JP2005245088A - Motor controller - Google Patents

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JP2005245088A
JP2005245088A JP2004049329A JP2004049329A JP2005245088A JP 2005245088 A JP2005245088 A JP 2005245088A JP 2004049329 A JP2004049329 A JP 2004049329A JP 2004049329 A JP2004049329 A JP 2004049329A JP 2005245088 A JP2005245088 A JP 2005245088A
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frequency
coefficient
motor
adaptive
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JP2004049329A
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Kenichi Murata
健一 村田
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor controller capable of computing the frequency of vibration generated when a motor drives a load machine. <P>SOLUTION: The motor controller comprises: a difference computing portion that determines a difference in speed feedback signal every control sampling time and generates a false acceleration signal; an adaptive filter that is fed with a false acceleration signal and outputs a filter factor; and a frequency computing portion that is fed with a filter factor and determines the frequency of vibration generated between a motor and a load machine. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、モータが負荷機械を駆動する時に発生する振動の周波数を演算することができるモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control device capable of calculating the frequency of vibration generated when a motor drives a load machine.

従来のモータ制御装置の振動周波数演算装置および方法には、例えば特許文献1がある。
図7は特許文献1で開示された発明の1実施例のブロック図である。図7において、701は位置ループゲインを与える増幅器、702は速度ループゲインを与える増幅器、703はモータ、704はパルスジェネレータ、705は機械、706は駆動機構、707は機械位置検出器である。機械位置指令Pcmdが入力される指令系には、機械位置信号との差分をとる加算器にスイープ信号発生器709が接続され、この発生器709では低周波から高周波まで(1Hz〜100Hz程度)の周波数を変化させた一定振幅の正弦波が発生され位置指令として出力される。一方、機械位置検出器707を有する位置フィードバックループに分岐して、周波数分析器710が備えられ、この周波数分析器710は、機械位置信号を周波数分析し共振周波数すなわち入力振幅に対し、機械位置が極端に大きくなる周波数を求めるものである。具体的には複数のバンドパスフィルタを並列に接続し、出力信号を監視することにより実現できるコンピュータのソフトウエアで高速フーリエ変換を行うことによっても実現できる。速度ループゲインを与える増幅器の後段には、遮断周波数可変型ノッチフィルタ711が挿入される。この遮断周波数可変型ノッチフィルタ711は、周波数分析器710にて求めた共振周波数のみを指令系より除去するように定数を変化させるものである。実際の動作としては、加工に先立ち加工時と同じ状態例えば被切削物をテーブルに載せた状態で、スイープ信号発生器709より一定振幅で周波数を徐々に変化させたスイープ信号を位置指令として印加する。そして、このスイープ信号により周波数分析器11にて共振周波数を求める。他方、ノッチフィルタ711は加工時と同じ状態での機械の特性に応じ、共振周波数を指令から除去するので、実加工時に任意の位置指令が与えられても機械共振を防ぐ事ができるとしている。
As a conventional vibration frequency calculation device and method for a motor control device, there is, for example, Patent Document 1.
FIG. 7 is a block diagram of one embodiment of the invention disclosed in Patent Document 1. In FIG. In FIG. 7, reference numeral 701 denotes an amplifier that gives a position loop gain, 702 an amplifier that gives a speed loop gain, 703 a motor, 704 a pulse generator, 705 a machine, 706 a drive mechanism, and 707 a machine position detector. In the command system to which the machine position command P cmd is input, a sweep signal generator 709 is connected to an adder that takes a difference from the machine position signal. In this generator 709, from a low frequency to a high frequency (about 1 Hz to 100 Hz). A sine wave with a constant amplitude is generated and the position command is output. On the other hand, a branching into a position feedback loop having a machine position detector 707 is provided with a frequency analyzer 710. The frequency analyzer 710 performs frequency analysis on the machine position signal, and the machine position is determined with respect to the resonance frequency, that is, the input amplitude. The frequency which becomes extremely large is obtained. Specifically, it can also be realized by performing a fast Fourier transform with computer software that can be realized by connecting a plurality of bandpass filters in parallel and monitoring the output signal. A cut-off frequency variable notch filter 711 is inserted in the subsequent stage of the amplifier providing the speed loop gain. This cut-off frequency variable notch filter 711 changes the constant so that only the resonance frequency obtained by the frequency analyzer 710 is removed from the command system. As an actual operation, a sweep signal in which the frequency is gradually changed with a constant amplitude is applied as a position command from the sweep signal generator 709 in the same state as that at the time of machining, for example, a state in which a workpiece is placed on a table. . Then, the resonance frequency is obtained by the frequency analyzer 11 based on the sweep signal. On the other hand, since the notch filter 711 removes the resonance frequency from the command in accordance with the machine characteristics in the same state as during machining, it can prevent machine resonance even if an arbitrary position command is given during actual machining.

