(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段で検出したモータ速度と速度指令信号とを入力して前記モータ速度を前記速度指令信号に追従させるためのモータ駆動指令を出力する速度制御手段と、
前記速度制御手段と直列に接続され、入力信号から所定の中心周波数の信号成分を減衰させて出力するノッチフィルタとを含む速度制御ループを有し、
前記ノッチフィルタの中心周波数は、前記ノッチフィルタを含まない前記速度制御ループの開ループ周波数特性の位相が、あらかじめ設定された位相余裕値から１８０度を減じた値となる周波数に等しくされ、
前記ノッチフィルタの中心周波数の信号成分の減衰率は、当該ノッチフィルタを含む前記速度制御ループの開ループ周波数特性の位相線図の傾きが前記中心周波数においてほぼゼロとなるように設定されている
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
モータの速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段で検出したモータ速度と速度指令信号とを入力して前記モータ速度を前記速度指令信号に追従させるためのモータ駆動指令を出力する速度制御手段と、
前記速度制御手段と直列に接続され、入力信号から所定の中心周波数の信号成分を減衰させて出力するノッチフィルタとを含む速度制御ループを有し、
前記ノッチフィルタの中心周波数は、前記ノッチフィルタを含まない前記速度制御ループの開ループ周波数特性の位相が、あらかじめ設定された位相余裕値から１８０度を減じた値となる周波数に等しくされ、
前記ノッチフィルタの中心周波数の信号成分の減衰率が−３ｄｂ〜−６ｄｂである
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
モータの速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段で検出したモータ速度と速度指令信号とを入力して前記モータ速度を前記速度指令信号に追従させるためのモータ駆動指令を出力する速度制御手段と、
前記速度制御手段と直列に接続され、入力信号から所定の中心周波数の信号成分を減衰させて出力するノッチフィルタとを含む速度制御ループを有し、
前記ノッチフィルタの中心周波数は、前記ノッチフィルタを含まない前記速度制御ループの開ループ周波数特性の位相が−１８０度となる周波数の０．３〜０．７倍であり、
前記ノッチフィルタの中心周波数の信号成分の減衰率が−３ｄｂ〜−６ｄｂである
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
モータの速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段で検出したモータ速度と速度指令信号とを入力して前記モータ速度を前記速度指令信号に追従させるためのモータ駆動指令を出力する速度制御手段と、
前記速度制御手段と直列に接続され、入力信号から所定の中心周波数の信号成分を減衰させて出力するノッチフィルタとを含む速度制御ループを構成するとともに、
所望の前記位相余裕値を設定する位相余裕設定手段と、
所望のゲイン余裕値を設定するゲイン余裕設定手段と、
前記ノッチフィルタを含まない前記速度制御ループの開ループ周波数特性を取得する周波数特性取得手段と、
前記ノッチフィルタの中心周波数と該中心周波数の信号成分の減衰率とを設定するパラメータ設定手段とを有し、
前記パラメータ設定手段は、前記周波数取得手段で取得した速度開ループ周波数特性に基づいて、前記位相余裕設定手段で設定された位相余裕と、ゲイン余裕設定手段で設定されたゲイン余裕を満たして、かつ、前記ノッチフィルタの中心周波数の信号成分の減衰率が−６ｄｂ以上となる範囲内で、前記速度制御手段における制御ゲインが最大となるように、前記ノッチフィルタの中心周波数と該中心周波数の信号成分の減衰率とを設定する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械やロボットなどの産業用機械に用いられるモータのモータ制御装置に係り、特にモータ制御装置の速度制御ループの制御性能を向上させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は従来のモータ制御装置における速度制御系の構成を示すブロック図である。図７において、モータ制御装置２００は、モータ１の制御を行う。モータ１の駆動軸３には負荷２が接続されている。また、モータ１には、モータ１の位置を検出してこれを出力するエンコーダ４が装備されている。【０００３】
