CN111052595A - 伺服驱动器及状态变化检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种技术，能够不取决于共振频率的变化方向而在发生机械共振之前向用户通知机械系统的状态发生了变化。伺服驱动器具备：伺服控制单元，其根据按时序输入的指令而控制伺服电动机；计算单元，其在伺服控制单元进行按照以伺服电动机的驱动本身为目的的指令的、如该指令所述的控制的期间，按时序收集用于伺服控制单元的频率响应的计算的输入数据以及输出数据，并基于所收集的数据，计算伺服控制单元的、包含共振峰值的频率范围的频率响应；确定单元，其根据计算出的频率响应来确定共振峰值的增益；以及信息输出单元，将确定出的所述增益与低于0dB的阈值进行比较，并在增益为阈值以上的情况下，输出用于向用户通知伺服电动机等的机械系统的状态发生了变化的信息。

Description

伺服驱动器及状态变化检测方法

技术领域

本发明涉及伺服驱动器及状态变化检测方法。

背景技术

在控制伺服电动机的一般伺服驱动器中，为了抑制机械共振，搭载有陷波滤波器。该滤波器的中心频率优选与共振频率一致，但共振频率随着机械的经年变化而变化。因此，提案如下：通过基于对本来的速度指令加上正弦波干扰值的速度指令来控制伺服电动机，从而计算频率响应，检测共振频率，且基于检测出的共振频率调整陷波滤波器，同时，在检测出的共振频率低于基准共振频率的情况下，向用户通知检查机械的必要性(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2016－34224号公报

发明内容

发明所要解决的问题

根据上述技术，能够检测共振频率降低的机械的经年变化。但是，由于经年变化也导致共振频率上升，因此，在上述技术中可能无法防止机械共振的产生。另外，如果在速度指令上加上正弦波干扰值，则不能按照来自上位装置的指示来控制机械。

因此，本发明的目的在于，提供一种技术，能够不取决于共振频率的变化方向而在产生机械共振之前向用户通知机械系统的状态产生了变化(经年劣化)，且也不会对伺服电动机的被驱动体的动作产生坏影响。

用于解决问题的技术方案

为了实现上述目的，本发明提供一种伺服驱动器，其控制伺服电动机，其特征在于，具备：伺服控制单元，其根据从外部装置按时序输入的指令而控制伺服电动机；计算单元，其在所述伺服控制单元进行按照以所述伺服电动机的驱动本身为目的的指令的、如该指令所述的控制的期间，按时序收集用于所述伺服控制单元的频率响应的计算的输入数据以及输出数据，并基于所收集的数据，计算所述伺服控制单元的包含共振峰值的频率范围的频率响应；确定单元，其根据由所述计算单元计算出的频率响应来确定共振峰值的增益；以及信息输出单元，将由所述确定单元确定出的所述增益与低于0dB的阈值进行比较，在所述增益为所述阈值以上的情况下，输出用于向用户通知包含所述伺服电动机和由所述伺服电动机驱动的被驱动体的机械系统的状态产生了变化的信息。

即，本发明的伺服驱动器具有如下结构，根据伺服控制单元的频率响应来确定共振峰值的增益，在该增益为低于0dB的阈值以上的情况下，输出用于向用户通知机械系统的状态产生了变化的信息。机械共振的产生是在共振峰值的增益(以下称为共振峰值)为0dB以上之后，以及在共振峰值增益为0dB以上之前，共振峰值增益为低于0dB的阈值以上。因此，根据本发明的伺服驱动器，能够不取决于共振频率的变化方向，而在产生机械共振之前向用户通知机械系统的状态产生了变化(经年劣化)。

另外，本发明的伺服驱动器的计算单元在所述伺服控制单元进行按照以所述伺服电动机的驱动本身为目的的指令的、如该指令所述的控制的期间，按时序收集用于伺服控制单元的频率响应的计算的输入数据及输出数据。在此，“按照以所述伺服电动机的驱动自身为目的的指令的、如该指令所述的控制”是指除如下控制以外的控制。

·按照以频率响应的计算或控制参数的自动设定为目的而输入的指令的控制；

·所输入的指令是以伺服电动机的驱动本身为目的的指令，但进行的控制非如该指令所述的控制(在速度指令上加上了正弦干扰值的控制等)。

因此，根据本发明的伺服驱动器，能够不对伺服电动机的被驱动体的动作产生坏影响，而在产生机械共振之前向用户通知机械系统的状态产生了变化(经年劣化)。

本发明的伺服驱动器能够采用具体的结构(功能)不同的各种计算单元。例如，计算单元也可以是“基于所述输入数据的变化模式，判断是否收集了能够计算所述频率响应的量的数据，在判断为收集了能够计算包含所述共振峰值的所述频率范围的所述频率响应的量的数据时，结束数据的收集，并基于所收集的数据，计算所述伺服控制单元的频率响应”的单元。另外，作为计算单元，也可以采用重复如下处理直至能够计算包含共振峰值的频率范围的频率响应为止，即，该处理是在规定时间的期间(或者直到满足规定条件为止)收集数据(输入数据和输出数据)之后，基于所收集的数据计算频率响应的处理。

