(57)【要約】【課題】制御ゲインとノッチフィルタ周波数、深さの組合せを記憶しておき、制御ゲインの自動調整後に再設定すること。【解決手段】モータ駆動装置において、ノッチフィルタ自動設定器６は、モータ速度１０７からノッチフィルタの周波数、深さを検出し、ノッチフィルタ３に設定するとともに制御ゲイン自動設定器８にもノッチフィルタ設定値１０８を出力し、発振検出器７では、モータ速度１０７から発振の有無を検出し、制御ゲイン自動設定器８では、発振無しの状態では制御ゲインを大きくするとともに、制御ゲイン設定値１１０とノッチフィルタ設定値１０８とを記憶しておき、発振ありの状態では、制御ゲインを小さくするとともに、小さくした制御ゲインとの組合せで記憶しておいたノッチフィルタ設定値１０８をノッチフィルタ再設定値１１１として出力し、ノッチフィルタ３はノッチフィルタ再設定値１１１を優先的に使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置検出器の情報を用いモータを制御するモータ制御装置において、
位置指令とモータ位置と制御ゲイン設定値から速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令とモータ速度と前記制御ゲイン設定値からトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令とノッチフィルタ設定値とノッチフィルタ再設定値からノッチフィルタ後トルク指令を出力するノッチフィルタと、前記ノッチフィルタ後トルク指令からモータ駆動信号を出力する電流制御器と、前記モータ位置から前記モータ速度を出力する速度算出器と、前記モータ速度から前記ノッチフィルタ設定値を出力するノッチフィルタ自動設定器と、前記モータ速度から発振検知信号を出力する発振検出器と、前記発振検知信号と前記ノッチフィルタ設定値から前記制御ゲイン設定値と前記ノッチフィルタ再設定値を出力する制御ゲイン自動設定器とを備え、
前記ノッチフィルタ自動設定器は、前記モータ速度の振動情報からノッチフィルタの周波数、深さを検出し、前記ノッチフィルタに設定するとともに前記制御ゲイン自動設定器にも前記ノッチフィルタ設定値を出力し、前記発振検出器では、前記モータ速度の振動情報から発振の有無を検出し、前記制御ゲイン自動設定器では、前記発振検知信号が発振無しの状態では制御ゲインを大きくするとともに、制御ゲイン設定値と前記ノッチフィルタ設定値とを記憶しておき、発振ありの状態では、制御ゲインを小さくするとともに、小さくした制御ゲインとの組合せで記憶しておいた前記ノッチフィルタ設定値を前記ノッチフィルタ再設定値として出力し、前記ノッチフィルタは前記ノッチフィルタ再設定値を優先的に使用することを特徴としたモータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御ゲイン自動設定器は、前記発振検知信号が発振無しの状態では制御ゲインを大きくするとともに、制御ゲイン設定値と前記ノッチフィルタ設定値とを記憶しておき、発振ありの状態では、制御ゲインを小さくするとともに、小さくした制御ゲインとの組合せで記憶しておいた前記ノッチフィルタ設定値の深さをより深く設定した値を前記ノッチフィルタ再設定値として出力することを特徴とした請求項１記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の制御パラメータによりモータを制御するモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ制御では、位置指令や速度指令に対し、モータの位置や速度を追従させるようにフィードバック制御を行う。また、指令から必要な速度指令やトルク指令を算出し、各指令に加算することで応答性を向上させるフィードフォワード制御を行うことも多い。モータの制御性能を向上させるには、フィードバック制御とフィードフォワード制御を最適に調整することが重要である。また、それに加え、トルク指令に対しノッチフィルタをかけることで、共振振動を抑え、さらに応答性を上げることもできる。
【０００３】
モータ制御の高速応答、高精度化の要望に応えるために、様々な制御方式が提案されている一方、調整すべき制御パラメータが増加しており、最適調整を行うことが非常に困難になってきている。フィードバック制御ゲイン、フィードフォワード制御ゲイン、ノッチフィルタ設定などの組合せの最適値を見つけるには、豊富な経験と知識、また多大な時間を要する。
【０００４】
