TWI793692B - 馬達控制裝置及馬達控制之自動調整方法 - Google Patents

馬達控制裝置及馬達控制之自動調整方法 Download PDF

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Abstract

本發明之目的在於提供一種可短時間、即時地調整制振控制部，抑制機械端之振動之馬達控制裝置。
馬達控制裝置具備：振動擷取濾波器，其自馬達之旋轉速度應答或旋轉位置應答擷取因複數個機械共振而與馬達控制系統之應答重疊之複數個振動；逐次頻率推定部，其逐次逐個推定自振動擷取濾波器獲得之複數個振動各者之頻率，輸出頻率之推定結果作為頻率推定值系列；制振控制部，其以抑制安裝於馬達之機械之端部所產生之振動之方式，加工輸入至馬達控制系統之指令；及制振控制設計部，其基於頻率推定值系列，調整制振控制部。

Description

馬達控制裝置及馬達控制之自動調整方法
本發明係關於一種馬達控制技術。
近年來，於FA(Factory Automation：工廠自動化)領域中，期望藉由最佳地調整馬達控制系統、縮短作業時間而提高生產性。以控制控制對象之機械作為目的之半封閉構成之馬達控制系統中，安裝於馬達之機械之剛性較低之情形時，一般而言，因機械之共振、反共振特性而機械之端部(以下，稱為機械端)以數Hz~100Hz之低頻率振動，有定位花費時間，無法縮短作業時間之問題。此種情形時，一般使用制振控制。
制振控制為馬達控制系統之調整要素之一，人不介入其而短時間且最佳地進行自動調整之技術有助於縮短作業時間，提高生產性。作為進行制振控制之自動調整之方式，提案有專利文獻1。
專利文獻1中，顯示馬達控制系統中，自馬達之應答觀測起因於複數個機械共振之振動，於機械端產生振動時之制振控制之自動調整技術。
具體而言，具備：推定用信號運算部，其自由馬達之應答觀測之重 疊之複數個振動擷取單一振動；共振特性推定運算部，其基於擷取之單一振動，識別振動特性(頻率等)；前饋控制部，其抑制因複數個機械共振產生之機械端之振動；及制振控制設定部，其基於識別出之振動特性，調整制振控制部即前饋控制部；且推定用信號運算部自以特定之驅動模式驅動機械時產生、觀測到之複數個振動，以特定之順序擷取單一振動，以共振特性推定運算部識別擷取之單一振動之振動特性，制振控制設定部基於識別出之振動特性，調整前饋控制部，直至結束對所有複數個振動各者識別之前，實施特定驅動模式下之反復調整，藉此完成制振控制之自動調整。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利WO2012/056868號公報
專利文獻1中，由於特定之驅動模式下，激發複數個振動，直至結束對複數個振動之所有振動特性識別之前，需要自制振控制設定部對制振控制部即前饋控制部，以特定之驅動模式反復調整，故有擔心調整需要時間之問題。
本發明之目的在於提供一種馬達控制裝置，其於自馬達之應答觀測起因於機械共振之振動，於機械端產生振動之情形時，短時間、即時地調整制振控制部，抑制機械端之振動。
作為本發明之較佳之一例，提供一種馬達控制裝置，其具備：振動擷取濾波器，其自馬達之旋轉速度應答或旋轉位置應答擷取因複數個機械共振而與馬達控制系統之應答重疊之複數個振動；逐次頻率推定部，其逐次逐個推定自上述振動擷取濾波器獲得之上述複數個振動各者之頻率，輸出頻率之推定結果作為頻率推定值系列；制振控制部，其以抑制安裝於上述馬達之機械之端部所產生之振動之方式，加工輸入至上述馬達控制系統之指令；及制振控制設計部，其基於上述頻率推定值系列，調整上述制振控制部。
根據本發明，可短時間、即時地調整制振控制部，自動抑制機械端之振動。
2:自動調整部
3:逐次頻率推定部
4:制振控制設計部
5:制振控制部
