KR20050096931A

KR20050096931A - 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치

Info

Publication number: KR20050096931A
Application number: KR1020057012792A
Authority: KR
Inventors: 요시타카 다케모리; 다케히코 고미야
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-10-06
Also published as: WO2004064239A1; JP2004215455A; US7075263B2; JP4396100B2; US20060108961A1

Abstract

본 발명은, 복수 축을 가지는 기계에서, 동작축에 영향을 미치는 타축의 공진 주파수를 검출할 수 있는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치를 제공한다. 기계(41), (42)를 구동하는 전동기(31), (32)와, 전동기(31), (32)를 구동하는 제어기(21), (22)를 가지는 전동기 제어계를 복수 구비하고, 각 전동기 제어계에, 기계(41), (42)의 동작량을 검출하는 검출기(51), (52)와, 검출기(51), (52)의 신호를 주파수 분석하여, 공진 주파수로서 출력하는 신호 처리기(61), (62)와, 신호 처리기(61), (62)의 신호를 그래프화 또는 수치화하여 출력하는 출력 장치(81), (82)를 구비한 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치에서, 기계(41), (42)에 진동을 전하는 제어 지령을 전동기 제어계에 내리는 지령 발생기(11)를 설치하여, 복수의 검출기(51), (52)의 신호를 신호 처리기(61)에 입력하여 공진 주파수로서 출력하도록 하였다.

Description

다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치{MULTI-AXIS MOTOR CONTROL DEVICE RESONANCE FREQUENCY DETECTION DEVICE}

본 발명은, 전동기를 이용한 위치 결정 장치에 관한 것으로, 특히 위치 결정 제어계를 이용하여 다축 기계의 공진 주파수를 검출하는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 장치나 공작 기계, 산업용 로봇 등에서는, 전동기를 이용하여 위치 결정 제어되는 경우가 많다. 그 위치 결정 정밀도에는, 기계의 공진 주파수가 크게 영향을 주기 때문에, 미리 정확한 공진 주파수를 잡아두는 것이 바람직하고, 동시에, 제어계가 조합되어 가동하고 있는 상태에서 정확히 측정되는 것이 요망된다. 이 필요성으로부터, 종래에는 FFT(고속 푸리에 변환)를 이용하여 주파수 특성을 해석하여, 공진 주파수를 산출하는 방법이 이용되고 있다. 이 종래 기술을 도면에 기초하여 설명한다.

도 14는 전동기 제어계에 장착된 종래의 공진 주파수 검출 장치(예컨대 일본국 특개평 6-78575호 공보 참조)의 구성을 도시하는 블록도이다. 도면에서, 종래의 공진 주파수 검출 장치는, 지령 발생기(11)와, 이 지령 발생기(11)로부터의 지령 신호(C)를 받아 전동기(31, 32)에 구동 전류를 공급하는 제어기(21, 22)와, 전동기(31, 32)와, 전동기(31, 32)에 의해서 구동되는 기계(41, 42)와, 전동기(31, 32)의 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하는 검출기(51, 52)와, 검출기(51, 52)의 출력인 응답 신호(S1, S2)에 대하여 FFT연산을 실시하여 공진 주파수 검출 결과(f1, f2)를 산출하는 FFT 애널라이저(121, 122)와, 공진 주파수 검출 결과(f1, f2)를 출력하는 출력 장치(81, 82)를 구비하고 있다.

이 종래의 공진 주파수 검출 장치에서, 지령 발생기(11)는 지령 신호(C)를 생성하여, 제어기(21, 22)에 입력한다. 이 지령에 따라서 제어기(21, 22)가 전동기(31, 32)에 전류를 공급하면, 전동기(31, 32)가 기계(41, 42)를 구동한다. 이 때, 검출기(51, 52)는, 전동기(31, 32) 의 회전 위치나 회전 속도 등의 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하여 응답 신호(S1, S2)를 출력한다. FFT 애널라이저(121, 122)는 응답 신호(S1, S2)를 입력하면 FFT연산을 실시하여, 공진 주파수 검출 결과(f1, f2)를 산출한다. 출력 장치(81, 82)는 공진 주파수 검출 결과(f1, f2)를 입력하면 수치나 그래프화하여 가시화한 것을 출력한다. 이렇게 하여 공진 주파수가 단축(單軸)마다 계측된다.

