(57)【要約】  フィードバックループの発振を検出し、制御部のゲイン値を更新しながらゲイン調整することができる電動機制御装置およびそのゲイン調整方法を提供する。  電動機（１）と、動作量検出部（２）と、制御部（３）と、機械（５）と、掃引正弦波を発生する外乱信号発生部（１０）と、補償駆動力検出部（１１）と、振動算出部（１２）と、発振検出部（１３）と、振動記憶部（１４）と、開ループ模擬ゲイン演算部（１５）と、ゲイン変更部（３０）と、ゲイン自動変更部（３１）とを備え、振動の大きさに係わる第１の閾値と、周波数に係わる第２の閾値とに従い、応答の時系列信号を処理して発振を検出する。
2009019953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機または機械の動作量を検出する動作量検出部の検出信号を入力し、指令信号を受けて前記電動機を駆動するための駆動力を発生する制御部と、前記制御部が発生した駆動力に外乱信号を加える外乱信号発生部と、前記制御部が発生した駆動力を検出する補償駆動力検出部と、前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号の絶対値もしくは二乗値に基づいて算出した振動の大きさおよび振動周波数を算出する振動算出部と、を備え、前記指令信号と前記動作量が一致するように前記制御部を介して前記電動機を制御するためのフィードバックループを構成した電動機制御装置において、
前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号の大きさを基準とする予め決められた少なくとも１つの第１の閾値と、振動周波数を基準とする予め決められた少なくとも１つの第２の閾値と、に基づいて、前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号を判定して前記フィードバックループの発振を検出する発振検出部と、を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
前記補償駆動力検出部の信号を用いて、模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出する開ループ模擬ゲイン演算部をさらに備えた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】
前記外乱信号発生部は、前記制御部が発生した駆動力に掃引正弦波の外乱信号を加え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】
前記振動算出部は、前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号に基づいて振動が大きい時系列地点の振動周波数を算出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】
前記制御部は、その応答性を可変にするゲイン変更部を備えた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６】
前記振動算出部が検出した振動周波数および振動の大きさの値を記憶する振動記憶部を備えたえたことを特徴とする請求項５に記載の電動機制御装置。
【請求項７】
前記振動記憶部は、前記ゲイン変更部の値を記憶することを特徴とする請求項６に記載の電動機制御装置。
【請求項８】
前記制御部は前記ゲイン変更部を自動変更し、前記発振検出部に従い自動変更を停止し、振動記憶部に記憶したゲインに戻すゲイン自動変更部を備えたことを特徴とする請求項７に記載の電動機制御装置。
【請求項９】
前記外乱信号発生部は、前記制御部が発生した駆動力に広域周波数成分を持つ外乱信号を加え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１０】
前記補償駆動力検出部と、前記外乱信号発生部と、の信号から一巡開ループ伝達関数を算出する一巡開ループ伝達関数演算部と、を備えたことを特徴とする請求項９に記載の電動機制御装置。
【請求項１１】
前記動作量検出部と、前記外乱信号発生部と、の信号から前記電動機と駆動される前記機械の特性を算出する機械特性演算部を備えたことを特徴とする請求項９に記載の電動機制御装置。
【請求項１２】
電動機または機械の動作量を検出する動作量検出部の検出信号を入力し、指令信号を受けて前記電動機を駆動するための駆動力を発生する制御部を備え、前記指令信号と前記動作量が一致するように前記制御部を介して前記電動機を制御するためのフィードバックループを構成し、外乱信号として掃引正弦波を発生し、前記制御部が発生した駆動力に前記外乱信号を加えて前記電動機を駆動し、前記制御部が発生した駆動力を検出し、前記制御部が発生した駆動力もしくは前記動作量検出部の信号の絶対値もしくは二乗値に基づいて振動の大きさを算出し、前記駆動力もしくは前記動作量検出部の信号の周波数に基づいて振動が大きい時系列地点の振動周波数を算出する電動機制御装置のゲイン調整方法において、
前記駆動力もしくは前記動作量検出部の信号の大きさを基準とする予め決められた少なくとも１つの第１の閾値と、振動周波数を基準とする予め決められた少なくとも１つの第２の閾値と、に基づいて、前記制御部が発生した駆動力もしくは前記動作量検出部の信号を判定して前記フィードバックループの発振を検出する処理を行うことを特徴とする電動機制御装置のゲイン調整方法。
【請求項１３】
前記制御部が発生した駆動力を用いて、模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出する処理を行うことを特徴とする請求項１２に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法。
【請求項１４】
応答性を可変にする前記制御部のゲインを変更する処理を行うことを特徴とする請求項１２に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法。
【請求項１５】
前記制御部が発生した駆動力もしくは、前記動作量検出部の信号より求めた振動周波数と振動の大きさを記憶する処理を行うことを特徴とする請求項１４に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法。
【請求項１６】
前記制御部のゲインの値を記憶する処理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のゲイン調整方法。
【請求項１７】
前記制御部のゲインを自動変更し、発振の検出に従い自動変更を停止し、記憶したゲインの値に戻す処理を行うことを特徴とする請求項１６に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法。
【請求項１８】
外乱信号として前記掃引正弦波に代えて、広域周波数成分を持つ信号を発生し、前記広域周波数成分を持つ信号と、前記制御部が発生した駆動力と、から一巡開ループ伝達関数を算出する処理を行うことを特徴とする請求項１２に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法。
【請求項１９】
