TW571507B - Resonance frequency detector of motor controller - Google Patents

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571507 A7 B7 五、發明説明（j 〔技術領域〕 丨丨：___1 — _iFI — (請先閲讀背面之注意事項存填寫本買) 本發明是有關利用電動機的定位裝置，尤其是有關利 用安位控制系統以檢測機器的諧振頻率的電動機控制裝置 的諧振頻率檢測裝置。 〔先前技術〕 在半導體製造裝置與工具機器，產業機器人等大多利 用電動機進行定位控制。對其定位精密度，機器諧振頻率 所帶給的影響很大，因此，應該事先掌握正確的諧振頻率 ’同時可以在組裝控制系統運轉的狀態下正確測定。由於 這種必要性，先前即利用F F T解析頻率特性以算出諧振 頻率的方法。茲根據圖式說明該先前技術。 圖1 1爲表示組裝於電動控制系統的先前諧振頻率檢 測裝置的構造的方塊圖。在圖中，1爲指令產生器，2爲 控制器，3爲電動機，4爲機械，5爲檢測器，1 2爲F F T分析器（F F T analyzer) ，13爲輸出裝置，而運 轉如下。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 指令產生器1產生掃瞄正弦波或白色雜音波，Μ系列 波形，撞繫波等的任一種指令信號C並輸入至控制器2。 控制器2因應該指令將電流供應到電動機3時，電動機3 就驅動機械4。此時，檢測器5即檢測出電動機3之旋轉 位置或旋轉速度等電動機動作量m並輸出回應信號S ° F F T分析器1 2同時輸入指令信號C與回答信號S並實 施F F T演算以算出頻率特性F。輸出裝置1 3 —輸入頻 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 - 571507 Α7 _ Β7 五、發明説明（j 率特性F時，即輸出數値或圖表化成可以目視的東西。如 此計算出諧振頻率時’即可穩定化而反映於電動機控制系 統。 茲利用圖1 2說明穩定化的控制系統。在圖中，2至 5與圖1 2相同，爲控制器，電動機，機器，檢測器，7 爲閉環（closed loop)控制器，8爲濾波器處理部。濾波器 處理部8是爲抑制該控制系統諧振頻率而設置的，該頻率 設置方法是以手動法輸入與測量到的諧振頻率相對應的濾 波益部輸入値B來進f了。如此設定後，即賦予企望的操作 指令Μ並以電動機3驅動機器4俾使該控制系統進行企望 的工作。 可是依照先前技術，爲了測量諧振頻率，必須利用 F F Τ進行包含多量的演算，必須另外準備通常在電動機 控制上不使用之F F Τ分析器，或需要可實施F F Τ演算 而可以進行多量的演算的高價演算裝置，所以有演算時間 拉長，成本提高，另外使用方法受到限制的問題。 〔發明之揭示〕 本發明的目的在提供一種電動機控制裝置的諧振頻率 檢測裝置，它可以用簡單的演算高速測量諧振頻率，並且 以廉價的演算裝置檢測諧振頻率。 本發明的諧振頻率檢測裝置是在由驅動機器的電動機 ，用於檢測該機器的工作量的檢測裝置，以及接受指令以 驅動上述電動機的控制器所構成的電動機控制系統中，以 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -5- 571507 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（j 具有：指令產生器，用於產生掃瞄正弦波信號而輸入上述 電動機控制系統；以及信號處理器，用於將上述指令產生 器所輸出的掃瞄正弦波信號的頻率資訊與上述檢測裝置的 信號，並將上述檢測裝置的信號的絕對値成爲最大的上述 掃瞄正弦波信號的頻率輸出做爲諧振頻率爲其特徵。 申請專利範圍第2項，第3項所記載的本發明的特徵 在上述檢測裝置檢測出上述電動機的位置或速度，或上述 機器的位置或速度以做爲上述的工作量，上述電動機控制 系統爲開迴路（open loop)時，上述指令產生器的信號是 以輸入上述控制器爲特徵。 