JP2010220278A - Motor controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電動機や電動機で駆動される負荷に対し、その速度や位置などの動き動作に対しての制御を行う電動機制御装置に関し、特に、負荷を駆動する場合などに発生する機械共振を抑制する機能を備えた電動機制御装置に関する。 The present invention relates to an electric motor control device that controls electric motors and loads driven by the electric motors, such as speed and position, and more particularly to suppressing mechanical resonance that occurs when driving loads. The present invention relates to a motor control device having a function.
従来、この種の電動機制御装置としては、例えば、特許文献1に記載されているようなものがあった。図9は従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
Conventionally, as this kind of electric motor control device, there has been one as described in
図9に示す従来の電動機制御装置90は、電動機11と速度検出器13とに接続される。電動機11には、負荷12が繋がれている。また、速度検出器13は、電動機11の回転速度を検出し、検出した回転速度を示す速度検出信号Vdを出力する。
A conventional
電動機制御装置90は、速度検出信号Vdを速度指令信号Vrに追従させる速度制御系を有している。そして、電動機制御装置90は、機械共振などに起因する発振を抑制するため、図9に示すように、ノッチフィルタ15を備えている。さらに、電動機制御装置90は、速度制御部14と振動抽出フィルタ17とノッチ制御部30とトルク制御部16とを備えている。
The electric
速度制御部14は、速度指令信号Vrおよび速度検出信号Vdを入力してトルク指令信号τ1を生成する。ノッチフィルタ15は、ノッチ制御部30の制御に応じて、トルク指令信号τ1に対しノッチ周波数の信号成分を減衰させるようなフィルタ処理を施し、フィルタ処理したトルク指令信号τ2をトルク制御部16に供給する。トルク制御部16は、トルク指令信号τ2に基づき、電動機11が目的のトルクを出力するように電動機11を制御する。
The
また、振動抽出フィルタ17は、速度検出信号Vdから、機械共振に起因する発振周波数の信号を抽出し、抽出信号xとして出力する。ノッチ制御部30は、ノッチフィルタ15のノッチ周波数が抽出信号xの周波数となるように、ノッチフィルタ15を制御する。
The
このように構成された従来の電動機制御装置では、なんらかの原因で機械共振による発振が起きても、この発振による振動成分が減少するようノッチフィルタ15のノッチ周波数が逐次修正されるので発振が抑圧される。このため、従来の電動機制御装置を用いたシステムは安定した制御状態を得ることができる。
In the conventional motor control apparatus configured as described above, even if oscillation due to mechanical resonance occurs for some reason, the notch frequency of the
ところが、振動抽出フィルタ17が抽出した抽出信号xにノイズや、例えば、速度指令の加速度変化に起因する高周波成分などが混入する場合があり、これによって速度制御系の安定性が悪化し、誤動作を引き起こす可能性があった。このため、例えば、特許文献1では、速度指令の変化時に生じた高周波成分による誤動作防止のため、速度指令が非ゼロである期間および速度指令終了時点からの所定時間、ノッチ制御部の動作を一時停止する機能を設けた電動機制御装置が開示されている。
However, there are cases where noise, for example, high-frequency components due to the acceleration change of the speed command, etc. are mixed in the extraction signal x extracted by the
一方、同様に、検出した振動成分に含まれるノイズなどに起因した誤動作を抑制するため、従来、例えば特許文献2のように、振動成分を抽出するフィルタの後段に微少振幅の信号成分を除去する機能を備えたアクチュエータが提案されている。このような従来のアクチュエータは、加速度センサのノイズレベルに適応させた所定の不感帯領域を有する不感帯処理機能を備え、加速度センサのノイズによる負荷の励振を抑制し、誤振動の低減を図っている。
しかしながら、特許文献1のように、高周波成分による誤動作防止のためにノッチ制御部の動作を所定の期間だけ停止する構成では、その所定の期間は、ノッチ制御部やノッチフィルタを用いた機械共振を抑制する処理も停止することになり、この期間は機械共振を抑制することができないという課題があった。また、特許文献2のように、不感帯処理機能を設け、その不感帯領域をノイズレベルに適応させた所定値とするような構成では、速度指令の変化時に生じる高周波成分の影響を十分に抑制できないという課題があった。すなわち、例えば、変化の大きい速度指令によってある程度大きな振幅の高周波成分が生じた場合、このような高周波成分が不感帯処理機能を通過してノッチ制御部まで到達してしまう。そして、このような高周波成分は機械共振による振動成分ではないのでノッチフィルタで振動を抑える必要はないが、ノッチ制御部がこの高周波成分に反応し、本来不必要であるノッチフィルタが生成されてしまう。このため、速度制御系が不安定となる可能性があった。
However, in the configuration in which the operation of the notch control unit is stopped only for a predetermined period in order to prevent malfunction due to high frequency components as in
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、常に安定した制御状態を確保しながら、電動機やその負荷の動き動作の制御を行う電動機制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an electric motor control device that controls the movement operation of the electric motor and its load while always ensuring a stable control state. .
上記目的を達成するために、本発明の電動機制御装置は、可動部の検出された動き量を示す検出信号と、可動部の動き量を指令するための指令量を示す指令信号とに基づき、電動機による可動部の動き動作が指令量に追従するようにフィードバック制御する制御系を有した電動機制御装置であって、制御系内の制御信号に対してノッチ周波数とする周波数の信号成分を減衰させるノッチフィルタと、検出信号から所定周波数の信号成分を抽出し、抽出信号として出力する抽出フィルタと、指令信号に応じて抽出信号から不感閾値以下となる振幅の信号成分を除去し、抽出振動信号として出力する不感帯処理部と、抽出振動信号に基づきノッチ周波数を変更するように、ノッチフィルタを制御するノッチ制御部とを備えた構成である。 In order to achieve the above object, the electric motor control device of the present invention is based on a detection signal indicating the detected amount of movement of the movable part and a command signal indicating an instruction amount for instructing the amount of movement of the movable part. An electric motor control device having a control system that performs feedback control so that the movement of a movable part by an electric motor follows a command amount, and attenuates a signal component having a frequency that is a notch frequency with respect to a control signal in the control system A notch filter, an extraction filter that extracts a signal component of a predetermined frequency from the detection signal and outputs it as an extraction signal, and a signal component having an amplitude that is less than or equal to the dead threshold value is removed from the extraction signal in accordance with the command signal, and the extracted vibration signal The configuration includes a dead zone processing unit that outputs and a notch control unit that controls the notch filter so as to change the notch frequency based on the extracted vibration signal.
このような構成により、例えば指令量を急激に変化させたため、この変化によって大きな振幅の高周波成分が抽出信号に混入するような場合であっても、不感閾値を指令信号に応じた値とすることで、抽出信号からこの高周波成分を除去できる。逆に、指令信号に変化がない場合には、例えば、不感閾値をノイズレベルとすることができ、機械共振に基づく振動成分のみを精度よくノッチ制御部に供給できる。このように、本発明は不感閾値を適応的に設定できるため、速度指令などの指令量の変化に影響されず、機械共振を常に安定して抑制することができる。 With such a configuration, for example, the command amount is suddenly changed, so even if a high-frequency component with a large amplitude is mixed into the extracted signal due to this change, the dead threshold is set to a value corresponding to the command signal. Thus, this high frequency component can be removed from the extracted signal. On the other hand, when there is no change in the command signal, for example, the insensitive threshold can be set to the noise level, and only the vibration component based on the mechanical resonance can be supplied to the notch controller with high accuracy. Thus, the present invention can adaptively set the dead threshold value, so that mechanical resonance can always be stably suppressed without being affected by changes in the command amount such as the speed command.
