JP2012125038A - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動機のフィードバック制御部での制御パラメータの自動調整機能を有した好適な電動機制御装置を提供する。
【解決手段】 位置制御部１１と速度制御部２１とノッチフィルタ部３２と電流制御部４１とからなる電動機制御装置３において、応答状態測定部７１では制御パラメータ調整部７２での位置制御部１１および速度制御部２１の制御パラメータの変更に伴って、電動機６の回転速度などの発振状態を監視し、また、制御パラメータ調整部７２では前記制御パラメータを再設定して電動機６を駆動するという作業を前記発振状態が無くなるまで行った後は、このときの前記制御パラメータを保持させる動作を行っている。また、機械振動検知部７３は上述の設定動作のたびに電動機６の回転速度などの振動状態を監視し、振動状態を検知した場合には、ノッチフィルタ調整部７４において、その振動周波数を検知し、検知した振動成分を減衰させるようにノッチフィルタ部７２のノッチ周波数を設定する動作を行うようにしている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電動機のフィードバック制御部での制御パラメータの自動調整機能を有する電動機制御装置に関する。

この種の制御パラメータの自動調整機能に関する従来技術として、下記特許文献１，２などに記載されているものが知られている。

図３は、下記特許文献１の構成を含む従来の電動機制御装置の回路構成図である。

この電動機制御装置１ではフィードバック制御部として位置制御部１１と速度制御部２１とを備え、入力される位置指令と負荷７の動力源としての電動機６の回転速度を検出する検出器８の検出値に積分器１２を介することにより得られる電動機６の位置検出値との偏差を偏差演算器１１ａで求め、この偏差を零にするための制御パラメータによる調節演算を位置制御部１１で行っており、この調節演算した結果は電動機６の速度指令として速度制御部２１に伝達される。

この速度指令と検出器８からの検出値である電動機６の回転速度との偏差を偏差演算器２１ａで求め、この偏差を零にするための制御パラメータによる調節演算を速度制御部２１で行っており、この調節演算した結果は電動機６のトルク指令としてノッチフィルタ３１に伝達される。また、ノッチフィルタ３１では前記トルク指令に対し、後述の如き特定の振動周波数の成分を除去し、この除去した値を電動機６の電流指令として電流制御部４１へ出力している。さらに、電流制御部４１では前記電流指令と電動機６への駆動電流との偏差を偏差演算器４１ａで求め、この偏差を零にするための調節演算を行い、この調節演算値に見合った出力電圧を電動機６に印加するようにしている。

図３に示した電動機制御装置１においては、少なくとも位置制御部１１での制御パラメータとしての比例ゲインと速度制御部２１での制御パラメータとしての比例ゲインとを含む、制御パラメータのセットを複数個備え、測定された電動機６の応答結果に応じて１つのセットを選択する制御パラメータ調整部５１を備えている。

このとき、検出器８により得られた電動機６の回転速度に含まれる前記特定の振動周波数としての機械振動成分を減衰させるように、ノッチフィルタ３１のノッチ周波数を逐次修正するノッチ周波数修正部５２を設けている。

すなわち、この電動機制御装置１では、制御パラメータの自動調整とノッチ周波数の自動調整を組み合わせて使用している。このとき、ノッチ周波数記憶部５３では制御パラメータのセットとノッチ周波数とを記憶し、選択されたセットにノッチ周波数が関連づけられている場合には、このノッチ周波数をノッチフィルタ３１に設定することで、過去の調整値での制御動作を復元することを可能にしている。

次に図４は、下記特許文献２の構成を含む従来の電動機制御装置の回路構成図である。

この電動機制御装置２ではフィードバック制御部として位置制御部１３と速度制御部２２とを備え、入力される位置指令と負荷７の動力源としての電動機６の回転位置を検出する検出器８の検出値としての位置検出値との偏差を偏差演算器１３ａで求め、この偏差を零にするための調節演算を位置制御部１３で行っており、この調節演算した結果は電動機６の速度指令として速度制御部２２に伝達される。