6:振動擷取濾波器
13:FB控制器
14:馬達
15:控制對象機械
16:加減器
31:凹口濾波器
32:振動檢測部
33:收斂判定部
34:自適應凹口濾波器
61:位置控制器
62:速度控制器
63:電流控制器
64:第1座標轉換器
65:PWM輸出器
66:逆變器
67:馬達
68:電流檢測器
69:編碼器
610:第2座標轉換器
611:位置、速度算出部
612:加減器
613:機械
614:加減器
615:旋轉位置指令
616:馬達旋轉速度
617:加工後旋轉位置指令
618:速度指令
619:馬達旋轉速度
622:自動調整器
715:速度指令
716:速度應答
717:加工後之速度指令
a(t):凹口頻率
D:凹口深度
F:輸出
f(k):頻率推定值系列
f1:頻率
f2:頻率
r(t):指令
rs(t):旋轉位置指令
W:凹口寬度
y(t):輸出
yd(t):振動
yd1(t):振動
yd2(t):振動
yr(t):剩餘振動
圖1係顯示應用於馬達之FB控制系統之實施例1之圖。
圖2係顯示凹口濾波器之頻率特性之圖。
圖3係顯示逐次頻率推定部之圖。
圖4係顯示算出逐次頻率推定部之頻率推定值系列之圖。
圖5係顯示制振控制設計部之處理之圖。
圖6係顯示實施例1對馬達位置FB控制系統之應用之圖。
圖7係顯示實施例1對馬達速度FB控制系統之應用之圖。
以下，一面參照圖式，一面針對實施例進行說明。另，各圖中，對具有共通功能之構成要件標註相同編號，省略其說明。又，以下，有時將「反饋」縮寫為「FB」，將「凹口濾波器」縮寫為「NF」，將「低通濾波器」縮寫為「LPF」，將「高通濾波器」縮寫為「HPF」，將「帶通濾波器」縮寫為「BPF」。
[實施例1]
圖1係顯示將實施例1之自動調整部2應用於一般之半封閉構成之馬達FB控制系統時之構成之圖。不包含自動調整部2之一般馬達之FB控制系統中，對馬達14賦予FB控制器13之操作量，以旋轉位置指令r(t)與馬達14之輸出y(t)之偏差成為零之方式，控制控制對象機械15。
具體而言，輸出y(t)為馬達旋轉位置，使用感測器(例如編碼器)測量馬達旋轉位置，以加減器16算出與旋轉位置指令r(t)之偏差，FB控制器13以位置偏差對其進行處理。另，於馬達14之前段，設置用以驅動馬達14之裝置(逆變器等)、或控制馬達14之速度及電流之控制器，但圖1中縮寫該等。
圖1之FB控制系統中，安裝於馬達之旋轉軸之機械之剛性較低之情形時，一般而言，有時因機械之共振、反共振特性而機械之端部(以下，稱為機械端)以數Hz~100Hz之低頻率振動，定位花費時間。
此種情形時，以抑制機械端之振動，縮短定位時間為目的，使用制振控制部5。制振控制部5以抑制安裝於馬達之機械端之振動之方式，加工輸入至馬達控制系統之旋轉位置指令r(t)。
本實施例中，制振控制部5為凹口濾波器(以下，將其稱為實凹口濾波器)，圖2顯示實凹口濾波器之頻率特性。藉由使實凹口濾波器之凹口頻率與機械端之振動頻率一致，可自旋轉位置指令r(t)去除激發機械端之振動之頻率成分，制振控制部5藉由加工旋轉位置指令r(t)，可產生不激發機械端之振動之旋轉位置指令rs(t)。
有因機械之複數個共振、反共振特性，不同頻率之複數個振動與機械端之應答重疊之情形。另，一般而言，各振動根據各共振、反共振特性，振動之振幅或衰減時間不同。
複數個振動與機械端之應答重疊之情形時，藉由對各振動分別應用實凹口濾波器，可抑制機械端之振動。頻率為f1~fN之N個振動與機械端重疊之情形時，只要串聯應用N段凹口頻率fk(k=1‧‧‧N)之實凹口濾波器即可。但，若將實凹口濾波器多段化，則旋轉位置指令r(t)之延遲變大，結果有與定位時間縮短無關之情形。
該情形時，以縮短定位時間為目的，制振控制部5亦可採用基於控制對象模型而非實凹口濾波器之其他制振控制方式。另，採用其他制振控制 方式之情形時，亦需要不少機械端之振動頻率為已知。
