JP2014183651A

JP2014183651A - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP2014183651A
Application number: JP2013056342A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nishizono; 勝西園; Kenichi Suzuki; 健一鈴木; Hiroshi Fujiwara; 弘藤原
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2014-09-29
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: JP6101931B2

Abstract

【課題】モータ動作中と停止中で振動検知の閾値を切り替えることで、より正確な発振検知を行うことができるモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ制御器１は、制御用のパラメータを変化させ、発振検知信号１０７により発振しない最適な制御パラメータを自動的に調整する機能を有し、振動判定用閾値切替器６は、動作指令１０１の有無により出力する振動判定用閾値１０８を切り替え、振幅判定器４では振動成分信号１０５の振幅が振動判定用閾値１０８より大きい場合に振動検知信号１０６を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の制御パラメータによりモータを制御するモータ駆動装置に関する。

モータ制御では、位置指令や速度指令に対し、モータの位置や速度を追従させるようにフィードバック制御を行う。またそれに加え、指令から必要な速度指令やトルク指令を算出し、各指令に加算することで応答性を向上させるフィードフォワード制御を行うことも多い。モータの制御性能を向上させるには、フィードバック制御とフィードフォワード制御を最適に調整することが重要である。

モータ制御の高速応答、高精度化の要望に応えるために、様々な制御方式が提案されている一方、調整すべき制御パラメータが増加しており、最適調整を行うことが非常に困難になってきている。

そこで、制御パラメータを自動的に調整する技術が提案されている。例えば、制御パラメータを段階的に上げていき、発振を検知すると制御パラメータを発振検知の直前の値に下げることで、最適な制御パラメータを自動的に調整する。その際、発振の検出方法は、図４に示すようなモータ速度に特定の周波数帯域だけを通過するバンドパスフィルタをかけ、その出力の振幅が規定値を超えると振動ありと判断し、振動ありの状態が一定時間継続すると発振とするものである。（例えば、特許文献１参照）

1363311850181_0.fnAnchor('anNo11999264102')１１０２３０号公報

しかしながら、上述した技術は、バンドパスフィルタを用いてモータ速度から振動成分のみを抽出しているが、この振動成分は、モータ停止中よりもモータ動作中のほうが大きくなる傾向がある。これは停止中と動作中の摩擦成分の違いや、モータが動作することにより装置振動を励起しやすくなること、またモータそのものが持つ振動成分などが起因している。発振を検知するための閾値を動作中の振動成分の大きさにあわせると、停止中の発振が検知できない、また、閾値を停止中の振動成分にあわせると、動作中に発振を誤検知してしまうという課題があった。また、指令パターンの変化により発振を検知するための最適な閾値が変わってしまうという課題もあった。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、モータ動作中と停止中で発振検知の振幅を切り替えることで、発振検知を確実に行えるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

位置検出器の情報を用い動作指令に追従させるようモータを制御するモータ制御装置において、動作指令とモータ位置とモータ速度と発振検知信号からモータ駆動信号を出力するモータ制御器と、前記モータ位置から前記モータ速度を算出する速度算出器と、前記モータ速度から振動成分信号を出力するバンドパスフィルタと、前記振動成分信号と振動判
定用閾値から振動検知信号を出力する振幅判定器と、前記振動検知信号が一定時間継続した場合に前記発振検知信号を出力する振動継続判定器と、前記動作指令から前記振動判定用閾値を出力する振動判定用閾値切替器とを備え、前記モータ制御器は、制御用のパラメータを変化させ、前記発振検知信号により発振しない最適な制御パラメータを自動的に調整する機能を有し、前記振動判定用閾値切替器は、前記動作指令の有無により出力する前記振動判定用閾値を切り替え、前記振幅判定器では前記振動成分信号の振幅が前記振動判定用閾値より大きい場合に前記振動検知信号を出力するようにする。

本発明の請求項１記載のモータ駆動装置によれば、モータ動作中と停止中で振動検知の閾値を切り替えることで、正確な発振検知が可能となる。また、請求項２記載のモータ駆動装置によれば、外部入力により振動検知の閾値を切り替えることで、ロングピッチやショートピッチなどの指令パターンが異なる場合でも正確な発振検知が可能となる。

本発明の実施例１におけるモータ駆動装置のブロック図本発明の実施例１における動作例の図本発明の実施例２におけるモータ駆動装置のブロック図従来例におけるバンドパスフィルタの周波数特性例の図

