JPWO2011148623A1 - 電動機制御装置 - Google Patents

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Abstract

フィードバック制御系内に配置された第１ノッチフィルタと、振動成分を含む信号ｘ１を出力する振動抽出フィルタと、信号ｘ１が入力される第２ノッチフィルタと、信号ｘ１と第２ノッチフィルタ出力信号ｘ２とに基づきノッチ中心周波数を変更するノッチ制御部と、信号ｘ１に基づき第１ノッチフィルタのノッチ深さを変更するノッチ深さ制御部と、ノッチ制御部とノッチ深さ制御部とのいずれかが動作するよう制御する制御判断部とを備える。

Description

本発明は電動機や電動機で駆動される負荷に対し、その速度や位置などの動き動作を制御する電動機制御装置に関し、特に、駆動時などに発生する機械共振を抑制する機能を備えた電動機制御装置に関する。
従来、この種の電動機制御装置としては、特許文献１に記載されているようなものがあった。図１０は、特許文献１に記載されている電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
図１０に示す従来の電動機制御装置５０は、電動機１１と速度検出器１３とに接続される。電動機１１には、負荷１２が繋がれている。また、速度検出器１３は、電動機１１の回転速度を検出し、検出した回転速度を示す速度検出信号Ｖｄを出力する。
電動機制御装置５０は、速度検出信号Ｖｄを指令速度信号Ｖｒに追従させる速度制御系を有している。そして、電動機制御装置５０は、機械共振などに起因する発振を抑制するため、図１０に示すように、第１ノッチフィルタ１５を備えている。さらに、電動機制御装置５０は、速度制御部１４とトルク制御部１６と振動抽出フィルタ１７と第２ノッチフィルタ１８とノッチ制御部１９とを備えている。
速度制御部１４は、指令速度信号Ｖｒおよび速度検出信号Ｖｄを入力してトルク指令信号τ１を生成する。第１ノッチフィルタ１５は、供給された信号から、その信号に含まれる特定の周波数を中心とした所定範囲の周波数を有する信号に対し、急峻な減衰を与えるフィルタである。この中心となる周波数をノッチ中心周波数、減衰させる近傍の周波数幅をノッチ幅、ノッチ中心周波数において与える減衰の度合いをノッチ深さと呼ぶ。また、ノッチ中心周波数およびノッチ幅で特定される周波数をノッチ周波数と呼ぶ。第１ノッチフィルタ１５はこのような特性を有しており、トルク指令信号τ１に対して、ノッチ周波数の信号成分を減衰させ、フィルタ処理したトルク指令信号τ２をトルク制御部１６に供給する。トルク制御部１６は、入力されたトルク指令信号τ２をもとに、電動機１１が目的のトルクを出力するように電動機１１を制御する。
また、振動抽出フィルタ１７は、速度検出信号Ｖｄから、機械共振に起因する振動を抽出し、抽出振動信号ｘ１として出力する。抽出振動信号ｘ１は、第２ノッチフィルタ１８へ入力される。第２ノッチフィルタ１８は、ノッチ制御部１９の制御に応じて、抽出振動信号ｘ１に対しノッチ周波数の信号成分を減衰させるようなフィルタ処理を施す。第２ノッチフィルタ１８は、フィルタ処理した抽出振動信号として、第２ノッチフィルタ出力信号ｘ２を出力する。ノッチ制御部１９は、抽出振動信号ｘ１と第２ノッチフィルタ出力信号ｘ２とに基づき、ノッチ周波数設定値ｃｎ１を生成する。ノッチ制御部１９は、第１ノッチフィルタ１５および第２ノッチフィルタ１８のノッチ周波数が抽出振動信号ｘ１の振動周波数となるように、ノッチ周波数設定値ｃｎ１により第１ノッチフィルタ１５および第２ノッチフィルタ１８を制御する。
ここで、第１ノッチフィルタ１５は、ノッチ周波数におけるノッチ深さは固定の値であり、また、第２ノッチフィルタ１８は、ノッチ周波数におけるノッチ深さが−∞である。
このように構成された従来の電動機制御装置では、何らかの原因で機械共振による発振が起きても、この発振による振動成分が減少するよう第１ノッチフィルタ１５および第２ノッチフィルタ１８のノッチ周波数が逐次変更される。
また、従来の電動機制御装置の他の例として、特許文献２に記載されているようなものがあった。図１１は、特許文献２に記載されている従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
図１１に示す電動機制御装置は、ノッチフィルタ１５ｂとノッチ周波数決定部４１と適応演算部４２とフィルタ係数設定部４３とを備えている。ノッチフィルタ１５ｂは、ノッチ周波数決定部４１によって、ノッチ中心周波数がノッチ周波数ωｎに固定されている。一方、ノッチ深さおよびノッチ幅は可変であり、フィルタ係数設定部４３が出力するフィルタ係数ζ１、ζ２をもとに、ノッチフィルタ１５ｂのノッチ深さとノッチ幅が決定する。
適応演算部４２は、ノッチフィルタ１５ｂの出力τ２と基準信号ｕとをもとに、適応則によって適応入力ζを逐次変更し、出力する。フィルタ係数設定部４３は、入力された適応入力ζをもとに、ノッチフィルタ１５ｂのノッチ深さやノッチ幅を示すフィルタ係数ζ１、ζ２を出力する。
図１１に示す従来の電動機制御装置では、機械共振による発振が起きたとき、この発振による振動成分が減少するようノッチフィルタ１５ｂのノッチ深さが逐次変更される。
しかしながら、特許文献１のように、ノッチ深さが固定の第１ノッチフィルタ１５では、ノッチ深さが最適な値とならないため、制御対象によって、不必要に振動を抑制しすぎて位相遅れが大きくなり、制御系ゲインを十分上げることができないという課題があった。
また、特許文献２のように、ノッチ周波数が固定のノッチフィルタ１５ｂでは、機械の特性のバラつきや経年変化、固定されたノッチ周波数と共振周波数のずれなどが生じた場合、機械共振などに起因する発振を十分に抑制できなくなるおそれがあった。
特開２００４−２７４９７６号公報 特開２００７−２９３５７１号公報
本発明の電動機制御装置は、電動機または負荷の状態量をフィードバック制御する。本電動機制御装置は、第１ノッチフィルタと、振動抽出フィルタと、第２ノッチフィルタと、ノッチ制御部と、ノッチ深さ制御部と、制御判断部とを備える。第１ノッチフィルタは、フィードバック制御系内に配置され、ノッチ中心周波数とノッチ深さの変更が可能である。振動抽出フィルタは、機械共振に起因する振動成分を抽出し、抽出振動信号として出力する。第２ノッチフィルタは、抽出振動信号が入力され、ノッチ中心周波数が変更可能である。ノッチ制御部は、抽出振動信号および第２ノッチフィルタ出力信号に基づき、第２ノッチフィルタ出力信号の振幅が減少するよう第１ノッチフィルタのノッチ中心周波数および第２ノッチフィルタのノッチ中心周波数を変更する。ノッチ深さ制御部は、抽出振動信号に基づいて第１ノッチフィルタのノッチ深さを変更する。制御判断部は、抽出振動信号および第２ノッチフィルタ出力信号に基づいて、ノッチ制御部とノッチ深さ制御部とのいずれか一方が動作するよう制御する。
このような構成により、例えば経年による装置の特性変化やノッチフィルタ適用の影響で機械共振の振動周波数が変化した場合や、指令追従動作を高速化するために制御系ゲインを大きくした場合でも、制御系を不安定化することなく、機械共振を常に安定して抑制することができる。
よって、本発明の電動機制御装置によれば、機械共振が生じた場合、必要以上に位相遅れを大きくすることなく、機械共振を抑制することが可能であり、常に安定した制御状態を確保しながら電動機やその負荷の動き動作の制御を行う電動機制御装置を提供することができる。
図１は、本発明の実施の形態１における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。 図２は、同電動機制御装置の第１ノッチフィルタの周波数特性および位相特性の一例を示す特性図である。 図３は、同電動機制御装置の第２ノッチフィルタの周波数特性および位相特性の一例を示す特性図である。 図４は、同電動機制御装置の第１ノッチフィルタの特性設定処理を示すフローチャートである。 図５は、同電動機制御装置の変形例の構成としたときの第１ノッチフィルタの特性設定処理を示すフローチャートである。 図６は、指令速度信号Ｖｒに対する速度検出信号Ｖｄの伝達関数のゲイン特性を示す図である。 図７は、制御系ゲインをＫｖだけ増幅させた場合のゲイン特性を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態２における電動機制御装置の第１ノッチフィルタの特性設定処理を示すフローチャートである。 図９は、本発明の実施の形態３における電動機制御装置の第１ノッチフィルタの特性設定処理を示すフローチャートである。 図１０は、従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。 図１１は、従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電動機制御装置１０の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態１における電動機制御装置１０は、電動機１１と速度検出器１３とに接続される。電動機１１には、負荷１２が繋がれている。また速度検出器１３は、電動機１１内に備えた可動子（図示せず）の回転速度を測定し、その回転速度に応じた速度量を示す状態検出信号としての速度検出信号Ｖｄを出力する。一方、可動子の回転速度を指令するため、電動機制御装置１０には、指令速度信号Ｖｒが通知される。電動機制御装置１０は、フィードバック制御する制御系として、可動子の回転動作が指令速度に追従するようにフィードバック制御する速度制御系を有している。すなわち、本実施の形態では状態量としての速度量をフィードバック制御する。本実施の形態では、このような速度制御系を有した構成の電動機制御装置の一例を挙げて説明する。
電動機制御装置１０は、図１に示すように、速度制御部１４と、第１ノッチフィルタ１５と、トルク制御部１６と、振動抽出フィルタ１７と、第２ノッチフィルタ１８と、ノッチ制御部１９と、ノッチ深さ制御部２０と、制御判断部２１と、切替部２２とを備えている。
速度制御部１４には、指令速度を示す指令速度信号Ｖｒと速度検出器１３が検出した検出速度を示す速度検出信号Ｖｄとが入力される。速度制御部１４は、指令速度信号Ｖｒと速度検出信号Ｖｄとの偏差量を算出し、この偏差量をゼロに制御するためのトルク指令信号τ１を生成し、出力する。具体的には、速度制御部１４は、例えば指令速度信号Ｖｒと速度検出信号Ｖｄとの差分を計算し、その算出値を比例積分した結果をトルク指令信号τ１として出力する。
