み合わせる。即ち、コギング状態に対する逆補正を加えてコギングの影響を大まかに除去するとともに、この逆補正では低減できない影響を外乱オブサーバ制御にて低減する。よって、発生する不可避なコギングに対して十分な補償を行うことができ、コギングの影響を大幅に低減し得る。

【0016】

本発明にあっては、上記のような逆補正制御と外乱オブザーバ制御との組み合わせを利用して、モータの速度及び位置を制御する。よって、コギングの影響を抑制して、モータにおける速度及び位置を精度良く制御できる。

【0017】

本発明にあっては、外乱オブザーバ制御に、定常カルマンフィルタを利用する。よって、モータの作動時における外乱を効率良く補償することが可能である。

【0018】

本発明にあっては、複数の永久磁石を配列させた可動子と、複数の磁極歯それぞれにコイルを巻回させた固定子とを備えるリニアモータを、制御の対象とする。よって、リニアモータにおける不可避のコギングの低減を図れる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、コギング状態に対して逆補正を加える制御と、外乱に対するオブサーバ制御とを組み合わせるようにしたので、発生する不可避のコギングの影響を大幅に低減できて、モータにあって所望の動作特性を確実に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明が適用されるリニアモータの構成を示す斜視図である。

【図2】リニアモータの構成を示す側面図である。

【図3】本発明に係るモータの制御装置の一実施形態の構成を示すブロック線図である。

【図4】外乱オブザーバの内部構成を示すブロック線図である。

【図5】制御対象からの出力（実動作モデル）と対照となる推定モデルとの動作波形を示す図である。

【図6】コギングの逆補正波形及び外乱オブザーバ制御による推定波形を示す図である。

【図7】入力指令及び電流指令の波形を示す図である。

【図8】リニアモータを動作させた際の動作波形を示す図である。

【図9】本発明例と理想の動作モデルとにおける動作波形の比較を示す図である。

【図10】定常カルマンフィルタを使用する外乱オブザーバの内部構成を示すブロック線図である。

【図11】本発明に係るモータの制御装置の他の実施形態の構成を示すブロック線図である。

【図12】速度制御の結果を示す図である。

【図13】速度制御の結果を示す図である。

【図14】位置制御の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。なお、以下では、モータの一例としてのリニアモータに本発明を適用する場合について説明する。まず、このリニアモータの構成について簡単に説明する。

【0022】

図１及び図２は、リニアモータ１の構成を示す斜視図及び側面図である。リニアモータ１は、所定距離だけ隔てて対向させた可動子２と固定子３とを有している。

【0023】

可動子２は、例えば１４個の矩形状の永久磁石２１を、等ピッチで薄板状のバックヨーク２２に支持固定して可動方向（図２の左右方向）に並置させて構成される。各永久磁石２１は厚さ方向（図２の上下方向）に磁化されており、隣り合う永久磁石２１，２１同士でその磁化方向は逆向きである。即ち、可動子２側から固定子３側に向かう方向（図２の上から下に向かう方向）に磁化された永久磁石２１と、固定子３側から可動子２側に向かう方向（図２の下から上に向かう方向）に磁化された永久磁石２１とが交互に配置されている。

【0024】

一方、固定子３は、薄板状のコア３１に可動方向に等ピッチにて例えば３０個の矩形状の磁極歯３２を一体的に設け、各磁極歯３２にコイル３３を巻いて構成される。図２におけるＵ、Ｖ、Ｗは夫々３相交流電源のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を示し、３相平行通電を行うために、正逆２スロット３対を１セットとしている。そして、リニアモータ１は、７個の永久磁石２１と６個の磁極歯３２及びコイル３３とを有する７極６スロット構成を基本ユニットとしている。

【0025】

固定子３のコイル３３に３相交流を通電して磁極歯３２に磁界を発生させると、この磁界に可動子２の永久磁石２１が順次磁気吸引反発することによって可動子２に推力が発生して、可動子２は固定子３に対して直線運動を行う。

