(57)【要約】【課題】  モータを含む制御対象の周波数特性、共振周波数、反共振周波数、総イナーシャといった機械特性を容易に精度よく測定する。【解決手段】  モータへのトルク指令とトルク指令に対する応答であるモータ速度とをサンプリングする。各々をフーリエ変換し、その結果の差異から第１の周波数特性を算出する。トルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素の周波数特性を減じ、第２の周波数特性を算出する。位相特性が−１８０度から１８０度の範囲に収まるようシフト処理をし、第３の周波数特性を算出する。周波数に応じた周波数幅で移動平均処理を行い、第４の周波数特性を算出する。遅れ要素の周波数特性を加算し、第５の周波数特性を算出する。第５の周波数特性を、モータを含む制御対象の周波数特性としてディスプレイ部に表示する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを含む制御対象の機械特性を測定する装置であって、
前記モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、前記トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異から前記モータを含む制御対象の周波数に対する第１のゲイン特性を算出する手段と、
周波数に応じた周波数幅に基づいて前記第１のゲイン特性を移動平均処理し第２のゲイン特性を得る手段と
を備えたことを特徴とする制御対象の機械特性測定装置。
【請求項２】
モータを含む制御対象の機械特性を測定する装置であって、
前記モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、前記トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異から前記モータを含む制御対象の第１の周波数特性を算出する手段と、
前記モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素の周波数特性を前記第１の周波数特性から減じて第２の周波数特性を得る手段と、
前記第２の周波数特性の位相特性が所定位相範囲に収まるように、前記第２の周波数特性の位相特性における位相を３６０×Ｎ［ｄｅｇ］（Ｎは整数）シフト処理する手段と、
前記シフト処理により得られた位相特性と、前記第２の周波数特性のゲイン特性とから第３の周波数特性を得る手段と、
周波数に応じた周波数幅に基づいて前記第３の周波数特性のゲイン特性と位相特性の各々を移動平均処理し第４の周波数特性を得る手段と、
前記遅れ要素の周波数特性を前記第４の周波数特性に加算して第５の周波数特性を得る手段と
を備えたことを特徴とする制御対象の機械特性測定装置。
【請求項３】
前記第５の周波数特性と前記モータを制御する制御パラメータを用いて、速度開ループ、速度閉ループ、位置開ループ、位置閉ループのうち、少なくとも１つの周波数特性の演算を行う手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の制御対象の機械特性測定装置。
【請求項４】
モータを含む制御対象の機械特性を測定する装置であって、
前記モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、前記トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異から前記モータを含む制御対象の周波数に対する第１のゲイン特性を算出する手段と、
周波数に応じた周波数幅に基づいて前記第１のゲイン特性を移動平均処理し第２のゲイン特性を得る手段と、
前記第２のゲイン特性のピーク形状およびノッチ形状から共振周波数と反共振周波数を算出する手段と
を備えたことを特徴とする制御対象の機械特性測定装置。
【請求項５】
前記第１のゲイン特性から、前記モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素のゲイン特性を減じる手段をさらに備え、前記第２のゲイン特性を得る手段は、前記遅れ要素のゲイン特性が減じられた第１のゲイン特性を移動平均処理することを特徴とする請求項４記載の制御対象の機械特性測定装置。
【請求項６】
モータを含む制御対象の機械特性を測定する装置であって、
前記モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、前記トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異から前記モータを含む制御対象の周波数に対する第１のゲイン特性を算出する手段と、
周波数に応じた周波数幅に基づいて前記第１のゲイン特性を移動平均処理し第２のゲイン特性を得る手段と、
前記第２のゲイン特性のピーク形状およびノッチ形状から共振周波数と反共振周波数を算出する手段と
前記算出された共振周波数と反共振周波数のうち少なくともいずれかを選択する手段と、
前記第２のゲイン特性に対し、前記選択された共振周波数あるいは反共振周波数を含む所定周波数区間のみ、前記第１のゲイン特性と、前記移動平均処理で用いた周波数幅よりも小さい周波数幅とに基づいて移動平均処理を行った結果に置き換えて第３のゲイン特性を得る手段と、
前記第３のゲイン特性のピーク形状およびノッチ形状から、新たに共振周波数と反共振周波数を算出する手段と
を備えたことを特徴とする制御対象の機械特性測定装置。
【請求項７】
前記モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素の周波数特性を前記第１の周波数特性から減じる手段をさらに備え、前記第２のゲイン特性を得る手段は、前記遅れ要素のゲイン特性が減じられた第１のゲイン特性を移動平均処理することを特徴とする請求項６記載の制御対象の機械特性測定装置。
【請求項８】
モータを含む制御対象の機械特性を測定する装置であって、
前記モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、前記トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異から前記モータを含む制御対象の第１の周波数特性を算出する手段と、
前記モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素の周波数特性を前記第１の周波数特性から減じて第２の周波数特性を得る手段と、
前記第２の周波数特性の位相特性が所定位相範囲に収まるように、前記第２の周波数特性の位相特性における位相を３６０×Ｎ［ｄｅｇ］（Ｎは整数）シフト処理する手段と、
前記シフト処理により得られた位相特性と、前記第２の周波数特性のゲイン特性とから第３の周波数特性を得る手段と、
周波数に応じた周波数幅に基づいて前記第３の周波数特性のゲイン特性と位相特性の各々の移動平均処理し第４の周波数特性を得る手段と、
前記第４の周波数特性の、最も低い反共振周波数より低い領域かつ、位相特性が−９０［ｄｅｇ］を含む所定幅以内である周波数でのゲイン特性に基づいて制御対象の総イナーシャを算出する手段と
を備えたことを特徴とする制御対象の機械特性測定装置。
【請求項９】
モータを含む制御対象の機械特性を測定する装置であって、
前記モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、前記トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異から前記モータを含む制御対象の第１の周波数特性を算出する手段と、
前記モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素の周波数特性を前記第１の周波数特性から減じて第２の周波数特性を得る手段と、
前記第２の周波数特性の位相特性が所定位相範囲に収まるように、前記第２の周波数特性の位相特性における位相を３６０×Ｎ［ｄｅｇ］（Ｎは整数）シフト処理する手段と、
前記シフト処理により得られた位相特性と前記第２の周波数特性のゲイン特性とから第３の周波数特性を得る手段と、
周波数に応じた周波数幅に基づいて前記第３の周波数特性のゲイン特性と位相特性の各々の移動平均処理し第４の周波数特性を得る手段と、
前記第４の周波数特性の、最も低い反共振周波数より低い領域かつ、位相特性が−９０［ｄｅｇ］を含む所定幅以内である複数の周波数でのゲイン特性に基づいて各々総イナーシャを算出する手段と、
算出された前記総イナーシャの平均化処理をし、平均総イナーシャとして算出する手段と
を備えたことを特徴とする制御対象の機械特性測定装置。
【請求項１０】
前記周波数に応じた周波数幅は、周波数が高いほど周波数幅が広くなることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の制御対象の機械特性測定装置。
【請求項１１】
前記周波数に応じた周波数幅は、周波数に所定値を乗じた値に基づいて決定されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の制御対象の機械特性測定装置。
