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(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】P2024098596
(43)【公開日】2024-07-24
(54)【発明の名称】共振抑制制御装置
(51)【国際特許分類】
G05B 11/36 20060101AFI20240717BHJP
G05B 13/04 20060101ALI20240717BHJP
【ＦＩ】
G05B11/36 501C
G05B11/36 501E
G05B13/04
G05B11/36 U
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023002171
(22)【出願日】2023-01-11
(71)【出願人】
【識別番号】000002059
【氏名又は名称】シンフォニアテクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100142022
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 一晃
(72)【発明者】
【氏名】増井 陽二
【テーマコード（参考）】
5H004
【Ｆターム（参考）】
5H004GA08
5H004GA09
5H004GB12
5H004HA10
5H004HA12
5H004HB10
5H004HB12
5H004KB02
5H004KB04
5H004KB22
5H004KB24
5H004KB26
5H004KB31
5H004KC33
5H004KC34
5H004KC55
5H004LA13
5H004MA14
(57)【要約】
【課題】制御対象の共振周波数における振動の抑制制御を行う共振抑制制御装置において、簡単で実装しやすく、且つ、モデル化誤差等による影響を低減可能な構成を提供する。
【解決手段】制御装置２は、制御対象Ｐ１の共振周波数における振動の抑制制御を行う共振抑制制御装置である。制御装置２は、制御対象Ｐ１の出力を入力側に負帰還させるフィードバックループ部３０と、制御対象Ｐ１の規範モデル２０とを備える。フィードバックループ部３０は、バンドパスフィルタ機能５１と位相補償機能５２と振幅調整機能５３とを有する制御器５０と、規範モデル２０の規範出力と制御対象Ｐ１の出力との偏差を低減させるように、位相補償機能５２のパラメータを調整するパラメータ調整部４０とを有する。
【選択図】図２
【解決手段】制御装置２は、制御対象Ｐ１の共振周波数における振動の抑制制御を行う共振抑制制御装置である。制御装置２は、制御対象Ｐ１の出力を入力側に負帰還させるフィードバックループ部３０と、制御対象Ｐ１の規範モデル２０とを備える。フィードバックループ部３０は、バンドパスフィルタ機能５１と位相補償機能５２と振幅調整機能５３とを有する制御器５０と、規範モデル２０の規範出力と制御対象Ｐ１の出力との偏差を低減させるように、位相補償機能５２のパラメータを調整するパラメータ調整部４０とを有する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
制御対象の共振周波数における振動の抑制制御を行う共振抑制制御装置であって、
前記制御対象の出力を入力側に負帰還させるフィードバックループ部と、
前記制御対象の規範モデルと、
を備え、
前記フィードバックループ部は、
一部の振動モードを抽出するフィルタ機能と位相補償機能と振幅調整機能とを有する制御器と、
前記規範モデルの規範出力と前記制御対象の出力との偏差を低減させるように、前記制御器における前記フィルタ機能、前記位相補償機能及び前記振幅調整機能の少なくとも１つのパラメータを調整するパラメータ調整部と、
を有する、
共振抑制制御装置。
前記制御対象の出力を入力側に負帰還させるフィードバックループ部と、
前記制御対象の規範モデルと、
を備え、
前記フィードバックループ部は、
一部の振動モードを抽出するフィルタ機能と位相補償機能と振幅調整機能とを有する制御器と、
前記規範モデルの規範出力と前記制御対象の出力との偏差を低減させるように、前記制御器における前記フィルタ機能、前記位相補償機能及び前記振幅調整機能の少なくとも１つのパラメータを調整するパラメータ調整部と、
を有する、
共振抑制制御装置。
【請求項2】
請求項１に記載の共振抑制制御装置において、
前記パラメータ調整部は、前記位相補償機能の伝達関数のパラメータを調整する、
共振抑制制御装置。
前記パラメータ調整部は、前記位相補償機能の伝達関数のパラメータを調整する、
共振抑制制御装置。
【請求項3】
請求項１に記載の共振抑制制御装置において、
前記パラメータ調整部は、前記フィルタ機能と前記位相補償機能と前記振幅調整機能とを有する前記制御器の伝達関数のパラメータを調整する、
共振抑制制御装置。
前記パラメータ調整部は、前記フィルタ機能と前記位相補償機能と前記振幅調整機能とを有する前記制御器の伝達関数のパラメータを調整する、
共振抑制制御装置。
【請求項4】
請求項３に記載の共振抑制制御装置において、
前記パラメータ調整部は、前記伝達関数の微分要素の次数に応じてパラメータを調整する、
共振抑制制御装置。
前記パラメータ調整部は、前記伝達関数の微分要素の次数に応じてパラメータを調整する、
共振抑制制御装置。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか１つに記載の共振抑制制御装置において、
複数の前記フィードバックループ部を備え、
前記フィードバックループ部における前記フィルタ機能は、前記制御対象が有する複数の振動モードから一部の振動モードを抽出する、
共振抑制制御装置。
複数の前記フィードバックループ部を備え、
前記フィードバックループ部における前記フィルタ機能は、前記制御対象が有する複数の振動モードから一部の振動モードを抽出する、
共振抑制制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制御対象の共振周波数における振動の抑制制御を行う共振抑制制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
制御対象の共振周波数における振動の抑制制御を行う共振抑制制御装置が知られている。このような共振抑制制御装置の一例として、例えば特許文献１には、２つ以上の振動モードを有する伝達系を制御対象とする共振抑制制御装置が開示されている。
【0003】
前記共振抑制制御装置は、前記制御対象の出力部に現れる出力値を前記制御対象の入力部に負帰還させる複数のフィードバックループを有する。複数のフィードバックループのそれぞれは、前記制御対象の一部の振動モードを抽出するバンドパスフィルタと、位相補償部と、振幅調整部とを有する。
【0004】
これにより、複数の振動モードが存在した場合でも、抽出した振動モードに対して共振抑制を効果的に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０２１－１４０２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、制御対象の制御系の設計はモデルに基づいて行われる。しかしながら、一般に前記制御対象の応答出力と前記モデルの応答出力とを厳密に一致させることは困難である。このため、前記制御対象の応答出力と前記モデルの応答出力との間には、いわゆるモデル化誤差と呼ばれる誤差が存在する。例えば、制御系に入力信号を入力してから、それに応じた出力信号が得られるまでに、むだ時間とよばれる一定の時間がかかる。このむだ時間を厳密に考慮してモデルを設計する場合、前記モデルの設計が複雑になる。
【0007】
上述の特許文献１の共振抑制制御装置では、共振周波数に応じて、バンドパスフィルタと、位相補償部と、振幅調整部とのパラメータが可変である。これにより、共振が変化する制御対象に対しても振動抑制が可能である。しかしながら、前記特許文献１の共振抑制制御装置では、共振周波数の変化に伴うむだ時間の位相変化を補正テーブル等によって調整する必要があった。また、前記特許文献１の共振抑制制御装置は、むだ時間の推定誤差には対応していなかった。