【0026】

以下、このような構成をなすリニアモータ１に不可避的に発生するコギングの影響を低減するための方法及び装置について詳述する。

【0027】

本発明にあっては、コギング状態に対して逆補正を加える制御と、外乱に対する外乱オブサーバ制御とを組み合わせる。即ち、コギング状態に対する逆補正を加えてコギングの影響を大まかに除去するとともに、この逆補正では低減しきれない外乱による影響を外乱オブサーバ制御にて低減する。よって、発生する不可避なコギングに対して十分な補償を行うことができ、コギングの影響を大幅に低減し得る。

【0028】

外乱オブサーバ制御は、フィードバックシステムに外乱が加わるような作動機構に対して、比較的簡単に外乱を除去して動作の安定化を図れる制御である。リニアモータ１を例にした場合、外乱としては、通電ケーブルの張力の影響（張力によってリニアモータ１の前進方向と後退方向とで推力に差が生じる現象）、リニアガイドの影響（リニアガイドを組み付けたことによってリニアモータ１に位置ずれが生じる現象）などが存在する。本発明では、このようなリニアモータ１における外乱の影響を、外乱オブサーバ制御にて補償する。

【0029】

図３は、本発明に係るモータの制御装置の一実施形態の構成を示すブロック線図である。この制御装置は、リニアモータ１と、コギング要素部４１と、加算器４２と、非線形補償器５１と、外乱オブザーバ６１と、微分器６２と、減算器７１とを備えている。そして、リニアモータ１、コギング要素部４１及び加算器４２にて一つの制御対象＋コギング４０が構成され、非線形補償器５１を有して逆補正制御系５０が構成され、外乱オブザーバ６１及び微分器６２を有して外乱オブザーバ制御系６０が構成されている。

【0030】

制御対象となるリニアモータ１の入力端及びコギング要素部４１の入力端は、減算器７１の出力端子に接続されている。リニアモータ１の出力端は加算器４２の一方の入力端子に接続され、コギング要素部４１の出力端は加算器４２の他方の入力端子に接続されている。加算器４２の出力端子は、非線形補償器５１の入力端及び微分器６２の入力端に接続されている。非線形補償器５１の出力端は、減算器７１の一方の減算入力端子に接続されている。微分器６２の出力端と外乱オブザーバ６１の入力端とが接続されている。また、外乱オブザーバ６１の出力端は減算器７１の他方の減算入力端子に接続されている。

【0031】

減算器７１の加算入力端子及び外乱オブザーバ６１には外部から入力指令ｕ′が入力され、また、減算器７１の一方の減算入力端子には非線形補償器５１から補正出力^ｉ_cog（コギングの周期的補正の推定値）が入力され、減算器７１の他方の減算入力端子には外乱オブザーバ６１から制御出力^ｄ（外乱の推定値）が入力される。なお、「^」の記号は推定値を表している。

【0032】

減算器７１の出力端子から、リニアモータ１及びコギング要素部４１へ、電流指令ｕが出力される。リニアモータ１からの出力にコギング要素部４１からの出力（コギング要素Ｃ）が、加算器４２にて加算され、加算器４２から位置ｘが、非線形補償器５１、微分器６２及び外部へ出力される。

【0033】

コギング要素の中で、特に周期的に発生する部分に対しては非線形補償器５１を用いて補正を行う。非線形補償器５１は、コギングの状態（コギング要素Ｃ）に逆補正（Ｃ^-1）を加えて、コギング補正の推定値^ｉ_cog を減算器７１へ出力する。この推定値^ｉ_cogは、コギング要素のモデルより導出する。

【0034】

一方、外乱オブザーバ６１は、外乱に対する外乱オブザーバ制御を行って、外乱の推定値^ｄを減算器７１へ出力する。なお、この外乱に対する外乱オブザーバ制御の詳細については後述する。

