JP2007185014A - モータ制御装置の制御パラメータ算出方法、算出プログラムおよびモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷状態の変化を考慮した、安定かつ制御応答性の高いモータ制御装置の制御パラメータを算出する。
【解決手段】負荷状態の異なる２つ以上の負荷周波数特性を用い、前記負荷周波数特性の位相が−１８０＋α［ｄｅｇ］（αは０以上の値）以下になる周波数領域での最大ゲインに基づいて、速度制御器の制御パラメータである速度応答周波数を算出する。負荷状態によって変化する共振周波数を１つの共振周波数と考えノッチフィルタの最適設定も同時に算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置の制御パラメータ算出プログラムおよびモータ制御装置に関するもので、特に速度制御器の制御パラメータ、フィルタの制御パラメータの算出に関するものである。

従来のモータ制御装置の制御パラメータ算出方法としては、トルク指令からモータ速度までの周波数特性である負荷周波数特性を用いて、速度制御手段の制御パラメータを算出するものがある。例えば特許文献１に記載されている。

図１０は従来技術を説明するための図である。図１０において、モータ駆動装置５０５は、モータ５０１を駆動する。モータ５０１には、それにより駆動される負荷５０２が接続されている。さらに、モータ５０１には位置検出器５０３が接続されており、位置検出器５０３はモータ５０１の回転位置θｍを検出し出力する。モータ５０１、負荷５０２、位置検出器５０３、モータ５０１と負荷５０２の連結部分およびモータ５０１と位置検出器５０３の連結部分により機械系５０４が構成される。

モータ駆動装置５０５は、速度算出器５０６、位置制御器５０７、速度制御器５０８、スイッチ部５０９、フィルタ部５１０、トルク制御器５１１、周波数特性測定用トルク指令作成器５１２、および制御パラメータ調整部５１５を備える。モータ５０１を駆動する時は、スイッチ部５０９がａ）に切り替えられる。速度算出器５０６は位置検出器５０３の出力である回転子位置θｍが入力され、モータ５０１の速度ｖｍを算出し出力する。位置制御器５０７は位置検出器５０３の出力である回転位置θｍが外部から入力される位置指令θｒと一致するよう制御演算し速度指令ｖｒを出力する。速度制御器５０８は速度演算器５０６の出力である速度ｖｍが速度指令ｖｒと一致するよう制御演算し第１のトルク指令τｒ１を出力する。フィルタ部５１０は第１のトルク指令τｒ１が入力されフィルタ処理をして第２のトルク指令τｒ２を出力する。トルク制御器５１１は第２のトルク指令τｒ２が入力され、第２のトルク指令τｒ２を電流指令に変換し、電流指令とモータ５０１に流れる電流とが一致するよう電流制御を行うことによりモータ５０１を駆動する。

制御パラメータの算出は以下の通り行う。まず、スイッチ部５０９がｂ）に切り替えられる。そして周波数特性測定用トルク指令作成器５１２は、例えばＭ系列信号など複数の周波数成分を含む第１のトルク指令を出力しモータ５０１を駆動する。この時の第１のトルク指令τｒ１とモータ速度ｖｍが制御パラメータ調整部５１５に入力される。制御パラメータ調整部５１５では図１１に示すフローチャートに示す処理を行う。以下フローチャートについて説明する。

入力された第１のトルク指令τｒ１とモータ速度ｖｍをサンプリングし、第１のトルク指令τｒ１からモータ速度ｖｍまでの周波数特性を算出して得る（ステップＳ５１１）。以下、求めた周波数特性を「負荷周波数特性」と呼ぶ。

負荷周波数特性のゲイン特性から共振周波数を算出し、算出した共振周波数を減衰周波数とするノッチフィルタの設定パターンを算出する（ステップＳ５１２）。設定パターンとはノッチフィルタをどの共振周波数に対し適用するかの組み合わせを指す。

そして、制御系が安定となる最大の速度応答周波数ωｖを全ての設定パターンについて
算出する（ステップＳ５１３〜Ｓ５１６）。

全ての設定パターンについて速度応答周波数ωｖが算出されると、その中で最大となる速度応答周波数ωｖを求め、関連づけられたノッチフィルタの設定パターンに基づいて制御パラメータを調整する（ステップＳ５１７）。

