JP4273560B2 - モータの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの周波数特性を測定する機能を備えたモータの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、動作特性の劣化要因となる機械共振の解析、あるいは、制御の応答性、安定性の解析などを目的として、負荷を接続した状態においてモータの周波数特性を測定することが広く行われている。
【０００３】
このようなモータの周波数特性を測定する従来の方法としては、例えば図１２に示す構成をとる場合が多い。図１２において、モータ駆動装置１は指令入力に従ってモータ３とこの駆動軸に接続された負荷４を駆動制御するものである。指令入力は速度あるいは位置とするものが一般的であるが、ここでは速度指令２であるものとして説明する。サーボアナライザ５は正弦波信号を発生する発振器を内部に備えたもので、その正弦波信号出力がモータ駆動装置１の速度指令２となるように接続されており、また速度検出器６が検出するモータ３の速度７が入力接続されている。
【０００４】
この構成において、サーボアナライザ５は速度指令２として正弦波信号を出力する。モータ駆動装置１はこの速度指令２に従ってモータ３及び負荷４を駆動するため、その動きは図１３に示すような正弦波状となる。この状態においてサーボアナライザは、速度指令２と速度７の振幅比であるゲインと、速度指令２と速度７の位相差を検出しており、徐々に速度指令２の周波数を上昇させていきながらこの検出を続けることで、速度指令２から速度７までの周波数特性を測定する。この測定結果はボード線図として表示するのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の方式では、周波数特性を測定する計測器であるサーボアナライザ５を必要とする。このため、負荷４が大きな機械設備であって動かすことができない場合には、サーボアナライザ５の方をその機械の設置されている場所に運び込まなければならないが、一般にサーボアナライザ５は携帯性に欠く計測器であるため極めて不便であった。また、速度指令２の周波数を所望の測定帯域の最低周波数から開始して最高周波数まで徐々に上昇させていくために、測定時間が長いという問題があった。ノイズ等の影響を抑え測定精度を上げるためには、速度指令２の振幅をある程度大きくする必要があるが、このような振幅が大きい状態で測定時間が長いとモータ３と負荷４に与える負担は大きくなり、場合によってはモータ３の過熱破壊や負荷４である機械設備の破壊に至ることがあった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するもので、サーボアナライザ５のような特別な計測器を必要とせずに負荷４を接続した状態におけるモータ３の周波数特性を短時間で測定できるモータの制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明のモータの制御装置は、モータ駆動装置の内部に配設したホワイトノイズ生成手段と、通常動作時の速度指令と前記ホワイトノイズ生成手段の出力とを切り替える速度指令切り替え手段と、速度指令切り替え手段の出力を速度指令としてモータを制御する速度制御手段と、予め設定した周期でモータまたは負荷の速度をサンプリングする速度検出手段と、前記速度制御手段に与える速度指令データと前記速度検出手段から得られる速度データをフーリエ変換する第１のフーリエ変換手段と、第１のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度指令から速度までの周波数特性を求める第１の周波数特性演算手段と、速度指令と速度の差を求める速度偏差演算手段と、速度指令と速度偏差演算手段から得られる速度偏差をフーリエ変換する第２のフーリエ変換手段と、第２のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度指令から速度偏差までの周波数特性を求める第２の周波数特性演算手段と、第１の周波数特性演算手段と第２の周波数特性演算手段の出力結果に基づき速度偏差から速度までにおける速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を求める第３の周波数特性演算手段とを備え、速度制御をかけた状態で、速度偏差から速度までにおける速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を得るものである。
【０００８】
この構成により、周波数特性を求める構成をモータの制御装置に含んでいるため特別な計測器を必要としない。また、全ての周波数成分を均一に含んだホワイトノイズを速度指令とすることで、従来のように周波数を徐々に上昇させる必要がなく、短時間で測定を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために本発明のモータの制御装置は、本発明のモータの制御装置は、モータ駆動装置の内部に配設したホワイトノイズ生成手段と、通常動作時の速度指令と前記ホワイトノイズ生成手段の出力とを切り替える速度指令切り替え手段と、速度指令切り替え手段の出力を速度指令としてモータを制御する速度制御手段と、予め設定した周期でモータまたは負荷の速度をサンプリングする速度検出手段と、前記速度制御手段に与える速度指令データと前記速度検出手段から得られる速度データをフーリエ変換する第１のフーリエ変換手段と、第１のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度指令から速度までの周波数特性を求める第１の周波数特性演算手段と、速度指令と速度の差を求める速度偏差演算手段と、速度指令と速度偏差演算手段から得られる速度偏差をフーリエ変換する第２のフーリエ変換手段と、第２のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度指令から速度偏差までの周波数特性を求める第２の周波数特性演算手段と、第１の周波数特性演算手段と第２の周波数特性演算手段の出力結果に基づき速度偏差から速度までにおける速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を求める第３の周波数特性演算手段とを備え、速度制御をかけた状態で、速度偏差から速度までにおける速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を得るものである。
【００１０】
この構成により、周波数特性を求める構成をモータの制御装置に含んでいるため特別な計測器を必要としない。また、全ての周波数成分を均一に含んだホワイトノイズを速度指令とすることで、従来のように周波数を徐々に上昇させる必要がなく、短時間で測定を行うことができる。
【００１２】
また、モータ駆動装置の内部に配設したホワイトノイズ生成手段と、通常動作時の速度指令と前記ホワイトノイズ生成手段の出力とを切り替える速度指令切り替え手段と、速度指令切り替え手段の出力を速度指令としてモータを制御する速度制御手段と、予め設定した周期でモータまたは負荷の速度をサンプリングする速度検出手段と、速度指令と速度の差を求める速度偏差演算手段と、速度偏差演算手段から得られる速度偏差データと速度検出手段から得られる速度データをフーリエ変換する第３のフーリエ変換手段と、第３のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を求める第４の周波数特性演算手段とを備えたものである。