为了防止将非共振峰值(非共振峰值的峰值)的增益确定为共振峰值增益，作为确定单元，也可以采用“从通过所述计算单元计算出的所述频率响应的、以所述伺服控制单元的控制参数即速度比例增益以上的频率为下限频率的频率范围中搜索所述共振峰值，并确定搜索出的所述共振峰值的增益”的单元。另外，在采用该确定单元的情况下，也可以将下限频率设为在所述伺服控制单元的速度反馈环路的闭环传递函数中与所述阈值一致的频率以上的频率。

另外，为了防止非共振峰值的增益被确定为共振峰值增益，本发明的伺服驱动器也可以采用“所述伺服控制单元包含陷波滤波器，所述确定单元从通过所述计算单元计算出的频率响应的、包含所述陷波滤波器的中心频率的频率范围中搜索所述共振峰值，并确定搜索出的所述共振峰值的增益”的结构。在本发明的伺服驱动器中采用该结构的情况下，也可以将包含陷波滤波器的中心频率的频率范围设为根据所述陷波滤波器的中心频率、陷波宽度及陷波深度、以及所述阈值而求出的、信号相较于所述阈值大幅衰减的所述陷波滤波器的频率范围。

计算单元收集的输入数据及输出数据只要是能够根据它们计算频率响应的数据即可。此外，输入数据、输出数据分别是用于决定增益(输入值和输出值的比)的输入值、输出值的数据。但是，如果将输入数据设为“流经伺服电动机的电流值的目标值即电流指令”，则与使用电流指令以外的数据(例如向伺服控制单元输入的指令)作为输入数据的情况相比，能够获得可良好地确定共振峰值增益的频率响应。因此，在本发明的伺服驱动器中，优选的是采用“所述伺服控制单元基于所述指令，生成流经所述伺服电动机的电流值的目标值即电流指令而控制所述伺服电动机，所述计算单元收集由所述伺服控制单元生成的所述电流指令作为所述输入数据”的结构。此外，输出数据通常是表示伺服电动机的位置或速度的数据，但输出数据只要是通过与输入数据组合而能够计算频率响应的数据，则也可以是其它的数据。

另外，在本发明的伺服驱动器中，也可以采用“还具备阈值计算单元，其通过将规定值与由所述确定单元第一次确定的所述增益相加来计算所述阈值，所述信息输出单元将由所述确定单元在第二次以后确定的各增益和由所述阈值计算单元计算出的所述阈值进行比较”的结构。

在本发明的伺服驱动器中，还可以附加“第二信息输出单元，其计算由所述确定单元本次确定的所述增益从由所述确定单元上次确定的所述增益的变化速度，在计算出的变化速度为变化速度阈值以上的情况下，输出用于向用户通知所述机械系统的状态发生了变化的信息”。此外，该第二信息输出单元计算的变化速度也可以是任何单位的信息。

为了防止机械系统的状态的误判定(降低误判定机械系统的状态的可能性)，在本发明的伺服驱动器中，作为信息输出单元，也可以采用“根据所述被驱动体的状态，切换与所述增益比较的所述阈值”的单元或“根据所述伺服控制单元的一个以上的控制参数，切换与所述增益比较的所述阈值”的单元。

另外，为了防止噪声引起的机械系统的状态的误判定，作为确定单元，也可以采用“根据由所述计算单元依次计算的多个频率响应，确定共振峰值的增益”的单元。此外，“根据由所述计算单元按时序计算出的多个频率响应，确定共振峰值的增益”的确定单元的增益的确定周期既可以与计算单元的频率响应的计算周期一致，也可以比其长。另外，“根据由所述计算单元按时序计算出的多个频率响应，确定共振峰值的增益”的确定单元的增益的确定算法可以是“计算频率响应的平均移动，根据计算结果来确定共振峰值的增益”的算法，也可以是“从由计算单元按时序计算出的多个频率响应中除去异常的频率响应，根据剩余的频率响应的平均来确定共振频率的增益”的算法。

另外，在本发明的、检测包含由伺服驱动器控制的伺服电动机和由所述伺服电动机驱动的被驱动体的机械系统的状态变化的状态变化检测方法中，计算机执行如下步骤：计算步骤，在所述伺服驱动器进行按照以所述伺服电动机的驱动本身为目的的指令的、如该指令所述的控制的期间，按时序收集用于所述伺服驱动器的频率响应的计算的输入数据及输出数据，并基于所收集的数据，计算所述伺服驱动器的、包含共振峰值的频率范围的频率响应；确定步骤，根据通过所述计算步骤计算出的频率响应来确定共振峰值的增益；以及信息输出步骤，将由所述确定步骤所确定的所述增益与低于0dB的阈值进行比较，在所述增益为所述阈值以上的情况下，输出用于向用户通知所述机械系统的状态发生了变化的信息。

