(57)【要約】【課題】電動機の位置のみを用いて、電動機に付属した負荷または電動機が設置された機台の共振周波数を検出でき、負荷共振と機台共振を判別できるようにする。【解決手段】位置を入力し位置振幅を出力する位置振幅演算器１０１と、位置を入力し位置位相を出力する位置位相演算器１０２と、前記位置振幅と前記位置位相を入力し反トルクを出力する反トルク演算器１０３と、前記反トルクを入力し反トルク振幅を出力する反トルク振幅演算器１０４と、前記反トルク振幅を入力し振動検出値を出力する反トルク振幅極点演算器１０５を備える。  【選択図】図１
2007020296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク指令を出力するトルク指令発生器（２０１）と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機（２０３）を駆動するトルク制御器（２０２）と、
位置検出器（２０４）が検出した前記電動機（２０３）の位置を入力し前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器（２０５）と、
を有する振動検出装置において、
前記振動検出器（２０５）は、
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器（１０１）と、
前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器（１０２）と、
前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機（２０３）への反トルクを算出し出力する反トルク演算器（１０３）と、
前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器（１０４）と、
前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記トルク指令の周波数により前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器（１０５）と、
を備えたことを特徴とする振動検出装置。
【請求項２】
速度指令を出力する速度指令発生器（３０１）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（３０２）と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機（２０３）を駆動するトルク制御器（２０２）と、
位置検出器（２０４）が検出した前記電動機（２０３）の位置を入力し前記速度を出力する微分器（３０３）と、
前記位置を入力し前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器（２０５）と、
を有する振動検出装置において、
前記振動検出器（２０５）は
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器（１０１）と、
前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器（１０２）と、
前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機（２０３）への反トルクを算出し出力する反トルク演算器（１０３）と、
前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器（１０４）と、
前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記速度指令の周波数により前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器（１０５）と、
を備えたことを特徴とする振動検出装置。
【請求項３】
前記速度制御器（３０２）をＰ制御とすることを特徴とする請求項２に記載の振動検出装置。
【請求項４】
前記速度制御器（３０２）をＰＩ制御とすることを特徴とする請求項２に記載の振動検出装置。
【請求項５】
前記速度制御器（３０２）をＩ−Ｐ制御とすることを特徴とする請求項２に記載の振動検出装置。
【請求項６】
位置指令を出力する位置指令発生器（４０１）と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器（４０２）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（３０２）と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機（２０３）を駆動するトルク制御器（２０２）と、
位置検出器（２０４）が検出した前記電動機（２０３）の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器（３０３）と、
前記位置を入力し前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器（２０５）と、
を有する振動検出装置において、
前記振動検出器（２０５）は
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器（１０１）と、
前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器（１０２）と、
前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機（２０３）への反トルクを算出し出力する反トルク演算器（１０３）と、
前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器（１０４）と、
前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記位置指令の周波数により前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器（１０５）と、
を備えたことを特徴とする振動検出装置。
【請求項７】
前記位置制御器（４０２）をＰ制御とし、前記速度制御器（３０２）をＰ制御とすることを特徴とする請求項６に記載の振動検出装置。
【請求項８】
前記位置制御器（４０２）をＰ制御とし、前記速度制御器（３０２）をＰＩ制御とすることを特徴とする請求項６に記載の振動検出装置。
【請求項９】
前記位置制御器（４０２）をＰ制御とし、前記速度制御器（３０２）をＩ−Ｐ制御とすることを特徴とする請求項６に記載の振動検出装置。
【請求項１０】
トルク指令を出力するトルク指令発生器（２０１）と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機（２０３）を駆動するトルク制御器（２０２）と、
位置検出器（２０４）が検出した前記電動機（２０３）の位置を入力し前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器（２０５）と、
を有する振動検出装置において、
前記振動検出器（２０５）は、
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器（１０１）と、
前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器（１０２）と、
前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機（２０３）への反トルクを算出し出力する反トルク演算器（１０３）と、
前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器（１０４）と、
前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記トルク指令の周波数により前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器（１０５）と、
を有する構成とし、
前記電動機（２０３）の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、前記トルク指令の周波数をω、前記トルク指令の振幅をＴ０、前記位置振幅をＡ、前記位置位相をφ、前記反トルク振幅をＡｒ、反トルク位相をφｒとする場合、前記反トルク演算器（１０３）は式（１）により前記反トルクを算出する
ことを特徴とする振動検出装置の振動検出方法。
【数１】
2007020296.tif 000050
【請求項１１】
速度指令を出力する速度指令発生器（３０１）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（３０２）と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機（２０３）を駆動するトルク制御器（２０２）と、
