JP5694428B2 - 固有振動を抑制するモータ制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、モータ及びモータによって駆動される被駆動体からなる対象の固有振動を抑制しながらモータを制御するための制御信号を出力するモータ制御装置に関する。
従来、モータを使用した工作機械、産業機械、ロボット等において、モータ及びモータによって駆動される被駆動体からなる対象の固有振動を抑制するために、対象の固有振動数に対応する中心周波数が設定される帯域阻止フィルタを備えるモータ制御装置が提案されている。
モータ制御装置にこのような帯域阻止フィルタを用いることによって、対象の固有振動数に対応する周波数成分が、モータを制御するための制御信号(例えば、トルク指令)から除去されるので、対象の固有振動を抑制しながらモータを制御することができる。
工作機械の直線移動軸に沿ってモータがボールねじを介して被駆動体を駆動するときにモータと被駆動体との相対位置に応じてボールねじのばね定数が変化する場合等において、移動する被駆動体の位置に応じて対象の固有振動数が変化する。
このように対象の固有振動数が変化する場合、対象の固有振動数に対応する周波数が帯域阻止フィルタの帯域から外れるために対象の固有振動を抑制することができないことがある。
移動する被駆動体の位置に応じて対象の固有振動数が変化する場合でも対象の固有振動を抑制できるようにするために、中心周波数が可変である可変帯域阻止フィルタを備えるモータ制御装置が提案されている(例えば、特許文献1)。
このような可変帯域阻止フィルタを備える従来のモータ制御装置は、制御信号に含まれる周波数成分の大きさ(パワースペクトル)を予め設定された周波数刻み値ごとに抽出し、対象の固有振動数に対応する周波数を、抽出した周波数成分の大きさから検出する。
そして、従来のモータ制御装置は、対象の固有振動数が変化したために可変帯域阻止フィルタの中心周波数が上記周波数刻み値の1以上の整数倍の変化値だけ変化した場合、可変帯域阻止フィルタの中心周波数に変化値を一度に加算又は減算することによって可変帯域阻止フィルタの中心周波数を変化後の固有振動数に対応する周波数に一致させる。
このように対象の固有振動数の変化に応じて変更値を加算又は減少することによって、移動する被駆動体の位置に応じた可変帯域阻止フィルタの中心周波数の変更を適切に行うことができる。
従来のモータ制御装置において制御信号に含まれる周波数成分を抽出するために予め設定される周波数刻み値は、同一の周波数成分抽出範囲及び同一の周波数成分抽出周期(サンプル値を離散フーリエ変換する場合には、サンプリング周期)の条件下では、固有振動の正確な検出よりも固有振動の迅速な検出を優先させたい場合には比較的大きな値(例えば、10Hz)に設定され、固有振動の迅速な検出よりも固有振動の正確な検出を優先させたい場合には比較的小さな値(例えば、1Hz)に設定される。
モータ制御装置が検出し得る固有振動数の最小の変化量は、周波数刻み値が大きくなるに従って大きくなるので、可変帯域阻止フィルタの中心周波数を変更する前に可変帯域阻止フィルタから出力された制御信号と可変帯域阻止フィルタの中心周波数を変更した後に可変帯域阻止フィルタから出力された制御信号との時間当たりの変化量は、周波数刻み値が大きくなるに従って大きくなる。
したがって、移動する被駆動体の位置に応じて可変帯域阻止フィルタの中心周波数を変更した場合、可変帯域阻止フィルタの中心周波数を変更する前に可変帯域阻止フィルタから出力された制御信号と可変帯域阻止フィルタの中心周波数を変更した後に可変帯域阻止フィルタから出力された制御信号との間の変化により、可変帯域阻止フィルタから出力された制御信号の乱れが生じることがある。
可変帯域阻止フィルタから出力された制御信号の乱れは、可変帯域阻止フィルタの中心周波数を変更する前に可変帯域阻止フィルタから出力された制御信号と可変帯域阻止フィルタの中心周波数を変更した後に可変帯域阻止フィルタから出力された制御信号との時間当たりの変化量が大きくなるに従って大きくなる。
