(57)【要約】【課題】安価に簡単な演算で反共振周波数および共振周波数が推定できる電動機制御装置を提供する。【解決手段】機械を駆動する電動機と、その機械の動作量を検出する検出器と、制御指令を受けて電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、掃引正弦波信号を発生して電動機制御装置に入力する指令発生器と、指令発生器が出力する掃引正弦波信号の周波数情報と検出器の信号を入力し、入力した前記掃引正弦波信号の周波数の周期時間の少なくとも１／４もしくはそのｅ倍を、該当時間の前後に含めた区間で、前記検出器の信号の絶対値が最大となる点を掃引している入力周波数に対する応答振幅値とし、前記応答振幅値が最小となる周波数を反共振周波数として出力するようにした。【選択図】図１
2005278349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作量を検出する検出器と、制御指令を受けて前記電動機を駆動する制御器と、掃引正弦波信号を発生して前記制御器に入力する指令発生器と、前記指令発生器が出力する前記掃引正弦波信号の周波数情報と前記検出器の信号を入力し、前記検出器の信号の絶対値が最大となる前記掃引正弦波信号の周波数を共振周波数として出力する共振周波数推定手段とからなる電動機制御装置において、
前記指令発生器が出力する前記掃引正弦波信号の周波数情報と前記検出器の信号を入力し、入力した前記掃引正弦波信号周波数周期の少なくとも１／４の時間を、該当時間の前後に含めた区間で、前記検出器の信号の絶対値が最大となる点を掃引している入力周波数に対する応答振幅値とし、前記応答振幅値が、最小となる周波数を反共振周波数として出力する反共振周波数推定手段を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項２】
前記反共振周波数推定手段は、前記指令発生器が出力する前記掃引正弦波信号の掃引速度に応じて、入力した前記掃引正弦波信号の周波数の周期の少なくとも１／４の時間のｅ倍（ｅは実数）を、該当時間の前後に含めた区間で、前記検出器の信号の絶対値が最大となる点を掃引している入力周波数に対する応答振幅値とし、前記応答振幅値が最小となる周波数を反共振周波数として出力することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
【請求項３】
機械の動作量を検出する検出器と、制御指令を受けて前記電動機を駆動する制御器と掃引正弦波信号を発生して前記電動機制御装置に入力する指令発生器と、前記指令発生器が出力する前記掃引正弦波信号の周波数情報と前記検出器の信号を入力し、前記検出器の信号の絶対値が最大となる前記掃引正弦波信号の周波数を共振周波数として出力する共振周波数推定手段と、からなる電動機制御装置において、
前記指令発生器が出力する前記掃引正弦波信号の周波数情報と前記検出器の信号を入力し、周波数の変化区分を定め、区分ごとに前記検出器の信号の絶対値の最大値を区分の周波数に対する応答振幅値とし、前記応答振幅値が最小となる区分の周波数を反共振周波数として出力する反共振周波数推定手段を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
【請求項４】
前記反共振周波数推定手段は、前記共振周波数推定手段が検出した共振周波数より低い周波数の反共振周波数を推定することを特徴とする請求項１〜３記載の電動機制御装置。
【請求項５】
前記検出器は前記電動機の位置または速度、あるいは前記機械の位置または速度を検出して前記動作量とすることを特徴とする請求項１〜３記載の電動機制御装置。
【請求項６】
前記電動機制御装置がオープンループの場合は前記指令発生器の信号は前記制御器に入力されていることを特徴とする請求項１〜３記載の電動機制御装置。
【請求項７】
前記電動機制御装置が、前記検出器の信号を（−）端子に入力する加算器と、その加算器の信号を受けて働き前記制御器に制御指令を出力する閉ループ制御器を備えて前記電動機制御装置が閉ループをなしている場合は、前記指令発生器の信号は前記加算器の（＋）端子に入力されていることを特徴とする請求項１〜３記載の電動機制御装置。
【請求項８】
前記電動機制御装置が、前記検出器の信号を（−）端子に入力する減算器と、その減算器の信号を受けて働き、制御指令を出力する閉ループ制御器と、その制御指令を入力して所定の帯域の信号を低減したあと前記制御器に出力するフィルタ処理部と、を備えて前記電動機制御装置が閉ループをなしている場合は、加算器が前記フィルタ処理部と前記閉ループ制御器の間に設けられ、その一方の入力に前記指令発生器の信号が入力されており、前記指令発生器の信号と前記閉ループ制御器の信号の和が前記フィルタ処理部または前記制御器に入力されていることを特徴とする請求項７に記載の電動機制御装置。
【請求項９】
閉ループの前記電動機制御装置において、前記検出器は、一巡する信号を検出することを特徴とする請求項７〜８記載の電動機制御装置。
【請求項１０】
前記電動機制御装置は、少なくとも１つ以上の閉ループと、少なくとも１つ以上の閉ループを開閉するスイッチを備えることを特徴とする請求項６〜８記載の電動機制御装置。
【請求項１１】
前記掃引正弦波信号は、最小周波数Ｆｍｉｎから最大周波数Ｆｍａｘまでの範囲に周波数が制限されており、前記共振周波数推定手段および前記反共振周波数推定手段は、前記検出器の信号を所定の周波数範囲に制限して入力するとともに、前記最小周波数Ｆｍｉｎ以上の周波数だけを検出することを特徴とする請求項１〜３記載の電動機制御装置。
【請求項１２】
