7849871 モータ制御装置、アクチュエータ、及びモータ制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2026-04-14

(45)【発行日】2026-04-22

(54)【発明の名称】モータ制御装置、アクチュエータ、及びモータ制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 8/32 20060101AFI20260415BHJP

【ＦＩ】

H02P8/32

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022072607

(22)【出願日】2022-04-26

(65)【公開番号】P2023161942

(43)【公開日】2023-11-08

【審査請求日】2025-01-14

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 令和４年３月９～１２日 ２０２２国際ロボット展 にて公開 令和４年３月９日 日刊工業新聞 令和４年３月９日付日刊 にて公開 令和４年３月９日 ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉａｉ－ｒｏｂｏｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ にて公開 令和４年３月９日 ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉａｉ－ｒｏｂｏｔ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｎｅｗ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ にて公開 令和４年３月１６日 メールマガジン「－超小型エレシリンダーの紹介－」 にて公開

(73)【特許権者】

【識別番号】391008515

【氏名又は名称】株式会社アイエイアイ

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山野 幸司

(72)【発明者】

【氏名】西 匡宏

【審査官】三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１１４１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８３６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１２３０００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０３４２２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ ８／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体を移動させるモータを制御するモータ制御装置であって、
前記移動体の目標位置、目標速度、及び加減速度を生成又は上位装置から取得し、前記移動体を当該目標位置まで前記目標速度、及び前記加減速度に従った速度変化を示すように移動させるための位置指令値を逐次生成する位置指令生成部と、
前記位置指令値及び位置検出値に基づいてモータ制御信号を生成する制御信号生成部と、
前記移動体の移動速度に応じて変動する高調波の周波数成分に対応する中心周波数を前記目標速度に応じて設定する設定部と、
前記モータ制御信号から、前記設定部により設定された中心周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させるフィルタ部と、
を備えたモータ制御装置。

【請求項2】

前記移動体及び前記モータを含む装置の構造に起因する共振周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させる別のフィルタ部を更に備えた、
請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記中心周波数は、前記移動体の移動速度及び前記モータの極対数に応じて変動する高調波の周波数成分に対応する、
請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

前記フィルタ部は、前記目標速度が規定速度以上である場合に、前記モータ制御信号から、前記中心周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させる、
請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項5】

前記設定部は、前記中心周波数の設定に加えて、減衰帯域の幅及び減衰量の少なくとも一方を設定する、
請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項6】

前記モータは、永久磁石型のステッピングモータである、
請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項7】

移動体と、
前記移動体を移動させるモータと、
前記モータを制御する、請求項１～請求項６の何れか１項に記載のモータ制御装置と、
を含むアクチュエータ。

【請求項8】

移動体を移動させるモータを制御するモータ制御装置のモータ制御方法であって、
前記移動体の目標位置、目標速度、及び加減速度を生成又は上位装置から取得し、前記移動体を当該目標位置まで前記目標速度、及び前記加減速度に従う速度変化を示すように移動させるための位置指令値を逐次生成し、
前記位置指令値及び位置検出値に基づいてモータ制御信号を生成し、
前記移動体の移動速度に応じて変動する高調波の周波数成分に対応する中心周波数を前記目標速度に応じて設定し、
前記モータ制御信号から、前記設定された中心周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させる、
モータ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ制御装置、アクチュエータ、及びモータ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、移動体の振動を抑制可能なアクチュエータが記載されている。このアクチュエータは、移動体を移動させるモータのモータ駆動部と、モータ駆動部に入力する入力信号から所定の周波数成分を除去するフィルタ部とを備え、フィルタ部が除去する周波数成分の設定周波数を、移動体に負荷される負荷重量に応じた機械系の固有振動数に合わせて設定する。

【0003】

この種のアクチュエータでは、モータを制御するモータ制御信号から、アクチュエータの構造に起因する機械系の固有振動数（すなわち、共振周波数）を中心とした周波数成分を除去するノッチフィルタが設けられている。これにより、移動体の振動、異音等の発生を抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－１９０１６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、アクチュエータの小型化のため、比較的サイズの小さいモータを採用した場合、ディテントトルク（コギングトルクともいう。）が大きく、モータの出力に対するトルクリップルの影響が相対的に大きくなってしまう。

【0006】

モータにおけるトルクリップルの影響により、電流指令値等のモータ制御信号の基本波に対して高調波が重畳される。

【0007】

また、モータ制御信号の波形を周波数解析した結果、ピークとなる周波数はモータの回転速度、すなわち、回転周波数の所定の倍数の高調波に対応していることが分かる。つまり、移動体の移動速度はモータの回転速度に連動しているため、ピークとなる周波数が移動体の移動速度に応じて変動することが分かる。

【0008】

一方、アクチュエータの構造等で決まる共振周波数が複数存在する場合がある。上記特許文献１に記載のノッチフィルタでは、固定型であるため、モータ制御信号に対して、１つの共振周波数を含む所定の範囲の周波数成分を抑制することはできるが、別の共振周波数には対応できない。この場合、別の共振周波数に対して、移動体の移動速度に応じて変動する、高調波に対応する周波数が一致すると、アクチュエータに振動、異音等を発生させるおそれがあり、望ましくない。

【0009】

本発明は、以上の事実を考慮して成されたもので、トルクリップルに起因してモータ制御信号に生じる振動を、移動体の移動速度によらずに抑制することができるモータ制御装置、アクチュエータ、及びモータ制御方法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】

【0010】

上記目的を達成するために、第１態様に係るモータ制御装置は、移動体を移動させるモータを制御するモータ制御装置であって、前記移動体を所定の位置まで移動させるための位置指令値及び位置検出値に基づいてモータ制御信号を生成する制御信号生成部と、前記移動体の移動速度に応じて変動する高調波の周波数成分に対応する中心周波数を設定する設定部と、前記モータ制御信号から、前記設定部により設定された中心周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させるフィルタ部と、を備える。