申請專利範圍第4項所記載的本發明的特徵在具備將 上述檢測裝置的信號輸入（-）端子的減法器與接受該減 法器的信號操作並對上述控制器輸出控制指令的閉迴路（ close loop)，當上述電動機控制系統形成閉迴路時，上述 指令產生器的信號則被輸入到上述減法器的（+ )端子。 申請專利範圍第5項所記載的本發明的特徵具備：將 上述檢測裝置的信號輸入（-）端子的減法器，接受該減 法器的信號操作並輸出控制指令的閉迴路，以及輸入該控 制指令以降低特定頻帶的信號後輸出至上述控制器的濾波 器處理部，當上述電動機控制系統形成閉迴路時，加法器 是設置於上述濾波器處理部與控制器之間，在其一邊的輸 入終端（input)輸入上述指令產生器的信號，而上述指令 產生器的信號與上述濾波器處理部的信號的和被輸入至上 述控制器中。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 衣 、11 f -6- 571507 A7 B7 五、發明説明（户 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 申請專利範圍第6項所記載的本發明的特徵在上述掃 猫正弦波信號在最小頻率F m i n至最大頻率F ra a x的範圍 中頻率受到限制，而上述信號處理器將上述檢測裝置的信 號限制於頻率範圍內輸入，同時僅檢測超過上述最小頻率 F m i n的頻率。 申請專利範圍第7項所記載的本發明的特徵在上述掃 猫正弦波信號在最小頻率F m i η至最大頻率F m a X的範圍 中頻率受到限制，而上述信號處理器將上述檢測裝置的信 號限制於頻率範圍內輸入，同時僅檢測大於上述最大頻率 F m i η的檢測最小頻率F 1 i m以上頻率。 申請專利範圍第8項所記載的本發明的特徵爲在上述 檢測器與fg號處理器之間設有旁通濾波器（bypass filter) ο 因爲具有上述構造，所以可以用簡單的演算以高速測 量諧振頻率，並以廉價的演算裝置檢測諧振頻率。 〔圖式之簡單說明〕 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1爲表示使用本發明的電動機控制系統的構造的方 塊圖。圖2爲表示第2實施例的構造的方塊圖。圖3爲表 示第3實施例的構造的方塊圖。圖4爲表示第4實施例的 構造的方塊圖。圖5爲表示第5實施例的構造的方塊圖。 圖6爲表示第6實施例的構造的方塊圖。圖7爲表示設置 濾波器後的構造圖。圖8爲指令產生器產生之指令信號之 時間波形圖。圖9爲表示使用本發明的掃瞄正弦波的頻率 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐）

571507 A7 —____B7_ 五、發明説明（$ 與時間的關係圖。圖1 〇爲表示第7實施例的方塊圖。 ® 1 1爲表示使用先前技術的電動機控制系統的構造的方 ^圖°圖1 2爲表示設置先前的濾波器後的構造的方塊圖 〇 主要元件對照表 指令產生器 控制器 電動機 機器 檢測器 信號處理器 閉迴路控制器 濾波處理部 位置控制器 速度控制器 速度演算器 旁通濾波裝置 〔實施發明之最佳形態〕 下面要根據圖式說明本發明的實施例。圖1爲表示使 用本發明的諧振頻率檢測裝置的構造的方塊圖。在圖中， 1爲指令產生器，2爲控制器，3爲電動機，4爲機器， 5爲檢測器，6爲信號處理器。指令產生器1.將頻率由最 小頻率F ra , n變化至最大頻率f m a X爲止之掃瞄正弦波指 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） -8- 571507 A7 B7 五、發明説明（g 令輸出做爲指令信號C，同時，也輸出時時刻刻變化的指 令信號C的頻率的資訊A。控制器2根據接受自指令產生 器1的指令信號C驅動電動機3，而被連結的機器4開始 工作。連結到電動機3的檢測器5的輸出如圖8所示，檢 測電動機工作量m，並將其做爲回應信號S傳送至信號處 理器6。在該圖中，電動機3與機器4相連結，因此檢測 出電動機工作量m，即可以檢測機器4的諧振特性。