(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械系をフィードバック制御するサーボ系の周波数応答を測定する周波数応答測定装置において、
複数の異なる加振条件を設定する加振条件設定部と、
前記異なる加振条件の加振信号で前記サーボ系に対して複数回の加振を実行する加振実行部と、
前記複数回の加振がなされた前記サーボ系の制御系から、前記複数回の加振ごとに同定入力信号と同定出力信号の組を取得し、前記複数回の加振ごとの前記加振条件および前記同定入力信号と前記同定出力信号の組にもとづいて前記周波数応答を演算する周波数応答演算部と、
を備え、
前記加振条件は、前記加振信号の振幅である加振振幅であり、
前記周波数応答演算部は、
前記複数回の加振ごとの前記同定入力信号と前記同定出力信号の組にもとづいて、前記複数回の加振ごとの周波数応答を演算する各回の周波数応答演算部と、
前記複数回の加振ごとの周波数応答および前記加振条件に基づいて、前記周波数応答を演算する周波数応答合成部と、
を備える
ことを特徴とする周波数応答測定装置。
【請求項２】
前記加振条件設定部は、前記加振振幅として第１加振振幅と、それとは異なる第２加振振幅とを設定し、
前記周波数応答合成部は、前記第１加振振幅とその振幅での前記加振ごとの周波数応答の比と前記第２加振振幅とその振幅での前記加振ごとの周波数応答の比との差を分母とし、前記第１加振振幅と前記第２加振振幅との差を分子とする値を前記周波数応答として演算する
ことを特徴とする請求項１に記載の周波数応答測定装置。
【請求項３】
前記加振信号は前記制御系の速度指令に印加され、前記異なる加振条件において前記制御系に与えられる位置指令は一定値である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の周波数応答測定装置。
【請求項４】
前記同定入力信号と前記同定出力信号の組は、前記制御系において開ループを構成している
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載の周波数応答測定装置。
【請求項５】
前記同定入力信号は前記サーボ系のトルク指令信号であり、前記同定出力信号は前記サーボ系の速度信号である
ことを特徴とする請求項４に記載の周波数応答測定装置。
【請求項６】
前記同定入力信号は前記サーボ系の速度偏差信号であり、前記同定出力信号は前記サーボ系の速度信号である
ことを特徴とする請求項４に記載の周波数応答測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械などの装置において周波数応答を測定する周波数応答測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械に代表される産業用途の機械では、機械系の状態を診断したり振動特性の把握を行ったりするために、制御対象である機械系の周波数応答を測定することが行われる。また、サーボ系の調整を行なう際に、速度ループや位置ループなどの制御ループの周波数応答を測定することも行われる。周波数応答は、特定の周波数の入力信号を与えた場合の出力信号に対して、入力信号と出力信号の振幅の比と位相差であり、周波数と振幅比（ゲイン）および周波数と位相の関係で表現される。【０００３】
周波数応答の測定に際しては、従来は正弦波状の入力信号を与え、入力する正弦波の周波数を順次変更して周波数ごとのゲインおよび位相の測定を行っていたが、入力信号の周波数を少しずつ変えて出力信号を測定していく方法であり、周波数応答の測定に多大な時間を要するという問題があった。【０００４】
そこで、例えば特許文献１のように、ホワイトノイズを入力信号とし、ホワイトノイズを速度指令として与えたときの速度を出力データとしてサンプリングして、得られた速度指令と速度データをフーリエ変換することによって速度指令から速度までの周波数応答特性を求めることが開示されている。理想的なホワイトノイズはすべての周波数成分を含む信号であるため、短い測定時間ですべての周波数領域における周波数応答を測定することが可能となる。実用的なホワイトノイズとしては、Ｍ系列信号と呼ばれる擬似ランダム信号などが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７８９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１においては、ホワイトノイズを印加して機械系を加振したときの機械系の応答波形（例えば速度フィードバックデータ）を測定するが、機械系に摩擦などの外乱要因が存在する場合、ホワイトノイズを与えても機械系が十分に加振されず、周波数応答を正しく求めることができないという問題がある。特に、機械系の摩擦によって低周波数領域の応答性が悪くなってしまい、低い周波数領域における周波数応答が正しく求めることができない。【０００７】
