JP7346014B2 - フィードバック制御系の自動調整方法およびフィードバック制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、フィードバック制御系を自動で調整する自動調整方法、ならびにそれを備えたフィードバック制御装置に関する。

近年、ＦＡ分野ではモータ制御系の導入時間の短縮、およびモータ制御系の最適調整によるタクトタイム短縮による生産性の向上が望まれている。モータ制御系の調整要素の一つは機械系の共振を抑制する制御手段のパラメータであり、これを人の介在なく短時間かつ最適に自動調整する技術が上述のニーズに対する一つの解決策に成り得る。

一般的に、機械系の共振特性が原因でフィードバック制御器(以降、「フィードバック」は「ＦＢ」と略記する場合がある)のゲインをあげられない場合があり、これの回避の目的でＦＢ制御器後段にノッチフィルタ(以降、「ＮＦ」と略記する場合がある)を介在させ、共振特性を相殺することが行われる。但しＮＦのフィルタパラメータは、共振特性に対して適切に設定される必要がある。

また、機械系の共振特性は複数存在する場合があり、このうちＦＢ制御器のゲイン上昇を妨げるものの全てに対してＮＦを適用させる必要がある。

したがって上述の機械系の共振を抑制する制御手段の自動調整は、ＦＢ制御器後段に介在させるＮＦの数と介在させた各ＮＦのフィルタパラメータの最適化によって成される。

このような自動調整を行う手段として、特許文献１が提案されている。特許文献１では、２つの共振特性を抑制できるようにＦＢ制御器系内に実ＮＦを直列に２段設けており、これらを並列に配置した適応ＮＦを用いて自動調整する方法が提案されている。具体的には、エンコーダで観測したモータ回転数に対して設定バンド幅の異なる２つのバンドパスフィルタ（以降、ＢＰＦと略記する場合がある）を並列に適用し、各ＢＰＦの出力に対して各々適応ＮＦを動作させることで、２つの共振特性に起因したモータ回転数の振動成分の周波数を同時に推定し、実ＮＦの中心周波数に適用することで短時間に自動調整を成す方法である。

特開２００９－２９６７４６号公報

特許文献１では、実ＮＦのフィルタパラメータである中心周波数、ノッチ深さ、ノッチ幅のうち中心周波数のみが自動調整の対象であり、ノッチ深さ、ノッチ幅の設定が不適切な場合は共振抑制の効果が期待できないという課題があった。

また、２つの共振特性に対して２つのＢＰＦのバンド幅は、各共振特性に起因した振動成分が各ＢＰＦを通過するように適切に設定されなければ意図した効果が期待できず、例えば、２つの共振特性の共振周波数が近く、２つのＢＰＦのうち１つのＢＰＦで２つの共振特性に起因した振動が抽出される場合は、一つのＮＦで２つの共振特性を推定することになり推定誤差が発生し意図した効果が期待できないといった、共振特性に対するＢＰＦのバンド幅の適切な設定が容易でない、という課題があった。

本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、機械系の共振特性を抑制する目的でＦＢ制御系内に設けられた２つの実ＮＦの中心周波数およびノッチ幅を、適応ＮＦを用いた逐次処理で短時間かつ最適に自動調整することが可能なフィードバック制御系の自動調整方法、およびフィードバック制御装置の提供を目的とする。

本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、フィードバック制御器の後段に直列２段に実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２が設けられたフィードバック制御系の、実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２のフィルタパラメータを自動調整する自動調整器を含むフィードバック制御系の自動調整方法であって、自動調整器は、ハイパスフィルタ、直列２段の適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２、および調整器から成り、ハイパスフィルタを用いてフィードバック制御系の応答から制御対象の共振特性に起因した振動成分を抽出し、抽出した振動成分を適応ノッチフィルタ１の入力とし、適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２は入力信号の主たる振動成分の周波数を特定し、主たる振動成分のみを入力信号から除去し出力するように適応収束し、調整器は、適応ノッチフィルタ１の入出力信号、及び適応ノッチフィルタ２の入出力信号に基づき振動成分除去の可否の判定を行い、適応ノッチフィルタ１のパラメータ値及び適応ノッチフィルタ２のパラメータ値に基づき、適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２のパラメータ収束完了の判定、および適応ノッチフィルタ１と適応ノッチフィルタ２のパラメータの差異を把握し、さらに調整器は、振動成分除去の可否の判定の結果と、パラメータ収束完了の判定の結果と、パラメータの差異とに基づき、実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２のフィルタパラメータを設定する。

本発明によれば、適応ＮＦを直列２段に配置したためＢＰＦの設計が必要無く、２つの適応ＮＦが任意の２つの共振特性の各々に対して適切に収束するため、２つの実ＮＦを適切に設定できる。また調整器を設けたことで、抑制すべき制御対象の共振特性の数を見積もることができ、さらに実ＮＦの中心周波数に加えてノッチ幅も調整できる。