【0011】

第１態様によれば、移動体の移動速度に応じて変動する高調波の周波数成分に対応する中心周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させることができる。

【0012】

また、第２態様に係るモータ制御装置は、第１態様に係るモータ制御装置において、前記移動体及び前記モータを含む装置の構造に起因する共振周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させる別のフィルタ部を更に備える。

【0013】

第２態様によれば、移動体及びモータを含む装置の構造に起因する共振周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させることができる。

【0014】

また、第３態様に係るモータ制御装置は、第１態様又は第２態様に係るモータ制御装置において、前記中心周波数が、前記移動体の移動速度及び前記モータの極対数に応じて変動する高調波の周波数成分に対応する。

【0015】

第３態様によれば、モータの極対数を考慮した中心周波数を設定することができる。

【0016】

また、第４態様に係るモータ制御装置は、第１態様～第３態様の何れか１態様に係るモータ制御装置において、前記位置指令値を、前記移動体の目標位置、目標速度、及び加減速度を含むパラメータに基づいて生成する位置指令生成部を更に備え、前記設定部が、前記目標速度に応じて前記中心周波数を設定する。

【0017】

第４態様によれば、移動体の目標位置、目標速度、及び加減速度を含むパラメータに基づく位置指令値を考慮してモータ制御信号を生成することができる。

【0018】

また、第５態様に係るモータ制御装置は、第４態様に係るモータ制御装置において、前記フィルタ部が、前記目標速度が規定速度以上である場合に、前記モータ制御信号から、前記中心周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させる。

【0019】

第５態様によれば、目標速度が規定速度未満である場合に中心周波数を連動させることで生じる制御系への影響を抑制することができる。

【0020】

また、第６態様に係るモータ制御装置は、第１態様～第５態様の何れか１態様に係るモータ制御装置において、前記設定部が、前記中心周波数の設定に加えて、減衰帯域の幅及び減衰量の少なくとも一方を設定する。

【0021】

第６態様によれば、中心周波数に加えて、減衰帯域の幅及び減衰量の少なくとも一方を設定することができる。

【0022】

また、第７態様に係るモータ制御装置は、第１態様～第６態様の何れか１態様に係るモータ制御装置において、前記モータが、永久磁石型のステッピングモータである。

【0023】

第７態様によれば、永久磁石型のステッピングモータに対して、移動体の移動速度に応じて変動する高調波の周波数成分に対応する中心周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させることができる。

【0024】

更に、上記目的を達成するために、第８態様に係るアクチュエータは、移動体と、前記移動体を移動させるモータと、前記モータを制御する、第１態様～第７態様の何れか１態様に係るモータ制御装置と、を含む。

【0025】

第８態様によれば、移動体の移動速度に応じて変動する高調波の周波数成分に対応する中心周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させることができるアクチュエータを提供することができる。

【0026】

更に、上記目的を達成するために、第９態様に係るモータ制御方法は、移動体を移動させるモータを制御するモータ制御装置のモータ制御方法であって、前記移動体を所定の位置まで移動させるための位置指令値及び位置検出値に基づいてモータ制御信号を生成し、前記移動体の移動速度に応じて変動する高調波の周波数成分に対応する中心周波数を設定し、前記モータ制御信号から、前記設定された中心周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させる。

【0027】

第９態様によれば、上記第１態様と同様に、移動体の移動速度に応じて変動する高調波の周波数成分に対応する中心周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させることができる。

【発明の効果】

【0028】

以上説明したように、本発明によれば、トルクリップルに起因してモータ制御信号に生じる振動を、移動体の移動速度によらずに抑制することができる、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】実施形態に係るモータ制御装置及びアクチュエータの構成の一例を概略的に示す図である。

【図2】実施形態に係るモータ制御装置の電気的な構成の一例を示すブロック図である。

【図3】各種移動指令における移動体の移動速度の遷移例を示す波形図である。

【図4】実施形態に係るモータ制御装置の機能的な構成の一例を示すブロック図である。

【図5】実施形態に係るノッチフィルタ部の一例を示す図である。

【図6】可変ノッチフィルタを表す伝達関数の一例を示す図である。

【図7】移動体の目標速度に中心周波数を連動させた場合におけるトルク電流指令値を表す電流波形の周波数解析結果の一例を示す図である。

【図8】実施形態に係る目標速度と中心周波数との対応関係の説明に供する図である。

【図9】実施形態に係る制御プログラムによるメジャーループの流れの一例を示すフローチャートである。

【図10】実施形態に係る移動指令取得処理の流れの一例を示すフローチャートであり、図９のステップＳ１０１のサブルーチンである。

【図11】実施形態に係る制御プログラムによるマイナーループの流れの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、図面を参照して、本開示の技術を実施するための形態の一例について詳細に説明する。なお、動作、作用、機能が同じ働きを担う構成要素及び処理には、全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明を適宜省略する場合がある。各図面は、本開示の技術を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本開示の技術は、図示例のみに限定されるものではない。また、本実施形態では、本発明と直接的に関連しない構成や周知な構成については、説明を省略する場合がある。

【0031】

図１は、本実施形態に係るモータ制御装置１０及びアクチュエータ２０の構成の一例を概略的に示す図である。

【0032】

図１に示すように、アクチュエータ２０は、エンコーダ２１、モータ２２、出力シャフト２３、カップリング２４、すべりねじ軸２５、すべりねじナット２６、及び移動体２７を備えている。なお、すべりねじ軸２５及びすべりねじナット２６は、ボールねじ軸及びボールねじナットとしてもよい。また、図１の例では、移動体２７は、ロッドタイプとして示しているが、テーブルタイプであってもよい。