モータ制御装置２００は、速度検出手段５と比較器６と速度制御手段７と電流制御手段８とを有している。速度検出手段５は、エンコーダ４の出力するモータ位置を微分することでモータ１の速度（回転速度）を計算する。比較器６は、図示しない上位コントローラ、または、位置制御器から与えられる速度指令信号と速度検出手段５の出力であるモータ速度とを比較し、両者の差である速度誤差を出力する。速度制御手段７は、比較器６の出力である速度誤差を入力してモータの駆動指令である電流指令を出力する。電流制御手段８は、速度制御手段７の出力である電流指令に基づいてモータ電流を制御することにより、モータ１に所定のトルクを発生させ、これによりモータ１を回転させる。【０００４】
速度制御手段７は、比例制御器９、積分制御器１０、および、加算器１１から構成される。比例制御器９は、入力した速度誤差に比例ゲインＫＰを乗じて出力し、積分制御器１０は、速度誤差の積分値に積分ゲインＫＩを乗じて出力する。加算器１１は、比例制御器９の出力と積分制御器１０の出力を加算して、電流指令として出力する。【０００５】
従来のモータ制御装置２００は上記のように構成されている。そして、速度指令信号とモータ速度の差である速度誤差が小さくなるようにモータ１にトルクを発生させる。これにより、モータ速度が上位コントローラ、または、位置制御器から与えられる速度指令信号に追従するようにモータ１と負荷２が回転する。負荷２に外乱トルクが作用した場合には、この外乱トルクによってモータ速度が変動するが、この速度変動はエンコーダ４と速度検出手段５で検出され、速度制御手段７にフィードバックされて速度変動を修正するような電流指令が生成される。このように、外乱トルクが作用した場合でも速度制御ループによって速度変動が抑制され、速度指令信号に追従するようにモータ１が制御される。【０００６】
速度指令信号への追従の速さや追従精度、および、外乱トルクの影響を抑制する性能は比例ゲインＫＰおよび積分ゲインＫＩが大きいほど良くなるので、一般に、これらの値を出来るだけ大きく設定する。しかしながら、これらの値を大きくし過ぎると制御系の安定性が損なわれて、振動や発振が発生しやすくなる。そのため、ある程度の安定余裕が確保できる範囲内で出来るだけ大きな値に設定することになる。【０００７】
安定余裕の指標としては位相余裕とゲイン余裕が知られている。従来、位相余裕とゲイン余裕が所定の範囲に入るように比例ゲインＫＰや積分ゲインＫＩなどの制御パラメータを調整する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。【０００８】
しかしながら、従来の技術では、位相余裕やゲイン余裕などの安定余裕が不足する場合、比例ゲインＫＰや積分ゲインＫＩの値を小さくするだけなので、比例ゲインＫＰや積分ゲインＫＩの値を十分に大きく出来ない場合があり、要求される制御性能を満たすものではなかった。【０００９】
また、特許文献２には、ノッチフィルタを設けてモータ制御装置の制御能力を向上させる提案がされている。この提案においては、制御系の発振周波数付近、あるいは、位相遅れが現れ始める周波数を中心周波数とし、かつ、中心周波数における減衰量が小さいノッチフィルタを制御系に挿入することにより、制御系の位相特性を改善するものである。位相特性が改善することにより、発振を防止しながら制御ゲインを上げることができ、制御性能を向上させることが出来る。【００１０】
この技術では、制御系の位相特性が改善される度合いは、制御系に挿入されるノッチフィルタの特性に大きく依存している。そのため、位相特性を効果的に改善するには、ノッチフィルタの中心周波数や中心周波数における減衰量を適切に設定する必要がある。しかしながら、上述の特許文献２のみならず他の文献においても、これらの具体的な設定方法は開示されていないし一般的にも知られていない。明確で具体的なノッチフィルタの設定方法が確立されていないため、個々の制御対象に合わせてノッチフィルタの特性を適切に設定するのが困難で、ノッチフィルタによる特性改善効果が十分には得られない場合があった。【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１１６８０３号公報
