JP2744731B2 - サーボ系のノッチフィルタ自動調整方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はサーボ系に発生する速度
ループ応答周波数帯域外の振動を自動的に検出して前記
振動を除去するサーボ系のノッチフィルタ自動調整方法
及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】サーボ系に発生する振動を自動的に検出
してこの振動を除去する技術としては、特開平２−２６
１０８３号公報に示されるように、振動が発生しなくな
るレベルまで速度ループゲインを低下させる技術があ
る。またサーボ系にノッチフィルタを挿入して不要周波
数成分を除去する技術も提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】振動が発生しなくなる
レベルまで速度ループゲインを低下させる従来の技術で
は、振動を除去できても、速度ループゲインを低下させ
てしまうため、サーボ性能を低下させた状態で使用せざ
るを得ないという問題があった。また、サーボ系にノッ
チフィルタを入れて振動を除去する従来の技術では、振
動の状態及びサーボ性能を確認しながら試行錯誤でフィ
ルタの係数を決めていたため、調整に多大な時間と労力
を要するという問題があった。

【０００４】本発明の目的は、サーボ系の振動を除去す
るためにデジタルノッチフィルタを用いた上で、デジタ
ルノッチフィルタの係数の設定を短時間に且つ自動的に
行うことができるデジタルノッチフィルタ自動調整方法
及び装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の方法では、ノッチフィルタとしてモデル化
された離散伝達関数で構成されるデジタルノッチフィル
タを用い、また測定用指令信号を発生する関数発生器を
用いる。その上で本発明の方法では切離しステップと、
周波数分析ステップと、中心周波数決定ステップと、係
数決定ステップと係数代入ステップとを自動的に実施す
る。切離しステップでは、自動調整を行う前にデジタル
ノッチフィルタをサーボ系から切離す。周波数分析ステ
ップでは、デジタルノッチフィルタをサーボ系から切離
した状態で関数発生器からサーボ系に測定用指令信号
（トルク指令信号）を供給してサーボ系を試験動作さ
せ、このときにサーボ系の動作信号（速度検出信号）を
周波数分析する。中心周波数決定ステップでは、周波数
分析ステップの分析結果からノッチフィルタの組み込み
対象となる動作信号中の速度ループ応答周波数帯域外の
不要周波数成分を検出して該不要周波数成分をデジタル
ノッチフィルタの中心周波数として決定する。

【０００６】具体的には関数発生器から測定用指令信号
としてトルク指令信号を出力する。そして周波数分析ス
テップでは動作信号として速度検出信号を用いる。また
中心周波数決定ステップを、サーボ系の速度ループをオ
ープンループ構成とたときの、分析された速度検出信号
とトルク指令信号との振幅比を各周波数毎に求める振幅
比演算ステップと、該振幅比が最大となる周波数成分を
検出する最大振幅比周波数成分検出ステップと、最大振
幅比周波数成分検出ステップで検出した周波数成分の振
幅比が基準振幅比を越えることを判定すると該周波数成
分の周波数を前 記中心周波数として決定する振幅比判定
ステップとから構成する。また係数決定ステップでは、
中心周波数決定ステップで決定した中心周波数と尖鋭度
との関係に基づいてデジタルノッチフィルタの離散伝達
関数の各係数を求める。係数代入ステップでは、求めた
係数をデジタルノッチフィルタに自動的に代入する。係
数を代入したデジタルノッチフィルタをサーボ系に接続
する接続ステップは、自動でも手動でもよい。

【０００７】また本発明の装置は、図９に示したクレー
ム対応図に見られるように、サーボ系に配置されて不要
周波数成分を除去するモデル化された離散伝達関数で構
成されるデジタルノッチフィルタ７と、自動調整要否判
定手段１０１と、切換手段１０２と、関数発生器５と、
中心周波数設定器９と、係数設定器１０とから構成され
る。自動調整要否判定手段は、自動調整を行うか否かを
判定し、自動調整を行う場合には自動調整指令を出力す
る。切換手段は、自動調整指令が出力されるとデジタル
ノッチフィルタをサーボ系から切離し、自動調整終了指
令によりデジタルノッチフィルタをサーボ系に接続す
る。関数発生器は、デジタルノッチフィルタがサーボ系
から切離されている状態で、測定用指令信号を発生す
る。中心周波数設定器は、関数発生器からサーボ系に測
定用指令信号が供給されたときにサーボ系内に発生する
動作信号を周波数分析し、分析結果からノッチフィルタ
組み込み対象となる信号中の速度ループ応答周波数帯域
外の不要周波数成分を検出して該不要周波数成分をデジ
タルノッチフィルタの中心周波数として決定する。そし
て係数設定器は、決定した中心周波数と尖鋭度との関係
に基づいてデジタルノッチフィルタの離散伝達関数の各
係数を求め該係数を離散伝達関数に代入すると共に自動
調整終了指令を出力する。具体的に、関数発生器は測定
用指令信号としてトルク指令信号を出力するように構成
される。また中心周波数設定器は、サーボ系の速度ルー
プをオープンループ構成としたときの、関数発生器から
出力されたトルク指令信号に対応して動作信号として検
出した速度検出信号を記憶する信号記憶手段と、信号記
憶手段に記憶した速度検出信号を周波数分析する周波数
分析手段と、周波数分析手段で分析した速度検出信号と
トルク指令信号との振幅比を演算する振幅比演算手段
と、振幅比演算手段で演算した振幅比を記憶する振幅比
記憶手段と、振幅比記憶手段に記憶した振幅比から最大
振幅比を検出する最大振幅比検索手段と、最大振幅比が
基準振幅比より大きい場合に該最大振幅比に対応する周
波数成分を中心周波数として係数設定器に出力する中心
周波数決定手段とから構成される。

【０００８】本発明の方法及び装置において、関数発生
器から測定用指令信号としてトルク指令信号をサーボ系
に与える際には、デジタルノッチフィルタを組み込まな
い状態を作るときにサーボ系をトルク指令部の前後で切
り離してオープンループ構成とし、周波数分析ステップ
では動作信号として速度検出信号を用いる。

【０００９】例えば中心周波数は、速度検出信号とトル
ク指令信号との振幅比を各周波数毎に求め、振幅比が最
大となる周波数成分を検出し、検出した周波数成分の振
幅比が基準振幅比を越えたときに該周波数成分の周波数
を中心周波数として決定することができる。

