(57)【要約】【課題】電動機および制御対象に係わる振動を解析して抑制する安価な電動機制御システムを提供する。【解決手段】マイク機能１７を備えたパソコン１８と、パソコン１８から通信手段１０を介して制振パラメータを設定する電動機制御装置６と、制御対象３に取り付けた音発生器５とを備え、音発生器５から発生する音をパソコン１８のマイク機能１７によって音データを収集し、音データにＦＦＴをかけることで制御対象３の振動周波数を解析し、最適な制振パラメータを設定することを特徴とする電動機制御システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機および連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、所定の周波数およびその近傍の周波数の利得を下げる特性を持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力する前置フィルタステップと、前記指令追従値に前記電動機または前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップとを有する電動機制御システムにおいて、マイク機能を備えたパソコンと、前記パソコンから通信手段を介して制振パラメータを設定する電動機制御装置と、制御対象に取り付けた音発生器とを備え、前記音発生器から発生する音をパソコンのマイク機能によって音データを収集し、音データにＦＦＴをかけることで制御対象の振動周波数を解析し、最適な制振パラメータを設定することを特徴とする電動機制御システム。
【請求項２】
音発生器に鈴を用い、ＦＦＴ解析で得られた最も音圧レベルの高い周波数を１／２倍して制御対象の振動周波数とする請求項１に記載の電動機制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の制御対象自体または電動機と制御対象とを連結する連結軸の機械剛性が低いことに起因して発生する振動を解析して抑制する電動機制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から電動機を用いた位置決め制御において、マイクロコンピュータを用いたディジタルサーボ制御が行われ、振動抑制を目的とした電動機の制振装置が開示されている(例えば、特許文献１)。
【０００３】
図４において、前置フィルタ８を入れることにより制御対象３の振動を励起しない指令パターンに変化させ、制御対象の振動を抑制する構造となっている。前置フィルタ８は、位置指令θ＊を２階微分し所定の係数１／（ωａ2）を乗した振動抑制補償値を算出する。ここでωａは制御対象の振動周波数をｆａとするとωａ＝２π・ｆａから算出される。
【０００４】
位置指令θ＊から制御対象位置θＬまでの伝達関数の周波数特性図（図３）からも分かるように、前置フィルタ８は指令パターンから制御対象３の、振動周波数ｆａ付近の周波数の利得を下げたものになっている。
【０００５】
制御対象の振動周波数を得るには、制御対象に振動検出センサを取り付けるか、レーザー変位計を用いる必要があり、特許文献１では振動検出センサの出力を制御装置に入力し、制御装置で振動検出センサから得られたデータを元に自動で制御対象の振動周波数を決定できるようにしている。
【０００６】
また近年、電動機を用いた位置決め制御装置いわゆるサーボモータでは機能の増加とパソコンの普及によりサーボゲイン等のパラメータの設定はパソコンを用いて設定し、ＲＳ２３２Ｃ、ＵＳＢといった通信手段を用いてサーボアンプに送信するようになっている。
【特許文献１】特開２００４−５４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、制御対象の振動周波数を得るための振動検出センサやレーザー変位計は手に入りにくくまた高価な点である。
【０００８】
また、振動検出センサやレーザー変位計で得られたデータは振動の振幅と時間データとなっているため、振動周波数を得るためには振動周期から計算するか、振幅の時間データからＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）をかける必要がある。ＦＦＴをかけるには振動検出センサやレーザー変位計のデータをパソコンに取り込むか、高機能オシロスコープのＦＦＴ機能を使用する必要があるが、パソコンにデータを取り込むための機能を備えた振動検出センサやレーザー変位計、高機能オシロスコープは手に入りにくく高価である。さらに、振動検出センサやレーザー変位計はセッティングに手間がかかり、初心者には使用が難しいという問題があった。