位置検出器（２０４）が検出した前記電動機（２０３）の位置を入力し前記速度を出力する微分器（３０３）と、
前記位置を入力し前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器（２０５）と、
を有する振動検出装置において、
前記振動検出器（２０５）は、
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器（１０１）と、
前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器（１０２）と、
前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機（２０３）への反トルクを算出し出力する反トルク演算器（１０３）と、
前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器（１０４）と、
前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記速度指令の周波数により前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器（１０５）と、
を有する構成とし、
前記電動機（２０３）の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、前記速度指令の周波数をω、前記速度指令の振幅をｖ０、前記位置振幅をＡ、前記位置位相をφ、前記反トルク振幅をＡｒ、反トルク位相をφｒ、前記速度制御器（３０２）をゲインがＫｖｊであるＰ制御とする場合、前記反トルク演算器（１０３）は式（２）により前記反トルクを算出する
ことを特徴とする振動検出装置の振動検出方法。
【数２】
2007020296.tif 000051
【請求項１２】
速度指令を出力する速度指令発生器（３０１）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（３０２）と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機（２０３）を駆動するトルク制御器（２０２）と、
位置検出器（２０４）が検出した前記電動機（２０３）の位置を入力し前記速度を出力する微分器（３０３）と、
前記位置を入力し前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器（２０５）と、
を有する振動検出装置において、
前記振動検出器（２０５）は
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器（１０１）と、
前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器（１０２）と、
前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機（２０３）への反トルクを算出し出力する反トルク演算器（１０３）と、
前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器（１０４）と、
前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記速度指令の周波数により前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器（１０５）と、
を有する構成とし、
前記電動機（２０３）の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、前記速度指令の周波数をω、前記速度指令の振幅をｖ０、前記位置振幅をＡ、前記位置位相をφ、前記反トルク振幅をＡｒ、反トルク位相をφｒ、前記速度制御器（３０２）を比例制御ゲインがＫｖｊ、積分時間がＴｉであるＰＩ制御とする場合、前記反トルク演算器（１０３）は式（３）により前記反トルクを算出することを特徴とする振動検出装置の振動検出方法。
【数３】
2007020296.tif 000052
【請求項１３】
速度指令を出力する速度指令発生器（３０１）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（３０２）と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機（２０３）を駆動するトルク制御器（２０２）と、
位置検出器（２０４）が検出した前記電動機（２０３）の位置を入力し前記速度を出力する微分器（３０３）と、
前記位置を入力し前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器（２０５）と、
を有する振動検出装置において、
前記振動検出器（２０５）は
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器（１０１）と、
前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器（１０２）と、
前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機（２０３）への反トルクを算出し出力する反トルク演算器（１０３）と、
前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器（１０４）と、
前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記速度指令の周波数により前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器（１０５）と、
を有する構成とし、
前記電動機（２０３）の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、前記速度指令の周波数をω、前記速度指令の振幅をｖ０、前記位置振幅をＡ、前記位置位相をφ、前記反トルク振幅をＡｒ、反トルク位相をφｒ、前記速度制御器（３０２）を比例制御ゲインがＫｖｊ、積分時間がＴｉであるＩ−Ｐ制御とする場合、前記反トルク演算器（１０３）は式（４）により前記反トルクを算出することを特徴とする振動検出装置の振動検出方法。
【数４】
2007020296.tif 000053
【請求項１４】
位置指令を出力する位置指令発生器（４０１）と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器（４０２）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（３０２）と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機（２０３）を駆動するトルク制御器（２０２）と、
位置検出器（２０４）が検出した前記電動機（２０３）の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器（３０３）と、
前記位置を入力し前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器（２０５）と、
を有する振動検出装置において、
前記振動検出器（２０５）は、
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器（１０１）と、
前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器（１０２）と、
前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機（２０３）への反トルクを算出し出力する反トルク演算器（１０３）と、
前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器（１０４）と、
前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記位置指令の周波数により前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器（１０５）と、
を有する構成とし、
前記電動機（２０３）の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、前記位置指令の周波数をω、前記位置指令の振幅をｕ０、前記位置振幅をＡ、前記位置位相をφ、前記反トルク振幅をＡｒ、反トルク位相をφｒ、前記位置制御器（４０２）をゲインがＫｐであるＰ制御とし、前記速度制御器（３０２）をゲインがＫｖｊであるＰ制御とする場合、前記反トルク演算器（１０３）は式（５）により前記反トルクを算出する
ことを特徴とする振動検出装置の振動検出方法。