前記掃引正弦波信号は、最小周波数Ｆｍｉｎから最大周波数Ｆｍａｘまでの範囲に周波数が制限されており、前記共振周波数推定手段および前記反共振周波数推定手段は、前記検出器の信号を所定の周波数範囲に制限して入力するとともに、前記最小周波数Ｆｍｉｎより大きい検出最小周波数Ｆｌｉｍ以上の周波数だけを検出することを特徴とする請求項１、２、３、１１記載の電動機制御装置。
【請求項１３】
前記検出器と前記共振周波数推定手段および前記反共振周波数推定手段の間にハイパスフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１〜４,１１,１２記載  の電動機制御装置。
【請求項１４】
前記電動機制御装置を少なくとも１つ以上有し、前記指令器を制御する指令制御器と、を備え、少なくとも１つの前記電動機を動作し、少なくとも１つの前記検出器が少なくとも１つ以上の機械の動作量を検出し、前記共振周波数推定手段および前記反共振周波数推定手段が、少なくとも１つ以上の共振周波数および反共振周波数を推定すること
を特徴とする請求項１〜３,１１〜１３記載の電動機制御装置。
【請求項１５】
前記共振周波数推定手段および前記反共振周波数推定手段により推定した共振周波数および反共振周波数より、前記フィルタ処理部の少なくとも１つの設定パラメータを算出する演算装置と、を有することを特徴とする請求項８に記載の電動機制御装置。
【請求項１６】
推定した共振周波数もしくは反共振周波数などを表示する出力装置と、を有することを特徴とする請求項１〜４、１１、１２、１４記載の電動機制御装置。
【請求項１７】
前記掃引正弦波信号の周波数情報もしくは前記検出器の信号もしくは推定した共振周波数もしくは反共振周波数もしくは前記電動機制御装置の設定条件などを記憶する記憶装置とを有することを特徴とする請求項１〜５、９〜１６記載の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を用いた位置決め装置に関するものであり、例えば、半導体製造装置や工作機械などの位置決め装置あるいは産業用ロボットに用いられる電動機制御装置に関し、特に、電動機制御装置の制御パラメータ調整を最適に行うために、機械の反共振周波数および共振周波数を検出する電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のサーボアナライザは、短時間で高精度な伝達関数測定ができるよう、正弦波掃引による測定を実行する前に広帯域信号を発生させて高速フーリエ変換（ＦＦＴ）で伝達関数を求め、この伝達関数の変化率に応じて正弦波掃引測定の周波数測定ポイントを決定し、これに従って正弦波掃引による測定を実行するように制御する機能を有する制御回路を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、機械系の慣性モーメント、機械剛性、制動抵抗係数等のパラメータをクーロン摩擦が作用しても同定するように、ホワイトノイズ発生部を備えたＦＦＴ演算部は、機械系からの角速度の応答に対してＦＦＴ演算を行って共振パラメータ同定部へ出力し、共振パラメータ同定部は、ＦＦＴ演算部及び剛体パラメータ同定部からのＦＦＴ演算で得られたゲイン線図を基にして２慣性共振系のパラメータを同定するようにしているものもある。（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
さらに、電動機制御装置の共振周波数検出装置には、安価な演算装置で、簡単な演算で共振周波数を高速に検出できるように、機械を駆動する電動機と、その機械の動作量を検出する検出器と、制御指令を受けて電動機を駆動する制御器とからなる電動機制御装置において、掃引正弦波信号を発生して電動機制御装置に入力する指令発生器と、指令発生器が出力する掃引正弦波信号の周波数情報と検出器の信号を入力し、検出器の信号の絶対値が最大となる掃引正弦波信号の周波数を共振周波数として出力するようにしているものもある（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
従来技術の第１の例を説明する。
図７は従来技術の第１の例を示すサーボアナライザの伝達関数測定方法の説明図である。
伝達関数の変化が大きいところでは高分解能で、変化の少ないところでは低分解能で測定することにより短時間で高精度に測定するために、正規の正弦波掃引測定に先立ち、測定ポイントを決定する。
測定ポイントを決めるため、ＳＴＥＰ１で高帯域信号を被測定システムに加え測定周波数帯域の伝達関数を求める。このデータを微分して変化率を求め、変化率の大小に応じて測定分解能が変わるように測定ポイントを決定する。
次に、ＳＴＥＰ２で、正弦波掃引により、先に決定された測定ポイントに従って正弦波の測定周波数を変えながら解析周波数領域全体にわたって測定する。
こうして伝達特性の変化が大きいところでは周波数分解能を高くして掃引し、伝達特性の変化が小さいところでは周波数分解能を低くして掃引するようにして、短時間でより高精度な伝達関数を測定する。
【０００６】
従来技術の第２の例を説明する。
図８は従来技術の第２の例を示すパラメータ同定装置のブロック図である。
まず、剛体パラメータ同定部１０８の計算モードにおいて、周期性を有する速度指令と機械系１０５の角速度との偏差が求められ、制御ゲインが掛けられて駆動トルクとなり、機械系１０５へ送られる。
エラーシステム１０６は、上記駆動トルクと機械系１０５から与えられる角速度（ωＭ  ）に基づいてパラメータ同定誤差信号（ηｅ  ）を求め、この誤差信号と内部信号（ｑ０  ，ｑ′０  ，ｑ１  ）を剛体パラメータ同定部１０８へ出力する。
