JP4110358B2 - 電動機制御装置の機械モデル推定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体製造装置や工作機械などの位置決め装置あるいは産業用ロボットに用いられる電動機制御装置に関し、特に、サーボ調整を最適に行うための電動機制御装置の機械モデル推定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置や工作機械などの位置決め装置あるいは産業用ロボットに用いられる電動機制御装置は、図１５のようになっている。
図１５は従来技術を示す電動機制御装置の全体構成図であり、位置決め装置を例にとって説明する。
図において、２はサーボ制御装置、３は回転検出器、４は電動機、５は伝達機構、６は可動部、７は非可動部であって、この場合、負荷機械を構成する伝達機構５と可動部６はそれぞれボールネジ、テーブルであり、非可動部７はベースを示している。また、８は動作指令信号、９は回転検出器信号、１０は制御信号である。さらに、１７は信号発生器、１８はＦＦＴアナライザであって、何れも負荷機械の周波数特性を把握し、制御装置のサーボ調整に必要な装置として用いている。
このような電動機制御装置において、まず、信号発生器１７が動作指令信号８を出力した後、該動作指令信号８はサーボ制御装置２へ送られる。次に、サーボ制御装置２に入力される動作指令信号８は電動機４に制御信号１０として送られ、電動機４の回転力により伝達機構５を介して可動部６を動作させる。そして、回転検出器３は電動機４の回転検出信号９をサーボ制御装置２を経由してＦＦＴアナライザ１８に送っている。それから、ＦＦＴアナライザ１８では信号発生器１７から受け取った動作指令信号８と、サーボ制御装置２から受け取った回転検出信号９を用いて、これらを高速フーリエ演算したあと周波数特性を算出し、その算出結果から負荷機械の特性を判定するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、負荷機械の周波数特性を計測するために、高価なＦＦＴアナライザ１８を必要とすることから、設備コストがかかるという問題があった。また、ＦＦＴアナライザ１８で計測した周波数特性を判定するには、作業者にとって共振周波数や反共振周波数、減衰などを読み取る高度な専門知識、経験を必要とすることから、時間や労力がかかるという問題があった。
そのため、電動機制御装置のサーボ調整を行う際に、実際に計測して得られた周波数特性から自動的に反共振周波数や共振周波数、減衰を読み取り、該制御装置のシミュレーションやサーボ調整に利用できる機械の特性をモデル化することが可能な装置が要求されていた。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高価な計測装置を用いることなく、また、作業者が高度な専門知識や経験を持たなくても、周波数特性計測値から自動的に反共振周波数や共振周波数、減衰を読み取ることにより、容易にシミュレーションやサーボ調整に利用するための機械モデルを推定することができる、安価な電動機制御装置の機械モデル推定装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１の発明に係わる電動機制御装置の機械モデル推定装置は、負荷機械を駆動する電動機と、前記電動機の回転角を検出する回転検出器と、前記電動機を制御するサーボ制御装置と、を備えた電動機制御装置において、前記サーボ制御装置に前記電動機を動作させるための動作指令信号を出力する演算装置と、前記演算装置に予め入力される剛体モデルおよびＮ慣性モデル（Ｎは２以上の整数）の周波数特性式と、を備え、前記演算装置は、前記動作指令信号と、前記サーボ制御装置から前記演算装置に入力される前記回転検出器の信号とから周波数特性を計測する周波数特性計測部と、前記周波数特性計測部で計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部と、前記周波数特性ピーク検出部で検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部と、前記Ｎ慣性モデルの周波数特性式および前記剛体モデルの周波数特性式で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部と、前記周波数特性誤差算出部において得られた前記Ｎ慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、前記剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部とを設けたものである。
請求項２の発明は、請求項１記載の電動機制御装置の機械モデル推定装置において、前記周波数特性誤差算出部は、前記周波数特性式に、前記動作指令信号と前記回転検出器の信号から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値の誤差を算出するようにしたものである。
請求項３の発明に係る電動機制御装置の機械モデル推定装置は、負荷機械を駆動する電動機と、前記負荷機械の振動を検出する振動検出器と、前記電動機を制御するサーボ制御装置と、を備えた電動機制御装置において、前記サーボ制御装置に前記電動機を動作させるための動作指令信号を出力する演算装置と、前記演算装置に予め入力される剛体モデルおよびＮ慣性モデル（Ｎは２以上の整数）の周波数特性式と、を備え、前記演算装置は、前記動作指令信号と、前記サーボ制御装置から前記演算装置に入力される前記振動検出器の信号とから周波数特性を計測する周波数特性計測部と、前記周波数特性計測部で計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部と、前記周波数特性ピーク検出部で検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部と、前記Ｎ慣性モデルの周波数特性式および前記剛体モデルの周波数特性式で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部と、前記周波数特性誤差算出部において得られた前記Ｎ慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、前記剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部とを設けたものである。
請求項４の発明は、請求項３記載の電動機制御装置の機械モデル推定装置において、前記周波数特性誤差算出部は、前記周波数特性式に、前記動作指令信号と前記振動検出器の信号から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値の誤差を算出するようにしたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示す機械モデル推定装置を備えた電動機制御装置の全体構成図、図２は演算装置の構成を示すブロック図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについて同一符号を付してその説明を省略するとともに、異なる点についてのみ説明する。