実施例１における自動調整器の構成図である。 一般的な制御対象のフィードバック制御系の構成図である。 実施例１における適応ノッチフィルタの構成図である。 実施例１における調整器の構成図である。 実施例１における制御対象の伝達特性である。 実施例１における適応ノッチフィルタの収束の様子を示す図である。 実施例１における制御対象の他の伝達特性である。 実施例１における適応ノッチフィルタの収束の様子を示す図である。 実施例１における適応ノッチフィルタの収束の様子を示す図である。 実施例１におけるパラメータ決定器の振る舞いテーブルである。 実施例１における適応ノッチフィルタの他の構成図である。 実施例２におけるＡＣサーボモータの速度制御系の構成図である。

以下、本発明を適用した実施例について図面を参照しながら説明する。

図２は、機械系の共振を抑制する手段として実ＮＦ：Ａ２２および実ＮＦ：Ｂ２３をＦＢ制御器２１の後段に設けた際の、一般的な制御対象のＦＢ制御系を示したものである。例えば制御対象としてはモータなどがあげられる。

本実施例におけるＦＢ制御系の自動調整方法およびＦＢ制御装置は、図１に示す自動調整器１を用いて、図２に示した、機械系の共振を抑制する手段として、ＦＢ制御器２１の後段に直列２段に設けられた実ＮＦのフィルタパラメータを自動調整する。

自動調整器１は、図１に示すように、ハイパスフィルタ（以降、「ＨＰＦ」と略記する場合がある）２、適応ＮＦ：Ａ３、適応ＮＦ：Ｂ４、調整器５から構成され、実ＮＦ６のフィルタパラメータを自動調整する。

本実施例における制御対象２４は、図２に示すように、１組の共振・反共振特性を有する場合：２５、もしくは２組の共振・反共振特性を有する場合：２６を想定している。

各実ＮＦの周波数特性２７は、図２に示すように、中心周波数ｗＭ、ノッチ深さＤｐ、及びノッチ幅Ｗｄで規定され、これらフィルタパラメータは制御対象２４の共振特性に対して適切に設定されることで機械系の共振が抑制され、モータ速度指令２８に対する速度応答２９から共振起因の振動を抑制することが可能となる。

本実施例におけるＦＢ制御系の自動調整方法およびＦＢ制御装置において、図１に示す自動調整器１は、各実ＮＦの中心周波数ｗＭ及びノッチ幅Ｗｄを制御対象２４の共振特性に対して自動で短時間に適切に設定する役割を担っている。なお、ノッチ深さＤｐは事前に与えられた固定値で、自動調整器１の調整対象ではない点に注意する。

図３は、図１における適応ＮＦ：Ａ３の構成を示したものである。図３において、ＨＰＦ２で抽出された振動成分はＮＦ３１で処理され、その出力が適応ＮＦ：Ｂ４に伝達される。ＮＦ３１は例えば離散ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）型とし、適応調整部３２はＮＦ３１の中心周波数ｗＭＡ及びノッチ幅ＷｄＡを、ＨＰＦ２で抽出された振動成分から主たる周波数成分が除去されるように適応調整するものとする。

図１における調整器５はＮＦ３１のノッチ幅ＷｄＡを算出し、出力９を介してＮＦ３１のノッチ幅ＷｄＡを調整できる。ＮＦ３１のフィルタパラメータは、出力８を介して適宜調整器５に伝達される。

適応ＮＦ：Ａ３が適正に動作する場合、ＨＰＦ２で抽出された振動成分の主たる周波数成分が入力から除去され、周波数成分が入力から除去された信号が後段に位置する適応ＮＦ：Ｂ４に伝達される。この結果、適応ＮＦ：Ａ３は振動成分の主たる周波数成分の周波数を中心周波数ｗＭＡとして推定できたことになる。

仮にＨＰＦ２で抽出された振動成分に２種（第１成分、第２成分）の主たる周波数成分を含む場合、適応ＮＦ：Ａ３は第１成分を入力信号から除去し、適応ＮＦ：Ｂ４はＨＰＦ２で抽出された振動成分から第１成分が除去された信号に対して第２成分を除去するように動作する。この結果、適応ＮＦ：Ａ３は第１成分の周波数成分の周波数を、適応ＮＦ：Ｂ４は第２成分の周波数成分の周波数を、各々のＮＦの中心周波数として推定できたことになる。

図４は、図１における調整器５の構成を示したものである。図４において、調整器５は、パラメータ決定器４１、振動検出器４２、差分検出器４３、収束判定器４４、効果判定器４５から構成されるものとする。

振動検出器４２はＨＰＦ２の出力をもとに振動成分の有無を検出し、検出結果を２値でパラメータ決定器４１に出力する。振動検出器４２の処理は例えば、単位時間に振動振幅閾値の超過回数が所定の値を超えた場合にポジティブ、そうでない場合をネガティブとする等である。

差分検出器４３は、適応ＮＦ：Ａ３および適応ＮＦ：Ｂ４のフィルタパラメータの差分を演算し、その差分が所定の閾値を超過したか否かを判別し、判別結果を２値でパラメータ決定器４１に出力する。差分演算器４３の処理は例えば、適応ＮＦ：Ａ３の中心周波数と適応ＮＦ：Ｂ４の中心周波数との差を演算し、所定の閾値を超過した場合にポジティブ、そうでない場合をネガティブとする等である。この判別結果はパラメータ決定器４１において適応ＮＦ：Ａ３と適応ＮＦ：Ｂ４が異なる振動の周波数成分に対して適応したか否かの判別に用いられる。