そこで、制御パラメータを自動的に調整する技術が提案されている。
例えば、制御パラメータを段階的に上げていき、発振を検知すると制御パラメータを発振検知の直前の値に下げることで、最適な制御パラメータを自動的に調整する。その際、発振の検出方法は、図３に示すように、モータ速度に特定の周波数帯域だけを通過するバンドパスフィルタ（図４）を適用し、その出力の振幅が規定値を超えると振動ありと判断し、振動ありの状態が一定時間継続すると発振とするものである。（例えば、特許文献１参照）
また、制御パラメータと同時にノッチフィルタ周波数を自動調整する技術も提案されている。例えば、図５に示すように、最初に発振しない程度の制御パラメータを初期設定するステップ１０１と、モータ駆動を開始するステップ１０２と、振動発生の有無を検出するステップ１０３と、ノッチフィルタの有効、無効を判断するステップ１０４と、振動周波数成分を解析するステップ１０５と、ノッチフィルタを設定するステップ１０６と、振動未発生時に制御パラメータを大きくするステップ１０７と、制御パラメータが調整最大値に達しているかどうかを判断するステップ１０８と、振動発生かつノッチフィルタも適用済みの場合に制御パラメータを小さくするステップ１０９とがあり、制御パラメータを大きくしていきながら、振動成分の周波数を検知し、ノッチフィルタを自動的に調整することで、制御パラメータとノッチフィルタの周波数を自動調整するものである。（例えば、特許文献２参照）
また、図７に示すような特性をもつノッチフィルタの周波数ωｎ、深さＤｎを自動的に調整する技術も提案されている。例えば、図６に示すように、トルク指令３０１に対しノッチフィルタを適用する第１ノッチフィルタ６０と、モータ速度の速度検出信号Ｖｄから振動成分を抽出する振動抽出フィルタ６１と、そこで抽出された抽出振動信号Ｘ１に対しノッチフィルタを適用する第２ノッチフィルタ６２と、第２ノッチフィルタ出力信号Ｘ２と切替部６６の出力からノッチフィルタの周波数を設定するノッチ制御部６３と、切替部６６の出力からノッチ深さ設定値ＣＮ２を出力するノッチ深さ制御部６４と、抽出振動信号Ｘ１と第２ノッチフィルタ出力信号Ｘ２とから、ノッチ制御部６３か、ノッチ深さ制御部６４のどちらを動作させるかを判断し、切替部６６を切り替える制御判断部６５とを備え、抽出振動信号Ｘ１に振動成分が含まれると判断されると、ノッチ制御部６３により第１ノッチフィルタ６０のノッチ中心周波数ωｎ１が振動成分の周波数となるように設定される。さらに、ノッチ中心周波数ωｎ１が設定された後、ノッチ深さ制御部６４によって
、抽出振動信号Ｘ１に含まれる振動成分が抑制できる程度のノッチ深さとなるように、第１ノッチフィルタ６０のノッチ深さＤｎを設定する。このような構成により、例えば図８に示すようにノッチフィルタの深さＤｎが最適値となり、不必要に振動を抑制しすぎることを防ぐことで、位相特性を改善し制御系の安定した動作を確保しつつ、機械共振に起因する発振などを抑制できるものである。（例えば特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】1363674879988_0.fnAnchor('anNo11999264102')１１０２３０号公報
【特許文献２】特開２００６−２５４６３０号公報
【特許文献３】国際公開第２０１１／１４８６２３号
【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のように、発振検知の有無により制御ゲインを調整するだけでは機械共振発生時は制御ゲインを小さくするしかなく、十分に制御ゲインを大きくできないという課題があった。
【０００７】
また、特許文献２のように、ノッチフィルタ周波数のみの調整では、ノッチフィルタ深さが最適値にならないため、制御対象によっては、不必要に振動を抑制しすぎて位相遅れが大きくなり、制御ゲインを十分に大きくできないという課題があった。
【０００８】
また、特許文献３のように、ノッチフィルタ周波数とノッチフィルタ深さを最適値に調整する方法の場合、制御ゲインの調整と同時にノッチフィルタ深さの自動調整を行うと、ノッチフィルタ深さを最適値に調整した状態で、さらに制御ゲインを大きくするため、再度同じ共振振動が発生する。そのため、再度ノッチフィルタ深さを深くし、振動が収まるとさらに制御ゲインをまた大きくしていく、という処理を繰り返すことになる。最終的に、ノッチフィルタの深さは最大まで深くなり、それでも振動が収まらない場合に最後は制御ゲインを小さくすることになる。つまり、調整された最終結果だけみると、ノッチフィルタ深さは常に最大深さになってしまい、ノッチフィルタ深さの自動調整の効果があらわれないという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、制御ゲインとノッチフィルタ周波数、深さの組合せを記憶しておき、最終の制御ゲイン決定時にノッチフィルタ周波数、深さを再設定することで、最適な制御ゲインとノッチフィルタ周波数、深さを自動設定できるモータ駆動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】