この処理により制御安定性が保証できる最大速度応答周波数ωｖが短時間で得られ、同時に最適なノッチフィルタ設定パターンも得られる。なお、ノッチフィルタはフィルタ部５１０に設定される。
特開２００５−２４５０５１号公報

しかしながら、従来のモータ制御装置では下記課題がある。負荷周波数特性は負荷５０２の状態によって変化する場合がある。例えば、ボールスクリューによってテーブルが移動する負荷の場合、テーブルの位置によって共振周波数が変化する。また、ロボットアームのように姿勢の変化する負荷の場合、姿勢のよってイナーシャが変化するとともにそれによって共振周波数も変化する。従来技術では１つの負荷周波数特性に基づいて制御パラメータを調整するため、共振周波数の変化やイナーシャの変化に関しては考慮されない。よって、ある負荷状態では安定した制御が出来ても異なる状態では安定性が失われ振動する等が起こりうる。

上記課題を解決するために本発明は、負荷が接続されたモータの検出速度と速度指令が一致するよう第１のトルク指令を生成する速度制御器と、前記第１のトルク指令、もしくは前記第１のトルク指令を１つ以上のフィルタを通した結果である第２のトルク指令に応じて前記モータを駆動するトルク制御器を有するモータ制御装置に対し、前記負荷の状態が異なる少なくとも２つ以上の状態における前記トルク制御器の入力端からモータ速度までの周波数特性である負荷周波数特性を得、得られた全ての負荷周波数特性に対し速度制御系が安定となる前記速度制御器の制御パラメータおよび前記フィルタの制御パラメータを算出する機能を有する。

また、本発明は、負荷が接続されたモータの検出速度と速度指令が一致するよう第１のトルク指令を生成する速度制御器と、前記第１のトルク指令、もしくは前記第１のトルク指令を１つ以上のフィルタを通した結果である第２のトルク指令に応じて前記モータを駆動するトルク制御器を有するモータ制御装置に対し、
前記負荷の状態が異なる少なくとも２つ以上の状態における前記トルク制御器の入力端からモータ速度までの周波数特性である負荷周波数特性を得、前記負荷周波数特性を用いて共振周波数を算出し、得られた前記共振周波数のうち、負荷状態の変化により変化した共振周波数群を１つの共振周波数とみなし、この共振周波数を中心周波数とするノッチフィルタの設定パターンを算出し、得られた全ての負荷周波数特性に対し速度制御系が安定となる前記速度制御器の制御パラメータおよび前記ノッチフィルタの設定パターンを算出する機能を有する。

以上、説明したように本発明のモータ制御装置の制御パラメータ算出方法、算出プログラムおよびモータ制御装置は、
負荷の状態が異なる少なくとも２つ以上の状態における前記トルク制御器の入力端からモータ速度までの周波数特性である負荷周波数特性を得、
得られた全ての負荷周波数特性に対し速度制御系が安定となる前記速度制御器の制御パ
ラメータおよび前記フィルタの制御パラメータを算出する機能を有する。これにより負荷状態が変化し周波数特性が変化しても算出された制御パラメータを用いることにより常に安定した制御を行うことができる。

また、本発明のモータ制御装置の制御パラメータ算出方法、算出プログラムおよびモータ制御装置は、
前記負荷の状態が異なる少なくとも２つ以上の状態における前記トルク制御器の入力端からモータ速度までの周波数特性である負荷周波数特性を得、
前記負荷周波数特性を用いて共振周波数を算出し、
得られた前記共振周波数のうち、負荷状態の変化により変化した共振周波数群を１つの共振周波数とみなし、この共振周波数を中心周波数とするノッチフィルタの設定パターンを算出し、得られた全ての負荷周波数特性に対し速度制御系が安定となる前記速度制御器の制御パラメータおよび前記ノッチフィルタの設定パターンを算出する機能を有する。

これにより負荷状態が変化し周波数特性が変化しても算出された制御パラメータおよびノッチフィルタの設定パターンを用いることにより常に安定した制御を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における、モータ制御装置の制御パラメータ算出プログラムを実行させるコンピュータを含む全体構成図である。１はモータで、モータ１によって駆動される負荷２が接続されている。３は位置検出器で、モータ１のモータ位置θｍを出力する。４はモータ１、負荷２、位置検出器３、モータ１と負荷２との連結部分およびモータ１と位置検出器３との連結部分からなる機械系である。５はモータ１を駆動するモータ駆動装置である。６は速度算出器で、位置検出器３の出力であるモータ位置θｍが入力され、モータ１のモータ速度ｖｍを算出し出力する。