【0008】
また、前記モデル化誤差は、上述のむだ時間以外にも、共振周波数及び減衰比等のずれも含む。
【0009】
上述の各種のモデル化誤差の影響によって、制御対象に対する振動抑制制御が適切に行うことができない場合がある。
【0010】
さらに言えば、制御対象の伝達関数が時間とともに変化した場合、上述のむだ時間や共振周波数等も変化することがある。
【0011】
このため、ロバストに振動抑制制御を行うには、制御対象の共振周波数が時間とともに変化する場合、又は、制御対象のモデルが設計時と実際とで誤差を有する場合を考慮する必要がある。
【0012】
本発明の目的は、制御対象の共振周波数における振動抑制制御を行う共振抑制制御装置において、振動抑制制御におけるモデル化誤差等による影響を低減可能な構成を簡単で且つ実装しやすい構成によって実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の一実施形態に係る共振抑制制御装置は、制御対象の共振周波数における振動の抑制制御を行う共振抑制制御装置である。前記共振抑制制御装置は、前記制御対象の出力を入力側に負帰還させるフィードバックループ部と、前記制御対象の規範モデルと、を備える。前記フィードバックループ部は、一部の振動モードを抽出するフィルタ機能と位相補償機能と振幅調整機能とを有する制御器と、前記規範モデルの規範出力と前記制御対象の出力との偏差を低減させるように、前記制御器における前記フィルタ機能、前記位相補償機能及び前記振幅調整機能の少なくとも１つのパラメータを調整するパラメータ調整部と、を有する（第１の構成）。
【0014】
これにより、制御対象の伝達関数が時間とともに変化した場合、又は、制御対象のモデルが設計時と実際とで誤差を有する場合を考慮して各パラメータを調整できる。このため、前記制御器の伝達関数を、前記制御対象の振動を抑制可能な伝達関数に設定することができる。
【0015】
従って、従来技術の伝達関数の各パラメータを調整することで、制御対象に対して理想応答になるような前記制御器の伝達関数を求めることができる。
【0016】
よって、制御対象の共振周波数における振動の抑制制御を行う共振抑制制御装置において、振動の抑制制御におけるモデル化誤差等による影響を低減可能な構成を簡単で且つ実装しやすい構成によって実現できる共振抑制制御装置が得られる。
【0017】
前記第１の構成において、前記パラメータ調整部は、前記位相補償機能の伝達関数のパラメータを調整する（第２の構成）。
【0018】
これにより、従来技術の位相補償機能の伝達関数のパラメータを可変にした簡単な構成により、むだ時間の位相の推定誤差を補正できる共振抑制制御装置が実現できる。
【0019】
前記第１の構成において、前記パラメータ調整部は、前記フィルタ機能と前記位相補償機能と前記振幅調整機能とを有する前記制御器の伝達関数のパラメータを調整する（第３の構成）。
【0020】
これにより、従来技術のバンドパスフィルタ機能と位相補償機能と振幅調整機能とを含む制御器の伝達関数のパラメータを可変にした簡単な構成により、モデル化誤差を補正できる共振抑制制御装置が得られる。
【0021】
前記第３の構成において、前記パラメータ調整部は、前記伝達関数の微分要素の次数に応じてパラメータを調整する（第４の構成）。
【0022】
これにより、前記制御対象の伝達関数に合わせたパラメータの調整ができる。よって、モデル化誤差に対応できる。
【0023】
前記第１から５のいずれか１つの構成において、複数の前記フィードバックループ部を備え、前記複数のフィードバックループ部における前記フィルタ機能は、前記制御対象が有する複数の振動モードから一部の振動モードを抽出する（第５の構成）。
【0024】
上述の構成では、前記複数のフィードバックループ部のそれぞれの前記フィルタ機能によって、抽出された振動モードに対して、前記位相補償機能による位相補償と前記振幅調整機能による振幅調整とが行われる。
【0025】
よって、前記制御対象における複数の振動モードの共振周波数での振動を抑制することができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明の一実施形態に係る共振抑制制御装置は、前記制御対象の出力を入力側に負帰還させるフィードバックループ部と、前記制御対象の規範モデルと、を備える。前記フィードバックループ部は、一部の振動モードを抽出するフィルタ機能と位相補償機能と振幅調整機能とを有する制御器と、前記規範モデルの規範出力と前記制御対象の出力との偏差を低減させるように、前記制御器における前記フィルタ機能、前記位相補償機能及び前記振幅調整機能の少なくとも１つのパラメータを調整するパラメータ調整部と、を有する。
【0027】
これにより、制御対象の共振周波数における振動の抑制制御を行う共振抑制制御装置において、振動の抑制制御におけるモデル化誤差等による影響を低減可能な構成を簡単で且つ実装しやすい構成によって実現できる共振抑制制御装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一又は相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。
【0030】
［実施形態１］
（全体構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る共振抑制制御装置を備えた試験装置１の概略構成を機能ブロックで示す図である。この試験装置１は、自動車のモータなどの供試体Ｍの特性を試験するための試験装置である。なお、試験装置１で試験する供試体Ｍは、モータ以外の回転体であってもよい。
（全体構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る共振抑制制御装置を備えた試験装置１の概略構成を機能ブロックで示す図である。この試験装置１は、自動車のモータなどの供試体Ｍの特性を試験するための試験装置である。なお、試験装置１で試験する供試体Ｍは、モータ以外の回転体であってもよい。
【0031】
具体的には、試験装置１は、制御装置２（共振抑制制御装置）と、モータ駆動回路３と、電動モータ４と、トルク検出器５とを備える。
【0032】
制御装置２は、入力指令であるモータトルク指令ｒと後述のフィードバック値とを用いて、モータ駆動回路３に対する駆動指令ｕを生成する。制御装置２は、トルク検出器５の出力値を用いてモータトルク指令ｒに対して負帰還するフィードバック制御を行う。なお、制御装置２が駆動指令ｕを生成する構成は、従来と同様である。このため、制御装置２が駆動指令ｕを生成する構成の詳しい説明は省略する。
【0033】
モータ駆動回路３は、特に図示しないが、複数のスイッチング素子を有する。モータ駆動回路３は、駆動指令ｕに基づいて前記複数のスイッチング素子が駆動することにより、電動モータ４の図示しないコイルに電力を供給する。
【0034】
電動モータ４は、図示しない回転子及び固定子を有する。前記固定子のコイルにモータ駆動回路３から電力が供給されることにより、前記回転子が前記固定子に対して回転する。前記回転子は、図示しない中間軸を介して、供試体Ｍに対し、供試体Ｍと一体で回転可能に連結されている。これにより、前記回転子の回転によって、電動モータ４から供試体Ｍにトルクを出力することができる。なお、電動モータ４の構成は、一般的なモータの構成と同様であるため、電動モータ４の詳しい説明は省略する。
【0035】
トルク検出器５は、電動モータ４と供試体Ｍとを接続する中間軸に設けられている。トルク検出器５は、電動モータ４から出力されたトルクを検出する。トルク検出器５で検出されたトルクの出力値は、制御装置２にフィードバックループ部３０の入力値として入力される。すなわち、トルク検出器５の出力値は、フィードバック制御に用いられる。なお、トルク検出器５の構成は、従来の構成と同様であるため、トルク検出器５の詳しい説明は省略する。
【0036】