【0035】

本発明にあっては、コギングの状態に対して逆補正を加える逆補正制御系５０による逆補正制御と、外乱に対する外乱オブザーバ制御系６０によるオブサーバ制御とを組み合わせる。即ち、逆補正制御系５０（非線形補償器５１）を用いてコギング状態に対する逆補正を加えてコギングの影響を大まかに除去するとともに、この逆補正では低減できない外乱に起因する影響を、外乱オブザーバ制御系６０（外乱オブザーバ６１）を用いて低減する。この結果、発生する不可避なコギングに対して十分な補償を行うことができ、コギングの影響を大幅に低減し得る。

【0036】

以下、外乱オブザーバ制御の詳細について説明する。図４は、外乱オブザーバ６１の内部構成を示すブロック線図である。なお、図４において、図３と同一部分には同一の番号及び符号を付している。

【0037】

外乱オブザーバ６１は、推定モデル生成部８１と、比較部８２と、外乱推定値決定部８３と、減算器８４とを有している。減算器８４の加算入力端子には上述した微分器６２の出力端が接続され、減算器８４の減算入力端子には推定モデル生成部８１の出力端が接続されている。減算器８４の出力端子には比較部８２の入力端が接続されている。比較部８２の出力端と外乱推定値決定部８３の入力端とが接続されている。また、外乱推定値決定部８３の出力端は上述した減算器７１の他方の減算入力端子に接続されている。

【0038】

外乱オブザーバ制御では、制御対象のモデリングと入力とから目標となる動作（推定モデル）を作成し、この推定モデルと実機の応答とを比較する。そして、比較した際に生じる差分を外乱として、誤差を入力に印加する。

【0039】

推定モデル生成部８１は、制御対象のモデリングと外部から入力される入力指令ｕ′とから目標となる推定モデルを作成し、この推定モデルから計算した速度の推定値^ｖｅｌを減算器８４へ出力する。この推定モデルは外乱の影響を受けない場合の制御モデルである。一方、微分器６２にて制御対象からの出力（位置ｘ）を時間微分して得られる速度値ｖｅｌが、微分器６２から減算器８４へ入力される。減算器８４にて、微分器６２からの出力（速度値ｖｅｌ）と推定モデル生成部８１からの出力（速度の推定値^ｖｅｌ）との差分が得られる。得られた差分は比較部８２へ出力される。

【0040】

比較部８２は、制御対象からの出力と推定モデルとの差分に基づいて、補正値を決定する。具体的には、両者の差分の大きさ（面積の広さ）に応じて、補正値を決定する。図５は、制御対象からの出力（実動作モデル）と対照となる推定モデルとの動作波形を示す図ある。図５にあって、（ａ）は実動作モデルの動作波形を示し、（ｂ）は推定モデルの動作波形を示している。

【0041】

図５のＡに示すように実動作モデルと推定モデルとの差分の大きさ（面積）が大きい場合には、外乱の影響が大きいため、大きな補正値を決定し、図５のＢに示すように実動作モデルと推定モデルとの差分の大きさ（面積）が小さい場合には、外乱の影響が小さいため、小さな補正値を決定する。決定された補正値は、外乱推定値決定部８３へ出力される。

【0042】

外乱推定値決定部８３は、入力された補正値に応じて外乱の推定値^ｄを生成する。生成された外乱の推定値^ｄは、減算器７１に出力されて、入力指令ｕ′に印加される。

【0043】

外乱オブザーバ制御追加後の動作確認として、コギングの逆補正波形及び外乱オブザーバ制御による推定波形を図６に示す。図６にあって、横軸は時間[ｓ]、縦軸は電流[Ａ]を表しており、また、図６における（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、コギングの逆補正波形、外乱オブザーバ制御による推定波形を示している。

【0044】

両波形とも制御対象のモデルに基づいて計算されたものであり、コギングの発生周期に沿った波形となっている。コギングの逆補正波形（ａ）では、コギングのみの補正のために一定の補正値になっているのに対して、外乱オブザーバ制御による推定波形（ｂ）は、コギングの影響以外も外乱として補正しているため、図６に示すようにコギング以外の外乱が大きい（推定モデルとの差がより大きい）位置では補正値も大きくなるため、位置によって補正が異なっている。