因此，根据本发明的状态变化检测方法，能够不取决于共振频率的变化方向，且不对伺服电动机的被驱动体的动作带来坏影响，而在产生机械共振之前向用户通知机械系统的状态产生了变化(经年劣化)。此外，本发明的状态变化检测方法中的“计算机”可以是伺服驱动器内的计算机(控制单元)，也可以是伺服驱动器以外的计算机。

发明效果

根据本发明，能够提供一种技术，能够不取决于共振频率的变化方向，而在产生机械共振之前向用户通知机械系统的状态产生了变化(经年劣化)，也不会对伺服电动机的被驱动体的动作带来坏影响。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的伺服驱动器的概略结构及使用方式的说明图。

图2是第一实施方式的伺服驱动器内的异常检测部执行的第一状态判定处理的流程图。

图3是用于说明第一状态判定处理的内容的图。

图4是本发明第二实施方式的伺服驱动器内的异常检测部执行的第二状态判定处理的流程图。

图5是用于说明第二状态判定处理的内容的图。

图6是本发明第三实施方式的伺服驱动器内的异常检测部执行的第三状态判定处理的流程图。

图7是用于说明第三状态判定处理的内容的图。

图8是共振峰值检测范围的限制法的说明图。

图9是共振峰值检测范围的限制法的说明图。

图10A是根据电动机旋转方向而共振峰值增益变化的伺服系统的说明图(其一)。

图10B是根据电动机旋转方向而共振峰值增益变化的伺服系统的说明图(之二)。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

《第一实施方式》

图1表示本发明第一实施方式的伺服驱动器10的概略结构及使用方式。

本实施方式的伺服驱动器10是控制用于驱动被驱动体35的电动机(三相电动机)30的装置。

如图所示，伺服驱动器10具备控制部11、异常检测部12和功率电路13作为主要构成要素。功率电路13是生成向电动机30供给的三相交流电的电路。作为该功率电路13，例如使用由用于整流来自商用电源的三相交流电的整流电路、用于使整流电路的输出电压平滑化的电容器、用于将平滑化的整流电路的输出电压转换为三相交流电压的逆变器电路等构成的电路。

控制部11是以使电动机30按照从PLC(可编程逻辑控制器(Programmable logiccontroller))等外部装置(图示省略)按时序地输入的指令(在本实施方式中为位置指令)动作的方式控制功率电路13的单元。

该控制部11由处理器、RAM、闪存ROM、栅极驱动器等构成。另外，在控制部11的闪存ROM中存储有当接入伺服驱动器10的电源时，处理器在RAM上读出并执行的程序。而且，通过处理器执行该程序，控制部11作为具备位置控制部21、速度控制部22、陷波滤波器23、电流控制部24、速度运算部25等各种功能块的单元而发挥作用。

现有的伺服驱动器内的控制部也具有控制部11具有的各功能块。因此，虽然省略了对各功能块的详细说明，但位置控制部21是基于从位置指令中减去了由安装于电动机30的位置检测器(编码器)31所检测的位置(以下称为检测位置)的位置偏差来计算速度指令的单元(功能块)。该位置控制部21使用所设定的位置比例增益等来计算速度指令。

速度运算部25是根据检测位置的时间变化来运算电动机30的速度的单元。速度控制部22是基于从位置控制部21计算出的速度中指令减去了由速度计算部25运算的速度(以下称为检测速度)的速度偏差来生成电流指令的单元。该位置控制部21使用所设定的速度比例增益k_vp等控制参数来计算电流指令。

陷波滤波器23是用于衰减共振频率附近的频率的信号的数字滤波器。在该陷波滤波器23中设定中心频率、陷波深度和陷波宽度作为控制参数。电流控制部24是对功率电路13进行反馈控制，使得通过陷波滤波器23后的如电流指令所述的电流在电动机30中流动的单元。

异常检测部12是用于在由伺服驱动器10、电动机30和被驱动体35构成的系统的机械系统(电动机30及被驱动体35)开始振动之前，检测机械系统的经年变化(经年劣化)的单元。本实施方式的异常检测部12作为控制部11的一功能而被安装。但是，也可以将作为异常检测部12而发挥功能的硬件(以处理器为中心的电子电路)与控制部11用的硬件分开设置在伺服驱动器10内。

以下，具体说明异常检测部12的功能。此外，在以下的说明中，将由控制部11和功率电路13构成的部分标记为伺服控制部。

异常检测部12是反复执行图2所示的步骤的第一状态判定处理的单元。此外，异常检测部12执行该第一状态判定处理的情况是控制部11进行以电动机30的驱动本身为目的的功率电路13的控制(按照以电动机30的驱动自身为目的的指令的、如该指令所述的控制；以下，记载为通常控制)。在控制部11未进行通常控制的情况下(例如，为了测定伺服控制部的频率响应而控制部11控制功率电路13的情况或控制部11进行用于自动设定控制参数的控制的情况)，异常检测部12不执行第一状态判定处理而等待控制部11使其开始通常控制。