該回 應信號S因爲機器4依存於頻率，具有即使少許的外力也 會表現強大反應的特性，所以在諧振頻率中，振幅成爲最 大。 信號處理器6係用於接受掃瞄正弦波指令的頻率資訊 A與回應信號S，並由超過最小頻率F m i n的檢測最小下 限頻率F i i rn檢測諧振頻率的演算。如圖8所示，在檢測 最小下限頻率F 1 i m以上，將回應信號S的絕對値成爲最 大時的掃瞄正弦波的頻率判斷爲諧振頻率而輸出諧振頻率 檢測結果f。 圖9爲表示掃瞄正弦波的頻率與時間的關係的圖表。 由t 0到t e之間的時間中，由最小頻率F m i η經檢測最小 下限頻率F ! i rn到最大頻率F m a X爲止的頻率變化的掃瞄 正弦波指令做爲指令信號c。信號處理器6在由變成比檢 測最小下限頻率F 1 1 m爲高的頻率的時間t s至t e之間實 施諧振頻率的檢測。 此外，在第1實施例中’檢測器5雖然檢測到電動機 工作量m，但也可以檢測機器4的機器工作量X。另外， 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' — -9- I!—-!?丨 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部智慧財產局g(工消費合作社印製 571507 Α7 Β7 五、發明説明（9 掃瞄正弦波的頻率與時間的開係並不限於直線，也可以爲 任意的曲線。 再者，檢測最小下限頻率F i i m也可以與最小頻率 F m i η问樣地處理。 圖2爲表示第2實施例的構造的方塊圖，將檢測器5 配置成可以檢測機器4的機器工作量X這一點與圖1不同 。信號處理器6接受掃瞄正弦波指令的頻率資訊Α與回應 信號S，並將回應信號S的絕對値成爲最大時的掃瞄正弦 波的頻率判定爲諧振頻率並輸出諧振頻率檢測結果。 圖3爲表示第3實施例的構造的方塊圖，爲電動機控 制系統形成閉迴路（c 1 〇 s e 1 ο ο p)時之方塊圖。在本例中， 檢測器5被設置成可以檢測電動機3的電動機工作量m， 另外，在控制器2的前段設有閉迴路控制器7，並在其前 段設有減法器。而施加於減法器的（+ )端子的指令與檢 測器5的信號被比較，接到該差的閉迴路控制器7開始操 作使該差變小並對控制器2輸出指令。在該閉迴路控制系 統追加指令產生器1與信號處理器6，而指令產生器1的 指令信號（被施加於減法器的（+ )端子。信號處理器6 接到指令產生器1所輸出的掃瞄正弦波指令的頻率資訊A 與檢測器5所輸出的回應信號S，並將回應信號S的絕對 値成爲最大時的掃瞄正弦波的頻率判定爲諧振頻率而輸出 諧振頻率檢測結果f。 圖4爲表示第4實施例的構成的方塊圖，是將圖3中 指令產生器1所輸出的指令信號C施加於減法器的（+ ) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210Χ297公釐） ! — — — — !#! (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 經濟部智慧財產局g(工消費合作社印製 -10 - 571507 Μ _一__Β7___ 五、發明説明（g 端子變更爲設置於控制器2與閉迴路控制器7之間的加法 器的一邊的輸入端子。在此種構造中，也如圖3的情形一 樣，將回應信號S的絕對値成爲最大時的掃瞄正弦波的頻 率判定爲諧振頻率而輸出諧振頻率檢測結果f。此外，在 圖3，圖4中，是將檢測器5連結到電動機3以檢測電動 機工作量m，但是也可以將檢測器5連接到機器4以直接 檢測機器工作量X。 圖5爲表示第5實施例的構造的方塊圖。該圖在構造 上是將濾波器處理部8追加插入圖4的閉迴路控制器7的 後段而成，如將該諧振頻率檢測結果f輸入濾波器處理部 8時，即可以依據該輸入設定瀘波器處理部8俾成爲抑制 諧振頻率頻帶的特性的濾波器。如能檢測出諧振頻率，即 可以依據諧振頻率檢測結果f自動決定濾波器處理部8的 設定値。 另外，在本實施例中是以指令信號C做爲設置於濾波 器處理部8與控制器2之間的加法器的一邊的輸入終端， 惟也可以輸入設置於閉迴路控制器7前段的加法器的（+ )端子。 圖6爲表示第6實施例的構成的方塊圖，而成爲變更 圖5的閉迴路控制器7與其前段的減法器附近的構造的構 成。