JPWO2009019953A1 - 電動機制御装置およびそのゲイン調整方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図27は第1の従来技術である特許文献1のサーボ制御装置の制御ブロック図、図28は第1の従来技術である特許文献1のゲインを上げた時の振動の発生、振動発生時のゲイン低下および限界ゲイン抽出タイミングを示す図、図29は第1の従来技術である特許文献1の限界ゲイン抽出処理のフローチャートである。
図27、28のように疑似外乱トルクをステップ信号で加えることにより、摩擦等の機械負荷に打ち勝って安定状態を壊し振動を誘発する。
この限界ゲインの具体的な検出手順は、以下、図29のフローチャートを参照すると、最初に、位置ループや速度ループといった制御系のゲインを低ゲインとしておき、通常運転或いは運転して機械特有の運転時の振動レベルを振動検出手段により検出する。(S1)
次に、位置ループや速度ループといった制御系のゲインを低ゲインとしておき、図28の制御ブロック図のトルク指令τrefに模擬外乱トルクをステップで加えて(S2)、位置偏差或いは速度等の応答がある振動レベルを超えているかどうかを判断する(S3)。ステップS3で、振動レベルを超えていなければ(Noならば)、加えた模擬外乱トルクが機械負荷を超えられなかったと考え、模擬外乱トルクを大きくする(S4)。あらかじめ定めたレベルまで、応答が大きくなるように模擬外乱トルクを大きくする。
そして模擬外乱トルクをあるレベルまで大きくしても応答が大きくならない場合、応答の検出レベルを下げる。このようにして模擬外乱トルクの大きさとその応答の検出レベルを調整する。
ステップS3で、振動レベルを超えていれば(Yesならば)、模擬外乱トルクの大きさを決めた後で、次に図28に示すような時間タイミングで段階的にゲインを上げる(S5)。ステップS5の処理のように制御ゲインを上げた後、ゲインが設定最大ゲインかどうかを判断する(S6)。ステップS6でNoならば、トルク指令に模擬外乱トルクを加え(S7)、振動検出手段1にて、振動を確認する(S8)。振動検出手段1は例えばトルク又は速度等の振幅を振動検出レベルと比較し、大きい場合振動として検出する。
模擬外乱トルクを加えた後に、あるレベルを超えて振動を検出したら、図28のようなタイミングで模擬外乱トルクを加えるのは停止し、制御ゲインを振動しないレベル迄下げる(S9)。あるいは、確実に振動を止めるため、トルク指令を絞るか、位置偏差を一瞬ゼロにする。そして振動した時のゲインの1つ前のゲインをマイクロコンピュータ内等の記憶手段内に限界ゲインとして記憶しておく。この記憶したゲインが検出すべき限界ゲインである。
また、ステップS6で既に最大ゲインの設定値等になった(Yes)ならば、模擬外乱トルクを増やし(S10)、S11〜14の処理を行って、振動レベルを超えると(S14)、限界ゲインを更新する(S15)というゲイン余裕度を確保する処理を行う。
模擬外乱トルクを大きくしていくと機械への衝撃も大きくなり、振動が発生しないような制御ゲインは小さくなる。
模擬外乱トルクを少し大きくして(S10)、同様に次のS11〜S14で限界ゲインの抽出を行う。このように模擬外乱トルクを少し大きくして限界ゲインの抽出を行うと、制御ゲインは下がりその分が、実際の運転時における制御ゲインの余裕となり、余裕を持って運転ができる。そして用途等に応じて余裕を変えることができる。
このように、従来のサーボ制御装置の限界ゲイン抽出方法は、最適な制御ゲインが自動的に設定できるサーボ制御装置の限界ゲインを抽出するのである。
図30は第2の従来技術である特許文献2の共振周波数検出装置の構成を示すブロック図である。また、図31は、第2の従来技術である特許文献2の時間応答波形である。