また、本発明の電動機制御装置は、不感帯処理部に対して指令信号に基づく閾値設定信号を通知する不感帯制御部をさらに備え、不感帯処理部が閾値設定信号に応じた閾値を不感閾値として設定する構成である。 The electric motor control device of the present invention further includes a dead zone control unit that notifies the dead zone processing unit of a threshold setting signal based on the command signal, and the dead zone processing unit sets a threshold corresponding to the threshold setting signal as a dead threshold. It is a configuration.
このような構成により、指令量の大きな変化によって大きな振幅の高周波成分が生じた場合でも、不感帯処理部によって、抽出信号からこの高周波成分を適応的に除去できる。このため、速度指令などの指令量の変化に影響されず、常に安定した制御系を確保しながら機械共振を抑制することができる。 With such a configuration, even when a high-frequency component having a large amplitude is generated due to a large change in the command amount, the dead-band processing unit can adaptively remove the high-frequency component from the extracted signal. For this reason, it is possible to suppress the mechanical resonance while ensuring a stable control system without being affected by changes in the command amount such as the speed command.
また、本発明の電動機制御装置は、不感閾値が、最も小さい閾値を最小閾値とし、閾値設定信号の大きさに従って大きくなる複数の閾値に設定される構成である。 The motor control device according to the present invention is configured such that the dead threshold value is set to a plurality of threshold values that are set to the smallest threshold value and increase according to the magnitude of the threshold value setting signal.
また、本発明の電動機制御装置は、不感帯制御部が、指令信号の大きさを示す閾値設定信号を不感帯処理部に通知する構成である。 In the motor control device of the present invention, the dead zone control unit notifies the dead zone processing unit of a threshold setting signal indicating the magnitude of the command signal.
また、本発明の電動機制御装置は、不感帯制御部が、指令信号の移動平均値を示す閾値設定信号を不感帯処理部に通知する構成であってもよい。 The motor control device of the present invention may be configured such that the dead zone control unit notifies the dead zone processing unit of a threshold setting signal indicating a moving average value of the command signal.
また、本発明の電動機制御装置は、不感帯制御部が、指令信号の微分値の絶対値を示す閾値設定信号を不感帯処理部に通知する構成であってもよい。 In addition, the motor control device of the present invention may be configured such that the dead zone control unit notifies the dead zone processing unit of a threshold setting signal indicating the absolute value of the differential value of the command signal.
また、本発明の電動機制御装置は、閾値設定信号が非ゼロである期間および非ゼロからゼロになった時点からの所定期間は不感閾値として最小閾値よりも大きい閾値を設定する構成である。 In addition, the electric motor control device of the present invention is configured to set a threshold value larger than the minimum threshold value as the insensitive threshold value during a period when the threshold setting signal is non-zero and a predetermined period from the time when the threshold setting signal becomes zero.
このような構成により、指令信号が非ゼロの期間のように、指令量の変化に起因する大きな振幅の高周波成分が抽出信号に混入するおそれのある期間は、不感閾値として最小閾値よりも大きい閾値が設定されるため、指令量の変化に影響されず、機械共振を常に安定して抑制することができる。 With such a configuration, a period in which a high-frequency component having a large amplitude due to a change in the command amount may be mixed in the extracted signal, such as a period when the command signal is non-zero, is a threshold value that is larger than the minimum threshold value as a dead threshold value. Therefore, the mechanical resonance can always be stably suppressed without being affected by the change in the command amount.
また、本発明の電動機制御装置は、不感帯処理部が、抽出信号の振幅が不感閾値以下のとき、その振幅をゼロとして出力し、抽出信号の振幅が不感閾値を超えるとき、入力された抽出信号をそのまま出力する構成である。 In addition, in the motor control device of the present invention, when the dead band processing unit outputs the amplitude as zero when the amplitude of the extraction signal is equal to or less than the dead threshold, and when the amplitude of the extraction signal exceeds the dead threshold, the input extraction signal Is output as it is.
また、本発明の電動機制御装置は、不感帯処理部が、抽出信号の振幅が不感閾値以下のとき、その振幅をゼロとして出力し、抽出信号の振幅が不感閾値を超えるとき、入力された抽出信号の振幅を不感閾値だけ小さくして出力する構成であってもよい。 In addition, in the motor control device of the present invention, when the dead band processing unit outputs the amplitude as zero when the amplitude of the extraction signal is equal to or less than the dead threshold, and when the amplitude of the extraction signal exceeds the dead threshold, the input extraction signal A configuration may be used in which the amplitude of is reduced by the insensitive threshold and output.
このような構成により、抽出信号から不感閾値以下となる小振幅の信号成分を除去できる不感帯処理部を実現できる。 With such a configuration, it is possible to realize a dead zone processing unit that can remove a signal component having a small amplitude that is equal to or smaller than the dead threshold from the extracted signal.
また、本発明の電動機制御装置は、ノッチフィルタが、ノッチ中心周波数を中心としてノッチ幅に応じた近傍周波数の信号成分を含むノッチ周波数の信号を減衰させるフィルタであって、ノッチ周波数が変更可能であり、かつフィルタの有効と無効とが切替え可能な構成である。 In the motor control device of the present invention, the notch filter is a filter that attenuates a signal having a notch frequency including a signal component having a near frequency corresponding to the notch width with the notch center frequency as a center, and the notch frequency can be changed. There is a configuration in which the filter can be switched between valid and invalid.
また、本発明の電動機制御装置は、抽出フィルタが、検出信号に含まれる所定周波数以上の信号成分を抽出するハイパスフィルタ、または所定周波数帯域幅内の信号成分を振動成分として抽出するバンドパスフィルタとした構成である。 In the motor control device of the present invention, the extraction filter may be a high-pass filter that extracts a signal component having a predetermined frequency or more included in the detection signal, or a band-pass filter that extracts a signal component within a predetermined frequency bandwidth as a vibration component. This is the configuration.
また、本発明の電動機制御装置は、ノッチ制御部が、抽出振動信号の振幅が減少するようノッチフィルタのノッチ周波数を逐次修正する構成である。 Further, the motor control device of the present invention is configured such that the notch control unit sequentially corrects the notch frequency of the notch filter so that the amplitude of the extracted vibration signal is reduced.
このような構成により、機械共振によって発生する振動の周波数に応じたノッチ周波数のノッチフィルタを自動生成できるので、機械系の共振を抑制し安定した高速応答を実現できる。 With such a configuration, a notch filter having a notch frequency corresponding to the frequency of vibration generated by mechanical resonance can be automatically generated, so that stable resonance and high-speed response can be realized.
また、本発明の電動機制御装置は、不感閾値が、制御系のゲイン、指令信号の指令単位および検出信号の検出単位のうち少なくともいずれかに基づいて算出される構成である。 Further, the motor control device of the present invention is configured such that the insensitive threshold is calculated based on at least one of a gain of the control system, a command signal command unit, and a detection signal detection unit.
このような構成により、不感閾値とする各閾値を制御条件に応じた適切な値に設定することができる。 With such a configuration, it is possible to set each threshold value to be an insensitive threshold value to an appropriate value according to the control condition.
また、本発明の電動機制御装置は、制御系が可動部の動き量を示す速度および位置のいずれかを制御する制御系である。 The electric motor control device of the present invention is a control system in which the control system controls either the speed or the position indicating the amount of movement of the movable part.
また、本発明の電動機制御装置は、可動部が電動機の可動部および電動機で駆動される負荷のいずれかである。 In the electric motor control device of the present invention, the movable part is either the movable part of the electric motor or a load driven by the electric motor.
また、本発明の電動機制御装置は、可動部が回転する動き動作を行う。 In addition, the electric motor control device of the present invention performs a moving operation in which the movable part rotates.
