JP2014233147A - モータ制御システムおよびモータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のモータを駆動させるモータ制御システムおよびモータ制御方法において、精度の高い周波数特性の測定を行う。【解決手段】負荷機械の装置可動部８１、８２、８３を動作させる複数のモータ３１、３２、３３と、複数のモータ３１、３２、３３を駆動させるための設定情報が設定され、設定情報に応じた指令を生成するコントローラ１と、設定情報に応じた指令をもとに、モータ３１、３２、３３を駆動させる指令を生成する複数のモータ制御装置２１、２２、２３と、モータ３１、３２、３３の速度を検出してモータ制御装置２１、２２、２３へ送信する複数の検出器４１、４２、４３とを備え、複数のモータ制御装置２１、２２、２３は、速度及びモータ３１、３２、３３を駆動させる指令をコントローラ１へ送信し、コントローラ１は、速度及びモータ３１、３２、３３を駆動させる指令に基づいて、負荷機械の周波数特性を算出する。【選択図】図３

Description

本発明は、複数のモータを駆動させるモータ制御システムおよびモータ制御方法に関する。

従来のモータ制御システムにおいて、演算装置は、第１軸の動作指令信号と第２軸の動作指令信号を生成する。また演算装置は、第１軸の動作指令信号を第１軸のサーボ装置に出力する。第１軸のサーボ装置は、入力した第１軸の動作指令信号と等価な第１軸の制御信号を生成する。第１軸のサーボ装置は、第１軸の制御信号を第１軸のモータに出力し、第１軸のモータを回転させる。第１軸のモータの回転による回転力は、第１軸の伝達機構を介して、第１軸の可動部に伝えられる。これにより、固定台を含む機械系全体に振動が発生する。

一方、演算装置は、第２軸の動作指令信号を第２軸のサーボ装置に出力する。第２軸のサーボ装置は、入力した第２軸の動作指令信号と等価な第２軸の制御信号を生成する。第２軸のサーボ装置は、第２軸の制御信号を第２軸のモータに出力し、第２軸のモータを回転させる。第２軸のモータの回転による回転力は、第２軸の伝達機構を介して、第２軸の可動部に伝えられる。これにより、固定台を含む機械系全体に振動が発生する。

第１軸のセンサは、第１軸のモータの回転と振動を検出する。第１軸のセンサは、第１軸のサーボ装置を介して、演算装置に第１軸の検出信号を出力する。第２軸のセンサは、第２軸のモータの回転と振動を検出する。第２軸のセンサは、第２軸のサーボ装置を介して、演算装置に第２軸の検出信号を出力する。演算装置は、第１軸の制御信号、第２軸の制御信号と第１軸の検出信号、第２軸の検出信号を周波数分析し、予め定められた式に基づいて周波数特性を計算する。

特開２００３−０６１３７９号公報（例えば、段落０００７及び図１）

上記の特許文献１の従来のモータ制御システムにおいて、各モータに対する動作指令信号は、演算装置が生成する。このため、モータ制御システムが制御するモータの数が多くなるほど、演算装置は、多くの演算処理を実行する必要がある。演算装置の処理能力には限界があるため、演算装置の容量が足りない場合、測定できるデータ数が制限される。よって、周波数特性を測定する場合、従来のモータ制御システムは、簡単な方法で精度の高い測定ができないという課題がある。

この発明に係るモータ制御システムは、負荷機械の装置可動部を動作させる複数のモータと、複数のモータを駆動させるための設定情報が設定され、設定情報に応じた指令を生成するコントローラと、設定情報に応じた指令をもとに、モータを駆動させる指令を生成する複数のモータ制御装置と、モータの速度を検出してモータ制御装置へ送信する複数の検出器とを備え、複数のモータ制御装置は、検出器が検出した速度及びモータを駆動させる指令をコントローラへ送信し、コントローラは、速度及びモータを駆動させる指令に基づいて、負荷機械の周波数特性を算出する。

本発明によれば、複数のモータを駆動させるモータ制御システムにおいて、精度の高い周波数特性の測定を簡単に行うことができる。

実施の形態１に係るモータ制御システムの構成を示す図である。 実施の形態１に係るボード線図の一例を示す図である。 実施の形態１に係るモータ制御システムにおける周波数特性の測定を示す図である。 実施の形態１に係る周波数特性の測定の手順を示すフローチャートである。 実施の形態１に係る周波数特性の測定順序のポイント１を示す図である。 実施の形態１に係る周波数特性の測定順序のポイント２を示す図である。 実施の形態１に係る周波数特性の測定順序のポイント３を示す図である。 実施の形態１に係る周波数特性の測定順序のポイント４を示す図である。 実施の形態１に係る周波数特性の測定順序のポイント５を示す図である。 実施の形態１に係る周波数特性の測定順序のポイント６を示す図である。 実施の形態１に係る周波数特性の測定順序のポイント７を示す図である。 実施の形態１に係る周波数特性の測定順序のポイント８を示す図である。 実施の形態１に係る周波数特性の測定順序のポイント９を示す図である。 実施の形態１に係るポイント１における周波数特性の算出結果を示す図である。 実施の形態２に係るモータ制御システムにおける周波数特性の測定を示す図である。 実施の形態２に係る周波数特性の測定順序のポイントａにおける設定情報を示す図である。 実施の形態３に係るモータ制御システムにおける周波数特性の測定を示す図である。

実施の形態１
図１は、実施の形態１に係るモータ制御システムの構成を示す図である。実施の形態１に係るモータ制御システムの構成について、図１を参照して説明する。上位コントローラ１は、モータ制御装置２１、２２、２３に接続する。

モータ制御装置２１は、内部に加振指令生成部２１１及びデータ測定部２１２を備える。モータ制御装置２２は、内部に加振指令生成部２２１及びデータ測定部２２２を備える。モータ制御装置２３は、内部に加振指令生成部２３１及びデータ測定部２３２を備える。