그러나, 종래 기술에서는, 단축마다 공진 주파수를 계측하기 위해서, 지령 발생기가 내린 지령에 의해서 동작하는 1축의 공진 주파수밖에 측정할 수 없어, 동작축에 영향을 주는 타축의 공진 주파수를 측정할 수 없다. 그 때문에, 종래에는 개별 축마다 서보 조정을 행하지만, 복수 축이 가동되는 경우에는 발진이 일어나는 일이 있어, 서보 조정이 어렵다는 문제가 있었다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 공진 주파수 검출 장치의 구성을 도시하는 블록도,

도 2는 본 발명의 제2 실시형태의 구성을 도시하는 블록도,

도 3은 본 발명의 제3 실시형태의 구성을 도시하는 블록도,

도 4는 본 발명의 제4 실시형태의 구성을 도시하는 블록도,

도 5는 본 발명의 제5 실시형태의 구성을 도시하는 블록도,

도 6은 본 발명의 제6 실시형태의 구성을 도시하는 블록도,

도 7은 본 발명의 제7 실시형태의 구성을 도시하는 블록도,

도 8은 본 발명의 제8 실시형태의 구성을 도시하는 블록도,

도 9는 본 발명의 제9 실시형태의 구성을 도시하는 블록도,

도 10은 지령 발생기가 생성하는 지령 신호의 시간 파형도,

도 11은 본 발명을 적용한 소인 정현파의 주파수와 시간의 관계를 도시하는 그래프,

도 12는 본 발명의 제10 실시형태의 구성을 도시하는 블록도,

도 13은 필터 설정 후의 구성을 도시하는 블록도,

도 14는 종래 기술을 적용한 전동기 제어계의 구성을 도시하는 블록도이다.

그래서 본 발명은, 복수 축을 가지는 기계에서도, 동작축에 영향을 주는 타축의 공진 주파수를 파악하여 서보 조정을 용이하게 할 수 있는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제를 해결하기 위해서, 청구항 1에 기재된 발명은, 복수 축을 가지는 기계의 1개의 축을 구동하는 전동기와, 제어 지령을 받아 상기 전동기를 구동하는 제어기를 가지는 전동기 제어계를 상기 기계의 복수 축에 대하여 각각 구비하고, 각 전동기 제어계에, 상기 기계의 동작량을 검출하는 검출기와, 상기 검출기의 신호를 주파수 분석하여, 공진 주파수로서 출력하는 신호 처리기와, 상기 신호 처리기의 신호를 그래프화 또는 수치화하여 출력하는 출력 장치를 구비한 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치에서, 상기 기계에 진동을 전하는 제어 지령을 상기 전동기 제어계 중 적어도 한 쪽에 내리는 적어도 1개의 지령 발생기를 설치하여, 상기 복수의 검출기의 신호를 상기 복수의 신호 처리기에 입력하여 공진 주파수로서 출력하도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에서는, 지령 발생기로부터의 지령 신호에 따라서 구동되는 각 전동기의 동작량을 검출하고, 신호 처리기에 그 신호를 입력함으로써, 어떠한 동작축과 다른 동작축의 공진 주파수를 검출하여, 동작축간의 영향을 파악하는 것이 가능해진다.

청구항 2에 기재된 발명은, 상기 신호 처리기는, 상기 복수의 검출기의 신호를 입력하여, 신호의 합을 공진 주파수로서 출력하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 복수의 검출기의 신호의 합을 공진 주파수로서 출력함으로써, 어떠한 동작축과 다른 동작축의 공진 주파수를 검출하여, 동작축간의 영향을 파악하는 것이 가능해진다.

청구항 3에 기재된 발명은, 상기 검출기는 전동기의 위치 또는 속도, 또는 상기 기계의 가동부의 위치 또는 속도를 검출하는 것인 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 지령 발생기로부터의 지령 신호에 따라서 구동되는 각 전동기의 동작량인 위치 또는 속도, 또는 상기 기계의 가동부의 위치 또는 속도를 검출하고, 신호 처리기에 그 신호를 입력함으로써, 어떠한 동작축과 다른 동작축의 공진 주파수를 검출하여, 동작축간의 영향을 파악하는 것이 가능해진다.

청구항 4에 기재된 발명은, 상기 복수의 전동기 제어계의 일부 또는 전부가 오픈 루프인 경우에는, 상기 지령 발생기의 신호는 상기 오픈 루프의 전동기 제어계의 제어기에 입력되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 지령 발생기의 신호는 상기 오픈 루프의 전동기 제어계의 동작량을 검출하여, 신호 처리기에 그 신호를 입력함으로써, 어떠한 동작축과 다른 동작축의 공진 주파수를 검출하여, 동작축간의 영향을 파악하는 것이 가능해진다.

청구항 5에 기재된 발명은, 상기 복수의 전동기 제어계의 일부 또는 전부에서, 상기 지령 발생기로부터의 제어 지령과 상기 검출기로부터의 상기 기계의 동작량의 편차에 따른 제어 지령을 상기 제어기에 내리는 폐(閉) 루프 제어기를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 지령 발생기로부터의 제어 지령과 검출기로부터의 기계의 동작량의 편차에 따른 제어 지령을 제어기에 내리는 폐 루프 제어기를 통과한 각 전동기의 동작량을 검출하여, 신호 처리기에 그 신호를 입력함으로써, 어떠한 동작축과 다른 동작축과의 공진 주파수를 검출하여, 동작축간의 영향을 파악하는 것이 가능해진다.

