(57)【要約】【課題】装置の共振周波数の大きな変化による短時間発振を抑制することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】ノッチ周波数とノッチ幅を含むノッチフィルタパラメータの変更が可能であるノッチフィルタと、振動周波数を推定する振動周波数推定手段を有し、ノッチフィルタのノッチ周波数と推定された振動周波数との間の周波数を前記ノッチフィルタの新たなノッチ周波数として設定するとともに、元のノッチ周波数成分と推定された周波数成分が減衰するようノッチ幅を変更するノッチフィルタパラメータ設定手段を有する。【選択図】  図１
2008312339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機または負荷の、速度または位置を制御する電動機の制御装置であって、
速度制御系または位置制御系内のいずれかに配置され、少なくともノッチ周波数とノッチ幅とが設定され、設定されたノッチ周波数を中心とした近傍の周波数成分を減衰させるノッチフィルタと、
前記電動機における振動周波数成分を前記電動機の位置または速度情報から推定する振動周波数推定手段と、
前記ノッチフィルタを有効状態と無効状態とに切り替え、前記ノッチフィルタが無効状態であった場合、推定された振動周波数を前記ノッチフィルタのノッチ周波数として設定し、有効状態であった場合、前記ノッチフィルタのノッチ周波数と推定された振動周波数との間の周波数を前記ノッチフィルタの新たなノッチ周波数として設定するとともに、元のノッチ周波数成分と推定された振動周波数成分が減衰するようにノッチ幅を変更するノッチフィルタパラメータ設定手段と、
を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
電動機または負荷の、速度または位置を制御する電動機の制御装置であって、
速度制御系または位置制御系内のいずれかに配置され、少なくともノッチ周波数とノッチ幅とが設定され、各々設定されたノッチ周波数を中心とした近傍の周波数成分を減衰させる複数のノッチフィルタと、
前記電動機における振動周波数成分を前記電動機の位置または速度情報から推定する振動周波数推定手段と、
前記推定された振動周波数と近傍の周波数をノッチ周波数として設定するノッチフィルタを選択し、選択されたノッチフィルタが無効状態であった場合、推定された振動周波数を前記選択されたノッチフィルタのノッチ周波数として設定し、有効状態であった場合、前記選択されたノッチフィルタのノッチ周波数と推定された振動周波数との間の周波数を前記選択されたノッチフィルタの新たなノッチ周波数として設定するとともに、元のノッチ周波数周波数成分と推定された振動周波数成分が減衰するようにノッチ幅を変更するノッチフィルタパラメータ設定手段と、
を備えることを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電動機の制御装置であって、
前記ノッチフィルタパラメータ設定手段は、
ノッチ幅が所定値以上であると判断したときにアラーム信号を出力する電動機の制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電動機の制御装置であって、
前記ノッチフィルタパラメータ設定手段は、ノッチ幅が所定値以上であると判断したときにノッチ幅を広げることを停止する電動機の制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電動機の制御装置であって、
前記ノッチフィルタパラメータ設定手段は、
ノッチ幅が所定値以上であると判断したとき、電動機を停止させる電動機の制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電動機の制御装置であって、
前記ノッチフィルタパラメータ設定手段は、
ノッチ幅が所定値以上であると判断したとき速度制御系、または位置制御系の制御ゲインを下げる電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機または電動機で駆動される負荷の速度または位置の制御を行うモータ制御装置に関する。特に負荷を駆動する場合に発生する機械共振を抑制する電動機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような従来の負荷を駆動する場合に発生する機械共振を抑制する電動機の制御装置として、特許文献１に記載されている装置が知られている。
