JPWO2006006552A1 - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

パラメータ入力装置を使用することなく、制御ゲインやノッチフィルタ周波数Ｎｆを設定、変更、再設定するとともに電動機制御装置導入時から通常運転までに必要であったゲイン調整にかかる手順を大幅に減らし、非熟練者であっても簡単に扱える電動機制御装置を提供する。入力設定装置として安価で実装面積が小さいロータリスイッチ２個（１、２）および表示装置とて５つのＬＥＤ（５）を備え、ロータリスイッチの接点でゲインを選択し、機械共振フィルタ周波数の設定は発生する振動周波数を検出することによって自動設定し、一度解除して再設定するためにはロータリスイッチを変更するだけという簡単な構成とする。

Description

本発明は、モータの応答特性を変更することで機械の特性に合わせた設定が可能な電動機制御装置において、複数のゲインやフィルタの設定数を少なくして簡単に調整することができ、運転開始に必要な手順を少なくすることを可能にする電動機制御装置に関する。

従来の電動機制御装置は、ゲインやフィルタの設定方法として速度制御部の比例ゲインＫｖなどから速度制御部の積分時定数、位置比例ゲインＫｐ、トルク指令フィルタなどの計算を行い、内部パラメータとして任意のディジタル値を設定、記憶している。サーボアンプのパラメータ設定方法などからある指標（この場合ワンパラメータゲイン）をパラメータ設定器から設定しているものもある。
例えば特許文献１の電動機制御装置は、比例積分演算部を備え、電動機の角速度を制御する速度制御部と、前記速度制御部の比例ゲイン（Ｋｖ）、積分時定数（Ｔｉ）のいずれかが設定された場合、以下の（１）かつ（２）式、あるいは（３）かつ（４）式で示される関係を常に保つ様に、他のゲインを設定することのできるゲイン設定部と、

２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｃｐｉ（比例積分制御型の場合） ・・・（１）
ただしＣｐｉは以下の条件で設定可能な定数

Ｃｐｉ≧４ ・・・（２）

２π・Ｋｖ・Ｔｉ≧Ｃｉｐ（積分比例制御型の場合） ・・・（３）
ただしＣｉｐは以下の条件で設定可能な定数

Ｃｉｐ≧２ ・・・（４）

比例演算を行う第１の補償部と、積分演算を行う第２の補償部と、前記速度制御部が出力する電動機のトルク信号（Ｔｒｅｆ）と前記第１の補償部の出力と前記第２の補償部の出力とを加算して、等価剛体モデルに入力するとともに、前記速度制御部の速度信号から前記等価剛体モデルの出力を差し引いた差信号を前記第１の補償部と前記第２の補償部へ入力する入力部と、前記第１の補償部の比例ゲインを第１のゲイン(ζｓ)と第２のゲイン(ωｓ)の積で定義し、前記第２の補償部の積分ゲインを前記第２のゲインの２乗で定義し、前記速度制御部の前記比例演算部の比例ゲイン（Ｋｖ）にあらかじめ設定する帯域設定係数（α）を乗算して前記第２のゲイン（ωｓ）とし、前記等価剛体モデルの出力と前記速度制御部の推定速度信号との差信号の絶対値をあらかじめ設定されている検出速度レベルと比較し、その大小を検出することが可能な振動検出部を備えている。また電動機制御装置における前記速度制御部に加えて、位相制御装置を備え、この位置制御装置の比例ゲイン（Ｋｐ）と前記速度制御部の比例ゲイン（Ｋｖ）、積分時定数（Ｔｉ）のいずれかが設定された場合、前記の（１）かつ（２）式、あるいは（３）かつ（４）および下記の（５）かつ（６）式、

Ｋｐ・Ｔｉ≦Ｃｐ（積分比例制御型） ・・・（５）
ただしＣｐは以下の条件で設定可能な定数

Ｃｐ≦０．３２ ・・・（６）

で示される関係を常に保つ様に、他のゲインを設定することのできるゲイン設定部、を備えている。また、電動機制御装置のゲイン設定方法は、振動検出部より振動検出出力があった場合に、ゲイン設定部が、自動的に比例ゲイン（Ｋｖ）を１０％程度下げ、振動検出出力が無くなるまで繰返し比例ゲイン（Ｋｖ）を下げるものである。

また、特許文献２におけるサーボモータの制御パラメータ調整装置は、サーボモータを制御するために用いられる複数の制御パラメータを調整する装置である。該複数の制御パラメータのうち少なくとも１つの制御パラメータを修正する第１の修正部と、該第１の修正部によって修正された少なくとも１つの制御パラメータの変化を計算する計算部と、計算された変化に基づいて、複数の制御パラメータのうち第１の修正部によって修正された少なくとも１つの制御パラメータ以外の制御パラメータを修正する第２の修正部とを備えるものである（例えば、特許文献２参照）。このようにサーボアンプにコンピュータとの通信を行い、キー入力部、表示部、記憶部などを介してサーボアンプ内のゲイン設定装置に対して位置比例ゲイン、速度比例ゲインなどを設定するものである。