さらに、第2の従来技術として、例えば特許文献2がある。
図8はが特許文献2に開示された発明の1実施例のブロック図である。図8において、809はフィルタ係数fの入力によりこのフィルタ係数fに応じた周波数成分の通過を制限可能な主フィルタ、810はフィルタ係数fを設定して主フィルタ809へ出力するフィルタ係数設定手段である。812は速度検出手段としての速度検出器802が出力する速度検出値ωを入力してこの速度検出器ωに重畳している所定の周波数以上の周波数成分、即ち電動機801、連結器803、負荷804からなる機械系の共振周波数成分dを通過させるハイパスフィルタ、813は所定の周波数以下の周波数成分を含む基準信号rを出力する基準信号発生手段、815は基準信号発生手段813が出力する基準信号rとハイパスフィルタ812を通過した機械系の共振周波数成分dとを加算する加算手段、816は加算手段815の出力信号xと基準信号rとを入力して上記周波数成分dの通過を制限するフィルタ係数fを演算して主フィルタ809へ出力する適応フィルタである。この適応フィルタの基本構成は、特許文献2の9頁8行目に示しているように非特許文献3の7.2.1参照のブロック図である。
Further, as a second conventional technique, for example, there is Patent Document 2.
FIG. 8 is a block diagram of one embodiment of the invention disclosed in Patent Document 2. In FIG. In FIG. 8, 809 is a main filter capable of restricting the passage of frequency components according to the filter coefficient f by inputting the filter coefficient f, and 810 is a filter coefficient setting means for setting the filter coefficient f and outputting it to the main filter 809. is there. A speed detection value ω r output from a speed detector 802 serving as a speed detection unit is input 812, and a frequency component of a predetermined frequency or higher superimposed on the speed detector ω r , that is, an electric motor 801, a coupler 803, A high-pass filter that passes the resonance frequency component d of the mechanical system including the load 804, 813 is a reference signal generation unit that outputs a reference signal r including a frequency component equal to or lower than a predetermined frequency, and 815 is a reference that is output by the reference signal generation unit 813 An adding means for adding the signal r and the resonance frequency component d of the mechanical system that has passed through the high-pass filter 812; 816 inputs the output signal x of the adding means 815 and the reference signal r and restricts the passage of the frequency component d. It is an adaptive filter that calculates the filter coefficient f and outputs it to the main filter 809. The basic configuration of this adaptive filter is a block diagram referring to 7.2.1 of Non-Patent Document 3, as shown in page 9, line 8 of Patent Document 2.

実際の動作としては、特許文献9頁28行目から記載されているように、フィルタ係数設定手段810におけるハイパスフィルタは遮断周波数が速度制御の帯域幅fに設定されたものであり、電動機の速度ωを入力してこのωを重畳する機械共振周波数成分dを出力する。基準信号発生手段813は速度制御の帯域fと同一の周波数成分を含む基準信号rを発生し、加算器815はハイパスフィルタ812の出力dと基準信号rとを加算し信号xを出力する。適応フィルタとは入力信号が加えられるとそれに応じて、最も目的に添う形の信号を発生するように自己の特性を変え、また入力信号の性質が変わると、それに追従して特性を変えるフィルタであるから(非特許文献3の7.1.1参照)、適応フィルタ816は入力xに対してその出力yが目標信号である基準信号rに最も近づくように自己のフィルタ係数を逐次調整する。入力xは基準信号rと機械共振による振動成分dを含んだものであるから、適応フィルタ816は自己のフィルタ係数を基準信号rの持つ周波数帯域の成分は通過させ、機械共振による振動成分dの持つ周波数成分は抑制するフィルタ、即ち中心周波数fが機械共振周波数fに一致したノッチフィルタになるようにフィルタ係数を調整することになる。そしてさらに、主フィルタ809は、そのフィルタ係数が適応フィルタ816からの入力によりこの適応フィルタ816と同じ値に設定されるからノッチフィルタの特性を持つことになる。以上のごとく、主フィルタ809は演算増幅手段806の出力τ に含まれる機械共振による振動の加振源となる機械共振周波数成分を抑制する特性になるように自動調整する。 As the actual operation, as described from page 28, line 28 of Patent Document 9, the high-pass filter in the filter coefficient setting means 810 has the cutoff frequency set to the speed control bandwidth f b , A speed ω r is input and a mechanical resonance frequency component d on which the ω r is superimposed is output. The reference signal generating means 813 generates a reference signal r including the same frequency component as the speed control band f b, and the adder 815 adds the output d of the high-pass filter 812 and the reference signal r and outputs a signal x. An adaptive filter is a filter that changes its characteristics to generate a signal that best suits the purpose when an input signal is applied, and changes its characteristics following changes in the nature of the input signal. Therefore (see 7.1.1 of Non-Patent Document 3), the adaptive filter 816 sequentially adjusts its own filter coefficient so that the output y is closest to the reference signal r that is the target signal with respect to the input x. Since the input x includes the reference signal r and the vibration component d due to mechanical resonance, the adaptive filter 816 allows the frequency band component of the reference signal r to pass through its own filter coefficient, and the vibration component d due to mechanical resonance. frequency components having suppress filter, namely the center frequency f c is to adjust the filter coefficients so that the notch filter that matches the mechanical resonant frequency f p. Further, the main filter 809 has notch filter characteristics because its filter coefficient is set to the same value as that of the adaptive filter 816 by the input from the adaptive filter 816. As described above, the main filter 809 automatically adjusts so as to have a characteristic that suppresses a mechanical resonance frequency component that is a vibration excitation source included in the output τ 1 * of the operational amplification unit 806.