【0033】

エンコーダ２１は、モータ２２に取り付けられている。エンコーダ２１は、モータ２２の回転位置を検出し、検出した位置をフィードバック位置信号としてモータ制御装置１０に出力する。

【0034】

モータ２２は、モータ制御装置１０によって制御され、移動体２７を移動させるための駆動源である。より詳細には、モータ２２は、移動体２７を出力シャフト２３の軸方向に往復させるように軸移動させる。モータ２２は、例えば、突極性を有している。突極性とは、磁気抵抗（リラクタンス）が回転子の円周上の位置によって不均一な性質のことをいう。モータ２２は、例えば、ＰＭ型ステッピングモータ又はハイブリッド型ステッピングモータなどの永久磁石型のステッピングモータである。なお、モータ２２は、ステッピングモータに限定されるものではなく、サーボモータであってもよい。

【0035】

モータ２２の出力シャフト２３は、カップリング２４を介して、すべりねじ軸２５が結合されている。すべりねじ軸２５は、すべりねじナット２６と共に、モータ２２の回転運動を並進運動に変換するための機械部品として構成される。移動体２７は、すべりねじナット２６を介して、すべりねじ軸２５に接合されている。

【0036】

モータ制御装置１０は、各相電流指令値を用いてモータ２２を制御する。各相電流指令値は、モータ２２の通電電流を制御するための指令値である。なお、図１では、モータ制御装置１０は、アクチュエータ２０と別体に設けられているが、アクチュエータ２０に内蔵されていてもよい。すなわち、アクチュエータ２０は、モータ制御装置１０を備えていてもよい。

【0037】

図２は、第１の実施形態に係るモータ制御装置１０の電気的な構成の一例を示すブロック図である。

【0038】

図２に示すように、本実施形態に係るモータ制御装置１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３と、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）１４と、記憶部１５と、接続部１６と、を備えている。

【0039】

ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、及びＩ／Ｏ１４は、バスを介して各々接続されている。Ｉ／Ｏ１４には、記憶部１５と、接続部１６と、を含む各機能部が接続されている。これらの各機能部は、Ｉ／Ｏ１４を介して、ＣＰＵ１１と相互に通信可能とされる。

【0040】

ＣＰＵ１１、ＲＯＭ１２、ＲＡＭ１３、及びＩ／Ｏ１４によって制御部が構成される。制御部は、モータ制御装置１０の一部の動作を制御するサブ制御部として構成されてもよいし、モータ制御装置１０の全体の動作を制御するメイン制御部の一部として構成されてもよい。制御部の各ブロックの一部又は全部には、例えば、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路又はＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップセットが用いられる。上記各ブロックに個別の回路を用いてもよいし、一部又は全部を集積した回路を用いてもよい。上記各ブロック同士が一体として設けられてもよいし、一部のブロックが別に設けられてもよい。また、上記各ブロックのそれぞれにおいて、その一部が別に設けられてもよい。制御部の集積化には、ＬＳＩに限らず、専用回路又は汎用プロセッサを用いてもよい。

【0041】

記憶部１５としては、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、フラッシュメモリ等が用いられる。ＲＯＭ１２又は記憶部１５には、モータ２２を制御するための制御プログラム、モータ２２の制御に必要な各種の設定値、データテーブル等が記憶される。

【0042】

制御プログラムは、例えば、モータ制御装置１０に予めインストールされていてもよい。制御プログラムは、不揮発性の記憶媒体に記憶して、又はネットワークを介して配布して、モータ制御装置１０に適宜インストールすることで実現してもよい。なお、不揮発性の記憶媒体の例としては、ＣＤ-ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、光磁気ディスク、ＨＤＤ、ＤＶＤ-ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、メモリカード等が想定される。

【0043】

接続部１６は、エンコーダ２１、モータ２２、及びＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等の上位装置の各々と接続するためのインタフェースである。

【0044】

図３は、各種移動指令における移動体２７の移動速度の遷移例を示す波形図である。縦軸に移動体２７の移動速度を示し、横軸に時間を示す。

【0045】

各種移動指令としては、例えば、位置決め動作指令、及び原点復帰動作指令が挙げられる。位置決め動作とは、モータ２２の回転に応じて、移動体２７を、位置決め動作開始点から位置決め動作の目標位置まで移動させる動作である。例えば、図１に示す矢印のように、移動体２７は、前進端への位置決め動作では原点（後退端）から前進端まで移動し、原点（後退端）への位置決め動作では前進端から原点（後退端）まで移動する。原点復帰動作とは、モータ２２の回転に応じて、移動体２７を原点復帰動作開始点から原点(原点復帰動作の目標位置)まで移動させる動作である。例えば、移動体２７は、前進端から原点（後退端）まで移動する。

【0046】

図３は、各種動作における移動体２７の移動速度の時間変化の一例を示す。より詳細には、図３は、例えば、原点復帰動作、前進端への位置決め動作、及び原点（後退端）への位置決め動作の順に行った場合の移動体２７の移動速度の時間変化を示す。図３に示すように、位置決め動作では移動体２７を比較的高速で移動させて、原点復帰動作では移動体２７を比較的低速で移動させる。尚、図３に示す例において、各動作における移動体２７の移動速度は、前進端への位置決め動作における速度＞原点（後退端）への位置決め動作における速度＞原点復帰動作における速度という関係となっている。

【0047】

ところで、上述したように、アクチュエータ２０の構造等に起因する複数の共振周波数が存在する場合に、複数の共振周波数のいずれかに対して、移動体の移動速度に応じて変動する、高調波に対応する周波数が一致すると、アクチュエータ２０に振動、異音等を発生させるおそれがあり、望ましくない。

