WO2006006552A1

WO2006006552A1 - 電動機制御装置

Info

Publication number: WO2006006552A1
Application number: PCT/JP2005/012740
Authority: WO
Inventors: Takashi Kitazawa; Kazuhide Takao; Yasuyuki Takei
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2006-01-19
Also published as: US20070229016A1; DE112005001683T5; JP5056012B2; JPWO2006006552A1; KR20070041511A; US7589488B2; CN1985433A; TW200623603A

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

明細書

電動機制御装置

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 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などカゝら速度制御部の積分時定数、位置比例ゲイン Κρ、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力ある指標 (この場合ワンパラメータゲイン）をパラメータ設定器力も設定して、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、

[0003] 2 π .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

[0004] Cpi≥4 · · · (2)

[0005] 2 π .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

[0006] Cip≥2 · · · (4)

[0007] 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、前記速度制御部力 S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 ( ζ s)と第 2のゲイン (co s)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（ (X )を乗算して前記第 2のゲイン（ ω s)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、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、

[0008] 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

[0009] Cp≤0. 32 · · · (6)

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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ぐ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つているのである。

特許文献 1 :特開 2003— 189653号公報（図 2)

特許文献 2 :特開平 06— 319284号公報（図 1、図 2、図 7)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0013] 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、て、設定のためのスィッチなどのパラメータ入力変更スィツチ、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ぐ製造に必要な工数が増えるという問題があった。

[0014] 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ノ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。

[0015] 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は機械力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、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。

[0016] 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ぐ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力通常運転までに必要であったゲイン調整に力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ィ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ィ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、スィ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。

課題を解決するための手段

[0017] 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)、前記速度制御部力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; m立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 Κν、前記位置比例ゲイン Κρ、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バスフィルタ時定数 (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 Κρ、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、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力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。

[0018] 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、一度ノツチフィルタ周波数 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力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、ずれかの発明にお、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ィッチまたはピアノスィッチとしたものである。

[0019] 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ぐ 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力、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さる。

また、操作者が設定する任意の制御ゲインだけでなぐ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ィ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、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、た状態力も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、問題にっ、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、ロータリスィツ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。

発明の効果

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ぐ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力通常運転までに必要であったゲイン調整に力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。

図面の簡単な説明

[0021] [図 1]本発明の第 1実施例を示す電動機制御装置の全体図

[図 2]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

[図 3]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

[図 4]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

[図 5]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 [図 6]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

[0022] 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

発明を実施するための最良の形態

[0023] 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。

実施例 1

[0024] 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ィッチ 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ィツチ部が設定された値になるように外部力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力じめ記憶されて、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。

[0025] 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力も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ノノレス、 2500ノノレス、 5000ノノレス、 10000ノノレスの言十4 のわせて 1 6種類のパルス設定値を構成して、る。

[0026] 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カゝら決定される。つまり指令分解が 1000PZREVの場合最高回転数が Vmax (m in—¹)を回すのに必要な指令パルス周波数 Prefxは、

[0027] Prefx= (Vmax/60) X 1000 · · · (7)

[0028] 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。

[0029] 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— 18 9653 (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力容易に導ける関係式に安全率を設けた値と経験則力以下の式で示される関係式から構成されてヽる。

[0030] Κν·Τί≥4/2 π · · · (8)

Κρ=Κν · · · (9)

Tf=0. 04/Kv · · · (10)

[0031] 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 Oms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カゝら 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。

[0032] 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。

[0033] 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、外部力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、このときローノスフィルタではなぐ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、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力一つまたは複数の 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。

[0034] 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。

[0035] 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力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!/、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。

[0036] 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!/、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力どうかの作業内容を確認できるようにして、る。

[0037] 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。

[0038] 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。

[0039] 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。

[0040] 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。

[0041] 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力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。

[0042] 15はモータと機械のフィードバック角速度 Vfb力も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。

[0043] I Vfb -Vfbx | =Vvib · · · (11)

[0044] 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力 OHz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。

[0045] 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。

[0046] 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ィッチ設定を示して、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の値力の行の設定値（CW+CCW 負論理、指令分解能 1000パルス Zref)が設定されている。 30Aはスィ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の設定値力 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。

[0047] 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が設定されてヽる。 32Aは変更された後の設定値 0が示されて、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、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、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。

[0048] 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ノ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ぐ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。

[0049] 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力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力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ィツ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。

産業上の利用可能性

[0050] 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力図 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ぐ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

請求の範囲

[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 (K P)、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 Κν、前記位置比例ゲイン Κρ、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 (Κ Ρ)、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、て、前記速度制御比例ゲイン Kv、前記位置比例ゲイン Κρ、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力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力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。

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ィッチまたはピアノスィッチである請求項 1または 2のいずれかに記載の電動機制御装置。