청구항 6에 기재된 본 발명은, 상기 전동기 제어계의 일부 또는 전부에서, 상기 검출기로부터의 상기 기계의 동작량과 동작 지령의 편차에 따른 제어 지령을 출력하는 폐 루프 제어기와, 그 제어 지령에 포함되는 소정 대역의 신호를 저감하는 필터 처리부를 구비하고, 상기 필터 처리부의 출력과 상기 지령 발생기로부터의 지령 신호의 합이 상기 제어기에 입력되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 신호 처리기에 상기 필터 처리부의 출력과 상기 지령 발생기로부터의 지령 신호의 합을 입력함으로써, 어떠한 동작축과 다른 동작축과의 공진 주파수를 검출하여, 동작축간의 영향을 파악하는 것이 가능해진다.

청구항 7에 기재된 발명은, 상기 제어 지령은, 소인(掃引, sweep) 정현파 신호이고, 상기 신호 처리기는 상기 지령 발생기가 출력하는 상기 소인 정현파 신호의 주파수 정보와 적어도 1개 상기 검출기의 신호를 입력하여, 상기 검출기의 신호의 절대값이 최대가 되는 상기 정현파 신호의 주파수를 공진 주파수로서 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 상기 검출기의 신호의 절대값이 최대가 되는 상기 정현파 신호의 주파수를 공진 주파수로서 출력함으로써, 어떠한 동작축과 다른 동작축과의 공진 주파수를 검출하여, 동작축간의 영향을 파악하는 것이 가능해진다.

청구항 8에 기재된 발명은, 상기 출력 장치는, 적어도 1개의 상기 신호 처리기의 신호를 주파수 특성으로서 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 상기 출력 장치는, 적어도 1개의 상기 신호 처리기의 신호를 그래프화 또는 수치화하여 공진 주파수를 확인하는 것이 가능해진다.

청구항 9에 기재된 발명은, 상기 지령 발생기로부터 기계에 진동을 전하는 제어 지령은, 최소 주파수(Fmin)에서 최대 주파수(Fmax)까지의 범위에 주파수가 제한되어 있고, 상기 신호 처리기는, 상기 검출기의 신호를 소정의 주파수 범위로 제한하여 입력하는 동시에, 상기 최소 주파수(Fmin) 이상의 주파수만을 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 상기 신호 처리기는, 상기 검출기의 신호를 소정의 주파수 범위로 제한하여 입력함으로써, 상기 최소 주파수(Fmin) 이상의 공진 주파수를 파악하는 것이 가능해진다.

청구항 10에 기재된 발명은, 상기 지령 발생기로부터 기계에 진동을 전하는 제어 지령은, 최소 주파수(Fmin)에서 최대 주파수(Fmax)까지의 범위로 주파수가 제한되어 있고, 상기 신호 처리기는, 상기 검출기의 신호를 소정의 주파수 범위로 제한하여 입력하는 동시에, 상기 최소 주파수(Fmin)보다 큰 검출 최소 주파수(Flim) 이상인 주파수만을 검출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 상기 신호 처리기는, 상기 검출기의 신호를 소정의 주파수 범위로 제한하여 입력함으로써, 상기 최소 주파수(Fmin)보다 큰 Flim 이상인 공진 주파수를 파악하는 것이 가능해진다.

청구항 11에 기재된 발명은, 상기 검출기와 상기 신호 처리기의 사이에 하이 패스 필터가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 신호 처리기에 하이 패스 필터 통과 후의 신호를 입력함으로써, 어떠한 주파수 이상을 커트한 공진 주파수를 파악하는 것이 가능해진다.

청구항 12에 기재된 발명은, 어떠한 축의 상기 검출기의 신호를 타축의 신호 처리기에 입력하는 스위치가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 스위치가 설치되어 있기 때문에, 축 사이의 영향을 1개, 또는 복수의 신호 처리기로 파악하는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명의 실시형태를, 도 1∼도 13에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 공진 주파수 검출 장치의 구성을 도시하는 블록도이다. 또한, 도 14에 도시한 종래의 공진 주파수 검출 장치의 구성에 대응하는 부분에 대해서는, 동일한 부호를 붙였다.

도 1에서, 공진 주파수 검출 장치는, 1축 째의 전동기 제어계와, 2축 째의 전동기 제어계를 가지고, 지령 발생기(11)와, 제어기(21, 22)와, 전동기(31, 32)와, 전동기(31, 32)에 의해서 구동되는 기계(41, 42)와, 전동기(31, 32)의 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하는 검출기(51, 52)와, 검출기(51, 52)의 출력인 응답 신호(S1, S2)에 대하여 신호 처리를 행하여 공진 주파수 검출 결과(f1, f2)를 산출하는 신호 처리기(61, 62)와, 공진 주파수 검출 결과(f1, f2)를 출력하는 출력 장치(81, 82)와, 2축 째의 검출기(52)의 응답 신호(S2)를 1축 째의 신호 처리기(61)에 가산하기 위한 스위치(151)를 구비하고 있다. 도 1의 전동기 제어 장치는 기계(41, 42)가 고정대 등에 함께 탑재된 일체의 구성으로 되어있다.