自動調整部2無控制對象機械15相關之預先資訊，自動調整制振控制部5，由逐次頻率推定部3、制振控制設計部4、制振控制部5、及振動擷取濾波器6構成。
另，本實施例中，自動調整部2以抑制數Hz~100Hz之低頻率之機械端振動為目的，將100[Hz]以上之機械端之振動設為抑制對象外。
振動擷取濾波器6自馬達之旋轉速度應答或旋轉位置應答，擷取因複數個機械共振而與馬達控制系統之應答重疊之複數個振動。圖1中，擔負將旋轉位置應答y(t)之恆定應答成分去除，僅擷取與機械端之振動關聯之振動成分，作為yd(t)輸出之作用。
本實施例中，振動擷取濾波器6設為僅使特定頻帶fL~fH之信號通過之帶通濾波器。另，亦可將其設為高通濾波器與低通濾波器之組合。
複數個振動與機械端之應答重疊之情形時，複數個振動亦與旋轉位置應答y(t)重疊。振動擷取濾波器6以可擷取複數個振動之方式，足夠廣地設計頻帶fL~fH。結果，複數個振動被觀測為yd(t)。
逐次頻率推定部3逐次逐個推定自振動擷取濾波器6獲得之複數個振動yd(t)之各頻率，輸出頻率之推定結果作為1維點行資料即頻率推定值系 列f(k)。
本實施例中，為簡化說明，重疊2種振動而觀測yd(t)，2種振動為：頻率為f1，振動之振幅最大值為M1，振動之持續時間為T1之振動yd1(t)；及頻率為f2，振動之振幅最大值為M2，振動之持續時間為T2之振動yd2(t)(其中，f1<f2≦100[Hz])。
逐次頻率推定部3如圖3所示，由以下構成：凹口濾波器31，其作為僅去除特定之頻率成分之振動去除部；自適應凹口濾波器34，其作為自振動波形逐次推定振動頻率，將推定值作為頻率推定值信號逐次輸出之自適應推定部；振動檢測部32；及收斂判定部33，其判定頻率推定值信號是否收斂，將判定為收斂時之頻率推定值信號之頻率推定值作為頻率推定值系列輸出。
凹口濾波器31具有如圖2所示之頻率特性，凹口濾波器31之凹口頻率Nf[Hz]使基於收斂判定部33輸出之頻率推定值系列f(k)[Hz]去除之頻率成分變化。
凹口濾波器31自複數個振動yd(t)僅去除凹口頻率Nf[Hz]之頻率成分，將自複數個振動yd(t)去除凹口頻率Nf之頻率成分後之信號作為剩餘振動，輸出yr(t)。
自動調整部2開始調整之初始狀態下，凹口濾波器31之凹口頻率 Nf[Hz]設定為較作為制振控制部承擔之機械端之制振頻帶之上限之100[Hz]充分大之值，藉此，頻率f1及f2之振動皆未由凹口濾波器31去除，而輸出至剩餘振動yr(t)。
自動調整部2開始調整之後，每次更新收斂判定部33輸出之頻率推定值系列f(k)(k=1‧‧‧)之k，凹口濾波器31之凹口頻率Nf[Hz]更新為Nf=f(k)。自動調整部2結束調整後，凹口頻率Nf[Hz]設定為充分大於100[Hz]之值，返回至初始狀態。
振動檢測部32於觀測到剩餘振動yr(t)持續特定振幅以上且特定時間以上之振動之情形時，判斷有振動檢測，除此以外判斷無振動檢測。
自適應凹口濾波器34與收斂判定部33僅於振動檢測部32判斷有振動檢測之情形時動作。
若yd(t)之2種振動中，一振動為0(例如M2=0)，凹口濾波器31之凹口頻率Nf[Hz]為f1之情形時，理想上觀測不到來自剩餘振動yr(t)之振動，振動檢測部32判斷無振動檢測。該情形時，不開始自適應凹口濾波器34與收斂判定部33之動作。
自適應凹口濾波器34逐次推定剩餘振動yr(t)之主要振動之頻率。具有凹口濾波器與自適應演算法之自適應凹口濾波器34使用運算成本優異之以下。
□凹口濾波器
【數1】x(t)=y r (t)-a(t)(1+r L )．x(t-1)-r L ．x(t-2) e(t)=x(t)+2a(t)．x(t-1)+x(t-2) (數1)