公開特許公報特開平5−346813(3頁図1)Japanese Patent Laid-Open No. 5-346813 (FIG. 1 on page 3) 特許公報第2504307号(9頁図1)Japanese Patent Publication No. 2504307 (FIG. 1 on page 9) S.ヘイキン著「適応フィルタ入門」現代工学社、1987年、(第4章)S. Hekin, “Introduction to Adaptive Filters”, Modern Engineering, 1987, (Chapter 4) 谷萩隆嗣著「ディジタル信号処理の理論3」コロナ社、1986年(第8部)Takashi Tanizaki “Theory of Digital Signal Processing 3” Corona, 1986 (Part 8) 武部幹著「ディジタルフィルタの設計」東海大学出版、1986年Takebe Miki “Digital Filter Design”, Tokai University Press, 1986

しかしながら、第1の従来技術においては、外部より周波数を徐々に変化させるスイープ信号を入力に加え、機械振動を励起した後、機械位置信号をフーリエ変換手段もしくは周波数分析するなどして周波数を算出していた。このため、通常運転中(スイープ信号を入力しない状態で切削加工や単にテーブルを移動させる場合)に周波数を算出することが出来ず、一度上記のスイープ信号に切り替えて周波数をあたえなければならなかった。試運転時に上記の様に周波数を算出する場合などにはこれでもいいが、経年変化などにより周波数が変わった場合には、再度周波数を測定するために上記動作を行う必要があり、周波数を測定するのに時間がかかっていた。また、指令入力にスイープ信号、多周波数の信号を含む信号などを入力できる機械という制限がある。機械振動を励起するためには、入力の振幅を大きくする必要があり、振幅を大きくすると機械を大きく揺らす為、機械を損傷するおそれがある。特に1Hz〜100Hzのスイープ信号を与えると言うことは制御帯域にかかる為、機械共振付近で大きな音を出し、機械が揺れる為、作業者に不安を与えるのみでなく、危険な作業である。さらに、被切削物に合わせてベスト調整をするということは、被切削物がなく無負荷の状態では振動が発生する為、加工物がテーブルに載った状態と載っていない状態(無負荷)のそれぞれの状態で運転前に、調整が必要であるという問題がある。   However, in the first prior art, a frequency is calculated by applying a sweep signal that gradually changes the frequency from the outside to the input to excite mechanical vibration, and then performing a Fourier transform or frequency analysis on the machine position signal. It was. For this reason, it was impossible to calculate the frequency during normal operation (when cutting or simply moving the table without inputting the sweep signal), and it was necessary to switch to the above sweep signal and give the frequency once. . This can be used when the frequency is calculated as described above during a test run, but if the frequency changes due to aging, etc., the above operation must be performed to measure the frequency again, and the frequency is measured. It took a long time. In addition, there is a limitation of a machine that can input a sweep signal, a signal including a multi-frequency signal, or the like as a command input. In order to excite the machine vibration, it is necessary to increase the amplitude of the input. If the amplitude is increased, the machine is greatly shaken, which may damage the machine. In particular, giving a sweep signal of 1 Hz to 100 Hz depends on the control band, so it produces a loud sound near the mechanical resonance and the machine shakes. Furthermore, adjusting the best according to the work piece means that the work piece is placed on the table and the work piece is not placed on the table (no load) because there is no work and no vibration is generated. There is a problem that adjustment is necessary before driving in each state.

第2の従来技術においては、機械振動を含む信号を適応フィルタに入力し、適応フィルタの逐次修正手段において修正された係数を主フィルタの係数として使う装置である。特許文献2の10頁22行目から42行目には、適応フィルタ内部の説明があるが、適応フィルタの内部のフィルタ部分をFIRフィルタとした場合、サンプリング時間が短くなるとフィルタの次数を上げる必要があり、主フィルタも同様の係数を使う場合、フィルタ次数を同じだけ上げる必要がある。そうした場合、制御系の遅れが大きくなる為、制御系を不安定にする事が考えられる。また、適応フィルタ内部のフィルタ部分をIIRフィルタとした場合、サンプリング時間が短くなってもフィルタの次数を2次に固定できるが、非特許文献2の第8章p165〜166に記述している様に、再帰型適応ディジタルフィルタ(IIR型)の場合には、解の収束性や最適性、及びフィルタの安定性などが補償されているわけではないという記述がある。また、上記の2つのフィルタに共通する問題であるが、複数個の振動が有る場合には、その内のどの振動を除去すれば良いのか分からない為、複数個を網羅するようなローパスフィルタとなるか、いつまでも収束しない適応フィルタとなり、振動を除去できないという問題がある。
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、スイープ信号等を入力しない通常運転時(スイープ信号を入力しない状態で切削加工や単にテーブルを移動させる場合)や複数の振動周波数が有った場合でも、モータが負荷機械を駆動する時に発生する振動の周波数を演算することができるモータ制御装置を提供する。
The second prior art is a device that inputs a signal including mechanical vibrations to an adaptive filter and uses the coefficient corrected by the successive correction means of the adaptive filter as the coefficient of the main filter. Patent Document 2 on page 10, lines 22 to 42 describes the inside of the adaptive filter. If the filter part inside the adaptive filter is an FIR filter, the order of the filter needs to be increased if the sampling time is shortened. If the main filter uses the same coefficient, it is necessary to increase the filter order by the same amount. In such a case, since the delay of the control system becomes large, it is possible to make the control system unstable. Further, when the filter portion inside the adaptive filter is an IIR filter, the filter order can be fixed to the second order even if the sampling time is shortened, but as described in Chapter 8 p165 to 166 of Non-Patent Document 2. In the case of a recursive adaptive digital filter (IIR type), there is a description that the convergence and optimality of the solution and the stability of the filter are not compensated. In addition, it is a problem common to the above two filters. When there are a plurality of vibrations, it is not known which vibration should be removed. It becomes an adaptive filter that does not converge forever, and there is a problem that vibration cannot be removed.
The present invention has been made in view of such problems, and during normal operation in which a sweep signal or the like is not input (when cutting or simply moving the table without inputting a sweep signal) or a plurality of vibration frequencies are present. There is provided a motor control device capable of calculating the frequency of vibration generated when a motor drives a load machine even if it exists.