【0045】

入力指令ｕ′に上記２つの補正を加えた電流指令ｕの波形を、入力指令ｕ′の波形と共に図７に示す。図７にあって、横軸は時間[ｓ]、縦軸は電流[Ａ]を表しており、また、図７における（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、入力指令ｕ′の波形、電流指令ｕの波形を示している。図３に示す制御装置には、図７に示すような波形を示す入力指令ｕ′が入力される。

【0046】

次に、本発明による制御を行った場合の結果について述べる。図７に示す電流指令ｕに基づいて実際のリニアモータ１を動作させた際（本発明例）の動作波形を図８に示す。なお、全く補正を行わずにリニアモータ１を動作させた場合（第１比較例）と、コギングの逆補正制御のみを行ってリニアモータ１を動作させた場合（第２比較例）とにおける動作波形も図８に併せて示す。図８にあって、横軸は時間[ｓ]、縦軸は速度[ｍ／ｓ]を表しており、また、図８における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、本発明例、第１比較例、第２比較例の動作波形を示している。

【0047】

第１比較例における動作波形（ｂ）と、第２比較例における動作波形（ｃ）とを比較すると、第２比較例では、第１比較例と比べて、コギングの影響をある程度は低減できており、加速時及び減速時における応答性もある程度は改善されているが、十分とは言えない。これに対して、本発明例における動作波形（ａ）をこれらの第１比較例及び第２比較例における動作波形（ｂ）及び（ｃ）と比較してみると、本発明例では、更なるコギングの影響を低減できており、等速動作時のゆらぎも大幅に少なくなり、加速時及び減速時における応答性も格段に改善されていることが分かる。

【0048】

図９に、上記本発明例と理想の動作モデルとにおける動作波形の比較を示す。図９にあって、横軸は時間[ｓ]、縦軸は速度[ｍ／ｓ]を表しており、また、図９における（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明例、理想の動作モデルの動作波形を示している。

【0049】

図９を参照すれば、等速時、加速時及び減速時の何れにあっても、本発明例では理想の動作モデルに追従できていることが理解される。このことから、コギング状態に対する逆補正制御と、外乱に対する外乱オブサーバ制御とを組み合わせた本発明の制御は、極めて有効であることが立証されている。

【0050】

以下、本発明の他の実施の形態について説明する。この実施の形態では、外乱オブザーバに、定常カルマンフィルタを使用している。定常カルマンフィルタは、誤差が含まれる実測値を用いて、ある動的システムの状態を推定または制御するために用いる無限インパルス応答フィルタの一種である。定常カルマンフィルタは、離散的な誤差が存在する実測結果から、経時的に変化する量（例えばある物体の位置と速度）を推定するために広く用いられる。

【0051】

図１０は、定常カルマンフィルタを使用する外乱オブザーバの内部構成を示すブロック線図である。なお、図１０において、図３及び図４と同一部分には同一の番号及び符号を付している。

【0052】

外乱オブザーバ６１は、第１パラメータ部８６と、第２パラメータ部８７と、第３パラメータ部８８と、第４パラメータ部８９と、第５パラメータ部９０と、第１加算器９１と、第２加算器９２と、減算器９３と、第１積分器９４と、第２積分器９５とを有している。これらの構成要素にあって、第１パラメータ部８６、第２パラメータ部８７、第３パラメータ部８８、第４パラメータ部８９、第１加算器９１、第２加算器９２、減算器９３、及び第１積分器９４にて、定常カルマンフィルタ１００が構成されている。

【0053】

第２パラメータ部８７の出力端は、第１加算器９１の一方の加算入力端子に接続されている。第１加算器９１の出力端子に第１積分器９４の入力端が接続され、第１積分器９４の出力端は第１パラメータ部８６の入力端及び第３パラメータ部８８の入力端に接続されている。第３パラメータ部８８の出力端は、減算器９３の減算入力端子に接続されている。減算器９３の加算入力端子は、上述した微分器６２の出力端に接続されている。減算器９３の出力端子は、第４パラメータ部８９の入力端及び第５パラメータ部９０の入力端に接続されている。第１パラメータ部８６の出力端は第２加算器９２の一方の加算入力端子に接続され、第４パラメータ部８９の出力端は第２加算器９２の他方の加算入力端子に接続されている。第２加算器９２の出力端子は、第１加算器９１の他方の加算入力端子に接続されている。第５パラメータ部９０の出力端と第２積分器９５の入力端とが接続され、第２積分器９５の出力端は、上述した減算器７１の減算入力端子に接続されている。