そして、可変帯域阻止フィルタから出力された制御信号の乱れが大きくなるに従って機械的なショックが大きくなり、工作機械で加工を行う場合等において加工精度に悪影響を及ぼすおそれがある。
したがって、固有振動の正確な検出よりも固有振動の迅速な検出を優先させたい場合、すなわち、制御信号に含まれる周波数成分を抽出するために予め設定される周波数刻み値を比較的大きな値に設定する必要がある場合、可変帯域阻止フィルタの中心周波数の変更を行ったときに生じる可変帯域阻止フィルタから出力された制御信号の乱れを低減することが要求される。
本発明の目的は、モータ及びモータによって駆動される被駆動体からなる対象の固有振動の迅速な検出を行う場合に可変帯域阻止フィルタの中心周波数の変更を行ったときに生じやすい可変帯域阻止フィルタから出力された制御信号の乱れを低減することができるモータ制御装置を提供することである。
本発明によるモータ制御装置は、モータ及びモータによって駆動される被駆動体からなる対象の固有振動を抑制しながらモータを制御するための制御信号を出力するモータ制御装置であって、制御信号に含まれる周波数成分を、第1の周波数刻み値ごとに抽出する周波数成分抽出部と、周波数成分抽出部が抽出した周波数成分からモータ及びモータによって駆動される被駆動体からなる対象の固有振動数に対応する周波数を検出する周波数検出部と、第1の周波数刻み値より細かい第2の周波数刻み値を設定する周波数刻み値設定部と、周波数検出部の固有振動数に対応する周波数の検出時に固有振動数が第1の周波数刻み値の1以上の整数倍だけ変化した場合には、第2の周波数刻み値を中心周波数に順次加算又は減算するように、中心周波数の変更を行う中心周波数変更部と、制御信号が入力され、変化後の固有振動数に対応する周波数成分を制御信号から除去した後に制御信号を出力するために、中心周波数変更部によって中心周波数が変更可能である可変帯域阻止フィルタと、を備えることを特徴とする。
好適には、本発明によるモータ制御装置は、周波数成分抽出部が抽出する制御信号の周波数成分の範囲を設定する抽出範囲設定部を更に備える。
好適には、本発明によるモータ制御装置は、抽出範囲設定部が設定する制御信号の周波数成分の範囲を変更する設定範囲変更部を更に備える。
本発明によれば、モータ及びモータによって駆動される被駆動体からなる対象の固有振動の迅速な検出を行う場合に可変帯域阻止フィルタの中心周波数の変更を行ったときに生じやすい可変帯域阻止フィルタから出力された制御信号の乱れを低減することができる。
本発明によるモータ制御装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態のモータ制御装置を有するシステムを示す図である。図1に示すシステムは、モータ制御装置1と、アンプ2と、モータ3と、被駆動体4と、位置検出部5と、速度検出部6と、上位制御装置7と、を備える。本実施の形態では、図1に示すシステムは、工作機械の直線移動軸(図示せず)に沿ってモータ3がボールねじ(図示せず)を介して被駆動体4を駆動するために用いられる。
図1は、本発明の実施の形態のモータ制御装置を有するシステムを示す図である。図1に示すシステムは、モータ制御装置1と、アンプ2と、モータ3と、被駆動体4と、位置検出部5と、速度検出部6と、上位制御装置7と、を備える。本実施の形態では、図1に示すシステムは、工作機械の直線移動軸(図示せず)に沿ってモータ3がボールねじ(図示せず)を介して被駆動体4を駆動するために用いられる。
モータ制御装置1は、モータ3の実際の位置θとモータ3に対する位置指令値θcとの偏差Δθ、モータ3の実際の速度Vとモータ3に対する速度指令値Vcとの偏差ΔV及びモータ3の実際の電流値Iとモータ3に対する電流指令値Icとの偏差ΔIが常にゼロになるように制御するフィードバック制御を行う。
アンプ2は、電圧指令値Dcがモータ制御装置1から入力され、電圧指令値にDc応答してモータ3に電力Pを供給する。また、アンプ2は、モータ3の実際の電流値Iを検出し、電流値Iをモータ制御装置1にフィードバックする。