剛体パラメータ同定部１０８は、エラーシステム１０６からのパラメータ同定誤差信号（ηｅ  ）とその内部信号（ｑ０  ，ｑ′０  ，ｑ１  ）に基づいて剛体パラメータを同定し、その同定値を共振パラメータ同定部１１３へ出力する。
共振パラメータ同定部１１３の計算モードに移り、ＦＦＴ演算部１１０から出力されるホワイトノイズの信号を機械系に駆動トルクとして入力する。
ＦＦＴ演算部１１０は、内部で発生したホワイトノイズと角速度をＦＦＴ演算してゲイン特性を求め、そのゲイン特性からパラメータを計算して共振パラメータ同定部１１３へ出力する。
共振パラメータ同定部１１３は、剛体パラメータ同定部１０８及びＦＦＴ演算部１１０からのパラメータに基づいて共振パラメータを同定する。
パラメータ同定の精度を評価できるエラーシステム１０６の信号を用いて、剛体モードのパラメータである全体の慣性モーメント、クーロン摩擦及び制動抵抗係数が剛体パラメータ同定部１０８によって計算される。また、機械系１０５の振動特性は、ＦＦＴ演算部１１０によって求められ、そのゲイン線図を基に機械系の剛性、２つの慣性、内部減衰係数が共振パラメータ同定部１１３によって計算される。
【０００７】
従来技術の第３の例を説明する。
図９は従来技術の第３の例を示す電動機制御装置の共振周波数検出装置の構成を示すブロック図である。
図９において、２０１は指令発生器、２０２は制御器、２０３は電動機、２０４は機械、２０５は検出器、２０６は信号処理器である。
指令発生器２０１は掃引正弦波の指令信号Θを発生し、制御器２０２に与えて電動機２０３を駆動する。電動機２０３と連結した機械２０４が動作する。
指令発生器２０１は信号処理器２０６へも周波数情報τを与えている。電動機２０３の動作量は検出器２０５で検出し、応答信号ξを信号処理器２０６へ与える。
信号処理器２０６は掃引正弦波指令の周波数情報τと応答信号ξを受け取り、応答信号ξの絶対値が最大となるときの掃引正弦波の周波数を共振周波数と判断して共振周波数検出結果ｆを出力する。
このように、従来の電動機制御装置の共振周波数検出装置は、掃引正弦波の指令信号Θに対する応答信号ξの絶対値が最大となるときの掃引正弦波周波数を共振周波数と判断して共振周波数を検出するのである。
【特許文献１】特開平８−９４６９０号公報
【特許文献２】特開平７−１５２４２９号公報
【特許文献３】特開２００３−１３４８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１から特許文献２に示した従来技術によると、共振周波数や反共振周波数を計測するためにＦＦＴなどの周波数分析演算を使って多量のデータを用いた演算を必要としており、電動機制御に通常は使われないＦＦＴアナライザを別途準備するか、ＦＦＴ演算を実施できて多量の演算処理が可能な高価な演算装置を必要とするため、演算時間が長くなり、コストが嵩み、さらに使い勝手がよくないという問題があった。
また、特許文献３では、簡単な演算で共振周波数のみを高速に検出しているが、簡単で、高速で、安価な反共振周波数の検出については実現できていなかった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、安価な演算装置で、簡単に、かつ高速に演算でき、反共振周波数および共振周波数を推定できる電動機制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の本発明は、動作量を検出する検出器と、制御指令を受けて前記電動機を駆動する制御器と、掃引正弦波信号を発生して前記制御器に入力する指令発生器と、指令発生器が出力する掃引正弦波信号の周波数情報と検出器の信号を入力し、検出器の信号の絶対値が最大となる掃引正弦波信号の周波数を共振周波数として出力する共振周波数推定手段とからなる電動機制御装置において、指令発生器が出力する掃引正弦波信号の周波数情報と検出器の信号を入力し、入力した掃引正弦波信号周波数周期の少なくとも１／４の時間を、該当時間の前後に含めた区間で、検出器の信号の絶対値が最大となる点を掃引している入力周波数に対する応答振幅値とし、応答振幅値が、最小となる周波数を反共振周波数として出力する反共振周波数推定手段を備えるようにしたものである。
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の電動機制御装置において、反共振周波数推定手段は、指令発生器が出力する掃引正弦波信号の掃引速度に応じて、入力した前記掃引正弦波信号の周波数の周期の少なくとも１／４の時間のｅ倍（ｅは実数）を、該当時間の前後に含めた区間で、検出器の信号の絶対値が最大となる点を掃引している入力周波数に対する応答振幅値とし、応答振幅値が最小となる周波数を反共振周波数として出力するようにしたものである。
請求項３記載の本発明は、機械を駆動する電動機と、その機械の動作量を検出する検出器と、制御指令を受けて電動機を駆動する制御器と掃引正弦波信号を発生して電動機制御装置に入力する指令発生器と、指令発生器が出力する掃引正弦波信号の周波数情報と検出器の信号を入力し、検出器の信号の絶対値が最大となる掃引正弦波信号の周波数を共振周波数として出力する共振周波数推定手段とからなる電動機制御装置において、指令発生器が出力する掃引正弦波信号の周波数情報と検出器の信号を入力し、周波数の変化区分を定め、区分ごとに検出器の信号の絶対値の最大値を区分の周波数に対する応答振幅値とし、応答振幅値が最小となる区分の周波数を反共振周波数として出力する反共振周波数推定手段を備えるようにしたものである。
請求項４記載の本発明は、請求項１〜３記載の電動機制御装置において、反共振周波数推定手段は、共振周波数推定手段が検出した共振周波数より低い周波数の反共振周波数を推定するようにしたものである。
