(57)【要約】【課題】常に安定した制御状態を確保しながら、電動機やその負荷の動き動作の制御を行う電動機制御装置を提供する。【解決手段】速度検出信号Ｖｄと速度指令信号Ｖｒとに基づき速度フィードバック制御する速度制御系を有した電動機制御装置１０であって、速度制御系内の制御信号に対してノッチ周波数の信号成分を減衰させるノッチフィルタ１５ａと、速度検出信号Ｖｄから所定周波数の信号成分を抽出し、抽出信号ｘとして出力する振動抽出フィルタ１７と、速度指令信号Ｖｒに応じて抽出信号ｘから不感閾値以下となる振幅の信号成分を除去し、抽出振動信号ｘｅとして出力する不感帯処理部２０と、抽出振動信号ｘｅに基づきノッチ周波数を変更するように、ノッチフィルタ１５ａを制御するノッチ制御部３０とを備える。【選択図】図１
2010220278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部の検出された動き量を示す検出信号と、前記可動部の動き量を指令するための指令量を示す指令信号とに基づき、電動機による前記可動部の動き動作が前記指令量に追従するようにフィードバック制御する制御系を有した電動機制御装置であって、
前記制御系内の制御信号に対して、ノッチ周波数とする周波数の信号成分を減衰させるノッチフィルタと、
前記検出信号から、所定周波数の信号成分を抽出し、抽出信号として出力する抽出フィルタと、
前記指令信号に応じて前記抽出信号から不感閾値以下となる振幅の信号成分を除去し、抽出振動信号として出力する不感帯処理部と、
前記抽出振動信号に基づき前記ノッチ周波数を変更するように、前記ノッチフィルタを制御するノッチ制御部とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
前記不感帯処理部に対して前記指令信号に基づく閾値設定信号を通知する不感帯制御部をさらに備え、
前記不感帯処理部は、前記閾値設定信号に応じた閾値を前記不感閾値として設定することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
前記不感閾値は、最も小さい閾値を最小閾値とし、前記閾値設定信号の大きさに従って大きくなる複数の閾値に設定されることを特徴とする請求項２に記載の電動機制御装置。
【請求項４】
前記不感帯制御部は、前記指令信号の大きさを示す前記閾値設定信号を、前記不感帯処理部に通知することを特徴とする請求項３に記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記不感帯制御部は、前記指令信号の移動平均値を示す前記閾値設定信号を、前記不感帯処理部に通知することを特徴とする請求項３に記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記不感帯制御部は、前記指令信号の微分値の絶対値を示す前記閾値設定信号を、前記不感帯処理部に通知することを特徴とする請求項３に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
前記閾値設定信号が非ゼロである期間および非ゼロからゼロになった時点からの所定期間は、前記不感閾値として前記最小閾値よりも大きい閾値が設定されることを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の電動機制御装置。
【請求項８】
前記不感帯処理部は、前記抽出信号の振幅が前記不感閾値以下のとき、その振幅をゼロとして出力し、前記抽出信号の振幅が前記不感閾値を超えるとき、入力された前記抽出信号をそのまま出力することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置。
【請求項９】
前記不感帯処理部は、前記抽出信号の振幅が前記不感閾値以下のとき、その振幅をゼロとして出力し、前記抽出信号の振幅が前記不感閾値を超えるとき、入力された前記抽出信号の振幅を前記不感閾値だけ小さくして出力することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置。
【請求項１０】
前記ノッチフィルタは、ノッチ中心周波数を中心としてノッチ幅に応じた近傍周波数の信号成分を含む前記ノッチ周波数の信号を減衰させるフィルタであって、前記ノッチ周波数が変更可能であり、かつフィルタの有効と無効とが切替え可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置。
【請求項１１】
前記抽出フィルタは、前記検出信号に含まれる所定周波数以上の信号成分を抽出するハイパスフィルタ、または所定周波数帯域幅内の信号成分を振動成分として抽出するバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置。
【請求項１２】
前記ノッチ制御部は、前記抽出振動信号の振幅が減少するよう前記ノッチフィルタの前記ノッチ周波数を逐次修正することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置。
【請求項１３】
前記不感閾値は、前記制御系のゲイン、前記指令信号の指令単位および前記検出信号の検出単位のうち少なくともいずれかに基づいて算出されることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置。
【請求項１４】
前記制御系は、前記可動部の動き量を示す速度および位置のいずれかを制御する制御系であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御装置。
【請求項１５】
前記可動部は、前記電動機の可動部および前記電動機で駆動される負荷のいずれかであることを特徴とする請求項１４に記載の電動機制御装置。
【請求項１６】
前記可動部は、回転する動き動作を行うことを特徴とする請求項１５に記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機や電動機で駆動される負荷に対し、その速度や位置などの動き動作に対しての制御を行う電動機制御装置に関し、特に、負荷を駆動する場合などに発生する機械共振を抑制する機能を備えた電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電動機制御装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがあった。図９は従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
【０００３】
図９に示す従来の電動機制御装置９０は、電動機１１と速度検出器１３とに接続される。電動機１１には、負荷１２が繋がれている。また、速度検出器１３は、電動機１１の回転速度を検出し、検出した回転速度を示す速度検出信号Ｖｄを出力する。