【００１３】
この構成により、速度制御をかけた状態で一巡伝達関数の周波数特性を得ることができ、制御の安定性の判断や、負荷の共振特性等を詳細に調べるのに利用することができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら順に説明する。
【００２７】
（実施例１）
図１は本発明のモータの制御装置における第１の実施例を示すブロック図である。ホワイトノイズ生成手段８をモータ駆動装置１の内部に配設しており、この出力と速度指令２のいずれかが速度指令切り替え手段９によって選択され速度制御手段１０の速度指令１１となるように構成している。モータ３にはロータリエンコーダ１２が取り付けてあり、この検出信号によって速度検出手段１３がモータ３の速度１４をサンプリングするようになっている。速度制御手段１０は速度指令１１と速度１４が一致するようにモータ３を制御するものである。速度指令１１と速度１４は第１のフーリエ変換手段１５を介して第１の周波数特性演算手段１６にデータが渡るように構成している。
【００２８】
以上の構成において、通常にモータ３を制御する場合には、速度指令切り替え手段９が速度指令２を選択して、これが速度制御手段１０の速度指令１１となるようにする。これにより、モータ３及び負荷４は速度指令２に従って動作する。次に周波数特性を測定する場合には、まず、速度指令切り替え手段９がホワイトノイズ生成手段８の出力を選択して速度指令１１がホワイトノイズとなるようにする。これにより、モータ３及び負荷４はホワイトノイズを速度指令として動作する。この動作中における速度指令１１と速度１４の時間領域のデータを第１のフーリエ変換手段１５が周波数領域のデータに置換し、さらにこのデータに基づいて第１の周波数特性演算手段１６が速度指令１１から速度１４までの周波数特性であるゲインと位相を求める。すなわち、モータ３の速度指令応答特性が求まる。
【００２９】
本実施例によれば、モータの制御装置の中に周波数特性を得るための構成を含んでいるため、従来要していた特別な計測器を必要としない。したがって、簡便に負荷４を接続した状態でのモータ３の周波数特性を測定することができる。また、全ての周波数成分を均一に含んだホワイトノイズを速度指令とすることで、従来のように周波数を徐々に上昇させる必要がなくなり、短時間で測定を行うことができる。測定精度を上げるために速度指令の振幅を大きくした場合であっても、測定が短時間で終了するため、モータ３と負荷４に与える負担を小さく抑えることができる。さらに、すべてをソフトウェアで容易に構成できるものであり、そのようにソフトウェアで実現すれば従来の構成に対するコストの上昇がほとんど無い利点を有する。
【００３０】
なお、理想的なホワイトノイズは実現が困難であるため、これを広く一般に利用されている疑似ランダム信号であるＭ系列信号などにすれば、ホワイトノイズ生成手段８の構成を簡単にすることができる。また、ホワイトノイズに含まれる周波数成分の均一性が十分に高ければ速度指令１１のゲイン特性は周波数によらず一定となるので、速度１４データのみのフーリエ変換結果をもって周波数特性を求める構成としてもよい。また、図１ではモータ３に取り付けたロータリエンコーダ１２によりモータ３の速度を検出する構成としているが、これを負荷４に速度を検出するセンサを取り付けて負荷４の速度を検出する構成としてもよい。こうすれば、速度指令２に対する負荷４の応答周波数特性が得られ、モータ３と負荷４の連結機構の特性からこの２つの動きに差が生じる場合に真の負荷４の挙動がわかり有効である。また、第１のフーリエ変換手段１５が変換処理するデータ数を２のべき乗にすれば、従来から広く知られている高速フーリエ変換アルゴリズムが適用でき、一連の処理の高速化を図ることができる。さらに、得られる周波数特性の最高周波数は速度１４データのサンプリング周期により決まるため、サンプリング周期を変更して測定した周波数特性結果をいくつか重ねることで広い帯域の結果を得る構成としてもよい。
【００３１】
（実施例２）
図２は本発明の第２の実施例を示すブロック図であり、図１における速度指令１１と速度１４からの処理を示したもので、共通部分については省略している。ただし、第１のフーリエ変換手段１５と第１の周波数特性演算手段１６は図１に示すものと同一であるが、説明のため省略せずに図示している。速度偏差演算手段１７は速度指令１１と速度１４の差を求め速度偏差１８として出力するものであり、速度指令１１とこの速度偏差１８が第２のフーリエ変換手段１９を介して第２の周波数特性演算手段２０にデータが渡るように構成している。さらに、第１の周波数特性演算手段１６の出力と第２の周波数特性演算手段２０の出力が第３の周波数特性演算手段２１に渡る構成としている。
【００３２】
以上の構成において、周波数特性を測定する場合に、モータ３及び負荷４はホワイトノイズを速度指令として動作し、第１の周波数特性演算手段１６が速度指令１１から速度１４までの周波数特性を求めることについては実施例１と同じである。本実施例ではこれに加え、速度指令１１と速度偏差１８の時間領域のデータを第２のフーリエ変換手段１９により周波数領域のデータに置換し、さらにこのデータから第２の周波数特性演算手段２０が速度指令１１から速度偏差１８までの周波数特性であるゲインと位相を求める。第３の周波数特性演算手段は第１の周波数特性演算手段１６で得られたゲインを第２の周波数特性演算手段２０で得られたゲインで除すことで、速度偏差１８から速度１４までのゲイン特性、すなわち速度制御の一巡伝達関数のゲイン特性を求め、また、第１の周波数特性演算手段１６で得られた位相と第２の周波数特性演算手段２０で得られた位相との差を求めることで速度制御の一巡伝達関数の位相特性を求める。
【００３３】
本実施例によれば、実施例１の構成に速度偏差演算手段１７と第２のフーリエ変換手段１９と第２の周波数特性演算手段２０と第３の周波数特性演算手段２１という構成要素を付加しただけで、速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を得ることができる。一巡伝達関数の周波数特性は、速度制御手段１０が行う速度フィードバック制御の安定性を判断するのに利用することができる。また、速度制御手段１０内部の補償器の特性は既知であるから、一巡伝達関数からはモータ３と負荷４の伝達関数も容易に求めることができ、これにより負荷４の共振特性などを詳細に調べることができる。一般にこのような負荷４の伝達特性を調べる際は、モータ３に印加するトルクに対し指令を与えて速度を検出する方法をとる場合が多いが、この場合、モータ３及び負荷４の速度は制御されていないために定まらず、安全面において問題があった。これに対し、本実施例では速度制御をかけた状態で測定を行うため、安全性が高い。
【００３４】
（実施例３）
図３は本発明の第３の実施例を示すブロック図であり、図１における速度指令１１と速度１４からの処理を示したもので、共通部分については省略している。速度偏差演算手段１７は実施例２と同様に速度指令１１と速度１４の差を求め速度偏差１８として出力するものである。この速度偏差１８と速度１４が第３のフーリエ変換手段２２を介して第４の周波数特性演算手段２３にデータが渡るように構成している。
【００３５】