請求項1に記載の発明は、速度指令と速度フィードバック信号の差を制御処理してトルク指令を出力する速度制御部と、トルク指令を入力としモータの電流を制御する電流制御部と、位置検出手段からの位置フィードバック信号から速度フィードバック信号を生成する速度検出部で構成され、上位システムからの指令と位置または速度検出部からの出力に基づいてモータを制御するモータ制御装置において、速度フィードバック信号を制御サンプリング時間ごとに差をとり擬似加速度信号を生成する差分演算部と、前記擬似加速度信号を入力としフィルタ係数を出力する適応フィルタと、フィルタ係数を入力としてモータと負荷機械との間で発生する振動の周波数をもとめる周波数演算手段を備えるようにしたものである。
請求項2記載の本発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、適応フィルタは修正可能なフィルタ係数をもつFIRフィルタと、FIRフィルタのフィルタ係数を逐次更新する係数修正手段からなり、FIRフィルタの次数は2以上で2の整数倍であり、係数修正手段は、FIRフィルタの出力が所定値以下になるように修正し、FIRフィルタの出力が所定値以下になった時に係数修正手段から出力されるフィルタ係数を出力とするようにしたものである。
請求項3に記載の本発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、周波数演算手段は、フィルタ係数を修正可能なFIRフィルタの次数が2の時には、式
f=√{(2+(h/h))/(2−(h/h))}*(2/T)*(1/2π)
を使用して演算するようにしたものである。但し、h、hはFIRフィルタの係数、Tはサンプリング時間である。
請求項4記載の本発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、周波数演算手段は、前記係数修正可能なFIRフィルタの次数が4の時には、式
m=h/h
n=(h−2h)/h
=(m+√(m−4n))/2
=(m−√(m−4n))/2
=√{(2+a)/(2−a)}*(1/T)*(1/2π)
=√{(2+a)/(2−a)}*(1/T)*(1/2π)
を使用して演算するようにしたものである。
請求項5記載の本発明は、請求項1記載のモータ制御装置において、適応フィルタを複数個を直列に結合し、適応フィルタのフィルタ係数出力後に切り替え手段を備え、周波数演算手段は、適応フィルタから出力される各フィルタ係数をそれぞれ演算するようにしたものある。
The invention according to claim 1 is a speed control unit that outputs a torque command by controlling a difference between a speed command and a speed feedback signal, a current control unit that receives the torque command and controls a motor current, and a position detection In a motor control device that is configured by a speed detection unit that generates a speed feedback signal from a position feedback signal from the means and controls a motor based on a command from a host system and an output from a position or speed detection unit, the speed feedback signal is A difference calculation unit that generates a pseudo acceleration signal by taking a difference every control sampling time, an adaptive filter that inputs the pseudo acceleration signal and outputs a filter coefficient, and is generated between the motor and the load machine using the filter coefficient as an input. A frequency calculation means for determining the frequency of vibration is provided.
According to a second aspect of the present invention, in the motor control apparatus according to the first aspect, the adaptive filter includes an FIR filter having a filter coefficient that can be corrected, and coefficient correction means for sequentially updating the filter coefficient of the FIR filter, and the FIR filter The order of 2 is an integer multiple of 2 and 2 and the coefficient correction means corrects the output of the FIR filter to be a predetermined value or less and outputs from the coefficient correction means when the output of the FIR filter becomes a predetermined value or less. Output filter coefficients.
According to a third aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect, when the order of the FIR filter capable of correcting the filter coefficient is 2, the frequency calculation means has the formula f = √ {(2+ (h 1 / H 0 )) / (2- (h 1 / h 0 ))} * (2 / T s ) * (1 / 2π)
The operation is performed using. Here, h 1 and h 0 are the coefficients of the FIR filter, and T s is the sampling time.
According to a fourth aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect, when the order of the FIR filter capable of correcting the coefficient is 4, the frequency calculation means has the formula m = h 1 / h 0
n = (h 2 −2h 0 ) / h 0
a 1 = (m + √ (m 2 −4n)) / 2
a 2 = (m−√ (m 2 −4n)) / 2
f 1 = √ {(2 + a 1 ) / (2-a 1 )} * (1 / T s ) * (1 / 2π)
f 2 = √ {(2 + a 2 ) / (2-a 2 )} * (1 / T s ) * (1 / 2π)
The operation is performed using.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the motor control device according to the first aspect, wherein a plurality of adaptive filters are coupled in series, and a switching means is provided after the filter coefficients of the adaptive filter are output. Each output filter coefficient is calculated.