【０００４】
電動機制御装置９０は、速度検出信号Ｖｄを速度指令信号Ｖｒに追従させる速度制御系を有している。そして、電動機制御装置９０は、機械共振などに起因する発振を抑制するため、図９に示すように、ノッチフィルタ１５を備えている。さらに、電動機制御装置９０は、速度制御部１４と振動抽出フィルタ１７とノッチ制御部３０とトルク制御部１６とを備えている。
【０００５】
速度制御部１４は、速度指令信号Ｖｒおよび速度検出信号Ｖｄを入力してトルク指令信号τ１を生成する。ノッチフィルタ１５は、ノッチ制御部３０の制御に応じて、トルク指令信号τ１に対しノッチ周波数の信号成分を減衰させるようなフィルタ処理を施し、フィルタ処理したトルク指令信号τ２をトルク制御部１６に供給する。トルク制御部１６は、トルク指令信号τ２に基づき、電動機１１が目的のトルクを出力するように電動機１１を制御する。
【０００６】
また、振動抽出フィルタ１７は、速度検出信号Ｖｄから、機械共振に起因する発振周波数の信号を抽出し、抽出信号ｘとして出力する。ノッチ制御部３０は、ノッチフィルタ１５のノッチ周波数が抽出信号ｘの周波数となるように、ノッチフィルタ１５を制御する。
【０００７】
このように構成された従来の電動機制御装置では、なんらかの原因で機械共振による発振が起きても、この発振による振動成分が減少するようノッチフィルタ１５のノッチ周波数が逐次修正されるので発振が抑圧される。このため、従来の電動機制御装置を用いたシステムは安定した制御状態を得ることができる。
【０００８】
ところが、振動抽出フィルタ１７が抽出した抽出信号ｘにノイズや、例えば、速度指令の加速度変化に起因する高周波成分などが混入する場合があり、これによって速度制御系の安定性が悪化し、誤動作を引き起こす可能性があった。このため、例えば、特許文献１では、速度指令の変化時に生じた高周波成分による誤動作防止のため、速度指令が非ゼロである期間および速度指令終了時点からの所定時間、ノッチ制御部の動作を一時停止する機能を設けた電動機制御装置が開示されている。
【０００９】
一方、同様に、検出した振動成分に含まれるノイズなどに起因した誤動作を抑制するため、従来、例えば特許文献２のように、振動成分を抽出するフィルタの後段に微少振幅の信号成分を除去する機能を備えたアクチュエータが提案されている。このような従来のアクチュエータは、加速度センサのノイズレベルに適応させた所定の不感帯領域を有する不感帯処理機能を備え、加速度センサのノイズによる負荷の励振を抑制し、誤振動の低減を図っている。
【特許文献１】特開２００４−２７４９７６号公報
【特許文献２】国際公開第０２／０８３５４１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１のように、高周波成分による誤動作防止のためにノッチ制御部の動作を所定の期間だけ停止する構成では、その所定の期間は、ノッチ制御部やノッチフィルタを用いた機械共振を抑制する処理も停止することになり、この期間は機械共振を抑制することができないという課題があった。また、特許文献２のように、不感帯処理機能を設け、その不感帯領域をノイズレベルに適応させた所定値とするような構成では、速度指令の変化時に生じる高周波成分の影響を十分に抑制できないという課題があった。すなわち、例えば、変化の大きい速度指令によってある程度大きな振幅の高周波成分が生じた場合、このような高周波成分が不感帯処理機能を通過してノッチ制御部まで到達してしまう。そして、このような高周波成分は機械共振による振動成分ではないのでノッチフィルタで振動を抑える必要はないが、ノッチ制御部がこの高周波成分に反応し、本来不必要であるノッチフィルタが生成されてしまう。このため、速度制御系が不安定となる可能性があった。
【００１１】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、常に安定した制御状態を確保しながら、電動機やその負荷の動き動作の制御を行う電動機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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の電動機制御装置は、可動部の検出された動き量を示す検出信号と、可動部の動き量を指令するための指令量を示す指令信号とに基づき、電動機による可動部の動き動作が指令量に追従するようにフィードバック制御する制御系を有した電動機制御装置であって、制御系内の制御信号に対してノッチ周波数とする周波数の信号成分を減衰させるノッチフィルタと、検出信号から所定周波数の信号成分を抽出し、抽出信号として出力する抽出フィルタと、指令信号に応じて抽出信号から不感閾値以下となる振幅の信号成分を除去し、抽出振動信号として出力する不感帯処理部と、抽出振動信号に基づきノッチ周波数を変更するように、ノッチフィルタを制御するノッチ制御部とを備えた構成である。
【００１３】
このような構成により、例えば指令量を急激に変化させたため、この変化によって大きな振幅の高周波成分が抽出信号に混入するような場合であっても、不感閾値を指令信号に応じた値とすることで、抽出信号からこの高周波成分を除去できる。逆に、指令信号に変化がない場合には、例えば、不感閾値をノイズレベルとすることができ、機械共振に基づく振動成分のみを精度よくノッチ制御部に供給できる。このように、本発明は不感閾値を適応的に設定できるため、速度指令などの指令量の変化に影響されず、機械共振を常に安定して抑制することができる。
【００１４】
また、本発明の電動機制御装置は、不感帯処理部に対して指令信号に基づく閾値設定信号を通知する不感帯制御部をさらに備え、不感帯処理部が閾値設定信号に応じた閾値を不感閾値として設定する構成である。
【００１５】
このような構成により、指令量の大きな変化によって大きな振幅の高周波成分が生じた場合でも、不感帯処理部によって、抽出信号からこの高周波成分を適応的に除去できる。このため、速度指令などの指令量の変化に影響されず、常に安定した制御系を確保しながら機械共振を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明の電動機制御装置は、不感閾値が、最も小さい閾値を最小閾値とし、閾値設定信号の大きさに従って大きくなる複数の閾値に設定される構成である。
【００１７】
また、本発明の電動機制御装置は、不感帯制御部が、指令信号の大きさを示す閾値設定信号を不感帯処理部に通知する構成である。
【００１８】
また、本発明の電動機制御装置は、不感帯制御部が、指令信号の移動平均値を示す閾値設定信号を不感帯処理部に通知する構成であってもよい。
【００１９】
また、本発明の電動機制御装置は、不感帯制御部が、指令信号の微分値の絶対値を示す閾値設定信号を不感帯処理部に通知する構成であってもよい。
