JP2014204622A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ駆動装置には、さまざまな振動を検出・抑制する機能が搭載され、自動調整機能によりパラメータが設定されるように至ったが、微振動が検知できず、装置から音が発生する課題があった。
【解決手段】位置指令とモータ位置と制御ゲイン設定値から速度指令を出力する位置制御器と速度指令とモータ速度と制御ゲイン設定値からトルク指令を出力する速度制御器とトルク指令からモータ駆動信号を出力する電流制御器とモータ位置からモータ速度を出力する速度算出器とモータ速度と微振動検知指標から微振動検知信号を出力する微振動検知器と微振動検知信号から制御ゲイン設定値を出力する制御ゲイン自動設定器とを備えたモータ制御装置において、モータ速度のゼロクロス回数から微振動を検知し、微振動がない状態では制御ゲインを大きくするとともに制御ゲイン設定値を記憶しておき、微振動がある状態では記憶しておいた制御ゲインの設定値を出力する。
【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。

昨今のＲＩＳＣマイコンやＤＳＰなど組み込みマイコンの高性能化や、ＦＰＧＡやＳｏＣといった従来のＡＳＩＣにカスタマイズ可能な要素を組み合わせた集積回路の発展により、現在のモータ駆動装置には、サーボモータを外部指令通りに駆動制御する位置・速度・電流制御などの基本機能に加え、さまざまな自動調整機能が搭載されている。

図１２に従来のモータ駆動装置のブロック図を示す。

モータを駆動制御する基本機能は、図１２上では実線で接続された一重線のブロックから構成される。

上位装置８１が出力する外部位置指令は、モータ駆動装置８２の指令選択部８２１に入力される。指令選択部８２１は、後述の試運転機能８２１１が出力する内部位置指令と外部位置指令のどちらかを選択し、指令応答設定部８２２に出力する。

指令応答設定部８２２では、スムージング（平滑化）処理を行い、位置指令を入力とするフィルタ演算処理を行った後の指令を位置速度制御部８２３へ出力する。

位置速度制御部８２３は、この指令入力とエンコーダ８４からモータ位置情報を入力し、ＰＩＤ制御に代表されるフィードバック制御演算を行い、位置偏差が０となるようなトルク指令を出力する。

負荷特性補償部８２４は、位置速度制御部が出力するトルク指令に対し、モータ６３および負荷８５の総イナーシャに応じたスケーリング処理を行うことで、負荷イナーシャの差異を吸収する。またエンコーダ８４からのモータ位置情報からモータ８３および負荷８５の摩擦トルクを推定しあらかじめ加算する補償を行うことで、補償後のトルク指令を生成する。

共振抑制部８２５は、モータ８３と負荷８５の共振特性が引き起こす振動を励起しないよう、補償後のトルク指令から特定の周波数成分を除去するノッチフィルタあるいはローパスフィルタ処理を通した結果を、最終のトルク指令として出力する。

次に図１２上では、点線で接続された二重線のブロックから構成される、自動調整機能について概要を説明する。

試運転機能８２１１は、例えば特許文献１にあるように、モータ駆動装置８２の内部である傾きの加減速度を持った三角波で一定量、正負の往復運転パターンを生成する。またより一般には、外部から移動量、最高速度、加速時間、減速時間、停止時間などのパラメータを設定して、モータ駆動装置８２内蔵のＮＣ演算処理で指令パターンをリアルタイムに自動計算し、一定周期毎の内部位置指令を生成する機能である。なお指令選択部８２１に内部位置指令の選択を要求する付加情報を、内部位置指令とともに伝達することで、試運転機能８２１１から指令選択部８２１の動作を指定することもできる。

指令応答設定機能８２２１は、例えば特許文献２にあるように、モータ駆動装置８２の
外部から剛性値という１つの指標を与え、モータ駆動装置８２に内蔵するテーブルから、位置指令の応答性を決める指令前置フィルタの遮断周波数を決定する。またより一般には、一次遅れや二次遅れのフィルタ時定数や減衰比でより細かい周波数特性を指示する形、あるいは立ち上がり時間や遅延時間、オーバーシュート量など時間応答の過渡特性を指示する形など、１つあるいは複数の指令応答指標を入力し、指令応答設定部８２２の入出力関係が指令応答指標にできるだけ一致するよう、指令応答設定部８２２の１つまたは複数のパラメータを自動設定する。

剛性設定機能８２３１は、例えば特許文献３にあるように、サーボ剛性を代表する１パラメータを指標とし、これに一定の比率を掛けて速度比例ゲインや速度積分ゲイン、位置比例ゲインを連動して設定する。また前述の特許文献２にあるように、剛性値に対応したテーブルから位置速度制御部のゲイン設定を決定してもよい。一般には、１つあるいは複数の剛性指標を入力し、位置速度制御部８２３の外乱応答が剛性指標にできるだけ一致するよう、位置速度制御部８２３の１つまたは複数のパラメータを自動設定する。