図において、１は演算装置、１Ａは周波数特性計測部、１Ｂは周波数特性ピーク検出部、１Ｃは減衰推定値解析部、１Ｄは周波数特性誤差算出部、１Ｅは機械モデル判定部、１９は入力装置、２０は周波数特性式、２１は出力装置である。
本発明が従来技術と異なる点は、以下のとおりである。
すなわち、サーボ制御装置２に電動機４を動作させるための動作指令信号８を出力する演算装置１と、演算装置１に予め入力される剛体モデルおよび２慣性モデルの周波数特性式２０とを備えた点である。
また、演算装置１は、動作指令信号８と、サーボ制御装置２から演算装置１に入力される回転検出器３の信号９とから負荷機械の周波数特性を計測する周波数特性計測部１Ａと、周波数特性計測部１Ａで計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部１Ｂと、周波数特性ピーク検出部１Ｂで検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部１Ｃと、２慣性モデルの周波数特性式２０および剛体モデルの周波数特性式２０で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部１Ｄと、周波数特性誤差算出部１Ｄにおいて得られた２慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部１Ｅと、を設けている。
さらに、周波数特性誤差算出部１Ｄは、周波数特性式２０に、動作指令信号８と回転検出器３の信号９から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値との誤差を算出するようにしている。
【０００６】
次に動作について説明する。
図３は第１の実施例における演算装置の演算操作手順のうち、周波数特性の計測に関するフローチャートを示したもの、図４は第１の実施例における演算装置の演算操作手順のうち、計測した周波数特性値から機械モデルを判定する操作に関するフローチャートを示したものである。
演算装置１の演算操作手順については、周波数特性を計測するステップＳＴ１〜ステップＳＴ５の各ステップ（図３）と、周波数特性式２０に基づいたモデルと計測した周波数特性を比較して、機械の特性をモデル化するステップＳＴ６〜ステップＳＴ１１の各ステップ（図４）とに分かれる。
なお、各ステップのうち、ステップＳＴ４，５の処理は、図２で示した演算装置１の周波数特性計測部１Ａに対応し、ステップＳＴ６、７の処理は周波数特性ピーク検出部１Ｂに対応している。また、ステップＳＴ８の処理は減衰推定値解析部１Ｃに対応すると共に、ステップＳＴ９，１０の処理は周波数特性誤差算出部１Ｄに対応し、ステップＳＴ１１の処理は機械モデル判定部１Ｅに対応している。
【０００７】
最初に、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ５の周波数特性の計測に関し、図３を用いて説明する。
まず、ステップＳＴ１では、演算装置１は動作指令信号８を作成する。
次に、ステップＳＴ２では、演算装置１で出力された動作指令信号８をサーボ制御装置２に転送する。これにより、動作指令信号８と等価な制御信号１０を電動機４に送り、該電動機４が動作することで、伝達機構５を介して可動部６が動作し、可動部６は振動を発生する。
そして、ステップＳＴ３では、回転検出器３が電動機４の回転動作時における回転検出器信号９を検出し、サーボ制御装置２を経由して回転検出器信号９を演算装置１に転送する。
それから、ステップＳＴ４では、演算装置１で、動作指令信号８と回転検出器信号９を例えばＦＦＴ演算し、周波数分析を行う。
ステップＳＴ５では、演算装置１において周波数分析した動作指令信号８と回転検出器信号９から周波数特性を算出する。ここまでの処理により、周波数特性の計測が完了する。
【０００８】
次に、ステップＳＴ６〜ステップＳＴ１１の機械特性のモデル化について説明する。
まず、機械特性のモデル化については、剛体モデルおよび２慣性モデルに分けることができ、それらはそれぞれ図５、図６のようになっている。
図５は、剛体モデルの概要を示した図である。すなわち、図１に示した電動機４、伝達機構５、可動部６を単純な剛体負荷１１（Ｊ１＋Ｊ２）に近似したものとなっている。また、図６は２慣性モデルの概要を示した図である。すなわち、図１に示した電動機４、伝達機構５および可動部６を、電動機側負荷１２（Ｊ１）と負荷側負荷１３（Ｊ２）からなる２つのマスと、２つのマス１２、１３を結ぶバネ１４ａ（Ｋ：バネ定数）および減衰１４ｂ（Ｄ：減衰定数）とより２慣性モデルに近似したものとなっている。なお、剛体負荷１１は、電動機側負荷１２と負荷側負荷１３の和である（Ｊ１＋Ｊ２）と等価となっている。
このうち、図５に示した剛体モデルにおいて、動作指令信号８から回転検出器信号９までの周波数特性Ｈrのモデル式は式（１）となる。
【０００９】
【数１】
【００１０】
また、図６に示した２慣性モデルにおいて、動作指令信号８から回転検出器信号９までの周波数特性Ｈfのモデル式は式（２）となる。
【００１１】
【数２】
【００１２】
剛体モデルへの近似のためには、剛体負荷１１もしくは電動機側負荷１２と負荷側負荷１３の和（Ｊ１＋Ｊ２）がわかれば良い。
また、２慣性モデルへの近似のためには、電動機側負荷１２（Ｊ１）と負荷側負荷１３（Ｊ２）と、バネ定数Ｋおよび減衰定数Ｄがわかれば良い。
【００１３】
図７は第１の実施例における剛体モデルの周波数特性の一例を示した図、図８は第１の実施例における２慣性モデルの周波数特性の一例を示した図であり、何れもモデル式を用いて計算した図を示している。
剛体モデルの式（１）は図７のようになだらかな右下がりのゲイン特性となるが、２慣性モデルの式（２）は図８のように、突起形状いわゆる山谷を持つゲイン特性となる。図８に示す谷側を反共振、山側を共振と呼び、式（２）から反共振周波数ＦLは式（３）、共振周波数ＦHは式（４）と近似できる。
【００１４】
【数３】
【００１５】
【数４】
【００１６】
この場合、図８の低周波数領域の右下がりの傾きは、式(1)と近似できる。
このため、反共振周波数ＦＬ、共振周波数ＦＨ、電動機側負荷１２と負荷側負荷１３の和（Ｊ１＋Ｊ２）がわかり、２慣性モデルへの近似が可能となる。
また、電動機側負荷１２と負荷側負荷１３の和（Ｊ１＋Ｊ２）は、負荷機械の寸法や物理特性により算出できる。さらに、予め（Ｊ１＋Ｊ２）を求めていれば、演算装置１に接続した入力装置１９にて入力が可能である（例えば、イナーシャ同定方式とオートチューニング：ＶＯＬ．６２、ＮＯ．４、技報「安川電機」に記載）。
以上から、計測した周波数特性と、式（１）(２)を比較し、剛体モデルと２慣性モデルのどちらが適しているか判定可能となる。
【００１７】