以上の構成において、周波数特性を測定する場合に、モータ３及び負荷４はホワイトノイズを速度指令として動作し、これと同時に、速度偏差１８と速度１４の時間領域のデータを第３のフーリエ変換手段２２により周波数領域のデータに置換し、さらにこのデータから第４の周波数特性演算手段２０が速度偏差１８から速度１４までの周波数特性を求める。すなわち、速度制御の一巡伝達関数の周波数特性が得られる。
【００３６】
本実施例によれば、実施例２よりも簡単な構成で速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を得ることができる。
【００３７】
（実施例４）
図４は本発明の第４の実施例を示すブロック図であり、図１における第１の周波数特性演算手段１６からの処理を示したもので、他は図１と共通であるため省略している。第１の周波数特性演算手段１６で得た周波数特性が応答周波数検出手段２４に伝えられて応答周波数２５が検出され、この応答周波数２５と速度制御手段１０の制御ゲイン値Ｋとをイナーシャ推定手段２６に伝える構成としている。
【００３８】
応答周波数検出手段２４は第１の周波数特性演算手段１６で得られたモータ３の速度指令応答特性から、図５に示すようにゲイン特性が３ｄＢ低下する周波数を応答周波数２５として検出する。この応答周波数２５と制御ゲイン値Ｋに基づいてイナーシャ推定手段２６はモータ３と負荷４のイナーシャを求める。図６は速度制御手段１０による速度制御のブロック図を表したものである。ここで、Ｋは制御ゲイン値、Ｊはモータ３と負荷４のイナーシャの合計値、ｓはラプラス演算子である。このブロック図の速度指令１１から速度１４までの伝達関数は時定数がＪ／Ｋの一次遅れ特性を示すものであり、このことから応答周波数２５は時定数の逆数であるＫ／Ｊで表すことができる。この関係によりイナーシャＪは制御ゲイン値Ｋを応答周波数２５で除算することで求めることができる。イナーシャ推定手段２６はこの演算を行うことでモータ３と負荷４のイナーシャの合計値を推定する。
【００３９】
本実施例によれば、制御を行う上で重要なパラメータであるモータ３と負荷４のイナーシャを容易に推定することができる。イナーシャの値が推定されることにより、所望の応答特性を得るための制御ゲインの値が決まるため、自動的に速度制御手段１０の制御ゲインＫを設定することも可能である。
【００４０】
（実施例５）
図７は本発明の第５の実施例を示すブロック図である。周波数特性２７は実施例１の構成で得られる速度指令応答特性もしくは実施例２及び実施例３の構成で得られる速度制御の一巡伝達特性であり、このデータが共振周波数検出手段２８に伝えられて共振周波数２９が検出され、これをノッチフィルタ特性設定手段３０に伝える。速度制御手段１０による速度制御のブロック図は図６で示したものと異なり、モータ３と負荷４との連結機構の剛性が低く、共振を有する場合として示している。ここで、Ｊｍはモータ３のイナーシャ、Ｊｌは負荷４のイナーシャ、Ｋｆはバネ定数、Ｃｆは粘性摩擦係数、ｓはラプラス演算子である。さらに、制御ゲイン値Ｋのブロックの後段にノッチフィルタ３１を挿入しており、このノッチフィルタ３１の特性をノッチフィルタ特性設定手段３０によって設定する構成としている。ωｎはノッチ周波数、αはノッチ幅を決めるパラメータである。
【００４１】
共振周波数検出手段２８は周波数特性２７から、図８（ａ）に示すようにゲイン特性の傾きが正から負に急変するピーク周波数を共振周波数２９として検出する。ノッチフィルタ特性設定手段３０は、図８（ｂ）に示すようにこの共振周波数２９にノッチ周波数ωｎがほぼ一致するようにノッチフィルタ３１の特性を設定する。これにより、モータ３を駆動するトルクから共振を励起する周波数成分が除去されるため、共振を抑制することができる。
【００４２】
本実施例によれば、検出したモータ３及び負荷４の共振特性に合わせて自動的にノッチフィルタの特性を設定することにより、共振を抑制することができる。
【００４３】
なお、共振周波数２９の検出は位相特性が急変することを利用して行ってもよい。また、ノッチフィルタ３１の特性の設定はノッチ周波数だけでなく、たとえばノッチ幅も得られた共振特性に合わせて設定するようにすると、さらに共振の抑制効果を高めることができる。
【００４４】
（実施例６）
図９は本発明の第６の実施例を示すブロック図である。図９において、ホワイトノイズ生成手段８の出力と位置指令３２のいずれかが位置指令切り替え手段３３によって選択され、位置制御手段３４の位置指令３５となるように構成している。モータ３に取り付けたロータリエンコーダ１２の出力信号によって位置検出手段３６がモータ３の位置３７をサンプリングするようになっている。位置制御手段３４は位置指令３５と位置３７が一致するようにモータ３を制御するものである。位置指令３５と位置３７は第４のフーリエ変換手段３８を介して第５の周波数特性演算手段３９にデータが渡るように構成している。
【００４５】
この構成において、通常にモータ３を制御する場合には、位置指令切り替え手段３３が位置指令３２を選択して位置制御手段３４の位置指令３５となるようにする。これにより、モータ３及び負荷４は位置指令３２に従って動作する。次に周波数特性を測定する場合には、まず、位置指令切り替え手段３３がホワイトノイズ生成手段８を選択して位置指令３５がホワイトノイズとなるようにする。これにより、モータ３及び負荷４はホワイトノイズを位置指令として動作する。このとき同時に、位置指令３５と位置３７の時間領域のデータを第４のフーリエ変換手段３８により周波数領域のデータに置換し、さらにこのデータから第５の周波数特性演算手段３９が位置指令３５から位置３７までの周波数特性であるゲインと位相を求める。すなわち、モータ３の位置指令応答特性が求まる。
【００４６】
本実施例によれば、特別な計測器を必要とせずに、簡便に負荷４を接続した状態でのモータ３の位置指令応答特性を測定することができる。また、全ての周波数成分を均一に含んだホワイトノイズを位置指令とすることにより短時間で測定を行うことができること、また、これによりモータ３と負荷４に与える負担が小さいこと、また、すべてをソフトウェアで容易に実現できるものであるためコストの上昇がほとんど無いこと、などの実施例１と同様の効果を有する。
【００４７】
なお、負荷４に位置を検出するセンサを取り付けて負荷４の位置を検出する構成としてもよく、モータ３と負荷４の連結機構の特性からこの２つの動きに差が生じる場合に真の負荷４の挙動がわかり有効である。
【００４８】
（実施例７）
図１０は本発明の第７の実施例を示すブロック図である。実施例１を示す図１とほぼ同様の構成であるが、速度指令１１と速度１４のデータがデータ記憶手段４０とデータ伝送手段４１を介して第１のフーリエ変換手段１５に伝えられる点が異なる。また、ホワイトノイズ生成手段８、速度指令切り替え手段９、速度制御手段１０、速度検出手段１３、データ記憶手段４０はモータ駆動装置１の内部に配設し、第１のフーリエ変換手段１５と第１の周波数特性演算手段１６は外部処理装置４２の内部に配設し、モータ駆動装置１と外部処理装置４２とはデータ伝送手段４１で接続している。
【００４９】
この構成において、周波数特性を測定する場合には、ホワイトノイズを速度指令１１として与える測定動作中において、速度指令１１と速度１４のデータが一旦ＲＡＭ等のデータ記憶手段４０に蓄えられる。そして、測定動作が終了した後に速度指令１１と速度１４のデータをデータ記憶手段４０から取り出し、データ伝送手段４１により第１のフーリエ変換手段にデータを渡す。この他の動作は実施例１と同様である。
【００５０】
