JPH06253564A - モータ共振周波数減衰用フィルタの定数値設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】サーボアナライザ等の計測器を用いることなく
容易に負荷と連結されたモータの共振周波数を求める。 【構成】負荷Ｆと連結されたモータＭをＰＩＤ制御回路
１とは別に乱数発生回路４の不規則な周波数成分を有す
る乱数信号にて駆動し、その時のモータＭの回転速度を
検出器８により検出して記憶部９に記憶させる。そし
て、記憶されたモータＭの回転速度データをコンピュー
タ１１により解析して周波数スペクトルに分解する。そ
の周波数スペクトルから共振周波数を求めてノッチフィ
ルタ６の定数値を設定する。従って、乱数発生回路４、
記憶部９等を付加した安価な構成で、サーボアナライザ
等の測定器を用いることなく容易に共振周波数を求める
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は減速機構が装備されてい
ない例えば、ダイレクトドライブモータを低速回転にて
駆動する際に、負荷と連結した状態でのモータの共振周
波数を減衰するフィルタの定数値を設定する方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、減速機構が装備されていない例
えば、ダイレクトドライブモータ（以下、モータとい
う）においては、そのモータの低速トルクを大きくして
低速回転にて駆動できるようにしたものがある。ところ
が、そのモータと負荷とを連結して低速回転にて駆動さ
せる場合、その負荷となる機構の共振周波数が低いとモ
ータが共振して振動を起こすことがあるという問題があ
った。

【０００３】そこで、モータの振動を抑制するために例
えば、図３に示すようなモータの制御装置が提案されて
いる。この制御装置ではＰＩＤ制御回路３０を用い、検
出器３１により検出されたモータＭの位置又は速度信号
（実際値Ｎ）と駆動指令信号（目標値Ｎｒ）との偏差に
基づいてモータＭの回転速度をフィードバック制御する
ようになっている。又、この制御装置のＰＩＤ制御回路
３０とモータ駆動回路３３との間にはノッチフイルタ３
４が設けられている。このノッチフィルタ３４は予め設
定された定数値に基づいて、前記ＰＩＤ制御回路３０よ
り出力された制御信号（デジタルパルス）の前記モータ
Ｍの振動を誘発させる特定の周波数を減衰させるように
なっている。従って、モータＭと負荷とを連結した状態
での負荷となる機構の共振周波数すなわち、モータの共
振周波数を特定の周波数とすればモータＭの振動は抑制
される。そのためには前記ノッチフィルタ３４の定数値
をその共振周波数に対応した値に設定する必要がある。

【０００４】そして、従来、ノッチフィルタ３４の定数
値を設定する方法としては、サーボアナライザ等の計測
器を用いてモータＭの駆動時における共振周波数を測定
し、その共振周波数と対応する定数値を設定するように
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したノ
ッチフィルタ３４の定数値設定方法では、サーボアナラ
イザ等の計測器を用いて共振周波数を測定しているた
め、計測器が高価となり測定にコストがかかるという問
題がある、又、計測器が大型であるためモータＭの設置
場所へのセッティングが困難となるという問題がある。

【０００６】このため、共振周波数を実測によらず計算
により求めるということも考えられるが、負荷となる機
構が複数の部品から構成されているため、部品毎に共振
周波数が異なる。従って、機構全体の共振周波数を計算
により正確に求めるのは困難である。

【０００７】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的はサーボアナライザ等の計
測器を用いることなく共振周波数を容易に求めることが
できるモータ共振周波数減衰用フィルタの定数値設定方
法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明では、負荷と連結されたモータの回転時に、
モータの回転速度の目標値と検出手段により検出された
モータの回転変化量の実際値との偏差に基づいて、モー
タの回転速度をフィードバック制御する制御手段と、そ
の制御手段の制御信号に基づいてモータを駆動させる駆
動手段との間に設けられ、前記制御手段の制御信号のモ
ータ共振周波数を減衰させるフィルタにおいて、前記制
御手段とは別に不規則な周波数からなるモータ駆動信号
を駆動手段に出力してモータを駆動し、前記検出手段に
より検出されたモータの回転変化量を記憶し、その記憶
されたモータの回転変化量のデータに基づいて共振周波
数を求め、その共振周波数に基づいて前記フィルタの定
数値を設定するようにした。