図９は第１の実施例における剛体モデル式の曲線適合結果の一例を示した図、図１０は第１の実施例における２慣性モデル式の曲線適合結果の一例を示した図である。なお、図の実線は計測値を、破線は曲線適合結果を示したものである。図９は、左上から右下にかけてなだらかに変化する周波数特性が計測結果であるため、式（１）のグラフと誤差が少なく曲線適合できる。一方、図１０は複数の谷と山を持つ周波数特性が計測結果であるため、式（２）のグラフと誤差が少なく曲線適合できる。
【００１８】
以下に、図３のフローチャートにおけるステップＳＴ６からステップＳＴ１１を用いて、機械特性のモデル化の処理を実行する。
まず、ステップＳＴ６においては、ステップＳＴ５で計測した周波数特性から、山側のピーク、谷側のピークを算出する。ピーク算出の方法は公知の複素スペクトル内挿法や平滑化微分法などの方法を使用すればよい。
次にステップＳＴ７で、山側のピーク、谷側のピークを検出できなければ、剛体と判定でき、電動機側負荷１２と負荷側負荷１３の和（Ｊ１＋Ｊ２）である負荷イナーシャのみで、剛体のパラメータが決定できる。そして、ステップＳＴ７で、ピーク検出できていれば、ステップＳＴ８に進み、検出したピークの周波数を用いることにより、公知の減衰推定法に基づいて減衰を推定することができる。
また、電動機側負荷１２と負荷側負荷１３の和（Ｊ１＋Ｊ２）が未確定ならば、谷側のピークより低い計測した周波数特性の低周波数領域から、式（１）を用いて、最小二乗法により負荷イナーシャ（Ｊ１＋Ｊ２）を算出してもよい。
さらにまた、複数のピークが検出できれば、山側のピーク、谷側のピークの対となる組み合わせを複数組み作成する。
そして、ステップＳＴ９では、仮設定したピークの対となる組み合わせを、演算装置１に予め入力される２慣性モデルの周波数特性式２０つまり式（２）により曲線適合し、式（２）と計測値との誤差を算出する。
複数のピークの組み合わせを用いて曲線適合した結果と計測した周波数特性との誤差をそれぞれ算出する。
負荷イナーシャ（Ｊ１＋Ｊ２）と、山側のピーク、谷側のピークの対つまり共振および反共振周波数、減衰がわかっているので、演算装置１に入力される周波数特性式２０のひとつである式（２）に各値を代入することで、曲線適合できる。
各組み合わせの中で、曲線適合した結果との誤差が小さいものが２慣性モデルに最適な山側のピークと谷側のピークの組みとなる。
【００１９】
図１１は第１の実施例における誤差が大きい２慣性モデル式の曲線適合結果の一例を示した図である。なお、図の実線は計測値を、破線は曲線適合結果を示したものである。
例えば、図１０のような共振と反共振の組みでは、誤差が少ないが、図１１のような共振と反共振の組みでは誤差が大きいため、最適な２慣性モデルの共振と反共振は、図１０の組みとわかる。
ステップＳＴ１０では、ピークが検出された場合でも、演算装置１に入力される周波数特性式２０のひとつである式（１）により剛体モデルに曲線適合した結果と計測した周波数特性との誤差を算出しておく。
次に、ステップＳＴ１１で、２慣性モデルの最小の誤差と、剛体モデルの誤差を比較し、剛体モデルの誤差が少ない場合には、剛体モデルと判定できる。２慣性モデルの誤差が少ない場合には、２慣性モデルと判定できる。つまり、式（２）と計測した周波数特性との誤差と、式（１）と計測した周波数特性との誤差を比較して、式（１）と式（２）へのモデル化で、どちらの誤差が小さく、モデルに最適かを判断することができる。
【００２０】
図１２は第１の実施例における剛体モデル式の曲線適合への不適の一例を示した図、図１３は第１の実施例における２慣性モデル式の曲線適合への不適の一例を示した図である。なお、図の実線は計測値を、破線は曲線適合結果を示したものである。
例えば、図１２における周波数特性の計測値は複数の谷と山を有しているが、剛体モデルの式（１）にて曲線適合しているため、誤差が大きい。しかし、図１０のように、２慣性モデルの式（２）では誤差が小さいため、２慣性モデルと判定することができる。
また、図１３は左上から右下にかけてなだらかに変化する周波数特性が計測結果であるが、２慣性モデルの式（２）にて曲線適合しているため、誤差が大きい。しかし、図９のように、剛体モデルの式（１）では誤差が小さいため、剛体モデルと判定できる。
モデルの判定が完了すれば、演算装置１に接続した出力装置２１に結果を出力でき、シミュレーションや電動機制御装置の調整に利用できる。
【００２１】
したがって、第１の実施例は、負荷機械を駆動する電動機４と、電動機４の回転角を検出する回転検出器３と、電動機４を制御するサーボ制御装置２と、を備えた電動機制御装置において、サーボ制御装置２に電動機４を動作させるための動作指令信号８を出力する演算装置１と、演算装置１に予め入力される剛体モデルおよび２慣性モデルの周波数特性式２０とを備えた構成。また、演算装置１は、動作指令信号８と、サーボ制御装置２から演算装置１に入力される回転検出器３の信号９とから負荷機械の周波数特性を計測する周波数特性計測部１Ａと、周波数特性計測部１Ａで計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部１Ｂと、周波数特性ピーク検出部１Ｂで検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部１Ｃと、２慣性モデルの周波数特性式２０および剛体モデルの周波数特性式２０で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部１Ｄと、周波数特性誤差算出部１Ｄにおいて得られた２慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を、実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部１Ｅとを設けた構成、さらに、周波数特性誤差算出部１Ｄは、周波数特性式２０に、動作指令信号８と回転検出器３の信号９から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値との誤差を算出するようにした構成にしたので、高価な計測装置を用いることなく、また、作業者が高度な専門知識や経験を持たなくても、周波数特性計測値から自動的に反共振周波数や共振周波数、減衰を読み取ることにより、容易にシミュレーションやサーボ調整に利用するための機械モデルを忠実に推定することができ、しかも安価な電動機制御装置の機械モデル推定装置を提供することが可能となる。
【００２２】
本発明の第２の実施例を図に基づいて説明する。
図１４は本発明の第２の実施例を示す機械モデル推定装置を備えた電動機制御装置の全体構成図である。
図において、１５は負荷機械の動作状態を振動変位や振動加速度として検出する振動検出器、１６は前記負荷機械の振動検出器信号である。
第２の実施例は、第１の実施例で述べた回転検出器に替えて、負荷機械に振動検出器１５を用いた場合であり、第１の実施例と同様に実施できる。
【００２３】
剛体モデルの動作指令信号８から検出器１５までの周波数特性Ｈrは式（１）と同様になる。また、２慣性モデルの動作指令信号８から負荷側負荷１３の振動検出器１５までの周波数特性Ｈ‘Fは式（５）となる。
【００２４】
【数５】
【００２５】