モータ3は、アンプ2から供給された電力Pによって被駆動体4を駆動するサーボモータ等によって構成される。モータ3及び被駆動体4は、弾性、摩擦、質量等を有する物理的な力学系であり、その剛性及び減衰特性が低い場合等には固有振動数において共振し、大きな振幅を有する固有振動を生じる。
位置検出部5は、モータ3の実際の位置θを検出するロータリーエンコーダ等によって構成され、モータの実際の位置θをモータ制御装置1及び速度検出部6に出力する。速度検出部6は、モータの実際の位置θが位置検出部5から入力され、モータの実際の位置θを時間で1階微分することによってモータ3の実際の速度Vを検出し、モータ3の実際の速度Vをモータ制御装置1に出力する。
上位制御装置7は、CNC(数値制御装置)等によって構成され、モータ3に対する位置指令値θcの他に、後に説明する中心周波数初期値設定指令fc、抽出範囲設定指令Rc及び設定範囲変更指令Ccをモータ制御装置1に入力する。
本実施の形態では、モータ制御装置1は、モータ3及びモータ3によって駆動される被駆動体4からなる対象の固有振動を抑制しながらモータ3を制御するための制御信号としてのトルク指令値Tcを出力する。
このために、モータ制御装置1は、位置制御部11と、速度制御部12と、可変帯域阻止フィルタ13と、電流制御部14と、周波数成分抽出部15と、周波数検出部16と、周波数刻み値設定部17と、中心周波数変更部18と、抽出範囲設定部19と、設定範囲変更部20と、を備える。
また、本実施の形態では、上位制御装置7からモータ制御装置1に入力されるモータ3に対する位置指令値θc、中心周波数初期値設定指令Fc、抽出範囲設定指令Rc及び設定範囲変更指令Ccはデジタル信号であり、モータ制御装置1をデジタル回路によって構成する。
具体的には、モータ制御装置1のハードウェアは、CPU等の演算装置、半導体メモリ、磁気記録装置又は光学記録装置の記憶装置、入力装置、出力装置及び入出力インタフェースを用いて構成する。
位置制御部11は、モータ3の実際の位置θ及びモータ3に対する位置指令値θcを用いてモータ3の位置を制御する。このために、位置制御部11は、モータ3の実際の位置θとモータ3に対する位置指令値θcとの偏差Δθを算出し、位置制御ゲインGxをメモリ(図示せず)から取得する。そして、位置制御部11は、位置制御ゲインGxと位置偏差Δθとの積Gx×Δθに相当する速度指令値Vcを生成し、生成した速度指令値Vcを速度制御部12に出力する。
速度制御部12は、モータ3の実際の速度V及びモータ3に対する速度指令値Vcを用いてモータの速度を制御する。このために、速度制御部12は、モータ3の実際の速度Vとモータ3に対する速度指令値Vcとの偏差ΔV及び速度偏差ΔVを1階積分したもの(1階積分速度偏差SΔV)を算出し、比例ゲインGy及び積分ゲインGzをメモリ(図示せず)から取得する。
そして、速度制御部12は、比例ゲインGyと速度偏差ΔVとの積Gy×ΔVと積分ゲインGzと1階積分速度偏差SΔVとの積Gz×SΔVとの和Gy×ΔV+Gz×SΔVに相当する制御信号としてのトルク指令値Tcを生成し、生成したトルク指令値Tcを可変帯域阻止フィルタ13に出力する。
可変帯域阻止フィルタ13は、トルク指令値Tcが入力され、モータ3及びモータ3によって駆動される被駆動体4からなる対象の固有振動数に対応する周波数成分をトルク指令値Tcから除去し、その後、対象の固有振動数に対応する周波数成分が除去された制御信号としてのトルク指令値Tc’を電流制御部14に出力する。
このために、可変帯域阻止フィルタ13は、中心周波数fcを中心とした所定の帯域幅にある周波数成分をトルク指令値Tcから減衰させる。また、可変帯域阻止フィルタ13は、中心周波数fcが可変であり、後に説明するように、中心周波数fcは、中心周波数変更部18によって、対象の固有振動数に対応する周波数fsに設定される。