□自適應演算法
【數2】a(t+1)=a(t)-μ(a(t))．L(e(t))．sgn(x(t-1)) (數2)
其中，a(t)為凹口頻率(其中，單位非為[Hz])，rL為凹口寬度，μ為調整更新量之更新增益，L(Y)表示對於Y之限制處理，sgn表示符號函數，x(t)表示凹口濾波器狀態，e(t)表示凹口濾波器輸出。
自適應凹口濾波器34內包(數1)所示之凹口濾波器，(數2)之自適應演算法自適應調整(數1)之凹口濾波器之凹口頻率a(t)。
具體而言，以(數1)之凹口濾波器去除輸入之剩餘振動yr(t)之主要振動之方式，(數2)之自適應演算法反復動作，由(數1)之凹口濾波器完成剩餘振動yr(t)之主要振動去除時之a(t)成為主要振動之頻率。
因此，自適應凹口濾波器34可謂相對於剩餘振動yr(t)之逐次頻率推定機構，a(t)為相對於剩餘振動yr(t)之頻率推定值信號。
另，a(t)相對於頻率[Hz]具有非線性特性，尤其a(t)為100[Hz]以下之低頻之情形時，表示較強之非線性。具體而言，頻率愈低頻，每單位頻率變化量之絕對值[Hz]之a(t)之變化量絕對值愈有變小之傾向。因此，進行低頻推定時更新增益μ固定時，產生更新增益過大，(數2)之自適應演算法振動而無法收斂之問題。
因此，本實施例中，對於該問題，將更新增益設為μ(a(t))，對應於頻率推定值信號將其變更。作為一例，將μ(a(t))設為以下。
Figure 110128348-A0305-02-0012-1
其中，a1為設計頻率，μa為基本更新增益。
設計頻率a1中將適當之更新增益設為μa時，根據(數3)之μ(a(t))，頻率a(t)<a1時，更新增益視為與μa同等大小。藉此，頻率a(t)<a1時，可消除(數2)之自適應演算法振動而無法收斂之問題。
另，為削減運算成本，亦可將(數3)如MAP般，以將μ與a(t)之資料設 為表形式保持之方式安裝。又，μ(a(t))亦可設為具有與(數3)類似效果之其他函數。
若自適應凹口濾波器34之a(t)收斂，則視為(數1)之凹口濾波器完成剩餘振動yr(t)之主要振動去除，可判斷剩餘振動yr(t)之主要振動之頻率推定完成。
判定頻率推定值信號a(t)是否收斂之機構為收斂判定部33。收斂判定部33接收頻率推定值信號a(t)，判斷a(t)是否收斂。但，如上所述，由於頻率推定值信號a(t)相對於頻率[Hz]為非線性特性，故基於a(t)判斷是否收斂並不容易。
收斂判定部33具有將a(t)轉換為頻率[Hz]之單位之轉換機構，藉此，將a(t)轉換為f(t)[Hz]。因此，收斂判定部33基於f(t)[Hz]判斷a(t)是否收斂。
具體而言，特定時間內之f(t)之變動幅度變為特定值[Hz]以下之情形時，判定a(t)收斂，將此時之f(t)設為第k個(k=1‧‧‧)值並保持為f(k)，逐次繼續收斂判定。每次判定收斂，遞增計數k，保持為f(k)，其結果，收斂判定部33輸出f(k)(k=1‧‧‧)作為頻率推定值系列。
逐次頻率推定部3執行自自動調整部2之調整開始至結束之特定時間，可自逐次頻率推定部3獲得特定時間量之頻率推定值系列 f(k)(k=1‧‧‧)。
圖4顯示逐次頻率推定部3之頻率推定值系列f(k)之算出情況。圖4中，各振動yd1(t)及yd2(t)各者之頻率設為f1=10[Hz]及f2=20[Hz]，以虛線表示相對於兩振動重疊之振動yd(t)，於自動調整部2之調整時間期間，逐次頻率推定部3動作時之f(t)，以實線表示對於f(t)完成收斂判定之頻率推定值系列f(k)。
又，圖4中，將凹口濾波器31之輸出即yr(t)設為yr(t)=yd1r(t)+yd2r(t)，顯示各個yd1r(t)及yd2r(t)。