具体的には、トルクから速度フィードバックまでの周波数応答を測定する場合、機械系が剛体系で近似できる場合であれば、低い周波数領域の周波数応答は、ゲイン線図が−２０ｄＢ／ｄｅｃの直線状となり、位相線図がほぼ−９０°で一定となるはずである。これに対して、摩擦の影響で低い周波数領域が十分加振されない場合には、入力に対して出力が十分に応答していないとみなされるため、その領域ではゲインが、本来の値よりも小さくなってしまい、位相が０°に近い値となってしまう。【０００８】
このように周波数応答測定結果を正しく求めることができなければ、例えば、低周波数領域のゲインの値を読み取って機械系のイナーシャを推定する場合に大きな推定誤差が生じたり、ゲイン線図のピークや位相線図の変化を読み取って機械系の共振周波数や減衰比を推定するといった場合に、誤った値を推定してしまう。さらに、制御系の調整のために周波数応答を測定する場合に、低い周波数領域のゲインが本来の値よりも小さい値が測定されてしまうと、制御系の帯域を正しく求めることができず、制御系のゲインチューニングの適切な調整ができないという問題が生じる。【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、摩擦などの外乱を受ける機械系をフィードバック制御するサーボ系において、制御対象や制御系の周波数応答を正確かつ短時間で測定することが可能な周波数応答測定装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、機械系をフィードバック制御するサーボ系の周波数応答を測定する周波数応答測定装置において、複数の異なる加振条件を設定する加振条件設定部と、前記異なる加振条件の加振信号で前記サーボ系に対して複数回の加振を実行する加振実行部と、前記複数回の加振がなされた前記サーボ系の制御系から、前記複数回の加振ごとに同定入力信号と同定出力信号の組を取得し、前記複数回の加振ごとの前記加振条件および前記同定入力信号と前記同定出力信号の組にもとづいて前記周波数応答を演算する周波数応答演算部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる周波数応答測定装置によれば、複数の加振振幅で加振したときの加振データを用いて周波数応答を演算することにより、摩擦などの外乱があっても正確な周波数応答を測定することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる周波数応答測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態におけるサーボ系の構成を示したブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態における機械系の構成を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態における周波数応答測定の動作について説明するフローチャートである。
【図５−１】図５−１は、本発明の実施の形態１におけるゲイン線図を示す図である。
【図５−２】図５−２は、本発明の実施の形態１における位相線図を示す図である。
【図６−１】図６−１は、本発明の実施の形態２におけるゲイン線図を示す図である。
【図６−２】図６−２は、本発明の実施の形態２における位相線図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる周波数応答測定装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる周波数応答測定装置１００の構成を示すブロック図である。周波数応答測定装置１００は、加振条件設定部１、加振実行部２、および周波数応答演算部１０を備える。周波数応答演算部１０は、各回の周波数応答演算部４および周波数応答合成部５を備える。周波数応答測定装置１００は、サーボ系３の周波数応答を測定する。
【００１５】
加振条件設定部１は、加振実行部２における加振信号の振幅を設定し、加振実行部２は設定された加振振幅の加振信号を出力する。加振実行部２から出力された加振信号はサーボ系３に入力され、後述する構成のサーボ系３において加振が実行される。加振時におけるサーボ系３の内部の同定入力信号と同定出力信号が周波数応答演算部１０に送られ、同定入力信号と同定出力信号の間の周波数応答が演算され、それらに基づいて最終的な周波数応答が求められて出力される。
【００１６】