モータ制御装置２１は、モータ３１及び検出器４１に接続する。モータ制御装置２２は、モータ３２及び検出器４２に接続する。モータ制御装置２３は、モータ３３及び検出器４３に接続する。

図１において、梁５は、図１に示すＸ軸方向に沿って設置する。伝達機構７１は、梁５の上に設置する。取付台６１は、図１に示すＹ軸方向に沿って設置する。伝達機構７２は、取付台６１の上に設置する。取付台６２は、図１に示すＹ軸方向に沿って設置する。伝達機構７３は、取付台６２の上に設置する。

可動部８１は図１に示すＸ軸方向へ伝達機構７１にそって移動できる。伝達機構７１は、この可動部８１と接続している。可動部８２は図１に示すＹ軸方向へ伝達機構７２にそって移動できる。伝達機構７２は、この可動部８２と接続している。可動部８３は図１に示すＹ軸方向へ伝達機構７３にそって移動できる。伝達機構７３は、この可動部８３と接続している。

以下において、図１に示すように、梁５及び伝達機構７１を設置する軸のことを、第１軸とする。図１に示すように、取付台６１及び伝達機構７２を設置する軸のことを、第２軸とする。図１に示すように、取付台６２及び伝達機構７３を設置する軸のことを、第３軸とする。

第１軸の梁５は、図１に示すように、第２軸と第３軸とに跨るように設置する。また、梁５は、その両端をそれぞれ可動部８２と可動部８３とに固定する。このため、可動部８２または可動部８３が可動するとき、梁５は、可動部８２または可動部８３の動作に伴って可動する。なお、以下において、図１に示す第１軸の梁５のように、他の軸に固定されている部分のことを、機械的に連結した部分という。

実施の形態１において、第１軸の伝達機構７１、第２軸の伝達機構７２、第３軸の伝達機構７３は、それぞれボールねじである。各モータ３１、３２、３３は、各伝達機構７１、７２、７３を時計回りまたは反時計回りに回転させる。なお、以下において、時計周りの回転のことを正方向の回転とする。反時計周りの回転のことを負方向の回転とする。

各伝達機構７１、７２、７３の回転にともない、対応する各可動部８１、８２、８３は、それぞれ可動する。第１軸の伝達機構７１が正方向に回転する場合、可動部８１は、図１に示すＸ軸の正方向へ可動する。第１軸の伝達機構７１が負方向に回転する場合、可動部８１は、図１に示すＸ軸の負方向へ可動する。

第２軸の伝達機構７２が正方向に回転する場合、可動部８２は、図１に示すＹ軸の正方向へ可動する。第２軸の伝達機構７２が負方向に回転する場合、可動部８２は、図１に示すＹ軸の負方向へ可動する。第３軸の伝達機構７３が正方向に回転する場合、可動部８３は、図１に示すＹ軸の正方向へ可動する。第３軸の伝達機構７３が負方向に回転する場合、可動部８３は、図１に示すＹ軸の負方向へ可動する。

第１軸のモータ３１は、図１のＸ軸方向へ可動部８１を動かす。可動部８１は、伝達機構７１を介して図１のＸ軸方向へ動かされる。

第２軸のモータ３２は、図１のＹ軸方向へ可動部８２を動かす。可動部８２は、伝達機構７２を介して図１のＹ軸方向へ動かされる。

第３軸のモータ３３は、図１のＹ軸方向へ可動部８３を動かす。可動部８３は、伝達機構７３を介して図１のＹ軸方向へ動かされる。

第１軸の検出器４１は、モータ３１の速度を検出する。第２軸の検出器４２は、モータ３２の速度を検出する。第３軸の検出器４３は、モータ３３の速度を検出する。なお、各モータ３１、３２、３３の速度とは、例えば、回転速度、角速度等をいう。

次に、実施の形態１に係る動作原理について説明する。モータ制御システムは、半導体製造装置、工作機械、産業用ロボット等に用いられる。モータ制御システムは、各モータ３１、３２、３３を駆動させることにより、負荷機械の装置可動部の位置決め制御を行う。なお、実施の形態１において、負荷機械とは、梁５、取付台６１、６２、伝達機構７１、７２、７３、可動部８１、８２、８３のことである。負荷機械の装置可動部とは、可動部８１、８２、８３のことである。

位置決め制御とは、具体的には以下のとおりである。ユーザは、モータ制御システムに、負荷機械の装置可動部を移動させるための、目標とする位置を設定する。モータ制御システムは、負荷機械の装置可動部の現在の位置と、目標とする位置と、の誤差を判断する。この誤差に基づき、モータ制御システムは、モータ３１、３２、３３を駆動させ、負荷機械の装置可動部を目標位置へと移動させるためのトルク指令を生成する。トルク指令は、モータ３１、３２、３３の駆動時の振幅、回転方向、周波数等を指令する信号である。なお、振幅とは、モータ３１、３２、３３を駆動させる際のトルクの大きさのことである。また、モータ３１、３２、３３の回転数は、周波数に比例する。つまり、トルク指令の周波数が高いほど、モータ３１、３２、３３の回転数は大きくなる。

モータ制御システムは、生成したトルク指令を各モータ３１、３２、３３へ送信する。各モータ３１、３２、３３は、トルク指令に従い駆動する。モータ３１、３２、３３の駆動力は、伝達機構７１、７２、７３を介して負荷機械の装置可動部に伝達される。これにより、負荷機械の装置可動部である可動部８１、８２、８３は、目標の位置へと移動する。