収束判定器４４は適応ＮＦ：Ａ３及び適応ＮＦ：Ｂ４のパラメータの収束の有無を判別するものであり、その判別結果を２値でパラメータ決定器４１に出力する。収束判定器４４の処理は例えば、各適応ＮＦのフィルタパラメータが所定時間内に変化せず一定であった場合にポジティブ、そうでない場合をネガティブとする等である。

効果判定器４５は、各適応ＮＦの振動成分の除去の有効／無効を判断するものであり、その判別結果を２値でパラメータ決定器４１に出力する。効果判定器４５の処理は、例えば、単位時間に所定の振動振幅閾値の超過回数が所定の値を超えた場合にポジティブ、そうでない場合をネガティブとする等である。

パラメータ決定器４１は、振動検出器４２の振動検出の有無の結果と、差分検出器４３の差分の有無の結果と、収束判定器４４の各適応ＮＦの収束の有無の結果と、効果判定器４５の効果の有無の結果とに基づき、適応ＮＦ：Ａ３及び適応ＮＦ：Ｂ４内のＮＦのノッチ幅を出力９および出力１０を介して調整し、また図２に示したモータのＦＢ制御系内に含まれる実ＮＦ：Ａ２２及び実ＮＦ：Ｂ２３の中心周波数、およびノッチ幅を調整する。また、パラメータ決定器４１はＦＢ制御系内の各実ＮＦの機能をオフにし、各実ＮＦの入出力を直達状態にすることができる。

以降、自動調整器１の動作例を説明する。

制御対象２４は共振・反共振特性を２組有する図５の周波数特性を有するとし、図２に示すＦＢ制御系の応答（モータ回転数）は、２組の共振に起因した振動が発生しているとする。なお共振起因の振動の周波数は５６８Ｈｚ（第２成分）、および１０１１Ｈｚ（第１成分）であるとし、制御対象２４の周波数特性は時不変であるとする。

これに対して自動調整器１を動作させた場合の各適応ＮＦの中心周波数の推定状況を図６に示す。なお各適応ＮＦのノッチ幅は調整器５により適応ＮＦの推定動作前に初期値が設定され、適応ＮＦの推定実施中は変更されない、もしくはノッチ幅の適応収束の下限が調整器５により定められた初期値になるように、適応ＮＦは推定動作を行うものとする。

図６において、適応ＮＦ：Ａ３の中心周波数の推定過程６１においては、適応ＮＦ：Ａ３はＦＢ制御系の応答の主たる振動成分である１０１１Ｈｚ（第１成分）に対して収束し、適応ＮＦ：Ｂ４の中心周波数の推定過程６２においては、適応ＮＦ：Ｂ４は第１成分が適応ＮＦ：Ａ３で除去された信号における主たる振動成分５６８Ｈｚ（第２成分）に対して収束していることがわかる。適応ＮＦ：Ａ３と適応ＮＦ：Ｂ４を直列に配置している構成のため、後段の適応ＮＦは自動的に第２成分に適応する。

また、制御対象２４の２組の共振は、ＦＢ制御系の応答を振動的にするとの前提から、振動検出器４２は振動有と判別し、その判別結果をパラメータ決定器４１に出力する。

差分検出器４３は、各適応ＮＦが異なった振動成分に収束したか否か、を判断できるように閾値が設定されているとし、絶対値で数十Ｈｚ、程度とする。図６の各適応ＮＦの動作結果を受け、中心周波数推定値の差６４は１０１１－５６８Ｈｚと大きく所定の閾値を超過していることから、その判別結果をパラメータ決定器４１に出力する。この判別結果は各適応ＮＦが適応した主たる振動成分が異なっていることを意味している。

収束判定器４４は図６の各適応ＮＦの動作結果を受け、両適応ＮＦとも所定時間６３内でパラメータ変化がなかったことから、両適応ＮＦとも収束有と判別し、その判別結果をパラメータ決定器４１に出力する。

効果判定器４５は、各適応ＮＦにより入力信号の主たる振動成分が完全に除去され、非振動的になるか否か、を判断できるように、振動振幅閾値、および超過回数閾値が設定されているとする。制御対象２４は図５に示す周波数特性を有するとし、主たる振動成分は第１成分及び第２成分のみとしているので、適応ＮＦ：Ａ３が第１成分に、適応ＮＦ：Ｂ４が第２成分に収束できたことから、効果判別器４５は、適応ＮＦ：Ｂ４を効果有と判別する一方で、適応ＮＦ：Ａ３は第１成分を除去できたものの第２成分を残したことになり、適応ＮＦ：Ａ３の出力は振動的であり、その結果、効果判別器４５は適応ＮＦ：Ａ３を効果無しと判別し、これら判別結果をパラメータ決定器４１に出力する。