すでに説明したように、速度指令１１と速度１４のデータのサンプリング周期は短くするほど高い周波数帯域の周波数特性が得られる。これに対し一般にフーリエ変換処理は時間を要する演算処理であるため、高い周波数帯域の周波数特性を得たい場合には処理が間に合わなくなる。本実施例によれば、このようにサンプリング周期を短くした場合であっても、データ記憶手段４０によって速度指令１１と速度１４のデータを一旦蓄えることにより処理時間の差を吸収でき、さらに、フーリエ変換処理と周波数特性演算処理をモータ駆動装置１とは独立した例えばパーソナルコンピュータ等の外部処理装置４２で行う構成とすることで、モータ駆動装置１の処理の軽減を図ることができる。また、周波数特性はボード線図などのグラフ表示をすると解りやすく、さらにこのグラフをスムージングなどの平滑化処理を行えば、ノイズ成分が除去されてより解析しやすくすることができるが、こういった処理をモータ駆動装置１で行うのは処理能力の不足や表示器が必要などの理由により困難である。しかし、本実施例の構成をとりグラフ表示処理を外部処理装置４２で行うようにすれば、これを容易に実現することができる。
【００５１】
なお、本構成は実施例２、実施例３で示した速度制御の一巡伝達特性の測定、及び、実施例６で示した位置制御の応答特性の測定にも、データ記憶手段４０あるいはデータ伝送手段４１が扱うデータを位置指令や位置あるいは速度偏差などに変更することにより同様に適用できるものである。
【００５２】
（実施例８）
図１１は本発明の第８の実施例における、データ記憶手段４０及びデータ伝送手段４１が扱うデータの構成図である。他の構成については実施例７で示した図１０と同様である。
【００５３】
本実施例ではホワイトノイズ生成手段８が生成出力する信号は前述のＭ系列信号としており、２値信号である。したがって、周波数特性を測定するときの速度指令１１であるホワイトノイズをＷとすると、この信号は０と１の基準信号データＲＥＦとホワイトノイズＷの振幅ＡＭＰとオフセットＯＦＳとを用いて、Ｗ＝（２×ＲＥＦ−１）×ＡＭＰ＋ＯＦＳの関係式で表すことができる。振幅ＡＭＰとオフセットＯＦＳのデータは一定であるから、周波数特性を測定する際にサンプリングする速度指令１１データは基準信号データＲＥＦのみをデータ記憶手段４０に蓄えても、後で、振幅ＡＭＰとオフセットＯＦＳのデータから速度指令１１であるホワイトノイズＷを再生することができる。このことを利用して、データ記憶手段４０及びデータ伝送手段４１が扱うデータの構成を、図１１に示すようにビット０すなわちＬＳＢを速度指令１１の基準信号データＲＥＦとし、残りの上位ビットを速度１４データとして割り付けた複合データとしている。そして、このデータを外部処理装置４２が受け取った後に、データを分離し、さらに、速度指令１１であるホワイトノイズＷの再生を行う。
【００５４】
本実施例によれば、速度指令１１と速度１４の２つのデータを１つにするため、データ量を半減できる。これにより記憶手段４０の記憶容量も半減することができ、また、モータ駆動装置１から外部処理装置４２へのデータの伝送時間も大幅に短縮できる。
【００５５】
なお、ＬＳＢに速度指令１１の基準信号データＲＥＦを割り付け、残りの上位ビットを速度１４データとするデータ構成としたのは、基準信号データＲＥＦを取り出すには上位ビットをマスクすることで、また、速度１４データを取り出すには算術右シフトすることで速度１４データの符号を壊すことなく簡単に行うことができるためであるが、特にこの割り付けでなくても構わない。また、ホワイトノイズは２値信号であればよく、Ｍ系列信号以外であってもよい。さらに、本構成は位置制御の周波数特性の測定にも、速度データを位置データとすることにより同様に適用できるものである。
【００５６】
【発明の効果】
以上に示した実施例から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、モータの制御装置の中に周波数特性を得るための構成を含んでいるため、特別な計測器を必要とせず簡便に負荷を接続した状態でのモータの周波数特性を測定することができる。また、全ての周波数成分を均一に含んだホワイトノイズを速度指令とすることで、短時間に測定を行うことができ、モータと負荷に与える負担を小さく抑えることができる。
【００５７】
また、速度制御をかけた状態にて一巡伝達関数の周波数特性を得ることができ、制御の安定性の判断や負荷の共振特性などを詳細に調べるのに利用することができる。
【００５８】
また、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の構成よりもさらに簡単な構成で速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータの制御装置における第１の実施例を示すブロック図
【図２】第２の実施例におけるブロック図
【図３】第３の実施例におけるブロック図
【図４】第４の実施例におけるブロック図
【図５】第４の実施例における動作を示すボード線図
【図６】第４の実施例におけるブロック図
【図７】第５の実施例におけるブロック図
【図８】第５の実施例における動作を示すボード線図
【図９】第６の実施例におけるブロック図
【図１０】第７の実施例におけるブロック図
【図１１】第８の実施例におけるデータ構成図
【図１２】従来のモータの制御装置における周波数特性測定方法を示すブロック図
【図１３】従来例における動作説明図
【符号の説明】
８ ホワイトノイズ生成手段
９ 速度指令切り替え手段
１０ 速度制御手段
１３ 速度検出手段
１５ 第１のフーリエ変換手段
１６ 第１の周波数特性演算手段
１７ 速度偏差演算手段
１９ 第２のフーリエ変換手段
２０ 第２の周波数特性演算手段
２１ 第３の周波数特性演算手段
２２ 第３のフーリエ変換手段
２３ 第４の周波数特性演算手段
２４ 応答周波数検出手段
２６ イナーシャ推定手段
２８ 共振周波数検出手段
３０ ノッチフィルタ特性設定手段
３３ 位置指令切り替え手段
３４ 位置制御手段
３６ 位置検出手段
３８ 第４のフーリエ変換手段
３９ 第５の周波数特性演算手段
４０ データ記憶手段
４１ データ伝送手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの周波数特性を測定する機能を備えたモータの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、動作特性の劣化要因となる機械共振の解析、あるいは、制御の応答性、安定性の解析などを目的として、負荷を接続した状態においてモータの周波数特性を測定することが広く行われている。
【０００３】
このようなモータの周波数特性を測定する従来の方法としては、例えば図１２に示す構成をとる場合が多い。図１２において、モータ駆動装置１は指令入力に従ってモータ３とこの駆動軸に接続された負荷４を駆動制御するものである。指令入力は速度あるいは位置とするものが一般的であるが、ここでは速度指令２であるものとして説明する。サーボアナライザ５は正弦波信号を発生する発振器を内部に備えたもので、その正弦波信号出力がモータ駆動装置１の速度指令２となるように接続されており、また速度検出器６が検出するモータ３の速度７が入力接続されている。
【０００４】