本発明によれば、モータが負荷機械を駆動する時に発生する振動の周波数を演算することができるモータ制御装置を提供できる。通常運転中(スイープ信号を入力しない状態で切削加工や単にテーブルを移動させる場合)で実行可能であり、フーリエ変換などを使用しないため短時間で振動周波数を測定できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the motor control apparatus which can calculate the frequency of the vibration generate | occur | produced when a motor drives a load machine can be provided. It can be executed during normal operation (when cutting or simply moving the table without inputting a sweep signal), and the vibration frequency can be measured in a short time because no Fourier transform is used.

以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例を示す周波数演算方法を実現する為のモータ制御装置を示すブロック図である。
図1において、2は速度制御部、3は電流制御部、4はモータ、5は負荷機械、6は位置検出手段であるエンコーダ、7は速度検出部、9は差分演算部、10は適応フィルタ、12は周波数演算部である。また、1は速度指令、8は速度フィードバック信号、7はフィルタ係数である。
FIG. 1 is a block diagram showing a motor control device for realizing a frequency calculation method according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 2 is a speed control unit, 3 is a current control unit, 4 is a motor, 5 is a load machine, 6 is an encoder as position detection means, 7 is a speed detection unit, 9 is a difference calculation unit, and 10 is an adaptive filter. , 12 are frequency calculation units. 1 is a speed command, 8 is a speed feedback signal, and 7 is a filter coefficient.

次に動作について説明する。速度制御部2は速度指令1と速度フィードバック信号8との差を制御演算処理し、トルク指令を出力する。電流制御部はトルク指令を電流指令に変換し、モータに流れる電流を制御する。モータに電流が流れるとモータはトルクを発生し、負荷や慣性モーメントに応じて回転する。エンコータ6はモータ4に機械的に結合されており、モータの回転角度位置に応じたパルスを発生する。エンコータのパルスは、図示していないが位置カウンタで積算され、位置カウンタの出力は位置フィードバック信号となる。速度検出部7は位置フィードバック信号を制御サンプリング周期ごとに時間差分をとりサンプリング時間で除して速度フィードバック信号を生成する。モータには、負荷5が結合されており、負荷を駆動する構成になっている。差分演算部9は速度フィードバック信号をサンプリング時間ごとに差分演算し、擬似加速度信号を出力する。適応フィルタ10は擬似加速度信号を入力し、フィルタ係数を出力する。周波数演算部12はフィルタ係数を入力し、振動周波数fを出力する。   Next, the operation will be described. The speed control unit 2 performs control calculation processing on the difference between the speed command 1 and the speed feedback signal 8 and outputs a torque command. The current control unit converts the torque command into a current command and controls the current flowing through the motor. When current flows through the motor, the motor generates torque and rotates according to the load and moment of inertia. The encoder 6 is mechanically coupled to the motor 4 and generates a pulse corresponding to the rotational angle position of the motor. Although not shown, the encoder pulses are accumulated by a position counter, and the output of the position counter becomes a position feedback signal. The speed detection unit 7 generates a speed feedback signal by taking the time difference of the position feedback signal for each control sampling period and dividing it by the sampling time. A load 5 is coupled to the motor, and the motor is configured to drive the load. The difference calculation unit 9 calculates a difference between the speed feedback signals for each sampling time and outputs a pseudo acceleration signal. The adaptive filter 10 receives the pseudo acceleration signal and outputs a filter coefficient. The frequency calculation unit 12 inputs a filter coefficient and outputs a vibration frequency f.

次に周波数演算部12を図2に基づいて説明する。
図2は、図1の適応フィルタ10の内部構造を示すものである。図2において、FIRフィルタ101は、係数修正が可能であり、図1の差分演算部9の出力である擬似加速度信号をz−1のサンプリング時間遅延器に通した結果と係数修正手段100から出力される係数を使用して積和演算し、係数修正手段100に出力する。係数演算手段100はFIRフィルタの出力が所定値以内になるように係数h0、h1、h2を修正する。係数修正手段は、非特許文献1の4章p96の(4.16)式に示すような最小2乗(LMS)アルゴリズムで実行される。また、この最小2乗アルゴリズムを正規化LMSアルゴリズムに変更すれば、係数精度が上がり、係数の収束が早いため、振動周波数の測定精度が上がる。この正規化LMSアルゴリズムは、非特許文献1の4章p120の(4.67)式に示されている。FIRフィルタは、(1)式の様に数式で表すことができる。h、h、hはFIRフィルタの係数であり、z−1は遅延器を表す。z―2は同様に2個の遅延器を表す。
Next, the frequency calculation unit 12 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 shows the internal structure of the adaptive filter 10 of FIG. In FIG. 2, FIR filter 101 may coefficient correction, outputs the pseudo acceleration signal output from the difference computing unit 9 of FIG. 1 from the result and the coefficient correction means 100 through the sampling time delayer z -1 The product-sum operation is performed using the coefficients to be output to the coefficient correction means 100. The coefficient calculation means 100 corrects the coefficients h0, h1, and h2 so that the output of the FIR filter is within a predetermined value. The coefficient correction means is executed by a least square (LMS) algorithm as shown in (4.16) in Chapter 4, p96 of Non-Patent Document 1. Further, if this least square algorithm is changed to a normalized LMS algorithm, the coefficient accuracy is increased and the coefficient is rapidly converged, so that the measurement accuracy of the vibration frequency is increased. This normalized LMS algorithm is shown in Equation (4.67) in Chapter 4, p120 of Non-Patent Document 1. The FIR filter can be expressed by a mathematical formula as shown in formula (1). h 0 , h 1 and h 2 are coefficients of the FIR filter, and z −1 represents a delay device. z- 2 similarly represents two delay devices.