本発明の電動機制御装置は、このような構成に好適に適用できる。 The motor control device of the present invention can be suitably applied to such a configuration.
本発明の電動機制御装置によれば、速度指令などの指令量の変化に影響されず、機械共振を常に安定して抑制することが可能であるため、常に安定した制御状態を確保しながら電動機やその負荷の動き動作の制御を行う電動機制御装置を提供することができる。 According to the motor control device of the present invention, it is possible to always stably suppress the mechanical resonance without being affected by a change in the command amount such as the speed command. It is possible to provide an electric motor control device that controls the movement operation of the load.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態における電動機制御装置10の構成を示すブロック図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electric
図1に示すように、本発明の実施の形態における電動機制御装置10は、電動機11と速度検出器13とに接続される。電動機11には、負荷12が繋がれている。また、速度検出器13は、電動機11内に備えた可動子(図示せず)の回転速度を測定し、その回転速度に応じた速度量を示す検出信号としての速度検出信号Vdを出力する。一方、可動子の回転速度を指令するため、電動機制御装置10には、指令速度を示す速度指令信号Vrが通知される。
As shown in FIG. 1, the electric
このように、本実施の形態では、検出された可動部の動き量を示す検出信号として、可動子の回転速度を示す速度検出信号Vdが通知され、また、この動き量を制御するために指令された指令量を示す指令信号として、回転速度を指令する指令速度を示す速度指令信号Vrが通知される。そして、電動機制御装置10は、フィードバック制御する制御系として、速度検出信号Vdと速度指令信号Vrとに基づき、可動子の回転動作が指令速度に追従するようにフィードバック制御する速度制御系を有している。本実施の形態では、このような速度制御系を有した構成の電動機制御装置の一例を挙げて説明する。
As described above, in the present embodiment, the speed detection signal Vd indicating the rotation speed of the mover is notified as the detection signal indicating the detected amount of movement of the movable part, and a command is used to control the amount of movement. A speed command signal Vr indicating a command speed for commanding the rotation speed is notified as a command signal indicating the commanded amount. The
電動機制御装置10は、図1に示すように、速度制御部14と、ノッチフィルタ15aと、トルク制御部16と、振動抽出フィルタ17と、不感帯処理部20と、不感帯制御部21と、ノッチ制御部30とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
速度制御部14には、指令速度を示す速度指令信号Vrと速度検出器13が検出した検出速度を示す速度検出信号Vdとが入力される。速度制御部14は、速度指令信号Vrと速度検出信号Vdとの偏差量を算出し、この偏差量に基づき偏差量をゼロに制御するためのトルク指令信号τ1を生成し、出力する。具体的には、速度制御部14は、例えば速度指令信号Vrと速度検出信号Vdとの差分値を算出し、その差分値を比例積分した結果をトルク指令信号τ1として出力する。
A speed command signal Vr indicating a command speed and a speed detection signal Vd indicating a detected speed detected by the
ノッチフィルタ15aには、速度制御部14からトルク指令信号τ1が供給される。ノッチフィルタ15aは、供給された信号から、その信号に含まれる特定の周波数を中心とした所定範囲の周波数を有する信号成分に対し、急峻な減衰を与えるフィルタである。この中心となる周波数をノッチ中心周波数、減衰させる近傍の周波数幅をノッチ幅と呼び、ノッチ中心周波数およびノッチ幅で特定される周波数をノッチ周波数と呼ぶ。ノッチフィルタ15aはこのような特性を有しており、本実施の形態では、速度制御系内の制御信号であるトルク指令信号τ1に対して、ノッチ周波数の信号成分を減衰させる。
A torque command signal τ1 is supplied from the
図2は、本発明の実施の形態における電動機制御装置10のノッチフィルタ15aの周波数特性および位相特性の一例を示す特性図である。図2では、ノッチ中心周波数ωnを中心として、ノッチ幅Bnとする近傍周波数の周波数帯域内の信号成分を減衰させるような周波数特性の一例を示している。なお、詳細については以下で説明するが、ノッチフィルタ15aは、ノッチ中心周波数ωnが可変できるように構成されている。さらに、ノッチフィルタ15aは、図2に示すような周波数特性となるフィルタ機能を、有効とする有効状態と無効とする無効状態とに切り替え可能なように構成されている。ノッチフィルタ15aの有効状態とは、入力信号からノッチ中心周波数ωnを中心としたノッチ幅Bnの周波数帯域の信号成分を除去して出力する状態であり、無効状態とは入力信号をそのまま出力する状態である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing an example of frequency characteristics and phase characteristics of the
また、ノッチフィルタ15aは、例えば次式で示す伝達関数Ha(s)を持つ2次の再帰型ノッチフィルタである。
The
(式1)において、ωnaはノッチフィルタ15aのノッチ中心周波数、ζaは減衰定数である。
In (Expression 1), ωna is a notch center frequency of the
ノッチフィルタ15aからは、トルク指令信号τ1を必要に応じてフィルタ処理した信号であるトルク指令信号τ2が出力される。
The
トルク制御部16には、ノッチフィルタ15aから出力されたトルク指令信号τ2が入力される。トルク制御部16は、電動機11が目的のトルクを出力するように電動機11の回転動作を制御する。
The torque command signal τ2 output from the
このようにして、電動機制御装置10には、速度検出器13により検出された可動子の回転速度を示す速度検出信号Vdを利用して、この可動子の回転速度が速度指令信号Vrに応じた回転速度となるように、この可動子の動き動作をフィードバック制御する速度制御系としての制御系が構成される。そして、電動機制御装置10は、この速度制御系内にノッチフィルタ15aを配置した構成である。
In this way, the
また、本実施の形態では、電動機制御装置10が、負荷12を駆動する場合などに発生した機械共振を抑制する機能を備えている。この機能を実現するため、電動機制御装置10は、速度制御系内に上述したようなノッチフィルタ15aを配置するとともに、まず、機械共振などの振動成分を抽出するための抽出フィルタである振動抽出フィルタ17を備えている。速度検出器13から出力される速度検出信号Vdは、振動抽出フィルタ17にも供給される。振動抽出フィルタ17は、所定の周波数帯域が設定され、設定された周波数帯域に基づき、速度検出信号Vdから、周波数帯域内に含まれる振動成分を抽出する。すなわち、振動抽出フィルタ17は、例えば電動機11により負荷12を駆動した場合に発生する機械共振の振動周波数成分など、入力された速度検出信号Vdに現れる振動成分を抽出し、出力する。なお、振動抽出フィルタ17は、このように振動成分を抽出できればよいため、所定の周波数以上の信号成分を通過させるハイパスフィルタであってもよく、直列成分を含まない所定の周波数帯域幅内の信号成分を通過させるバンドパスフィルタであってもよい。振動抽出フィルタ17は、このような周波数特性に基づいて通過した信号、すなわち速度検出信号Vdに現れた振動成分を抽出した信号である抽出信号xを出力する。
In the present embodiment, the
振動抽出フィルタ17から出力された抽出信号xは、不感帯処理部20に供給される。不感帯処理部20は、抽出信号xから、不感閾値Thとする値以下になる小振幅の信号成分を除去し、抽出振動信号xeとして出力する。また、不感閾値Thの値は、速度指令信号Vrに応じた値が設定される。不感帯処理部20は、このような小振幅の信号成分を除去する機能を実現するため、不感帯とする領域を有した非線形処理を行う。
The extraction signal x output from the
図3は、本発明の実施の形態における電動機制御装置10の不感帯処理部20の非線形特性の一例を示す特性図である。図3において、横軸は不感帯処理部20への入力値を示し、縦軸は不感帯処理部20からの出力値を示しており、不感閾値Thが閾値Th0となる場合を実線で示している。また、図3(a)と図3(b)とに示すように、2種類の特性例を示している。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an example of the non-linear characteristic of the dead
図3(a)に示す特性の場合、不感帯処理部20は、抽出信号xの振幅が不感閾値Th以下となるとき、ゼロとした値の抽出振動信号xeを出力する。また、不感帯処理部20は、抽出信号xの振幅が不感閾値Thを超えるとき、入力された抽出信号xを抽出振動信号xeとしてそのまま出力する。より具体的には、不感帯処理部20は、入力された抽出信号xの値の絶対値が不感閾値Th以下となるとき、ゼロとした値の抽出振動信号xeを出力し、入力された抽出信号xの値の絶対値が不感閾値Thを超えるとき、入力された抽出信号xを抽出振動信号xeとしてそのまま出力する。