負荷特性測定機能８２４１は、例えば特許文献５にあるように、モータ８３へのトルク指令およびエンコーダ８４からのモータ位置情報とその高次差分である速度・加速度から、最小二乗推定を用いて、モータ８３および負荷８５を合わせた総イナーシャ、常に一定で働く偏荷重トルク、動作方向に依存する動摩擦トルク、動作速度に比例する粘性摩擦トルクなどの摩擦特性を自動推定する。また推定結果を負荷特性補償部８２４にリアルタイムに反映させることで、どのような負荷８５が接続されても、指令応答指標や剛性指標で指定した同じ応答性が得られる、適応ロバスト性を持たせることができる。

適応フィルタ機能８２５１は、例えば特許文献４にあるように、再帰型のノッチフィルタを用いた適応アルゴリズムにより、モータ速度から抽出した高周波成分をできるだけ０に近づけるよう、共振抑制部８２５のパラメータを自動調整する。またトルク指令から振動成分を抽出したり、モデル応答との差から振動成分を抽出する、あるいは適応フィルタを複数持つ、ノッチ周波数だけでなく幅や深さ、Ｑ値を自動調整する、などのバリエーションが存在する。一般には、何らかの方法でモータ８３と負荷８５の共振特性に起因する振動成分を抽出し、規範入力との差を最小にする適応アルゴリズムにより、共振抑制部８２５のフィルタパラメータを自動調整する機能といえる。

発振検知機能８２６は、例えば特許文献６にあるように、エンコーダ８４からのモータ位置情報から変動分を抽出し、しきい値との比較、継続時間の判定などにより、モータ８３および負荷８５の発振状態を検出する。発振を検知した場合は、前述の剛性設定機能８２３１に発振検知情報を伝達して、フィードバックループの周波数帯域幅が狭くなるような剛性値を選択して発振を自動的に抑制する。

最後に評価指標測定機能８２７は、例えば特許文献７にあるように、指令選択部８２１の位置指令出力、エンコーダ８４のモータ位置出力、負荷特性補償部８２４のトルク指令出力などの入出力データを周期的に測定・記憶し、整定時間やオーバーシュート、トルク変動などの評価指標に対応した入出力データから評価値を算出、表示、蓄積する機能である。いずれもリアルタイムに取得できる膨大なモータ制御情報から、より意味のある少数の評価指標にデータ圧縮することが本機能の重要な側面である。

特開平５−３４６３５９号公報 特開２００７−３３６７９２号公報 特開平６−３１９２８４号公報 特開２００４−２７４９７６号公報 特開２００５−１６８１６６号公報 特開２０１２−１１０２３０号公報 国際公開第２００９／０９６１６９号 特許第４７２０７４４号公報

しかし従来の技術では、特許文献６の発振検知機能および特許文献８の振動検知器では振動を検知するために、振動成分の振幅レベルを閾値と比較しているが、振幅レベルが閾値に達しない微振動は検知できず、自動調整の最終結果として得られた制御ゲインの設定では、検知できなかった微振動が原因で音が発生する課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、微振動検出機能を追加し、微振動が発生する自動調整結果を最終結果として適用しないことで、微振動が発生しないモータ駆動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１記載のモータ駆動装置では、位置検出器の情報を用いモータを制御するモータ制御装置において、位置指令とモータ位置と制御ゲイン設定値から速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令とモータ速度と前記制御ゲイン設定値からトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令からモータ駆動信号を出力する電流制御器と、前記モータ位置から前記モータ速度を出力する速度算出器と、前記モータ速度から微振動検知信号を出力する微振動検知器と、前記微振動検知信号から前記制御ゲイン設定値を出力する制御ゲイン自動設定器とを備え、前記微振動検出器では、前記モータ速度のゼロクロス回数から微振動の有無を検出し、前記制御ゲイン自動設定器では、前記微振動検知信号が微振動検知なしの状態では制御ゲインを大きくするとともに、制御ゲイン設定値を記憶しておき、微振動検知ありの状態では、記憶しておいた制御ゲインの設定値を出力することを特徴とする。

請求項２記載のモータ駆動装置では、位置検出器の情報を用いモータを制御するモータ制御装置において、位置指令とモータ位置と制御ゲイン設定値から速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令とモータ速度と前記制御ゲイン設定値からトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令からモータ駆動信号を出力する電流制御器と、前記モータ位置から前記モータ速度を出力する速度算出器と、前記モータ速度と微振動検知指標から微振動検知信号を出力する微振動検知器と、前記モータ速度から発振検知信号を出力する発振検出器と、前記微振動検知信号と前記発振検知信号と微振動許容設定から前記制御ゲイン設定値を出力する制御ゲイン自動設定器とを備え、前記微振動検出器では、前記モータ速度のゼロクロス回数から微振動の有無を検出し、前記発振検出器では、前記モータ速度の振動情報から発振の有無を検出し、前記制御ゲイン自動設定器では、前記発振検知信号が発振なしの状態では制御ゲインを大きくするとともに、制御ゲイン設定値と微振動検知信号とを記憶しておき、発振ありの状態では、制御ゲインを小さくするとともに、前記微振動許容設定が許容しない設定では、小さくした制御ゲインとの組合せで記憶しておいた前記微振動信号のない制御ゲイン設定値を出力し、許容する設定の場合には、小さくした制御ゲインとの組合せで記憶しておいた前記微振動信号に関係なく制御ゲイン設定値を出力することを特徴とする。