本実施の形態では、可変帯域阻止フィルタ13は、後に説明する変更値ΔCだけ増大又は減少した後の対象の固有振動数に対応する周波数成分をトルク指令値Tcから除去した後にトルク指令値Tc’を出力するために、中心周波数変更部18によって中心周波数fcが変更可能である。
電流制御部14は、モータ3の実際の電流値I及びモータ3に対する電流指令値Icを用いてモータ3の電流を制御する。このために、電流制御部14は、モータ3の実際の電流値Iがアンプ2から入力され、トルク指令値Tc’をモータ3に対する電流指令値Icに変換する。
そして、電流制御部14は、モータ3の実際の電流値Iとモータ3に対する電流指令値Icとの偏差ΔIに基づいて電圧指令値Dcを生成し、生成した電圧指令値Dcをアンプ2に出力する。
周波数成分抽出部15は、後に説明するように抽出範囲設定部19によって設定された周波数範囲内に含まれるトルク指令値Tcの周波数成分を、第1の周波数刻み値としての周波数刻み値Δf1(例えば、10Hz)ごとに抽出する。このために、周波数成分抽出部15は、サンプリング部15aと、記憶部15bと、演算部15cと、を有する。
サンプリング部15aは、抽出範囲設定部19によって設定された周波数範囲内のトルク指令値Tcに対するサンプリングを周波数刻み値Δf1(すなわち、サンプリング間隔)ごとにN(例えば、N=400)回行うことによってN個のサンプリング値Sn(n=0,...,N−1)を生成する。
記憶部15bは、サンプリング部15aが生成したN個のサンプリング値Snを順次記憶する。演算部15cは、記憶部15bに記憶したサンプリング値Snを離散フーリエ変換することによってトルク指令値Tcの周波数成分Gnを周波数刻み値Δf1ごとに演算し、演算した周波数成分Gnを周波数検出部16に出力する。
トルク指令値のサンプリング周期をTで表し、サンプリング数をNで表し、サンプリングされたトルク指令値をgで表し、トルク指令値の周波数成分(スペクトル成分)を|G|で表し、n=0,1,2,...,N−1とした場合、離散フーリエ変換の式を以下のように定義することができる。
同一の周波数成分抽出範囲及び同一のサンプリング周期の条件下では、周波数刻み値Δf1が大きくなるに従って対象の固有振動を迅速に検出することができる。周波数刻み値Δf1は1/NTで表されるので、例えば、サンプリング周期Tが0.25ミリ秒であり、サンプリング数Nが400個である条件下では、周波数刻み値Δf1が1Hzのときにトルク指令値Tcの周波数成分を取得する時間は1秒となり、周波数刻み値Δf1が10Hzのときにトルク指令値Tcの周波数成分を取得する時間は0.1秒となる。
周波数検出部16は、演算部15cが演算した周波数成分Gnから対象の固有振動数に対応する周波数fsを検出する。本実施の形態では、周波数検出部16は、周波数成分Gnの大きさが所定のしきい値以上である周波数成分に対応する振動数を固有振動数と判断し、判断した固有振動数に対応する周波数fsを検出する。
本実施の形態では、周波数検出部16は、固有振動数に対応する周波数fsが現在可変帯域阻止フィルタ13に設定されている中心周波数fcに一致するか否か、すなわち、固有振動数に対応する周波数fsが変動したか否かを判断する。
このために、周波数検出部16は、今回検出した固有振動数に対応する周波数fsが前回検出した固有周波数に対応する周波数fsと一致するか否かを判断する。固有振動数に対応する周波数fsが変動した場合、周波数検出部16は、中心周波数fcを新たな中心周波数fc(すなわち、今回検出した固有振動数に対応する周波数fs)に変更するために、今回検出した固有振動数に対応する周波数fsを周波数刻み値設定部17及び中心周波数変更部18に出力する。
また、周波数検出部16は、モータ3の駆動直後に設定される中心周波数fcの初期値fi(例えば、250Hz)についての情報を有する中心周波数初期値設定指令Fcが上位制御装置7から入力され、初期値fiと最初に検出した固有振動数に対応する周波数fsとの間の一致があるか否かも判断する。