In the case of the characteristics shown in FIG. 3A, the dead
一方、図3(b)に示す特性の場合、不感帯処理部20は、抽出信号xの振幅が不感閾値Th以下となるとき、ゼロとした値の抽出振動信号xeを出力する。また、不感帯処理部20は、抽出信号xの振幅が不感閾値Thを超えるとき、入力された抽出信号xの振幅を不感閾値Thだけ小さくして出力する。より具体的には、不感帯処理部20は、入力された抽出信号xの値の絶対値が不感閾値Th以下となるとき、ゼロとした値の抽出振動信号xeを出力する。そして、入力された抽出信号xの値の絶対値が不感閾値Thを超えるとき、抽出信号xの値が正の場合には抽出信号xから不感閾値Thを引いた値、抽出信号xの値が負の場合には抽出信号xから不感閾値Thを加えた値とした抽出振動信号xeを出力する。
On the other hand, in the case of the characteristics shown in FIG. 3B, the dead
このように、不感帯処理部20において図3(a)や図3(b)に示すような非線形処理を行うことにより抽出信号xから小振幅の信号成分を選択的に除去できる。すなわち、このような不感帯処理部20の処理によって、振動抽出フィルタ17が抽出した抽出信号xに含まれる微小振幅のノイズが除去される。
As described above, the dead
不感帯処理部20により小振幅の信号成分が除去された抽出振動信号xeは、ノッチ制御部30に供給される。ノッチ制御部30は、振動抽出フィルタ17による振動成分の抽出結果に応じたノッチ制御信号cnを出力し、ノッチフィルタ15aを制御する。特に、ノッチ制御部30は、供給された抽出振動信号xeに基づき振動成分が検出されたと判定すると、抽出振動信号xeに含まれる振動成分の振幅が減少するように、ノッチフィルタ15aのノッチ周波数を制御する。また、ノッチ制御部30は、ノッチフィルタ15aに対して有効状態と無効状態とに切り替えるような操作も行う。
The extracted vibration signal xe from which the small-amplitude signal component has been removed by the dead
ノッチ制御部30がノッチフィルタ15aに対してこのように制御することにより、機械共振などによる発振が起きても、振動成分が減少するようノッチフィルタ15aのノッチ周波数が逐次修正されるので発振が抑圧される。このように、電動機制御装置10は、ノッチフィルタ15aと振動抽出フィルタ17と不感帯処理部20とノッチ制御部30とで構成される発振抑圧機能を備えている。本実施の形態では、このような発振抑圧機能により、電動機制御装置10を用いたシステムを安定した制御状態とし、電動機11による負荷12の駆動時の安定化を図っている。
The
さらに、上述したように、振動抽出フィルタ17が抽出する抽出信号xにはランダムの微小なノイズ成分に加えて、例えば、速度指令の加速度変化に起因するある程度振幅の大きな高周波成分なども混入する。本実施の形態では、このような高周波成分などによる悪影響を抑制するため、不感帯処理部20の非線形処理を制御する不感帯制御部21を設けている。
Furthermore, as described above, the extraction signal x extracted by the
不感帯制御部21は、速度指令信号Vrに応じた値の不感閾値Thが設定されるように不感帯処理部20を制御する。このような制御を行うため、不感帯制御部21には、速度指令信号Vrが通知される。不感帯制御部21は、通知された速度指令信号Vrに基づき、不感閾値Thの値を示す閾値設定信号ctを生成し、不感帯処理部20に対して通知する。不感帯処理部20は、この閾値設定信号ctに応じた値となる閾値を不感閾値Thとして設定する。すなわち、閾値設定信号ctによって閾値Th0を設定するように通知されると、不感帯処理部20において図3の実線で示すような非線形特性が設定される。また、閾値設定信号ctによって閾値Th1を設定するように通知されると、不感帯処理部20において図3の点線で示すような非線形特性が設定される。ここで、例えば、不感閾値Thとして閾値Th0よりも大きい閾値Th1が設定されると、より広い範囲の振幅の信号成分が除去されることになる。このように、本実施の形態では、抽出信号xから、速度指令信号Vrに応じて適応的に小振幅の信号成分を除去する機能も備えている。以下、不感帯処理部20は、図3に示すように、不感閾値Thとして、最も小さい閾値である最小閾値としての閾値Th0と、閾値Th0よりも大きい閾値Th1との2つの閾値を有した一例を用いて説明する。また、詳細については以下で説明するが、速度指令信号Vrの大きさに従って、閾値も大きくなるように各閾値を設定している。
The dead
不感帯制御部21が不感帯処理部20をこのように制御することにより、速度指令信号Vrの変化時に生じるある程度振幅の大きな高周波成分なども抽出信号xから適切に除去することが可能となる。このように、本実施の形態では不感帯処理部20において不感閾値Thを適応的に設定できるため、速度指令などの指令量の変化に影響されず、機械共振を常に安定して抑制することができる。
The dead
ところで、振動抽出フィルタ17が抽出する機械共振以外の振動成分の要因として、上述した速度指令の変化時に混入する高周波成分に加えて、速度指令分解能や速度検出分解能などに起因する振動成分がある。例えば、速度指令分解能が粗いとき、与えたい速度指令が速度指令分解能の整数倍にならない場合がある。このとき、速度指令値の平均値としては与えたい速度指令となるが、実際の速度指令値は与えたい速度指令に対し上下を変化するものとなる。具体的には、電動機制御装置10をデジタル処理によって行う場合、デジタル信号である速度指令信号Vrや速度検出信号Vdは有限ビット長で表現することになるため、例えば、最下位ビットが0と1とを繰り返すような現象が生じる。すなわち、例えば実際の速度指令信号Vrはこのような変化による高周波成分を含むことになる。このような速度指令信号Vrに追従するよう速度制御をすると、実際の速度も高周波成分による変動を含んでしまう。高周波成分のレベルは、分解能が粗い、すなわちデジタル処理の場合でのデジタル信号のビット数が少ないほど大きい。また、与えたい速度指令が速度指令の分解能の整数倍になっている場合でも、与えたい速度指令が速度検出の分解能の整数倍にならない場合、検出速度は与えたい速度指令の上下を変化するものとなってしまう。このような場合にも速度検出信号Vdは高周波成分を含んでしまい、高周波成分のレベルは分解能が粗いほど大きい。
By the way, as a factor of vibration components other than mechanical resonance extracted by the
また速度指令信号Vrに加速したことによる変化点が含まれる場合、上述したように、振動抽出フィルタ17から出力される抽出信号xには、加速度変化に起因する高周波成分が含まれる。また、加速度変化に起因する高周波成分の振幅は、速度指令分解能や速度検出分解能に起因する高周波成分の振幅と比較すると大きい場合が多い。
When the speed command signal Vr includes a change point due to acceleration, as described above, the extraction signal x output from the
このような理由に基づき、本実施の形態では不感帯処理部20において、不感閾値Thの値を、速度指令分解能に起因する高周波成分と加速度変化に起因する高周波成分とに適応的に対応させている。
Based on such a reason, in the present embodiment, the dead
次に、電動機制御装置10の動作について、不感帯制御部21および不感帯処理部20の動作を中心に説明する。
Next, the operation of the
図4は、本発明の実施の形態における電動機制御装置10の不感帯処理部20および不感帯制御部21の動作を示す図である。図4において、図4(a)から図4(e)までは、それぞれ速度指令信号Vr、速度検出信号Vd、抽出信号x、不感閾値Th、抽出振動信号xeの時間tのレベル変化を示す。
FIG. 4 is a diagram illustrating operations of the dead
まず、不感帯制御部21の動作について図4を用いて説明する。不感帯制御部21は、上述したように通知された速度指令信号Vrに基づき、不感閾値Thの値を示す閾値設定信号ctを生成する。基本的には、不感帯制御部21は、速度指令信号Vrがゼロであるかそれ以外であるかを示す閾値設定信号ctを生成する。また、より具体的には、図4(d)に示すように、速度指令信号Vrが非ゼロのときおよび速度指令信号Vrがゼロになってから一定期間は、不感閾値Thとして閾値Th1が選択され、それ以外の期間においては不感閾値Thとして閾値Th0が選択されるような閾値設定信号ctを生成している。
First, the operation of the
すなわち、速度指令の加速度変化に起因する高周波成分の振幅は、他に起因するノイズなどの振幅よりも大きい場合が多い。このため、速度指令において加速度変化が生じる場合には不感閾値Thを大きくすることが好ましく、速度指令において加速度変化が生じない場合には不感閾値Thを小さくすることが好ましい。よって、不感帯処理部の閾値は次のように算出する。 That is, the amplitude of the high-frequency component due to the acceleration change of the speed command is often larger than the amplitude of noise or the like due to others. For this reason, it is preferable to increase the insensitive threshold Th when an acceleration change occurs in the speed command, and to decrease the insensitive threshold Th when no acceleration change occurs in the speed command. Therefore, the threshold value of the dead zone processing unit is calculated as follows.