以下、モータ駆動装置５がモータ１を位置制御する時の動作を説明する。モータ１を位置制御する時は、スイッチ部９をａ）の方に切り替える。位置指令θｒが入力されると、モータ位置θｍとの差分が位置制御器７に入力される。位置制御器７は位置指令θｒとモータ位置θｍとが一致するよう速度指令ｖｒを算出し出力する。位置制御器７の動作としては、例えば、位置比例ゲインをＫｐとして（数１）に示す比例演算を行う。

速度制御器８は、速度指令ｖｒとモータ速度ｖｍとの差分が入力され、速度指令ｖｒとモータ速度ｖｍとが一致するよう第１のトルク指令τｒ１を算出し出力する。速度制御器８の動作としては、例えば、速度比例ゲインをＫｖとして（数２）に示す比例演算を行う。

第１のフィルタ部１０は、第１のトルク指令τｒ１が入力され、設定されたフィルタによる処理後、第２のトルク指令τｒ２を出力する。トルク制御器１１は、入力された第２のトルク指令τｒ２を電流指令に変換し、電流指令とモータ１に流れる電流とが一致するよう電流制御を行うことによりモータ１を駆動する。

次に、このように構成されたモータ制御装置において、位置比例ゲインＫｐと速度比例ゲインＫｖの関係について説明する。機械系４の総イナーシャをＪａとし、機械特性が剛体とほぼ等しいとする。また、第１のフィルタ部１０は第１のトルク指令τｒ１をそのまま第２のトルク指令τｒ２として出力するとする。この時、速度制御器８の制御パラメータである速度応答周波数ωｖ［ｒａｄ／ｓ］を用いて、速度比例ゲインＫｖ、位置比例ゲインＫｐを（数３）、（数４）で与えると、位置フィードバックループの閉ループ伝達関数は（数５）のように重根を持ち、オーバーシュートのない良好な応答となる。

逆に考えると、速度応答周波数ωｖを算出できれば、（数３）、（数４）を用いることによりオーバーシュートのない良好な応答位置比例ゲインＫｐと速度比例ゲインＫｖを算出できる。

次に、このように構成されたモータ制御装置の制御パラメータである速度応答周波数ωｖの算出について説明する。スイッチ部９をｂ）の方に切り替えた状態で、周波数特性測定用トルク指令作成器１２から、例えばＭ系列信号など複数の周波数成分を含む第１のトルク指令τｒ１が出力され、モータ１を駆動する。この時の第１のトルク指令τ１とモータ速度ｖｍがコンピュータ１３に入力される。コンピュータ１３では、図２に示すフローチャートのプログラムが実行され、モータ制御装置の制御パラメータである速度応答周波数ωｖを算出する。以下、プロラムの動作について説明する。

ステップＳ１では、入力された第１のトルク指令τ１とモータ速度ｖｍをサンプリングし、第１のトルク指令τ１からモータ速度ｖｍまでの周波数特性を算出して得る。これを負荷周波数特性と呼ぶことにする。負荷周波数特性の算出は、例えば、サンプリングした第１のトルク指令τ１およびモータ速度ｖｍをそれぞれフーリエ変換し、モータ速度ｖｍのフーリエ変換結果から算出されるゲイン特性および位相特性から、第１のトルク指令τ１のフーリエ変換結果から算出されるゲイン特性および位相特性を減ずることによって得られる。この負荷周波数特性算出は負荷の状態が異なる２つ以上の状態に対して行う。

次にステップＳ２とステップＳ３を得られた各負荷周波数特性に対し行う。

ステップＳ２では、０以上である位相余裕α［ｄｅｇ］を用いて、得られた負荷周波数特性の位相が−１８０＋α［ｄｅｇ］以下の周波数領域における最大ゲインＧｍａｘ［ｄＢ］を算出する。

ステップＳ３では、最大ゲインＧｍａｘ［ｄＢ］に基づいて速度応答周波数ωｖを算出する。

ナイキストの安定定理より、フィードバック系の一巡伝達関数の周波数特性において、位相が−１８０［ｄｅｇ］以下となる周波数領域でゲインが０［ｄＢ］以下ならば安定は保証される。図１で示される全体構成図のうち、速度フィードバックループ部のブロック図を図３に示す。第１のトルク指令τｒ１からモータ速度ｖｍまでの伝達関数をＨ１（ｓ）とする。また速度制御器８は（数２）で示す比例演算を行うとすると速度制御器８の伝達関数はＫｖとなる。従って図３に示す速度フィードバックループ部の一巡伝達関数は（数６）で表される。