ここで、発振について説明する。各モータ３１、３２、３３へ入力されるトルク指令に対する負荷機械の応答の大きさのことを、ゲインという。上記のように、各モータ３１、３２、３３は、トルク指令に基づき駆動する。しかし、ゲインが大きい場合、負荷機械の装置可動部は、各モータ３１、３２、３３の駆動により過大な動作を行ってしまい、目標位置を通り越して移動してしまう。すると、モータ制御システムは、負荷機械の装置可動部を目標位置へ移動させるため、各モータ３１、３２、３３を逆方向へ駆動させる。このような動作を繰り返してしまい、負荷機械の装置可動部が目標位置の近辺で往復してしまうことを、発振という。

また、モータ３１、３２、３３を駆動させる際、モータ制御システムが制御する負荷機械には、位置決め制御の条件等により、様々な周波数の振動が発生する。例えば、負荷機械には、トルク指令の周波数に比例した周波数の振動が発生する。そして、負荷機械が振動する場合、この振動により、モータ制御システムに騒音が発生する。

一方、モータ制御システムが制御する負荷機械は、その構成により、ある周波数において共振点を持つ。共振点とは、上記のゲインが最も大きくなる点のことである。また、共振点における周波数を、共振周波数という。１軸のみを持つ負荷機械は、その構成に応じた共振周波数を持つ。しかし、負荷機械が複数の軸を持つ場合、負荷機械は、これらの軸が別々の構成とされている場合における共振周波数に対し、異なる共振周波数を持つ。また、各軸が干渉を起こすため、負荷機械は、複数の共振周波数を持つ。

共振点において、ゲインは大きな値となる。よって、共振点において、各モータ３１、３２、３３に入力されたトルク指令に対し、負荷機械は、大きく移動する。このため、共振点において、各モータ３１、３２、３３に振幅の大きいトルク指令を入力したならば、負荷機械の装置可動部は、発振を起こしてしまう。また、モータ３１、３２、３３の駆動時に発生した振動は、その周波数が負荷機械の共振周波数と一致するならば、増幅され、大きな騒音が発生する。

上記のような事態を避けるため、モータ制御システムは、制御する負荷機械について、周波数特性を測定する。測定した周波数特性から、ユーザは、負荷機械の共振周波数を把握することができる。そして、ユーザは、共振周波数に基づいて、モータ制御システムの調整を行う。

次に、周波数特性の測定と、モータ制御システムの調整について説明する。一般に、サーボモータでは、トルク指令についての高速応答制御が必要であるため、トルク指令の電流のフィードバック制御を行う。フィードバック制御の制御系の出力は、制御系への入力と、その制御系の伝達関数とにより決定される。実施の形態１において、上述のように、モータ制御装置２１、２２、２３は、各モータ３１、３２、３３をトルク指令により駆動させる。検出器４１、４２、４３は、各モータ３１、３２、３３の駆動時の速度を検出する。上位コントローラ１は、このトルク指令を負荷機械への入力として、また検出した速度を負荷機械の出力として、負荷機械の伝達関数を求める。

電流のフィードバック制御において、ｉ_ｄａ、ｉ_ｄｑである電流制御器を用いる場合、Ｋ_ｉｄをｉ_ｄａ制御器の比例ゲイン、Ｋ_ｉｑをｉ_ｄｑ制御器の比例ゲインとすると、Ｐ制御（比例制御）のオープンループ伝達関数は、以下の式１のように表される。

また、Ｐ制御のクローズドループ伝達関数は、以下の式２のように表される。

さらに、ＰＩ制御（比例積分制御）のオープンループ伝達関数は、以下の式３のように表すことができる。

また、ＰＩ制御のクローズドループ伝達関数は、以下の式４のように表される。

上記の式１から式４に示すように、負荷機械について伝達関数を求めることができる。また、伝達関数が求まれば、伝達関数からボード線図を作成することができる。ボード線図は、周波数に対するゲイン及び位相の関係を示す図である。負荷機械の周波数特性は、通常、このボード線図により表される。ボード線図の一例を、図２に示す。図２のボード線図において、位相は、各モータ３１、３２、３３へ入力されるトルク指令に対する負荷機械の応答の遅れ分の位相を示す。

図２に示すように、ゲインがピークとなる共振点の周波数は、１０００Ｈｚである。つまり、ボード線図から、負荷機械の共振周波数及びその点におけるゲインの大きさと位相とを把握することができる。そして、ユーザは、この共振周波数に対してフィルタを設定する。フィルタの設定において、ユーザは、ゲインの大きさをもとに、最適な値をフィルタ値として設定する。フィルタを設定した周波数において、モータ制御装置２１、２２、２３は、各モータ３１、３２、３３に対し、本来出力すべきトルク指令の振幅よりも、フィルタ値の分だけ小さい振幅のトルク指令を出力する。共振周波数に対してフィルタを設定することにより、共振周波数における発振または騒音等の問題を解消することができる。

また、上記のボード線図により、負荷機械についての位相余裕、ゲイン余裕等を把握できる。位相余裕、ゲイン余裕とは、負荷機械が安定限界に到達するまでに、位相、ゲインにどれだけ余裕があるかを示す指標である。モータ制御システムの調整をする際、ユーザは、位相余裕、ゲイン余裕を考慮した調整を行う。

このように、ユーザは、モータ制御システムが制御する負荷機械について周波数特性を測定し、モータ制御システムの調整を行う。この調整を最適なものとするために、モータ３１、３２、３３、検出器４１、４２、４３を含む負荷機械全体の周波数特性について、正しく測定する必要がある。

なお、以上説明したように、各モータ３１、３２、３３に入力したトルク指令で指令された速度に対し、検出される各モータ３１、３２、３３の実際の速度の差のことを、周波数特性という。また、各モータ３１、３２、３３に対するトルク指令と検出した速度とに基づいて負荷機械の伝達関数を求め、ボード線図を作成することを、周波数特性の測定または周波数特性の算出という。ユーザが、測定した周波数特性から導かれる共振周波数に基づき、共振周波数に対して最適なフィルタ値を設定し、負荷機械の共振を低減させることを、モータ制御システムの調整という。