【００２０】
また、本発明の電動機制御装置は、閾値設定信号が非ゼロである期間および非ゼロからゼロになった時点からの所定期間は不感閾値として最小閾値よりも大きい閾値を設定する構成である。
【００２１】
このような構成により、指令信号が非ゼロの期間のように、指令量の変化に起因する大きな振幅の高周波成分が抽出信号に混入するおそれのある期間は、不感閾値として最小閾値よりも大きい閾値が設定されるため、指令量の変化に影響されず、機械共振を常に安定して抑制することができる。
【００２２】
また、本発明の電動機制御装置は、不感帯処理部が、抽出信号の振幅が不感閾値以下のとき、その振幅をゼロとして出力し、抽出信号の振幅が不感閾値を超えるとき、入力された抽出信号をそのまま出力する構成である。
【００２３】
また、本発明の電動機制御装置は、不感帯処理部が、抽出信号の振幅が不感閾値以下のとき、その振幅をゼロとして出力し、抽出信号の振幅が不感閾値を超えるとき、入力された抽出信号の振幅を不感閾値だけ小さくして出力する構成であってもよい。
【００２４】
このような構成により、抽出信号から不感閾値以下となる小振幅の信号成分を除去できる不感帯処理部を実現できる。
【００２５】
また、本発明の電動機制御装置は、ノッチフィルタが、ノッチ中心周波数を中心としてノッチ幅に応じた近傍周波数の信号成分を含むノッチ周波数の信号を減衰させるフィルタであって、ノッチ周波数が変更可能であり、かつフィルタの有効と無効とが切替え可能な構成である。
【００２６】
また、本発明の電動機制御装置は、抽出フィルタが、検出信号に含まれる所定周波数以上の信号成分を抽出するハイパスフィルタ、または所定周波数帯域幅内の信号成分を振動成分として抽出するバンドパスフィルタとした構成である。
【００２７】
また、本発明の電動機制御装置は、ノッチ制御部が、抽出振動信号の振幅が減少するようノッチフィルタのノッチ周波数を逐次修正する構成である。
【００２８】
このような構成により、機械共振によって発生する振動の周波数に応じたノッチ周波数のノッチフィルタを自動生成できるので、機械系の共振を抑制し安定した高速応答を実現できる。
【００２９】
また、本発明の電動機制御装置は、不感閾値が、制御系のゲイン、指令信号の指令単位および検出信号の検出単位のうち少なくともいずれかに基づいて算出される構成である。
【００３０】
このような構成により、不感閾値とする各閾値を制御条件に応じた適切な値に設定することができる。
【００３１】
また、本発明の電動機制御装置は、制御系が可動部の動き量を示す速度および位置のいずれかを制御する制御系である。
【００３２】
また、本発明の電動機制御装置は、可動部が電動機の可動部および電動機で駆動される負荷のいずれかである。
【００３３】
また、本発明の電動機制御装置は、可動部が回転する動き動作を行う。
【００３４】
本発明の電動機制御装置は、このような構成に好適に適用できる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の電動機制御装置によれば、速度指令などの指令量の変化に影響されず、機械共振を常に安定して抑制することが可能であるため、常に安定した制御状態を確保しながら電動機やその負荷の動き動作の制御を行う電動機制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３７】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における電動機制御装置１０の構成を示すブロック図である。
【００３８】
図１に示すように、本発明の実施の形態における電動機制御装置１０は、電動機１１と速度検出器１３とに接続される。電動機１１には、負荷１２が繋がれている。また、速度検出器１３は、電動機１１内に備えた可動子（図示せず）の回転速度を測定し、その回転速度に応じた速度量を示す検出信号としての速度検出信号Ｖｄを出力する。一方、可動子の回転速度を指令するため、電動機制御装置１０には、指令速度を示す速度指令信号Ｖｒが通知される。
【００３９】
このように、本実施の形態では、検出された可動部の動き量を示す検出信号として、可動子の回転速度を示す速度検出信号Ｖｄが通知され、また、この動き量を制御するために指令された指令量を示す指令信号として、回転速度を指令する指令速度を示す速度指令信号Ｖｒが通知される。そして、電動機制御装置１０は、フィードバック制御する制御系として、速度検出信号Ｖｄと速度指令信号Ｖｒとに基づき、可動子の回転動作が指令速度に追従するようにフィードバック制御する速度制御系を有している。本実施の形態では、このような速度制御系を有した構成の電動機制御装置の一例を挙げて説明する。
【００４０】
電動機制御装置１０は、図１に示すように、速度制御部１４と、ノッチフィルタ１５ａと、トルク制御部１６と、振動抽出フィルタ１７と、不感帯処理部２０と、不感帯制御部２１と、ノッチ制御部３０とを備えている。
【００４１】
速度制御部１４には、指令速度を示す速度指令信号Ｖｒと速度検出器１３が検出した検出速度を示す速度検出信号Ｖｄとが入力される。速度制御部１４は、速度指令信号Ｖｒと速度検出信号Ｖｄとの偏差量を算出し、この偏差量に基づき偏差量をゼロに制御するためのトルク指令信号τ１を生成し、出力する。具体的には、速度制御部１４は、例えば速度指令信号Ｖｒと速度検出信号Ｖｄとの差分値を算出し、その差分値を比例積分した結果をトルク指令信号τ１として出力する。
【００４２】
ノッチフィルタ１５ａには、速度制御部１４からトルク指令信号τ１が供給される。ノッチフィルタ１５ａは、供給された信号から、その信号に含まれる特定の周波数を中心とした所定範囲の周波数を有する信号成分に対し、急峻な減衰を与えるフィルタである。この中心となる周波数をノッチ中心周波数、減衰させる近傍の周波数幅をノッチ幅と呼び、ノッチ中心周波数およびノッチ幅で特定される周波数をノッチ周波数と呼ぶ。ノッチフィルタ１５ａはこのような特性を有しており、本実施の形態では、速度制御系内の制御信号であるトルク指令信号τ１に対して、ノッチ周波数の信号成分を減衰させる。
【００４３】
図２は、本発明の実施の形態における電動機制御装置１０のノッチフィルタ１５ａの周波数特性および位相特性の一例を示す特性図である。図２では、ノッチ中心周波数ωｎを中心として、ノッチ幅Ｂｎとする近傍周波数の周波数帯域内の信号成分を減衰させるような周波数特性の一例を示している。なお、詳細については以下で説明するが、ノッチフィルタ１５ａは、ノッチ中心周波数ωｎが可変できるように構成されている。さらに、ノッチフィルタ１５ａは、図２に示すような周波数特性となるフィルタ機能を、有効とする有効状態と無効とする無効状態とに切り替え可能なように構成されている。ノッチフィルタ１５ａの有効状態とは、入力信号からノッチ中心周波数ωｎを中心としたノッチ幅Ｂｎの周波数帯域の信号成分を除去して出力する状態であり、無効状態とは入力信号をそのまま出力する状態である。