次に実施例1の構成で周波数演算を行ったシミュレーションを示す。速度制御の制御サンプリング時間を125μsとして、モータと機械との共振周波数が500Hzの場合に図1の構成のシミュレーションを実行した。適応フィルタで作られたFIRフィルタの周波数特性を図5に表す。図5は、ノッチ中心周波数よりも低周波数では、−30dBとなっており、高周波数では0dBとなっている。この時のFIRフィルタの係数h、h、hの内h、hを(2)式に入力する。周波数演算部では、ソフトウエアにより(2)式がプログラムされており周波数を計算する。(2)式のfは演算された振動周波数、Tsは適応フィルタのサンプリング時間を表す。図5が得られた時のFIRフィルタ係数(h、h=0.1840、h=―0.34)を周波数演算部((2)式)を実行すると、506.5Hzが得られた。請求項1と請求項2を実行することにより、振動周波数が演算される事がわかる。 Next, a simulation in which frequency calculation is performed with the configuration of the first embodiment is shown. The simulation of the configuration in FIG. 1 was executed when the control sampling time of the speed control was set to 125 μs and the resonance frequency between the motor and the machine was 500 Hz. FIG. 5 shows the frequency characteristics of the FIR filter made by the adaptive filter. FIG. 5 shows −30 dB at a frequency lower than the notch center frequency and 0 dB at a high frequency. Of the coefficients h 0 , h 1 , h 2 of the FIR filter at this time, h 0 , h 1 are input to the equation (2). In the frequency calculation unit, equation (2) is programmed by software to calculate the frequency. In Expression (2), f represents the calculated vibration frequency, and Ts represents the sampling time of the adaptive filter. When the FIR filter coefficient (h 0 , h 2 = 0.1840, h 1 = −0.34) when FIG. 5 is obtained is executed by the frequency calculation unit (formula (2)), 506.5 Hz is obtained. It was. It can be seen that the vibration frequency is calculated by executing claims 1 and 2.

別の例として、モータと機械との共振周波数が100Hzの場合についても評価した結果、得られた周波数特性を図6に表す。この時のFIRフィルタ係数(h、h=0.1673、h=−0.3336)を周波数演算部に入力すると100Hzが演算される。この結果からも振動周波数が請求項1と請求項2を実行することにより振動周波数が演算される事がわかる。 As another example, FIG. 6 shows the frequency characteristics obtained as a result of evaluating the case where the resonance frequency of the motor and the machine is 100 Hz. When the FIR filter coefficients (h 0 , h 2 = 0.1673, h 1 = −0.3336) at this time are input to the frequency calculation unit, 100 Hz is calculated. From this result, it can be seen that the vibration frequency is calculated by executing claims 1 and 2.

図3は、図1の適応フィルタ内部を示すものであるが、係数修正可能なFIRフィルタ201の次数は、4次であり、係数修正手段200は、5個の係数を修正する。5個の係数を図1の周波数演算部12に入力する。周波数演算部では、ソフトウエアにより(3)式がプログラムされており周波数を計算する構成になっている。(3)式のh、h、hはFIRフィルタ係数を表しており、係数はh〜hの5つからなるが、その内のh〜hまでを使用する。a、aは中間変数であり、Tsは適応フィルタのサンプリング時間、f、fは振動周波数を表す。この例では振動周波数が2個ある場合に適用し、二つの周波数f1とf2を演算する。 FIG. 3 shows the inside of the adaptive filter of FIG. 1, but the order of the FIR filter 201 that can modify the coefficients is the fourth order, and the coefficient correcting means 200 corrects the five coefficients. Five coefficients are input to the frequency calculation unit 12 in FIG. In the frequency calculation unit, equation (3) is programmed by software, and the frequency is calculated. In equation (3), h 0 , h 1 , and h 2 represent FIR filter coefficients, and the coefficients are composed of five of h 0 to h 4 , of which h 0 to h 2 are used. a 1 and a 2 are intermediate variables, Ts is a sampling time of the adaptive filter, and f 1 and f 2 are vibration frequencies. This example is applied when there are two vibration frequencies, and two frequencies f1 and f2 are calculated.