次に、実施の形態１に係るモータ制御システムにおける周波数特性の測定について、図３から図１４を参照して説明する。図３は、実施の形態１に係るモータ制御システムにおける周波数特性の測定を示す図である。図４は、実施の形態１における周波数特性の測定の手順を示すフローチャートである。

周波数特性を測定する際、図４に示すステップ１において、ユーザは、上位コントローラ１に予め測定順序を設定する。実施の形態１において、測定順序は、ポイント１からポイント９までとする。図５は、実施の形態１に係る周波数特性の測定順序のポイント１を示す図である。また、図１３は、実施の形態１に係る周波数特性の測定順序のポイント９を示す図である。実施の形態１に係る周波数特性の測定順序のポイント１からポイント９は、それぞれ図５から図１３に対応する。

図５-(ａ)は、ポイント１における各可動部８１、８２、８３の測定位置を示している。ポイント１において、各可動部８１、８２、８３の測定位置は、図５-(ａ)に示すように第１軸がＸ１、第２軸がＹ１、第３軸がＹ１である。ユーザは、ポイント１からポイント９のそれぞれについて、各可動部８１、８２、８３の測定位置を設定する。なお、以下において、各測定順序における各可動部８１、８２、８３の測定位置のことを、設定位置情報とする。

また、図４に示すステップ１において、ユーザは、上位コントローラ１に、加振条件、加振を開始する時間等を設定する。加振条件とは、モータ３１、３２、３３の振幅、回転方向のことである。これらの設定は、ユーザが、上位コントローラ１に対してプログラムを入力することにより行う。なお、以下において、測定順序、設定位置情報、加振条件、加振を開始する時間等、各モータ３１、３２、３３を駆動させるための情報のことを、設定情報とする。

図４に示すステップ１において、ユーザは、上位コントローラ１に対し、周波数特性の測定の開始を指示する。これにより、モータ制御システムは、周波数特性の測定を開始する。なお、これ以降、モータ制御システムは、自動的に動作を行う。

図４に示すステップ２において、上位コントローラ１は、図３に示すように、入力された設定情報に基づいて、第１軸に対する加振情報指令Ａ１、第２軸に対する加振情報指令Ａ２、第３軸に対する加振情報指令Ａ３を生成する。加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３とは、各モータ制御装置２１、２２、２３に対し、後述の加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を生成させるための指令である。

図５-(ｂ)は、測定順序のポイント１における設定情報を示す図である。加振情報指令Ａ１は、図５-(ｂ)に示す第１軸に係る設定情報を持つ。加振情報指令Ａ２は、図５-(ｂ)に示す第２軸に係る設定情報を持つ。加振情報指令Ａ３は、図５-(ｂ)に示す第３軸に係る設定情報を持つ。

図５-(ｂ)において、第２軸、第３軸についての加振条件の方向は、正である。また、実施の形態１において、各伝達機構７１、７２、７３はボールねじである。このため、各モータ３２、３３は、各伝達機構７２、７３を正方向に回転させる。図５-(ｂ)において、第１軸についての加振条件の方向は、負である。このため、モータ３１は、伝達機構７１を負方向に回転させる。

また、図５-(ｂ)において、第１軸についての加振条件の振幅は、２０％である。これは、モータ３１を駆動させる際のトルクの大きさを、最大値の２０％とすることを示している。図５-(ｂ)において、第２軸、第３軸についての加振条件の振幅は、３０％である。これは、モータ３２、３３を駆動させる際のトルクの大きさを、最大値の３０％とすることを示している。

図４に示すステップ３において、上位コントローラ１は、生成した加振情報指令Ａ１をモータ制御装置２１へ送信する。上位コントローラ１は、生成した加振情報指令Ａ２をモータ制御装置２２へ送信する。上位コントローラ１は、生成した加振情報指令Ａ３をモータ制御装置２３へ送信する。

各モータ制御装置２１、２２、２３は、図４に示すステップ３において加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３を受信した後、予め定められたシーケンスに従い、自動的に動作を行う。図４に示すステップ４において、加振指令生成部２１１は、加振情報指令Ａ１に基づいて、図３に示す第１軸のモータ３１に対する加振指令Ｂ１を生成する。図４に示すステップ４において、加振指令生成部２２１は、加振情報指令Ａ２に基づいて、図３に示す第２軸のモータ３２に対する加振指令Ｂ２を生成する。図４に示すステップ４において、加振指令生成部２３１は、加振情報指令Ａ３に基づいて、図３に示す第３軸のモータ３３に対する加振指令Ｂ３を生成する。

加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３とは、実際に各モータ３１、３２、３３を駆動させるための指令のことであり、各モータ３１、３２、３３を駆動させる際の電流値に相当する。つまり、加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３とは、各モータ３１、３２、３３を、測定したい周波数帯域に応じた周波数で駆動させるトルク指令である。各モータ制御装置２１、２２、２３は、加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を、その周期を変更しながら出力する。

なお、以下において、加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に従って各モータ３１、３２、３３が駆動することにより、各可動部８１、８２、８３が動作することを、加振とする。また、モータ駆動システムが制御する負荷機械についての、加振時における動作のことを、加振動作とする。

図４に示すステップ４において、各モータ制御装置２１、２２、２３は、加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３が持つ設定情報に基づいて、図５-(ａ)に示す測定順序のポイント１における加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を生成する。加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、例えば、図５に示すポイント１における各軸の加振条件の情報を持つ。

図４に示すステップ５において、第１軸の加振指令生成部２１１は、加振情報指令Ａ１が持つ設定情報に基づいて、加振を開始する時間に加振指令Ｂ１をモータ３１に送信する。第２軸の加振指令生成部２２１は、加振情報指令Ａ２が持つ設定情報に基づいて、加振を開始する時間に加振指令Ｂ２をモータ３２に送信する。第３軸の加振指令生成部２３１は、加振情報指令Ａ３が持つ設定情報に基づいて、加振を開始する時間に加振指令Ｂ３をモータ３３に送信する。