【００４４】
また、ノッチフィルタ１５ａは、例えば次式で示す伝達関数Ｈａ（ｓ）を持つ２次の再帰型ノッチフィルタである。
【００４５】
【数１】
2010220278.tif 000003
【００４６】
（式１）において、ωｎａはノッチフィルタ１５ａのノッチ中心周波数、ζａは減衰定数である。
【００４７】
ノッチフィルタ１５ａからは、トルク指令信号τ１を必要に応じてフィルタ処理した信号であるトルク指令信号τ２が出力される。
【００４８】
トルク制御部１６には、ノッチフィルタ１５ａから出力されたトルク指令信号τ２が入力される。トルク制御部１６は、電動機１１が目的のトルクを出力するように電動機１１の回転動作を制御する。
【００４９】
このようにして、電動機制御装置１０には、速度検出器１３により検出された可動子の回転速度を示す速度検出信号Ｖｄを利用して、この可動子の回転速度が速度指令信号Ｖｒに応じた回転速度となるように、この可動子の動き動作をフィードバック制御する速度制御系としての制御系が構成される。そして、電動機制御装置１０は、この速度制御系内にノッチフィルタ１５ａを配置した構成である。
【００５０】
また、本実施の形態では、電動機制御装置１０が、負荷１２を駆動する場合などに発生した機械共振を抑制する機能を備えている。この機能を実現するため、電動機制御装置１０は、速度制御系内に上述したようなノッチフィルタ１５ａを配置するとともに、まず、機械共振などの振動成分を抽出するための抽出フィルタである振動抽出フィルタ１７を備えている。速度検出器１３から出力される速度検出信号Ｖｄは、振動抽出フィルタ１７にも供給される。振動抽出フィルタ１７は、所定の周波数帯域が設定され、設定された周波数帯域に基づき、速度検出信号Ｖｄから、周波数帯域内に含まれる振動成分を抽出する。すなわち、振動抽出フィルタ１７は、例えば電動機１１により負荷１２を駆動した場合に発生する機械共振の振動周波数成分など、入力された速度検出信号Ｖｄに現れる振動成分を抽出し、出力する。なお、振動抽出フィルタ１７は、このように振動成分を抽出できればよいため、所定の周波数以上の信号成分を通過させるハイパスフィルタであってもよく、直列成分を含まない所定の周波数帯域幅内の信号成分を通過させるバンドパスフィルタであってもよい。振動抽出フィルタ１７は、このような周波数特性に基づいて通過した信号、すなわち速度検出信号Ｖｄに現れた振動成分を抽出した信号である抽出信号ｘを出力する。
【００５１】
振動抽出フィルタ１７から出力された抽出信号ｘは、不感帯処理部２０に供給される。不感帯処理部２０は、抽出信号ｘから、不感閾値Ｔｈとする値以下になる小振幅の信号成分を除去し、抽出振動信号ｘｅとして出力する。また、不感閾値Ｔｈの値は、速度指令信号Ｖｒに応じた値が設定される。不感帯処理部２０は、このような小振幅の信号成分を除去する機能を実現するため、不感帯とする領域を有した非線形処理を行う。
【００５２】
図３は、本発明の実施の形態における電動機制御装置１０の不感帯処理部２０の非線形特性の一例を示す特性図である。図３において、横軸は不感帯処理部２０への入力値を示し、縦軸は不感帯処理部２０からの出力値を示しており、不感閾値Ｔｈが閾値Ｔｈ０となる場合を実線で示している。また、図３（ａ）と図３（ｂ）とに示すように、２種類の特性例を示している。
【００５３】
図３（ａ）に示す特性の場合、不感帯処理部２０は、抽出信号ｘの振幅が不感閾値Ｔｈ以下となるとき、ゼロとした値の抽出振動信号ｘｅを出力する。また、不感帯処理部２０は、抽出信号ｘの振幅が不感閾値Ｔｈを超えるとき、入力された抽出信号ｘを抽出振動信号ｘｅとしてそのまま出力する。より具体的には、不感帯処理部２０は、入力された抽出信号ｘの値の絶対値が不感閾値Ｔｈ以下となるとき、ゼロとした値の抽出振動信号ｘｅを出力し、入力された抽出信号ｘの値の絶対値が不感閾値Ｔｈを超えるとき、入力された抽出信号ｘを抽出振動信号ｘｅとしてそのまま出力する。
【００５４】
一方、図３（ｂ）に示す特性の場合、不感帯処理部２０は、抽出信号ｘの振幅が不感閾値Ｔｈ以下となるとき、ゼロとした値の抽出振動信号ｘｅを出力する。また、不感帯処理部２０は、抽出信号ｘの振幅が不感閾値Ｔｈを超えるとき、入力された抽出信号ｘの振幅を不感閾値Ｔｈだけ小さくして出力する。より具体的には、不感帯処理部２０は、入力された抽出信号ｘの値の絶対値が不感閾値Ｔｈ以下となるとき、ゼロとした値の抽出振動信号ｘｅを出力する。そして、入力された抽出信号ｘの値の絶対値が不感閾値Ｔｈを超えるとき、抽出信号ｘの値が正の場合には抽出信号ｘから不感閾値Ｔｈを引いた値、抽出信号ｘの値が負の場合には抽出信号ｘから不感閾値Ｔｈを加えた値とした抽出振動信号ｘｅを出力する。
【００５５】
このように、不感帯処理部２０において図３（ａ）や図３（ｂ）に示すような非線形処理を行うことにより抽出信号ｘから小振幅の信号成分を選択的に除去できる。すなわち、このような不感帯処理部２０の処理によって、振動抽出フィルタ１７が抽出した抽出信号ｘに含まれる微小振幅のノイズが除去される。
【００５６】
不感帯処理部２０により小振幅の信号成分が除去された抽出振動信号ｘｅは、ノッチ制御部３０に供給される。ノッチ制御部３０は、振動抽出フィルタ１７による振動成分の抽出結果に応じたノッチ制御信号ｃｎを出力し、ノッチフィルタ１５ａを制御する。特に、ノッチ制御部３０は、供給された抽出振動信号ｘｅに基づき振動成分が検出されたと判定すると、抽出振動信号ｘｅに含まれる振動成分の振幅が減少するように、ノッチフィルタ１５ａのノッチ周波数を制御する。また、ノッチ制御部３０は、ノッチフィルタ１５ａに対して有効状態と無効状態とに切り替えるような操作も行う。
【００５７】
ノッチ制御部３０がノッチフィルタ１５ａに対してこのように制御することにより、機械共振などによる発振が起きても、振動成分が減少するようノッチフィルタ１５ａのノッチ周波数が逐次修正されるので発振が抑圧される。このように、電動機制御装置１０は、ノッチフィルタ１５ａと振動抽出フィルタ１７と不感帯処理部２０とノッチ制御部３０とで構成される発振抑圧機能を備えている。本実施の形態では、このような発振抑圧機能により、電動機制御装置１０を用いたシステムを安定した制御状態とし、電動機１１による負荷１２の駆動時の安定化を図っている。
【００５８】
さらに、上述したように、振動抽出フィルタ１７が抽出する抽出信号ｘにはランダムの微小なノイズ成分に加えて、例えば、速度指令の加速度変化に起因するある程度振幅の大きな高周波成分なども混入する。本実施の形態では、このような高周波成分などによる悪影響を抑制するため、不感帯処理部２０の非線形処理を制御する不感帯制御部２１を設けている。
【００５９】