【特許文献２】特開平５−７６１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に示されたような、位相余裕とゲイン余裕が所定の範囲に入るように制御パラメータを調整する従来の技術では、比例ゲインＫＰや積分ゲインＫＩの値を十分に大きく出来ない場合があり、要求される制御性能を満足できない場合があった。【００１３】
さらにまた、特許文献２にて提案されている技術においては、従来、ノッチフィルタの特性を適切に設定する方法が知られていないため、制御系の特性が十分に改善されない場合があると言う問題があった。【００１４】
この発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、所定の位相余裕とゲイン余裕を確保しつつ、制御系の性能を効果的に改善できるモータ制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明に係るモータ制御装置は、モータの速度を検出する速度検出手段と、速度検出手段で検出したモータ速度と速度指令信号とを入力してモータ速度を速度指令信号に追従させるためのモータ駆動指令を出力する速度制御手段と、速度制御手段と直列に接続され、入力信号から所定の中心周波数の信号成分を減衰させて出力するノッチフィルタとを含む速度制御ループを有し、ノッチフィルタの中心周波数は、ノッチフィルタを含まない速度制御ループの開ループ周波数特性の位相が、あらかじめ設定された位相余裕値から１８０度を減じた値となる周波数に等しくされ、ノッチフィルタの中心周波数の信号成分の減衰率は、当該ノッチフィルタを含む速度制御ループの開ループ周波数特性の位相線図の傾きが中心周波数においてほぼゼロとなるように設定されていることを特徴とする。【００１６】
また、この発明に係るモータ制御装置は、モータの速度を検出する速度検出手段と、速度検出手段で検出したモータ速度と速度指令信号とを入力してモータ速度を速度指令信号に追従させるためのモータ駆動指令を出力する速度制御手段と、速度制御手段と直列に接続され、入力信号から所定の中心周波数の信号成分を減衰させて出力するノッチフィルタとを含む速度制御ループを有し、ノッチフィルタの中心周波数は、ノッチフィルタを含まない速度制御ループの開ループ周波数特性の位相が、あらかじめ設定された位相余裕値から１８０度を減じた値となる周波数に等しくされ、ノッチフィルタの中心周波数の信号成分の減衰率が−３ｄｂ〜−６ｄｂであることを特徴とする。【００１７】
さらに、この発明に係るモータ制御装置は、モータの速度を検出する速度検出手段と、速度検出手段で検出したモータ速度と速度指令信号とを入力してモータ速度を速度指令信号に追従させるためのモータ駆動指令を出力する速度制御手段と、速度制御手段と直列に接続され、入力信号から所定の中心周波数の信号成分を減衰させて出力するノッチフィルタとを含む速度制御ループを有し、ノッチフィルタの中心周波数は、ノッチフィルタを含まない速度制御ループの開ループ周波数特性の位相が−１８０度となる周波数の０．３〜０．７倍であり、ノッチフィルタの中心周波数の信号成分の減衰率が−３ｄｂ〜−６ｄｂであることを特徴とする。【００１８】
さらにまた、この発明に係るモータ制御装置は、モータの速度を検出する速度検出手段と、速度検出手段で検出したモータ速度と速度指令信号とを入力してモータ速度を速度指令信号に追従させるためのモータ駆動指令を出力する速度制御手段と、速度制御手段と直列に接続され、入力信号から所定の中心周波数の信号成分を減衰させて出力するノッチフィルタとを含む速度制御ループを構成するとともに、所望の位相余裕値を設定する位相余裕設定手段と、所望のゲイン余裕値を設定するゲイン余裕設定手段と、ノッチフィルタを含まない速度制御ループの開ループ周波数特性を取得する周波数特性取得手段と、ノッチフィルタの中心周波数と該中心周波数の信号成分の減衰率とを設定するパラメータ設定手段とを有し、パラメータ設定手段は、周波数取得手段で取得した速度開ループ周波数特性に基づいて、位相余裕設定手段で設定された位相余裕と、ゲイン余裕設定手段で設定されたゲイン余裕を満たして、かつ、ノッチフィルタの中心周波数の信号成分の減衰率が−６ｄｂ以上となる範囲内で、速度制御手段における制御ゲインが最大となるように、ノッチフィルタの中心周波数と該中心周波数の信号成分の減衰率とを設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