【０００９】
また、特許文献１のように振動検出センサの出力を制御装置に入力したものでは、振動検出センサの出力を取り込むための回路が制御装置に必要となり、また取り込んだデータを解析するための回路あるいはプログラムが必要となりＲＯＭとＲＡＭの容量の増加、高速なマイクロコンピュータが必要となり制御装置が高価になるという問題があった。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、電動機および制御対象に係わる振動を解析して抑制する安価な電動機制御システム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に本発明は、マイク機能を備えたパソコンと、前記パソコンから通信手段を介して制振パラメータを設定する電動機制御装置と、制御対象に取り付けた音発生器とを備え、前記音発生器から発生する音をパソコンのマイク機能によって音データを収集し、音データにＦＦＴをかけることで制御対象の振動周波数を解析し、最適な制振パラメータを設定することを特徴とする電動機制御システムであり、簡単に電動機および制御対象に係わる振動周波数が得られ制振対策が可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電動機制御システムによれば、マイク機能を用いて制御対象から発生した音をパソコンに取り込みＦＦＴをかけることにより、簡単に制御対象の振動周波数を得ることができるとともに、パソコンから最適な制振パラメータを電動機制御装置に設定できるので電動機および制御対象に係わる振動を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
電動機および連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、所定の周波数およびその近傍の周波数の利得を下げる特性を持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力する前置フィルタステップと、前記指令追従値に前記電動機または前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップとを有する電動機制御システムにおいて、マイク機能を備えたパソコンと、前記パソコンから通信手段を介して制振パラメータを設定する電動機制御装置と、制御対象に取り付けた音発生器とを備え、前記音発生器から発生する音をパソコンのマイク機能によって音データを収集し、音データにＦＦＴをかけることで制御対象の振動周波数を解析し、最適な制振パラメータを設定する電動機制御システム。
【実施例１】
【００１４】
図１において、１は位置指令作成部、２は電動機、３は制御対象（負荷）、４は位置検出部、５は音発生器、６は電動機制御装置としてのサーボコントローラである。サーボコントローラ６は、位置指令入力部７、前置フィルタ８、指令追従制御部９、通信手段１０を有する。指令追従制御部９は、位置偏差演算部（減算器）１１、位置制御部１２、速度演算部１３、速度偏差演算部（減算器）１４、速度制御部１５、電流制御部１６を有する。１７はマイク機能としてのマイクロフォン、１８はパソコンである。サーボコントローラ６、前置フィルタ８はマイクロコンピュータを用いてプログラムによって構成される。
【００１５】
前置フィルタ８は、位置指令θ＊のパターンを入力し、制御対象位置θＬの振動を励起しないパターンθＭ＊（電動機位置指令）に変化させる。前置フィルタ８は、位置指令θ＊を２階微分し所定の係数１／（ωａ2）を乗した振動抑制補償値を算出する。ここでωａは制御対象の振動周波数をｆａとするとωａ＝２π・ｆａから算出される。図３に位置指令θ＊から制御対象位置θＬまでの伝達関数の周波数特性図を示す。
【００１６】
位置指令作成部１は、例えばＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ ＬｏｇｉＣ Ｃｏｎｔｏｌｌｅｒ）で構成される。通信手段１０は例えば、ＲＳ２３２Ｃであり、パソコン１８とサーボコントローラ６とでパラメータのやりとりを行うことができる。
【００１７】
電動機制御システムは、電動機２に連結された制御対象（負荷）３の位置（以後、「制御対象位置θＬ」と呼ぶ。）が位置指令θ＊に一致するように電動機２を制御する。
【００１８】