外乱信号として前記掃引正弦波に代えて、広域周波数成分を持つ信号を発生し、前記広域周波数成分を持つ信号と、前記動作量検出部が検出した信号と、から前記電動機と前記機械を含む特性を算出する処理を行うことを特徴とする請求項１２に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置などの位置決め装置あるいは工作機械や産業用ロボットに用いられる電動機制御装置に関するものである。本発明は、外乱信号を掃引正弦波として駆動力に加えて、振動の大きさ基準とする第１の閾値と振動周波数を基準とする第２の閾値とで制御部のフィードバックループの発振を検出し、簡便にゲイン余裕を評価する電動機制御装置およびそのゲイン調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のサーボ制御装置の限界ゲイン抽出方法は、最適な制御ゲインが自動的に設定できるサーボ制御装置の限界ゲインを抽出するために、サーボ制御装置で、振動検出手段と、制御ゲインを上げたところであるレベルの振動を与えるような模擬外乱トルクをトルク指令に加える加振手段を持っている。従来は、調整して加振し振動検出手段で振動検出を行い、あるレベルの振動を検出するまで制御ゲインを上げ模擬外乱トルクを加える処理を繰り返し、あるレベルを超えた振動を検出した時の制御ゲインを限界ゲインとする限界ゲイン抽出方法で、最大ゲインを予め決めてそこで制御ゲインを抑える方法としている。（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
従来の電動機制御装置の共振周波数検出装置は、簡単な演算で共振周波数を高速に計測でき、安価な演算装置で共振周波数が検出できる電動機制御装置の共振周波数検出装置を提供するために、機械を駆動する電動機２０３と、その機械の動作量を検出する検出手段２０５と、制御指令を受けて電動機２０３を駆動する制御部２０２とからなる。この従来の電動機制御系において、掃引正弦波信号を発生して電動機制御系に入力する指令発生器２０１と、指令発生器２０１が出力する掃引正弦波信号の周波数情報と検出手段２０５の信号を入力し、検出手段２０５の信号の絶対値が最大となる掃引正弦波信号の周波数を共振周波数として出力するようにしている。（例えば、特許文献２参照）【０００４】
また、従来のディジタルサーボの安定理論と判別法では、（１）特性根からの判別（２）開ループからの安定判別について紹介し、（２）の開ループからの安定判別として、実用的なナイキスト判定法である、開ループ（一巡開ループ伝達関数）のボード線図によるゲイン余裕・位相余裕有りの安定、安定限界、不安定を明記しているものもある。（例えば、非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−４５９３７号公報（図２、図４、図６）
【特許文献２】特開２００３−１３４８６８号公報（図１、図８）
【非特許文献１】本田・城谷著「図解と実践で学ぶディジタルサーボの理論と実践」日刊工業新聞社、１９９８年６月３０日、ｐ．４２−４６
【０００５】
第１の従来技術である特許文献１のサーボ制御装置の限界ゲイン抽出方法について説明する。
図２７は第１の従来技術である特許文献１のサーボ制御装置の制御ブロック図、図２８は第１の従来技術である特許文献１のゲインを上げた時の振動の発生、振動発生時のゲイン低下および限界ゲイン抽出タイミングを示す図、図２９は第１の従来技術である特許文献１の限界ゲイン抽出処理のフローチャートである。
図２７、２８のように疑似外乱トルクをステップ信号で加えることにより、摩擦等の機械負荷に打ち勝って安定状態を壊し振動を誘発する。
この限界ゲインの具体的な検出手順は、以下、図２９のフローチャートを参照すると、最初に、位置ループや速度ループといった制御系のゲインを低ゲインとしておき、通常運転或いは運転して機械特有の運転時の振動レベルを振動検出手段により検出する。（Ｓ１）
次に、位置ループや速度ループといった制御系のゲインを低ゲインとしておき、図２８の制御ブロック図のトルク指令τrefに模擬外乱トルクをステップで加えて（Ｓ２）、位置偏差或いは速度等の応答がある振動レベルを超えているかどうかを判断する（Ｓ３）。ステップＳ３で、振動レベルを超えていなければ（Ｎｏならば）、加えた模擬外乱トルクが機械負荷を超えられなかったと考え、模擬外乱トルクを大きくする（Ｓ４）。あらかじめ定めたレベルまで、応答が大きくなるように模擬外乱トルクを大きくする。
そして模擬外乱トルクをあるレベルまで大きくしても応答が大きくならない場合、応答の検出レベルを下げる。このようにして模擬外乱トルクの大きさとその応答の検出レベルを調整する。
ステップＳ３で、振動レベルを超えていれば（Ｙｅｓならば）、模擬外乱トルクの大きさを決めた後で、次に図２８に示すような時間タイミングで段階的にゲインを上げる（Ｓ５）。ステップＳ５の処理のように制御ゲインを上げた後、ゲインが設定最大ゲインかどうかを判断する（Ｓ６）。ステップＳ６でＮｏならば、トルク指令に模擬外乱トルクを加え（Ｓ７）、振動検出手段１にて、振動を確認する（Ｓ８）。振動検出手段１は例えばトルク又は速度等の振幅を振動検出レベルと比較し、大きい場合振動として検出する。
模擬外乱トルクを加えた後に、あるレベルを超えて振動を検出したら、図２８のようなタイミングで模擬外乱トルクを加えるのは停止し、制御ゲインを振動しないレベル迄下げる（Ｓ９）。あるいは、確実に振動を止めるため、トルク指令を絞るか、位置偏差を一瞬ゼロにする。そして振動した時のゲインの１つ前のゲインをマイクロコンピュータ内等の記憶手段内に限界ゲインとして記憶しておく。この記憶したゲインが検出すべき限界ゲインである。
また、ステップＳ６で既に最大ゲインの設定値等になった（Ｙｅｓ）ならば、模擬外乱トルクを増やし（Ｓ１０）、Ｓ１１〜１４の処理を行って、振動レベルを超えると（Ｓ１４）、限界ゲインを更新する（Ｓ１５）というゲイン余裕度を確保する処理を行う。
模擬外乱トルクを大きくしていくと機械への衝撃も大きくなり、振動が発生しないような制御ゲインは小さくなる。
模擬外乱トルクを少し大きくして（Ｓ１０）、同様に次のＳ１１〜Ｓ１４で限界ゲインの抽出を行う。このように模擬外乱トルクを少し大きくして限界ゲインの抽出を行うと、制御ゲインは下がりその分が、実際の運転時における制御ゲインの余裕となり、余裕を持って運転ができる。そして用途等に応じて余裕を変えることができる。
このように、従来のサーボ制御装置の限界ゲイン抽出方法は、最適な制御ゲインが自動的に設定できるサーボ制御装置の限界ゲインを抽出するのである。【０００６】
第２の従来技術である特許文献２の電動機制御装置の共振周波数検出装置について説明する。
図３０は第２の従来技術である特許文献２の共振周波数検出装置の構成を示すブロック図である。また、図３１は、第２の従来技術である特許文献２の時間応答波形である。
指令発生器２０１は最小周波数Fminから最大周波数Fmaxまで周波数が変化する掃引正弦波指令を指令信号Ｃとして出力し、同時に、時々刻々と変化する指令信号Ｃの周波数の情報Ａも出力する。制御器２０２は、指令発生器２０１から受けた指令信号Ｃに従って電動機２０３を駆動し、連結された機械２０４が動作する。電動機２０３に連結された検出手段２０５の出力は図３０のように電動機動作量ｍを検出し、これを応答信号Ｓとして信号処理器２０６に送る。この図では電動機２０３と機械２０４が連結されているため、電動機動作量ｍを検出すれば、機械２０４の共振特性を検出できる。この応答信号Ｓは機械２０４が周波数に依存して少しの外乱でも大きな反応を示す共振特性を持つため、共振周波数では振幅が最大となる。信号処理器２０６は掃引正弦波指令の周波数情報Ａと応答信号Ｓを受け取り、最小周波数Fminを過ぎた検出最小下限周波数Flim  から共振周波数の検出のための演算を行なう。検出最小下限周波数Flim以上で、図３１のように、応答信号Ｓの絶対値が最大となるときの掃引正弦波の周波数を共振周波数と判断して共振周波数検出結果ｆを出力する。