この発明のモータ制御装置によれば、ノッチフィルタの中心周波数は、ノッチフィルタを含まない速度制御ループの開ループ周波数特性の位相が、あらかじめ設定された位相余裕値から１８０度を減じた値となる周波数に等しくされ、ノッチフィルタの中心周波数の信号成分の減衰率は、当該ノッチフィルタを含む速度制御ループの開ループ周波数特性の位相線図の傾きが中心周波数においてほぼゼロとなるように設定されているので、所望の位相余裕を確保しつつ、ゲイン余裕を増加させることができる。これによって、所望の位相余裕とゲイン余裕を確保しながら、制御ゲインを大きくすることができるようになり、制御性能を改善することが可能となる。【００２０】
また、この発明のモータ制御装置によれば、ノッチフィルタの中心周波数は、ノッチフィルタを含まない速度制御ループの開ループ周波数特性の位相が、あらかじめ設定された位相余裕値から１８０度を減じた値となる周波数に等しくされ、ノッチフィルタの中心周波数の信号成分の減衰率が−３ｄｂ〜−６ｄｂであるので、所望の位相余裕を確保しつつ、ゲイン余裕を増加させることができる。これによって、所望の位相余裕とゲイン余裕を確保しながら、制御ゲインを大きくすることができるようになり、制御性能を改善することが可能となる。【００２１】
さらに、この発明のモータ制御装置によれば、ノッチフィルタの中心周波数は、ノッチフィルタを含まない速度制御ループの開ループ周波数特性の位相が−１８０度となる周波数の０．３〜０．７倍であり、ノッチフィルタの中心周波数の信号成分の減衰率が−３ｄｂ〜−６ｄｂであるので、所望の位相余裕を確保しつつ、ゲイン余裕を増加させることができる。これによって、所望の位相余裕とゲイン余裕を確保しながら、制御ゲインを大きくすることができるようになり、制御性能を改善することが可能となる。【００２２】
さらにまた、この発明のモータ制御装置によれば、パラメータ設定手段により、速度開ループ周波数特性に基づいて、設定された位相余裕とゲイン余裕を満足する範囲内で制御ゲインが最大となるように、ノッチフィルタの中心周波数と中心周波数におけるゲインとを設定するようにしたので、所望の位相余裕とゲイン余裕を確保しながら、制御ゲインを大きくすることができるようになり、制御性能を改善することが可能となる。さらに、ノッチフィルタの中心周波数におけるゲインが−６ｄｂ以上となるようにしたので、中心周波数の低周波側での位相遅れが大きくなることがなく、安定した制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施の形態１のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１のノッチフィルタの周波数特性を示す図である。
【図３】図３は、ノッチフィルタを用いない場合の速度制御ループの開ループ周波数特性を示す図である。
【図４】図４は、ノッチフィルタを速度制御ループに挿入した時の速度制御ループの開ループ周波数特性を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、ノッチフィルタの減衰率を小さくし過ぎたときの速度制御ループの開ループ周波数特性を示す図である。
【図７】図７は、従来のモータ制御装置の速度制御系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  モータ
２  負荷
３  駆動軸
４  エンコーダ
５  速度検出手段
６  比較器
７  速度制御手段
８  電流制御手段
９  比例制御器
１０  積分制御器
１１  加算器
１２  ノッチフィルタ
１３  位相余裕設定手段
１４  ゲイン余裕設定手段
１５  周波数特性取得手段
１６  パラメータ設定手段
１００，１１０  モータ制御装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、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、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。【００２６】