この構成において、サーボアナライザ５は速度指令２として正弦波信号を出力する。モータ駆動装置１はこの速度指令２に従ってモータ３及び負荷４を駆動するため、その動きは図１３に示すような正弦波状となる。この状態においてサーボアナライザは、速度指令２と速度７の振幅比であるゲインと、速度指令２と速度７の位相差を検出しており、徐々に速度指令２の周波数を上昇させていきながらこの検出を続けることで、速度指令２から速度７までの周波数特性を測定する。この測定結果はボード線図として表示するのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の方式では、周波数特性を測定する計測器であるサーボアナライザ５を必要とする。このため、負荷４が大きな機械設備であって動かすことができない場合には、サーボアナライザ５の方をその機械の設置されている場所に運び込まなければならないが、一般にサーボアナライザ５は携帯性に欠く計測器であるため極めて不便であった。また、速度指令２の周波数を所望の測定帯域の最低周波数から開始して最高周波数まで徐々に上昇させていくために、測定時間が長いという問題があった。ノイズ等の影響を抑え測定精度を上げるためには、速度指令２の振幅をある程度大きくする必要があるが、このような振幅が大きい状態で測定時間が長いとモータ３と負荷４に与える負担は大きくなり、場合によってはモータ３の過熱破壊や負荷４である機械設備の破壊に至ることがあった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するもので、サーボアナライザ５のような特別な計測器を必要とせずに負荷４を接続した状態におけるモータ３の周波数特性を短時間で測定できるモータの制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明のモータの制御装置は、モータ駆動装置の内部に配設したホワイトノイズ生成手段と、通常動作時の速度指令と前記ホワイトノイズ生成手段の出力とを切り替える速度指令切り替え手段と、速度指令切り替え手段の出力を速度指令としてモータを制御する速度制御手段と、予め設定した周期でモータまたは負荷の速度をサンプリングする速度検出手段と、前記速度制御手段に与える速度指令データと前記速度検出手段から得られる速度データをフーリエ変換する第１のフーリエ変換手段と、第１のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度指令から速度までの周波数特性を求める第１の周波数特性演算手段と、速度指令と速度の差を求める速度偏差演算手段と、速度指令と速度偏差演算手段から得られる速度偏差をフーリエ変換する第２のフーリエ変換手段と、第２のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度指令から速度偏差までの周波数特性を求める第２の周波数特性演算手段と、第１の周波数特性演算手段と第２の周波数特性演算手段の出力結果に基づき速度偏差から速度までにおける速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を求める第３の周波数特性演算手段とを備え、速度制御をかけた状態で、速度偏差から速度までにおける速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を得るものである。
【０００８】
この構成により、周波数特性を求める構成をモータの制御装置に含んでいるため特別な計測器を必要としない。また、全ての周波数成分を均一に含んだホワイトノイズを速度指令とすることで、従来のように周波数を徐々に上昇させる必要がなく、短時間で測定を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために本発明のモータの制御装置は、本発明のモータの制御装置は、モータ駆動装置の内部に配設したホワイトノイズ生成手段と、通常動作時の速度指令と前記ホワイトノイズ生成手段の出力とを切り替える速度指令切り替え手段と、速度指令切り替え手段の出力を速度指令としてモータを制御する速度制御手段と、予め設定した周期でモータまたは負荷の速度をサンプリングする速度検出手段と、前記速度制御手段に与える速度指令データと前記速度検出手段から得られる速度データをフーリエ変換する第１のフーリエ変換手段と、第１のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度指令から速度までの周波数特性を求める第１の周波数特性演算手段と、速度指令と速度の差を求める速度偏差演算手段と、速度指令と速度偏差演算手段から得られる速度偏差をフーリエ変換する第２のフーリエ変換手段と、第２のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度指令から速度偏差までの周波数特性を求める第２の周波数特性演算手段と、第１の周波数特性演算手段と第２の周波数特性演算手段の出力結果に基づき速度偏差から速度までにおける速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を求める第３の周波数特性演算手段とを備え、速度制御をかけた状態で、速度偏差から速度までにおける速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を得るものである。
【００１０】
この構成により、周波数特性を求める構成をモータの制御装置に含んでいるため特別な計測器を必要としない。また、全ての周波数成分を均一に含んだホワイトノイズを速度指令とすることで、従来のように周波数を徐々に上昇させる必要がなく、短時間で測定を行うことができる。
【００１２】
また、モータ駆動装置の内部に配設したホワイトノイズ生成手段と、通常動作時の速度指令と前記ホワイトノイズ生成手段の出力とを切り替える速度指令切り替え手段と、速度指令切り替え手段の出力を速度指令としてモータを制御する速度制御手段と、予め設定した周期でモータまたは負荷の速度をサンプリングする速度検出手段と、速度指令と速度の差を求める速度偏差演算手段と、速度偏差演算手段から得られる速度偏差データと速度検出手段から得られる速度データをフーリエ変換する第３のフーリエ変換手段と、第３のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を求める第４の周波数特性演算手段とを備えたものである。
【００１３】
この構成により、速度制御をかけた状態で一巡伝達関数の周波数特性を得ることができ、制御の安定性の判断や、負荷の共振特性等を詳細に調べるのに利用することができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら順に説明する。
【００２７】
（実施例１）
図１は本発明のモータの制御装置における第１の実施例を示すブロック図である。ホワイトノイズ生成手段８をモータ駆動装置１の内部に配設しており、この出力と速度指令２のいずれかが速度指令切り替え手段９によって選択され速度制御手段１０の速度指令１１となるように構成している。モータ３にはロータリエンコーダ１２が取り付けてあり、この検出信号によって速度検出手段１３がモータ３の速度１４をサンプリングするようになっている。速度制御手段１０は速度指令１１と速度１４が一致するようにモータ３を制御するものである。速度指令１１と速度１４は第１のフーリエ変換手段１５を介して第１の周波数特性演算手段１６にデータが渡るように構成している。
【００２８】