ここで第１のトルク指令τｒ１からモータ速度ｖｍまでの伝達関数をＨ１（ｓ）の周波数特性を図４に示すものとする。この時、速度フィードバックループ部分の一巡伝達関数の周波数特性に関し、位相特性はＨ１（ｓ）の位相特性と変わらず、ゲイン特性はＫｖによって全体が上下に変化する。そこでまず、ステップＳ１で得られた周波数特性Ｈ１（ｓ）
において、位相余裕α［ｄｅｇ］を用いて、位相が−１８０＋α［ｄｅｇ］以下となる周波数領域を求める。図４においては区間Ａと区間Ｂとなる。そしてその区間における最大ゲインＧｍａｘ［ｄＢ］を求める。最大ゲインＧｍａｘを求める区間を必要最低限としているため、位相が−１８０＋α［ｄｅｇ］となる最も低い周波数より高い領域を用いるより処理時間を短くできる。前述したように、一巡伝達関数のゲイン特性はＫｖによって上下するが、正であるゲイン余裕β［ｄＢ］を用いて、次（数７）を満たすようにＫｖを求めれば、速度フィードバックループの一巡伝達関数の周波数特性において、位相が−１８０＋α［ｄｅｇ］以下となる周波数領域でゲインが−β［ｄＢ］以下となり安定性は保証される。

Ｋｖが大きいほど速度フィードバックの応答性も高いので、（数７）を満たす最大値をＫｖとして算出する。算出式は（数８）となる。

また、機械系４の総イナーシャをＪａとすると、速度制御器７の制御パラメータである速度応答周波数ωｖ［ｒａｄ／ｓ］は、（数４）を変形した（数９）で算出できる。

機械系４の総イナーシャＪａはステップＳ１で負荷周波数特性の低域でのゲインから計算できる。

ステップＳ２とステップＳ３で算出された速度応答周波数ωｖと総イナーシャＪａを算出に用いた負荷応答周波数特性に関連づけておく。

ステップＳ４では、ステップＳ１で得られた複数の負荷周波数特性に対して速度応答周
波数ωｖと総イナーシャＪａが算出されたかをチェックする。もしまだ算出されていない負荷周波数特性があればその負荷周波数特性に対しステップＳ２、ステップＳ３を行う。もし、すべての負荷周波数特性に対し速度応答周波数が算出されたらステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、まず各負荷周波数特性に関連づけられた速度応答周波数ωｖと総イナーシャＪａとの積を計算しそれぞれＫｖｎ（ｎ＝１、…）とする。そしてＫｖｎの中で最小値を探索しその最小値をＫｖｍｉｎとする。これがすべての負荷周波数特性に対し安定となるゲインと言える。また各負荷周波数特性に関連づけられた総イナーシャＪａの中で最大値を探索しその最大値をＪａｍａｘとする。そしてゲインＫｖｍｉｎを総イナーシャＪａｍａｘで除することにより速度応答周波数ωｖｆｉｎａｌを得る。これが機械系のイナーシャが変化しても安定となる速度応答周波数と言える。

ステップＳ６では、算出された速度応答周波数ωｖｆｉｎａｌを、コンピュータ１３に接続されたディスプレイ部１４に表示する。表示例を図５に示す。ディスプレイ部１４には算出された速度応答周波数ωｖだけでなく、周波数特性等をともに表示してもよい。

これにより、ユーザはモータ制御装置の制御パラメータ設定において、負荷状態が変化しても安定性が保証できる最大の速度応答周波数を短時間で知ることができる。また、（数３）、（数４）を用いてパラメータを計算することにより、安定性が保証され、かつ応答性よいパラメータ設定ができる。

なお、本実施の形態のステップＳ１では、第１のトルク指令とモータ速度をサンプリングし、フーリエ変換し、負荷周波数特性を算出するとしたが、フーリエ変換後のデータが入力され負荷周波数特性を算出する、あるいは前もって計算された負荷周波数特性が入力されるとしても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、第１のトルク指令からモータ速度までの周波数特性を算出するとしたが、第２のトルク指令からモータ速度までの周波数特性を算出し、フィルタ部の周波数特性を加算しても同様のものを得ることができるので、第２のトルク指令からモータ速度までの周波数特性を算出あるいは入力するとしてもよい。