【0048】

このため、本実施形態に係るモータ制御装置１０のＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２又は記憶部１５に記憶されている制御プログラムをＲＡＭ１３に書き込んで実行することにより、図４に示す各部として機能する。

【0049】

図４は、本実施形態に係るモータ制御装置１０の機能的な構成の一例を示すブロック図である。

【0050】

図４に示すように、本実施形態に係るモータ制御装置１０のＣＰＵ１１は、制御信号生成部１１０、ノッチフィルタ部１２０、電流指令変換部１２１、電流制御部１２２、位置情報取得部１２３、現在速度換算部１２４、及び電気角換算部１２５として機能する。

【0051】

制御信号生成部１１０は、移動指令取得部１１１、運転計画生成部１１２、位置制御器１１４、速度制御器１１５、第１減算器１１６、第２減算器１１７、及びノッチフィルタ設定部１１８を含む。ノッチフィルタ設定部１１８は、設定部の一例であり、運転計画生成部１１２は、位置指令生成部の一例である。

【0052】

制御信号生成部１１０は、移動体２７を所定の位置まで移動させるための位置指令値及び位置検出値に基づいてトルク電流指令値（電流指令値Ｉｃ）を生成する。トルク電流指令値は、モータ制御信号の一例である。

【0053】

具体的に、移動指令取得部１１１は、例えば、ＰＬＣ等の上位装置から移動指令を取得する。なお、モータ制御装置１０がプログラム作成機能を有している場合には、モータ制御装置１０自体がＰＬＣとして機能してもよい。この移動指令は、例えば、位置決め動作指令及び原点復帰動作指令のいずれかである。位置決め動作指令は、例えば、前進端などの位置決め動作終了位置を示す目標位置等で構成される位置情報と、位置決め動作の上限速度を示す目標速度等で構成される速度情報と、加速度及び減速度で構成される加減速度情報と、を含むパラメータで構成され、位置決め動作を実現するための指令である。なお、位置決め動作速度は、位置決め動作の時間が短くなるように比較的高い目標速度に設定されている。原点復帰動作指令は、例えば、原点復帰動作終了位置を示す原点（後退端）等で構成される位置情報と、原点復帰動作の上限速度を示す目標速度等で構成される速度情報と、加減速度情報と、を含むパラメータで構成され、原点復帰動作を実現するための指令である。原点復帰動作速度は、例えば、位置決め動作速度よりも比較的低い目標速度（例えば、２０ｍｍ／ｓ以下）に設定されている。移動指令取得部１１１は、移動指令から、当該移動指令の種別を判定し、判定結果を運転計画生成部１１２に出力する。また、移動指令取得部１１１は、移動指令に含まれる移動体２７の目標速度をノッチフィルタ設定部１１８に出力する。

【0054】

運転計画生成部１１２は、移動体２７の目標位置に向けて位置指令値を生成し、生成した位置指令値を第１減算器１１６に出力する。位置指令値は、運転計画生成部１１２によって、移動体２７の目標位置、目標速度、及び加減速度を含むパラメータに基づいて生成される。移動体２７の目標位置、目標速度、及び加減速度を含むパラメータは、各種移動指令から取得される。運転計画生成部１１２は、移動体２７の移動速度が、一例として、上述の図３に示すように、目標速度を上限とした台形形状に時間的に変化するように位置指令値を生成する。

【0055】

より詳細には、運転計画生成部１１２は、各種移動指令を取得すると、現在の位置指令値と目標位置との差から移動体２７を移動させたい距離を定め、移動体２７の速度が目標速度を上底とする台形形状（移動距離によっては目標速度に達しない三角形状）となるように位置指令値を逐次（詳細を後述するメジャーループの制御周期で）生成する。言い換えると、運転計画生成部１１２は、移動体２７の移動速度を加速中は移動速度が目標速度となるまでパラメータの加速度で加速させて、一定速中は目標速度を維持し、減速中は移動速度がゼロとなるまでパラメータの減速度で減速させて、移動開始時点から移動終了時点までの時間における速度変化を示す台形（移動距離によっては目標速度に達しない三角形）の面積、つまり、速度の時間積分が、上記定めた距離となるように位置指令値を逐次生成する。また、逐次生成される位置指令値の変化量は、加速中においては増加し、減速中においては減少し、速度一定のときはパラメータの目標速度を超えないように調整される。つまり、目標速度は位置指令値の変化量のリミッタを意味する。これにより、図３に示す挙動、つまり、各種移動指令における速度の時間変化を実現するような位置指令値が生成される。

【0056】

第１減算器１１６は、運転計画生成部１１２からの位置指令値から、位置情報取得部１２３からの現在位置（位置検出値）を減じて得られた位置偏差を位置制御器１１４に出力する。

【0057】

位置制御器１１４は、第１減算器１１６から得られた位置偏差に位置制御用ゲインを乗じて速度指令値を生成し、生成した速度指令値を第２減算器１１７に出力する。位置制御器１１４は、比例制御を行う。

【0058】

第２減算器１１７は、位置制御器１１４からの速度指令値から、現在速度換算部１２４からの現在速度（速度検出値）を減じて得られた速度偏差を速度制御器１１５に出力する。

【0059】

速度制御器１１５は、第２減算器１１７から得られた速度偏差に速度制御用比例ゲイン／速度制御用積分ゲインを乗じて積分することによりトルク電流指令値（電流指令値Ｉｃ）を生成し、生成したトルク電流指令値（電流指令値Ｉｃ）をノッチフィルタ部１２０に出力する。速度制御器１１５は、比例／積分制御を行う。