以上の構成において、通常にモータ３を制御する場合には、速度指令切り替え手段９が速度指令２を選択して、これが速度制御手段１０の速度指令１１となるようにする。これにより、モータ３及び負荷４は速度指令２に従って動作する。次に周波数特性を測定する場合には、まず、速度指令切り替え手段９がホワイトノイズ生成手段８の出力を選択して速度指令１１がホワイトノイズとなるようにする。これにより、モータ３及び負荷４はホワイトノイズを速度指令として動作する。この動作中における速度指令１１と速度１４の時間領域のデータを第１のフーリエ変換手段１５が周波数領域のデータに置換し、さらにこのデータに基づいて第１の周波数特性演算手段１６が速度指令１１から速度１４までの周波数特性であるゲインと位相を求める。すなわち、モータ３の速度指令応答特性が求まる。
【００２９】
本実施例によれば、モータの制御装置の中に周波数特性を得るための構成を含んでいるため、従来要していた特別な計測器を必要としない。したがって、簡便に負荷４を接続した状態でのモータ３の周波数特性を測定することができる。また、全ての周波数成分を均一に含んだホワイトノイズを速度指令とすることで、従来のように周波数を徐々に上昇させる必要がなくなり、短時間で測定を行うことができる。測定精度を上げるために速度指令の振幅を大きくした場合であっても、測定が短時間で終了するため、モータ３と負荷４に与える負担を小さく抑えることができる。さらに、すべてをソフトウェアで容易に構成できるものであり、そのようにソフトウェアで実現すれば従来の構成に対するコストの上昇がほとんど無い利点を有する。
【００３０】
なお、理想的なホワイトノイズは実現が困難であるため、これを広く一般に利用されている疑似ランダム信号であるＭ系列信号などにすれば、ホワイトノイズ生成手段８の構成を簡単にすることができる。また、ホワイトノイズに含まれる周波数成分の均一性が十分に高ければ速度指令１１のゲイン特性は周波数によらず一定となるので、速度１４データのみのフーリエ変換結果をもって周波数特性を求める構成としてもよい。また、図１ではモータ３に取り付けたロータリエンコーダ１２によりモータ３の速度を検出する構成としているが、これを負荷４に速度を検出するセンサを取り付けて負荷４の速度を検出する構成としてもよい。こうすれば、速度指令２に対する負荷４の応答周波数特性が得られ、モータ３と負荷４の連結機構の特性からこの２つの動きに差が生じる場合に真の負荷４の挙動がわかり有効である。また、第１のフーリエ変換手段１５が変換処理するデータ数を２のべき乗にすれば、従来から広く知られている高速フーリエ変換アルゴリズムが適用でき、一連の処理の高速化を図ることができる。さらに、得られる周波数特性の最高周波数は速度１４データのサンプリング周期により決まるため、サンプリング周期を変更して測定した周波数特性結果をいくつか重ねることで広い帯域の結果を得る構成としてもよい。
【００３１】
（実施例２）
図２は本発明の第２の実施例を示すブロック図であり、図１における速度指令１１と速度１４からの処理を示したもので、共通部分については省略している。ただし、第１のフーリエ変換手段１５と第１の周波数特性演算手段１６は図１に示すものと同一であるが、説明のため省略せずに図示している。速度偏差演算手段１７は速度指令１１と速度１４の差を求め速度偏差１８として出力するものであり、速度指令１１とこの速度偏差１８が第２のフーリエ変換手段１９を介して第２の周波数特性演算手段２０にデータが渡るように構成している。さらに、第１の周波数特性演算手段１６の出力と第２の周波数特性演算手段２０の出力が第３の周波数特性演算手段２１に渡る構成としている。
【００３２】
以上の構成において、周波数特性を測定する場合に、モータ３及び負荷４はホワイトノイズを速度指令として動作し、第１の周波数特性演算手段１６が速度指令１１から速度１４までの周波数特性を求めることについては実施例１と同じである。本実施例ではこれに加え、速度指令１１と速度偏差１８の時間領域のデータを第２のフーリエ変換手段１９により周波数領域のデータに置換し、さらにこのデータから第２の周波数特性演算手段２０が速度指令１１から速度偏差１８までの周波数特性であるゲインと位相を求める。第３の周波数特性演算手段は第１の周波数特性演算手段１６で得られたゲインを第２の周波数特性演算手段２０で得られたゲインで除すことで、速度偏差１８から速度１４までのゲイン特性、すなわち速度制御の一巡伝達関数のゲイン特性を求め、また、第１の周波数特性演算手段１６で得られた位相と第２の周波数特性演算手段２０で得られた位相との差を求めることで速度制御の一巡伝達関数の位相特性を求める。
【００３３】
本実施例によれば、実施例１の構成に速度偏差演算手段１７と第２のフーリエ変換手段１９と第２の周波数特性演算手段２０と第３の周波数特性演算手段２１という構成要素を付加しただけで、速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を得ることができる。一巡伝達関数の周波数特性は、速度制御手段１０が行う速度フィードバック制御の安定性を判断するのに利用することができる。また、速度制御手段１０内部の補償器の特性は既知であるから、一巡伝達関数からはモータ３と負荷４の伝達関数も容易に求めることができ、これにより負荷４の共振特性などを詳細に調べることができる。一般にこのような負荷４の伝達特性を調べる際は、モータ３に印加するトルクに対し指令を与えて速度を検出する方法をとる場合が多いが、この場合、モータ３及び負荷４の速度は制御されていないために定まらず、安全面において問題があった。これに対し、本実施例では速度制御をかけた状態で測定を行うため、安全性が高い。
【００３４】
（実施例３）
図３は本発明の第３の実施例を示すブロック図であり、図１における速度指令１１と速度１４からの処理を示したもので、共通部分については省略している。速度偏差演算手段１７は実施例２と同様に速度指令１１と速度１４の差を求め速度偏差１８として出力するものである。この速度偏差１８と速度１４が第３のフーリエ変換手段２２を介して第４の周波数特性演算手段２３にデータが渡るように構成している。
【００３５】
以上の構成において、周波数特性を測定する場合に、モータ３及び負荷４はホワイトノイズを速度指令として動作し、これと同時に、速度偏差１８と速度１４の時間領域のデータを第３のフーリエ変換手段２２により周波数領域のデータに置換し、さらにこのデータから第４の周波数特性演算手段２０が速度偏差１８から速度１４までの周波数特性を求める。すなわち、速度制御の一巡伝達関数の周波数特性が得られる。
【００３６】
本実施例によれば、実施例２よりも簡単な構成で速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を得ることができる。
【００３７】
（実施例４）
図４は本発明の第４の実施例を示すブロック図であり、図１における第１の周波数特性演算手段１６からの処理を示したもので、他は図１と共通であるため省略している。第１の周波数特性演算手段１６で得た周波数特性が応答周波数検出手段２４に伝えられて応答周波数２５が検出され、この応答周波数２５と速度制御手段１０の制御ゲイン値Ｋとをイナーシャ推定手段２６に伝える構成としている。
【００３８】