このように、従来の電動機制御装置の共振周波数検出装置は、掃引正弦波で電動機を駆動して共振周波数を検出するのである。【０００７】
第３の従来技術である非特許文献１のディジタルサーボの安定理論と判別法について説明する。
図３２は第３の従来技術である非特許文献１の開ループ（一巡開ループ伝達関数）ボード線図による動特性推定の例である。このボード線図は制御系の安定度を理論的に示す方法であり、左から  (ａ)安定(ｂ)安定限界(ｃ)不安定を示している。
ゲインが０ｄBのとき、(ａ)安定の場合は、位相が０Hz時より-１８０度変化しておらず、これを位相余裕と呼ぶ。また、位相が-１８０度変化しても、ゲインが０ｄB以下のレベルであり、このゲインをゲイン余裕と呼ぶ。
(ｂ) 安定限界ではゲインが０ｄBのとき、位相が-１８０度変化している。つまり、位相が-１８０度変化したとき、ゲインは０ｄBであり、ゲイン余裕、位相余裕共に限界にある。
(ｃ) 不安定では、ゲインが０ｄBのとき、位相がすでに-１８０度以上変化している。また、位相が-１８０度変化したとき、ゲインは０dB以上ある。ゲイン余裕、位相余裕共に無く、不安定である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
第１の従来技術である特許文献１のサーボ制御装置の限界ゲイン抽出方法は、振動の発生の判定は大きさ(振幅)のみとなっていて周波数を考慮することができないという問題があった。また、模擬外乱トルクをステップ信号で加えており、ステップ形状により誘発できる発振が、実動作時の動作とは必ずしも一致しない場合は、実動作時に最適なゲイン値にならず、発振するというような問題もあった。【０００９】
第２の従来技術である特許文献２の電動機制御装置の共振周波数検出装置は、共振周波数検出結果を求めるもので、制御器２０２のゲイン値を求めることができなかった。ゲイン値を上げすぎていると、適用時に発振する問題もあるが、作業者が判断しなければならないという問題もあった。【００１０】
第３の従来技術である非特許文献１のディジタルサーボの安定理論と判別法は、周波数分析とその結果を用いた数値演算により開ループ（一巡開ループ伝達関数）ボード線図を算出する必要があり、ゲイン値を変更しながら開ループ（一巡開ループ伝達関数）ボード線図を観察するのは煩雑であるという問題があった。また、図３１に示すようなボード線図は、剛体系のみであり、実際の機械では多慣性の特性を持ち、ボード線図の形状が図３１とは異なるという問題もあった。【００１１】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、多慣性の特性を持った機械においても、ゲイン値を変更しながら開ループ（一巡開ループ伝達関数）ボード線図を観察する必要もなく、実動作に沿った状況で、フィードバックループの発振を検出し、制御部のゲイン値を更新しながらゲイン調整することができる電動機制御装置およびそのゲイン調整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】
【００１２】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、電動機または機械の動作量を検出する動作量検出部の検出信号を入力し、指令信号を受けて前記電動機を駆動するための駆動力を発生する制御部と、前記制御部が発生した駆動力に外乱信号を加える外乱信号発生部と、前記制御部が発生した駆動力を検出する補償駆動力検出部と、前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号の絶対値もしくは二乗値に基づいて算出した振動の大きさおよび振動周波数を算出する振動算出部と、を備え、前記指令信号と前記動作量が一致するように前記制御部を介して前記電動機を制御するためのフィードバックループを構成した電動機制御装置において、前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号の大きさを基準とする予め決められた少なくとも１つの第１の閾値と、振動周波数を基準とする予め決められた少なくとも１つの第２の閾値と、に基づいて、前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号を判定して前記フィードバックループの発振を検出する発振検出部と、を備えたことを特徴とするものである。  【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動機制御装置において、前記補償駆動力検出部の信号を用いて、模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出する開ループ模擬ゲイン演算部をさらに備えたことを特徴とするものである。【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電動機制御装置において、前記外乱信号発生部は、前記制御部が発生した駆動力に掃引正弦波の外乱信号を加えることを特徴とするものである。【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電動機制御装置において、前記振動算出部は、前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号に基づいて振動が大きい時系列地点の振動周波数を算出することを特徴とするものである。【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の電動機制御装置において、前記制御部は、その応答性を可変にするゲイン変更部を備えたことを特徴とするものである。【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の電動機制御装置において、前記振動算出部が検出した振動周波数および振動の大きさの値を記憶する振動記憶部を備えたえたことを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の電動機制御装置において、前記振動記憶部は、前記ゲイン変更部の値を記憶することを特徴とするものである。
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電動機制御装置において、前記制御部は前記ゲイン変更部を自動変更し、前記発振検出部に従い自動変更を停止し、振動記憶部に記憶したゲインに戻すゲイン自動変更部を備えたことを特徴とするものである。【００１８】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の電動機制御装置において、前記外乱信号発生部は、前記制御部が発生した駆動力に広域周波数成分を持つ外乱信号を加えることを特徴とするものである。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の電動機制御装置において、前記補償駆動力検出部と、前記外乱信号発生部と、の信号から一巡開ループ伝達関数を算出する一巡開ループ伝達関数演算部と、を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の電動機制御装置において、前記動作量検出部と、前記外乱信号発生部と、の信号から前記電動機と駆動される前記機械の特性を算出する機械特性演算部を備えたことを特徴とするものである。【００１９】