パラメータ決定器４１は、振動検出器４２の振動ありの結果をうけて各実ＮＦへのパラメータ設定が必要なことを判断し、収束判定器４４の判別結果をうけて、両適応ＮＦは主たる振動成分に適応できたと判断する。また、差分検出器４３の結果を受けて、ＨＰＦ２から抽出された信号の主たる振動成分には２種が存在すると推測し、効果判定器４５の結果がその推測結果に矛盾しないことを確認することで、ＨＰＦ２から抽出された主たる振動成分は２種であり、その周波数成分は各適応ＮＦが推定した中心周波数１０１１Ｈｚ（第１成分）および５６８Ｈｚ（第２成分）であると判断する。また、効果判定器４５が適応ＮＦ：Ｂ４を効果有と判断したことから、各適応ＮＦは各振動成分に適切に適応できたと判断し、調整器５が初期に設定した各適応ＮＦのノッチ幅は適切であると判断し、調整器５はこれらノッチ幅と中心周波数をＦＢ制御系内の各実ＮＦに適用する。

自動調整器１は各実ＮＦにパラメータ設定後、確認のためとノッチ幅を調整するために再度動作し、処理を終えた後に調整動作を完了させる。以降、自動調整器１が再度動作する際の振る舞いを説明する。

まず１回目の自動調整器１の調整動作で２つの実ＮＦの中心周波数は振動の第１成分、第２成分に対して適正に推定され、また各実ＮＦのノッチ幅についても調整器５で設定した初期値が適正であった場合（十分なノッチ幅が設定された場合）について説明する。

１回目の調整で第１成分および第２成分の中心周波数およびノッチ幅がともに適正に調整されたため、ＨＰＦ２の出力信号から振動成分は観測されず、振動検出器４２は振動検出無しをパラメータ決定器４１に出力する。

ＨＰＦ２の出力を受けて適応ＮＦ：Ａ３、適応ＮＦ：Ｂ４は動作し、その動作結果を受けて差分検出器４３、収束判定器４４、効果判定器４５は動作し、パラメータ決定器４１はそれらの結果を受けとるが、振動検出器４２から振動検出無しの判別結果を受けていることから、１回目の各実ＮＦの調整が適正であり、各実ＮＦの再調整は不要と判断し、再度の調整動作を完了させる。

続いて、１回目の自動調整器１の調整動作で第１成分および第２成分の中心周波数は適正に推定された一方で、適応ＮＦ：Ａ３のノッチ幅が不十分であった場合について説明する。

１回目の調整で適応ＮＦ：Ａ３のノッチ幅が不十分であったことから、実ＮＦＡ２２のノッチ幅も不十分であり、その結果ＦＢ制御系の応答には振動成分が残る。振動検出器４２はこれを検出し、パラメータ決定器４１に出力する。

パラメータ決定器４１は振動検出器４２の結果を受けて再調整が必要と判断し、一度各実ＮＦをオフ(各実ＮＦの入出力が直達となる状態)にし、１回目と同様の調整動作（２回目）を行う。但し、各適応ＮＦのノッチ幅を１回目の初期値より所定分だけ増加して設定した後に、２回目を実施する。

２回目の調整でノッチ幅が適正になる場合について説明する。ノッチ幅が適正になったため、各適応ＮＦの収束状況は図６と同様になる。したがって、各適応ＮＦで推定される中心周波数、差分検出器４３、収束判定器４４、および効果判定器４５の各々の判別結果は図６の場合と同じになる。

各適応ＮＦのノッチ幅以外、１回目の調整と変わりはないので、各適応ＮＦの収束状況は図６と同様になる。したがって、各適応ＮＦで推定される中心周波数に変化はなく、差分検出器４３、収束判定器４４、および効果判定器４５の各々の判別結果は１回目と大凡同様になる。

パラメータ決定器４１はこの結果と、１回目の結果を踏まえて、各適応ＮＦで推定した中心周波数と２回目の調整で見直したノッチ幅を各実ＮＦに適用し、調整を完了する。具体的には例えば１回目と２回目の中心周波数の推定値が同等になった場合には１回目と２回目が同様の２種の振動成分を推定できたと判断し、振動成分の推定が適正であることを判断する、等である。

このように自動調整器１による２回目の調整でノッチ幅を変更して実施することで、自動調整器１は各実ＮＦの中心周波数に加えて、ノッチ幅も調整することが可能である。

続いて、制御対象２４は共振・反共振特性を１組有する図７の周波数特性を有するとし、図２に示すＦＢ制御系の応答（モータ回転数）は、１組の共振に起因した振動が発生しているとする。なお共振起因の振動の周波数は５６８Ｈｚであるとし、制御対象２４の周波数特性は時不変であるとする。

これに対して自動調整器１を動作させた場合の各適応ＮＦの中心周波数の推定状況を図８に示す。なお各適応ＮＦのノッチ幅は調整器５により適応ＮＦの推定動作前に初期値が設定され、適応ＮＦの推定実施中は変更されない、もしくはノッチ幅の適応収束の下限が調整器５により定められた初期値になるように、適応ＮＦは推定動作を行うものとする。