閉迴路控制器7 B是由減法器與位置控制器9，減法 器與速度控制器1 0，以及速度演算器1 1所構成。在該 圖中，位於位置控制器9前段的減法器的（+ )端子被賦 予大小爲0的動作指令Μ，藉由，可以毫無位移地進行諧 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ' -11 - I 衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 571507 Α7 Β7 五、發明説明（^ 振頻率的檢測。在閉迴路控制器7 B，於檢測電動機工作 量m時所獲得的回應信號經由減法器而輸入位置控制器9 ’同時經由速度演算器1 1而輸入至速度控制器1 0。速 度控制器1 0控制成與位置控制器9的輸出相一致，位置 控制器9控制成電動機工作量m的位置與操作指令Μ的〇 位置相一致。諧振頻率的求法與圖1至圖5相同。此外， 與圖5的情形一樣，也可將檢測器連結到機器4以直接檢 測機器工作量，如電動機3或機器4的位移不成問題，則 也可以輸入指令信號C以取代動作指令信號Μ以檢測諧振 頻率。另外，在上述實施例中，隨著檢測諧振頻率的目的 ，爲了避免瀘波器間的干擾而限定濾波器設定頻率時，也 可以限制頻率範圍以檢測頻率，或檢測出任意設定的頻率 F ! 1 m以上而少於F m a X的絕對値的最大値以做爲諧振頻 率也可以。 圖7爲表示依據圖5與6所檢測的諧振頻率設定濾波 處理部，然後，操作設定的濾波處理部進行通常的運轉時 的構造的方塊圖。在該控制系統輸入指令Μ時，閉迴路控 制器7即將電動機工作量m與操作指令Μ控制成一致，而 用於抑制諧振的濾波處理部有效運作俾電動機工作量m與 操作指令Μ更容易一致。 此外，圖7的構造與圖5之構造也可以設置開關來切 換。另外，圖3，圖4，圖5，圖7中將閉控制器7表示 成一個控制器，但是也可以如圖6設成含有位置控制器9 ，速度演算器1 1，與速度控制器1 0的構造。另外，如 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ---------衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 經濟部智慧財產局®工消費合作社印製 -12- 571507 A7 B7 五、發明説明（y (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 將電動機3的操作依據檢測器5所檢測的回應信號s控制 使機器的工作量與指令信號相一致時，也可以爲變更內部 構造的閉迴路控制器7。也可以連同濾波處理部8與控制 部2變更其順序與構造。 圖1 0爲表示第7實施例的構造的方塊圖。在圖中’ 1爲指令產生器，2爲控制器，3爲電動機，4爲機器’ 5爲檢測器，6爲信號處理器，1 4爲旁通濾波裝置。 檢測器5在檢測電動機工作量m，並將其做爲回應信 號S，並透過旁通濾波裝置1 4傳輸到信號處理器6這一 點與圖1不同。信號處理器6是用於接受掃瞄正弦波指令 的頻率資訊A與回應信號S，並透過旁通濾波裝置1 4由 回應信號S消除信號的偏移或低頻率成分，將回應信號S 的絕對値成爲最大時之掃瞄正弦波的頻率判定爲諧振頻率 並輸出諧振頻率檢測結果f。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 另外，在本實施例中，信號處理器6雖然未附帶檢測 最小下限頻率F ^ , m以上的條件，惟與第1實施例相同， 在大於檢測量小下限頻率F i ^ m時，判定回應信號s的絕 對値成爲最大時之掃瞄正弦波的頻率爲諧振頻率而輸出諧 振頻率檢測結果f也可以。 另外，檢測器5雖然檢測出電動機工作量m，但是也 可以檢測機器4的機器工作量X。 〔產業上的可利用性〕 利用本發明，因爲將諧振頻率檢測裝置構成申請專利 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） -13- 571507 A7 B7 五、發明説明（^ 範圍中所記載’因此有可以簡單的演算以高速算出諧振頻 率，並以廉價的演算裝置檢測諧振頻率的效果。此外’除 了檢測諧振頻率之外’還有在濾波處理部自動輸入並設^定 用於抑制諧振頻率的、濾波處理輸入値’並自動提升電動機 控制裝置的性能的效果。 1 — ：_ — _illf, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 f 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -14-