上述のような構成を有する試験装置１は、電動モータ４、トルク検出器５及び供試体Ｍを含む軸系の剛性によって、電動モータ４の回転時に機械共振（単に共振という）が生じる。供試体Ｍの試験において、前記共振が周波数の測定範囲内で発生した場合、トルク検出器５では、電動モータ４の出力トルクに前記共振の振動成分が加わったトルク（例えば軸トルク）が検出される。そのため、前記共振の振動成分を除去することが要求される。
【0037】
（制御装置の概略構成）
図２を用いて、上記要求を満たすための制御装置２の概略構成について説明する。図２は、制御装置２の概略構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置２は、入力指令であるモータトルク指令ｒに対してトルク検出器５の出力値を負帰還するフィードバックループ部３０と、制御対象Ｐの規範モデル２０とを有する。すなわち、本実施形態の試験装置１は、制御装置２、モータ駆動回路３、電動モータ４及びトルク検出器５を含み且つ供試体Ｍを含まない制御系によって、電動モータ４の駆動を制御する。
図２を用いて、上記要求を満たすための制御装置２の概略構成について説明する。図２は、制御装置２の概略構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置２は、入力指令であるモータトルク指令ｒに対してトルク検出器５の出力値を負帰還するフィードバックループ部３０と、制御対象Ｐの規範モデル２０とを有する。すなわち、本実施形態の試験装置１は、制御装置２、モータ駆動回路３、電動モータ４及びトルク検出器５を含み且つ供試体Ｍを含まない制御系によって、電動モータ４の駆動を制御する。
【0038】
なお、図２において、ｒはモータトルク指令としての目標値であり、ｕは制御対象Ｐ１に対する駆動指令としての制御入力であり、ｙはトルク検出器５の出力値であり、ｙｍは規範モデル２０の出力値である。
【0039】
また、図２における符号Ｐ１は制御対象であり、本実施形態では、制御対象Ｐ１は、モータ駆動回路３、電動モータ４及びトルク検出器５を含む。なお、制御対象Ｐ１には、電動モータ４と供試体Ｍとを接続する中間軸のうち、電動モータ４からトルク検出器５までの範囲も含む。
【0040】
規範モデル２０は、制御系の望ましい特性を有する。規範モデル２０は、例えば、応答性やオーバーシュートなど所望の応答を得るモデルとして設計することができる。規範モデル２０は、モータトルク指令ｒに対して規範出力ｙｍを出力する。
【0041】
フィードバックループ部３０は、微分要素を含む微分フィードバック系である。フィードバックループ部３０には、トルク検出器５の出力値が入力される。フィードバックループ部３０は、制御器５０と、パラメータ調整部４０とを有する。
【0042】
制御器５０は、バンドパスフィルタ機能（フィルタ機能）５１と、位相補償機能５２と、振幅調整機能５３とを有する。
【0043】
バンドパスフィルタ機能５１は、一部の振動モードを抽出するため、所定の周波数帯の信号を通過させる。具体的には、バンドパスフィルタ機能５１は、制御対象Ｐ１の共振周波数帯の信号を通過させる。バンドパスフィルタ機能５１は、低周波数帯の信号をカットするハイパスフィルタの機能と高周波の信号をカットするローパスフィルタの機能とを有する。
【0044】
位相補償機能５２は、共振によって生じる振動を抑制する信号（振動抑制信号）を生成する際に、位相進み補償及び位相遅れ補償の両方の機能を有する。位相補償機能５２は、位相進み補償又は位相遅れ補償として、振動抑制信号の位相を任意の位相に調整できる。位相補償機能５２は、バンドパスフィルタ機能５１によって抽出された共振周波数における振動を抑制するように、振動抑制信号の位相を調整する。
【0045】
振幅調整機能５３は、振動抑制信号のゲインを調整する。すなわち、振幅調整機能５３は、振動抑制信号の振幅を調整する。振幅調整機能５３は、バンドパスフィルタ機能５１によって抽出された共振周波数における振動を抑制するように、振動抑制信号の振幅を調整する。
【0046】
パラメータ調整部４０は、規範モデル２０の規範出力ｙｍと制御モデルＰ１の出力ｙとの偏差ｅが０に収束するように、制御器５０におけるバンドパスフィルタ機能５１、位相補償機能５２及び振幅調整機能５３の少なくとも１つのパラメータを調整する。例えば、パラメータ調整部４０は、バンドパスフィルタ機能５１、位相補償機能５２及び振幅調整機能５３のいずれか１つのパラメータを調整してもよい。また、パラメータ調整部４０は、バンドパスフィルタ機能５１、位相補償機能５２及び振幅調整機能５３のうち、２つ以上に対して、パラメータを調整してもよい。例えば、バンドパスフィルタ機能５１、位相補償機能５２及び振幅調整機能５３の３つの機能に関係するパラメータを調整してもよい。また、パラメータ調整部４０は、バンドパスフィルタ機能５１及び位相補償機能５２の２つの機能に対して、又は、位相補償機能５２及び振幅調整機能５３の２つの機能に対して、パラメータを調整してもよい。
【0047】
以上の構成により、フィードバックループ部３０では、フィードバックする信号の位相及び振幅が調整されることにより、共振によって生じる振動を抑制する振動抑制信号が生成される。
【0048】
【0049】
図３に示すように、制御器５０は、より詳細には、バンドパスフィルタ機能５１を実現するバンドパスフィルタ１５１と、位相補償機能５２及び振幅調整機能５３の２つの機能を有する補償部１１０とを含む。
【0050】
バンドパスフィルタ１５１は、バンドパスフィルタ機能５１を実現する。バンドパスフィルタ１５１の構成は、従来の構成と同様であるため、バンドパスフィルタ１５１の詳しい説明は省略する。
【0051】
補償部１１０は、以下の（１）式によって決まる伝達特性を有する。なお、Ｔ１、Ｔ２は時定数、ｓは微分要素、ｇは振幅調整のための係数である。
【0052】
また、（１）式の最左辺の分母を、以下の（２）式によって置き換えて微分要素ｓについて項分けすると、（１）式の最右辺に示すように表すことができる。
【0053】
【数1】
【0054】
【数2】
【0055】
また、前記（１）式の最右辺は、ｓの１次の項と、ｓの０次の項とを含む。これらの２項は並列接続的要素である。
【0056】
ｓの１次の項は、可変ゲインｋ１を係数として含む。可変ゲインｋ１とそれ以外のｇＴ２ｓ／Ｈ１の部分とは、直列接続的要素である。なお、可変ゲインｋ１は、後述のパラメータ調整部４０によって生成される。なお、可変ゲインｋ１＝１の場合、従来の制御器の伝達特性と同じになる。
【0057】
前記伝達特性をブロック図で示すと、図３に示す通りである。すなわち、バンドパスフィルタ機能５１は、１次要素１１１（ｇＴ２ｓ／Ｈ１）と、０次要素１１２（ｇ／Ｈ１）とに対して並列的に接続される。また、１次要素１１１と、可変ゲイン要素１１３（ｋ１）とは直列的に接続される。さらに、可変ゲイン要素１１３の出力と、０次要素１１２の出力とが足し合わされた値が補償部１１０の最終的な出力となる。すなわち、補償部１１０の最終的な出力が、制御器５０の出力である。制御器５０は、補償部１１０の前記最終的な出力をモータトルク指令ｒに対して負帰還する。
【0058】
パラメータ調整部４０は、偏差ｅと、１次要素１１１を介した信号ξ１とを図３に示す式に適用して、可変ゲインｋ１を生成する。信号ξ１は、例えば、非特許文献：『田村捷利、市川邦彦著「モデル規範形適応制御系の設計」、計測と制御、公益社団法人計測自動制御学会、昭和５６年１１月、Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．１１、ｐ．１０７８－１０８６』に記載の手法により生成することができる。なお、本実施形態では可変ゲインｋ１を正規化できるよう該非特許文献の構成に対して１次要素１１１の分子と０次要素１１２の分子とに係数を持たせている。パラメータ調整部４０は、規範モデル２０の規範出力と制御対象Ｐ１の出力との偏差ｅを０にさせるような可変ゲインｋ１を生成する。
【0059】