【0060】

ノッチフィルタ設定部１１８は、移動体２７の移動速度に応じて変動する高調波の周波数成分に対応する中心周波数を設定し、設定した中心周波数を含む設定情報をノッチフィルタ部１２０に出力する。また、ノッチフィルタ設定部１１８は、中心周波数の設定に加えて、減衰帯域の幅及び減衰量の少なくとも一方を設定してもよい。なお、移動体２７の移動速度は、例えば、上述の各種移動指令から得られる移動体２７の目標速度として表される。

【0061】

ノッチフィルタ部１２０は、トルク電流指令値から、ノッチフィルタ設定部１１８により設定された中心周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させる。なお、移動体２７の目標速度に応じて中心周波数を切り替える可変ノッチフィルタ処理についての具体的な説明は後述する。

【0062】

電流指令変換部１２１は、各相電流指令値（本実施形態では、２相（Ａ、Ｂ相）電流指令値）を、ノッチフィルタ部１２０からのトルク電流指令値及び電気角換算部１２５からの電気角を用いて生成し、生成した各相電流指令値を電流制御部１２２に出力する。なお、電気角とは、磁界の１周期分を２π[ｒａｄ]又は３６０度として角度を表したもので、機械角（軸の回転角度）×極対数により表される。

【0063】

電流制御部１２２は、電流指令変換部１２１からの各相電流指令値を用いて、モータ２２を制御する。

【0064】

位置情報取得部１２３は、モータ２２に取り付けられたエンコーダ２１から、モータ２２のフィードバック位置信号を取得する。位置情報取得部１２３は、フィードバック位置信号に基づいて得られる移動体２７の位置検出値を現在位置として第１減算器１１６、現在速度換算部１２４、及び電気角換算部１２５の各々に出力する。

【0065】

現在速度換算部１２４は、位置情報取得部１２３からの現在位置を現在速度（速度検出値）に換算し、換算した現在速度（速度検出値）を第２減算器１１７に出力する。

【0066】

電気角換算部１２５は、位置情報取得部１２３からの現在位置を電気角に換算し、換算した電気角を電流指令変換部１２１に出力する。

【0067】

次に、図５～図８を参照して、本実施形態に係る可変ノッチフィルタ処理について具体的に説明する。

【0068】

モータ２２としてステッピングモータを採用した場合、トルクリップルの影響は、電気角１周期に対して、所定の周期（例えば、１／２、１／４）で現れる。つまり、トルクリップルの影響は、電気角１周期に対して、２回、４回の頻度で現れる。このトルクリップルに起因して、トルク電流指令値に対して基本波の所定の倍数の高調波が重畳される。ここで、「所定の倍数」は、モータ２２の極対数に応じて決定される。極対数が例えば「５」であれば、「所定の倍数」は、２×５＝１０倍、４×５＝２０倍となる。なお、トルクリップルとは、トルクの変動幅、つまり、トルクの最大値（Ｍａｘ）と最小値（Ｍｉｎ）との差を意味する。

【0069】

ここで、ノッチフィルタ部１２０を無効化した状態で、５極対のモータ２２の回転周波数を５～５０[Ｈｚ]の１[Ｈｚ]刻みで動作させたときのトルク電流指令値の電流波形を周波数解析した結果の一例を下記に示す。なお、モータ２２の回転周波数は、移動体２７の目標速度により定まる。

【0070】

（１）目標速度：２４[ｍｍ／ｓ]、回転周波数：６[Ｈｚ]±１[Ｈｚ]の場合、６０±１０[Ｈｚ]（１０倍高調波）、１２０±２０[Ｈｚ]（２０倍高調波）が出現。
（２）目標速度：６０[ｍｍ／ｓ]、回転周波数：１５[Ｈｚ]±１[Ｈｚ]の場合、１５０±１０[Ｈｚ]（１０倍高調波）、３００±２０[Ｈｚ]（２０倍高調波）が出現。
（３）目標速度：１２８[ｍｍ／ｓ]、回転周波数：３２[Ｈｚ]±１[Ｈｚ]の場合、３２０±１０[Ｈｚ]（１０倍高調波）が出現。
（４）目標速度：１６０[ｍｍ／ｓ]、回転周波数：４０[Ｈｚ]±１[Ｈｚ]の場合、４０００±１０[Ｈｚ]（１０倍高調波）が出現。

【0071】

上記の通り、概ねモータ２２の回転周波数の１０倍高調波及び２０倍高調波の２通りでピークが出現する。具体的に、目標速度が所定速度（例えば、１００ｍｍ／ｓ）以下である場合には、２０倍高調波が多く出現し、目標速度が所定速度（例えば、１００ｍｍ／ｓ）より高い場合には、１０倍高調波が多く出現する。このため、これらの高調波を減衰させるために、ノッチフィルタ部１２０を用いて可変ノッチフィルタ処理を実行する。

【0072】

図５は、本実施形態に係るノッチフィルタ部１２０の一例を示す図である。

【0073】

図５に示すように、ノッチフィルタ部１２０は、固定ノッチフィルタ１２０Ａ及び可変ノッチフィルタ１２０Ｂを含む。可変ノッチフィルタ１２０Ｂは、フィルタ部の一例であり、１段でもよいし、２段以上であってもよい。また、固定ノッチフィルタ１２０Ａは、別のフィルタ部の一例であり、１段でもよいし、２段以上であってもよい。