收斂判定k=1、2時，振動yd(t)之主要振動成分即振動yd1(t)之頻率f1由自適應凹口濾波器34推定，將f(1)、f(2)應用於凹口濾波器31。因此，k=1、2時，yd1r(t)之振幅變小，振動yd(t)之主要振動成分變為yd2(t)。
藉此，k=3、4時，振動yd2(t)之頻率f2由自適應凹口濾波器34推定，將f(3)、f(4)應用於凹口濾波器31，振動yd(t)之主要振動成分變為yd1(t)。
自適應凹口濾波器34推定yd1(t)之頻率，獲得f(5)，但k=5之後，振動yd(t)完全衰減，成為未發生振動狀態，故振動檢測部32判斷無振動檢測，停止自適應凹口濾波器34及收斂判定部33之動作。
如此，本實施例之逐次頻率推定部3之特徵點為：於1個以上衰減之振動重疊，以yd(t)觀測到之情形時，亦可優先地一面交變一面高速推定主要振動之頻率。
振動之振幅、頻率、衰減(持續)時間、振動之重疊數未知之情形時，例如如逐次最小平方識別法之一般識別方式中，無法精度良好地推定各振動之頻率。其理由在於，例如如為2種振動yd1及yd2重疊之yd(t)，且衰減時間T1<T2之情形時，0~T1中為2個振動系統，但T1~T2中為1個振動系統，振動系統之次數以未知之衰減(持續)時間T1及T2變化，成為時間變形之識別問題。
相對於此，逐次頻率推定部3有即使衰減(持續)時間、振動之重疊數未知，亦可適當且高速推定振動頻率之優點。
制振控制設計部4基於頻率推定值系列調整制振控制部5。本實施例中，制振控制設計部4進行無監督群集。
具體而言，將自動調整部2於特定之調整時間獲得之、頻率推定值系列f(k)(k=1‧‧‧)視為點群資料，對此實施k-means(k均值)法等無監督群集，將藉此獲得之群集數設為振動之重疊數N，將各群集之平均值設為各振動之頻率之推定值fk(k=1‧‧‧N)。另，各群集之重心距離為特定值以下之情形時，該等群集合併。
制振控制設計部4將振動之重疊數N、及各振動之頻率之推定值fk(k=1‧‧‧N)等輸出F發送至制振控制部5，制振控制部5將凹口頻率設為fk之實凹口濾波器串聯設置N段，藉此完成自動調整部2之處理。
圖5顯示制振控制設計部4對於圖4所示之f(k)之處理。群集1由f(3)及f(4)構成，群集2由f(1)、f(2)及f(5)構成，由於群集為2個，故振動之重疊數N為2，各振動之頻率為各群集之平均值(f(1)+f(2)+f(5))/3、及(f(3)+f(4))/2。
另，剛開始自動調整後之f(1)由於凹口濾波器31為無效狀態，振動重疊顯著，故有作為頻率推定值，精度變低之傾向。因此，亦可於群集前增加將頻率推定值系列f(k)(k=1‧‧‧)之前半部分稀疏化之處理。
制振控制設計部4除採用上述無監督群集外，於振動之重疊數N為1~2之情形時，亦考慮採用下述演算法。下述與k-means法相比，特徵點為處理成本優異。
S1：算出點群資料之平均值Ma，產生相對於Ma之大小之2個群集C1、C2
S2：算出C1之平均值Mc1、C2之平均值Mc2，算出Te=｜Mc1-Mc2｜。
S3：Te為特定值以上之情形時，設為振動之重疊數N=2，各振動頻率之推定值f1=Mc1，f2=Mc2。Te小於特定值之情形時，設為振動之重疊數N=1，振動頻率之推定值f1=Ma。
若以控制對象機械15之1次動作於yd(t)觀測到振動，獲得頻率推定值系列f(k)，則自動調整部2之特定調整時間亦可僅為控制對象機械15之1次動作花費之時間。
又，欲取得較多頻率推定值系列f(k)(k=1‧‧‧)，提高振動頻率之推定精度之情形時，亦可將控制對象機械15之複數次動作所需時間設定為自動調整部2之特定之調整時間。
根據本實施例，自馬達控制系統之應答觀測起因於1個以上控制對象機械之共振、反共振特性之振動，於機械端產生振動之情形時，無須特別事先掌握上述機械共振之數量。