以上に説明した通り、制御装置２は、制御対象Ｐ１の共振周波数における振動の抑制制御を行う共振抑制制御装置である。制御装置２は、制御対象Ｐ１の出力を入力側に負帰還させるフィードバックループ部３０と、制御対象Ｐ１の規範モデル２０と、を備える。フィードバックループ部３０は、制御器５０と、パラメータ調整部４０とを有する。制御器５０は、バンドパスフィルタ機能５１と位相補償機能５２と振幅調整機能５３とを有する。パラメータ調整部４０は、規範モデル２０の規範出力と制御対象Ｐ１の出力との偏差ｅを低減させるように、制御器５０におけるバンドパスフィルタ機能５１、位相補償機能５２及び振幅調整機能５３の少なくとも１つのパラメータを調整する。
【0060】
これにより、制御対象Ｐ１のモデルが設計時と実際とでむだ時間の誤差を有する場合を考慮して各パラメータを調整できる。このため、制御器５０の伝達関数を、制御対象Ｐ１の振動を抑制可能な伝達関数に設定することができる。
【0061】
従って、従来技術の伝達関数の各パラメータを調整することで、制御対象Ｐ１に対して理想応答になるような制御器５０の伝達関数を求めることができる。
【0062】
よって、制御対象Ｐ１の共振周波数における振動の抑制制御を行う制御装置２において、振動の抑制制御におけるモデル化誤差等による影響を低減可能な構成を簡単で且つ実装しやすい構成によって実現できる制御装置２が得られる。
【0063】
また、パラメータ調整部４０は、位相補償機能５２の伝達関数の分子のパラメータを調整する。
【0064】
これにより、従来技術の位相補償機能の伝達関数のパラメータを可変にした簡単な構成により、むだ時間の位相の推定誤差を補正できる制御装置２が実現できる。
【0065】
［実施形態２］
図４は、実施形態２に係る制御装置２Ａ（共振抑制制御装置）の詳細構成を示す機能ブロック図である。実施形態２に係る制御装置２Ａは、複数のフィードバックループ部２３０Ａ，２３０Ｂを有する点で、実施形態１に係る制御装置２と異なる。また、制御対象Ｐ２は、２つの振動モードを有している点で、実施形態１に係る制御対象Ｐ１と異なる。
図４は、実施形態２に係る制御装置２Ａ（共振抑制制御装置）の詳細構成を示す機能ブロック図である。実施形態２に係る制御装置２Ａは、複数のフィードバックループ部２３０Ａ，２３０Ｂを有する点で、実施形態１に係る制御装置２と異なる。また、制御対象Ｐ２は、２つの振動モードを有している点で、実施形態１に係る制御対象Ｐ１と異なる。
【0066】
以下では、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１と異なる部分についてのみ説明する。
【0067】
図４に示すように、制御装置２Ａは、入力指令であるモータトルク指令ｒに対して制御対象Ｐ２の出力値を負帰還する複数のフィードバックループ部２３０Ａ，２３０Ｂを有する。
【0068】
複数のフィードバックループ部２３０Ａ，２３０Ｂは、それぞれ、各振動モードの共振周波数における振動を抑制するように構成されている。
【0069】
フィードバックループ部２３０Ａは、制御器２５０Ａと、パラメータ調整部２４０Ａとを有する。フィードバックループ部２３０Ｂは、制御器２５０Ｂと、パラメータ調整部２４０Ｂとを有する。
【0070】
複数のフィードバックループ部２３０Ａ，２３０Ｂにおける制御器２５０Ａ，２５０Ｂは、それぞれ、以下の点で実施形態１に係る制御器５０と異なる。
【0071】
すなわち、制御器２５０Ａのバンドパスフィルタ２５１Ａ及び制御器２５０Ｂのバンドパスフィルタ２５１Ｂは、それぞれ、異なる振動モードを抽出可能なように、異なる帯域の信号を通過可能に構成されている。
【0072】
制御器２５０Ａ及び制御器２５０Ｂの補償部２１０Ａ及び補償部２１０Ｂは、それぞれ、後述する可変ゲインｋ１及びｋ２によって個別にパラメータ調整される以外は、実施形態１に係る補償部１１０と同様である。すなわち、制御器２５０Ａの可変ゲイン要素２１３Ａは、可変ゲインｋ１よってパラメータ調整され、制御器２５０Ｂの可変ゲイン要素２１３Ｂは、可変ゲインｋ２よってパラメータ調整される。
【0073】
制御器２５０Ａ及び制御器２５０Ｂは、上述の点以外は実施形態１に係る制御器５０と同様である。
【0074】
また、パラメータ調整部２４０Ａ、２４０Ｂも、それぞれ、信号ξ１及びξ２が個別に入力され、可変ゲインｋ１及びｋ２を個別に出力する以外は、実施形態１に係るパラメータ調整部４０と同様である。
【0075】
上述の構成では、複数のフィードバックループ部２３０Ａ，２３０Ｂによって、各振動モードの共振周波数での振動を抑制することができる。よって、複数の振動モードを有する制御対象Ｐの各振動モードの共振周波数における振動を抑制することができる。
【0076】
（シミュレーション１）
図５～図１１を用いて、実施形態２に係る制御装置２Ａの効果を説明する。図５は、実施形態２のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行わない比較例に係る制御装置２０００の概略構成を示す機能ブロック図である。図６は、制御対象Ｐ２のむだ時間を除いた周波数特性を示すボード線図である。図７は、制御対象Ｐ２のむだ時間の周波数特性を示すボード線図である。図８は、むだ時間が所定の推定値の場合の比較例の時間応答の一例を示すグラフである。図９は、実際のむだ時間が前記所定の推定値より大きい場合の比較例の時間応答の一例を示すグラフである。図１０は、むだ時間を前記所定の推定値と推定した制御対象Ｐ２において、実施形態２のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。図１１は、実際のむだ時間が前記所定の推定値よりも大きい制御対象Ｐ２において、実施形態２のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。
図５～図１１を用いて、実施形態２に係る制御装置２Ａの効果を説明する。図５は、実施形態２のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行わない比較例に係る制御装置２０００の概略構成を示す機能ブロック図である。図６は、制御対象Ｐ２のむだ時間を除いた周波数特性を示すボード線図である。図７は、制御対象Ｐ２のむだ時間の周波数特性を示すボード線図である。図８は、むだ時間が所定の推定値の場合の比較例の時間応答の一例を示すグラフである。図９は、実際のむだ時間が前記所定の推定値より大きい場合の比較例の時間応答の一例を示すグラフである。図１０は、むだ時間を前記所定の推定値と推定した制御対象Ｐ２において、実施形態２のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。図１１は、実際のむだ時間が前記所定の推定値よりも大きい制御対象Ｐ２において、実施形態２のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。
【0077】
実施形態２に係る制御装置２Ａの効果を、比較例に係る制御装置２０００と比較して、以下のとおり確認した。
【0078】
まず、図５を用いて、比較例に係る制御装置２０００の概略構成について説明する。図５に示す比較例に係る制御装置２０００は、例えば、前記特許文献１：特開２０２１－１４０２２１号公報の図２に記載の公知の構成と同様である。このため、以下では、制御装置２０００の構成の概略のみ説明し、その詳細な説明については省略する。図５に示すように、比較例に係る制御装置２０００は、概略的には、入力指令であるモータトルク指令ｒに対して制御対象Ｐ２の出力値を負帰還する２つのフィードバックループ部２０１１，２０１２を有する。なお、図５において、ｄは外乱である。
２つのフィードバックループ部２０１１，２０１２には、それぞれ、トルク検出器５の出力値が入力される。
２つのフィードバックループ部２０１１，２０１２には、それぞれ、トルク検出器５の出力値が入力される。
【0079】
フィードバックループ部２０１１は、バンドパスフィルタ２０５１と、位相補償部２０５２と、振幅調整部２０５３とを有する。フィードバックループ部２０１２は、バンドパスフィルタ２０６１と、位相補償部２０６２と、振幅調整部２０６３とを有する。
【0080】
フィードバックループ２０１１とフィードバックループ２０１２とは、制御対象Ｐ２の出力値ｙのうち、通過する信号の帯域が異なる。これにより、制御装置２０００は、制御対象Ｐ２が有する２つの振動モードの共振周波数における振動を抑制するように構成されている。