これらが一致しない場合には、周波数検出部16は、中心周波数fcを新たな中心周波数fc(すなわち、最初に検出した固有振動数に対応する周波数fs)に変更するために、最初に検出した固有振動数に対応する周波数fsを周波数刻み値設定部17及び中心周波数変更部18に出力する。
周波数刻み値設定部17は、周波数fsが周波数検出部16から入力された場合、周波数刻み値Δf1より細かい第2の周波数刻み値としての周波数刻み値Δf2を設定する。本実施の形態では、周波数刻み値設定部17は、周波数刻み値Δf1を2以上の整数(例えば、10)で除算した値である第2の周波数刻み値としての周波数刻み値Δf2を設定する。
また、本実施の形態では、周波数刻み値Δf2を、前回入力された周波数fs又は初期値fiと今回入力された周波数fsとの差、周波数刻み値Δf1及び周波数刻み値Δf2との関係を表すテーブル(図示せず)に基づいて決定する。
中心周波数変更部18は、周波数fsが周波数検出部16から入力された場合、すなわち、周波数検出部16の固有振動数に対応する周波数fsの検出時に固有振動数が周波数刻み値Δf1の1以上の整数倍だけ変化した場合、周波数刻み値Δf2を中心周波数fcに順次加算又は減算するように、中心周波数fcを新たな中心周波数fc(すなわち、今回検出した固有振動数に対応する周波数fs)に変更する。
本実施の形態では、中心周波数変更部18は、移動する被駆動体4の位置に応じて固有振動数に対応する周波数fsが周波数刻み値Δf1に1以上の整数(例えば、1)を乗算した値である変更値ΔC(例えば、ΔC=Δf1)だけ増大した場合には、中心周波数fcの増大量が変更値ΔCに到達するまで周波数刻み値Δf2を中心周波数fcに順次加算することによって、中心周波数fcの変更を行う。
また、中心周波数変更部18は、移動する被駆動体4の位置に応じて固有振動数に対応する周波数fsが変更値ΔCだけ減少した場合には、中心周波数fcの増大量が変更値ΔCに到達するまで周波数刻み値Δf2を中心周波数fcから順次減算することによって、中心周波数fcの変更を行う。
さらに、中心周波数変更部18は、上位制御装置7から入力される中心周波数初期値設定指令Fcに応答して、モータ3の駆動直後に設定される中心周波数fcを初期値fiに設定する。
抽出範囲設定部19は、周波数成分抽出部15が抽出するトルク指令値Tcの周波数成分の範囲(例えば、fi±5Δf1の範囲)についての情報を有する抽出範囲設定指令Rcがモータ3の駆動開始直後に上位制御装置7から入力される。そして、抽出範囲設定部19は、抽出範囲設定指令Rcに応答して、周波数成分抽出部15が抽出するトルク指令値Tcの周波数成分の範囲、すなわち、サンプリング部15aがサンプリングを行うトルク指令値Tcの周波数成分の範囲を設定する。
設定範囲変更部20は、抽出範囲設定部19が設定するトルク指令値Tcの周波数成分の範囲を変更する。このために、上位制御装置7は、抽出範囲設定指令Rcを抽出範囲設定部19に出力してから所定の時間(例えば、モータ3の駆動を開始してから中心周波数fcが最初に設定されるまでに要すると予測される時間)が経過した後に、周波数成分抽出部15が抽出するトルク指令値Tcの周波数成分の変更後の範囲(例えば、fc±2Δf1)についての情報を有する設定範囲変更指令Ccを設定範囲変更部20に入力する。
そして、設定範囲変更部20は、設定範囲変更指令Ccに応答して、抽出範囲設定部19が設定するトルク指令値Tcの周波数成分の範囲を変更する。このために、設定範囲変更部20は、設定範囲変更指令Ccに応答して変更信号Cを抽出範囲設定部19に出力し、抽出範囲設定部19に設定されている指令値Tcの周波数成分の範囲を変更する。
図2は、図1のモータ制御装置の動作のフローチャートである。このフローチャートは、モータ3の駆動開始直後に実行され、モータ制御装置1で実行される処理プログラムによって制御される。
先ず、中心周波数変更部18は、中心周波数fcを初期値fiに設定する(ステップS1)。次に、抽出範囲設定部19は、周波数成分抽出部15が抽出するトルク指令値Tcの周波数成分の範囲を設定する(ステップS2)。