このように、従来の電動機制御装置は、その制御ゲイン、フィルタの設定方法として、一つゲインとの関係式から一定の割合を保ちながら他のゲインやフィルタ時定数を決定するためにできるだけ細かく、任意の値を取ることが可能なように、パラメータなどの設定用数値をコンピュータや専用のオペレータをその入力装置として値を操作者が入力することで電動機制御装置内部のゲインやフィルタ時定数を設定する構成をとっているのである。
特開２００３−１８９６５３号公報（図２） 特開平０６−３１９２８４号公報（図１、図２、図７）

従来の電動機制御装置は、その速度制御部の比例ゲインＫｖ、積分時定数Ｔｉ、位置比例ゲインＫｐ、トルク指令フィルタＴｆなどの制御ゲイン値を任意に設定する。このため、内部パラメータとして任意のディジタル値を設定、変更させるために専用の外部設定器が必要となっていて、設定のためのスイッチなどのパラメータ入力変更スイッチ、前記ディジタル値を操作者が認識するためのパラメータ表示器を備えたパラメータ操作装置が必要である。このため電動機制御装置の構成部品点数が増え、結果的に電動機制御装置の製作コストがそのぶんだけ高く、製造に必要な工数が増えるという問題があった。

また、内部パラメータは通常複数のパラメータ番号およびパラメータ値をディジタル値で設定する必要があるので、これらを一つまたは数個のパラメータ入力操作装置で設定するため、異なるパラメータ値の変更のために、パラメータ番号の変更を行い、この番号に対応するパラメータ値を変更するなどの操作形式の変更を行う必要がある。これらの操作をするのは電動機制御装置を機械に取り付け、最初に運転し、応答を確認する際の短い期間だけに行われるが、これらの操作方法を間違えることなく、短時間で行うことは熟練操作者以外では難しかった。

また、パラメータ入力装置をなくすように設計しても、前記制御ゲインなどは応答特性を決めるもので、操作者が決定することが可能だが、機械の特性によって変わる機械共振対策フィルタであるノッチフィルタ周波数Ｎｆは機械からの応答を周波数解析など行った後で、自動設定される。このため一度設定したノッチフィルタ周波数Ｎｆに関して後で機械特性を大きく変更したり、電動機制御装置を交換したり、定格電力容量の異なるモータへ交換するなどして、電動機制御装置に記憶されているノッチフィルタ周波数Ｎｆが実際の機械特性の共振周波数と合わなくなる場合には、パラメータ入力装置が必要となり、ノッチフィルタの有効、無効やノッチフィルタ周波数Ｎｆの確認、変更、再設定の作業が必要になるというような問題もあった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は次のとおりである。（１）前記パラメータ入力装置を使用することなく、制御ゲインやノッチフィルタ周波数Ｎｆを設定、変更、再設定するとともに電動機制御装置導入時から通常運転までに必要であったゲイン調整にかかる手順を大幅に減らし、非熟練者であっても簡単に扱える電動機制御装置を提供する。
（２）複数の制御ゲインを調整するための任意のパラメータ値を設定する設定器を使うことなく、１つのロータリスイッチによる設定変更だけで制御ゲインを変更し制御装置を小形化する。
（３）電動機制御装置の取り付けられる機械の特性が大きく変わった場合でもスイッチの切換えだけで設定対応できるようにする。
（４）連続的な制御ゲインの設定に加え、新しいゲイン設定や、明らかに異なる特性の機械、モータ、電動機制御装置の機能に対応するためにスイッチに設定されているゲイン、フィルタ値の値を大きく切換えたり、スイッチに設定されていない電動機制御装置の制御ゲインに対する変更を可能とする。
（５）最初に電動機制御装置で機械を駆動する時に生じることがある機械共振周波数による過大な振動を未然に防止し、機械を破損したり、操作者や機械周辺の人に危害が及ばないようにする。

