(57)【要約】  速度制御帯域を最大化するフィルタの調整を簡単に行うモータ制御装置を得るために、発振指示信号を出力する発振指示部（１０３）と、フィルタパラメータによって規定される周波数特性を有するフィルタ処理を行うフィルタ部（１０７）と、発振指示信号がオンである発振期間に、フィルタ部（１０７）、電流制御部（１０８）、モータ（１）および速度演算部（１０１）と共に発振期間における制御ループを構成し、発振期間における制御ループを発振させる強制発振部（１０５）と、発振期間における制御ループが発振されたときに強制発振部（１０５）の入力信号の振幅の出力信号の振幅に対する比を評価値として取得する振幅評価部（１０９）と、フィルタパラメータの複数の候補を順次、フィルタ部（１０７）に設定した場合の複数の評価値を比較して評価値が小さくなるフィルタパラメータを選択し、フィルタ部（１０７）に設定するフィルタ調整部（１１０）を備える。
2017208701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械負荷に連結されるモータの速度を表す速度信号と、前記モータの速度の指令値である速度指令とに基づいて、前記モータのトルクの指令値であるトルク指令を演算して前記モータを制御するモータ制御装置において、
前記速度信号が前記速度指令に一致するように第１操作信号を演算して出力する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて前記モータに電流を与える電流制御部と、
前記速度信号を出力する速度演算部と、
発振の実行を指示するオン又は停止を指示するオフの信号である発振指示信号を出力する発振指示部と、
フィルタパラメータによって規定される周波数特性を有するフィルタ処理を行うフィルタ部と、
前記発振指示信号がオンである発振期間に、前記フィルタ部、前記電流制御部、前記モータおよび前記速度演算部と共に発振期間における制御ループを構成し、前記発振期間における制御ループを発振させる強制発振部と、
前記強制発振部によって前記発振期間における制御ループが発振されたときに、前記強制発振部の入力信号の振幅の前記強制発振部の出力信号の振幅に対する比を評価値として取得する振幅評価部と、
前記フィルタパラメータの複数の候補を順次、前記フィルタ部に設定した場合の前記評価値を取得し、複数の前記評価値を比較して前記評価値が小さくなる前記フィルタパラメータを選択し、前記フィルタ部に設定するフィルタ調整部と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記フィルタ部は、前記発振指示信号がオフである通常期間に前記フィルタ処理を前記第１操作信号に行って前記トルク指令を出力し、前記電流制御部に出力することにより、前記モータを制御することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記強制発振部は、前記速度指令と前記速度信号との偏差である速度偏差又は前記速度信号を入力として第２操作信号を出力し、
前記第１操作信号および前記第２操作信号を加算するか又は前記第１操作信号および前記第２操作信号のうちのいずれか一方を選択することにより第３操作信号を得て出力する第３操作信号出力部をさらに備え、
前記フィルタ部は、前記発振期間に前記第３操作信号に対して前記フィルタ処理を行って前記トルク指令を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記フィルタ部は、前記第１操作信号に対して前記フィルタ処理を行って第４操作信号を出力し、
前記強制発振部は、前記第４操作信号を入力として第５操作信号を出力し、
前記第４操作信号および前記第５操作信号を加算するか又は前記第４操作信号および前記第５操作信号のうちのいずれか一方を選択することにより前記トルク指令を得て出力するトルク指令出力部をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記強制発振部は、前記強制発振部の入力信号の正又は負の符号に応じてそれぞれ、予め定められた大きさの正又は負の値を出力することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記振幅評価部は、前記強制発振部の入力信号の振幅を前記強制発振部の出力信号の振幅で除した値又は前記出力信号の振幅を前記入力信号の振幅で除した値を前記評価値とすることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は機械負荷を駆動するモータの制御を行うモータ制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
機械負荷とモータを連結したモータ制御装置では、機械負荷とモータの慣性比、機械の剛性に依存する共振特性を有するため、速度制御の制御帯域を拡大しようとすると、共振周波数における振動が生じることがある。安定かつ高応答な制御を行うためには、共振周波数における振動を低減しつつモータの速度制御帯域が大きくなるように、速度制御器とフィルタの周波数特性の調整を行う必要がある。フィルタとしてノッチフィルタを用いる場合、入力信号を減衰させる帯域の中心周波数であるノッチ周波数、減衰させる幅（帯域の幅）、深さ（減衰振幅）を調整する必要がある。フィルタの周波数特性を手動で調整する際には、操作者はフィルタのパラメータ、速度制御器の制御ゲインを変更する毎に機械システムを動作させると共に、その応答を測定して良し悪しを判断するといった作業を繰り返す必要がある。【０００３】
機械システムの共振特性に応じてフィルタの周波数特性を調整する技術として、特許文献１、特許文献２に記載される技術が開示される。
特許文献１に記載の技術では、速度検出値に含まれる所定の帯域の周波数の振動成分を抽出するバンドパス特性を持つ振動抽出フィルタを備え、抽出される振動成分の振幅の大きさを評価指標とする。この評価指標が最小となるようにノッチ周波数を勾配法に基づき探索して調整する技術が開示される。
特許文献２に記載の技術では、制御器から出力される操作量に対してハイパス特性を持つフィルタを作用させることで高周波数成分を励起させた操作量をモータに印加する。このときに励振される位置検出値をフーリエ変換し共振周波数を計算し、共振周波数にノッチフィルタのノッチ周波数を調整する技術が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９―２９６７４６号公報（７〜８ページ、図４）
【特許文献２】特開２００５―１４９７１１号公報（１４〜１６ページ、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、速度制御の安定性を確保しつつ制御帯域を最大化するフィルタの調整を行うことができず、また、速度制御部の事前設定の状況に依っては調整が実施できないという課題があった。【０００６】
第一の理由を挙げる。ノッチフィルタを速度制御ループ内に設置すると、開ループ特性においてノッチ周波数よりも低い周波数帯域では位相が遅延するため、低周波数帯域において位相が１８０度以上遅延し、速度制御の安定性が劣化し、応答が振動的になる可能性がある。バンドパスフィルタを用いて共振周波数近傍の高周波数帯域のみを抽出する評価方法では、低周波数帯域における振動成分は評価できず、速度制御の安定性の劣化を防ぐことができない。そのため、ノッチフィルタを設定することで低周波数帯域の安定性を劣化させてしまう場合がある。つまり、ノッチフィルタの調整の後に速度制御の制御帯域を小さくして安定性を確保する措置が必要となり、速度制御帯域を最大化するフィルタの調整ができない。【０００７】
第二の理由を挙げる。特許文献１に記載の技術はノッチ周波数のみが調整可能な技術である。抽出される振動成分の振幅を評価指標とすると、どのような機械システムを対象としても、抽出される周波数帯域においてフィルタのゲイン低減の特性が大きいほど、評価指標が小さくなる。そのため、例えば特許文献１に記載の技術でノッチフィルタの深さ（減衰振幅）、幅（帯域の幅）を調整しようとすると、ノッチフィルタの深さが深くなる（減衰振幅が大きくなる）につれて評価指標は単調に小さくなる。また、ノッチフィルタの幅は広くなる（帯域の幅が大きくなる）につれて評価指標は単調に小さくなる。そのため、ノッチフィルタの妥当性を評価することはできず、ノッチフィルタの深さと幅を調整することはできない。よって、フィルタの周波数特性を良好に調整することはできない。結果として、速度制御帯域を最大化するフィルタの調整ができない。【０００８】
第三の理由を挙げる。特許文献１に記載の技術では、予め選択された帯域に振動成分が含まれなければノッチ周波数の調整を実施できない。例えば、速度制御部の制御ゲインが事前に小さく設定されている場合には、振動が励振されずフィルタパラメータの探索が進まないため、フィルタの調整を実施することができない。従って、ノッチフィルタ調整を行うために、速度制御部の速度ゲインを試行錯誤的に設定する必要がある。【０００９】
以上より、特許文献１の技術では、速度制御帯域が最大化されるようなフィルタ調整ができず、また、速度制御部の事前設定の状況に依っては調整が実施できない。【００１０】
次に、特許文献２に記載の技術は、ハイパス特性を持つフィルタを作用させて共振周波数の近傍の帯域を励振し、共振特性を調べて共振周波数におけるゲイン特性が低下するようにフィルタを調整する技術である。
しかし、ハイパス特性を持つフィルタを用いて共振周波数近傍の高周波数帯域のみを抽出する評価方法では、特許文献１の技術に関する上述の第一の理由と同様に、低周波数帯域における振動成分は評価できず、速度制御の安定性の劣化を防ぐことができない。そのため、ノッチフィルタを設定することで低周波数帯域の安定性を劣化させてしまう場合がある。つまり、ノッチフィルタの調整の後に速度制御の制御帯域を小さくして安定性を確保する措置が必要となり、速度制御帯域を最大化するフィルタの調整ができない。【００１１】
以上より、特許文献２の技術では、速度制御帯域を最大化するフィルタの調整を行うことができず、また、フィルタの調整にあたっては操作者の試行錯誤による操作を要するという問題がある。【００１２】
また、特許文献１および特許文献２のいずれの技術においても、抽出される振動の周波数の成分のみが低減されるようにノッチフィルタが調整される。そのため、抽出される振動の周波数にノッチ周波数が設定されることになる。しかしながら、振動周波数と異なる周波数にノッチ周波数を設定した方が速度制御帯域を拡大できる場合も多い。そのような場合には特許文献１および特許文献２の技術では、速度制御帯域を最大化することができないという問題がある。【００１３】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、速度制御部の制御ゲインの事前設定の状況に依らず、また、試行錯誤の煩わしさがなく、速度制御帯域を最大化するフィルタの調整を簡単に行うことができるモータ制御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】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るモータ制御装置は、機械負荷に連結されるモータの速度を表す速度信号と、モータの速度の指令値である速度指令とに基づいて、モータのトルクの指令値であるトルク指令を演算してモータを制御するモータ制御装置において、速度信号が速度指令に一致するように第１操作信号を演算して出力する速度制御部と、トルク指令に基づいてモータに電流を与える電流制御部と、速度信号を出力する速度演算部と、発振の実行を指示するオン又は停止を指示するオフの信号である発振指示信号を出力する発振指示部と、フィルタパラメータによって規定される周波数特性を有するフィルタ処理を行うフィルタ部と、発振指示信号がオンである発振期間に、フィルタ部、電流制御部、モータおよび速度演算部と共に発振期間における制御ループを構成し、発振期間における制御ループを発振させる強制発振部と、強制発振部によって発振期間における制御ループが発振されたときに、強制発振部の入力信号の振幅の強制発振部の出力信号の振幅に対する比を評価値として取得する振幅評価部と、フィルタパラメータの複数の候補を順次、フィルタ部に設定した場合の評価値を取得し、複数の評価値を比較して評価値が小さくなるフィルタパラメータを選択し、フィルタ部に設定するフィルタ調整部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、速度制御部の制御ゲインの事前設定の状況に依らず、試行錯誤の煩わしさがなく、また、速度制御帯域を最大化するフィルタの調整を簡単に行うモータ制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１における発振期間における制御ループを示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置の挙動を示す時間応答グラフである。
【図４】本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置において保持されるパラメータ候補と評価値の例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態４におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態５におけるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態５における発振期間における制御ループを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係るモータ制御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、以下に示す実施の形態は例示であって、以下の実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置１０の構成を示すブロック図である。