第１ノッチフィルタ１５には、速度制御部１４からトルク指令信号τ１が供給される。さらに、第１ノッチフィルタ１５には、ノッチ制御部１９からノッチ周波数設定値ｃｎ１、ノッチ深さ制御部２０からノッチ深さ設定値ｃｎ２が供給される。第１ノッチフィルタ１５は、トルク指令信号τ１から、トルク指令信号τ１に含まれる特定の周波数を中心とした周波数を有する信号成分に対し、急峻な減衰を与えるフィルタである。図２は、本発明の実施の形態１における電動機制御装置１０の第１ノッチフィルタ１５の周波数特性および位相特性の一例を示す特性図である。図２では、ノッチ中心周波数ωｎ１を中心として、ノッチ幅Ｂｎとする近傍周波数の周波数帯域内の信号成分をノッチ深さＤｎに従って減衰させるような周波数特性の一例を示している。第１ノッチフィルタ１５は、供給されたノッチ周波数設定値ｃｎ１に基づきノッチ中心周波数ωｎ１が変更され、ノッチ深さ設定値ｃｎ２に基づきノッチ深さＤｎが変更される。ノッチ深さ設定値ｃｎ２は、小さいほどノッチ深さＤｎが深く、大きいほどノッチ深さＤｎが浅くなる特徴を有する。
第１ノッチフィルタ１５は、例えば次の（式１）で示す伝達関数Ｈ１（ｓ）をもつ２次の再帰型ノッチフィルタである。
Figure 2011148623
（式１）において、ωｎ１は第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１に対応するノッチ中心周波数係数、ζ１は減衰定数、ｄ１はノッチ深さＤｎを示すノッチ深さ係数である。ノッチ深さ係数ｄ１は、０≦ｄ１≦１であり、ｄ１＝１の場合、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１におけるゲイン特性は０［ｄＢ］となり、ｄ１＝０の場合、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１におけるゲイン特性は−∞［ｄＢ］となる。すなわち、ｄ１＝１の場合には、第１ノッチフィルタ１５の入力信号が第１ノッチフィルタ１５からそのまま出力される。また、ｄ１＝０の場合は、ノッチ中心周波数ωｎ１の信号成分の減衰量が最大となり、ノッチ中心周波数ωｎ１近傍の周波数の信号成分を減衰させた信号が第１ノッチフィルタ１５から出力される。本実施の形態では、ノッチ中心周波数係数ωｎ１がノッチ周波数設定値ｃｎ１に基づき変更されることで、ノッチ中心周波数ωｎ１が変更され、ノッチ深さ係数ｄ１がノッチ深さ設定値ｃｎ２に基づき変更されることで、ノッチ深さＤｎが変更される。第１ノッチフィルタ１５からは、トルク指令信号τ１をこのようにフィルタ処理した信号であるトルク指令信号τ２が出力される。
トルク制御部１６には、第１ノッチフィルタ１５から出力されたトルク指令信号τ２が入力される。トルク制御部１６は、電動機１１が目的のトルクを出力するように電動機１１の回転動作を制御する。
このようにして、電動機制御装置１０には、速度検出器１３により検出された可動子の回転速度を示す速度検出信号Ｖｄを利用して、この可動子の回転速度が指令速度信号Ｖｒに応じた回転速度になるように、この可動子の動き動作をフィードバック制御する速度制御系が構成される。そして、電動機制御装置１０は、この速度制御系内に第１ノッチフィルタ１５を配置した構成である。
また、本実施の形態では、電動機制御装置１０が、負荷１２を駆動する場合などに発生した機械共振を自動的に抑制する機能を備えている。この機能を実現するため、電動機制御装置１０は、速度制御系内に上述したような第１ノッチフィルタ１５を配置するとともに、機械共振などの振動成分を抽出するための抽出フィルタである振動抽出フィルタ１７を備えている。速度検出器１３から出力される速度検出信号Ｖｄは、振動抽出フィルタ１７にも供給される。
振動抽出フィルタ１７は、所定の周波数帯域が設定されており、速度検出信号Ｖｄから、設定された周波数帯域内に含まれる振動成分を抽出する。すなわち、振動抽出フィルタは、例えば電動機１１により負荷１２を駆動した場合に発生する機械共振の振動成分など、入力された速度検出信号Ｖｄに現れる振動成分を抽出し、出力する。なお、振動抽出フィルタ１７は、このように振動成分を抽出できればよいため、所定の周波数以上の信号成分を通過させるハイパスフィルタであってもよく、所定の周波数帯域幅内の信号成分を通過させるバンドパスフィルタであってもよい。振動抽出フィルタ１７は、このような周波数特性のフィルタを通過した信号、すなわち速度検出信号Ｖｄに現れた振動成分を抽出した信号である抽出振動信号ｘ１を出力する。
振動抽出フィルタ１７から出力された抽出振動信号ｘ１は、第２ノッチフィルタ１８、制御判断部２１および切替部２２に入力される。さらに、抽出振動信号ｘ１は、切替部２２の切り替えに従ってノッチ制御部１９またはノッチ深さ制御部２０のいずれかに入力される。また、詳細については以下で説明するが、これらの構成によって、第１ノッチフィルタ１５の特性が設定される。
まず、第２ノッチフィルタ１８は、抽出振動信号ｘ１に含まれる特定の周波数を中心とした周波数を有する信号成分に対し、急峻な減衰を与えた信号を出力する。また、第２ノッチフィルタ１８には、ノッチ制御部１９からノッチ周波数設定値ｃｎ１が供給される。本実施の形態では、第２ノッチフィルタ１８の特性として、ノッチ幅は所定の値が予め与えられ、ノッチ中心周波数におけるノッチ深さは−∞［ｄＢ］としている。例えば、次の（式２）で示す伝達関数Ｈ２（ｓ）をもつ２次の再帰型ノッチフィルタとする。
Figure 2011148623
ここで、ωｎ２は第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２に対応するノッチ中心周波数係数であり、ζ２は減衰定数である。周波数特性は、第１ノッチフィルタ１５と同様であり、図３に示すような特性を有している。図３からわかるように、ノッチ中心周波数ωｎ２の成分が抑圧される特性をもつ。また、第２ノッチフィルタ１８は、図２のノッチ深さＤｎに対応するゲイン特性を−∞［ｄＢ］に設定している。さらに、本実施の形態では、ノッチ中心周波数係数ωｎ２がノッチ周波数設定値ｃｎ１に基づき変更されることで、ノッチ中心周波数ωｎ２が変更される。なお、第１ノッチフィルタ１５と第２ノッチフィルタ１８とは、（式１）および（式２）に基づき同一の設定値ｃｎ１により変更されるため、ノッチ中心周波数ωｎ１とノッチ中心周波数ωｎ２とは、同一の周波数となるように変更される。第２ノッチフィルタ１８からは、抽出振動信号ｘ１（以下、適宜、単に信号ｘ１として説明する）をフィルタ処理した信号である第２ノッチフィルタ出力信号ｘ２（以下、適宜、単に信号ｘ２として説明する）が出力される。信号ｘ２は、ノッチ制御部１９および制御判断部２１に供給される。
ここで、第２ノッチフィルタ１８において、入力である信号ｘ１に含まれる振動成分の振動周波数とノッチ中心周波数ωｎ２とが大きく異なる場合は、信号ｘ１の振幅は抑圧されない。一方、一致する場合は、その振幅が抑圧される。このため、信号ｘ２の振幅は、信号ｘ１の振動周波数がノッチ中心周波数ωｎ２からずれるに従って大きくなる。すなわち、信号ｘ２は、信号ｘ１の振動周波数とノッチ中心周波数ωｎ２とのずれの程度を示すと言える。
次に、ノッチ制御部１９は、信号ｘ２と切替部２２を介して供給された信号ｘ１とに基づき、ノッチ周波数設定値ｃｎ１（以下、適宜、単に設定値ｃｎ１として説明する）を生成し、出力する。設定値ｃｎ１は、第１ノッチフィルタ１５および第２ノッチフィルタ１８に供給され、設定値ｃｎ１に応じてノッチ中心周波数ωｎ１およびノッチ中心周波数ωｎ２がそれぞれに設定される。ノッチ制御部１９は、信号ｘ１および信号ｘ２を用いて、供給されている信号ｘ２の振幅が小さくなるように設定値ｃｎ１を変更する。そして、この設定値ｃｎ１に基づき、第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２が変更される。ノッチ制御部１９は、このように設定値ｃｎ１を逐次変更して、信号ｘ２の振幅が所定値以下あるいは０となるまで、第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２を制御する。このようなノッチフィルタの制御は、第２ノッチフィルタ１８と、例えば特許文献１に記載された方向フィルタやノッチフィルタ係数修正手段とを組み合わせることで実現できる。このようにして、ノッチ中心周波数ωｎ２が信号ｘ１に含まれる振動成分の周波数となるように制御されるため、設定値ｃｎ１は、振動成分の周波数に対応した値となる。
また、このように設定値ｃｎ１に応じてノッチ中心周波数ωｎ２が変更されるとともに、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１もノッチ中心周波数ωｎ２と等しくなるように変更される。すなわち、ノッチ制御部１９と第２ノッチフィルタ１８とによって、ノッチ中心周波数ωｎ２＝ωｎとなるように制御されると、ノッチ中心周波数ωｎ１もノッチ中心周波数ωｎ１＝ωｎとなる。このため、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１も、振動抽出フィルタ１７が抽出した振動成分の周波数となるように制御される。
次に、ノッチ深さ制御部２０は、切替部２２を介して供給された信号ｘ１に基づき、ノッチ深さ設定値ｃｎ２を（以下、適宜、単に設定値ｃｎ２として説明する）生成し、出力する。設定値ｃｎ２は、第１ノッチフィルタ１５に供給され、設定値ｃｎ２に応じてノッチ深さＤｎが設定される。ノッチ深さ制御部２０は、供給された信号ｘ１に振動成分が含まれているかどうかを監視し、振動成分を検出した場合にはノッチ深さＤｎがさらに深くなるように設定値ｃｎ２を変更して、第１ノッチフィルタ１５に供給する。
次に、制御判断部２１は、供給された信号ｘ１および信号ｘ２に基づき、ノッチ制御部１９を動作させるか、あるいはノッチ深さ制御部２０を動作させるかを判断する。制御判断部２１は、判断に基づき切替部２２を制御する。これにより、制御判断部２１の判断に従って、信号ｘ１がノッチ制御部１９あるいはノッチ深さ制御部２０に供給される。具体的には、信号ｘ１は、まずノッチ制御部１９に供給されるように設定する。そして、信号ｘ１には振動成分が検出されるが、信号ｘ２には振動成分が検出されないと、制御判断部２１が判断した場合には、信号ｘ１がノッチ深さ制御部２０に供給されるように、切替部２２が切り替えられる。そして、信号ｘ１から振動成分が検出されないと制御判断部２１が判断した場合には、再び信号ｘ１がノッチ制御部１９に供給されるように切替部２２が切り替えられる。