G(z)=h+h−1+h−2 ・・・(1)
f=√{(2+(h/h))/(2−(h/h))}*(2/T)*(1/2π)
・・・(2)
m=h/h
n=(h−2h)/h
=(m+√(m−4n))/2
=(m−√(m−4n))/2
=√{(2+a)/(2−a)}*(1/T)*(1/2π)
=√{(2+a)/(2−a)}*(1/T)*(1/2π)
・・・(3)
G (z) = h 0 + h 1 z −1 + h 2 z −2 (1)
f = √ {(2+ (h 1 / h 0 )) / (2- (h 1 / h 0 ))} * (2 / T s ) * (1 / 2π)
... (2)
m = h 1 / h 0
n = (h 2 −2h 0 ) / h 0
a 1 = (m + √ (m 2 −4n)) / 2
a 2 = (m−√ (m 2 −4n)) / 2
f 1 = √ {(2 + a 1 ) / (2-a 1 )} * (1 / T s ) * (1 / 2π)
f 2 = √ {(2 + a 2 ) / (2-a 2 )} * (1 / T s ) * (1 / 2π)
... (3)

実施例3は、振動が3個以上ある場合でも振動周波数を測定するために考案されたもので、図4に示す。図面の図面番号1〜9については、図1で説明した物であり、300の適応フィルタ1と301の適応フィルタ2と302の適応フィルタ3を直列に結合し、適応フィルタ1から3の出力は、各適応フィルタ内部の係数修正可能なFIRフィルタの出力306、307とフィルタ係数であり、適応フィルタ1のフィルタ係数303と適応フィルタ2のフィルタ係数304と適応フィルタ3のフィルタ係数305は切り替え手段308により切り替えられ、周波数演算部309により各適応フィルタの周波数を演算し、例えば、310の表示機能を持つ表示器で周波数を表示する。適応フィルタ内の係数修正可能なFIRフィルタを2次に限定し、請求項2の演算を行えば、複数個の振動に対して同数の振動周波数を測定できる。 Example 3 is devised to measure the vibration frequency even when there are three or more vibrations, and is shown in FIG. Drawing numbers 1 to 9 are the same as those described in FIG. 1, 300 adaptive filters 1, 301 adaptive filters 2 and 302 adaptive filters 3 are connected in series, and the outputs of adaptive filters 1 to 3 are as follows. FIR filter outputs 306 and 307 and coefficient coefficients of the adaptive filter 1 within each adaptive filter, the filter coefficient 303 of the adaptive filter 1, the filter coefficient 304 of the adaptive filter 2, and the filter coefficient 305 of the adaptive filter 3 are switching means 308. The frequency calculation unit 309 calculates the frequency of each adaptive filter, and displays the frequency on a display device having a display function 310, for example. If the FIR filter capable of correcting the coefficients in the adaptive filter is limited to the second order and the calculation of claim 2 is performed, the same number of vibration frequencies can be measured for a plurality of vibrations.

周波数演算手段によって振動周波数が分かるため、振動周波数を使って振動抑制するような制御装置に適用できる。   Since the vibration frequency is known by the frequency calculation means, it can be applied to a control device that suppresses vibration using the vibration frequency.

本発明の第1実施例を示す周波数演算を実現させる制御装置のブロック図The block diagram of the control apparatus which implement | achieves the frequency calculation which shows 1st Example of this invention 本発明の請求項2の適応フィルタ内部動作を示すブロック図The block diagram which shows the internal operation | movement of the adaptive filter of Claim 2 of this invention 本発明の請求項3の適応フィルタ内部動作を示すブロック図The block diagram which shows the internal operation | movement of the adaptive filter of Claim 3 of this invention 本発明の請求項4を示す制御装置のブロック図The block diagram of the control apparatus which shows Claim 4 of this invention 実施例1による適応フィルタの周波数特性(振動周波数が500Hzの場合)Frequency characteristics of adaptive filter according to embodiment 1 (when vibration frequency is 500 Hz) 実施例1による適応フィルタの周波数特性(振動周波数が100Hzの場合)Frequency characteristics of adaptive filter according to embodiment 1 (when vibration frequency is 100 Hz) 特許文献1の実施例を示す図The figure which shows the Example of patent document 1 特許文献2の実施例を示す図The figure which shows the Example of patent document 2

符号の説明Explanation of symbols

1 速度指令
2 速度制御部
3 電流制御部
4 モータ
5 負荷
6 エンコーダ
7 速度検出部
8 速度フィードバック信号
9 差分演算部
10 適応フィルタ
11 フィルタ係数
12 周波数演算部
100 係数修正手段
101 FIRフィルタ
200 係数修正手段
201 FIRフィルタ
300 適応フィルタ1
301 適応フィルタ2
302 適応フィルタ3
303 フィルタ係数
304 フィルタ係数
305 フィルタ係数
306 FIRフィルタの出力
307 FIRフィルタの出力
308 切り替え手段
309 周波数演算部
310 表示器
701 位置ループゲインを与える増幅器
702 速度ループゲインを与える増幅器
703 モータ
704 パルスジェネレータ
705 機械
706 駆動機械
707 機械位置検出器
708 微分器
709 スイープ信号発生器
710 周波数分析器
711 周波数可変型ノッチフィルタ
801 電動機
802 速度検出器
803 連結器
804 負荷
805 減算手段
806 演算増幅手段
808 トルク制御手段
809 主フィルタ
810 フィルタ係数設定手段
812 ハイパスフィルタ
813 基準信号発生手段
815 加算手段
816 適応フィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Speed command 2 Speed control part 3 Current control part 4 Motor 5 Load 6 Encoder 7 Speed detection part 8 Speed feedback signal 9 Difference calculation part 10 Adaptive filter 11 Filter coefficient 12 Frequency calculation part 100 Coefficient correction means 101 FIR filter 200 Coefficient correction means 201 FIR filter 300 Adaptive filter 1
301 Adaptive filter 2
302 Adaptive filter 3
303 Filter Coefficient 304 Filter Coefficient 305 Filter Coefficient 306 FIR Filter Output 307 FIR Filter Output 308 Switching Unit 309 Frequency Calculation Unit 310 Display 701 Amplifier 702 that Provides Position Loop Gain Amplifier 703 Motor that Provides Speed Loop Gain 703 Motor 704 Pulse Generator 705 Machine 706 Drive machine 707 Machine position detector 708 Differentiator 709 Sweep signal generator 710 Frequency analyzer 711 Frequency variable notch filter 801 Electric motor 802 Speed detector 803 Linkage 804 Load 805 Subtraction means 806 Operation amplification means 808 Torque control means 809 Main Filter 810 Filter coefficient setting means 812 High pass filter 813 Reference signal generation means 815 Addition means 816 Adaptive filter