図１に示すようにモータ制御装置１０は、モータ１とモータ位置検出器２に接続される。モータ制御装置１０は、モータの位置を示す信号である位置信号Ｐｆｂを入力として、電流Ｉｏを出力する。電流Ｉｏは、モータ１がトルク指令Ｔｒのトルクを発生させるための電流である。モータ１は、機械負荷３に連結される。モータ１は、電流Ｉｏによってトルク指令Ｔｒに追従するようにトルクを発生させる。モータ位置検出器２は、モータ１の位置を検出する装置であり、位置信号Ｐｆｂを出力する。
【００１９】
ここで、モータ１の位置とは、モータ１の内部に備えられる可動子の回転位置、あるいは固定子に対する可動子の相対位置である。
また、図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置１０を適用する機械システムの構成の一例を示すものでもある。
【００２０】
モータ制御装置１０は、速度演算部１０１、減算器１０２、発振指示部１０３、速度制御部１０４、強制発振部１０５、第３操作信号出力部１０６、フィルタ部１０７、電流制御部１０８、振幅評価部１０９、フィルタ調整部１１０を構成要素に持つ。
【００２１】
次に、本実施の形態におけるモータ制御装置１０の動作について説明する。
速度演算部１０１は、位置信号Ｐｆｂを入力として、モータ１の速度を示す信号である速度信号Ｖｆｂを演算して出力する。例えば、位置信号Ｐｆｂを微分操作することで速度信号Ｖｆｂを得る。
減算器１０２は、モータ１の速度の指令値を示す信号である速度指令Ｖｒと、速度信号Ｖｆｂとの偏差を演算して速度偏差Ｖｅとして出力する。
【００２２】
発振指示部１０３は、発振の実行を指示するオンまたは発振の停止を指示するオフのいずれかを示す信号である発振指示信号Ｒｔを出力する。発振指示部１０３は、機械システムの外部からの操作に基づいてその動作を開始して、発振指示信号Ｒｔとしてオンまたはオフの信号をそれぞれ交互に予め定められた回数だけ繰り返して出力し、その動作を終了するものとする。以下、発振指示信号Ｒｔがオンの状態である期間を発振期間と呼び、発振指示信号Ｒｔがオフの状態である期間を通常期間と呼ぶ。発振指示部１０３の動作が開始していない状態および発振指示部１０３の動作が終了した後の状態においては、発振指示信号Ｒｔはオフの状態であるとする。後述するフィルタパラメータ候補の組の数と同数だけ発振指示信号Ｒｔがオンとオフの信号をそれぞれ交互に繰り返して出力する。
【００２３】
速度制御部１０４は、速度偏差Ｖｅと発振指示信号Ｒｔを入力とする。速度制御部１０４は、通常期間においては、速度偏差Ｖｅに対して制御ゲインの１つである比例ゲインを乗じて得た比例補償と、速度偏差Ｖｅに対して制御ゲインの１つである積分ゲインを乗じて積分を行って得た積分補償との和を演算して第１操作信号ｕ１として出力する。また、発振指示信号Ｒｔがオンの状態になり発振期間となったとき、速度制御部１０４は、出力である第１操作信号ｕ１として、発振指示信号Ｒｔがオンの状態になる直前の値を保って一定値を出力する。
【００２４】
この直前の値を保つ動作は、例えば比例ゲインおよび積分ゲインを０にし、積分の出力を保持するようにすることで実現できる。この動作により、発振期間においても直前の安定な制御状態を保つことができ、モータに掛かる負荷の程度に拠らず、発振期間へ安定に移行することが可能となる。これにより速度制御部１０４の事前の設定の状況によらず後述する調整を行うことができる。
【００２５】
強制発振部１０５は、後述のように発振期間において、フィルタ部１０７と電流制御部１０８とモータ１と速度演算部１０１と共に発振期間における制御ループＣＬ０を構成し、発振期間における制御ループを発振させる動作を行う。具体的には、速度偏差Ｖｅと発振指示信号Ｒｔを入力として、発振指示信号Ｒｔがオンの状態である発振期間に、予め定められた大きさの振幅を持ち、後述する方法で正負が決定される値である第２操作信号ｕ２を出力する。すなわち、入力である速度偏差Ｖｅに基づく非線形な演算により予め定められた大きさの振幅を持つよう演算した信号を出力する。このとき第２操作信号ｕ２の振幅を操作振幅Ｕａと呼ぶ。
【００２６】
具体的には、速度偏差Ｖｅの符号に応じて＋Ｕａまたは−Ｕａのどちらかの値が第２操作信号ｕ２として選択される。この選択に際しては、速度偏差Ｖｅにローパスフィルタを作用させた結果の信号の符号に応じて＋Ｕａまたは−Ｕａの値のどちらかが選択されてもよい。また、＋Ｕａまたは−Ｕａの値は単純に速度偏差Ｖｅの符号に応じて選択されるだけでなく、速度偏差Ｖｅに非線形なヒステリシス特性を持たせた信号に基づいて、＋Ｕａと−Ｕａとから選択されてもよい。
【００２７】
なお、強制発振部１０５は、発振指示信号Ｒｔがオフの状態である通常期間において、値がゼロの第２操作信号ｕ２を出力する。
【００２８】
次に、発振指示信号Ｒｔがオンの状態の動作について図２を用いて説明する。
図２は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置１０において発振指示信号Ｒｔがオンの状態のときに構成される発振期間における制御ループＣＬ０を抽出して示したブロック図である。図２において発振期間における制御ループＣＬ０を一点鎖線の枠で示す。発振期間における制御ループＣＬ０は、図２において速度演算部１０１、強制発振部１０５、フィルタ部１０７、電流制御部１０８、モータ１を含んで構成される。図２においては、発振期間における制御ループＣＬ０には、さらに減算器１０２、第３操作信号出力部１０６、モータ位置検出器２も含まれる。
【００２９】
発振指示信号Ｒｔがオンになると、上述した強制発振部１０５の作用によりこの発振期間における制御ループＣＬ０が発振する。なお、発振期間における制御ループＣＬ０としては、フィルタ部１０７、電流制御部１０８、モータ１、速度演算部１０１および強制発振部１０５が含まれているものであればよい。また、以下の実施の形態においても発振期間における制御ループは同様に構成される。
【００３０】
このとき、速度偏差Ｖｅと強制発振部１０５が出力する第２操作信号ｕ２とは一定の周期で発振する。この発振は自励振動によるものであり、この自励振動をリミットサイクルと呼ぶ。
本実施の形態では、第２操作信号ｕ２は予め定められた振幅で発振する。
上記の強制発振部１０５の発振指示信号Ｒｔがオンの状態である発振期間の動作は、温度調整制御などで用いられるリミットサイクル法と呼ばれる方法における動作と同様である。
【００３１】
第３操作信号出力部１０６は、第１操作信号ｕ１と第２操作信号ｕ２を入力として、第１操作信号ｕ１と第２操作信号ｕ２の和を演算して第３操作信号ｕ３として出力する。ここでは、第３操作信号出力部１０６は、第１操作信号ｕ１と第２操作信号ｕ２の和を第３操作信号ｕ３とするものとしたが、これに限るものではない。第３操作信号出力部１０６は、発振指示信号Ｒｔがオフの状態であるときは第１操作信号ｕ１を第３操作信号ｕ３として選択して出力するものであってもよい。あるいは、第３操作信号出力部１０６は、第２操作信号ｕ２を選択して第３操作信号ｕ３として選択して出力するものであってもよい。
【００３２】
フィルタ部１０７は、第３操作信号ｕ３を入力として、第３操作信号ｕ３にフィルタを作用させて演算されるトルク指令Ｔｒを出力するフィルタ処理を行う。フィルタ部１０７のフィルタの周波数特性はフィルタパラメータＦｐに基づいて規定され、その周波数特性はフィルタパラメータＦｐに応じて可変であるとする。
なお、前述の如く、発振指示信号Ｒｔがオフの状態である通常期間においては強制発振部１０５が出力する第２操作信号ｕ２は値がゼロとなる。そのため、通常期間においては、フィルタ部は第１操作信号ｕ１に対してフィルタ処理を行ってトルク指令Ｔｒを出力する。
【００３３】
本実施の形態では、フィルタ部１０７で演算に使われるフィルタはローパスフィルタとノッチフィルタの積によって構成されるものとする。このとき、フィルタパラメータＦｐにはノッチフィルタの中心周波数であるノッチ周波数ｗｎと、ノッチフィルタの幅（帯域の幅）および深さ（減衰振幅）をそれぞれ規定する係数ｚａおよび係数ｚｂと、ローパスフィルタの遮断周波数ｗｌが含まれる。フィルタパラメータＦｐにはまた、ノッチフィルタを有効または無効にするスイッチと、ローパスフィルタを有効または無効にするスイッチも含まれるものとする。ここで、ノッチフィルタが無効である状態とはその伝達関数が１である状態を示す。同様にローパスフィルタが無効である状態とはその伝達関数が１である状態を示す。
【００３４】
有効である状態のローパスフィルタの伝達関数ＬＰＦと、有効である状態のノッチフィルタの伝達関数ＮＦはフィルタパラメータＦｐによってそれぞれ式（１）、式（２）のように表される。
【００３５】
【数１】
2017208701.tif 000003
【００３６】
【数２】
2017208701.tif 000004
【００３７】
ここで、ｓはラプラス演算子を表す。
なお、ここでは連続系の伝達関数の係数をフィルタパラメータＦｐとしているが、離散系の伝達関数の係数をフィルタパラメータＦｐとしてもよい。また、フィルタの周波数特性がパラメータに基づいて規定されるフィルタであれば他の構成でもよい。例えば、ローパスフィルタが直列に２つ以上設置されていてもよいし、あるいは位相進みフィルタ、位相遅れフィルタなどのフィルタを用いてもよい。
電流制御部１０８は、トルク指令Ｔｒを入力として、トルク指令Ｔｒのトルクを発生させるための電流Ｉｏをモータ１へ供給する。このようにして、モータ１の制御が行われる。
【００３８】
振幅評価部１０９は、上述した発振期間における制御ループＣＬ０の発振状態の評価、特に発振期間における制御ループＣＬ０の信号の振幅に関する評価を行う。具体的には、強制発振部１０５の入力である速度偏差Ｖｅと強制発振部１０５の出力である第２操作信号ｕ２を入力として、速度偏差Ｖｅの振幅である速度振幅Ｖａと、第２操作信号ｕ２の操作振幅Ｕａを取得する。ここで、第２操作信号ｕ２は強制発振部１０５の動作から、矩形波信号であるので、第２操作信号ｕ２の絶対値をとることで操作振幅Ｕａを取得できる。また、速度振幅Ｖａの演算手段として、速度偏差Ｖｅの符号が変化してから次に符号が変化するまでの期間の信号の絶対値の最大値を速度振幅Ｖａとして演算してもよい。
【００３９】
また、上記速度偏差Ｖｅに対してＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）の処理を行うことにより得られるスペクトルが最大である信号を速度振幅Ｖａとしてもよい。あるいは、以上述べた信号にローパスフィルタを作用させて得た信号を速度振幅Ｖａとしてもよい。
【００４０】
さらに、振幅評価部１０９は、速度振幅Ｖａの操作振幅Ｕａに対する比を評価値Ｅｖとして演算する。具体的には速度振幅Ｖａを操作振幅Ｕａで除した値を評価値Ｅｖとして演算する。すなわち、Ｅｖ＝Ｖａ／Ｕａとなる。振幅評価部１０９は、発振指示信号Ｒｔがオンからオフへ変わる直前の評価値Ｅｖを出力する。ただし、評価値Ｅｖの取り方はこれに限るものではない。例えば、本実施の形態では、操作振幅Ｕａは予め定められた大きさであり、速度振幅Ｖａの操作振幅Ｕａに対する比の値が速度振幅Ｖａのみに依存するため、単に評価値Ｅｖとして速度振幅Ｖａを用いてもよい。その場合には振幅評価部１０９は第２操作信号ｕ２を入力信号として持つ必要がないことは言うまでもない。
【００４１】
また、速度振幅Ｖａを操作振幅Ｕａで除した値にローパスフィルタを作用させて得た値を評価値Ｅｖとしてもよい。後述するが、ここで演算される評価値Ｅｖはフィルタ部１０７の特性に依存する速度制御帯域の限界の大きさを示しており、フィルタ部１０７に設定されているフィルタパラメータＦｐを評価する値となる。
【００４２】
フィルタ調整部１１０は、フィルタ部１０７のフィルタパラメータＦｐの候補であるフィルタパラメータ候補を複数組保持しており、それらを予め定められた順にフィルタ部１０７に設定する。発振指示信号Ｒｔがオフの状態である通常期間において、予め定められた順にフィルタパラメータ候補のうちの１組をフィルタ部１０７に設定する。また、フィルタ調整部１１０は、評価値Ｅｖを入力信号として有しており、フィルタ部１０７に設定されているフィルタパラメータＦｐと評価値Ｅｖとを関連付けて保存する。
【００４３】
フィルタ調整部１１０は、保持しているフィルタパラメータ候補を予め定められた順にフィルタ部１０７に設定し、それぞれに関連付けられる評価値Ｅｖを取得する。
フィルタ調整部１１０は取得される評価値Ｅｖを順次比較して小さい方の評価値Ｅｖを記憶し、最小となる評価値Ｅｖを得る。最小となる評価値Ｅｖに関連付けられるフィルタパラメータ候補を最適フィルタパラメータとして選択し、フィルタ部１０７に設定する。
【００４４】
ここでは最終的に１組の最適フィルタパラメータを得られればよいので、フィルタ調整部１１０は必ずしもフィルタパラメータ候補と、フィルタパラメータ候補に関連付けられた評価値Ｅｖとを全て保存しておく必要はない。フィルタ調整部１１０は、各段階で最も小さい評価値Ｅｖと新たに取得された評価値Ｅｖを逐次比較して、より小さい方の評価値Ｅｖとそれに関連付けられるフィルタパラメータ候補を保存しておくとしてもよい。
【００４５】