不感帯制御部２１は、速度指令信号Ｖｒに応じた値の不感閾値Ｔｈが設定されるように不感帯処理部２０を制御する。このような制御を行うため、不感帯制御部２１には、速度指令信号Ｖｒが通知される。不感帯制御部２１は、通知された速度指令信号Ｖｒに基づき、不感閾値Ｔｈの値を示す閾値設定信号ｃｔを生成し、不感帯処理部２０に対して通知する。不感帯処理部２０は、この閾値設定信号ｃｔに応じた値となる閾値を不感閾値Ｔｈとして設定する。すなわち、閾値設定信号ｃｔによって閾値Ｔｈ０を設定するように通知されると、不感帯処理部２０において図３の実線で示すような非線形特性が設定される。また、閾値設定信号ｃｔによって閾値Ｔｈ１を設定するように通知されると、不感帯処理部２０において図３の点線で示すような非線形特性が設定される。ここで、例えば、不感閾値Ｔｈとして閾値Ｔｈ０よりも大きい閾値Ｔｈ１が設定されると、より広い範囲の振幅の信号成分が除去されることになる。このように、本実施の形態では、抽出信号ｘから、速度指令信号Ｖｒに応じて適応的に小振幅の信号成分を除去する機能も備えている。以下、不感帯処理部２０は、図３に示すように、不感閾値Ｔｈとして、最も小さい閾値である最小閾値としての閾値Ｔｈ０と、閾値Ｔｈ０よりも大きい閾値Ｔｈ１との２つの閾値を有した一例を用いて説明する。また、詳細については以下で説明するが、速度指令信号Ｖｒの大きさに従って、閾値も大きくなるように各閾値を設定している。
【００６０】
不感帯制御部２１が不感帯処理部２０をこのように制御することにより、速度指令信号Ｖｒの変化時に生じるある程度振幅の大きな高周波成分なども抽出信号ｘから適切に除去することが可能となる。このように、本実施の形態では不感帯処理部２０において不感閾値Ｔｈを適応的に設定できるため、速度指令などの指令量の変化に影響されず、機械共振を常に安定して抑制することができる。
【００６１】
ところで、振動抽出フィルタ１７が抽出する機械共振以外の振動成分の要因として、上述した速度指令の変化時に混入する高周波成分に加えて、速度指令分解能や速度検出分解能などに起因する振動成分がある。例えば、速度指令分解能が粗いとき、与えたい速度指令が速度指令分解能の整数倍にならない場合がある。このとき、速度指令値の平均値としては与えたい速度指令となるが、実際の速度指令値は与えたい速度指令に対し上下を変化するものとなる。具体的には、電動機制御装置１０をデジタル処理によって行う場合、デジタル信号である速度指令信号Ｖｒや速度検出信号Ｖｄは有限ビット長で表現することになるため、例えば、最下位ビットが０と１とを繰り返すような現象が生じる。すなわち、例えば実際の速度指令信号Ｖｒはこのような変化による高周波成分を含むことになる。このような速度指令信号Ｖｒに追従するよう速度制御をすると、実際の速度も高周波成分による変動を含んでしまう。高周波成分のレベルは、分解能が粗い、すなわちデジタル処理の場合でのデジタル信号のビット数が少ないほど大きい。また、与えたい速度指令が速度指令の分解能の整数倍になっている場合でも、与えたい速度指令が速度検出の分解能の整数倍にならない場合、検出速度は与えたい速度指令の上下を変化するものとなってしまう。このような場合にも速度検出信号Ｖｄは高周波成分を含んでしまい、高周波成分のレベルは分解能が粗いほど大きい。
【００６２】
また速度指令信号Ｖｒに加速したことによる変化点が含まれる場合、上述したように、振動抽出フィルタ１７から出力される抽出信号ｘには、加速度変化に起因する高周波成分が含まれる。また、加速度変化に起因する高周波成分の振幅は、速度指令分解能や速度検出分解能に起因する高周波成分の振幅と比較すると大きい場合が多い。
【００６３】
このような理由に基づき、本実施の形態では不感帯処理部２０において、不感閾値Ｔｈの値を、速度指令分解能に起因する高周波成分と加速度変化に起因する高周波成分とに適応的に対応させている。
【００６４】
次に、電動機制御装置１０の動作について、不感帯制御部２１および不感帯処理部２０の動作を中心に説明する。
【００６５】
図４は、本発明の実施の形態における電動機制御装置１０の不感帯処理部２０および不感帯制御部２１の動作を示す図である。図４において、図４（ａ）から図４（ｅ）までは、それぞれ速度指令信号Ｖｒ、速度検出信号Ｖｄ、抽出信号ｘ、不感閾値Ｔｈ、抽出振動信号ｘｅの時間ｔのレベル変化を示す。
【００６６】
まず、不感帯制御部２１の動作について図４を用いて説明する。不感帯制御部２１は、上述したように通知された速度指令信号Ｖｒに基づき、不感閾値Ｔｈの値を示す閾値設定信号ｃｔを生成する。基本的には、不感帯制御部２１は、速度指令信号Ｖｒがゼロであるかそれ以外であるかを示す閾値設定信号ｃｔを生成する。また、より具体的には、図４（ｄ）に示すように、速度指令信号Ｖｒが非ゼロのときおよび速度指令信号Ｖｒがゼロになってから一定期間は、不感閾値Ｔｈとして閾値Ｔｈ１が選択され、それ以外の期間においては不感閾値Ｔｈとして閾値Ｔｈ０が選択されるような閾値設定信号ｃｔを生成している。
【００６７】
すなわち、速度指令の加速度変化に起因する高周波成分の振幅は、他に起因するノイズなどの振幅よりも大きい場合が多い。このため、速度指令において加速度変化が生じる場合には不感閾値Ｔｈを大きくすることが好ましく、速度指令において加速度変化が生じない場合には不感閾値Ｔｈを小さくすることが好ましい。よって、不感帯処理部の閾値は次のように算出する。
【００６８】
速度指令信号Ｖｒが非ゼロおよび速度指令終了から所定期間、不感帯処理部２０の不感閾値Ｔｈとして設定される閾値Ｔｈ１は、速度指令の加速度変化に起因する高周波成分の振幅よりも大きい値を設定する。具体的には速度制御部１４のゲイン、速度指令の加速度変化、振動抽出フィルタ１７のカットオフ周波数などや、指令信号の指令単位および検出信号の検出単位などを考慮して、閾値Ｔｈ１を算出する。なお、指令単位や検出単位は、例えば、速度の場合、単位時間あたりの回転数を示すｒｐｍやｒｐｓである。
【００６９】
速度指令信号Ｖｒが上記以外の値を取る場合には、不感帯処理部２０の不感閾値Ｔｈとして設定される閾値Ｔｈ０は、ノイズや速度検出分解能に起因する信号成分の振幅よりも大きく、かつ速度指令の加速度変化に起因する高周波成分の振幅よりも小さくする。つまり、閾値Ｔｈ０は、ノイズや速度検出分解能に起因する信号成分の振幅よりも大きく、かつ閾値Ｔｈ１よりも小さい値を設定する。また、閾値Ｔｈ０も、具体的には速度制御部１４のゲイン、速度指令の加速度変化、振動抽出フィルタ１７のカットオフ周波数などや、指令信号の指令単位および検出信号の検出単位などを考慮して算出する。
【００７０】
次に、不感帯処理部２０の動作について図４を用いて説明する。
【００７１】