請求項３記載のモータ駆動装置では、請求項１または請求項２のいずれか１項において、前記微振動検知器は、前記モータ速度がゼロ以外の値である直前の取得値と今回の取得値の積が負となる回数をゼロクロス回数することを特徴とする。

請求項４記載のモータ駆動装置では、請求項１または請求項２のいずれか１項において、前記微振動検知器は、前記モータ速度の符号成分を抽出し、ゼロの場合はゼロとなる直前の取得値の符号と保持し、直前の取得値の符号と今回の取得値の符号の積が負となる回数をゼロクロス回数することを特徴とする。

請求項５記載のモータ駆動装置では、請求項１または請求項２のいずれか１項において、前記微振動検知器は、前記モータ速度にオフセット処理を行ったオフセット付信号のゼロクロス回数から微振動の有無を検出することを特徴とする。

請求項６記載のモータ駆動装置では、請求項５において、前記微振動検知器は、前記モータ速度がオフセット以下の値となる直前の取得値と今回の取得値の積が負となる回数をゼロクロス回数とすることを特徴とする。

請求項７記載のモータ駆動装置では、請求項５において、前記微振動検知器は、前記オフセット付モータ速度の符号成分を抽出し、前記モータ速度がオフセット値以下の値となる場合はオフセット値以下の値となる直前の取得値の符号と保持し、直前の取得値の符号と今回の取得値の符号の積が負となる回数をゼロクロス回数することを特徴とする。

請求項８記載のモータ駆動装置では、請求項１〜７のいずれか１項において、前記微振動検知器は、位置検出器の分解能に合わせて、前記オフセット値を変更することを特徴とする。

請求項９記載のモータ駆動装置では、請求項１〜７のいずれか１項において、前記微振動検知器は、位置決め整定完了幅に合わせて、前記オフセット値を変更することを特徴とする。

請求項１０記載のモータ駆動装置では、請求項１〜９のいずれか１項において、前記微振動検知器は、検出したい最低周波数と回数カウント時間に基づき、振動ありと判定するゼロクロス回数の閾値を設定することを特徴とする。

請求項１１記載のモータ駆動装置では、請求項１〜１０のいずれか１項において、前記微振動検知器は、前記位置指令と前記モータ速度と前記微振動検知指標から前記微振動検知信号を出力し、指令がないときにゼロクロス回数をカウントすることを特徴とする。

請求項１２記載のモータ駆動装置では、請求項１〜１０のいずれか１項において、前記微振動検知器は、前記位置指令と前記モータ位置と前記微振動検知指標から前記微振動検知信号を出力し、指令がないときにゼロクロス回数をカウントすることを特徴とする。

請求項１３記載のモータ駆動装置では、請求項１１または請求項１２のいずれか１項において、前記微振動検知器は、指令がなくなってから最初のゼロクロスを起点とし、ゼロクロス回数をカウントすることを特徴とする。

請求項１４記載のモータ駆動装置では、請求項１１〜１３のいずれか１項において、前記微振動検知器は、所定の時間以上ゼロクロス回数が増加する場合に持続振動として判断することを特徴とする。

請求項１５記載のモータ駆動装置では、請求項１〜１４のいずれか１項において、前記微振動検知器は、高周波除去を目的としたフィルタ処理を行ったモータ速度を入力とすることを特徴とする。

請求項１６記載のモータ駆動装置では、請求項１５において、前記フィルタ処理は、少なくともローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、または移動平均型フィルタのいずれかであることを特徴とする。

請求項１７記載のモータ駆動装置では、請求項１５または請求項１６のいずれか１項において、前記フィルタ処理の設定に合わせて前記オフセット値を変更することを特徴とする。

請求項１８記載のモータ駆動装置では、請求項１〜１７のいずれか１項において、前記微振動検知器は、微振動のゼロクロス回数を微振動回数として出力とすることを特徴とする。

請求項１に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度のゼロクロス発生回数から振幅レベルの小さな振動（微振動）を検出し、自動調整結果から微振動を発生しない制御ゲインを設定することができる。

請求項２に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度のゼロクロス発生回数から振幅レベルの小さな振動（微振動）を検出し、自動調整結果から微振動許容設定に応じた制御ゲインを設定することができる。

請求項３に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度がゼロ以外の値である直前の取得値と今回の取得値の積が負の値となる回数をカウントすることで、モータ速度のゼロクロス回数を簡単にカウントすることができる。