【００１０】
位置検出器の情報を用いモータを制御するモータ制御装置において、位置指令とモータ位置と制御ゲイン設定値から速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令とモータ速度と前記制御ゲイン設定値からトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令とノッチフィルタ設定値とノッチフィルタ再設定値からノッチフィルタ後トルク指令を出力するノッチフィルタと、前記ノッチフィルタ後トルク指令からモータ駆動信号を出力する電流制御器と、前記モータ位置から前記モータ速度を出力する速度算出器と、前記モータ速度から前記ノッチフィルタ設定値を出力するノッチフィルタ自動設定器と、前記モータ速度から発振検知信号を出力する発振検出器と、前記発振検知信号と前記ノッチフィルタ設定値から前記制御ゲイン設定値と前記ノッチフィルタ再設定値を出力する制御ゲイン自動設定器とを備え、前記ノッチフィルタ自動設定器は、前記モータ速度の振動情報からノッ
チフィルタの周波数、深さを検出し、前記ノッチフィルタに設定するとともに前記制御ゲイン自動設定器にも前記ノッチフィルタ設定値を出力し、前記発振検出器では、前記モータ速度の振動情報から発振の有無を検出し、前記制御ゲイン自動設定器では、前記発振検知信号が発振無しの状態では制御ゲインを大きくするとともに、制御ゲイン設定値と前記ノッチフィルタ設定値とを記憶しておき、発振ありの状態では、制御ゲインを小さくするとともに、小さくした制御ゲインとの組合せで記憶しておいた前記ノッチフィルタ設定値を前記ノッチフィルタ再設定値として出力し、前記ノッチフィルタは前記ノッチフィルタ再設定値を優先的に使用するようにする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１記載のモータ駆動装置によれば、制御ゲインとノッチフィルタ周波数、深さの組合せを記憶しておき、制御ゲインの自動調整後に再設定することで、最適なノッチフィルタの設定となり、不必要に振動を抑制しすぎず、位相特性を改善し制御系の安定した動作が可能となる。また、請求項２記載のモータ駆動装置によれば、再設定時のノッチフィルタ深さをより深く設定することで、装置の共振振動のばらつきに対して安定した振動抑制が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１、２におけるモータ駆動装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１、２におけるフローチャートの図
【図３】従来例における発振検知方式のブロック図
【図４】従来例におけるバンドパスフィルタの周波数特性例の図
【図５】従来例におけるゲイン自動調整のフローチャートの図
【図６】従来例におけるノッチフィルタ自動調整の図
【図７】従来例におけるノッチフィルタの周波数特性例の図
【図８】従来例における調整後のノッチフィルタの周波数特性例の図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の請求項１記載のモータ駆動装置におけるブロック図である。
【００１５】
図１において、位置制御器１は、位置指令１０１とモータ位置１０６と制御ゲイン設定値１１０から速度指令１０２を出力し、速度制御器２は、速度指令１０２とモータ速度１０７と制御ゲイン設定値１１０からトルク指令１０３を出力し、ノッチフィルタ３は、トルク指令１０３とノッチフィルタ設定値１０８とノッチフィルタ再設定値１１１からノッチフィルタ後トルク指令１０４を出力し、電流制御器４は、ノッチフィルタ後トルク指令１０４からモータ駆動信号１０５を出力し、速度算出器５は、モータ位置１０６からモータ速度１０７を出力し、ノッチフィルタ自動設定器６は、モータ速度１０７からノッチフィルタ設定値１０８を出力し、発振検出器７は、モータ速度１０７から発振検知信号１０９を出力し、制御ゲイン自動設定器８は、発振検知信号１０９とノッチフィルタ設定値１０８から制御ゲイン設定値１１０とノッチフィルタ再設定値１１１を出力するものである。