이 제1 실시형태의 공진 주파수 검출 장치에서, 지령 발생기(11)는 지령 신호(C)를 출력하고, 제어기(21)는, 지령 발생기(11)로부터 받은 지령 신호(C)에 따라서 전동기(31)를 구동한다. 전동기(31, 32)에 연결된 검출기(51, 52)의 출력은 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하고, 응답 신호(S1, S2)로서 신호 처리기(61, 62)에 보낸다. 전동기(31)와 기계(41), 또한 전동기(32)와 기계(42)는 각각 연결되어 있기 때문에, 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하면, 기계(41)의 공진 특성과 기계(41)에 영향을 주는 기계(42)의 공진 특성을 검출할 수 있다. 이 응답 신호(S1, S2)는 기계(41, 42)가 주파수에 의존하여 적은 외력으로도 큰 반응을 나타내는 공진 주파수를 가지기 때문에, 신호 처리기(61, 62)가 주파수 분석하면 공진 주파수를 검출할 수 있다. 신호 처리기(61, 62)의 출력인 주파수 특성 검출 결과(f1, f2)는, 출력 장치(81, 82)에 각각의 결과를 그래프화 또는 수치화하여 출력할 수 있다.

2축 째의 검출기(52)의 출력 측과 1축 째의 신호 처리기(61)는 스위치(151)로 접속되어 있고, 스위치(151)가 off일 때에는, 응답 신호(S1, S2)로서 신호 처리기(61, 62)에 보내어 주파수 특성 검출 결과(f1, f2)를 검출한다. 스위치(151)가 on일 때에는, 응답 신호(S2)는 신호 처리기(61)에 입력되고, 신호 처리기(61)로 응답 신호(S1, S2)의 합을 검출함으로써, 기계(41)의 공진 특성과 기계(41)에 영향을 주는 기계(42)의 공진 특성을 1개의 출력 장치(81)에서 검출하여, 출력한다.

또, 제1 실시형태에서는 전동기 제어계가 2개인 예를 나타내었으나, 3개 이상인 경우에도 적용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시형태의 구성을 도시하는 블록도이며, 지령 발생기(11)로부터 출력되는 지령 신호(C)가 제어기(21)와 제어기(22) 양쪽에 입력하도록 설치되고, 동시에 2개의 전동기(31, 32)를 동작시키는 점이 도 1에 도시한 제1 실시형태와 상이하다. 공진 주파수는 제1 실시형태와 동일하게 하여 검출할 수 있다.

이 제2 실시형태에서는, 지령 발생기(11)로부터 지령 신호(C)에 따라서 구동되는 각 전동기(31, 32)의 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하고, 각 신호 처리기(51, 52)에 각 신호를 입력함으로써, 각 전동기 제어계의 공진 주파수를 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 각 전동기 동작량(m1, m2)의 합을 1개의 신호 처리기(61)에 입력함으로써, 동작축간의 영향을 파악할 수 있다.

또한, 제2 실시형태에서는 응답 신호(S2)를 신호 처리기(61)에 입력하도록 스위치(151)를 설정하였지만, 응답 신호(S1)를 신호 처리기(62)에 입력하도록 스위치를 설치하여도 된다.

또한, 도 2에서는 2개의 전동기 제어계를 동작시키고 있지만, 다수개 있어도 된다.

도 3은 제3 실시형태의 구성을 도시하는 블록도이고, 지령 발생기(12)로부터 출력되는 지령 신호(C)가 제어기(22)에 입력되도록 설치하여, 동시에 2개의 전동기(31, 32)를 동작시키는 점이 도 1과 상이하다.

공진 주파수는 제1 실시형태 또는 제2 실시형태와 동일하게 하여 검출할 수 있다.

이 제3 실시형태에서는, 2개의 지령 발생기(11, 12)로부터 같은 지령 신호 또는 상이한 지령 신호를 각 전동기 제어계에 내려 각 전동기(31, 32)의 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하고, 각 신호 처리기(61, 62)에 각 신호를 입력함으로써, 각 전동기 제어계의 공진 주파수를 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 각 전동기 동작량(m1, m2)의 합을 1개의 신호 처리기(61)에 입력함으로써, 동작축간의 영향을 파악할 수 있다.

또한, 도 3에서는 지령 발생기와 전동기 제어계의 조합이 2개이지만, 다수개 있어도 된다.

도 4는 제4 실시형태의 구성을 도시하는 블록도이고, 지령 발생기(12)로부터 출력되는 지령 신호(C)가 제어기(22, 23)에 입력하도록 설치하여, 동시에 3개의 전동기(31, 32, 33)를 동작시키는 점과, 검출기(52, 53)와 스위치(151, 152)를 병렬로 구성한 점이 도 1과 상이하다.