ここで、図１において、フィルタ調整部１１０から出てフィルタ部１０７を斜めに突き抜けている矢印は、フィルタ調整部１１０がフィルタ部１０７の内部の設定内容を変更することを意味する。また、これは以下の実施の形態におけるブロック図においても同様である。
【００４６】
次に、本実施の形態におけるモータ制御装置１０によって得られる効果を説明する。
【００４７】
まず、強制発振部１０５と振幅評価部１０９を構成要素に含むことによる効果を説明する。発振指示信号Ｒｔがオフである通常期間には、モータ制御装置１０では速度フィードバック制御が実行され、モータ１の速度がモータの速度指令Ｖｒに近づくように動作をする。一方で、発振指示信号Ｒｔがオンである発振期間には、強制発振部１０５の動作によって前述のようにリミットサイクルと呼ばれる自励振動が生じる。すなわち、強制発振部１０５は、フィルタ部１０７と電流制御部１０８とモータ１と速度演算部１０１と共に発振期間における制御ループＣＬ０を構成して、発振期間における制御ループＣＬ０を発振させる。
【００４８】
機械システムの外部からの操作に基づいて発振指示部１０３の動作が開始されると、発振指示部１０３が発振指示信号Ｒｔを出力しリミットサイクルが生じる。強制発振部１０５の動作によって生じるリミットサイクルの波形に基づいて、フィルタ部１０７の周波数特性に依存して変わる速度制御部１０４の速度制御帯域の限界の大きさを調べることができる。具体的には、強制発振部１０５の入力信号と出力信号の振幅の比に基づいて速度制御部１０４の速度制御帯域の限界の大きさを調べることができる。ここで、速度制御帯域の限界の大きさとは、速度制御部１０４の制御ゲインを安定性が確保される範囲で最大化した場合の制御帯域の大きさを示す。
【００４９】
以下、その理由について説明する。強制発振部１０５を制御器であると考えたとき、第３操作信号ｕ３を入力として速度信号Ｖｆｂを出力とする対象は、強制発振部１０５に対する制御対象と見ることができる。説明のため、この制御対象を制御対象Ｐ０と呼ぶ。図１において、制御対象Ｐ０に含まれる構成要素を破線の枠で囲んで示す。図１に示すように、制御対象Ｐ０はフィルタ部１０７を含む。なお、制御対象Ｐ０については以下の実施の形態の説明においても本実施の形態と同様の考え方で用いている。
【００５０】
強制発振部１０５の動作に基づいて生じるリミットサイクルは、制御対象Ｐ０の伝達関数の開ループ特性において位相が１８０度遅れる周波数で定常的に発振する。ここで、制御対象Ｐ０の伝達関数の位相が１８０度遅れる周波数を周波数ｗＰ０とする。周波数ｗＰ０は位相交差周波数と呼ばれる。周波数ｗＰ０における制御対象Ｐ０のゲインをゲインｇＰ０とする。制御対象Ｐ０の周波数特性に依存して変わる速度制御部１０４の比例ゲインの最大値を評価する上で、位相交差周波数におけるゲインｇＰ０は重要な値である。
【００５１】
発振指示信号Ｒｔがオフであり、速度制御部１０４による速度制御が行われている状態において、速度制御が安定な状態から比例ゲインを徐々に大きくしていくと比例ゲインが特定の値Ｋｐｕに達したときに定常的な振動が生じる。この特定の値Ｋｐｕは限界比例ゲインと呼ばれる。このとき、周波数ｗＰ０における制御系の一巡ループゲインは１になっており、限界比例ゲインＫｐｕと、前述のゲインｇＰ０は次の式（３）を満たす。
【００５２】
【数３】
2017208701.tif 000005
【００５３】
つまり、ゲインｇＰ０の大きさが判れば、式（３）を用いて限界比例ゲインＫｐｕを計算することができる。
【００５４】
ゲインｇＰ０は、その定義より、制御対象Ｐ０に周波数ｗＰ０の正弦波信号が第２操作信号ｕ２として入力されるときの出力信号である速度偏差Ｖｅの振幅を第２操作信号ｕ２の振幅で除した値である。一方で、強制発振部１０５によって生じるリミットサイクルでは、制御対象Ｐ０に周波数ｗＰ０の矩形波信号が第２操作信号ｕ２として入力される状態である。つまり、第２操作信号ｕ２が矩形波信号であるという点を除いて、強制発振部１０５によって生じるリミットサイクルにおいて、速度振幅Ｖａを操作振幅Ｕａで除した評価値Ｅｖを求める演算はゲインｇＰ０を計算することと同等である。
【００５５】
また、後述する記述関数法に基づいて、矩形波信号の振幅は正弦波信号の振幅に近似的に置き換えることができる。つまり、速度振幅Ｖａの操作振幅Ｕａに対する比である評価値Ｅｖは、ゲインｇＰ０を示す良い指標である。
振幅評価部１０９で計算される評価値ＥｖとゲインｇＰ０とは次の関係式を満たす。
【００５６】
【数４】
2017208701.tif 000006
【００５７】
ここで、定数ｃは記述関数法に基づいて定められる定数である。定数ｃは記述関数法に基づき矩形波信号を正弦波信号に近似的に置き換える際の変換係数である。記述関数法によれば、定数ｃは入出力信号に対してフーリエ級数展開を施した場合の主成分の係数に基づいて計算することができる。具体的には、定数ｃは０．５から２．０までの範囲を取る。
【００５８】
操作振幅Ｕａが一定である場合には、定数ｃ１をｃ１＝ｃ／Ｕａとして新たに定めることにすると、式（４）から、速度振幅Ｖａにｃ１を乗じた値がゲインｇＰ０に一致する。よって、操作振幅Ｕａが一定の大きさである場合には、前述の通り速度振幅Ｖａを評価値Ｅｖとしても、評価値ＥｖはゲインｇＰ０と比例関係を満たし、良い指標となる。
式（３）および式（４）に基づき、限界比例ゲインＫｐｕと評価値Ｅｖは次の関係を満たす。
【００５９】
【数５】
2017208701.tif 000007
【００６０】
つまり、評価値Ｅｖを取得することで、フィルタ部１０７の周波数特性に応じた速度制御部１０４の限界比例ゲインＫｐｕを推定することが可能である。比例ゲインを大きい値に調整した速度制御部１０４は制御帯域が大きいため制御性能が良好であるが、速度制御の安定性を確保するためには比例ゲインは限界比例ゲインＫｐｕよりも小さい範囲に調整される必要がある。限界比例ゲインＫｐｕの値は、速度制御帯域の上限を決める値となる。ただし、限界比例ゲインＫｐｕの大きさは制御対象Ｐ０の周波数特性に依存して様々な値をとる。特に、機械システムが共振特性を持つ場合には、限界比例ゲインＫｐｕの値はフィルタ部１０７の周波数特性に大きく依存する。
【００６１】
フィルタ部１０７の周波数特性の調整によって速度制御部１０４の限界比例ゲインＫｐｕが最大化されれば、速度制御部１０４の比例ゲインの調整可能な範囲が最大化され、速度制御の制御帯域を最大化することが可能になる。前述の通り、フィルタ部１０７の周波数特性の調整に際して、限界比例ゲインＫｐｕを調べることは有益である。
上述したとおり、強制発振部１０５の動作によってリミットサイクルを生じさせた結果、強制発振部１０５の入力信号と出力信号の振幅の比が速度制御部１０４の限界比例ゲインＫｐｕを示す値となる。
つまり、強制発振部１０５の入力信号と出力信号の振幅の比の値を調べることで、速度制御部１０４の限界比例ゲインＫｐｕを簡単に調べることができる。
【００６２】
上述した強制発振部１０５の動作により、機械システムの場合であれば数十Ｈｚから数千Ｈｚの周波数のリミットサイクルが発生するため、１秒未満の短時間のリミットサイクルを発生させれば評価値Ｅｖの取得が可能である。仮に、強制発振部１０５がない場合には、出力である速度信号Ｖｆｂなどを測定しつつ、試行錯誤的に比例ゲインを徐々に大きくすることで限界比例ゲインＫｐｕを調べる作業が必要となってくる。
強制発振部１０５と振幅評価部１０９の動作から、上記のように試行錯誤的に比例ゲインを徐々に上げて限界比例ゲインＫｐｕを調べる作業は必要がなく、試行錯誤の煩わしさがない。
また、強制発振部１０５と振幅評価部１０９を用いることにより、機械システムの場合には１秒未満の短時間で限界比例ゲインＫｐｕを推定することが可能である。
【００６３】
以上より、強制発振部１０５と振幅評価部１０９とを構成要素に含むことによってフィルタ部１０７の周波数特性に応じた速度制御帯域の限界の大きさを簡単に調べることができる。
【００６４】
次に、フィルタ調整部１１０を構成要素に追加したことによるモータ制御装置１０の効果を、図３を用いて説明する。
【００６５】
図３は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置１０の挙動を示す時間応答グラフである。図３は、上段から、発振指示信号Ｒｔ、第２操作信号ｕ２、速度偏差Ｖｅ、評価値Ｅｖをそれぞれ示す。この例では、速度制御部１０４には、比例ゲインと積分ゲインとして小さな値が設定されており、速度制御が不安定ではないものとする。ここでは説明の簡単のため、フィルタ調整部１１０は３組のフィルタパラメータ候補を保持しているものとする。
【００６６】
それぞれのフィルタパラメータ候補は、フィルタ部１０７に設定される順に、１組目のフィルタパラメータ候補、２組目のフィルタパラメータ候補、３組目のフィルタパラメータ候補と呼ぶことにする。前述の通り、機械システムの外部からの操作に基づいて発振指示部１０３の動作が開始される。この例では、３組のフィルタパラメータ候補を評価するために、発振指示部１０３は発振指示信号Ｒｔとしてオンの信号を３回出力する。
【００６７】
まず、フィルタ調整部１１０は、発振指示部１０３の動作が開始される前の発振指示信号Ｒｔがオフである通常期間に、１組目のフィルタパラメータ候補をフィルタ部１０７に設定する。このときフィルタ部１０７の周波数特性は１組目のフィルタパラメータ候補に基づいて規定されている。
機械システムの外部からの操作に基づいて、発振指示部１０３の動作が開始され、発振指示信号Ｒｔがオンの状態となると、前述の通り、強制発振部１０５の動作に基づいてリミットサイクルと呼ばれる自励振動が発生する。この自励振動により、第２操作信号ｕ２と速度偏差Ｖｅが発振し、振幅評価部１０９において評価値Ｅｖが計算される。フィルタ調整部１１０は、１組目のフィルタパラメータ候補とこのときの評価値Ｅｖとを関連付けて保存する。
【００６８】
１回目の発振期間が終了した後の通常期間において、２組目のフィルタパラメータ候補がフィルタ部１０７に設定される。次に、発振指示信号Ｒｔがオンの状態になると、再びリミットサイクルと呼ばれる自励振動が発生して、振幅評価部１０９において新たに評価値Ｅｖが計算される。フィルタ調整部１１０は、２組目のフィルタパラメータ候補とこのときの評価値Ｅｖとを関連付けて保存する。３組目に関しても、フィルタパラメータ候補がフィルタ部１０７に設定された後にリミットサイクルを発生させて、フィルタ調整部１１０が３組目のフィルタパラメータ候補とこのときの評価値Ｅｖとを関連付けて保存する。
【００６９】
このように、フィルタ調整部１１０が保持する複数組のフィルタパラメータ候補のそれぞれに対して評価値Ｅｖが計算される。前述の通り、振幅評価部１０９が評価値Ｅｖを計算することによって、それぞれのフィルタパラメータ候補の組に基づいて規定されるフィルタ部１０７の周波数特性に応じた速度制御帯域の限界の大きさを調べることができる。
【００７０】
図４は、フィルタ調整部１１０に保持されるフィルタパラメータ候補と評価値Ｅｖの値の例を示す。図４に示すフィルタパラメータ候補の値は単なる例であり、フィルタパラメータ候補として選択される値はこれに限るものではない。この例では２組目のフィルタパラメータ候補をフィルタ部１０７に設定した場合が、最も小さい評価値Ｅｖを得られるものとする。このとき、２組目のフィルタパラメータ候補を最適フィルタパラメータと呼ぶ。
【００７１】
つまり、２組目のフィルタパラメータ候補をフィルタ部１０７に設定する調整は、限界比例ゲインＫｐｕを最も大きくすることができ、速度制御帯域を最大化できるようなフィルタの調整であるといえる。３組のフィルタパラメータ候補の評価を終えた後に、フィルタ調整部１１０は、この例において最小となった評価値Ｅｖと関連付けられた第２のフィルタパラメータ候補をフィルタ部１０７に設定する。
以上より、フィルタ調整部１１０の動作に基づいて、保持されるフィルタパラメータ候補のうちで速度制御帯域が最大化されるようなフィルタパラメータＦｐが選択され、フィルタ部１０７に設定される。
【００７２】
前述の通り、強制発振部１０５の動作によりフィルタパラメータ候補の評価は短時間で完了する。特に、機械システムの場合には１組のフィルタパラメータ候補の評価は１秒未満で完了する。ここでは説明の簡単のため、フィルタパラメータ候補は３組であるとしたが、例えばフィルタパラメータ候補の組を１００組としても１００秒未満の短時間で調整を終えることが可能である。
【００７３】
以上より、フィルタ調整部１１０を構成要素に追加したことによりモータ制御装置１０は、複数組のフィルタパラメータ候補を保持しておくことができる。そのフィルタパラメータ候補の中から評価値Ｅｖを最小化する最適フィルタパラメータを選択することで、速度制御帯域を最大化するフィルタ部１０７の調整が可能である。
また、フィルタ調整部１１０は、評価値Ｅｖを用いることですべての周波数帯域における振動の振幅を評価することができる。従って、仮にノッチフィルタを設定することで低周波数帯域の振動が発生してもその振幅を評価することができる。つまり、フィルタ調整部１１０の動作によれば、低周波数帯域の安定性を劣化させることがない。
【００７４】
また、フィルタ調整部１１０は、複数のフィルタパラメータ候補を保持しておくことができるため、フィルタ部１０７の周波数特性を連続的に変更することができ、フィルタ部１０７の周波数特性を離散的にも変更することができる。
一般的な勾配法では、評価値が小さくなるように評価値の勾配が負である方向にパラメータの探索が進められるが、このとき評価値の勾配が０となる局所最適解で探索が終了されるため、局所最適解に陥る場合がある。これに対して、本実施の形態におけるフィルタ調整部１１０の動作においては、評価値Ｅｖの勾配に依存せずにフィルタパラメータＦｐを変更するため、前述のような局所最適解に陥ることがない。
