CN110651426B - 电动机控制装置和电动机控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电动机控制装置(300)，其反馈控制系统的控制带宽能够变更，所述电动机控制装置用于对电动机或负载的状态量进行反馈控制，所述电动机控制装置(300)具备：滤波器系数能够变更的陷波滤波器(302)，其配置于反馈控制系统内；陷波控制部(304)，其变更陷波滤波器(302)的作为中心频率的陷波频率，使得去除由与电动机相关的机械共振引起的振动成分；以及控制系数设定部(305)，其根据控制带宽和陷波频率来变更控制带宽和陷波滤波器(302)的滤波器系数中的至少一方，使得反馈控制系统稳定化。

Description

电动机控制装置和电动机控制方法

技术领域

本发明涉及一种对电动机、由电动机驱动的机械负载控制其速度、位置等驱动动作的电动机控制装置，特别是涉及一种具备抑制在驱动时等发生的机械共振的功能的电动机控制装置。

背景技术

以往，已知一种能够抑制由机械共振引起的振动的电动机控制装置(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-274976号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在以往的电动机控制装置中，有时机械共振频率与反馈控制系统的控制带宽重叠，导致由于反馈控制系统的不稳定化而发生振荡。

因此，本发明是鉴于所述的问题而完成的，其目的在于提供一种与以往相比能够事先防止由于反馈控制系统的不稳定化而引起的振荡的电动机控制装置和电动机控制方法。

用于解决问题的方案

本发明的一个方式所涉及的电动机控制装置，其反馈控制系统的控制带宽能够变更，所述电动机控制装置用于对电动机或负载的状态量进行反馈控制，所述电动机控制装置的特征在于，具备：滤波器系数能够变更的陷波滤波器，其配置于所述反馈控制系统内；陷波控制部，其变更所述陷波滤波器的作为中心频率的陷波频率，使得去除由与所述电动机相关的机械共振引起的振动成分；以及控制系数设定部，其根据所述控制带宽和所述陷波频率来变更所述控制带宽和所述陷波滤波器的滤波器系数中的至少一个，使得所述反馈控制系统稳定化。

本发明的一个方式所涉及的电动机控制方法，是由反馈控制系统的控制带宽能够变更的电动机控制装置进行的、对电动机或负载的状态量进行反馈控制的方法，所述电动机控制方法的特征在于，包括：陷波控制步骤，变更配置于所述反馈控制系统内且滤波器系数能够变更的陷波滤波器的作为中心频率的陷波频率，使得去除由与所述电动机相关的机械共振引起的振动成分；以及控制系数设定步骤，根据所述控制带宽和所述陷波频率来变更所述控制带宽和所述陷波滤波器的滤波器系数中的至少一个，使得所述反馈控制系统稳定化。

发明的效果

根据所述电动机控制装置和电动机控制方法，与以往相比能够事先防止由于反馈控制系统的不稳定化引起的振荡。

附图说明

图1是表示实施方式1中的电动机控制装置的结构的一例的框图。

图2是表示陷波滤波器的频率特性的一例的图。

图3是表示实施方式1中的陷波控制部的结构的一例的框图。

图4是表示实施方式1中的反馈控制部的结构的一例的图。

图5是表示实施方式1中的针对速度指令的电动机速度的频率特性的一例的图。

图6是表示实施方式2中的电动机控制装置的结构的一例的框图。

具体实施方式

(获得本发明的一个方式的原委)

一般来说，电动机控制装置在内部构成有用于使电动机动作与动作指令一致的反馈控制系统。已知在电动机控制装置的反馈控制系统内具备用于使特定的频率成分衰减的陷波滤波器、以在电动机与机械负载之间具有机械共振的情况下防止机械共振振动的发生的方法。如果机械共振频率与由陷波滤波器衰减的频率即陷波频率一致，则机械共振振动成分被陷波滤波器所衰减，从而能够抑制机械共振振动。但是，当由于机械设备的长时间运转而导致机械共振频率发生变化时，陷波频率与机械共振频率之间产生偏移，变得不能抑制机械共振振动。为了即使机械共振频率变化大时也抑制机械共振振动，需要使陷波频率始终与机械共振频率一致。

以往，作为这种电动机控制装置，有专利文献1所记载的技术。该技术如下：在电动机的动作过程中发生机械共振振动的情况下，从电动机的速度信息提取机械共振振动成分并依次变更陷波频率，使得提取出的振动成分的振幅减小，由此自动地调整为陷波频率与机械共振频率始终一致。