請求項４に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度がゼロ以外の値である直前の取得値の符号成分と今回の取得値がゼロ以外である場合の符号成分の積が負の値となる回数をカウントすることで、演算桁数を減らしてモータ速度のゼロクロス回数を簡単にカウントすることができる。

請求項５に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度とオフセットレベルの比較を行い、モータ速度がオフセットレベル以下になった場合には直前の値を保持する処理を行ったオフセット付モータ速度のゼロクロス回数をカウントすることで、１パルス振動のような音の発生につながらない微振動を除くことができる。

請求項６に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度とオフセットレベルの比較を行い、モータ速度がオフセットレベル以下になった場合には直前の値を保持する処理を行ったオフセット付モータ速度の前回の取得値と今回の取得値の積の結果が負の値となる回数をカウントすることで、オフセット付モータ速度のゼロクロス回数を簡単にカウントすることができる。

請求項７に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度とオフセットレベルの比較を行い、モータ速度がオフセットレベル以下になった場合には直前の値を保持する処理を行ったオフセット付モータ速度の符号成分の前回の取得値と今回の取得値の積を求めることで、演算桁数を減らしてオフセット付モータ速度のゼロクロス回数を簡単にカウントすることができる。

請求項８に記載のモータ駆動装置によれば、位置検出値の分解能によって最低検出速度が異なる場合でも、位置検出器の分解能に合わせてオフセット値を変更することで、位置
検出器の分解能に応じた微振動検知を実現することができる。

請求項９に記載のモータ駆動装置によれば、位置決め整定完了幅に合わせてオフセット値を変更することで、位置決め精度に応じて検出したい微振動レベルを変更することができる。

請求項１０に記載のモータ駆動装置によれば、検知したい最低周波数と回数カウント時間に基づいて、振動ありと判定するゼロクロス回数の閾値を設定するができ、可聴領域の周波数帯の振動を抽出することができる。

請求項１１に記載のモータ駆動装置によれば、指令がないときのゼロクロス回数をカウントすることで、停止時微振動を検出することができる。

請求項１２に記載のモータ駆動装置によれば、微振動検知器の入力を位置偏差とした場合でも、指令がないときのゼロクロス回数をカウントすることで、停止時微振動を検出することができる。

請求項１３に記載のモータ駆動装置によれば、モータ速度信号のゼロクロス検出時間を起点としてゼロクロス回数をカウントすることで、応答の追従遅れ尾を考慮した振動検出を実現することができる。

請求項１４に記載のモータ駆動装置によれば、所定の時間以上ゼロクロス回数の増加することを確認することで、持続振動の発生を確認することができる。

請求項１５に記載のモータ駆動装置によれば、検出不要な周波数帯を除去することができる。

請求項１６に記載のモータ駆動装置によれば、特定の振動周波数の微振動に限定して検知することができる。

請求項１７に記載のモータ駆動装置によれば、フィルタ設定に応じたレベルの振動の検出を実現することができる。

請求項１８に記載のモータ駆動装置によれば、微振動発生状況をモニタすることができる。

実施の形態１におけるモータ駆動装置のブロック図 実施の形態１におけるモータ駆動装置のサーボ調整のフローチャート 実施の形態２におけるモータ駆動装置のブロック図 実施の形態２におけるモータ駆動装置のサーボ調整のフローチャート 実施の形態２におけるモータ駆動装置の微振動検知器のブロック図 実施の形態２におけるモータ駆動装置の微振動検知器のフローチャート 実施の形態２におけるモータ駆動装置の微振動検知器の信号波形の図 実施の形態３におけるモータ駆動装置のブロック図 実施の形態３におけるモータ駆動装置の微振動検知器のブロック図 実施の形態４におけるモータ駆動装置のブロック図 実施の形態４におけるモータ駆動装置の微振動検知器のブロック図 従来のモータ駆動装置のブロック図 従来のモータ駆動装置の発振検知器のブロック図 従来のモータ駆動装置の発振検知器のバンドパスフィルタ特性の図

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）
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、位置制御器１は、位置指令１０１とモータ位置１０５と制御ゲイン設定値１０９から速度指令１０２を出力し、速度制御器２は、速度指令１０２とモータ速度１０６と制御ゲイン設定値１０９からトルク指令１０３を出力し、電流制御器３は、トルク指令１０３からモータ駆動信号１０４を出力し、速度算出器４は、モータ位置１０５からモータ速度１０６を出力し、微振動検知器５は、モータ速度１０６と微振動検知指標１０７から微振動検知信号１０８を出力し、制御ゲイン自動設定器６は、微振動検知信号１０８から制御ゲイン設定値１０９を出力するものである。

位置制御器１は、位置指令１０１とモータ位置１０５との偏差を０にするように制御され、内部には、位置比例ゲインや位置積分ゲインなどの制御ゲインを有している。制御ゲイン自動設定器６から出力される制御ゲイン設定値１０９を用いて制御される。