如图所示，开始该第一状态判定处理的异常检测部12首先进行数据收集处理(步骤S101)。

数据收集处理是在监视指令电流的同时，将各时刻的指令电流及检测速度存储于异常检测部12内的存储器上，并在根据指令电流的监视结果判断为完成收集了所希望量的数据时，结束数据收集的处理。在此，期望量的数据是指，能够计算包含共振峰值的频率范围的频率响应的量的数据。

数据收集处理只要是能够收集上述期望量的数据的处理即可，既可以是收集一个连续时间段内的数据(指令电流及检测速度)的处理，也可以是收集多个连续时间段内的数据的处理。

当数据收集处理完成时，异常检测部12根据收集到的数据计算伺服控制单元的频率响应(步骤S102)。接着，异常检测部12根据算出的频率响应确定共振峰值增益(步骤S103)。即，异常检测部12在该步骤S103中进行如下处理：从计算出的频率响应中搜索共振峰值，确定探索出的共振峰值的峰值频率的增益。

结束了共振峰值增益的确定的异常检测部12判断确定出的共振峰值增益是否在阈值g_th以上(步骤S104)。在此，阈值g_th是指在异常检测部12中预先设定的低于0dB的值(例如，－6dB)。

然后，异常检测部12在共振峰值增益为阈值g_th以上的情况下(步骤S104：是)，进行异常状态用处理(步骤S105)。该异常状态用处理只要是输出用于通知用户机械系统的状态发生了变化(因机械系统的状态变化而共振峰值增益成为异常的值)的信息的处理即可。因此，异常状态用处理既可以是输出用于使伺服驱动器10的壳体上设置的单色LED点亮/闪烁的指令的处理，也可以是输出用于使伺服驱动器10的壳体上设置的彩色LED以规定颜色点亮的指令的处理。另外，异常状态用处理也可以是经由外部装置通知用户机械系统的状态发生了变化的处理(即，通过发送规定的信息，使外部装置进行向用户通知机械系统的状态变化的处理)。

另一方面，在共振峰值增益低于阈值g_th的情况下(步骤S104：否)，异常检测部12进行用于通知用户共振峰值增益没有因机械系统的状态变化而成为异常的值的正常状态用处理(步骤S106)。该正常状态用处理只要是使用户知道没有产生增益异常(共振峰值增益没有因机械系统的状态变化而成为异常的值)的处理即可。因此，正常状态用处理既可以是输出用于使上述单色LED熄灭的命令的处理，也可以是输出用于使上述彩色LED以与上述规定颜色不同的颜色点亮的指令的处理。另外，正常状态用处理既可以是经由外部装置通知用户没有发产生增益异常的处理，也可以是什么也不进行的处理。

而且，结束了异常状态用处理或正常状态用处理的异常检测部12结束本次的状态判定处理，开始下次的状态判定处理。

如上所述，异常检测部12进行动作。因此，如图3所示，伺服驱动器10的用户能够在因机械系统的经年变化而共振峰值增益上升至阈值g_th以上的值的时刻，知道因机械系统的经年变化而共振峰值增益成为异常的值(过一会儿后机械系统可能产生振动)。而且，如果知道了机械系统发生了经年变化(共振峰值增益成为了异常的值)的用户在伺服系统的非使用时进行机械系的维护等，则能够使机械系统的状态返回(或接近)到经年变化前的状态。因此，根据本实施方式的伺服驱动器10，能够防止在实际运用中机械系统产生振动。此外，异常检测部12基于控制部11进行通常控制的期间的电流指令及检测速度，计算响应频率。因此，根据伺服驱动器10，能够不对被驱动体35的举动产生坏影响，而在机械共振产生之前对用户通知机械系统的状态发生变化。

《第二实施方式》

本发明第二实施方式的伺服驱动器是具有与第一实施方式的伺服驱动器10相同的硬件结构的装置。因此，以下，使用与第一实施方式的说明时使用的符号相同的符号，对本实施方式的伺服驱动器10进行说明。另外，以下，为了便于说明，将第n(＝1～3)实施方式的伺服驱动器10、第n实施方式的伺服驱动器10内的异常检测部12分别表述为第n伺服驱动器10、第n异常检测部12。

第二伺服驱动器10(第二实施方式的伺服驱动器10)是将第一伺服驱动器10的第一异常检测部12置换为反复执行图4所示的步骤的第二状态判定处理的第二异常检测部12的装置。

第二状态判定处理的步骤S201、S202的处理是与状态判定处理(图2)的步骤S101、S102的处理相同的处理。

如上所说明，执行状态判定处理的第一异常检测部12在步骤S102的处理后，进行确定共振峰值增益的处理。与此相对，执行第二状态判定处理的第二异常检测部12在步骤S202的处理后，在本次的第二状态判定处理中，判断是否计算出了N个频率响应(步骤S203)。在此，N是在第二异常检测部12预先设定的2以上的整数。