図８において、適応ＮＦ：Ａ３の中心周波数の推定過程８１においては、適応ＮＦ：Ａ３はＦＢ制御系の応答の主たる振動成分である５６８Ｈｚに対して収束し、適応ＮＦ：Ｂ４の中心周波数の推定過程８２においても、適応ＮＦ：Ｂ４は主たる振動成分５６８Ｈｚに対して収束していることがわかる。

適応ＮＦ：Ａ３と適応ＮＦ：Ｂ４は直列に配置され、主たる振動成分は１種であるため、もし適応ＮＦ：Ａ３が完全に主たる振動成分の５６８Ｈｚを除去できていれば、適応ＮＦ：Ｂ４は５６８Ｈｚに収束できなかったはずである。したがって各適応ＮＦが図８のように動作した本ケースは、適応ＮＦ：Ａ３が主たる振動成分を完全には除去できなかったケース、を想定している。

制御対象２４の１組の共振は、ＦＢ制御系の応答を振動的にするとの前提から、振動検出器４２は振動有と判別し、その判別結果をパラメータ決定器４１に出力する。

差分検出器４３は、各適応ＮＦが異なった振動成分に収束したか否か、を判断できるように閾値が設定されているとし、絶対値で数十Ｈｚ程度とする。図８の各適応ＮＦの動作結果を受け、中心周波数推定値の差がなく、所定の閾値を超過していないことから、各適応ＮＦが適応した主たる振動成分は同じであることを判別し、その判別結果をパラメータ決定器４１に出力する。

収束判定器４４は図８の各適応ＮＦの動作結果を受け、両適応ＮＦとも所定時間８３内でパラメータ変化がなかったことから、両適応ＮＦとも収束有と判別し、その判別結果をパラメータ決定器４１に出力する。

効果判定器４５は、各適応ＮＦにより入力信号の主たる振動成分が完全に除去され、非振動的になるか否か、を判断できるように、振動振幅閾値、および超過回数閾値が設定されているとする。本ケースは制御対象２４が１種の主たる振動成分のみを有する場合であるので、適応ＮＦ：Ａ３と適応ＮＦ：Ｂ４がともに主たる振動成分に収束したことから、効果判別器４５は、適応ＮＦ：Ｂ４を効果有と判別する一方で、適応ＮＦ：Ａ３は、主たる振動成分を残したことになり、効果判別器４５は適応ＮＦ：Ａ３を効果無しと判別し、その判別結果をパラメータ決定器４１に出力する。

パラメータ決定器４１は、振動検出器４２の振動ありの結果をうけて各実ＮＦへのパラメータ設定が必要なことを判断し、収束判定器４４の判別結果をうけて、両適応ＮＦは主たる振動成分に適応できたと判断し、差分検出器４３の結果を受けて、ＨＰＦ２から抽出された信号の主たる振動成分は１種であると推測する。効果判定器４５の結果が適応ＮＦ：Ａ３で１種の振動成分が除去しきれていないことを意味しているので、パラメータ決定器４１は各適応ＮＦのノッチ幅を増加させるように出力９、および出力１０を介してこれを調整し、再度（２回目）適応ＮＦ：Ａ３および適応ＮＦ：Ｂ４を動作させる。なお、ノッチ幅を変えて２回目調整を行うのは、実ＮＦに適用前でも後でもよい。

再度（２回目）実施した際の各適応ＮＦの収束状況は図９になった場合を考える。再度の各適応ＮＦの実施においても自動調整器１は各実ＮＦにはパラメータを設定していないので、ＦＢ制御系の応答は振動的なままであり、振動検出器４２は振動有と判別し、その判別結果をパラメータ決定器４１に出力する。

差分検出器４３は、図９の各適応ＮＦの動作結果を受け、中心周波数推定値の差があり所定閾値を超過していることから、その判別結果をパラメータ決定器４１に出力する。

収束判定器４４は図９の各適応ＮＦの動作結果を受け、適応ＮＦ：Ａ３は所定時間８３内でパラメータ変化がなかった一方で、適応ＮＦ：Ｂ４は所定時間８３内でパラメータが変化し続けたため、適応ＮＦ：Ａ３は収束有、適応ＮＦ：Ｂ４は収束無と判別し、その判別結果をパラメータ決定器４１に出力する。

効果判定器４５は、適応ＮＦ：Ａ３が主たる振動成分に収束し、適応ＮＦ：Ｂ４が主たる振動成分に収束しなかったことから、適応ＮＦ：Ａ３および適応ＮＦ：Ｂ４をともに効果有と判別し、その判別結果をパラメータ決定器４１に出力する。

パラメータ決定器４１は２回目の結果と、１回目の結果を踏まえて、１回目と同様の１種の振動成分が適応ＮＦ：Ａ３で推定されたこと、２回目の調整でノッチ幅を増やしたことで、２回目では適応ＮＦ：Ｂ４が主たる振動成分に収束しなかったこと、２回目は各適応ＮＦの効果判定が有だったことから、増加した適応ＮＦ：Ａ３のノッチ幅が主たる振動成分を除去するものとして適当であったと判断し、パラメータ決定器４１は２回目の適応ＮＦ：Ａ３での中心周波数の推定値とノッチ幅を実ＮＦ：Ａ２２に設定し、実ＮＦ：Ｂ２３をオフに設定し、調整を完了する。