図４では、図４（ａ）に示すように速度指令信号Ｖｒを変化させた場合の各信号の波形を示している。まず、時刻ｔ１までは、速度指令信号Ｖｒをゼロ、すなわち電動機１１が停止状態となるように指令している。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間では、速度指令信号Ｖｒをゼロから直線的に大きくし、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間では、速度指令信号Ｖｒを一定の値としている。そして、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間では、速度指令信号Ｖｒを一定とした値からゼロまで直線的に小さくし、時刻ｔ４において速度指令信号Ｖｒがゼロとなる。このように速度指令された場合、加速度の観点からすると、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間は一定な正の値の加速が指令され、時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間は一定な負の値の加速が指令されたことになる。さらに、時刻ｔ１、時刻ｔ２、時刻ｔ３および時刻ｔ４は、加速度が変化する時刻となる。すなわち、図４（ａ）に示すような速度指令を行った場合、４箇所の加速度が変化する加速度変化点が含まれる。
【００７２】
さらに、図４では、このような４箇所の加速度変化点を含む速度指令に電動機１１の回転速度を追従させたとき、時刻ｔ２において機械共振が生じた場合の例を挙げている。以下、このような動作例を用いて、不感帯処理部２０の動作について説明する。
【００７３】
まず、時刻ｔ１までの速度指令信号Ｖｒがゼロのときであっても、ノイズや速度検出分解能に起因する信号成分が存在する。このため、図４（ｃ）に示すように、抽出信号ｘにもこの信号成分Ｓｎが混入し、非ゼロとなる。一方、時刻ｔ１までの期間は、不感帯制御部２１によって不感帯処理部２０の不感閾値Ｔｈには閾値Ｔｈ０が設定されている。そして、不感帯処理部２０の処理によって、閾値Ｔｈ０よりも小さな振幅の信号成分は通過しないため、ノイズや速度検出分解能に起因する振幅の小さな信号成分Ｓｎも通過しない。すなわち、図４（ｅ）に示すように、時刻ｔ１までの期間では、信号成分Ｓｎが除去されたことになり、抽出振動信号ｘｅはゼロとなる。結果として、時刻ｔ１までのように速度指令信号Ｖｒがゼロを継続するような期間は、ノッチ制御部３０は動作しないため、発振抑圧機能の誤動作も生じない。
【００７４】
次に、時刻ｔ１の第１の加速度変化点において、速度指令信号Ｖｒが非ゼロとなる。そして、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、速度指令信号Ｖｒは直線的に増加する。これに従って、電動機１１の回転速度も増加していくため、図４（ｂ）に示すように時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、速度検出信号Ｖｄも増加する。また、振動抽出フィルタ１７は、ある程度の次数を持ったハイパスフィルタやバンドパスフィルタが利用される。このため、第１の加速度変化点のような速度検出信号Ｖｄが変化する時点において、その変化に基づくリンギングを含む信号を出力することになる。すなわち、図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ１の直後において、抽出信号ｘには、速度指令の加速度変化に起因する高周波成分Ｓａが新たに含まれる。一方、時刻ｔ１において速度指令信号Ｖｒが非ゼロとなるため、不感帯制御部２１によって、不感帯処理部２０の不感閾値Ｔｈは閾値Ｔｈ１が設定される。このため、第１の加速度変化点において、ノイズなどによる信号成分Ｓｎよりも振幅が大きい高周波成分Ｓａが抽出信号ｘに含まれたとしても、閾値Ｔｈ１を高周波成分Ｓａの振幅よりも大きく設定しているので、不感帯処理部２０により高周波成分Ｓａが除去される。このように、速度指令において加速度変化が生じたとしても、それに起因する高周波成分Ｓａは除去されるため、ノッチ制御部３０は加速度変化に影響されず、発振抑圧機能の誤動作も生じない。
【００７５】
次に、ここでの動作例では、時刻ｔ２の第２の加速度変化点において機械共振が生じる。図４（ｃ）に示すように、このような機械共振による振動成分Ｓｖは、上述の高周波成分Ｓａなどに比べて大きな振幅となる。すなわち、閾値Ｔｈ１を超えるため、機械共振による振動成分Ｓｖは不感帯処理部２０を通過することになり、図４（ｅ）に示すように、抽出振動信号ｘｅにも振動成分Ｓｖが含まれることになる。その結果、ノッチ制御部３０に振動成分Ｓｖが供給され、発振抑圧機能が動作することになる。
【００７６】
そして、時刻ｔ３の第３の加速度変化点においても、閾値Ｔｈ１の設定が継続しているため、加速度変化に起因する高周波成分Ｓａの影響を抑制できる。また、時刻ｔ４のように、速度指令信号Ｖｒが非ゼロからゼロとなる時点において、その時点から一定期間は閾値Ｔｈ１が設定されるため、時刻ｔ４の直後に生じるリンギングのような高周波成分Ｓａの影響も抑制できる。
【００７７】
また、例えば、時刻ｔ４のように抽出振動信号ｘｅがゼロになった場合でも、閾値Ｔｈ１以下の振幅を有する振動成分が残存する可能性がある。この場合でも、速度指令信号Ｖｒがゼロになり一定時間が経過すると、時刻ｔ５において不感閾値ＴｈはＴｈ０に設定されるので、残存する振動成分の振幅が閾値Ｔｈ０よりも大きければ、不感帯処理部出力ｘｅが再び非ゼロとなる。すなわち、時刻ｔ５を過ぎた時点で、抽出振動信号ｘｅに振動成分が現れることになり、これをゼロにするように適応動作が働く。この結果、閾値Ｔｈ０より大きく、閾値Ｔｈ１より小さい振幅を有する微小な振動成分を抑えるように動作し、速度指令の終了から所定時間経過した後に機械振動の抑制が開始される。
【００７８】
不感帯処理部２０および不感帯制御部２１は、以上説明したように動作するため、ノイズや加速度変化時の高周波成分が発振抑圧機能に与える悪影響を抑制でき、これによって、安定した制御状態を確保できる。
【００７９】
次に、ノッチ制御部３０の詳細な構成およびノッチ制御部３０やノッチフィルタ１５ａによる発振抑圧機能の動作について説明する。
【００８０】
図５は、本発明の実施の形態における電動機制御装置１０の要部を示すブロック図である。また、図５では、ノッチ制御部３０の詳細な構成も示している。
【００８１】
まず、図５に示すようにノッチ制御部３０は、ノッチフィルタ１５ｂと、方向フィルタ３１とフィルタ係数修正部３２とを備えている。ノッチフィルタ１５ｂは、ノッチフィルタ１５ａと同様の周波数特性を有したフィルタであり、抽出振動信号ｘｅを入力しフィルタリング結果信号ｅ１を出力する。方向フィルタ３１は、抽出振動信号ｘｅを入力し方向検出信号ｅ２を出力する。フィルタ係数修正部３２は、方向検出信号ｅ２を参照しながら、フィルタリング結果信号ｅ１の振幅が減少するように、ノッチ制御信号ｃｎによってノッチフィルタ１５ａ、ノッチフィルタ１５ｂおよび方向フィルタ３１のフィルタ係数を修正し、この修正によってノッチ周波数を可変制御する。このように、ノッチフィルタ１５ｂおよび方向フィルタ３１には抽出振動信号ｘｅが入力され、それぞれフィルタリング結果信号ｅ１、方向検出信号ｅ２を出力する。