而且，第二异常检测部12在N个频率响应的计算未完成的情况下(步骤S203：否)，通过再次执行步骤S201及S202的处理，计算下一频率响应。

通过重复这样的处理，在完成N个频率响应的计算的情况下(步骤S203；是)，第二异常检测部12通过将这些N个频率响应进行平均来计算平均频率响应(步骤S204)。此外，将N个频率响应进行平均是指，按每个频率求出N个频率响应的增益的平均值。

接着，第二异常检测部12根据计算出的平均频率响应，确定共振峰值增益(步骤S205)。

总之，在第二状态判定处理(图4)的步骤S201～S205中，如图5中示意性所示，基于多个(图5中为两个)频率响应的计算结果，计算平均频率响应，并根据计算出的平均频率响应来确定共振峰值增益。

第二状态判定处理的步骤S206～S208的处理分别是与状态判定处理(图2)的步骤S104～S106的处理相同的处理。即，第二异常检测部12判断所确定的共振峰值增益是否为阈值g_th以上(步骤S206)。而且，第二异常检测部12基于判断结果，进行异常状态用处理(步骤S207)或正常状态用处理(步骤S208)。

如上所述，第二异常检测部12也与第一异常检测部12相同，根据基于控制部11进行通常控制的期间的电流指令及检测速度而计算出的响应频率来确定共振峰值增益，并在所确定的共振峰值增益为阈值g_th以上的情况下，通知用户产生了机械系统的经年变化。因此，具备第二异常检测部12的本实施方式的伺服驱动器10也与第一实施方式的伺服驱动器10同样，作为不取决于共振频率的变化方向，且也不对被驱动体35的行动产生坏影响，而在产生机械共振之前向用户通知机械系统的状态发生了变化的装置发挥作用。

另外，第二异常检测部12通过对N个频率响应进行平均，计算重叠的噪声量较少的平均频率响应，且根据该平均频率来确定共振峰值增益。因此，本实施方式的伺服驱动器10也作为如下装置发挥功能：即与根据一个频率响应而确定共振峰值增益的第一实施方式的伺服驱动器10相比，因噪声而误定机械系统的状态(共振峰值增益是否是异常值)的可能低的装置。

《第三实施方式》

本发明第三实施方式的伺服驱动器也是具有与第一实施方式的伺服驱动器10相同的硬件结构的装置。因此，以下，使用与说明第一实施方式时使用的符号相同的符号，对本实施方式的伺服驱动器10进行说明。

第三伺服驱动器10是用于将第一伺服驱动器10的第一异常检测部12置换为反复执行图6所示的步骤的第三状态判定处理的第三异常检测部12的装置。

该第三状态判定处理的步骤S301～S303的处理是与状态判定处理(图2)的步骤S101～S103的处理相同的处理。

如上所述，执行状态判定处理的第一异常检测部12在步骤S103的处理后，判断共振峰值增益是否为阈值g_th以上。与此相对，执行第三状态判定处理的第三异常检测部12如图所示，在步骤S303的处理后，判断在该处理中确定的共振峰值增益是否为初次被确定的增益(以下表述为初次确定增益)(步骤S304)。

在本次确定的共振峰值增益为初次确定增益的情况下(步骤S304；是)，第三异常检测部12将该共振峰值增益作为基准增益存储在内部(第三异常检测部12内的存储器上)(步骤S305)。接着，第三异常检测部12将本次确定的共振峰值增益、当前时刻分别作为前增益、前评价时刻存储在内部(步骤S310)。然后，第三异常检测部12结束本次的状态判定处理，开始下一次的状态判定处理。

另一方面，在本次确定的共振峰值增益不是初次确定增益的情况下(步骤S304：否)，第三异常检测部12开始步骤S306以后的处理。而且，第三异常检测部12首先在步骤S306中，通过从本次确定的共振峰值增益中减去基准增益，计算本次确定的共振峰值增益从基准增益起的变化量。另外，第三异常检测部12在步骤S306中，也计算本次确定的共振峰值增益从上次确定的共振峰值增益起的变化速度。此外，此时，计算的变化速度的单位没有特别限定。例如，如图6所示，变化速度也可以是“(共振峰值增益－前增益)/(当前时刻－前评价时刻)”，即每实际时间(秒、毫秒等)的峰值增益的变化量。另外，变化速度也可以是峰值增益的变化量除以通电时间计数器等的计数值(因时间经过而计数结束的值)的从前评价时刻起的变化量所得的值等。

