(57)【要約】【課題】振動しやすい制御法で機械にモータより模擬外乱トルクで加振して、更に共振周波数を抑える制御法かフィルタ等共振周波数で振動を抑え、機械にモータより模擬外乱トルクで加振して、それらの応答から自動的に機械の特性を得て設定することを目的とする。【解決手段】制御ゲインを振動しやすいゲイン、制御方法具体的にはＰＩ制御等でマシンにモータより簡単なステップ状の模擬外乱トルクで加振して、まずその推定速度から速度を差し引いた速度の振動振幅の大きい周波数を抽出してそこにフィルタやオブザーバ等で抑えて、次にその下の低周波の振動周波数を同様にマシンにモータより簡単なステップ状の模擬外乱トルクで加振して、抽出する。これらよりマシンの特性を得る。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーボモータを駆動するサーボ制御装置において、
推定速度から速度を差し引いた速度の振動振幅より振動を検出する振動検出手段と振動振幅の周波数解析より振動周波数を測定する手段を備え、機械等の振動を発生する状況を作る為に振動が発生する迄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ステップ状の模擬外乱トルクをトルク指令に加える加振手段を持ち、加振の大きさを調整し加振し前記振動検出手段で振動検出を行い、振動しやすい制御で振動を検出するまで前記の制御ゲインを上げ模擬外乱トルクを加える処理をある振動レベルになる迄繰り返し、前記振動検出手段が振動を検出した時に、前記振動周波数測定手段で振動周波数を測定しこれを機械の共振周波数として機械の特性を得る方法。
【請求項２】
前記機械の特性を得る方法において、
機械等の振動を発生する状況を作る為に振動が発生する迄制御ゲインを上げたところで、ある制御ゲイン迄上げて模擬外乱トルクを加える処理をある振動レベルになる迄繰り返し、前記振動検出手段で振動を検出しなかった時に、これを機械の共振周波数のない剛体として機械の特性を得る方法。
【請求項３】
前記機械の特性を得る方法において、
機械等の振動を発生する状況を作る為に振動が発生する迄制御ゲインを上げたところで、ある制御ゲイン迄上げて模擬外乱トルクを加える処理をある振動レベルになる迄繰り返し、上がった制御ゲインをあるレベルで分けることにより剛体のレベルを得ることのできる機械の特性を得る方法。
【請求項４】
前記機械の特性を得る方法において、
機械の共振周波数をフィルタやオブザーバ等で共振周波数の振動抑制を行い、機械等の振動を発生する状況を作る為に振動が発生する迄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ステップ状の模擬外乱トルクをトルク指令に加える加振手段を持ち、加振手段で加振し前記振動検出手段で振動検出を行い、振動を検出するまで前記の制御ゲインを上げ模擬外乱トルクを加える処理をある振動レベルになる迄繰り返し、前記振動検出手段が振動を検出した時に、前記振動周波数測定手段で振動周波数を測定しこれを機械の反共振周波数として機械の特性を得る方法。
【請求項５】
前記機械の特性を得る方法において、
加振手段に代わり急峻な加速度による位置決めを行い停止後、振動周波数測定手段で振動周波数を測定しこれを機械の共振周波数及び反共振周波数として機械の特性を得る方法。
【請求項６】
前記機械の特性を得る方法において、前記振動検出手段が振動を検出した時に機械の振動を抑えるため制御ゲインを下げる等することを特徴とする機械の特性を得る方法。
【請求項７】
前記機械の特性を得る方法において、前記振動検出手段の振動の検出、前記振動周波数測定手段の周波数の検出に用いる推定速度から速度を差し引いた速度の大きさは、機械の用途や状況に応じて変えることを特徴とする機械の特性を得る方法。
【請求項８】
前記機械の特性を得る方法において、
求めた機械の共振周波数、反共振周波数を機械の特性として設定して制御に使用することを特徴とする機械の特性を得る方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はサーボモータを駆動するサーボ制御装置で、振動しやすい制御法で機械にモータより模擬外乱トルクで加振して、振動周波数より共振周波数を得て更に共振周波数を抑える制御法かフィルタ等で共振周波数を抑え、機械にモータより模擬外乱トルクで加振して、それらの応答特性より機械の特性を得る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マシンの特性を得るには図７のようにＦＦＴ解析測定器から正弦波信号をトルク指令に加え周波数掃引を行い、その応答から周波数特性を得ていた。つまり図６のように周波数加振して通常の応答振幅よりも振幅が大きく応答するものを共振、小さく応答するものを反共振としていた。或いは速度、位置や機械諸元等より動特性方程式を求め、イナーシャ、ねじりトルク等を得ていた（例えば、特許文献１参照）。または２慣性系機械としてモデル化し自由振動状態にして速度より２慣性系の機械的時定数を得ていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１１２５２８号公報