스위치(151, 152)가 off일 때에는, 응답 신호(S2, S3)는 신호 처리기(62, 63)에 입력된다.

스위치(151)가 on일 때에는, 응답 신호(S2)는 신호 처리기(61)에 입력된다.

스위치(152)가 on일 때에는, 응답 신호(S3)가 신호 처리기(61)에 입력된다.

스위치(152, 153)가 on일 때에는, 응답 신호(S2, S3)는 신호 처리기(61)에 입력된다.

공진 주파수는 제1 실시형태로부터 제3 실시형태 중 어느 하나와 동일하게 하여 검출할 수 있다.

이 제4 실시형태에서는, 1개의 지령 발생기(11)로 1개의 전동기 제어계를, 그 밖의 지령 발생기(12)로 그 밖의 전동기 제어계에 같은 지령 신호 또는 상이한 지령 신호를 각 전동기 제어계에 내려, 각 전동기(31, 32, 33)의 전동기 동작량(m1, m2, m3)을 검출하여, 각 신호 처리기(61, 62, 63)에 각 신호를 입력함으로써, 각 전동기 제어계의 공진 주파수를 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 각 전동기 동작량(m1, m2, m3)의 합을 1개의 신호 처리기(61)에 입력함으로써, 동작축간의 영향을 파악하는 것이 가능해진다.

또, 제4 실시형태에서는, 응답 신호(S2, S3)를 신호 처리기(61)에 입력하도록 스위치를 설치하고 있지만, 응답 신호(S1, S3)를 신호 처리기(62)에, 응답 신호(S1, S2)를 신호 처리기(63)에 입력하도록 스위치를 설치하여도 된다.

또한, 도 4에서는 지령 발생기(11)로 동작하고 있는 전동기 제어계가 1개이고, 지령 발생기(12)로 동작하고 있는 전동기 제어계가 2개이지만, 지령 발생기, 전동기 제어계는 다수 개 있어도 된다.

도 5는 제5 실시형태의 구성을 도시하는 블록도이고, 1개 이상의 전동기 제어계가 폐 루프를 이루고 있는 경우의 블록도이다. 도 5에서는, 검출기(51, 52)는 전동기(31, 32) 의 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하도록 설치되어 있고, 또한, 제어기(21, 22)의 전단(前段)에 폐 루프 제어기(71, 72)가 설치되며, 그 전단에 감산기가 설치되어 있다. 그리고 감산기의 (+)단자에 인가되는 지령과 검출기(51, 52)의 신호를 지령 신호(C)와 비교하여, 그 차를 받은 폐 루프 제어기(71, 72)가, 그 차를 줄이도록 작용하여 제어기(21, 22)에 지령을 출력한다. 이 폐 루프 제어계에 지령 발생기(11)와 신호 처리기(61, 62), 출력 장치(81, 82), 스위치(151)가 추가되고, 지령 발생기(11)의 지령 신호(C)가 감산기의 (+)단자에 인가된다. 공진 주파수는 제1 실시형태에서 제4 실시형태 중 어느 하나와 동일하게 하여 검출할 수 있다.

이 제5 실시형태에서는, 지령 발생기(11)로부터 지령 신호에 따라서 구동되는 각 전동기(31, 32)의 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하고, 각 신호 처리기(61, 62)에 각 신호를 입력함으로써, 각 전동기 제어계의 공진 주파수를 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 각 전동기 동작량(m1, m2)의 합을 1개의 신호 처리기(61)에 입력함으로써, 동작축간의 영향을 파악할 수 있다.

또한, 도 5에서는 전동기 제어계가 2개이지만, 다수개이더라도 된다.

도 6은 제6 실시형태의 구성을 도시하는 블록도이고, 도 5에서 지령 발생기(11)가 출력하는 지령 신호(C)를 감산기의 (+)단자에 인가하고 있었던 것을, 제어기(21)와 폐 루프 제어기(71)의 사이에 설치한 가산기의 한 쪽의 입력 단자로 바꾼 것이다. 이러한 구성으로 하여도, 공진 주파수는 제1 실시형태에서 제5 실시형태 중 어느 하나와 동일하게 하여 검출할 수 있다.

이 제6 실시형태에서는, 지령 발생기(11)로부터 지령 신호에 따라서 구동되는 각 전동기(31, 32)의 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하고, 각 신호 처리기(61, 62)에 각 신호를 입력함으로써, 기계(41)의 공진 주파수와 기계(41)에 영향을 주는 기계(42)의 공진 주파수를 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 각 전동기 동작량(m1, m2)의 합을 1개의 신호 처리기(61)에 입력함으로써, 동작축간의 영향을 파악할 수 있다.