【請求項１２】
前記遅れ要素は、モータへのトルク入力点からモータ速度出力点までの経路での無駄時間要素、前記経路内に設定されたフィルタ、前記経路内にある制御要素のうち少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項２、請求項５、請求項７、請求項８または請求項９に記載の制御対象の機械特性測定装置。
【請求項１３】
モータを含む制御対象の機械特性を測定する装置であって、
複数の周波数成分を含み、制御対象の設定または測定された静止摩擦、動摩擦、偏加重のうち少なくとも１つに基づいたトルク指令を作成する手段と、
作成された前記トルク指令を、モータを駆動する制御部に出力する手段と、
作成された前記トルク指令と、前記トルク指令に対する応答であるモータ速度をサンプリングする手段と、
サンプリングされた前記トルク指令と前記モータ速度に基づいて、前記モータを含む制御対象の周波数特性、共振周波数、反共振周波数、総イナーシャのうち１つ以上を算出する手段と
を含むことを特徴とする制御対象の機械特性測定装置。
【請求項１４】
前記トルク指令は、制御対象の設定または測定された静止摩擦、動摩擦及び偏加重の物理量の中から少なくとも１つを選択し、その選択した物理量の総計値を平均値とする請求項１３に記載の制御対象の機械特性測定装置。
【請求項１５】
モータを含む制御対象の機械特性を測定する方法であって、
前記モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、前記トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異から前記モータを含む制御対象の周波数に対する第１のゲイン特性を算出するステップと、
周波数に応じた周波数幅に基づいて前記第１のゲイン特性を移動平均処理し第２のゲイン特性を得るステップと、
を含むことを特徴とする制御対象の機械特性測定方法。
【請求項１６】
前記算出された第２のゲイン特性を表示するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の制御対象の機械特性測定方法。
【請求項１７】
モータを含む制御対象の機械特性を測定する方法であって、
前記モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、前記トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異から前記モータを含む制御対象の第１の周波数特性を算出するステップと、
前記モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素の周波数特性を前記第１の周波数特性から減じて第２の周波数特性を得るステップと、
前記第２の周波数特性の位相特性が所定位相範囲に収まるように、前記第２の周波数特性の位相特性における位相を３６０×Ｎ［ｄｅｇ］（Ｎは整数）シフト処理するステップと、
前記シフト処理により得られた位相特性と、前記第２の周波数特性のゲイン特性とから第３の周波数特性を得るステップと、
周波数に応じた周波数幅に基づいて前記第３の周波数特性のゲイン特性と位相特性の各々を移動平均処理し第４の周波数特性を得るステップと、
前記遅れ要素の周波数特性を前記第４の周波数特性に加算して第５の周波数特性を得るステップと、
を含むことを特徴とする制御対象の機械特性測定方法。
【請求項１８】
前記第５の周波数特性と前記モータを制御する制御パラメータを用いて、速度開ループ、速度閉ループ、位置開ループ、位置閉ループのうち、少なくとも１つの周波数特性の演算を行うステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７記載の制御対象の機械特性測定方法。
【請求項１９】
前記演算された周波数特性のうち少なくとも１つを表示するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の制御対象の機械特性測定方法。
【請求項２０】
前記算出された第５の周波数特性を表示するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の制御対象の機械特性測定方法。
【請求項２１】
モータを含む制御対象の機械特性を測定する方法であって、
前記モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、前記トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異から前記モータを含む制御対象の周波数に対する第１のゲイン特性を算出するステップと、
周波数に応じた周波数幅に基づいて前記第１のゲイン特性を移動平均処理し第２のゲイン特性を得るステップと、
前記第２のゲイン特性のピーク形状およびノッチ形状から共振周波数と反共振周波数を算出するステップと
を含むことを特徴とする制御対象の機械特性測定方法。
【請求項２２】
前記算出された共振周波数と反共振周波数を表示するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の制御対象の機械特性測定方法。
【請求項２３】
前記第１のゲイン特性を算出するステップと前記第２のゲイン特性を得るステップとの間にさらに、
前記第１のゲイン特性から、前記モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素のゲイン特性を減じるステップを含む
ことを特徴とする請求項２１記載の制御対象の機械特性測定方法。
【請求項２４】
モータを含む制御対象の機械特性を測定する方法であって、
前記モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、前記トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異から前記モータを含む制御対象の周波数に対する第１のゲイン特性を算出するステップと、
周波数に応じた周波数幅に基づいて前記第１のゲイン特性を移動平均処理し第２のゲイン特性を得るステップと、
前記第２のゲイン特性のピーク形状およびノッチ形状から共振周波数と反共振周波数を算出するステップと、
前記算出された共振周波数と反共振周波数のうち少なくともいずれかを選択するステップと、
前記第２のゲイン特性に対し、前記選択された共振周波数あるいは反共振周波数を含む所定周波数区間のみ、前記第１のゲイン特性と、前記移動平均処理で用いた周波数幅よりも小さい周波数幅とに基づいて移動平均処理を行った結果に置き換えて第３のゲイン特性を得るステップと、
前記第３のゲイン特性のピーク形状およびノッチ形状から、新たに共振周波数と反共振周波数を算出するステップと
を含むことを特徴とする制御対象の機械特性測定方法。
【請求項２５】
前記第１のゲイン特性を算出するステップと前記第２のゲイン特性を算出するステップとの間にさらに、
前記モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素の周波数特性を前記第１の周波数特性から減じるステップをさらに含む
ことを特徴とする請求項２４記載の制御対象の機械特性測定方法。
【請求項２６】
モータを含む制御対象の機械特性を測定する方法であって、
前記モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、前記トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異から前記モータを含む制御対象の第１の周波数特性を算出するステップと、
前記モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素の周波数特性を前記第１の周波数特性から減じて第２の周波数特性を得るステップと、
前記第２の周波数特性の位相特性が所定位相範囲に収まるように、前記第２の周波数特性の位相特性における位相を３６０×Ｎ［ｄｅｇ］（Ｎは整数）シフト処理するステップと、
前記シフト処理により得られた位相特性と、前記第２の周波数特性のゲイン特性とから第３の周波数特性を得るステップと、
周波数に応じた周波数幅に基づいて前記第３の周波数特性のゲイン特性と位相特性の各々の移動平均処理し第４の周波数特性を得るステップと、
前記第４の周波数特性の、最も低い反共振周波数より低い領域かつ、位相特性が−９０［ｄｅｇ］を含む所定幅以内である周波数でのゲイン特性に基づいて制御対象の総イナーシャを算出するステップと
を含むことを特徴とする制御対象の機械特性測定方法。
【請求項２７】
前記算出された総イナーシャに基づいた、イナーシャに関するデータを表示するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の制御対象の機械特性測定方法。
【請求項２８】
モータを含む制御対象の機械特性を測定する方法であって、
前記モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、前記トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異から前記モータを含む制御対象の第１の周波数特性を算出するステップと、