发明人针对上述以往的电动机控制装置发现了产生以下问题。

为了抑制机械共振振动而使用的陷波滤波器具有在陷波频率以下的频带使相位延迟的效果。当陷波频率与反馈控制系统的控制带宽重叠时，陷波滤波器使反馈控制系统不稳定，由此导致振荡。因此，在使用陷波滤波器的情况下，需要针对陷波频率来降低反馈控制系统的控制带宽，使得陷波频率与反馈控制系统的控制带宽不重叠。然而，在以往的电动机控制装置中，只考虑了使陷波频率与机械共振频率始终一致，因此在由于由机械设备的长时间运转而引起的机构构件的劣化等、而导致机械共振频率下降到与反馈控制系统的控制带宽重叠的程度的情况下，陷波频率也下降到与反馈控制系统的控制带宽重叠的程度，从而伴随着由于反馈控制系统的不稳定化而引起的振荡，可能发生动作异常。当发生动作异常时，将会更换劣化的机构构件，以修复机械设备，但是与定期的设备保全的机会不同，因此准备更换构件、更换作业等需要时间，到设备的重新开动为止需要大量的时间。因此，在机械设备中，期望事先防止振荡等动作异常。

发明人鉴于上述问题，获得了本发明的一个方式所涉及的电动机控制装置和电动机控制方法。

本发明的一个方式所涉及的电动机控制装置，其反馈控制系统的控制带宽能够变更，用于对电动机或负载的状态量进行反馈控制，所述电动机控制装置的特征在于，具备：滤波器系数能够变更的陷波滤波器，其配置于所述反馈控制系统内；陷波控制部，其变更所述陷波滤波器的作为中心频率的陷波频率，使得去除由与所述电动机相关的机械共振引起的振动成分；以及控制系数设定部，其根据所述控制带宽和所述陷波频率来变更所述控制带宽和所述陷波滤波器的滤波器系数中的至少一个，使得所述反馈控制系统稳定化。

所述电动机控制装置变更控制带宽和陷波滤波器的滤波器系数中的至少一个，使得反馈控制系统稳定化。

因而，根据该电动机控制装置，与以往相比，能够事先防止由于反馈控制系统的不稳定化而引起的振荡。

例如，也可以设为：所述控制系数设定部只在所述陷波频率低于规定的基准值的情况下变更所述控制带宽和所述陷波频率中的至少一方，使得所述反馈控制系统稳定化。

由此，通过将规定的基准值设为远高于反馈控制系统的控制带宽的频率值，能够将控制带宽和陷波滤波器的滤波器系数中的至少一方的变更限定于机械共振的频率下降到与控制带宽重叠的程度的情况。

例如，也可以设为：所述陷波控制部只在预先决定的陷波频率的范围内变更所述陷波频率。

由此，能够事先防止陷波频率成为不优选的频带。

例如，也可以设为：所述预先决定的陷波频率的范围被决定为所述陷波频率不会与所述反馈控制系统的控制带宽重叠。

由此，能够事先防止由陷波频率的变更导致的、由于反馈控制系统的不稳定化而引起的振荡。

例如，也可以设为：反馈控制系统的控制带宽能够变更、用于对电动机或负载的状态量进行反馈控制的电动机控制装置具备：滤波器系数能够变更的第一陷波滤波器及第二陷波滤波器，所述第一陷波滤波器及第二陷波滤波器串联地配置于所述反馈控制系统内；第一陷波控制部，其变更所述第一陷波滤波器的作为中心频率的第一陷波频率，使得去除由与所述电动机相关的机械共振引起的振动成分；第二陷波控制部，其变更所述第二陷波滤波器的作为中心频率的第二陷波频率，使得去除由与所述电动机相关的机械共振引起的振动成分；以及控制系数设定部，其根据所述控制带宽、所述第一陷波频率以及所述第二陷波频率来变更所述控制带宽、所述第一陷波滤波器的滤波器系数以及所述第二陷波滤波器的滤波器系数中的至少一个，使得所述反馈控制系统稳定化。

由此，即使是有2个机械共振的频率的情况，也能够事先防止由于反馈控制系统的不稳定化而引起的振荡。

另外，本发明的一个方式所涉及的电动机控制方法，是由反馈控制系统的控制带宽能够变更的电动机控制装置进行的、对电动机或负载的状态量进行反馈控制的方法，该电动机控制方法的特征在于，包括：陷波控制步骤，变更配置于所述反馈控制系统内且滤波器系数能够变更的陷波滤波器的作为中心频率的陷波频率，使得去除由与所述电动机相关的机械共振引起的振动成分；以及控制系数设定步骤，根据所述控制带宽和所述陷波频率来变更所述控制带宽和所述陷波滤波器的滤波器系数中的至少一个，使得所述反馈控制系统稳定化。

在所述电动机控制方法中，变更控制带宽和陷波滤波器的滤波器系数中的至少一个，使得反馈控制系统稳定化。

因而，根据该电动机控制方法，与以往相比，能够事先防止由于反馈控制系统的不稳定化而引起的振荡。

此外，这些总括性或具体的方式可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序或计算机可读取的CD-ROM等记录介质来实现，还可以通过系统、方法、集成电路、计算机程序或记录介质的任意的组合来实现。

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。此外，本发明不受下面说明的实施方式限定。下面说明的实施方式均表示本发明的优选的一个具体例。在下面的实施方式中示出的数值、形状、材料、结构要素、结构要素的配置位置及连接方式、步骤、步骤的顺序等是一例，主旨不是限定本发明。本发明只通过权利要求书来限定。因此，下面的实施方式中的结构要素中的、没有记载于表示本发明的最上位概念的独立权利要求的结构要素，对于实现本发明的课题未必是必需的，作为构成更优选的方式进行说明。