また、本実施の形態では、位置制御装置に対して速度応答周波数の算出を行ったが、速度制御装置に対して行うとしても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態の第１のフィルタ部１０がローパスフィルタやノッチフィルタを有するものとしても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態ではディスプレイ部１４がコンピュータ１３に接続されているとしたが、両者が無線でデータをやりとりする形態であっても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、ステップＳ１からステップＳ６の動作をするプログラムとして説明したが、ステップＳ１からステップＳ５の動作機能を持つモータ制御装置としてもよい。構成例を図６を用いて説明に示す。図１と異なるのは、モータ駆動装置５の代わりにモータ制御装置５１が示されている。モータ制御装置５１には制御パラメータ調整１５を内蔵している。制御パラメータ調整１５の動作としてはステップＳ１からステップＳ５の動作をしたのち、算出された速度応答周波数ωｖｆｉｎａｌに基づいて速度比例ゲインＫｖおよび位置比例ゲインＫｐを調整する。例えば、（数３）、（数４）を用いて調整する。

次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２のモータ制御装置の制御パラメータ算出プログラムにおいては、周波数特性から得られる共振周波数に基づいてノッチフィルタの設定パターンを算出し、各設定パターンにおいて算出される安定な速度応答周波数のうち、最大値を算出し関連づけられた設定パターンとともにディスプレイ部に表示する。これにより、ユーザはモータ制御装置の制御パラメータ設定において、負荷状態の変化があっても安定性が保証できる最大の速度応答周波数を短時間で知ることができ、同時にノッチフィルタの設定も知ることができる。

本発明の実施の形態２における、モータ制御装置の制御パラメータ算出プログラムを実行させるコンピュータを含む全体構成図は図１と同じであり説明を省略する。実施の形態１と違いは、コンピュータ１３で実行されるプログラムの動作が異なる。

動作を図７に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１１では、入力された第１のトルク指令τｒ１とモータ速度ｖｍをサンプリングし、第１のトルク指令τｒ１からモータ速度ｖｍまでの周波数特性を算出して得る。これを負荷周波数特性と呼ぶことにする。負荷周波数特性の算出は、例えば、サンプリングした第１のトルク指令τｒ１およびモータ速度ｖｍをそれぞれフーリエ変換し、モータ速度ｖｍのフーリエ変換結果から算出されるゲイン特性および位相特性から、第１のトルク指令τｒ１のフーリエ変換結果から算出されるゲイン特性および位相特性を減ずることによって得られる。この負荷周波数特性算出は負荷の状態が異なる２つ以上の状態に対して行う。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１で得られた負荷周波数特性から共振周波数を算出し、共振周波数に応じたノッチフィルタの設定パターンを算出する。共振周波数の算出は、負荷周波数特性のゲイン特性の変曲点を探索する方法などで得ることができる。ノッチフィルタはその中心周波数を共振周波数に合わせ速度制御ループ内に配置することにより、共振周波数におけるゲインピークを抑圧することができるので、制御の応答性を上げることが可能な場合もある。ところで、各負荷周波数特性から算出される共振周波数は必ずしも一致しない。これは各負荷周波数特性が負荷状態の異なる状態から算出されているからであり、共振周波数が変化する場合があるからである。従って各負荷周波数特性から算出された共振周波数をすべて並べ、負荷状態の変化により変化した結果である共振周波数群を１つの共振周波数とみなす。図８を用いて説明する。ステップＳ１１で図８に示す（Ａ）と（Ｂ）の２つの負荷周波数特性が得られたとする。この時各負荷周波数特性で算出された共振周波数がそれぞれａ１とａ２とする。この算出され周波数が負荷状態の変化により変化した共振周波数と判断された場合は周波数ａ１とａ２の区間内の周波数ａ３をこの機械系の１つの共振周波数と考える。例えばａ１とａ２の平均値をａ３とする。３個以上の場合も同様にまとめる共振周波数群の最小周波数と最大周波数の区間内の値をまとめた後の共振周波数とする。例えば、最小周波数と最大周波数の平均値とする。負荷状態の変化により変化した共振周波数かどうかの判断は、例えば所定周波数幅以内のあるものを負荷状態の変化により変化した共振周波数として判断する。このようにして負荷状態の変化により変化した共振周波数をまとめていき、その結果をこの機械系における共振周波数とする。