前記モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素の周波数特性を前記第１の周波数特性から減じて第２の周波数特性を得るステップと、
前記第２の周波数特性の位相特性が所定位相範囲に収まるように、前記第２の周波数特性の位相特性における位相を３６０×Ｎ［ｄｅｇ］（Ｎは整数）シフト処理するステップと、
前記シフト処理により得られた位相特性と前記第２の周波数特性のゲイン特性とから第３の周波数特性を得るステップと、
周波数に応じた周波数幅に基づいて前記第３の周波数特性のゲイン特性と位相特性の各々の移動平均処理し第４の周波数特性を得るステップと、
前記第４の周波数特性の、最も低い反共振周波数より低い領域かつ、位相特性が−９０［ｄｅｇ］を含む所定幅以内である複数の周波数でのゲイン特性に基づいて各々総イナーシャを算出するステップと、
算出された前記総イナーシャの平均化処理をし、平均総イナーシャとして算出するステップと
を含むことを特徴とする制御対象の機械特性測定方法。
【請求項２９】
前記算出した平均総イナーシャに基づいて、イナーシャに関するデータを表示するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２８記載の制御対象の機械特性測定方法。
【請求項３０】
前記周波数に応じた周波数幅は、周波数が高いほど周波数幅が広くなることを特徴とする請求項１５から請求項２９のいずれかに記載の制御対象の機械特性測定方法。
【請求項３１】
前記周波数に応じた周波数幅は、周波数に所定値を乗じた値に基づいて決定されることを特徴とする請求項１５から請求項２９のいずれかに記載の制御対象の機械特性測定方法。
【請求項３２】
前記遅れ要素は、モータへのトルク入力点からモータ速度出力点までの経路での無駄時間要素、前記経路内に設定されたフィルタ、前記経路内にある制御要素のうち少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項１７、請求項２３、請求項２５、請求項２６、請求項２８に記載の制御対象の機械特性測定方法。
【請求項３３】
モータを含む制御対象の機械特性を測定する方法であって、
複数の周波数成分を含み、制御対象の設定または測定された静止摩擦、動摩擦、偏加重のうち少なくとも１つに基づいたトルク指令を作成するステップと、
作成された前記トルク指令をモータを駆動する制御部に出力するステップと、
作成された前記トルク指令と、前記トルク指令に対する応答であるモータ速度をサンプリングするステップと、
サンプリングされた前記トルク指令と前記モータ速度に基づいて、前記モータを含む制御対象の周波数特性、共振周波数、反共振周波数、総イナーシャのうち１つ以上を算出するステップと
を含むことを特徴とする制御対象の機械特性測定方法。
【請求項３４】
前記トルク指令は、制御対象の設定または測定された静止摩擦、動摩擦及び偏加重の物理量の中から少なくとも１つを選択し、その選択した物理量の総計値を平均値とする請求項３３に記載の制御対象の機械特性測定方法。
【請求項３５】
前記算出された周波数特性、共振周波数、反共振周波数、総イナーシャに基づいたイナーシャに関するデータのうち少なくとも１つを表示するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の制御対象の機械特性測定方法。
【請求項３６】
請求項１５ないし３５のいずれかの測定方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項３７】
請求項３６記載のプログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータを含む制御対象の機械特性を測定する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の制御対象の機械特性の測定技術としては、制御対象の周波数特性を測定し、内部に持つ多慣性系モデルと比較し誤差最小のものを算出するものがあった（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図２６に制御対象であるモータ及びその駆動装置を含むシステム構成を示す。演算装置５０１、サーボ制御装置５０２、回転検出器５０３、入力装置５１９及び出力装置５２１がモータ５０４の駆動装置を構成する。モータ５０４は、伝達機構であるボールねじ５０５、テーブル５０６、ベース５０７からなる負荷機械を駆動する。回転検出器５０３は回転検出信号５０９をサーボ制御装置５０２に出力する。サーボ制御装置５０２は演算装置５０１に動作指令信号５０８を出力するとともに、モータ５０４に制御信号５１０を出力する。演算装置５０１は周波数特性式５２０を有する。
【０００４】
図２７および図２８に示すフローチャートを用いて、従来の制御対象の機械特性の測定方法について説明する。
【０００５】
まず、演算装置５０１は動作指令５０８を作成する（Ｓ１０１）。次に、演算装置５０１で出力された動作指令信号５０８をサーボ制御装置５０２に転送する（Ｓ１０２）。これにより、動作指令信号５０８と等価な制御信号５１０をモータ５０４に送り、モータ５０４が動作することで、ボールねじ５０５を介してテーブル５０６が動作し、テーブル５０６は振動を発生する。そして、回転検出器５０３がモータ５０４の回転動作時における回転検出器信号５０９を演算装置５０１に転送する（Ｓ１０３）。それから、演算装置５０１で、動作指令信号５０８と回転検出器信号５０９を、例えばＦＦＴ演算し、周波数分析を行う（Ｓ１０４）。演算装置５０１において周波数分析した動作指令信号５０８と回転検出器信号５０９から周波数特性を算出する（Ｓ１０５）。
【０００６】
そして、算出された周波数特性から、山側のピーク、谷川のピークを算出する（Ｓ１０６）。次に、山側のピーク、谷側のピークを検出できなければ（Ｓ１０７）、剛体と判定して、負荷全体のイナーシャのみで剛体のパラメータを決定する（Ｓ１１２）。
【０００７】
ピークが検出できていれば（Ｓ１０７）、検出したピークの周波数を用いることにより、公知の減衰推定法に基づいて減衰を推定する（Ｓ１０８）。複数のピークが検出できれば、谷側のピークの対になる組み合わせを複数組み作成する（Ｓ１０８）。そして、仮設定したピークの対となる組み合わせを、演算装置５０１に予め入力される２慣性系モデルの周波数特性式５２０に当てはめ、計測値との誤差を算出する（Ｓ１０９）。複数のピークの組み合わせを用いて同様の誤差を算出し、各組み合わせの中で誤差の小さいものが２慣性モデルに最適な山側のピークと谷側のピークの組み合わせとなる（Ｓ１０９）。そして、ピークが検出された場合でも剛体モデルとの誤差を算出する（Ｓ１１０）。次に、２慣性モデルの最小誤差と剛体モデルの誤差を比較し（Ｓ１１１）、誤差の少ない方のモデルを判定する（Ｓ１１２、Ｓ１１３）。モデルの判定後、演算装置１に接続した出力装置５２１に結果を出力する。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−７９１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の制御対象の機械特性の測定技術では、モデルを複数持ち、モデルと計測値との誤差が小さいものをモデルとして選択するため、例えば周波数特性式５２０が剛体モデルと２慣性モデルの２種類のみを持ち、かつ測定される実対象が３慣性系の場合、誤差の大きいモデルを算出する可能性がある。この問題を解決するため、周波数特性式５２０のモデルの種類を多くすることが考えられるが、そうすると計算量が多くなり、処理時間がかかる。特に算出されるピークの数が多いほど組み合わせ数は非常に多くなり、計算に要する処理時間も増大する。
【００１０】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、制御対象の機械特性を短時間で測定することを可能とする測定方法及び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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様においては、モータを含む制御対象の機械特性測定において、モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異からモータを含む制御対象の周波数に対する第１のゲイン特性を算出し、周波数に応じた周波数幅に基づいて前記第１のゲイン特性を移動平均処理し第２のゲイン特性を得る。
【００１２】