図１において、制御対象位置θＬは検出できない。位置検出部４が電動機２の位置（以後、「電動機位置θＭ」と呼ぶ。）を検出する。サーボコントローラ６は位置指令θ＊に電動機位置θＭが追従するように制御する。制御対象３は電動機２に連結されているため、制御対象位置θＬも位置指令に追従することになる。
【００１９】
位置指令作成部１は、位置指令パターンを作成し、パターンに従い位置指令を出力する。位置指令作成部１の出力は位置指令入力部７に入力される。位置指令入力部７は位置指令を入力して、内部演算に適した単位に変換して位置指令θ＊として出力する。前置フィルタは最初、制御対象３の振動周波数が分からないためフィルタとしての機能は行われず、位置指令入力部の出力θ＊をそのままスルーしてθＭ＊を出力する。
【００２０】
よって制御対象３、もしくは電動機２と制御対象３とを連結する連結軸の剛性が低い場合は、制御対象位置θＬが振動することになる。
【００２１】
位置偏差演算部（減算器）１１は、電動機位置指令θＭ＊と電動機位置θＭとを入力し、電動機位置偏差ΔθＭ（＝θＭ＊−θＭ）を算出する。位置制御部１２は、位置比例ゲインＫｐｐを用いて、速度指令ωＭ＊（＝Ｋｐｐ・ΔθＭ ）を出力する。速度演算部１３は、電動機位置θＭを微分し、電動機速度ωＭ（＝θＭ ・ｓ）を算出する。速度偏差演算部（減算器）１４は、速度指令ωＭ＊と電動機速度ωＭとを入力し、速度偏差ΔωＭ（＝ωＭ ＊−ωＭ）を算出する。速度制御部１５は、速度偏差ΔωＭ に基づいて比例積分演算を行い、トルク指令Ｔ＊を出力する。電流制御部１６は、電動機２が出力するトルクＴＭがＴ＊となるように、電動機２に流れる電流値Ｉを制御する。
【００２２】
このように最初は前置フィルタ８が動作しないので制御対象３に取り付けた音発生器５から、制御対象３の振動周波数に応じて音が発生する。音発生器５は例えば鈴でよく、音発生器５は制御対象に比べて十分軽いものが望ましい。
【００２３】
パソコン１８のマイク端子に接続されたマイクロフォン１７は音発生器５の近くに設置し、音データをパソコン１８に取り込む。マイク機能はパソコン本体に備えていてもよい。
【００２４】
パソコン１８では音発生器５の音をＦＦＴにより周波数スペクトラムに変換する。音圧レベルの最も高い周波数は、音発生器５から発生した周波数であり、制御対象に係わる振動周波数である。
【００２５】
実験により得られた周波数スペクトラムを図２に示す。矢印Ａで示した周波数が最もレベルが高い周波数であり２６Ｈｚである。
【００２６】
しかしながら、実験に用いた制御対象３の振動周波数は１３Ｈｚである。これは音発生器５として鈴を用いた場合、制御対象３が振動する度に鈴の玉が制御対象の２倍の周期で鈴本体にあたるためで鈴の玉の周波数は制御対象３の２倍周波数となる。
【００２７】
したがって、制御対象３の振動周波数は最も音圧レベルの高い周波数を１／２倍することによって算出される。ここで得られた制御対象３の振動周波数ｆａはパソコン１８から通信手段１０を介してサーボコントローラ６に送信され、前置フィルタ８にセットされる。
【００２８】
前置フィルタ８は、位置指令θ＊のパターンを入力し、制御対象位置θＬの振動を励起しないパターンθＭ＊（電動機位置指令）に変化させ、制御対象３の振動は抑制される。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の電動機制御システムは、電動機および制御対象に係わる機械剛性が低いことに起因して発生する振動の抑制に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１における電動機制御システムの制御ブロック図
【図２】本発明の実施例１における音データの周波数スペクトラムを示す図
【図３】伝達関数の周波数特性図
【図４】従来の電動機の制御方法の制御ブロック図
【符号の説明】
【００３１】
１  位置指令作成部
２  電動機
３  制御対象
４  位置検出部
５  音発生器（鈴）
６  電動機制御装置（サーボコントローラ）
７  位置指令入力部
８  前置フィルタ
９  指令追従制御部
１０  通信手段
１１  位置偏差演算部
１２  位置制御部
１３  速度演算部
１４  速度偏差演算部
１５  速度制御部
１６  電流制御部
１７  マイク機能（マイクロフォン）
１８  パソコン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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