速度指令信号Vrが非ゼロおよび速度指令終了から所定期間、不感帯処理部20の不感閾値Thとして設定される閾値Th1は、速度指令の加速度変化に起因する高周波成分の振幅よりも大きい値を設定する。具体的には速度制御部14のゲイン、速度指令の加速度変化、振動抽出フィルタ17のカットオフ周波数などや、指令信号の指令単位および検出信号の検出単位などを考慮して、閾値Th1を算出する。なお、指令単位や検出単位は、例えば、速度の場合、単位時間あたりの回転数を示すrpmやrpsである。
The threshold value Th1 set as the dead zone threshold Th of the dead
速度指令信号Vrが上記以外の値を取る場合には、不感帯処理部20の不感閾値Thとして設定される閾値Th0は、ノイズや速度検出分解能に起因する信号成分の振幅よりも大きく、かつ速度指令の加速度変化に起因する高周波成分の振幅よりも小さくする。つまり、閾値Th0は、ノイズや速度検出分解能に起因する信号成分の振幅よりも大きく、かつ閾値Th1よりも小さい値を設定する。また、閾値Th0も、具体的には速度制御部14のゲイン、速度指令の加速度変化、振動抽出フィルタ17のカットオフ周波数などや、指令信号の指令単位および検出信号の検出単位などを考慮して算出する。
When the speed command signal Vr takes a value other than the above, the threshold Th0 set as the dead threshold Th of the dead
次に、不感帯処理部20の動作について図4を用いて説明する。
Next, the operation of the dead
図4では、図4(a)に示すように速度指令信号Vrを変化させた場合の各信号の波形を示している。まず、時刻t1までは、速度指令信号Vrをゼロ、すなわち電動機11が停止状態となるように指令している。時刻t1から時刻t2までの期間では、速度指令信号Vrをゼロから直線的に大きくし、時刻t2から時刻t3までの期間では、速度指令信号Vrを一定の値としている。そして、時刻t3から時刻t4までの期間では、速度指令信号Vrを一定とした値からゼロまで直線的に小さくし、時刻t4において速度指令信号Vrがゼロとなる。このように速度指令された場合、加速度の観点からすると、時刻t1から時刻t2の期間は一定な正の値の加速が指令され、時刻t3から時刻t4の期間は一定な負の値の加速が指令されたことになる。さらに、時刻t1、時刻t2、時刻t3および時刻t4は、加速度が変化する時刻となる。すなわち、図4(a)に示すような速度指令を行った場合、4箇所の加速度が変化する加速度変化点が含まれる。
FIG. 4 shows the waveform of each signal when the speed command signal Vr is changed as shown in FIG. First, until time t1, the speed command signal Vr is set to zero, that is, the
さらに、図4では、このような4箇所の加速度変化点を含む速度指令に電動機11の回転速度を追従させたとき、時刻t2において機械共振が生じた場合の例を挙げている。以下、このような動作例を用いて、不感帯処理部20の動作について説明する。
Further, FIG. 4 shows an example in which mechanical resonance occurs at time t2 when the rotational speed of the
まず、時刻t1までの速度指令信号Vrがゼロのときであっても、ノイズや速度検出分解能に起因する信号成分が存在する。このため、図4(c)に示すように、抽出信号xにもこの信号成分Snが混入し、非ゼロとなる。一方、時刻t1までの期間は、不感帯制御部21によって不感帯処理部20の不感閾値Thには閾値Th0が設定されている。そして、不感帯処理部20の処理によって、閾値Th0よりも小さな振幅の信号成分は通過しないため、ノイズや速度検出分解能に起因する振幅の小さな信号成分Snも通過しない。すなわち、図4(e)に示すように、時刻t1までの期間では、信号成分Snが除去されたことになり、抽出振動信号xeはゼロとなる。結果として、時刻t1までのように速度指令信号Vrがゼロを継続するような期間は、ノッチ制御部30は動作しないため、発振抑圧機能の誤動作も生じない。
First, even when the speed command signal Vr until time t1 is zero, there are signal components due to noise and speed detection resolution. For this reason, as shown in FIG. 4C, the signal component Sn is also mixed into the extracted signal x and becomes non-zero. On the other hand, during the period up to time t1, the dead
次に、時刻t1の第1の加速度変化点において、速度指令信号Vrが非ゼロとなる。そして、時刻t1から時刻t2までの期間、速度指令信号Vrは直線的に増加する。これに従って、電動機11の回転速度も増加していくため、図4(b)に示すように時刻t1から時刻t2までの期間、速度検出信号Vdも増加する。また、振動抽出フィルタ17は、ある程度の次数を持ったハイパスフィルタやバンドパスフィルタが利用される。このため、第1の加速度変化点のような速度検出信号Vdが変化する時点において、その変化に基づくリンギングを含む信号を出力することになる。すなわち、図4(c)に示すように、時刻t1の直後において、抽出信号xには、速度指令の加速度変化に起因する高周波成分Saが新たに含まれる。一方、時刻t1において速度指令信号Vrが非ゼロとなるため、不感帯制御部21によって、不感帯処理部20の不感閾値Thは閾値Th1が設定される。このため、第1の加速度変化点において、ノイズなどによる信号成分Snよりも振幅が大きい高周波成分Saが抽出信号xに含まれたとしても、閾値Th1を高周波成分Saの振幅よりも大きく設定しているので、不感帯処理部20により高周波成分Saが除去される。このように、速度指令において加速度変化が生じたとしても、それに起因する高周波成分Saは除去されるため、ノッチ制御部30は加速度変化に影響されず、発振抑圧機能の誤動作も生じない。
Next, at the first acceleration change point at time t1, the speed command signal Vr becomes non-zero. The speed command signal Vr increases linearly during the period from time t1 to time t2. Accordingly, since the rotation speed of the
次に、ここでの動作例では、時刻t2の第2の加速度変化点において機械共振が生じる。図4(c)に示すように、このような機械共振による振動成分Svは、上述の高周波成分Saなどに比べて大きな振幅となる。すなわち、閾値Th1を超えるため、機械共振による振動成分Svは不感帯処理部20を通過することになり、図4(e)に示すように、抽出振動信号xeにも振動成分Svが含まれることになる。その結果、ノッチ制御部30に振動成分Svが供給され、発振抑圧機能が動作することになる。
Next, in the operation example here, mechanical resonance occurs at the second acceleration change point at time t2. As shown in FIG. 4C, the vibration component Sv due to such mechanical resonance has a larger amplitude than the above-described high-frequency component Sa. That is, since the threshold Th1 is exceeded, the vibration component Sv due to mechanical resonance passes through the dead
そして、時刻t3の第3の加速度変化点においても、閾値Th1の設定が継続しているため、加速度変化に起因する高周波成分Saの影響を抑制できる。また、時刻t4のように、速度指令信号Vrが非ゼロからゼロとなる時点において、その時点から一定期間は閾値Th1が設定されるため、時刻t4の直後に生じるリンギングのような高周波成分Saの影響も抑制できる。 And since the setting of threshold value Th1 is continuing also in the 3rd acceleration change point of the time t3, the influence of the high frequency component Sa resulting from an acceleration change can be suppressed. Further, at the time when the speed command signal Vr changes from non-zero to zero as at time t4, the threshold value Th1 is set for a certain period from that time, so that the high-frequency component Sa such as ringing that occurs immediately after time t4. The influence can also be suppressed.