本発明の第２の態様においては、モータを含む制御対象の機械特性測定において、モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異からモータを含む制御対象の第１の周波数特性を算出し、モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素の周波数特性を第１の周波数特性から減じて第２の周波数特性を得て、第２の周波数特性の位相特性が所定位相範囲に収まるように、第２の周波数特性の位相特性における位相を３６０×Ｎ［ｄｅｇ］（Ｎは整数）シフト処理し、シフト処理により得られた位相特性と、第２の周波数特性のゲイン特性とから第３の周波数特性を得て、周波数に応じた周波数幅に基づいて第３の周波数特性のゲイン特性と位相特性の各々を移動平均処理し第４の周波数特性を得て、遅れ要素の周波数特性を第４の周波数特性に加算して第５の周波数特性を得る。
【００１３】
第２の態様において、第５の周波数特性とモータを制御する制御パラメータを用いて、速度開ループ、速度閉ループ、位置開ループ、位置閉ループのうち、少なくとも１つの周波数特性の演算を行ってもよい。
【００１４】
本発明の第３の態様においては、モータを含む制御対象の機械特性測定において、モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異からモータを含む制御対象の周波数に対する第１のゲイン特性を算出し、周波数に応じた周波数幅に基づいて第１のゲイン特性を移動平均処理し第２のゲイン特性を得て、第２のゲイン特性のピーク形状およびノッチ形状から共振周波数と反共振周波数を算出す。第３の態様において、第１のゲイン特性から、モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素のゲイン特性を減じてもよい。
【００１５】
本発明の第４の態様においては、モータを含む制御対象の機械特性測定において、モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異からモータを含む制御対象の周波数に対する第１のゲイン特性を算出し、周波数に応じた周波数幅に基づいて第１のゲイン特性を移動平均処理し第２のゲイン特性を得て、第２のゲイン特性のピーク形状およびノッチ形状から共振周波数と反共振周波数を算出し、算出された共振周波数と反共振周波数のうち少なくともいずれかを選択し、第２のゲイン特性に対し、選択された共振周波数あるいは反共振周波数を含む所定周波数区間のみ、第１のゲイン特性と、移動平均処理で用いた周波数幅よりも小さい周波数幅とに基づいて移動平均処理を行った結果に置き換えて第３のゲイン特性を得て、第３のゲイン特性のピーク形状およびノッチ形状から、新たに共振周波数と反共振周波数を算出する。
【００１６】
第４の態様において、第１のゲイン特性から、モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素のゲイン特性を減じてもよい。
【００１７】
本発明の第５の態様においては、モータを含む制御対象の機械特性測定において、モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異からモータを含む制御対象の第１の周波数特性を算出し、モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素の周波数特性を第１の周波数特性から減じて第２の周波数特性を得る手段と、第２の周波数特性の位相特性が所定位相範囲に収まるように、第２の周波数特性の位相特性における位相を３６０×Ｎ［ｄｅｇ］（Ｎは整数）シフト処理し、シフト処理により得られた位相特性と、第２の周波数特性のゲイン特性とから第３の周波数特性を得て、周波数に応じた周波数幅に基づいて第３の周波数特性のゲイン特性と位相特性の各々の移動平均処理し第４の周波数特性を得て、第４の周波数特性の、最も低い反共振周波数より低い領域かつ、位相特性が−９０［ｄｅｇ］を含む所定幅以内である周波数でのゲイン特性に基づいて制御対象の総イナーシャを算出する。
【００１８】
本発明の第６の態様においては、モータを含む制御対象の機械特性測定において、モータへのトルク指令時系列データをフーリエ変換した第１の変換結果と、トルク指令時系列データに対する応答であるモータ速度時系列データをフーリエ変換した第２の変換結果との差異からモータを含む制御対象の第１の周波数特性を算出し、モータへのトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路にある遅れ要素の周波数特性を第１の周波数特性から減じて第２の周波数特性を得て、第２の周波数特性の位相特性が所定位相範囲に収まるように、第２の周波数特性の位相特性における位相を３６０×Ｎ［ｄｅｇ］（Ｎは整数）シフト処理し、シフト処理により得られた位相特性と第２の周波数特性のゲイン特性とから第３の周波数特性を得て、周波数に応じた周波数幅に基づいて第３の周波数特性のゲイン特性と位相特性の各々の移動平均処理し第４の周波数特性を得て、第４の周波数特性の、最も低い反共振周波数より低い領域かつ、位相特性が−９０［ｄｅｇ］を含む所定幅以内である複数の周波数でのゲイン特性に基づいて各々総イナーシャを算出し、算出された総イナーシャの平均化処理をし、平均総イナーシャとして算出する。
【００１９】
本発明の第７の態様においては、モータを含む制御対象の機械特性測定において、複数の周波数成分を含み、制御対象の設定または測定された静止摩擦、動摩擦、偏加重のうち少なくとも１つに基づいたトルク指令を作成し、作成されたトルク指令をモータを駆動する制御部に出力し、作成されたトルク指令と、トルク指令に対する応答であるモータ速度をサンプリングし、サンプリングしたトルク指令とモータ速度に基づいて、モータを含む制御対象の周波数特性、共振周波数、反共振周波数、総イナーシャのうち１つ以上を算出する。
【発明の効果】
【００２０】
本実施形態の機械特性測定装置によれば、従来のようなモデルを用いずに機械特性を算出できるため、従来のように測定精度向上のためモデル数を増加させることによる計算量の増大の問題を招かず、少ない計算量で精度よく機械特性（周波数特性、共振周波数、反共振周波数、総イナーシャ等）を算出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る制御対象の機械特性の測定装置及び測定方法の実施形態を添付の図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る制御対象の機械特性測定装置と制御対象とを含むシステム全体の構成を示した図である。モータ１には駆動される負荷２が接続されている。制御対象にはモータ１と負荷２が含まれる。モータ１はモータ駆動装置４により駆動される。
【００２３】
モータ駆動装置４は、トルク指令器５、フィルタ部６、電流制御器７及び回転数算出器８を含む。モータ駆動装置４は位置検出器３からモータ１の回転位置情報を入力する。
【００２４】
モータ駆動装置４には機械特性測定装置９が接続される。機械特性測定装置９にはディスプレイ１０が接続されている。機械特性測定装置９はモータ駆動装置４から第１のトルク指令と、回転数を入力する。機械特性測定装置９は、コンピュータで構成され、所定の制御プログラムを実行することにより、以下に説明する機能を実現する（以下の実施形態においても同じ）。その制御プログラムはＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ―ＲＯＭ等の情報記録媒体や通信回線を通じて提供され得る。
【００２５】
以上のように構成されるシステムの動作を説明する。
【００２６】
トルク指令作成器５はモータ１含む制御対象の周波数特性の測定のための第１のトルク指令τr1を作成し、出力する。フィルタ部６は第１のトルク指令τr1を入力し、フィルタ処理し、第２のトルク指令τr2を作成し、電流制御器７に出力する。電流制御器７はフィルタ部６からの出力である第２のトルク指令τr2を電流指令に変換し、電流指令とモータ１に流れる電流とが一致するよう電流制御を行い、これによりモータ１を駆動する。また、回転数算出器８は、位置検出器３からの回転位置情報を用いてモータ速度情報を作成する。モータ速度情報は例えば所定時間に対する回転位置情報の変化から計算できる。
【００２７】
機械特性測定装置９は、トルク指令作成器５の出力である第１のトルク指令τr1と、第１のトルク指令τr1出力時の回転数算出器８の出力であるモータ速度ｖmとを入力する。
【００２８】
機械特性測定装置９の動作を図２に示すフローチャートを用いて説明する。
【００２９】
まず、入力した第１のトルク指令τr1とモータ速度ｖmとに基づいて周波数特性を算出する（ステップＳ１）。
【００３０】
具体的には、入力した第１のトルク指令τr1とモータ速度ｖmをサンプリングする。続いて、サンプリングされた第１のトルク指令τr1とモータ速度ｖm各々のデータをフーリエ変換する。フーリエ変換は短時間で計算可能な高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いるのが望ましい。そして第１のトルク指令τr1のフーリエ変換の結果と、モータ速度ｖmのフーリエ変換の結果の差異から、第１のトルク指令入力点からモータ速度出力点までの周波数特性を算出する。例えば、第１のトルク指令τr1とモータ速度ｖm各々のフーリエ変換の結果から、各々のゲイン特性および位相特性を算出し、モータ速度ｖmのフーリエ変換の結果から算出されたゲイン特性および位相特性から、第１のトルク指令τr1のフーリエ変換の結果から算出されたゲイン特性および位相特性をそれぞれ減ずることによって、第１のトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路の周波数特性を得る。このようにして求めた周波数特性を「第１の周波数特性」と呼ぶ。図３（ａ）に第１の周波数特性のゲイン特性を、図３（ｂ）に位相特性の例を示す。これらの図に示すように、第１の周波数特性は変動成分（ノイズ）を多く含んでいる。