図５-(ａ)に示す測定順序のポイント１において、第１軸のモータ３３は、加振指令Ｂ１に従って、図５-(ｂ)に示すように振幅２０％でＸ軸の負方向に駆動する。第２軸のモータ３１は、加振指令Ｂ２に従って、図５-(ｂ)に示すように振幅３０％でＹ軸の正方向に駆動する。第３軸のモータ３２は、加振指令Ｂ３に従って、図５-(ｂ)に示すように振幅３０％でＹ軸の正方向に駆動する。これにより、図５-(ａ)に示すように、伝達機構７１、７２、７３を介して、各可動部８１、８２、８３が加振される。

図４に示すステップ５において、各モータ３１、３２、３３は、加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に従って動作する。図５-(ａ)に示す測定順序のポイント１において、モータ３２及びモータ３３は、Ｙ軸の正方向へ同期して動作するとともに、モータ３１は、Ｘ軸の負方向へ同期して動作する。このように、各モータ３１、３２、３３は、加振開始時間に受信した加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に基づいて、同期した動作を行う。

また、図４に示すステップ５において、加振指令生成部２１１は、図３に示すように、生成した加振指令Ｂ１をデータ測定部２１２へ送信する。図４に示すステップ５において、加振指令生成部２２１は、図３に示すように、生成した加振指令Ｂ２をデータ測定部２２２へ送信する。図４に示すステップ５において、加振指令生成部２３１は、図３に示すように、生成した加振指令Ｂ３をデータ測定部２３２へ送信する。

図４に示すステップ５において、データ測定部２１２は、加振指令生成部２１１から送信された加振指令Ｂ１を記憶する。データ測定部２２２は、加振指令生成部２２１から送信された加振指令Ｂ２を記憶する。データ測定部２３２は、加振指令生成部２３１から送信された加振指令Ｂ３を記憶する。

そして、図４に示すステップ６において、各可動部８１、８２、８３が加振される時、各検出器４１、４２、４３は、各モータ３１、３２、３３についての速度を検出する。図４に示すステップ６において、第１軸の検出器４１は、図３に示すように、加振動作時に検出した速度を検出器データＣ１としてデータ測定部２１２へ送信する。図４に示すステップ６において、第２軸の検出器４２は、図３に示すように、加振動作時に検出した速度を検出器データＣ２としてデータ測定部２２２へ送信する。図４に示すステップ６において、第３軸の検出器４３は、図３に示すように、加振動作時に検出した速度を検出器データＣ３としてデータ測定部２３２へ送信する。

図４に示すステップ６において、データ測定部２１２は、検出器４１から送信された検出器データＣ１を記憶する。データ測定部２２２は、検出器４２から送信された検出器データＣ２を記憶する。データ測定部２３２は、検出器４３から送信された検出器データＣ３を記憶する。

図４に示すステップ７において、データ測定部２１２は、図３に示すように、記憶している検出器データＣ１及び加振指令Ｂ１をまとめて、同時に上位コントローラ１へ送信する。図４に示すステップ７において、データ測定部２２２は、図３に示すように、記憶している検出器データＣ２及び加振指令Ｂ２をまとめて、同時に上位コントローラ１へ送信する。図４に示すステップ７において、データ測定部２３２は、図３に示すように、記憶している検出器データＣ３及び加振指令Ｂ３をまとめて、同時に上位コントローラ１へ送信する。

図６は、実施の形態１に係る周波数特性の測定におけるポイント２を示す図である。図６-(ａ)は、ポイント２における各可動部８１、８２、８３の測定位置を示している。ポイント２において、各可動部８１、８２、８３の測定位置は、図６-(ａ)に示すように第１軸がＸ２、第２軸がＹ１、第３軸がＹ１である。

上位コントローラ１は、図４に示すステップ１において入力されたポイント２の設定位置情報をもとに、各モータ制御装置２１、２２、２３に対して指令を送信する。この指令に基づいて、各モータ制御装置２１、２２、２３は、各モータ３１、３２、３３を駆動させる。これにより、モータ制御システムは、各可動部８１、８２、８３を、図６-(ａ)に示すポイント２の測定位置へと移動させる。

図６-(ｂ)は、測定順序のポイント２における設定情報を示す図である。加振情報指令Ａ１は、図６-(ｂ)に示す第１軸に係る設定情報を持つ。加振情報指令Ａ２は、図６-(ｂ)に示す第２軸に係る設定情報を持つ。加振情報指令Ａ３は、図６-(ｂ)に示す第３軸に係る設定情報を持つ。ポイント２では、図６-(ｂ)に示す設定情報に係る周波数特性を測定する。ポイント２において、図４のフローチャートのステップ２からステップ７までの動作は、ポイント１の時と同様である。

以後、図７から図１３に示すポイント３からポイント９の各測定順序について、モータ制御システムは、ポイント１の時と同様に、図４に示すステップ２からステップ７までそれぞれ動作する。

図４に示すステップ８において、上位コントローラ１は、図３に示すように、取得した検出器データＣ１、Ｃ２、Ｃ３及び加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に基づいて、周波数特性を算出する。上位コントローラ１は、図５に示すポイント１において取得した検出器データＣ１、Ｃ２、Ｃ３及び加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３をもとに、ポイント１における周波数特性を算出する。

なお、周波数特性を算出する際、上位コントローラ１は、図５のポイント１についての設定情報に基づいて、算出した周波数特性の結果に、ポイント１における各可動部８１、８２、８３の設定位置情報を付与する。図１４は、ポイント１における周波数特性の算出結果を示す図である。上位コントローラ１は、図５のポイント１についての設定情報に基づいて、図１４に示すような、ポイント１における各可動部８１、８２、８３の設定位置情報を持った算出結果を生成する。