また、請求項１２に記載の発明は、電動機または機械の動作量を検出する動作量検出部の検出信号を入力し、指令信号を受けて前記電動機を駆動するための駆動力を発生する制御部を備え、前記指令信号と前記動作量が一致するように前記制御部を介して前記電動機を制御するためのフィードバックループを構成し、外乱信号として掃引正弦波を発生し、前記制御部が発生した駆動力に前記外乱信号を加えて前記電動機を駆動し、前記制御部が発生した駆動力を検出し、前記制御部が発生した駆動力もしくは前記動作量検出部の信号の絶対値もしくは二乗値に基づいて振動の大きさを算出し、前記駆動力もしくは前記動作量検出部の信号の周波数に基づいて振動が大きい時系列地点の振動周波数を算出する電動機制御装置のゲイン調整方法において、前記駆動力もしくは前記動作量検出部の信号の大きさを基準とする予め決められた少なくとも１つの第１の閾値と、振動周波数を基準とする予め決められた少なくとも１つの第２の閾値と、に基づいて、前記制御部が発生した駆動力もしくは前記動作量検出部の信号を判定して前記フィードバックループの発振を検出する処理を行うことを特徴とするものである。【００２０】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法において、前記制御部が発生した駆動力を用いて、模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出する処理を行うことを特徴とするものである。【００２１】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法において、応答性を可変にする前記制御部のゲインを変更する処理を行うことを特徴とするものである。【００２２】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法において、前記制御部が発生した駆動力もしくは、前記動作量検出部の信号より求めた振動周波数と振動の大きさを記憶する処理を行うことを特徴とするものである。【００２３】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法において、前記制御部のゲインの値を記憶する処理を行うことを特徴とするものである。【００２４】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法において、前記制御部のゲインを自動変更し、発振の検出に従い自動変更を停止し、記憶したゲインの値に戻す処理を行うことを特徴とするものである。【００２５】
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１２に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法において、外乱信号として前記掃引正弦波に代えて、広域周波数成分を持つ信号を発生し、前記広域周波数成分を持つ信号と、前記制御部が発生した駆動力と、から一巡開ループ伝達関数を算出する処理を行うことを特徴とするものである。【００２６】
また、請求項１９に記載の発明は、請求項１２に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法において、外乱信号として前記掃引正弦波に代えて、広域周波数成分を持つ信号を発生し、前記広域周波数成分を持つ信号と、前記動作量検出部が検出した信号と、から前記電動機と前記機械を含む特性を算出する処理を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、補償駆動力検出部もしくは検出部の応答信号の大きさに対する第１の閾値と、周波数に対する第２の閾値との、２種類の閾値を用いて発振を検出することができ、請求項３および請求項４ならびに請求項１２ないし請求項１７に記載の発明によると、第２の閾値を周波数に代えて時系列地点に対する閾値とできるので、簡便に制御部の発振限界を評価することができる。【００２８】
また、請求項５ないし請求項８、および請求項１４ないし請求項１７に記載の発明によると、制御部のゲイン値を可変にでき、ゲインを調整しながら簡便に制御部の発振限界を検出することができる。【００２９】
また、請求項６および請求項１５に記載の発明によると、振動周波数と振動の大きさを記憶することができる。
また、請求項７、および請求項１６に記載の発明によると、振動周波数と振動の大きさと、制御部のゲイン値を記憶することができる。
また、請求項６、請求項７、請求項１５および請求項１６に記載の振動周波数と振動の大きさを記憶することにより、第１の閾値と、第２の閾値と対比させ、制御部の発振限界を検出することができる。
また、請求項７と請求項１６に記載のゲイン値を記憶することにより、制御部の発振限界を検出した後に、発振しないゲイン値に戻すことができる。【００３０】
また、請求項８と請求項１７とに記載の発明によると、制御部のゲインを変更して、自動的にゲイン・パラメータを調整することができ、発振を検出すると、発振しないゲイン値に戻すことができるので、制御部のゲイン値を自動調整することができる。【００３１】
また、請求項２と請求項１３とに記載の発明によると、一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線の特性を模擬的に算出することができ、簡便に一巡開ループ伝達関数を評価することができる。【００３２】
また、請求項１０と請求項１８とに記載の発明によると、簡便な一巡開ループ伝達関数の評価だけでなく、詳細に一巡開ループ伝達関数を評価することがでる。最終的な制御部のゲイン余裕・位相余裕を把握することができる。【００３３】
また、請求項１１と請求項１９とに記載の発明によると、予め電動機と前記機械の特性を算出することができ、予め第１の閾値と、第２の閾値と対比させる領域を把握しておくことができる。また、予め制御部によるフィルタの適用を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施例を示す電動機制御装置の構成図
【図２】本発明の第１実施例を示す制御部の構成図
【図３】本発明の第１実施例を示す電動機制御装置のゲイン調整方法の手順
【図４】本発明の第１実施例を示す電動機制御装置の開ループ模擬ゲイン演算部による模擬的な一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線の算出を示す簡略化したブロック図（一巡開ループ伝達関数演算部による一巡開ループ伝達関数の算出を示す簡略化したブロック図）
【図５】本発明の第１実施例を示す第１の閾値と第２の閾値による発振検出の概念図
【図６】本発明の第１実施例を示す外乱信号である掃引正弦波を示す図
【図７】本発明の第１実施例を示す外乱信号を加える前の駆動力を示す図
【図８】本発明の第１実施例を示す検出部が検出する外乱信号入力時の応答を示す図
【図９】本発明の第１実施例を示す閉ループ特性を示す図
【図１０】本発明の第１実施例を示す外乱信号を加える前の駆動力の絶対値を示す図
【図１１】本発明の第１実施例を示す一巡開ループ伝達関数を示す図