指令発生器201は最小周波数Fminから最大周波数Fmaxまで周波数が変化する掃引正弦波指令を指令信号Cとして出力し、同時に、時々刻々と変化する指令信号Cの周波数の情報Aも出力する。制御器202は、指令発生器201から受けた指令信号Cに従って電動機203を駆動し、連結された機械204が動作する。電動機203に連結された検出手段205の出力は図30のように電動機動作量mを検出し、これを応答信号Sとして信号処理器206に送る。この図では電動機203と機械204が連結されているため、電動機動作量mを検出すれば、機械204の共振特性を検出できる。この応答信号Sは機械204が周波数に依存して少しの外乱でも大きな反応を示す共振特性を持つため、共振周波数では振幅が最大となる。信号処理器206は掃引正弦波指令の周波数情報Aと応答信号Sを受け取り、最小周波数Fminを過ぎた検出最小下限周波数Flim から共振周波数の検出のための演算を行なう。検出最小下限周波数Flim以上で、図31のように、応答信号Sの絶対値が最大となるときの掃引正弦波の周波数を共振周波数と判断して共振周波数検出結果fを出力する。
このように、従来の電動機制御装置の共振周波数検出装置は、掃引正弦波で電動機を駆動して共振周波数を検出するのである。
図32は第3の従来技術である非特許文献1の開ループ(一巡開ループ伝達関数)ボード線図による動特性推定の例である。このボード線図は制御系の安定度を理論的に示す方法であり、左から (a)安定(b)安定限界(c)不安定を示している。
ゲインが0dBのとき、(a)安定の場合は、位相が0Hz時より-180度変化しておらず、これを位相余裕と呼ぶ。また、位相が-180度変化しても、ゲインが0dB以下のレベルであり、このゲインをゲイン余裕と呼ぶ。
(b) 安定限界ではゲインが0dBのとき、位相が-180度変化している。つまり、位相が-180度変化したとき、ゲインは0dBであり、ゲイン余裕、位相余裕共に限界にある。
(c) 不安定では、ゲインが0dBのとき、位相がすでに-180度以上変化している。また、位相が-180度変化したとき、ゲインは0dB以上ある。ゲイン余裕、位相余裕共に無く、不安定である。
請求項1に記載の発明は、電動機または機械の動作量を検出する動作量検出部の検出信号を入力し、指令信号を受けて前記電動機を駆動するための駆動力を発生する制御部と、前記制御部が発生した駆動力に外乱信号を加える外乱信号発生部と、前記制御部が発生した駆動力を検出する補償駆動力検出部と、前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号の絶対値もしくは二乗値に基づいて算出した振動の大きさおよび振動周波数を算出する振動算出部と、を備え、前記指令信号と前記動作量が一致するように前記制御部を介して前記電動機を制御するためのフィードバックループを構成した電動機制御装置において、前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号の大きさを基準とする予め決められた少なくとも1つの第1の閾値と、振動周波数を基準とする予め決められた少なくとも1つの第2の閾値と、に基づいて、前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号を判定して前記フィードバックループの発振を検出する発振検出部と、を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の電動機制御装置において、前記振動記憶部は、前記ゲイン変更部の値を記憶することを特徴とするものである。
また、請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の電動機制御装置において、前記制御部は前記ゲイン変更部を自動変更し、前記発振検出部に従い自動変更を停止し、振動記憶部に記憶したゲインに戻すゲイン自動変更部を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の電動機制御装置において、前記補償駆動力検出部と、前記外乱信号発生部と、の信号から一巡開ループ伝達関数を算出する一巡開ループ伝達関数演算部と、を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項11に記載の発明は、請求項9に記載の電動機制御装置において、前記動作量検出部と、前記外乱信号発生部と、の信号から前記電動機と駆動される前記機械の特性を算出する機械特性演算部を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項7、および請求項16に記載の発明によると、振動周波数と振動の大きさと、制御部のゲイン値を記憶することができる。