Claims (5)

速度指令と速度フィードバック信号の差を制御処理してトルク指令を出力する速度制御部と、トルク指令を入力としモータの電流を制御する電流制御部と、位置検出手段からの位置フィードバック信号から速度フィードバック信号を生成する速度検出部で構成され、上位システムからの指令と位置または前記速度検出部からの出力に基づいてモータを制御するモータ制御装置において、
速度フィードバック信号を制御サンプリング時間ごとに差をとり擬似加速度信号を生成する差分演算部と、
前記擬似加速度信号を入力としフィルタ係数を出力する適応フィルタと、
前記フィルタ係数を入力としてモータと負荷機械との間で発生する振動の周波数をもとめる周波数演算手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
A speed control unit that outputs a torque command by controlling the difference between the speed command and the speed feedback signal, a current control unit that controls the motor current using the torque command as an input, and a speed feedback from the position feedback signal from the position detection means In a motor control device configured by a speed detection unit that generates a signal and controlling a motor based on a command and position from a host system or an output from the speed detection unit,
A difference calculation unit that generates a pseudo acceleration signal by taking a difference between the speed feedback signals at each control sampling time;
An adaptive filter that receives the pseudo acceleration signal and outputs a filter coefficient;
A motor control apparatus comprising frequency calculating means for obtaining a frequency of vibration generated between a motor and a load machine using the filter coefficient as an input.
前記適応フィルタは修正可能なフィルタ係数をもつFIRフィルタと、前記FIRフィルタのフィルタ係数を逐次更新する係数修正手段からなり、
前記FIRフィルタの次数は2以上で2の整数倍であり、
前記係数修正手段は、前記FIRフィルタの出力が所定値以下になるように修正し、前記FIRフィルタの出力が所定値以下になった時にフィルタ係数を出力することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
The adaptive filter comprises an FIR filter having a filter coefficient that can be corrected, and coefficient correction means for sequentially updating the filter coefficient of the FIR filter,
The order of the FIR filter is 2 or more and an integer multiple of 2;
2. The coefficient correction unit according to claim 1, wherein the coefficient correction means corrects an output of the FIR filter to be a predetermined value or less, and outputs a filter coefficient when the output of the FIR filter becomes a predetermined value or less. Motor control device.
前記周波数演算手段は、前記フィルタ係数を修正可能なFIRフィルタの次数が2の時には、式
f=√{(2+(h/h))/(2−(h/h))}*(2/T)*(1/2π)
を使用して演算することを特徴とする請求項1または2に記載のモータ制御装置。
但し、h、hはFIRフィルタの係数、Tはサンプリング時間である。
When the order of the FIR filter capable of correcting the filter coefficient is 2, the frequency calculation means uses the equation f = √ {(2+ (h 1 / h 0 )) / (2- (h 1 / h 0 ))} * (2 / T s ) * (1 / 2π)
The motor control apparatus according to claim 1, wherein the calculation is performed using
Here, h 1 and h 0 are the coefficients of the FIR filter, and T s is the sampling time.
前記周波数演算手段は、前記フィルタ係数を修正可能なFIRフィルタの次数が4の時には、式
m=h/h
n=(h−2h)/h
=(m+√(m−4n))/2
=(m−√(m−4n))/2
=√{(2+a)/(2−a)}*(1/T)*(1/2π)
=√{(2+a)/(2−a)}*(1/T)*(1/2π)
を使用して演算することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。
When the order of the FIR filter capable of correcting the filter coefficient is 4, the frequency calculation means uses the equation m = h 1 / h 0
n = (h 2 −2h 0 ) / h 0
a 1 = (m + √ (m 2 −4n)) / 2
a 2 = (m−√ (m 2 −4n)) / 2
f 1 = √ {(2 + a 1 ) / (2-a 1 )} * (1 / T s ) * (1 / 2π)
f 2 = √ {(2 + a 2 ) / (2-a 2 )} * (1 / T s ) * (1 / 2π)
The motor control apparatus according to claim 1, wherein the calculation is performed using
前記適応フィルタは複数個を直列に結合し、適応フィルタのフィルタ係数出力後に切り替え手段を備え、前記周波数演算手段は、前記適応フィルタから出力される各フィルタ係数をそれぞれ演算することを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。   The adaptive filter includes a plurality of adaptive filters coupled in series, and provided with a switching means after outputting the filter coefficients of the adaptive filter, and the frequency calculating means calculates each filter coefficient output from the adaptive filter. Item 2. The motor control device according to Item 1.
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