このように、第２の実施例は、第1の実施例の回転検出器に替えて、負荷機械に振動検出器１５を用いて実施することにより、第１の実施例同様に、計測した周波数特性の山側のピークを推定し、減衰を推定し、負荷イナーシャを推定し、共振を仮に決定し、共振を変えながら、モデルの周波数特性と比較し、誤差の少ない共振を求め、さらに、剛体モデルと２慣性モデルの周波数特性と比較し、誤差の少ないモデルを判別し、計測した周波数特性を曲線適合し、忠実にモデル化を実施することができる。
【００２６】
なお、本実施例では、機械モデルを剛体モデルと２慣性モデルの２つを用いたが、３慣性モデルなど他のモデルを使用して構わず、判別するモデルの種類を増やしても良い。
また、本実施例では、モデルと計測した周波数特性の誤差のみを評価基準としたが、共振周波数のゲイン値の大きさや、反共振周波数と共振周波数のゲインの幅や、周波数などを評価基準に加えてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、第１の実施例は、負荷機械を駆動する電動機と、電動機の回転角を検出する回転検出器と、電動機を制御するサーボ制御装置と、を備えた電動機制御装置において、サーボ制御装置に電動機を動作させるための動作指令信号を出力する演算装置と、演算装置に予め入力される剛体モデルおよびＮ慣性モデル（Ｎは２以上の整数）の周波数特性式とを備えた構成、また、演算装置は、動作指令信号と、サーボ制御装置から演算装置に入力される回転検出器の信号とから負荷機械の周波数特性を計測する周波数特性計測部と、周波数特性計測部で計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部と、周波数特性ピーク検出部で検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部と、Ｎ慣性モデルの周波数特性式および剛体モデルの周波数特性式で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部と、周波数特性誤差算出部において得られたＮ慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部と、を設けた構成、さらに、周波数特性誤差算出部は、周波数特性式に、動作指令信号と回転検出器の信号から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値との誤差を算出するようにした構成にしたので、高価な計測装置を用いることなく、また、作業者が高度な専門知識や経験を持たなくても、周波数特性計測値から自動的に反共振周波数や共振周波数、減衰を読み取ることにより、容易にシミュレーションやサーボ調整に利用するための機械モデルを忠実に推定することができ、しかも安価な電動機制御装置の機械モデル推定装置を提供することが可能となる。
また、第２の実施例は、第1の実施例の回転検出器に替えて、負荷機械に振動検出器を用いて実施することにより、第１の実施例同様の効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す機械モデル推定装置を備えた電動機制御装置の全体構成図である。
【図２】第１の実施例における演算装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施例における演算装置の演算操作手順のうち、周波数特性の計測に関するフローチャートを示したものである。
【図４】第１の実施例における演算装置の演算操作手順のうち、計測した周波数特性値に基づいて機械モデルを判定する操作に関するフローチャートを示したものである。
【図５】剛体モデルの概要を示した図である。
【図６】２慣性モデルの概要を示した図である。
【図７】第１の実施例における剛体モデルの周波数特性の一例を示した図である。
【図８】第１の実施例における２慣性モデルの周波数特性の一例を示した図である。
【図９】第１の実施例における剛体モデル式の曲線適合結果の一例を示した図例である。
【図１０】第１の実施例における２慣性モデル式の曲線適合結果の一例を示した図である。
【図１１】第１の実施例における誤差が大きい２慣性モデル式の曲線適合結果の一例を示した図である。
【図１２】第１の実施例における剛体モデル式の曲線適合への不適の一例を示した図である。
【図１３】第１の実施例における２慣性モデル式の曲線適合への不適の一例を示した図である。
【図１４】本発明の第２の実施例を示す機械モデル推定装置を備えた電動機制御装置の全体構成図である。
【図１５】従来技術を示す電動機制御装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１：演算装置
１Ａ：周波数特性計測部
１Ｂ：周波数特性ピーク検出部
１Ｃ：減衰推定値解析部
１Ｄ：周波数特性誤差算出部
１Ｅ：機械モデル判定部
２：サーボ制御装置
３：回転検出器
４：電動機
５：伝達機構
６：可動部
７：非可動部
８：動作指令信号
９：回転検出器信号
１０：制御信号
１１：剛体負荷
１２：電動機側負荷
１３：負荷側負荷
１４ａ：バネ
１４ｂ：減衰
１５：振動検出器
１６：振動検出器信号
１９：入力装置
２０： 周波数特性式
２１：出力装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体製造装置や工作機械などの位置決め装置あるいは産業用ロボットに用いられる電動機制御装置に関し、特に、サーボ調整を最適に行うための電動機制御装置の機械モデル推定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体製造装置や工作機械などの位置決め装置あるいは産業用ロボットに用いられる電動機制御装置は、図１５のようになっている。
図１５は従来技術を示す電動機制御装置の全体構成図であり、位置決め装置を例にとって説明する。
図において、２はサーボ制御装置、３は回転検出器、４は電動機、５は伝達機構、６は可動部、７は非可動部であって、この場合、負荷機械を構成する伝達機構５と可動部６はそれぞれボールネジ、テーブルであり、非可動部７はベースを示している。また、８は動作指令信号、９は回転検出器信号、１０は制御信号である。さらに、１７は信号発生器、１８はＦＦＴアナライザであって、何れも負荷機械の周波数特性を把握し、制御装置のサーボ調整に必要な装置として用いている。
このような電動機制御装置において、まず、信号発生器１７が動作指令信号８を出力した後、該動作指令信号８はサーボ制御装置２へ送られる。次に、サーボ制御装置２に入力される動作指令信号８は電動機４に制御信号１０として送られ、電動機４の回転力により伝達機構５を介して可動部６を動作させる。そして、回転検出器３は電動機４の回転検出信号９をサーボ制御装置２を経由してＦＦＴアナライザ１８に送っている。それから、ＦＦＴアナライザ１８では信号発生器１７から受け取った動作指令信号８と、サーボ制御装置２から受け取った回転検出信号９を用いて、これらを高速フーリエ演算したあと周波数特性を算出し、その算出結果から負荷機械の特性を判定するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、負荷機械の周波数特性を計測するために、高価なＦＦＴアナライザ１８を必要とすることから、設備コストがかかるという問題があった。また、ＦＦＴアナライザ１８で計測した周波数特性を判定するには、作業者にとって共振周波数や反共振周波数、減衰などを読み取る高度な専門知識、経験を必要とすることから、時間や労力がかかるという問題があった。