請求項５記載の本発明は、請求項１〜３記載の電動機制御装置において、検出器は電動機の位置または速度、あるいは機械の位置または速度を検出して動作量としたものである。
請求項６記載の本発明は、請求項１〜３記載の電動機制御装置において、電動機制御装置がオープンループの場合は指令発生器の信号は制御器に入力されているようにしたものである。
請求項７記載の本発明は、請求項１〜３記載の電動機制御装置において、検出器の信号を（−）端子に入力する加算器と、その加算器の信号を受けて働き前記制御器に制御指令を出力する閉ループ制御器を備えて電動機制御装置が閉ループをなしている場合は、指令発生器の信号は加算器の（＋）端子に入力されているようにしたものである。
請求項８記載の本発明は、請求項７に記載の電動機制御装置において、検出器の信号を（−）端子に入力する減算器と、その減算器の信号を受けて働き制御制御指令を出力する閉ループ制御器と、その制御指令を入力して所定の帯域の信号を低減したあと制御器に出力するフィルタ処理部と、を備えて電動機制御装置が閉ループをなしている場合は、加算器が前記フィルタ処理部と閉ループ制御器の間に設けられ、その一方の入力に指令発生器の信号が入力されており、指令発生器の信号と閉ループ制御器の信号の和がフィルタ処理部または前記制御器に入力されているようにするものである。
請求項９記載の本発明は、請求項７〜８記載の電動機制御装置において、閉ループの電動機制御装置において、検出器は、一巡する信号を検出するようにするものである。
請求項１０記載の本発明は、請求項６〜８記載の電動機制御装置において、電動機制御装置は、少なくとも１つ以上の閉ループと、少なくとも１つ以上の閉ループを開閉するスイッチを備えるようにしたものである。
請求項１１記載の本発明は、請求項１〜３記載の電動機制御装置において、掃引正弦波信号は、最小周波数Ｆｍｉｎから最大周波数Ｆｍａｘまでの範囲に周波数が制限されており、共振周波数推定手段および反共振周波数推定手段は、検出器の信号を所定の周波数範囲に制限して入力するとともに、最小周波数Ｆｍｉｎ以上の周波数だけを検出するようしたものである。
請求項１２記載の本発明は、請求項１、２、３、１１記載の電動機制御装置において、掃引正弦波信号は、最小周波数Ｆｍｉｎから最大周波数Ｆｍａｘまでの範囲に周波数が制限されており、共振周波数推定手段および反共振周波数推定手段は、検出器の信号を所定の周波数範囲に制限して入力するとともに、最小周波数Ｆｍｉｎより大きい検出最小周波数Ｆｌｉｍ以上の周波数だけを検出するようにしたものである。
請求項１３記載の本発明は、請求項１〜４,１１,１２記載の電動機制御装置において、検出器と共振周波数推定手段および反共振周波数推定手段の間にハイパスフィルタが設けられているようにしたものである。
請求項１４記載の本発明は、請求項１〜３,１１から１３記載の電動機制御装置において、電動機制御装置を少なくとも１つ以上有し、指令器を制御する指令制御器とを備え、少なくとも１つの電動機を動作し、少なくとも１つの検出器が少なくとも１つ以上の機械の動作量を検出し、共振周波数推定手段および反共振周波数推定手段が、少なくとも１つ以上の共振周波数および反共振周波数を推定するようにしたものである。
請求項１５記載の本発明は、請求項８に記載の電動機制御装置において、共振周波数推定手段および反共振周波数推定手段により推定した共振周波数および反共振周波数より、フィルタ処理部の少なくとも１つの設定パラメータを算出する演算装置とを有するようにするものである。
請求項１６記載の本発明は、請求項１〜４、１１、１２、１４記載の電動機制御装置において、推定した共振周波数もしくは反共振周波数などを表示する出力装置とを有するようにしたものである。
請求項１７記載の本発明は、請求項１〜５、９〜１６記載の電動機制御装置において、掃引正弦波信号の周波数情報もしくは検出器の信号もしくは推定した共振周波数もしくは反共振周波数などを記憶する記憶装置とを有するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように、本発明によれば請求項に記載された構成の反共振周波数を推定する電動機制御装置としたので、簡単な演算で反共振および共振周波数を高速に算出でき、安価な演算装置を用いて、反共振および共振周波数を推定するという効果がある。また、反共振および共振周波数を推定すると共に、フィルタ処理部に共振周波数を抑えるフィルタ処理入力値を自動入力し設定し、さらに、フィルタ処理部のパラメータを反共振および共振周波数から算出し、自動的にフィルタ処理部にパラメータを設定し、電動機制御装置の性能を向上できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の第１実施例から第３実施例を示す電動機制御装置の構成を示すブロック図である。図において、１は指令発生器、２は制御器、３は電動機、４は機械、５は検出器、６は共振周波数推定手段、７は反共振周波数推定手段、８はスイッチ、９は出力装置、１０は閉ループ制御器、１１はフィルタ処理部、１２は演算装置、１３は加算器、１４は出力装置、１５はハイパスフィルタ、１６は記憶装置である。
【００１３】
本発明が特許文献１および特許文献２と異なる部分は、ＦＦＴ演算を行う手段なしに、共振周波数推定手段６と反共振周波数推定手段７を備えた部分である。また、本発明が特許文献３と異なる部分は、反共振周波数推定手段７を備えた部分である。
【００１４】