なお、これに引き続いて、自動調整器１を再度動作させ、設定した実ＮＦの効果を確認・修正を行ってもよい。また、再度（２回目）の各適応ＮＦの実施でも図９のようにならず図８と類似の結果になる場合もあり得る。このような場合は適応ＮＦ：Ａ３のノッチ幅が不十分である、適応ＮＦ：Ａ３の中心周波数の推定に誤差がある、等の理由が考えられ、これへの対処のために自動調整器１を再度動作させてもよい。

上記説明したように、本実施例によれば、適応ＮＦを直列２段に配置したためＢＰＦの設計が必要無く、２つの適応ＮＦが任意の１つ以上の共振特性の各々に対して適切に収束するため、２つの実ＮＦを適切に設定することができる。

また、調整器５を設けたことで、抑制すべき制御対象の共振特性の数を見積もることができ、さらに実ＮＦの中心周波数に加えてノッチ幅も調整することができる。

なお、本実施例では、制御対象２４の周波数特性を具体的に与え自動調整器１の動作について説明したが、特にパラメータ決定器４１の動作に関しては、上記説明した以外の方針で決定動作を担ってもよい。具体的には、図１０に示すようなテーブルに基づいて、パラメータ決定器４１の振る舞いが規定されるとしてもよい。ちなみに、図１０のＮｏ．１が、図５、６に対応した振る舞いとなる。

加えて適応ＮＦは、図１１に示すように、適応ＮＦ：Ａ３にＮＦ１１３１を追加した構成でもよい。なお追加するＮＦの数は任意でよい。適応ＮＦ：Ａ３が内包するＮＦが直列に複数段となることで、適応ＮＦ：Ａ３の振動除去性能が向上し、適応ＮＦ：Ｂ４が適応ＮＦ：Ａ３とは異なる振動成分に収束しやすくなる。これにより、振動の第１成分と第２成分の振幅に差がある場合であっても、各適応ＮＦにて振動の第１成分と第２成分の周波数の見積もり精度向上が期待できる。

以上のように、本実施例によれば、適応ＮＦを直列２段に配置したためＢＰＦの設計が必要無く、２つの適応ＮＦが任意の２つの共振特性の各々に対して適切に収束するため、２つの実ＮＦを適切に設定できる。また調整器を設けたことで、抑制すべき制御対象の共振特性の数を見積もることができ、さらに実ＮＦの中心周波数に加えてノッチ幅も調整できる。

本実施例は、ＦＢ制御系の自動調整方法およびＦＢ制御装置として、図１２に示すＡＣサーボモータのカスケードＦＢ制御系における速度制御系への適用を想定した場合について説明する。

図１２において、図２に示した機械系の共振を抑制する手段である実ＮＦ：Ａ２２および実ＮＦ：Ｂ２３は、ＦＢ制御器である速度制御器１２２の後段に設けられ、図１に示した自動調整器１のＨＰＦ２は、図１２のエンコーダ１２９の出力から位置・速度算出１２１１で算出されたモータ速度（モータ回転数）を入力として取り扱う。

モータの電気回路部分を電流制御器１２３が制御し、この制御周期が速度制御器１２２より速い前提においては、速度制御系において、電流制御系は近似的に１（速度制御器１２２の操作量がモータの機械部分（ロータ）に直達される）にみなされる。したがって速度制御器１２２の制御対象は、モータの機械部分（ロータ）とモータのロータに結合された機械１２１３であり、これが図２に示した制御対象２４に相当する。

機械１２１３の慣性数は１とし、機械１２１３とモータのロータが非剛に結合されている場合は、制御対象２４は、機械１２１３とモータのロータがバネ・ダンパで結合された２慣性系とみなすことができ、図２に示すような１組の共振・反共振特性を含む周波数特性２５を有することになる。

また、機械１２１３の慣性数が２で各慣性はバネ・ダンパで結合され、その一方がモータのロータに対して非剛に結合されている場合は、制御対象２４は、各慣性がバネ・ダンパで結合された３慣性系とみなすことができ、図２に示すような２組の共振・反共振特性を含む周波数特性２６を有することになる。

自動調整器１は実施例１で示したように、制御対象２４の周波数特性が周波数特性２５、周波数特性２６のいずれであっても、ＦＢ制御系内の各実ＮＦの中心周波数、およびノッチ幅を調整することが可能である。

したがって、本実施例によれば、図１２に示すＡＣサーボモータのカスケードＦＢ制御系における速度制御系に対しても、２つの適応ＮＦが任意の１つ以上の共振特性の各々に対して適切に収束し２つの実ＮＦを適切に設定することができる。

また、調整器５を設けたことで、抑制すべき制御対象の共振特性の数を見積ることができ、さらに実ＮＦの中心周波数に加えてノッチ幅も調整することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部は、それらの一部又は全部を、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することによりソフトウェアで実現してもよいし、例えば集積回路で設計することによるハードウェアで実現してもよい。