周波数応答演算部１０の内部では、複数回行われる加振ごとにサーボ系３から入力された同定入力信号と同定出力信号から各回の周波数応答演算部４において各回の周波数応答が演算される。それらの各回の周波数応答は、周波数応答合成部５に入力される。周波数応答合成部５は、加振条件設定部１から入力される各回の加振振幅にもとづいて、各回の周波数応答から周波数応答を合成する演算を実行して、得られた周波数応答を出力する。
【００１７】
次に、図２は、本発明の実施の形態におけるサーボ系３の構成を示したブロック図である。サーボ系３は、位置制御部３１、速度制御部３２、モータ３３、および負荷３４を備える。モータ３３には負荷３４が接続されており、モータ３３と負荷３４とで機械系３０を構成している。サーボ系３は、サーボ系位置制御ループと速度制御ループで構成されている。
【００１８】
位置指令とモータ位置θの偏差が位置制御部３１に入力され、位置制御部３１の出力と加振信号Ｖinの和である速度指令からモータ速度ｖが減算されて速度偏差ｅが演算される。速度偏差ｅは速度制御部３２に入力され、速度制御部３２においてトルク指令τが演算される。このトルク指令τにしたがってモータ３３が駆動制御される。なお、実際には速度制御ループの内部にトルク制御部および電力変換部が存在するが、その応答は非常に早く、その応答遅れは無視できるものであるため、図２においても記載を省略している。また、位置制御部３１の位置制御には比例制御を用い、速度制御部３２の速度制御には比例・積分制御を用いる。
【００１９】
図３は、本実施の形態における機械系３０の構成を示す図である。トルク指令τを受けて回転トルクを発生されるサーボモータ５１にシャフト５３を介して負荷イナーシャ５４が結合されている。さらに、サーボモータ５１には位置検出器であるロータリーエンコーダ５２が取り付けられており、サーボモータ５１の位置（回転角度）が検出されて出力される。また、この位置を微分演算することにより、モータの速度ｖが得られる。
【００２０】
次に、本実施の形態における周波数応答測定の動作について図４のフローチャートを用いて説明する。まず、加振条件設定部１は２種類の加振振幅Ａ1およびＡ2を設定する（図４、ステップＳ１）。加振実行部２は、振幅がＡ1である１回目の加振信号Ｖin１と、振幅がＡ2である２回目の加振信号Ｖin２を生成する。本実施の形態においては、加振振幅は片振幅、すなわち０から正または負の最大値までの幅として定義する。加振信号は、それぞれＭ系列信号（擬似ランダム信号）であり、まず、Ｍ系列信号の生成アルゴリズムにしたがって所定の点数の−１と１の２値信号を生成する。そして、その２値信号に加振振幅Ａ1を乗算したものを１回目の加振信号Ｖin１とし、加振振幅Ａ2を乗算したものを２回目の加振信号Ｖin２とする。Ｍ系列信号の生成方法は信号処理の分野では公知であるので、ここでは説明を省略する。
【００２１】
サーボ系３には、まず１回目の加振信号Ｖin１が速度指令に印加されて、加振実行部２による１回目の加振が行われる（ステップＳ２）。加振の際には、位置指令は常に一定の値をとるものとする。つまり、速度指令に印加される加振信号Ｖin１によって機械系３０の加振が行われる。そのときのトルク指令信号τ1が１回目の同定入力信号として取得され、そのときのモータ速度信号ｖ1が１回目の同定出力信号として取得される。
【００２２】
次に、各回の周波数応答演算部４において、トルク指令τからモータ速度ｖまでの周波数応答が、１回目の同定入力信号と１回目の同定出力信号にもとづいて演算される（ステップＳ３）。同定入力信号と同定出力信号とから入出力間の周波数応答を求める方法については、ペリオドグラム法やＡＲＸモデル同定、部分空間法など公知の手法を用いることができる。それらの手法の詳細については、例えば「ＭＡＴＬＡＢによる制御のためのシステム同定」（東京電機出版）等に記載されているので、ここでは説明を省略する。１回目の加振における周波数応答をＧ1（ｊω）とする。ωは周波数であり、Ｇ1（ｊω）の絶対値がゲインとなり、Ｇ1（ｊω）の複素領域での偏角が位相となる。
【００２３】
２回目の加振信号Ｖin２による加振も、１回目の加振と同様に行われる（ステップＳ４）。２回目の加振において得られた周波数応答をＧ2（ｊω）とする（ステップＳ５）。
【００２４】
次に、周波数応答合成部５における周波数応答の演算手順について説明する。トルク指令τのうち、摩擦などの外乱に起因するトルクをτfとおき、このトルクは１回目の加振と２回目の加振でほぼ同一であると仮定する。次に、１回目の加振時に速度制御部３２によって出力されるトルク指令をτ1とし、２回目の加振時に速度制御部３２によって出力されるトルク指令をτ2とする。各回のトルク指令は、外乱に起因するトルクτfと速度制御部３２によって出力されるトルク指令の和となる。各回の周波数応答は各回のトルク指令とモータ速度の比であるため、以下の式（１）および式（２）が成り立つ。すなわち、上記ステップＳ３およびＳ５でそれぞれ実測定に基づいて得られたＧ1およびＧ2について以下の式（１）および式（２）が成り立つと考えられる。