【数５】
2007020296.tif 000054
【請求項１５】
位置指令を出力する位置指令発生器（４０１）と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器（４０２）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（３０２）と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機（２０３）を駆動するトルク制御器（２０２）と、
位置検出器（２０４）が検出した前記電動機（２０３）の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器（３０３）と、
前記位置を入力し前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器（２０５）と、
を有する振動検出装置において、
前記振動検出器（２０５）は
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器（１０１）と、
前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器（１０２）と、
前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機（２０３）への反トルクを算出し出力する反トルク演算器（１０３）と、
前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器（１０４）と、
前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記位置指令の周波数により前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器（１０５）と、
を有する構成とし、
前記電動機（２０３）の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、前記位置指令の周波数をω、前記位置指令の振幅をｕ０、前記位置振幅をＡ、前記位置位相をφ、前記反トルク振幅をＡｒ、反トルク位相をφｒ、前記位置制御器（４０２）をゲインがＫｐであるＰ制御とし、前記速度制御器（３０２）を比例制御ゲインがＫｖｊ、積分時間がＴｉであるＰＩ制御とする場合、前記反トルク演算器（１０３）は式（６）により前記反トルクを算出することを特徴とする振動検出装置の振動検出方法。
【数６】
2007020296.tif 000055
【請求項１６】
位置指令を出力する位置指令発生器（４０１）と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器（４０２）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（３０２）と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機（２０３）を駆動するトルク制御器（２０２）と、
位置検出器（２０４）が検出した前記電動機（２０３）の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器（３０３）と、
前記位置を入力し前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器（２０５）と、
を有する振動検出装置において、
前記振動検出器（２０５）は、
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器（１０１）と、
前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器（１０２）と、
前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機（２０３）への反トルクを算出し出力する反トルク演算器（１０３）と、
前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器（１０４）と、
前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記位置指令の周波数により前記電動機（２０３）に付属している負荷または前記電動機（２０３）が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器（１０５）と、
を有する構成とし、
前記電動機（２０３）の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、前記位置指令の周波数をω、前記位置指令の振幅をｕ０、前記位置振幅をＡ、前記位置位相をφ、前記反トルク振幅をＡｒ、反トルク位相をφｒ、前記位置制御器（４０２）をゲインがＫｐであるＰ制御とし、前記速度制御器（３０２）を比例制御ゲインがＫｖｊ、積分時間がＴｉであるＩ−Ｐ制御とする場合、前記反トルク演算器（１０３）は式（７）により前記反トルクを算出することを特徴とする振動検出装置の振動検出方法。
【数７】
2007020296.tif 000056
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の振動を検出する振動検出装置およびその振動検出方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
（第１従来技術）
図６は第１従来技術を示す振動検出装置のブロック図である。
図６において、６０１は指令発生器、６０２は速度制御器、６０３は電流制御器、６０４はモータと機械負荷、６０５は検出器、６０６は信号処理器である。
以下、図６を用いて第１従来技術の振動検出装置の構成および動作を説明する。
指令発生器６０１は掃引正弦波信号を出力する。
速度制御器６０２はトルク指令を出力する。電流制御器６０３は前記掃引正弦波信号と前記トルク指令の加算値である電流指令と応答信号を入力しモータ電流を出力する。モータと機械負荷６０４は前記モータ電流により駆動されその前記応答信号は検出器６０５が検出し出力する。
信号処理器６０６は前記掃引正弦波信号と前記応答信号を入力し前記応答信号が極大値をとる時間における前記掃引正弦波信号の周波数を共振周波数として算出し出力するものであった。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
（第２従来技術）
図７は第２従来技術を示す振動検出装置のブロック図である。
図７において、７０１は制御装置、７０２は駆動回路、７０３はサーボモータ、７０４はボールねじ、７０５はナット、７０６は可動部材、７０７は機台である。
以下、図７を用いて第２従来技術の振動検出装置の構成および動作を説明する。
制御装置７０１はトルク指令を出力する。駆動回路７０２は前記トルク指令を入力しモータ電流を出力する。サーボモータ７０３は前記モータ電流により駆動されモータトルクを出力する。ボールねじ７０４は前記モータトルクを入力し推力を出力する。ナット７０５は前記推力を入力し伝達推力を出力する。可動部材７０６は可動部材７０６の反力により起こった機台７０７の機台振動と前記伝達推力を入力する。
動作開始時の可動部材７０６または機台７０７の過渡加速度をＦＦＴ演算して得たパワースペクトルが極大値をとる周波数をサーボモータ７０３の共振周波数として検出する。（例えば、特許文献２参照）
【０００４】
このように、第１従来技術の振動検出装置およびその振動検出方法はモータと機械負荷に掃引正弦波信号を入力しその応答信号振幅が極大値をとるときの掃引正弦波信号の周波数を共振周波数として検出するものであった。
また、第２従来技術の振動検出装置およびその振動検出方法は負荷と機台に検出器を付けその過渡加速度のパワースペクトルの極大値の起こる周波数を電動機の共振周波数として検出するものであった。
【特許文献１】特開２００３−３４８８７１号公報（第５頁、第３図）
【特許文献２】特開２００３−２０８２３０号公報（第９頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、第１従来技術の振動検出装置およびその振動検出方法は、モータが機台上に設置されている場合、負荷共振と機台共振を区別することができない問題があり、機台共振周波数の検出が困難である問題があった。
また、第２従来技術の振動検出装置およびその振動検出方法は、サーボモータ７０３、ボールねじ７０４、ナット７０５、可動部材７０６、機台７０７を含む開ループ系の減衰係数が大きい場合に過渡応答の振動が少ないので前記開ループ系の共振周波数の検出が困難である問題があり、可動部材７０６と機台７０７に振動検出器を設置する必要があった。