또, 도 6에서는 전동기 제어계가 2개이지만, 다수개이더라도 좋다.

〈제7 실시형태〉

도 7은 제7 실시형태의 구성을 도시하는 블록도이다. 이 도면은, 도 6의 폐 루프 제어기(71, 72)의 후단에 필터 처리부(81, 82)를 추가 삽입하여 설치한 구성으로 되어 있고, 필터 처리부(131, 132)는 외부로부터 지령을 내려 필터 특성을 바꿀 수 있게 되어 있다. 제6 실시형태와 동일하게 하여 신호 처리기(61)가 공진 주파수를 검출하고, 그 공진 주파수 검출 결과(f1, f2)를 필터 처리부(131, 132)에 입력하면, 그 입력에 따라서 필터 처리부(131, 132)가 설정되어, 공진 주파수의 대역의 특성을 억제하는 필터로 할 수 있다. 공진 주파수를 검출할 수 있으면, 공진 주파수 검출 결과(f1, f2)를 바탕으로 필터 처리부(131, 132)의 설정값을 자동적으로 결정할 수 있다. 공진 주파수는 제1 실시형태로부터 제6 실시형태 중 어느 하나와 동일하게 하여 검출할 수 있다.

이 제7 실시형태에서는, 지령 발생기(11)로부터 지령 신호에 따라서 구동되는 각 전동기(31, 32)의 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하고, 각 신호 처리기(61, 62)에 각 신호를 입력함으로써, 기계(41)의 공진 주파수와 기계(41)에 영향을 주는 기계(42)의 공진 주파수를 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 각 전동기 동작량(m1, m2)의 합을 1개의 신호 처리기(61)에 입력함으로써, 동작축간의 영향을 파악할 수 있다.

또, 이 실시형태에서는 지령 신호(C)를 필터 처리부(131, 132)와 제어기(21, 22)의 사이에 설치한 가산기 중 한 쪽을 입력으로 하였지만, 닫힘 루프 제어기(71, 72)의 전단에 설치한 감산기의 (+)단자에 입력하여도 된다.

또한, 도 7에서는 전동기 제어계가 2개이지만, 다수개이더라도 된다.

〈제8 실시형태〉

도 8은 제8 실시형태의 구성을 도시하는 블록도이고, 도 7의 폐 루프 제어기(71, 72)와, 그 전단의 감산기 부근의 구성을 바꾼 구성으로 되어 있다. 폐 루프 제어기(7B1, 7B2)는, 감산기, 위치 제어기(91, 92), 가산기, 속도 제어기(101, 102), 속도 연산기(111, 112)로 구성되어 있다. 이 도면에서 위치 제어기(91, 92)의 전단에 있는 감산기의 (+)단자에는, 크기가 0인 동작 지령(M)을 내리고 있고, 이에 의해서 위치가 어긋나지 않고 공진 주파수의 검출이 행하여진다. 폐 루프 제어기(7B1, 7B2)에서는, 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하여 얻어진 응답 신호(S1, S2)가, 감산기를 경유하여 위치 제어기(91, 92)에 입력되고, 동시에, 속도 연산기(111, 112)를 경유하여 속도 제어기(101, 102)에 입력된다. 그리고 속도 제어기(101, 102)는 위치 제어기(91, 92)의 출력과 일치하도록 제어하고, 위치 제어기(91, 92)는 전동기 동작량(m1, m2)의 위치가 동작 지령(M)의 0위치와 일치하도록 제어한다. 공진 주파수는 제1 실시형태에서 제6 실시형태 중 어느 하나와 동일하게 하여 검출할 수 있다.

이 제8 실시형태에서는, 지령 발생기(11)로부터 지령 신호에 따라서 구동되는 각 전동기(31, 32)의 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하고, 각 신호 처리기(61, 62)에 각 신호를 입력함으로써, 기계(41)의 공진 주파수와 기계(41)에 영향을 주는 기계(42)의 공진 주파수를 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 각 전동기 동작량(m1, m2)의 합을 1개의 신호 처리기(61)에 입력함으로써, 동작축간의 영향을 파악할 수 있다.

또한, 도 8에서는 전동기 제어계가 2개이지만, 다수개이더라도 된다.

도 9는 제7 및 제8 실시형태의 공진 주파수 검출 장치로 검출한 공진 주파수에 기초하여 필터 처리부(131, 132)의 필터 특성을 설정하고, 그 후, 설정한 필터 처리부(131, 132)의 필터 특성을 살려 통상적인 운전을 하고 있을 때의 구성을 도시하는 블록도이다. 이 제어계에서 동작 지령(M)을 입력하면, 폐 루프 제어기(71, 72)는, 전동기 동작량(m1, m2)과 동작 지령(M)이 일치하도록 제어하고, 공진을 억제하는 필터 처리부(131, 132)가 잘 기능하여 전동기 동작량(m1, m2)과 동작 지령(M)이 보다 일치하기 쉽게 되어 있다.