また、例えば、時刻t4のように抽出振動信号xeがゼロになった場合でも、閾値Th1以下の振幅を有する振動成分が残存する可能性がある。この場合でも、速度指令信号Vrがゼロになり一定時間が経過すると、時刻t5において不感閾値ThはTh0に設定されるので、残存する振動成分の振幅が閾値Th0よりも大きければ、不感帯処理部出力xeが再び非ゼロとなる。すなわち、時刻t5を過ぎた時点で、抽出振動信号xeに振動成分が現れることになり、これをゼロにするように適応動作が働く。この結果、閾値Th0より大きく、閾値Th1より小さい振幅を有する微小な振動成分を抑えるように動作し、速度指令の終了から所定時間経過した後に機械振動の抑制が開始される。 For example, even when the extracted vibration signal xe becomes zero as at time t4, there is a possibility that a vibration component having an amplitude equal to or smaller than the threshold Th1 may remain. Even in this case, when the speed command signal Vr becomes zero and a certain time elapses, the dead zone Th is set to Th0 at time t5. Therefore, if the amplitude of the remaining vibration component is larger than the threshold Th0, the dead zone processing unit output xe becomes non-zero again. That is, when the time t5 has passed, a vibration component appears in the extracted vibration signal xe, and the adaptive operation works so as to make it zero. As a result, an operation is performed to suppress a minute vibration component having an amplitude larger than the threshold Th0 and smaller than the threshold Th1, and suppression of mechanical vibration is started after a predetermined time has elapsed from the end of the speed command.
不感帯処理部20および不感帯制御部21は、以上説明したように動作するため、ノイズや加速度変化時の高周波成分が発振抑圧機能に与える悪影響を抑制でき、これによって、安定した制御状態を確保できる。
Since the dead
次に、ノッチ制御部30の詳細な構成およびノッチ制御部30やノッチフィルタ15aによる発振抑圧機能の動作について説明する。
Next, the detailed configuration of the
図5は、本発明の実施の形態における電動機制御装置10の要部を示すブロック図である。また、図5では、ノッチ制御部30の詳細な構成も示している。
FIG. 5 is a block diagram showing a main part of the
まず、図5に示すようにノッチ制御部30は、ノッチフィルタ15bと、方向フィルタ31とフィルタ係数修正部32とを備えている。ノッチフィルタ15bは、ノッチフィルタ15aと同様の周波数特性を有したフィルタであり、抽出振動信号xeを入力しフィルタリング結果信号e1を出力する。方向フィルタ31は、抽出振動信号xeを入力し方向検出信号e2を出力する。フィルタ係数修正部32は、方向検出信号e2を参照しながら、フィルタリング結果信号e1の振幅が減少するように、ノッチ制御信号cnによってノッチフィルタ15a、ノッチフィルタ15bおよび方向フィルタ31のフィルタ係数を修正し、この修正によってノッチ周波数を可変制御する。このように、ノッチフィルタ15bおよび方向フィルタ31には抽出振動信号xeが入力され、それぞれフィルタリング結果信号e1、方向検出信号e2を出力する。
First, as shown in FIG. 5, the
ノッチフィルタ15bの特性としては、ノッチ幅は所定の値が予め与えられ、ノッチ中心周波数における深さは−∞とする。例えば、次式で示す伝達関数Hb(s)を持つ2次の再帰型ノッチフィルタとする。
As a characteristic of the
ここで、ωnbはノッチフィルタ15bのノッチ中心周波数であり、ζbは減衰定数である。周波数特性としては、ノッチフィルタ15aと同様であり、図2に示すような特性を有している。図2から分かるように、ノッチ中心周波数ωn=ωnbの成分が抑圧される特性を持ち、そのゲイン特性は−∞である。入力である抽出振動信号xeの振動周波数とノッチフィルタ15bのノッチ中心周波数ωnbとが大きく異なる場合は、抽出振動信号xeの振幅は抑制されず、一致する場合は、その振幅が抑制される。このため、ノッチフィルタ15bの出力の振幅は、抽出振動信号xeの振動周波数がノッチ中心周波数ωnbからずれるに従って大きくなる。すなわち、フィルタリング結果信号e1は、抽出振動信号xeの振動周波数とノッチ中心周波数ωnbとのずれの程度を示すと言える。
Here, ωnb is the notch center frequency of the
方向フィルタ31は、ノッチフィルタ15bの周波数特性に対し、ノッチ中心周波数ωnより低い周波数領域では同位相であり、高い周波数領域では逆位相の特性を持つ。方向フィルタ31は、例えば、次式で示す伝達関数Hg(s)を持つ2次のフィルタである。
The
図6は、本発明の実施の形態における電動機制御装置10の方向フィルタ31の周波数特性を示す特性図である。図2の周波数特性と比較して分かるように、方向フィルタ31とノッチフィルタ15bとは、ノッチ中心周波数ωn=ωngとしたとき、ノッチ中心周波数ωnより低い周波数領域では同位相であり、高い周波数領域では逆位相の周波数位相特性を持つ。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing frequency characteristics of the
図7は、本発明の実施の形態における電動機制御装置10のフィルタ係数修正部32の構成例を示すブロック図である。方向フィルタ31の方向検出信号e2が入力され、符号出力部101によって方向検出信号e2の符号g2が出力される。乗算器102では、符号g2とノッチフィルタ15bのフィルタリング結果信号e1とが掛けあわされる。乗算器102の乗算結果は、乗算値q1として積分器103に入力され、積分器103によって積分演算される。積分器103の積分結果は、積分値q2として変換部104に入力される。そして、変換部104は、積分値q2をノッチ中心周波数ωnに変換する。この変換は、例えば次式で示す指数関数を用いて変換される。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of the filter
ここで、q0は予め設定された積分器103の積分初期値、Aは負の所定値である。そして、フィルタ係数設定部105は、入力されたノッチ中心周波数ωnに応じて、ノッチフィルタ15a、ノッチフィルタ15bおよび方向フィルタ31のフィルタ係数を設定する。すなわち、フィルタ係数設定部105に入力されたノッチ中心周波数ωnが例えば周波数ω0を示すとき、フィルタ係数設定部105は、ノッチフィルタ15aのノッチ中心周波数ωna=ω0、ノッチフィルタ15bのノッチ中心周波数ωnb=ω0、そして方向フィルタ31の周波数ωng=ω0となるように、各フィルタの特定周波数を等しく連動させて設定する。
Here, q0 is a preset initial integration value of the
図8は、本発明の実施の形態における電動機制御装置10のフィルタ係数修正部32の各データの時間変化を示す図である。図8(a)から図8(f)までは、それぞれフィルタリング結果信号e1、方向検出信号e2、符号g2、乗算値q1、積分値q2、ノッチ中心周波数ωnの時間変化を示している。
FIG. 8 is a diagram showing a time change of each data of the filter
次に、図8を参照しながら、機械共振などで生じた発振を抑制する動作について説明する。 Next, an operation for suppressing oscillation caused by mechanical resonance or the like will be described with reference to FIG.