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、共振周波数が負荷共振であるか機台共振であるかを判別でき、電動機の位置のみを用いて電動機の共振周波数を検出できる振動検出装置およびその振動検出方法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】
【０００６】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、トルク指令を出力するトルク指令発生器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器と、を有する振動検出装置において、前記振動検出器は、前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器と、前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器と、前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機への反トルクを算出し出力する反トルク演算器と、前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器と、前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記トルク指令の周波数により前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、  速度指令を出力する速度指令発生器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置を入力し前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器と、を有する振動検出装置において、前記振動検出器は前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器と、前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器と、前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機への反トルクを算出し出力する反トルク演算器と、前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器と、前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記速度指令の周波数により前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の振動検出装置において、前記速度制御器をＰ制御とすることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の振動検出装置において、前記速度制御器をＰＩ制御とすることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の振動検出装置において、前記速度制御器をＩ−Ｐ制御とする
ことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、位置指令を出力する位置指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置を入力し前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器と、を有する振動検出装置において、前記振動検出器は前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器と、前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器と、前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機への反トルクを算出し出力する反トルク演算器と、前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器と、前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記位置指令の周波数により前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器と、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の振動検出装置において、前記位置制御器をＰ制御とし、前記速度制御器をＰ制御とすることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の振動検出装置において、前記位置制御器をＰ制御とし、前記速度制御器をＰＩ制御とすることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の振動検出装置において、前記位置制御器をＰ制御とし、前記速度制御器をＩ−Ｐ制御とすることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項１０に記載の発明は、トルク指令を出力するトルク指令発生器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器と、を有する振動検出装置において、前記振動検出器は、前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器と、前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器と、前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機への反トルクを算出し出力する反トルク演算器と、前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器と、前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記トルク指令の周波数により前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器と、を有する構成とし、前記電動機の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、前記トルク指令の周波数をω、前記トルク指令の振幅をＴ０、前記位置振幅をＡ、前記位置位相をφ、前記反トルク振幅をＡｒ、反トルク位相をφｒとする場合、前記反トルク演算器は式（１）により前記反トルクを算出することを特徴としている。
【数１】
2007020296.tif 000003
【００１６】
また、請求項１１に記載の発明は、速度指令を出力する速度指令発生器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置を入力し前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器と、を有する振動検出装置において、前記振動検出器は前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器と、前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器と、前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機への反トルクを算出し出力する反トルク演算器と、前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器と、前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記速度指令の周波数により前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器と、を有する構成とし、前記電動機の慣性モーメントＪ、粘性摩擦をＤ、前記速度指令の周波数をω、前記速度指令の振幅をｖ０、前記位置振幅をＡ、前記位置位相をφ、前記反トルク振幅をＡｒ、反トルク位相をφｒ、前記速度制御器をゲインがＫｖｊであるＰ制御とする場合、前記反トルク演算器は式（２）により前記反トルクを算出する
ことを特徴としている。
【数２】
2007020296.tif 000004
【００１７】