(实施方式1)

图1是表示第一实施方式中的电动机控制装置的结构的一例的框图。该电动机控制装置300是反馈控制系统的控制带宽能够变更的、用于对电动机100的状态量进行反馈控制的电动机控制装置。

如图1所示，电动机控制装置300与电动机100及速度检测器200连接，被输入表示成为驱动对象的机械负载102或电动机100的期望动作的速度指令Vs。电动机100经由接合部101连接了作为机械设备的驱动部的机械负载102。另外，速度检测器200检测电动机100的转速，并作为电动机速度Vm输出到电动机控制装置300。

电动机控制装置300在内部具有反馈控制部301、陷波滤波器302、转矩控制部303、陷波控制部304以及控制系数设定部305。

反馈控制部301被输入电动机速度Vm和速度指令Vs，并输出使两者之差为0这样的转矩指令τM1。例如，计算速度指令Vs与电动机速度Vm的差分值，将对计算出的差分值进行比例积分而得到的值乘以表示反馈控制系统的控制带宽的能够变更的控制系数，来作为转矩指令τM1输出。

陷波滤波器302是滤波器系数能够变更的、配置于反馈控制系统内的滤波器。即，该陷波滤波器302是对输入信号的以特定的频率为中心的频率的信号成分赋予衰减并输出的滤波器，将赋予衰减的中心频率称为陷波频率。被输入转矩指令τM1来作为输入信号，对转矩指令τM1中的以陷波频率为中心的频率的信号成分赋予衰减，并作为新的转矩指令τM2进行输出。

而且，转矩控制部303例如控制流向电动机100的电流等，使得电动机的转矩与转矩指令τM2一致。

这样，电动机控制装置300在内部构成反馈控制系统，使得速度指令Vs与电动机速度Vm一致。

另外，电动机控制装置300在内部具有：陷波控制部304，在电动机速度出现振动的情况下，陷波控制部304依次变更陷波滤波器302的陷波频率使得自动地与振动频率一致；以及控制系数设定部305，在陷波频率下降到反馈控制系统的控制带宽的情况下，控制系数设定部305自动地变更反馈控制部301的控制系数使得反馈控制系统始终稳定。

陷波控制部304变更陷波滤波器302的作为中心频率的陷波频率，使得去除由与电动机100相关的机械共振引起的振动成分。即，该陷波控制部304被输入电动机速度Vm，在电动机速度Vm出现机械共振振动的情况下，该陷波控制部304自动地依次变更陷波滤波器302的陷波频率，使得振动的振幅减小。由此，陷波滤波器302的陷波频率被变更为始终与机械共振频率一致，从而能够抑制机械共振振动。

控制系数设定部305根据控制带宽和陷波频率来变更控制带宽，使得反馈控制系统稳定化。更具体地说，控制系数设定部305被输入由陷波控制部304控制为与机械共振频率一致的陷波频率ωn和表示反馈控制部301的控制系数的当前的设定值的控制系数信号Sn。控制系数设定部305基于所输入的信息通过陷波频率与反馈控制系统的控制带宽重叠来判定反馈控制系统是否不稳定化，在判定为不稳定化的情况下，向反馈控制部301输出表示降低反馈控制系统的控制带宽的控制系数设定信号Cn。反馈控制部301根据所输入的控制系数设定信号Cn来变更内部的控制系数，使得降低反馈控制系统的控制带宽。由此，在陷波频率下降到与反馈控制系统的控制带宽重叠的程度的情况下，变更反馈控制系统的控制系数使得反馈控制系统稳定化，由此能够事先防止由于反馈控制系统的不稳定化而引起的振荡。

接着，说明滤波器系数能够变更的、配置于电动机控制装置300的反馈控制系统内的陷波滤波器302的详细情况。陷波滤波器302例如是具有下面的(式1)所示的传递函数Gn1(s)的二阶递归型陷波滤波器。

[数式1]

在(式1)中，ωn1是陷波滤波器302的陷波频率系数，ζn1是表示赋予衰减的频带的宽度的衰减系数，dn1是表示赋予衰减的程度的陷波深度系数。陷波深度系数dn1为0≤dn1≤1，在dn1＝1的情况下，陷波滤波器302的陷波频率ωn1处的增益特性为0[dB]，在dn1＝0的情况下，陷波滤波器302的陷波频率ωn1处的增益特性为-∞[dB]。

作为表示陷波滤波器302的特性的例子，在图2中示出dn1＝0的情况下的传递函数Gn1(s)的频率特性。根据图2可知，陷波滤波器302具有使陷波频率ωn1的成分衰减的特性，其增益特性为-∞。在输入信号包含振动成分的情况下，当输入信号的振动频率与陷波频率ωn1不同时不使输入信号的振幅衰减，当一致时使振幅衰减。