【００３１】
次に、第１の周波数特性から、第１のトルク指令入力点からモータ速度出力点までの遅れ要素の周波数特性を減じて第２の周波数特性を算出する（ステップＳ２）。ここで、遅れ要素は、第１のトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路の無駄時間要素、フィルタ部６において設定されているフィルタ、及び電流制御器７を含む。無駄時間要素のパラメータである無駄時間Ｔｄ［ｓ］は第２のトルク指令τr2を電流指令に変換する計算時間等によって生じるものでモータ駆動装置４によって決まる値であり、予め調べておくことが可能である。フィルタ部６で設定されるフィルタもモータ駆動装置４の設定によって決まるもので、例えば一次のローパスフィルタが設定されている場合、そのパラメータであるカットオフ周波数ωｃ［ｒａｄ／ｓ］も予め調べておくことが可能である。電流制御器７も駆動装置４の設定によって決まるもので、そのパラメータである制御応答周波数ωｉ［ｒａｄ／ｓ］も予め調べておくことが可能である。
【００３２】
無駄時間要素の周波数特性を図４に示す。図４（ａ）はゲイン特性を示し、全周波数領域で０［ｄＢ］となる。図４（ｂ）は位相特性を示す。位相特性ＰＤ（ω）は（数１）で示される特性となる。
【００３３】
【数１】
2005214711.tif 000003
【００３４】
また、一次のローパスフィルタは（数２）で示される伝達関数となり、周波数特性ＨＴ（ｓ）を図５に示す。ｓはラプラス演算子である。
【００３５】
【数２】
2005214711.tif 000004
【００３６】
また、電流制御器７は応答周波数ωｉ［ｒａｄ／ｓ］の一次ローパスフィルタの特性に近似すれば、（数３）で示される伝達関数となり、周波数特性ＨＩ（ｓ）を図６に示す。
【００３７】
【数３】
2005214711.tif 000005
【００３８】
図４から図６に示される遅れ要素の周波数特性を、第１の周波数特性から減じて第２の周波数特性を算出する。これはモータを含む制御対象の機械要素部分のみの周波数特性を算出していることを意味する。図７に、図３に示す第１の周波数特性から、図４から図６に示される遅れ要素の周波数特性を減じて得られる第２の周波数特性を示す。図７より、第２の周波数特性では、遅れ要素の周波数特性が減じられたことにより高い周波数領域において第１の周波数特性に比して位相特性の落ち込みが低減していることが分かる。
【００３９】
次に、第２の周波数特性の位相特性が−１８０度から＋１８０度の間に収まるよう位相を３６０×Ｎ［ｄｅｇ］だけシフトする処理をし、その処理の結果得られる位相特性と、第２の周波数特性のゲイン特性とから第３の周波数特性を算出する（ステップＳ３）。
【００４０】
第２の位相特性は、第１の周波数特性から遅れ要素の周波数特性が減じられているので、位相が広い範囲で変化するものとなる。一方、第２の周波数特性はモータを含む制御対象の機械要素部分のみの周波数特性であるので、共振周波数を持つ場合でも図８に示す例のように、位相は−９０度から＋９０度の間で変化する。そこで、３６０度の整数倍のシフト処理は位相の周期性から実質的な位相特性変化を生じないことを利用し、各周波数点における位相データに対し３６０×Ｎ［ｄｅｇ］のシフト処理をする。シフト後の位相特性は、−９０度から＋９０度の範囲内にあるはずであるが、ノイズ成分により必ずしもそうならないので、−９０度から＋９０度を中心とし、シフト量の単位である３６０度の範囲となる、−１８０度から１８０度の間に収まるよう位相を３６０度×Ｎだけシフト処理をする。この処理により位相特性の変化幅が適切に抑えられ、連続性あるものとすることができる。
【００４１】
上記のシフト処理について図９を用いて具体的に説明する。図９は、図７に示す第２の周波数特性の中低域部の位相特性を示した図である。同図において、ポイントＡ〜Ｄが−１８０度から１８０度の位相範囲外にある。これらのポイントＡ〜Ｄを−１８０度から１８０度の位相範囲内に存在するように、ポイントＡ'〜Ｄ'へそれぞれシフトする。すなわち、ポイントＡ〜Ｃは−３６０度だけシフトし、ポイントＤは＋３６０度だけシフトする。これにより、ポイントＡ'とＢ’を結ぶ破線で示すような滑らかな位相特性が得られる。図１０に、図７に示す第２の周波数特性から得られた第３の周波数特性を示す。
【００４２】
次に、周波数に応じた周波数幅で第３の周波数特性のゲイン特性と位相特性とを移動平均処理し、第４の周波数特性を算出する（ステップＳ４）。
【００４３】
ＦＦＴを用いてフーリエ変換すると、等しい周波数間隔での周波数特性データが得られる。一方、図７等で示される周波数特性図の横軸である周波数軸は、通常対数軸を用いる。従って、フーリエ変換の結果を周波数特性図で表示させると、低周波域ではデータが疎でとなり、高周波域ではデータが密となる。よって、図１１に示すように高周波域ではゲインや位相の変化が激しくなり、ゲイン特性の変曲点で共振周波数や反共振周波数を得ようとしてもノイズによって正しく得ることは困難である。ノイズを低減させるためには平均化処理を行うことが考えられるが、単純にデータの個数で平均化すると、低周波域ではデータが疎であるので平均化処理によってゲイン変化の凹凸がはっきりしなくなる場合があり、これによって共振周波数や反共振周波数を判断できなくなる可能性がある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、平均化を行う周波数に応じて平均化を行う周波数幅を設定し、その周波数幅で平均化処理（移動平均化処理）を行う。周波数特性図上で、データの疎な低周波域では周波数幅を狭くし、データの密な高周波域では周波数幅を広くなるようにする。例えば周波数に比例した周波数幅を設定する。
【００４５】
例えば、１０Ｈｚ付近のデータについて平均化を行う際には、８Ｈｚから１２Ｈｚまでの４Ｈｚの周波数幅にあるデータを用いて移動平均化処理を行い、１００Ｈｚ付近のデータについては、８０Ｈｚから１２０Ｈｚまでの４０Ｈｚの周波数幅にあるデータを用いて移動平均化処理を行う。
【００４６】
このように周波数に応じた周波数幅で移動平均処理を行うことにより、低周波域では平均化するデータ数が少なくなりゲイン変化の凸凹を維持でき、高周波域では平均化するデータ数が多くなりノイズ成分が抑制されて滑らかなゲイン変化を得ることができる。位相特性についても同様のことが言える。即ち、モータを含む制御対象の機械要素部分のみの周波数特性がデータ連続性と滑らかな変化を持つものとして得られる。図１２に、第４の周波数特性を示す。
【００４７】
次に、ステップＳ２で減じた遅れ要素の周波数特性を第４の周波数特性に加算し、すなわち元に戻して、第５の周波数特性を得る（ステップＳ５）。これにより、データの連続性があり、ノイズ成分が除去された、第１のトルク指令入力点からモータ速度出力点までの周波数特性を得ることができる。図１２に、最終的に得られる第５の周波数特性を示す。
【００４８】
最後に、第５の周波数特性をディスプレイ１０に表示する（ステップＳ６）。ディスプレイ１０としては、例えばコンピュータに接続可能な表示装置などが挙げられる。ここで表示される情報は、データの連続性があり、ノイズ成分を除去された周波数特性であるため、ユーザにとって理解しやすいものとなっている。すなわち、共振周波数や反共振周波数の読みとりが容易であり、安定性判断のために必要なゲインのゼロクロス点の周波数や、位相が−１８０度になる周波数を容易に読みとることができる。
【００４９】
本実施形態の機械特性測定装置によれば、従来のようなモデルを用いずに機械特性を算出できるため、従来のように測定精度向上のためモデル数を増加させることによる計算量の増大の問題を招かず、少ない計算量で精度よく機械特性（周波数特性）を算出できる。
【００５０】
また、本実施の形態ではユーザに理解しやすい周波数特性を得るためにステップＳ２、ステップＳ３およびステップＳ５の処理を行うとしたが、共振周波数や反共振周波数などを読みとるためにゲイン特性のみが必要な場合、ステップＳ２、ステップＳ３およびステップＳ５の処理を省略してもよい。ステップＳ２、ステップＳ３およびステップＳ５は位相の連続性を得るための処理であるからである。
【００５１】
また、本実施の形態のステップＳ２では、遅れ要素の具体例として第１のトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路の無駄時間要素、フィルタ部６で設定されているフィルタ及び電流制御器７を挙げ、これらの周波数特性を減ずるとしたが、カットオフ周波数が十分高いフィルタや十分な応答性を持つ電流制御器など影響を無視できるものは省略しても同様の効果が得られる。すなわち、遅れ要素は、モータ駆動装置４の状況に応じてモータ１へのトルク入力点からモータ速度出力点までの経路での無駄時間要素、その経路に設定されたフィルタ、及びその経路内にある制御要素のうち少なくとも１つを含むようにしてもよい。