また、請求項１２に記載の発明は、速度指令を出力する速度指令発生器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置を入力し前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器と、を有する振動検出装置において、前記振動検出器は前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器と、前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器と、前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機への反トルクを算出し出力する反トルク演算器と、前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器と、前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記速度指令の周波数により前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器と、を有する構成とし、前記電動機の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、前記速度指令の周波数をω、前記速度指令の振幅をｖ０、前記位置振幅をＡ、前記位置位相をφ、前記反トルク振幅をＡｒ、反トルク位相をφｒ、前記速度制御器を比例制御ゲインがＫｖｊ、積分時間がＴｉであるＰＩ制御とする場合、前記反トルク演算器は式（３）により前記反トルクを算出することを特徴としている。
【数３】
2007020296.tif 000005
【００１８】
また、請求項１３に記載の発明は、速度指令を出力する速度指令発生器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置を入力し前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器と、を有する振動検出装置において、前記振動検出器は前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器と、前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器と、前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機への反トルクを算出し出力する反トルク演算器と、前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器と、前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記速度指令の周波数により前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器と、を有する構成とし、前記電動機の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、前記速度指令の周波数をω、前記速度指令の振幅をｖ０、前記位置振幅をＡ、前記位置位相をφ、前記反トルク振幅をＡｒ、反トルク位相をφｒ、前記速度制御器を比例制御ゲインがＫｖｊ、積分時間がＴｉであるＩ−Ｐ制御とする場合、前記反トルク演算器は式（４）により前記反トルクを算出することを特徴としている。
【数４】
2007020296.tif 000006
【００１９】
また、請求項１４に記載の発明は、位置指令を出力する位置指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置を入力し前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器と、を有する振動検出装置において、前記振動検出器は前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器と、前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器と、前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機への反トルクを算出し出力する反トルク演算器と、前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器と、前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記位置指令の周波数により前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器と、を有する構成とし、前記電動機の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、前記位置指令の周波数をω、前記位置指令の振幅をｕ０、前記位置振幅をＡ、前記位置位相をφ、前記反トルク振幅をＡｒ、反トルク位相をφｒ、前記位置制御器をゲインがＫｐであるＰ制御とし、前記速度制御器をゲインがＫｖｊであるＰ制御とする場合、前記反トルク演算器は式（５）により前記反トルクを算出することを特徴としている。
【数５】
2007020296.tif 000007
【００２０】
また、請求項１５に記載の発明は、位置指令を出力する位置指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置を入力し前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器と、を有する振動検出装置において、前記振動検出器は前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器と、前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器と、前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機への反トルクを算出し出力する反トルク演算器と、前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器と、前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記位置指令の周波数により前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器と、を有する構成とし、前記電動機の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、前記位置指令の周波数をω、前記位置指令の振幅をｕ０、前記位置振幅をＡ、前記位置位相をφ、前記反トルク振幅をＡｒ、反トルク位相をφｒ、前記位置制御器をゲインがＫｐであるＰ制御とし、前記速度制御器を比例制御ゲインがＫｖｊ、積分時間がＴｉであるＰＩ制御とする場合、前記反トルク演算器は式（６）により前記反トルクを算出することを特徴としている。
【数６】
2007020296.tif 000008
【００２１】
また、請求項１６に記載の発明は、位置指令を出力する位置指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置を入力し前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する振動検出器と、を有する振動検出装置において、前記振動検出器は前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する位置振幅演算器と、前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する位置位相演算器と、前記位置振幅と前記位置位相を入力し機台または負荷から前記電動機への反トルクを算出し出力する反トルク演算器と、前記反トルクを入力しその入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する反トルク振幅演算器と、前記反トルク振幅を入力しその入力信号が極値をとる前記位置指令の周波数により前記電動機に付属している負荷または前記電動機が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し前記極値が極大値であれば機台共振と判別し前記共振周波数と判別結果を前記振動検出値として出力する反トルク振幅極点演算器と、を有する構成とし、前記電動機の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、前記位置指令の周波数をω、前記位置指令の振幅をｕ０、前記位置振幅をＡ、前記位置位相をφ、前記反トルク振幅をＡｒ、反トルク位相をφｒ、前記位置制御器をゲインがＫｐであるＰ制御とし、前記速度制御器を比例制御ゲインがＫｖｊ、積分時間がＴｉであるＩ−Ｐ制御とする場合、前記反トルク演算器は式（７）により前記反トルクを算出することを特徴としている。
【数７】
2007020296.tif 000009
【発明の効果】
【００２２】
請求項１、１０に記載の発明によると、電動機の位置のみからでは検出が困難な機台振動と負荷振動を検出することができ、機台振動と負荷振動を判別することができる。