本発明は上記問題を解決するために、比例積分演算部を備え電動機の角速度を制御する速度制御部と、比例積分演算部を備え電動機の角度を制御する位置制御部と、前記位置制御部の比例ゲイン（Ｋｐ）、前記速度制御部の比例ゲイン（Ｋｖ）、前記速度制御部の積分時定数（Ｔｉ）、前記速度制御部から出力されるトルク指令を入力するトルク指令フィルタのローパスフィルタ時定数（Ｔｆ）、および前記位置制御部の前段に配置され位置指令の急峻な変動を滑らかにするための位置加減速フィルタのローパスフィルタ時定数（Ｔｐ）、の値を設定する設定部とを備えた電動機制御装置において、前記速度制御比例ゲインＫｖ、前記位置比例ゲインＫｐ、前記速度制御積分時定数Ｔｉ、前記トルク指令ローパスフィルタＴｆおよび、前記位置指令ローパスフィルタ時定数Ｔｐの値がその設定値に対してある一定の割合または任意の値で段階的に割り付けられた第一切換え部を備えたものである。
また、比例積分演算部を備え電動機の角速度を制御する速度制御部と、比例積分演算部を備え電動機の角度を制御する位置制御部と、前記位置制御部の比例ゲイン（Ｋｐ）、前記速度制御部の比例ゲイン（Ｋｖ）、前記速度制御部の積分時定数（Ｔｉ）、前記速度制御部から出力されるトルク指令を入力するトルク指令フィルタのローパスフィルタ時定数（Ｔｆ）、の値を設定する設定部と、前記トルク指令フィルタの後段に配置されるノッチフィルタとそのノッチフィルタ設定部と、を備えた電動機制御装置において、前記速度制御比例ゲインＫｖ、前記位置比例ゲインＫｐ、前記速度制御積分時定数Ｔｉ、前記トルク指令ローパスフィルタＴｆの値がその設定値に対してある一定の割合または任意の値で段階的に割り付けられた第一切換え部と、第一切換え部の設定を切換えることにより、前記ノッチフィルタ設定が、前記第一切換え部の変更前に設定されていたノッチフィルタを瞬時に解除し、前記第一切換え部が切換えられた直後、前記振動周波数解析部から新たな出力としてノッチフィルタ周波数値をトルク指令に再設定し、同時に前記設定記憶部に設定値を設定する設定部を備えたものである。
また、前記第一切換え部の設定値を常に不揮発メモリ内にその設定値を記憶する設定記憶部を備えたものである。
また、位置指令のパルス列指令の指令として符号信号およびパルス列、または正転パルス列および逆転パルス列指令を選択し、前記パルス信号の論理の選択と、指令分解能の選択をする指令パルス選択部と、前記指令パルス選択部の各設定値を割り付けられた第二切換え部を備えたものである。
また、前記ノッチフィルタの再設定は、電動機制御装置の電源が遮断されている場合に前記第一切換え部が変更された場合に、電源投入時の初期化処理中に前記設定記憶部に格納されている前回電源投入時の前記第一切換え部の設定値と今回電源投入時の前記第一切換え部の設定値を比較し、その値が異なる場合だけ改めてノッチフィルタを再設定するものである。

また、前記第二切換え部が電源投入中に変更されたことを検出する変更検出部を備えたものである。
また、前記変更検出部で電源投入中に前記第二切換え部が変更された場合、警告表示部へ警告表示するものである。
また、電源投入中に前記第二切換え部を変更し警告表示部が警告を発生した後、再度変更前の位置に戻した場合は警告表示部の警告表示を中止するものである。
また、前記警告表示部ＬＥＤや液晶等の発光部を点灯または断続的に点滅するものである。
また、モータ通電信号を入力し、モータが通電状態か否か、指令パルス列が電動機制御装置へ正しく入力されているか、または位置偏差を零クリアする信号が入力されたかのすくなくとも一つを表示する外部表示部を備えた請求項１または２記載の電動機制御装置。
また、前記電動機制御装置に異常が発生した場合に操作者にその内容を知らせることのできる外部表示表示部を備えたものである。
また、前記ノッチフィルタ設定部は前記第一切換え部の値の変化に連動し、一度ノッチフィルタ周波数Ｎｆが設定された後で前記第一切換え部が変更され、その設定値が変わった場合に再度周波数解析部からその時点での振動周波数を改めて受け取り、この値をノッチフィルタに再度設定するものである。
また、請求項１または２のいずれかの発明において前記第一切換え部をロータリスイッチまたはディップスイッチまたはピアノスイッチとしたものである。

これにより、次の作用、機能を備える。即ち、電動機電動機制御装置内部の応答性を決める複数の制御ゲインを調整するための任意のパラメータ値を設定する設定器を使うことなく、１つのロータリスイッチによる設定変更だけで制御ゲインを変更することができ、小型化された電動機制御装置の表面にある操作部に占める面積が小さいロータリスイッチを使用することにより、装置全体の小型化を実現することができ、電動機制御装置の内部にある電子部品を実装する基板の占有面積も同様に小さくすることができる。
また、操作者が設定する任意の制御ゲインだけでなく、機械に特有な機械共振周波数に対するノッチフィルタ周波数Ｎｆの自動設定、および自動再設定が上記の１つのロータリスイッチの変更だけで可能なので電動機制御装置の取り付けられる機械の特性が大きく変わった場合でもスイッチの変更だけで対応できる。
また、電動機制御装置の電源が遮断されている場合にもロータリスイッチを変更する場合、電動機制御装置の電源投入時の初期化処理の中で前回電源投入されていた状態からの変化を検出することができ、電源が投入されている時のみ処理可能なパラメータ値の設定方法では発生しない問題についても操作者の設定した内容を実現することができる。
また、ロータリスイッチの連続的な制御ゲインの設定に加え、新しいゲイン設定や、明らかに異なる特性の機械、モータ、電動機制御装置の機能に対応するためにロータリスイッチに設定されているゲイン、フィルタ値の値を大きく切換えたり、ロータリスイッチに設定されていない電動機制御装置の制御ゲインに対する変更を加えたりすることができる。