以上のような構成により、抽出振動信号ｘ１に振動成分が含まれると判断されると、ノッチ制御部１９により第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１が振動成分の周波数となるように設定される。さらに、ノッチ中心周波数ωｎ１が設定された後、ノッチ深さ制御部２０によって、抽出振動信号ｘ１に含まれる振動成分が抑制できる程度のノッチ深さとなるように、第１ノッチフィルタ１５のノッチ深さＤｎが設定される。本実施の形態では、このような構成とすることにより、不必要に振動を抑制しすぎることを防ぐことができるため、制御系の安定した動作を確保しつつ、機械共振に起因する発振などを抑制できる。
次に、電動機制御装置１０の動作について詳細に説明する。図４は、本発明の実施の形態１における第１ノッチフィルタ１５の特性設定処理を示すフローチャートである。なお、図４の処理は、制御周期ごとに繰り返し行われる。
まず、制御判断部２１は、ステップＳ１０１にて抽出振動信号ｘ１の振幅をもとに振動が発生したか確認する。振動が発生、つまり信号ｘ１において振動成分があると判断した場合、制御判断部２１は、さらに、ステップＳ１０２に進み、信号ｘ２において振動成分があるかどうか判断する。なお、振動成分があるかどうかの判断は、例えば、信号の振幅が０か非０かを検出したり、信号ｘ１や信号ｘ２の振幅と所定値の閾値とを比較し、信号の振幅が閾値を越えた場合に振動成分があると判断したりすることによって行われる。
ステップＳ１０２において、信号ｘ２に振動成分があると制御判断部２１が判断すると、ステップＳ１０３に進む。すなわち、この場合、信号ｘ１および信号ｘ２のいずれにおいても振動成分があるため、信号ｘ１の振動周波数と第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２とが一致していないと判断する。制御判断部２１は、この判断に基づき、ノッチ制御部１９を動作させ、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１が信号ｘ１の振動成分の周波数となるように制御する。すなわち、ステップＳ１０３にて、制御判断部２１は、信号ｘ１をノッチ制御部１９へ入力するように切替部２２を制御する。そして、ステップＳ１０４でノッチ制御部１９はノッチ周波数設定値ｃｎ１の修正動作を行う。ステップＳ１０２において、信号ｘ２に振動成分がないと判断されるまで、ステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理が、制御周期ごとに繰り返される。
なお、ステップＳ１０１からステップＳ１０４までを繰り返す処理は、より詳細には次のようにして実行される。まず、信号ｘ２に振動成分がないと判断されるまで、第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２は、常に修正されながら入力される設定値ｃｎ１によって決定される。一方、第１ノッチフィルタ１５は、設定値ｃｎ１が変更されている際には変更前の設定値ｃｎ１を保持し、設定値ｃｎ１の変更が停止した時点で、変更後の設定値ｃｎ１を設定する。すなわち、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１も常に修正するように処理した場合、これに併せて信号ｘ１の状態も変化し、ノッチ制御部１９の動作が不安定になる可能性がある。このため、ノッチ中心周波数ωｎ２が決定された後、ノッチ中心周波数ωｎ１を設定するような手順とすることにより、ノッチ制御部１９の動作を安定して実行できる。
また、ステップＳ１０２において、信号ｘ２に振動成分がないと制御判断部２１が判断すると、ステップＳ１０５に進む。すなわち、この場合、信号ｘ１においては振動成分が検出されるが、信号ｘ２においては振動成分が検出されないため、信号ｘ１の振動周波数と第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２とが一致し、さらに第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１とも一致していると判断する。
ステップＳ１０５で、制御判断部２１は、信号ｘ１をノッチ深さ制御部２０へ入力するように切替部２２を制御する。そして、ステップＳ１０６で、ノッチ深さ制御部２０は、ノッチ深さ設定値ｃｎ２の修正動作を現在値から開始するように設定する。さらに、ノッチ深さ制御部２０によって、ステップＳ１０７で、ノッチ深さＤｎが深くなるように設定値ｃｎ２の修正動作が行われる。ステップＳ１０１において、信号ｘ１に振動成分がないと判断されるまで、ステップＳ１０１からステップＳ１０７までの処理が、制御周期ごとに繰り返される。
なお、ステップＳ１０１からステップＳ１０７までを繰り返す処理は、より詳細には次のようにして実行される。まず、設定値ｃｎ２の初期値は、第１ノッチフィルタ１５のノッチ深さ係数ｄ１＝１となるように設定する。そして、ノッチ深さが深くなるように、つまりノッチ深さ係数ｄ１が小さくなるように逐次変更動作を行い、信号ｘ１に振動成分がないと判断されると、変更動作を停止する。
例えば、ノッチ深さ制御部２０は、信号ｘ１に振動成分が含まれる場合は、ノッチ深さ係数ｄ１が所定量だけ減るように、設定値ｃｎ２の変更動作を逐次行う。この結果、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１におけるゲイン特性が小さくなっていく。これに伴なって、信号ｘ１に含まれる振動周波数ωｎ１の振動成分の振幅も小さくなっていく。そして、信号ｘ１の振幅が０や閾値以下となった場合に、設定値ｃｎ２の逐次変更動作を停止する。このようにして、モータ駆動時に発生する機械共振などを抑圧することが可能な、第１ノッチフィルタ１５におけるノッチ深さ係数ｄ１の最適値の探索を行うことができる。また、ノッチ深さ係数ｄ１を小さくしていく際、ノッチ深さ係数ｄ１＝０に相当する設定値ｃｎ２が設定された場合、ノッチ深さ設定値ｃｎ２の変更動作を停止する。また、ノッチ深さ制御部２０は、２回目以降のノッチ深さ設定値ｃｎ２の変更動作は、現在設定されている値より変更動作を開始する。
以上のような動作により、信号ｘ１および信号ｘ２のいずれにおいても振動成分が検出されなくなる。このため、図４のステップＳ１０１において、信号ｘ１に振動成分なしと判定され、ステップＳ１０８に進む。制御判断部２１は、ステップＳ１０８で、信号ｘ１をノッチ制御部１９へ入力するように切替部２２を制御する。上述した処理により、制御系における振動を第１ノッチフィルタ１５が抑圧するように設定されているため、信号ｘ１に振動成分は含まれておらず、ノッチ制御部１９は、振動は発生していないと判断し、設定値ｃｎ１の変更動作は行われない。また、負荷が変更されるなど、信号ｘ１において新たな振動成分が含まれることになると、図４のステップＳ１０１からステップＳ１０２へと進み、新たな振動成分に対する上述したような処理を実行する。なお、信号ｘ１がノッチ制御部１９へ入力される場合、ノッチ深さ制御部２０には０が入力され、ノッチ深さ設定値ｃｎ２の変更動作は行われない。また、信号ｘ１がノッチ深さ制御部２０に入力される場合は、ノッチ制御部１９には０が入力され、ノッチ周波数設定値ｃｎ１の変更動作は行われない。
なお、本実施の形態では、１回目の設定値ｃｎ２の変更動作を初期値から開始し、２回目以降の設定値ｃｎ２の変更動作は現在設定されている値から開始するとしたが、第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２の変更に応じて、現在設定されている値と初期値とを切り替える構成であってもよい。図５は、本実施の形態のこのような変形例の構成としたときの第１ノッチフィルタの特性設定処理を示すフローチャートである。具体的には、ステップＳ１０５で、信号ｘ１をノッチ深さ制御部２０へ入力するように設定した後、ステップＳ１１１で、ノッチ中心周波数ωｎ２が前回の変更動作時の値から変更されているかを確認する。変更されている場合は、ステップＳ１１２で設定値ｃｎ２の変更動作開始時の値を初期値とする。変更されていない場合は、ステップＳ１１３で、開始時の値を現在設定されている値としている。
このような構成によって、ノッチ周波数が変更された場合に、設定値ｃｎ２の変更動作が、より早く停止するため、機械共振を早く抑制することができる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、設定値ｃｎ２を徐々に小さくしていく構成例を挙げて説明した。これに対し、実施の形態２では、設定値ｃｎ２を徐々に大きくしていく処理もさらに含めた構成としている。すなわち、本実施の形態における電動機制御装置１０は、例えば、制御系ゲインの変更に応じて、設定値ｃｎ２の変更動作を、徐々に大きくしていく動作と徐々に小さくしていく動作のいずれかを選択するような構成である。
ここで、まず、機械共振などを含む制御系の周波数特性について説明する。図６は、指令速度信号Ｖｒに対する速度検出信号Ｖｄの伝達関数のゲイン特性を示す図である。図６において、周波数ωｎは共振周波数であり、電動機制御装置１０を使用して電動機および負荷を駆動したときに、共振周波数ωｎの機械共振が発生した一例を示している。そして、共振周波数ωｎにおけるゲイン特性を０［ｄＢ］以下とすることで、機械共振は抑制される。よって、この共振を抑制するためには、第１ノッチフィルタ１５のノッチ深さＤｎはＤｖだけ必要となる。すなわち、図４に示す処理では、ノッチ深さ制御部２０によって、ノッチ深さ初期値であるノッチ深さ０の状態から、ノッチ深さがＤｖとなるまで、設定値ｃｎ２の逐次変更動作が行われる。そして、ノッチ深さがＤｖに相当する設定値ｃｎ２となることで、この逐次変更動作が停止する。つまり、ゲイン特性が図６で表される制御系に対して、電動機制御装置１０を用いた場合、ノッチ深さ制御部２０によって第１ノッチフィルタ１５のノッチ深さはＤｖとなり、機械共振は抑制される。