この速度指令と速度検出器２３からの検出値である電動機６の回転速度との偏差を偏差演算器２２ａで求め、この偏差を零にするための制御パラメータによる調節演算を速度制御部２２で行っており、この調節演算した結果は電動機６のトルク指令としてトルクフィルタ部３２に伝達される。また、トルクフィルタ部３２では前記トルク指令に対し、後述の如き特定の振動周波数の成分を除去するノッチフィルタ機能を有し、この除去した値を電動機６の電流指令として電流制御部４１へ出力している。さらに、電流制御部４１では前記電流指令と電動機６への駆動電流との偏差を偏差演算器４１ａで求め、この偏差を零にするための調節演算を行い、この調節演算値に見合った出力電圧を電動機６に印加するようにしている。

図４に示した電動機制御装置２において、機械振動信号生成部６１は速度検出部２３から得られる電動機６の回転速度または前記トルク指令に基づいて振動信号を抽出生成し、この振動信号が予め設定された基準振動レベルを超えたか否かを機械振動検出部６２で判定し、この基準振動レベルを超えた場合には、振動周波数検出部６３において、前記振動信号の周波数解析を行って前記特定の振動周波数としての機械振動成分を検出し、この機械振動成分の周波数をトルクフィルタ部３２のノッチ周波数としている。このとき、前記ノッチ周波数の設定が既に有効になっている場合には、振動周波数検出部６３により速度制御部２２での制御パラメータとしての比例ゲイン，積分ゲインを調整するとともに、位置決め判定部６５により、予め設定された位置決め条件を満足しているか否かを判定し、この位置決め条件を満足する範囲で、位置指令を基に位置制御部１３および速度制御部２２にフィードフォワード信号を入力するフィードフォワード部６７での調整ゲインをフィードフォワード調整部６６により設定している。

特許第４３５３７１７号公報 （図２３など） 特開２００６−２５４６３０号公報 （図１など）

図３に示した電動機制御装置１では、制御パラメータ調整部５１の応答結果として、電動機６の回転速度に含まれる所定周波数以上の振動成分を選択した場合には、ノッチ周波数修正部５２の振動成分と同じ状態量に基づいて、位置制御部１１および速度制御部２１における制御パラメータの自動調整を行うことになるため、制御パラメータ調整部５１の機械振動検出のために設定された閾値によっては、ノッチ周波数修正部５２がノッチフィルタ２１のノッチ周波数を設定する前に、制御パラメータ調整部５１が前記フィードバック制御部の発振を検知して位置制御部１１および速度制御部２１での制御応答を遅くするように、前記制御パラメータを設定する恐れがあった。

また、図４に示した電動機制御装置２では、機械振動の検知と速度制御部２２での制御パラメータの調整とを同じ状態量で行いつつ、トルクフィルタ部３２のノッチ周波数の設定状態を優先させている。従って、上述の電動機制御装置１での問題点は発生しないが、前記機械振動の検出の条件を広く設定した場合、この機械振動に対するトルクフィルタ部３２のノッチ周波数が確実に設定されることとなり、その結果、このノッチ周波数の設定後には、前記フィードバック制御部の発振検出の感度が鈍くなるため、最適な前記制御パラメータの調整ができない恐れがあった。逆に、前記振動検出の条件を狭く設定すると、機械振動を誤検出して前記ノッチ周波数を誤って設定する恐れもあった。

この発明の目的は、上記問題点を解消した電動機制御装置を提供することにある。

この第１の発明は、電動機の状態量を検出し、この状態量が入力される指令に追従するように制御するフィードバック制御部と、前記フィードバック制御部での演算結果として出力するトルク指令に対し、特定の振動周波数の成分を除去しつつ前記電動機の電流指令として出力するノッチフィルタ部と、この電流指令に追従するように制御された出力電圧を前記電動機に印加する電流制御部とからなる電動機制御装置において、
前記フィードバック制御部の制御パラメータを自動調整する制御パラメータ調整部と、前記ノッチフィルタ部への前記振動周波数に対応したノッチ周波数を調整するノッチフィルタ調整部とを備え、前記ノッチフィルタ調整部での前記ノッチ周波数の自動調整動作が有効の場合には、前記制御パラメータ調整部での発振検出条件を広く設定し、前記ノッチ周波数の自動調整動作が無効の場合には、前記制御パラメータ調整部での発振検出条件を狭く設定することを特徴とする。

第２の発明は、前記第１の発明の電動機制御装置において、
前記制御パラメータ調整部が所定の調整動作回数を超えた場合には、前記制御パラメータ調整部の発振検出条件をより狭く設定することを特徴とする。