反共振周波数および共振周波数を推定する場合には、スイッチ８ａを、指令発生器１の指令信号Ｃを制御器２に直接入力するよう設定し、スイッチ８ｂでフィルタ処理器１１を切り、また、スイッチ８ｃで閉ループを切り、開ループとする。最小周波数Ｆｍｉｎから最大周波数Ｆｍａｘまで周波数が変化する掃引正弦波指令を指令信号Ｃとして出力し、同時に、時々刻々と変化する指令信号Ｃの周波数情報Ａも出力する。制御器２は、指令発生器１から受けた指令信号Ｃに従って電動機３を駆動し、連結された機械４が動作する。電動機３に連結された検出器５の出力は電動機動作量ｍを検出し、これを応答信号Ｓとして信号処理器６に送る。この図では電動機３と機械４が連結されているため、電動機動作量ｍを検出すれば、機械４の共振特性や反共振特性を検出できる。この応答信号Ｓは機械４が周波数に依存して少しの外力でも大きな反応を示す共振特性を持つため、共振周波数では振幅が最大となる。
なお、この例ではスイッチ８ｄにてハイパスフィルタ１５は使用しない。
【００１５】
共振周波数の推定は、共振周波数推定手段６が掃引正弦波指令の周波数情報Ａと応答信号Ｓを受け取り、最小周波数Ｆｍｉｎを過ぎた検出最小下限周波数Ｆｌｉｍ  から共振周波数の検出のための演算を行なう。検出最小下限周波数Ｆｌｉｍ以上で、応答信号Ｓの絶対値が最大となるときの掃引正弦波の周波数を共振周波数と判断して共振周波数検出結果ｆを出力する。図２は掃引正弦波の周波数と時間の関係を示すグラフである。ｔｍｉｎからｔｍａｘ間の時間中、最小周波数Ｆｍｉｎから検出最小下限周波数Ｆｌｉｍを経て、最大周波数Ｆｍａｘまで周波数が変化する掃引正弦波指令が指令信号Ｃとなる。信号処理器６は検出最小下限周波数Ｆｌｉｍより高い周波数となる時間ｔｌｉｍからｔｍａｘ間において、共振周波数の検出を実施する。
【００１６】
また、外力に対する反応が小さい反共振特性を持つため、反共振周波数では、応答信号Ｓは機械４が周波数に依存する外力に対して反応が小さい。但し、振幅の絶対値の最小値は、応答は振動波形となるため全領域に存在する。よって、共振周波数を検出するほど簡単には反共振周波数を推定できない。
【００１７】
そこで、周波数が一定ならば、図３に示すように少なくとも１／４周期前後の時間を観察すれば、振動波形の絶対値のピークが把握できることを利用して、前記検出器の信号の絶対値が最大となる点を掃引している入力周波数に対する応答振幅値とする。
共振周波数の推定と同様に、入力する掃引正弦波信号の周波数は応答の周波数とする。
例えば、掃引正弦波信号の周波数をｆｉ１とし、そのときの時間をｔｉ１とすれば、応答Ｓ１なので、振動のピーク値である。この振動の周期Ｔ＝１／ｆｉ１であり、このｔｉ１時間の前後Ｔ／４の区間を観察しても、この区間の絶対値の最大値はＳ１である。
時間ｔｉ２においては、周波数は同様にｆｉ１，周期Ｔとすると、応答振幅値Ｓｉ＝Ｓ２＝０であるが、時間ｔｉ２の前後Ｔ／４の区間を観察すると、絶対値の最大値はＳ１である。
ｔｉ１とｔｉ２の間も同様に前後Ｔ／４の区間を観察すると、絶対値の最大値を求めることができる。他の区間でも同様に考えることができる。
つまり、該当時間に対して、前後に入力周波数の少なくとも１／４周期の区間を観察し絶対値の最大値を求め、これを入力周波数に対する応答振幅値Ｓｉとすることができる。
【００１８】
なお、掃引周波数の速度が遅ければ、同じ周波数、周期Ｔの区間を観察できるように、１／４周期のｅ倍（ｅ＞１）として観察区間を広げても良い。
掃引に応じて、時間ｔｉの前を長く、後を短くまたは、時間ｔｉの前を短く、後を長く区間を設定するように、ｅ１，ｅ２の倍率を設定しても良い。
また、データの開始時、終了時に前後に区間が取れない場合には、当然ながら、有効となる区間だけを用いて、反共振周波数を推定して良い。
【００１９】
以上のようにして、任意の時間ｔｉ、つまり周波数に対する応答振幅値Ｓｉが得られたので、決められた範囲の応答Ｓつまり応答振幅値Ｓｉの全域における最小の応答Ｓｉとなる時間の入力周波数ｆｉが反共振周波数となる。
【００２０】
なお、共振周波数を推定しているので、共振周波数以下を反共振周波数の推定範囲として、反共振周波数を推定して良い。
共振周波数を推定後、反共振周波数を推定するようにすれば、演算時間の短縮がはかれる。
【００２１】
また、反共振周波数および共振周波数の推定は、記憶装置１６ａ，１６ｂに周波数情報Ａや応答信号Ｓを記憶させておき、後から反共振周波数および共振周波数を推定しても良い。
【００２２】
さらに、反共振周波数推定時に、入力周波数に対する応答振幅値Ｓｉと周波数情報Ａを記憶装置１６ｂに記憶させておき、後から応答振幅値Ｓｉの最大となる周波数を求めて反共振周波数を推定しても良い。
【００２３】
反共振周波数および共振周波数の推定が終了したら、反共振周波数および共振周波数の推定値を演算装置１２に入力し、演算装置１２は電動機制御装置を最適に動作するようにフィルタ処理部１１のパラメータを算出し、フィルタ処理部１１にパラメータを設定する。
【００２４】
フィルタ処理部１１のパラメータ設定が完了したら、スイッチ８ａ，８ｂ，８ｃを戻し閉ループ化する。
指令発生器１は動作信号を指令信号Ｍとして出力して、閉ループ制御器１０に入力する。閉ループ制御器１０の出力はフィルタ処理部１１を通して制御器２へ伝わり、電動機３を駆動し、連結された機械４が動作する。電動機３に連結された検出器５の出力は電動機動作量ｍを検出し、これを応答信号Ｓとして指令信号Ｃと一致するよう閉ループ制御器１０は動作を制御する。このとき、フィルタ処理部１１は閉ループ制御器１０の出力から共振特性を抑制する効果を果たす。
【００２５】
こうして、反共振周波数および共振周波数を推定し、これを利用して電動機制御装置の制御パラメータであるフィルタ処理部１１のパラメータを設定することができる。
【００２６】
なお、実施例では、検出器５が電動機動作量ｍを検出したが、機械４の機械動作量ｘを検出しても良い。