そのため、電動機制御装置のサーボ調整を行う際に、実際に計測して得られた周波数特性から自動的に反共振周波数や共振周波数、減衰を読み取り、該制御装置のシミュレーションやサーボ調整に利用できる機械の特性をモデル化することが可能な装置が要求されていた。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高価な計測装置を用いることなく、また、作業者が高度な専門知識や経験を持たなくても、周波数特性計測値から自動的に反共振周波数や共振周波数、減衰を読み取ることにより、容易にシミュレーションやサーボ調整に利用するための機械モデルを推定することができる、安価な電動機制御装置の機械モデル推定装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１の発明に係わる電動機制御装置の機械モデル推定装置は、負荷機械を駆動する電動機と、前記電動機の回転角を検出する回転検出器と、前記電動機を制御するサーボ制御装置と、を備えた電動機制御装置において、前記サーボ制御装置に前記電動機を動作させるための動作指令信号を出力する演算装置と、前記演算装置に予め入力される剛体モデルおよびＮ慣性モデル（Ｎは２以上の整数）の周波数特性式と、を備え、前記演算装置は、前記動作指令信号と、前記サーボ制御装置から前記演算装置に入力される前記回転検出器の信号とから周波数特性を計測する周波数特性計測部と、前記周波数特性計測部で計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部と、前記周波数特性ピーク検出部で検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部と、前記Ｎ慣性モデルの周波数特性式および前記剛体モデルの周波数特性式で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部と、前記周波数特性誤差算出部において得られた前記Ｎ慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、前記剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部とを設けたものである。
請求項２の発明は、請求項１記載の電動機制御装置の機械モデル推定装置において、前記周波数特性誤差算出部は、前記周波数特性式に、前記動作指令信号と前記回転検出器の信号から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値の誤差を算出するようにしたものである。
請求項３の発明に係る電動機制御装置の機械モデル推定装置は、負荷機械を駆動する電動機と、前記負荷機械の振動を検出する振動検出器と、前記電動機を制御するサーボ制御装置と、を備えた電動機制御装置において、前記サーボ制御装置に前記電動機を動作させるための動作指令信号を出力する演算装置と、前記演算装置に予め入力される剛体モデルおよびＮ慣性モデル（Ｎは２以上の整数）の周波数特性式と、を備え、前記演算装置は、前記動作指令信号と、前記サーボ制御装置から前記演算装置に入力される前記振動検出器の信号とから周波数特性を計測する周波数特性計測部と、前記周波数特性計測部で計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部と、前記周波数特性ピーク検出部で検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部と、前記Ｎ慣性モデルの周波数特性式および前記剛体モデルの周波数特性式で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部と、前記周波数特性誤差算出部において得られた前記Ｎ慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、前記剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部とを設けたものである。
請求項４の発明は、請求項３記載の電動機制御装置の機械モデル推定装置において、前記周波数特性誤差算出部は、前記周波数特性式に、前記動作指令信号と前記振動検出器の信号から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値の誤差を算出するようにしたものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示す機械モデル推定装置を備えた電動機制御装置の全体構成図、図２は演算装置の構成を示すブロック図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについて同一符号を付してその説明を省略するとともに、異なる点についてのみ説明する。
図において、１は演算装置、１Ａは周波数特性計測部、１Ｂは周波数特性ピーク検出部、１Ｃは減衰推定値解析部、１Ｄは周波数特性誤差算出部、１Ｅは機械モデル判定部、１９は入力装置、２０は周波数特性式、２１は出力装置である。
本発明が従来技術と異なる点は、以下のとおりである。
すなわち、サーボ制御装置２に電動機４を動作させるための動作指令信号８を出力する演算装置１と、演算装置１に予め入力される剛体モデルおよび２慣性モデルの周波数特性式２０とを備えた点である。
また、演算装置１は、動作指令信号８と、サーボ制御装置２から演算装置１に入力される回転検出器３の信号９とから負荷機械の周波数特性を計測する周波数特性計測部１Ａと、周波数特性計測部１Ａで計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部１Ｂと、周波数特性ピーク検出部１Ｂで検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部１Ｃと、２慣性モデルの周波数特性式２０および剛体モデルの周波数特性式２０で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部１Ｄと、周波数特性誤差算出部１Ｄにおいて得られた２慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部１Ｅと、を設けている。
さらに、周波数特性誤差算出部１Ｄは、周波数特性式２０に、動作指令信号８と回転検出器３の信号９から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値との誤差を算出するようにしている。
【０００６】
次に動作について説明する。