【００１０】関数発生器としては、一定振幅で周波数の
異なる正弦波信号を測定用信号として順次出力するもの
や、同一振幅からなる周波数成分を重畳させた信号を出
力するものを用いることができる。

【００１１】また係数の決定は、予め中心周波数と尖鋭
度の関係が最適となるように定めたデジタルノッチフィ
ルタの離散伝達関数の各項の係数を所定周波数毎にメモ
リにデータ格納しておき、決定された中心周波数に最も
近い周波数に対応する係数を選定してもよいし、デジタ
ルノッチフィルタの離散伝達関数の各係数を中心周波数
及び尖鋭度の関数として表わし、設定された中心周波数
に対応する最適な尖鋭度の関係から各係数を演算して求
めてもよい。

【００１２】

【作用】本発明の方法及び装置では、動作信号（速度検
出信号）を周波数分析し、分析した速度検出信号とトル
ク指令信号との振幅比を各周波数毎に求め、該振幅比が
最大となる周波数成分を検出し、この周波数成分の振幅
比が基準振幅比を越えるときに、そのときの周波数成分
の周波数をデジタルノッチフィルタの中心周波数として
決定する。そして中心周波数と尖鋭度Ｑとの関係からデ
ジタルノッチフィルタの離散伝達関数の各係数を決定
し、決定した係数をデジタルノッチフィルタの離散伝達
関数に代入することを自動的に行うため、短時間のうち
に簡単に且つ明確にデジタルノッチフィルタの離散伝達
関数の係数の設定を行える。

【００１３】関数発生器として、一定振幅で周波数の異
なる正弦波信号を測定用信号（トルク指令信号）として
順次出力するもの用いる場合には、各周波数毎に順次動
作信号データのサンプリングを行うことになるが、デー
タ処理を正確に行える。これに対して関数発生器とし
て、同一振幅からなる周波数成分を重畳させた信号を出
力するものを用いると、より短い時間でデータ処理を行
える。

【００１４】なお速度ループを開ループとした場合には
トルク指令信号と一巡したトルク指令信号との振幅比を
求める場合よりもトルク指令信号と速度検出信号との振
幅比を求めた場合のほうが速度ループの応答に基づく振
動との区別がより一層明確になる。

【００１５】また係数を決定するに当たって、予め中心
周波数と尖鋭度の関係が最適となるように定めたデジタ
ルノッチフィルタの離散伝達関数の各項の係数を所定周
波数毎にメモリにデータ格納しておき、決定された中心
周波数に最も近い周波数に対応する係数を選定するよう
にすると、より短い時間で係数の決定処理を行うことが
できるという利点がある。

【００１６】更にデジタルノッチフィルタの離散伝達関
数の各係数を中心周波数及び尖鋭度の関数として表わ
し、設定された中心周波数に対応する最適な尖鋭度の関
係から各係数を演算して求めると、少ないメモリ容量で
係数を決定できる。

【００１７】

【実施例】図１はサーボ系をブロック線図で示したもの
であり、図２は図１の例の中心周波数設定器及び係数設
定器を含む主要部をソフトウエアすなわちプログラムで
実現する場合の主要部のブロック図を示している。

【００１８】図１において、サーボ系は工作機械等の負
荷装置を駆動するサーボモータ１及びこのサーボモータ
１を制御するサーボアンプ２から構成される。サーボア
ンプ２は、主としてＤＳＰ（Digital Signal Processo
r) 等を使用したデジタル制御系からなり、次のように
構成される。まず速度指令入力部３は図示していないコ
ントローラからの速度指令信号ＶCM1 または関数発生器
４からの測定用指令信号である速度指令信号ＶCM2 の入
力をプログラム上で選択可能に構成されている。図１に
おいてはプログラム上の動作を明確にするために、信号
の選択を実行する手段をスイッチ５で表わしてある。上
記速度指令信号ＶCM1 又はＶCM2 と速度検出信号ＶTGと
の偏差は周知の速度増幅器６に入力され、サーボモータ
１とサーボアンプ２の組み合わせによってサーボ性能が
充分発揮できるように、比例ゲインＫp と積分ゲインＫ
I とが調整される。これらのゲイン調整の際には、後述
するデジタルノッチフィルタ７をサーボ系に組み込んだ
際に生じる位相遅れの分を考慮してゲイン余裕及び位相
余裕を決定する必要がある。

【００１９】また、サーボアンプ２には、サーボ系内に
選択可能に組み込むことができるようにデジタルノッチ
フィルタ７が設けられている。具体的には速度増幅器６
からのトルク指令信号ＴCMをスイッチ８の切り替えによ
ってノッチフィルタ７を通過させるかどうか選択できる
ようにして、ノッチフィルタ７のサーボ系内への組み込
みを選択可能にしている。なおこのスイッチ８もプログ
ラムにより実現されるものである。ノッチフィルタ７の
モデルとしては種々の構成が考えられるが、この例では
次の(1) 式で示されるアナログ・ノッチフィルタの伝達
関数を双一次変換した離散伝達関数を使用することにす
る。

【００２０】 Ｇ（ｓ）＝｛Ｓ² ＋（２πｆc ）² ｝／ ｛Ｓ² ＋（２πｆc ／Ｑ）Ｓ＋（２πｆc ）² ｝ …(1) ｆc ：中心周波数 Ｑ ：尖鋭度 ここで、プリウォーピング手法を施した後、(1) 式を双
一次変換すると、(2)式のようになる。

【００２１】 Ｄ(Z) ＝（ｂ0 ＋ｂ1 Ｚ^-1＋ｂ2 Ｚ^-2）／（１−ａ1 Ｚ^-1−ａ2 Ｚ^-2）…(2) (2) 式において、ａ1 ，ａ2 ，ｂ0 ，ｂ1 ，ｂ2 は係数
であり、これらの係数を前記中心周波数ｆc 及び尖鋭度
Ｑの関数として表わすと、次のようになる。