【０００３】
以下、従来のモータ制御装置を図６を用いて説明する。
【０００４】
図６は、従来のモータ制御装置のシステム構成を示すブロック図である。
【０００５】
この従来のモータ制御装置１００は、電動機１０１と速度検出手段１０３とに接続される。
【０００６】
電動機１０１には、負荷１０２が繋がれている。また、速度検出手段１０３は、電動機１０１の速度を測定し、電動機１０１の検出速度ωｒａを出力する。
【０００７】
モータ制御装置１００は、速度指令値ωｒｉおよび検出速度ωｒａとを入力してトルク指令τ１ｉを出力する速度制御手段１０４と、速度制御手段１０４からのトルク指令τ１ｉを入力してトルク指令τ２ｉを出力する第１ノッチフィルタ１０５と、検出速度ωｒａを入力してカットオフ周波数以上の振動成分ｘを出力するハイパスフィルタ１０７と、振動成分ｘを入力しフィルタリング結果ｅを出力する第２ノッチフィルタ１０８と、フィルタリング結果ｅの振幅が減少するように第２ノッチフィルタ１０８および第１ノッチフィルタ１０５のノッチ周波数ｆｎを逐次修正するノッチ中心周波数修正手段１０９と、第１ノッチフィルタ１０５からのトルク指令τ２ｉを入力して電動機１０１を制御するトルク制御手段１０６と、を備える。
【０００８】
ここで、第１ノッチフィルタ１０５のノッチ周波数ｆｎは以下のようにして求められ設定される。
【０００９】
ハイパスフィルタ１０７により、入力された検出速度ωｒａからカットオフ周波数以上の振動成分ｘが抽出され、第２ノッチフィルタ１０８に出力される。
【００１０】
第２ノッチフィルタ１０８は、この振動成分ｘを入力してフィルタリングの結果ｅを出力する。ノッチ中心周波数修正手段１０９は第２ノッチフィルタ１０８の出力ｅの振幅が減少するよう第２ノッチフィルタ１０８のノッチ周波数ｆｎを逐次修正する。この第２ノッチフィルタ１０８のノッチ周波数ｆｎを第１ノッチフィルタ１０５のノッチ周波数とするように、第１ノッチフィルタ１０５の設定を変更する。
【００１１】
このように構成された従来のモータ制御装置では、なんらかの原因で機械共振による発振が起きても、振動成分が減少するよう第１ノッチフィルタ１０５のノッチ周波数ｆｎが逐次修正されるので発振が抑圧される。このため、安定した制御状態になる。
【特許文献１】特開２００３−５２１８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来のモータ制御装置は、発振による振動成分を検知してノッチ周波数を変更する。このため、負荷の位置などの状態変化により共振周波数が頻繁に変化する装置に対しては、共振周波数とノッチ周波数にずれが生じるたびに発振とノッチ周波数の修正が行われ滑らかな動作ができないという問題が生じていた。
【００１３】
例えば、電動機によって負荷の位置を変化させる装置の場合には、負荷が電動機に近い状態と負荷が電動機から遠い状態で装置の共振周波数が大きく変化する。このような装置において負荷を往復動作させると、装置の共振周波数も大きく変化する。このため、共振周波数とノッチ周波数とのずれが生じる度に短時間ながらも発振が生じ、ノッチ周波数が修正されるという挙動を繰り返すことになる。
【００１４】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、装置の共振周波数の大きな変化による短時間発振を抑制することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載の発明は、電動機または負荷の、速度または位置を制御する電動機の制御装置であって、速度制御系または位置制御系内のいずれかに配置され、少なくともノッチ周波数とノッチ幅とが設定され、設定されたノッチ周波数中心とした近傍の周波数成分を減衰させるノッチフィルタと、前記電動機における振動周波数成分を前記電動機の位置または速度情報から推定する振動周波数推定手段と、前記ノッチフィルタを有効状態と無効状態とに切り替え、前記ノッチフィルタが無効状態であった場合、推定された振動周波数を前記ノッチフィルタのノッチ周波数として設定し、有効状態であった場合、前記ノッチフィルタの元のノッチ周波数と推定された振動周波数との間の周波数