第３の発明は、前記第１または第２の発明の電動機制御装置において、
前記制御パラメータ調整部の発振検出条件が、前記トルク指令の振動成分であることを特徴とする。

第４の発明は前記第１または第２の発明の電動機制御装置において、
前記制御パラメータ調整部の発振検出条件が、前記フィードバック制御部が検出した状態量の振動成分であることを特徴とする。

第５の発明は前記第４の発明の電動機制御装置において、
前記フィードバック制御部が検出する状態量は、前記電動機の位置検出値であることを特徴とする。

第６の発明は前記第４の発明の電動機制御装置において、
前記フィードバック制御部が検出する状態量は、前記電動機の速度検出値であることを特徴とする。

この発明によれば、前記特定の振動周波数としての機械振動の成分に対して、前記ノッチフィルタ部の動作が確実に行われるために、前記機械振動を前記フィードバック制御部の発振状態と誤検出することなく、前記制御パラメータの自動調整を行うことができ、従って、短時間で最適な制御パラメータの調整が可能となる。

この発明の実施の形態を示す電動機制御装置の回路構成図 図１の動作を説明するフローチャート 従来の電動機制御装置（特許文献１）を示す回路構成図 従来の電動機制御装置（特許文献２）を示す回路構成図

図１は、この発明の実施の形態を示す電動機制御装置の回路構成図である。

この電動機制御装置３では、フィードバック制御部として位置制御部１１と速度制御部２１とを備え、入力される位置指令と負荷７の動力源としての電動機６の回転位置を検出する検出器９の検出値としての位置検出値との偏差を偏差演算器１１ａで求め、この偏差を零にするための制御パラメータによる調節演算を位置制御部１１で行っており、この調節演算した結果は電動機６の速度指令として速度制御部２１に伝達される。

この速度指令と、検出器９と速度検出部２３とにより得られた電動機６の回転速度との偏差を偏差演算器２１ａで求め、この偏差を零にするための制御パラメータによる調節演算を速度制御部２１で行っており、この調節演算した結果は電動機６のトルク指令としてノッチフィルタ部３２に伝達される。また、ノッチフィルタ部３２では前記トルク指令に対し、後述の如く特定の振動周波数の成分を除去し、この除去した値を電動機６の電流指令として電流制御部４１へ出力している。さらに、電流制御部４１では前記電流指令と電動機６への駆動電流との偏差を偏差演算器４１ａで求め、この偏差を零にするための調節演算を行い、この調節演算値に見合った出力電圧を電動機６に印加することで、負荷７としての機械を位置指令に対応した所望の位置に整定する位置決め制御動作を行っている。

図１に示した電動機制御装置３において、応答状態測定部７１は、例えばハイパスフィルタ、絶対値回路、ローパスフィルタ、比較回路などで形成され、後述の制御パラメータ調整部７２での位置制御部１１および速度制御部２１の制御パラメータの変更に伴って、電動機６を新たに駆動し、この駆動動作のたびに電動機６の位置検出値、または電動機６の回転速度、若しくは前記トルク指令から前記フィードバック制御部の発振状態を監視する動作を行っている。

また、制御パラメータ調整部７２では、応答状態測定部７１が前記発振状態を検知しないときには、現在の前記制御パラメータの設定値から、位置制御部１１および速度制御部２１の応答速度が速くなるように、前記制御パラメータを再設定して電動機６を駆動するという作業を繰り返す。この作業中に前記フィードバック制御部の発振状態が検知されると、発振状態が無くなるまで位置制御部１１および速度制御部２１の応答速度が遅くなるように制御パラメータに設定・評価・再設定を繰り返す動作を行っている。そして、この一連の作業を複数回リトライしつつ、前記フィードバック制御部の発振状態が無くなるまで調整した後は、このときの前記制御パラメータとしての比例ゲイン，積分ゲインを位置制御部１１および速度制御部２１に保持させる動作を行っている。

また、機械振動検知部７３は、例えば応答状態測定部７１と同じような構成とし、上述の設定動作のたびに電動機６の位置検出値、または電動機６の回転速度、若しくは前記トルク指令の振動状態を監視し、振動状態を検知した場合には、例えば、適応フィルタ手段またはＦＦＴ解析手段などを用いてなるノッチフィルタ調整部７４において、その振動周波数を検知し、検知した振動成分を減衰させるようにノッチフィルタ部７２のノッチ周波数を設定する動作を行っている。ノッチフィルタ調整部７４は、自動調整機能設定部７５からの自動調整機能の切り換え信号に基づいてノッチ周波数の自動調整機能を有効にするか無効にするかが設定される。