【００２２】 ａ1 ＝ｂ1 ＝［２Ｑ｛（ωa Ｔs ）² −４｝］／ ［４Ｑ＋２（ωa Ｔs ）＋Ｑ（ωa Ts）² ］ …(3) ａ2 ＝［４Ｑ−２（ωa Ｔs ）＋Ｑ（ωa Ｔs ）² ］／ ［４Ｑ＋２（ωa Ｔs ）＋Ｑ（ωa Ｔs ）² ］ …(4) ｂ0 ＝ｂ2 ＝［４Ｑ＋Ｑ（ωa Ｔs ）² ］／ ［４Ｑ＋２（ωa Ｔs ）＋Ｑ（ωa Ts）² ］ …(5) ωa ＝｛２／Ｔs ｝tan ｛（ωd Ｔs ）／２｝ …(6) ωd ＝２πｆc …(7) 但し、Ｔs はノッチフィルタのサンプリング周期であ
る。

【００２３】上述した(7) 式における中心周波数ｆc を
設定するために、サーボアンプ２には中心周波数設定器
９が設けられている。この中心周波数設定器９は、スイ
ッチ８がＢ端子を選択し、更にスイッチ１１及び１２を
オン状態にすることにより、ノッチフィルタ７を組み込
まない状態を選択し、且つ速度ループを閉ループ構成に
して、中心周波数の設定動作を行う。中心周波数設定器
９は、関数発生器４からサーボ系に速度指令信号ＶCM2
が入力されたときにサーボ系内に発生する速度検出信号
ＶTG（動作信号の一つ）を周波数分析し、分析結果から
速度検出信号ＶTG中の速度ループ応答周波数（カットオ
フ周波数）帯域外の不要周波数成分を検出して該不要周
波数成分をデジタルノッチフィルタの中心周波数ｆc と
して決定する。具体的には、例えば図２に示すような手
段によって構成することができる。図２の例では、関数
発生器４から周波数の異なる速度指令信号ＶCM2 を順次
出力し、各周波数の速度指令信号ＶCM2 毎に周波数分析
を行う。そこで中心周波数設定器９を、信号記憶手段９
ａと、周波数分析手段９ｂと、振幅比演算手段９ｃと、
振幅比記憶手段９ｄと、最大振幅比検索手段９ｅと、指
令周波数カウント手段９ｆと中心周波数決定手段９ｇと
から構成する。信号記憶手段９ａは、速度検出信号ＶTG
のデータを所定のサンプリング周期に従って記憶する。
なお本実施例では、関数発生器４から出力する速度指令
信号ＶCM2 の振幅（ピーク値）を一定としているため、
速度指令信号ＶCM2 は記憶しないが、もし速度指令信号
ＶCM2の振幅を可変にする場合には、信号記憶手段９ａ
に速度指令信号を記憶させるようにすればよい。周波数
分析手段９ｂは、関数発生器４から出力された所定の周
波数の速度指令信号ＶCM2 をサーボ系に入力して発生し
た速度検出信号ＶTGを所定の周期でサンプリングして周
波数分析する。なお周波数分析手段９ｂは、分析結果を
記憶するメモリを内蔵している。周波数分析手段９ｂ
は、サンプリング毎に速度検出信号ＶTGのゲイン（振幅
値）を測定する。振幅比演算手段９ｃは、周波数分析手
段９ｂで分析した周波数成分の振幅と速度指令信号ＶCM
2 の振幅との比すなわち振幅比Ｒを各周波数毎に演算す
る。振幅比演算手段９ｃで演算した振幅比Ｒと該振幅比
に該当する周波数成分が振幅比記憶手段９ｄに順次記憶
される。振幅比記憶手段９ｄに周波数の異なる速度指令
信号ＶCM2 についての振幅比が記憶されると、最大振幅
比検索手段９ｅはその中から最大振幅比Ｒc を検索す
る。なお関数発生器４から順次出力される速度指令信号
ＶCM2 の周波数の変化範囲は予め決めてあるので、指令
周波数カウント手段９ｆにより速度指令信号ＶCM2の周
波数の変化回数をカウントすることにより、現在の速度
指令信号ＶCM2 の周波数を認識することができる。最大
振幅比検索手段９ｅが最大振幅比を決定すると、中心周
波数決定手段９ｇは最大振幅比Ｒc が基準振幅比Ｒref
より大きいか否かを判定し、最大振幅比Ｒc が基準振幅
比Ｒref より大きい場合にのみ、最大振幅比Ｒc に該当
する周波数成分をノッチフィルタ７の中心周波数ｆc と
決定して、係数設定器１０にその情報を出力する。最大
振幅比Ｒc が基準振幅比Ｒref以下であれば、中心周波
数決定手段９ｇは係数設定器１０に係数の設定の中止を
指示する。

【００２４】ここで中心周波数決定手段９ｇの基準振幅
比Ｒref は、速度ループの応答による振動と区別するた
めに、例えば−４０ｄＢに設定されている。なお、前述
した振幅比Ｒの演算において、速度指令信号ＶCM2 の振
幅（ピーク値）が一定である場合には、振幅比Ｒの演算
式の除数が一定となるので、実際にはわざわざ振幅比Ｒ
を演算する必要はなく、周波数分析手段９ｂで求めた速
度検出信号ＶTGの振幅データを振幅比Ｒとしてそのまま
使用することができる。速度検出信号ＶTGの振幅データ
のみから中心周波数ｆc を決定する場合で本実施例のよ
うに周波数分析手段９ｂがメモリ機能を内蔵している場
合には、振幅比演算手段９ｃと振幅比記憶手段９ｄとを
除去し、中心周波数決定手段９ｇで用いる基準振幅比Ｒ
ref の値を変更すればよい。なお中心周波数決定手段９
ｇ内に中心周波数許容範囲判定手段を付加して中心周波
数ｆc を決定する際に、設定範囲に制約を付けるように
してもよい。中心周波数ｆc の設定範囲（ｆref1≦ｆc
≦ｆref2）に制約を付けるのが好ましいのは、次の理由
からである。中心周波数ｆc を下げて速度ループ応答周
波数（例えば100 Hz）に近づけると、ノッチフィルタ単
独の位相遅れ量が速度ループ系の位相遅れに大きく影響
してくる。一方、中心周波数ｆc の上限は、デジタルフ
ィルタの特性上、サンプリング周波数（例えば４ kHZ）
の1/2 、つまり２ kHzが限度となる。以上のことを考慮
して、中心周波数ｆc の設定範囲を200 Hz〜1280 Hz と
する。