次に、サンプリング部15aは、抽出範囲設定部19によって設定された周波数範囲内のトルク指令値Tcに対するサンプリングを周波数刻み値Δf1ごとに行うことによってサンプリング値Snを生成する(ステップS3)。
次に、記憶部15bは、サンプリング部15aが生成したサンプリング値Snを順次記憶する(ステップS4)。次に、演算部15cは、記憶部15bに記憶したサンプリング値Snを離散フーリエ変換することによってトルク指令値Tcの周波数成分Gnを周波数刻み値Δf1ごとに演算し、演算した周波数成分Gnを周波数検出部16に出力する(ステップS5)。
次に、周波数検出部16は、対象の固有振動数に対応する周波数fsを、演算部15cが演算した周波数成分Gnから検出する(ステップS6)。次に、周波数検出部16は、固有振動数に対応する周波数fsが変動したか否かを判断する(ステップS7)。
固有振動数に対応する周波数fsが変動した場合、周波数検出部16は、固有振動数に対応する周波数fsを周波数刻み値設定部17及び中心周波数変更部18に出力し、周波数刻み値設定部17は、周波数刻み値Δf2を決定する(ステップS8)。
次に、中心周波数変更部18は、現在設定されている中心周波数fcを今回検出した固有振動数に対応するfsに変更することによって新たな中心周波数fcを設定する(ステップS9)。
次に、設定範囲変更部20は、設定範囲変更指令Ccが上位制御装置7から入力されたか否か判断する(ステップS10)。抽出範囲設定指令Rcが上位制御装置7から入力された場合、設定範囲変更部20は、設定範囲変更指令Ccに応答して変更信号Cを抽出範囲設定部19に出力し、抽出範囲設定部19に設定されている指令値Tcの周波数成分の範囲を変更する(ステップS11)。
次に、速度制御部12は、モータ3が停止したか否か、すなわち、モータ3の実際の速度Vがゼロであるか否かを判断する(ステップS12)。モータ3が停止した場合、処理フローを終了する。それに対し、モータが停止していない場合、ステップS3に戻る。
一方、ステップS7で固有振動数に対応する周波数fsが変動しないと判断された場合及びステップS10で抽出範囲設定指令Rcが上位制御装置7から入力されなかったと判断された場合、ステップS12に進む。
図3は、図1のモータ制御装置による可変帯域阻止フィルタの中心周波数の変更を説明するための図である。図3において、周波数刻み値Δf2は、周波数刻み値Δf1を10で除算した値であり、中心周波数fcの変更値ΔCがΔf1であり、移動する被駆動体4の位置に応じて固有振動数に対応する周波数fsが変更値ΔCだけ増大したときに中心周波数fcの増大量が変更値ΔCに到達するまで周波数刻み値Δf2を中心周波数fcに順次加算することによって中心周波数fcをf1からf2に変更する場合について説明する。
時間t1から時間t2までの間にサンプリング、サンプリング値の記憶、離散フーリエ変換、固有振動数に対応する周波数fsの検出、固有振動数に対応する周波数fsの変動の検出及び周波数刻み値Δf2の決定が行われた後、中心周波数変更部18は、実線で示すように、中心周波数fcの増大量が変更値ΔCに到達するまで周波数刻み値Δf2を時間間隔Δtごとに中心周波数fcに順次加算することによって中心周波数fcをf1からf2に変更する。すなわち、中心周波数fcの増大量が変更値ΔCに到達する時間をt3としたとき、t3−t2=9Δtとなる。また、中心周波数fcの変更は、次のサンプリングを終了する前に終了する。
このように中心周波数fcの増大量が変更値ΔCに到達するまで周波数刻み値Δf2を時間間隔Δtごとに中心周波数fcに順次加算して中心周波数fcをf1からf2に変更することによって、中心周波数fcを変更する前に可変帯域阻止フィルタ13から出力されたトルク指令値Tc’と中心周波数fcを変更した後に可変帯域阻止フィルタ13から出力されたトルク指令値Tc’との時間当たりの変化量は、図3において一点鎖線で示すように中心周波数fcに変更値ΔC(すなわち、Δf1)を一度に加算した場合より小さくなる。