上記手段により本発明は以下の効果を奏する。
（１）前記パラメータ入力装置を使用することなく、制御ゲインやノッチフィルタ周波数Ｎｆを設定、変更、再設定するとともに電動機制御装置導入時から通常運転までに必要であったゲイン調整にかかる手順を大幅に減らし、非熟練者であっても簡単に扱える電動機制御装置を提供する。
（２）複数の制御ゲインを調整するための任意のパラメータ値を設定する設定器を使うことなく、１つのロータリスイッチによる設定変更だけで制御ゲインを変更し制御装置を小形化する。
（３）電動機制御装置の取り付けられる機械の特性が大きく変わった場合でもスイッチの切換えだけで設定対応できるようにする。
（４）連続的な制御ゲインの設定に加え、新しいゲイン設定や、明らかに異なる特性の機械、モータ、電動機制御装置の機能に対応するためにスイッチに設定されているゲイン、フィルタ値の値を大きく切換えたり、スイッチに設定されていない電動機制御装置の制御ゲインに対する変更を可能とする。
（５）最初に電動機制御装置で機械を駆動する時に生じることがある機械共振周波数による過大な振動を未然に防止し、機械を破損したり、操作者や機械周辺の人に危害が及ばないようにする。

本発明の第１実施例を示す電動機制御装置の全体図 本発明の第１実施例のパルス設定表とゲイン、フィルタ設定表を示す図 本発明の電動機制御装置のロータリスイッチ１と警告表示装置（ＬＥＤ）の処理を示す図 本発明の電動機制御装置のロータリスイッチ１と警告表示装置（７セグＬＥＤ）の処理を示す図 本発明の電動機制御装置のロータリスイッチ２と警告表示装置の処理を示す図 本発明の電動機制御装置の外部表示装置と内部状態を示す図

符号の説明

１ ロータリスイッチ１
２ ロータリスイッチ２
３ パルス設定表
４ ゲイン、フィルタ設定表
５ ＬＥＤ
１０ 速度制御部
１１ 位置制御部
１２ モータ
１３ エンコーダ
１４ 角速度演算部
１５ 周波数解析部
１６ 周波数設定部
１７ ノッチフィルタ
１８ トルク指令フィルタ
１９ 位置加減速フィルタ
２０ 位置指令指令パルス列
２１ パルス入力装置
２２ 表示部
２３ 外部表示装置１
２４ 外部表示装置２
２５ 警告表示装置
３０Ｂ ロータリスイッチ１変更前
３０Ａ ロータリスイッチ１変更後
３１ ロータリスイッチ１検出部
３２Ｂ ロータリスイッチ２変更前
３２Ａ ロータリスイッチ２変更後
５１ ロータリスイッチ２設定記憶部
５２ ロータリスイッチ２再設定部

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の電動機制御装置の概略ブロック図である。図１において１０は速度制御部、１１は位置制御部、１２はモータ、１３はエンコーダ、１４は角速度演算部、１５は周波数解析部、１６は周波数設定部、１７はノッチフィルタ、１８はトルク指令フィルタ、１９は位置加減速フィルタ、２０は位置指令パルス列、２１はパルス入力装置、２２は表示部である。この表示部２２は、２３の外部表示装置１、２４の外部表示装置２、２５の警告表示装置から構成される。図２は本発明の第１実施例のパルス設定表とゲイン、フィルタ設定表を示す図である。図２において、１は第二切換え部であるロータリスイッチ１、２は第一切換え部であるロータリスイッチ２であり、中央部矢印の可動スイッチ部が設定された値になるように外部から変更されると電動機制御装置内部の不揮発記憶記憶装置にあらかじめ記憶されているパルス設定表３およびゲイン、フィルタ設定表４（図２）の該当する設定番号の設定内容がそれぞれ電動機制御装置の内部定数として設定される。