図４に示すステップ８において、上位コントローラ１は、図６に示すポイント２において取得した検出器データＣ１、Ｃ２、Ｃ３及び加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３をもとに、ポイント２における周波数特性を算出する。上位コントローラ１は、図６のポイント２についての設定情報に基づいて、ポイント２における各可動部８１、８２、８３の設定位置情報を持った算出結果を生成する。

図４に示すステップ８において、上位コントローラ１は、図７から図１３に示すポイント３からポイント９において取得した検出器データＣ１、Ｃ２、Ｃ３及び加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３についても、同様に周波数特性を算出する。上位コントローラ１は、図７から図１３のポイント３からポイント９についての設定情報に基づいて、ポイント３からポイント９における各可動部８１、８２、８３の設定位置情報を持った算出結果を生成する。

また、図４に示すステップ８において、上位コントローラ１は、ポイント１からポイント９までの周波数特性の算出後、各測定順序に従って、各可動部８１、８２、８３の設定位置情報を含んだ算出結果を表示する。例えば、上位コントローラ１は、ポイント１について、図１４に示すような、各可動部８１、８２、８３の設定位置情報を持った算出結果を表示する。

以上の説明のとおり、実施の形態１に係るモータ制御システムは、上位コントローラ１が、加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３を軸毎に生成し、各モータ制装置２１、２２、２３へ送信する。また、各モータ制装置２１、２２、２３は、加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３に基づいて、加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３をそれぞれ生成する。各モータ３１、３２、３３は、加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に従い、実際に駆動する。つまり、実施の形態１に係るモータ制御システムは、各モータ３１、３２、３３を駆動させるための指令を、上位コントローラ１とモータ制御装置２１、２２、２３とで分担して生成する。これにより、実施の形態１に係るモータ制御システムは、複数のモータを駆動して制御する負荷機械について、精度の高い周波数特性の測定を行うことができる。

実施の形態１に係るモータ制御システムは、複数のモータを駆動して制御する負荷機械について、周波数特性を測定することにより、負荷機械についてのボード線図を作成することができる。作成したボード線図から、ユーザは、負荷機械の共振周波数を把握できる。そして、ユーザが、共振周波数に基づき、共振周波数に対して最適なフィルタ値を設定することができる。よって、本実施の形態１のモータ制御システムは、複数のモータを駆動して制御する負荷機械について、共振周波数における発振または騒音等を防止でき、安定した動作を実現できる。

また、実施の形態１に係るモータ制御システムは、制御する負荷機械の構成及び各軸の条件に合った適切な加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３を設定できる。具体的には、複数のモータが連結された多軸構成のモータ制御システムにおいて、負荷機械全体の周波数特性の測定を、多軸全軸について容易に実行することができる。よって、実施の形態１に係るモータ制御システムは、精度の高い周波数特性の測定を行うことができる。

なお、特許文献１のモータ制御装置において、各モータは、入力された制御信号に従い、各軸の可動部をそれぞれ動作させる。しかし、特許文献１のモータ制御装置は、２つの軸の各モータを、同期して駆動させることはできない。このため、１軸目の加振動作と２軸目の加振動作には、ずれが生じる。１軸目の可動部と２軸目の可動部がずれて動作することにより、１軸目と２軸目の連結部分には、応力等の負荷がかかる。

これに対し、実施の形態１のモータ制御システムは、各モータ制装置２１、２２、２３が、加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３に基づいて、加振の開始時刻に同時に加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を生成する。各モータ３１、３２、３３は、加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に従って、同期して動作を行う。これにより、図３において、第２軸と第３軸の連結部分である梁５に対し、応力等の負荷がかからない。すなわち、実施の形態１のモータ制御システムは、機械的に連結した部分に対し、応力等の負荷を与えずに周波数特性の測定を行うことができる。

また、実施の形態１に係るモータ制御システムにおいて、上位コントローラ１は、測定した周波数特性について、各測定順序についての設定情報に基づき、各測定順序における各可動部８１、８２、８３の設定位置情報を持った算出結果を生成する。上位コントローラ１は、測定した周波数特性の算出結果を表示する。例えば、上位コントローラ１は、ポイント１について、図１４に示すような、各可動部８１、８２、８３の設定位置情報を持った算出結果を表示する。このため、ユーザは、表示された算出結果に含まれる設定位置情報から、どの測定順序についての算出結果であるかを判断することができる。これにより、周波数特性の測定後、ユーザは、収集したデータの判定や識別を容易に行うことできる。

また、実施の形態１に係るモータ制御システムは、各測定順序における設定位置情報を予め上位コントローラ１へ設定した後、自動的に周波数特性を測定する。上位コントローラ１は、測定した周波数特性の結果を表示する。よって、実施の形態１に係るモータ制御システムは、様々な測定位置における周波数特性について、自由なシーケンスで自動的に測定することができる。

なお、周波数特性の測定において、図４に示すステップ２からステップ７までの動作を行った後、次の測定位置へ移動してステップ２からステップ７までの動作を行うこととしたが、これに限るものではない。例えば、上位コントローラ１は、図４に示すステップ２において、ポイント１からポイント９の各測定順序についての加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３を生成し、図４に示すステップ３において、各モータ制御装置２１、２２、２３へ一度に送信する構成としてもよい。この場合、各モータ制御装置２１、２２、２３は、ポイント１からポイント９の各測定順序についての設定情報を記憶しておき、測定順序毎に使用する。

実施の形態２
次に、実施の形態２に係るモータ制御システムについて説明する。実施の形態１と同一または同等の手段に関しては、同一の名称と符号とを用いて説明を省略する。