を前記ノッチフィルタの新たなノッチ周波数として設定するとともに、元のノッチ周波数周波数成分と推定された振動周波数成分が減衰するようにノッチ幅を変更するノッチフィルタパラメータ設定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、電動機または負荷の、速度または位置を制御する電動機の制御装置であって、速度制御系または位置制御系内のいずれかに配置され、少なくともノッチ周波数とノッチ幅とが設定され、各々設定されたノッチ周波数中心とした近傍の周波数成分を減衰させる複数のノッチフィルタと、前記電動機における振動周波数成分を前記電動機の位置または速度情報から推定する振動周波数推定手段と、前記推定された振動周波数と近傍の周波数をノッチ周波数として設定するノッチフィルタを選択し、選択されたノッチフィルタが無効状態であった場合、推定された振動周波数を前記選択されたノッチフィルタのノッチ周波数として設定し、有効状態であった場合、前記選択されたノッチフィルタの元のノッチ周波数と推定された振動周波数との間の周波数を前記選択されたノッチフィルタの新たなノッチ周波数として設定するとともに、元のノッチ周波数周波数周波数成分と推定された振動周波数成分が減衰するようにノッチ幅を変更するノッチフィルタパラメータ設定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電動機の制御装置であって、前記ノッチフィルタパラメータ設定手段は、ノッチ幅が所定値以上であると判断したときにアラーム信号を出力する。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電動機の制御装置であって、前記ノッチフィルタパラメータ設定手段は、ノッチ幅が所定値以上であると判断したときにノッチ幅を広げることを停止する。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電動機の制御装置であって、前記ノッチフィルタパラメータ設定手段は、ノッチ幅が所定値以上であると判断したときに電動機を停止させる。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、  請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電動機の制御装置であって、前記ノッチフィルタパラメータ設定手段は、ノッチ幅が所定値以上であると判断したときに速度制御系、または位置制御系の制御ゲインを下げる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、元のノッチ周波数成分と推定された振動周波数成分が減衰するようにノッチ幅を変更するノッチフィルタパラメータ設定手段を備えることにより、装置の共振周波数に大きな変化による短時間発振を抑制することができる。これにより、常に電動機を安定して制御することができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、推定された振動周波数と近傍の周波数をノッチ周波数として設定するノッチフィルタを選択し、元のノッチ周波数成分と推定された振動周波数成分が減衰するようにノッチ幅を変更するノッチフィルタパラメータ設定手段を備えることにより、装置の共振周波数に大きな変化による短時間発振を抑制することができる。これにより、常に電動機を安定して制御することができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明によれば、ノッチ幅が所定値以上であると判断したときにアラーム信号を出力することから、ノッチ幅の極端な広がりによる制御の不安定化を防止することができる。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、ノッチ幅が所定値以上であると判断したときにノッチ幅を広げることを停止することから、ノッチ幅の極端な広がりを防止することができる。これにより、制御の不安定化を防止することができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、ノッチ幅が所定値以上であると判断したときに電動機を停止させることから、ノッチ幅の極端な広がりによる制御の不安定化を防止することができる。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、ノッチ幅が所定値以上であると判断したときに速度制御系、または位置制御系の制御ゲインを下げることから、ノッチ幅の極端な広がりによる制御の不安定化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における、モータ制御装置の制御ブロック図である。