速度制御器２は、速度指令１０２とモータ速度１０６との偏差を０にするように制御され、内部には、速度比例ゲインや速度積分ゲイン、速度微分ゲインなどの制御ゲインを有している。制御ゲイン自動設定器６から出力される制御ゲイン設定値１０９を用いて制御される。

電流制御器３は、トルク指令１０３で指定されたトルクが出力されるようにモータ駆動信号１０４を出力し、モータ電流を制御する。

速度算出器４は、モータ位置１０５の１サンプリング前の値との差分からモータ速度１０６を算出している。

微振動検知器５は、例えば、図５に示したような構成を持ち、モータ速度１０６に対し、ゼロクロス回数をカウントし、微振動検知指標１０７で設定される閾値回数と比較して微振動検知を行い、その結果を微振動検知信号１０８として出力する。

制御ゲイン自動設定器６は、まず最初にモータに微振動が発生しない程度にゲインを小さくしておき、モータ動作毎に制御ゲイン設定値１０９を大きくすると同時に、制御ゲイン設定値１０９を内部メモリ等に記憶しておく。微振動検知信号１０８により微振動を検知すると、制御ゲイン設定値１０９を前回値、または数回前の適切な値に設定する。そうすることで、微振動を発生させない制御ゲインを設定することができる。

次に、サーボ調整方法を図２に示すフローチャートで説明する。

図２は、本発明の請求項１記載のモータ駆動装置におけるサーボ調整方法のフローチャートである。

モータが発振しないよう制御ゲインを低く設定するステップ２０１と、モータ動作を開始するステップ２０２と、微振動の有無を検知するステップ２０３と、微振動無しの場合に、制御ゲインを内部メモリ等に記憶しておくステップ２０４と、制御ゲインを大きくするステップ２０５と、微振動ありの場合に、制御ゲインを前回値、または数回前の最適な
値に設定するステップ２０６の手順からなり、ステップ２０５からステップ２０３に戻り、ステップ２０３で微振動検知するまで繰り返すものである。

ステップ２０５で制御ゲインを記憶しておくことと、それをステップ２０６で再設定することで、最適な制御ゲインを自動設定することができる。

本発明により、制御ゲインを自動調整する場合でも、微振動を発生させない制御ゲインを設定することができる。その結果、微振動による音の発生を抑制することが可能となる。

（実施の形態２）
基本構成は実施の形態１と同じであるため、ここでは相違点について説明する。

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、発振検知器７は、モータ速度１０６から発振検知信号１１０を出力し、制御ゲイン自動設定器６は、発振検知信号１１０と微振動検知信号１０８と微振動許容設定１１１から制御ゲイン設定値１０９を出力するものである。

発振検知器７は、例えば、従来例の図１３に示したような構成を持ち、モータ速度１０６に対し、図１４に示すバンドパスフィルタを適用し、振動成分を抽出し、発振を検知するものであり、その結果を発振検知信号１１０として出力する。

制御ゲイン自動設定器６は、まず最初にモータに微振動が発生しない程度にゲインを小さくしておき、モータ動作毎に制御ゲイン設定値１０９を大きくすると同時に、制御ゲイン設定値１０９と微振動検知信号１０８との組合せを内部メモリ等に記憶しておく。発振検知信号１１０により発振を検知すると、微振動許容設定１１１が許容しない場合は、微振動検知信号がオフの制御ゲイン設定値１０９を設定し、許容する場合は制御ゲイン設定値１０９を前回値、または数回前の適切な値に設定する。そうすることで、微振動許容設定１１１に応じた最適な制御ゲインを設定することができる。

次に、サーボ調整方法を図４に示すフローチャートで説明する。

図４は、本発明の請求項２記載のモータ駆動装置におけるサーボ調整方法のフローチャートである。

モータが発振しないよう制御ゲインを低く設定するステップ４０１と、モータ動作を開始するステップ４０２と、微振動の有無を検知するステップ４０３と、ステップ４０３の結果で信号を操作するステップ４０４と、発振の有無を検知するステップ４０５と、発振なしの場合に、制御ゲインと微振動検知信号との組合せを内部メモリ等に記憶しておくステップ４０６と、制御ゲインを大きくするステップ４０７と、発振ありの場合に、微振動許容設定１１１を確認するステップ４０８と、微振動を許容しない場合は制御ゲインを微振動信号オフの前回値、または数回前の最適な値に設定し、共用する場合は制御ゲインを前回値、または数回前の最適な値に設定するステップ４０９の手順からなり、ステップ４０７からステップ４０３に戻り、ステップ４０５で発振検知するまで繰り返すものである。

ステップ４０７で制御ゲインと微振動有無の組合せを記憶しておくことと、制御ゲインをステップ４０９で微振動許容設定１１１に応じて再設定することで、微振動許容設定１１１に応じた最適な制御ゲインを自動設定することができる。