また、請求項２、３、４、５、１１、１２、１３に記載の発明によると、速度制御した電動機の位置のみからでは検出が困難な機台振動と負荷振動を検出することができ、機台振動と負荷振動を判別することができる。
また、請求項６、７、８、９、１４、１５、１６に記載の発明によると、位置制御した電動機の位置のみからでは検出が困難な機台振動と負荷振動を検出することができ、機台振動と負荷振動を判別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の第１実施例を示す振動検出器のブロック図、図２は、本発明の振動検出器を用いた振動検出装置のブロック図である。
先ず、図２を用いて本実施例の振動検出装置の構成を説明する。
図２において、２０１はトルク指令発生器、２０２はトルク制御器、２０３は電動機、２０４は位置検出器、２０５は振動検出器である。
トルク指令発生器２０１はトルク指令を出力する。トルク制御器２０２は前記トルク指令を入力し電動機電流を出力する。電動機２０３は前記電動機電流により駆動されその位置は位置検出器２０４が検出し出力する。振動検出器２０５は前記位置を入力し電動機２０３に付属している負荷または電動機２０３が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する。
【００２５】
次に、図１を用いて第１実施例を示す振動検出器の詳細構成を説明する。
図１において、１０１は位置振幅演算器、１０２は位置位相演算器、１０３は反トルク演算器、１０４は反トルク振幅演算器、１０５は反トルク振幅極点演算器である。
位置振幅演算器１０１は位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を算出し出力する。位置位相演算器１０２は前記位置を入力しその入力信号位相である位置位相を算出し出力する。反トルク演算器１０３は前記位置振幅と前記位置位相を入力し、電動機２０３に付属する負荷からまたは電動機２０３の設置されている機台からの反トルクを算出し出力する。反トルク振幅演算器１０４は前記反トルクを入力し、その入力信号振幅である反トルク振幅を算出し出力する。反トルク振幅極点演算器１０５は前記反トルク振幅を入力し、その入力信号が極値をとるトルク指令の周波数により電動機２０３に付属している負荷または電動機２０３が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し、前記極値が極大値であれば機台共振と判別し、前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する。
【００２６】
以下、本発明の動作および原理について図１、２を用いて説明する。
図２において、電動機２０３の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、トルク指令をＴｒｅｆ、一定トルク外乱をｗ、反トルクをｄ、位置をθとすると、トルク制御器２０２、電動機２０３、位置検出器２０４を含む開ループ系の運動方程式は式（８）で表される。
【数８】
2007020296.tif 000010
前記トルク指令は、振幅がＴ０、周波数がωの正弦波とすると式（９）となる。
【数９】
2007020296.tif 000011
式（９）に示す前記トルク指令に対する位置θと反トルクｄはそれぞれ式（１０）、式（１１）で表される。
【数１０】
2007020296.tif 000012
【数１１】
2007020296.tif 000013
ただし、Ａは位置振幅、φは位置位相、Ａｒは反トルク振幅、φｒは反トルク位相である。
式（９）、式（１０）、式（１１）を式（８）に代入すると式（１２）が得られる。
【数１２】
2007020296.tif 000014
式（１２）を書き直すと式（１３）で表される。
【数１３】
2007020296.tif 000015
式（１３）において、余弦項の係数と正弦項の係数をそれぞれ比較すると式（１４）と式（１５）の関係が得られる。
【数１４】
2007020296.tif 000016
【数１５】
2007020296.tif 000017
式（１４）と式（１５）をベクトル式で表すと式（１６）となる。
【数１６】
2007020296.tif 000018
反トルク演算器１０３は式（１６）の左辺のベクトルである反トルクを算出することができる。反トルク振幅演算器１０４は前記トルク指令の周波数ωを変化しそれぞれの周波数ωにおいて式（１６）の２ノルム［Ａｒ２（ｃｏｓφｒ）２＋Ａｒ２（ｓｉｎφｒ）２］１／２＝Ａｒである反トルク振幅を算出し、反トルク振幅極点演算器１０５は前記反トルク振幅が極値をとる周波数である共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し、前記極値が極大値であれば機台共振と判別し、前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する。式（１６）は一定トルク外乱ｗを含まないので前記振動検出値は一定トルク外乱ｗの影響を受けない。
【実施例２】
【００２７】
図３は、本発明の第２実施例を示す振動検出装置のブロック図である。
本実施例が第１実施例と異なる点は本発明を適用する振動検出装置と反トルク演算器１０３における反トルクの算出式である。
なお、振動検出器の構成は第１実施例と同じであるのでその説明を省略する。
以下、図３を用いて本実施例の振動検出装置の構成を説明する。
図３において、２０２はトルク制御器、２０３は電動機、２０４は位置検出器、２０５は振動検出器、３０１は速度指令発生器、３０２は速度制御器、３０３は微分器である。  
速度指令発生器３０１は速度指令を出力する。速度制御器３０２は前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する。トルク制御器２０２は前記トルク指令を入力し電動機電流を出力する。電動機２０３は前記電動機電流により駆動されその位置は位置検出器２０４が検出し出力する。微分器３０３は前記位置を入力し前記速度を出力する。
振動検出器２０５は前記位置を入力し電動機２０３に付属している負荷または電動機２０３が設置されている機台の共振周波数を算出し、前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する。
【００２８】
以下、本実施例の動作および原理について図１、３を用いて説明する。
図３において、電動機２０３の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、速度指令をｖ、一定トルク外乱をｗ、反トルクをｄ、位置をθとし、速度制御器３０２をゲインがＫｖｊであるＰ制御とすると、トルク制御器２０２、電動機２０３、位置検出器２０４を含む開ループ系の運動方程式は式（１７）で表される。
【数１７】
2007020296.tif 000019
前記速度指令は、振幅がｖ０、周波数がωである正弦波とすると式（１８）で表される。
【数１８】
2007020296.tif 000020
この時、位置θは式（１９）で表される。
【数１９】
2007020296.tif 000021
反トルクｄは第１実施例の式（１１）で表される。
式（１１）、式（１８）、式（１９）を式（１７）に代入すると式（２０）を得る。
【数２０】
2007020296.tif 000022
第１実施例と同様に式（２０）を書き換えると式（２１）を得る。
【数２１】
2007020296.tif 000023
式（２１）において、余弦項の係数と正弦項の係数をそれぞれ比較すると式（２２）、式（２３）の関係が得られる。
【数２２】
2007020296.tif 000024
【数２３】
2007020296.tif 000025
式（２２）と式（２３）をベクトル式に書き直すと式（２４）となる。
【数２４】
2007020296.tif 000026
反トルク演算器１０３は式（２４）の左辺のベクトルである反トルクを算出することができる。反トルク振幅演算器１０４は前記速度指令の周波数ωを変化しそれぞれの周波数ωにおいて式（２４）の２ノルム［Ａｒ２（ｃｏｓφｒ）２＋Ａｒ２（ｓｉｎφｒ）２］１／２＝Ａｒである反トルク振幅を算出し、反トルク振幅極点演算器１０５は前記反トルク振幅が極値をとる周波数である共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し、前記極値が極大値であれば機台共振と判別し、前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する。式（２４）は一定トルク外乱ｗを含まないので前記振動検出値は一定トルク外乱ｗの影響を受けない。
【実施例３】
【００２９】
本実施例が第２実施例と異なる点は、速度制御器３０２をＰＩ制御とすることと反トルク演算器１０３における反トルクの算出式である。