実施の形態１．
図１は本発明に係る実施の形態１のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、モータ制御装置１００は、モータ１の制御を行う。モータ１の駆動軸３には負荷２が接続されている。また、モータ１には、モータ１の位置を検出してこれを出力するエンコーダ４が装備されている。【００２７】
モータ制御装置１００は、速度検出手段５と比較器６と速度制御手段７とノッチフィルタ１２と電流制御手段８とを有している。速度検出手段５は、エンコーダ４の出力するモータ位置を微分することでモータ１の速度（回転速度）を計算する。比較器６は、図示しない上位コントローラ、または、位置制御器から与えられる速度指令信号と速度検出手段５の出力であるモータ速度とを比較し、両者の差である速度誤差を出力する。速度制御手段７は、比較器６の出力である速度誤差を入力してモータの駆動指令である電流指令を出力する。ノッチフィルタ１２は、速度制御手段７の出力するモータ駆動指令を入力し、このモータ駆動指令から所定の中心周波数の信号成分を減衰させて出力する。電流制御手段８は、ノッチフィルタ１２の出力である電流指令に基づいてモータ電流を制御することにより、モータ１に所定のトルクを発生させ、これによりモータ１を回転させる。【００２８】
速度制御手段７は、比例制御器９、積分制御器１０、および、加算器１１から構成される。比例制御器９は、入力した速度誤差に比例ゲインＫＰを乗じて出力し、積分制御器１０は、速度誤差の積分値に積分ゲインＫＩを乗じて出力する。加算器１１は、比例制御器９の出力と積分制御器１０の出力を加算して、電流指令として出力する。【００２９】
本実施の形態のノッチフィルタ１２は図２に示すような周波数特性を持つ。図２上図はゲイン特性、下図は位相特性を示す。ここでは、中心周波数Ｆｎにおけるゲイン（以下、減衰率と呼ぶ）が−６ｄｂの場合の周波数特性を示している。ノッチフィルタのゲインは中心周波数Ｆｎで最小となり、入力からこの周波数の信号成分を減衰させて出力する。位相特性は中心周波数Ｆｎの低周波側で位相が遅れ、高周波側で位相が進む特性となる。【００３０】
図３は、ノッチフィルタ１２が無い場合、すなわち、図７に示すような従来のモータ制御装置の速度制御ループの開ループ周波数特性（速度開ループ周波数特性）を示したものである。速度開ループ周波数特性とは、速度制御手段７の入力から速度検出手段５で検出されるモータ速度までの周波数特性である。図３では、積分ゲインＫＩは、その値が小さいとして無視し、ＫＩ＝０としている。また、モータ１と負荷２を接続する駆動軸３の剛性が十分高いとしている。この場合、速度開ループのゲイン特性は、図３のように−２０ｄｂ／ｄｅｃの傾きを持つ直線となる。また、位相特性は、低周波数では−９０度であるが、高周波数では速度制御手段７における演算遅れや速度検出手段５における検出遅れのため位相遅れが大きくなる。【００３１】
安定した制御を実現するには、ある程度の位相余裕とゲイン余裕を確保する必要がある。位相余裕とはゲインが０ｄｂとなる周波数（図３のＦcg）における位相に１８０度を加えた値、ゲイン余裕とは位相が１８０度となる周波数（図３のＦcp）におけるゲインの符号を反転した値である。図３から読み取ると位相余裕は６０度、ゲイン余裕は１０ｄｂとなっている。前記の特許文献１によれば、位相余裕は３５度〜８０度、ゲイン余裕は１０ｄｂ〜２５ｄｂでなければならないとされている。これに基づいて、確保すべき位相余裕を３５度、ゲイン余裕を１０ｄｂと設定すると、図３では既にゲイン余裕が１０ｄｂしかないので、これ以上ゲインを上げることができない。【００３２】
図４の実線は図７の制御系に図２のノッチフィルタを挿入し、本発明の実施の形態１である図１の構成とした場合の速度開ループ周波数特性である。比較のため、図３に示した従来の周波数特性を点線で示している。本実施の形態のノッチフィルタの中心周波数Ｆｎは、ノッチフィルタを含まない速度開ループ周波数特性の位相（点線）が、上記で設定した位相余裕３５度から１８０度を減じた値、すなわち、−１４５度となる周波数に設定されている。また、ノッチフィルタの減衰率は、ノッチフィルタを含む速度開ループ周波数特性の位相線図（実線）の中心周波数Ｆｎにおける傾きがゼロになるように設定されている。【００３３】