Claims (1)

1. 571507 A8 B8 C8 _ D8 六、申請專利範圍 1 1 · 一種電動機控制裝置之諧振頻率檢測裝置，是由 驅動機器的電動機，用於檢測該機器的工作量的檢測裝置 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ’以及接受控制指令以驅動上述電動機的控制器所構成之 電動機控制系統，其特徵具備：指令產生器，用於產生掃 瞄正弦波信號並輸入到上述電動機控制系統；以及信號處 理器’用於輸入上述指令產生器所輸出的上述掃瞄正弦波 信號的頻率資訊與上述檢測裝置的信號，並將上述檢測裝 置的信號的絕對値成爲最大的上述掃瞄正弦波信號的頻率 輸出做爲諧振頻率。 - 2 .如申請專利範圍第1項之電動機控制裝置之諧振 頻率檢測裝置，其中上述檢測裝置係檢測上述電動機的位 置或速度，或上述機器的位置或速度做爲上述工作量。 3 .如申請專利範圍第1或2項之電動機控制裝置之 諧振頻率檢測裝置，其中上述電動機控制系統爲開迴路時 ，上述指令產生器的信號被輸入到上述控制器。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 ·如申請專利範圍第1或2項之電動機控制裝置之 諧振頻率檢測裝置，其中當具有將上述檢測裝置的信號輸 入（-）端子的減法器與接受該減法器的信號而操作並將 控制指令輸出到上述控制器的閉迴路控制器的上述電動機 控制系統形成閉迴路時，上述指令產生器的丨目號是被輸入 到上述減法器的（+ )端子。 5 ·如申請專利範圍第1或2項之電動機控制裝置之 諧振頻率檢測裝置，其中當具備將上述檢測裝置的信號輸 入（-）端子的減法器，接受該減法器的信號而操作輸出 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- 571507 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 2 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 控制指令的閉迴路控制器以及將該控制指令輸入並減少特 定頻帶的信號後輸出到上述控制器的濾波處理部的上述電 動機控制系統形成閉迴路時，加法器被設置於上述濾波處 理部與控制器之間，並在其一邊的輸入端子輸入上述指令 產生器的信號，而上述指令產生器的信號與上述瀘波處理 部的信號的和被輸入到上述控制器。 6 _如申請專利範圍第1至5項中任一項之電動機控 制裝置之諧振頻率檢測裝置，其中上述掃瞄正弦波信號的 頻率限制於最小頻率F m i η到最大頻率F m a X的範圍內-， 上述信號處理器將上述檢測裝置的信號限定輸入到特定的 頻率範圍，同時僅檢測大於上述最小頻率F m i η的頻率。 7 .如申請專利範圍第1至5項中任一項之電動機控 制裝置之諧振頻率檢測裝置’其中上述掃瞄正弦波信號的 頻率限制於最小頻率F m i η到最大頻率F m a X的範圍內， 上述信號處理器將上述檢測裝置的信號限定輸入到特定的 頻率範圍，同時僅檢測比上述最小頻率F m , n大的檢測最 小頻率F i i m以上的頻率。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 8 .如申請專利範圍第1至7項中任一項之電動機控 制裝置之諧振頻率檢測裝置，其中上述檢測器與信號處理 器之間設有旁通濾波器。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -16-