【図１２】本発明の第１実施例を示す外乱信号を加える前の駆動力に基づいて模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出した結果を示す図
【図１３】本発明の第１実施例を示す閉ループ特性および一巡開ループ伝達関数を示す図
【図１４】本発明の第１実施例を示す外乱信号を加える前の駆動力に基づいて模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出した結果を示す図
【図１５】本発明の第１実施例を示す位置決め動作時の指令速度と速度応答を示す図
【図１６】本発明の第１実施例を示す位置決め動作時の位置偏差を示す図（低応答）
【図１７】本発明の第１実施例を示す位置決め動作時の位置偏差を示す図（高応答）
【図１８】本発明の第１実施例を示す位置決め動作時の位置偏差を示す図（不安定）
【図１９】本発明の第２実施例を示す電動機制御装置の構成図
【図２０】本発明の第２実施例を示す電動機制御装置のゲイン調整方法の手順の概略
【図２１】本発明の第２実施例を示す電動機制御装置のゲイン調整方法の詳細な手順
【図２２】本発明の第２実施例を示す電動機制御装置の一巡開ループ伝達関数を示す図
【図２３】本発明の第３実施例を示す電動機制御装置の構成図
【図２４】本発明の第３実施例を示す電動機制御装置のゲイン調整方法の手順の概略
【図２５】本発明の第３実施例を示す電動機制御装置の機械特性演算部による電動機と機械の特性の算出を示す簡略化したブロック図
【図２６】本発明の第３実施例を示す電動機制御装置電動機と機械の特性を示す図
【図２７】第１の従来技術である特許文献１のサーボ制御装置の制御ブロック図
【図２８】第１の従来技術である特許文献１のゲインを上げた時の振動の発生、振動発生時のゲイン低下および限界ゲイン抽出タイミングを示す図
【図２９】第１の従来技術である特許文献１の限界ゲイン抽出処理のフローチャート
【図３０】第２の従来技術である特許文献２の共振周波数検出装置の構成を示すブロック図
【図３１】第２の従来技術である特許文献２の時間応答波形
【図３２】第３の従来技術である非特許文献１の開ループ（一巡開ループ伝達関数）ボード線図による動特性推定の例
【符号の説明】
【００３５】
１  電動機
２、２a、２b  動作量検出部
３  制御部
５  機械
１０  外乱信号発生部
１１  補償駆動力検出部
１２  振動算出部
１３  発振検出部
１４  振動記憶部
１５  開ループ模擬ゲイン演算部
２１  一巡開ループ伝達関数演算部
２２  機械特性演算部
３０  ゲイン変更部
３１  ゲイン自動変更部
１１１  Ｋｐ
１１２  速度制御
１１３  モータ
１１４  積分
２０１  指令発生器
２０２  制御器
２０３  電動機
２０４  機械
２０５  検出手段
２０６  信号処理器
Ｃ  指令信号
ｍ  電動機動作量
ｘ  機械動作量
Ｓ  応答信号
Ａ  掃引正弦波指令の周波数情報
ｆ  共振周波数検出結果
【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を参照して説明する。
実際の電動機制御装置には様々な機能や手段が内蔵されているが、図には本発明に関係する機能や手段のみを記載し説明することとする。また、以下同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。
【実施例１】
【００３７】
図１は、本発明の第１実施例を示す電動機制御装置の構成図、図２は、本発明の第１実施例を示す制御部の構成図である。図１において、１は電動機、２ は検出部、３は制御部、５は機械、１０は外乱信号発生部、１１は補償駆動力検出部、１２は振動算出部、１３は発振検出部、１４は振動記憶部、１５は開ループ模擬ゲイン演算部となっている。また、図２において、３０はゲイン変更部、３１はゲイン自動変更部となっている。なお、発振検出部１３は図示していない第１の閾値と第２の閾値とに従い、発振を検出する。【００３８】
図３は本発明の第１実施例を示す電動機制御装置のゲイン調整方法の手順である。
図３において、ST.０１は掃引正弦波を発生する処理を行うステップ、ST.０２は制御部３が発生した駆動力に外乱信号を加えて電動機１を駆動する処理を行うステップである。ST.０３は制御部３が発生した駆動力を検出する処理を行うステップ（ST．０３a）もしくは検出部２の信号を検出する処理を行うステップ（ST．０３b）、ST.０４は模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出する処理を行うステップである。ST.０５は振動の大きさを検出する処理を行うステップ、ST.０６は振動周波数を検出する処理を行うステップ、ST.０７は振動周波数と振動の大きさを記憶する処理を行うステップである。ST.０８はフィードバックループの発振を検出する処理を行うステップ、ST.０９はゲイン値を更新する処理を行うステップである。ST.１０はゲイン値の更新を記憶する処理を行うステップ、ST.１１はゲイン値更新停止の処理を行うステップである。【００３９】
本発明が第１の従来技術と異なる部分は、開ループ模擬ゲイン演算部１５を有する点と、外乱信号発生部１０が掃引正弦波を発する点と、発振検出部１３が図示していない第１の閾値と第２の閾値とに従い、発振を検出する点である。
また、本発明が第２の従来技術と異なる部分は、補償駆動力検出部１１、発振検出部１３、振動記憶部１４、開ループ模擬ゲイン演算部１５、ゲイン変更部３０、ゲイン自動変更部３１を備えた部分である。
また、本発明が第３の従来技術と異なる部分は、周波数分析の結果である一巡開ループ伝達関数を算出しない点である。このため、開ループ模擬ゲイン演算部１５を備え、さらに振動算出部１２、発振検出部１３、振動記憶部１４、ゲイン変更部３０、ゲイン自動変更部３１を備えている点が第３の従来技術と異なる。【００４０】
その動作は、図３の手順に示すように処理することで、制御部３のゲイン値を更新し、発振を検出して、制御部３のゲイン値を調整することができる。
動作を詳細に説明する前に、本発明の第１実施例の基本原理について説明する。
図４は、本発明の第１実施例を示す電動機制御装置の開ループ模擬ゲイン演算部による模擬的な一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線の算出を示す簡略化したブロック図である。図４において、Ｇ１は第１の制御部、Ｇ２は第２の制御部、ｂはフィードバック補償部、Ｈは機械である。機械Ｈには電動機と制御される機械の特性が含まれる。
なお、図４は公知である一巡開ループ伝達関数の算出を示す簡略化したブロック図でもある。
第３の従来技術にも述べられている一巡開ループ伝達関数Ｚoは、図４の外乱信号Ｄと制御部３が発生した駆動力τを計測して、式（１）に従い閉ループ特性Ｚcを算出した後、式（２）に従い、一巡開ループ伝達関数Ｚoを算出する。【００４１】
2009019953.tif 000003
【００４２】
2009019953.tif 000004
【００４３】
駆動力τと外乱信号Ｄは周波数分析し、τ(ω)、Ｄ(ω)とし、簡便に示すと、式（１）のように外乱信号Ｄ(ω)により駆動力τ(ω)を割ることで、閉ループ特性Ｚc(ω)を得る。
閉ループ特性Ｚc(ω)は、一巡開ループ伝達関数Ｚo(ω)から構成されているので、式（２）に従い算出すれば、一巡開ループ伝達関数Ｚo(ω)を得る。
但し、本方法は、既に述べたように、周波数分析等高性能な演算装置が必要となる。ゲイン値変更の度に一巡開ループ伝達関数Ｚo(ω)を得るのは非効率的である。【００４４】