【0081】
しかしながら、制御装置２０００は、制御装置２Ａのような規範モデル２０及びパラメータ調整部２４０Ａ，２４０Ｂを有さない。したがって、制御装置２０００は、実施形態２のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行わない。
【0082】
次に、図６及び図７に、制御対象Ｐ２の周波数特性について説明する。図６に示すように、制御対象Ｐ２は、１次共振Ｒ１及び２次共振Ｒ２の２つの振動モードを有している。図７は、システム同定時に、むだ時間を所定の推定値と推定した場合の周波数特性（実線）と、実際のむだ時間が前記推定値より大きい場合の周波数特性（破線）とを示している。図７に示すように、周波数が高くなるにつれて、位相のずれも大きくなる。
【0083】
このような場合、望ましい共振抑制結果を得るには、上述したように位相補償機能５２のパラメータを調整することが好ましい。
【0084】
比較のため比較例に係る制御装置２０００において、むだ時間が前記所定の推定値の場合に、入力にチャープ信号を与えたシミュレーションを実施した。このシミュレーションの結果、図８に示すように、制御によって１次共振Ｒ１及び２次共振Ｒ２の振動を抑制できている。
【0085】
また、むだ時間が前記所定の推定値より大きい場合も、同様にシミュレーションを実施した。このシミュレーションの結果、振動の出力のピークは、図８に示した補助線Ｌ１１のレベルよりも大きくなり、図９に示すように、補助線Ｌ１２のレベルになった。むだ時間の推定値からの誤差がある場合、１次共振Ｒ１の振動を抑制できていないことが確認できる。
【0086】
これに対して、実施形態２に係る制御装置２Ａにおいて、むだ時間が前記所定の推定値の場合について、同様にシミュレーションを実施した。その結果、図１０に示すように、制御装置２Ａの制御によって１次共振Ｒ１及び２次共振Ｒ２の振動を抑制できていることが確認できた。さらに言えば、図８と図１０とを比較すると、図８では、１次共振Ｒ１のピークが補助線Ｌ１１のレベルであったのに対して、図１０では、１次共振Ｒ１のピークは、図８に示した補助線Ｌ１１のレベルよりも低い補助線Ｌ２１のレベルに抑えられている。すなわち、実施形態２に係る制御装置２Ａのほうが、比較例に係る制御装置２０００よりも、振動をより抑制できている。これは、制御装置２Ａの適応制御により推定誤差の影響を低減できているためと推察される。
【0087】
また、むだ時間が前記所定の推定値よりも大きい場合のシミュレーション結果は以下の通りである。すなわち、図９と図１１とを比較すると、図９では、１次共振Ｒ１のピークが補助線Ｌ１２のレベルであったのに対して、図１１では、１次共振Ｒ１のピークは、図９に示した補助線Ｌ１２よりも低い補助線Ｌ２２のレベルに抑えられている。このため、実施形態２に係る制御装置２Ａのほうが、比較例に係る制御装置２０００よりも、より振動を抑制できている。
【0088】
以上に説明した通り、制御装置２０Ａは、２つのフィードバックループ部２３０Ａ，２３０Ｂを備える。２つのフィードバックループ部２３０Ａ，２３０Ｂのそれぞれのバンドパスフィルタ（バンドパスフィルタ機能）２５１Ａ，２５１Ｂは、制御対象Ｐ２が有する２つの振動モードから一部の振動モードを抽出する。
【0089】
上述の構成では、２つのフィードバックループ部２３０Ａ，２３０Ｂそれぞれによって、抽出された振動モードに対して、位相補償機能５２による位相補償と振幅調整機能５３による振幅調整とが行われる。
【0090】
よって、制御対象Ｐ２における２つの振動モードの共振周波数における振動を抑制することができる。
【0091】
［実施形態３］
図１２は、実施形態３に係る制御装置２Ｂ（共振抑制制御装置）の詳細構成を示す機能ブロック図である。実施形態３に係る制御装置２Ｂは、バンドパスフィルタ機能５１と位相補償機能５２と振幅調整機能５３とを有する補償部３１０に対して、パラメータ調整を行う点で、実施形態１に係る制御装置２と異なる。
図１２は、実施形態３に係る制御装置２Ｂ（共振抑制制御装置）の詳細構成を示す機能ブロック図である。実施形態３に係る制御装置２Ｂは、バンドパスフィルタ機能５１と位相補償機能５２と振幅調整機能５３とを有する補償部３１０に対して、パラメータ調整を行う点で、実施形態１に係る制御装置２と異なる。
【0092】
以下では、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１と異なる部分についてのみ説明する。
【0093】
図１２に示すように、制御装置２Ｂは、入力指令であるモータトルク指令ｒに対して制御対象Ｐ１の出力値を負帰還するフィードバックループ部３３０を有する。フィードバックループ部３３０は、制御器３５０と、パラメータ調整部３４０とを有する。
【0094】
制御器３５０は、バンドパスフィルタ機能５１と位相補償機能５２と振幅調整機能５３とを有する補償部３１０を有する。
【0095】
補償部３１０は、以下の（３）式によって決まる伝達特性を有する。なお、ωＰは中心角周波数、ζは減衰比である。
【0096】
また、（３）式の左辺の分母を、以下の（４）式によって置き換え、分母を、以下の（５）及び（６）式によって置き換えて、微分要素ｓについて項分けすると、（３）式の右辺に示すように表すことができる。
【0097】
【数3】
【0098】
【数4】
【0099】
【数5】
【0100】
【数6】
【0101】
また、前記（３）式の右辺は、ｓの２次の項と、ｓの１次の項とを含む。これらの２項は並列接続的要素である。
【0102】
ｓの２次の項は、可変ゲインｋ１を係数として含む。可変ゲインｋ１とそれ以外のａ１ｓ２／Ｈ２の部分とは、直列接続的要素である。図１２に示すパラメータ調整部３４０の添え字ｉは、ｉ＝１，２である。なお、可変ゲインｋ１及びｋ２は、パラメータ調整部３４０によって生成される。パラメータ調整部３４０は、２つの可変ゲインｋ１及びｋ２を出力する以外は、実施形態１のパラメータ調整部４０と同様である。すなわち、パラメータ調整部３４０は、偏差ｅと、後述する２次要素３１１を介した信号ξ１とを入力として、可変ゲインｋ１を生成する。また、パラメータ調整部３４０は、偏差ｅ及び後述する１次要素３１２を介した信号ξ２が入力されることにより、可変ゲインｋ２を生成する。
【0103】
なお、可変ゲインｋ１＝１且つｋ２＝１の場合、前記（３）式で示される制御器３５０の補償部３１０の伝達特性は、従来の制御器の伝達特性と同じになる。
【0104】
前記伝達特性をブロック図で示すと、図１２に示す通りである。すなわち、制御対象Ｐ１の出力は、制御器３５０の２次要素３１１（ａ１ｓ２／Ｈ２）と、１次要素３１２（ａ２ｓ／Ｈ２）とに対して並列的に接続される。また、２次要素３１１と、第１可変ゲイン要素３１３（ｋ１）とは直列的に接続される。１次要素３１２と、第２可変ゲイン要素３１４（ｋ２）とは直列的に接続される。さらに、第１可変ゲイン要素３１３の出力と、第２可変ゲイン要素３１４の出力とが加え合わされた値が補償部３１０の最終的な出力となる。すなわち、補償部３１０の最終的な出力が、制御器３５０の出力である。制御器３５０は、補償部３１０の前記最終的な出力をモータトルク指令ｒに対して負帰還する。
【0105】
なお、フィードバックループ部３３０には、ループ構造の観点から見れば、２つのループが含まれるが、いずれも１つの振動モードの共振周波数における振動を抑制するように構成されたループであるため１群のループとみなすことができる。
【0106】
以上に説明した通り、制御装置２Ｂの制御器３５０は、バンドパスフィルタ機能５１と位相補償機能５２と振幅調整機能５３とを有する補償部３１０を有する。制御装置２Ｂのパラメータ調整部３４０は、補償部３１０の伝達関数のパラメータを調整する。すなわち、パラメータ調整部３４０は、制御器３５０の伝達関数のパラメータを調整する。
【0107】
これにより、従来技術のバンドパスフィルタ機能と位相補償機能と振幅調整機能とを含む制御器の伝達関数のパラメータを可変にした簡単な構成により、モデル化誤差を補正できる制御装置２Ｂが得られる。
【0108】
また、パラメータ調整部３４０は、前記伝達関数の微分要素の次数に応じてパラメータを調整する。