專利文獻1中，制振控制部即前饋控制部自制振控制設定部反復調整複數個共振特性。根據本實施例，制振控制部開始調整之初始狀態下，制振控制部5不加工輸入至馬達控制系統之指令，制振控制設計部4基於頻率推定值系列，完成制振控制部5之調整後，制振控制部5開始加工輸入至馬達控制系統之指令。本實施例中，可提供可短時間、即時地調整制振控制部5，抑制機械端之振動之馬達控制之自動調整方法及具備自動調整部2之馬達控制裝置。
另，本實施例中，自動調整部2輸入馬達旋轉位置y(t)，但根據振動成分之擷取易度之觀點，自動調整部2之輸入亦可使用馬達旋轉位置偏差、或FB控制器13之輸出、馬達旋轉速度之偏差、速度FB控制器之輸出、或馬達旋轉速度之應答等。
又，亦可基於由制振控制設計部4產生之群集分散之大小，使實凹口濾波器之寬度可變。其理由在於存在以下情形：群集之分散較大之情形，認為難以期待頻率推定值之精度，故將實凹口濾波器之寬度設定為稍大，廣泛去除頻率成分為有效。
又，凹口濾波器31設為串聯排列複數段之構成，亦可對各凹口頻率適當應用頻率推定值系列f(k)。藉此，自yd(t)觀測到多個振動重疊之情形時，亦可期待頻率之推定精度。但，該情形時，注意點為，另外需要管理將f(k)應用於哪個凹口濾波器之處理。
又，自動調整部2亦可具有調整FB控制器13之增益之功能。其理由在於，制振控制部5由自動調整部2調整，其有效時，抑制機械端之振動，即使為更高之FB控制增益，亦可不產生振動地控制、定位機械端。
包含圖1之自動調整部2、加減器16、FB控制器13之馬達控制裝置具有省略圖示之CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)。包含振動擷取濾波器6、逐次頻率推定部3、制振控制設計部4、制振控制部5之各 處理部之自動調整部2、加減器16、FB控制器13藉由CPU讀出程式，執行程式，而執行各處理部之處理。亦可以ASIC(Application Specific Integrated Circuit：特殊應用積體電路)或FPGA(Field Programmable Gate Array：場可程式化閘陣列)等硬體，構成各處理部之全部或一部分。
根據本實施例，半封閉構成之馬達FB控制系統中，於機械端產生振動之情形時，無須特別事先掌握機械共振之數量，可短時間、即時地調整制振控制部，抑制機械端之振動。
[實施例2]
實施例2係將實施例1應用於馬達控制裝置之例。與實施例1相同之事項省略說明。如圖6所示，係將圖1所示之自動調整部2作為自動調整器622，應用於AC(Alternating Current：交流電)伺服馬達之半封閉位置FB控制系統之實施例。圖6中，不包含自動調整器622之情形時，為一般所知之半封閉位置FB控制系統。
AC伺服馬達之半封閉位置FB控制系統如圖6所示，具備加減器612、加減器614、位置控制器61、速度控制器62、電流控制器63、自d-q座標系座標轉換為3相座標系之第1座標轉換器64、自3相座標系座標轉換為d-q座標系之第2座標轉換器610、輸入3相電壓指令輸出PWM(Pulse Width Modulation：脈衝寬度調變)脈衝之PWM輸出器65、具有開關元件之逆變器(電力轉換器)66、電流檢測器68、位置、速度算出部611、自動調整器 622、測量馬達之旋轉數之編碼器69、馬達67、及由馬達驅動之機械613。
將由編碼器69之輸出算出馬達之旋轉位置、速度之位置、速度算出部611所算出之馬達旋轉位置或馬達旋轉速度616輸入至自動調整器622。
以不激發機械613之端部(機械端)之振動之方式，自動調整器622之制振控制部5加工旋轉位置指令615，輸出加工後旋轉位置指令617，自動調整器622擔負基於馬達旋轉位置616適當自動調整制振控制部5之作用。