応答周波数検出手段２４は第１の周波数特性演算手段１６で得られたモータ３の速度指令応答特性から、図５に示すようにゲイン特性が３ｄＢ低下する周波数を応答周波数２５として検出する。この応答周波数２５と制御ゲイン値Ｋに基づいてイナーシャ推定手段２６はモータ３と負荷４のイナーシャを求める。図６は速度制御手段１０による速度制御のブロック図を表したものである。ここで、Ｋは制御ゲイン値、Ｊはモータ３と負荷４のイナーシャの合計値、ｓはラプラス演算子である。このブロック図の速度指令１１から速度１４までの伝達関数は時定数がＪ／Ｋの一次遅れ特性を示すものであり、このことから応答周波数２５は時定数の逆数であるＫ／Ｊで表すことができる。この関係によりイナーシャＪは制御ゲイン値Ｋを応答周波数２５で除算することで求めることができる。イナーシャ推定手段２６はこの演算を行うことでモータ３と負荷４のイナーシャの合計値を推定する。
【００３９】
本実施例によれば、制御を行う上で重要なパラメータであるモータ３と負荷４のイナーシャを容易に推定することができる。イナーシャの値が推定されることにより、所望の応答特性を得るための制御ゲインの値が決まるため、自動的に速度制御手段１０の制御ゲインＫを設定することも可能である。
【００４０】
（実施例５）
図７は本発明の第５の実施例を示すブロック図である。周波数特性２７は実施例１の構成で得られる速度指令応答特性もしくは実施例２及び実施例３の構成で得られる速度制御の一巡伝達特性であり、このデータが共振周波数検出手段２８に伝えられて共振周波数２９が検出され、これをノッチフィルタ特性設定手段３０に伝える。速度制御手段１０による速度制御のブロック図は図６で示したものと異なり、モータ３と負荷４との連結機構の剛性が低く、共振を有する場合として示している。ここで、Ｊｍはモータ３のイナーシャ、Ｊｌは負荷４のイナーシャ、Ｋｆはバネ定数、Ｃｆは粘性摩擦係数、ｓはラプラス演算子である。さらに、制御ゲイン値Ｋのブロックの後段にノッチフィルタ３１を挿入しており、このノッチフィルタ３１の特性をノッチフィルタ特性設定手段３０によって設定する構成としている。ωｎはノッチ周波数、αはノッチ幅を決めるパラメータである。
【００４１】
共振周波数検出手段２８は周波数特性２７から、図８（ａ）に示すようにゲイン特性の傾きが正から負に急変するピーク周波数を共振周波数２９として検出する。ノッチフィルタ特性設定手段３０は、図８（ｂ）に示すようにこの共振周波数２９にノッチ周波数ωｎがほぼ一致するようにノッチフィルタ３１の特性を設定する。これにより、モータ３を駆動するトルクから共振を励起する周波数成分が除去されるため、共振を抑制することができる。
【００４２】
本実施例によれば、検出したモータ３及び負荷４の共振特性に合わせて自動的にノッチフィルタの特性を設定することにより、共振を抑制することができる。
【００４３】
なお、共振周波数２９の検出は位相特性が急変することを利用して行ってもよい。また、ノッチフィルタ３１の特性の設定はノッチ周波数だけでなく、たとえばノッチ幅も得られた共振特性に合わせて設定するようにすると、さらに共振の抑制効果を高めることができる。
【００４４】
（実施例６）
図９は本発明の第６の実施例を示すブロック図である。図９において、ホワイトノイズ生成手段８の出力と位置指令３２のいずれかが位置指令切り替え手段３３によって選択され、位置制御手段３４の位置指令３５となるように構成している。モータ３に取り付けたロータリエンコーダ１２の出力信号によって位置検出手段３６がモータ３の位置３７をサンプリングするようになっている。位置制御手段３４は位置指令３５と位置３７が一致するようにモータ３を制御するものである。位置指令３５と位置３７は第４のフーリエ変換手段３８を介して第５の周波数特性演算手段３９にデータが渡るように構成している。
【００４５】
この構成において、通常にモータ３を制御する場合には、位置指令切り替え手段３３が位置指令３２を選択して位置制御手段３４の位置指令３５となるようにする。これにより、モータ３及び負荷４は位置指令３２に従って動作する。次に周波数特性を測定する場合には、まず、位置指令切り替え手段３３がホワイトノイズ生成手段８を選択して位置指令３５がホワイトノイズとなるようにする。これにより、モータ３及び負荷４はホワイトノイズを位置指令として動作する。このとき同時に、位置指令３５と位置３７の時間領域のデータを第４のフーリエ変換手段３８により周波数領域のデータに置換し、さらにこのデータから第５の周波数特性演算手段３９が位置指令３５から位置３７までの周波数特性であるゲインと位相を求める。すなわち、モータ３の位置指令応答特性が求まる。
【００４６】
本実施例によれば、特別な計測器を必要とせずに、簡便に負荷４を接続した状態でのモータ３の位置指令応答特性を測定することができる。また、全ての周波数成分を均一に含んだホワイトノイズを位置指令とすることにより短時間で測定を行うことができること、また、これによりモータ３と負荷４に与える負担が小さいこと、また、すべてをソフトウェアで容易に実現できるものであるためコストの上昇がほとんど無いこと、などの実施例１と同様の効果を有する。
【００４７】
なお、負荷４に位置を検出するセンサを取り付けて負荷４の位置を検出する構成としてもよく、モータ３と負荷４の連結機構の特性からこの２つの動きに差が生じる場合に真の負荷４の挙動がわかり有効である。
【００４８】
（実施例７）
図１０は本発明の第７の実施例を示すブロック図である。実施例１を示す図１とほぼ同様の構成であるが、速度指令１１と速度１４のデータがデータ記憶手段４０とデータ伝送手段４１を介して第１のフーリエ変換手段１５に伝えられる点が異なる。また、ホワイトノイズ生成手段８、速度指令切り替え手段９、速度制御手段１０、速度検出手段１３、データ記憶手段４０はモータ駆動装置１の内部に配設し、第１のフーリエ変換手段１５と第１の周波数特性演算手段１６は外部処理装置４２の内部に配設し、モータ駆動装置１と外部処理装置４２とはデータ伝送手段４１で接続している。
【００４９】
この構成において、周波数特性を測定する場合には、ホワイトノイズを速度指令１１として与える測定動作中において、速度指令１１と速度１４のデータが一旦ＲＡＭ等のデータ記憶手段４０に蓄えられる。そして、測定動作が終了した後に速度指令１１と速度１４のデータをデータ記憶手段４０から取り出し、データ伝送手段４１により第１のフーリエ変換手段にデータを渡す。この他の動作は実施例１と同様である。
【００５０】
すでに説明したように、速度指令１１と速度１４のデータのサンプリング周期は短くするほど高い周波数帯域の周波数特性が得られる。これに対し一般にフーリエ変換処理は時間を要する演算処理であるため、高い周波数帯域の周波数特性を得たい場合には処理が間に合わなくなる。本実施例によれば、このようにサンプリング周期を短くした場合であっても、データ記憶手段４０によって速度指令１１と速度１４のデータを一旦蓄えることにより処理時間の差を吸収でき、さらに、フーリエ変換処理と周波数特性演算処理をモータ駆動装置１とは独立した例えばパーソナルコンピュータ等の外部処理装置４２で行う構成とすることで、モータ駆動装置１の処理の軽減を図ることができる。また、周波数特性はボード線図などのグラフ表示をすると解りやすく、さらにこのグラフをスムージングなどの平滑化処理を行えば、ノイズ成分が除去されてより解析しやすくすることができるが、こういった処理をモータ駆動装置１で行うのは処理能力の不足や表示器が必要などの理由により困難である。しかし、本実施例の構成をとりグラフ表示処理を外部処理装置４２で行うようにすれば、これを容易に実現することができる。
【００５１】
なお、本構成は実施例２、実施例３で示した速度制御の一巡伝達特性の測定、及び、実施例６で示した位置制御の応答特性の測定にも、データ記憶手段４０あるいはデータ伝送手段４１が扱うデータを位置指令や位置あるいは速度偏差などに変更することにより同様に適用できるものである。
