JPH0678575A - サーボ系のノッチフィルタ自動調整方法及び装置 - Google Patents
サーボ系のノッチフィルタ自動調整方法及び装置Info
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- JPH0678575A JPH0678575A JP4114606A JP11460692A JPH0678575A JP H0678575 A JPH0678575 A JP H0678575A JP 4114606 A JP4114606 A JP 4114606A JP 11460692 A JP11460692 A JP 11460692A JP H0678575 A JPH0678575 A JP H0678575A
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Abstract
ルタの係数の設定を短時間に且つ自動的に行う。 【構成】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をサーボ系から切離し、測定用指
令信号VCM2 を関数発生器4からサーボ系に入力して試
験動作を行う。中心周波数設定器9により、サーボ系を
試験動作させたときにサーボ系から出力される動作信号
を周波数分析する。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この不要周波数成分を中心周波
数として決定する。次に決定した中心周波数と尖鋭度と
の関係に基づいて、係数設定器10によりデジタルノッ
チフィルタ7の離散伝達関数の各係数を求めて離散伝達
関数に代入する。
Description
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。
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。
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。
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。
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,一巡したトルク指令信号
等)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。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。
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。
器から測定用指令信号として速度指令信号をサーボ系に
与える場合には、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の速度ループを閉ループ構
成とし、周波数分析では動作信号として速度検出信号を
用いる。また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場合には、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
号または一巡トルク指令信号を用いる。
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。
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。
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。
出信号、トルク指令信号等)を周波数分析し、その結果
から不要周波数成分を検出して、検出した不要周波数成
分の中から中心周波数を決定し、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。
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、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。
は、速度指令信号と速度検出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
めたほうが、不用周波数成分による振動時には、少ない
トルク指令信号で速度検出信号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。同様に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度指信号との振幅比
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。
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。
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。
ック線図で示したものであり、図2は第1の実施例の中
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。
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。
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、本実施例で
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。
一次変換すると、(2)式のようになる。
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。
る。
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12及び14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。
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、本実施例では中心周波数fc の設定範囲を200 Hz
〜1280 Hz とする。
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。
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。
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、本実施例では尖鋭度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。
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13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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、本実施例の場合、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。
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。
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。
データとして速度検出信号VTGを入力しているが、該信
号VTGを微分した信号データを入力して不要周波数成分
のピックアップ感度を上げるように構成してもよい。ま
た測定用指令信号として電流指令信号ICMを用い、周波
数分析の動作信号として電流検出信号IF を用いるよう
に構成してもよい。
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210,210
a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。
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。
ボ系をブロック線図で示したものであり、図1に示した
第1の実施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。本実施例において、図1の実施例と
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1
5及び16が追加された。
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 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T
CM2 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。
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。
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
206´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3
03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。
サンプルデータDi として、一巡したトルク指令信号T
CM1 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、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
してもよく、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。
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。
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。
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10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。
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。
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。
れば、サーボ系の動作信号を周波数分析して不要周波数
成分を検出し、この不要周波数成分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。
サーボ系への挿入まで自動で行えば作業性が大幅に向上
する。
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。
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。
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。
ク線図である。
成の一例を示すブロック線図である。
成の他の例を示すブロック線図である。
すフローチャートである。
ング周期毎の処理を示すフローチャートである。
ング周期毎の処理を示すフローチャートである。
プリング周期毎の処理を示すフローチャートである。
ク線図である。
Claims (15)
- 【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うことを
特徴とするサーボ系のノッチフィルタ自動調整方法。 - 【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。 - 【請求項3】前記関数発生器から前記測定用指令信号と
して速度指令信号を出力し、 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
ループを閉ループ構成として、前記動作信号と前記測定
用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。 - 【請求項4】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
出信号または一巡したトルク指令信号を用い、 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―プンループ構成として、前記動作信号と前
記測定用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。 - 【請求項5】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。 - 【請求項6】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。 - 【請求項7】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。 - 【請求項8】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。 - 【請求項9】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
具備してなるサーボ系のノッチフィルタ自動調整装置。 - 【請求項10】前記関数発生器は前記測定用指令信号と
して速度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
閉ループ構成として、前記関数発生器から出力された前
記測定用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動作信号と前記測定
用指令信号との振幅比を各周波数毎に演算する振幅比演
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
れる請求項9に記載のサーボ系のノッチフィルタ自動調
整装置。 - 【請求項11】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て、前記関数発生器から出力さ
れた前記測定用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または一巡したトルク指令信号を
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または一
巡したトルク指令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不要周波数成分の振
幅と前記速度指令信号またはトルク指令信号の振幅との
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
計数設定器に出力する中心周波数決定手段とから構成さ
れる請求項9に記載のサーボ系のノッチフィルタ自動調
整装置。 - 【請求項12】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10または11に記載のサーボ系のノッ
チフィルタ自動調整装置。 - 【請求項13】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10または11に記載のサーボ系のノ
ッチフィルタ自動調整装置。 - 【請求項14】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9に記載のサ
ーボ系のノッチフィルタの自動調整装置。 - 【請求項15】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9に
記載のサーボ系のノッチフィルタの自動調整装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4114606A JP2744731B2 (ja) | 1992-05-07 | 1992-05-07 | サーボ系のノッチフィルタ自動調整方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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JPH0678575A true JPH0678575A (ja) | 1994-03-18 |
JP2744731B2 JP2744731B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=14642070
Family Applications (1)
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JP4114606A Expired - Lifetime JP2744731B2 (ja) | 1992-05-07 | 1992-05-07 | サーボ系のノッチフィルタ自動調整方法及び装置 |
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