【００１６】
位置制御器１は、位置指令１０１とモータ位置１０６との偏差を０にするように制御され、内部には、位置比例ゲインや位置積分ゲインなどの制御ゲインを有している。制御ゲイン自動設定器８から出力される制御ゲイン設定値１１０を用い制御される。
【００１７】
速度制御器２は、速度指令１０２とモータ速度１０７との偏差を０にするように制御さ
れ、内部には、速度比例ゲインや速度積分ゲイン、速度微分ゲインなどの制御ゲインを有している。制御ゲイン自動設定器８から出力される制御ゲイン設定値１１０を用い制御される。
【００１８】
ノッチフィルタ３は、設定された周波数成分を除去するフィルタであり、従来例の図７に示すように、中心周波数ωｎ、深さＤｎ、幅Ｂｎを設定することで、トルク指令１０３から共振を励起する周波数を除去し、共振振動を抑制する。ここでは、ノッチフィルタの設定値として、ノッチフィルタ自動設定器６からのノッチフィルタ設定値１０８と、制御ゲイン自動設定器８からのノッチフィルタ再設定値１１１との２つがあるが、まず最初は、ノッチフィルタ自動設定器６からのノッチフィルタ設定値１０８を使用する。その後、制御ゲイン自動設定器８における自動調整が行われた結果、ノッチフィルタ再設定値１１１が出力されると、その後は、ノッチフィルタ再設定値１１１を使用する。
【００１９】
電流制御器４は、ノッチフィルタ後トルク指令１０４で指定されたトルクが出力されるようにモータ駆動信号１０５を出力し、モータ電流を制御する。
【００２０】
速度算出器５は、モータ位置１０６の１サンプリング前の値との差分からモータ速度１０７を算出している。
【００２１】
ノッチフィルタ自動設定器６は、例えば、従来例の図６に示したような構成を持ち、モータ速度１０７から振動成分を抽出して、ノッチフィルタの周波数、幅を自動的に設定するものであり、その結果をノッチフィルタ設定値１０８として出力する。
【００２２】
発振検出器７は、例えば、従来例の図３に示したような構成を持ち、モータ速度１０７に対し、図４に示すバンドパスフィルタを適用し、振動成分を抽出し、発振を検知するものであり、その結果を発振検知信号１０９として出力する。
【００２３】
制御ゲイン自動設定器８は、まず最初にモータが発振しない程度にゲインを小さくしておき、モータ動作毎に制御ゲイン設定値１１０を大きくすると同時に、制御ゲイン設定値１１０とノッチフィルタ設定値１０８との組合せを内部メモリ等に記憶しておく。発振検知信号１０９により発振を検知すると、制御ゲイン設定値１１０を前回値、または数回前の適切な値に設定すると同時に、下げたゲイン設定値との組合せで記憶しておいたノッチフィルタ設定値１０８をノッチフィルタ再設定値１１１として出力する。そうすることで、最終の制御ゲイン設定値における最適なノッチフィルタ周波数、深さを設定することができる。
【００２４】
処理の流れを図２に示すフローチャートで説明する。
【００２５】
モータが発振しないよう制御ゲインを低く設定するステップ１と、モータ動作を開始するステップ２と、ノッチフィルタ周波数、深さを自動調整するステップ３と、発振の有無を検知するステップ４と、発振無しの場合に、制御ゲインとノッチフィルタ周波数、深さとの組合せを内部メモリ等に記憶しておくステップ５と、制御ゲインを大きくするステップ６と、発振ありの場合に、制御ゲインを前回値、または数回前の最適な値に設定するステップ７と、ステップ７で設定された制御ゲインとの組合せで記憶してあるノッチフィルタ周波数、深さを再設定するステップ８の手順からなり、ステップ６からステップ３に戻り、ステップ４で発振検知するまで繰り返すものである。
【００２６】
ステップ５で制御ゲインとノッチフィルタ周波数、深さを記憶しておくことと、それをステップ８で再設定することで、最適な制御ゲインとノッチフィルタ周波数、深さを自動設定することができる。
【００２７】
本発明により、制御ゲインとノッチフィルタ周波数、深さを自動調整する場合でも、制御ゲインにあった最適なノッチフィルタ深さを設定することができ、不必要に振動を抑制しすぎることを防ぐことで、位相特性を改善し制御系の安定した動作を確保しつつ、機械共振に起因する発振などの抑制が可能となる。その結果、ノッチフィルタ深さの自動調整がない場合よりも、制御ゲインを大きくすることが可能となる。
【００２８】