【００２５】前述した(3) 式〜(7) 式の関係において、
ノッチフィルタ７のサンプリング周期Ｔs は既知である
ため、中心周波数ｆc が定まれば、後は尖鋭度を決定す
ることで、係数ａ1 （＝ｂ1 ），ａ2 ，ｂ0 （＝ｂ2 ）
を求めることができる。係数設定器１０は、これらの係
数を求めて(2) 式で示される関数に代入する。この係数
設定器１０は設定された中心周波数ｆc に対応する最適
な尖鋭度の関係から係数を設定するように構成されてい
る。例えば図２の例では、係数設定器１０の係数決定手
段１０ａは、中心周波数ｆc に基づいて尖鋭度を決定し
て係数データテーブル１０ｂから係数を求める。なお係
数決定手段１０ａは、中心周波数ｆc が決定されなけれ
ば係数を演算しないで、デジタルノッチフィルタ７をサ
ーボ系に挿入しないでサーボ制御を行うことを指令する
指令信号を出力し、中心周波数ｆc が決定されて係数の
演算を行った場合には、演算した係数をデジタルノッチ
フィルタ７に代入するとともにデジタルノッチフィルタ
７をサーボ系に接続させるための指令（自動調整終了指
令）を出力する。

【００２６】係数決定手段１０ａの構成としては、係数
データテーブルを用いずに、演算だけで係数を求めるこ
ともできる。その場合には、図３に示すように係数決定
手段１０を中心周波数ｆc と尖鋭度との関係を記憶する
データ記憶手段１０ｄと、係数演算手段１０ｃとから係
数を求める。係数演算手段１０ｃは中心周波数設定器９
が決定した中心周波数ｆc とデータ記憶手段１０ｄから
選定した尖鋭度とを用いて各係数を演算する。

【００２７】中心周波数ｆc に対する尖鋭度の関係は、
中心周波数ｆc が速度ループ応答周波数に近くなると、
位相遅れの影響でサーボ系が不安定領域に近づくので、
尖鋭度を大きくして位相遅れの影響を可能な限り抑制す
る必要がある。このような場合には、ノッチフィルタ７
を組み込まれない時の速度ループ系の位相遅れ量にノッ
チフィルタ単独の位相遅れ量を加算しても、充分な安定
度が保てるように尖鋭度を決定する必要がある。一方、
中心周波数ｆc が高い場合には、速度ループ応答周波数
付近におけるノッチフィルタ単独の位相遅れ量は比較的
小さくなるので、尖鋭度を小さめにして不要信号を除去
する帯域幅を広くすることが好ましい。以上のことを考
慮して、この例では尖鋭度Ｑを次の(8) 式で示されるよ
うに中心周波数ｆc の関数として求めることにする。

【００２８】 Ｑ＝0.9 −log （ｆc ／200 ） …(8) 次に、サーボアンプ２の電流ループ系について簡単に説
明する。前述したトルク指令信号ＴCMは電流指令設定器
１３によって電流指令信号ＩCMに変換される。周知の通
り、電流指令設定器１３での処理は、サーボモータ１の
種類によって異なり、直流機では直流レベルでのゲイン
変換により、ブラシレスモータではロータ位置検出信号
（図示せず）との合成により、また誘導機では励磁電流
指令とのベクトル合成により電流指令信号ＩCMが作られ
る。電流指令信号ＩCMと電流検出信号ＩF との偏差は増
幅器１４によって増幅され、図示していないパルス幅変
調（ＰＷＭ）インバータを介してサーボモータ１に指令
電流が供給される。サーボモータ１は指令電流の供給に
よってトルク指令信号ＴCMに応じた発生トルクＴeを生
じ、一方では工作機械等の負荷に応じた負荷トルクＴL
を生じる。

【００２９】図４ないし図６は図１及び図２に示す実施
例をＤＳＰを用いてソフトウエアによって実行する場合
のアルゴリズムのフローチャートを示しており、図４の
フローチャートは電源イニシャル時に１度だけ実行さ
れ、図５のフローチャートは速度ループのサンプリング
周期（本実施例では250 μs ）毎に実行され、図６のフ
ローチャートは電流ループのサンプリング周期（本実施
例では50μs ）毎に実行されるものである。

【００３０】図４において、ステップ１００〜１０３で
は後述する自動調整フラグ、係数設定フラグ、中心周波
数設定フラグ、データサンプルフラグの全フラグをクリ
アし、ステップ１０４でサンプリングのカウント値ｉを
初期値１に設定し、ステップ１０５で指令周波数のカウ
ント値ｎを初期値２０に設定し、ステップ１０６ではＤ
ＳＰにバス接続された不揮発性メモリから「ノッチフィ
ルタ７を組み込むか否かを判断する１ビットデータ」及
び「係数ａ1 ，ａ2 ，ｂ0 ，ｂ1 ，ｂ2 のデータ」を読
み込む。そして、ステップ１０７〜１０９では、ノッチ
フィルタ７の組み込みを選択しているかどうかを判断
し、組み込みを選択している場合はノッチフィルタ組み
込みフラグをセットし、組み込まない旨を選択している
場合はこのフラグをクリアする。

【００３１】以下では、速度ループ、電流ループの各サ
ンプリング周期毎の処理内容を説明する。操作者が速度
指令信号ＶCM1 を０（rpm ）にし、且つサーボ系をオン
動作した状態で、図示していない自動調整ボタンを押す
と、レジスタの自動調整フラグがセットされ、図５にお
いてステップ２００からステップ２０１へ進み、ノッチ
フィルタ７を組み込まない状態を選択した後、ステップ
２０２へ進む。なおステップ２００は図９の自動調整要
否定判定手段１０１及び切換手段１０２の一部を実現す
る。ステップ２０２では、イニシャル処理で係数設定フ
ラグがクリアされているのでステップ２０３を経由して
データサンプルルーチン２０４へと進む。データサンプ
ルルーチン２０４では、ステップ２０５でデータサンプ
ルフラグをセットし、ステップ２０６で関数発生器４か
ら一定の振幅で200Hz から1280Hzまで10 Hz 毎に順次変
化させた正弦波速度指令信号ＶCM2 を入力し、側路ルー
プ処理が行われ、１つの周波数の正弦波速度指令信号Ｖ
CM2 が入力されると毎に、ステップ２０７へ進んで速度
ループの処理を行う。