したがって、中心周波数fcの増大量が変更値ΔCに到達するまで周波数刻み値Δf2を時間間隔Δtごとに中心周波数fcに順次加算することによって中心周波数fcをf1からf2に変更する場合、可変帯域阻止フィルタ13から出力されたトルク指令値Tc’の乱れは、中心周波数fcに変更値ΔCを一度に加算した場合より小さくなる。
同様に、中心周波数fcの減少量が変更値ΔCに到達するまで周波数刻み値Δf2を時間間隔Δtごとに中心周波数fcから順次減算することによって中心周波数fcをf2からf1に変更する場合、可変帯域阻止フィルタ13から出力されたトルク指令値Tc’の乱れは、中心周波数fcに変更値ΔCを一度に減算した場合より小さくなる。
本実施の形態によれば、中心周波数fcの増大量が変更値ΔCに到達するまで周波数刻み値Δf2を中心周波数fcに順次加算し、又は、中心周波数fcの減少量が変更値ΔCに到達するまで周波数刻み値Δf2を中心周波数fcから順次減算することによって、固有振動の正確な検出よりも固有振動の迅速な検出を優先させたいために周波数刻み値Δf1を比較的大きな値(例えば、10Hz)に設定する必要がある場合でも、可変帯域阻止フィルタ13から出力されたトルク指令値Tc’の乱れを低減することができる。
また、周波数成分抽出部15が抽出するトルク指令値Tcの周波数成分の範囲を設定することによって、演算処理の負荷を低減して固有振動の検出を高速にするとともに、必要な記憶量を減少させることができる。
例えば、サンプリング周期Tが0.25ミリ秒であり、周波数刻み値Δf1が10Hzであり、サンプリング数Nが400個であるときに周波数成分抽出部15が抽出するトルク指令値Tcの周波数成分の範囲を200Hz±50Hzに設定した場合、求める周波数成分の周波数はn/TNによって表されるので、15≦n≦25の範囲について離散フーリエ変換を行えばよく、n=1,2,...,N−1(この場合、1≦n≦399)の範囲の全てについて離散フーリエ変換を行う必要がない。
さらに、周波数成分抽出部15が抽出するトルク指令値Tcの周波数成分の範囲を変更することによって、周波数成分抽出部15が抽出するトルク指令値Tcの周波数成分の範囲を適切に変更することができる。
例えば、抽出するトルク指令値Tcの周波数成分の範囲を最初にfi±5Δf1に設定した後に、抽出するトルク指令値Tcの周波数成分の範囲をfs±2Δf1に変更することができる。このように抽出するトルク指令値Tcの周波数成分の範囲をfi±5Δf1からfs±2Δf1に減少することによって、中心周波数fcを一度設定した後の演算処理の負荷を更に低減して固有振動の検出を更に高速にすることができる。
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、上記実施の形態において、工作機械の直線移動軸(図示せず)に沿ってモータ3がボールねじ(図示せず)を介して被駆動体4を駆動する場合について説明したが、本発明を、ロボット等の重力の影響を受ける軸(重力軸)に沿ってモータ3がボールねじ(図示せず)を介して被駆動体4を駆動する場合等において移動する被駆動体4の位置に応じて対象の固有振動数が変化するときにも適用することができる。
上記実施の形態において、制御信号がトルク指令値Tcである場合について説明したが、制御信号が速度指令値Vc又は電圧指令値Dcである場合にも本発明を適用することができる。制御信号が速度指令値Vcである場合、可変帯域阻止フィルタ13は、位置制御部11と速度制御部12との間に配置され、位置制御部11が速度指令値Vcをサンプリング部15aに出力する。一方、制御信号が電圧指令値Dcである場合、可変帯域阻止フィルタ13は、電流制御部14とアンプ2との間に配置され、電流制御部14が電圧指令値Dcをサンプリング部15aに出力する。
上記実施の形態において、固有振動数に対応する周波数fsが変動したか否かを周波数検出部16で判断する場合について説明したが、固有振動数に対応する周波数fsが変動したか否かを周波数刻み値設定部17及び中心周波数変更部18でそれぞれ判断することもできる。