図２は、応答状態測定部７１および制御パラメータ調整部７２での処理動作を説明するフローチャートである。

先ず、ステップＳ１において、ノッチフィルタ調整部７４に設定されている自動調整機能が有効か無効かを判断する。

このステップＳ１で、ノッチフィルタ調整部７４の自動調整機能が有効（分岐Ｙ）と設定されている場合には、ステップＳ２に移り、応答状態測定部７１の発振検出閾値Ｖ_thをＶ_th１に設定する。また、ノッチフィルタ調整部７４の自動調整機能が無効（ステップＳ１，分岐Ｎ）と設定されている場合には、ステップＳ３に移り、応答状態測定部７１の発振検出閾値Ｖ_thをＶ_th２に設定する。

上記Ｖ_th１およびＶ_th２と、機械振動検出部７３での振動検出閾値Ｖ_notch との間には、Ｖ_th１ ＞Ｖ_notch ＞Ｖ_th２の関係が成立するように設定しておく。

次に、ステップＳ４において、ステップＳ２またはステップＳ３で設定された発振検出閾値に基づいて、応答状態測定処理を行う。この応答状態測定処理は、検出したフィードバック信号としての電動機６の位置検出値、または電動機６回転速度、若しくは前記トルク指令から、発振検出閾値Ｖ_thと比較するための発振検出信号Ｖ_m を生成する。

上述のステップＳ１からステップＳ４までの処理は応答状態測定部７１にて行われ、また、ステップＳ５以降の処理は、制御パラメータ調整部７２で行われる。

先ず、ステップＳ５では、応答状態測定部７１で設定・処理された発振検出閾値Ｖ_thと発振検出信号Ｖ_m とを比較し、Ｖ_th＞Ｖ_m の関係が成立するとき（分岐Ｙ）には、前記フィードバック制御部の発振状態を検出していないと判断し、自動調整機能の終了判定処理または前記制御パラメータとしての比例ゲイン，積分ゲインの設定値を応答速度が速くなるように調整する処理ステップＳ６に移る。また、Ｖ_th≦Ｖ_m の関係が成立するとき（ステップＳ５，分岐Ｎ）には、前記フィードバック制御部の発振を検出したと判断し、前記制御パラメータとしての比例ゲイン，積分ゲインの設定値を応答速度が遅くなるように調整する処理ステップＳ７に移る。

すなわち、ステップＳ６では、前記制御パラメータの自動調整機能の終了条件を満たしているかどうかを判断し、終了条件を満たしていれば（分岐Ｙ）、調整作業を終了し、終了条件を満たしていなければ（分岐Ｎ）、ステップＳ８に移り、前記制御パラメータとしての比例ゲイン，積分ゲイン（ステップＳ８では、制御ゲインと称している）の設定値を応答速度が速くなるように設定する。このとき、終了条件としては、例えば、前記制御パラメータとしての比例ゲイン，積分ゲインの設定値が予め定めた値まで増大したかまたは減少したか、若しくはステップＳ８の処理とステップＳ９の処理を所定回数繰り返したことなどとすれば良い。

また、ステップＳ７では、前記制御パラメータとしての比例ゲイン，積分ゲイン（ステップＳ７では、制御ゲインと称している）の現在の設定値がミニマム値（以下、ＭＩＮ値と称している）であるかどうかを判断し、ＭＩＮ値であれば（分岐Ｙ）、調整を終了し、ＭＩＮ値でなければ（分岐Ｎ），ステップＳ９に移り、前記制御パラメータとしての比例ゲイン，積分ゲイン（ステップＳ９では、制御ゲインと称している）の設定値を応答速度が遅くなるように設定する。このとき、ＭＩＮ値まで下がって調整を終了した場合は、「異常終了」として警告出力することも行われる。

上述のように、ステップＳ２，Ｓ３において、前記Ｖ_th１とＶ_th２とＶ_notch との間に、Ｖ_th１ ＞Ｖ_notch ＞Ｖ_th２の関係が成立するように設定しておくことで、応答状態測定部７１が、機械振動を前記フィードバック制御部の発振であると誤検出することなく、この機械振動成分に対して、確実にノッチフィルタ部７２でのノッチ周波数を設定することが可能となる。