本発明により、制御ゲインを自動調整する場合でも、微振動許容設定に応じた制御ゲインを設定することができる。その結果、微振動を許容する装置では制御ゲインを大きくすることが可能となる。

次に、図５に示す微振動検知器について説明する。

図５は、本発明の請求項１または２のいずれか１項に記載のモータ駆動装置における微振動検知器のブロック図である。

図５において、微振動検知器５は、オフセット付信号生成処理部５ａと、ゼロクロス回数カウント処理部５ｂと、微振動検知処理部５ｃから構成され、オフセット付信号生成処理部５ａはモータ速度１０６と微振動検知指標１０７として与えられるオフセットレベル１０７ａからオフセット付信号５０１を出力し、ゼロクロス回数カウント処理部５ｂは、微振動検知指標１０７として与えられる微振動検知開始信号１０７ｂとオフセット付信号５０１からゼロクロス検出回数５０２を出力し、微振動検知処理部５ｃはゼロクロス検出回数５０２と微振動検知指標１０７として与えられる微振動検知閾値１０７ｃから微振動検知信号１０８を出力する。

次に、図６に示す微振動検知方法の処理の流れを説明する。

図６は、本発明の請求項１または２のいずれか１項に記載のモータ駆動装置における微振動検知方法のステップを示すフローチャートである。
図６において、ステップ３０１のオフセット付信号生成処理部５ａでは、モータ速度１０６とオフセットレベル１０７ａを比較し、モータ速度１０６がオフセットレベル１０７ａより大きい場合はモータ速度の符号情報を出力し、小さい場合は前回のモータ速度の符号を保持したオフセット付信号５０１を生成する。次に、ステップ３０２のゼロクロス回数カウント処理部５ｂでは、微振動検知開始信号１０７ｂがオンのときのオフセット付信号５０１の前回値と今回値の積を求め、演算結果が負となった場合にゼロクロス検出回数５０２を１インクリメントする。さらに、ステップ３０３の微振動検知処理部５ｃでは、ゼロクロス検出回数５０２と微振動検知閾値１０７ｃとを比較し、ゼロクロス検出回数５０２が微振動検知閾値１０７ｃを超えた場合、微振動検知信号１０８をオンする。

次に、図７に示す微振動検知器の信号について説明する。

図７は、本発明の請求項１または２のいずれか１項に記載のモータ駆動装置における微振動検知器における信号波形である。

図７において、速度指令１０２が与えられた時にモータ速度１０６の信号波形とし、オフセットレベル１０７ａが与えられたとき、オフセット付信号生成処理部５ａにおいて、モータ速度１０６とオフセットレベル１０７ａの比較を行い、モータ速度１０６がオフセットレベル１０７ａより小さい場合は前回のモータ速度信号を保持したオフセット付モータ速度信号５０１ａを生成し、その符号成分のみを抽出したオフセット付モータ速度信号の符号成分５０１ｂを出力する。次に、ゼロクロス回数カウント処理部５ｂにおいて、微振動検知開始信号１０７ｂが常にオンとし、オフセット付モータ速度信号の符号成分の前回値と今回値の積６０１を求め、その結果が負の場合にゼロクロス回数を１インクリメントする。さらに、微振動検知処理部５ｃにおいて、ゼロクロス回数と微振動検知閾値１０７ｃとを比較し、ゼロクロス回数が微振動検知閾値１０７ｃを超えた場合に、微振動検知信号１０８をオンする。

本発明により、信号のゼロクロス回数から振幅が小さな振動を検知することができる。

なお、微振動検知指標１０７のオフセットレベルはゼロとしてもよい。

また、ゼロクロス回数をカウントするため、オフセット付モータ速度信号の符号成分の前回値と今回値の積６０１の結果が負の場合にカウントをアップしたが、単純にオフセット付モータ速度信号５０１ａの値の正負の符号を確認し、前回の符号と異なる符号となった場合にゼロクロス回数をインクリメントしてもよい。

また、オフセット付モータ速度信号は、モータ速度１０６と微振動検知指標１０７のオフセットレベルの比較を行い、その符号成分のみを抽出して オフセット付モータ速度信号の符号成分５０１ｂとしたが、オフセット付モータ速度信号５０１ａの積を求めてゼロクロス回数をカウントしてもよい。

また、オフセット付モータ速度信号をモータ速度１０６がオフセットレベル１０７ａより小さい場合は前回のモータ速度信号を保持としてオフセット付モータ速度信号としたが、前回のモータ速度信号の代わりにオフセットレベルをセットしてもよいし、ゼロとしてゼロクロス回数カウント処理部で前回値を使用するようにしてもよい。

