(57)【要約】【課題】誰でも簡便にゲイン調整を行うことができるサーボアクチュエータの実現する。【解決手段】モータの速度を制御する速度フィードバックループを有し、この速度フィードバックループにノッチフィルタ手段を挿入して機械共振を除去するサーボアクチュエータにおいて、前記速度フィードバックループの周波数応答特性を示すデータを取得するデータ収集手段と、前記データ収集手段で取得されたデータを移動平均処理する移動平均手段と、この移動平均手段で得られたデータと、前記データ収集手段で得られたデータとを比較して、前記速度フィードバックループの共振特性を抽出する比較手段と、前記比較手段で抽出された共振特性に基づいて前記ノッチフィルタ手段の周波数及びＱ値を設定するノッチフィルタ設定手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの速度を制御する速度フィードバックループを有し、この速度フィードバックループにノッチフィルタ手段を挿入して機械共振を除去するサーボアクチュエータにおいて、
前記速度フィードバックループの周波数応答特性を示すデータを取得するデータ収集手段と、
前記データ収集手段で取得されたデータを移動平均処理する移動平均手段と、
この移動平均手段で得られたデータと、前記データ収集手段で得られたデータとを比較して、前記速度フィードバックループの共振特性を抽出する比較手段と、
前記比較手段で抽出された共振特性に基づいて前記ノッチフィルタ手段の周波数及びＱ値を設定するノッチフィルタ設定手段と、
を備えることを特徴とするサーボアクチュエータ。
【請求項２】
前記比較手段の出力に基づき、移動平均処理を実行した波形が実行前の波形よりも特定の閾値を超える部分をピークデータとして収集し、極大値が大のピークデータを前記ノッチフィルタ手段の設定周波数として前記ノッチフィルタ設定手段に出力するピークデータ収集手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のサーボアクチュエータ。
【請求項３】
前記極大値が大のピークデータに対して前記移動平均処理を実行した波形との交点を求める交点検出手段と、
求められた前記交点において所定のゲインが落ちるようなＱ値を計算して前記ノッチフィルタ設定手段に出力するＱ値計算手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のサーボアクチュエータ。
【請求項４】
前記速度フィードバックループに模擬データを入力し、その速度フィードバックデータを取得して前記モータの周波数応答特性を示すデータとして前記データ収集手段に出力するシミュレーション手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のサーボアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの速度を制御する速度フィードバックループの途中に挿入されたノッチフィルタ手段を有するサーボアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータに発生する機械共振を除去するために、速度フィードバックループの途中にノッチフィルタ手段を挿入したサーボアクチュエータについては、特許文献１に技術開示がある。
【０００３】
図５は、従来構成のサーボアクチュエータを用いたワーク２の位置制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。モータ１により移動制御されるワークの位置が、位置検出手段３により検出される。位置検出値Ｐｆの差分から速度生成手段４により速度検出値Ｖｆが生成される。
【０００４】
位置指令Ｐｉと位置検出値Ｐｆの偏差が、位置制御手段５により演算されて速度指令Ｖｉが出力される。この速度指令Ｖｉと速度検出値Ｖｆの偏差が速度制御手段６で演算されて電流指令Ｆが出力される。電流指令値Ｆはノッチフィルタ手段７を介してドライバ８に入力される。
【０００５】
ドライバ８は、電流指令Ｆに基づいて電流Ｉをモータ１に出力し、ワーク２を移動操作する。モータ１を含む速度フィードバックループの周波数応答特性は、シミュレーション手段９からの模擬信号Ｓｆに対する速度検出値Ｖｆの応答によりオフライン的に測定が可能であり、ファイル１０に出力できる。
【０００６】
図６は、速度フィードバックループの周波数応答特性図である。ループゲインは周波数が高くなるに従い減少するが、モータを含むシステムの機械的共振によるパルス的なピークＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が存在する。通常では、機械共振を抑えるため、ループゲインを上げることができない。