次に、制御系ゲインをＫｖだけ増幅させた場合について説明する。図７は、制御系ゲインをＫｖだけ増幅させた場合のゲイン特性を示す図である。ゲイン特性は、図７のように、図６に対して全体がＫｖだけ増幅することになり、共振周波数ωｎにおけるゲインもＫｖだけ増加する。そのため、再び共振周波数ωｎの機械共振が生じる。この場合、再び生じた機械共振に対して、共振周波数は変わっていないので、第２ノッチフィルタ出力信号ｘ２には振動成分が含まれていない。このため、図４の処理においては、ステップＳ１０５へと進み、設定値ｃｎ２が逐次変更され、第１ノッチフィルタ１５のノッチ深さＤｎがＤｖ＋Ｋｖに相当する値になることで、機械共振が再び抑制される。
ところで、以上の説明は、制御系ゲインを上げた場合の動作であるが、制御系ゲインを下げた場合、図４の処理では共振周波数ωｎの機械共振に対してノッチ深さＤｎが深すぎることになる。
本実施の形態では、ノッチ深さＤｎを必要以上に深くしすぎないように、制御系ゲインの変更に応じて、ノッチ深さＤｎを浅くするように、設定値ｃｎ２を徐々に大きくしていくような処理も含めた構成としている。
図８は、本発明の実施の形態２における第１ノッチフィルタ１５の特性設定処理を示すフローチャートである。図５との比較において、図８では、ステップＳ１０１において信号ｘ１に振動成分なしと判定した場合の処理が異なる。図８では、ステップＳ１２１において、制御系ゲインを下げるように変更されたかどうかを判定する。そして、制御系ゲインを下げるように変更された場合、ステップＳ１２３において、信号ｘ１をノッチ深さ制御部２０に入力し、ステップＳ１２４において、ノッチ深さＤｎが浅くなるように現在値から設定値ｃｎ２が徐々に大きくなるように修正していく。このような構成とすることにより、制御系ゲインを下げるように制御系ゲインを変更した場合には、その制御系ゲインに適したノッチ深さＤｎとなるように変更される。このように、本実施の形態の構成によれば、制御系ゲインに応じて最適なノッチ深さＤｎが設定される。なお、制御系ゲインの変更に加えて、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１の変更、第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２の変更、制御系ゲインの変更のうち、少なくともいずれかに応じて、設定値ｃｎ２の変更動作を、徐々に大きくしていく動作と徐々に小さくしていく動作のいずれかを選択するような構成であってもよい。
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における第１ノッチフィルタ１５の特性設定処理を示すフローチャートである。本実施の形態では、例えば図７のように制御系ゲインを上げた場合に、設定値ｃｎ２の変更量を演算により算出するような構成としている。
すなわち、図９に示す処理は、２回目以降の設定値ｃｎ２の変更動作で制御系ゲインの変更量に応じて、設定値ｃｎ２の変更量を算出し、設定するような構成である。つまり、制御系ゲインをＫｖだけ増幅させる際、ノッチ深さＤｎを現在値からＫｖだけ深くなるように設定値ｃｎ２を算出する。
具体的な動作を図９のフローチャートを用いて説明する。制御判断部２１は、ステップＳ１０１において振動成分なしと判定した場合、ステップＳ１３１で、設定値ｃｎ２が既に１度設定されているか、つまりノッチ深さＤｎの変更動作が１度停止しているか、かつ制御系ゲインが変更されたかを確認する。ノッチ深さＤｎの変更動作が１度停止しており、かつ制御系ゲインが変更されている場合、ノッチ深さ制御部２０は、ステップＳ１３２で、制御系ゲインの変更量に応じて、設定値ｃｎ２を現在値から、制御系ゲインの変更量に相当する分だけ変更する。そして、制御判断部２１は、ステップＳ１３３で、信号ｘ１をノッチ制御部１９へ入力するよう切替部２２を制御する。信号ｘ１は、ノッチ制御部１９へ入力されるが、抽出振動信号ｘ１には振動成分がないので、ノッチ周波数設定値ｃｎ１の変更動作は行われない。
このような構成により、制御系ゲインを変更する場合に、振動を生じることなく、制御系ゲインの変更量を反映した、不必要に位相遅れを大きくしないノッチ深さＤｎが設定される。
以上説明したように本発明の電動機制御装置は、第１ノッチフィルタと、振動抽出フィルタと、第２ノッチフィルタと、ノッチ制御部と、ノッチ深さ制御部と、制御判断部とを備えている。そして、第１ノッチフィルタは、フィードバック制御系内に配置され、ノッチ中心周波数とノッチ深さの変更が可能である。振動抽出フィルタは、機械共振に起因する振動成分を抽出し、抽出振動信号として出力する。第２ノッチフィルタは、抽出振動信号が入力され、ノッチ中心周波数が変更可能である。ノッチ制御部は、抽出振動信号および第２ノッチフィルタ出力信号に基づき、第２ノッチフィルタ出力信号の振幅が減少するように第１ノッチフィルタのノッチ中心周波数および第２ノッチフィルタのノッチ中心周波数を変更する。ノッチ深さ制御部は、抽出振動信号に基づいて、第１ノッチフィルタのノッチ深さを変更する。制御判断部は、抽出振動信号および第２ノッチフィルタ出力信号に基づいて、ノッチ制御部とノッチ深さ制御部とのいずれか一方が動作するよう制御する。
このように、本発明の電動機制御装置は機械共振の振動周波数と一致するノッチ中心周波数と、機械共振を抑制するノッチ深さ係数の最適値を設定することが可能であり、機械共振を常に安定して抑制することが可能である。したがって、本発明の電動機制御装置によれば、機械共振を常に安定して抑制することが可能であり、常に安定した制御状態を確保しながら電動機やその負荷の動き動作の制御を行う電動機制御装置を提供することができる。
なお、本発明の各実施の形態において、制御系として速度制御系の一例を挙げて説明した。しかし、本発明は、速度制御系に代えて、位置制御系としたシステム構成に置き換えても同様の作用効果が発揮される。
また、各実施の形態では、速度検出器が電動機の可動部の速度を検出する一例を挙げて説明した。しかし、本発明は、速度検出器が負荷の速度を検出するようなシステム構成であってもよい。さらに、本発明は、位置検出器によって電動機の可動部や負荷の位置を検出し、位置制御系によって制御されるような構成であってもよい。さらに、本発明は、検出位置を微分して検出速度とするような回路を含めた構成による位置検出器を備えた制御系や、検出速度を積分して位置を検出するような回路を含めた構成による速度検出器を備えた位置制御系としてもよい。すなわち、電動機による可動部の動き動作が、指令された位置や速度などの動き量に追従するようにフィードバック制御する制御系に本発明を適用することができる。また、動き動作として、電動機による可動部の回転動作であってもよく、直線動作であってもよく、その他の動きであってもよい。
また、各実施の形態では、信号ｘ１の振幅が０や閾値以下となった場合に、設定値ｃｎ２の変更動作を停止するとした。しかし、本発明は、信号ｘ１の振幅の移動平均による移動平均値に応じて、変更動作を停止する構成であってもよい。
また、各実施の形態では、ノッチ深さ制御部によって、設定値ｃｎ２を徐々に変更するとした。しかし、本発明は、制御系ゲイン、制御系ゲインの変更量、検出信号の検出単位のうち、少なくともいずれかに基づいて逐次変更量を決定する構成であってもよい。
また、各実施の形態では、ノッチフィルタのフィルタ係数を変更し機械共振を抑制する電動機制御装置を説明した。しかし、本発明は、上述したような構成に限定されず、振動成分を検出し、この検出結果に基づいて速度制御や位置制御系内に配置されたノッチフィルタのノッチ周波数やノッチ深さを変更し、機械共振を抑制する電動機制御装置であれば実施の形態で説明した内容によって同様の効果を得ることができる。
本発明の電動機制御装置は、機械共振などに対して精度よくその振動の抑制が可能であり、常に電動機を安定して制御することができるため、部品実装機や半導体製造装置など電動機を使用する装置で、特に機械共振が生じるような装置を駆動する電動機制御装置に適している。
１０，５０ 電動機制御装置
１１ 電動機
１２ 負荷
１３ 速度検出器
１４ 速度制御部
１５ 第１ノッチフィルタ
１５ｂ ノッチフィルタ
１６ トルク制御部
１７ 振動抽出フィルタ
１８ 第２ノッチフィルタ
１９ ノッチ制御部
２０ ノッチ深さ制御部
２１ 制御判断部
２２ 切替部
４１ ノッチ周波数決定部
４２ 適応演算部
４３ フィルタ係数設定部
本発明は電動機や電動機で駆動される負荷に対し、その速度や位置などの動き動作を制御する電動機制御装置に関し、特に、駆動時などに発生する機械共振を抑制する機能を備えた電動機制御装置に関する。
従来、この種の電動機制御装置としては、特許文献１に記載されているようなものがあった。図１０は、特許文献１に記載されている電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
図１０に示す従来の電動機制御装置５０は、電動機１１と速度検出器１３とに接続される。電動機１１には、負荷１２が繋がれている。また、速度検出器１３は、電動機１１の回転速度を検出し、検出した回転速度を示す速度検出信号Ｖｄを出力する。
電動機制御装置５０は、速度検出信号Ｖｄを指令速度信号Ｖｒに追従させる速度制御系を有している。そして、電動機制御装置５０は、機械共振などに起因する発振を抑制するため、図１０に示すように、第１ノッチフィルタ１５を備えている。さらに、電動機制御装置５０は、速度制御部１４とトルク制御部１６と振動抽出フィルタ１７と第２ノッチフィルタ１８とノッチ制御部１９とを備えている。
速度制御部１４は、指令速度信号Ｖｒおよび速度検出信号Ｖｄを入力してトルク指令信号τ１を生成する。第１ノッチフィルタ１５は、供給された信号から、その信号に含まれる特定の周波数を中心とした所定範囲の周波数を有する信号に対し、急峻な減衰を与えるフィルタである。この中心となる周波数をノッチ中心周波数、減衰させる近傍の周波数幅をノッチ幅、ノッチ中心周波数において与える減衰の度合いをノッチ深さと呼ぶ。また、ノッチ中心周波数およびノッチ幅で特定される周波数をノッチ周波数と呼ぶ。第１ノッチフィルタ１５はこのような特性を有しており、トルク指令信号τ１に対して、ノッチ周波数の信号成分を減衰させ、フィルタ処理したトルク指令信号τ２をトルク制御部１６に供給する。トルク制御部１６は、入力されたトルク指令信号τ２をもとに、電動機１１が目的のトルクを出力するように電動機１１を制御する。