또, 도 9의 구성과 도 7의 구성은, 스위치를 설치하여 전환되도록 하여도 된다. 또한, 도 5, 도 6, 도 7, 도 9에서는 폐 루프 제어기(71, 72)를 1개의 제어기로서 도시하였지만, 도 8의 폐 루프 제어기(7B1, 7B2)의 구성과 같이 위치 제어기(91, 92), 속도 연산기(111, 112), 속도 제어기(101, 102)를 포함하는 구성으로 하여도 된다. 또한, 기계의 동작량이 지령 신호와 일치하도록 전동기(31, 32)의 동작을 검출기(51, 52)가 검출한 응답 신호(S1, S2)에 기초하여 제어하는 것이라면, 내부 구성을 변경한 폐 루프 제어기(71, 72)이더라도 된다. 필터 처리부(81, 82)나 제어기(21, 22)를 포함하여 순서나 구성을 변경하여도 된다.

또한, 도 9의 예에서는 전동기 제어계가 2개이지만, 다수개이더라도 된다.

〈제9 실시형태〉

도 10은 제9 실시형태를 도시하는 블록도이고, 지령 발생기(11)로부터 출력되는 주파수 정보(A)가 신호 처리기(61)에 입력되도록 배치한 점과, 신호 처리기(61)의 계산 방법이 도 1에 도시한 제1 실시형태와 상이하다.

스위치(151)가 off일 때에는, 신호 처리기(61)는 소인 정현파 지령의 주파수 정보(A)와 응답 신호(S1)를 수취하고, 스위치(151)가 on일 때에는, 신호 처리기(61)는 소인 정현파 지령의 주파수 정보(A)와 응답 신호(S1, S2)를 수취하여, 최소 주파수(Fmin)를 초과한 검출 최소 하한 주파수(Flim)로부터 공진 주파수의 검출을 위한 연산을 행한다. 검출 최소 하한 주파수(Flim) 이상에서, 도 11과 같이, 응답 신호(S1, S2)의 절대값이 최대가 될 때의 소인 정현파의 주파수를 공진 주파수로 판단하여 공진 주파수 검출 결과(f1, f2)를 출력한다.

도 12는 소인 정현파의 주파수와 시간의 관계를 도시하는 그래프이다. tO에서 te 사이의 시간 중, 최소 주파수(Fmin)로부터 검출 최소 하한 주파수(Flim)를 거쳐, 최대 주파수(Fmax)까지 주파수가 변화하는 소인 정현파 지령을 지령 신호(C)로 한다. 신호 처리기(61)는 검출 최소 하한 주파수(Flim)보다 높은 주파수가 되는 시간(ts)에서 시간(te) 동안에, 공진 주파수의 검출을 실시한다. 또, 소인 정현파의 주파수와 시간의 관계는, 직선에 한정되는 것이 아니라, 임의의 곡선이더라도 무방하다. 또한, 검출 최소 하한 주파수(Flim)를 최소 주파수(Fmin)와 동일하게 취급하여도 무방하다.

신호 처리기(61)는, 2개 이상의 응답 신호를 가산하여, 1개의 응답 신호로 할 수 있다.

또, 도 10에서는 전동기 제어계가 2개이지만, 다수 개이더라도 된다.

〈제10 실시형태〉

도 13은 제10 실시형태의 구성을 도시하는 블록도이다. 도면에서, 141, 142는 하이 패스 필터 수단이다. 지령 신호(C)가 제어기(21)에, 주파수 정보(A)가 신호 처리기(61)에 입력하도록 설치하고, 검출기(51, 52)가 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하고, 이것을 응답 신호(S1, S2)로서, 하이 패스 필터 수단(141, 142)을 경유하여 신호 처리기(61, 62)에 보내는 점이 도 1에 도시한 제1 실시형태와 상이하다.

또한, 이 실시형태에서는 신호 처리기(61)는 검출 최소 하한 주파수(Flim) 이상이라는 조건을 걸지 않았지만, 제8 실시형태와 같이, 검출 최소 하한 주파수(Flim) 이상에서, 응답 신호의 절대값이 최대가 될 때의 소인 정현파의 주파수를 공진 주파수로 판단하여 출력하여도 된다.

이 제10 실시형태에서는, 지령 발생기(11)로부터 지령 신호에 따라서 구동되는 각 전동기(31, 32)의 전동기 동작량(m1, m2)을 검출하고, 각 신호 처리기(61, 62)에 각 신호를 입력함으로써, 기계(41)의 공진 주파수와 기계(41)에 영향을 주는 기계(42)의 공진 주파수를 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 각 전동기 동작량(m1, m2)의 합을 1개의 신호 처리기(61)에 입력함으로써, 동작축간의 영향을 파악할 수 있다.

또한, 도 13에서는, 전동기 제어계가 2개이지만, 다수개이더라도 된다.