ここでパルス設定表３は、現在広く使用されているプログラマブルコントローラやＮＣ、マシンコントローラなど、シーケンサなどで構成された上位指令装置などから運転用指令パルス列を電動機制御装置へ出力する。パルス設定表３は、モータ制御する構成として産業界で一般的なＣＷおよびＣＣＷの２相パルス出力方式と符号及びパルス列指令によるパルス指令形態およびそれらの各組み合わせの論理反転された合計４種類のパルス形態およびモータ１回転するのに必要なパルス数（指令分解能）を１０００パルス、２５００パルス、５０００パルス、１００００パルスの合計４種類の合わせて１６種類のパルス設定値を構成している。

パルス形態としてはこの他にＡ相、Ｂ相の９０°位相のパルスで構成するものがある。また指令分解能は上位装置が出力可能なパルス列出力周波数とモータ最高回転数から決定される。つまり指令分解が１０００Ｐ／ＲＥＶの場合最高回転数がＶｍａｘ（ｍｉｎ^−１）を回すのに必要な指令パルス周波数Ｐｒｅｆｘは、

Ｐｒｅｆｘ＝（Ｖｍａｘ／６０）×１０００ ・・・（７）

となり、これらの中で設定値を決めたため上記の設定となった。

ゲイン、フィルタ設定表４の各制御ゲインおよびフィルタはたとえば特開２００３−１８９６５３（特許文献１）の（１）〜（６）式で示される２次系とした場合のラウス・フルビッツなどの安定性から容易に導ける関係式に安全率を設けた値と経験則から以下の式で示される関係式から構成されている。

Ｋｖ・Ｔｉ≧４/２π ・・・（８）
Ｋｐ＝Ｋｖ ・・・（９）
Ｔｆ＝０．０４／Ｋｖ ・・・（10）

ここでロータリスイッチの設定値ＲＳＷ２の値で０〜４までは上位装置からの急峻な指令を滑らかにすることでモータの急加速が主原因となる振動を抑制するために位置指令加減速時定数を０ｍｓから２０ｍｓまで等差的に増加させた。この設定幅については操作者がロータリスイッチ２の設定値を０から４まで段階的に変更した場合、指令フィルタによって応答が鈍る効果と位置決め整定時間が等差的に増加することを考慮して設定した。またＲＳＷ２の設定値が５から７までは上記０から４までの設定値では振動を抑えることができない場合でも速度比例ゲインを下げることで応答特性を下げることにより振動を抑えることができる。またこのときの位置指令加減速時定数を２０、１０、２０と設定しているのは速度比例ゲインを下げ、同時に位置比例ゲインを下げることになり、位置決め整定時間が長くなることに合わせて位置指令加減速時定数を設定してある。

設定値の８からＦの設定は上記０から６までのゲイン、フィルタ設定を逆にしてＦから８の順に同じ値を設定している。これは操作者が０から１に変更する際、誤ってＦに設定してもその設定値の比例ゲインの大小の差によって機械に振動等が発生しないようにするためである。

本発明の制御ブロック図である図１において、電動機制御装置内部の制御ブロックは、外部から位置指令指令パルス列２０が入力されると入力されたパルスの形態と指令分解能から位置指令Ｐｒｅｆを作成するパルス入力装置２１を介し、位置加減速フィルタ１９に入力される。ここで位置加減速時定数Ｔｐによってローパスフィルタを構成する、このときローパスフィルタではなく、移動平均などいわゆるＳ字加減速フィルタを使うことも可能であり、この場合ローパスフィルタより内部バッファとして使用するメモリ容量が増えるが、起動停止時のショックを可能な限り小さくすることが可能である。
このロータリスイッチ１は電源投入中に値が変更されると、操作者に対して明らかに値を変更したことを確認し、次の運転が安全に正しい設定で運転される様になるために警告表示装置２２を用いてＬＥＤの一定周期または任意の点灯、消灯によって警告を発し、ロータリスイッチ１が電源投入中に設定値を変更されても、内部処理は現在設定された新しいパルス設定にはせず、変更前の値に設定される。これ以外の警告方法は設置面積の問題もあるが、一つまたは複数の７セグメントＬＥＤによるアラーム文字の一部または全部または数字を表示することも別の方法として考えられる。

また操作者が電源投入中に上記ロータリスイッチ１を変更し、警告表示装置２５が警告を発生し、再度、変更前の位置に戻した場合は警告表示装置の警告を中止する。

２３は外部表示装置１であり、電動機制御装置の電源が投入された場合に内部の電圧を検出することによりあらかじめ設定されている電圧値の範囲内にある場合に点灯するＬＥＤを示している。または一つまたは複数の７セグメントＬＥＤによる表示も可能であり、使用者が電動機制御装置が通電状態であることが確認できるようにしてある。