図３は第１の実施例における演算装置の演算操作手順のうち、周波数特性の計測に関するフローチャートを示したもの、図４は第１の実施例における演算装置の演算操作手順のうち、計測した周波数特性値から機械モデルを判定する操作に関するフローチャートを示したものである。
演算装置１の演算操作手順については、周波数特性を計測するステップＳＴ１〜ステップＳＴ５の各ステップ（図３）と、周波数特性式２０に基づいたモデルと計測した周波数特性を比較して、機械の特性をモデル化するステップＳＴ６〜ステップＳＴ１１の各ステップ（図４）とに分かれる。
なお、各ステップのうち、ステップＳＴ４，５の処理は、図２で示した演算装置１の周波数特性計測部１Ａに対応し、ステップＳＴ６、７の処理は周波数特性ピーク検出部１Ｂに対応している。また、ステップＳＴ８の処理は減衰推定値解析部１Ｃに対応すると共に、ステップＳＴ９，１０の処理は周波数特性誤差算出部１Ｄに対応し、ステップＳＴ１１の処理は機械モデル判定部１Ｅに対応している。
【０００７】
最初に、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ５の周波数特性の計測に関し、図３を用いて説明する。
まず、ステップＳＴ１では、演算装置１は動作指令信号８を作成する。
次に、ステップＳＴ２では、演算装置１で出力された動作指令信号８をサーボ制御装置２に転送する。これにより、動作指令信号８と等価な制御信号１０を電動機４に送り、該電動機４が動作することで、伝達機構５を介して可動部６が動作し、可動部６は振動を発生する。
そして、ステップＳＴ３では、回転検出器３が電動機４の回転動作時における回転検出器信号９を検出し、サーボ制御装置２を経由して回転検出器信号９を演算装置１に転送する。
それから、ステップＳＴ４では、演算装置１で、動作指令信号８と回転検出器信号９を例えばＦＦＴ演算し、周波数分析を行う。
ステップＳＴ５では、演算装置１において周波数分析した動作指令信号８と回転検出器信号９から周波数特性を算出する。ここまでの処理により、周波数特性の計測が完了する。
【０００８】
次に、ステップＳＴ６〜ステップＳＴ１１の機械特性のモデル化について説明する。
まず、機械特性のモデル化については、剛体モデルおよび２慣性モデルに分けることができ、それらはそれぞれ図５、図６のようになっている。
図５は、剛体モデルの概要を示した図である。すなわち、図１に示した電動機４、伝達機構５、可動部６を単純な剛体負荷１１（Ｊ１＋Ｊ２）に近似したものとなっている。また、図６は２慣性モデルの概要を示した図である。すなわち、図１に示した電動機４、伝達機構５および可動部６を、電動機側負荷１２（Ｊ１）と負荷側負荷１３（Ｊ２）からなる２つのマスと、２つのマス１２、１３を結ぶバネ１４ａ（Ｋ：バネ定数）および減衰１４ｂ（Ｄ：減衰定数）とより２慣性モデルに近似したものとなっている。なお、剛体負荷１１は、電動機側負荷１２と負荷側負荷１３の和である（Ｊ１＋Ｊ２）と等価となっている。
このうち、図５に示した剛体モデルにおいて、動作指令信号８から回転検出器信号９までの周波数特性Ｈrのモデル式は式（１）となる。
【０００９】
【数１】
また、図６に示した２慣性モデルにおいて、動作指令信号８から回転検出器信号９までの周波数特性Ｈfのモデル式は式（２）となる。
【００１１】
【数２】
剛体モデルへの近似のためには、剛体負荷１１もしくは電動機側負荷１２と負荷側負荷１３の和（Ｊ１＋Ｊ２）がわかれば良い。
また、２慣性モデルへの近似のためには、電動機側負荷１２（Ｊ１）と負荷側負荷１３（Ｊ２）と、バネ定数Ｋおよび減衰定数Ｄがわかれば良い。
【００１３】
図７は第１の実施例における剛体モデルの周波数特性の一例を示した図、図８は第１の実施例における２慣性モデルの周波数特性の一例を示した図であり、何れもモデル式を用いて計算した図を示している。
剛体モデルの式（１）は図７のようになだらかな右下がりのゲイン特性となるが、２慣性モデルの式（２）は図８のように、突起形状いわゆる山谷を持つゲイン特性となる。図８に示す谷側を反共振、山側を共振と呼び、式（２）から反共振周波数ＦLは式（３）、共振周波数ＦHは式（４）と近似できる。
【００１４】
【数３】
【数４】
この場合、図８の低周波数領域の右下がりの傾きは、式(1)と近似できる。
このため、反共振周波数ＦＬ、共振周波数ＦＨ、電動機側負荷１２と負荷側負荷１３の和（Ｊ１＋Ｊ２）がわかり、２慣性モデルへの近似が可能となる。
また、電動機側負荷１２と負荷側負荷１３の和（Ｊ１＋Ｊ２）は、負荷機械の寸法や物理特性により算出できる。さらに、予め（Ｊ１＋Ｊ２）を求めていれば、演算装置１に接続した入力装置１９にて入力が可能である（例えば、イナーシャ同定方式とオートチューニング：ＶＯＬ．６２、ＮＯ．４、技報「安川電機」に記載）。
以上から、計測した周波数特性と、式（１）(２)を比較し、剛体モデルと２慣性モデルのどちらが適しているか判定可能となる。
【００１７】
図９は第１の実施例における剛体モデル式の曲線適合結果の一例を示した図、図１０は第１の実施例における２慣性モデル式の曲線適合結果の一例を示した図である。なお、図の実線は計測値を、破線は曲線適合結果を示したものである。図９は、左上から右下にかけてなだらかに変化する周波数特性が計測結果であるため、式（１）のグラフと誤差が少なく曲線適合できる。一方、図１０は複数の谷と山を持つ周波数特性が計測結果であるため、式（２）のグラフと誤差が少なく曲線適合できる。
【００１８】
以下に、図３のフローチャートにおけるステップＳＴ６からステップＳＴ１１を用いて、機械特性のモデル化の処理を実行する。
まず、ステップＳＴ６においては、ステップＳＴ５で計測した周波数特性から、山側のピーク、谷側のピークを算出する。ピーク算出の方法は公知の複素スペクトル内挿法や平滑化微分法などの方法を使用すればよい。
次にステップＳＴ７で、山側のピーク、谷側のピークを検出できなければ、剛体と判定でき、電動機側負荷１２と負荷側負荷１３の和（Ｊ１＋Ｊ２）である負荷イナーシャのみで、剛体のパラメータが決定できる。そして、ステップＳＴ７で、ピーク検出できていれば、ステップＳＴ８に進み、検出したピークの周波数を用いることにより、公知の減衰推定法に基づいて減衰を推定することができる。
また、電動機側負荷１２と負荷側負荷１３の和（Ｊ１＋Ｊ２）が未確定ならば、谷側のピークより低い計測した周波数特性の低周波数領域から、式（１）を用いて、最小二乗法により負荷イナーシャ（Ｊ１＋Ｊ２）を算出してもよい。
さらにまた、複数のピークが検出できれば、山側のピーク、谷側のピークの対となる組み合わせを複数組み作成する。
そして、ステップＳＴ９では、仮設定したピークの対となる組み合わせを、演算装置１に予め入力される２慣性モデルの周波数特性式２０つまり式（２）により曲線適合し、式（２）と計測値との誤差を算出する。
複数のピークの組み合わせを用いて曲線適合した結果と計測した周波数特性との誤差をそれぞれ算出する。
負荷イナーシャ（Ｊ１＋Ｊ２）と、山側のピーク、谷側のピークの対つまり共振および反共振周波数、減衰がわかっているので、演算装置１に入力される周波数特性式２０のひとつである式（２）に各値を代入することで、曲線適合できる。