陷波滤波器302的陷波频率ωn1能够变更，在发生机械共振振动时，由陷波控制部304变更陷波频率ωn1使其与机械共振频率一致，由此使转矩指令τM1中的机械共振频率成分衰减，从而能够抑制机械共振振动。

图3是表示陷波控制部304的结构的一例的图。陷波控制部304具备振动提取滤波器3041、检测用陷波滤波器3042以及陷波频率变更部3043。在发生机械共振振动时，陷波控制部304依次变更陷波滤波器302的陷波频率ωn1使得振动的振幅减小，由此将陷波频率ωn1变更为与机械共振频率一致。

振动提取滤波器3041是从输入信号提取规定的频带的成分并输出的滤波器，从电动机速度Vm提取机械共振振动成分并作为振动成分Vb1输出。振动提取滤波器3041能够像这样提取振动成分即可，因此可以是使规定的频率以上的信号成分通过的高通滤波器，也可以是使规定的频带内的信号成分通过的带通滤波器。

从振动提取滤波器3041输出的振动成分Vb1被输入到检测用陷波滤波器3042和陷波频率变更部3043。

检测用陷波滤波器3042使振动成分Vb1的以作为中心频率的陷波频率为中心的频率成分衰减，并作为新的振动成分Vb2输出。

在本实施方式中，作为检测用陷波滤波器3042的特性，赋予衰减的频带的宽度预先被赋予规定的值，陷波频率处的增益特性为-∞[dB]。例如设为具有下面的(式2)所示的传递函数Gn2(s)的二阶递归型陷波滤波器。

[数式2]

在此，ωn2是与检测用陷波滤波器3042的陷波频率对应的陷波频率系数，ζn2是衰减系数。检测用陷波滤波器3042的频率特性与陷波滤波器302中设为dn1＝0的情况同样，具有与图2所示的特性同样的特性。也就是说，具有使陷波频率ωn2的成分衰减的特性。

陷波频率变更部3043被输入振动成分Vb1和作为振动成分Vb1通过检测用陷波滤波器3042后的输出的振动成分Vb2。而且，生成与电动机速度Vm中包含的振动的频率一致的陷波频率ωn。陷波频率ωn被提供到陷波滤波器302和检测用陷波滤波器3042，陷波滤波器302和检测用陷波滤波器3042的作为陷波频率的ωn1和ωn2被变更为ωn。

在此，在检测用陷波滤波器3042中，在作为输入的振动成分Vb1中包含的振动成分的频率与陷波频率ωn2相差大的情况下，振动成分Vb1的振幅不被衰减。另一方面，在一致的情况下，振动成分Vb1的振幅被衰减。因此，振动成分Vb2的振幅随着振动成分Vb1的振动频率从陷波频率ωn2偏离而变大。即，可以说振动成分Vb2的振幅表示振动成分Vb1的振动频率与陷波频率ωn2之间的偏离程度。

陷波频率变更部3043基于振动成分Vb1和振动成分Vb2的振幅依次变更陷波频率ωn，直到振动成分Vb2的振幅成为规定值以下或0为止，从而控制检测用陷波滤波器3042的陷波中心频率ωn2。这种陷波滤波器的控制能够通过组合检测用陷波滤波器3042和例如专利文献1中记载的方向滤波器、陷波滤波器系数校正单元来实现。

这样，陷波频率ωn被控制为与振动成分Vb1中包含的振动成分的频率一致。而且，检测用陷波滤波器3042的陷波频率ωn2和陷波滤波器302的陷波频率ωn1均被变更为与陷波频率ωn一致。也就是说，陷波频率ωn1和ωn2被控制为成为振动成分Vb1中包含的振动成分的频率。

如上所述，在电动机速度Vm包含机械共振振动成分的情况下，陷波控制部304自动地依次变更陷波滤波器302的陷波频率ωn1使其与机械共振振动成分的频率一致，因此在本实施方式的电动机控制装置中，始终自动地抑制机械共振。

在此，当再一次关注表示陷波滤波器302的频率特性的一例的图2时，如上所述，陷波滤波器302的增益特性表示具有使陷波频率ωn1的成分衰减的特性，另一方面，陷波滤波器302的相位特性为-90°～90°的值。在陷波频率以下为负值，具有使输入信号的相位延迟的效果。陷波滤波器302配置于电动机控制装置300的反馈控制系统的内部，在陷波频率以下，由于陷波滤波器302的相位延迟效果导致反馈控制系统的相位延迟。因此，在陷波频率与反馈控制系统的控制带宽重叠的情况下，陷波滤波器302自身使反馈控制系统不稳定，有时导致动作振动、以至于振荡。为了在使用陷波滤波器302的同时事先防止由于反馈控制系统的不稳定化引起的振荡，需要针对陷波频率降低反馈控制系统的控制带宽，使得陷波频率与反馈控制系统的控制带宽不重叠。

然而，由于由陷波控制部304将陷波滤波器302的陷波频率自动地调整为与机械共振频率始终一致，因此在机械共振频率下降到与反馈控制系统的控制带宽重叠的程度的情况下，陷波频率也下降到与反馈控制系统的控制带宽重叠的程度。