設定パターンの算出は、最大いくつのノッチフィルタを同時に付加できるかを予め設定しておき、ノッチフィルタを付加しない場合も含めどのような付加のパターンがあるかを求める。例えば、最大２個のノッチフィルタを付加可能とし、負荷状態の変化により変化した共振周波数をまとめた後の共振周波数が３つあり、共振周波数をｆｐ１、ｆｐ２、ｆ３とする。この場合、図９に示す設定パターンを算出する。このように各負荷周波数特性
で算出された共振周波数の近いものを１つにまとめることにより、共振周波数変化を考慮したノッチフィルタの付加ができる。

ステップＳ１３では、選択されていない設定パターンがあるかどうかを判断する。ある場合はステップＳ１４へ、ない場合はステップＳ１７へ進む。

ステップ１４では、選択されていない設定パターンの中から１つを選択する。

以下、ステップＳ１５からステップＳ１８を各負荷周波数特性に対し行う。

ステップＳ１５では、選択された設定パターンのノッチフィルタの周波数特性を負荷周波数特性に加算し、制御対象周波数特性を算出する。例えば、選択された設定パターンが図９のＮｏ．５の場合、中心周波数をｆ１としたノッチフィルタの周波数特性と中心周波数をｆ２としたノッチフィルタの周波数特性を負荷周波数特性に加算して制御対象周波数特性を算出する。

ステップＳ１６では、０以上である位相余裕α［ｄｅｇ］を用いて、得られた制御対象周波数特性の位相が−１８０＋α［ｄｅｇ］以下の周波数領域における最大ゲインＧｍａｘ［ｄＢ］を算出する。

ステップＳ１７では、最大ゲインＧｍａｘ［ｄＢ］に基づいて速度応答周波数ωｖを算出し、選択された設定パターンと関連づけて記憶しておく。実施の形態１で説明したとおり、ナイキストの安定定理より、フィードバック系の一巡伝達関数の周波数特性において、位相が−１８０［ｄｅｇ］以下となる周波数領域でゲインが０［ｄＢ］以下ならば安定は保証される。よって、実施の形態１のステップＳ２およびステップＳ３と同様の動作を行う。実施の形態１と異なるのは、負荷周波数特性の代わりに制御対象周波数特性を用いることと、算出された速度応答周波数ωｖと総イナーシャＪａに加えて選択された設定パターンを関連づけておことである。

ステップＳ１８では、各負荷周波数特性に対して速度応答周波数ωｖと総イナーシャＪａが算出されたかをチェックする。もしまだ算出されていない負荷周波数特性があればその負荷周波数特性に対しステップＳ１５からステップＳ１８を行う。もし、すべての負荷周波数特性に対し速度応答周波数ωｖと総イナーシャＪａが算出されたらステップＳ１９に進む。

ステップＳ１９では、まず各負荷周波数特性に関連づけられた速度応答周波数ωｖと総イナーシャＪａとの積を計算し、それぞれＫｖｎ（ｎ＝１、…）とする。そしてＫｖｎの中で最小値を探索しその最小値をＫｖｍｉｎとする。これがすべての負荷周波数特性に対し安定となる速度ゲインと言える。また各負荷周波数特性に関連づけられた総イナーシャＪａの中で最大値を探索しその最大値をＪａｍａｘとする。そしてゲインＫｖｍｉｎを総イナーシャＪａｍａｘで除することにより速度応答周波数ωｖｆｉｎａｌを得る。これが機械系のイナーシャが変化しても安定となる速度応答周波数と言える。

ステップＳ１９が終わった後、ステップＳ１３に戻る。設定パターンがすべて選択されるまでステップＳ１３からステップＳ１９までの動作を繰り返す。

ステップＳ２０では、ステップＳ１３からステップＳ１９までの動作を繰り返すことにより算出された各設定パターンに対する速度応答周波数ωｖｆａｉｎａｌの中で最大値を求める。

ステップ２１では、ステップ２０で得られた速度応答周波数ωｖｆａｉｎａｌの中での最大値と、この最大値に関連づけられている設定パターンの情報とともにディスプレイ部１４に表示する。表示例を図５に示す。ディスプレイ部１４には算出された速度応答周波数ωｖ、設定パターンのノッチ周波数だけでなく、周波数特性等をともに表示してもよい。