【００２８】
本発明の実施形態１に係るモータ制御装置１０は、電動機１と速度検出手段３とに接続される。
【００２９】
電動機１には、負荷２が繋がれている。また、速度検出手段３は、電動機１の速度を測定して電動機１の検出速度ωｒａを出力する。
【００３０】
モータ制御装置１０は、速度指令値ωｒｉおよび検出速度ωｒａとを入力してトルク指令τ１ｉを出力する速度制御手段４と、速度制御手段４からのトルク指令τ１ｉを入力してトルク指令τ２ｉを出力するノッチフィルタ５と、検出速度ωｒａを入力して振動周波
数ｆｏを推定する振動周波数推定手段７と、振動周波数推定手段７で推定された振動周波数ｆｏを入力するとともに、ノッチフィルタ５の設定を変更するノッチフィルタパラメータ設定手段８と、ノッチフィルタ５からのトルク指令τ２ｉを入力して電動機１を制御するトルク制御手段６と、を備える。
【００３１】
速度制御手段４は、速度指令値ωｒと検出速度ωｒの偏差とを零に制御するためのトルク指令τ１ｉを出力する。速度制御手段４の具体的動作としては，例えば速度指令値ωｒｉと検出速度ωｒａとの差分を比例積分した結果をトルク指令τ１ｉとして出力する。
【００３２】
ノッチフィルタ５は、特定の周波数を中心に急峻な減衰を与えるフィルタである。この特定の周波数をノッチ周波数といい、減衰させる近傍の周波数幅をノッチ幅という。ノッチフィルタ５は、速度制御手段４から出力されたトルク指令τ１ｉを入力して、新たなトルク指令τ２ｉを出力する。
【００３３】
トルク制御手段６は、ノッチフィルタ５から出力されたトルク指令τ２ｉを入力し、電動機１が目的のトルクを出力するように電動機１を制御する。
【００３４】
振動周波数推定手段７は、検出速度ωｒａを入力し、入力された検出速度ωｒａに現れる振動成分を抽出して振動周波数ｆｏを推定する。
【００３５】
ノッチフィルタパラメータ設定手段８は、振動周波数推定手段７で推定された振動周波数ｆｏを入力し、ノッチフィルタ５のノッチ周波数とノッチ幅を変更できるように構成される。そして、さらに、ノッチフィルタパラメータ設定手段８は、ノッチフィルタ５を有効状態と無効状態とに切り替えることができるように構成される。
【００３６】
なお、ノッチフィルタの有効状態とは、入力信号から設定されたノッチ周波数を中心とした成分を除去して出力する状態であり、無効状態とは入力信号をそのまま出力する状態である。
【００３７】
また、ノッチフィルタパラメータ設定手段８は、ノッチ幅が所定値以上であると判断したときに、アラーム信号を出力する。これにより、ノッチ幅の極端な広がりによる制御の不安定化を防止することができる。
【００３８】
ここで、ノッチ幅が極端に広がった場合には、ノッチ周波数より低い周波数領域の位相特性を悪化させ制御が不安定となってしまう。このため、ノッチ幅の極端な広がりを防止する手段が必要となり、アラーム信号を出力するように構成されるのである。
【００３９】
次に、このモータ制御装置１０の制御の工程を説明する。
【００４０】
図２は、このモータ制御装置１０の制御の工程を示すフロー図である。
【００４１】
まず、速度検出手段３により検出された検出速度ωｒａが振動周波数推定手段７に入力され、振動周波数ｆｏが推定される（ステップＳ１）。
【００４２】
このとき、ノッチフィルタ５が無効状態であるか否かを確認する（ステップＳ２）。
【００４３】
ノッチフィルタ５が無効状態である場合には、推定された振動周波数ｆｏをノッチ周波数に設定する（ステップＳ３）。そして、ノッチフィルタ５を有効状態に切り替える（ステップＳ４）。
【００４４】
一方、ノッチフィルタ５が有効状態である場合には、ノッチフィルタのノッチ周波数と推定された振動周波数ｆｏとの間の周波数を前記ノッチフィルタの新たなノッチ周波数として設定する。そして、このとき、元のノッチ周波数成分と推定された振動周波数ｆｏ成分とが減衰するようにノッチ幅を変更する（ステップＳ５）。