また、振動抽出フィルタ１７は、速度検出信号Ｖｄから、機械共振に起因する振動を抽出し、抽出振動信号ｘ１として出力する。抽出振動信号ｘ１は、第２ノッチフィルタ１８へ入力される。第２ノッチフィルタ１８は、ノッチ制御部１９の制御に応じて、抽出振動信号ｘ１に対しノッチ周波数の信号成分を減衰させるようなフィルタ処理を施す。第２ノッチフィルタ１８は、フィルタ処理した抽出振動信号として、第２ノッチフィルタ出力信号ｘ２を出力する。ノッチ制御部１９は、抽出振動信号ｘ１と第２ノッチフィルタ出力信号ｘ２とに基づき、ノッチ周波数設定値ｃｎ１を生成する。ノッチ制御部１９は、第１ノッチフィルタ１５および第２ノッチフィルタ１８のノッチ周波数が抽出振動信号ｘ１の振動周波数となるように、ノッチ周波数設定値ｃｎ１により第１ノッチフィルタ１５および第２ノッチフィルタ１８を制御する。
ここで、第１ノッチフィルタ１５は、ノッチ周波数におけるノッチ深さは固定の値であり、また、第２ノッチフィルタ１８は、ノッチ周波数におけるノッチ深さが−∞である。
このように構成された従来の電動機制御装置では、何らかの原因で機械共振による発振が起きても、この発振による振動成分が減少するよう第１ノッチフィルタ１５および第２ノッチフィルタ１８のノッチ周波数が逐次変更される。
また、従来の電動機制御装置の他の例として、特許文献２に記載されているようなものがあった。図１１は、特許文献２に記載されている従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
図１１に示す電動機制御装置は、ノッチフィルタ１５ｂとノッチ周波数決定部４１と適応演算部４２とフィルタ係数設定部４３とを備えている。ノッチフィルタ１５ｂは、ノッチ周波数決定部４１によって、ノッチ中心周波数がノッチ周波数ωｎに固定されている。一方、ノッチ深さおよびノッチ幅は可変であり、フィルタ係数設定部４３が出力するフィルタ係数ζ１、ζ２をもとに、ノッチフィルタ１５ｂのノッチ深さとノッチ幅が決定する。
適応演算部４２は、ノッチフィルタ１５ｂの出力τ２と基準信号ｕとをもとに、適応則によって適応入力ζを逐次変更し、出力する。フィルタ係数設定部４３は、入力された適応入力ζをもとに、ノッチフィルタ１５ｂのノッチ深さやノッチ幅を示すフィルタ係数ζ１、ζ２を出力する。
図１１に示す従来の電動機制御装置では、機械共振による発振が起きたとき、この発振による振動成分が減少するようノッチフィルタ１５ｂのノッチ深さが逐次変更される。
しかしながら、特許文献１のように、ノッチ深さが固定の第１ノッチフィルタ１５では、ノッチ深さが最適な値とならないため、制御対象によって、不必要に振動を抑制しすぎて位相遅れが大きくなり、制御系ゲインを十分上げることができないという課題があった。
また、特許文献２のように、ノッチ周波数が固定のノッチフィルタ１５ｂでは、機械の特性のバラつきや経年変化、固定されたノッチ周波数と共振周波数のずれなどが生じた場合、機械共振などに起因する発振を十分に抑制できなくなるおそれがあった。
特開２００４−２７４９７６号公報 特開２００７−２９３５７１号公報
本発明の電動機制御装置は、電動機または負荷の状態量をフィードバック制御する。本電動機制御装置は、第１ノッチフィルタと、振動抽出フィルタと、第２ノッチフィルタと、ノッチ制御部と、ノッチ深さ制御部と、制御判断部とを備える。第１ノッチフィルタは、フィードバック制御系内に配置され、ノッチ中心周波数とノッチ深さの変更が可能である。振動抽出フィルタは、機械共振に起因する振動成分を抽出し、抽出振動信号として出力する。第２ノッチフィルタは、抽出振動信号が入力され、ノッチ中心周波数が変更可能である。ノッチ制御部は、抽出振動信号および第２ノッチフィルタ出力信号に基づき、第２ノッチフィルタ出力信号の振幅が減少するよう第１ノッチフィルタのノッチ中心周波数および第２ノッチフィルタのノッチ中心周波数を変更する。ノッチ深さ制御部は、抽出振動信号に基づいて第１ノッチフィルタのノッチ深さを変更する。制御判断部は、抽出振動信号および第２ノッチフィルタ出力信号に基づいて、ノッチ制御部とノッチ深さ制御部とのいずれか一方が動作するよう制御する。
このような構成により、例えば経年による装置の特性変化やノッチフィルタ適用の影響で機械共振の振動周波数が変化した場合や、指令追従動作を高速化するために制御系ゲインを大きくした場合でも、制御系を不安定化することなく、機械共振を常に安定して抑制することができる。
よって、本発明の電動機制御装置によれば、機械共振が生じた場合、必要以上に位相遅れを大きくすることなく、機械共振を抑制することが可能であり、常に安定した制御状態を確保しながら電動機やその負荷の動き動作の制御を行う電動機制御装置を提供することができる。
図１は、本発明の実施の形態１における電動機制御装置の構成を示すブロック図である。 図２は、同電動機制御装置の第１ノッチフィルタの周波数特性および位相特性の一例を示す特性図である。 図３は、同電動機制御装置の第２ノッチフィルタの周波数特性および位相特性の一例を示す特性図である。 図４は、同電動機制御装置の第１ノッチフィルタの特性設定処理を示すフローチャートである。 図５は、同電動機制御装置の変形例の構成としたときの第１ノッチフィルタの特性設定処理を示すフローチャートである。 図６は、指令速度信号Ｖｒに対する速度検出信号Ｖｄの伝達関数のゲイン特性を示す図である。 図７は、制御系ゲインをＫｖだけ増幅させた場合のゲイン特性を示す図である。 図８は、本発明の実施の形態２における電動機制御装置の第１ノッチフィルタの特性設定処理を示すフローチャートである。 図９は、本発明の実施の形態３における電動機制御装置の第１ノッチフィルタの特性設定処理を示すフローチャートである。 図１０は、従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。 図１１は、従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電動機制御装置１０の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態１における電動機制御装置１０は、電動機１１と速度検出器１３とに接続される。電動機１１には、負荷１２が繋がれている。また速度検出器１３は、電動機１１内に備えた可動子（図示せず）の回転速度を測定し、その回転速度に応じた速度量を示す状態検出信号としての速度検出信号Ｖｄを出力する。一方、可動子の回転速度を指令するため、電動機制御装置１０には、指令速度信号Ｖｒが通知される。電動機制御装置１０は、フィードバック制御する制御系として、可動子の回転動作が指令速度に追従するようにフィードバック制御する速度制御系を有している。すなわち、本実施の形態では状態量としての速度量をフィードバック制御する。本実施の形態では、このような速度制御系を有した構成の電動機制御装置の一例を挙げて説明する。
電動機制御装置１０は、図１に示すように、速度制御部１４と、第１ノッチフィルタ１５と、トルク制御部１６と、振動抽出フィルタ１７と、第２ノッチフィルタ１８と、ノッチ制御部１９と、ノッチ深さ制御部２０と、制御判断部２１と、切替部２２とを備えている。
速度制御部１４には、指令速度を示す指令速度信号Ｖｒと速度検出器１３が検出した検出速度を示す速度検出信号Ｖｄとが入力される。速度制御部１４は、指令速度信号Ｖｒと速度検出信号Ｖｄとの偏差量を算出し、この偏差量をゼロに制御するためのトルク指令信号τ１を生成し、出力する。具体的には、速度制御部１４は、例えば指令速度信号Ｖｒと速度検出信号Ｖｄとの差分を計算し、その算出値を比例積分した結果をトルク指令信号τ１として出力する。
第１ノッチフィルタ１５には、速度制御部１４からトルク指令信号τ１が供給される。さらに、第１ノッチフィルタ１５には、ノッチ制御部１９からノッチ周波数設定値ｃｎ１、ノッチ深さ制御部２０からノッチ深さ設定値ｃｎ２が供給される。第１ノッチフィルタ１５は、トルク指令信号τ１から、トルク指令信号τ１に含まれる特定の周波数を中心とした周波数を有する信号成分に対し、急峻な減衰を与えるフィルタである。図２は、本発明の実施の形態１における電動機制御装置１０の第１ノッチフィルタ１５の周波数特性および位相特性の一例を示す特性図である。図２では、ノッチ中心周波数ωｎ１を中心として、ノッチ幅Ｂｎとする近傍周波数の周波数帯域内の信号成分をノッチ深さＤｎに従って減衰させるような周波数特性の一例を示している。第１ノッチフィルタ１５は、供給されたノッチ周波数設定値ｃｎ１に基づきノッチ中心周波数ωｎ１が変更され、ノッチ深さ設定値ｃｎ２に基づきノッチ深さＤｎが変更される。ノッチ深さ設定値ｃｎ２は、小さいほどノッチ深さＤｎが深く、大きいほどノッチ深さＤｎが浅くなる特徴を有する。
第１ノッチフィルタ１５は、例えば次の（式１）で示す伝達関数Ｈ１（ｓ）をもつ２次の再帰型ノッチフィルタである。
Figure 2011148623
（式１）において、ωｎ１は第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１に対応するノッチ中心周波数係数、ζ１は減衰定数、ｄ１はノッチ深さＤｎを示すノッチ深さ係数である。ノッチ深さ係数ｄ１は、０≦ｄ１≦１であり、ｄ１＝１の場合、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１におけるゲイン特性は０［ｄＢ］となり、ｄ１＝０の場合、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１におけるゲイン特性は−∞［ｄＢ］となる。すなわち、ｄ１＝１の場合には、第１ノッチフィルタ１５の入力信号が第１ノッチフィルタ１５からそのまま出力される。また、ｄ１＝０の場合は、ノッチ中心周波数ωｎ１の信号成分の減衰量が最大となり、ノッチ中心周波数ωｎ１近傍の周波数の信号成分を減衰させた信号が第１ノッチフィルタ１５から出力される。本実施の形態では、ノッチ中心周波数係数ωｎ１がノッチ周波数設定値ｃｎ１に基づき変更されることで、ノッチ中心周波数ωｎ１が変更され、ノッチ深さ係数ｄ１がノッチ深さ設定値ｃｎ２に基づき変更されることで、ノッチ深さＤｎが変更される。第１ノッチフィルタ１５からは、トルク指令信号τ１をこのようにフィルタ処理した信号であるトルク指令信号τ２が出力される。
トルク制御部１６には、第１ノッチフィルタ１５から出力されたトルク指令信号τ２が入力される。トルク制御部１６は、電動機１１が目的のトルクを出力するように電動機１１の回転動作を制御する。