控制系数设定部305被输入表示反馈控制部301的当前的控制系数的控制系数信号Sn和由陷波控制部304自动地调整为与机械共振频率一致的陷波频率ωn。而且，基于所输入的信息通过陷波频率与反馈控制系统的控制带宽重叠来判定反馈控制系统是否变得不稳定。在判定为反馈控制系统不稳定的情况下，向反馈控制部301输出控制系数设定信号Cn，使得降低反馈控制系统的控制带宽，该控制系数设定信号Cn为表示变更反馈控制部301的控制系数的意思的信号。反馈控制部301根据所输入的控制系数设定信号Cn来变更内部的控制系数，使得降低反馈控制系统的控制带宽。由此，即使是陷波频率下降到与反馈控制带宽重叠的程度的情况，也变更反馈控制系统的控制系数使得反馈控制系统稳定化，从而能够事先防止由于反馈控制系统的不稳定化引起的振荡。

为了说明由控制系数设定部305进行的反馈控制部301的控制参数的变更方法，首先说明反馈控制部301的结构的详细情况。

图4示出反馈控制部301的结构的一例。反馈控制部301在内部具有减法器3011、比例控制器3012、积分器3013、积分控制器3014、加法器3015以及控制系数更新部3016。减法器3011被输入速度指令Vs和电动机速度Vm，从速度指令Vs减去电动机速度Vm，并作为速度偏差Verr输出。比例控制器3012将速度偏差Verr乘以作为权重系数的速度比例增益来输出比例控制输出τvp。另外，积分器3013也被输入速度偏差Verr，并输出作为速度偏差Verr的积分值的速度偏差积分值Vserr。积分控制器3014被输入速度偏差积分值Vserr，乘以作为权重系数的速度积分增益来输出积分控制输出τvi。而且，加法器3015被输入比例控制输出τvp和积分控制输出τvi，并将两者的相加值作为转矩指令τM1输出。控制系数更新部3016根据从控制系数设定部305输入的控制系数设定信号Cn来更新反馈控制部301利用的控制系数。像这样，反馈控制部301在内部具有比例积分控制系统，使得速度指令Vs与电动机速度Vm一致。而且，根据速度比例增益和速度积分增益的值来决定在电动机控制装置300的内部构成的反馈控制系统的控制带宽。也就是说，速度比例增益和速度积分增益是与反馈控制系统的控制带宽有关的控制系数。反馈控制部301的控制系数更新部3016将当前的控制系数作为控制系数信号Sn输出到控制系数设定部305，使得能够由控制系数设定部305来判别反馈控制系统的控制带宽。

控制系数设定部305被输入控制系数信号Sn和陷波频率ωn，并基于所输入的信息来判定在电动机控制装置300内部构成的反馈控制系统是否稳定。而且，在判定为反馈控制系统不稳定的情况下，输出表示变更反馈控制部301的控制系数的控制系数设定信号Cn，使得降低反馈控制系统的控制带宽，直到能够判定为反馈控制系统稳定的程度为止。

接着，叙述由控制系数设定部305进行的反馈控制部301的控制系数的变更方法的详细情况。首先，说明反馈控制系统的控制带宽的详细情况。

图5示出不使用陷波滤波器302的情况下的、针对速度指令的电动机速度的频率特性的一例。上段表示增益特性，下段表示相位特性。当关注图5的增益特性图时，在图内w1的频率值处示出0dB的值。这表示，在速度指令的变化为频率w1的情况下由反馈控制部301控制为电动机速度的大小与速度指令的大小一致。另一方面，在图内w2的频率值处示出-10dB的值。这表示，在速度指令的变化为频率w2的情况下电动机速度的大小为速度指令的大小的-10dB≈0.32倍，电动机速度的大小与速度指令的大小不一致。也就是说，在反馈控制系统的增益特性图上，在表示接近0dB的值的带宽，由反馈控制部301动作控制为电动机速度与速度指令一致，该带宽为反馈控制系统的控制带宽。

一般来说，作为表示反馈控制系统的控制带宽的指标，使用输出相对于输入的频率特性的增益特性最小为-3dB≈0.71倍的频率值(在图5内与wc相当)，将该频率值称为反馈控制系统的截止频率。控制系数设定部305根据所输入的控制系数信号Sn来计算反馈控制系统的截止频率，并根据计算出的截止频率和陷波频率的值来判定反馈控制系统是否变得不稳定。

在控制系数设定部305预先设定反馈控制系统的截止频率与陷波频率的比率的上限值。如果反馈控制系统的截止频率与陷波频率的比率为规定值以下，则控制系数设定部305判定为反馈控制系统稳定。而且，在由于机械共振频率的下降而导致陷波频率下降到与反馈控制系统的控制带宽重叠的程度、反馈控制系统的截止频率与陷波频率的比率超过上限值的情况下，判定为反馈控制系统不稳定，计算出反馈控制系统的截止频率与陷波频率的比率为预先设定的上限值以下这样的控制系数。控制系数设定部305输出表示将反馈控制部301的控制系数变更为计算出的值的控制系数设定信号Cn。而且，在反馈控制部301中，其控制系数被变更为所输入的控制系数设定信号Cn所表示的值。