また、請求項6、請求項7、請求項15および請求項16に記載の振動周波数と振動の大きさを記憶することにより、第1の閾値と、第2の閾値と対比させ、制御部の発振限界を検出することができる。
また、請求項7と請求項16に記載のゲイン値を記憶することにより、制御部の発振限界を検出した後に、発振しないゲイン値に戻すことができる。
2、2a、2b 動作量検出部
3 制御部
5 機械
10 外乱信号発生部
11 補償駆動力検出部
12 振動算出部
13 発振検出部
14 振動記憶部
15 開ループ模擬ゲイン演算部
21 一巡開ループ伝達関数演算部
22 機械特性演算部
30 ゲイン変更部
31 ゲイン自動変更部
111 Kp
112 速度制御
113 モータ
114 積分
201 指令発生器
202 制御器
203 電動機
204 機械
205 検出手段
206 信号処理器
C 指令信号
m 電動機動作量
x 機械動作量
S 応答信号
A 掃引正弦波指令の周波数情報
f 共振周波数検出結果
実際の電動機制御装置には様々な機能や手段が内蔵されているが、図には本発明に関係する機能や手段のみを記載し説明することとする。また、以下同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。
図3において、ST.01は掃引正弦波を発生する処理を行うステップ、ST.02は制御部3が発生した駆動力に外乱信号を加えて電動機1を駆動する処理を行うステップである。ST.03は制御部3が発生した駆動力を検出する処理を行うステップ(ST.03a)もしくは検出部2の信号を検出する処理を行うステップ(ST.03b)、ST.04は模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出する処理を行うステップである。ST.05は振動の大きさを検出する処理を行うステップ、ST.06は振動周波数を検出する処理を行うステップ、ST.07は振動周波数と振動の大きさを記憶する処理を行うステップである。ST.08はフィードバックループの発振を検出する処理を行うステップ、ST.09はゲイン値を更新する処理を行うステップである。ST.10はゲイン値の更新を記憶する処理を行うステップ、ST.11はゲイン値更新停止の処理を行うステップである。
また、本発明が第2の従来技術と異なる部分は、補償駆動力検出部11、発振検出部13、振動記憶部14、開ループ模擬ゲイン演算部15、ゲイン変更部30、ゲイン自動変更部31を備えた部分である。
また、本発明が第3の従来技術と異なる部分は、周波数分析の結果である一巡開ループ伝達関数を算出しない点である。このため、開ループ模擬ゲイン演算部15を備え、さらに振動算出部12、発振検出部13、振動記憶部14、ゲイン変更部30、ゲイン自動変更部31を備えている点が第3の従来技術と異なる。
動作を詳細に説明する前に、本発明の第1実施例の基本原理について説明する。
図4は、本発明の第1実施例を示す電動機制御装置の開ループ模擬ゲイン演算部による模擬的な一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線の算出を示す簡略化したブロック図である。図4において、G1は第1の制御部、G2は第2の制御部、bはフィードバック補償部、Hは機械である。機械Hには電動機と制御される機械の特性が含まれる。
なお、図4は公知である一巡開ループ伝達関数の算出を示す簡略化したブロック図でもある。
第3の従来技術にも述べられている一巡開ループ伝達関数Zoは、図4の外乱信号Dと制御部3が発生した駆動力τを計測して、式(1)に従い閉ループ特性Zcを算出した後、式(2)に従い、一巡開ループ伝達関数Zoを算出する。
閉ループ特性Zc(ω)は、一巡開ループ伝達関数Zo(ω)から構成されているので、式(2)に従い算出すれば、一巡開ループ伝達関数Zo(ω)を得る。
但し、本方法は、既に述べたように、周波数分析等高性能な演算装置が必要となる。ゲイン値変更の度に一巡開ループ伝達関数Zo(ω)を得るのは非効率的である。