図１５は、実施の形態２に係るモータ制御システムにおける周波数特性の測定を示す図である。図１５において、上位コントローラ１は、第２軸のモータ３２、第３軸のモータ３３を駆動させ、かつ、第１軸のモータ３１を固定するように指令する加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３を生成する。

図１６は、実施の形態２に係る周波数特性の測定において、測定順序のポイントａにおける設定情報を示す図である。図１６において、第１軸のモータ３１に対する加振条件の振幅は、０％である。これは、第１軸のモータ３１を駆動させないことを示している。

なお、振幅の０％が指令された第１軸の可動部８１は、固定された状態となる。言い換えると、振幅の０％が指令された第１軸のモータ３１は、可動部８１が、設定位置情報により指令された位置にとどまるよう、動作する。このため、図１５において、第２軸の可動部８２または第３軸の可動部８３が加振された時、第１軸のモータ３１は、可動部８１が、図１６に示すポイントａの設定位置情報であるＸ２にとどまるよう、動作する。

また、加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３には、実施の形態１で説明したように、加振開始時間の情報が含まれる。上位コントローラ１は、このような加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３を生成し、各モータ制御装置２１、２２、２３へ送信する。

図１５に示すように、モータ制御装置２２、２３は、加振情報指令Ａ２、Ａ３に従い、各軸のモータ３２、３３を駆動させるための加振指令Ｂ２、Ｂ３を生成し、モータ３２、３３へ送信する。このとき、モータ制御装置２２、２３は、加振情報指令Ａ２、Ａ３に含まれる加振開始時間の情報をもとに、加振開始時間に同時に加振指令Ｂ２、Ｂ３を生成する。

モータ制御装置２１は、加振情報指令Ａ１に従い、第１軸のモータ３１を固定するような加振指令Ｂ１を生成する。モータ制御装置２１は、加振情報指令Ａ１に含まれる加振開始時間の情報をもとに、加振開始時間と同時に加振指令Ｂ１をモータ３１に送信する。

第２軸のモータ３２、第３軸のモータ３３は、加振指令Ｂ２、Ｂ３に従い加振される。このとき、モータ３２、３３は、加振指令Ｂ２、Ｂ３に従って同時に加振を開始する。このため、モータ３２、３３は、同期した動作を行う。

第１軸のモータ３１は、加振指令Ｂ１に従い固定されている。このため、第２軸の検出器４２において検出される検出器データＣ２は、第３軸における加振の影響を含まない。第３軸の検出器４３において検出される検出器データＣ３は、第２軸における加振の影響を含まない。つまり、各軸の加振の影響を分離したデータを検出することができる。検出した検出器データＣ２、Ｃ３を上位コントローラ１で分析することで、各軸の加振の影響を分離した周波数特性を測定することができる。

また、第１軸の検出器４１において、データを検出してもよい。第１軸のモータ３１は、駆動するよう指令されていない。しかし、第１軸の検出器４１において検出される検出器データＣ１は、第２軸、第３軸における加振の影響を含む。つまり、各軸間の干渉を含めたデータを検出することができる。検出した検出器データＣ１を上位コントローラ１で分析することで、各軸間の干渉を含めた周波数特性を測定することができる。

このように、実施の形態２に係るモータ制御システムは、軸毎に加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３を個別に設定できる構成のため、各軸のモータ３１、３２、３３に対して同期して駆動または固定するように指令することで、各軸における加振の影響を分離した周波数特性を測定することができる。

また、実施の形態１で説明したとおり、上位コントローラ１は、制御する負荷機械について、周波数特性を測定する。もし、負荷機械が１軸だけを持つ場合、上位コントローラ１は、その軸に関する伝達関数を求め、周波数特性を算出する。この算出結果に従い、ユーザは、共振周波数に対するフィルタの設定等、モータ制御システムの調整を行う。

しかし、負荷機械が複数の軸を持つ場合、上位コントローラ１は、その負荷機械に関する多軸伝達関数を求める必要がある。この多軸伝達関数は、複雑であり、容易に求めることはできない。また、複数の軸を持つ負荷機械について上記の調整を行う場合、軸間の干渉等を考慮する必要がある。このため、ユーザは、１軸のみを持つ負荷機械の場合と同様に調整することはできない。

しかし、実施の形態２に係るモータ制御システムは、多軸間の組み合わせの影響を考慮して、軸毎に加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３を個別に設定できる。このため、各軸間の干渉を考慮した検出器データＣ１、Ｃ２、Ｃ３及び加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を取得できる。これらをもとに、上位コントローラ１は、多軸伝達関数を近似的に求めることができる。つまり、実施の形態２に係るモータ制御システムは、複数の軸を持つ負荷機械について、軸間の干渉の影響を含んだ周波数特性を測定することができる。このため、ユーザは、モータ制御システムが制御する負荷機械について、軸間の干渉の影響を考慮して、共振周波数に対するフィルタを設定することができる。また、このモータ制御システムの調整について、ゲイン余裕、位相余裕等を考慮した調整を行うにあたり、軸間の干渉の影響を含めた調整を行うことができる。

実施の形態３
次に、実施の形態３に係るモータ制御システムについて説明する。実施の形態１または実施の形態２と同一または同等の手段に関しては、同一の名称と符号とを用いて説明を省略する。

図１７は、実施の形態３に係るモータ制御システムにおける周波数特性の測定を示す図である。実施の形態３においては、図１７に示すように、上位コントローラ１には、周辺ツール９を接続する。周波数特性を測定する際、ユーザは、周辺ツール９に対し、実施の形態１と同様の設定情報を設定する。また、ユーザは、周辺ツール９に対し、周波数特性の測定の開始を指示する。これにより、モータ制御システムは、周波数特性の測定を開始する。