【0109】
これにより、制御対象Ｐ１の伝達関数に合わせたパラメータの調整ができる。よって、モデル化誤差に対応できる。
【0110】
［実施形態４］
図１３は、実施形態４に係る制御装置２Ｃ（共振抑制制御装置）の詳細構成を示す機能ブロック図である。実施形態４に係る制御装置２Ｃは、制御対象Ｐ２の２つの振動モードの共振周波数における振動を抑制するように構成されている点で、実施形態３に係る制御装置２Ｂと異なる。
図１３は、実施形態４に係る制御装置２Ｃ（共振抑制制御装置）の詳細構成を示す機能ブロック図である。実施形態４に係る制御装置２Ｃは、制御対象Ｐ２の２つの振動モードの共振周波数における振動を抑制するように構成されている点で、実施形態３に係る制御装置２Ｂと異なる。
【0111】
以下では、実施形態３と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態３と異なる部分についてのみ説明する。
【0112】
図１３に示すように、制御装置２Ｃは、入力指令であるモータトルク指令ｒに対して制御対象Ｐ２の出力値を負帰還する複数のフィードバックループ部４３０Ａ，４３０Ｂを有する。
【0113】
複数のフィードバックループ部４３０Ａ，４３０Ｂは、それぞれ、各振動モードの共振周波数における振動を抑制するように構成されている。
【0114】
なお、複数のフィードバックループ部４３０Ａ，４３０Ｂには、それぞれ、ループ構造の観点から見れば、２つのループが含まれるが、上述した理由から、同じ振動モードに対応する１群のループとみなすことができる。
【0115】
フィードバックループ部４３０Ａは、制御器４５０Ａと、パラメータ調整部４４０Ａとを有する。フィードバックループ部４３０Ｂは、制御器４５０Ｂと、パラメータ調整部４４０Ｂとを有する。
【0116】
パラメータ調整部４４０Ａの添え字ｉは、ｉ＝１１，１２であり、パラメータ調整部４４０Ｂの添え字ｊは、ｊ＝２１，２２である。パラメータ調整部４４０Ａ、４４０Ｂの構成は、上述した実施形態３のパラメータ調整部３４０の構成と同様である。
【0117】
制御器４５０Ａ，４５０Ｂは、それぞれ、バンドパスフィルタ機能５１と位相補償機能５２と振幅調整機能５３とを有する補償部４１０Ａ，４１０Ｂを有する。
【0118】
補償部４１０Ａ，４１０Ｂは、それぞれ、固有のパラメータを有している以外は、実施形態３の補償部３１０と同様である。
【0119】
補償部４１０Ａ，４１０Ｂは、２次要素４１１Ａ，４１１Ｂと、１次要素４１２Ａ，４１２Ｂと、第１可変ゲイン要素４１３Ａ，４１３Ｂと、第２可変ゲイン要素４１４Ａ，４１４Ｂとを有する。これらの伝達特性をブロック図で示すと、図１３に示す通りである。上述の通り、それぞれ、固有のパラメータを有している以外は、実施形態３の補償部３１０における構成と同様であるため、その説明を省略する。
【0120】
なお、可変ゲインｋ１１＝１且つｋ１２＝１の場合、制御器４５０Ａの伝達特性は、従来の制御器の伝達特性と同じになる。また、可変ゲインｋ２１＝１且つｋ２２＝１の場合、制御器４５０Ｂの伝達特性は、従来の制御器の伝達特性と同じになる。
【0121】
（シミュレーション２）
図５～図９に加えて、図１４～図１９を用いて、実施形態４に係る制御装置２Ｃの効果を説明する。図１４は、１次共振の周波数に誤差を有する場合の比較例の時間応答の一例を示すグラフである。図１５は、むだ時間を前記所定の推定値と推定した制御対象Ｐ２において、実施形態４のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。図１６は、実際のむだ時間が前記所定の推定値より大きい制御対象Ｐ２において、実施形態４のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。図１７は、１次共振の周波数に誤差を有する制御対象Ｐ２において、実施形態４のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。図１８は、設計に用いた制御対象の周波数特性と、モデル化誤差を有する場合の制御対象Ｐ２の周波数特性とを示すボード線図である。図１９は、減衰比のモデル化誤差を有する制御対象Ｐ２において、実施形態４のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。
図５～図９に加えて、図１４～図１９を用いて、実施形態４に係る制御装置２Ｃの効果を説明する。図１４は、１次共振の周波数に誤差を有する場合の比較例の時間応答の一例を示すグラフである。図１５は、むだ時間を前記所定の推定値と推定した制御対象Ｐ２において、実施形態４のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。図１６は、実際のむだ時間が前記所定の推定値より大きい制御対象Ｐ２において、実施形態４のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。図１７は、１次共振の周波数に誤差を有する制御対象Ｐ２において、実施形態４のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。図１８は、設計に用いた制御対象の周波数特性と、モデル化誤差を有する場合の制御対象Ｐ２の周波数特性とを示すボード線図である。図１９は、減衰比のモデル化誤差を有する制御対象Ｐ２において、実施形態４のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。
【0122】
実施形態４に係る制御装置２Ｃの効果を、前述の比較例に係る制御装置２０００と比較して、以下のとおり確認した。すなわち、制御装置２０００は、実施形態４のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行わない。制御装置２０００の構成は、図７に示したとおりである。制御装置２０００の周波数特性は、図５及び図６に示したとおりである。
【0123】
また、むだ時間が推定通りの場合、上述した通り、比較例に係る制御装置２０００は、図８に示すように、ある程度振動抑制を抑制している。
【0124】
一方、むだ時間の推定値からの誤差がある場合、上述した通り、比較例に係る制御装置２０００は、図９に示すように、１次共振Ｒ１の振動を抑制できていない。
【0125】
さらに、１次共振Ｒ１の周波数に誤差を有する場合も、比較例に係る制御装置２０００は、図１４に示すように、１次共振Ｒ１の振動を抑制できていないことが確認できる。
【0126】
これに対して、実施形態４に係る制御装置２Ｃにおいて、むだ時間を前記所定の推定値と推定した制御対象Ｐ２について、同様にシミュレーションを実施した。その結果、図１５に示すように、制御によって１次共振Ｒ１及び２次共振Ｒ２の振動を抑制できている。さらに言えば、図８と図１５とを比較すると、図８では、１次共振Ｒ１のピークが補助線Ｌ１１のレベルであったのに対して、図１５では、１次共振Ｒ１のピークは、図８に示した補助線Ｌ１１のレベルよりも低い補助線Ｌ３１のレベルに抑えられている。また、図８では、２次共振Ｒ２のピークが補助線Ｌ１３のレベルであったのに対して、図１５では、２次共振Ｒ２のピークは、図８に示した補助線Ｌ１３のレベルよりも低い補助線Ｌ３３のレベルに抑えられている。
【0127】
すなわち、実施形態４に係る制御装置２Ｃのほうが、比較例に係る制御装置２０００よりも、１次共振及び２次共振の振動をより抑制できている。これは、制御装置２Ｃの適応制御により推定誤差の影響を低減できているためと推察される。
【0128】
また、むだ時間が前記所定の推定値よりも大きい場合及び１次共振Ｒ１の周波数に誤差を有する場合のシミュレーション結果においても、実施形態４に係る制御装置２Ｃのほうが、比較例に係る制御装置２０００よりも、１次共振及び２次共振の振動をより抑制できていることが確認できた。
【0129】
すなわち、むだ時間が前記所定の推定値よりも大きい場合の結果は、図９と図１６とを比較して、１次共振Ｒ１の周波数に誤差を有する場合の結果は、図１４と図１７とを比較して、実施形態４に係る制御装置２Ｃのほうが、比較例に係る制御装置２０００よりも、１次共振及び２次共振の振動をより抑制できている。