第1の閾値は図5のグラフの縦軸側の閾値であり、信号の大きさを判定する。第2の閾値は図5のグラフの横軸側の閾値であり、周波数を判定する。周波数の判定は、入力される外乱信号が掃引正弦波であるため、掃引正弦波の時系列のある地点の周波数は既知である。応答側の信号の周波数は、入力側の信号の周波数に依存するとすれば、補償駆動力検出部11の信号のある時系列地点の周波数を判定できる。
なお、補償駆動力検出部11の信号は掃引正弦波に対する応答であり、正負値を持つため絶対値とする。また、検出部2の信号についても、縦軸と横軸に対する閾値を設けて判定することもできる。
また、図7は本発明の第1実施例を示す外乱信号を加える前の駆動力を示す図、図8は本発明の第1実施例を示す検出部が検出する外乱信号入力時の応答を示す図である。図1もしくは図4の構成の電動機制御装置において、図6のような掃引正弦波の外乱信号を与えると、補償駆動力検出部11の応答信号は図7となり、検出部2の応答信号は図8となる。
図9は本発明の第1実施例を示す閉ループ特性を示す図である。図1もしくは図4の構成で、閉ループ特性を算出すると、図9のグラフとなる。尚、閉ループ特性は縦軸・横軸共に対数(LOG、dB)表示されるのが一般的だが、図9は軸・横軸共に線形表示している。式(1)にて前述したように、閉ループ特性Zc(ω)は、外乱信号D(ω)と駆動力τ(ω)から得られる。
図10は本発明の第1実施例を示す外乱信号を加える前の駆動力の絶対値を示す図である。
外乱信号Dは掃引正弦波であり、振幅は一定なので、外乱信号D(ω)は掃引される周波数領域でも一定振幅となるので図9の閉ループ特性Zc(ω)のゲインのグラフ形状は駆動力τ(ω)のみの場合と定性的に近い。時間領域でも同様であり、さらに、掃引正弦波により横軸は周波数の特性が現れるため、時系列の駆動力τ(t)の振幅の絶対値を縦軸にしてグラフ化すれば、図10のように、閉ループ特性Zc(ω)のゲインのグラフ(図9)に近い形状が得られる。
前述した図9と図10との関係と同様にして、開ループ模擬ゲイン演算部15により、式(2)に対応する演算を時系列の駆動力τ(t)の絶対値を用いて行うと、図12のグラフとなる。図12に示したグラフは一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線(図11)と定性的に形状が似ており、簡便なかつ模擬的な一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線として、用いることができる。
まず、掃引正弦波を発生する処理を行うステップST.01では、外乱信号発生部10が外乱信号とする図6のような掃引正弦波を発生する。
次に、制御部3が発生した駆動力に外乱信号を加えて電動機1を駆動する処理を行うステップST.02に移り、電動機1を駆動する。このとき、制御部3への指令入力(図1のRefinへの入力)は0で良い。電動機1を駆動すると、外乱信号の駆動力で機械5も振るえる。検出部2は電動機1の動作量を検出し、制御部3に返し、制御部3への指令入力0となるように制御部3はこれを補償する駆動力を出力する。
つまり、制御部3が発生した駆動力を検出する処理を行うステップST.03aおよび検出部2の信号を検出する処理を行うステップST.03bが行われる。補償駆動力検出部11が図7のような補償する駆動力を検出し、検出部2は図8のような動作量を検出する。
さらに、振動の大きさを検出する処理を行うステップST.05が行われて、補償駆動力検出部11もしくは検出部2の信号を用いて信号の大きさを検出する。さらに、振動周波数を検出する処理を行うステップST.06にて、信号が大きな時系列地点より、入力された掃引正弦波の周波数に基づいて振動周波数を検出することができる。
補償駆動力検出部11の検出結果はステップST.04で処理された模擬的な一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を用いれば、図11のように一巡開ループ伝達関数の算出を簡便に行ったことになる。ステップST.05およびST.06は振動算出部12により処理される。
信号の大きさと振動周波数が検出できたので、振動周波数と振動の大きさを記憶する処理を行うステップST.07にて、振動記憶部14に信号の大きさと振動周波数を記憶できる。なお、信号の大きさと振動周波数は複数であって良い。