また、掃引正弦波の周波数と時間の関係は、直線に限られることは無く、任意の曲線であっても構わない。図２の中で波線で示したように、ＬＯＧ周波数で掃引しても良い。
さらに、検出最小下限周波数Ｆｌｉｍを最小周波数Ｆｍｉｎと同様に取り扱っても構わない。
【実施例２】
【００２７】
第２実施例を、図１を使って説明する。
第１実施例と異なり、電動機制御装置が常に閉ループとなるようスイッチ８ｃを閉じ、
スイッチ８ａは、指令発生器１の指令信号Ｃが閉ループ制御器１０の前段の加算器１３ａの（＋）端子に印加する。
閉ループ制御器１０は、指令と検出器５の信号が比較され、その差を小さくするよう働いて制御器２に指令を出力する。
なお、第１実施例と同様に、スイッチ８ｂはフィルタ処理器１１に入力しないようにする。
【００２８】
また、本発明が特許文献１および特許文献２と異なる部分は、ＦＦＴ演算を行う手段なしに、共振周波数推定手段６と反共振周波数推定手段７を備えた部分である。また、本発明が特許文献３と異なる部分は、反共振周波数推定手段７を備えた部分である。
【００２９】
反共振周波数および共振周波数を推定する場合には、第１実施例と同様に、共振周波数推定手段６と反共振周波数推定手段７は、指令発生器１が出力する掃引正弦波指令の周波数情報Ａと検出器５が出力する応答信号Ｓを受け取り、第１実施例と同様に、反共振周波数および共振周波数が推定できる。
【００３０】
反共振周波数および共振周波数の推定が終了したら、第１実施例と同様にこれを利用して電動機制御装置の制御パラメータであるフィルタ処理部１１のパラメータを設定することができる。
【実施例３】
【００３１】
第３実施例を、図１を使って説明する。
第１実施例と異なり、電動機制御装置が常に閉ループとなるようスイッチ８ｃを閉じ、スイッチ８ａは、第２実施例と異なり、指令発生器１の指令信号Ｃを、閉ループ制御器１０の後段の加算器１３ｂの（＋）端子に印加する。閉ループ制御器１０へは「０」の指令が与えられ、閉ループ制御器１０は、０値の指令と検出器５の信号が比較され、その差を小さくするよう働いて制御器２に指令を出力する。
閉ループ制御器１０の出力と指令信号Ｃが合わさって、制御器２に入力され、電動機２を動作させる。
【００３２】
本発明が特許文献１および特許文献２と異なる部分は、ＦＦＴ演算を行う手段なしに、共振周波数推定手段６と反共振周波数推定手段７を備えた部分である。また、本発明が特許文献３と異なる部分は、反共振周波数推定手段７を備えた部分である。
【００３３】
反共振周波数および共振周波数を推定するのは、第１実施例や第２実施例と同様である。
また、反共振周波数および共振周波数の推定後も、第１実施例や第２実施例と同様に動作できる。
反共振周波数および共振周波数の推定が終了したら、第１実施例や第２実施例と同様これを利用して電動機制御装置の制御パラメータであるフィルタ処理部１１のパラメータを設定することができる。
【００３４】
なお、第１実施例から第３実施例では、反共振周波数および共振周波数を推定する場合に、スイッチ８ｂにてフィルタ処理部１１を使用しなかったが、反共振周波数および共振周波数推定後、フィルタ処理部１１のパラメータを設定した後に、スイッチ８ｂにてフィルタ処理部１１を有効にした上で、再び反共振周波数および共振周波数を推定しても良い。例えば、フィルタ処理部１１が複数の共振周波数を抑制するパラメータを有する場合に利用できる。
【００３５】
また、第１実施例から第３実施例では、スイッチ８ｄによりハイパスフィルタ１５を使用していないが、応答信号Ｓにオフセットがある場合や、掃引周波数の最小周波数Ｆｍｉｎもしくは検出最小下限周波数Ｆｌｉｍ以下の信号を応答信号Ｓから除く場合に、スイッチ８ｄによりハイパスフィルタ１５を使用した上で、反共振周波数および共振周波数を推定しても良い。
【実施例４】
【００３６】
図４は、本発明の第４実施例を示す電動機制御装置の構成を示すブロック図を示す。
図４では、図１とは異なり、閉ループ制御器１０の内容を詳述し、位置制御器２２と速度制御器２１を置いている。単位系が異なる多重ループのため、応答Ｓは単位換算器２３を介して速度制御器２１へ入力する。
また、加えて、検出器５ｂが閉ループ制御器１０の内部の指令信号Ｃが入力される加算器の前段に追加されており、一巡した信号Ｔを検出する。
さらに、ハイパスフィルタ１５、スイッチ８ｄを省略している。
この例では、上記の構成における第３実施例に基づく動作を追加説明する。
【００３７】
本発明が特許文献１および特許文献２と異なる部分は、ＦＦＴ演算を行う手段なしに、共振周波数推定手段６と反共振周波数推定手段７を備えた部分である。また、本発明が特許文献３と異なる部分は、反共振周波数推定手段７を備えた部分である。
【００３８】
閉ループ制御器１０に位置制御器２２と速度制御器２１が有り、電動機３の電動機動作量ｍを検出する検出器５ａの応答Ｓは、加算器１３ａの（−）端子から位置制御器２２に入力され、また、加算器１３ｅの（−）端子から単位換算器２３を介して速度制御器２１に入力される。
このように閉ループ制御器１０は、位置ループ、速度ループを構成しており、そして加算器１３ａの（＋）端子に印加され位置制御器２２に入力されて、指令と検出器５ａの応答Ｓが位置の単位で比較され、その差を小さくするよう働いて、加算器１３ｅの（＋）端子に印加され速度制御器２１に入力される。速度制御器２１は、位置制御器２２の出力と、単位換算器２３を介して入力された検出器５ａの応答Ｓが速度の単位で比較され、その差を小さくするよう働いて、スイッチ８ｂを介して制御器２に入力される。
制御器２は第１実施例から第３実施例と同様に、電動機３を動作する構成になっている。
【００３９】