加減器614輸入自自動調整器622輸出之加工後旋轉位置指令617、與來自位置、速度算出部611之馬達旋轉位置616，位置控制器61輸入加工後旋轉位置指令617與馬達旋轉位置616之差分作為位置指令。
位置控制器61輸出速度指令618，加減器612將速度指令618與馬達旋轉速度619之差分輸出至速度控制器62。
位置控制器61將加工後旋轉位置指令617作為指令，將次環路系統之速度、電流控制系統及積分要件作為控制對象，實施位置FB控制。
視為機械613之慣性數為1，機械613與馬達之轉子彈性耦合之情形時，控制對象機械可視為機械613與馬達之轉子以彈簧阻尼器耦合之2個慣性系統，控制對象機械具有包含1組共振、反共振特性之頻率特性。
又，視為機械613之慣性數為2，兩者彈性耦合且任一者對於馬達之轉子彈性耦合之情形，或視為機械613亦將2個慣性對於馬達之轉子各自彈性耦合之情形時，控制對象機械可視為3個慣性系統，具有包含2組共振、反共振特性之頻率特性。作為此種系統之例，例如為慣性體移動之2個慣性之伺服馬達機構設置於剛性低之台座上之情形等。
如實施例1所示，自動調整器622無須事先調查機械之共振、反共振特性，機械端振動且複數個振動與馬達控制系統之應答重疊而觀測之情形時，亦可短時間、即時地適當自動調整制振控制部5，抑制機械端之振動。因此，本實施例中，自動調整器622亦與實施例1同樣，可短時間、即時地適當自動調整制振控制部5，抑制機械端之振動。
根據本實施例，如圖6所示之AC伺服馬達之半封閉位置FB控制系統中，自馬達控制系統之應答觀測到起因於1個以上控制對象機械之共振、反共振特性之振動，於機械端產生振動之情形時，亦藉由設置自動調整器622，而無須特別事先掌握上述機械共振之數量。再者，根據本實施例，可短時間、即時地適當自動調整制振控制部5，抑制機械端之振動。
另，自動調整器622如圖7所示，亦可應用於AC伺服馬達之半封閉速度FB控制系統。圖7中，圖6之位置控制器61被去除。其理由在於，即使為速度FB控制系統，亦可自速度應答716觀測到起因於1個以上控制對象機械之共振、反共振特性之振動，可能產生機械端之振動。
圖7中，以不激發機械613之端部(機械端)之振動之方式，自動調整器622之制振控制部5加工速度指令715，輸出加工後之速度指令717。加減器612將加工後之速度指令717、與來自位置、速度算出部611之馬達旋轉速度716之差分輸出至速度控制器62。
自動調整器622使用速度應答716，亦如實施例1所示，可自動調整制振控制部5。藉此，如圖7所示之AC伺服馬達之半封閉速度FB控制系統亦藉由設置自動調整器622，而無須特別事先掌握上述機械共振之數量。
再者，圖7之AC伺服馬達之半封閉速度FB控制系統亦可短時間、即時地適當自動調整制振控制部5，抑制機械端之振動。
根據本實施例，AC伺服馬達之半封閉位置FB控制系統或AC伺服馬達之半封閉速度FB控制系統中，於機械端產生振動之情形時，無須特別事先掌握機械共振之數量，可短時間、即時地調整制振控制部，抑制機械端之振動。
另，上述實施例中，除馬達控制裝置外，亦可應用於例如半導體檢查裝置、電動汽車之主馬達控制裝置、電動動力轉向裝置等。
2:自動調整部
3:逐次頻率推定部
4:制振控制設計部
5:制振控制部
6:振動擷取濾波器
13:FB控制器
14:馬達
15:控制對象機械
16:加減器
F:輸出
f(k):頻率推定值系列
r(t):指令
rs(t):旋轉位置指令
y(t):輸出
yd(t):振動

Claims (11)

  1. 一種馬達控制裝置，其具備：振動擷取濾波器，其自馬達之旋轉速度應答或旋轉位置應答擷取因複數個機械共振而與馬達控制系統之應答重疊之複數個振動；逐次頻率推定部，其逐次逐個推定自上述振動擷取濾波器獲得之上述複數個振動各者之頻率，輸出上述頻率之推定結果作為頻率推定值系列；制振控制部，其以抑制安裝於上述馬達之機械之端部所產生之振動之方式，加工輸入至上述馬達控制系統之指令；及制振控制設計部，其基於上述頻率推定值系列，調整上述制振控制部。