또, 제1 실시형태에서 제10 실시형태에서는, 검출기(51, 52, 53)는 전동기(31, 32, 33)에 연결하여 전동기 동작량(m1, m2, m3)을 검출하고 있지만, 검출기(51, 52, 53)를 기계(41, 42, 43)에 연결하여 기계 동작량(x1, x2, x3)을 직접 검출하여도 된다.

본 발명에 의하면, 지령 발생기로부터의 지령 신호에 따라서 구동되는 각 전동기의 동작량을 검출하고, 신호 처리기에 그 신호의 합을 입력하도록 하였으므로, 복수 축을 가지는 기계에서, 동작축과 동작축에 영향을 미치는 타축의 공진 주파수를 검출할 수 있다.

또한, 공진 주파수를 검출하는 동시에, 필터 처리부를 설치하여, 공진 주파수를 억제하는 필터 처리 입력값을 자동 입력하여 설정함으로써, 자동적으로 전동기 제어 장치의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims

복수 축을 가지는 기계의 1개의 축을 구동하는 전동기와, 제어 지령을 받아 상기 전동기를 구동하는 제어기를 가지는 전동기 제어계를 상기 기계의 복수 축에 대하여 각각 구비하고, 각 전동기 제어계에, 상기 기계의 동작량을 검출하는 검출기와, 상기 검출기의 신호를 주파수 분석하여, 공진 주파수로서 출력하는 신호 처리기와, 상기 신호 처리기의 신호를 그래프화 또는 수치화하여 출력하는 출력 장치를 구비한 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치에서,

상기 기계에 진동을 전하는 제어 지령을 상기 전동기 제어계 중 적어도 한 쪽에 부여하는 적어도 1개의 지령 발생기를 설치하고, 상기 복수의 검출기의 신호를 상기 복수의 신호 처리기에 입력하여 공진 주파수로서 출력하도록 한 것을 특징으로 하는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 신호 처리기는, 상기 복수의 검출기의 신호를 입력하여, 신호의 합을 공진 주파수로서 출력하도록 한 것을 특징으로 하는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검출기는 전동기의 위치 또는 속도, 또는 상기 기계의 가동부의 위치 또는 속도를 검출하는 것인 것을 특징으로 하는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전동기 제어계의 일부 또는 전부가 오픈 루프인 경우에는, 상기 지령 발생기의 신호는 상기 오픈 루프의 전동기 제어계의 제어기에 입력되는 것을 특징으로 하는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전동기 제어계의 일부 또는 전부에서, 상기 지령 발생기로부터의 제어 지령과 상기 검출기로부터의 상기 기계의 동작량과의 편차에 따른 제어 지령을 상기 제어기에 내리는 폐 루프 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전동기 제어계의 일부 또는 전부에서, 상기 검출기로부터의 상기 기계의 동작량과 동작 지령과의 편차에 따른 제어 지령을 출력하는 폐 루프 제어기와, 그 제어 지령에 포함되는 소정의 대역의 신호를 저감하는 필터 처리부를 구비하고, 상기 필터 처리부의 출력과 상기 지령 발생기로부터의 지령 신호와의 합이 상기 제어기에 입력되어 있는 것을 특징으로 하는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 지령은, 소인 정현파 신호이고, 상기 신호 처리기는 상기 지령 발생기가 출력하는 상기 소인 정현파 신호의 주파수 정보와 적어도 1개 상기 검출기의 신호를 입력하여, 상기 검출기의 신호의 절대값이 최대가 되는 상기 정현파 신호의 주파수를 공진 주파수로서 출력하는 것을 특징으로 하는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 장치는, 적어도 1개의 상기 신호 처리기의 신호를 주파수 특성으로서 출력하는 것을 특징으로 하는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지령 발생기로부터 기계에 진동을 전하는 제어 지령은, 최소 주파수(Fmin)로부터 최대 주파수(Fmax)까지의 범위로 주파수가 제한되어 있고, 상기 신호 처리기는, 상기 검출기의 신호를 소정의 주파수 범위로 제한하여 입력하는 동시에, 상기 최소 주파수(Fmin) 이상인 주파수만을 검출하는 것을 특징으로 하는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지령 발생기로부터 기계에 진동을 전하는 제어 지령은, 최소 주파수(Fmin)로부터 최대 주파수(Fmax)까지의 범위로 주파수가 제한되어 있고, 상기 신호 처리기는, 상기 검출기의 신호를 소정의 주파수 범위로 제한하여 입력하는 동시에, 상기 최소 주파수(Fmin)보다 큰 검출 최소 주파수(Flim) 이상인 주파수만을 검출하는 것을 특징으로 하는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출기와 상기 신호 처리기의 사이에 하이 패스 필터가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 어떠한 축의 상기 검출기의 신호를 타축의 신호 처리기에 입력하는 스위치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다축 전동기 제어 장치의 공진 주파수 검출 장치.