これにより、ユーザはモータ制御装置の制御パラメータ設定において、負荷の状態が変わっても制御安定性が保証できる最大の速度応答周波数を短時間で知ることができる。また、（数３）、（数４）を用いてパラメータを計算すれば、安定性が保証され、かつ応答性よいのパラメータ設定をできる。さらに、共振周波数の変化を考慮した上のノッチフィルタも試行錯誤することなく設定できる。

なお、本実施の形態のステップＳ１１では、第１のトルク指令とモータ速度をサンプリングし、フーリエ変換し、負荷周波数特性を算出するとしたが、フーリエ変換後のデータが入力され負荷周波数特性を算出する、あるいは前もって計算された負荷周波数特性が入力されるとしても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、第１のトルク指令からモータ速度までの周波数特性を算出するとしたが、第２のトルク指令からモータ速度までの周波数特性を算出し、フィルタ部の周波数特性を加算しても同様のものを得ることができるので、第２のトルク指令からモータ速度までの周波数特性を算出あるいは入力するとしてもよい。

また、本実施の形態では、位置制御装置に対して速度応答周波数の算出を行ったが、速度制御装置に対して行うとしても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態ではディスプレイ部１４がコンピュータ１３に接続されているとしたが、両者が無線でデータをやりとりする形態であっても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、ステップＳ１１からステップＳ２１の動作をするプログラムとして説明したが、図６に示すような構成のモータ制御装置で、制御パラメータ調整部１５がステップＳ１１からステップＳ２０の動作を行い、算出された速度応答周波数の最大値に基づいて速度比例ゲインＫｖおよび位置比例ゲインＫｐを計算および調整し、算出された速度応答周波数ωｖの最大値に関連づけられた設定パターンに応じたノッチフィルタを第１のフィルタ部１０など速度フィードバックループ内に付加するモータ制御装置としてもよい。

本発明のモータ制御装置の制御パラメータ算出プログラムおよびモータ制御装置は、部品実装機や半導体製造装置などモータを使用する機器のモータ制御装置の制御パラメータを算出するプログラム等として有用である。また、制御パラメータを算出し調整する機能を有するモータ制御装置等としても適用が可能である。

本発明の実施例１におけるモータ制御装置の制御パラメータ算出プログラムを実行させるコンピュータを含む全体構成図 本発明の実施例１における制御パラメータ算出プログラムの動作を示すフローチャート 図１の速度フィードバックループ部のブロック図 負荷周波数特性図 算出結果を表示したディスプレイを示す図 本発明の実施例１におけるモータ制御装置を示す図 本発明の実施例２における制御パラメータ算出プログラムの動作を示すフローチャート ２つの負荷周波数特性図と共振周波数をまとめることを説明する為の図 本発明の実施例２における設定パターン図 従来の技術における電動機の制御蔵置の全体構成図 従来の技術における電動機の制御蔵置の制御パラメータ算出プログラムの動作を示すフローチャート

符号の説明

１ モータ
２ 負荷
３ 位置検出器
４ 機械系
５ モータ駆動装置
６ 速度算出器
７ 位置制御器
８ 速度制御器
９ スイッチ部
１０ 第１のフィルタ部
１１ トルク制御器
１２ 周波数特性測定用トルク指令作成器
１３ コンピュータ
１４ ディスプレイ
１５ 制御パラメータ調整部

Claims (7)