【0130】
また、実施形態４に係る制御装置２Ｃは、共振周波数と減衰比のモデル化誤差にも同時に対応できていることをシミュレーションによって確認した。
【0131】
図１８に示すように、制御対象は、２つの振動モードを有している。設計に用いた制御対象の周波数特性のグラフ（実線）と、減衰比のモデル化誤差を有する場合の制御対象の周波数特性のグラフ（破線）とを比べると、１次共振の共振周波数と、減衰比とにモデル化誤差が含まれる。これにより、設計に用いた制御対象の周波数特性のグラフ（実線）と、減衰比のモデル化誤差を有する場合の制御対象の周波数特性のグラフ（破線）とを比べると、１次共振の周波数、ゲイン及び位相に相違がある。
【0132】
制御装置２Ｃでは、図１９に示すように、上述のような１次共振に相違があったとしても、制御によって１次共振Ｒ１及び２次共振Ｒ２の振動を抑制できている。
【0133】
以上に説明した通り、制御装置２Ｃは、複数のフィードバックループ部４３０Ａ，４３０Ｂを備える。複数のフィードバックループ部４３０Ａ，４３０Ｂが有する制御器４５０Ａ，４５０Ｂは、バンドパスフィルタ機能５１と位相補償機能５２と振幅調整機能５３とを有する補償部４１０Ａ，４１０Ｂを有する。
【0134】
複数のフィードバックループ部４３０Ａ，４３０Ｂそれぞれの前記バンドパスフィルタ機能を含む補償部４１０Ａ，４１０Ｂは、制御対象Ｐ２が有する複数の振動モードから一部の振動モードを抽出する。
【0135】
上述の構成では、複数のフィードバックループ部４３０Ａ，４３０Ｂそれぞれの前記バンドパスフィルタによって、制御対象Ｐ２の複数の振動モードから一部の振動モードが抽出される。このため、複数のフィードバックループ部４３０Ａ，４３０Ｂそれぞれによって、抽出された振動モードに対して、位相補償機能５２による位相補償と振幅調整機能５３による振幅調整とが行われる。
【0136】
よって、制御対象Ｐ２の複数の振動モードの共振周波数における振動を抑制することができる。
【0137】
［実施形態５］
図２０は、実施形態５に係る制御装置２Ｄ（共振抑制制御装置）の概略構成を示す機能ブロック図である。図２１は、実施形態５に係る制御装置２Ｄ（共振抑制制御装置）の詳細構成を示す機能ブロック図である。実施形態５に係る制御装置２Ｄは、１次要素及び２次要素だけでなく、３次要素を有する点で、実施形態４に係る制御装置２Ｃと異なる。
図２０は、実施形態５に係る制御装置２Ｄ（共振抑制制御装置）の概略構成を示す機能ブロック図である。図２１は、実施形態５に係る制御装置２Ｄ（共振抑制制御装置）の詳細構成を示す機能ブロック図である。実施形態５に係る制御装置２Ｄは、１次要素及び２次要素だけでなく、３次要素を有する点で、実施形態４に係る制御装置２Ｃと異なる。
【0138】
また、実施形態５に係る制御装置２Ｄの制御器５５０Ａ，５５０Ｂにおける補償部５１０Ａ，５１０Ｂは、実施形態１，２，３，４に係る制御装置２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃの制御器（バンドパスフィルタ機能，位相補償機能，振幅調整機能）をより効果的に動作させるように、一部の振動モードを抽出するフィルタ機能５５と、抽出した振動モードの減衰比を調整する減衰比調整機能５６とを有する点で、実施形態１～４に係る制御装置２～２Ｃと異なる。フィルタ機能５５及び減衰比調整機能５６については、特許文献：特開２０１７－１８２１７８号公報の内容と同様であるため、説明は省略する。
【0139】
以下では、実施形態４と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態４と異なる部分についてのみ説明する。
【0140】
【0141】
複数のフィードバックループ部５３０Ａ，５３０Ｂは、それぞれ、各振動モードの共振周波数における振動を抑制するように構成されている。すなわち、フィードバックループ部５３０Ａは、制御対象Ｐ２が有する１次の振動モードにおける振動を抑制するように構成されている。フィードバックループ部５３０Ｂは、制御対象Ｐ２が有する２次の振動モードにおける振動を抑制するように構成されている。
【0142】
なお、複数のフィードバックループ部５３０Ａ，５３０Ｂには、それぞれ、ループ構造の観点から見れば、３つのループが含まれるが、上述した理由から、同じ振動モードに対応する１群のループとみなすことができる。
【0143】
フィードバックループ部５３０Ａは、制御器５５０Ａと、パラメータ調整部５４０Ａとを有する。フィードバックループ部５３０Ｂは、制御器５５０Ｂと、パラメータ調整部５４０Ｂとを有する。
【0144】
図２１に示すパラメータ調整部５４０Ａの添え字ｉは、ｉ＝１１，１２，１３であり、パラメータ調整部５４０Ｂの添え字ｊは、ｊ＝２１，２２，２３である。パラメータ調整部５４０Ａ、５４０Ｂの構成は、上述した実施形態４のパラメータ調整部４４０Ａ、４４０Ｂの構成と同様である。
【0145】
制御器５５０Ａ，５５０Ｂは、それぞれ、補償部５１０Ａ，５１０Ｂを有する。補償部５１０Ａ，５１０Ｂは、それぞれ、フィルタ機能５５と、減衰比調整機能５６とを有する。フィルタ機能５５は、一部の振動モードを抽出する点で、バンドパスフィルタ機能５１と共通する。減衰比調整機能５６は、位相補償機能５２と振幅調整機能５３とを含む。すなわち、制御器５５０Ａ，５５０Ｂは、それぞれ、一部の振動モードを抽出するフィルタ機能と位相補償機能と振幅調整機能とを有する。
【0146】
補償部５１０Ａ，５１０Ｂは、３次要素５１１Ａ（ａ１１ｓ３／Ｈ３），５１１Ｂ（ａ２１ｓ３／Ｈ３）と、２次要素５１２Ａ（ａ１２ｓ２／Ｈ３），５１２Ｂ（ａ２２ｓ２／Ｈ３）と、１次要素５１３Ａ（ａ１３ｓ／Ｈ３），５１３Ｂ（ａ２３ｓ／Ｈ３）と、第１可変ゲイン要素５１４Ａ（ｋ１１），５１４Ｂと、第２可変ゲイン要素５１５Ａ（ｋ１２），５１５Ｂと第３可変ゲイン要素５１６Ａ（ｋ１３），５１６Ｂとを有する。
【0147】
ここで、ａ１１＝ＫＤ１ωｄ
２
、ａ１２＝２ＫＤ１ζ２ωｎ２ωｄ
２、ａ１３＝ＫＤ１ωｎ２
２ωｄ
２、ａ２１＝ＫＤ２ωｄ
２、ａ２２＝２ＫＤ２ζ１ωｎ１ωｄ
２、ａ２３＝ＫＤ２ωｎ１
２ωｄ
２である。ζ１は、１次共振の減衰比、ωｎ１は、１次共振の共振角周波数、ζ２は、２次共振の減衰比、ωｎ２は、２次共振の共振角周波数、ＫＤ１及びＫＤ２は、減衰比を調整するための係数である。また、Ｈ３１は、特許文献：特開２０１７－１８２１７８号公報の（１４）式の分母を用いて、プロパな関数になるようＨ３１＝ｋ2ωｎ２
２（ｓ２＋２ζdωdｓ＋ωd
２）（Ｔｓ＋１）、Ｈ３２＝ｋ１ωｎ１
２（ｓ２＋２ζdωdｓ＋ωd
２）（Ｔｓ＋１）とすればよい。ここで、Ｔは２次共振の周波数以上の時定数とすればよい。また、ここではＨ３１，Ｈ３２を３次のものとしたが、３次より大きければよい。
【0148】
補償部５１０Ａ，５１０Ｂは、制御対象Ｐ２の２つの振動モードを抽出可能なように、特許文献：特開２０１７－１８２１７８号公報に記載の逆関数のフィルタを用いる。すなわち、補償部５１０Ａは、制御対象Ｐ２で生じる１次の振動モードを抽出するため、２次の振動モードの伝達特性を表す関数の逆関数のフィルタを用いる。また、補償部５１０Ａは、制御対象Ｐ２で生じる２次の振動モードを抽出するため、１次の振動モードの伝達特性を表す関数の逆関数のフィルタを用いる。
【0149】
前記伝達特性をブロック図で示すと、図２１に示す通りである。すなわち、制御対象Ｐ２の出力は、制御器５５０Ａの３次要素５１１Ａ、２次要素５１２Ａ、１次要素５１３Ａと、制御器５５０Ｂの３次要素５１１Ｂ、２次要素５１２Ｂ、１次要素５１３Ｂと、に対して並列的に接続される。
【0150】
また、補償部５１０Ａでは、３次要素５１１Ａは、第１可変ゲイン要素５１４Ａと直列的に接続される。２次要素５１２Ａは、第２可変ゲイン要素５１５Ａと直列的に接続される。１次要素５１３Ａは、第３可変ゲイン要素５１６Ａと直列的に接続される。
【0151】