【0074】

可変ノッチフィルタ１２０Ｂは、速度制御器１１５から得られたトルク電流指令値から、ノッチフィルタ設定部１１８により設定された中心周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させる。所定の範囲は、例えば、中心周波数の±１０％の範囲とする。具体的には、中心周波数が例えば１００Ｈｚであれば、９０Ｈｚ以上１１０Ｈｚ以下の範囲とする。中心周波数は、移動体２７の目標速度及びモータの極対数に応じて変動する高調波の周波数成分に対応する。なお、極対数は、５極対に限定されるものではなく、他の極対数でも対応可能である。

【0075】

具体的に、可変ノッチフィルタ１２０Ｂは、移動体２７の目標速度が所定速度（後述の第２規定速度に相当し、例えば、１００ｍｍ／ｓ）以下である場合には、モータ２２の回転周波数の２０倍の周波数（２０倍高調波）を中心周波数として含む所定の範囲の周波数成分を減衰させる。また、可変ノッチフィルタ１２０Ｂは、移動体２７の目標速度が所定速度（例えば、１００ｍｍ／ｓ）より高い場合には、モータ２２の回転周波数の１０倍の周波数（１０倍高調波）を中心周波数として含む所定の範囲の周波数成分を減衰させる。

【0076】

図６は、可変ノッチフィルタ１２０Ｂを表す伝達関数の一例を示す図である。図６において、縦軸はゲインを示し、横軸は周波数を示す。

【0077】

図６に示す伝達関数をＮ（ｓ）とした場合、伝達関数Ｎ（ｓ）は、下記の式（１）により表される。

【0078】

・・・（１）

【0079】

但し、ω_ｎは中心周波数、ζは減衰率、ｄはゲインを示す。ゲインｄは、下記の式（２）により表される。

【0080】

・・・（２）

【0081】

図６に示す伝達関数Ｎ（ｓ）において、中心周波数ω_ｎが設定可能とされる。中心周波数ω_ｎは、ノッチフィルタ設定部１１８により設定される中心周波数である。また、減衰帯域の幅（＝２×ζω_ｎ）及び減衰量（＝ｄｍ）（単位：ｄＢ）の少なくとも一方を設定可能としてもよい。これらの減衰帯域の幅及び減衰量についてもノッチフィルタ設定部１１８により設定される。減衰帯域の幅には、例えば、中心周波数の±１０％の範囲で適切な幅が設定される。具体的には、中心周波数が例えば１００Ｈｚであれば、９０Ｈｚ以上１１０Ｈｚ以下の範囲で適切な幅が設定される。減衰量には、例えば、－１５ｄＢ以上－１０ｄＢ以下の範囲で適切な値が設定される。

【0082】

また、移動体２７の目標速度に連動しない共振が発生する場合がある。このときの共振周波数を減衰させるために、固定ノッチフィルタ１２０Ａを設けるようにしてもよい。固定ノッチフィルタ１２０Ａは、速度制御器１１５から得られたトルク電流指令値から、アクチュエータ２０の構造に起因する共振周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させる。つまり、固定ノッチフィルタ１２０Ａは、特定の共振周波数を中心周波数とするノッチフィルタであり、中心周波数は移動体２７の目標速度によらずに固定とされる。なお、所定の範囲は、可変ノッチフィルタ１２０Ｂの場合と同様に、例えば、共振周波数の±１０％の範囲とする。

【0083】

図７は、移動体２７の目標速度に中心周波数を連動させた場合におけるトルク電流指令値を表す電流波形の周波数解析結果の一例を示す図である。図７において、縦軸は振幅を示し、横軸は周波数[Ｈｚ]を示す。

【0084】

図７に示す周波数解析結果は、電流波形Ｄ１と電流波形Ｄ２とを比較して示している。電流波形Ｄ１は、可変ノッチフィルタ１２０Ｂを有効にした場合の周波数解析結果であり、電流波形Ｄ２は、可変ノッチフィルタ１２０Ｂを無効にした場合の周波数解析結果である。尚、いずれの電流波形Ｄ１、Ｄ２においても、固定ノッチフィルタ１２０Ａは無効となっている。

【0085】

図７に示すように、可変ノッチフィルタ１２０Ｂを有効にした電流波形Ｄ１では、可変ノッチフィルタ１２０Ｂを無効にした電流波形Ｄ２と比較して、高調波成分が減衰していることが分かる。但し、移動体２７の目標速度が比較的低い場合に、可変ノッチフィルタ１２０Ｂを有効にすると制御系に影響する場合があるため、中心周波数がｆ１（例えば、１００Ｈｚ）未満では可変ノッチフィルタ１２０Ｂを無効にすることが望ましい。つまり、可変ノッチフィルタ１２０Ｂは、目標速度が規定速度（後述の第１規定速度に相当し、例えば、４０ｍｍ／ｓ）未満では、無効化され、目標速度が規定速度（例えば、４０ｍｍ／ｓ）以上では、トルク電流指令値から、中心周波数を含む所定の範囲の周波数成分を減衰させる。なお、「制御系に影響する」とは、例えば、中心周波数がある値（ここではｆ１）よりも低いと移動体２７がハンチング（振動）して位置決めができない等の影響が挙げられる。また、中心周波数ｆ２、ｆ３の近傍では、目標速度に連動していない共振が存在している。このため、中心周波数ｆ２（例えば、１８０Ｈｚ）、ｆ３（例えば、３６０Ｈｚ）に対して、可変ノッチフィルタ１２０Ｂとは別に、固定ノッチフィルタ１２０Ａを設けることが望ましい。

【0086】

ここで、上述したように、中心周波数が低いと移動体２７がハンチング（振動）して位置決めができない等の影響がある点、一方、中心周波数が高いと装置が反応しない周波数となり計算する必要がない点から中心周波数に適切な範囲を設けることが望ましい。本実施形態では、中心周波数の範囲を、例えば、１００Ｈｚ以上５００Ｈｚ以下とする。