【0054】

第１パラメータ部８６、第２パラメータ部８７、第３パラメータ部８８はそれぞれ、モデル（入力：電流、出力：速度）の状態変数パラメータＡ、Ｂ、Ｃを格納している。これらのパラメータＡ、Ｂ、Ｃの導出は、ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）（マトラバ）のプログラムに従って行われる。

【0055】

また、第４パラメータ部８９は、モデルの状態推定パラメータＬ_x を格納しており、第５パラメータ部９０は、リニアモータ１の外乱推定パラメータＬ_d を格納している。パラメータＬ_x は、モデルゲインであって、比較したモデルの波形と実機の波形との間に生じる誤差に対する感度を規定するものであり、小さな誤差であっても補正を行いたい場合には、このパラメータＬ_x を大きく設定する。また、パラメータＬ_d もパラメータＬ_x と同様に、補正における感度を規定するためのモデルゲインである。

【0056】

なお、実際の実装時にあっては、これらの各パラメータとして、離散化したものを使用することが好ましい。

【0057】

モデルに入力指令ｕ′を入力した際の速度波形の推定値（コギングの影響がない場合の速度波形）を算出する。この算出したモデルの速度波形と、微分器６２によって位置情報ｘを微分して得られる実際のリニアモータ１の速度波形とを比較し、その差分を減算器９３にて求める。このように、モデルからの推定値を用いて、動的システム（制御対象）の動きを推定しており、パラメータＬ_x をモデルゲインとして決まった値を用いるため、定常カルマンフィルタとしての形態をとっている。

【0058】

減算器９３で得られた差分（誤差）を用いて外乱の推定値^ｄを決定し、決定した外乱の推定値^ｄを減算器７１にて入力指令ｕ′から減算して、コギングの低減を図る。

【0059】

以下、上述したような逆補正制御とオブサーバ制御との組み合わせを利用して、リニアモータ１の速度及び位置を制御する実施の形態について説明する、

【0060】

図１１は、本発明に係るモータの制御装置の他の実施形態の構成を示すブロック線図である。なお、図１１において、図３及び図４と同一部分には同一の番号及び符号を付している。

【0061】

この実施形態は、図３と同様な制御対象＋コギング４０、逆補正制御系５０、及び外乱オブザーバ制御系６０に加えて、速度制御部１１１、減算器１１２、位置制御部１２１、及び減算器１２２を有している。速度制御部１１１及び減算器１１２にて速度制御系１１０が構成され、位置制御部１２１及び減算器１２２にて位置制御系１２０が構成されている。

【0062】

速度制御部１１１の出力端は、前述した減算器７１の加算入力端子及び前述した外乱オブザーバ６１の入力端に接続されている。速度制御部１１１の入力端は、減算器１１２の出力端子に接続されている。減算器１１２の減算入力端子は前述した微分器６２の出力端子に接続され、減算器１１２の加算入力端子は位置制御部１２１の出力端に接続されている。位置制御部１２１の入力端は、減算器１２２の出力端子に接続されている。また、減算器１２２の減算入力端子は前述した制御対象＋コギング４０の出力端（加算器４２の出力端子）に接続されている。

【0063】

減算器１２２には、位置の基準値ｒ_p が外部から入力されるとともに、加算器４２からの位置出力ｘ_p が入力され、減算器１２２は、両者の差分（＝ｒ_p −ｘ_p ）である位置指令ｅ_p を位置制御部１２１へ出力する。また、減算器１１２には、位置制御部１２１の出力である速度の基準値ｒ_v が入力されるとともに、微分器６２からの速度出力ｘ_v が入力され、減算器１１２は、両者の差分（＝ｒ_v −ｘ_v ）である位置指令ｅ_vを速度制御部１１１へ出力する。