各組み合わせの中で、曲線適合した結果との誤差が小さいものが２慣性モデルに最適な山側のピークと谷側のピークの組みとなる。
【００１９】
図１１は第１の実施例における誤差が大きい２慣性モデル式の曲線適合結果の一例を示した図である。なお、図の実線は計測値を、破線は曲線適合結果を示したものである。
例えば、図１０のような共振と反共振の組みでは、誤差が少ないが、図１１のような共振と反共振の組みでは誤差が大きいため、最適な２慣性モデルの共振と反共振は、図１０の組みとわかる。
ステップＳＴ１０では、ピークが検出された場合でも、演算装置１に入力される周波数特性式２０のひとつである式（１）により剛体モデルに曲線適合した結果と計測した周波数特性との誤差を算出しておく。
次に、ステップＳＴ１１で、２慣性モデルの最小の誤差と、剛体モデルの誤差を比較し、剛体モデルの誤差が少ない場合には、剛体モデルと判定できる。２慣性モデルの誤差が少ない場合には、２慣性モデルと判定できる。つまり、式（２）と計測した周波数特性との誤差と、式（１）と計測した周波数特性との誤差を比較して、式（１）と式（２）へのモデル化で、どちらの誤差が小さく、モデルに最適かを判断することができる。
【００２０】
図１２は第１の実施例における剛体モデル式の曲線適合への不適の一例を示した図、図１３は第１の実施例における２慣性モデル式の曲線適合への不適の一例を示した図である。なお、図の実線は計測値を、破線は曲線適合結果を示したものである。
例えば、図１２における周波数特性の計測値は複数の谷と山を有しているが、剛体モデルの式（１）にて曲線適合しているため、誤差が大きい。しかし、図１０のように、２慣性モデルの式（２）では誤差が小さいため、２慣性モデルと判定することができる。
また、図１３は左上から右下にかけてなだらかに変化する周波数特性が計測結果であるが、２慣性モデルの式（２）にて曲線適合しているため、誤差が大きい。しかし、図９のように、剛体モデルの式（１）では誤差が小さいため、剛体モデルと判定できる。
モデルの判定が完了すれば、演算装置１に接続した出力装置２１に結果を出力でき、シミュレーションや電動機制御装置の調整に利用できる。
【００２１】
したがって、第１の実施例は、負荷機械を駆動する電動機４と、電動機４の回転角を検出する回転検出器３と、電動機４を制御するサーボ制御装置２と、を備えた電動機制御装置において、サーボ制御装置２に電動機４を動作させるための動作指令信号８を出力する演算装置１と、演算装置１に予め入力される剛体モデルおよび２慣性モデルの周波数特性式２０とを備えた構成。また、演算装置１は、動作指令信号８と、サーボ制御装置２から演算装置１に入力される回転検出器３の信号９とから負荷機械の周波数特性を計測する周波数特性計測部１Ａと、周波数特性計測部１Ａで計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部１Ｂと、周波数特性ピーク検出部１Ｂで検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部１Ｃと、２慣性モデルの周波数特性式２０および剛体モデルの周波数特性式２０で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部１Ｄと、周波数特性誤差算出部１Ｄにおいて得られた２慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を、実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部１Ｅとを設けた構成、さらに、周波数特性誤差算出部１Ｄは、周波数特性式２０に、動作指令信号８と回転検出器３の信号９から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値との誤差を算出するようにした構成にしたので、高価な計測装置を用いることなく、また、作業者が高度な専門知識や経験を持たなくても、周波数特性計測値から自動的に反共振周波数や共振周波数、減衰を読み取ることにより、容易にシミュレーションやサーボ調整に利用するための機械モデルを忠実に推定することができ、しかも安価な電動機制御装置の機械モデル推定装置を提供することが可能となる。
【００２２】
本発明の第２の実施例を図に基づいて説明する。
図１４は本発明の第２の実施例を示す機械モデル推定装置を備えた電動機制御装置の全体構成図である。
図において、１５は負荷機械の動作状態を振動変位や振動加速度として検出する振動検出器、１６は前記負荷機械の振動検出器信号である。
第２の実施例は、第１の実施例で述べた回転検出器に替えて、負荷機械に振動検出器１５を用いた場合であり、第１の実施例と同様に実施できる。
【００２３】
剛体モデルの動作指令信号８から検出器１５までの周波数特性Ｈrは式（１）と同様になる。また、２慣性モデルの動作指令信号８から負荷側負荷１３の振動検出器１５までの周波数特性Ｈ‘Fは式（５）となる。
【００２４】
【数５】
このように、第２の実施例は、第1の実施例の回転検出器に替えて、負荷機械に振動検出器１５を用いて実施することにより、第１の実施例同様に、計測した周波数特性の山側のピークを推定し、減衰を推定し、負荷イナーシャを推定し、共振を仮に決定し、共振を変えながら、モデルの周波数特性と比較し、誤差の少ない共振を求め、さらに、剛体モデルと２慣性モデルの周波数特性と比較し、誤差の少ないモデルを判別し、計測した周波数特性を曲線適合し、忠実にモデル化を実施することができる。
【００２６】
なお、本実施例では、機械モデルを剛体モデルと２慣性モデルの２つを用いたが、３慣性モデルなど他のモデルを使用して構わず、判別するモデルの種類を増やしても良い。
また、本実施例では、モデルと計測した周波数特性の誤差のみを評価基準としたが、共振周波数のゲイン値の大きさや、反共振周波数と共振周波数のゲインの幅や、周波数などを評価基準に加えてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、第１の実施例は、負荷機械を駆動する電動機と、電動機の回転角を検出する回転検出器と、電動機を制御するサーボ制御装置と、を備えた電動機制御装置において、サーボ制御装置に電動機を動作させるための動作指令信号を出力する演算装置と、演算装置に予め入力される剛体モデルおよびＮ慣性モデル（Ｎは２以上の整数）の周波数特性式とを備えた構成、また、演算装置は、動作指令信号と、サーボ制御装置から演算装置に入力される回転検出器の信号とから負荷機械の周波数特性を計測する周波数特性計測部と、周波数特性計測部で計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部と、周波数特性ピーク検出部で検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部と、Ｎ慣性モデルの周波数特性式および剛体モデルの周波数特性式で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部と、周波数特性誤差算出部において得られたＮ慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部と、を設けた構成、さらに、周波数特性誤差算出部は、周波数特性式に、動作指令信号と回転検出器の信号から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値との誤差を算出するようにした構成にしたので、高価な計測装置を用いることなく、また、作業者が高度な専門知識や経験を持たなくても、周波数特性計測値から自動的に反共振周波数や共振周波数、減衰を読み取ることにより、容易にシミュレーションやサーボ調整に利用するための機械モデルを忠実に推定することができ、しかも安価な電動機制御装置の機械モデル推定装置を提供することが可能となる。