【００７５】
また、２組のフィルタパラメータ候補を保持しておき、評価値Ｅｖが小さくなる方のフィルタパラメータ候補を選択する方法も考えられる。その場合にはいずれか評価値Ｅｖが小さくなる点で探索が終了する。
【００７６】
また、フィルタパラメータ候補としてノッチ周波数ｗｎのみならず、ノッチフィルタの深さと幅をパラメータとして保持し、それぞれを評価することが可能である。つまり、フィルタ調整部１１０の動作により、ノッチフィルタの深さと幅も調整することが可能である。
また、フィルタ調整部１１０は、上述のように速度振幅Ｖａの操作振幅Ｕａに対する比である評価値Ｅｖの値に基づいてフィルタ部１０７の周波数特性の調整を実施する。そのため、調整結果においてノッチフィルタのノッチ周波数ｗｎが共振周波数に必ずしも一致するような調整とはならず、多岐の選択肢から速度制御帯域を最大化する調整を実現することができる。
【００７７】
また、強制発振部１０５とフィルタ調整部１１０とを構成要素に含むことによって、速度制御部１０４の事前の設定の状況によらずにリミットサイクルを発生させてフィルタパラメータ候補の評価を実施することができる。つまり、速度制御部１０４に設定される制御ゲインの値によらずにフィルタパラメータ候補の評価を実施することができ、速度制御帯域を最大化する調整を実施することができる。つまり、速度制御部１０４の事前の設定の状況によらず調整を実施することが可能である。
【００７８】
上述の構成では、発振指示信号Ｒｔはオンとオフの状態をそれぞれ交互に予め定められた回数だけ繰り返す出力する信号であるとして、リミットサイクルを発生させないオフの状態の期間を設ける例について説明した。しかしながら、調整途中の段階でのオフの状態は必ずしも必要ではない。つまり、発振指示信号Ｒｔは一度オンの状態になった後に各フィルタパラメータ候補の評価が終了するまでリミットサイクルを発生させ続けるものとしてもよい。このとき予め定められた時間が経過したらフィルタパラメータＦｐを変更すればよい。
【００７９】
また、速度制御部１０４において第１操作信号ｕ１は比例補償と積分補償との和から演算されるものについて説明したが、速度制御部１０４における第１操作信号ｕ１を演算する手段はこれに限るものではない。例えば、微分補償も備えたＰＩＤ（比例積分微分）制御に基づく演算により第１操作信号ｕ１を演算してもよい。
本実施の形態では、モータ位置検出器２によって検出される位置信号Ｐｆｂに基づいて速度信号Ｖｆｂが演算されるものについて説明したが、モータの速度を検出する速度検出器をモータ１に取り付け、速度信号Ｖｆｂを得るような構成にしてもよい。またモータ１の電流と電圧とからモータ１の速度を推定して速度信号Ｖｆｂを得るような構成にしてもよい。
【００８０】
上述の構成では、振幅評価部１０９は速度偏差Ｖｅを入力信号として速度偏差Ｖｅの振幅を速度振幅Ｖａとして演算するものについて説明した。これとは別に、速度信号Ｖｆｂを入力信号として速度信号Ｖｆｂの振幅を速度振幅Ｖａとして演算しても、実質的に速度偏差Ｖｅの振幅を評価するのと等価である。すなわち速度偏差Ｖｅを直接用いなくても実質的に速度偏差Ｖｅの振幅を評価できればよい。
【００８１】
上述の構成では、振幅評価部１０９は第２操作信号ｕ２を入力信号として第２操作信号ｕ２の振幅を操作振幅Ｕａとして演算するものについて説明したが、第３操作信号ｕ３を入力信号として第３操作信号ｕ３の振幅を操作振幅Ｕａとして演算してもよい。
【００８２】
また、説明のためフィルタ調整部１１０が保持するフィルタパラメータ候補を３組としたが、これに限るものではない。フィルタパラメータ候補が４組以上の場合であっても、上述と同様にフィルタ調整部１１０の動作に基づいて速度制御帯域を最大化することができるフィルタパラメータ候補が選択されてフィルタ部１０７に設定することができる。また、フィルタパラメータ候補が２つの場合でも、速度帯域を高くすることが可能なフィルタを短時間で選択できる効果が得られることに違いはない。また、フィルタパラメータ候補として、フィルタ部１０７が入力をその出力するような直達特性の場合を含むことも言うまでもない。
【００８３】
以上の説明では、振幅評価部１０９において、速度振幅Ｖａを操作振幅Ｕａで除した値を評価値Ｅｖとして取得することで、フィルタ部１０７の周波数特性に応じた速度制御部１０４の限界比例ゲインＫｐｕを推定することが可能であることを説明した。
フィルタ部１０７の周波数特性に応じた速度制御部１０４の限界比例ゲインＫｐｕを推定するためには、評価値Ｅｖの取り方はこれに限るものではない。
例えば、上述の評価値Ｅｖの逆数である、操作振幅Ｕａを速度振幅Ｖａで除した値を評価値とすることが可能である。このときの評価値をＥｖ１と呼ぶことにすると、Ｅｖ１＝Ｕａ／Ｖａとなる。限界比例ゲインＫｐｕは、評価値Ｅｖ１を前述の定数ｃで除した値として取得することができる。
【００８４】
また、評価値Ｅｖ１の最大値を取得することが、評価値Ｅｖの最小値を取得することと等価であるため、最適なフィルタパラメータの選択に際しては、評価値Ｅｖ１の最大値をとるときのフィルタパラメータＦｐを最適フィルタパラメータとすればよい。
振幅評価部１０９は第２操作信号ｕ２を入力信号として取得するものとしたが、振幅評価部１０９はトルク指令Ｔｒを入力信号としてもよい。
また、トルク指令Ｔｒを振幅評価部１０９の入力信号とする場合には、振幅評価部１０９は、入力されるトルク指令Ｔｒに対してフィルタ部１０７のフィルタの逆モデルの伝達関数を作用させた信号の振幅を操作振幅Ｕａとして得ればよい。
【００８５】
トルク指令Ｔｒに対してフィルタ部１０７のフィルタの逆モデルの伝達関数を作用させた信号の振幅は、第２操作信号ｕ２の振幅と同等の大きさとなるため、振幅評価部１０９は上述した評価値Ｅｖと同等の評価値を取得することができる。
同様に、振幅評価部１０９は電流Ｉｏを入力信号としてもよい。電流Ｉｏを入力信号とする場合には、フィルタ部１０７と電流制御部１０８の逆モデルを用いることで上述の評価値Ｅｖと同等の評価値を得ることができる。
【００８６】
また、上記の説明では、強制発振部１０５への入力として速度偏差Ｖｅの代わりに速度制御部１０４の出力である第１操作信号ｕ１を用いてもよい。この場合も、強制発振部１０５は、発振指示信号Ｒｔがオンである発振期間にフィルタ部１０７と電流制御部１０８とモータ１と速度演算部１０１と共に発振期間における制御ループＣＬ０を構成する。強制発振部１０５は、発振期間における制御ループＣＬ０を発振させる動作を行う。
また、例えば第１操作信号ｕ１を入力とした強制発振部１０５の内部において、第１操作信号ｕ１を速度制御部１０４の比例ゲインで除した信号を得て、上述の説明における速度偏差Ｖｅに代入すれば、上述した説明と同様な動作を行うことは言うまでもない。
【００８７】
本実施の形態におけるモータ制御装置１０は上記のように動作する。すなわち、機械システムの外部からの操作によって発振指示部１０３の動作が開始されると、複数組のフィルタパラメータ候補を順にフィルタ部１０７に設定し、フィルタ部１０７の周波数特性に応じた速度制御帯域の限界の大きさを簡単に調べることができる。また、その中から速度制御帯域を最大化するフィルタパラメータ候補を選択し、フィルタ部１０７の周波数特性を調整することができる。
【００８８】
本実施の形態によれば、速度制御部の制御ゲインの事前設定の状況に依らず、試行錯誤の煩わしさがなく、また、簡単に速度制御帯域を最大化するフィルタの調整を行うことが可能なモータ制御装置を得ることができる。
【００８９】
実施の形態２．
実施の形態１におけるモータ制御装置１０は、速度制御帯域を最大化するフィルタパラメータ候補を選択してフィルタ部の調整を行うものである。本実施の形態では速度制御部の調整をフィルタ部の調整と併せて行うことができるモータ制御装置について説明する。
【００９０】
図５は、実施の形態２におけるモータ制御装置２０の構成を表すブロック図である。
モータ制御装置２０は、速度演算部１０１、減算器１０２、発振指示部１０３、速度制御部２０４、強制発振部１０５、第３操作信号出力部１０６、フィルタ部１０７、電流制御部１０８、振幅評価部１０９、フィルタ調整部２１０、ゲイン演算部２１１を構成要素に持つ。
また、実施の形態１で説明したのと同様に、第３操作信号ｕ３を入力として速度信号Ｖｆｂを出力とする部分を制御対象Ｐ０と呼ぶことにし、図５において破線の枠で示す。この制御対象Ｐ０は強制発振部１０５を制御器と考えたときの制御対象と見ることができる。
【００９１】
また、実施の形態１と同様に、発振期間における制御ループＣＬ０が構成される。すなわち、発振期間における制御ループＣＬ０は、速度演算部１０１、強制発振部１０５、フィルタ部１０７、電流制御部１０８、モータ１を含んで構成される。なお、発振期間における制御ループＣＬ０には、実施の形態１と同様、さらに減算器１０２、第３操作信号出力部１０６、モータ位置検出器２も含まれている。
なお、図５において、実施の形態１における構成と同一の部分を表すものは、実施の形態１と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９２】
次に、本実施の形態におけるモータ制御装置２０の動作について説明する。
発振指示部１０３は、実施の形態１と同様に、オンまたはオフのいずれかの指示を示す発振指示信号Ｒｔを出力する。
【００９３】
速度制御部２０４は、速度偏差Ｖｅと発振指示信号Ｒｔを入力とする。速度制御部２０４は、発振指示信号Ｒｔがオフの状態である通常期間においては、速度偏差Ｖｅに対して、制御ゲインの１つである比例ゲインを乗じて得た比例補償と、速度偏差Ｖｅに対して、制御ゲインの１つである積分ゲインを乗じて積分を行って得た積分補償との和を演算して第１操作信号ｕ１として出力する。また、発振指示信号Ｒｔがオンの状態になり発振期間となったとき、速度制御部２０４の出力である第１操作信号ｕ１は発振指示信号Ｒｔがオンの状態になる直前の値を保って一定値を出力する。この直前の値を保つ動作は、例えば比例ゲインおよび積分ゲインを０にし、積分の出力を保持するようにすることで実現できる。これにより、発振期間においても直前の安定な制御状態を保つことができ、モータに掛かる負荷の程度に拠らず、発振期間へと安定に移行することが可能となる。
【００９４】
発振指示信号Ｒｔがオンの状態になり発振期間となったとき、事前に速度制御部２０４に設定される制御ゲインの大きさによらず、発振期間へと安定に移行する。よって、速度制御部２０４の事前の設定の状況によらず調整を実施することが可能である。
また、速度制御部２０４の演算で用いられる比例ゲインと積分ゲインは可変の値であり、ここでは制御ゲイン信号Ｇｎに基づいて変更されるものとする。制御ゲイン信号Ｇｎは比例ゲインと積分ゲインの値の情報を含む信号である。
【００９５】
フィルタ調整部２１０は、フィルタ部１０７のフィルタパラメータＦｐの候補であるフィルタパラメータ候補を例えば１００組保持しており、それらを予め定められた順にフィルタ部１０７に設定する。発振指示信号Ｒｔがオフの状態である通常期間において、予め定められた順にフィルタパラメータ候補のうちの１組をフィルタ部１０７に設定する。また、フィルタ調整部２１０は、速度振幅Ｖａの操作振幅Ｕａに対する比である評価値Ｅｖを入力信号として有しており、フィルタ部１０７に設定されているフィルタパラメータ候補と評価値Ｅｖとを関連付けて保存する。
【００９６】
フィルタ調整部２１０は、保持しているフィルタパラメータ候補を順にフィルタ部１０７に設定し、それぞれに関連付けられる評価値Ｅｖを取得する。
フィルタ調整部２１０は取得される評価値Ｅｖを順次比較して小さいものを記憶し、最小となる評価値Ｅｖを得る。最小となる評価値Ｅｖに関連付けられるフィルタパラメータ候補を最適フィルタパラメータとして選択し、フィルタ部１０７に設定する。
【００９７】
ここでは最終的に１組の最適フィルタパラメータを得られればよいので、必ずしもフィルタパラメータ候補とフィルタパラメータ候補に関連付けられた評価値Ｅｖを全て保存しておく必要はない。フィルタ調整部２１０は各段階で最も小さい評価値Ｅｖと新たに取得された評価値Ｅｖとを逐次比較して、より小さい方の評価値Ｅｖとそれに関連付けられるフィルタパラメータ候補とを保存しておくものとしてもよい。
【００９８】
また、フィルタ部２０７は、それぞれのフィルタパラメータ候補に関連付けられる評価値Ｅｖを取得した後に、取得した複数の評価値Ｅｖのうちで最小の値となった評価値Ｅｖを最小評価値Ｅｖｍｉｎとして出力する。
ゲイン演算部２１１は、最小評価値Ｅｖｍｉｎを入力信号として有する。最小評価値Ｅｖｍｉｎが入力されると、後述するように最小評価値Ｅｖｍｉｎの逆数に予め定められた値を掛けた比例ゲインを演算する。また、比例ゲインの大きさによって決められる速度制御帯域の大きさに基づいて積分ゲインを演算する。それら比例ゲインと積分ゲインの値の情報を制御ゲイン信号Ｇｎとして出力する。
【００９９】
本実施の形態におけるモータ制御装置２０によって得られる効果を説明する。
モータ制御装置２０において、フィルタ調整部２１０は、最小となった評価値Ｅｖを最小評価値Ｅｖｍｉｎとして出力する点を除いては、実施の形態１のフィルタ調整部１１０の動作と同様である。そのため、強制発振部１０５と振幅評価部１０９とフィルタ調整部２１０の動作に基づいて得られる効果は、実施の形態１と同様である。
モータ制御装置２０は、複数組のフィルタパラメータ候補を順にフィルタ部１０７に設定した場合における、フィルタ部１０７の周波数特性に応じた速度制御帯域を簡単に調べることができる。また、モータ制御装置２０は、その中から速度制御帯域を最大化するフィルタパラメータ候補を選択し、フィルタ部１０７の周波数特性を調整することができる。