【0064】

図１１に示す構成にあって、逆補正制御とオブサーバ制御との組み合わせを利用することにより、リニアモータ１の速度制御部１１１及び位置制御部１２１を、それぞれ、ＰＩコントローラ及びＰコントローラとして簡単に設計できる。ＰＩコントローラにおける関数式を下記（１）に、Ｐコントローラにおける関数式を下記（２）に、時間ｓの関数として表す。
ｕ′（ｓ）＝Ｋ_P^v（１＋１／Ｔ_I ｓ） （１）
ｒ_v （ｓ）＝Ｋ_P^pｅ_p （ｓ） （２）
但し、Ｋ_P^v：ＰＩ制御のゲイン定数、
Ｔ_I：ＰＩ制御の積分係数、
Ｋ_P^p：Ｐ制御のゲイン定数である。

【0065】

以下、図１１に示す構成を用いて行った制御の具体例について説明する。

【0066】

速度制御に関しては、速度制御部１１１のゲイン定数Ｋ_P^vと積分係数Ｔ_I とを、それぞれＫ_P^v ＝１００とＴ_I ＝０．００８３として手動で調整した。図１２に、目標速度が０．０５ｍ／ｓ、最大加速度が１４ｍ／ｓ² となるように基準を設定した速度制御の結果を示す。また、本発明のような逆補正制御とオブサーバ制御との組み合わせを利用しないで同様に行った速度制御の結果も、図１２に併せて示す。図１２にあって、横軸は時間[ｓ]、縦軸は速度[ｍ／ｓ]を表しており、また、図１２における（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、逆補正制御とオブサーバ制御との組み合わせを利用した例（本発明例）、逆補正制御とオブサーバ制御との組み合わせを利用しない例（比較例）を示している。

【0067】

また、図１３には、上記の本発明例（ａ）と比較例（ｂ）とにおける時間６．５秒〜６．７秒間の過渡状態での速度変化を示す。図１３にあって、横軸及び縦軸は図１２と同じである。

【0068】

逆補正制御とオブサーバ制御とを組み合わせてコギング補償を行っている本発明例（ａ）での速度応答のオーバーシュートは、コギング補償が行われていない比較例（ｂ）に比べて抑制されていることが、図１２及び１３に示す結果から理解される。

【0069】

位置制御に関しては、位置制御部１２１のゲイン定数Ｋ_P^pをＫ_P^p＝１９として手動で調整した。図１４に、目標位置が０．０４５ｍと０．１３５ｍ、速度が１．２５ｍ／ｓと０．１ｍ／ｓとなるように基準を設定した本発明例による位置制御の結果を示す。なお、図１４には、基準とした位置制御の例を破線にて示している。図１４にあって、横軸は時間[ｓ]、縦軸は位置[ｍ]を表している。

【0070】

図１４に示す結果から、逆補正制御とオブサーバ制御との組み合わせを利用した本発明例にあっては、コギングの影響を受けることなく、ほぼ基準に合った位置制御を行えていることが理解される。

【0071】

以上のことから、前述したような逆補正制御とオブサーバ制御との組み合わせを利用することにより、コギングの影響を抑制できて、リニアモータ１の速度及び位置を高精度に制御することが理解でき、本発明における制御方法及び制御装置の有効性が立証されている。

【0072】

なお、上述した実施の形態では、制御対象をリニアモータにすることとしたが、回転型のモータにも、リニアモータと同様に、本発明の制御を適用できることは勿論である。

【0073】

開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0074】

１ リニアモータ
２ 可動子
３ 固定子
４０ 制御対象＋コギング
４１ コギング要素部
４２ 加算器
５０ 逆補正制御系
５１ 非線形補償器
６０ 外乱オブザーバ制御系
６１ 外乱オブザーバ
６２ 微分器
７１ 減算器
１００ 定常カルマンフィルタ
１１０ 速度制御系
１１１ 速度制御部
１１２ 減算器
１２０ 位置制御系
１２１ 位置制御部
１２２ 減算器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】