また、第２の実施例は、第1の実施例の回転検出器に替えて、負荷機械に振動検出器を用いて実施することにより、第１の実施例同様の効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す機械モデル推定装置を備えた電動機制御装置の全体構成図である。
【図２】第１の実施例における演算装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施例における演算装置の演算操作手順のうち、周波数特性の計測に関するフローチャートを示したものである。
【図４】第１の実施例における演算装置の演算操作手順のうち、計測した周波数特性値に基づいて機械モデルを判定する操作に関するフローチャートを示したものである。
【図５】剛体モデルの概要を示した図である。
【図６】２慣性モデルの概要を示した図である。
【図７】第１の実施例における剛体モデルの周波数特性の一例を示した図である。
【図８】第１の実施例における２慣性モデルの周波数特性の一例を示した図である。
【図９】第１の実施例における剛体モデル式の曲線適合結果の一例を示した図例である。
【図１０】第１の実施例における２慣性モデル式の曲線適合結果の一例を示した図である。
【図１１】第１の実施例における誤差が大きい２慣性モデル式の曲線適合結果の一例を示した図である。
【図１２】第１の実施例における剛体モデル式の曲線適合への不適の一例を示した図である。
【図１３】第１の実施例における２慣性モデル式の曲線適合への不適の一例を示した図である。
【図１４】本発明の第２の実施例を示す機械モデル推定装置を備えた電動機制御装置の全体構成図である。
【図１５】従来技術を示す電動機制御装置の全体構成図である。
【符号の説明】
１：演算装置
１Ａ：周波数特性計測部
１Ｂ：周波数特性ピーク検出部
１Ｃ：減衰推定値解析部
１Ｄ：周波数特性誤差算出部
１Ｅ：機械モデル判定部
２：サーボ制御装置
３：回転検出器
４：電動機
５：伝達機構
６：可動部
７：非可動部
８：動作指令信号
９：回転検出器信号
１０：制御信号
１１：剛体負荷
１２：電動機側負荷
１３：負荷側負荷
１４ａ：バネ
１４ｂ：減衰
１５：振動検出器
１６：振動検出器信号
１９：入力装置
２０： 周波数特性式
２１：出力装置
Claims (4)
- 負荷機械を駆動する電動機と、
前記電動機の回転角を検出する回転検出器と、
前記電動機を制御するサーボ制御装置と、を備えた電動機制御装置において、
前記サーボ制御装置に前記電動機を動作させるための動作指令信号を出力する演算装置と、
前記演算装置に予め入力される剛体モデルおよびＮ慣性モデル（Ｎは２以上の整数）の周波数特性式と、を備え、
前記演算装置は、
前記動作指令信号と、前記サーボ制御装置から前記演算装置に入力される前記回転検出器の信号とから周波数特性を計測する周波数特性計測部と、
前記周波数特性計測部で計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部と、
前記周波数特性ピーク検出部で検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部と、
前記Ｎ慣性モデルの周波数特性式および前記剛体モデルの周波数特性式で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部と、
前記周波数特性誤差算出部において得られた前記Ｎ慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値との最小誤差と、前記剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を、実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部と、
を設けていることを特徴とする電動機制御装置の機械モデル推定装置。 - 前記周波数特性誤差算出部は、前記周波数特性式に、前記動作指令信号と前記回転検出器の信号から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値の誤差を算出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電動機制御装置の機械モデル推定装置。
- 負荷機械を駆動する電動機と、
前記負荷機械の振動を検出する振動検出器と、
前記電動機を制御するサーボ制御装置と、を備えた電動機制御装置において、
前記サーボ制御装置に前記電動機を動作させるための動作指令信号を出力する演算装置と、
前記演算装置に予め入力される剛体モデルおよびＮ慣性モデル（Ｎは２以上の整数）の周波数特性式と、を備え、
前記演算装置は、
前記動作指令信号と、前記サーボ制御装置から前記演算装置に入力される前記振動検出器の信号とから周波数特性を計測する周波数特性計測部と、
前記周波数特性計測部で計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部と、
前記周波数特性ピーク検出部で検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部と、
前記Ｎ慣性モデルの周波数特性式および前記剛体モデルの周波数特性式で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部と、
前記周波数特性誤差算出部において得られた前記Ｎ慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、前記剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部と、
を設けていることを特徴とする電動機制御装置の機械モデル推定装置。 - 前記周波数特性誤差算出部は、前記周波数特性式に、前記動作指令信号と前記振動検出器の信号から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値の誤差を算出するようにしたことを特徴とする請求項３記載の電動機制御装置の機械モデル推定装置。
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