反共振周波数および共振周波数を推定する場合には、第３実施例と同様に、電動機制御装置が常に閉ループとなるようスイッチ８ｃを閉じ、スイッチ８ａは、指令発生器１の指令信号Ｃを、閉ループ制御器１０の後段の加算器１３ｂの（＋）端子に印加する。
閉ループ制御器１０つまり位置制御器２２へは、「０」の指令が与えられ、閉ループ制御器１０は、０値の指令と検出器５ａの信号が比較され、その差を小さくするよう働いて制御器２に指令を出力する。
閉ループ制御器１０つまり速度制御器２１の出力と指令信号Ｃが合わさって、制御器２に入力され、電動機２を動作させる。
この例では、共振周波数推定手段６と反共振周波数推定手段７が用いる信号を、閉ループを一巡した信号Ｔを検出器５ｂが検出した応答信号ｓを用いる。
第１実施例に示した同様の方法で、反共振周波数および共振周波数が推定できる。
【００４０】
反共振周波数および共振周波数の推定が終了したら、第１実施例や第３実施例と同様これを利用して電動機制御装置の制御パラメータであるフィルタ処理部１１のパラメータを設定することができる。
【実施例５】
【００４１】
図５に本発明の第５実施例を示す共振周波数推定手段の説明図を示す。
第５実施例は反共振周波数推定方法がこれまでの説明とは異なるが、全体的な実施内容は第１実施例から第４実施例と同様である。また、指令発生器１、制御器２、電動機３、機械４、検出器５、出力装置９、閉ループ制御器１０、フィルタ処理部１１、演算装置１２、加算器１３、出力装置１４、ハイパスフィルタ１５、記憶装置１６などについては省略しているが、第１実施例から第４実施例と同様の構成にて第５実施例の共振周波数推定手段７を使用する。
【００４２】
本発明が特許文献１および特許文献２と異なる部分は、ＦＦＴ演算を行う手段ではない、共振周波数推定手段６と反共振周波数推定手段７である。また、本発明が特許文献３と異なる部分は、反共振周波数推定手段７を備えた部分である。
【００４３】
反共振周波数および共振周波数を推定するための動作は、実施例１から実施例４までと同様である。
反共振周波数の推定方法が異なり、指令発生器１が出力する前記掃引正弦波信号の周波数情報Ａと前記検出器５の応答信号Ｓを入力し、周波数の変化区分を定め、周波数区分ごとに前記検出器５の信号の絶対値の最大値を応答振幅値Ｓｉとし、応答振幅値Ｓｉが最小となる区分の周波数を反共振周波数として出力する。
【００４４】
図５のように、掃引している周波数を幾つかの区分に分けて、その中の絶対値の最大値を求める。
図５において、ｆ１≦ｆＡ≦ｆ２、ｆ３≦ｆＢ≦ｆ４、・・・・・といった関係がある。
掃引が線形的に変化すれば、区切りは時間軸上で均等に分けられる。図２の波線のようにＬＯＧ周波数で変化する場合は、変化分に応じた区分になる。
また、ｆＡ＝ｆ１、ｆＢ＝ｆ２、・・・のように細かく区分しても良い。
あるいは、一旦、粗く区分した後、再度細かく区分して反共振周波数を推定しても良い。
記憶装置１６を用いてデータを記憶しておけば、区分けを変えながら複数回反共振周波数を推定を実施し、精度を上げても良い。
【００４５】
もしくは、記憶装置１６を用いず、掃引周波数の最小値と最大値を変えて、周波数を絞って再度、電動機を駆動し、新たな周波数情報Ａと応答信号Ｓを得て、反共振周波数を推定してもよい。
また、これを繰り返しても良い。
【００４６】
以上のように、共振周波数および反共振周波数が推定できるので、前述の実施例と同様にこれらを利用できる。
【実施例６】
【００４７】
実施例６にて、電動機制御装置が複数軸存在する事例を説明する。
図６は本発明の第６実施例を示す電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
図６では、反共振周波数および共振周波数を推定する場合の構成のみを示している。
多軸構成のため、指令制御器１７を付加しているが、閉ループ制御器１０（１０ａ、１０ｂ）やフィルタ処理器１１（１１ａ、１１ｂ）などは図中に省略している。
可動する機械はそれぞれ４ａ，４ｂに分かれているが、機械４として一体化しており、他軸の影響を受ける。
【００４８】
本発明が特許文献１および特許文献２と異なる部分は、ＦＦＴ演算を行う手段ではない、共振周波数推定手段６と反共振周波数推定手段７である。また、本発明が特許文献３と異なる部分は、反共振周波数推定手段７を備えた部分である。
さらに、多軸構成とした部分が従来技術とは異なる。
【００４９】
多軸構成なので他軸の影響を受けるため、電動機３ａを動作させた場合の、検出器５ａの応答Ｓ１１、検出器５ｂの応答Ｓ２１、電動機３ｂを動作させた場合の、検出器５ｂの応答Ｓ２２、検出器５ａの応答Ｓ１２が検出できる。
２軸が同時に稼働した場合の応答Ｓ１、Ｓ２と、応答Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２の関係は、式（１）になる。
Ｓ１＝Ｓ１１＋Ｓ１２                                         （１）
Ｓ２＝Ｓ２１＋Ｓ２２ 
１軸づつ稼働すれば、応答Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２それぞれをＳ１、Ｓ２として観察できる。
多軸を同時に稼働しても良いが、この例では１軸づつ稼働する場合について説明する。
指令制御器１７は指令発生器１ａに指令発生を命じ、掃引正弦波を発生し、指令信号Ｃ１を制御器２ａに送り、電動機３ａを動作させ、機械４ａを動作する。機械４ａを含む共振、反共振特性が電動機３ａの電動機動作量ｍにも含まれており、これを検出器５ａが検出する。また、他軸でも電動機３ｂは動作していないが、機械４として関連しているので、機械４ｂの機械動作量ｘを検出器５ｂが検出する。検出器５ａが検出した応答Ｓ１１と、検出器５ｂが検出した応答Ｓ２１を共振周波数推定手段６ａ、６ｂ、反共振周波数推定手段７ａ，７ｂに入力する。共振周波数推定手段６ａ、６ｂ、反共振周波数推定手段７ａ，７ｂには指令信号Ｃ１である掃引正弦波の周波数情報Ａ１も同時に入力する。