【０１００】
次に、ゲイン演算部２１１を追加したことによる効果を説明する。フィルタ調整部２１０の動作に基づいて複数組のフィルタパラメータ候補の評価が終了した後に、フィルタ部１０７の周波数特性が調整される。また、ゲイン演算部２１１には最小評価値Ｅｖｍｉｎが入力される。最小評価値Ｅｖｍｉｎと、このときのフィルタ部１０７の周波数特性に応じた速度制御部２０４の限界比例ゲインＫｐｕは、次の式（６）を満たす。
【０１０１】
【数６】
2017208701.tif 000008
【０１０２】
従って、ゲイン演算部２１１は入力される最小評価値Ｅｖｍｉｎから、調整されたフィルタ部１０７の周波数特性に応じた限界比例ゲインＫｐｕを計算することができる。さらに、限界比例ゲインＫｐｕに対して、０より大きく１より小さい定数γを掛けることによって比例ゲインを得る。限界比例ゲインＫｐｕに対して定数γを掛けた比例ゲインは、限界比例ゲインＫｐｕよりも小さい値となるので、安定性を確保した速度制御を実現することができる。
【０１０３】
このときの比例ゲインを、例えばγ＝０．４５として設定すると、ＰＩ（比例積分）制御の良好な応答が得られるとされるＺｉｅｇｌｅｒ−Ｎｉｃｈｏｌｓの調整則に基づいて決められる比例ゲインと同等の比例ゲインを得ることができる。ただし、γの値はこの値に限るものではない。
【０１０４】
定数γに基づいて得られる比例ゲインに基づいて決まる速度制御帯域をｗｓｃとする。また、積分ゲインの比例ゲインに対する比をｗｓｉとする。ｗｓｉは積分補償が支配的である周波数帯と、比例補償が支配的である周波数帯の境界である折点周波数を示す。ゲイン演算部２１１では、折点周波数ｗｓｉが速度制御帯域ｗｓｃよりも小さくなるように、積分ゲインを演算する。具体的には、速度制御帯域ｗｓｃに対して０より大きく１より小さい定数δを掛けた値が折点周波数ｗｓｉとなるように積分ゲインを演算する。
【０１０５】
このように積分ゲインを演算して調整することで、積分補償によって得られる低周波数帯域の高ゲイン特性を享受することができる。併せて、積分補償の持つ位相遅れ特性の速度制御帯域ｗｓｃとその近辺への影響を小さくするような良好な応答を示す速度制御部２０４を実現することができる。
【０１０６】
以上により、ゲイン演算部２１１では、最小評価値Ｅｖｍｉｎに基づいて、速度制御部２０４が良好な応答を示すような比例ゲインと積分ゲインとを演算することができる。速度制御部２０４は、入力される制御ゲイン信号Ｇｎに基づいて比例ゲインと積分ゲインとの値を変更し、良好な応答を示す速度制御を実現する。
【０１０７】
上述した構成では、速度制御部２０４において第１操作信号ｕ１は比例補償と積分補償との和から演算されるものについて説明したが、速度制御部２０４における第１操作信号ｕ１の演算手段はこれに限るものではない。例えば、微分補償を備えたＰＩＤ制御に基づく演算により第１操作信号ｕ１を演算してもよい。このとき、制御ゲイン信号Ｇｎは比例ゲインと積分ゲインと微分ゲインの情報を含む信号となる。
また、速度制御部２０４は比例ゲインと積分ゲインのどちらもが可変の値であるものについて説明したが、これらの一方のみ、例えば比例ゲインのみを可変の値としてもよい。このとき、制御ゲイン信号Ｇｎは比例ゲインの情報を含む信号となる。同様に、積分ゲインだけを可変の値とする構成も可能である。
【０１０８】
以上の構成においては、説明のためフィルタ調整部２１０が保持するフィルタパラメータ候補を１００組として説明したが、フィルタパラメータ候補の組の数はこれに限るものではない。
本実施の形態におけるモータ制御装置２０は上記のように動作する。機械システムの外部からの操作によって発振指示部１０３の動作が開始されると、複数組のフィルタパラメータ候補を順にフィルタ部１０７に設定した場合における、フィルタ部１０７の周波数特性に応じた速度制御帯域の限界の大きさを簡単に調べることができる。また、その中から速度制御帯域を最大化するフィルタパラメータ候補を選択し、フィルタ部１０７の周波数特性を調整することができる。さらに、速度制御部２０４の比例ゲインと積分ゲインを調整して、良好な応答を示す速度制御部２０４を実現することができる。
【０１０９】
本実施の形態によれば、速度制御部の制御ゲインの事前設定の状況に依らず、また試行錯誤の煩わしさを必要とすることなく、簡単に速度制御帯域を最大化するフィルタの調整を行うことが可能なモータ制御装置を得ることができる。
また、速度制御部の比例ゲインと積分ゲインとを調整して、良好な応答を示す速度制御を実現するモータ制御装置を得ることができる。
【０１１０】
実施の形態３．
実施の形態１におけるモータ制御装置１０は、フィルタ調整部に複数組のフィルタパラメータ候補が保持されるものである。本実施の形態では、保持されるフィルタパラメータ候補を決定する機能を有するモータ制御装置について説明する。
【０１１１】
図６は、本実施の形態におけるモータ制御装置３０の構成を表すブロック図である。
モータ制御装置３０は、速度演算部１０１、減算器１０２、発振指示部３０３、速度制御部１０４、強制発振部１０５、第３操作信号出力部１０６、フィルタ部１０７、電流制御部１０８、振幅評価部１０９、フィルタ調整部３１０、周波数演算部３１２を構成要素に持つ。
また、実施の形態１と同様に、第３操作信号ｕ３を入力として速度信号Ｖｆｂを出力とする部分を制御対象Ｐ０と呼ぶことにし、図６において破線の枠で示す。
実施の形態１と同様に、この制御対象Ｐ０は強制発振部１０５を制御器と考えたときの制御対象と見ることができる。
【０１１２】
また、実施の形態１と同様に、発振期間における制御ループＣＬ０が構成される。すなわち、発振期間における制御ループＣＬ０は、速度演算部１０１、強制発振部１０５、フィルタ部１０７、電流制御部１０８、モータ１を含んで構成される。なお、発振期間における制御ループＣＬ０には、実施の形態１と同様、さらに減算器１０２、第３操作信号出力部１０６、モータ位置検出器２も含まれる。
なお、図６において、実施の形態１における構成と同一の部分を表すものは、実施の形態１と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１１３】
次に、本実施の形態におけるモータ制御装置３０の動作について説明する。
発振指示部３０３は、オンまたはオフのいずれかの状態を示す信号である発振指示信号Ｒｔを出力する。発振指示部３０３は、機械システムの外部からの操作に基づいてその動作を開始して、発振指示信号Ｒｔとしてオンとオフの信号をそれぞれ交互に予め定められた回数だけ繰り返して出力し、その動作を終了するものとする。発振指示部３０３の動作が開始していない状態および発振指示部３０３の動作が終了したとき以降の状態においては、発振指示信号Ｒｔはオフの状態であるとする。本実施の形態では発振指示信号Ｒｔは７回だけオンとなるものとする。
【０１１４】
後述するが、発振指示信号Ｒｔが１回目にオンとなったときに６組のパラメータ候補が決定され、後の２回目から７回目で６組のパラメータ候補の評価が実施される。
フィルタ調整部３１０において、１回目に発振指示信号Ｒｔがオンとなり、リミットサイクルが発生した後にフィルタパラメータ候補の決定が行われる。フィルタ調整部３１０の動作によって１回目のリミットサイクルが発生する際には、フィルタ部１０７に設定されるフィルタパラメータＦｐは、フィルタ部１０７の伝達特性が１になるように調整されているものとする。
【０１１５】
フィルタ調整部３１０は、１回目のリミットサイクルが発生した後に、後述する発振周波数Ｗｖを入力信号として、発振周波数Ｗｖに基づいて、フィルタ部１０７のフィルタパラメータＦｐの候補である６組のフィルタパラメータ候補を決定し、保持する。具体的には発振周波数Ｗｖに基づいてフィルタパラメータ候補のうちのノッチ周波数ｗｎの候補を決定する。フィルタパラメータ候補を決定した後のフィルタ調整部３１０の動作は、実施の形態１のフィルタ調整部１１０の動作と同様である。
フィルタ調整部３１０はフィルタパラメータ候補を予め定められた順にフィルタ部１０７に設定する。
【０１１６】
また、フィルタ調整部３１０は評価値Ｅｖを入力信号とし、フィルタ部１０７に設定されているフィルタパラメータ候補と評価値Ｅｖとを関連付けて保存する。フィルタ調整部３１０は、保持しているフィルタパラメータ候補を順にフィルタ部１０７に設定し、それぞれに関連付けられる評価値Ｅｖを取得する。
フィルタ調整部３１０は取得される評価値Ｅｖを順次比較して小さいものを記憶し、最小となる評価値Ｅｖを得る。最小となる評価値Ｅｖに関連付けられるフィルタパラメータ候補を最適フィルタパラメータとして選択し、フィルタ部１０７に設定する。
【０１１７】
ここでは最終的に１組の最適フィルタパラメータを得られればよいので、必ずしもフィルタパラメータ候補と、フィルタパラメータ候補に関連付けられた評価値Ｅｖを全て保存しておく必要はない。フィルタ調整部３１０は、各段階で最も小さい評価値Ｅｖと新たに取得された評価値Ｅｖとを逐次比較して、より小さい方の評価値Ｅｖとそれに関連付けられるフィルタパラメータ候補を保存しておくとしてもよい。
【０１１８】
周波数演算部３１２は、速度偏差Ｖｅを入力信号として、予め定められた期間の速度偏差Ｖｅの周波数成分のうちスペクトルが最大である周波数を発振周波数Ｗｖとして取得して、発振周波数Ｗｖを出力する。このとき速度偏差Ｖｅにローパスフィルタを作用させた信号に対する発振周波数Ｗｖを用いてもよい。発振周波数Ｗｖは、速度偏差Ｖｅの符号が変化してから次に符号が変化するまでの時間を測定し、その逆数に基づいて演算されるものであってもよい。あるいは、発振周波数Ｗｖは、速度偏差Ｖｅに対してＦＦＴ処理を施して最大スペクトルの周波数を調べる手段に基づいて演算されるものであってもよい。周波数演算部３１２は演算した発振周波数Ｗｖを出力する。
【０１１９】
本実施の形態におけるモータ制御装置３０によって得られる効果について説明する。
まず、フィルタ調整部３１０と周波数演算部３１２を備えることによる効果を説明する。１回目にリミットサイクルを発生させるときには、フィルタ調整部３１０の動作によりフィルタ部１０７の伝達特性は１に調整されている。このとき周波数演算部３１２においてリミットサイクルの周波数が発振周波数Ｗｖとして取得される。
図６における制御対象Ｐ０は、実施の形態１で述べたのと同様に、第３操作信号ｕ３を入力として速度信号Ｖｆｂを出力とし、強制発振部１０５に対する制御対象と見ることができる。
【０１２０】
制御対象Ｐ０の周波数特性は、共振周波数においてゲインのピークを持つとともに、共振周波数の前後で位相が急峻に遅れる。そのため、共振周波数付近の周波数で発振する場合が多い。ただし、位相交差周波数は共振周波数と完全に一致するとは限らず、共振周波数と発振周波数の比が０．５〜２倍以内の範囲でずれる場合も多い。
ノッチフィルタはノッチ周波数ｗｎよりも高い周波数帯域で位相を進めるため、ノッチ周波数ｗｎを共振周波数の０．５〜１．０倍程度に設定しても共振周波数で安定性を確保する効果がある。また、複数の共振周波数があり、ある共振周波数の０．５〜２．０倍程度の近傍の帯域に別の共振周波数が存在しているなどの場合には、それらの周波数の中間にノッチ周波数ｗｎを設定したほうが速度制御帯域を向上させられるときがある。
【０１２１】
このように複雑な関係から、ノッチ周波数ｗｎの最適値は発振周波数Ｗｖに完全には一致しない場合も多い。
そこで、６組のフィルタパラメータ候補のうち、ｉ番目のフィルタパラメータ候補のノッチ周波数ｗｎの候補をｗｎ（ｉ）としたとき、発振周波数Ｗｖに基づいてノッチ周波数の候補ｗｎ（ｉ）は下記の式（７）のように決定する。なお、ｉはフィルタパラメータ候補の番号を示す自然数であり、この例ではｉは１から６までの自然数である。
【０１２２】
【数７】
2017208701.tif 000009
【０１２３】
式（７）によってフィルタパラメータ候補のノッチ周波数ｗｎ（ｉ）が決定されることで、それぞれのフィルタパラメータ候補に基づいて規定されるフィルタ部１０７は、共振周波数の近傍でゲインを低減させるノッチフィルタの周波数特性を持つ。ここで共振周波数の近傍とは共振周波数の０．５倍から２．０倍の周波数の区間を示す。以下でも同様である。
【０１２４】
共振周波数の近傍にノッチフィルタが設定されることによる効果を説明する。ノッチフィルタはノッチ周波数ｗｎよりも高い周波数において位相進み特性を持つため、ノッチフィルタを共振周波数の近傍に設置することにより、共振周波数の近傍の位相遅れの特性を軽減することができる。すなわち、ノッチフィルタを設置することにより位相交差周波数を高くすることができる。フィルタ調整部３１０で決定される６組のフィルタパラメータ候補を用いれば、共振周波数の近傍にノッチフィルタが設定されるため、位相交差周波数が高くなり速度制御帯域を大きくすることができる。
【０１２５】
また、フィルタ調整部３１０の動作により、前述の６組のフィルタパラメータ候補から速度制御帯域を最大とするフィルタパラメータ候補を選択することが可能である。
モータ制御装置３０において、フィルタ調整部３１０は、発振周波数Ｗｖに基づいて複数組のフィルタパラメータ候補を決定する点を除いては、実施の形態１のフィルタ調整部１１０の動作と同様である。そのため、強制発振部１０５と振幅評価部１０９とフィルタ調整部３１０の動作に基づいて得られる効果は、実施の形態１と同様である。モータ制御装置３０は、複数組のフィルタパラメータ候補を順にフィルタ部１０７に設定した場合の、フィルタ部１０７の周波数特性に応じた速度制御帯域を簡単に調べることができる。従って、その中から速度制御帯域を最大化するフィルタパラメータ候補を選択し、フィルタ部１０７の周波数特性を調整することができる。
【０１２６】