【００４５】
このステップＳ５で設定される新たなノッチ周波数は、元のノッチ周波数と推定された振動周波数ｆｏとの平均値にする。このため、装置の共振周波数に大きな変化による短時間発振を抑制することができる。これにより、常に電動機を安定して制御することができる。
【００４６】
なお、図３は、ノッチ周波数とゲインとの関係を、ノッチフィルタ設定変更前と変更後とを比較して示す図である。
【００４７】
ノッチフィルタの設定変更前は、曲線Ａで示すように、元のノッチ周波数ｆｎを中心とした周波数成分を除去するように設定されている。
【００４８】
一方、ノッチフィルタの設定変更後は、曲線Ｂで示すように、新たなノッチ周波数ｆｎ´を中心として曲線Ａよりも幅の広い周波数成分を除去できるように設定されている。また、曲線Ａと比較して、ノッチ周波数近傍の周波数に対してゲイン抑圧を高めることができるようになっている。
【００４９】
したがって、曲線Ｂで示すようなノッチフィルタ設定変更後においては、周波数変更前の振動成分に対して抑制効果を持つとともに、新たに出現した振動成分に対しても抑制効果を持つ。
【００５０】
これにより、例えば、負荷の位置の変化などの状況変化によって共振周波数が頻繁に変化する場合には、その変化を考慮したノッチ周波数とノッチ幅とが設定される構成を有するために、短時間発振を防止することができる。そして、安定した滑らかに動作させることができる。
【００５１】
以上のステップＳ１乃至ステップＳ５と並行して、速度検出手段３により検出された検出速度ωｒａが速度制御手段４に入力され、トルク指令τ１ｉが算出される（ステップＳ６）。
【００５２】
このように速度制御手段４から出力されたトルク指令τ１ｉをノッチフィルタ５に入力し、振動成分が除去されたトルク指令τ２ｉが算出される（ステップＳ７）。
【００５３】
そして、その後、トルク制御手段６にトルク指令τ２が入力され、電動機１にトルクが出力される（ステップＳ８）。
【００５４】
なお、この実施形態１に係るモータ制御装置１０におけるノッチフィルタパラメータ設定手段８は、ノッチ幅が所定値以上であると判断したときに、アラーム信号を出力する構成となっている。
【００５５】
この理由は、以下のとおりである。つまり、ノッチ幅が広がりすぎると、ノッチ周波数より低い周波数領域の位相特性を悪化させ、制御特性が不安定になる。このため、ノッチフィルタパラメータ設定手段８は、ノッチ幅が所定値以上であると判断したときに、アラーム信号を出力して、作業者に注意を喚起するように構成される。
【００５６】
ここで、ノッチ幅が所定値以上になるのは、ノッチ幅を拡大しても振動が収まらない状
態となることが原因である。そうすると、このような振動が収まらない状態で電動機を制御し続けると、制御が不安定状態となっているため電動機および負荷が損傷する可能性がある。この場合、ノッチフィルタによってのみでは安定化することができない。
【００５７】
このため、ノッチフィルタパラメータ設定手段８が、ノッチ幅を広げることを停止する機能を備えてることとしてもよい。またさらに、電動機の制御装置自体を停止させる機能を備えていてもよい。これにより装置を安全に止めることができる。
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２に係るモータ制御装置１００について、図面を用いて説明する。
【００５８】
図４は、本発明の実施形態２に係るモータ制御装置の制御ブロック図である。
【００５９】
図４おいて、実施形態１に係るモータ制御装置１０と同一の構成については同番号を付して、その説明を省略する。
【００６０】
実施形態２に係るモータ制御装置１００は、ノッチフィルタ５に代えて複数のノッチフィルタ５０、および、ノッチフィルタパラメータ設定手段８に代えてノッチフィルタパラメータ設定手段８０を備える点で、実施形態１に係るモータ制御装置１０とは異なる。
【００６１】
ノッチフィルタパラメータ設定手段８０は、複数のノッチフィルタ５０の各ノッチ周波数と各ノッチ幅を変更することができる。また、複数のノッチフィルタ５０をそれぞれ有効状態と無効状態とに切り替えることができる。
【００６２】
次に、このモータ制御装置１００の制御の工程を説明する。
【００６３】
図５は、このモータ制御装置１００の制御の工程を示すフロー図である。
【００６４】