上記実施の形態において、設定範囲変更部20を抽出範囲設定部19の外側に設ける場合について説明したが、設定範囲変更部20を抽出範囲設定部19の内側に設けることもできる。
上記実施の形態において、周波数刻み値Δf2が周波数刻み値Δf1を2以上の整数で除算した値である場合について説明したが、周波数刻み値Δf2を、周波数刻み値Δf1を2以上の整数で除算した値以外の値に設定することができる。例えば、周波数刻み値Δf1が10Hzに設定され、周波数刻み値Δf2が9Hz及び1Hzに設定され、移動する被駆動体4の位置に応じて固有振動数に対応する周波数fsが10Hzだけ増大した場合、中心周波数fcに9Hz及び1Hzを順次加算することによって、中心周波数fcの変更を行うことができる。
上記実施の形態において、中心周波数fcが変更後の固有振動数に対応する周波数fsに一致するように中心周波数fcの変更を行う場合について説明したが、変更後の固有振動数に対応する周波数fsが可変帯域阻止フィルタ13の帯域内に収まるように中心周波数の変更を行うこともできる。
上記実施の形態において、周波数刻み値Δf1が一定(例えば、10Hz)である場合について説明したが、周波数刻み値Δf1を可変にすることもできる。例えば、周波数刻み値Δf1を、固有振動の正確な検出よりも固有振動の迅速な検出を優先させるために比較的大きな値(例えば、10Hz)に設定した後に固有振動の迅速な検出よりも固有振動の正確な検出を優先させるために比較的小さな値(例えば、1Hz)に変更することができる。
1 モータ制御装置
2 アンプ
3 モータ
4 被駆動体
5 位置検出部
6 速度検出部
7 上位制御装置
11 位置制御部
12 速度制御部
13 可変帯域阻止フィルタ
14 電流制御部
15 周波数成分抽出部
15a サンプリング部
15b 記憶部
15c 演算部
16 周波数検出部
17 周波数刻み値設定部
18 中心周波数変更部
19 抽出範囲設定部
20 設定範囲変更部
2 アンプ
3 モータ
4 被駆動体
5 位置検出部
6 速度検出部
7 上位制御装置
11 位置制御部
12 速度制御部
13 可変帯域阻止フィルタ
14 電流制御部
15 周波数成分抽出部
15a サンプリング部
15b 記憶部
15c 演算部
16 周波数検出部
17 周波数刻み値設定部
18 中心周波数変更部
19 抽出範囲設定部
20 設定範囲変更部
Claims (3)
- モータ及びモータによって駆動される被駆動体からなる対象の固有振動を抑制しながらモータを制御するための制御信号を出力するモータ制御装置であって、
前記制御信号に含まれる周波数成分を、第1の周波数刻み値ごとに抽出する周波数成分抽出部と、
前記周波数成分抽出部が抽出した周波数成分からモータ及びモータによって駆動される被駆動体からなる対象の固有振動数に対応する周波数を検出する周波数検出部と、
前記第1の周波数刻み値より細かい第2の周波数刻み値を設定する周波数刻み値設定部と、
前記周波数検出部の前記固有振動数に対応する周波数の検出時に前記固有振動数が前記第1の周波数刻み値の1以上の整数倍だけ変化した場合には、前記第2の周波数刻み値を中心周波数に順次加算又は減算するように、前記中心周波数の変更を行う中心周波数変更部と、
前記制御信号が入力され、前記変化後の固有振動数に対応する周波数成分を前記制御信号から除去した後に前記制御信号を出力するために、前記中心周波数変更部によって前記中心周波数が変更可能である可変帯域阻止フィルタと、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。 - 前記周波数成分抽出部が抽出する前記制御信号の周波数成分の範囲を設定する抽出範囲設定部を更に備える、請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記抽出範囲設定部が設定する前記制御信号の周波数成分の範囲を変更する設定範囲変更部を更に備える、請求項2に記載のモータ制御装置。
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