以上の説明において、周波数演算部３１２は、速度偏差Ｖｅを入力信号として、予め定められた期間の速度偏差Ｖｅの周波数成分のうちスペクトルが最大である周波数を発振周波数Ｗｖとして取得する構成について示したが、これに限るものではない。速度偏差Ｖｅの代わりに速度信号Ｖｆｂを入力信号として、予め定められた期間の速度信号Ｖｆｂの周波数成分のうちスペクトルが最大である周波数を発振周波数Ｗｖとして取得してもよい。あるいは、第２操作信号ｕ２を入力信号として予め定められた期間の第２操作信号ｕ２の周波数成分のうち、スペクトルが最大である周波数を発振周波数Ｗｖとして取得してもよい。
【０１２７】
以上説明した構成において、フィルタ調整部３１０においてフィルタパラメータ候補を決定する際に、ノッチ周波数ｗｎのみに関して複数の候補値を与えるものとしたが、これに限るものではない。例えば、実施の形態１における式（２）に示したノッチフィルタの幅および深さをそれぞれ規定する係数ｚａおよび係数ｚｂについて複数の候補値を与えるようにしてもよい。また、ノッチ周波数ｗｎについては式（７）を用いて６通り決定し、係数ｚａと係数ｚｂの選択肢としてそれぞれ３通りずつを与えるものとしてもよい。その場合はパラメータ候補の組は５４通りとなる。
【０１２８】
以上に述べたとおり、発振指示信号Ｒｔが１回目にオンの状態になり発生するリミットサイクルの発振周波数Ｗｖに基づいてフィルタパラメータ候補の組を決定する構成について説明したが、フィルタパラメータ候補の決定の方法はこれに限るものではない。例えば、１回目のリミットサイクルの発振周波数Ｗｖの周波数にノッチフィルタを設定し、２回目のリミットサイクルの発振周波数Ｗｖに基づいてフィルタパラメータ候補の組を決定するようにしてもよい。
【０１２９】
本実施の形態におけるモータ制御装置３０は以上述べたように動作する。すなわち、機械システムの外部からの操作によって発振指示部３０３の動作が開始されると、複数組のフィルタパラメータ候補を決定する。それらのフィルタパラメータ候補を順にフィルタ部１０７に設定した場合に、フィルタ部１０７の周波数特性に応じた速度制御帯域の限界の大きさを簡単に調べることができる。また、そのフィルタパラメータ候補の中から速度制御帯域を最大化するフィルタパラメータ候補を選択し、フィルタ部１０７の周波数特性を調整することができる。
【０１３０】
本実施の形態によれば、速度制御部１０４の制御ゲインの事前設定の状況に依らず、また試行錯誤の煩わしさを必要とすることなく、簡単に速度制御帯域を最大化するフィルタの調整を行うことが可能なモータ制御装置を得ることができる。
また、フィルタ調整部３１０の動作により複数組のフィルタパラメータ候補が決定されるため簡単にフィルタの調整を行うことが可能なモータ制御装置を得ることができる。
【０１３１】
実施の形態４．
実施の形態１におけるモータ制御装置１０は、第２操作信号ｕ２の振幅は予め定められた大きさであるとしている。本実施の形態では速度偏差Ｖｅの振幅が予め定められた大きさとなるように第２操作信号ｕ２の大きさを調整する機能を備えるモータ制御装置について説明を行う。
【０１３２】
図７は、本実施の形態におけるモータ制御装置５０の構成を表すブロック図である。
モータ制御装置５０は、速度演算部１０１、減算器１０２、発振指示部１０３、速度制御部１０４、強制発振部５０５、第３操作信号出力部１０６、フィルタ部１０７、電流制御部１０８、振幅評価部５０９、フィルタ調整部１１０を構成要素に持つ。
【０１３３】
また、実施の形態１で説明したのと同様に、第３操作信号ｕ３を入力として速度信号Ｖｆｂを出力とする部分を制御対象Ｐ０と呼ぶことにし、図７において破線の枠で示す。実施の形態１と同様に、この制御対象Ｐ０は強制発振部５０５を制御器と考えたときの制御対象と見ることができる。
【０１３４】
図７において、実施の形態１における構成と同一の部分を表すものは、実施の形態と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１３５】
次に、本実施の形態におけるモータ制御装置５０の動作を説明する。
強制発振部５０５は、フィルタ部１０７と電流制御部１０８とモータ１と速度演算部１０１と共に発振期間における制御ループＣＬ０を構成し、この発振期間における制御ループＣＬ０を発振させる動作を行う。具体的には、速度偏差Ｖｅと発振指示信号Ｒｔを入力として、発振指示信号Ｒｔがオンの状態である発振期間に、可変の大きさＵｖの操作振幅を持ち、後述する方法で正負が決定される値である第２操作信号ｕ２を出力する。
【０１３６】
すなわち、入力である速度偏差Ｖｅに基づく非線形な演算により、予め定められた特性として制限された大きさの振幅を持つよう演算した信号を出力する。具体的には、速度偏差Ｖｅの偏差の符号に応じて＋Ｕｖまたは−Ｕｖのどちらかの値が第２操作信号ｕ２として選択される。この選択に際しては、速度偏差Ｖｅにローパスフィルタを作用させた結果の信号の符号に応じて＋Ｕｖまたは−Ｕｖの値のどちらかが選択されてもよい。また、＋Ｕｖまたは−Ｕｖの値は単純に速度偏差Ｖｅの符号に応じて選択されるだけでなく、速度偏差Ｖｅに非線形なヒステリシス特性を持たせた信号に基づいて＋Ｕｖと−Ｕｖとから選択されてもよい。
【０１３７】
強制発振部５０５は、発振指示信号Ｒｔがオフの状態である通常期間において、値が０の第２操作信号ｕ２を出力する。ここで、第２操作信号の振幅である操作振幅Ｕｖは振幅評価部５０９によって調整されるものとする。
振幅評価部５０９は、速度偏差Ｖｅを入力として、速度偏差Ｖｅの振幅である速度振幅Ｖａを取得する。ここで、速度偏差Ｖｅの振幅の演算手段として、速度偏差Ｖｅの符号が変化してから次に符号が変化するまでの期間の信号の絶対値の最大値を信号の振幅として演算してもよい。あるいは、速度偏差Ｖｅの振幅は、ＦＦＴにより得られるスペクトルが最大である信号を振幅としてもよい。
【０１３８】
また、振幅評価部５０９には速度振幅Ｖａの目標値である振幅目標値Ｖａｓが設定される。演算された速度振幅Ｖａが振幅目標値Ｖａｓよりも小さい場合には、速度振幅Ｖａが振幅目標値Ｖａｓと同等の値になるまで前述の操作振幅Ｕｖを徐々に大きくする。振幅評価部５０９は、速度振幅Ｖａの操作振幅Ｕｖに対する比を評価値Ｅｖとして演算する。具体的には速度振幅Ｖａを操作振幅Ｕｖで除した値を評価値Ｅｖとして演算するとよい。
【０１３９】
本実施の形態におけるモータ制御装置５０によって得られる効果について説明する。
まず、強制発振部５０５と振幅評価部５０９とを備えることによる効果を説明する。フィルタ部１０７の周波数特性により速度制御帯域が大きく調整された状況を考える。このとき、操作振幅Ｕｖが一定の大きさであると、図７における制御対象Ｐ０のゲインｇＰ０は小さい値となる。つまり、強制発振部５０５の動作により生じるリミットサイクルの速度振幅Ｖａの大きさが小さくなる。本実施の形態では、振幅評価部５０９の動作により、速度振幅Ｖａが予め定められた振幅目標値Ｖａｓまで大きくなるように、操作振幅Ｕｖが操作される。そのため、フィルタ部１０７の周波数特性に依らず、強制発振部５０５の動作により生じるリミットサイクルの速度振幅Ｖａは予め定められた大きさとなる。
【０１４０】
モータ位置検出器２の分解能が低く小さな速度振幅Ｖａの測定が困難である場合にも、本実施の形態の強制発振部５０５と振幅評価部５０９の動作により、速度振幅Ｖａの大きさが予め定められた大きさとなるため、リミットサイクルを測定することが可能である。
【０１４１】
本実施の形態におけるモータ制御装置５０によれば、操作振幅Ｕｖが調整されるが、操作振幅Ｕｖの大きさの変更に伴って速度振幅Ｖａの大きさが一定の比率で変わるため、速度振幅Ｖａに対する操作振幅の比は操作振幅Ｕｖの大きさに依存しない。つまり、評価値Ｅｖは、実施の形態１で取得されるものと同等である。従って、本実施の形態におけるモータ制御装置５０で得られる効果は実施の形態１のモータ制御装置１０によって得られる効果と同様である。
【０１４２】
よって、本実施の形態におけるモータ制御装置５０は、複数組のフィルタパラメータ候補を順にフィルタ部１０７に設定した場合における、フィルタ部１０７の周波数特性に応じた速度制御帯域を短時間で調べることができる。また、複数組のフィルタパラメータ候補の中から速度制御帯域を最大化するフィルタパラメータ候補を選択し、フィルタ部１０７の周波数特性を調整することができる。
【０１４３】
本実施の形態では、振幅評価部５０９は速度偏差Ｖｅを入力信号として速度偏差Ｖｅの振幅を速度振幅Ｖａとして演算する構成について説明したが、これに限るものではない。振幅評価部５０９は速度信号Ｖｆｂを入力信号として速度信号Ｖｆｂの振幅を速度振幅Ｖａとして演算するようにしてもよい。
【０１４４】
モータ制御装置５０は上記のように動作する。すなわち、機械システムの外部からの操作によって発振指示部１０３の動作が開始されると、複数組のフィルタパラメータ候補を順にフィルタ部１０７に設定し、フィルタ部１０７の周波数特性に応じた速度制御帯域の限界の大きさを簡単に調べることができる。また、複数組のフィルタパラメータ候補の中から速度制御帯域を最大化するフィルタパラメータ候補を選択し、フィルタ部１０７の周波数特性を調整することができる。
【０１４５】
本実施の形態によれば、速度制御部の制御ゲインの事前設定の状況に依らず、また試行錯誤の煩わしさを必要とすることなく、簡単に速度制御帯域を最大化するフィルタの調整を行うことが可能なモータ制御装置を得ることができる。
【０１４６】
実施の形態５．
実施の形態１におけるモータ制御装置１０は、強制発振部１０５の出力信号である第２操作信号ｕ２にフィルタ処理を行うことでトルク指令Ｔｒを演算するものである。
本実施の形態では強制発振部の出力信号をトルク指令Ｔｒとするモータ制御装置について説明を行う。
【０１４７】
図８は、本発明の実施の形態５におけるモータ制御装置６０の構成を示すブロック図である。
モータ制御装置６０は、速度演算部１０１、減算器１０２、発振指示部１０３、速度制御部６０４、強制発振部６０５、トルク指令出力部６０６、フィルタ部６０７、電流制御部１０８、振幅評価部６０９、フィルタ調整部６１０を構成要素に持つ。
図８において、実施の形態１における構成と同一の部分を表すものは、実施の形態１と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１４８】
次に、本実施の形態におけるモータ制御装置６０の動作について説明する。
速度制御部６０４は、速度偏差Ｖｅと発振指示信号Ｒｔを入力とする。速度制御部６０４は発振指示信号Ｒｔがオフの状態である通常期間においては、速度偏差Ｖｅに対して制御ゲインの１つである比例ゲインを乗じて得た比例補償と、速度偏差Ｖｅに対して制御ゲインの１つである積分ゲインを乗じて積分を行って得た積分補償との和を演算して第１操作信号ｕ１として出力する。
【０１４９】
また、発振指示信号Ｒｔがオンの状態になり発振期間となったとき、速度制御部６０４は、積分補償として、発振指示信号Ｒｔがオンの状態になる直前の値を保持する。この直前の値を保つ動作は、例えば積分ゲインを０にし、積分の出力を保持することで実現できる。速度偏差Ｖｅに対して比例ゲインＫｐ０を乗じて得た比例補償と保持される積分補償との和を演算して第１操作信号ｕ１として出力する。ここで比例ゲインＫｐ０は、発振指示信号Ｒｔがオフの状態の比例ゲインと必ずしも同じである必要はない。
【０１５０】
積分補償を保持する動作により、発振期間においても直前の安定な制御状態を保つことができ、モータに掛かる負荷の程度に拠らず、発振期間へ安定に移行することが可能となる。これにより速度制御部６０４の事前の設定の状況によらず後述する調整を行うことができる。
フィルタ部６０７は、第１操作信号ｕ１を入力として、第１操作信号ｕ１にフィルタ処理を行って演算される第４操作信号ｕ４を出力する。フィルタ部６０７のフィルタの周波数特性はフィルタパラメータＦｐに基づいて規定され、その周波数特性はフィルタパラメータＦｐに応じて可変であるとする。
【０１５１】
本実施の形態では、フィルタ部６０７で演算に使われるフィルタは例としてローパスフィルタとノッチフィルタの積によって構成されるものとする。このとき、フィルタパラメータＦｐにはノッチフィルタの中心周波数であるノッチ周波数ｗｎと、ノッチフィルタの幅（帯域の幅）および深さ（減衰振幅）をそれぞれ規定する係数ｚａおよび係数ｚｂと、ローパスフィルタの遮断周波数ｗｌが含まれる。フィルタパラメータＦｐにはまた、ノッチフィルタを有効または無効にするスイッチと、ローパスフィルタを有効または無効にするスイッチも含まれるものとする。ここで、ノッチフィルタが無効である状態とは伝達関数が１である状態を示す。同様にローパスフィルタが無効である状態とは伝達関数が１である状態を示す。
【０１５２】
有効である状態のローパスフィルタの伝達関数ＬＰＦと、有効である状態のノッチフィルタの伝達関数ＮＦはフィルタパラメータＦｐによってそれぞれ式（８）、式（９）のように表される。
【０１５３】
【数８】
2017208701.tif 000010
【０１５４】
【数９】
2017208701.tif 000011
【０１５５】
ここで、ｓはラプラス演算子を表す。
なお、ここでは連続系の伝達関数の係数をフィルタパラメータＦｐとしているが、離散系の伝達関数の係数をフィルタパラメータＦｐとしてもよい。また、フィルタの周波数特性がパラメータに基づいて規定されるフィルタであれば他の構成でもよい。例えば、ローパスフィルタが直列に２つ以上設置されていてもよいし、あるいは位相進みフィルタ、位相遅れフィルタなどのフィルタを用いてもよい。
【０１５６】