次に、フィードバックループの発振を検出する処理を行うステップST.08に進む。ステップST.08では、発振検出部13が、複数の信号の大きさと振動周波数とを、図5に示すように、信号の大きさを第1の閾値とし、振動周波数を第2の閾値として、発振を検出する。
制御部3のゲイン値を更新した後、ゲイン値の更新を記憶する処理を行うステップST.10では、以前のゲイン値を含めてゲイン値を振動記憶部14に記憶する。
ゲイン値の更新と記憶を完了したら、再度、ステップST.01に立ち戻り、ゲイン値が異なる条件で、これまでの手順を再度実施する。ゲイン値が変わっているので、検出部2や補償駆動力検出部11の応答信号が変化し、図10や図12のグラフ形状も変化する。図9の閉ループ特性や図11の一巡開ループ伝達関数を求めても変化がある。
こうして、ゲイン値の調整処理を完了する。
図13は本発明の第1実施例を示す閉ループ特性および一巡開ループ伝達関数を示す図、図14は本発明の第1実施例を示す外乱信号を加える前の駆動力に基づいて模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出した結果を示す図である。
図13は、図11に対してフィルタを適用した結果であり、図14は、図12に対してフィルタを適用した結果である。
以上のようにして、制御部2のゲイン値を変更する調整を行うことができる。
上記のゲイン調整を行うことで、制御部2の応答を上げ、位置決め時間を短縮することができる。
図16、図17、図18は本発明の第1実施例を示す位置決め動作時の位置偏差を示す図である。位置偏差は位置の動作指令に対する実動作位置の差である。
図16はゲイン調整前の低ゲイン値の場合(低応答)、図17はゲイン調整後の高ゲイン値の場合(高応答)、図18は、ゲイン調整後にさらにゲイン値を上げた場合(不安定)である。位置偏差がある値以下の許容範囲に入れば位置決め完了と判断できる。図16はフィードバックループが発振せず、安定的ではあるが、低ゲインのため、位置決め時間Taが長い。図17はフィードバックループが発振しない程度にゲイン値を上げたため、位置決め時間Tb(<Ta)となった。図18はゲイン値を上げ過ぎたので、フィードバックループが発振気味になり、位置決め位置にはやく到達する。しかし、振動が発生して位置偏差が許容範囲に入る時間が掛かり、Tbと同程度となる。また、特に行き過ぎ量(オーバーシュート)が問題となる機構・用途であれば、図18程度でも実マシンへは採用できない。
本発明の第1実施例のようにすれば、模擬的にゲイン変更に係わる一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出し、振動の大きさに係わる第1の閾値と、振動周波数に係わる第2の閾値とを用いて、ゲイン調整を行うことができるのである。
図20は本発明の第2実施例を示す電動機制御装置のゲイン調整方法の手順の概略、図21は本発明の第2実施例を示す電動機制御装置のゲイン調整方法の詳細な手順である。
図19において、21は一巡開ループ伝達関数演算部、2a、2bは共に動作量検出部である。また、図20において、ST.Bはゲイン余裕を簡便に評価するステップ、ST.Cは一巡開ループ伝達関数を算出するステップである。さらに、図21において、ST.01aは周波数を初期値に戻すステップ、ST.01bは正弦波を発生するステップ、ST.01cは周波数の上限を判定するステップ、ST.01dは周波数を更新するステップである。
なお、ゲイン余裕を簡便に評価するステップST.Bは本発明の第1実施例の一連の処理と等価である。但し、本発明の第1実施例の掃引正弦波を発生する処理を行うステップST.01を、周波数を初期値に戻すステップST.01aと、正弦波を発生するステップST.01bと、周波数の上限を判定するステップST.01cと周波数を更新するステップST.01dの4つのステップに分けて処理する点が本発明の第1実施例とは異なる。
本発明が第2の従来技術と異なる部分は、補償駆動力検出部11、発振検出部13、振動記憶部14、開ループ模擬ゲイン演算部15、一巡開ループ伝達関数演算部21、ゲイン変更部30、ゲイン自動変更部31を備えた部分である。