２４は外部表示装置２であり、電動機制御装置の電源が投入され、あるいは電動機制御装置にモータ通電信号が入力され、モータが通電状態になる、あるいは電動機制御装置に駆動用の指令パルス列が入力された場合あるいは図１の位置制御部１１内の位置偏差を外部入力信号によって強制的に０クリアする場合のそれぞれの状態が確認できるような２色ＬＥＤまたは２種類の単色のＬＥＤによる表示をする。図６は上記の一例としてそれぞれ３つの状態の組み合わせとその場合のＬＥＤの点灯、点滅を示している。これにより操作者は少ない表示装置でありながら、電動機制御装置内の状態がほぼわかり、パラメータ等のディジタル値の設定、表示装置がない本発明の運転での表示を最小限の表示方法によって使用者が電動機制御装置を最初に運転する場合の外部入力信号、指令パルス列の極性、電圧レベル、入力ポートなどの設定が正常かどうかの作業内容を確認できるようにしている。

図１の２５は警告表示装置であり、電動機制御装置の電源が投入され場合に電動機制御装置内部に発生する異常状態、たとえば電源電圧が異常に高い、あるいは低い場合、またモータ速度が基準値を超えた場合、または電動機制御装置の内部温度が異常に高い場合などの安定した運転が困難な場合のアラームとして点灯するＬＥＤを示す。図１の警告表示装置２５はこのＬＥＤが三つあり、これらを点灯、消灯することにより８通りの表示をすることができる。またＬＥＤの代わりとして一つまたは複数の７セグメントＬＥＤによる表示も可能であり、使用者の最初の設定作業内容が確認できるようにしている。

１１は位置制御部である、エンコーダ１３からの位置フィードバック信号と前記の位置指令との偏差に対して位置制御比例ゲインＫｐをかけることにより速度指令Ｖｒｅｆとなる。

エンコーダの位置情報を角速度演算部１４により微分処理し、フィードバック角速度Ｖｆｂを作成する。速度制御部１０はフィードバック角速度Ｖｆｂと速度指令Ｖｒｅｆとの偏差を作り、速度制御比例ゲインＫｖと速度制御積分時定数により定常偏差を低減し、トルク指令Ｔｒｅｆを求める。このトルク指令Ｔｒｅｆは、トルク指令フィルタ１８と周波数解析部１５へ入力される。

１８は前記作成されたトルク指令Ｔｒｅｆで応答の不安定成分となる高周波成分を除去するためのローパスフィルタのトルク指令フィルタであり、その設定時定数Ｔｆが内部設定される。

１７はノッチフィルタであり、モータ１２の負荷側に接続される機械装置が有する機械共振周波数（固有振動数）に対してトルク指令からモータ速度のオープンループの応答が機械共振周波数部で大きく局部的に振幅が増大し、速度制御応答周波数Ｋｖとの間に干渉が発生するのを防ぐためにノッチフィルタで減衰させる応答となるフィルタを設定する。

１５はモータと機械のフィードバック角速度Ｖｆｂから発振している振動周波数を抽出するための周波数解析部であり、角速度演算部１４からのモータ速度および速度制御部１０の出力であるトルク指令Ｔｒｅｆから、たとえば特開２００３−１８９６５３図４、図５に示すようにこれらＶｆｂとＴｒｅｆから等価剛体オブザーバを構成し、オブザーバの帯域設定は速度制御比例ゲインＫｖのα倍を設定し、周波数解析部で推定されるモータ速度であるオブザーバ速度Ｖｆｂｘを作成し、前記モータ速度Ｖｆｂとの差を作成したものが振動成分となる。

｜Ｖｆｂ−Ｖｆｂｘ｜＝Ｖｖｉｂ ・・・（11）

このＶｖｉｂ信号に対してフーリエ変換等の周波数成分への解析を行い、それら周波数成分に対するゲイン値を特定し、その分布の中からノッチフィルタが速度制御比例ゲインＫｖの４から５倍の応答周波数以上であり、かつゲインの最も大きい周波数Ｎｆまたは周波数Ｎｆとゲインの乗算値の中で最大の値に対して設定する。たとえば速度制御比例ゲインＫｖが４０Ｈｚの場合約１６０から２００Ｈｚ以上の値を特定することになる。この範囲での解析結果はモータに接続された機械を含めた構造の共振周波数に相当すると考えられ、この周波数にノッチフィルタを設定するためのものである。

１６はノッチフィルタの周波数設定器であり、周波数解析部で得られたノッチフィルタ周波数Ｎｆを実際のノッチフィルタ部１７に設定するためのものである。このノッチフィルタ設定部はロータリスイッチ２の値の変化に連動しており、一度ノッチフィルタ周波数Ｎｆが設定された後でロータリスイッチ２が変更され、その設定値が変わった場合に再度前記ノッチフィルタ周波数解析部１５からその時点での振動周波数を改めて受け取り、この値をノッチフィルタ１７に再設定する。