  2. 如請求項1之馬達控制裝置，其中上述逐次頻率推定部具備：振動去除部，其僅去除特定之頻率成分；自適應推定部，其自振動波形逐次推定振動頻率；收斂判定部；及振動檢測部；且上述振動去除部對上述複數個振動進行處理，輸出自上述複數個振動去除特定頻率成分後之信號，作為剩餘振動信號，上述自適應推定部 逐次推定上述剩餘振動信號之主要的1個振動之頻率，逐次輸出其推定值作為頻率推定值信號，上述收斂判定部判定上述頻率推定值信號是否收斂，輸出判定為收斂時之上述頻率推定值信號之頻率推定值，作為上述頻率推定值系列，上述振動去除部基於上述頻率推定值系列，使去除之上述特定之頻率成分變化，上述振動檢測部判斷上述剩餘振動信號中是否持續產生振動，檢測出產生振動之情形時，使上述自適應推定部及上述收斂判定部動作。
  3. 如請求項1之馬達控制裝置，其中上述制振控制設計部將上述頻率推定值系列之特定時間量作為點群資料處理，將上述點群資料以無監督群集分割成複數個群集，將經分割之上述群集之數量設為上述複數個振動之振動之重疊數，自屬於各群集之上述點群資料推定上述複數個振動之各個振動之頻率，作為振動頻率推定值，基於上述重疊數與上述振動頻率推定值，調整上述制振控制部。
  4. 如請求項2之馬達控制裝置，其中上述振動去除部 為凹口濾波器，上述自適應推定部為自適應凹口濾波器，上述收斂判定部逐次接收上述自適應凹口濾波器逐次推定之上述複數個振動之主要的1個振動之頻率，作為上述頻率推定值信號，輸出上述頻率推定值系列，上述凹口濾波器基於輸出之上述頻率推定值系列，使上述凹口濾波器之凹口頻率變化。
  5. 如請求項4之馬達控制裝置，其中上述制振控制部開始調整之初始狀態下，上述凹口濾波器之上述凹口頻率設為上述制振控制部擔負之上述機械之端部之制振頻帶之上限以上。
  6. 如請求項1之馬達控制裝置，其中上述制振控制部開始調整之初始狀態下，上述制振控制部不加工輸入至上述馬達控制系統之指令，上述制振控制設計部基於上述頻率推定值系列，完成上述制振控制部之調整後，上述制振控制部開始加工輸入至上述馬達控制系統之指令。
  7. 如請求項3之馬達控制裝置，其中基於上述點群資料之平均值，將上述點群資料分割成2個群集，算出各群集之平均值，算出之上述平均值之差之絕對值為特定值以上之情形時，將振動之重疊數設為2，此外之情形時設為1，上述振動之重疊數為2之情形時，將各群集之平均值設為上述振動頻率推定值，上述振動之重疊數為1之情形時，將上述點群資料之平均值設為上述振動頻率推定值。
  8. 如請求項4之馬達控制裝置，其中上述自適應凹口濾波器逐次推定頻率時，基於目前時點之頻率推定值，使頻率之逐次更新之更新增益可變。
  9. 一種馬達控制之自動調整方法，其自馬達之旋轉速度應答或旋轉位置應答，擷取因複數個機械共振而與馬達控制系統之應答重疊之複數個振動，逐次逐個推定擷取之上述複數個振動各者之頻率，輸出上述頻率之推定結果作為頻率推定值系列，藉由基於上述頻率推定值系列進行調整，以抑制安裝於上述馬達之機械之端部所產生之振動之方式，加工輸入至上述馬達控制系統之指令。
  10. 如請求項9之馬達控制之自動調整方法，其中 於初始狀態下，不加工輸入至上述馬達控制系統之上述指令，基於上述頻率推定值系列，完成上述指令調整後，開始加工輸入至上述馬達控制系統之上述指令。
  11. 如請求項9之馬達控制之自動調整方法，其中上述複數個振動各者之頻率之逐次逐個推定由凹口濾波器、自適應凹口濾波器、及上述自適應凹口濾波器之收斂判定之組合執行。
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