１：自動調整器、２：ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、３：適応ノッチフィルタＡ（適応ＮＦＡ）、４：適応ノッチフィルタＢ（適応ＮＦＢ）、５：調整器、２１：フィードバック制御器（ＦＢ制御器）、２２：実ノッチフィルタＡ（実ＮＦＡ）、２３：実ノッチフィルタＢ（実ＮＦＢ）、２４：制御対象、４１：パラメータ決定器、１００：パラメータ決定器の振る舞いテーブル、１２７：ＡＣサーボモータ、１２１３：機械

Claims (4)

1. フィードバック制御器の後段に直列２段に実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２が設けられたフィードバック制御系の、前記実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２のフィルタパラメータである中心周波数およびノッチ幅を自動調整する自動調整器を含む前記フィードバック制御系の自動調整方法であって、
   前記自動調整器は、ハイパスフィルタ、直列２段の適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２、および調整器から成り、前記ハイパスフィルタを用いて前記フィードバック制御系の応答から制御対象の共振特性に起因した振動成分を抽出し、前記抽出した振動成分を前記適応ノッチフィルタ１の入力とし、
   前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２は、入力信号の主たる振動成分の周波数を特定し、主たる振動成分のみを入力信号から除去し出力するように適応収束し、前記中心周波数を推定し、
   前記調整器は、前記ハイパスフィルタの出力をもとに振動成分の有無の検出と、前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２の入出力信号に基づき前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２の振動成分除去の効果の有無の判定を行い、前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２のパラメータ値に基づき、前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２のパラメータ収束の有無の判定、および前記適応ノッチフィルタ１と前記適応ノッチフィルタ２のパラメータの差異を把握し、
   さらに前記調整器は、前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２のノッチ幅の適応収束の下限が初期値として定められており、前記振動成分の有無の検出と、前記振動成分除去の効果の有無の判定結果と、前記パラメータ収束の有無の判定結果と、前記パラメータの差異とに基づき、前記パラメータ収束が有である場合に前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２の前記推定した中心周波数は適正に推定できたと判断し、前記振動成分の有無の検出により前記ハイパスフィルタの出力の振動成分が残り前記初期値として設定したノッチ幅は不十分であると判断した場合に、前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２のノッチ幅を前記初期値から所定分だけ増加させて設定し、
   再度、前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２を動作させ、
   前記調整器は、前記振動成分の有無の検出と、前記振動成分除去の効果の有無の判定結果と、前記パラメータ収束の有無の判定結果と、前記パラメータの差異とに基づき、前記パラメータ収束が有である場合に前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２の前記推定した中心周波数は適正に推定できたと判断し、前記振動成分除去の効果が有で、前記パラメータ収束が有である場合に前記所定分だけ増加させて設定したノッチ幅は適切であると判断し、前記推定した中心周波数および前記所定分だけ増加させて設定したノッチ幅を前記実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２に設定することを特徴とするフィードバック制御系の自動調整方法。
2. フィードバック制御器の後段に直列２段に実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２が設けられたフィードバック制御系の、前記実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２のフィルタパラメータである中心周波数およびノッチ幅を自動調整する自動調整器を含む前記フィードバック制御系の自動調整方法であって、
   前記自動調整器は、ハイパスフィルタ、直列２段の適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２、および調整器から成り、前記ハイパスフィルタを用いて前記フィードバック制御系の応答から制御対象の共振特性に起因した振動成分を抽出し、前記抽出した振動成分を前記適応ノッチフィルタ１の入力とし、
   前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２は、入力信号の主たる振動成分の周波数を特定し、主たる振動成分のみを入力信号から除去し出力するように適応収束し、前記中心周波数を推定し、
   前記調整器は、前記ハイパスフィルタの出力をもとに振動成分の有無の検出と、前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２の入出力信号に基づき前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２の振動成分除去の効果の有無の判定を行い、前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２のパラメータ値に基づき、前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２のパラメータ収束の有無の判定、および前記適応ノッチフィルタ１と前記適応ノッチフィルタ２のパラメータの差異を把握し、
   さらに前記調整器は、前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２のノッチ幅の適応収束の下限が初期値として定められており、前記振動成分の有無の検出と、前記振動成分除去の効果の有無の判定結果と、前記パラメータ収束の有無の判定結果と、前記パラメータの差異とに基づき、前記振動成分除去の効果が有で、前記パラメータ収束が有である場合に、前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２は前記振動成分に適応できたと判断し、前記適応ノッチフィルタ１と前記適応ノッチフィルタ２のパラメータの差異がなく前記振動成分は１種であると推測した場合に、前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２のノッチ幅を前記初期値から増加させて設定し、
   前記実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２に対してフィルタパラメータを適用せずに、再度前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２を動作させ、