このようにして、電動機制御装置１０には、速度検出器１３により検出された可動子の回転速度を示す速度検出信号Ｖｄを利用して、この可動子の回転速度が指令速度信号Ｖｒに応じた回転速度になるように、この可動子の動き動作をフィードバック制御する速度制御系が構成される。そして、電動機制御装置１０は、この速度制御系内に第１ノッチフィルタ１５を配置した構成である。
また、本実施の形態では、電動機制御装置１０が、負荷１２を駆動する場合などに発生した機械共振を自動的に抑制する機能を備えている。この機能を実現するため、電動機制御装置１０は、速度制御系内に上述したような第１ノッチフィルタ１５を配置するとともに、機械共振などの振動成分を抽出するための抽出フィルタである振動抽出フィルタ１７を備えている。速度検出器１３から出力される速度検出信号Ｖｄは、振動抽出フィルタ１７にも供給される。
振動抽出フィルタ１７は、所定の周波数帯域が設定されており、速度検出信号Ｖｄから、設定された周波数帯域内に含まれる振動成分を抽出する。すなわち、振動抽出フィルタは、例えば電動機１１により負荷１２を駆動した場合に発生する機械共振の振動成分など、入力された速度検出信号Ｖｄに現れる振動成分を抽出し、出力する。なお、振動抽出フィルタ１７は、このように振動成分を抽出できればよいため、所定の周波数以上の信号成分を通過させるハイパスフィルタであってもよく、所定の周波数帯域幅内の信号成分を通過させるバンドパスフィルタであってもよい。振動抽出フィルタ１７は、このような周波数特性のフィルタを通過した信号、すなわち速度検出信号Ｖｄに現れた振動成分を抽出した信号である抽出振動信号ｘ１を出力する。
振動抽出フィルタ１７から出力された抽出振動信号ｘ１は、第２ノッチフィルタ１８、制御判断部２１および切替部２２に入力される。さらに、抽出振動信号ｘ１は、切替部２２の切り替えに従ってノッチ制御部１９またはノッチ深さ制御部２０のいずれかに入力される。また、詳細については以下で説明するが、これらの構成によって、第１ノッチフィルタ１５の特性が設定される。
まず、第２ノッチフィルタ１８は、抽出振動信号ｘ１に含まれる特定の周波数を中心とした周波数を有する信号成分に対し、急峻な減衰を与えた信号を出力する。また、第２ノッチフィルタ１８には、ノッチ制御部１９からノッチ周波数設定値ｃｎ１が供給される。本実施の形態では、第２ノッチフィルタ１８の特性として、ノッチ幅は所定の値が予め与えられ、ノッチ中心周波数におけるノッチ深さは−∞［ｄＢ］としている。例えば、次の（式２）で示す伝達関数Ｈ２（ｓ）をもつ２次の再帰型ノッチフィルタとする。
Figure 2011148623
ここで、ωｎ２は第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２に対応するノッチ中心周波数係数であり、ζ２は減衰定数である。周波数特性は、第１ノッチフィルタ１５と同様であり、図３に示すような特性を有している。図３からわかるように、ノッチ中心周波数ωｎ２の成分が抑圧される特性をもつ。また、第２ノッチフィルタ１８は、図２のノッチ深さＤｎに対応するゲイン特性を−∞［ｄＢ］に設定している。さらに、本実施の形態では、ノッチ中心周波数係数ωｎ２がノッチ周波数設定値ｃｎ１に基づき変更されることで、ノッチ中心周波数ωｎ２が変更される。なお、第１ノッチフィルタ１５と第２ノッチフィルタ１８とは、（式１）および（式２）に基づき同一の設定値ｃｎ１により変更されるため、ノッチ中心周波数ωｎ１とノッチ中心周波数ωｎ２とは、同一の周波数となるように変更される。第２ノッチフィルタ１８からは、抽出振動信号ｘ１（以下、適宜、単に信号ｘ１として説明する）をフィルタ処理した信号である第２ノッチフィルタ出力信号ｘ２（以下、適宜、単に信号ｘ２として説明する）が出力される。信号ｘ２は、ノッチ制御部１９および制御判断部２１に供給される。
ここで、第２ノッチフィルタ１８において、入力である信号ｘ１に含まれる振動成分の振動周波数とノッチ中心周波数ωｎ２とが大きく異なる場合は、信号ｘ１の振幅は抑圧されない。一方、一致する場合は、その振幅が抑圧される。このため、信号ｘ２の振幅は、信号ｘ１の振動周波数がノッチ中心周波数ωｎ２からずれるに従って大きくなる。すなわち、信号ｘ２は、信号ｘ１の振動周波数とノッチ中心周波数ωｎ２とのずれの程度を示すと言える。
次に、ノッチ制御部１９は、信号ｘ２と切替部２２を介して供給された信号ｘ１とに基づき、ノッチ周波数設定値ｃｎ１（以下、適宜、単に設定値ｃｎ１として説明する）を生成し、出力する。設定値ｃｎ１は、第１ノッチフィルタ１５および第２ノッチフィルタ１８に供給され、設定値ｃｎ１に応じてノッチ中心周波数ωｎ１およびノッチ中心周波数ωｎ２がそれぞれに設定される。ノッチ制御部１９は、信号ｘ１および信号ｘ２を用いて、供給されている信号ｘ２の振幅が小さくなるように設定値ｃｎ１を変更する。そして、この設定値ｃｎ１に基づき、第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２が変更される。ノッチ制御部１９は、このように設定値ｃｎ１を逐次変更して、信号ｘ２の振幅が所定値以下あるいは０となるまで、第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２を制御する。このようなノッチフィルタの制御は、第２ノッチフィルタ１８と、例えば特許文献１に記載された方向フィルタやノッチフィルタ係数修正手段とを組み合わせることで実現できる。このようにして、ノッチ中心周波数ωｎ２が信号ｘ１に含まれる振動成分の周波数となるように制御されるため、設定値ｃｎ１は、振動成分の周波数に対応した値となる。
また、このように設定値ｃｎ１に応じてノッチ中心周波数ωｎ２が変更されるとともに、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１もノッチ中心周波数ωｎ２と等しくなるように変更される。すなわち、ノッチ制御部１９と第２ノッチフィルタ１８とによって、ノッチ中心周波数ωｎ２＝ωｎとなるように制御されると、ノッチ中心周波数ωｎ１もノッチ中心周波数ωｎ１＝ωｎとなる。このため、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１も、振動抽出フィルタ１７が抽出した振動成分の周波数となるように制御される。
次に、ノッチ深さ制御部２０は、切替部２２を介して供給された信号ｘ１に基づき、ノッチ深さ設定値ｃｎ２を（以下、適宜、単に設定値ｃｎ２として説明する）生成し、出力する。設定値ｃｎ２は、第１ノッチフィルタ１５に供給され、設定値ｃｎ２に応じてノッチ深さＤｎが設定される。ノッチ深さ制御部２０は、供給された信号ｘ１に振動成分が含まれているかどうかを監視し、振動成分を検出した場合にはノッチ深さＤｎがさらに深くなるように設定値ｃｎ２を変更して、第１ノッチフィルタ１５に供給する。
次に、制御判断部２１は、供給された信号ｘ１および信号ｘ２に基づき、ノッチ制御部１９を動作させるか、あるいはノッチ深さ制御部２０を動作させるかを判断する。制御判断部２１は、判断に基づき切替部２２を制御する。これにより、制御判断部２１の判断に従って、信号ｘ１がノッチ制御部１９あるいはノッチ深さ制御部２０に供給される。具体的には、信号ｘ１は、まずノッチ制御部１９に供給されるように設定する。そして、信号ｘ１には振動成分が検出されるが、信号ｘ２には振動成分が検出されないと、制御判断部２１が判断した場合には、信号ｘ１がノッチ深さ制御部２０に供給されるように、切替部２２が切り替えられる。そして、信号ｘ１から振動成分が検出されないと制御判断部２１が判断した場合には、再び信号ｘ１がノッチ制御部１９に供給されるように切替部２２が切り替えられる。
以上のような構成により、抽出振動信号ｘ１に振動成分が含まれると判断されると、ノッチ制御部１９により第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１が振動成分の周波数となるように設定される。さらに、ノッチ中心周波数ωｎ１が設定された後、ノッチ深さ制御部２０によって、抽出振動信号ｘ１に含まれる振動成分が抑制できる程度のノッチ深さとなるように、第１ノッチフィルタ１５のノッチ深さＤｎが設定される。本実施の形態では、このような構成とすることにより、不必要に振動を抑制しすぎることを防ぐことができるため、制御系の安定した動作を確保しつつ、機械共振に起因する発振などを抑制できる。
次に、電動機制御装置１０の動作について詳細に説明する。図４は、本発明の実施の形態１における第１ノッチフィルタ１５の特性設定処理を示すフローチャートである。なお、図４の処理は、制御周期ごとに繰り返し行われる。
まず、制御判断部２１は、ステップＳ１０１にて抽出振動信号ｘ１の振幅をもとに振動が発生したか確認する。振動が発生、つまり信号ｘ１において振動成分があると判断した場合、制御判断部２１は、さらに、ステップＳ１０２に進み、信号ｘ２において振動成分があるかどうか判断する。なお、振動成分があるかどうかの判断は、例えば、信号の振幅が０か非０かを検出したり、信号ｘ１や信号ｘ２の振幅と所定値の閾値とを比較し、信号の振幅が閾値を越えた場合に振動成分があると判断したりすることによって行われる。
ステップＳ１０２において、信号ｘ２に振動成分があると制御判断部２１が判断すると、ステップＳ１０３に進む。すなわち、この場合、信号ｘ１および信号ｘ２のいずれにおいても振動成分があるため、信号ｘ１の振動周波数と第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２とが一致していないと判断する。制御判断部２１は、この判断に基づき、ノッチ制御部１９を動作させ、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１が信号ｘ１の振動成分の周波数となるように制御する。すなわち、ステップＳ１０３にて、制御判断部２１は、信号ｘ１をノッチ制御部１９へ入力するように切替部２２を制御する。そして、ステップＳ１０４でノッチ制御部１９はノッチ周波数設定値ｃｎ１の修正動作を行う。ステップＳ１０２において、信号ｘ２に振動成分がないと判断されるまで、ステップＳ１０１からステップＳ１０４までの処理が、制御周期ごとに繰り返される。