また、ノッチフィルタの幅Ｂｎは固定値としておいてもよいし、いくつかのパターンの中から最初に選択するようにしてもよい。
【００２９】
また、発振検出器７における振動の持続性の基準時間を、ノッチフィルタ自動設定器６においてノッチフィルタを自動調整しノッチフィルタ３で実際のモータ動作の振動が抑制されるまでの時間より、適度に長く設定しておくことで、ノッチフィルタ自動設定により振動が抑制される前に発振検知をしてしまうことを防ぐこともできる。
【００３０】
なお、制御ゲイン自動設定器８で、制御ゲイン設定値１１０を大きくしていく際に、あらかじめ上限値を決めておき、その上限値より大きくならないようにすることで、過大になることを防ぐこともできる。
【００３１】
（実施の形態２）
基本構成は実施の形態１と同じであるため、ここでは相違点について説明する。
本発明では、制御ゲイン自動設定器８は、まず最初にモータが発振しない程度にゲインを小さくしておき、モータ動作毎に制御ゲイン設定値１１０を大きくすると同時に、制御ゲイン設定値１１０とノッチフィルタ設定値１０８との組合せを内部メモリ等に記憶しておく。発振検知信号１０９により発振を検知すると、制御ゲイン設定値１１０を前回値、または数回前の適切な値に設定すると同時に、下げたゲイン設定値との組合せで記憶しておいたノッチフィルタ設定値１０８に対し、深さをあらかじめ決めていた深さの最終調整値分だけ深くしてノッチフィルタ再設定値１１１として出力する。そうすることで、最終の制御ゲイン設定値に対し、より安定して振動を抑制できる最適なノッチフィルタ周波数、深さを設定することができる。
【００３２】
本発明により、装置自体のばらつきや、負荷の大きさが変化することにより、共振振動の周波数や大きさが変化する場合でも、ノッチフィルタ深さを深めに設定することで、安定して振動を抑制することができる。例えば、搬送ロボットなどで、搬送する負荷の大きさが変わる場合、共振周波数や大きさも変化することになる。特にノッチフィルタの深さを最適調整した場合、その調整した状態から負荷が変わり、共振周波数や大きさが変化すると、共振振動が発生しやすくなる。そのため、あらかじめ負荷が変化することがわかっている装置の場合は、最適調整値に対し、ノッチ深さをより深く設定することで負荷の変化にも対応することが可能となる。
【００３３】
また、深さの最終調整値を適切に設定することで、位相特性の悪化を最小限にし、制御系の安定した動作を確保することができる。深さの最終調整値は、固定値でもよいし、パラメータで可変にしておき、装置の特性に応じて使い分けるようにしてもよい。
【００３４】
また、ノッチフィルタ再設定値１１１は、ノッチフィルタの深さだけでなく、幅を広くすることでも、装置の共振振動の変化に対し、安定して振動を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のモータ駆動装置は、制御ゲインとノッチフィルタ周波数、深さを自動で最適値に調整することができ、制御パラメータ、ノッチフィルタの調整機能を備えたサーボモー
タ制御やその他のリニアモータ等の制御などにも有用である。
【符号の説明】
【００３６】
１  位置制御器
２  速度制御器
３  ノッチフィルタ
４  電流制御器
５  速度算出器
６  ノッチフィルタ自動設定器
７  発振検出器
８  制御ゲイン自動設定器
１０１  位置指令
１０２  速度指令
１０３  トルク指令
１０４  ノッチフィルタ後トルク指令
１０５  モータ駆動信号
１０６  モータ位置
１０７  モータ速度
１０８  ノッチフィルタ設定値
１０９  発振検知信号
１１０  制御ゲイン設定値
１１１  ノッチフィルタ再設定値
５０  バンドパスフィルタ
５１  振幅判定器
５２  振動継続判定器
２０１  モータ速度
２０２  振動成分信号
２０３  振動検知信号
２０４  発振検知信号
６０  第１ノッチフィルタ
６１  振動抽出フィルタ
６２  第２ノッチフィルタ
６３  ノッチ制御部
６４  ノッチ深さ制御部
６５  制御判断部
６６  切替部
３０１  トルク指令
３０２  ノッチフィルタ後トルク指令
３０３  速度検出信号Ｖｄ
３０４  抽出振動信号Ｘ１
３０５  第２ノッチフィルタ出力信号Ｘ２
３０６  ノッチ周波数設定値ＣＮ１
３０７  切替信号
３０８  ノッチ深さ設定値ＣＮ２
【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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