なお、本発明を適用する振動検出装置および振動検出器の構成は第２実施例と同じであるのでその説明を省略する。
【００３０】
以下、本発明の動作および原理について図１、３を用いて説明する。
図３において、電動機２０３の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、速度指令をｖ、一定トルク外乱をｗ、反トルクをｄ、位置をθとし、速度制御器３０２を比例制御ゲインがＫｖｊ、積分時間がＴｉであるＰＩ制御とすると、トルク制御器２０２、電動機２０３、位置検出器２０４を含む開ループ系の運動方程式は式（２５）で表される。
【数２５】
2007020296.tif 000027
前記速度指令は、振幅がｖ０、周波数がωである正弦波とすると式（１８）で表される。この時、位置θは式（２６）で表される。
【数２６】
2007020296.tif 000028
反トルクｄは第１実施例の式（１１）で表される。
式（１１）、式（１８）、式（２６）を式（２５）に代入すると式（２７）を得る。
【数２７】
2007020296.tif 000029
式（２７）を書き直し、余弦項の係数と正弦項の係数をそれぞれ比較して得られた２つの式をベクトル式にまとめると式（２８）を得る。
【数２８】
2007020296.tif 000030
反トルク演算器１０３は式（２８）の左辺のベクトルである反トルクを算出することができる。反トルク振幅演算器１０４は前記速度指令の周波数ωを変化しそれぞれの周波数ωにおいて式（２８）の２ノルム［Ａｒ２（ｃｏｓφｒ）２＋Ａｒ２（ｓｉｎφｒ）２］１／２＝Ａｒである反トルク振幅を算出し、反トルク振幅極点演算器１０５は前記反トルク振幅が極値をとる周波数である共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し、前記極値が極大値であれば機台共振と判別し、前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する。式（２８）は一定トルク外乱ｗを含まないので前記振動検出値は一定トルク外乱ｗの影響を受けない。
【実施例４】
【００３１】
本実施例が第３実施例と異なる点は、速度制御器３０２をＩ−Ｐ制御とすることと反トルク演算器１０３における反トルクの算出式である。
なお、本発明を適用する振動検出装置および振動検出器の構成は第３実施例と同じであるのでその説明を省略する。
【００３２】
以下、本発明の動作および原理について図１、３を用いて説明する。
図３において、電動機２０３の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、速度指令をｖ、一定トルク外乱をｗ、反トルクをｄ、位置をθとし、速度制御器３０２を比例制御ゲインがＫｖｊ、積分時間がＴｉであるＩ−Ｐ制御とすると、トルク制御器２０２、電動機２０３、位置検出器２０４を含む開ループ系の運動方程式は式（２９）で表される。
【数２９】
2007020296.tif 000031
前記速度指令は、振幅がｖ０、周波数がωである正弦波とすると式（１８）で表される。この時、位置θは式（２６）、反トルクｄは式（１１）で表される。式（１１）、式（１８）、式（２６）を式（２９）に代入すると式（３０）を得る。
【数３０】
2007020296.tif 000032
式（３０）を書き直し、余弦項の係数と正弦項の係数をそれぞれ比較して得られた２つの式をベクトル式にまとめると式（３１）を得る。
【数３１】
2007020296.tif 000033
反トルク演算器１０３は式（３１）の左辺のベクトルである反トルクを算出することができる。反トルク振幅演算器１０４は前記速度指令の周波数ωを変化しそれぞれの周波数ωにおいて式（３１）の２ノルム［Ａｒ２（ｃｏｓφｒ）２＋Ａｒ２（ｓｉｎφｒ）２］１／２＝Ａｒである反トルク振幅を算出し、反トルク振幅極点演算器１０５は前記反トルク振幅が極値をとる周波数である共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し、前記極値が極大値であれば機台共振と判別し、前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する。式（３１）は一定トルク外乱ｗを含まないので前記振動検出値は一定トルク外乱ｗの影響を受けない。
【実施例５】
【００３３】
図４は、本発明の第５実施例を示す振動検出装置のブロック図である。
本実施例が第１実施例と異なる点は本発明を適用する振動検出装置と反トルク演算器１０３における反トルクの算出式である。
なお、振動検出器の構成は第１実施例と同じであるのでその説明を省略する。
以下、図４を用いて本実施例の振動検出装置の構成を説明する。
図４において、２０２はトルク制御器、２０３は電動機、２０４は位置検出器、２０５は振動検出器、３０２は速度制御器、３０３は微分器、４０１は位置指令発生器、４０２は位置制御器である。
位置指令発生器４０１は位置指令を出力する。位置制御器４０２は前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する。速度制御器３０２は前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する。トルク制御器２０２は前記トルク指令を入力し電動機電流を出力する。電動機２０３は前記電動機電流により駆動されその前記位置は位置検出器２０４が検出し出力する。微分器３０３は前記位置を入力し前記速度を出力する。
振動検出器２０５は前記位置を入力し電動機２０３に付属している負荷または電動機２０３が設置されている機台の共振周波数を算出し前記共振周波数が負荷共振か機台共振かを判別し前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する。
【００３４】
以下、本実施例の動作および原理について図１、４を用いて説明する。
図４において、電動機２０３の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、位置指令をｕ、一定トルク外乱をｗ、反トルクをｄ、位置をθとし、位置制御器４０２をゲインがＫｐであるＰ制御とし、速度制御器３０２をゲインがＫｖｊであるＰ制御とすると、トルク制御器２０２、電動機２０３、位置検出器２０４を含む開ループ系の運動方程式は式（３２）で表される。
【数３２】
2007020296.tif 000034
前記位置指令は、振幅がｕ０、周波数がωである正弦波とすると式（３３）で表される。
【数３３】
2007020296.tif 000035
この時、位置θは式（３４）で表される。
【数３４】
2007020296.tif 000036
また、反トルクｄは式（１１）で表される。式（１１）、式（３３）、式（３４）を式（３２）に代入すると式（３５）を得る。
【数３５】
2007020296.tif 000037
式（３５）を書き直し、余弦項の係数と正弦項の係数をそれぞれ比較して得られた２つの式をベクトル式にまとめると式（３６）を得る。
【数３６】
2007020296.tif 000038
反トルク演算器１０３は式（３６）の左辺のベクトルである反トルクを算出することができる。反トルク振幅演算器１０４は前記位置指令の周波数ωを変化しそれぞれの周波数ωにおいて式（３６）の２ノルム［Ａｒ２（ｃｏｓφｒ）２＋Ａｒ２（ｓｉｎφｒ）２］１／２＝Ａｒである反トルク振幅を算出し、反トルク振幅極点演算器１０５は前記反トルク振幅が極値をとる周波数である共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し、前記極値が極大値であれば機台共振と判別し、前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する。式（３６）は一定トルク外乱ｗを含まないので前記振動検出値は一定トルク外乱ｗの影響を受けない。
【００３５】
以下、本実施例のシミュレーション結果を示す。
本シミュレーションでは電動機２０３に負荷が付属する場合と、電動機２０３が機台の上に設置されており前記機台は電動機２０３に付属するボールねじスライダの直線運動により振動する２つの場合を仮定する。
電動機２０３に負荷が付属する場合のシミュレーションに用いた数値を式（３７）に示す。
【数３７】
2007020296.tif 000039
ただし、Ｊｍは電動機慣性モーメント、Ｄは電動機粘性摩擦、Ｊｌは負荷慣性モーメント、ｃｌは負荷粘性摩擦、ｋは電動機負荷間剛性、ｃは電動機負荷間粘性摩擦、Ｔｒａｔは定格トルク、ｕ０は位置指令振幅である。
【００３６】
式（３７）において、負荷慣性モーメントＪｌと電動機負荷間剛性ｋは式（３８）に示すように、電動機２０３に付属した負荷の共振周波数が２０Ｈｚとなるように設定した。
【数３８】
2007020296.tif 000040