【0087】

図８は、本実施形態に係る目標速度と中心周波数との対応関係の説明に供する図である。図８において、縦軸は速度を示し、横軸は時間を示す。図８に示す例では、移動指令１～３が異なる目標速度及び目標位置での位置決め指令である場合について説明するが、これに限定されるものではない。Ｖｔ１は第１目標速度であり、移動指令１の目標速度に対応する。Ｖｔ２は第２目標速度であり、移動指令２の目標速度に対応する。Ｖｔ３は第３目標速度であり、移動指令３の目標速度に対応する。Ｖｒ１は第１規定速度（閾値）を示し、Ｖｒ２は第２規定速度（閾値）を示す。但し、Ｖｔ１＞Ｖｒ２≧Ｖｔ３≧Ｖｒ１＞Ｖｔ２の関係がある。

【0088】

図８に示すように、上位装置から移動指令１を取得した場合、移動指令１に含まれる第１目標速度Ｖｔ１は第２規定速度Ｖｒ２（例えば、１００ｍｍ／ｓ）より高いため、可変ノッチフィルタ１２０Ｂの中心周波数には、第１目標速度Ｖｔ１に対応する、モータ２２の回転周波数の１０倍の周波数を設定する。なお、固定ノッチフィルタ１２０Ａは、例えば、常時有効化されている。また、上位装置から移動指令２を取得した場合、移動指令２に含まれる第２目標速度Ｖｔ２は第１規定速度Ｖｒ１（例えば、４０ｍｍ／ｓ）未満であるため、可変ノッチフィルタ１２０Ｂを無効にする。また、上位装置から移動指令３を取得した場合、移動指令３に含まれる第３目標速度Ｖｔ３は第２規定速度Ｖｒ２以下でかつ第１規定速度Ｖｒ１以上であるため、可変ノッチフィルタ１２０Ｂの中心周波数には、第３目標速度Ｖｔ３に対応する、モータ２２の回転周波数の２０倍の周波数を設定する。

【0089】

次に、図９～図１１を参照して、本実施形態に係るモータ制御装置１０の作用を説明する。

【0090】

図９は、本実施形態に係る制御プログラムによるメジャーループの流れの一例を示すフローチャートである。

【0091】

まず、モータ制御装置１０に対してモータ制御の指示がなされると、ＣＰＵ１１によって制御プログラムが起動され、以下の各処理を実行する。なお、本処理は、メジャーループとして、例えば、１ｍｓ毎に実行される。

【0092】

図９のステップＳ１０１では、ＣＰＵ１１が、ＰＬＣ等の上位装置から移動指令を取得する。なお、上述したように、モータ制御装置１０がプログラム作成機能を有している場合には、モータ制御装置１０自体がＰＬＣとして機能してもよい。

【0093】

図１０は、本実施形態に係る移動指令取得処理の流れの一例を示すフローチャートであり、図９のステップＳ１０１のサブルーチンである。

【0094】

図１０のステップＳ１１１では、ＣＰＵ１１が、ＰＬＣ等の上位装置から移動指令を取得したか否かを判定する。移動指令を取得したと判定した場合（肯定判定の場合）、ステップＳ１１２に移行し、移動指令を取得していないと判定した場合（否定判定の場合）、図９のステップＳ１０２にリターンする。

【0095】

ステップＳ１１２では、ＣＰＵ１１が、ステップＳ１１１で取得した移動指令に含まれる移動体２７の目標速度が第１規定速度（例えば、４０ｍｍ／ｓ）未満であるか否かを判定する。移動体２７の目標速度が第１規定速度未満であると判定した場合（肯定判定の場合）、ステップＳ１１３に移行し、移動体２７の目標速度が第１規定速度未満ではない、つまり、第１規定速度以上であると判定した場合（否定判定の場合）、ステップＳ１１４に移行する。

【0096】

ステップＳ１１３では、ＣＰＵ１１が、可変ノッチフィルタ１２０Ｂを無効化し、図９のステップＳ１０２にリターンする。

【0097】

一方、ステップＳ１１４では、ＣＰＵ１１が、可変ノッチフィルタ１２０Ｂを有効化する。

【0098】

ステップＳ１１５では、ＣＰＵ１１が、移動体２７の目標速度が第２規定速度（例えば、１００ｍｍ／ｓ）以下であるか否かを判定する。移動体２７の目標速度が第２規定速度以下であると判定した場合（肯定判定の場合）、ステップＳ１１６に移行し、移動体２７の目標速度が第２規定速度以下ではない、つまり、第２規定速度より高いと判定した場合（否定判定の場合）、ステップＳ１１７に移行する。

【0099】

ステップＳ１１６では、ＣＰＵ１１が、可変ノッチフィルタ１２０Ｂの中心周波数として、移動体２７の目標速度に対応する、モータ２２の回転周波数の２０倍の周波数（２０倍高調波）を設定すると共に、減衰帯域の幅及び減衰量の少なくとも一方をノッチフィルタ変数（パラメータ）として算出し、図９のステップＳ１０２にリターンする。

【0100】

ステップＳ１１７では、ＣＰＵ１１が、可変ノッチフィルタ１２０Ｂの中心周波数として、移動体２７の目標速度に対応する、モータ２２の回転周波数の１０倍の周波数（１０倍高調波）を設定すると共に、減衰帯域の幅及び減衰量の少なくとも一方をノッチフィルタ変数（パラメータ）として算出し、図９のステップＳ１０２にリターンする。