なお、ステップＳ１０１からステップＳ１０４までを繰り返す処理は、より詳細には次のようにして実行される。まず、信号ｘ２に振動成分がないと判断されるまで、第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２は、常に修正されながら入力される設定値ｃｎ１によって決定される。一方、第１ノッチフィルタ１５は、設定値ｃｎ１が変更されている際には変更前の設定値ｃｎ１を保持し、設定値ｃｎ１の変更が停止した時点で、変更後の設定値ｃｎ１を設定する。すなわち、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１も常に修正するように処理した場合、これに併せて信号ｘ１の状態も変化し、ノッチ制御部１９の動作が不安定になる可能性がある。このため、ノッチ中心周波数ωｎ２が決定された後、ノッチ中心周波数ωｎ１を設定するような手順とすることにより、ノッチ制御部１９の動作を安定して実行できる。
また、ステップＳ１０２において、信号ｘ２に振動成分がないと制御判断部２１が判断すると、ステップＳ１０５に進む。すなわち、この場合、信号ｘ１においては振動成分が検出されるが、信号ｘ２においては振動成分が検出されないため、信号ｘ１の振動周波数と第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２とが一致し、さらに第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１とも一致していると判断する。
ステップＳ１０５で、制御判断部２１は、信号ｘ１をノッチ深さ制御部２０へ入力するように切替部２２を制御する。そして、ステップＳ１０６で、ノッチ深さ制御部２０は、ノッチ深さ設定値ｃｎ２の修正動作を現在値から開始するように設定する。さらに、ノッチ深さ制御部２０によって、ステップＳ１０７で、ノッチ深さＤｎが深くなるように設定値ｃｎ２の修正動作が行われる。ステップＳ１０１において、信号ｘ１に振動成分がないと判断されるまで、ステップＳ１０１からステップＳ１０７までの処理が、制御周期ごとに繰り返される。
なお、ステップＳ１０１からステップＳ１０７までを繰り返す処理は、より詳細には次のようにして実行される。まず、設定値ｃｎ２の初期値は、第１ノッチフィルタ１５のノッチ深さ係数ｄ１＝１となるように設定する。そして、ノッチ深さが深くなるように、つまりノッチ深さ係数ｄ１が小さくなるように逐次変更動作を行い、信号ｘ１に振動成分がないと判断されると、変更動作を停止する。
例えば、ノッチ深さ制御部２０は、信号ｘ１に振動成分が含まれる場合は、ノッチ深さ係数ｄ１が所定量だけ減るように、設定値ｃｎ２の変更動作を逐次行う。この結果、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１におけるゲイン特性が小さくなっていく。これに伴なって、信号ｘ１に含まれる振動周波数ωｎ１の振動成分の振幅も小さくなっていく。そして、信号ｘ１の振幅が０や閾値以下となった場合に、設定値ｃｎ２の逐次変更動作を停止する。このようにして、モータ駆動時に発生する機械共振などを抑圧することが可能な、第１ノッチフィルタ１５におけるノッチ深さ係数ｄ１の最適値の探索を行うことができる。また、ノッチ深さ係数ｄ１を小さくしていく際、ノッチ深さ係数ｄ１＝０に相当する設定値ｃｎ２が設定された場合、ノッチ深さ設定値ｃｎ２の変更動作を停止する。また、ノッチ深さ制御部２０は、２回目以降のノッチ深さ設定値ｃｎ２の変更動作は、現在設定されている値より変更動作を開始する。
以上のような動作により、信号ｘ１および信号ｘ２のいずれにおいても振動成分が検出されなくなる。このため、図４のステップＳ１０１において、信号ｘ１に振動成分なしと判定され、ステップＳ１０８に進む。制御判断部２１は、ステップＳ１０８で、信号ｘ１をノッチ制御部１９へ入力するように切替部２２を制御する。上述した処理により、制御系における振動を第１ノッチフィルタ１５が抑圧するように設定されているため、信号ｘ１に振動成分は含まれておらず、ノッチ制御部１９は、振動は発生していないと判断し、設定値ｃｎ１の変更動作は行われない。また、負荷が変更されるなど、信号ｘ１において新たな振動成分が含まれることになると、図４のステップＳ１０１からステップＳ１０２へと進み、新たな振動成分に対する上述したような処理を実行する。なお、信号ｘ１がノッチ制御部１９へ入力される場合、ノッチ深さ制御部２０には０が入力され、ノッチ深さ設定値ｃｎ２の変更動作は行われない。また、信号ｘ１がノッチ深さ制御部２０に入力される場合は、ノッチ制御部１９には０が入力され、ノッチ周波数設定値ｃｎ１の変更動作は行われない。
なお、本実施の形態では、１回目の設定値ｃｎ２の変更動作を初期値から開始し、２回目以降の設定値ｃｎ２の変更動作は現在設定されている値から開始するとしたが、第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２の変更に応じて、現在設定されている値と初期値とを切り替える構成であってもよい。図５は、本実施の形態のこのような変形例の構成としたときの第１ノッチフィルタの特性設定処理を示すフローチャートである。具体的には、ステップＳ１０５で、信号ｘ１をノッチ深さ制御部２０へ入力するように設定した後、ステップＳ１１１で、ノッチ中心周波数ωｎ２が前回の変更動作時の値から変更されているかを確認する。変更されている場合は、ステップＳ１１２で設定値ｃｎ２の変更動作開始時の値を初期値とする。変更されていない場合は、ステップＳ１１３で、開始時の値を現在設定されている値としている。
このような構成によって、ノッチ周波数が変更された場合に、設定値ｃｎ２の変更動作が、より早く停止するため、機械共振を早く抑制することができる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、設定値ｃｎ２を徐々に小さくしていく構成例を挙げて説明した。これに対し、実施の形態２では、設定値ｃｎ２を徐々に大きくしていく処理もさらに含めた構成としている。すなわち、本実施の形態における電動機制御装置１０は、例えば、制御系ゲインの変更に応じて、設定値ｃｎ２の変更動作を、徐々に大きくしていく動作と徐々に小さくしていく動作のいずれかを選択するような構成である。
ここで、まず、機械共振などを含む制御系の周波数特性について説明する。図６は、指令速度信号Ｖｒに対する速度検出信号Ｖｄの伝達関数のゲイン特性を示す図である。図６において、周波数ωｎは共振周波数であり、電動機制御装置１０を使用して電動機および負荷を駆動したときに、共振周波数ωｎの機械共振が発生した一例を示している。そして、共振周波数ωｎにおけるゲイン特性を０［ｄＢ］以下とすることで、機械共振は抑制される。よって、この共振を抑制するためには、第１ノッチフィルタ１５のノッチ深さＤｎはＤｖだけ必要となる。すなわち、図４に示す処理では、ノッチ深さ制御部２０によって、ノッチ深さ初期値であるノッチ深さ０の状態から、ノッチ深さがＤｖとなるまで、設定値ｃｎ２の逐次変更動作が行われる。そして、ノッチ深さがＤｖに相当する設定値ｃｎ２となることで、この逐次変更動作が停止する。つまり、ゲイン特性が図６で表される制御系に対して、電動機制御装置１０を用いた場合、ノッチ深さ制御部２０によって第１ノッチフィルタ１５のノッチ深さはＤｖとなり、機械共振は抑制される。
次に、制御系ゲインをＫｖだけ増幅させた場合について説明する。図７は、制御系ゲインをＫｖだけ増幅させた場合のゲイン特性を示す図である。ゲイン特性は、図７のように、図６に対して全体がＫｖだけ増幅することになり、共振周波数ωｎにおけるゲインもＫｖだけ増加する。そのため、再び共振周波数ωｎの機械共振が生じる。この場合、再び生じた機械共振に対して、共振周波数は変わっていないので、第２ノッチフィルタ出力信号ｘ２には振動成分が含まれていない。このため、図４の処理においては、ステップＳ１０５へと進み、設定値ｃｎ２が逐次変更され、第１ノッチフィルタ１５のノッチ深さＤｎがＤｖ＋Ｋｖに相当する値になることで、機械共振が再び抑制される。
ところで、以上の説明は、制御系ゲインを上げた場合の動作であるが、制御系ゲインを下げた場合、図４の処理では共振周波数ωｎの機械共振に対してノッチ深さＤｎが深すぎることになる。
本実施の形態では、ノッチ深さＤｎを必要以上に深くしすぎないように、制御系ゲインの変更に応じて、ノッチ深さＤｎを浅くするように、設定値ｃｎ２を徐々に大きくしていくような処理も含めた構成としている。
図８は、本発明の実施の形態２における第１ノッチフィルタ１５の特性設定処理を示すフローチャートである。図５との比較において、図８では、ステップＳ１０１において信号ｘ１に振動成分なしと判定した場合の処理が異なる。図８では、ステップＳ１２１において、制御系ゲインを下げるように変更されたかどうかを判定する。そして、制御系ゲインを下げるように変更された場合、ステップＳ１２３において、信号ｘ１をノッチ深さ制御部２０に入力し、ステップＳ１２４において、ノッチ深さＤｎが浅くなるように現在値から設定値ｃｎ２が徐々に大きくなるように修正していく。このような構成とすることにより、制御系ゲインを下げるように制御系ゲインを変更した場合には、その制御系ゲインに適したノッチ深さＤｎとなるように変更される。このように、本実施の形態の構成によれば、制御系ゲインに応じて最適なノッチ深さＤｎが設定される。なお、制御系ゲインの変更に加えて、第１ノッチフィルタ１５のノッチ中心周波数ωｎ１の変更、第２ノッチフィルタ１８のノッチ中心周波数ωｎ２の変更、制御系ゲインの変更のうち、少なくともいずれかに応じて、設定値ｃｎ２の変更動作を、徐々に大きくしていく動作と徐々に小さくしていく動作のいずれかを選択するような構成であってもよい。
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における第１ノッチフィルタ１５の特性設定処理を示すフローチャートである。本実施の形態では、例えば図７のように制御系ゲインを上げた場合に、設定値ｃｎ２の変更量を演算により算出するような構成としている。
すなわち、図９に示す処理は、２回目以降の設定値ｃｎ２の変更動作で制御系ゲインの変更量に応じて、設定値ｃｎ２の変更量を算出し、設定するような構成である。つまり、制御系ゲインをＫｖだけ増幅させる際、ノッチ深さＤｎを現在値からＫｖだけ深くなるように設定値ｃｎ２を算出する。