【００８２】
ノッチフィルタ１５ｂの特性としては、ノッチ幅は所定の値が予め与えられ、ノッチ中心周波数における深さは−∞とする。例えば、次式で示す伝達関数Ｈｂ（ｓ）を持つ２次の再帰型ノッチフィルタとする。
【００８３】
【数２】
2010220278.tif 000004
【００８４】
ここで、ωｎｂはノッチフィルタ１５ｂのノッチ中心周波数であり、ζｂは減衰定数である。周波数特性としては、ノッチフィルタ１５ａと同様であり、図２に示すような特性を有している。図２から分かるように、ノッチ中心周波数ωｎ＝ωｎｂの成分が抑圧される特性を持ち、そのゲイン特性は−∞である。入力である抽出振動信号ｘｅの振動周波数とノッチフィルタ１５ｂのノッチ中心周波数ωｎｂとが大きく異なる場合は、抽出振動信号ｘｅの振幅は抑制されず、一致する場合は、その振幅が抑制される。このため、ノッチフィルタ１５ｂの出力の振幅は、抽出振動信号ｘｅの振動周波数がノッチ中心周波数ωｎｂからずれるに従って大きくなる。すなわち、フィルタリング結果信号ｅ１は、抽出振動信号ｘｅの振動周波数とノッチ中心周波数ωｎｂとのずれの程度を示すと言える。
【００８５】
方向フィルタ３１は、ノッチフィルタ１５ｂの周波数特性に対し、ノッチ中心周波数ωｎより低い周波数領域では同位相であり、高い周波数領域では逆位相の特性を持つ。方向フィルタ３１は、例えば、次式で示す伝達関数Ｈｇ（ｓ）を持つ２次のフィルタである。
【００８６】
【数３】
2010220278.tif 000005
【００８７】
図６は、本発明の実施の形態における電動機制御装置１０の方向フィルタ３１の周波数特性を示す特性図である。図２の周波数特性と比較して分かるように、方向フィルタ３１とノッチフィルタ１５ｂとは、ノッチ中心周波数ωｎ＝ωｎｇとしたとき、ノッチ中心周波数ωｎより低い周波数領域では同位相であり、高い周波数領域では逆位相の周波数位相特性を持つ。
【００８８】
図７は、本発明の実施の形態における電動機制御装置１０のフィルタ係数修正部３２の構成例を示すブロック図である。方向フィルタ３１の方向検出信号ｅ２が入力され、符号出力部１０１によって方向検出信号ｅ２の符号ｇ２が出力される。乗算器１０２では、符号ｇ２とノッチフィルタ１５ｂのフィルタリング結果信号ｅ１とが掛けあわされる。乗算器１０２の乗算結果は、乗算値ｑ１として積分器１０３に入力され、積分器１０３によって積分演算される。積分器１０３の積分結果は、積分値ｑ２として変換部１０４に入力される。そして、変換部１０４は、積分値ｑ２をノッチ中心周波数ωｎに変換する。この変換は、例えば次式で示す指数関数を用いて変換される。
【００８９】
【数４】
2010220278.tif 000006
【００９０】
ここで、ｑ０は予め設定された積分器１０３の積分初期値、Ａは負の所定値である。そして、フィルタ係数設定部１０５は、入力されたノッチ中心周波数ωｎに応じて、ノッチフィルタ１５ａ、ノッチフィルタ１５ｂおよび方向フィルタ３１のフィルタ係数を設定する。すなわち、フィルタ係数設定部１０５に入力されたノッチ中心周波数ωｎが例えば周波数ω０を示すとき、フィルタ係数設定部１０５は、ノッチフィルタ１５ａのノッチ中心周波数ωｎａ＝ω０、ノッチフィルタ１５ｂのノッチ中心周波数ωｎｂ＝ω０、そして方向フィルタ３１の周波数ωｎｇ＝ω０となるように、各フィルタの特定周波数を等しく連動させて設定する。
【００９１】
図８は、本発明の実施の形態における電動機制御装置１０のフィルタ係数修正部３２の各データの時間変化を示す図である。図８（ａ）から図８（ｆ）までは、それぞれフィルタリング結果信号ｅ１、方向検出信号ｅ２、符号ｇ２、乗算値ｑ１、積分値ｑ２、ノッチ中心周波数ωｎの時間変化を示している。
【００９２】
次に、図８を参照しながら、機械共振などで生じた発振を抑制する動作について説明する。
【００９３】
まず、抽出振動信号ｘｅに含まれる振動成分の振動周波数と、ノッチフィルタ１５ｂのノッチ中心周波数ωｎｂとが異なる場合、ノッチフィルタ１５ｂは振動成分を十分に抑圧できない。このため、図８（ａ）に示すように、ノッチフィルタ１５ｂからフィルタリング結果信号ｅ１として抽出振動信号ｘｅがほぼそのまま出力される。今、抽出した振動成分の振動周波数がノッチフィルタ１５ｂのノッチ中心周波数ωｎｂより低いとする。この場合、上述したように、方向フィルタ３１は、ノッチフィルタ１５ｂの周波数位相特性に対し、ノッチ中心周波数ωｎｂより低い周波数領域では同位相の特性を持つので、図８（ａ）に示すように、方向検出信号ｅ２はフィルタリング結果信号ｅ１と同位相になる。また、符号出力部１０１からは、図８（ｃ）に示すような方向検出信号ｅ２の符号ｇ２が出力される。フィルタリング結果信号ｅ１と符号ｇ２とが乗算器１０２により乗算され、乗算器１０２からは、図８（ｄ）に示すような乗算値ｑ１が出力される。図８の場合、方向検出信号ｅ２とフィルタリング結果信号ｅ１とは同位相であるので、乗算値ｑ１は非負、すなわち正の値となる。乗算値ｑ１は正の値なので、図８（ｅ）に示すように積分値ｑ２は増加していく。（式４）においてＡが負の所定値であるので、図８（ｆ）に示すように、積分値ｑ２の増加に伴ってノッチ中心周波数ωｎｂは低い周波数へと変化し、やがて、抽出した振動成分の振動周波数と一致する。このとき、ノッチフィルタ１５ｂは、その特性から振動成分を抑圧するためフィルタリング結果信号ｅ１はゼロになり、積分値ｑ２は変化しなくなる。
【００９４】
逆に、抽出した振動成分の振動周波数がノッチフィルタ１５ｂのノッチ中心周波数ωｎｂよりも高い場合、方向フィルタ３１は、ノッチフィルタ１５ｂの周波数位相特性に対し、ノッチ中心周波数ωｎｂより高い周波数領域では逆位相の特性を持つので、方向検出信号ｅ２はフィルタリング結果信号ｅ１と逆位相になる。この場合、乗算値ｑ１は非正、すなわち負の値になるため、（式４）より積分値ｑ２は減少していく。これはノッチ中心周波数ωｎｂが高い周波数へと変化していくことを意味する。ノッチ中心周波数ωｎｂが上がり、やがて、抽出した振動成分の振動周波数と一致する。このとき、ノッチフィルタ１５ｂは、その特性から振動成分を抑圧するため、フィルタリング結果信号ｅ１はゼロになり、積分値ｑ２は変化しなくなる。
【００９５】
このように、フィルタ係数修正部３２は、ノッチ中心周波数ωｎｂと速度検出信号Ｖｄに含まれる振動成分の振動周波数とが一致するよう動作することになる。
【００９６】