図５は本発明の第１実施例を示す第１の閾値と第２の閾値による発振検出の概念図である。補償駆動力検出部１１の信号を図５の様なグラフに挿入して第１の閾値と第２の閾値により発振を検出する。
第１の閾値は図５のグラフの縦軸側の閾値であり、信号の大きさを判定する。第２の閾値は図５のグラフの横軸側の閾値であり、周波数を判定する。周波数の判定は、入力される外乱信号が掃引正弦波であるため、掃引正弦波の時系列のある地点の周波数は既知である。応答側の信号の周波数は、入力側の信号の周波数に依存するとすれば、補償駆動力検出部１１の信号のある時系列地点の周波数を判定できる。
なお、補償駆動力検出部１１の信号は掃引正弦波に対する応答であり、正負値を持つため絶対値とする。また、検出部２の信号についても、縦軸と横軸に対する閾値を設けて判定することもできる。【００４５】
図６は本発明の第１実施例を示す外乱信号である掃引正弦波を示す図である。これは、正弦波の周波数０ＨｚからＦmaxＨｚまでを、直線的に、ｔｎ秒で変化させたものである。
また、図７は本発明の第１実施例を示す外乱信号を加える前の駆動力を示す図、図８は本発明の第１実施例を示す検出部が検出する外乱信号入力時の応答を示す図である。図１もしくは図４の構成の電動機制御装置において、図６のような掃引正弦波の外乱信号を与えると、補償駆動力検出部１１の応答信号は図７となり、検出部２の応答信号は図８となる。
図９は本発明の第１実施例を示す閉ループ特性を示す図である。図１もしくは図４の構成で、閉ループ特性を算出すると、図９のグラフとなる。尚、閉ループ特性は縦軸・横軸共に対数（LOG、ｄB）表示されるのが一般的だが、図９は軸・横軸共に線形表示している。式（１）にて前述したように、閉ループ特性Ｚｃ(ω)は、外乱信号Ｄ(ω)と駆動力τ(ω)から得られる。
図１０は本発明の第１実施例を示す外乱信号を加える前の駆動力の絶対値を示す図である。
外乱信号Ｄは掃引正弦波であり、振幅は一定なので、外乱信号Ｄ(ω)は掃引される周波数領域でも一定振幅となるので図９の閉ループ特性Ｚｃ(ω)のゲインのグラフ形状は駆動力τ(ω)のみの場合と定性的に近い。時間領域でも同様であり、さらに、掃引正弦波により横軸は周波数の特性が現れるため、時系列の駆動力τ(t)の振幅の絶対値を縦軸にしてグラフ化すれば、図１０のように、閉ループ特性Ｚｃ(ω)のゲインのグラフ（図９）に近い形状が得られる。【００４６】
図１１は本発明の第１実施例を示す一巡開ループ伝達関数を示す図である。図１２は本発明の第１実施例を示す外乱信号を加える前の駆動力に基づいて模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出した結果を示す図である。図９と同様に、図１１は縦軸・横軸を線形で示している。
前述した図９と図１０との関係と同様にして、開ループ模擬ゲイン演算部１５により、式（２）に対応する演算を時系列の駆動力τ(t)の絶対値を用いて行うと、図１２のグラフとなる。図１２に示したグラフは一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線（図１１）と定性的に形状が似ており、簡便なかつ模擬的な一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線として、用いることができる。【００４７】
こうした現象を用いて、図３に示した手順でゲイン調整を行うことができる。
まず、掃引正弦波を発生する処理を行うステップST.０１では、外乱信号発生部１０が外乱信号とする図６のような掃引正弦波を発生する。
次に、制御部３が発生した駆動力に外乱信号を加えて電動機１を駆動する処理を行うステップST.０２に移り、電動機１を駆動する。このとき、制御部３への指令入力（図１のRefinへの入力）は０で良い。電動機１を駆動すると、外乱信号の駆動力で機械５も振るえる。検出部２は電動機１の動作量を検出し、制御部３に返し、制御部３への指令入力0となるように制御部３はこれを補償する駆動力を出力する。
つまり、制御部３が発生した駆動力を検出する処理を行うステップST．０３aおよび検出部２の信号を検出する処理を行うステップST．０３bが行われる。補償駆動力検出部１１が図７のような補償する駆動力を検出し、検出部２は図８のような動作量を検出する。【００４８】
次に、模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出する処理を行うステップST.０４に移り、開ループ模擬ゲイン演算部１５は、補償駆動力検出部１１が検出した図７のような補償する駆動力から、図１２のような模擬的な一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出する。なお、検出部２が検出した図８のような動作量から、図１０のような模擬的な閉ループ特性のゲイン部を算出しても良い。
さらに、振動の大きさを検出する処理を行うステップST.０５が行われて、補償駆動力検出部１１もしくは検出部２の信号を用いて信号の大きさを検出する。さらに、振動周波数を検出する処理を行うステップST.０６にて、信号が大きな時系列地点より、入力された掃引正弦波の周波数に基づいて振動周波数を検出することができる。
補償駆動力検出部１１の検出結果はステップST.０４で処理された模擬的な一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を用いれば、図１１のように一巡開ループ伝達関数の算出を簡便に行ったことになる。ステップST.０５およびST.０６は振動算出部１２により処理される。
信号の大きさと振動周波数が検出できたので、振動周波数と振動の大きさを記憶する処理を行うステップST.０７にて、振動記憶部１４に信号の大きさと振動周波数を記憶できる。なお、信号の大きさと振動周波数は複数であって良い。
次に、フィードバックループの発振を検出する処理を行うステップST.０８に進む。ステップST.０８では、発振検出部１３が、複数の信号の大きさと振動周波数とを、図５に示すように、信号の大きさを第１の閾値とし、振動周波数を第２の閾値として、発振を検出する。【００４９】
発振と判断されない（発振がNo）場合には、ゲイン値を更新する処理を行うステップST.０９に進む。図２に示した制御部３のゲイン変更部３０をゲイン自動変更部３１が変更する。通常、低ゲイン値からスタートして、ゲイン値を上昇させる。
制御部３のゲイン値を更新した後、ゲイン値の更新を記憶する処理を行うステップST.１０では、以前のゲイン値を含めてゲイン値を振動記憶部１４に記憶する。
ゲイン値の更新と記憶を完了したら、再度、ステップST.０１に立ち戻り、ゲイン値が異なる条件で、これまでの手順を再度実施する。ゲイン値が変わっているので、検出部２や補償駆動力検出部１１の応答信号が変化し、図１０や図１２のグラフ形状も変化する。図９の閉ループ特性や図１１の一巡開ループ伝達関数を求めても変化がある。【００５０】
前回と同様に処理を行い、ステップST.０８にて発振を検出した（発振がYESの）場合、ゲイン値更新停止の処理を行うステップST.１１に移行する。ステップST.１１では、発振検出部１３が制御部３のゲイン自動変更部３１を停止させ、発振しないゲイン値を振動記憶部１４から呼び出し、制御部３のゲイン変更部３０に設定し、発振しない状態に戻す。
こうして、ゲイン値の調整処理を完了する。【００５１】