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。

（実施の形態１）
以下、本発明について図を参照して説明する。

図１は、本発明の請求項１記載のモータ駆動装置におけるブロック図である。

図１において、モータ制御器１は、動作指令１０１とモータ位置１０３とモータ速度１０４と発振検知信号１０７からモータ駆動信号１０２を出力し、速度算出器２は、モータ位置１０３からモータ速度１０４を出力し、バンドパスフィルタ３は、モータ速度１０４から振動成分信号１０５を出力し、振幅判定器４は、振動成分信号１０５と振動判定用閾値１０８から振動検知信号１０６を出力し、振動継続判定器５は、振動検知信号１０６から発振検知信号１０７を出力し、振動判定用閾値切替器６は、動作指令１０１から振動判定用閾値１０８を出力するものである。

モータ制御器１は、内部に複数の制御用パラメータを有し、動作指令１０１に対し、エンコーダなどの位置検出器から得られるモータ位置１０３、モータ速度１０４を追従させるよう制御する。また、発振検知信号１０７の有無により、内部の制御用パラメータを適切に調整する自動調整機能も有している。例えば、制御用パラメータを段階的に上げていき、発振検知信号１０７により発振を検知した場合に制御用パラメータを発振検知する一段階前の値、あるいは数段階前の値に設定することで、発振しない最適な制御パラメータを調整する方式などがある。なお、制御パラメータは、位置比例ゲイン、速度比例ゲイン、速度積分ゲイン、速度フィードフォワードゲイン、トルクフィードフォワードゲイン、指令応答フィルタ時定数などが考えられ、制御構成としては、フィードフォワードにより指令応答性を決め、フィードバックゲインにより外乱抑圧特性を決めるような２自由度制御系でもよいし、フィードバックゲインだけで指令応答性と外乱抑圧特性を決めるような制御系でもよい。

速度算出器２は、モータ位置１０３の１サンプリング前の値との差分からモータ速度１
０４を算出している。

バンドパスフィルタ３は、ハイパスフィルタとローパスフィルタの組合せにより、特定の周波数帯域のみを通過させるバンドパスフィルタとする。その特定の周波数帯域を共振周波数を含む帯域に設定しておくことで、指令に起因するモータ速度の変化である低周波領域、またノイズ成分である高周波領域を除去し、共振振動成分のみを抽出することができるものである。

振幅判定器４は、振動成分信号１０５は振動成分のみであるため、その振幅の大きさが振動判定用閾値１０８より大きければ振動検知あり、小さければ振動検知なしと判断するものである。

振動継続判定器５は、振動検知信号１０６の継続性を確認するものであり、一瞬だけ発生する誤検知を防止するため、振動検知信号１０６の振動検知ありの状態が、あらかじめ設定された時間以上継続した場合に、発振ありと判断するものであり、一定時間継続前に振動検知なしになった場合は、発振なしとする。

振動判定用閾値切替器６は、動作指令１０１が有りの時の動作中閾値と、無しの時の停止中閾値をあらかじめ用意しておき、動作指令１０１が有りの場合は、動作中閾値を出力し、動作指令１０１が無しの場合は、停止中閾値を出力するものである。また、切替を正方向動作指令時、負方向動作指令時、停止中の３段階にすることで、より最適な閾値設定を行うことも可能である。なお、これら閾値の設定は、あらかじめ固定値でもよいし、パラメータなどで調整できるようにしておいてもよい。

モータ動作中は、モータそのものが持つコギング等の振動成分や、モータが動作することにより装置の各機構部分が振動し、それがモータ側に伝わることで発生する振動成分などがあり、明確に発振していない状態でも、振動成分信号１０５は停止中に比べ大きくなる傾向にある。そのため、振動判定用閾値１０８を停止中の状態基準で設定した場合、モータ動作中に発振しない状態でも振動検知をしてしまう場合がある。また、振動判定用閾値１０８を動作中の状態基準で設定した場合、モータ停止中の発振振動を検出できない場合もある。本発明では、動作指令１０１により、モータ動作中か、停止中かを判断し、振動判定用閾値切替器６にて振動判定用閾値１０８を切り替えることにより、図２に示すようにモータ動作中、停止中、それぞれに適した閾値にすることで、より正確に発振を検知することができる。

モータ動作中に発生する振動成分は、周波数的には発振周波数に近い領域になることもあり、バンドパスフィルタ３では除去が難しい。また、コギング等の振動成分が大きい場合でも通常は制御の安定性に影響を与える要素ではないため、それだけで発振が発生するということは考えにくい。これらの理由から、モータ動作中の振動成分の影響を除去するには、モータ動作中の振動判定用閾値１０８を大きくすることがよい。

なお、振動判定用閾値切替器６では、モータ動作の判定を動作指令１０１としているが、実際のモータ動作を示すモータ位置１０３やモータ速度１０４を使用しても同様の効果を得ることができる。

また、発振検知信号１０７を外部モニタなどに出力、あるいは警告やエラーを発生させることで、発振の有無の状況を容易に確認することもできる。

さらに、装置によってはモータ動作中の振動は許容できるが、停止中は小さな振動でも問題になる場合、またはその逆など様々な要望があるが、本発明により、振動判定用閾値
１０８を切り替えることで対応が可能となる。