また、オフセットレベルは位置検出器の分解能に合わせて変更してもよいし、位置決め整定完了幅に合わせて変更してもよい。

また、ゼロクロス回数を微振動回数として表示してもよい。

また、信号の１周期で２回ゼロクロスが発生することから、例えば、振動周波数５０Ｈｚ時のカウント時間５００ｍｓ間でのゼロクロス回数は５０回となるため、この回数を微振動検知回数することで、最小５０Ｈｚまでの微振動を検知することができ、このように検知したい最小微振動周波数とカウント時間から微振動検知回数を設定することができる。

また、微振動検知器に入力するモータ速度にフィルタ処理を適用することで、可聴領域など所定の周波数帯の微振動の有無を確認できる。

また、微振動検知器に入力するモータ速度にフィルタ処理の設定に合わせてオフセットレベルを変更してもよい。

（実施の形態３）
基本構成は実施の形態２と同じであるため、ここでは相違点について説明する。

図８は、本発明の請求項１１記載のモータ駆動装置におけるブロック図である。

図８において、微振動検知器５は、位置指令１０１とモータ速度１０６と微振動検知指標１０７から微振動検知信号１０８を出力するものである。

次に、図９に示す微振動検知器のブロック図について説明する。

微振動検知器５は、位置指令１０１が与えられている場合に微振動検知開始信号１０７ｂをオフし、位置指令１０１が与えられていない場合に微振動検知開始信号１０７ｂをオンして微振動検知を行い、その結果を微振動検知信号１０８として出力する。

本発明により、停止時振動を検知することができる。

なお、本実施形態に置いて、指令を位置指令としたが、速度指令でもよい。

（実施の形態４）
基本構成は実施の形態３と同じであるため、ここでは相違点について説明する。

図１０は、本発明の請求項１２記載のモータ駆動装置におけるブロック図である。

図１０において、微振動検知器５は、位置指令１０１とモータ位置１０５と微振動検知指標１０７から微振動検知信号１０８を出力するものである。

次に、図１１に示す微振動検知器のブロック図について説明する。

微振動検知器５は、位置指令１０１とモータ位置１０５の差である位置偏差１１２を求め、位置偏差１１２をオフセット付信号生成処理部５ａに入力する。そして、位置指令がある場合に微振動検知開始信号１０７ｂをオフし、位置指令がない場合に微振動検知開始信号１０７ｂをオンして微振動検知を行い、その結果を微振動検知信号１０８として出力する。

本発明により、位置偏差から停止時微振動を検知することができる。

なお、本実施形態に置いて、指令を位置指令としたが、速度指令とし、モータ位置をモータ速度とし、速度偏差から微振動検知を行ってもよい。

また、指令がなくなってから所定の時間経過した以降にゼロクロス回数が増加する場合、持続振動であると判断できる。

また、指令がなくなってから最初のゼロクロス回数カウントアップを基準として、一定の間隔でカウント回数をチェックすることで、モータ位置の追従遅れを考慮して微振動の有無を確認することができる。

また、位置制御系として説明したが、速度指令を入力とする速度制御系でもよい。

また、微振動検知器５と発振検知器７を分けて記載したが、一つのブロックで、微振動検知と発振検知を行ってもよい。

以上、本発明のモータ駆動装置は、微振動を発生させない制御ゲインを自動で最適値に調整することができ、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。

なお本発明で述べたモータ駆動装置のサーボ調整方法は、モータ駆動装置に内蔵する必要は必ずしもない。モータ駆動装置の備える図示しない通信インターフェース（ＲＳ２３２、ＲＳ４８５、ＵＳＢ通信、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）接続、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信や無線ＬＡＮなどの無線接続手段など）を通じて、対応した通信手段を備えたパソコンやコンソールなど、別の装置に本発明のサーボ調整ステップを実装してもよい。

１ 位置制御器
２ 速度制御器
３ 電流制御器
４ 速度算出器
５ 微振動検知器
５ａ オフセット付信号生成処理部
５ｂ ゼロクロス回数カウント処理部
５ｃ 微振動検知処理部
６ 制御ゲイン自動設定器
７ 発振検知器
７ａ バンドパスフィルタ
７ｂ 振幅判定器
７ｃ 振動継続判定器
１０１ 位置指令
１０２ 速度指令
１０３ トルク指令
１０４ モータ駆動信号
１０５ モータ位置
１０６ モータ速度
１０７ 微振動検知指標
１０７ａ オフセットレベル
１０７ｂ 微振動検知開始信号
１０７ｃ 微振動検知閾値
１０８ 微振動検知信号
１０９ 制御ゲイン設定値
１１０ 発振検知信号
１１１ 微振動許容設定
１１２ 位置偏差
５０１ オフセット付信号
５０１ａ オフセット付モータ速度信号
５０１ｂ オフセット付モータ速度信号の符号成分
５０２ ゼロクロス検出回数
６０１ オフセット付モータ速度信号の符号成分の前回値と今回値の積
７０１ モータ速度
７０２ 振動成分信号
７０３ 振動検知信号
７０４ 発振検知信号

Claims (18)