このようなノッチフィルタを速度制御ループに挿入することにより、位相が−１４５度となる周波数（すなわち、中心周波数Ｆｎ）での位相の傾きがゼロとなるので、この周波数付近での位相がほぼ一定値となる。このため、ゲインを大きくして、ゲインが０ｄｂとなる周波数（Ｆｃｇ）が高周波側に移動しても、この周波数範囲であれば位相余裕はほとんど変化せず、設定した３５度の位相余裕が確保される。【００３４】
さらに、ノッチフィルタを挿入することにより、位相が−１８０となる周波数（Ｆｃｐ）が高周波側に移動するとともに、Ｆｃｐにおけるゲイン自体も小さくなるため、ノッチフィルタが無い場合に比べてゲイン余裕が増加する。図４では、ノッチフィルタを挿入した場合のゲイン余裕は１４ｄｂとなっており、ノッチフィルタが無い場合よりも４ｄｂ増加している。このことは、速度ゲインを４ｄｂだけ大きくできることを意味している。【００３５】
このように、速度制御ループに上記のような特性を持つノッチフィルタを挿入することにより、設定した３５度の位相余裕を確保しつつ、速度ゲインを大きくすることが出来るようになり、制御性能を向上させることができる。【００３６】
本実施の形態１では、速度開ループ周波数特性の位相があらかじめ設定された位相余裕から１８０度を減じた値となる周波数での位相の傾きがゼロとなるように、ノッチフィルタの減衰率を設定している。このような減衰率の値は、設定された位相余裕の値と制御対象の周波数特性に基づいて求めることができる。前記の特許文献１によれば、位相余裕は３５度〜８０度でなければならないとされているが、モータ制御のようなサーボ制御では指令値への高速な追従特性を得るため位相余裕を３５度〜６０度程度の値に設定することが多い。制御対象の機械剛性が十分高く図３のような周波数特性を持つ場合、確保すべき位相余裕を３５度と設定したときの前記減衰率を求めると−６ｄｂとなり、６０度のときは−３ｄｂとなる。したがって、減衰率を−３ｄｂ〜−６ｄｂの範囲内に設定すれば、モータ制御における多くの用途において本発明の効果が得られる。【００３７】
また、この実施の形態１では、ノッチフィルタの中心周波数Ｆｎを、ノッチフィルタを含まない時の速度開ループ周波数特性の位相があらかじめ設定された位相余裕から１８０度を減じた値となる周波数に設定したが、この周波数は位相が−１８０度となる周波数（Ｆｃｐ）から求めることも出来る。速度開ループが図３に示した特性となる場合、位相余裕を３５度と設定したとすると、速度開ループ周波数特性の位相が設定された位相余裕（３５度）から１８０度を減じた値（−１４５度）となる周波数はＦｃｐの０．６倍となる。また、位相余裕を６０度と設定した場合の該周波数はＦｃｐの０．３３倍となる。ただし、この設定値は厳密なものではなく、多少の設定幅は許容されるものであり、これによって本発明の効果が損なわれるものではない。したがって、中心周波数ＦｎをＦｃｐの０．３〜０．７倍程度の値に設定すれば、多くの用途において本発明の効果が得られる。【００３８】
なお、本実施の形態１では、ノッチフィルタ１２を速度制御手段７と電流制御手段８との間に入れる例を示したが、ノッチフィルタ１２を速度検出手段５と比較器６との間に入れても同様の効果を得ることができる。【００３９】
実施の形態２．
図５は本発明に係る実施の形態２のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示した実施の形態１のモータ制御装置１００と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図５において、本実施の形態のモータ制御装置１１０は、所望の位相余裕値を設定する位相余裕設定手段１３、所望のゲイン余裕値を設定するゲイン余裕設定手段１４、ノッチフィルタの中心周波数と減衰率とを設定するパラメータ設定手段１５、ノッチフィルタを含まない速度制御ループの開ループ周波数特性を取得する周波数特性取得手段１６とを有している。【００４０】
周波数特性取得手段１６では速度制御ループの開ループ周波数特性を取得するが、その方法はいくつか知られている。専用の計測器を用いて計測することも出来るし、ランダムな速度指令信号を与えてモータ１を駆動して、そのときの速度応答を周波数解析して求めることもできる。また、モータ１や負荷の質量や慣性モーメント、剛性などがわかっている場合はこれらを用いて数式モデルを作り、計算で求めることもできる。【００４１】