1. 負荷が接続されたモータの検出速度と速度指令が一致するよう第１のトルク指令を生成する速度制御器と、前記第１のトルク指令、もしくは前記第１のトルク指令を１つ以上のフィルタを通した結果である第２のトルク指令に応じて前記モータを駆動するトルク制御器を有するモータ制御装置の制御パラメータ算出方法であって、前記負荷の状態が異なる少なくとも２つ以上の状態における前記トルク制御器の入力端からモータ速度までの周波数特性である負荷周波数特性を得、得られた全ての負荷周波数特性に対し速度制御系が安定となる前記速度制御器の制御パラメータおよび前記フィルタの制御パラメータを算出するモータ制御装置の制御パラメータ算出方法。
2. 負荷が接続されたモータの検出速度と速度指令が一致するよう第１のトルク指令を生成する速度制御器と、前記第１のトルク指令、もしくは前記第１のトルク指令を１つ以上のフィルタを通した結果である第２のトルク指令に応じて前記モータを駆動するトルク制御器を有するモータ制御装置の制御パラメータ算出方法であって、前記負荷の状態が異なる少なくとも２つ以上の状態における前記トルク制御器の入力端からモータ速度までの周波数特性である負荷周波数特性を得、前記負荷周波数特性を用いて共振周波数を算出し、得られた前記共振周波数のうち、負荷状態の変化により変化した共振周波数群を１つの共振周波数とみなし、この共振周波数を中心周波数とするノッチフィルタの設定パターンを算出し、得られた全ての負荷周波数特性に対し速度制御系が安定となる前記速度制御器の制御パラメータおよび前記ノッチフィルタの設定パターンを算出するモータ制御装置の制御パラメータ算出方法。
3. 負荷が接続されたモータの検出速度と速度指令が一致するよう第１のトルク指令を生成する速度制御器と、前記第１のトルク指令、もしくは前記第１のトルク指令を１つ以上のフィルタを通した結果である第２のトルク指令に応じて前記モータを駆動するトルク制御器を有するモータ制御装置の制御パラメータ算出プログラムであって、コンピュータに、前記負荷の状態が異なる少なくとも２つ以上の状態における前記トルク制御器の入力端からモータ速度までの周波数特性である負荷周波数特性を得るステップと、得られた全ての負荷周波数特性に対し速度制御系が安定となる前記速度制御器の制御パラメータおよび前記フィルタの制御パラメータを算出するステップと、を実行させるためのモータ制御装置の制御パラメータ算出プログラム。
4. 負荷が接続されたモータの検出速度と速度指令が一致するよう第１のトルク指令を生成する速度制御器と、前記第１のトルク指令、もしくは前記第１のトルク指令を１つ以上のフィルタを通した結果である第２のトルク指令に応じて前記モータを駆動するトルク制御器を有するモータ制御装置の制御パラメータ算出プログラムであって、コンピュータに、前記負荷の状態が異なる少なくとも２つ以上の状態における前記トルク制御器の入力端からモータ速度までの周波数特性である負荷周波数特性を得るステップと、前記負荷周波数特性を用いて共振周波数を算出するステップと、得られた前記共振周波数のうち、負荷状態の変化により変化した共振周波数群を１つの共振周波数とみなし、この共振周波数を中心周波数とするノッチフィルタの設定パターンを算出するステップと、得られた全ての負荷周波数特性に対し速度制御系が安定となる前記速度制御器の制御パラメータおよび前記ノッチフィルタの設定パターンを算出するステップと、を実行させるためのモータ制御装置の制御パラメータ算出プログラム。
5. 請求項３から請求項４いずれかに記載のプログラムを記録した媒体。
6. 負荷が接続されたモータの検出速度と速度指令が一致するよう第１のトルク指令を生成する速度制御器と、前記第１のトルク指令、もしくは前記第１のトルク指令を１つ以上のフ
   ィルタを通した結果である第２のトルク指令に応じて前記モータを駆動するトルク制御器を有するモータ制御装置であって、前記負荷の状態が異なる少なくとも２つ以上の状態における前記トルク制御器の入力端からモータ速度までの周波数特性である負荷周波数特性を得る機能と、得られた全ての負荷周波数特性に対し速度制御系が安定となる前記速度制御器の制御パラメータおよび前記フィルタの制御パラメータを算出し、算出された制御パラメータに基づいて調整する機能と、を有するモータ制御装置。
7. 負荷が接続されたモータの検出速度と速度指令が一致するよう第１のトルク指令を生成する速度制御器と、前記第１のトルク指令、もしくは前記第１のトルク指令を１つ以上のフィルタを通した結果である第２のトルク指令に応じて前記モータを駆動するトルク制御器を有するモータ制御装置であって、前記負荷の状態が異なる少なくとも２つ以上の状態における前記トルク制御器の入力端からモータ速度までの周波数特性である負荷周波数特性を得る機能と、前記負荷周波数特性を用いて共振周波数を算出する機能と、得られた前記共振周波数のうち、負荷状態の変化により変化した共振周波数群を１つの共振周波数とみなし、この共振周波数を中心周波数とするノッチフィルタの設定パターンを算出する機能と、得られた全ての負荷周波数特性に対し速度制御系が安定となる前記速度制御器の制御パラメータおよび前記ノッチフィルタの制御パターンを算出し、算出された制御パラメータにおよびおよび前記ノッチフィルタの設定パターンに基づいて調整する機能と、を有するモータ制御装置。
   
   

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