   前記調整器は、前記振動成分の有無の検出と、前記振動成分除去の効果の有無の判定結果と、前記パラメータ収束の有無の判定結果と、前記パラメータの差異とに基づき、前記振動成分除去の効果が有で、前記パラメータ収束が有である場合に前記適応ノッチフィルタ１の前記増加したノッチ幅が主たる振動成分を除去するものとして適当であったと判断し、２回目の前記適応ノッチフィルタ１での中心周波数の推定値および前記増加して設定したノッチ幅を前記実ノッチフィルタ１に設定し、前記実ノッチフィルタ２をオフに設定することを特徴とするフィードバック制御系の自動調整方法。
3. フィードバック制御器の後段に直列２段に実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２が設けられ、前記実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２のフィルタパラメータである中心周波数およびノッチ幅を自動調整する自動調整器を含むフィードバック制御装置であって、
   前記自動調整器は、ハイパスフィルタ、直列２段の適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２、および調整器から成り、
   前記ハイパスフィルタを用いてフィードバック制御系の応答から制御対象の共振特性に起因した振動成分を抽出し、
   前記抽出した振動成分を前記適応ノッチフィルタ１の入力とし、
   前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２は、入力信号の主たる振動成分の周波数を特定し、主たる振動成分のみを入力信号から除去し出力するように適応収束し、前記中心周波数を推定し、
   前記調整器は、前記ハイパスフィルタの出力をもとに振動成分の有無の検出と、前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２の入出力信号に基づき前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２の振動成分除去の効果の有無の判定を行い、前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２のパラメータ値に基づき、前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２のパラメータ収束の有無の判定、および前記適応ノッチフィルタ１と前記適応ノッチフィルタ２のパラメータの差異を把握し、
   さらに前記調整器は、前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２のノッチ幅の適応収束の下限が初期値として定められており、前記振動成分の有無の検出と、前記振動成分除去の効果の有無の判定結果と、前記パラメータ収束の有無の判定結果と、前記パラメータの差異とに基づき、前記パラメータ収束が有である場合に前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２の前記推定した中心周波数は適正に推定できたと判断し、前記振動成分の有無の検出により前記ハイパスフィルタの出力の振動成分が残り前記初期値として設定したノッチ幅は不十分であると判断した場合に、前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２のノッチ幅を前記初期値から所定分だけ増加させて設定し、
   再度、前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２を動作させ、
   前記調整器は、前記振動成分の有無の検出と、前記振動成分除去の効果の有無の判定結果と、前記パラメータ収束の有無の判定結果と、前記パラメータの差異とに基づき、前記パラメータ収束が有である場合に前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２の前記推定した中心周波数は適正に推定できたと判断し、前記振動成分除去の効果が有で、前記パラメータ収束が有である場合に前記所定分だけ増加させて設定したノッチ幅は適切であると判断し、前記推定した中心周波数および前記所定分だけ増加させて設定したノッチ幅を前記実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２に設定することを特徴とするフィードバック制御装置。
4. フィードバック制御器の後段に直列２段に実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２が設けられ、前記実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２のフィルタパラメータである中心周波数およびノッチ幅を自動調整する自動調整器を含むフィードバック制御装置であって、
   前記自動調整器は、ハイパスフィルタ、直列２段の適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２、および調整器から成り、
   前記ハイパスフィルタを用いてフィードバック制御系の応答から制御対象の共振特性に起因した振動成分を抽出し、
   前記抽出した振動成分を前記適応ノッチフィルタ１の入力とし、
   前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２は、入力信号の主たる振動成分の周波数を特定し、主たる振動成分のみを入力信号から除去し出力するように適応収束し、前記中心周波数を推定し、
   前記調整器は、前記ハイパスフィルタの出力をもとに振動成分の有無の検出と、前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２の入出力信号に基づき前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２の振動成分除去の効果の有無の判定を行い、前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２のパラメータ値に基づき、前記適応ノッチフィルタ１および前記適応ノッチフィルタ２のパラメータ収束の有無の判定、および前記適応ノッチフィルタ１と前記適応ノッチフィルタ２のパラメータの差異を把握し、
   さらに前記調整器は、前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２のノッチ幅の適応収束の下限が初期値として定められており、前記振動成分の有無の検出と、前記振動成分除去の効果の有無の判定結果と、前記パラメータ収束の有無の判定結果と、前記パラメータの差異とに基づき、前記振動成分除去の効果が有で、前記パラメータ収束が有である場合に、前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２は前記振動成分に適応できたと判断し、前記適応ノッチフィルタ１と前記適応ノッチフィルタ２のパラメータの差異がなく前記振動成分は１種であると推測した場合に、前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２のノッチ幅を前記初期値から増加させて設定し、
   前記実ノッチフィルタ１および実ノッチフィルタ２に対してフィルタパラメータを適用せずに、再度前記適応ノッチフィルタ１および適応ノッチフィルタ２を動作させ、
   前記調整器は、前記振動成分の有無の検出と、前記振動成分除去の効果の有無の判定結果と、前記パラメータ収束の有無の判定結果と、前記パラメータの差異とに基づき、前記振動成分除去の効果が有で、前記パラメータ収束が有である場合に前記適応ノッチフィルタ１の前記増加したノッチ幅が主たる振動成分を除去するものとして適当であったと判断し、２回目の前記適応ノッチフィルタ１での中心周波数の推定値および前記増加して設定したノッチ幅を前記実ノッチフィルタ１に設定し、前記実ノッチフィルタ２をオフに設定することを特徴とするフィードバック制御装置。

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