そして、方向フィルタ３１はノッチフィルタ１５ｂの周波数位相特性に対し、ノッチ中心周波数ωｎｂより低い周波数領域では同位相、かつ高い周波数領域では逆位相の特性を持つ。このため、ノッチ中心周波数ωｎｂは、必ず速度検出信号Ｖｄに含まれる振動成分の振動周波数へと収束する。また、ノッチフィルタ１５ａのノッチ中心周波数ωｎａとノッチフィルタ１５ｂのノッチ中心周波数ωｎｂとが等しくなるように設定しているため、速度制御系内に配置されたノッチフィルタ１５ａのノッチ中心周波数ωｎａも、抽出した振動成分の振動周波数に修正され、結果として自動的に共振抑制ができる。
【００９７】
以上説明したように、本発明の電動機制御装置は、検出信号と指令信号とに基づき、電動機による可動部の動き動作をフィードバック制御する制御系を有し、制御系内の制御信号に対してノッチ周波数とする周波数の信号成分を減衰させるノッチフィルタと、検出信号から所定周波数の信号成分を抽出し、抽出信号として出力する抽出フィルタと、指令信号に応じて抽出信号から不感閾値以下となる振幅の信号成分を除去し、抽出振動信号として出力する不感帯処理部と、抽出振動信号に基づきノッチ周波数を変更するように、ノッチフィルタを制御するノッチ制御部とを備えている。このため、例えば指令量を急激に変化させたことにより、大きな振幅の高周波成分が抽出信号に混入するような場合であっても、不感閾値を指令信号に応じた値とすることで、抽出信号からこの高周波成分を除去できる。逆に、指令信号に変化がない場合には、例えば、不感閾値をノイズレベルとすることができ、機械共振に基づく振動成分のみを精度よくノッチ制御部に供給できる。このように、本発明の電動機制御装置は不感閾値を適応的に設定できるため、速度指令などの指令量の変化に影響されず、機械共振を常に安定して抑制することができる。したがって、本発明の電動機制御装置によれば、速度指令などの指令量の変化に影響されず、機械共振を常に安定して抑制することが可能であり、常に安定した制御状態を確保しながら電動機やその負荷の動き動作の制御を行う電動機制御装置を提供することができる。
【００９８】
なお、本実施の形態において、制御系として速度制御系の一例を挙げて説明したが、速度制御系に代えて、位置制御系としたシステム構成に置き換えても同様の作用効果が発揮される。
【００９９】
また、本実施の形態では、速度検出器が電動機の可動部の速度を検出する一例を挙げて説明したが、速度検出器が負荷の速度を検出するようなシステム構成であってもよい。さらに、位置検出器によって電動機の可動部や負荷の位置を検出し、位置制御系によって位置制御されるような構成であってもよい。さらに、検出位置を微分して検出速度とするような回路を含めた構成により位置検出器を備えた速度制御系や、検出速度を積分して検出位置とするような回路を含めた構成により速度検出器を備えた位置制御系としてもよい。要するに、電動機による可動部の動き動作が、指令された位置や速度などの動き量に追従するようにフィードバック制御する制御系に本発明を適用することができる。また、動き動作として、電動機による可動部の回転動作であってもよく、直線動作であってもよく、その他の動き動作であってもよい。
【０１００】
また、本実施の形態では、不感閾値として２つの閾値を設定する一例を挙げて説明したが、２つ以上の閾値を設定してもよい。例えば、３つの閾値を用意し、速度指令の加速度変化時間、および加速度変化終了からの所定期間は、不感帯の閾値として第１の閾値を設定し、速度指令が非ゼロで、かつ速度指令の加速度変化時間および加速度変化終了からの所定期間を除く期間は、第２の閾値を設定し、上記期間を除く期間において、第３の閾値を設定するような構成としてもよい。
【０１０１】
また、本実施の形態では、速度指令信号の値に基づいて閾値を切り替えたが、速度指令信号の微分値の絶対値に基づいて閾値を切り替えるような構成としてもよい。すなわち、速度指令の加速度変化に起因する高周波成分の振幅がノイズなどの振幅よりも大きい場合が多いため、速度指令を微分して指令における加速度を求め、加速度が大きく変化するときの高周波成分を抽出信号から除去するような構成とすることも可能である。
【０１０２】
また、本実施の形態では、速度指令信号の値に基づいて閾値を切り替えたが、指令信号の移動平均値に基づいて閾値を切り替えるような構成としてもよい。これにより、閾値が頻繁に変化することなどによる悪影響を抑制できる。
【０１０３】
また、本実施の形態では、ノッチフィルタのフィルタ係数を修正し共振振動を抑制する電動機制御装置を説明したが、本発明は、上述したような構成に限定されず、振動成分を検出し、この検出結果に基づいて速度制御や位置制御系内に配置されたノッチフィルタのノッチ周波数を修正し、共振振動を抑制する電動機制御装置であれば実施の形態で説明した内容によって同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の電動機制御装置は、機械共振などに対して精度よくその振動の抑制が可能であり、常に電動機を安定して制御することができるため、部品実装機や半導体製造装置など電動機を使用する装置で、特に機械共振が生じるような装置を駆動する電動機制御装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の実施の形態における電動機制御装置の構成を示すブロック図
【図２】同電動機制御装置のノッチフィルタの周波数特性および位相特性の一例を示す特性図
【図３】同電動機制御装置の不感帯処理部の非線形特性の一例を示す特性図
【図４】同電動機制御装置の不感帯処理部および不感帯制御部の動作を示す図
【図５】同電動機制御装置の要部を示すブロック図
【図６】同電動機制御装置の方向フィルタの周波数特性を示す特性図
【図７】同電動機制御装置のフィルタ係数修正部の構成例を示すブロック図
【図８】同電動機制御装置のフィルタ係数修正部の各データの時間変化を示す図
【図９】従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【０１０６】
１０    電動機制御装置
１１    電動機
１２    負荷
１３    速度検出器
１４    速度制御部
１５，１５ａ，１５ｂ    ノッチフィルタ
１６    トルク制御部
１７    振動抽出フィルタ
２０    不感帯処理部
２１    不感帯制御部
３０    ノッチ制御部
３１    方向フィルタ
３２    フィルタ係数修正部
９０    電動機制御装置
１０１    符号出力部
１０２    乗算器
１０３    積分器
１０４    変換部
１０５    フィルタ係数設定部
【図１】
2010220278.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010220278.tif 000014
【図９】
2010220278.tif 000015