【数１】
0005490335.tif 000002
【数２】
0005490335.tif 000003
【００２５】
速度制御の帯域が十分高いと仮定すると、１回目のモータ速度ｖ1と２回目のモータ速度ｖ2の比は１回目の加振信号Ｖin１と２回目の加振信号Ｖin２の比にほぼ一致する。また、１回目の速度制御によって出力されるトルク指令τ1と２回目の速度制御によって出力されるトルク指令τ2も、１回目の加振信号Ｖin１と２回目の加振信号Ｖin２の比にほぼ一致する。これを式で表すと、以下の式（３）および式（４）のようになる。
【数３】
0005490335.tif 000004
【数４】
0005490335.tif 000005
【００２６】
ここで、ｖは基準のモータ速度、τは基準のトルク指令である。式（３）と式（４）を式（１）と式（２）に代入し、τfを消去すると、基準となるトルク指令τと基準となるモータ速度ｖとの間の関係として以下の式（５）を得る。式（５）を用いることにより、２回の実測定により得られた周波数応答を用いて、摩擦などの外乱に起因する成分を除去した正確な周波数応答を算出することが可能となる。
【数５】
0005490335.tif 000006
【００２７】
周波数応答合成部５は、式（５）の演算によって得られた周波数応答関数を、トルク指令からモータ速度までの開ループの周波数応答として出力する。すなわち、１回目の加振振幅Ａ1と１回目の周波数応答Ｇ1の比から、２回目の加振振幅Ａ2と２回目の周波数応答Ｇ2の比を減じたものを分母とし、１回目の加振振幅Ａ1と２回目の加振振幅Ａ2の差を分子とする値を周波数ごとに求め、得られた結果を周波数応答合成部５は周波数応答として出力する（ステップＳ６）。
【００２８】
次に、本実施の形態１の効果を図５−１および図５−２を用いて説明する。サーボモータを上述した方法で加振振幅を変えて加振したときのトルク指令信号τとモータ速度信号ｖをサンプリングし、式（５）の演算によって周波数応答を求めた。加振振幅は、加振したときのトルク振幅が定格トルクと一致するときの加振振幅を１００％として、その振幅に対する比で表すものとする。１回目の加振振幅Ａ1は５％、２回目の加振振幅Ａ2は８％とした。すなわち、加振振幅Ａ2の絶対値は加振振幅Ａ1の絶対値より大きい。ただし、これらの振幅の加振信号で加振する順番は逆でもかまわない。トルク指令τからモータ速度ｖまでの伝達関数は、機械系３０が剛体で近似できる場合には１回積分にイナーシャの逆数を乗じたものとなる。すなわち、トルク指令τからモータ速度ｖまでの伝達関数Ｇp(ｓ)は、以下の式（６）で表される。
【数６】
0005490335.tif 000007
【００２９】
ここで、sはラプラス演算子であり、Ｊは機械系３０のイナーシャである。本実施の形態で用いた機械系３０は、モータ単体であり、その特性は剛体とみなせる。そこで、この機械系３０における理想応答をＧp(jω)とし、周波数応答合成部５が演算した周波数応答が理想応答に近ければ、周波数応答が正しく求められているといえる。理想応答のゲイン線図は、−２０ｄＢ／ｄｅｃの直線状となり、位相線図は、−９０°で一定の値となる。
【００３０】
図５−１および図５−２は、実測定に基づいて得られた１回目の周波数応答Ｇ1(加振振幅Ａ1：５％)、同じく実測定に基づいて得られた２回目の周波数応答Ｇ2(加振振幅Ａ2：８％)、周波数応答合成部５が式（５）の演算によって求めた周波数応答(演算結果)、および理想応答Ｇpを比較したボード線図である。図５−１がゲイン線図であり、図５−２が位相線図である。それぞれの曲線について、細い破線が１回目の周波数応答Ｇ1、細い実線が２回目の周波数応答Ｇ2、太い実線が周波数応答合成部５による演算結果、太い破線が理想応答Ｇpを表している。
【００３１】