また、第１可変ゲイン要素５１４Ａの出力と、第２可変ゲイン要素５１５Ａの出力と、第３可変ゲイン要素５１６Ａの出力とが加え合わされた値が補償部５１０Ａの最終的な出力となる。すなわち、補償部５１０Ａの最終的な出力が、制御器５５０Ａの出力である。制御器５５０Ａは、補償部５１０Ａの前記最終的な出力をモータトルク指令ｒに対して負帰還する。
【0152】
補償部５１０Ｂの構成については、補償部５１０Ａと同様であるので、その説明を省略する。
【0153】
なお、各可変ゲインの値が１の場合、制御装置２Ｄの伝達特性は、上述の特許文献：特開２０１７－１８２１７８号公報に記載の制御器の伝達特性と同じになる。
【0154】
（シミュレーション３）
図２２～図２４を用いて、実施形態５に係る制御装置２Ｄの効果を説明する。図２２は、設計に用いた制御対象の周波数特性と、モデル化誤差を有する場合の制御対象の周波数特性とを示すボード線図である。図２３は、モデル化誤差を有さない制御対象Ｐ２において、実施形態５のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。図２４は、モデル化誤差を有する制御対象Ｐ２において、実施形態５のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。
図２２～図２４を用いて、実施形態５に係る制御装置２Ｄの効果を説明する。図２２は、設計に用いた制御対象の周波数特性と、モデル化誤差を有する場合の制御対象の周波数特性とを示すボード線図である。図２３は、モデル化誤差を有さない制御対象Ｐ２において、実施形態５のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。図２４は、モデル化誤差を有する制御対象Ｐ２において、実施形態５のようなパラメータを調整する振動抑制制御を行う場合の時間応答の一例を示すグラフである。
【0155】
図２２に示すように、モデル化誤差を有する制御対象Ｐ２では、共振周波数等が、設計に用いた制御対象Ｐ２とは異なる。
【0156】
【0157】
よって、モデル化誤差の影響を受けにくい制御装置２Ｄが得られる。
【0158】
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【0159】
前記各実施形態では、制御装置２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは、制御対象Ｐ１，Ｐ２の振動モードに対応して、１つ又は２つのフィードバックループ部を有する。しかしながら、制御装置は、３つ以上のフィードバックループ部を有していてもよい。この場合には、複数のフィードバックループ部に対し、トルク検出器の出力値において通過する信号の帯域が異なるのが好ましい。
【0160】
前記各実施形態において、制御装置２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは、サーボ制御やフィードフォワード制御などの他の制御を行ってもよい。また、制御装置２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは、むだ時間制御などを行ってもよい。
【0161】
前記各実施形態では、制御対象Ｐ１，Ｐ２は、モータ駆動回路３、電動モータ４及びトルク検出器５を含む。しかしながら、制御対象は、他の構成を含んでいてもよいし、他の構成を有する軸系を含んでいてもよい。
【0162】
前記各実施形態では、制御装置２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄのフィードバックループ部３０，２３０Ａ，２３０Ｂ，３３０，４３０Ａ，４３０Ｂ，５３０Ａ，５３０Ｂは、バンドパスフィルタと、位相補償と、振幅調整との機能を有する。しかしながら、制御装置のフィードバックループ部は、他の構成を含んでいてもよい。
【0163】
前記各実施形態では、パラメータ調整部４０，２４０Ａ，２４０Ｂ，３４０，４４０Ａ，４４０Ｂ，５４０Ａ，５４０Ｂが、偏差ｅと、信号ξ１，ξ２，ξ１１，ξ１２，ξ１３，ξ２１，ξ２２，ξ２３とに基づいて、可変ゲインｋ１，ｋ２，ｋ１１，ｋ１２，ｋ１３，ｋ２１，ｋ２２，ｋ２３を生成する。これによって、パラメータ調整部４０，２４０Ａ，２４０Ｂ，３４０，４４０Ａ，４４０Ｂ，５４０Ａ，５４０Ｂは、パラメータを調整する。しかしながら、パラメータ調整部は、初期値を１に調整し、その後、上述の偏差と信号とに基づくパラメータ調整を行ってもよい。初期値を１に調整することで、制御開始時の制御器の伝達特性を、従来の制御器の伝達特性と同じにできる。このため、制御開始時の伝達特性が予測可能なものとなる。また、制御装置は、パラメータ調整を行う制御と、可変ゲインを所定の値、例えば１に固定する制御とを切り替え可能に構成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0164】
本発明は、制御対象の共振周波数における振動の抑制制御を行う共振抑制制御装置に利用可能である。
【符号の説明】
【0165】
１ 試験装置
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ 制御装置（共振抑制制御装置）
３ モータ駆動回路
４ 電動モータ
５ トルク検出器
２０ 規範モデル
３０、２３０Ａ、２３０Ｂ、３３０、４３０Ａ、４３０Ｂ、５３０Ａ、５３０Ｂ フィードバックループ部
４０、２４０Ａ、２４０Ｂ、３４０、４４０Ａ、４４０Ｂ、５４０Ａ、５４０Ｂ パラメータ調整部
５０、２５０Ａ、２５０Ｂ、３５０、４５０Ａ、４５０Ｂ、５５０Ａ、５５０Ｂ 制御器
５１ バンドパスフィルタ機能
５２ 位相補償機能
５３ 振幅調整機能
１１１ １次要素
１１２ ０次要素
１１３ 可変ゲイン要素
１１０、２１０Ａ、２１０Ｂ、３１０、４１０Ａ、４１０Ｂ、５１０Ａ、５１０Ｂ 補償部
１５１、２５１Ａ、２５１Ｂ バンドパスフィルタ
２１３Ａ、２１３Ｂ 可変ゲイン要素
３１１ ２次要素
３１２ １次要素
３１３ 第１可変ゲイン要素
３１４ 第２可変ゲイン要素
４１１Ａ、４１１Ｂ ２次要素
４１２Ａ、４１２Ｂ １次要素
４１３Ａ、４１３Ｂ 第１可変ゲイン要素
４１４Ａ、４１４Ｂ 第２可変ゲイン要素
５１１Ａ、５１１Ｂ ３次要素
５１２Ａ、５１２Ｂ ２次要素
５１３Ａ、５１３Ｂ １次要素
５１４Ａ、５１４Ｂ 第１可変ゲイン要素
５１５Ａ、５１５Ｂ 第２可変ゲイン要素
５１６Ａ、５１６Ｂ 第３可変ゲイン要素
Ｍ 供試体
Ｐ１、Ｐ２ 制御対象
Ｒ１ １次共振
Ｒ２ ２次共振
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ 制御装置（共振抑制制御装置）
３ モータ駆動回路
４ 電動モータ
５ トルク検出器
２０ 規範モデル
３０、２３０Ａ、２３０Ｂ、３３０、４３０Ａ、４３０Ｂ、５３０Ａ、５３０Ｂ フィードバックループ部
４０、２４０Ａ、２４０Ｂ、３４０、４４０Ａ、４４０Ｂ、５４０Ａ、５４０Ｂ パラメータ調整部
５０、２５０Ａ、２５０Ｂ、３５０、４５０Ａ、４５０Ｂ、５５０Ａ、５５０Ｂ 制御器
５１ バンドパスフィルタ機能
５２ 位相補償機能
５３ 振幅調整機能
１１１ １次要素
１１２ ０次要素
１１３ 可変ゲイン要素
１１０、２１０Ａ、２１０Ｂ、３１０、４１０Ａ、４１０Ｂ、５１０Ａ、５１０Ｂ 補償部
１５１、２５１Ａ、２５１Ｂ バンドパスフィルタ
２１３Ａ、２１３Ｂ 可変ゲイン要素
３１１ ２次要素
３１２ １次要素
３１３ 第１可変ゲイン要素
３１４ 第２可変ゲイン要素
４１１Ａ、４１１Ｂ ２次要素
４１２Ａ、４１２Ｂ １次要素
４１３Ａ、４１３Ｂ 第１可変ゲイン要素
４１４Ａ、４１４Ｂ 第２可変ゲイン要素
５１１Ａ、５１１Ｂ ３次要素
５１２Ａ、５１２Ｂ ２次要素
５１３Ａ、５１３Ｂ １次要素
５１４Ａ、５１４Ｂ 第１可変ゲイン要素
５１５Ａ、５１５Ｂ 第２可変ゲイン要素
５１６Ａ、５１６Ｂ 第３可変ゲイン要素
Ｍ 供試体
Ｐ１、Ｐ２ 制御対象
Ｒ１ １次共振
Ｒ２ ２次共振
【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】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