【００５２】
（実施例８）
図１１は本発明の第８の実施例における、データ記憶手段４０及びデータ伝送手段４１が扱うデータの構成図である。他の構成については実施例７で示した図１０と同様である。
【００５３】
本実施例ではホワイトノイズ生成手段８が生成出力する信号は前述のＭ系列信号としており、２値信号である。したがって、周波数特性を測定するときの速度指令１１であるホワイトノイズをＷとすると、この信号は０と１の基準信号データＲＥＦとホワイトノイズＷの振幅ＡＭＰとオフセットＯＦＳとを用いて、Ｗ＝（２×ＲＥＦ−１）×ＡＭＰ＋ＯＦＳの関係式で表すことができる。振幅ＡＭＰとオフセットＯＦＳのデータは一定であるから、周波数特性を測定する際にサンプリングする速度指令１１データは基準信号データＲＥＦのみをデータ記憶手段４０に蓄えても、後で、振幅ＡＭＰとオフセットＯＦＳのデータから速度指令１１であるホワイトノイズＷを再生することができる。このことを利用して、データ記憶手段４０及びデータ伝送手段４１が扱うデータの構成を、図１１に示すようにビット０すなわちＬＳＢを速度指令１１の基準信号データＲＥＦとし、残りの上位ビットを速度１４データとして割り付けた複合データとしている。そして、このデータを外部処理装置４２が受け取った後に、データを分離し、さらに、速度指令１１であるホワイトノイズＷの再生を行う。
【００５４】
本実施例によれば、速度指令１１と速度１４の２つのデータを１つにするため、データ量を半減できる。これにより記憶手段４０の記憶容量も半減することができ、また、モータ駆動装置１から外部処理装置４２へのデータの伝送時間も大幅に短縮できる。
【００５５】
なお、ＬＳＢに速度指令１１の基準信号データＲＥＦを割り付け、残りの上位ビットを速度１４データとするデータ構成としたのは、基準信号データＲＥＦを取り出すには上位ビットをマスクすることで、また、速度１４データを取り出すには算術右シフトすることで速度１４データの符号を壊すことなく簡単に行うことができるためであるが、特にこの割り付けでなくても構わない。また、ホワイトノイズは２値信号であればよく、Ｍ系列信号以外であってもよい。さらに、本構成は位置制御の周波数特性の測定にも、速度データを位置データとすることにより同様に適用できるものである。
【００５６】
【発明の効果】
以上に示した実施例から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、モータの制御装置の中に周波数特性を得るための構成を含んでいるため、特別な計測器を必要とせず簡便に負荷を接続した状態でのモータの周波数特性を測定することができる。また、全ての周波数成分を均一に含んだホワイトノイズを速度指令とすることで、短時間に測定を行うことができ、モータと負荷に与える負担を小さく抑えることができる。
【００５７】
また、速度制御をかけた状態にて一巡伝達関数の周波数特性を得ることができ、制御の安定性の判断や負荷の共振特性などを詳細に調べるのに利用することができる。
【００５８】
また、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の構成よりもさらに簡単な構成で速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータの制御装置における第１の実施例を示すブロック図
【図２】第２の実施例におけるブロック図
【図３】第３の実施例におけるブロック図
【図４】第４の実施例におけるブロック図
【図５】第４の実施例における動作を示すボード線図
【図６】第４の実施例におけるブロック図
【図７】第５の実施例におけるブロック図
【図８】第５の実施例における動作を示すボード線図
【図９】第６の実施例におけるブロック図
【図１０】第７の実施例におけるブロック図
【図１１】第８の実施例におけるデータ構成図
【図１２】従来のモータの制御装置における周波数特性測定方法を示すブロック図
【図１３】従来例における動作説明図
【符号の説明】
８ ホワイトノイズ生成手段
９ 速度指令切り替え手段
１０ 速度制御手段
１３ 速度検出手段
１５ 第１のフーリエ変換手段
１６ 第１の周波数特性演算手段
１７ 速度偏差演算手段
１９ 第２のフーリエ変換手段
２０ 第２の周波数特性演算手段
２１ 第３の周波数特性演算手段
２２ 第３のフーリエ変換手段
２３ 第４の周波数特性演算手段
２４ 応答周波数検出手段
２６ イナーシャ推定手段
２８ 共振周波数検出手段
３０ ノッチフィルタ特性設定手段
３３ 位置指令切り替え手段
３４ 位置制御手段
３６ 位置検出手段
３８ 第４のフーリエ変換手段
３９ 第５の周波数特性演算手段
４０ データ記憶手段
４１ データ伝送手段
Claims (2)
- モータ駆動装置の内部に配設したホワイトノイズ生成手段と、
通常動作時の速度指令と前記ホワイトノイズ生成手段の出力とを切り替える速度指令切り替え手段と、
速度指令切り替え手段の出力を速度指令としてモータを制御する速度制御手段と、
予め設定した周期でモータまたは負荷の速度をサンプリングする速度検出手段と、
前記速度制御手段に与える速度指令データと前記速度検出手段から得られる速度データをフーリエ変換する第１のフーリエ変換手段と、
第１のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度指令から速度までの周波数特性を求める第１の周波数特性演算手段と、
速度指令と速度の差を求める速度偏差演算手段と、
速度指令と速度偏差演算手段から得られる速度偏差をフーリエ変換する第２のフーリエ変換手段と、
第２のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度指令から速度偏差までの周波数特性を求める第２の周波数特性演算手段と、
第１の周波数特性演算手段と第２の周波数特性演算手段の出力結果に基づき速度偏差から速度までにおける速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を求める第３の周波数特性演算手段とを備え、
速度制御をかけた状態で、速度偏差から速度までにおける速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を得るモータの制御装置。 - モータ駆動装置の内部に配設したホワイトノイズ生成手段と、
通常動作時の速度指令と前記ホワイトノイズ生成手段の出力とを切り替える速度指令切り替え手段と、
速度指令切り替え手段の出力を速度指令としてモータを制御する速度制御手段と、
予め設定した周期でモータまたは負荷の速度をサンプリングする速度検出手段と、
速度指令と速度の差を求める速度偏差演算手段と、
速度偏差演算手段から得られる速度偏差データと速度検出手段から得られる速度データをフーリエ変換する第３のフーリエ変換手段と、
第３のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度偏差から速度までにおける速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を求める第４の周波数特性演算手段とを備え、
速度制御をかけた状態で、速度偏差から速度までにおける一巡伝達関数の周波数特性を得るモータの制御装置。
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