这样，即使是陷波频率下降到与反馈控制系统的控制带宽重叠的程度的情况，反馈控制部301的控制系数也由控制系数设定部305变更为被判定为反馈控制系统稳定的值，因此在电动机控制装置300内部构成的反馈控制系统始终稳定，不会发生由于反馈控制系统的不稳定化而引起的振荡。

如上所述，在机械共振频率下降到与反馈控制系统的控制带宽重叠的程度的情况下，本实施方式的电动机控制装置300能够通过降低反馈控制系统的控制带宽来事先防止由于反馈控制系统的不稳定而引起的振荡。

另外，在本实施方式中，设为控制系数设定部305根据控制带宽和陷波频率来变更控制带宽、使得反馈控制系统稳定化的结构进行了说明，也可以设为控制系数设定部305根据控制带宽和陷波频率来变更控制带宽和陷波滤波器302的滤波器系数中的至少一个、使得反馈控制系统稳定化的结构。例如也可以设为如下结构：在陷波频率与反馈控制系统的控制带宽的比率为规定值以上的情况下，变更为降低控制带宽，并且增大陷波滤波器302的作为滤波器系数之一的陷波深度系数。通过采取这种结构，在机械共振频率下降到与反馈控制系统的控制带宽重叠的程度的情况下，能够降低由陷波滤波器302带来的相位的延迟程度，不使反馈控制系统的控制带宽大幅下降就能够事先防止由于反馈控制系统的不稳定化而引起的振荡。

另外，在本实施方式中，设为将反馈控制部301的内部设为比例积分控制器的结构进行了说明，也可以设为如下结构：为了抑制低频带的机械共振振动而使用陷波滤波器302，并且在比例积分控制器的后级串联地连接用于抑制由速度检测器200的分辨率粗糙度(日语：分解能粗さ)等引起的高次谐波噪声、高频带的机械共振振动的低通滤波器。而且，也可以设为低通滤波器的截止频带也能够根据控制系数设定部305所输出的控制系数设定信号来变更的结构。具体地说，也可以设为降低反馈控制系统的控制带宽、并且提高低通滤波器的截止频带的结构。低通滤波器与陷波滤波器同样，具有使截止频率以下的相位延迟的效果。因此，越是提高低通滤波器的截止频率，反馈控制系统的相位延迟越小，反馈控制系统越稳定化。通过采取降低反馈控制系统的控制带宽并且提高低通滤波器的截止频带的结构，能够在保持高频带的机械共振振动的抑制程度的同时、不使反馈控制系统的控制带宽大幅下降就能够事先防止由于反馈控制系统的不稳定化而引起的振荡。

另外，在本实施方式中，设为配置于反馈控制系统内的陷波滤波器302的陷波频率被控制为始终为电动机速度中包含的振动的频率的结构，但是也可以设为如下结构：只对配置于反馈控制系统内的陷波滤波器302的陷波频率以上下限值进行限制，事先防止反馈控制系统的控制带宽与配置于反馈控制系统内的陷波滤波器302的陷波频率重叠。即，也可以设为如下结构：陷波控制部304只在预先决定的陷波频率的范围内变更陷波滤波器302的陷波频率。

在本实施方式中，设为根据被输入电动机速度Vm的、由低通滤波器或带通滤波器构成的振动提取滤波器3041的输出来判断有无振动的结构，但是存在如下情况：例如当机械负载102被施加暂时的干扰时，陷波控制部304对该干扰作出反应来变更陷波频率，导致陷波滤波器302的陷波频率暂时地变化为与机械共振频率相差较大的值。当陷波频率暂时地变化时，由于控制系数设定部305的作用，反馈控制部301的控制带宽降低，电动机或机械负载的动作从期望动作极端地变化。通过采取这种结构，即使是对机械负载施加了暂时的干扰的情况，也能够事先防止由于陷波频率和反馈控制系统的控制带宽的不恰当的下降引起的电动机或机械负载的动作从期望动作的极端的变化。

另外，在本实施方式中，设为速度检测器200检测电动机速度的结构，也可以设为速度检测器200检测机械负载102的速度并输出到反馈控制部301的结构。

通过采取这种结构，电动机控制装置300控制电动机的动作使得速度指令Vs与机械负载的速度一致，因此速度指令与机械负载速度的差异更小。

(实施方式2)

图6是表示基于实施方式2的电动机控制装置的结构的一例的图。在图6中，对于进行与表示上述的实施方式1的结构的图1相同的功能/动作的部分，省略其动作说明。在该电动机控制装置500中，相对于图1所示的结构，陷波滤波器和陷波控制部分别从1个增加到2个。

电动机控制装置500在反馈控制部301的后级串联地连接有陷波频率ωn1a的第一陷波滤波器502a和陷波频率ωn1b的第二陷波滤波器502b，使得即使是存在2个机械共振的情况也能够共同地降低由2个机械共振引起的振动。