１回目の周波数応答Ｇ1および２回目の周波数応答Ｇ2は、図５−１に示すように１００ｒａｄ／ｓ以下の周波数領域におけるゲイン線図が理想応答よりも小さい値となり、図５−２に示すように３００ｒａｄ／ｓ以下の周波数領域における位相線図が理想曲線の値である−９０°から離れた値となっている。１回目の周波数応答Ｇ1と２回目の周波数応答Ｇ2とを比較すると、１回目の周波数応答Ｇ1の方がずれが大きい。これは、加振振幅が小さくなるとトルク指令τに対する外乱に起因するトルクτfの占める割合が大きくなり、加振振幅が小さい１回目の方が大きく理想曲線からずれるためである。一方、周波数応答合成部５による演算結果は、ゲイン線図・位相線図ともに理想応答Ｇpとほぼ同じ応答となっている。これは、１回目の周波数応答Ｇ1と２回目の周波数応答Ｇ2を用いて外乱の影響を取り除く演算を行ったことの効果によるものである。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、複数の加振振幅で加振したときの加振データを用いて周波数応答を演算することにより、摩擦などの外乱があっても正確な周波数応答を測定することが可能となる。また、加振信号の振幅を変えて加振したときの加振データを用いて周波数応答を演算することにより、摩擦などの外乱が周波数応答測定結果に与える影響を取り除いて正確な周波数応答を測定することが可能となる。さらに、摩擦などの外乱による周波数応答の変動分を抽出し、その影響を補正する演算を行うことにより、周波数応答を正確に求めることができる。加えて、摩擦などの外乱があっても機械系の周波数応答を正確に求めることができるようになり、機械系のイナーシャや振動特性などの診断を正しく行うことができるようになる。
【００３３】
実施の形態２．
実施の形態２にかかる周波数応答測定装置１００の構成も図１である。また、実施の形態２にかかるサーボ系３の構成を示したブロック図も図２である。実施の形態２にかかる周波数応答測定装置１００が実施の形態１にかかる周波数応答測定装置１００と相違する点は、同定入力信号としてトルク指令信号τのかわりに速度偏差信号ｅを用いる点である。これは、速度制御部３２を含んだ速度開ループの周波数応答を測定する場合に対応している。
【００３４】
速度開ループの周波数応答を測定する場合も、実施の形態１と同様な手法で正確な周波数応答を測定することが可能となる。すなわち、本実施の形態においても、加振条件設定部１により設定された２種類の加振振幅Ａ1’およびＡ2’を用いて加振実行部２が加振信号Ｖin１’およびＶin２’を生成してサーボ系３の速度指令に印加する。
【００３５】
これにより、１回目の同定入力信号としての速度偏差および１回目の同定出力信号としてのモータ速度に基づいて、各回の周波数応答演算部４が１回目の加振における周波数応答Ｇ1’（ｊω）を求める。さらに、２回目の同定入力信号としての速度偏差および２回目の同定出力信号としてのモータ速度に基づいて、各回の周波数応答演算部４が２回目の加振における周波数応答Ｇ2’（ｊω）を求める。そして、式（５）と同様にして求められる以下の式（７）により、周波数応答合成部５は、各回で得られた周波数応答Ｇ1’およびＧ2’を用いて、摩擦などの外乱がある状態でも速度開ループの周波数応答を正しく求めることができるようになる。
【数７】
0005490335.tif 000008
【００３６】
次に、本実施の形態２の効果を図６−１および図６−２を用いて説明する。サーボモータを上述の方法で加振振幅を変えて加振したときの速度偏差ｅとモータ速度信号ｖをサンプリングし、式（７）の演算によって周波数応答を求めた。加振振幅は、加振したときのトルク振幅が定格トルクと一致するときの加振振幅を１００％として、その振幅に対する比で表すものとする。１回目の加振振幅Ａ1’は８％、２回目の加振振幅Ａ2’は１０％とした。すなわち、加振振幅Ａ2’の絶対値は加振振幅Ａ1’の絶対値より大きい。ただし、これらの振幅の加振信号で加振する順番は逆でもかまわない。速度偏差ｅからモータ速度ｖまでの伝達関数は、機械系３０の伝達関数に速度制御部３２の伝達関数を乗じたものとなる。機械系３０が剛体で近似できる場合には、機械系３０の伝達関数は１回積分にイナーシャの逆数を乗じたものとなる。また、速度制御部３２は、比例ゲインＫvp、積分ゲインＫviの比例・積分制御である。よって、速度偏差ｅからモータ速度ｖまでの伝達関数Ｇv(ｓ)は、以下の式（８）で表される。
【数８】
0005490335.tif 000009
【００３７】
ここで、sはラプラス演算子であり、Ｊは機械系３０のイナーシャである。本実施の形態で用いた機械系３０は、モータ単体であり、その特性は剛体とみなせる。そこで、この速度偏差ｅからモータ速度ｖまでにおける理想応答をＧv(jω)とし、周波数応答合成部５が演算した周波数応答が理想応答に近ければ、周波数応答が正しく求められているといえる。理想応答のゲイン線図は、低い周波数領域では−４０ｄＢ／ｄｅｃの直線状となり、位相線図は、周波数が低くなるにしたがって−９０°から−１８０°に変化するような曲線状となる。
【００３８】
図６−１および図６−２は、実測定に基づいて得られた１回目の周波数応答Ｇ1’(加振振幅Ａ1’：８％)、同じく実測定に基づいて得られた２回目の周波数応答Ｇ2’(加振振幅Ａ2’：１０％)、周波数応答合成部５が式（７）の演算によって求めた周波数応答(演算結果)、および理想応答Ｇvを比較したボード線図である。図６−１がゲイン線図であり、図６−２が位相線図である。それぞれの曲線について、細い破線が１回目の周波数応答Ｇ1’、細い実線が２回目の周波数応答Ｇ2’、太い実線が周波数応答合成部５による演算結果、太い破線が理想応答Ｇvを表している。