強制発振部６０５は、後述のようにフィルタ部６０７と電流制御部１０８とモータ１と速度演算部１０１と共に発振期間における制御ループＣＬ１を構成し、この発振期間における制御ループＣＬ１を発振させる動作を行う。具体的には、第４操作信号と発振指示信号Ｒｔを入力として、発振指示信号Ｒｔがオンの状態である発振期間に、予め定められた大きさの振幅を持ち、後述する方法で正負が決定される値である第５操作信号ｕ５を出力する。
【０１５７】
すなわち、入力である第４操作信号ｕ４に基づく非線形な演算により予め定められた大きさの振幅を持つよう演算した信号を出力する。このとき出力である第５操作信号ｕ５の振幅を操作振幅Ｕａと呼ぶ。操作振幅Ｕａは出力の振幅（出力振幅）である。
第４操作信号の符号に応じて＋Ｕａまたは−Ｕａのどちらかの値が第５操作信号ｕ５として選択される。この選択に際しては、第４操作信号にローパスフィルタを作用させた結果の信号の符号に応じて＋Ｕａまたは−Ｕａの値のどちらかが選択されてもよい。また、＋Ｕａまたは−Ｕａの値は単純に第４操作信号の符号に応じて選択されるだけでなく、第４操作信号に非線形なヒステリシス特性を持たせた信号に基づいて＋Ｕａと−Ｕａとから選択されてもよい。
【０１５８】
強制発振部６０５は、発振指示信号Ｒｔがオフの状態である通常期間において、値がゼロの第５操作信号ｕ５を出力する。
【０１５９】
次に、発振指示信号Ｒｔがオンの状態の動作について図９を用いて説明する。図９は本発明の実施の形態５におけるモータ制御装置６０から、発振指示信号Ｒｔがオンの状態で構成される発振期間における制御ループＣＬ１を抽出して示したブロック図である。同図において発振期間における制御ループを一点鎖線の枠で示す。発振期間における制御ループＣＬ１は、図９において、速度演算部１０１、強制発振部１０５、フィルタ部１０７、電流制御部１０８、モータ１を含んで構成される。図９においては、発振期間における制御ループＣＬ１にはさらに減算器１０２、トルク指令出力部６０６、モータ１、モータ位置検出器２も含まれる。
【０１６０】
発振指示信号Ｒｔがオンになると、上述した強制発振部６０５の作用により発振期間における制御ループＣＬ１が発振する。なお、発振期間における制御ループＣＬ１としては、フィルタ部６０７、電流制御部１０８、モータ１、速度演算部１０１および強制発振部６０５が含まれているものであればよい。
【０１６１】
このとき、第４操作信号ｕ４と強制発振部６０５が出力する第５操作信号ｕ５はそれぞれ一定の周期で発振する。この発振は自励振動によるものであり、この自励振動をリミットサイクルと呼ぶ。
第５操作信号ｕ５は予め定められた振幅で発振する。
上記の強制発振部６０５の発振指示信号Ｒｔがオンの状態である発振期間の動作は、温度調整制御などで用いられるリミットサイクル法と呼ばれる方法における動作と同様である。
【０１６２】
トルク指令出力部６０６は、第４操作信号ｕ４と第５操作信号ｕ５を入力として、第４操作信号ｕ４と第５操作信号ｕ５の和を演算してトルク指令Ｔｒとして出力する。前述の通り、第５操作信号ｕ５としては＋Ｕａまたは−Ｕａのどちらかの信号が選択されるため、第４操作信号が一定値である場合にはトルク指令Ｔｒは、その振幅がＵａの波形となる。
【０１６３】
ここでは、トルク指令出力部６０６は、第４操作信号ｕ４と第５操作信号ｕ５の和をトルク指令Ｔｒとするものとしたが、これに限るものではない。トルク指令出力部６０６は、発振指示信号Ｒｔがオフの状態であるときは第４操作信号ｕ４をトルク指令Ｔｒとして選択して出力するものであってもよい。あるいは、トルク指令出力部６０６は、第５操作信号ｕ５を選択してトルク指令Ｔｒとして選択して出力するものであってもよい。
【０１６４】
振幅評価部６０９は、強制発振部６０５の入力である第４操作信号ｕ４と強制発振部６０５の出力である第５操作信号ｕ５を入力として、第４操作信号の振幅である入力振幅Ｉａと第５操作信号ｕ５の振幅である操作振幅Ｕａを取得する。ここで、第５操作信号ｕ５は強制発振部６０５の動作から、矩形波信号であるので、第５操作信号ｕ５の絶対値をとることで操作振幅Ｕａを取得できる。また、入力振幅Ｉａの演算手段として、第４操作信号の符号が変化してから次に符号が変化するまでの期間の信号の絶対値の最大値を入力振幅Ｉａとして演算してもよい。また、上記第４操作信号に対してＦＦＴ処理を行うことにより得られるスペクトルが最大である信号を入力振幅Ｉａとしてもよい。あるいは、以上述べた信号にローパスフィルタを作用させて得た信号を入力振幅Ｉａとしてもよい。
【０１６５】
振幅評価部６０９は、入力振幅Ｉａの操作振幅Ｕａに対する比を評価値Ｅｖとして演算する。具体的には入力振幅Ｉａを操作振幅Ｕａで除した値を評価値Ｅｖとして演算する。すなわち、Ｅｖ＝Ｉａ／Ｕａとなる。振幅評価部６０９は、発振指示信号Ｒｔがオンからオフへ変わる直前の評価値Ｅｖを出力する。
【０１６６】
ただし、評価値Ｅｖの取り方はこれに限るものではない。例えば、本実施の形態では、操作振幅Ｕａは予め定められた大きさであり、入力振幅Ｉａの操作振幅Ｕａに対する比の値が入力振幅Ｉａのみに依存するため、単に評価値Ｅｖとして入力振幅Ｉａを用いてもよい。その場合には振幅評価部６０９は第５操作信号ｕ５を入力信号として持つ必要がないことは言うまでもない。
【０１６７】
また、入力振幅Ｉａを操作振幅Ｕａで除した値にローパスフィルタを作用させて得た値を評価値Ｅｖとしてもよい。ここで演算される評価値Ｅｖはフィルタ部６０７の特性に依存する速度制御帯域の限界の大きさを示しており、フィルタ部６０７に設定されているフィルタパラメータＦｐを評価する値となる。
【０１６８】
フィルタ調整部６１０は、フィルタ部６０７のフィルタパラメータＦｐの候補であるフィルタパラメータ候補を複数組保持しており、それらを予め定められた順にフィルタ部６０７に設定する。発振指示信号Ｒｔがオフの状態である通常期間において、予め定められた順に、フィルタパラメータ候補のうちの１組をフィルタ部６０７に設定する。また、フィルタ調整部６１０は、評価値Ｅｖを入力信号として有しており、フィルタ部６０７に設定されているフィルタパラメータＦｐと評価値Ｅｖとを関連付けて保存する。
【０１６９】
フィルタ調整部６１０は、保持しているフィルタパラメータ候補を予め定められた順にフィルタ部６０７に設定し、それぞれに関連付けられる評価値Ｅｖを取得する。
【０１７０】
フィルタ調整部６１０は取得される評価値Ｅｖを順次比較して小さい方を記憶し、最小となる評価値Ｅｖを得る。最小となる評価値Ｅｖに関連付けられるフィルタパラメータ候補を最適フィルタパラメータとして選択し、フィルタ部６０７に設定する。
ここでは最終的に１組の最適フィルタパラメータを得られればよいので、フィルタ調整部６１０は必ずしもフィルタパラメータ候補と、フィルタパラメータ候補に関連付けられた評価値Ｅｖとを全て保存しておく必要はない。フィルタ調整部６１０は、各段階で最も小さい評価値Ｅｖと新たに取得された評価値Ｅｖを逐次比較して、より小さい方の評価値Ｅｖとそれに関連付けられるフィルタパラメータ候補を保存しておくとしてもよい。
【０１７１】
次に、本実施の形態におけるモータ制御装置６０によって得られる効果を説明する。
まず、強制発振部６０５と振幅評価部６０９を構成要素に含むことによる効果を説明する。発振指示信号Ｒｔがオフである通常期間には、モータ制御装置６０では速度フィードバック制御が実行され、モータ１の速度がモータの速度指令Ｖｒに近づくように動作をする。一方で、発振指示信号Ｒｔがオンである発振期間には、強制発振部６０５の動作によって前述のようにリミットサイクルと呼ばれる自励振動が生じる。
【０１７２】
機械システムの外部からの操作に基づいて発振指示部１０３の動作が開始されると、発振指示部１０３が発振指示信号Ｒｔを出力しリミットサイクルが生じる。強制発振部６０５の動作によって生じるリミットサイクルの波形に基づいて、フィルタ部６０７の周波数特性に依存して変わる速度制御部６０４の速度制御帯域の限界の大きさを調べることができる。ここで、速度制御帯域の限界の大きさとは、速度制御部６０４の制御ゲインを安定性が確保される範囲で最大化した場合の制御帯域の大きさを示す。
【０１７３】
以下、その理由について説明する。強制発振部６０５を制御器であると考えたとき、第５操作信号ｕ５を入力として第４操作信号ｕ４を出力とする対象は、強制発振部６０５に対する制御対象と見ることができる。説明のため、この制御対象を制御対象Ｐ１と呼ぶ。図８において、制御対象Ｐ１に含まれる構成要素は破線の枠で囲んで示す。
【０１７４】
強制発振部６０５の動作に基づいて生じるリミットサイクルは、制御対象Ｐ１の伝達関数の開ループ特性において位相が１８０度遅れる周波数で発振する。ここで、制御対象Ｐ１の伝達関数の位相が１８０度遅れる周波数を周波数ｗＰ１とする。周波数ｗＰ１は位相交差周波数と呼ばれる。周波数ｗＰ１における制御対象Ｐ１のゲインをゲインｇＰ１とする。
【０１７５】
発振指示信号Ｒｔがオフであり、速度制御部６０４による速度制御が行われている状態において、速度制御が安定な状態から比例ゲインを徐々に大きくしていくと比例ゲインが特定の値Ｋｐｕに達したときに定常的な振動が生じる。この特定の値Ｋｐｕは限界比例ゲインと呼ばれる。このとき限界比例ゲインＫｐｕと、発振時に速度制御部６０４に設定されている比例ゲインＫｐ０と、前述のゲインｇＰ１は次の式（１０）を満たす。
【０１７６】
【数１０】
2017208701.tif 000012
【０１７７】
つまり、ゲインｇＰ１の大きさがわかれば、既知のＫｐ０と式（１０）を用いて限界比例ゲインＫｐｕを計算することができる。
ゲインｇＰ１は、その定義より、制御対象Ｐ１に周波数ｗＰ１の正弦波信号が第５操作信号ｕ５として入力されるときの出力信号である第４操作信号の振幅を第５操作信号ｕ５の振幅で除した値である。
【０１７８】
一方で、強制発振部６０５によって生じるリミットサイクルでは、制御対象Ｐ１に周波数ｗＰ１の矩形波信号が第５操作信号ｕ５として入力される状態である。つまり、第５操作信号ｕ５が矩形波信号であるという点を除いて、強制発振部６０５によって生じるリミットサイクルにおいて、入力振幅Ｉａを操作振幅Ｕａで除した評価値Ｅｖを求める演算はゲインｇＰ１を計算することと同等である。また、記述関数法に基づいて、矩形波信号の振幅は正弦波信号の振幅に近似的に置き換えることができる。つまり、入力振幅Ｉａの操作振幅Ｕａに対する比である評価値Ｅｖは、ゲインｇＰ１を示す良い指標である。
【０１７９】
振幅評価部６０９で計算される評価値ＥｖとゲインｇＰ１とは次の関係式を満たす。
【０１８０】
【数１１】
2017208701.tif 000013
【０１８１】
ここで、定数ｃは記述関数法に基づいて定められる定数である。定数ｃは記述関数法に基づき矩形波信号を正弦波信号に近似的に置き換える際の変換係数である。記述関数法によれば、定数ｃは入出力信号に対してフーリエ級数展開を施した場合の主成分の係数に基づいて計算することができる。具体的には、定数ｃは０．５から２．０までの範囲を取る。
【０１８２】
操作振幅Ｕａが一定である場合には、定数ｃ１をｃ１＝ｃ／Ｕａとして新たに定めることにすると、式（４）から、入力振幅Ｉａにｃ１を乗じた値がゲインｇＰ１に一致する。よって、操作振幅Ｕａが一定の大きさである場合には、前述の通り入力振幅Ｉａを評価値Ｅｖとしても、評価値ＥｖはゲインｇＰ１と比例関係を満たし、良い指標となる。
式（１０）および式（１１）に基づき、限界比例ゲインＫｐｕと、発振時に速度制御部６０４に設定されている比例ゲインＫｐ０と、評価値Ｅｖは次の関係を満たす。
【０１８３】
【数１２】
2017208701.tif 000014
【０１８４】
つまり、評価値Ｅｖを取得することで、フィルタ部６０７の周波数特性に応じた速度制御部６０４の限界比例ゲインＫｐｕを推定することが可能である。比例ゲインＫｐ０を大きい値に調整した速度制御部６０４は制御帯域が大きいため制御性能が良好であるが、速度制御の安定性を確保するためには比例ゲインＫｐ０は限界比例ゲインＫｐｕよりも小さい範囲に調整される必要がある。限界比例ゲインＫｐｕの値は、速度制御帯域の上限を決める値となる。
【０１８５】
ただし、限界比例ゲインＫｐｕの大きさは制御対象Ｐ１の周波数特性に依存して様々な値をとる。特に、機械システムが共振特性を持つ場合には、限界比例ゲインＫｐｕの値はフィルタ部６０７の周波数特性に大きく依存する。
【０１８６】
フィルタ部６０７の周波数特性の調整によって速度制御部６０４の限界比例ゲインＫｐｕが最大化されれば、速度制御部６０４の比例ゲインＫｐ０の調整可能な範囲が最大化され、速度制御の制御帯域を最大化することが可能になる。前述の通り、フィルタ部６０７の周波数特性の調整に際して、限界比例ゲインＫｐｕを調べることは有益である。
【０１８７】
上述した強制発振部６０５の動作により、機械システムの場合であれば数十Ｈｚから数千Ｈｚの周波数のリミットサイクルが発生するため、１秒未満の短時間のリミットサイクルを発生させれば評価値Ｅｖの取得が可能である。仮に、強制発振部６０５がない場合には、出力である速度信号Ｖｆｂなどを測定しつつ、試行錯誤的に比例ゲインを徐々に大きくすることで限界比例ゲインを調べる作業が必要となってくる。
強制発振部６０５と振幅評価部６０９の動作によれば、上記のように試行錯誤的に比例ゲインを徐々に上げて限界比例ゲインを調べる作業は必要がなく、試行錯誤の煩わしさがない。
【０１８８】
また、強制発振部６０５と振幅評価部６０９の動作によれば、機械システムの場合には１秒未満の短時間で限界比例ゲインＫｐｕを推定することが可能である。
本実施の形態では、強制発振部６０５の処理をフィルタ部６０７のフィルタ処理の後段において実行している。このため、発振指示信号Ｒｔがオンである発振期間において、トルク指令Ｔｒの振幅は、強制発振部６０５が出力する第５操作信号ｕ５の振幅と同等の一定の大きさの振幅となる。
【０１８９】