之后，第三异常检测部12判断计算出的变化量在变化量阈值以上的第一条件、计算出的变化速度在变化速度阈值以上的第二条件中的至少一个条件是否成立(步骤S307)。在此，变化速度阈值是指在第三异常检测部12中预先设定的值，该值作为判定为共振峰值增益成为异常的值的、共振峰值增益的变化速度的下限值。另外，变化量阈值是指在第三异常检测部12中预先设定的值，该值作为判定为共振峰值增益成为异常的值的、共振峰值增益从基准增益起的变化量的下限值。此外，该变化量阈值的值被确定为，只要基准增益不是异常的值，则基准增益+变化量阈值＜0dB成立。

第三异常检测部12在第一、第二条件双方或一方成立的情况下(步骤S307：是)，在步骤S308中进行上述内容的异常状态用处理。另外，第三异常检测部12在第一、第二条件均未成立的情况下(步骤S307：否)，在步骤S309中进行上述内容的正常状态用处理。结束了异常状态用处理或正常状态用处理的第三异常检测部12将本次确定的共振峰值增益、当前时刻分别作为前增益、前评价时刻存储在内部(步骤S310)。然后，第三异常检测部12在本次的第三状态判定处理结束后，开始下次的第三状态判定处理。

从以上的说明中表明，对该第三伺服驱动器10的用户通知因机械系统的经年变化而在共振峰值增益上升至“基准增益+变化量阈值”(＜0dB)的时刻，机械系统产生了经年变化。即，如图7中示意性所示，对用户通知在确定的共振峰值增益为与“基准增益+变化量阈值”一致的阈值以上的g_c1的情况下，机械系统产生了经年变化。

此外，在机械系统中，有时会产生共振峰值增益在短时间内急剧变化的问题，但在机械系统中产生这样的问题的情况下，若仅有上述通知功能，则存在向用户通知机械系统产生了经年变化之前，机械系统就开始振动的顾虑。但是，第三伺服驱动器10的第三异常检测部12如上所述，在共振峰值增益的变化速度为变化速度阈值以上的情况下，也通知用户机械系统产生了经年变化。

即，如图7中示意性所示，在所确定的共振峰值增益g_c2低于上述阈值，但g_c2的从上次的共振峰值增益g_p起的变化速度为变化速度阈值以上的情况下，也对第三伺服驱动器10的用户通知共振峰值增益因机械系统的经年变化而成为异常的值。因此，根据第三伺服驱动器10，即使在机械系统产生了上述问题的情况下，也能够在机械系统开始振动之前，向用户通知机械系统可能开始振动。

以下，对于上述各实施方式，补充几个事项。

第一～第三状态判定处理的步骤S103、S204、S303的处理(以下，记载为增益确定处理)也可以是从伺服控制部的频率响应(包含其的平均频率响应)整体中搜索共振峰值，并确定搜索出的共振峰值的峰值频率的增益的处理。但是，在从计算出的频率响应的整体中搜索共振峰值的增益确定处理中，存在非共振峰值(不是共振峰值的峰值)被作为共振峰值而被搜索，所搜索的非共振峰值的增益被确定为共振峰值的顾虑。为了防止进行这样的误搜索(误确定)，也可以将增益确定处理设为限制共振峰值的检测范围(搜索范围)的处理。

作为共振峰值的检测范围的限制法，能够采用各种各样的方法。例如，共振峰值的峰值频率高于速度比例增益k_vp。因此，也可以从比速度比例增益k_vp更靠高频侧的频率响应中搜索共振峰值。

另外，伺服控制单元的频率响应成为如图3所示的形状的响应、即增益与阈值g_th一致的频率存在于低频侧的响应，但共振频率(共振峰值的峰值频率)高于增益与阈值g_th一致的低频率侧的频率f₀。而且，频率f₀可以根据伺服控制部的速度反馈环路的闭环传递函数而近似为以下的值。

[数1]

f₀＝ak_vp

因此，如图8所示，也可以在从ak_vp起直到比共振频率充分高的频率、例如奈奎斯特频率fn(异常检测部12进行的数据收集周期的倒数的1/2)为止的频率范围的频率响应中搜索共振峰值。

另外，通常将陷波滤波器23的中心频率调整为共振频率附近的值。因此，也可以将共振峰值的检测范围设为包含陷波滤波器23的中心频率的频率范围、例如包含在陷波宽度内的频率范围。

此外，也可以根据下文描述的陷波滤波器23的传递函数G(s)求出衰减率与阈值g_th一致的2个频率，且如图9所示，将这些频率间设为共振峰值的检测范围。

[数2]

此外，该传递函数G(s)中的R、ωa、Q是与陷波滤波器23的中心频率fc[Hz]、陷波深度d[dB]、陷波宽度w[Hz]具有以下关系的值。

[数3]

ω_a＝2πf_c

Q＝f_c/w

另外，为了降低机械系统的状态被误判定的可能性，也可以将第一状态判定处理的步骤S104的判定处理、第二状态判定处理的步骤S206的判定处理根据伺服系统当时的状况而设为切换与共振峰值增益进行比较的阈值g_th的处理(以下，表述为阈值切换判定处理)。此外，伺服系统当时的状况是指电动机30的旋转方向、由若干控制参数所确定的控制部11的控制状态、被驱动体35的惯性等。