【００５２】
また、本実施の形態のステップＳ２では、遅れ要素の周波数特性をカットオフ周波数設定値などから求める例を示したが、遅れ要素に相当する周波数特性を予め測定し、それを用いてもよい。
【００５３】
また、本実施の形態のステップ４では、周波数に応じた周波数幅で周波数特性の移動平均処理するにあたって、周波数幅を周波数に比例した値に設定する例を挙げたが、周波数に応じて周波数幅を段階的に増加させるよう周波数幅を設定してもよい。例えば、図１４に示すように、１００Ｈｚ以下は周波数幅を５Ｈｚに、１００Ｈｚから１０００Ｈｚの範囲では周波数幅を５０Ｈｚに、それ以上の領域では周波数幅を５００Ｈｚに設定する。このように周波数の増加に伴い段階的に増加する周波数幅のテーブルを作成しておき、これに従って周波数幅を決定してもよい。また、周波数に応じて周波数幅を増加させる場合に、段階的な変化と連続的な変化とを併用しても同様の効果が得られる。例えば、図１５に示すように、１００Ｈｚ以下は１０Ｈｚの周波数幅に固定し、１００Ｈｚ以上は、周波数幅を周波数の０．１倍としてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態では、ステップＳ１からステップＳ６の処理はプログラムにより実現されるが、上記処理を全てハードウェアで実現するように機械特性測定装置を構成してもよい。
【００５５】
（実施の形態２）
本発明の制御対象の機械特性測定装置の第２の実施形態を説明する。
【００５６】
本実施形態では、実施の形態１の方法で求めた周波数特性を用いて、さらに速度開ループ、速度閉ループ、位置開ループ、位置閉ループの周波数特性を求めている。
【００５７】
本実施形態の機械特性測定装置の構成は実施の形態１の図１に示すものと同じである。
【００５８】
以下、本実施形態の機械特性測定装置の動作を図１６に示すフローチャートを用いて説明する。
【００５９】
図１６におけるステップＳ１１からステップＳ１５は実施の形態１で説明した図２のステップＳ１からステップＳ５と同じ処理であり、これらの処理により第５の周波数特性を得る。
【００６０】
次に、得られた第５の周波数特性と、制御対象を制御する制御パラメータとを用いて、速度開ループ、速度閉ループ、位置開ループ、位置閉ループのうち少なくとも１つの周波数特性を算出する（ステップＳ１６）。
【００６１】
例えば図１７に示すモータを位置制御するモータ駆動装置の場合について説明する。図１７において、モータ駆動装置４ｂは、位置制御器１２、速度制御器１３、フィルタ部６、電流制御器７、回転数算出器８、位置算出器１１を有する。位置算出器１１は、回転数算出器８の出力であるモータ速度をモータ位置に変換する。位置制御器１２は、位置指令θrと位置算出器１１の出力であるモータ位置θmとが一致するよう速度指令ｖrを出力する。速度制御器１３は、速度指令ｖrと回転数算出器８の出力であるモータ速度ｖmとが一致するよう第１のトルク指令τr1を出力する。第１のトルク指令τr1はフィルタ部６を通過後、第２のトルク指令τr2として電流制御器７に入力される。電流制御器７はフィルタ部６の出力である第２のトルク指令τr2を電流指令に変換し、電流指令とモータ電流が一致するよう制御することによりモータ１を駆動し位置制御する。
【００６２】
この構成における位置閉ループの周波数特性を算出する場合、以下のように算出できる。第５の周波数特性は速度制御器１３の出力点から回転数算出器８までの周波数特性である。速度制御器１３の出力点から回転数算出器８までの伝達関数をＨ０（ｓ）とする。位置制御器１２と速度制御器１３はともに比例制御するとし、比例ゲインをそれぞれＫｐｐ、Ｋｖｐとする。この時、速度開ループの伝達関数Ｈ１（ｓ）、速度閉ループの伝達関数Ｈ２（ｓ）、位置開ループの伝達関数Ｈ３（ｓ）、位置閉ループの伝達関数Ｈ４（ｓ）は（数４）から（数７）で計算できる。
【００６３】
【数４】
2005214711.tif 000006
【００６４】
【数５】
2005214711.tif 000007
【００６５】
【数６】
2005214711.tif 000008
【００６６】
【数７】
2005214711.tif 000009
【００６７】
なお、ステップＳ１５が終わった時点で得られている第５の周波数特性は伝達関数としては得られていないので、ゲインと位相から複素平面のベクトルに変換した後、（数４）から（数７）を用いて演算し、再びゲインと位相データへと変換することにより位置閉ループの周波数特性を算出する。
【００６８】
ステップＳ１６の処理の後、最終的に得られた周波数特性をディスプレイ１０に表示する（ステップＳ１７）。ステップＳ１１からステップＳ１５までの処理により、第５の周波数特性がゲインや位相の連続性あるユーザに理解しやすいものとなっているので、ステップＳ１６で得られる速度開ループ、速度閉ループ、位置会ループ、位置閉ループの周波数特性もユーザに理解しやすいものとなる。結果、ユーザはステップＳ１７でディスプレイ１０に表示された周波数特性から、制御安定性などを容易に判断できる。
【００６９】
本実施形態の機械特性測定装置によれば、従来のようなモデルを用いずに機械特性を算出できるため、従来のように測定精度向上のためモデル数を増加させることによる計算量の増大の問題を招かず、少ない計算量で精度よく速度開ループ、速度閉ループ、位置会ループ、位置閉ループの周波数特性を算出できる。
【００７０】
（実施の形態３）
本発明の制御対象の機械特性測定装置の第３の実施形態を説明する。
【００７１】
本実施形態では、視覚的に認識が容易な、周波数特性における共振周波数および反共振周波数を算出する機械特性測定装置を説明する。
【００７２】
本実施形態の機械特性測定装置の構成は実施の形態１の図１に示すものと同じである。
【００７３】
以下、本実施形態の機械特性測定装置の動作を図１８に示すフローチャートを用いて説明する。
【００７４】
まず、入力した第１のトルク指令τr1とモータ速度ｖmから周波数に対するゲイン特性を算出する（ステップＳ２１）。
【００７５】
具体的には、入力される第１のトルク指令τr1とモータ速度ｖmをサンプリングする。続いて、サンプリングされた各々のデータをフーリエ変換する。フーリエ変換は短時間で計算可能な高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が望ましい。そして各々のフーリエ変換の結果の差異から、第１のトルク指令入力点からモータ速度出力点までの周波数に対するゲイン特性を算出する。例えば、フーリエ変換の結果から各々周波数に対するゲイン特性を算出し、モータ速度のフーリエ変換の結果から算出された周波数に対するゲイン特性から、第１のトルク指令のフーリエ変換の結果から算出された周波数に対するゲイン特性を減ずることによって得られる。このようにして得られたゲイン特性を「第１のゲイン特性」と呼ぶ。
【００７６】
次に、第１のトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路の遅れ要素のゲイン特性を減じて第２のゲイン特性を算出する（ステップＳ２２）。遅れ要素は、実施の形態１で説明したとおりである。すなわち、図４から図６に示される遅れ要素のゲイン特性が分かるので、これらを第１のゲイン特性から減じて第２のゲイン特性を算出する。
【００７７】
次に、周波数に応じた周波数幅で第２のゲイン特性を移動平均処理し、第３のゲイン特性を算出する（ステップＳ２３）。周波数に応じた周波数幅を設定した移動平均処理については、実施の形態１で既に説明したとおりである。周波数に応じた周波数幅で移動平均処理を行うことにより、低周波域では平均化するデータ数が少なくなりゲイン変化の凸凹を維持でき、高周波域では平均化するデータ数が多くなりノイズ成分が抑制されて滑らかなゲイン変化を得ることができる。
【００７８】
次に、第３のゲイン特性のピーク形状およびノッチ形状から共振周波数および反共振周波数を算出する（ステップＳ２４）。例えば、第３のゲイン特性を調べ、ゲインが極大値となる周波数を共振周波数とし、ゲインが極小値となる周波数を反共振周波数として算出できる。
【００７９】
最後に、ステップＳ２４で算出された共振周波数および反共振周波数をディスプレイ１０に表示する（ステップＳ２５）。
【００８０】
以上のようにして求めた共振周波数および反共振周波数は、ノイズの抑圧されたゲイン特性から算出されるため、ディスプレイ上にはノイズが抑圧された共振周波数および反共振周波数が表示される。よって、制御対象を速度制御や位置制御するにあたって、共振抑制のノッチフィルタを付加したい場合に、ディスプレイ上で共振周波数および反共振周波数を視覚的に容易に正確に認識できるため、適切な減衰周波数を容易に設定できる。
【００８１】
本実施形態の機械特性測定装置によれば、従来のようなモデルを用いずに機械特性を算出できるため、従来のように測定精度向上のためモデル数を増加させることによる計算量の増大の問題を招かず、少ない計算量で精度よく共振周波数、反共振周波数を算出できる。
【００８２】