具体的な動作を図９のフローチャートを用いて説明する。制御判断部２１は、ステップＳ１０１において振動成分なしと判定した場合、ステップＳ１３１で、設定値ｃｎ２が既に１度設定されているか、つまりノッチ深さＤｎの変更動作が１度停止しているか、かつ制御系ゲインが変更されたかを確認する。ノッチ深さＤｎの変更動作が１度停止しており、かつ制御系ゲインが変更されている場合、ノッチ深さ制御部２０は、ステップＳ１３２で、制御系ゲインの変更量に応じて、設定値ｃｎ２を現在値から、制御系ゲインの変更量に相当する分だけ変更する。そして、制御判断部２１は、ステップＳ１３３で、信号ｘ１をノッチ制御部１９へ入力するよう切替部２２を制御する。信号ｘ１は、ノッチ制御部１９へ入力されるが、抽出振動信号ｘ１には振動成分がないので、ノッチ周波数設定値ｃｎ１の変更動作は行われない。
このような構成により、制御系ゲインを変更する場合に、振動を生じることなく、制御系ゲインの変更量を反映した、不必要に位相遅れを大きくしないノッチ深さＤｎが設定される。
以上説明したように本発明の電動機制御装置は、第１ノッチフィルタと、振動抽出フィルタと、第２ノッチフィルタと、ノッチ制御部と、ノッチ深さ制御部と、制御判断部とを備えている。そして、第１ノッチフィルタは、フィードバック制御系内に配置され、ノッチ中心周波数とノッチ深さの変更が可能である。振動抽出フィルタは、機械共振に起因する振動成分を抽出し、抽出振動信号として出力する。第２ノッチフィルタは、抽出振動信号が入力され、ノッチ中心周波数が変更可能である。ノッチ制御部は、抽出振動信号および第２ノッチフィルタ出力信号に基づき、第２ノッチフィルタ出力信号の振幅が減少するように第１ノッチフィルタのノッチ中心周波数および第２ノッチフィルタのノッチ中心周波数を変更する。ノッチ深さ制御部は、抽出振動信号に基づいて、第１ノッチフィルタのノッチ深さを変更する。制御判断部は、抽出振動信号および第２ノッチフィルタ出力信号に基づいて、ノッチ制御部とノッチ深さ制御部とのいずれか一方が動作するよう制御する。
このように、本発明の電動機制御装置は機械共振の振動周波数と一致するノッチ中心周波数と、機械共振を抑制するノッチ深さ係数の最適値を設定することが可能であり、機械共振を常に安定して抑制することが可能である。したがって、本発明の電動機制御装置によれば、機械共振を常に安定して抑制することが可能であり、常に安定した制御状態を確保しながら電動機やその負荷の動き動作の制御を行う電動機制御装置を提供することができる。
なお、本発明の各実施の形態において、制御系として速度制御系の一例を挙げて説明した。しかし、本発明は、速度制御系に代えて、位置制御系としたシステム構成に置き換えても同様の作用効果が発揮される。
また、各実施の形態では、速度検出器が電動機の可動部の速度を検出する一例を挙げて説明した。しかし、本発明は、速度検出器が負荷の速度を検出するようなシステム構成であってもよい。さらに、本発明は、位置検出器によって電動機の可動部や負荷の位置を検出し、位置制御系によって制御されるような構成であってもよい。さらに、本発明は、検出位置を微分して検出速度とするような回路を含めた構成による位置検出器を備えた制御系や、検出速度を積分して位置を検出するような回路を含めた構成による速度検出器を備えた位置制御系としてもよい。すなわち、電動機による可動部の動き動作が、指令された位置や速度などの動き量に追従するようにフィードバック制御する制御系に本発明を適用することができる。また、動き動作として、電動機による可動部の回転動作であってもよく、直線動作であってもよく、その他の動きであってもよい。
また、各実施の形態では、信号ｘ１の振幅が０や閾値以下となった場合に、設定値ｃｎ２の変更動作を停止するとした。しかし、本発明は、信号ｘ１の振幅の移動平均による移動平均値に応じて、変更動作を停止する構成であってもよい。
また、各実施の形態では、ノッチ深さ制御部によって、設定値ｃｎ２を徐々に変更するとした。しかし、本発明は、制御系ゲイン、制御系ゲインの変更量、検出信号の検出単位のうち、少なくともいずれかに基づいて逐次変更量を決定する構成であってもよい。
また、各実施の形態では、ノッチフィルタのフィルタ係数を変更し機械共振を抑制する電動機制御装置を説明した。しかし、本発明は、上述したような構成に限定されず、振動成分を検出し、この検出結果に基づいて速度制御や位置制御系内に配置されたノッチフィルタのノッチ周波数やノッチ深さを変更し、機械共振を抑制する電動機制御装置であれば実施の形態で説明した内容によって同様の効果を得ることができる。
本発明の電動機制御装置は、機械共振などに対して精度よくその振動の抑制が可能であり、常に電動機を安定して制御することができるため、部品実装機や半導体製造装置など電動機を使用する装置で、特に機械共振が生じるような装置を駆動する電動機制御装置に適している。
１０，５０ 電動機制御装置
１１ 電動機
１２ 負荷
１３ 速度検出器
１４ 速度制御部
１５ 第１ノッチフィルタ
１５ｂ ノッチフィルタ
１６ トルク制御部
１７ 振動抽出フィルタ
１８ 第２ノッチフィルタ
１９ ノッチ制御部
２０ ノッチ深さ制御部
２１ 制御判断部
２２ 切替部
４１ ノッチ周波数決定部
４２ 適応演算部
４３ フィルタ係数設定部

Claims (13)

  1. 電動機または負荷の状態量をフィードバック制御する電動機制御装置であって、
    フィードバック制御系内に配置され、ノッチ中心周波数とノッチ深さの変更が可能である第１ノッチフィルタと、
    機械共振に起因する振動成分を抽出し、抽出振動信号として出力する振動抽出フィルタと、
    前記抽出振動信号が入力され、ノッチ中心周波数が変更可能である第２ノッチフィルタと、
    前記抽出振動信号および第２ノッチフィルタ出力信号に基づき、前記第２ノッチフィルタ出力信号の振幅が減少するように前記第１ノッチフィルタのノッチ中心周波数および前記第２ノッチフィルタのノッチ中心周波数を変更するノッチ制御部と、
    前記抽出振動信号に基づいて、前記第１ノッチフィルタのノッチ深さを変更するノッチ深さ制御部と、
    前記抽出振動信号および前記第２ノッチフィルタ出力信号に基づいて、前記ノッチ制御部と前記ノッチ深さ制御部とのいずれか一方が動作するよう制御する制御判断部とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。
  2. 前記振動抽出フィルタは、状態検出信号に含まれる所定周波数以上の信号成分を抽出するハイパスフィルタ、または所定周波数帯域幅内の信号成分を抽出するバンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
  3. 前記ノッチ制御部は、前記第２ノッチフィルタ出力信号の振幅が所定値以下になると前記第２ノッチフィルタのノッチ中心周波数の変更動作を停止し、前記第１ノッチフィルタのノッチ中心周波数を前記第２ノッチフィルタのノッチ中心周波数に変更することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
  4. 前記ノッチ深さ制御部は、前記抽出振動信号の振幅が減少するように前記第１ノッチフィルタのノッチ深さを初期値または現在値から逐次変更し、前記抽出振動信号の振幅が所定値以下になると変更動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
  5. 前記ノッチ深さ制御部は、前記抽出振動信号の振幅を増加させるように前記第１ノッチフィルタのノッチ深さを初期値または現在値から逐次変更し、前記抽出振動信号の振幅が０近傍の所定値以上になると変更動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
  6. 前記ノッチ深さ制御部は、前記抽出振動信号の振幅の移動平均値が減少するように前記第１ノッチフィルタのノッチ深さを初期値または現在値から逐次変更し、前記抽出振動信号の振幅が所定値以下になると変更動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
  7. 前記ノッチ深さ制御部は、前記抽出振動信号の振幅の移動平均値を増加させるように前記第１ノッチフィルタのノッチ深さを初期値または現在値から逐次変更し、前記抽出振動信号の振幅が０近傍の所定値以上になると変更動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
  8. 前記ノッチ深さ制御部は、制御系ゲイン、前記制御系ゲインの変更量、状態検出信号の検出単位のうち、少なくともいずれかに基づいて前記第１ノッチフィルタのノッチ深さの逐次変更量を決定することを特徴とする請求項４から７までのいずれか１項に記載の電動機制御装置。
  9. 前記制御判断部は、前記第２ノッチフィルタ出力信号の振幅が所定値より大きい場合、前記ノッチ制御部を動作させ、前記第２ノッチフィルタ出力信号の振幅が所定値より小さい場合、前記ノッチ深さ制御部を動作させることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
  10. 前記ノッチ深さ制御部は、前記第２ノッチフィルタのノッチ中心周波数が前回のノッチ中心周波数と異なる場合は、前記第１ノッチフィルタのノッチ深さの変更動作を初期値から開始し、同じ場合は現在値から開始することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
  11. 前記ノッチ深さ制御部は、前記第１ノッチフィルタのノッチ中心周波数の変更量、前記第２ノッチフィルタのノッチ中心周波数の変更量、制御系ゲインの変更量のうち、少なくともいずれかに基づいて、前記抽出振動信号の振幅を減少させるように行うか、増加させるように行うかを決定し、前記第１ノッチフィルタのノッチ深さを逐次変更することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
  12. 前記ノッチ深さ制御部は、前記第１ノッチフィルタのノッチ中心周波数の変更量、前記第２ノッチフィルタのノッチ中心周波数の変更量、制御系ゲインの変更量のうち、少なくともいずれかに基づいて、前記第１ノッチフィルタのノッチ深さの変更量を算出し、前記第１ノッチフィルタのノッチ深さを変更することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
  13. 前記制御系は、速度または位置のいずれかを状態量として制御する制御系であることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
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