第3の従来技術とは、一巡開ループ伝達関数演算部21を設けて一巡開ループ伝達関数を求める点は本発明と同じだが、開ループ模擬ゲイン演算部15を備え、さらに振動算出部12、発振検出部13、振動記憶部14、ゲイン変更部30、ゲイン自動変更部31を備えている点が異なる。
第1実施例では、図6のような掃引正弦波を発生し、図7、図8のような応答を得て、図12のような処理をして、振動の大きさと振動周波数を把握して、2種類の閾値で発振を検出していた。
本実施例では、外乱信号は、正弦波の周波数0HzからFmaxHzまでを、tn秒毎に、Nmaxステップで、Fmax/Nmaxずつ、直線的に増加させたものであり、tn×Nmax秒で変化させたものである。外乱信号は、最初のステップである0〜tnまでは、f1の周波数の正弦波とし、次のステップであるtn〜tn×2秒では、f2の周波数の正弦波として周波数を変化させる。N番目のステップであるtn×(N−1)〜tn×N秒ではfNの周波数の正弦波となる。こうして、単一周波数の正弦波fNごとに第1実施例の一連の処理と同じ処理を行い、周波数を変化させる。
次に、第1実施例と同様に、制御部3が発生した駆動力に外乱信号を加えて電動機1を駆動する処理を行うステップST.02に移り、電動機1を駆動する。このとき、制御部3への指令入力(図1のRefinへの入力)は0で良い。
制御部3が発生した駆動力を検出する処理を行うステップST.03aおよび検出部2の信号を検出する処理を行うステップST.03bでは、動作量検出部2は電動機1の動作量を検出し、制御部3に返し、制御部3への指令入力0となるように制御部3はこれを補償する駆動力を出力する。外乱信号が単一周波数の正弦波なので、動作量検出部2や補償駆動力検出部11が検出する応答信号も入力した単一周波数の振動周波数である。
模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出する処理を行うステップST.04でも第1実施例と同様の処理を行う。但し、第1実施例の図12と同様のグラフにはならず、図12の或る横軸の点(現状は初期値の最低周波数)のゲイン(絶対値振幅)の値だけが得られる。
次に、フィードバックループの発振を検出する処理を行うステップST.08に進む。ステップST.08では第1実施例と同様の処理を行う。但し、発振の有無を把握し、振動記憶部14に記憶して良い。しかし、入力周波数が、最大周波数に達していない場合には、発振の有無によって処理は変わらない。周波数の上限を判定するステップST.01cで最大周波数に達していない判定であれば、周波数を更新するステップST.01dに進み、上述した正弦波を発生するステップST.01bに戻る。こうして、周波数ごとに第1実施例の一連の動作を行う。
発振が無ければ、ゲイン値を更新する処理を行うステップST.09に進む。制御部3のゲイン値を更新した後、ゲイン値の更新を記憶する処理を行うステップST.10では、以前のゲイン値を含めてゲイン値を振動記憶部14に記憶する。
ゲイン値の更新と記憶を完了したら、再度、ステップST.01に立ち戻る。ステップST.01aから初期の周波数から同様の処理を行う。
発振が有れば、ゲイン値更新停止の処理を行うステップST.11に移行する。
こうして、第1実施例と同様に、ゲイン値の調整処理を完了する。
図22は本発明の第2実施例を示す電動機制御装置の一巡開ループ伝達関数を示す図である。ゲイン値の上下を伴うゲイン調整はステップST.Bで行い、ステップST.Cは第3の従来技術と同様にして、ゲイン調整の具合を定量的に確認する。
図22の実線、破線は、第1実施例の図10と図13、図11と図14のように、フィルタ適用の有無を示している。但し、図22は、図10〜図14とは違いグラフの縦軸・横軸を対数表示している。
このように、ゲイン調整の具合によって、一巡開ループ伝達関数は変化する。また、図22のようにステップST.Cでフィルタ適用の具合を評価しても良い。
なお、本実施例では、外乱信号Dを、各ステップ毎に単一周波数の正弦波としたが、連続したステップで、連続した周波数となるような掃引正弦波としてもよい。
また、外乱信号Dは正弦波に限らず、求める一巡開ループ伝達関数Zoの周波数領域以上の帯域成分を持つランダム波、M系列信号等で電動機1を含む機械5を励振し、その応答を検出部2が検出して前述の式(1)、(2)に従い一巡開ループ伝達関数Zoを求めても良い。