なお、本実施形態のステップＳ２２では第１のトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路の遅れ要素のゲイン特性を減じているが、遅れ要素のゲイン特性が単調減少あるいは単調増加している場合、第１のゲイン特性のゲイン極大値および極小値と、第２のゲイン特性のゲイン極大値および極小値とは一致する。従って、このような場合はステップＳ２２を省略しても同様の効果が得られる。
【００８３】
（実施の形態４）
本発明の制御対象の機械特性測定装置の第４の実施形態を説明する。
【００８４】
本実施形態では、周波数特性における共振周波数および反共振周波数をより精度よく求めることが可能な機械特性測定装置を説明する。
【００８５】
本実施形態の機械特性測定装置の構成は実施の形態１の図１に示すものと同じである。
【００８６】
以下、本実施形態の機械特性測定装置の動作を図１９に示すフローチャートを用いて説明する。
【００８７】
ステップＳ３１からステップＳ３３の処理は、実施の形態３で説明したＳステップ２１からステップＳ２３の処理と同じである。これらの処理により第３のゲイン特性が得られる。
【００８８】
その後、第３のゲイン特性のピーク形状およびノッチ形状から共振周波数および反共振周波数を算出する（ステップＳ３４）。本ステップで算出された共振周波数および反共振周波数をそれぞれ、「１回目の共振周波数」および「１回目の反共振周波数」と呼ぶ。
【００８９】
次に、１回目の共振周波数および１回目の反共振周波数のうち少なくとも１つを選択し、選択した周波数振周波数を含む所定の周波数区間において再度移動平均処理をし、第４のゲイン特性を算出する（ステップＳ３５）。
【００９０】
図２０を用いてこの処理による効果を説明する。第１のゲイン特性が図２０で示された特性とし、ω１は共振周波数とする。図２０において、共振周波数ω１直前の領域においてゲインの傾きは急峻であるのに対し、共振周波数ω１直後の傾きはなだらであり、共振周波数ω１の前後でゲインの傾きの大きさが異なる。ステップＳ３３にて、周波数に応じた周波数幅を設定して移動平均処理を行っているが、ゲインの傾きの大きさの差が大きいと、移動平均処理後のゲイン特性である第２のゲイン特性の極大点はω１から高域にずれてしまう。すなわち、ω１付近で極大値が得られ１回目の共振周波数を算出した場合、本来算出されるべき共振周波数ω１よりも高くなる。
【００９１】
この影響を抑制するために、ステップＳ３４で算出された１回目の共振周波数および１回目の反共振周波数が本来の共振周波数および反共振周波数に近い値であると判断し、１回目の共振周波数および反共振周波数の近傍においてのみ、ステップＳ３３で設定した周波数幅よりも小さい周波数幅を用いて再度、移動平均処理を行う。
【００９２】
例えば、ステップＳ３３において設定された周波数幅がΔω（ω２からω３までの周波数幅）である場合、ステップＳ３５では、周波数ω１を含む周波数区間において、第２のゲイン特性データとステップ３３で設定した周波数幅の半分の周波数幅（（Δω）／２）とを用いて移動平均処理を行う。ω１を含む所定の周波数区間は、ω２からω３までの周波数区間か、それと同程度の区間が望ましい。第３のゲイン特性において一部の区間が再度移動平均処理された結果得られる特性を第４のゲイン特性とする。このように、共振周波数及び反共振周波数の近傍において、周波数幅を狭めて再度移動平均処理を行うことによりゲイン特性のピークの周波数およびノッチの周波数が本来の値よりずれてしまうことを軽減できる。
【００９３】
その後、第４のゲイン特性のピーク形状およびノッチ形状から共振周波数および反共振周波数を算出する（ステップＳ３６）。これを「２回目の共振周波数」および「２回目の反共振周波数」と呼ぶ。
【００９４】
最後に、２回目の共振周波数および反共振周波数をディスプレイ１０に表示する（ステップＳ３７）。
【００９５】
制御対象を速度制御や位置制御するにあたって、共振抑制のノッチフィルタを付加したい場合、ノイズの抑圧されたゲイン特性でかつ、２回目の移動平均処理によりピークの周波数およびノッチの周波数が本来の値からずれる影響が軽減されたゲイン特性から算出された共振周波数が表示されるので、適切な減衰周波数を容易に設定できる。
【００９６】
本実施形態の機械特性測定装置によれば、従来のようなモデルを用いずに機械特性を算出できるため、従来のように測定精度向上のためモデル数を増加させることによる計算量の増大の問題を招かず、少ない計算量で、実施の形態３よりもより精度よく共振周波数、反共振周波数を算出できる。
【００９７】
なお、本実施形態のステップＳ３５では、ステップＳ３３で設定した周波数に応じた周波数幅よりも小さい周波数幅を用いるにあたって半分の周波数幅としたが、半分でなくともよく、ステップＳ３３で設定した周波数に応じた周波数幅よりも小さい周波数幅であれば同様の効果が得られる。
【００９８】
（実施の形態５）
本発明の制御対象の機械特性測定装置の第５の実施形態を説明する。
【００９９】
本実施形態では、総イナーシャを精度よく算出する機械特性測定装置を説明する。
【０１００】
本実施形態の機械特性測定装置の構成は実施の形態１の図１に示すものと同じである。
【０１０１】
以下、本実施形態の機械特性測定装置の動作を図２１に示すフローチャートを用いて説明する。
【０１０２】
ステップＳ４１からステップＳ４４の処理は、実施の形態１で説明したステップＳ１からステップＳ４の処理と同じである。これらの処理により、第４の周波数特性を得る。
【０１０３】
第４の周波数特性算出後、第４の周波数特性の最低反共振周波数より低く位相が−９０度近辺にある周波数でのゲインから総イナーシャを算出する（ステップＳ４５）。
【０１０４】
第４の周波数特性は、実施の形態１で説明したように、モータを含む制御対象の機械要素部分のみの周波数特性となる。この場合、最低反共振周波数より低い領域のゲイン特性から総イナーシャを算出できる。第１のトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路で、摩擦の影響を受けない場合と、受ける場合との第４の周波数特性例を図２２に示す。摩擦の影響を受ける場合の特性を実線Ｐで、影響を受けない場合の特性を破線Ｑで示している。摩擦の影響がなければ、総イナーシャＪａは、破線Ｑで示したゲイン特性の延長線と０ｄＢラインの交差点の周波数ω０を用い、（数８）で算出できる。
【０１０５】
【数８】
2005214711.tif 000010
【０１０６】
破線Ｑで示したゲイン特性の傾きは−２０ｄＢ／ｄｅｃと分かっているので、破線で示したゲイン特性の直線上の１つのデータが得られれば、０ｄＢラインとの交差する周波数ω０は算出できる。ステップＳ４１で第１のトルク指令とモータ速度をサンプリングするが、制御対象の摩擦が大きく影響を受けると、図２２の実線Ｐで示すように低域において、ゲイン特性のレベルが下がり、位相特性も−９０度からずれてくる。従って、例えば図２２中のＡ点のゲインと傾き−２０ｄＢ／ｄｅｃから総イナーシャを算出すると、摩擦の影響がない場合と比較して誤差を生じる。図２２から分かるように摩擦の影響を受ける場合でも、位相が−９０度の近い周波数でのゲインに注目すると、摩擦の影響を受けないゲイン特性の直線上にあることがわかる。即ち、このゲインデータを用いれば正しい総イナーシャを算出できることが分かる。そこで、ステップ４５では、第４の周波数特性の最低反共振周波数より低く位相が−９０度近辺にある周波数領域（図２２中の領域ｆ0）中の一点（例えばＢ点）のゲインを用いて総イナーシャを算出する。
【０１０７】
そして、上記のように算出された総イナーシャをディスプレイ１０に表示する（ステップＳ４６）。
【０１０８】
本実施形態によれば、ノイズが抑圧された周波数特性を用い、さらに、一定の周波数領域（例えば、図２２中の領域ｆ0）でのゲインを用いて総イナーシャを求めているため、制御対象が摩擦の影響を受けても、制御対象の総イナーシャを精度良く算出することができる。
【０１０９】
すなわち、本実施形態の機械特性測定装置によれば、従来のようなモデルを用いずに機械特性を算出できるため、従来のように測定精度向上のためモデル数を増加させることによる計算量の増大の問題を招かず、少ない計算量で精度よく総イナーシャを算出できる。
【０１１０】
なお、ステップＳ４５において、第４の周波数特性の最低反共振周波数より低く位相が−９０度近辺であるという条件を満たす複数の周波数点がある場合、それらの周波数でのゲインを用いて算出した総イナーシャの平均値を最終的に算出する総イナーシャとしてもよい。これにより、算出精度がより向上する。
【０１１１】
また、ステップＳ４６において、総イナーシャからモータ１のイナーシャを減じた値である負荷側イナーシャや、負荷側イナーシャのモータ１のイナーシャに対する比率であるイナーシャ比等のイナーシャに関する他のデータを表示してもよい。
【０１１２】
（実施の形態６）
本発明の制御対象の機械特性測定装置の第６の実施形態を説明する。
【０１１３】