実施例１から実施例５のいずれかと同様の方法で、共振周波数推定手段６ａ、６ｂ、反共振周波数推定手段７ａ，７ｂは共振周波数ｆｒ１、ｆｒ２、反共振周波数ｆａ１、ｆｂ２、を推定する。
【００５０】
共振周波数ｆｒ１、ｆｒ２、反共振周波数ｆａ１、ｆｂ２、の推定が終了すれば、出力装置１３に共振周波数ｆｒ１、ｆｒ２、反共振周波数ｆａ１、ｆｂ２を表示したり、演算装置１２に共振周波数ｆｒ１、ｆｒ２、反共振周波数ｆａ１、ｆｂ２を入力して、図中にはないフィルタ処理器１１ａ、１１ｂに送り、パラメータを設定する。
【００５１】
次に、指令制御器１７は指令発生器１ｂに指令発生を命じ、掃引正弦波を発生し、指令信号Ｃ２を制御器２ｂに送り、電動機３ｂを動作させる。電動機３ａを動作させた場合と同様に、検出器５ｂが機械４ｂの機械動作量ｘを検出し、応答Ｓ２２を得て、検出器５ａが電動機３ａの電動機動作量ｍを検出し、応答Ｓ１２を得る。
検出器５ａが検出した応答Ｓ１２と、検出器５ｂが検出した応答Ｓ２２を共振周波数推定手段６ａ、６ｂ、反共振周波数推定手段７ａ，７ｂに入力する。
共振周波数推定手段６ａ、６ｂ、反共振周波数推定手段７ａ，７ｂには指令信号Ｃ２である掃引正弦波の周波数情報Ａ２も同時に入力する。
実施例１から実施例５や、電動機３ａを動作させた場合と同様に、共振周波数推定手段６ａ、６ｂ、反共振周波数推定手段７ａ，７ｂは共振周波数ｆｒ１、ｆｒ２、反共振周波数ｆａ１、ｆｂ２、を推定する。
【００５２】
共振周波数ｆｒ１、ｆｒ２、反共振周波数ｆａ１、ｆｂ２、の推定が終了すれば、出力装置１３に共振周波数ｆｒ１、ｆｒ２、反共振周波数ｆａ１、ｆｂ２を表示したり、演算装置１２に共振周波数ｆｒ１、ｆｒ２２、反共振周波数ｆａ１、ｆｂ２を入力して、図中にはないフィルタ処理器１１ａ、１１ｂに送り、パラメータを設定する。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
簡単な演算で、かつ安価な演算装置で反共振周波数および共振周波数が推定することができるので、電動機制御装置の負荷慣性モーメントもしくは負荷慣性が既知であれば、反共振周波数および共振周波数を用いて、電動機制御装置の機械系を数値モデル化するという用途にも適用できる。通常、負荷慣性モーメントもしくは負荷慣性は、電動機制御装置の制御に必須であり、既知である。
例えば、電動機制御装置の機械系を２慣性モデルとすれば、共振周波数ωＲと反共振周波数ωＡは、以下の式（２）となるので、負荷慣性モーメントもしくは負荷慣性Ｊを用いて、式（２）のように、モータ側および負荷側の負荷慣性モーメントもしくは負荷慣性Ｊ１，Ｊ２と、バネ定数Ｋを推定できるという効果もある。
ωＲ＝√（Ｋ（１／Ｊ１＋１／Ｊ２））
ωＡ＝√（Ｋ／Ｊ２）
Ｊ＝Ｊ１＋Ｊ２                                                  （２）
Ｊ１＝Ｊ（ωＡ２／ωＲ２）
Ｊ２＝Ｊ（１−ωＡ２／ωＲ２）
Ｋ＝ＪωＡ２（１−ωＡ２／ωＲ２）                                  （３）  
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施例から第３実施例を示す電動機制御装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明を適用した掃引正弦波の周波数と時間の関係
【図３】本発明の反共振周波数推定方法の説明図
【図４】本発明の第４実施例を示す電動機制御装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の第５実施例を示す反共振周波数推定方法の説明図
【図６】本発明の第６実施例を示す電動機制御装置の構成を示すブロック図
【図７】従来技術の第１の例を示すサーボアナライザの伝達関数測定方法の説明図
【図８】従来技術の第２の例を示すパラメータ同定装置のブロック図
【図９】従来技術の第３の例を示す電動機制御装置の共振周波数検出装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００５５】
１  指令発生器
２  制御器
３  電動機
４  機械
５  検出器
８  スイッチ
９  出力装置
１０  閉ループ制御器
１１  フィルタ処理部
１２  演算装置
１３  加算器
１４  出力装置
１５  ハイパスフィルタ
１６  記憶装置
１７  指令制御器
２１  速度制御器
２２  位置制御器
２３  単位換算器
１０１  減算器
１０２  乗算器、
１０４  切換スイッチ
１０５  機械系
１０６  エラーシステム
１０８  剛体パラメータ同定部
１１０  ＦＦＴ演算部
１１３  共振パラメータ同定部
２０１  指令発生器
２０２  制御器
２０３  電動機
２０４  機械
２０５  検出器
２０６  信号処理器
【図１】
2005278349.tif 000003
【図２】
2005278349.tif 000004
【図３】
2005278349.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2005278349.tif 000008
【図７】
2005278349.tif 000009
【図８】
2005278349.tif 000010
【図９】
2005278349.tif 000011