1. 位置検出器の情報を用いモータを制御するモータ制御装置において、
   位置指令とモータ位置と制御ゲイン設定値から速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令とモータ速度と前記制御ゲイン設定値からトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令からモータ駆動信号を出力する電流制御器と、前記モータ位置から前記モータ速度を出力する速度算出器と、前記モータ速度と微振動検知指標から微振動検知信号を出力する微振動検知器と、前記微振動検知信号から前記制御ゲイン設定値を出力する制御ゲイン自動設定器とを備え、
   前記微振動検知器では、前記モータ速度のゼロクロス回数から微振動の有無を検出し、前記制御ゲイン自動設定器では、前記微振動検知信号が微振動検知なしの状態では制御ゲインを大きくするとともに、制御ゲイン設定値を記憶しておき、微振動検知ありの状態では、記憶しておいた制御ゲインの設定値を出力することを特徴とするモータ駆動装置。
2. 位置検出器の情報を用いモータを制御するモータ制御装置において、
   位置指令とモータ位置と制御ゲイン設定値から速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令とモータ速度と前記制御ゲイン設定値からトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令からモータ駆動信号を出力する電流制御器と、前記モータ位置から前記モータ速度を出力する速度算出器と、前記モータ速度と微振動検知指標から微振動検知信号を出力する微振動検知器と、前記モータ速度から発振検知信号を出力する発振検出器と、前記微振動検知信号と前記発振検知信号と微振動許容設定から前記制御ゲイン設定値を出力する制御ゲイン自動設定器とを備え、
   前記微振動検知器では、前記モータ速度のゼロクロス回数から微振動の有無を検出し、前記発振検出器では、前記モータ速度の振動情報から発振の有無を検出し、前記制御ゲイン自動設定器では、前記発振検知信号が発振なしの状態では制御ゲインを大きくするとともに、制御ゲイン設定値と微振動検知信号とを記憶しておき、発振ありの状態では、制御ゲインを小さくするとともに、前記微振動許容設定が許容しない設定では、小さくした制御ゲインとの組合せで記憶しておいた前記微振動検知信号のない制御ゲイン設定値を出力し、許容する設定の場合には、小さくした制御ゲインとの組合せで記憶しておいた前記微振動検知信号に関係なく制御ゲイン設定値を出力することを特徴とするモータ駆動装置。
3. 前記微振動検知器は、前記モータ速度がゼロ以外の値である直前の取得値と今回の取得値の積が負となる回数をゼロクロス回数することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
4. 前記微振動検知器は、前記モータ速度の符号成分を抽出し、ゼロの場合はゼロとなる直前の取得値の符号と保持し、直前の取得値の符号と今回の取得値の符号の積が負となる回数をゼロクロス回数することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
5. 前記微振動検知器は、前記モータ速度にオフセット処理を行ったオフセット付モータ速度信号のゼロクロス回数から微振動の有無を検出することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
6. 前記微振動検知器は、前記モータ速度がオフセット以下の値となる直前の取得値と今回の取得値の積が負となる回数をゼロクロス回数とすることを特徴とする請求項５記載のモータ駆動装置。
7. 前記微振動検知器は、前記オフセット付モータ速度信号の符号成分を抽出し、前記モータ速度がオフセット値以下の値となる場合はオフセット値以下の値となる直前の取得値の符
   号と保持し、直前の取得値の符号と今回の取得値の符号の積が負となる回数をゼロクロス回数することを特徴とする請求項５記載のモータ駆動装置。
8. 前記微振動検知器は、位置検出器の分解能に合わせて、前記オフセット値を変更することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
9. 前記微振動検知器は、位置決め整定完了幅に合わせて、前記オフセット値を変更することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
10. 前記微振動検知器は、検出したい最低周波数と回数カウント時間に基づき、振動ありと判定するゼロクロス回数の閾値を設定することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
11. 前記微振動検知器は、前記位置指令と前記モータ速度と前記微振動検知指標から前記微振動検知信号を出力し、指令がないときにゼロクロス回数をカウントすることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
12. 前記微振動検知器は、前記位置指令と前記モータ位置と前記微振動検知指標から前記微振動検知信号を出力し、指令がないときにゼロクロス回数をカウントすることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
13. 前記微振動検知器は、指令がなくなってから最初のゼロクロスを起点とし、ゼロクロス回数をカウントすることを特徴とする請求項１１または１２のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
14. 前記微振動検知器は、所定の時間以上ゼロクロス回数が増加する場合に持続振動として判断することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
15. 前記微振動検知器は、高周波除去を目的としたフィルタ処理を行ったモータ速度を入力とすることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
16. 前記フィルタ処理は、少なくともローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、または移動平均型フィルタのいずれかであることを特徴とする請求項１５記載のモータ駆動装置。
17. 前記フィルタ処理の設定に合わせて前記オフセット値を変更することを特徴とする請求項１５または１６のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
18. 前記微振動検知器は、微振動のゼロクロス回数を微振動回数として出力とすることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。

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