実施の形態５で説明したように制御対象の周波数特性を算出するにあたって、摩擦の影響を受けると第１のトルク指令に対するモータ速度の変化が抑えられ、特に低周波域の感度が低下する。よって、共振周波数や反共振周波数の算出が困難になったり、周波数特性を用いた総イナーシャの算出精度が落ちたりという弊害が生じる。摩擦の影響を少なくするためには、第１のトルク指令を十分大きくし、静止摩擦に打ち勝った状態にすればよい。しかし、第１のトルク指令が静止摩擦に対し大きすぎると制御対象が大きく動作し、場合によっては制御対象が動作可能範囲を超えて動作し破損することがある。
【０１１４】
そこで、本実施形態では、制御対象の破損を防止しつつ、低域まで精度良く周波数特性を算出可能な機械特性測定装置を説明する。
【０１１５】
図２３は、本実施形態の制御対象の機械特性測定装置と制御対象とを含むシステム全体の構成を示した図である。
【０１１６】
モータ駆動装置４１はフィルタ部６、電流制御器７及び回転数算出器８を含む。本実施形態の機械特性測定装置９１は第１のトルク指令τr1を作成し、モータ駆動装置４１へ出力するとともに、モータ駆動装置４１からモータ速度情報ｖmを入力する。さらに、モータ駆動装置４１には静止摩擦情報が入力される。モータ駆動装置４１にはディスプレイ１０が接続されている。
【０１１７】
以下、本実施形態の機械特性測定装置９１の動作を図２４に示すフローチャートを用いて説明する。
【０１１８】
機械特性測定装置９１は、入力した静止摩擦の値を平均値とする第１のトルク指令τr1を作成し、出力する（ステップＳ５１）。本実施形態では、制御対象の破損を防止するため、制御対象の機械特性を測定するために最適な第１のトルク指令を作成する。具体的には、第１のトルク指令の平均値が静止摩擦トルクに等しくなるようにする。例えば図２５に示す、静止摩擦トルクをオフセットに持つ擬似ランダム信号を作成し、第１のトルク指令として出力する。このような擬似ランダム信号は平均値が静止摩擦に等しいので、モータの回転や移動はわずかとなり、制御対象を破損するおそれがない。
【０１１９】
次に、ステップＳ５１で作成された第１のトルク指令τr1と、入力したモータ速度ｖmとをサンプリングし、続いて、サンプリングされた各々のデータをフーリエ変換する。そして各々のフーリエ変換の結果の差異から、第１のトルク指令入力点からモータ速度出力点までの経路の第１の周波数特性を算出する（ステップＳ５２）。
【０１２０】
第１の周波数特性を用いて、制御対象の周波数特性、共振周波数や反共振周波数または総イナーシャを算出する（ステップＳ５３）。これらの具体的な算出方法は、前述の実施の形態１から実施の形態５で説明したとおりである。
【０１２１】
算出された周波数特性、共振周波数や反共振周波数、又は総イナーシャに基づいたイナーシャに関するデータをディスプレイ１０に表示する（ステップＳ５４）。
【０１２２】
本実施形態によれば、制御対象の破損危険度を低く、かつ低域まで精度良い周波数特性が得られるので、制御対象の機械特性が精度良く算出できる。
【０１２３】
本実施形態の機械特性測定装置によれば、従来のようなモデルを用いずに機械特性を算出できるため、従来のように測定精度向上のためモデル数を増加させることによる計算量の増大の問題を招かず、少ない計算量で、制御対象の破損を防止しつつ、低域まで精度よく周波数特性を算出できる。
【０１２４】
なお、本実施の形態では第１のトルク指令を作成するにあたって静止摩擦情報を用いたが、制御対象の動摩擦と静止摩擦の関係が分かっていれば、動摩擦情報を用い、静止摩擦を算出して用いても同様の効果が得られる。
【０１２５】
また、制御対象に偏加重がある場合は、偏加重を考慮して第１のトルク指令を作成してもよい。例えば、第１のトルク指令の平均値を、静止摩擦トルクと偏加重の総和としてもよい。または、トルク指令は、静止摩擦情報、動摩擦情報及び偏加重情報の中から少なくとも１つを選択し、選択した物理量の総和がトルク指令の平均値となるように第１のトルク指令を作成してもよい。静止摩擦情報、動摩擦情報及び偏加重情報は測定により取得してもよい。
【０１２６】
また、本実施の形態では第１のトルク指令に擬似ランダム信号を用いたが、複数の周波数成分をふくむ信号であれば擬似ランダム信号に限られない。
【０１２７】
上記の実施形態１ないし６では、第１のトルク指令とモータ速度をサンプリングしてフーリエ変換するとしたが、フーリエ変換後のデータを入力してもよい。
【０１２８】
また、上記の実施形態１ないし６において、最終的に得られた機械特性をディスプレイに表示させているが、最終的に得られた機械特性のデータを、所定の記憶手段に保存したり、他の回路や装置、機器等で利用できるように出力したりしてもよい。
【０１２９】
また、上記の実施形態１ないし６で示した機械特性測定装置は、モータの駆動を制御するモータ制御装置に対しても適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明の測定方法および測定装置は、制御対象の機械特性を少ない処理量で算出できるという効果を有し、部品実装機や半導体製造装置などモータを使用する機器の機械特性を測定する測定装置等に有用である。また、機械特性を測定する機能を有するモータ制御装置等に対しても適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の実施の形態１の制御対象の機械特性測定装置及び制御対象を含む全体構成図
【図２】実施の形態１における機械特性測定装置の動作を示すフローチャート
【図３】実施の形態１において得られる第１の周波数特性を示す図
【図４】無駄時間要素の周波数特性図
【図５】一次のローパスフィルタの周波数特性図
【図６】一次のローパスフィルタに近似した電流制御器の周波数特性図
【図７】実施の形態１において得られる第２の周波数特性を示す図
【図８】共振周波数を持つ機械要素の周波数特性図
【図９】位相のシフト処理を説明した図
【図１０】実施の形態１において得られる第３の周波数特性を示す図
【図１１】フーリエ変換後の周波数特性図
【図１２】実施の形態１において得られる第４の周波数特性を示す図
【図１３】実施の形態１において得られる第５の周波数特性を示す図
【図１４】移動平均処理において設定される周波数幅を説明した図（例１）
【図１５】移動平均処理において設定される周波数幅を説明した図（例２）
【図１６】実施の形態２における機械特性測定装置の動作を示すフローチャート
【図１７】位置制御ブロック図
【図１８】実施の形態３における機械特性測定装置の動作を示すフローチャート
【図１９】実施の形態４における機械特性測定装置の動作を示すフローチャート
【図２０】実施の形態４における再度の移動平均処理において設定される周波数幅を説明するための図
【図２１】実施の形態５における機械特性測定装置の動作を示すフローチャート
【図２２】実施の形態５における、第４の周波数特性の例を示す図
【図２３】本発明の実施の形態６を示す制御対象の機械特性測定装置及び制御対象を含む全体構成図
【図２４】実施の形態６における機械特性測定装置の動作を示すフローチャート
【図２５】擬似ランダム信号で構成される第１のトルク指令を示す図
【図２６】従来のモータ制御装置の全体構成図
【図２７】従来の演算装置の処理手順を示す第１のフローチャート
【図２８】従来の演算装置の処理手順を示す第２のフローチャート
【符号の説明】
【０１３２】
１  モータ
２  負荷
３  位置検出器
４  モータ駆動装置
５  トルク指令作成器
６  フィルタ部
７  電流制御器
８  回転数算出器
９、９１  機械特性測定装置（コンピュータ）
１０  ディスプレイ
【図１】
2005214711.tif 000011
【図２】
2005214711.tif 000012
【図３】
2005214711.tif 000013
【図４】
2005214711.tif 000014
【図５】
2005214711.tif 000015
【図６】
2005214711.tif 000016
【図７】
2005214711.tif 000017
【図８】
2005214711.tif 000018
【図９】
2005214711.tif 000019
【図１０】
2005214711.tif 000020
【図１１】
2005214711.tif 000021
【図１２】
2005214711.tif 000022
【図１３】
2005214711.tif 000023
【図１４】
2005214711.tif 000024
【図１５】
2005214711.tif 000025
【図１６】
2005214711.tif 000026
【図１７】
2005214711.tif 000027
【図１８】
2005214711.tif 000028
【図１９】
2005214711.tif 000029
【図２０】
2005214711.tif 000030
【図２１】
2005214711.tif 000031
【図２２】
2005214711.tif 000032
【図２３】
2005214711.tif 000033
【図２４】
2005214711.tif 000034
【図２５】
2005214711.tif 000035
【図２６】
2005214711.tif 000036
【図２７】
2005214711.tif 000037
【図２８】
2005214711.tif 000038