【特許文献２】特開平５−１５１８６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが従来の技術では正弦波信号をトルク指令に加え周波数掃引を行い、その応答振幅の周波数特性を取るのが大変なのとその特性から幾つもある山や谷を抽出しないといけなかったので、周波数特性の山や谷が簡単に得られないという問題があった。また正確に得るために正弦波信号の振幅を大きくすると大きく振動して機械に大きなダメージを与えてしまった。特許文献１では機械諸元等が必要で、諸元が無い場合特性が正確に求められない問題があった。そして機械が振動すると上手くいかなかった。特許文献２では自由振動（共振）状態を作る必要があり応答速度から時定数を得るので、振動が大きくないといけないという問題があった。
そこで本発明は振動しやすい制御法で機械にモータより模擬外乱トルクで加振して、更に共振周波数を抑える制御法かフィルタ等共振周波数で振動を抑え、機械にモータより模擬外乱トルクで加振して、それらの応答から自動的に機械の特性を得て設定することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、制御ゲインを振動しやすいゲイン、制御方法具体的にはＰＩ制御等でマシンにモータより簡単なステップ状の模擬外乱トルクで加振して、まずその推定速度から速度を差し引いた速度の振動振幅の大きい周波数を抽出してそこにフィルタやオブザーバ等で抑えて、次にその下の低周波の振動
周波数を同様にマシンにモータより簡単なステップ状の模擬外乱トルクで加振して、抽出する。これらよりマシンの特性を得る。
上記手段により、特別の測定器等を使用することなく自動的に簡単に共振周波数や反共振周波数といった機械の特性を得ることができ、それを制御に使うことができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図１に示して説明する。
図１において１は振動検出、２はマイクロコンピュータ、３は電流アンプ、４はベースドライブ回路、５はパワートランジスタモジュール、６はモータ、７はエンコーダ、８はマシン等の負荷、９はデータトレース、１０は周波数解析である。
以上のように構成された回路において、その動作を図４のブロック図を用いて説明する。
まずマイクロコンピュータ２は位置や速度といった指令を外部のコントローラ等から受取る。そして例えば速度指令の場合は速度制御を行い、その出力の電流指令を電流アンプ３で電流制御を行い、ベースドライブ駆動回路４を通してパワートランジスタ５を駆動してモータを制御する。ここでマイクロコンピュータ２は、通常の制御以外に図４の速度制御の出力のトルク指令に、ステップ状の模擬外乱トルクを加えることができる。
本発明の機械特性の抽出方法を図９の概略フローチャートを用いて説明する。
まず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、図５のように運転して機械特有の振動レベルを検出する。この図では通常運転での差速度（推定速度−速度）の振動振幅の最大値を検出している。図９のフローチャートでは処理１を行う。
ここで振動検出１は差速度（推定速度−速度）がある振動レベルを超えた場合、振動として検出する。最初通常運転での振動レベルを検出して、その３倍等したものを、振動レベルとする。この振動レベルの倍率は単なる目安であり機械の用途、状況等に応じて決めても良い。差速度（推定速度−速度）は、図２のようにモータ及び負荷のモデル３から推定速度を算出して、それから速度を引いて、求める。或いは図３のようにオブザーバから推定速度を算出してそれから速度を引いて、求める。差速度（推定速度−速度）から振動検出や振動周波数を求めるのは、差し引いた後に振動成分のみが残るので、正確に振動振幅や振動周波数を求めやすいからである。
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４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状に加えて、推定速度−速度の応答があるレベル以上あることを確認する。図９のフローチャートの２から３の処理を行う。ここで、あるレベル以上の応答がなければ、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。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。この応答のレベルは前記図９のフローチャートの処理１のように例えば通常の運転中の振動振幅の最大値を２倍等にする。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。
模擬外乱トルクの大きさを決めた後で、次に図６に示すような時間タイミングで段階的に制御ゲインを上げる。図９のフローチャート４〜７の処理のようにゲインを上げたところで、トルク指令に模擬外乱トルクを加え振動検出１にて、振動を確認する。振動検出１は図６のように推定速度−速度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。振動レベルは前に調整した応答レベルの１．５倍等する。制御ゲインには１つの上限値を設定する。１つの上限値よりも低いレベルを幾つか設けて、剛体であるかどうかを判断することもできる。