なお、図７、図８のように、補償駆動力検出部１１や検出部２の応答に幾つかの山が観察できる場合、つまり、図１０、図１２のようになり、ステップST.０５、ステップST.０６で大きな振動を検出し、振動周波数を把握できれば、ノッチフィルタ等を適用することもできる。ステップST.１０のゲイン値の更新時にフィルタを適用しても良い。
図１３は本発明の第１実施例を示す閉ループ特性および一巡開ループ伝達関数を示す図、図１４は本発明の第１実施例を示す外乱信号を加える前の駆動力に基づいて模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出した結果を示す図である。
図１３は、図１１に対してフィルタを適用した結果であり、図１４は、図１２に対してフィルタを適用した結果である。
以上のようにして、制御部２のゲイン値を変更する調整を行うことができる。【００５２】
図１５は本発明の第１実施例を示す位置決め動作時の指令速度と速度応答を示す図である。図１５は、低ゲイン値の場合の応答である。
上記のゲイン調整を行うことで、制御部２の応答を上げ、位置決め時間を短縮することができる。
図１６、図１７、図１８は本発明の第１実施例を示す位置決め動作時の位置偏差を示す図である。位置偏差は位置の動作指令に対する実動作位置の差である。
図１６はゲイン調整前の低ゲイン値の場合（低応答）、図１７はゲイン調整後の高ゲイン値の場合（高応答）、図１８は、ゲイン調整後にさらにゲイン値を上げた場合（不安定）である。位置偏差がある値以下の許容範囲に入れば位置決め完了と判断できる。図１６はフィードバックループが発振せず、安定的ではあるが、低ゲインのため、位置決め時間Ｔaが長い。図１７はフィードバックループが発振しない程度にゲイン値を上げたため、位置決め時間Ｔb（＜Ta）となった。図１８はゲイン値を上げ過ぎたので、フィードバックループが発振気味になり、位置決め位置にはやく到達する。しかし、振動が発生して位置偏差が許容範囲に入る時間が掛かり、Ｔbと同程度となる。また、特に行き過ぎ量（オーバーシュート）が問題となる機構・用途であれば、図１８程度でも実マシンへは採用できない。
本発明の第１実施例のようにすれば、模擬的にゲイン変更に係わる一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出し、振動の大きさに係わる第１の閾値と、振動周波数に係わる第２の閾値とを用いて、ゲイン調整を行うことができるのである。
【実施例２】
【００５３】
図１９は本発明の第２実施例を示す電動機制御装置の構成図である。
図２０は本発明の第２実施例を示す電動機制御装置のゲイン調整方法の手順の概略、図２１は本発明の第２実施例を示す電動機制御装置のゲイン調整方法の詳細な手順である。
図１９において、２１は一巡開ループ伝達関数演算部、２a、２bは共に動作量検出部である。また、図２０において、ST．Bはゲイン余裕を簡便に評価するステップ、ST．Cは一巡開ループ伝達関数を算出するステップである。さらに、図２１において、ST.０１aは周波数を初期値に戻すステップ、ST．０１bは正弦波を発生するステップ、ST.０１ｃは周波数の上限を判定するステップ、ST.０１ｄは周波数を更新するステップである。【００５４】
本発明が第１実施例と異なる部分は、一巡開ループ伝達関数演算部２１を備えた部分と、検出部を２a、２bの２つ備え、電動機１の動作量を検出する動作量検出部２aと機械５の動作量を検出する動作量検出部２ｂを備えフルクローズド・フィードバックを構成する部分である。
なお、ゲイン余裕を簡便に評価するステップST.Bは本発明の第１実施例の一連の処理と等価である。但し、本発明の第１実施例の掃引正弦波を発生する処理を行うステップST.０１を、周波数を初期値に戻すステップST.０１aと、正弦波を発生するステップST．０１bと、周波数の上限を判定するステップST.０１ｃと周波数を更新するステップST.０１ｄの４つのステップに分けて処理する点が本発明の第１実施例とは異なる。【００５５】
本発明が第１の従来技術と異なる部分は、開ループ模擬ゲイン演算部１５と一巡開ループ伝達関数演算部２１とを有する点と、外乱信号発生部１０が（掃引）正弦波を発する点と、発振検出部１３が図示していない第１の閾値と第２の閾値とに従い、発振を検出する点である。
本発明が第２の従来技術と異なる部分は、補償駆動力検出部１１、発振検出部１３、振動記憶部１４、開ループ模擬ゲイン演算部１５、一巡開ループ伝達関数演算部２１、ゲイン変更部３０、ゲイン自動変更部３１を備えた部分である。
第３の従来技術とは、一巡開ループ伝達関数演算部２１を設けて一巡開ループ伝達関数を求める点は本発明と同じだが、開ループ模擬ゲイン演算部１５を備え、さらに振動算出部１２、発振検出部１３、振動記憶部１４、ゲイン変更部３０、ゲイン自動変更部３１を備えている点が異なる。【００５６】
図１９に示す構成のうち、第１の実施例と同じ構成要素を用いて、図２０のゲイン余裕を簡便に評価するステップST.Bを処理し、第１の実施例とは異なる一巡開ループ伝達関数演算部２１の利用を追加して、図２０の一巡開ループ伝達関数を算出するステップST.Cの処理を行う。ステップST.Bは簡便かつ高速にゲイン調整を行う処理であり、ステップST.Cはゲイン調整の結果確認である。【００５７】
第１実施例の一連の処理と等価であるゲイン余裕を簡便に評価するステップST.Bを図２１と第１実施例の処理との対比を用いて説明する。
第１実施例では、図６のような掃引正弦波を発生し、図７、図８のような応答を得て、図１２のような処理をして、振動の大きさと振動周波数を把握して、２種類の閾値で発振を検出していた。
本実施例では、外乱信号は、正弦波の周波数０ＨｚからＦmaxＨｚまでを、ｔｎ秒毎に、Ｎｍａｘステップで、Ｆmax／Ｎｍａｘずつ、直線的に増加させたものであり、ｔｎ×Ｎｍａｘ秒で変化させたものである。外乱信号は、最初のステップである0〜ｔｎまでは、ｆ１の周波数の正弦波とし、次のステップであるｔｎ〜ｔｎ×２秒では、ｆ２の周波数の正弦波として周波数を変化させる。Ｎ番目のステップであるｔｎ×（Ｎ−１）〜ｔｎ×Ｎ秒ではｆＮの周波数の正弦波となる。こうして、単一周波数の正弦波ｆＮごとに第１実施例の一連の処理と同じ処理を行い、周波数を変化させる。【００５８】
ゲイン余裕を簡便に評価するステップST.Bでは、周波数を初期値に戻すステップST.０１aにより、周波数を初期値とし、正弦波を発生するステップST.０１ｂにより正弦波を発生する。
次に、第１実施例と同様に、制御部３が発生した駆動力に外乱信号を加えて電動機１を駆動する処理を行うステップST.０２に移り、電動機１を駆動する。このとき、制御部３への指令入力（図１のRefinへの入力）は０で良い。
制御部３が発生した駆動力を検出する処理を行うステップST．０３aおよび検出部２の信号を検出する処理を行うステップST．０３bでは、動作量検出部２は電動機１の動作量を検出し、制御部３に返し、制御部３への指令入力0となるように制御部３はこれを補償する駆動力を出力する。外乱信号が単一周波数の正弦波なので、動作量検出部２や補償駆動力検出部１１が検出する応答信号も入力した単一周波数の振動周波数である。
模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出する処理を行うステップST.０４でも第１実施例と同様の処理を行う。但し、第１実施例の図１２と同様のグラフにはならず、図１２の或る横軸の点（現状は初期値の最低周波数）のゲイン（絶対値振幅）の値だけが得られる。【００５９】