また、前記制御パラメータの自動調整機能として、ステップＳ４からＳ９までの処理を電動機６の一動作毎に繰り返し行うことによって、位置制御部１１および速度制御部２１の制御パラメータとしての比例ゲイン，積分ゲインの設定値を最適値に設定することが可能になる。

すなわち、この発明の電動機制御装置３では、ステップＳ４での応答状態測定処理において、電動機６の位置検出値、または電動機６の回転速度、若しくは前記トルク指令から前記フィードバック制御部の発振状態を検出する閾値をノッチフィルタ調整部７４の自動調整機能が有効か無効かによって切り換えるようにした点が、従来の電動機制御装置１，２とは異なっている。

その結果、この発明の電動機制御装置３によれば、前記特定の振動周波数としての機械振動の成分に対して、ノッチフィルタ部２２の動作が確実に行われるために、前記機械振動を前記フィードバック制御部としての位置制御部１１，速度制御部２１の発振状態と誤検出することなく、前記制御パラメータとしての位置制御部１１と速度制御部２１の比例ゲイン，積分ゲインの設定値の自動調整を行うことができ、従って、短時間で最適な制御パラメータの調整が可能となる。

なお、図１に示したで電動機制御装置３の回路構成ではフィードバック制御部として位置制御部１１と速度制御部２１とを備えた構成にしているが、位置制御部１１が省略された、すなわち、フィードバック制御部として速度制御部２１のみを備えた構成でも良い。

１〜３…電動機制御装置、６…電動機、７…負荷、８，９…検出器、１１，１３…位置制御部、１２…積分器、２１，２２…速度制御部、２３…速度検出部、３１…ノッチフィルタ、３２…ノッチフィルタ部、４１…電流制御部、５１…制御パラメータ調整部、５２…ノッチ周波数修正部、５３…ノッチ周波数記憶部、６１…機械振動信号生成部、６２…機械振動検出部、６３…振動周波数検出部、６４…速度制御調整部、６５…位置決め判定部、６６…フィードフォワード調整部、６７…フィードフォワード部、７１…応答状態測定部、７２…制御パラメータ調整部、７３…機械振動検知部、７４…ノッチフィルタ調整部。

Claims (6)

1. 電動機の状態量を検出し、この状態量が入力される指令に追従するように制御するフィードバック制御部と、前記フィードバック制御部での演算結果として出力するトルク指令に対し、特定の振動周波数の成分を除去しつつ前記電動機の電流指令として出力するノッチフィルタ部と、この電流指令に追従するように制御された出力電圧を前記電動機に印加する電流制御部とからなる電動機制御装置において、
   前記フィードバック制御部の制御パラメータを自動調整する制御パラメータ調整部と、前記ノッチフィルタ部への前記振動周波数に対応したノッチ周波数を調整するノッチフィルタ調整部とを備え、
   前記ノッチフィルタ調整部での前記ノッチ周波数の自動調整動作が有効の場合には、前記制御パラメータ調整部での発振検出条件を広く設定し、前記ノッチ周波数の自動調整動作が無効の場合には、前記制御パラメータ調整部での発振検出条件を狭く設定することを特徴とする電動機制御装置。
2. 請求項１に記載の電動機制御装置において、
   前記制御パラメータ調整部が所定の調整動作回数を超えた場合には、前記制御パラメータ調整部の発振検出条件をより狭く設定することを特徴とする電動機制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動機制御装置において、
   前記制御パラメータ調整部の発振検出条件が、前記トルク指令の振動成分であることを特徴とする電動機制御装置。
4. 請求項１又は２に記載の電動機制御装置において、
   前記制御パラメータ調整部の発振検出条件が、前記フィードバック制御部が検出した状態量の振動成分であることを特徴とする電動機制御装置。
5. 請求項４に記載の電動機制御装置において、
   前記フィードバック制御部が検出する状態量は、前記電動機の位置検出値であることを特徴とする電動機制御装置。
6. 請求項４に記載の電動機制御装置において、
   前記フィードバック制御部が検出する状態量は、前記電動機の速度検出値であることを特徴とする電動機制御装置。

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