このように、電動機制御装置のような構成をしているので、最終的には第1実施例の図17に示したような電動機制御装置の動作となるようにゲイン調整をすることができる。
図23において、22は機械特性演算部である。また、図24において、ST.Aは電動機と機械を含む特性を算出するステップである。
また、図24に示した電動機と機械を含む特性を算出するステップST.Aが第1実施例と異なる。
本発明が第2実施例と異なる部分は、一巡開ループ伝達関数演算部21を備えていない部分と、機械特性演算部22を備えた部分である。また、一巡開ループ伝達関数を算出するステップST.Cを備えていない部分と、電動機と機械を含む特性を算出するステップST.Aを備えた部分である。
また、第1実施例の図10、図12、および図14では、振動の大きさを絶対値で示したが、二乗値としても良い。あるいは二乗値の平方根を取っても良い。
図25は本発明の第3実施例を示す電動機制御装置の機械特性演算部による電動機と機械の特性の算出を示す簡略化したブロック図である。外乱信号Dと応答信号Rから機械特性Hを求める。外乱信号Dは正弦波に限らず、求める機械特性Hの周波数領域の帯域成分を持つランダム波、M系列信号等で電動機1を含む機械5を励振し、その応答を検出部2が検出して式(3)に従い機械特性Hを求めて良い。
具体的には、外乱信号Dと応答信号Rを周波数分析し、SD(ω)、SR(ω)を求め、SD(ω)の複素共役SD *(ω)、を夫々に掛けて、オートパワースペクトルAD、D、クロススペクトルAR、Dを得る。AD、D、AR、Dはn回平均化した上、クロススペクトルをオートパワースペクトルで割って機械特性Hを求める。(X、Aの上のバーは平均化された事を示す。)
なお、前述の式(1)、(2)に関しても対象とする信号が異なるが、同様に処理して良い。
ステップST.Aのあと、第1実施例もしくは第2実施例に示したゲイン余裕を簡便に評価するステップST.Bにより、最終的には第1実施例の図17に示したような電動機制御装置の動作となるようにゲイン調整をすることができる。
Claims (19)
- 電動機または機械の動作量を検出する動作量検出部の検出信号を入力し、指令信号を受けて前記電動機を駆動するための駆動力を発生する制御部と、前記制御部が発生した駆動力に外乱信号を加える外乱信号発生部と、前記制御部が発生した駆動力を検出する補償駆動力検出部と、前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号の絶対値もしくは二乗値に基づいて算出した振動の大きさおよび振動周波数を算出する振動算出部と、を備え、前記指令信号と前記動作量が一致するように前記制御部を介して前記電動機を制御するためのフィードバックループを構成した電動機制御装置において、
前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号の大きさを基準とする予め決められた少なくとも1つの第1の閾値と、振動周波数を基準とする予め決められた少なくとも1つの第2の閾値と、に基づいて、前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号を判定して前記フィードバックループの発振を検出する発振検出部と、を備えたことを特徴とする電動機制御装置。 - 前記補償駆動力検出部の信号を用いて、模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出する開ループ模擬ゲイン演算部をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の電動機制御装置。
- 前記外乱信号発生部は、前記制御部が発生した駆動力に掃引正弦波の外乱信号を加えることを特徴とする請求項2に記載の電動機制御装置。
- 前記振動算出部は、前記補償駆動力検出部もしくは前記動作量検出部が検出した信号に基づいて振動が大きい時系列地点の振動周波数を算出することを特徴とする請求項3に記載の電動機制御装置。
- 前記制御部は、その応答性を可変にするゲイン変更部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の電動機制御装置。