【０００９】

【作用】本発明の方法では、負荷と連結されたモータを
制御手段とは別に不規則な周波数からなる駆動信号にて
駆動し、その時に検出手段により検出されたモータの回
転変化量を記憶する。そして、記憶されたモータの回転
変化量のデータに基づいて共振周波数が求められ、その
共振周波数に基づいてフィルタの定数値が設定される。
従って、駆動手段、検出手段を共用できるため、安価な
構成となりサーボアナライザ等の測定器を用いることな
く、共振周波数を容易に求めることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の方法をダイレクトドライブモ
ータ（以下、単にモータという）の制御装置に具体化し
た実施例を図１、図２に従って説明する。

【００１１】図１に示すように、モータＭの制御装置は
制御手段としてのＰＩＤ制御回路１を備えており、その
入力側には演算器２が接続されている。演算器２はモー
タＭの回転速度の目標値Ｎｒと、後記する検出手段とし
ての検出器８により検出されたモータＭの回転速度の実
際値Ｎとの偏差を演算する。そして、ＰＩＤ制御回路１
は演算器２にて演算された偏差に基づいてＰＩＤ値を算
出し、そのＰＩＤ値すなわち、モータＭの制御信号をパ
ルス列にて出力してモータＭを一定速度（目標の速度）
にフィードバック制御する。

【００１２】前記ＰＩＤ制御回路１の出力側は第一のリ
レースイッチ３の固定接点の端子ｃに接続されている。
又、第一のリレースイッチ３の別の固定接点の端子ｄに
は乱数発生回路４が接続されている。乱数発生回路４は
プログラムシフトレジスタからなり、前記ＰＩＤ制御回
路１のＰＩＤ値とは別の不規則な周波数成分を有するＭ
系列の乱数信号を発生する。このＭ系列信号はディジタ
ル的に発生される疑似不規則信号である。

【００１３】前記第一のリレースイッチ３の可動接点の
端子３ａは、第二のリレースイッチ５の固定接点の端子
ａに接続されるとともに、モータ共振周波数減衰用フィ
ルタとしてのノッチフィルタ６の入力側に接続されてい
る。又、第二のリレースイッチ５の別の固定接点の端子
ｂは、ノッチフィルタ６の出力側に接続されている。更
に、第二のリレースイッチ５の可動接点の端子５ａは駆
動手段としてのモータ駆動回路７に接続されている。

【００１４】前記ノッチフィルタ６はコンデンサや抵抗
から構成され、予め設定された定数値に基づいてＰＩＤ
制御回路１から出力された制御信号の共振によるモータ
Ｍの振動を誘発させる特定の周波数を減衰させる。な
お、このノッチフィルタ６の定数値はコンデンサと抵抗
の値により求められる。前記モータ駆動回路７はトラン
ジスタやダイオードから構成され、前記ＰＩＤ制御回路
１から出力された制御信号に基づいて、モータＭのコイ
ルに電流を流してトルクを発生させる。なお、本実施例
におけるモータＭは、ＶＲ（バリアブル・リラクタン
ス）型のステッピングモータを採用している。

【００１５】そして、前記ＰＩＤ制御回路１の制御信号
は、前記第一のリレースイッチ３が端子ｃ側（二点鎖線
にて図示）に切替えられ、第二のリレースイッチ５が端
子ｂ側（二点鎖線にて図示）に切替えられた状態でモー
タ駆動回路７に出力されるようになっている。すなわ
ち、ＰＩＤ制御回路１によるフィードバック制御時に
は、ノッチフィルタ６を介して特定の周波数が減衰され
たＰＩＤ制御回路１の制御信号がモータ駆動回路７に出
力されるようになっている。

【００１６】又、前記乱数発生回路４の乱数信号は、第
一のリレースイッチ３が端子ｄ側（実線にて図示）に切
替えられ、第二のリレースイッチ５が端子ａ側（実線に
て図示）に切替えられた状態でモータ駆動回路７に出力
されるようになっている。すなわち、乱数発生時にはノ
ッチフィルタ６を介さずに、不規則な周波数成分を有す
る乱数信号がモータ駆動回路７に出力されるようになっ
ている。従って、乱数発生回路４の乱数信号に基づいて
モータＭの回転速度は制御され、負荷Ｆと連結された状
態でのモータＭの共振実験を行うことができるようにな
っている。なお、第一及び第二のリレースイッチ３，５
の切替制御は、後記するコンピュータ１１により行われ
るようになっている。