図３はロータリスイッチ１の設定変更により警告表示する図を示している。
３０Ｂはロータリスイッチが変更される前のスイッチ設定を示している、この場合の値は４を示しており、図２のパルス設定表３のＲＳＷ１の値が４の行の設定値（ＣＷ＋ＣＣＷ負論理、指令分解能１０００パルス／ｒｅｆ）が設定されている。３０Ａはスイッチが変更された後の設定値であり、この場合０（ＣＷ＋ＣＣＷ正論理、指令分解能１０００パルス／ｒｅｆ）を示している。電源が投入されている間に３２Ｂの設定値が、３０Ａの設定値に変更された場合、設定値を有効にせず、４の警告表示装置への出力信号を発信する。図４はこの表示装置を７セグメントＬＥＤを利用して数字または各ＬＥＤの組み合わせによって警告とすることも可能である。この場合、運転中または電源投入中などに指令パルス形態や指令分解能を変えることになり、位置偏差が極端に大きくなり、モータ軸が振動的となったりするので危険である。このため操作者への警告をし、また変更する場合には一度電源を再投入する行為を行い、３０Ａの設定値を有効にする。

図５はロータリスイッチ２の設定変更によりゲイン、フィルタを設定し、また設定値を変更することでノッチフィルタ設定周波数の検出、再設定する図を示している。３２Ｂはロータリスイッチ２が変更される前の値で４が設定されている。３２Ａは変更された後の設定値０が示されている。ここで電源投入中に上記３２Ｂで示される４が設定されると即時にロータリスイッチ２設定記憶部５１の不揮発メモリにその設定値が記憶される。その後、電源が遮断された場合でも設定値が上記３２Ａで示される０の設定に変更されたままで電源が投入された場合に、ロータリスイッチ２再設定部５２では、このロータリスイッチ２設定記憶部５１からの情報および現在設定されている３２Ａの設定値との値を比較し、前回と今回、すなわち３２Ｂの設定と３２Ａの設定、あるいは設定値４と０が違うことから電源投入前後でロータリスイッチ２が変更されたことを認識する。設定が変更されていることから振動周波数解析部５へ新たに振動が発生しているかどうか、またそのときの周波数を解析する。その後、振動周波数設定部４で設定を最終判断し、ノッチフィルタ１７に設定される。

本発明が従来技術と異なる部分を説明する。まず従来技術では、制御ゲインを選択し、その組み合わせを確定し、電動機制御装置に設定するため、電動機制御装置に加え、パラメータ設定装置が必要となり、そのための製造コストがかかる。また電動機制御装置の操作者は設定方法に従った操作をする必要があり、設定モードの切換え必要となったりする。本発明の場合上記のパラメータ設定装置は不要であり、安価なロータリスイッチ１つでこの制御ゲインの設定が可能であり、製造コストを大幅に下げることができ、かつ電動機制御装置の操作者は面倒なパラメータ設定装置の設定方法に従う必要がなく、運転状態を確認しながらロータリスイッチを切換えることで指令フィルタ時定数を延ばし、運転時の応答が安定するまで設定を切換えるだけでいい。

また最初に電動機制御装置で機械を駆動する時に機械共振周波数による振動が発生する場合があり、これは実際に運転して初めて判ることである。その場合機械共振フィルタの設定を上記のパラメータ設定装置で操作して設定する必要があり、振動が大きい場合には機械を破損したり、操作者や機械周辺の人に危害を加える場合もある。そのため、最初に電動機制御装置を運転する場合は常に非常停止装置などで電動機の通電を急速に遮断するなどの安全策をこうじてから運転する必要がある。本発明によるとこのノッチフィルタ周波数は電動機を通電した直後に振動があるか否かを自動的に検出し、もし振動がある一定レベル以上あればその振動周波数を決定し、自動的にノッチフィルタ周波数を振動周波数に設定する。また本発明なら、電動機制御装置の特性が大きく変わって、上記の振動周波数が異なる場合でもロータリスイッチを切換えるだけで再度周波数の検出から自動設定までをおこなう機能を備えた部分である。

本発明はパルス列入力型の電動機制御装置に関するものであるが、図１のパルス入力装置のかわりに上位装置との送受信通信機能を持たせ、上位装置からの位置指令データを電動機制御装置に入力することによってパルス設定表３の指令分解能の項目をそのまま使用することができる。したがって、通信機能を持った電動機制御装置のゲイン設定とフィルタ設定という用途にも適用できる。
またパルス列入力装置も通信による位置データの送受信機能もなく、電動機制御装置内部で複数の位置データを不揮発記憶装置に設定可能な電動機制御装置をその複数の位置を任意のあるいはあらかじめ設定された順番で順次移動するような指令形態の電動機制御装置にも適用できる。

Claims (13)