周辺ツール９は、設定情報を上位コントローラ１へ送信する。上位コントローラ１は、設定情報に基づいて、加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３を生成する。上位コントローラ１は、生成した加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３を、各モータ制御装置２１、２２、２３へ送信する。その後の動作は、実施の形態１または実施の形態２と同様である。

また、上位コントローラ１は、取得した検出器データＣ１、Ｃ２、Ｃ３及び加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３から、周波数特性の算出を行う。上位コントローラ１は、この算出結果を周辺ツール９に送信する。周辺ツール９は、算出結果を表示する。例えば、周辺ツール９は、ポイント１について、図１４に示すような、各可動部８１、８２、８３の設定位置情報を持った算出結果を表示する。

なお、上位コントローラ１は、取得した検出器データＣ１、Ｃ２、Ｃ３及び加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を周辺ツール９へ送信するようにしてもよい。この場合、周辺ツール９は、取得した検出器データＣ１、Ｃ２、Ｃ３及び加振指令Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３から周波数特性の算出を実施する。それから周辺ツール９は、算出結果を表示する。例えば、周辺ツール９は、ポイント１について、図１４に示すような、各可動部８１、８２、８３の設定位置情報を持った算出結果を表示する。

実施の形態３において、周辺ツール９は、例えば、市販のＰＣを使用してもよい。この場合、加振情報指令Ａ１、Ａ２、Ａ３の入力操作及び周波数特性の算出結果の表示において、視認性、操作性が向上する。よって、容易に周波数特性の測定を行うことができる。

なお、実施の形態１から実施の形態３において、モータ制御システムは、モータ制御装置２１、２２、２３、軸加振指令生成部２１１、２１２、２１３、データ測定部２２１、２２２、２２３、モータ３１、３２、３３、検出器４１、４２、４３、伝達機構７１、７２、７３、可動部８１、８２、８３を備える３軸構成の例について示した。しかし、実施の形態１から実施の形態３におけるモータ制御システムは、これに限るものではない。モータ制御システムが制御する負荷機械は、例えば、２軸または４軸以上を持つような構成としても良い。

１ 上位コントローラ、２１ モータ制御装置、２２ モータ制御装置、２３ モータ制御装置、２１１ 加振指令生成部、２１２ 加振指令生成部、２１３ 加振指令生成部、２２１ データ測定部、２２２ データ測定部、２２３ データ測定部、３１ モータ、３２ モータ、３３ モータ、４１ 検出器、４２ 検出器、４３ 検出器、５ 梁、６１ 取付台、６２取付台、７１ 伝達機構、７２ 伝達機構、７３ 伝達機構、８１ 可動部、８２ 可動部、８３ 可動部、９ 周辺ツール

Claims (7)

1. 負荷機械の装置可動部を動作させる複数のモータと、
   前記複数のモータを駆動させるための設定情報が設定され、前記設定情報に応じた指令を生成するコントローラと、
   前記設定情報に応じた指令をもとに、前記モータを駆動させる指令を生成する複数のモータ制御装置と、
   前記モータの速度を検出して前記モータ制御装置へ送信する複数の検出器とを備え、
   前記複数のモータ制御装置は、前記検出器が検出した速度及び前記モータを駆動させる指令を前記コントローラへ送信し、
   前記コントローラは、前記速度及び前記モータを駆動させる指令に基づいて、前記負荷機械の周波数特性を算出する
   ことを特徴とするモータ制御システム。
2. 前記コントローラは、前記設定情報として前記モータの動作の開始時間の情報が設定され、前記設定情報に応じた指令を生成し、
   前記複数のモータ制御装置は、前記設定情報に応じた指令をもとに、前記動作の開始時間に前記モータを駆動させる指令を生成し、
   前記複数のモータは、前記モータを駆動させる指令に従って前記動作の開始時間に駆動する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御システム。
3. 前記コントローラは、前記設定情報として前記装置可動部の位置情報が設定され、前記位置情報により指定された位置へ前記装置可動部を移動させる指令を生成し、
   前記装置可動部が前記位置情報により指定された位置にある際に前記検出器が検出した前記速度及び前記モータを駆動させる指令に基づいて、前記位置情報を持った前記負荷機械の周波数特性を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御システム。
4. 前記設定情報が設定された後、前記コントローラ、前記複数のモータ制御装置、前記複数のモータ及び前記複数の検出器は、自動的に動作を行う
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御システム。
5. 前記コントローラは、周辺ツールが接続され、
   前記周辺ツールに入力された設定情報に基づいて、前記設定情報に応じた指令を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御システム。
6. 複数のモータと、
   前記複数のモータを駆動させるための加振情報指令信号を出力するコントローラと、
   前記加振指令信号を入力し、前記加振情報指令信号にもとづき複数のモータに対する加振指令信号を生成し、この加振指令信号を前記複数のモータに出力するモータ制御装置と、
   前記複数のモータの速度を検出し、前記モータ制御装置へ送信する検出器とを備え、
   前記モータ制御装置が、前記検出器が検出した前記複数のモータの速度及び前記複数のモータに対する加振指令信号を前記コントローラへ送信し、
   前記コントローラが、前記複数のモータの速度及び前記複数のモータに対する加振指令信号に基づいて、前記複数のモータの周波数特性を算出し
   この周波数特性にもとづき、前記複数のモータを制御する
   ことを特徴とするモータ制御システム。
7. 複数のモータを駆動させるための加振情報指令信号を生成する第１のステップと、
   前記加振情報指令信号にもとづき複数のモータに対する加振指令信号を生成する第２のステップと、
   この加振指令信号に従い前記複数のモータに出力する第３のステップと、
   前記複数のモータの速度を検出する第４のステップと、
   検出された前記複数のモータの速度及び前記複数のモータに対する加振指令信号に基づいて、前記複数のモータの周波数特性を算出する第５のステップとを有し、
   この周波数特性にもとづき、前記複数のモータを制御する
   ことを特徴とするモータ制御方法。

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