【００３２】その後、図６で示す電流ループ毎の処理で
は、ステップ３００でデータサンプルフラグがセットさ
れているか否かを判断した際、図５のステップ２０５で
セット状態となっているので、データサンプルルーチン
３０１へと進む。このルーチン３０１では、ステップ３
０２においてサンプルとして入力するデータ数ｉが後述
する周波数分析に必要なデータ数ｍを越えたか否かが判
断され、データ数ｉをカウントするカウント値ｉは図４
のイニシャル処理で１に設定されているので、ステップ
３０３へ進み、速度検出信号ＶTGの信号データＤ1 をサ
ンプルデータ格納用メモリ［図２の信号記憶手段９ｂ］
のうち先頭アドレスにあるメモリＭ1 に格納する。そし
て、ステップ３０４でカウント値ｉを１だけ進めた後、
ステップ３０５へ進み、電流ループの処理を行う。以
後、カウント値ｉが必要データ数ｍを越えるまで、ステ
ップ３０３及び３０４においてｉ番目の信号データＤi
をメモリＭi に格納し、カウント値ｉが必要データ数ｍ
を越えると、ステップ３０２から３０６へ進んで中心周
波数設定フラグをセットし、更にステップ３０７でデー
タサンプルフラグをクリアする。このステップ３０７で
の処理によって、その後にステップ３００でデータサン
プルフラグがセットされているか否かを判断した際に
は、そのままステップ３０５へ進むこととなるので、必
要以上のデータサンプル処理が行われることはない。

【００３３】次に、図５のステップ２０３において、中
心周波数設定フラグがセットされているか否かを判断し
た場合、図６のステップ３０６で該フラグはセットされ
ているので、中心周波数設定ルーチン２０８へと進む。
なお、この時点では１つの周波数についてのデータサン
プル処理は終了している。

【００３４】中心周波数設定ルーチン２０８は、中心周
波数設定器９を実現する。このルーチン２０８において
は、ステップ３０３で格納されたｍ個の速度検出信号Ｖ
TGのデータＤ1 〜Ｄm を周波数分析し、各周波数成分ｆ
20〜ｆ128 の振幅（ピーク値）Ｗ20〜Ｗ128 を求め、こ
の振幅と速度指令信号ＶCM2 の振幅Ｗxnとの比（振幅比
Ｒn ）を求め、この振幅比Ｒn をメモリする。各周波数
成分ｆ20〜ｆ128 の振幅Ｗ20〜Ｗ128 を求める手段は、
周知のＦＦＴ（高速フーリエ変換）あるいはＤＦＴ（デ
ジタルフーリエ変換）処理を使用して速度検出信号ＶTG
における速度指令信号ＶCM2 と同一周波数成分の振幅を
求めてもよく、また簡易的に高調波成分を含む速度検出
信号ＶTGの実効値から振幅を求めてもよい。ステップ２
０９は、図２の周波数分析手段９ｂ、振幅比演算手段９
ｃ及び振幅比記憶手段９ｄを実現する。ステップ２１０
では、指令周波数カウント値ｎが設定値Ｋに達したか否
かを判断し、設定値に達していない場合には、ステップ
２１０ａ及び２１０ｂを経由して速度ループの処理のス
テップ２０７へと進み、更に１０HZ周波数を高くした速
度指令信号ＶCM2 がサーボ系に入力される。指令周波数
カウント値ｎが設定値Ｋ（本実施例ではＫ＝１２８）に
達すると、ステップ２１１に進み、ステップ２１１では
記憶した各振幅比Ｒn から最大振幅比Ｒc を検索する。
ステップ２１２では、最大振幅比Ｒc が基準振幅比Ｒre
f より大きいか否かを判定し、不要周波数成分として除
去するレベルに達しているかどうかを判断する。最大振
幅比Ｒc が基準振幅比Ｒref より大きい場合には、ステ
ップ２１３で最大振幅比Ｒc に該当する周波数成分ｆc
の値をＬＥＤ表示し、ステップ２１４で係数設定フラグ
をセットする。一方、ステップ２１２において、最大振
幅比Ｒc が基準振幅比Ｒref 以下であれば、ステップ２
１５でノッチフィルタ７を組み込む必要がない旨を表示
し、ステップ２１６でノッチフィルタ組み込みフラグを
クリアする。

【００３５】そして、ノッチフィルタ組み込み不要であ
る場合には、初期化ルーチン２１７へ進み、ステップ２
１８〜２２０で各フラグをクリアするとともにステップ
２２１でカウント値ｉを初期値１に設定し、ステップ２
２２で指令周波数カウント値ｎを２０に設定する。

【００３６】前述したように、ノッチフィルタ７を組み
込むべきである旨の判断がされると、ステップ２１４で
係数設定フラグがセットされるので、その後、ステップ
２０２で係数設定フラグがセットされているか否かを判
断した際には、係数設定ルーチン２２３へと進む。

【００３７】係数設定ルーチン２２３は係数設定器１０
を実現し、この係数設定ルーチン２２３では、前述した
ように予め中心周波数ｆc と尖鋭度Ｑの関係が最適とな
るように定めて、所定周波数（例えば10 Hz ）毎に係数
ａ1 （＝ｂ1 ），ａ2 ，ｂ0（＝ｂ2 ）の各データをテ
ーブルに格納しておき、設定された中心周波数ｆc に最
も近い周波数ｆ´c に対応する係数データをテーブル
［図２の係数データテーブル１０ｂ］から読み込み（ス
テップ２２４）、ノッチフィルタ７の関数に代入する
（ステップ２２５）。なお、この例の場合、中心周波数
ｆc の設定及び係数データの設定がともに10Hz毎に行わ
れるので、上述したｆc とｆ´c が等しくなる。その
後、ステップ２２６ではノッチフィルタ組み込みフラグ
をセットし、ステップ２２７では「ノッチフィルタ組み
込みである旨」及び「係数ａ1 （＝ｂ1），ａ2 ，ｂ0
（＝ｂ2 ）のデータ」を不揮発性メモリに書き込む処理
を行い、電源OFF 時に自動調整の結果が消去しないよう
にする。そして、ステップ２２８では、操作者にノッチ
フィルタ組み込み完了である旨を表示、前述した初期化
ルーチン２１８の処理を行う。