- 前記振動算出部が検出した振動周波数および振動の大きさの値を記憶する振動記憶部を備えたえたことを特徴とする請求項5に記載の電動機制御装置。
- 前記振動記憶部は、前記ゲイン変更部の値を記憶することを特徴とする請求項6に記載の電動機制御装置。
- 前記制御部は前記ゲイン変更部を自動変更し、前記発振検出部に従い自動変更を停止し、振動記憶部に記憶したゲインに戻すゲイン自動変更部を備えたことを特徴とする請求項7に記載の電動機制御装置。
- 前記外乱信号発生部は、前記制御部が発生した駆動力に広域周波数成分を持つ外乱信号を加えることを特徴とする請求項1に記載の電動機制御装置。
- 前記補償駆動力検出部と、前記外乱信号発生部と、の信号から一巡開ループ伝達関数を算出する一巡開ループ伝達関数演算部と、を備えたことを特徴とする請求項9に記載の電動機制御装置。
- 前記動作量検出部と、前記外乱信号発生部と、の信号から前記電動機と駆動される前記機械の特性を算出する機械特性演算部を備えたことを特徴とする請求項9に記載の電動機制御装置。
- 電動機または機械の動作量を検出する動作量検出部の検出信号を入力し、指令信号を受けて前記電動機を駆動するための駆動力を発生する制御部を備え、前記指令信号と前記動作量が一致するように前記制御部を介して前記電動機を制御するためのフィードバックループを構成し、外乱信号として掃引正弦波を発生し、前記制御部が発生した駆動力に前記外乱信号を加えて前記電動機を駆動し、前記制御部が発生した駆動力を検出し、前記制御部が発生した駆動力もしくは前記動作量検出部の信号の絶対値もしくは二乗値に基づいて振動の大きさを算出し、前記駆動力もしくは前記動作量検出部の信号の周波数に基づいて振動が大きい時系列地点の振動周波数を算出する電動機制御装置のゲイン調整方法において、
前記駆動力もしくは前記動作量検出部の信号の大きさを基準とする予め決められた少なくとも1つの第1の閾値と、振動周波数を基準とする予め決められた少なくとも1つの第2の閾値と、に基づいて、前記制御部が発生した駆動力もしくは前記動作量検出部の信号を判定して前記フィードバックループの発振を検出する処理を行うことを特徴とする電動機制御装置のゲイン調整方法。 - 前記制御部が発生した駆動力を用いて、模擬的に一巡開ループ伝達関数のゲイン曲線を算出する処理を行うことを特徴とする請求項12に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法。
- 応答性を可変にする前記制御部のゲインを変更する処理を行うことを特徴とする請求項12に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法。
- 前記制御部が発生した駆動力もしくは、前記動作量検出部の信号より求めた振動周波数と振動の大きさを記憶する処理を行うことを特徴とする請求項14に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法。
- 前記制御部のゲインの値を記憶する処理を行うことを特徴とする請求項15に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法。
- 前記制御部のゲインを自動変更し、発振の検出に従い自動変更を停止し、記憶したゲインの値に戻す処理を行うことを特徴とする請求項16に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法。
- 外乱信号として前記掃引正弦波に代えて、広域周波数成分を持つ信号を発生し、前記広域周波数成分を持つ信号と、前記制御部が発生した駆動力と、から一巡開ループ伝達関数を算出する処理を行うことを特徴とする請求項12に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法。
- 外乱信号として前記掃引正弦波に代えて、広域周波数成分を持つ信号を発生し、前記広域周波数成分を持つ信号と、前記動作量検出部が検出した信号と、から前記電動機と前記機械を含む特性を算出する処理を行うことを特徴とする請求項12に記載の電動機制御装置のゲイン調整方法。
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