電動機２０３が機台の上に設置されている場合のシミュレーションに用いた数値を式（３９）に示す。
【数３９】
2007020296.tif 000041
ただし、Ｊｍは電動機慣性モーメント、Ｄは電動機粘性摩擦、Ｊｌは負荷慣性モーメント、Ｍｂは機台質量、ｃｂは機台粘性摩擦、ωｂは機台固有周波数、ｐはボールねじピッチ、Ｔｒａｔは定格トルク、ｕ０は位置指令振幅である。
【００３７】
機台剛性ｋｂは式（４０）に示すように、電動機２０３が設置された機台の共振周波数が２０Ｈｚとなるように設定した。
【数４０】
2007020296.tif 000042
【００３８】
図５は第５実施例を示すシミュレーション結果を示すグラフである。
図５（ａ）は電動機２０３に負荷を付属し位置指令周波数ωを変化した場合に式（３６）を用いて算出した反トルクの振幅である反トルク振幅である。
図５（ａ）のＡ点における位置指令周波数は図４において位置制御器４０２、速度制御器３０２、トルク制御器２０２、電動機２０３、位置検出器２０４、微分器３０３を含む閉ループ系から前記負荷と前記機台を除いた系の共振周波数となり、式（４１）で表される。
【数４１】
2007020296.tif 000043
式（４１）で表される位置指令周波数において、位置位相φが０ｒａｄから−πｒａｄまで急に変化するため、図５（ａ）のＡ点において反トルク振幅が急に変化しているのである。図５（ａ）のＢ点における前記位置指令周波数は電動機２０３に付属した前記負荷の共振周波数である。
図５（ｂ）は電動機２０３が機台上に設置された場合に式（３６）を用いて算出した反トルクの振幅である反トルク振幅である。図５（ｂ）のＡ点における前記位置指令周波数は式（４０）と同じである。図５（ｂ）のＢ点における前記位置指令周波数は電動機２０３が設置された前記機台の共振周波数を示す。
反トルク振幅極点演算器１０５は図５（ａ）および図５（ｂ）中、式（４１）の周波数における極点すなわちＡ点を無視し、Ｂ点における前記位置指令周波数を共振周波数として算出し、Ｂ点が極小点てあれば負荷共振、極大点であれば機台共振と判別することができる。
【実施例６】
【００３９】
本実施例が第５実施例と異なる点は、速度制御器３０２をＰＩ制御とすることと反トルク演算器１０３における反トルクの算出式である。
なお、本発明を適用する振動検出装置および振動検出器の構成は第５実施例と同じであるのでその説明を省略する。
【００４０】
以下、本発明の動作および原理について図１、４を用いて説明する。
図４において、電動機２０３の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、位置指令をｕ、一定トルク外乱をｗ、反トルクをｄ、位置をθとし、位置制御器４０２をゲインがＫｐであるＰ制御、速度制御器３０２を比例制御ゲインがＫｖｊ、積分時間がＴｉであるＰＩ制御とすると、トルク制御器２０２、電動機２０３、位置検出器２０４を含む開ループ系の運動方程式は式（４２）で表される。
【数４２】
2007020296.tif 000044
前記位置指令は、振幅がｕ０、周波数がωである正弦波とすると式（３３）で表される。この時、位置θと反トルクｄは式（２６）、式（１１）で表される。式（１１）、式（２６）、式（３３）を式（４２）に代入すると式（４３）を得る。
【数４３】
2007020296.tif 000045
式（４３）を書き直し、余弦項の係数と正弦項の係数をそれぞれ比較して得られた２つの式をベクトル式にまとめると式（４４）を得る。
【数４４】
2007020296.tif 000046
反トルク演算器１０３は式（４４）の左辺のベクトルである反トルクを算出することができる。反トルク振幅演算器１０４は前記位置指令の周波数ωを変化しそれぞれの周波数ωにおいて式（４４）の２ノルム［Ａｒ２（ｃｏｓφｒ）２＋Ａｒ２（ｓｉｎφｒ）２］１／２＝Ａｒである反トルク振幅を算出し、反トルク振幅極点演算器１０５は前記反トルク振幅が極値をとる周波数である共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し、前記極値が極大値であれば機台共振と判別し、前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する。式（４４）は一定トルク外乱ｗを含まないので前記振動検出値は一定トルク外乱ｗの影響を受けない。
【実施例７】
【００４１】
本実施例が第６実施例と異なる点は、速度制御器３０２をＩ−Ｐ制御とすることと反トルク演算器１０３における反トルクの算出式である。
なお、本発明を適用する振動検出装置および振動検出器の構成は、第６実施例と同じであるのでその説明を省略する。
【００４２】
以下、本発明の動作および原理について図１、４を用いて説明する。
図４において、電動機２０３の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、位置指令をｕ、一定トルク外乱をｗ、反トルクをｄ、位置をθとし、位置制御器４０２をゲインがＫｐであるＰ制御、速度制御器３０２を比例制御ゲインがＫｖｊ、積分時間がＴｉであるＩ−Ｐ制御とすると、トルク制御器２０２、電動機２０３、位置検出器２０４を含む開ループ系の運動方程式は式（４５）で表される。
【数４５】
2007020296.tif 000047
前記位置指令は、振幅がｕ０、周波数がωである正弦波とすると式（３３）で表される。この時、位置θと反トルクｄは式（２６）、式（１１）で表される。式（１１）、式（２６）、式（３３）を式（４５）に代入すると式（４６）を得る。
【数４６】
2007020296.tif 000048
式（４６）を書き直し、余弦項の係数と正弦項の係数をそれぞれ比較して得られた２つの式をベクトル式にまとめると式（４７）を得る。
【数４７】
2007020296.tif 000049
反トルク演算器１０３は式（４７）の左辺のベクトルである反トルクを算出することができる。反トルク振幅演算器１０４は前記位置指令の周波数ωを変化しそれぞれの周波数ωにおいて式（４７）の２ノルム［Ａｒ２（ｃｏｓφｒ）２＋Ａｒ２（ｓｉｎφｒ）２］１／２＝Ａｒである反トルク振幅を算出し、反トルク振幅極点演算器１０５は前記反トルク振幅が極値をとる周波数である共振周波数を算出し、前記極値が極小値であれば負荷共振と判別し、前記極値が極大値であれば機台共振と判別し、前記共振周波数と判別結果を振動検出値として出力する。式（４７）は一定トルク外乱ｗを含まないので前記振動検出値は一定トルク外乱ｗの影響を受けない。
【００４３】
このように、本発明では、反トルク振幅の極値の起こる周波数を用いるので、電動機の位置のみからでは検出が困難な電動機に付属した負荷または前記電動機が設置された機台の共振周波数を検出することができ、前記共振周波数が負荷共振であるか機台共振であるかを判別することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
反トルク振幅の極値の起こる周波数を用いることによって電動機に付属した負荷または前記電動機が設置された機台の共振周波数を検出することができ、前記共振周波数が負荷共振であるか機台共振であるかを判別することができるので、チップマウンタなどの一般産業用装置の逆伝達関数補償器の定数設定に広く適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１実施例を示す振動検出器のブロック図
【図２】第１実施例を示す振動検出装置のブロック図
【図３】第２実施例を示す振動検出装置のブロック図
【図４】第５実施例を示す振動検出装置のブロック図
【図５】第５実施例を示すシミュレーション結果を示すグラフ
【図６】第１従来技術を示す振動検出装置のブロック図
【図７】第２従来技術を示す振動検出装置のブロック図
【符号の説明】
【００４６】
１０１  位置振幅演算器
１０２  位置位相演算器
１０３  反トルク演算器
１０４  反トルク振幅演算器
１０５  反トルク振幅極点演算器
２０１  トルク指令発生器
２０２  トルク制御器
２０３  電動機
２０４  位置検出器
２０５  振動検出器
３０１  速度指令発生器
３０２  速度制御器
３０３  微分器
４０１  位置指令発生器
４０２  位置制御器
６０１  指令発生器
６０２  速度制御器
６０３  電流制御器
６０４  モータと機械負荷
６０５  検出器
６０６  信号処理器
７０１  制御装置
７０２  駆動回路
７０３  サーボモータ
７０４  ボールねじ
７０５  ナット
７０６  可動部材
７０７  機台
【図１】
2007020296.tif 000057
【図２】
2007020296.tif 000058
【図３】
2007020296.tif 000059
【図４】
2007020296.tif 000060
【図５】
2007020296.tif 000061
【図６】
2007020296.tif 000062
【図７】
2007020296.tif 000063