1. 比例積分演算部を備え電動機の角速度を制御する速度制御部と、比例積分演算部を備え電動機の角度を制御する位置制御部と、前記位置制御部の比例ゲイン（Ｋｐ）、前記速度制御部の比例ゲイン（Ｋｖ）、前記速度制御部の積分時定数（Ｔｉ）、前記速度制御部から出力されるトルク指令を入力するトルク指令フィルタのローパスフィルタ時定数（Ｔｆ）、および前記位置制御部の前段に配置され位置指令の急峻な変動を滑らかにするための位置加減速フィルタのローパスフィルタ時定数（Ｔｐ）、の値を設定する設定部とを備えた電動機制御装置において、
   前記速度制御比例ゲインＫｖ、前記位置比例ゲインＫｐ、前記速度制御積分時定数Ｔｉ、前記トルク指令ローパスフィルタＴｆおよび、前記位置指令ローパスフィルタ時定数Ｔｐの値がその設定値に対してある一定の割合または任意の値で段階的に割り付けられた第一切換え部を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
2. 比例積分演算部を備え電動機の角速度を制御する速度制御部と、比例積分演算部を備え電動機の角度を制御する位置制御部と、前記位置制御部の比例ゲイン（Ｋｐ）、前記速度制御部の比例ゲイン（Ｋｖ）、前記速度制御部の積分時定数（Ｔｉ）、前記速度制御部から出力されるトルク指令を入力するトルク指令フィルタのローパスフィルタ時定数（Ｔｆ）、の値を設定する設定部と、前記トルク指令フィルタの後段に配置されるノッチフィルタとそのノッチフィルタ設定部と、を備えた電動機制御装置において、
   前記速度制御比例ゲインＫｖ、前記位置比例ゲインＫｐ、前記速度制御積分時定数Ｔｉ、前記トルク指令ローパスフィルタＴｆの値がその設定値に対してある一定の割合または任意の値で段階的に割り付けられた第一切換え部と、
   第一切換え部の設定を切換えることにより、前記ノッチフィルタ設定が、前記第一切換え部の変更前に設定されていたノッチフィルタを瞬時に解除し、前記第一切換え部が切換えられた直後、前記振動周波数解析部から新たな出力としてノッチフィルタ周波数値をトルク指令に再設定し、同時に前記設定記憶部に設定値を設定する設定部を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
3. 前記第一切換え部の設定値を常に不揮発メモリ内にその設定値を記憶する設定記憶部を備えたことを特徴とする請求項２記載の電動機制御装置。
4. 位置指令のパルス列指令の指令として符号信号およびパルス列、または正転パルス列および逆転パルス列指令を選択し、前記パルス信号の論理の選択と、指令分解能の選択をする指令パルス選択部と、
   前記指令パルス選択部の各設定値を割り付けられた第二切換え部を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の電動機制御装置。
5. 前記ノッチフィルタの再設定は、電動機制御装置の電源が遮断されている場合に前記第一切換え部が変更された場合に、電源投入時の初期化処理中に前記設定記憶部に格納されている前回電源投入時の前記第一切換え部の設定値と今回電源投入時の前記第一切換え部の設定値を比較し、その値が異なる場合だけ改めてノッチフィルタを再設定することを特徴とする請求項２記載の電動機制御装置。
6. 前記第二切換え部が電源投入中に変更されたことを検出する変更検出部を備えたものである請求項４記載の電動機制御装置。
7. 前記変更検出部で電源投入中に前記第二切換え部が変更された場合、警告表示部へ警告表示するものである請求項６記載の電動機制御装置。
8. 電源投入中に前記第二切換え部を変更し警告表示部が警告を発生した後、再度変更前の位置に戻した場合は警告表示部の警告表示を中止する請求項６記載の電動機制御装置。
9. 前記警告表示部ＬＥＤや液晶等の発光部を点灯または断続的に点滅するものである請求項７記載の電動機制御装置。
10. モータ通電信号を入力し、モータが通電状態か否か、指令パルス列が電動機制御装置へ正しく入力されているか、または位置偏差を零クリアする信号が入力されたかのすくなくとも一つを表示する外部表示部を備えた請求項１または２記載の電動機制御装置。
11. 前記電動機制御装置に異常が発生した場合に操作者にその内容を知らせることのできる外部表示表示部を備えたものである請求項１または２記載の電動機制御装置。
12. 前記ノッチフィルタ設定部は前記第一切換え部の値の変化に連動し、一度ノッチフィルタ周波数Ｎｆが設定された後で前記第一切換え部が変更され、その設定値が変わった場合に再度周波数解析部からその時点での振動周波数を改めて受け取り、この値をノッチフィルタに再度設定することを特徴とする請求項２記載の電動機制御装置。
13. 前記第一切換え部がロータリスイッチまたはディップスイッチまたはピアノスイッチである請求項１または２のいずれかに記載の電動機制御装置。

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