まず、抽出振動信号xeに含まれる振動成分の振動周波数と、ノッチフィルタ15bのノッチ中心周波数ωnbとが異なる場合、ノッチフィルタ15bは振動成分を十分に抑圧できない。このため、図8(a)に示すように、ノッチフィルタ15bからフィルタリング結果信号e1として抽出振動信号xeがほぼそのまま出力される。今、抽出した振動成分の振動周波数がノッチフィルタ15bのノッチ中心周波数ωnbより低いとする。この場合、上述したように、方向フィルタ31は、ノッチフィルタ15bの周波数位相特性に対し、ノッチ中心周波数ωnbより低い周波数領域では同位相の特性を持つので、図8(a)に示すように、方向検出信号e2はフィルタリング結果信号e1と同位相になる。また、符号出力部101からは、図8(c)に示すような方向検出信号e2の符号g2が出力される。フィルタリング結果信号e1と符号g2とが乗算器102により乗算され、乗算器102からは、図8(d)に示すような乗算値q1が出力される。図8の場合、方向検出信号e2とフィルタリング結果信号e1とは同位相であるので、乗算値q1は非負、すなわち正の値となる。乗算値q1は正の値なので、図8(e)に示すように積分値q2は増加していく。(式4)においてAが負の所定値であるので、図8(f)に示すように、積分値q2の増加に伴ってノッチ中心周波数ωnbは低い周波数へと変化し、やがて、抽出した振動成分の振動周波数と一致する。このとき、ノッチフィルタ15bは、その特性から振動成分を抑圧するためフィルタリング結果信号e1はゼロになり、積分値q2は変化しなくなる。
First, when the vibration frequency of the vibration component included in the extracted vibration signal xe is different from the notch center frequency ωnb of the
逆に、抽出した振動成分の振動周波数がノッチフィルタ15bのノッチ中心周波数ωnbよりも高い場合、方向フィルタ31は、ノッチフィルタ15bの周波数位相特性に対し、ノッチ中心周波数ωnbより高い周波数領域では逆位相の特性を持つので、方向検出信号e2はフィルタリング結果信号e1と逆位相になる。この場合、乗算値q1は非正、すなわち負の値になるため、(式4)より積分値q2は減少していく。これはノッチ中心周波数ωnbが高い周波数へと変化していくことを意味する。ノッチ中心周波数ωnbが上がり、やがて、抽出した振動成分の振動周波数と一致する。このとき、ノッチフィルタ15bは、その特性から振動成分を抑圧するため、フィルタリング結果信号e1はゼロになり、積分値q2は変化しなくなる。
Conversely, when the vibration frequency of the extracted vibration component is higher than the notch center frequency ωnb of the
このように、フィルタ係数修正部32は、ノッチ中心周波数ωnbと速度検出信号Vdに含まれる振動成分の振動周波数とが一致するよう動作することになる。
In this way, the filter
そして、方向フィルタ31はノッチフィルタ15bの周波数位相特性に対し、ノッチ中心周波数ωnbより低い周波数領域では同位相、かつ高い周波数領域では逆位相の特性を持つ。このため、ノッチ中心周波数ωnbは、必ず速度検出信号Vdに含まれる振動成分の振動周波数へと収束する。また、ノッチフィルタ15aのノッチ中心周波数ωnaとノッチフィルタ15bのノッチ中心周波数ωnbとが等しくなるように設定しているため、速度制御系内に配置されたノッチフィルタ15aのノッチ中心周波数ωnaも、抽出した振動成分の振動周波数に修正され、結果として自動的に共振抑制ができる。
The
以上説明したように、本発明の電動機制御装置は、検出信号と指令信号とに基づき、電動機による可動部の動き動作をフィードバック制御する制御系を有し、制御系内の制御信号に対してノッチ周波数とする周波数の信号成分を減衰させるノッチフィルタと、検出信号から所定周波数の信号成分を抽出し、抽出信号として出力する抽出フィルタと、指令信号に応じて抽出信号から不感閾値以下となる振幅の信号成分を除去し、抽出振動信号として出力する不感帯処理部と、抽出振動信号に基づきノッチ周波数を変更するように、ノッチフィルタを制御するノッチ制御部とを備えている。このため、例えば指令量を急激に変化させたことにより、大きな振幅の高周波成分が抽出信号に混入するような場合であっても、不感閾値を指令信号に応じた値とすることで、抽出信号からこの高周波成分を除去できる。逆に、指令信号に変化がない場合には、例えば、不感閾値をノイズレベルとすることができ、機械共振に基づく振動成分のみを精度よくノッチ制御部に供給できる。このように、本発明の電動機制御装置は不感閾値を適応的に設定できるため、速度指令などの指令量の変化に影響されず、機械共振を常に安定して抑制することができる。したがって、本発明の電動機制御装置によれば、速度指令などの指令量の変化に影響されず、機械共振を常に安定して抑制することが可能であり、常に安定した制御状態を確保しながら電動機やその負荷の動き動作の制御を行う電動機制御装置を提供することができる。 As described above, the electric motor control device of the present invention has a control system that feedback-controls the movement operation of the movable part by the electric motor based on the detection signal and the command signal, and has a notch for the control signal in the control system. A notch filter for attenuating a frequency signal component to be a frequency, an extraction filter for extracting a signal component of a predetermined frequency from the detection signal and outputting it as an extraction signal, and an amplitude that is less than the dead threshold value from the extraction signal according to the command signal A dead zone processing unit that removes signal components and outputs the extracted vibration signal and a notch control unit that controls the notch filter so as to change the notch frequency based on the extracted vibration signal are provided. For this reason, for example, even if a high-frequency component with a large amplitude is mixed in the extraction signal due to a sudden change in the command amount, the extraction signal can be obtained by setting the dead threshold to a value corresponding to the command signal. This high frequency component can be removed. On the other hand, when there is no change in the command signal, for example, the insensitive threshold can be set to the noise level, and only the vibration component based on the mechanical resonance can be supplied to the notch controller with high accuracy. As described above, since the motor control device of the present invention can adaptively set the dead threshold, it is possible to always stably suppress the mechanical resonance without being affected by a change in the command amount such as the speed command. Therefore, according to the motor control device of the present invention, it is possible to constantly suppress the mechanical resonance without being affected by the change in the command amount such as the speed command, and to always keep the stable control state. It is also possible to provide an electric motor control device that controls the movement operation of the load.