第一陷波滤波器502a及第二陷波滤波器502b与实施方式1中的陷波滤波器302同样。

陷波频率ωn1a和陷波频率ωn1b分别被设定不同的值，使得与2个机械共振频率的任一个对应。而且，为了变更各陷波滤波器的陷波频率，分别具备与第一陷波滤波器502a对应的第一陷波控制部504a以及与第二陷波滤波器502b对应的第二陷波控制部504b。

第一陷波控制部504a及第二陷波控制部504b与实施方式1中的陷波控制部304同样。更具体地说，第一陷波控制部504a变更第一陷波滤波器502a的作为中心频率的第一陷波频率，使得去除由与电动机100相关的机械共振引起的振动成分。而且，第二陷波控制部504b变更第二陷波滤波器502b的作为中心频率的第二陷波频率，使得去除由与电动机100相关的机械共振引起的振动成分。即，在2个机械共振频率分别发生变化的情况下，第一陷波控制部504a和第二陷波控制部504b针对与各个机械共振频率的变化相应地发生的振动、将所对应的陷波滤波器的陷波频率变更为与所发生的振动成分的频率一致，并且将变更后的陷波频率分别作为ωna和ωnb来输出到控制系数设定部505。

为了使2个陷波滤波器分别探测不同的机械共振频率的变化，例如将存在于各陷波控制部的内部的振动提取滤波器的通过带宽设为以2个不同的机械共振频率为中心且分别不重叠的带宽即可。由此，2个陷波控制部能够各自不受另一方的机械共振频率的变化的影响地、控制为使由于对应的机械共振频率的变化而发生的振动的频率与对应的陷波滤波器的陷波频率一致。

控制系数设定部505根据反馈控制系统的控制带宽、第一陷波频率以及第二陷波频率来变更控制带宽、第一陷波滤波器502a的滤波器系数以及第二陷波滤波器502b的滤波器系数中的至少一个，使得反馈控制系统稳定化。更具体地说，控制系数设定部305被输入表示反馈控制部301的控制系数的控制系数信号Sn和2个陷波频率ωna及ωnb，控制系数设定部30基于所输入的信息来判定在电动机控制装置500内部构成的反馈控制系统是否不稳定。而且，在判定为反馈控制系统不稳定的情况下输出控制系数设定信号Cn，该控制系数设定信号Cn为表示变更反馈控制部301的控制系数的意思的信号，使得降低反馈控制系统的控制带宽直到能够判定为反馈控制系统稳定的程度为止。

接着，叙述由控制系数设定部505进行的反馈控制部301的控制系数的变更方法的详细情况。预先针对控制系数设定部505设定表示反馈控制系统的控制带宽的截止频率与陷波频率的比率的上限值。控制系数设定部505根据控制系数信号Sn来计算表示反馈控制系统的控制带宽的截止频率，如果反馈控制系统的截止频率与陷波频率ωna和ωnb中的更小的陷波频率的比率为共同设定的上限值以下，则判定为反馈控制系统稳定。而且，在反馈控制系统的截止频率与陷波频率ωna和ωnb中的更小的陷波频率的比率超过上限值的情况下，判定为反馈控制系统不稳定，计算反馈控制系统的截止频率与更小的陷波频率的比率为预先设定的上限值以下这样的控制系数。控制系数设定部505输出表示将反馈控制部301的控制系数变更为计算出的值的控制系数设定信号Cn。而且，在反馈控制部301中，控制系数被变更为所输入的控制系数设定信号Cn所表示的值。

这样，在2个陷波滤波器中的更小的陷波频率下降到与反馈控制系统的控制带宽重叠的程度的情况下，由控制系数设定部505将反馈控制部301的控制系数变更为被判定为反馈控制系统稳定的值，因此在电动机控制装置500内部构成的反馈控制系统始终稳定，不会发生由于反馈控制系统的不稳定化而引起的振荡。

控制系数设定部505通过像这样采取变更反馈控制部301的控制系数的结构，即使是存在2个机械共振的情况，在至少任一方的机械共振频率下降到与反馈控制系统的控制带宽重叠的程度的情况下，基于2个陷波滤波器中的、使反馈控制系统的相位特性进一步降低的陷波滤波器的陷波频率，来降低反馈控制系统的控制带宽，由此也能够事先防止由于反馈控制系统的不稳定化而引起的振荡。

如上所述，在本实施方式的电动机控制装置500中，即使是存在2个机械共振的情况，在至少任一方的机械共振频率下降到与反馈控制系统的控制带宽重叠的程度的情况下，也能够通过降低反馈控制系统的控制带宽来事先防止由于反馈控制系统的不稳定化而引起的振荡。