【００１７】モータＭには前記した検出器８が接続され
ている。この検出器８は光学式エンコーダからなり、モ
ータＭの回転変化量としての回転速度の実際値Ｎをパル
ス信号にて検出する。すなわち、検出器８はＰＩＤ制御
回路１によるフィードバック制御時及び、乱数発生回路
４の乱数信号発生時において、モータＭの回転速度の実
際値Ｎを検出する。

【００１８】前記検出器８の出力側には記憶部９が接続
されている。この記憶部９はＲＡＭ（ランダムアクセス
メモリ）からなり、検出器８により検出されたその時々
の乱数信号の値に対するモータＭの回転速度の実際値Ｎ
を記憶する。記憶部９は通信部１０と接続されている。
通信部１０はコンピュータ１１とオンライン接続されて
おり、前記記憶部８の記憶データの管理を行うととも
に、コンピュータ１１の制御信号に従って、第一及び第
二のリレースイッチ３，５の切替、更には乱数発生回路
７の動作を行うようになっている。又、通信部１０は設
定された電送制御手順に従ってコンピュータ１１との間
でデータの送受信を行うようになっている。

【００１９】コンピュータ１１は解析処理プログラム等
を備えており、キーボードのキー操作に従って通信部１
０に制御信号を送信したり、通信部１０より受信したデ
ータを解析処理するようになっている。又、コンピュー
タ１１は受信時において、モータＭの回転速度データを
ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理して周波数スペクトル
に分解する。そして、コンピュータ１１はその周波数ス
ペクトルを図示しないディスプレイにグラフ表示するよ
うになっている。従って、グラフ表示された周波数スペ
クトルのピークを示す周波数が共振周波数すなわち、前
記特定の周波数となり、その共振周波数を読取ることに
よりノッチフィルタ５の定数値が設定されるようになっ
ている。

【００２０】次に、上記のように構成されたモータＭの
制御装置の作用を図２に従って説明する。コンピュータ
１１が操作されて解析処理プログラムを実行させると、
コンピュータ１１は通信部１０に処理開始の制御信号を
送信する。すると、通信部１０は第一のリレースイッチ
３を端子ｄ側に切替えるとともに、第二のリレースイッ
チ５を端子ａ側に切替えて乱数発生回路４とモータ駆動
回路７とを接続させる（ステップ（以下、ステップをＳ
という）１）。

【００２１】次に、通信部１０は乱数発生回路４を一定
時間の間動作させてＭ系列の乱数信号を発生させる（Ｓ
２）。すると、その乱数信号によりモータ駆動回路７を
介してモータＭが駆動され、検出器８はそのときのモー
タＭの回転速度を検出する（Ｓ３）。

【００２２】そして、記憶部９は検出器８により検出さ
れたモータＭの回転速度データを記憶する（Ｓ４）。次
に、通信部１０は記憶部９に記憶されたモータＭの回転
速度データを読出して、電送制御手順に従ってコンピュ
ータ１１に送信する（Ｓ５）。そして、コンピュータ１
１はこの回転速度データを受信してＦＦＴ（高速フーリ
エ変換）処理して周波数スペクトルに分解し、分解され
た周波数スペクトルを図示しないディスプレイにグラフ
表示させる（Ｓ６）。

【００２３】続いて、ディスプレイにグラフ表示された
周波数スペクトルのピークを共振周波数として読取り、
その共振周波数すなわち、特定の周波数を減衰させるた
めのノッチフィルタ５の定数値となるように、その抵抗
とコンデンサの値を設定する（Ｓ７）。そして、コンピ
ュータ１１が操作されて解析処理プログラムを終了させ
ると、コンピュータ１１は通信部１０に処理終了の制御
信号を送信する。すると、通信部１０は第二のリレース
イッチ５を端子ｂ側に切替えるとともに、第一のリレー
スイッチ３を端子ｃ側に切替えてＰＩＤ制御回路１をノ
ッチフィルタ６を介してモータ駆動回路７と接続させる
（Ｓ８）。このようにして、以後そのノッチフィルタ６
によりＰＩＤ制御回路３から出力される制御信号の共振
周波数が減衰される。従って、モータＭは共振せずに駆
動される。

【００２４】上記したように本実施例においては、乱数
発生回路４より乱数信号を発生させてモータＭを駆動
し、そのときのモータＭの回転速度を検出器８より検出
して記憶部９に記憶し、その記憶された回転速度データ
をコンピュータ１１により解析して共振周波数を求める
ようにした。従って、この方法では従来のモータＭの制
御装置に乱数発生回路４、記憶部９等を付加した安価な
構成であるため、サーボアナライザ等の計測器を用いる
ことなく、共振周波数を容易に求めることができる。