なお、本実施の形態において、制御系として速度制御系の一例を挙げて説明したが、速度制御系に代えて、位置制御系としたシステム構成に置き換えても同様の作用効果が発揮される。 In the present embodiment, an example of the speed control system has been described as the control system. However, the same effect can be obtained by replacing the system configuration with a position control system instead of the speed control system.
また、本実施の形態では、速度検出器が電動機の可動部の速度を検出する一例を挙げて説明したが、速度検出器が負荷の速度を検出するようなシステム構成であってもよい。さらに、位置検出器によって電動機の可動部や負荷の位置を検出し、位置制御系によって位置制御されるような構成であってもよい。さらに、検出位置を微分して検出速度とするような回路を含めた構成により位置検出器を備えた速度制御系や、検出速度を積分して検出位置とするような回路を含めた構成により速度検出器を備えた位置制御系としてもよい。要するに、電動機による可動部の動き動作が、指令された位置や速度などの動き量に追従するようにフィードバック制御する制御系に本発明を適用することができる。また、動き動作として、電動機による可動部の回転動作であってもよく、直線動作であってもよく、その他の動き動作であってもよい。 In this embodiment, an example in which the speed detector detects the speed of the movable part of the electric motor has been described. However, a system configuration in which the speed detector detects the speed of the load may be used. Furthermore, the position of the movable part of the electric motor or the load may be detected by a position detector, and the position may be controlled by a position control system. Furthermore, the speed control system equipped with a position detector with a configuration that includes a circuit that differentiates the detection position to obtain the detection speed, and the configuration that includes a circuit that integrates the detection speed to obtain the detection position. It is good also as a position control system provided with the detector. In short, the present invention can be applied to a control system that performs feedback control so that the movement operation of the movable part by the electric motor follows the movement amount such as the commanded position and speed. Further, the moving operation may be a rotating operation of the movable part by an electric motor, a linear operation, or another moving operation.
また、本実施の形態では、不感閾値として2つの閾値を設定する一例を挙げて説明したが、2つ以上の閾値を設定してもよい。例えば、3つの閾値を用意し、速度指令の加速度変化時間、および加速度変化終了からの所定期間は、不感帯の閾値として第1の閾値を設定し、速度指令が非ゼロで、かつ速度指令の加速度変化時間および加速度変化終了からの所定期間を除く期間は、第2の閾値を設定し、上記期間を除く期間において、第3の閾値を設定するような構成としてもよい。 In this embodiment, an example in which two threshold values are set as the insensitive threshold value has been described. However, two or more threshold values may be set. For example, three threshold values are prepared, the first threshold value is set as the dead zone threshold value for the acceleration change time of the speed command and the predetermined period from the end of the acceleration change, the speed command is non-zero, and the acceleration of the speed command A configuration may be adopted in which the second threshold value is set during the period excluding the change time and the predetermined period from the end of the acceleration change, and the third threshold value is set during the period excluding the period.
また、本実施の形態では、速度指令信号の値に基づいて閾値を切り替えたが、速度指令信号の微分値の絶対値に基づいて閾値を切り替えるような構成としてもよい。すなわち、速度指令の加速度変化に起因する高周波成分の振幅がノイズなどの振幅よりも大きい場合が多いため、速度指令を微分して指令における加速度を求め、加速度が大きく変化するときの高周波成分を抽出信号から除去するような構成とすることも可能である。 In the present embodiment, the threshold value is switched based on the value of the speed command signal, but the threshold value may be switched based on the absolute value of the differential value of the speed command signal. In other words, since the amplitude of the high frequency component due to the acceleration change in the speed command is often larger than the amplitude of noise, etc., the speed command is differentiated to obtain the acceleration in the command, and the high frequency component when the acceleration changes greatly is extracted. It is also possible to adopt a configuration in which the signal is removed from the signal.
また、本実施の形態では、速度指令信号の値に基づいて閾値を切り替えたが、指令信号の移動平均値に基づいて閾値を切り替えるような構成としてもよい。これにより、閾値が頻繁に変化することなどによる悪影響を抑制できる。 In this embodiment, the threshold value is switched based on the value of the speed command signal. However, the threshold value may be switched based on the moving average value of the command signal. Thereby, the bad influence by the threshold value changing frequently can be suppressed.
また、本実施の形態では、ノッチフィルタのフィルタ係数を修正し共振振動を抑制する電動機制御装置を説明したが、本発明は、上述したような構成に限定されず、振動成分を検出し、この検出結果に基づいて速度制御や位置制御系内に配置されたノッチフィルタのノッチ周波数を修正し、共振振動を抑制する電動機制御装置であれば実施の形態で説明した内容によって同様の効果を得ることができる。 In the present embodiment, the motor control device that corrects the filter coefficient of the notch filter and suppresses the resonance vibration has been described. However, the present invention is not limited to the configuration described above, and detects a vibration component. If the motor control device suppresses the resonance vibration by correcting the notch frequency of the notch filter arranged in the speed control or position control system based on the detection result, the same effect can be obtained according to the contents described in the embodiment. Can do.
本発明の電動機制御装置は、機械共振などに対して精度よくその振動の抑制が可能であり、常に電動機を安定して制御することができるため、部品実装機や半導体製造装置など電動機を使用する装置で、特に機械共振が生じるような装置を駆動する電動機制御装置に適している。 The motor control device of the present invention can suppress vibrations with high accuracy with respect to mechanical resonance and the like, and can always control the motor stably. Therefore, the motor such as a component mounting machine or a semiconductor manufacturing apparatus is used. The apparatus is particularly suitable for an electric motor control apparatus that drives an apparatus that causes mechanical resonance.
10 電動機制御装置
11 電動機
12 負荷
13 速度検出器
14 速度制御部
15,15a,15b ノッチフィルタ
16 トルク制御部
17 振動抽出フィルタ
20 不感帯処理部
21 不感帯制御部
30 ノッチ制御部
31 方向フィルタ
32 フィルタ係数修正部
90 電動機制御装置
101 符号出力部
102 乗算器
103 積分器
104 変換部
105 フィルタ係数設定部
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記制御系内の制御信号に対して、ノッチ周波数とする周波数の信号成分を減衰させるノッチフィルタと、
前記検出信号から、所定周波数の信号成分を抽出し、抽出信号として出力する抽出フィルタと、
前記指令信号に応じて前記抽出信号から不感閾値以下となる振幅の信号成分を除去し、抽出振動信号として出力する不感帯処理部と、
前記抽出振動信号に基づき前記ノッチ周波数を変更するように、前記ノッチフィルタを制御するノッチ制御部とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。 Based on a detection signal indicating the detected amount of movement of the movable part and a command signal indicating a command amount for instructing the amount of movement of the movable part, the movement operation of the movable part by the electric motor follows the command amount. An electric motor control device having a control system for feedback control as follows:
A notch filter for attenuating a signal component having a frequency to be a notch frequency with respect to a control signal in the control system;
An extraction filter that extracts a signal component of a predetermined frequency from the detection signal and outputs the extracted signal component;
A dead zone processing unit that removes a signal component having an amplitude equal to or less than a dead threshold from the extracted signal according to the command signal, and outputs the extracted vibration signal;
An electric motor control device comprising: a notch control unit that controls the notch filter so as to change the notch frequency based on the extracted vibration signal.
前記不感帯処理部は、前記閾値設定信号に応じた閾値を前記不感閾値として設定することを特徴とする請求項1に記載の電動機制御装置。 A dead zone control unit for notifying the dead zone processing unit of a threshold setting signal based on the command signal;
The motor control apparatus according to claim 1, wherein the dead zone processing unit sets a threshold corresponding to the threshold setting signal as the dead threshold.
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2009
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