【０００７】
この対策として、機械共振の共振周波数と一致させたノッチフィルタ手段７を速度制御ループ内に挿入することで、共振を抑制している。ノッチフィルタ手段７の使用により、位置制御の高速化を実現している。ノッチフィルタ手段７は、当てる周波数ｆ及びＱ値を調整することで設定される。
【０００８】
オペレータ１１は、ファイル１０の周波数応答特性をチェックして共振特性を読み取り、ノッチフィルタ手段７に当てる周波数ｆ及びＱ値を経験に基づき決定して手動設定している。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−１９８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の設定手法は、周波数応答特性から人間が共振特性を読み取って、手動でノッチフィルタ手段７の設定をしていた。そのため、適切なノッチフィルタ手段の設定は個人の経験に依存していた。
【００１１】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、誰でも簡便にゲイン調整を行うことができるサーボアクチュエータの実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）モータの速度を制御する速度フィードバックループを有し、この速度フィードバックループにノッチフィルタ手段を挿入して機械共振を除去するサーボアクチュエータにおいて、
前記速度フィードバックループの周波数応答特性を示すデータを取得するデータ収集手段と、
前記データ収集手段で取得されたデータを移動平均処理する移動平均手段と、
この移動平均手段で得られたデータと、前記データ収集手段で得られたデータとを比較して、前記速度フィードバックループの共振特性を抽出する比較手段と、
前記比較手段で抽出された共振特性に基づいて前記ノッチフィルタ手段の周波数及びＱ値を設定するノッチフィルタ設定手段と、
を備えることを特徴とするサーボアクチュエータ。
【００１３】
（２）前記比較手段の出力に基づき、移動平均処理を実行した波形が実行前の波形よりも特定の閾値を超える部分をピークデータとして収集し、極大値が大のピークデータを前記ノッチフィルタ手段の設定周波数として前記ノッチフィルタ設定手段に出力するピークデータ収集手段を備えることを特徴とする（１）に記載のサーボアクチュエータ。
【００１４】
（３）前記極大値が大のピークデータに対して前記移動平均処理を実行した波形との交点を求める交点検出手段と、
求められた前記交点において所定のゲインが落ちるようなＱ値を計算して前記ノッチフィルタ設定手段に出力するＱ値計算手段と、
を備えることを特徴とする（１）または（２）に記載のサーボアクチュエータ。
【００１５】
（４）前記速度フィードバックループに模擬データを入力し、その速度フィードバックデータを取得して前記モータの周波数応答特性を示すデータとして前記データ収集手段に出力するシミュレーション手段を備えることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のサーボアクチュエータ。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
本発明によれば、サーボアクチュエータのノッチフィルタ手段の調整を自動化することができるので、経験を有するオペレータは必要なく、誰でも簡便にゲイン調整を行えるサーボアクチュエータを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したサーボアクチュエータを用いた位置制御装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図５で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００１８】
本発明の構成上の特徴部は、従来装置のオペレータ１１に代えてノッチフィルタ自動設定部１００を設けた点にある。ノッチフィルタ自動設定部１００の機能構成は、データ収集手段１０１、移動平均手段１０２、比較手段１０３、ピークデータ収集手段１０４、交点検出手段１０５、Ｑ値計算手段１０６、ノッチフィルタ設定手段１０７よりなる。
【００１９】
シミュレーション手段９は、オフラインで速度フィードバックループに模擬信号Ｓｆを入力し、その速度フィードバックデータを取得する。そして、得られたデータをモータの周波数応答特性を示すデータとしてデータ収集手段１０１に出力する。
【００２０】