【００３８】なお図３の例では、ステップ２２４で示さ
れる処理の代わりに、尖鋭度Ｑを(8) 式で、各係数を
(3) 式〜(7) 式で直接演算して求め、ステップ２２５で
ノッチフィルタ７の関数に代入する。

【００３９】その後、ステップ２００において、自動調
整フラグがセットされているか否かを判断した際、ステ
ップ２１９でこのフラグはクリアされているので、フィ
ルタ選択ルーチン２２９へと進む。このルーチン２２９
では、ステップ２３０で図１のスイッチ５のＡ端子を選
択して外部からの速度指令信号ＶCM1 を入力状態とし、
ステップ２３１でノッチフィルタ組み込みフラグがセッ
トされているか否かを判断し、このフラグのセット、ク
リア状態に応じて図１のスイッチ８を切換えて、ノッチ
フィルタ７を組み込むか否かを選択する。そして、ノッ
チフィルタ７を組み込んだ状態を選択することで、前記
応答周波数帯域外の不要周波数成分ｆcによる振動を除
去した状態で、サーボ系を動作させることができる。

【００４０】以上説明した例では、関数発生器４からの
速度指令信号ＶCM2 を一定振幅（ピーク値一定）の正弦
波とし、速度指令信号ＶCM2 の周波数を順次変化させる
ことにより行っているが、同一振幅からなる周波数成分
を重畳させた信号を与えることにより行うことも可能で
ある。この場合、速度ループサンプリング周期毎の処理
は図７に示すようになり、電流ループ毎の処理は図６と
同様になる。イニシャル処理は、図４においてステップ
１０５を除いたものと同じになる。図７の速度ループサ
ンプリング周期毎の処理は、ステップ２０６´において
関数発生器４から同一振幅からなる周波数成分を重畳さ
せた速度指令信号ＶCM2 を与える点と、中心周波数設定
ルーチン２０８´においてステップ２１０，２１０ａ及
び２１０ｂが除かれている点と、初期化ルーチンにおい
てステップ２２２が除かれている点が、図５の処理と異
なる。中心周波数設定器９の構成は、図２及び図３にお
いて指令周波数カウント手段９ｆを取り除いた構成と実
質的に同様になる。

【００４１】また、以上説明した例では、速度検出信号
ＶTGと速度指令信号ＶCM2 との振幅比Ｒから中心周波数
ｆc を設定するように構成されているが、速度指令信号
ＶCM2 を与えた時の速度検出信号とその時のトルク指令
信号ＴCMとの振幅比Ｒから中心周波数ｆc を設定するよ
うに構成してもよい。この場合、不用周波数成分による
振動時には、少ないトルク指令信号ＴCMで速度検出信号
ＶTGの振幅が大きくなるので、速度ループの応答に基づ
く振動との区別がより一層明確になる。

【００４２】図８は別の例におけるサーボ系をブロック
線図で示したものであり、図１に示した例と同一部分に
は同一符号を付して説明を省略又は簡略化する。この例
において、図１の例と異なるのは、関数発生器４´から
一巡したトルク指令信号ＴCM2 を発生し、中心周波数設
定器９にトルク指令信号ＴCM2 とトルク指令信号ＴCM1
とを入力する点である。そこで図１のスイッチ５が取り
除かれ、スイッチ１５及び１６が追加された。

【００４３】この例では、スイッチ８がＢ端子を選択し
てノッチフィルタ７を組み込まない状態を選択し、また
スイッチ１６をオフ動作してサーボ系をトルク指令信号
ＴCM1 の前後で切り離してオープンループ構成とし、ス
イッチ１５のオン動作により関数発生器４´から一定振
幅の正弦波のトルク指令信号ＴCM2 を所定周波数（本実
施例では10 Hz ）毎に順次変化させながら入力する。そ
して、スイッチ１１及び１２のオン動作により、各周波
数毎の一巡したトルク指令信号ＴCM1 の信号データＤi
をメモリＭi に格納し、格納した一巡したトルク指令信
号ＴCM1 の振幅と予め判っているトルク指令信号ＴCM2
の振幅との振幅比Ｒn の中で最大振幅Ｒc となる周波数
成分ｆc が基準振幅比Ｒref を越える場合に、不要周波
数成分としてピックアップすることにより行うように構
成されている。

【００４４】図８の例の処理内容は、図４〜図６で示す
フローチャートと同様であり、異なる点は、図５のステ
ップ２０６において指令がトルク指令信号ＴCM2 となる
点と、図６のステップ３０３において入力するデータＤ
i が一巡したトルク指令信号ＴCM1 となる点である。

【００４５】上記例では、関数発生器４´からのトルク
指令信号ＴCM2 を一定振幅の正弦波とし、指令周波数を
順次変化させることにより行っているが、同一振幅から
なる周波数成分を重畳させた信号を与えることにより行
うことも可能である。この場合、イニシャル処理は図に
おいてステップ１０５を除いた場合と同様であり、速度
ループサンプリング周期毎の処理は図７のステップ２０
６´において指令がトルク指令信号ＴCM2 となる点のみ
異なり、電流ループ毎の処理では図６のステップ３０３
において入力するデータＤi が一巡したトルク指令信号
ＴCM1 となる点のみ異なる。

【００４６】図８の例においてはサンプルデータＤi と
して、一巡したトルク指令信号ＴCM1 及び元のトルク指
令信号ＴCM2 を入力するように構成しているが、本発明
の実施例では、トルク指令信号ＴCM1 の代わりに速度検
出信号ＶTGをスイッチ１１を介して入力するように構成
する。この場合には、速度ループ処理による影響をなく
した状態で中心周波数ｆc を設定することができる。こ
の場合の動作は、基本的には、先に説明した図１の例の
動作と同様になる。但し、図１の例では、速度ループが
閉ループ構成であるが、本発明の実施例では速度ループ
がオープンループ構成となる。具体的には、図１の例の
説明において、速度指令信号ＶCM2 をトルク指令信号Ｔ
CM2 と置き換え、トルク指令信号ＴCMをトルク指令信号
ＴCM1 と置き換え、更に図２，図３，図５及び図７にお
いて「ＶCM2 」を「ＴCM2 」に置き換えて読めば、本発
明の実施例の動作を理解できる。