【００２５】又、従来のモータＭの制御装置に乱数発生
回路４、記憶部９等を付加した構成であるため、モータ
Ｍの設置場所へ直接セッティングするだけで共振周波数
を容易に求めることができる。

【００２６】さらに、コンピュータ１１により回転速度
データをＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理して周波数ス
ペクトルに分解して表示するようにしたことにより、共
振周波数を確実に求めることができる。

【００２７】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で以下の
ようにしてもよい。 （１）上記実施例のノッチフィルタ６をデジタルフィル
タやＳＣＦ（スイッチド・キャパシタ・フィルタ）等に
変更してもよい。

【００２８】（２）モータＭの制御装置を構成するＰＩ
Ｄ制御回路１、演算器２、第一及び第二のリレースイッ
チ３，５、乱数発生回路４、ノッチフィルタ６、記憶部
９、通信部１０をＣＰＵ（中央演算処理装置）に組込ん
で、デジタル的にモータＭの駆動制御、フィルタの定数
値設定処理等を行うようにしてもよい。この場合、ノッ
チフィルタ６にはデジタルフィルタが採用される。

【００２９】（３）上記実施例では、モータＭをＶＲ型
のステッピングモータとしたが、代わりに、ＰＭ（パー
マネント・マグネット）型サーボモータ、ＨＢ（ハイブ
リッド）型ステッピングモータやインダクションモータ
等に適用してもよい。

【００３０】（４）上記実施例では、乱数発生回路４に
よりＭ系列の乱数信号を発生させてモータＭを駆動させ
るようにしたが、代わりに、不規則な周波数の正弦波を
発生させてモータＭを駆動させるようにしてもよい。

【００３１】（５）ノッチフィルタ６の定数値を設定し
た後、実際にモータＭを使用する前に、以下のようにし
てモータＭを駆動させてもよい。すなわち、第一のリレ
ースイッチ３を端子ｄ側に切替えるとともに、第二のリ
レースイッチ５を端子ａ側に切替えて乱数発生回路４を
ノッチフィルタ６を介してモータ駆動回路７に接続して
駆動させる。上記の場合、乱数発生回路４の乱数信号は
ノッチフィルタ６を通過してモータＭを駆動させるた
め、設定したノッチフィルタ６の定数値による共振周波
数の減衰効果を確認することができる。すなわち、ノッ
チフィルタ５の定数値が適切で、モータＭが共振するか
否かを確認することができる。

【００３２】（６）上記実施例では、検出手段として光
学式エンコーダからなる検出器８を採用したが、代わり
に、磁気式、レーザ式エンコーダ等の検出器を採用して
もよい。

【００３３】（７）上記実施例では、検出器８によりモ
ータＭの回転変化量として回転速度を検出するようにし
たが、モータＭの回動位置を検出して共振周波数を求め
るようにしてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の方法によれ
ば、サーボアナライザ等の計測器を用いることなく共振
周波数を容易に求めることができるという優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のモータの制御装置の電気的構
成を示すブロック図である。

【図２】同じく、ノッチフィルタの定数値設定処理を示
すフローチャートである。

【図３】従来例のモータの制御装置の電気的構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】 １…制御手段としてのＰＩＤ制御回路、４…乱数発生回
路、６…モータ共振周波数減衰用フィルタとしてのノッ
チフィルタ、７…駆動手段としてのモータ駆動回路、８
…検出手段としての検出器、９…記憶部、１０…通信
部、１１…コンピュータ、Ｎ…実際値、Ｎｒ…目標値、
Ｆ…負荷、Ｍ…モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷と連結されたモータの回転時に、モ
   ータの回転速度の目標値と検出手段により検出されたモ
   ータの回転変化量の実際値との偏差に基づいて、モータ
   の回転速度をフィードバック制御する制御手段と、その
   制御手段の制御信号に基づいてモータを駆動させる駆動
   手段との間に設けられ、前記制御手段の制御信号のモー
   タ共振周波数を減衰させるフィルタにおいて、 前記制御手段とは別に不規則な周波数からなるモータ駆
   動信号を駆動手段に出力してモータを駆動し、前記検出
   手段により検出されたモータの回転変化量を記憶し、そ
   の記憶されたモータの回転変化量のデータに基づいて共
   振周波数を求め、その共振周波数に基づいて前記フィル
   タの定数値を設定するようにしたことを特徴とするモー
   タ共振周波数減衰用フィルタの定数値設定方法。