移動平均手段１０２は、取得した周波数応答特性データに対し移動平均処理を実行して比較手段１０３に渡す。比較手段１０３は、移動平均処理前の波形と移動処理実行後の波形を比較し、比較データをピークデータ収集手段１０４に渡す。
【００２１】
図２は、周波数応答特性の波形と移動平均処理後の波形との関係を示す特性図である。ピークデータ収集手段１０４は、周波数応答特性のゼロクロス周波数ｆｚより高周波数側において移動平均処理前の波形が移動平均処理実行後の波形よりも所定の閾値Ｅ以上に上部に突き出ている部分を波形の注目すべきピークとしてＰ１乃至Ｐ４を収集する。
【００２２】
ピークデータ収集手段１０４は、収集したピークデータのうち極大値が大きいものをノッチフィルタに当てるべき共振特性として注目し、これを周波数設定情報としてノッチフィルタ設定手段１０７及び交点検出手段１０５に渡す。
【００２３】
図３は、ピークデータと移動平均レベル及び閾値の関係を示す特性図である。交点検出手段１０５は、注目したピークデータに対して移動平均手段１０２で作成した移動平均処理を実行したレベルＡＶとの交点周波数ｆ１及びｆ２を求め、このデータをＱ値計算手段１０６に渡す。
【００２４】
Ｑ値計算手段１０６は、交点検出手段１０５で求めた交点ｆ１及びｆ２に基づいて、特定の数値だけゲインが落ちるようなＱ値を計算し、Ｑ値設定情報としてノッチフィルタ設定手段１０７に渡す。
【００２５】
ノッチフィルタ設定手段１０７は、ピークデータ収集手段１０４からの周波数設定情報及びＱ値計算手段１０６からのＱ値設定情報を取得し、ノッチフィルタ手段７に当てる周波数ｆ及びＱ値を自動設定する。
【００２６】
図１の実施形態では、ピークデータ収集手段１０４で注目した１個のピークデータに対してノッチフィルタ手段７の周波数及びＱ値を設定する場合を説明したが、複数の共振特性を抑制する必要がある場合には、ノッチフィルタ手段７を複数段に直列挿入すると共に、注目した複数のピークデータに対応して交点検出手段１０５及びＱ値計算手段を、複数ピークデータに対応する構成とし、ノッチフィルタ手段夫々に周波数及びＱ値を設定する構成をとればよい。
【００２７】
図４は、本発明を適用した速度フィードバックループの周波数応答特性図である。この例では、注目すべきピークとしてＰ１，Ｐ２を選択し、この２点についてノッチフィルタ手段７の周波数とＱ値を設定し、共振特性を抑制させたものである。
【００２８】
本発明では、オフラインで速度フィードバックループの周波数応答特性を取得するため、サーボアクチュエータの運用に先立ちあらかじめ共振周波数を把握することができる。したがって、オンライン状態でノッチフィルタ手段の設定を行うよりも、事故の可能性を低くすることができる。また、ノッチフィルタ手段に特定の周波数およびＱ値を設定したときの結果も事前に確認することができる。
【００２９】
以上説明した実施形態では、本発明の適用対象をモータを備えるサーボアクチュエータとして説明したが、本発明は共振特性をもつ機械システムにおいて、ノッチフィルタ手段により共振特性を抑制させる場合に汎用的に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を適用したサーボアクチュエータを用いた位置制御装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】周波数応答特性の波形と移動平均処理後の波形との関係を示す特性図である。
【図３】ピークデータと移動平均レベル及び閾値の関係を示す特性図である。
【図４】本発明を適用した速度フィードバックループの周波数応答特性図である。
【図５】従来構成のサーボアクチュエータを用いた位置制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図６】速度フィードバックループの周波数応答特性図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  モータ
２  ワーク
３  位置検出手段
４  速度生成手段
５  位置制御手段
６  速度制御手段
７  ノッチフィルタ手段
８  ドライバ
９  シミュレーション手段
１００  ノッチフィルタ自動設定部
１０１  データ収集手段
１０２  移動平均手段
１０３  比較手段
１０４  ピークデータ収集手段
１０５  交点検出手段
１０６  Ｑ値計算手段
１０７  ノッチフィルタ設定手段
【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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