【００３９】
１回目の周波数応答Ｇ1’および２回目の周波数応答Ｇ2’は、図６−１に示すように５０ｒａｄ／ｓ以下の周波数領域におけるゲイン線図が理想応答よりも小さい値となり、図６−２に示すように２００ｒａｄ／ｓ以下の周波数領域における位相線図が理想曲線の値から離れた値となっている。１回目の周波数応答Ｇ1’と２回目の周波数応答Ｇ2’とを比較すると、１回目の周波数応答Ｇ1’の方がずれが大きい。これは、加振振幅が小さくなるとトルク指令τに対する外乱に起因するトルクτfの占める割合が大きくなり、加振振幅が小さい１回目の方が大きく理想曲線からずれるためである。一方、周波数応答合成部５による演算結果は、ゲイン線図・位相線図ともに理想応答Ｇvとほぼ同じ応答となっている。これは、１回目の周波数応答Ｇ1’と２回目の周波数応答Ｇ2’を用いて外乱の影響を取り除く演算を行ったことの効果によるものである。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態２によれば、複数の加振振幅で加振したときの加振データを用いて周波数応答を演算することにより、摩擦などの外乱があっても正確な周波数応答を測定することが可能となる。また、加振信号の振幅を変えて加振したときの加振データを用いて周波数応答を演算することにより、摩擦などの外乱が周波数応答測定結果に与える影響を取り除いて正確な周波数応答を測定することが可能となる。さらに、摩擦などの外乱による周波数応答の変動分を抽出し、その影響を補正する演算を行うことにより、周波数応答を正確に求めることができる。加えて、摩擦などの外乱があっても速度制御部を含んだ速度開ループの周波数応答を正確に求めることができるようになり、サーボ系のゲイン調整や振動抑制フィルタ調整などを適確に行うことができるようになる。
【００４１】
なお、上記実施の形態においては、式（１）および式（２）に示すように、１回目の加振と２回目の加振でほぼ同一であると仮定した摩擦などの外乱に起因するトルクτfを１つの未知変数としていたので、その成分を取り除くために２回の測定によって２つの関係式が得られれば十分であった。従って、もし、外乱に起因する未知の変数をさらに増やしてｎ個と仮定するならば、条件を変えたｎ＋１回の測定を実行すれば、外乱の要素を除去した周波数応答を得ることが原理的には可能であると考えられる。
【００４２】
さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明にかかる周波数応答測定装置は、サーボ系の調整を行なう際に、速度ループや位置ループなどの制御ループの周波数応答を測定することに有用であり、特に、摩擦などの外乱があっても正確な周波数応答を測定することに適している。
【符号の説明】
【００４４】
１  加振条件設定部、２  加振実行部、３  サーボ系、４  各回の周波数応答演算部、５  周波数応答合成部、１０  周波数応答演算部、３０  機械系、３１  位置制御部、３２  速度制御部、３３  モータ、３４  負荷、５１  サーボモータ、５２  ロータリーエンコーダ、５３  シャフト、５４  負荷イナーシャ、１００  周波数応答測定装置、Ｓ１〜Ｓ６  ステップ。
【要約】
実施の形態の周波数応答測定装置は、機械系をフィードバック制御するサーボ系の周波数応答を測定する周波数応答測定装置において、複数の異なる加振条件を設定する加振条件設定部と、前記異なる加振条件の加振信号で前記サーボ系に対して複数回の加振を実行する加振実行部と、前記複数回の加振がなされた前記サーボ系の制御系から、前記複数回の加振ごとに同定入力信号と同定出力信号の組を取得し、前記複数回の加振ごとの前記加振条件および前記同定入力信号と前記同定出力信号の組にもとづいて前記周波数応答を演算する周波数応答演算部と、を備える。【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５−１】
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【図５−２】
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【図６−１】
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【図６−２】
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