まず、速度検出手段３により検出された検出速度ωｒａが振動周波数推定手段７に入力され、振動周波数ｆｏが推定される（ステップＳ１１）。
【００６５】
そして、複数のノッチフィルタ５０のうち、推定された振動周波数と最も近い周波数をノッチ周波数として設定しているノッチフィルタを選択する（ステップＳ１２）。
【００６６】
このとき、選択されたノッチフィルタが無効状態であるか否かを確認する（ステップＳ１３）。
【００６７】
選択されたノッチフィルタが無効状態である場合には、推定された振動周波数ｆｏをノッチ周波数に設定する（ステップＳ１４）。そして、選択されたノッチフィルタを有効状態に切り替える（ステップＳ１５）。
【００６８】
一方、選択されたノッチフィルタが有効状態である場合には、ノッチフィルタのノッチ周波数と推定された振動周波数ｆｏとの間の周波数をノッチフィルタの新たなノッチ周波数として設定する。そして、このとき、元のノッチ周波数成分と推定された振動周波数ｆｏ成分とが減衰するようにノッチ幅を変更する（ステップＳ１６）。
【００６９】
このステップＳ１６で設定される新たなノッチ周波数は、元のノッチ周波数と推定された振動周波数ｆｏとの平均値にする。このため、装置の共振周波数に大きな変化による短時間発振を抑制することができる。これにより、常に電動機を安定して制御することができる。
【００７０】
以上のステップＳ１１乃至ステップＳ１６と並行して、速度検出手段３により検出された検出速度ωｒａが速度制御手段４に入力され、トルク指令τ１ｉが算出される（ステップＳ１７）。
【００７１】
このように速度制御手段４から出力されたトルク指令τ１ｉを選択されたノッチフィルタに入力し、振動成分が除去されたトルク指令τ２ｉが算出される（ステップＳ１８）。
【００７２】
そして、その後、トルク制御手段６にトルク指令τ２が入力され、電動機１にトルクが出力される（ステップＳ１９）。
【００７３】
なお、上述した実施形態においては、速度を検出して振動を検出する構成としているが、位置を検出して振動を検出する構成としてもよい。また、速度、位置以外の信号であっても、発振振動成分を含む信号であればその信号を用いてもよい。
【００７４】
また、上述した実施形態においては、ノッチ幅が所定値以上となれば、アラーム信号を出力する構成や、ノッチ幅を広げることを停止する構成を採用しているが、それととも速度制御系、または位置制御系の制御ゲインを下げる構成として、電動機を安定状態としてもよい。
【００７５】
また、上述した実施形態においては、新たなノッチフィルタのノッチ周波数を元のノッチ周波数と推定された振動周波数との平均値としているが、元のノッチ周波数と推定された振動周波数との間の周波数をノッチフィルタの新たなノッチ周波数として設定するのであれば、いずれの値であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明に係るモータ制御装置は、部品実装機や半導体製造装置などモータを使用する装置で、特に負荷の状態によって共振周波数が頻繁に変化する装置を駆動する電動機の制御装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】実施の形態１に係るモータ制御装置１０の制御ブロック図
【図２】モータ制御装置１０の制御の工程を示すフロー図
【図３】ノッチフィルタの一例を示す図
【図４】実施の形態２に係るモータ制御装置１００の制御ブロック図
【図５】モータ制御装置１００の制御の工程を示すフロー図
【図６】従来のモータ制御装置のシステム構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００７８】
１  モータ
２  負荷
３  位置検出手段
４  速度制御手段
５  ノッチフィルタ
６  トルク制御手段
７  振動周波数推定手段
８  ノッチフィルタパラメータ設定手段
５０  複数のノッチフィルタ
８０  ノッチフィルタパラメータ設定手段
【図１】
2008312339.tif 000003
【図２】
2008312339.tif 000004
【図３】
2008312339.tif 000005
【図４】
2008312339.tif 000006
【図５】
2008312339.tif 000007
【図６】
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