具体而言，考虑由电动机30驱动的被驱动体35是如图10A、图10B所示的那样，在去程中什么也不载置在工作台36上(图10A)，而在回程中物体被载置在工作台36上(图10B)的工作台移动机构的情况。在该情况下，被驱动体35的惯性根据电动机30的旋转方向而变化。即，根据电动机30的旋转方向，共振峰值增益发生变化。

因此，在被驱动体35是如图10A和10B所示的工作台移动机构的情况下，如果预先固定阈值g_th，则存在即使共振峰值增益实际上是正常(或异常)的值也会误判定为异常(或正常)的值的可能性。另外，无论控制部11的控制参数(速度比例增益k_vp等)变更，或是被驱动体35的惯性发生变化，共振峰值增益均发生变化，因此，有进行同样的误判定的可能性。

另一方面，如果将步骤S104或S106的判定处理设为根据伺服系统的当时的状况来切换与共振峰值增益比较的阈值g_th的阈值切换判定处理，则例如在工作台36向第一方向移动的情况下，能够将共振峰值增益和第一方向移动时用的阈值进行比较，并在工作台向与第一方向相反的第二方向移动的情况下，可以将共振峰值增益和第二方向移动时用的阈值进行比较。另外，在控制部11进行使共振峰值增益成为较低的值的第一控制的情况下(在对控制部11设定共振峰值增益成为较低的值的控制参数组的情况下等)，能够使用第一阈值，在控制部11进行使共振峰值增益成为更高的值的第二控制的情况下，能够使用比第一阈值高的第二阈值，在控制部11进行使共振峰值增益成为更高的值的第三控制的情况下，能够使用比第二阈值高的第三阈值。

因此，如果将步骤S104或S106的判定处理作为阈值切换判定处理，则能够得到机械系统的状态被误判的机率更低的伺服驱动器10。

也可以根据伺服系统的状况将第三异常检测部12变形为执行第三状态判定处理的单元。具体而言，例如，在被驱动体35为如图10A和图10B所示的工作台移动机构的情况下，也可以是，在电动机30沿第一方向旋转的情况下，将第三异常检测部12变形为进行第一方向用的第三状态判定处理的单元，在电动机30沿与第一方向相反的第二方向旋转的情况下，将第三异常检测部12变形为进行第二方向用的第三状态判定处理的单元。另外，控制部11在进行共振峰值增益成为较低的值的第一控制、共振峰值增益成为更高的值的第二控制、及共振峰值增益成为更高的值的第三控制的情况下，也可以是，在控制部11进行第一控制时，将第三异常检测部12变形为进行第一控制用的第三状态判定处理的单元，在控制部11进行第二控制时，将第三异常检测部12变形为进行第二控制用的第三状态判定处理的单元，在控制部11进行第三控制时，将第三异常检测部12变形为进行第三控制用的第三状态判定处理的单元。如果将第三异常检测部12变形为这样的单元，则根据伺服系统的状况使用不同的基准增益，因此，能够降低误判定机械系统的状态的机率。

上述的各异常检测部12是为了计算频率响应而收集电流指令和检测速度(电动机30的旋转速度)的单元，但为了计算频率响应而收集的输入数据及输出数据只要是能够根据它们计算频率响应的数据即可。但是，如上所述，如果将输入数据作为电流指令，则与使用电流指令以外的数据(例如，输入到伺服驱动器10的位置指令)作为输入数据的情况相比，能够更获得良好地确定共振峰值增益的频率响应。因此，优选将输入数据作为电流指令。另外，输出数据通常是表示电动机30的位置或速度的数据，但只要输出数据是通过与输入数据组合而能够计算频率响应的数据，则也可以是其它数据。此外，输入数据、输出数据分别是用于确定增益(输入值与输出值的比)的输入值、输出值的数据。

另外，代替第一状态判定处理的步骤S101及S102的处理、第二状态判定处理的步骤S201及S202的处理、第三状态判定处理的步骤S301及S203的处理，也可以采用“将收集了数据之后，基于所收集的数据计算频率响应的处理反复进行至能够算出包含共振峰值的频率范围的频率响应为止的处理”。

也可以将第二状态判定处理(图4)变形为从N个频率响应中通过Thompson的放弃检测法而除去异常的频率响应，并根据剩余的频率响应的平均而确定共振峰值增益的处理。另外，也可以将第二状态判定处理变形为计算N个频率响应的平均移动，并根据计算结果而确定共振峰值增益的处理。进而，也可以将第三状态判定处理(图6)变形为根据多个频率响应的平均而确定共振峰值增益的处理。

符号说明

10 伺服驱动器

11 控制部

12 异常检测部

13 功率电路

21 位置控制部

22 速度控制部

23 陷波滤波器

24 电流控制部

25 速度运算部

30 电动机

31 位置检测器

35 被驱动体

36 工作台

Claims (13)