【0101】

図９のステップＳ１０２では、ＣＰＵ１１が、運転計画、つまり、移動指令に応じて、移動体２７を移動させるための位置指令値を生成し、現在位置（位置検出値）を取得した後、位置制御器処理を実行して、メインループの処理を終了する。位置制御器処理では、ＣＰＵ１１は、生成した位置指令値から取得した現在位置を減じて位置偏差を算出し、位置偏差に位置制御用ゲインを乗じて速度指令値を生成する。

【0102】

図１１は、本実施形態に係る制御プログラムによるマイナーループの流れの一例を示すフローチャートである。

【0103】

まず、モータ制御装置１０に対してモータ制御の指示がなされると、ＣＰＵ１１によって制御プログラムが起動され、以下の各処理を実行する。なお、本処理は、マイナーループとして、例えば、１００μｓ毎に実行される。

【0104】

図１１のステップＳ１２１では、ＣＰＵ１１が、現在位置を取得し、当該現在位置に基づいて現在速度を算出する。

【0105】

ステップＳ１２２では、ＣＰＵ１１が、可変ノッチフィルタ１２０Ｂの設定情報を取得する。設定情報には、移動体２７の目標速度に応じて設定された中心周波数、減衰帯域の幅、及び減衰量が含まれる。

【0106】

ステップＳ１２３では、ＣＰＵ１１が、速度制御器による速度制御処理を実行することで電流指令値Ｉｃを生成する。具体的には、比例／積分制御により、速度指令値から現在速度（速度検出値）を減じて得られた速度偏差に速度制御用比例ゲイン／速度制御用積分ゲインを乗じて積分することにより電流指令値Ｉｃ（トルク電流指令値）を生成する。

【0107】

ステップＳ１２４では、ＣＰＵ１１が、固定ノッチフィルタ１２０Ａが有効であるか否かを判定する。固定ノッチフィルタ１２０Ａが有効であると判定した場合（肯定判定の場合）、ステップＳ１２５に移行し、固定ノッチフィルタ１２０Ａが有効ではない、つまり、無効であると判定した場合（否定判定の場合）、ステップＳ１２６に移行する。固定ノッチフィルタ１２０Ａが有効であるか否かは、例えば、アクチュエータ２０を使用するユーザがパラメータにより設定可能であり、ＣＰＵ１１は、当該パラメータの情報を参照してステップＳ１２４の判定を実行する。

【0108】

ステップＳ１２５では、ＣＰＵ１１が、ステップＳ１２３で生成した電流指令値Ｉｃに固定ノッチフィルタ１２０Ａによるフィルタ処理を実行する。

【0109】

ステップＳ１２６では、ＣＰＵ１１が、可変ノッチフィルタ１２０Ｂが有効であるか否かを判定する。可変ノッチフィルタ１２０Ｂが有効であると判定した場合（肯定判定の場合）、ステップＳ１２７に移行し、可変ノッチフィルタ１２０Ｂが有効ではない、つまり、無効であると判定した場合（否定判定の場合）、ステップＳ１２８に移行する。

【0110】

ステップＳ１２７では、ＣＰＵ１１が、ステップＳ１２３で生成した電流指令値Ｉｃ又はステップＳ１２５で固定ノッチフィルタ１２０Ａによるフィルタ処理が施された電流指令値Ｉｃに可変ノッチフィルタ１２０Ｂによるフィルタ処理を実行する。

【0111】

ステップＳ１２８では、ＣＰＵ１１が、各相電流指令値を、電流指令値Ｉｃ及び電気角を用いて生成し、生成した各相電流指令値を用いて、モータ２２の電流制御を行い、マイナーループの処理を終了する。

【0112】

以上説明したように、本実施形態によれば、移動体の移動速度に応じて中心周波数を切り替える可変ノッチフィルタ処理が実行される。これにより、トルクリップルに起因してモータ制御信号に生じる振動を、移動体の移動速度によらずに抑制することができる。

【0113】

また、複数存在する共振周波数がアクチュエータの設置姿勢、負荷条件等で変化する場合であっても、移動体の移動速度に応じて中心周波数を切り替えることで、対応することが可能となる。

【0114】

また、アクチュエータを小型化するためにモータを小さくするとトルクリップルの影響が大きくなるが、可変ノッチフィルタ処理によって、アクチュエータに発生する振動、異音等を効果的に抑制することができる。

【0115】

また、フィードバック制御に基づき動的にノッチフィルタ処理を行う場合には、現在速度及び現在位置をフィードバックしたモータ制御信号に振動が発生しているか否かを判定する必要がある。これに対して、本実施形態に係る可変ノッチフィルタ処理では、目標速度を用いているため、このような判定を行う必要がない。このため、演算処理の負荷を軽減することができる。

【0116】

以上、各実施形態に係るモータ制御装置を例示して説明した。実施形態は、モータ制御装置の機能をコンピュータに実行させるためのプログラムの形態としてもよい。実施形態は、これらのプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体の形態としてもよい。

【0117】

その他、上記実施形態で説明したモータ制御装置の構成は、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において状況に応じて変更してもよい。

【0118】

また、上記実施形態で説明したプログラムの処理の流れも、一例であり、主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

【0119】

また、上記実施形態では、プログラムを実行することにより、実施形態に係る処理がコンピュータを利用してソフトウェア構成により実現される場合について説明したが、これに限らない。実施形態は、例えば、ハードウェア構成や、ハードウェア構成とソフトウェア構成との組み合わせによって実現してもよい。

【符号の説明】

【0120】

１０ モータ制御装置
１１ ＣＰＵ
１２ ＲＯＭ
１３ ＲＡＭ
１４ Ｉ／Ｏ
１５ 記憶部
１６ 接続部
２０ アクチュエータ
２１ エンコーダ
２２ モータ
２３ 出力シャフト
２４ カップリング
２５ すべりねじ軸
２６ すべりねじナット
２７ 移動体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】