【００４７】（変形例） 以上説明した例では、速度ループ系及び電流ループ系で
構成されるサーボアンプ２について説明したが、本発明
は位置ループ系を含むサーボアンプにも適用することが
できることは言うまでもない。

【００４８】また以上の説明では、１段デジタルノッチ
フィルタ７について説明したが、多段デジタルノッチフ
ィルタにも本発明をそのまま応用することができる。

【００４９】更に、以上の説明ではノッチフィルタ１０
の組み込み動作まで完全自動調整を行うように構成した
が、係数設定までを自動調整で行い、ノッチフィルタ１
０を組み込むか否かの選択を操作者の判断に委ねるよう
に構成してもよい。

【００５０】更に、以上の説明では自動調整の処理を速
度ループのサンプリング周期と電流ループのサンプリン
グ周期に分けて行っているが、速度ループサンプリング
周期の中でまとめて行うように構成してもよく、あるい
はこれらのサンプリング周期とは別の周期で処理するよ
うに構成してもよい。

【００５１】以上の説明の各例によれば、ノッチフィル
タを組み込まない状態を選択して関数発生器からの指令
によりサーボ系を試験動作させた時の動作信号を周波数
分析して該信号中の速度ループ応答周波数帯域外の不要
周波数成分をピックアップしてノッチフィルタの中心周
波数として設定し、設定された中心周波数に対応する最
適な尖鋭度の関係からノッチフィルタの離散伝達関数の
各係数を求めて該関数に代入し、係数代入されたノッチ
フィルタを組み込んだ状態を選択してサーボ系を動作さ
せることで速度ループ応答周波数帯域外の不要周波数成
分による動作を自動的に除去することで、サーボ性能を
低下させることなく、不要な振動を短時間で簡単に除去
することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上の通り、本発明の方法及び装置によ
れば、サーボ系の動作信号を周波数分析し、分析された
速度検出信号とトルク指令信号との振幅比を各周波数毎
に求め、該振幅比が最大となる周波数成分を検出し、こ
の周波数成分の振幅比が基準振幅比を越えたときに、こ
の周波数成分の周波数を中心周波数として求め、中心周
波数と尖鋭度との関係からデジタルノッチフィルタの離
散伝達関数の各係数を決定し、決定した係数をデジタル
ノッチフィルタの離散伝達関数に代入することを自動的
に行うため、短時間のうちに簡単に且つ明確にデジタル
ノッチフィルタの離散伝達関数の係数の設定を行える。
特に、速度ループをオープンループとして、しかもトル
ク指令信号と速度検出信号との振幅比を求めると、トル
ク指令信号と一巡したトルク指令信号との振幅比を求め
る場合よりも、速度ループの応答に基づく振動との区別
がより一層明確になる利点がある。

【００５３】関数発生器として、一定振幅で周波数の異
なる正弦波信号を測定用信号として順次出力するもの用
いる場合には、順次サンプリングを行うことになるが、
データ処理を正確に行える。これに対して関数発生器と
して、同一振幅からなる周波数成分を重畳させた信号を
出力するものを用いると、より短い時間でデータ処理を
行える。

【００５４】また係数を決定するに当たって、予め中心
周波数と尖鋭度の関係が最適となるように定めたデジタ
ルノッチフィルタの離散伝達関数の各項の係数を所定周
波数毎にメモリにデータ格納しておき、決定された中心
周波数に最も近い周波数に対応する係数を選定するよう
にすると、短時間で係数設定の処理を行うことができる
という利点がある。

【００５５】更にデジタルノッチフィルタの離散伝達関
数の各係数を中心周波数及び尖鋭度の関数として表わ
し、設定された中心周波数に対応する最適な尖鋭度の関
係から各係数を演算して求めると、少ないメモリ容量で
係数を決定できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の説明に利用する例を示すサーボ系のブ
ロック線図である。