1.一种控制伺服电动机的伺服驱动器，其特征在于，具备：

伺服控制单元，其根据从外部装置按时序输入的指令而控制所述伺服电动机；

计算单元，其在所述伺服控制单元进行按照以所述伺服电动机的驱动本身为目的的指令的、如该指令所述的控制的期间，按时序收集用于所述伺服控制单元的频率响应的计算的输入数据以及输出数据，并基于所收集的数据，计算所述伺服控制单元的包含共振峰值的频率范围的频率响应；

确定单元，其根据由所述计算单元计算出的频率响应来确定共振峰值的增益；以及

信息输出单元，其将由所述确定单元确定出的所述增益与低于0dB的阈值进行比较，并在所述增益为所述阈值以上的情况下，输出用于向用户通知机械系统的状态发生了变化的信息，所述机械系统包含所述伺服电动机和由所述伺服电动机驱动的被驱动体。

2.如权利要求1所述的伺服驱动器，其特征在于，

所述确定单元从由所述计算单元计算出的所述频率响应的、以所述伺服控制单元的控制参数即速度比例增益以上的频率作为下限频率的频率范围中搜索所述共振峰值，并确定搜索出的所述共振峰值的增益。

3.如权利要求2所述的伺服驱动器，其特征在于，

所述下限频率是在所述伺服控制单元的速度反馈环路的闭环传递函数中与所述阈值一致的频率以上的频率。

4.如权利要求1～3中任一项所述的伺服驱动器，其特征在于，

所述伺服控制单元包含陷波滤波器，

所述确定单元从由所述计算单元计算出的频率响应的、包含所述陷波滤波器的中心频率的频率范围中搜索所述共振峰值，并确定搜索出的所述共振峰值的增益。

5.如权利要求4所述的伺服驱动器，其特征在于，

所述频率范围是根据所述陷波滤波器的中心频率、陷波宽度及陷波深度、以及所述阈值而求出的、与所述阈值相比信号大幅衰减的所述陷波滤波器的频率范围。

6.如权利要求1～5中任一项所述的伺服驱动器，其特征在于，

所述伺服控制单元基于所述指令，生成流经所述伺服电动机的电流值的目标值即电流指令而控制所述伺服电动机，

所述计算单元收集由所述伺服控制单元生成的所述电流指令来作为所述输入数据。

7.如权利要求1～6中任一项所述的伺服驱动器，其特征在于，

所述计算单元基于所述输入数据的变化模式，判断是否收集了能够计算出所述频率响应的量的数据，在判断为收集到了能够计算出包含所述共振峰值的所述频率范围的所述频率响应的量的数据时，结束数据的收集，并基于所收集的数据，计算所述伺服控制单元的频率响应。

8.如权利要求1～7中任一项所述的伺服驱动器，其特征在于，还具备：

阈值计算单元，其通过将规定值与由所述确定单元第一次确定的所述增益相加来计算所述阈值，

所述信息输出单元将由所述确定单元在第二次以后所确定的各增益和由所述阈值计算单元计算出的所述阈值进行比较。

9.如权利要求1～8中任一项所述的伺服驱动器，其特征在于，还具备：

第二信息输出单元，其计算由所述确定单元本次确定的增益的、从由所述确定单元上次确定的所述增益起的变化速度，并在计算出的变化速度为变化速度阈值以上的情况下，输出用于向用户通知所述机械系统的状态发生了变化的信息。

10.如权利要求1～7中任一项所述的伺服驱动器，其特征在于，

所述信息输出单元根据所述被驱动体的状态，切换与所述增益比较的所述阈值。

11.如权利要求1～7中任一项所述的伺服驱动器，其特征在于，

所述信息输出单元根据所述伺服控制单元的一个以上的控制参数，切换与所述增益比较的所述阈值。

12.如权利要求1～8中任一项所述的伺服驱动器，其特征在于，

所述确定单元根据由所述计算单元按时序计算的多个频率响应，确定共振峰值的增益。

13.一种状态变化检测方法，检测包含由伺服驱动器控制的伺服电动机和由所述伺服电动机驱动的被驱动体的机械系统的状态变化，其特征在于，

使计算机执行如下步骤：

计算步骤，在向所述伺服驱动器输入以所述伺服电动机的驱动本身为目的的指令的期间，按时序收集用于所述伺服驱动器的频率响应的计算的输入数据以及输出数据，并基于所收集的数据，计算所述伺服驱动器的、包含共振峰值的频率范围的频率响应；

确定步骤，根据由所述计算步骤计算出的频率响应来确定共振峰值的增益；以及

信息输出步骤，将由所述确定步骤确定出的所述增益与低于0dB的阈值进行比较，在所述增益为所述阈值以上的情况下，输出用于向用户通知所述机械系统的状态发生了变化的信息。

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