よって、フィルタ部６０７の周波数特性がフィルタ調整部６１０によって変更されることがあっても、発振時のトルク指令Ｔｒの振幅はいつも一定とすることが可能である。
これにより、例えばモータ位置検出器２の分解能が粗い場合であっても、所定の大きさの振幅のトルク指令Ｔｒによってモータ１をいつも十分に大きな振幅で発振させることが可能であり、振幅評価部６０９において発振時の振幅の評価が可能となる。
【０１９０】
以上より、強制発振部６０５と振幅評価部６０９とを構成要素に含むことによってフィルタ部６０７の周波数特性に応じた速度制御帯域の限界の大きさを簡単に調べることができる。
フィルタ調整部６１０を構成要素に追加したことによるモータ制御装置６０の効果は、実施の形態１におけるフィルタ調整部１１０を追加したことによるモータ制御装置１０と同様の効果を有する。
【０１９１】
本実施の形態では、強制発振部６０５とフィルタ調整部６１０とを構成要素に含むことによって、速度制御部６０４の事前の設定の状況によらず、リミットサイクルを発生させてフィルタパラメータ候補の評価を実施することができる。つまり、速度制御部６０４に設定される制御ゲインの値によらずフィルタパラメータ候補の評価を実施することができ、速度制御帯域を最大化する調整を実施することができる。つまり、速度制御部６０４の事前の設定の状況によらず調整を実施することが可能である。
【０１９２】
速度制御部６０４において第１操作信号ｕ１は比例補償と積分補償との和から演算されるものについて説明したが、速度制御部６０４における第１操作信号ｕ１を演算する手段はこれに限るものではない。例えば、微分補償も備えたＰＩＤ制御に基づく演算により第１操作信号ｕ１を演算してもよい。
また、モータ位置検出器２によって検出される位置信号Ｐｆｂに基づいて速度信号Ｖｆｂが演算されるものについて説明したが、モータの速度を検出する速度検出器をモータ１に取り付け、速度信号Ｖｆｂを得るような構成にしてもよい。
【０１９３】
また、振幅評価部６０９は第５操作信号ｕ５を入力信号として第５操作信号ｕ５の振幅を操作振幅Ｕａとして演算するものについて説明したが、トルク指令Ｔｒを入力信号としてトルク指令Ｔｒの振幅を操作振幅Ｕａとして演算してもよい。
【０１９４】
以上の構成においては、振幅評価部６０９において、入力振幅Ｉａを操作振幅Ｕａで除した値を評価値Ｅｖとして取得することで、フィルタ部６０７の周波数特性に応じた速度制御部６０４の限界比例ゲインＫｐｕを推定することが可能であることを説明した。
しかしながら、フィルタ部６０７の周波数特性に応じた速度制御部６０４の限界比例ゲインＫｐｕを推定するためには、評価値Ｅｖのとり方はこれに限るものではない。
【０１９５】
例えば、上述の評価値Ｅｖの逆数である、操作振幅Ｕａを入力振幅Ｉａで除した値を評価値とすることが可能である。このときの評価値をＥｖ１と呼ぶことにする。Ｅｖ１＝Ｕａ／Ｉａとなる。限界比例ゲインＫｐｕは、発振時の速度制御部６０４の比例ゲインＫｐ０と評価値Ｅｖ１との積を前述の定数ｃで除した値として取得することができる。
【０１９６】
また、評価値Ｅｖ１の最大値を取得することが、評価値Ｅｖの最小値を取得することと等価であるため、最適なフィルタパラメータの選択に際しては、評価値Ｅｖ１の最大値をとるときのフィルタパラメータ候補を最適フィルタパラメータとすればよい。
【０１９７】
上述の構成では、振幅評価部６０９は第５操作信号ｕ５を入力信号として取得するものとしたが、振幅評価部６０９は電流Ｉｏを入力信号としてもよい。電流Ｉｏを振幅評価部６０９の入力信号とする場合には、振幅評価部６０９は、入力される電流Ｉｏに対して電流制御部１０８の逆モデルの伝達関数を作用させた信号の振幅を操作振幅Ｕａとして得ればよい。
電流Ｉｏに対して電流制御部１０８の逆モデルの伝達関数を作用させた信号の振幅は、第５操作信号ｕ５の振幅と同等の大きさとなるため、振幅評価部６０９は上述される評価値Ｅｖと同等の評価値を取得することができる。
【０１９８】
また、振幅評価部６０９は第４操作信号ｕ４を入力信号として取得するものとしたが、振幅評価部６０９は第１操作信号ｕ１を入力信号としてもよい。第１操作信号ｕ１を振幅評価部６０９の入力信号とする場合には、振幅評価部６０９は、入力される第１操作信号ｕ１に対して、フィルタ部６０７で行われるフィルタ処理と同じ処理を行い、その結果として得られる信号の振幅を入力振幅Ｉａとして得ればよい。
【０１９９】
また、振幅評価部６０９は第４操作信号ｕ４を入力信号として取得するものとしたが、振幅評価部６０９は速度偏差Ｖｅを入力信号としてもよい。速度偏差Ｖｅを振幅評価部６０９の入力信号とする場合には、振幅評価部６０９は、速度偏差Ｖｅに対して速度制御部６０４で行われる処理とフィルタ部６０７で行われる処理と同じ処理を行い、その結果として得られる信号の振幅を入力振幅Ｉａとすればよい。
【０２００】
また、振幅評価部６０９は第４操作信号ｕ４を入力信号として取得するものとしたが、周波数ｗＰ１における第４操作信号ｕ４の振幅が得られればよい。そのため、第４操作信号ｕ４に対してローパスフィルタ処理を行った信号、バンドパスフィルタ処理を行った信号、あるいはハイパスフィルタ処理を行った信号を入力信号としてもよい。
【０２０１】
本実施の形態におけるモータ制御装置６０は上記のように動作する。すなわち、機械システムの外部からの操作によって発振指示部１０３の動作が開始されると、複数組のフィルタパラメータ候補を順にフィルタ部６０７に設定し、フィルタ部６０７の周波数特性に応じた速度制御帯域の限界の大きさを簡単に調べることができる。また、その中から速度制御帯域を最大化するフィルタパラメータ候補を選択し、フィルタ部６０７の周波数特性を調整することができる。
【０２０２】
本実施の形態によれば、速度制御部の制御ゲインの事前設定の状況に依らず、試行錯誤の煩わしさがなく、また、簡単に速度制御帯域を最大化するフィルタの調整を行うことが可能なモータ制御装置を得ることができる。
【符号の説明】
【０２０３】
１  モータ、３  機械負荷、１０、２０、３０、５０、６０  モータ制御装置、１０１  速度演算部、１０３、３０３  発振指示部、１０４、２０４、６０４  速度制御部、１０５、６０５  強制発振部、１０６  第３操作信号出力部、１０７、６０７  フィルタ部、１０８  電流制御部、１０９、５０９、６０９  振幅評価部、１１０、２１０、３１０、６１０  フィルタ調整部、２１１  ゲイン演算部、３１２  周波数演算部、６０６  トルク指令出力部。
【図１】
2017208701.tif 000015
【図２】
2017208701.tif 000016
【図３】
2017208701.tif 000017
【図４】
2017208701.tif 000018
【図５】
2017208701.tif 000019
【図６】
2017208701.tif 000020
【図７】
2017208701.tif 000021
【図８】
2017208701.tif 000022
【図９】
2017208701.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月11日(2017.10.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械負荷に連結されるモータの速度を表す速度信号と、前記モータの速度の指令値である速度指令とに基づいて、前記モータのトルクの指令値であるトルク指令を演算して前記モータを制御するモータ制御装置において、
前記速度信号が前記速度指令に一致するように第１操作信号を演算して出力する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて前記モータに電流を与える電流制御部と、
前記速度信号を出力する速度演算部と、
発振の実行を指示するオン又は停止を指示するオフの信号である発振指示信号を出力する発振指示部と、
フィルタパラメータによって規定される周波数特性を有するフィルタ処理を行うフィルタ部と、
前記発振指示信号がオンである発振期間に、前記フィルタ部、前記電流制御部、前記モータおよび前記速度演算部と共に発振期間における制御ループを構成し、前記発振期間における制御ループを自励振動により発振させる強制発振部と、
前記強制発振部によって前記発振期間における制御ループが発振されたときに、前記強制発振部の入力信号の振幅の前記強制発振部の出力信号の振幅に対する比を評価値として取得する振幅評価部と、
前記フィルタパラメータの複数の候補を順次、前記フィルタ部に設定した場合の前記評価値を取得し、複数の前記評価値を比較して前記評価値が小さくなる前記フィルタパラメータを選択し、前記フィルタ部に設定するフィルタ調整部と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記強制発振部は、前記速度指令と前記速度信号との偏差である速度偏差又は前記速度信号を入力として第２操作信号を出力し、
前記第１操作信号および前記第２操作信号を加算するか又は前記第１操作信号および前記第２操作信号のうちのいずれか一方を選択することにより第３操作信号を得て出力する第３操作信号出力部をさらに備え、
前記フィルタ部は、前記発振期間に前記第３操作信号に対して前記フィルタ処理を行って前記トルク指令を出力することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
機械負荷に連結されるモータの速度を表す速度信号と、前記モータの速度の指令値である速度指令とに基づいて、前記モータのトルクの指令値であるトルク指令を演算して前記モータを制御するモータ制御装置において、
前記速度信号が前記速度指令に一致するように第１操作信号を演算して出力する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて前記モータに電流を与える電流制御部と、
前記速度信号を出力する速度演算部と、
発振の実行を指示するオン又は停止を指示するオフの信号である発振指示信号を出力する発振指示部と、
フィルタパラメータによって規定される周波数特性を有するフィルタ処理を行うフィルタ部と、
前記発振指示信号がオンである発振期間に、前記フィルタ部、前記電流制御部、前記モータおよび前記速度演算部と共に発振期間における制御ループを構成し、前記発振期間における制御ループを発振させる強制発振部と、
前記強制発振部によって前記発振期間における制御ループが発振されたときに、前記強制発振部の入力信号の振幅の前記強制発振部の出力信号の振幅に対する比を評価値として取得する振幅評価部と、
前記フィルタパラメータの複数の候補を順次、前記フィルタ部に設定した場合の前記評価値を取得し、複数の前記評価値を比較して前記評価値が小さくなる前記フィルタパラメータを選択し、前記フィルタ部に設定するフィルタ調整部と、
を備え、
前記フィルタ部は、前記第１操作信号に対して前記フィルタ処理を行って第４操作信号を出力し、
前記強制発振部は、前記第４操作信号を入力として第５操作信号を出力し、
前記第４操作信号および前記第５操作信号を加算するか又は前記第４操作信号および前記第５操作信号のうちのいずれか一方を選択することにより前記トルク指令を得て出力するトルク指令出力部をさらに備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
前記フィルタ部は、前記発振指示信号がオフである通常期間に前記フィルタ処理を前記第１操作信号に行って前記トルク指令を出力し、前記電流制御部に出力することにより、前記モータを制御することを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記強制発振部は、前記強制発振部の入力信号の正又は負の符号に応じてそれぞれ、予め定められた大きさの正又は負の値を出力することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記振幅評価部は、前記強制発振部の入力信号の振幅を前記強制発振部の出力信号の振幅で除した値又は前記出力信号の振幅を前記入力信号の振幅で除した値を前記評価値とすることを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るモータ制御装置は、機械負荷に連結されるモータの速度を表す速度信号と、モータの速度の指令値である速度指令とに基づいて、モータのトルクの指令値であるトルク指令を演算してモータを制御するモータ制御装置において、速度信号が速度指令に一致するように第１操作信号を演算して出力する速度制御部と、トルク指令に基づいてモータに電流を与える電流制御部と、速度信号を出力する速度演算部と、発振の実行を指示するオン又は停止を指示するオフの信号である発振指示信号を出力する発振指示部と、フィルタパラメータによって規定される周波数特性を有するフィルタ処理を行うフィルタ部と、発振指示信号がオンである発振期間に、フィルタ部、電流制御部、モータおよび速度演算部と共に発振期間における制御ループを構成し、発振期間における制御ループを自励振動により発振させる強制発振部と、強制発振部によって発振期間における制御ループが発振されたときに、強制発振部の入力信号の振幅の強制発振部の出力信号の振幅に対する比を評価値として取得する振幅評価部と、フィルタパラメータの複数の候補を順次、フィルタ部に設定した場合の評価値を取得し、複数の評価値を比較して評価値が小さくなるフィルタパラメータを選択し、フィルタ部に設定するフィルタ調整部と、を備えたことを特徴とする。
【国際調査報告】
2017208701.tif 000024
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