パラメータ設定手段１５は、周波数取得手段１６で取得した速度開ループ周波数特性に基づいて、位相余裕設定手段１３で設定された位相余裕と、ゲイン余裕設定手段１４で設定されたゲイン余裕を満足する範囲内で、速度制御手段７における比例ゲインＫＰが最大となるように、ノッチフィルタ１２の中心周波数と減衰率とを設定する。ただし、ノッチフィルタ１２の減衰率は−６ｄｂ以上となるように制限される。このような条件を満たす中心周波数と減衰率は、制約付き非線形最適化問題を解くことによって計算することができる。制約付き非線形最適化問題を解く方法としては、逐次二次計画法や遺伝的アルゴリズムなど、多くの計算アルゴリズムが知られている。【００４２】
パラメータ設定手段１５ではノッチフィルタ１２の減衰率を−６ｄｂ以上となるように制限しているが、その理由を以下に説明する。ノッチフィルタの周波数特性は図２に示したように、中心周波数Ｆｎの低周波側で位相が遅れる特性となる。減衰率を小さくする程この位相遅れが大きくなるため、減衰率を小さくし過ぎると低周波数での位相遅れが大きくなり、制御特性に悪影響を及ぼすことになる。図６はノッチフィルタ１２の減衰率を−６ｄｂより小さい−１０ｄｂにしたときの速度開ループ周波数特性を示したものである。図６より、ノッチフィルタの中心周波数Ｆｎの低周波側で位相が大きく遅れている個所がある。このような低周波数での位相遅れは制御系にとって望ましいことではない。【００４３】
つまり、ノッチフィルタ１２の減衰率を−６ｄｂより小さくすると、低周波数での位相遅れが大きくなってしまう。これを避けるために、本発明ではノッチフィルタ１２の減衰率を−６ｄｂ以上となるように制限しているのである。【００４４】
なお、本実施の形態２では、パラメータ設定手段１５は、周波数取得手段１６で取得した速度開ループ周波数特性と、位相余裕設定手段１３で設定された位相余裕、および、ゲイン余裕設定手段１４で設定されたゲイン余裕に基づいて、制約付き非線形最適化問題を解いてノッチフィルタ１２の中心周波数Ｆｎと減衰率とを設定するように構成したが、非線形最適化問題を予め解いておいて、その結果をテーブルなどに記憶しておくように構成することも可能である。【００４５】
この場合、たとえば、図３に示したような特性を持つ制御系を対象とし、様々な位相余裕とゲイン余裕に対して非線形最適化問題を解き、その結果をテーブルに記憶しておけばよい。実際にノッチフィルタを設定する時には、パラメータ設定手段１５は、設定された位相余裕とゲイン余裕に基づいてテーブルから中心周波数と減衰率を読み出してノッチフィルの設定を行う。【００４６】
さらに、非線形最適化問題を解いて得られた中心周波数をテーブルに記憶する際に、速度開ループ周波数特性の位相が−１８０度となる周波数Ｆｃｐで中心周波数を正規化して記憶しておけば、制御対象によってＦｃｐが変化するような場合にも適用することが可能となる。【００４７】
また、制約付き非線形最適化問題を解いて得られたノッチフィルタ１２の中心周波数と減衰率とをテーブルではなく、近似式の形で記憶しておくことも可能である。【００４８】
このように、パラメータ設定手段は、設定された位相余裕とゲイン余裕を満足する範囲内で制御ゲインが最大となるように、ノッチフィルタの中心周波数と減衰率とを設定するので、所望の位相余裕とゲイン余裕を確保しながら、制御ゲインを大きくすることができるようになり、制御性能を改善することが可能となる。さらに、ノッチフィルタの減衰率が−６ｄｂ以上となるようにしたので、低周波数での位相遅れが大きくなることがなく、安定した制御を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
この発明に係わるモータ制御装置は、工作機械やロボットなどの産業用機械に用いられるモータの制御装置として用いられるのに適している。
【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】
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【図６】
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【図７】
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