（実施の形態２）
以下、本発明について図を参照して説明する。

図３は、本発明の請求項２記載のモータ駆動装置におけるブロック図である。

図３において、モータ制御器１は、動作指令１０１とモータ位置１０３とモータ速度１０４と発振検知信号１０７からモータ駆動信号１０２を出力し、速度算出器２は、モータ位置１０３からモータ速度１０４を出力し、バンドパスフィルタ３は、モータ速度１０４から振動成分信号１０５を出力し、振幅判定器４は、振動成分信号１０５と振動判定用閾値１０８から振動検知信号１０６を出力し、振動継続判定器５は、振動検知信号１０６から発振検知信号１０７を出力し、振動判定用閾値切替器６は、切替信号１０９から振動判定用閾値１０８を出力するものである。

実施例１からの相違点は振動判定用閾値切替器６になるため、その説明を行う。振動判定用閾値切替器６は、外部から入力された切替信号１０９により、出力する振動判定用閾値１０８を切り替える。例えば、動作パターンの違いによる影響を除去したい場合は、ショートピッチ動作用、ロングピッチ動作用、モータ停止用の３種類の振動判定用閾値１０８を用意しておき、動作パターンを決めている上位コントローラなどから動作パターンに応じた切替信号１０９を入力してもらうことで、適切な振動判定用閾値１０８を出力することができる。また、モータが駆動する負荷の条件が変わった時に同様に上位コントローラなどから切替信号１０９を入力してもらい、振動判定用閾値１０８を切り替えることもできる。これらにより、指令パターンや負荷の条件変化による発振の誤検知を防止することができる。

なお、切替信号１０９の入力手段として、前面モニタ操作、外部信号入力、通信などが考えられる。また、装置の種類、特にボールねじ、ベルト、ラックアンドピニオンなどの軸構成に応じて振動判定用閾値１０８を切り替える場合にも、切替信号１０９により対応が可能となる。

本発明のモータ駆動装置は、安定した発振検知を行うことができ、制御パラメータの調整機能を備えたサーボモータ制御やその他のリニアモータ等の制御などにも有用である。

１モータ制御器
２速度算出器
３バンドパスフィルタ
４振幅判定器
５振動継続判定器
６振動判定用閾値切替器
１０１動作指令
１０２モータ駆動信号
１０３モータ位置
１０４モータ速度
１０５振動成分信号
１０６振動検知信号
１０７発振検知信号
１０８振動判定用閾値
１０９切替信号

Claims

位置検出器の情報を用い動作指令に追従させるようモータを制御するモータ制御装置において、
動作指令とモータ位置とモータ速度と発振検知信号からモータ駆動信号を出力するモータ制御器と、前記モータ位置から前記モータ速度を算出する速度算出器と、前記モータ速度から振動成分信号を出力するバンドパスフィルタと、前記振動成分信号と振動判定用閾値から振動検知信号を出力する振幅判定器と、前記振動検知信号が一定時間継続した場合に前記発振検知信号を出力する振動継続判定器と、前記動作指令から前記振動判定用閾値を出力する振動判定用閾値切替器とを備え、
前記モータ制御器は、制御用のパラメータを変化させ、前記発振検知信号により発振しない最適な制御パラメータを自動的に調整する機能を有し、前記振動判定用閾値切替器は、前記動作指令の有無により出力する前記振動判定用閾値を切り替え、前記振幅判定器では前記振動成分信号の振幅が前記振動判定用閾値より大きい場合に前記振動検知信号を出力することを特徴とするモータ駆動装置。
位置検出器の情報を用い動作指令に追従させるようモータを制御するモータ制御装置において、
動作指令とモータ位置とモータ速度と発振検知信号からモータ駆動信号を出力するモータ制御器と、前記モータ位置から前記モータ速度を算出する速度算出器と、前記モータ速度から振動成分信号を出力するバンドパスフィルタと、前記振動成分信号と振動判定用閾値から振動検知信号を出力する振幅判定器と、前記振動検知信号が一定時間継続した場合に前記発振検知信号を出力する振動継続判定器と、外部信号入力や通信、前面パネル操作などからの切替信号から振動判定用閾値を出力する振動判定用閾値切替器とを備え、
前記モータ制御器は、制御用のパラメータを変化させ、前記発振検知信号により発振しない最適な制御パラメータを自動的に調整する機能を有し、前記振動判定用閾値切替器は、前記切替信号の有無により出力する前記振動判定用閾値を切り替え、前記振幅判定器では前記振動成分信号の振幅が前記振動判定用閾値より大きい場合に前記振動検知信号を出力することを特徴とするモータ駆動装置。