振動の大きさを検出する処理を行うステップST.０５では、ゲイン（絶対値振幅）の値を認識する。振動周波数を検出する処理を行うステップST.０６では既知の入力周波数を再認識することになる。これらを振動周波数と振動の大きさを記憶する処理を行うステップST.０７で記憶できる。本実施例では、入力する周波数ごとの振動の大きさを振動記憶部１４に記憶することになる。
次に、フィードバックループの発振を検出する処理を行うステップST.０８に進む。ステップST.０８では第１実施例と同様の処理を行う。但し、発振の有無を把握し、振動記憶部１４に記憶して良い。しかし、入力周波数が、最大周波数に達していない場合には、発振の有無によって処理は変わらない。周波数の上限を判定するステップST.０１ｃで最大周波数に達していない判定であれば、周波数を更新するステップST.０１ｄに進み、上述した正弦波を発生するステップST．０１bに戻る。こうして、周波数ごとに第１実施例の一連の動作を行う。【００６０】
ステップST.０８の後のステップST.０１ｃで最大周波数に達した判断があれば、周波数の初期値から最大周波数までに、発振の有無を判定する。
発振が無ければ、ゲイン値を更新する処理を行うステップST.０９に進む。制御部３のゲイン値を更新した後、ゲイン値の更新を記憶する処理を行うステップST.１０では、以前のゲイン値を含めてゲイン値を振動記憶部１４に記憶する。
ゲイン値の更新と記憶を完了したら、再度、ステップST.０１に立ち戻る。ステップST.０１aから初期の周波数から同様の処理を行う。
発振が有れば、ゲイン値更新停止の処理を行うステップST.１１に移行する。
こうして、第１実施例と同様に、ゲイン値の調整処理を完了する。【００６１】
ゲイン余裕を簡便に評価するステップST.Ｂを完了したら、図２０のように、一巡開ループ伝達関数を算出するステップST．Ｃを行う。
図２２は本発明の第２実施例を示す電動機制御装置の一巡開ループ伝達関数を示す図である。ゲイン値の上下を伴うゲイン調整はステップST.Ｂで行い、ステップST．Ｃは第３の従来技術と同様にして、ゲイン調整の具合を定量的に確認する。
図２２の実線、破線は、第１実施例の図１０と図１３、図１１と図１４のように、フィルタ適用の有無を示している。但し、図２２は、図１０〜図１４とは違いグラフの縦軸・横軸を対数表示している。
このように、ゲイン調整の具合によって、一巡開ループ伝達関数は変化する。また、図２２のようにステップST．Ｃでフィルタ適用の具合を評価しても良い。
なお、本実施例では、外乱信号Ｄを、各ステップ毎に単一周波数の正弦波としたが、連続したステップで、連続した周波数となるような掃引正弦波としてもよい。
また、外乱信号Ｄは正弦波に限らず、求める一巡開ループ伝達関数Ｚoの周波数領域以上の帯域成分を持つランダム波、Ｍ系列信号等で電動機１を含む機械５を励振し、その応答を検出部２が検出して前述の式（１）、（２）に従い一巡開ループ伝達関数Ｚoを求めても良い。
このように、電動機制御装置のような構成をしているので、最終的には第１実施例の図１７に示したような電動機制御装置の動作となるようにゲイン調整をすることができる。
【実施例３】
【００６２】
図２３は本発明の第３実施例を示す電動機制御装置の構成図、図２４は本発明の第３実施例を示す電動機制御装置のゲイン調整方法の手順の概略である。
図２３において、２２は機械特性演算部である。また、図２４において、ST.Ａは電動機と機械を含む特性を算出するステップである。【００６３】
本発明が第１実施例と異なる部分は、機械特性演算部２２を備えた部分である。また、図２３に示した電動機１と動作量検出部２と機械５との関係である。電動機１はリニア型の電動機であって、電動機１は機械５を直動に駆動する。動作量検出器２は機械５の動作量を制御部３にフィードバックする構成となっている。
また、図２４に示した電動機と機械を含む特性を算出するステップST.Ａが第１実施例と異なる。
本発明が第２実施例と異なる部分は、一巡開ループ伝達関数演算部２１を備えていない部分と、機械特性演算部２２を備えた部分である。また、一巡開ループ伝達関数を算出するステップST.Ｃを備えていない部分と、電動機と機械を含む特性を算出するステップST.Ａを備えた部分である。【００６４】
図２４のゲイン余裕を簡便に評価するステップST.Ｂは本発明の第１実施例の一連の処理と等価である。第１実施例の図３に示した処理でも良いし、第２実施例の図２１に示した処理でも良い。ゲイン余裕を簡便に評価するステップST.Ｂは、第１実施例の図３に示した処理もしくは２実施例の図２１に示した処理と同様である。【００６５】
なお、ゲイン余裕を簡便に評価するステップST.Ｂは、図２１のゲイン調整方法の手順を改良しても良い。図２１では、正弦波を発生する処理を、発振を検出した後、ゲイン値を更新する内側のループに構成したが、ゲイン値を更新する外側に置いても良い。その際、ゲイン値を更新ループは、ゲイン値を初期値に戻す処理が必要となる。
また、第１実施例の図１０、図１２、および図１４では、振動の大きさを絶対値で示したが、二乗値としても良い。あるいは二乗値の平方根を取っても良い。【００６６】
本実施例では、ゲイン余裕を簡便に評価するステップST.Ｂの前に、電動機と機械を含む特性を算出するステップST.Ａを処理する。
図２５は本発明の第３実施例を示す電動機制御装置の機械特性演算部による電動機と機械の特性の算出を示す簡略化したブロック図である。外乱信号Ｄと応答信号Ｒから機械特性Ｈを求める。外乱信号Ｄは正弦波に限らず、求める機械特性Ｈの周波数領域の帯域成分を持つランダム波、Ｍ系列信号等で電動機１を含む機械５を励振し、その応答を検出部２が検出して式（３）に従い機械特性Ｈを求めて良い。
具体的には、外乱信号Ｄと応答信号Ｒを周波数分析し、ＳD(ω)、ＳR(ω)を求め、ＳD(ω)の複素共役ＳD＊(ω)、を夫々に掛けて、オートパワースペクトルＡD、D、クロススペクトルＡR、Dを得る。ＡD、D、ＡR、Dはｎ回平均化した上、クロススペクトルをオートパワースペクトルで割って機械特性Ｈを求める。(Ｘ、Ａの上のバーは平均化された事を示す。)
なお、前述の式（１）、（２）に関しても対象とする信号が異なるが、同様に処理して良い。【００６７】
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【００６８】
図２６は本発明の第３実施例を示す電動機制御装置電動機と機械の特性を示す図である。電動機と機械を含む特性を算出するステップST.Ａを予め処理しておけば、図２６のような結果を得られるので、第１実施例の図１４に示したように、予め制御部３によるフィルタを適用できる。また、予め第１の閾値と、第２の閾値と対比させる領域を把握しておくことができる。
ステップST.Ａのあと、第１実施例もしくは第２実施例に示したゲイン余裕を簡便に評価するステップST.Ｂにより、最終的には第１実施例の図１７に示したような電動機制御装置の動作となるようにゲイン調整をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
簡便にゲイン余裕を評価し、電動機制御装置のゲイン調整することによって、位置決め時間を短縮することができるので、電動機制御装置を搭載したマシンの量産時に、個々の個体にあわせた電動機制御装置のゲイン調整という用途にも適用できる。
【図１】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【国際調査報告】
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