【図２】中心周波数設定器及び係数設定器の具体的な構
成の一例を示すブロック線図である。

【図３】中心周波数設定器及び係数設定器の具体的な構
成の他の例を示すブロック線図である。

【図４】図１に示す例のイニシャル処理を示すフローチ
ャートである。

【図５】図１に示す例の速度ループサンプリング周期毎
の処理を示すフローチャートである。

【図６】図１に示す例の電流ループサンプリング周期毎
の処理を示すフローチャートである。

【図７】図１の例の変形例における速度ループサンプリ
ング周期毎の処理を示すフローチャートである。

【図８】本発明の説明に利用する別の例を示すサーボ系
のブロック線図である。

【図９】本発明の装置のクレーム対応図である。

【符号の説明】

１ サーボモータ ２ サーボアンプ ３ 速度指令入力部 ４，４´ 関数発生器 ５ スイッチ ６ 速度増幅器 ７ デジタルノッチフィルタ ８ スイッチ ９ 中心周波数設定器 １０ 係数設定器 １１，１２ スイッチ １３ 電流指令設定器 １４ 増幅器 １５，１６ スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−91689（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−269203（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−47705（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−23385（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−46184（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−304511（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サーボ系に配置されて不要周波数成分を除
   去するノッチフィルタの自動調整方法であって、 前記ノッチフィルタとしてモデル化された離散伝達関数
   で構成されるデジタルノッチフィルタと測定用指令信号
   を発生する関数発生器とを用い、 前記デジタルノッチフィルタを前記サーボ系から切離す
   切離しステップと、 前記デジタルノッチフィルタを前記サーボ系から切離し
   た状態で前記関数発生器から前記サーボ系に前記測定用
   指令信号を供給して前記サーボ系を試験動作させ、この
   ときにサーボ系の動作信号を周波数分析する周波数分析
   ステップと、 前記周波数分析ステップの分析結果からノッチフィルタ
   組み込み対象となる信号中の速度ループ応答周波数帯域
   外の不要周波数成分を検出して該不要周波数成分を前記
   デジタルノッチフィルタの中心周波数として決定する中
   心周波数決定ステップと、 決定した前記中心周波数と尖鋭度との関係に基づいて前
   記デジタルノッチフィルタの離散伝達関数の各係数を求
   める係数決定ステップと、 前記係数決定ステップで求めた前記係数を前記離散伝達
   関数に代入する係数代入ステップとを自動で行い、 前記関数発生器から前記測定用指令信号としてトルク指
   令信号を出力し、 前記周波数分析ステップでは前記動作信号として速度検
   出信号を用い、 前記中心周波数決定ステップでは、前記サーボ系の速度
   ループをオープンループ構成とたときの、分析された前
   記速度検出信号と前記トルク指令信号との振幅比を各周
   波数毎に求める振幅比演算ステップと、該振幅比が最大
   となる周波数成分を検出する最大振幅比周波数成分検出
   ステップと、前記最大振幅比周波数成分検出ステップで
   検出した周波数成分の振幅比が基準振幅比を越えること
   を判定すると該周波数成分の周波数を前記中心周波数と
   して決定する振幅比判定ステップとからなる ことを特徴
   とするサーボ系のノッチフィルタ自動調整方法。
2. 【請求項２】前記係数代入ステップの後に前記デジタル
   ノッチフィルタをサーボ系に自動的に接続する接続ステ
   ップを実施する請求項１に記載のサーボ系のノッチフィ
   ルタ自動調整方法。
3. 【請求項３】前記関数発生器からは前記測定用信号とし
   て周波数の異なる正弦波信号が順次出力される請求項１
   に記載のサーボ系のノッチフィルタ自動調整方法。
4. 【請求項４】前記関数発生器からは前記測定用指令信号
   として、同一振幅からなる複数の周波数成分を重畳させ
   た信号が出力される請求項１に記載のサーボ系のノッチ
   フィルタ自動調整方法。
5. 【請求項５】前記係数決定ステップでは、予め中心周波
   数と尖鋭度の関係が最適となるように定めたデジタルノ
   ッチフィルタの離散伝達関数の各項の係数を所定周波数
   毎にメモリにデータ格納しておき、決定された中心周波
   数に最も近い周波数に対応する係数を選定することを特
   徴とする請求項１に記載のサーボ系のデジタルノッチフ
   ィルタ自動調整方法。
6. 【請求項６】前記係数決定ステップでは、デジタルノッ
   チフィルタの離散伝達関数の各係数を中心周波数及び尖
   鋭度の関数として表わし、設定された中心周波数に対応
   する最適な尖鋭度の関係から各係数を演算して求める請
   求項１に記載のサーボ系のノッチフィルタ自動調整方
   法。
7. 【請求項７】サーボ系に配置されて不要周波数成分を除
   去するモデル化された離散伝達関数で構成されるデジタ
   ルノッチフィルタと、 自動調整を行うか否かを判定し、自動調整を行う場合に
   は自動調整指令を出力する自動調整要否判定手段と、 前記自動調整指令が出力されると前記デジタルノッチフ
   ィルタを前記サーボ系から切離し、調整終了後必要に応
   じて前記デジタルノッチフィルタを前記サーボ系に自動
   的に接続する切換手段と、 前記デジタルノッチフィルタが前記サーボ系から切離さ
   れている状態で測定用指令信号を発生する関数発生器
   と、 前記関数発生器から前記サーボ系に前記測定用指令信号
   が供給されたときにサーボ系内に発生する動作信号を周
   波数分析し、分析結果からノッチフィルタの組み込み対
   象となる信号中の速度ループ応答周波数帯域外の不要周
   波数成分を検出して該不要周波数成分を前記デジタルノ
   ッチフィルタの中心周波数として決定する中心周波数設
   定器と、 決定した前記中心周波数と尖鋭度との関係に基づいて前
   記デジタルノッチフィルタの離散伝達関数の各係数を求
   め該係数を前記離散伝達関数に代入する係数設定器とを
   具備し、前記関数発生器は前記測定用指令信号としてトルク指令
   信号を出力するように構成され、 前記中心周波数設定器は、前記サーボ系の速度ループを
   オープンループ構成としたときの、前記関数発生器から
   出力された前記トルク指令信号に対応して前記動作信号
   として検出した速度検出信号を記憶する信号記憶手段
   と、 前記信号記憶手段に記憶した前記速度検出信号を周波数
   分析する周波数分析手段と、 前記周波数分析手段で分析した前記速度検出信号とトル
   ク指令信号との振幅比を演算する振幅比演算手段と 、前記振幅比演算手段で演算した振幅比を記憶する振幅比
   記憶手段と、 前記振幅比記憶手段に記憶した振幅比から最大振幅比を
   検出する最大振幅比検索手段と、 前記最大振幅比が基準振幅比より大きい場合に該最大振
   幅比に対応する周波数成分を前記中心周波数として前記
   係数設定器に出力する中心周波数決定手段とから構成さ
   れる サーボ系のノッチフィルタ自動調整装置。
8. 【請求項８】前記関数発生器は周波数の異なる正弦波信
   号が順次出力される信号を前記測定用指令信号として出
   力する請求項７に記載のサーボ系のノッチフィルタ自動
   調整装置。
9. 【請求項９】前記関数発生器は同一振幅から成る複数の
   周波数成分を重畳した信号を前記測定用指令信号として
   出力する請求項７に記載のサーボ系のノッチフィルタ自
   動調整装置。
10. 【請求項１０】前記係数設定器は、中心周波数と尖鋭度
    との関係が最適になる離散伝達関数の各係数を所定の周
    波数毎に記憶する係数データテーブルと、 前記中心周波数設定器が決定した中心周波数に基づいて
    前記係数データテーブルから最適な離散伝達関数の係数
    を選定して前記デジタルノッチフィルタの離散伝達関数
    に代入する係数決定手段とからなる請求項７に記載のサ
    ーボ系のノッチフィルタの自動調整装置。
11. 【請求項１１】前記係数設定器は、中心周波数と尖鋭度
    との関係を記憶するデータ記憶手段と、 前記デジタルノッチフィルタの離散伝達関数の各係数を
    中心周波数と尖鋭度との関数として記憶して前記各係数
    を演算する係数演算手段とからなり、該係数演算手段は
    前記中心周波数決定手段が決定した中心周波数と前記中
    心周波数と尖鋭度との関係を記憶する記憶手段から選定
    した尖鋭度とを用いて前記各係数を演算する請求項７に
    記載のサーボ系のノッチフィルタの自動調整装置。