另外，在本实施方式中，设为有2个陷波滤波器和陷波控制部的结构，但是也可以有3个以上。在该情况下，各陷波滤波器和陷波控制部进行与本实施方式同样的动作即可。通过采取这种结构，即使是存在3个以上的机械共振的情况，在针对各机械共振频率的变化，至少一个机械共振频率下降到与反馈控制系统的控制带宽重叠的程度的情况下，也能够通过降低反馈控制系统的控制带宽来事先防止由于反馈控制系统的不稳定化而引起的振荡。

另外，在本实施方式1和本实施方式2中，设为电动机控制装置具有进行反馈控制使得电动机速度追随速度指令的反馈控制部的结构，也可以是如下结构：除了反馈控制部以外还具有前馈控制部，该前馈控制部基于速度指令来计算使电动机速度与速度指令一致这样的转矩指令。

另外，在本实施方式1和本实施方式2中，设为电动机控制装置控制电动机速度的结构，也可以是控制电动机位置的结构。

产业上的可利用性

本发明能够广泛地利用于对机械共振频率发生变化的机械设备进行驱动的电动机的控制装置。

附图标记说明

100：电动机；200：速度检测器；300、500：电动机控制装置；301：反馈控制部；302：陷波滤波器；303：转矩控制部；304：陷波控制部；305、505：控制系数设定部；502a：第一陷波滤波器；502b：第二陷波滤波器；504a：第一陷波控制部；504b：第二陷波控制部；3011：减法器；3012：比例控制器；3013：积分器；3014：积分控制器；3015：加法器；3016：控制系数更新部；3041：振动提取滤波器；3042：检测用陷波滤波器；3043：陷波频率变更部。

Claims (9)

1.一种电动机控制装置，其包括对电动机或负载的状态量进行检测的检测器以及基于所述检测器的输出进行反馈控制的反馈控制系统，所述反馈控制系统的控制带宽能够变更，所述电动机控制装置具备：

作为中心频率的第一陷波频率能够变更的第一陷波滤波器，其配置于所述反馈控制系统内；

第一陷波控制部，其变更所述第一陷波频率，使得去除由与所述电动机相关的机械共振引起的振动成分；以及

控制系数设定部，其变更所述控制带宽，

其中，所述反馈控制系统包括反馈控制部，该反馈控制部基于速度指令、所述检测器的输出以及所述控制系数设定部设定的所述控制带宽，生成转矩指令，并将该转矩指令提供给所述第一陷波滤波器，

所述控制系数设定部在基于所述第一陷波控制部设定的所述第一陷波频率以及所述反馈控制部的控制系数的当前的设定值判定为所述第一陷波频率与所述控制带宽的比率为规定值以上或者所述第一陷波频率与所述控制带宽重叠时，降低所述反馈控制系统的控制带宽，使得所述反馈控制系统稳定化。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述控制系数设定部只在所述第一陷波频率低于规定的基准值的情况下变更所述控制带宽和所述第一陷波频率中的至少一方，使得所述反馈控制系统稳定化。

3.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述第一陷波控制部只在预先决定的第一陷波频率的范围内变更所述第一陷波频率。

4.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述预先决定的第一陷波频率的范围被决定为所述第一陷波频率不会与所述反馈控制系统的控制带宽重叠。

5.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，具备：

第二滤波器系数以及作为中心频率的第二陷波频率能够变更的第二陷波滤波器，其与所述第一陷波滤波器串联地配置于所述反馈控制系统内；以及

第二陷波控制部，其变更所述第二陷波滤波器的作为中心频率的第二陷波频率，使得去除由与所述电动机相关的机械共振引起的振动成分，

其中，所述控制系数设定部根据所述控制带宽、所述第一陷波频率以及所述第二陷波频率来变更所述控制带宽、所述第一陷波滤波器的滤波器系数以及所述第二陷波滤波器的滤波器系数中的至少一个，使得所述反馈控制系统稳定化。

6.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

在所述第一陷波频率与所述控制带宽的比率为规定值以上或者所述第一陷波频率与所述控制带宽重叠的情况下，所述控制系数设定部判定为所述反馈控制系统不稳定。

7.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述第一陷波滤波器的第一陷波系数能够变更，

所述控制系数设定部在判定为所述第一陷波频率与所述控制带宽的比率为规定值以上或者所述第一陷波频率与所述控制带宽重叠时，变更所述第一陷波系数。

8.根据权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述第一陷波系数为陷波深度系数，

所述控制系数设定部在判定为所述第一陷波频率与所述控制带宽的比率为规定值以上或者所述第一陷波频率与所述控制带宽重叠时，增大所述陷波深度系数。

9.一种电动机控制装置的控制方法，是在反馈控制系统的控制带宽能够变更的根据权利要求1所述的电动机控制装置中对电动机或负载的状态量进行反馈控制的方法，该电动机控制装置的控制方法包括：

陷波控制步骤，变更配置于所述反馈控制系统内且滤波器系数能够变更的陷波滤波器的作为中心频率的陷波频率，使得去除由与所述电动机相关的机械共振引起的振动成分；以及

控制系数设定步骤，根据所述控制带宽和所述陷波频率来变更所述控制带宽和所述陷波滤波器的滤波器系数中的至少一个，使得所述反馈控制系统稳定化。

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