模擬外乱トルクを加えた後にデータトレース９で推定速度−速度をトレースし、あるレベルを超えて振動を検出したら、データトレースは止めて周波数解析１０にてデータトレースした速度差を解析して、振幅の大きな周波数を算出する。仮に制御ゲインをあるレベル迄上げても振動検出１で振動が検出されない場合、共振周波数のない剛体として判断する。そして振動した場合、この周波数が機械の共振周波数となる。
機械の周波数特性をとると図８のように共振周波数ｆｈと反共振周波数ｆｌが現れることがある。共振周波数が無い場合は、ほぼ剛体として考えることができる。そして共振周波数ｆｈをフィルタや高周波成分を抑える制御法（例えば制振制御）等で抑えて、制御ゲインが更に上げられるようになると次に反共振周波数ｆｌで振動が発生する。この周波数を測定すると反共振周波数が分かるので、共振周波数と反共振周波数の機械特性を得ることができる。周波数の測定は推定速度−速度の振動成分を図７のようにデータトレース９でデータトレースし、それを周波数解析１０でＦＦＴ解析しその振幅の最大値の周波数を求める。求めた周波数が振動周波数となる。振動検出レベルを超える等振動振幅がある一定のレベルであるので、振幅もある程度大きいことになる。
次に図９のフローチャート６で振動検出１にて振動を検出すると図６のようなタイミングで模擬外乱トルクを加えることを停止し、ゲインを振動しないレベル迄下げる（例えば、振動したゲインの半分あるいは、最初に設定した低いゲイン等）。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。図９のフローチャート７の処理を行う。
測定した振動周波数ｆ０を、振動抑制フィルタ、例えばノッチフィルタのノッチ周波数として設定する或いはオブザーバ等を用いて高周波の振動成分を抑える。
高周波の振動を抑えた後、前と同様に図６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。図９のフローチャート８〜１０の処理のようにゲインを上げたところで、トルク指令に模擬外乱トルクを加え振動検出１にて、同様に振動を確認する。
模擬外乱トルクを加えた後にデータトレース９で推定速度−速度をトレースし、あるレベルを超えて振動を検出したら、データトレースは止めて周波数解析１０にてデータトレースした速度差を解析して、振幅の大きな周波数を算出する。この周波数が機械の反共振周波数となる。
次に図９のフローチャート１０で振動検出１にて振動を検出すると図６のようなタイミングで模擬外乱トルクを加えることを止め、同様にゲインを振動しないレベル迄下げる（例えば、振動したゲインの半分あるいは、最初に設定した低いゲイン等）。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。図９のフローチャート１２の処理を行う。
このようにして機械が剛体であるか共振周波数及び反共振周波数を持った機械であっても適用できる。そして共振周波数、反共振周波数等の機械の特性が分かる。
【０００７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、特別の測定器等を使用することなく自動的に簡単に剛体、共振周波数や反共振周波数といった機械の特性を得ることができ、それを制御に使うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的実施例の構成図である。
【図２】本発明の制御ブロック図である。
【図３】本発明の別の実施例の制御ブロック図である。
【図４】制御ブロック図である。
【図５】通常運転した時の速度指令、速度、トルクの波形と振動レベルの測定タイミング図である。
【図６】ゲインを上げて振動を発生及び振動発生時のゲイン低下、振動周波数測定タイミング図である。
【図７】データトレース、ＦＦＴ解析例である。
【図８】マシンの周波数特性である。
【図９】本発明の機械特性の抽出する概略フローチャートである。
【図１０】従来の実施例の構成図である。
【符号の説明】
１  振動検出
２  マイクロコンピュータ
３  電流アンプ
４  ベースドライブ回路
５  パワートランジスタモジュール
６、２６、３６、４６、１０６  モータ
７、１０７  エンコーダ
８、１０８  負荷
９  データトレース
１０  周波数解析
１１、３１１、４１１  速度制御
１２  モータ及び負荷のモデル
１３  オブザーバの負荷イナーシャ分
１４  オブザーバの速度制御のゲイン
１５、４１５  積分
１６  オブザーバの速度制御の積分
１７  オブザーバの全体
１８  位置ループゲイン
１９  周波数特性ＦＦＴ解析測定器
２０  サーボ制御装置
【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】
2004318492.tif 000008
【図７】
2004318492.tif 000009
【図８】
2004318492.tif 000010
【図９】
2004318492.tif 000011
【図１０】
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