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技術 電動機制御装置の機械モデル推定装置

出願人 株式会社安川電機
発明者 小宮剛彦
出願日 2001年9月4日 (20年2ヶ月経過) 出願番号 2001-267566
公開日 2003年3月14日 (18年8ヶ月経過) 公開番号 2003-079174
状態 特許登録済
技術分野 電動機の制御一般 速度帰還を有する電動機の制御一般 フィードバック制御一般
主要キーワード 周波数特性値 機械モデル 慣性モデル 高速フーリエ オートチューニング 剛体モデル 動作指令信号 振動検出器
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (16)

課題

高価な計測装置を用いることなく、作業者が高度な専門知識や経験を持たなくても、容易に機械モデル推定することができ、安価な電動機制御装置機械モデル推定装置を提供する。

解決手段

負荷機械を駆動する電動機4と、電動機4の回転角を検出する回転検出器3と、電動機4を制御するサーボ制御装置2と、を備えた電動機制御装置において、演算装置1は、動作指令信号8と回転検出器信号9とから得た周波数特性から、共振周波数反共振周波数となる突起形状を自動的に算出すると共に、2慣性モデルおよび剛体モデル周波数特性式20で算出された周波数特性に対して、計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出し、2慣性モデルと剛体モデルの周波数特性における計算値計測値最小誤差とをそれぞれ比較することで自動的に機械の特性をモデル化するようにしたものである。

概要

背景

従来、半導体製造装置工作機械などの位置決め装置あるいは産業用ロボットに用いられる電動機制御装置は、図15のようになっている。図15は従来技術を示す電動機制御装置の全体構成図であり、位置決め装置を例にとって説明する。図において、2はサーボ制御装置、3は回転検出器、4は電動機、5は伝達機構、6は可動部、7は非可動部であって、この場合、負荷機械を構成する伝達機構5と可動部6はそれぞれボールネジ、テーブルであり、非可動部7はベースを示している。また、8は動作指令信号、9は回転検出器信号、10は制御信号である。さらに、17は信号発生器、18はFFTアナライザであって、何れも負荷機械の周波数特性を把握し、制御装置サーボ調整に必要な装置として用いている。このような電動機制御装置において、まず、信号発生器17が動作指令信号8を出力した後、該動作指令信号8はサーボ制御装置2へ送られる。次に、サーボ制御装置2に入力される動作指令信号8は電動機4に制御信号10として送られ、電動機4の回転力により伝達機構5を介して可動部6を動作させる。そして、回転検出器3は電動機4の回転検出信号9をサーボ制御装置2を経由してFFTアナライザ18に送っている。それから、FFTアナライザ18では信号発生器17から受け取った動作指令信号8と、サーボ制御装置2から受け取った回転検出信号9を用いて、これらを高速フーリエ演算したあと周波数特性を算出し、その算出結果から負荷機械の特性を判定するようになっている。

概要

高価な計測装置を用いることなく、作業者が高度な専門知識や経験を持たなくても、容易に機械モデル推定することができ、安価な電動機制御装置の機械モデル推定装置を提供する。

負荷機械を駆動する電動機4と、電動機4の回転角を検出する回転検出器3と、電動機4を制御するサーボ制御装置2と、を備えた電動機制御装置において、演算装置1は、動作指令信号8と回転検出器信号9とから得た周波数特性から、共振周波数反共振周波数となる突起形状を自動的に算出すると共に、2慣性モデルおよび剛体モデル周波数特性式20で算出された周波数特性に対して、計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出し、2慣性モデルと剛体モデルの周波数特性における計算値計測値最小誤差とをそれぞれ比較することで自動的に機械の特性をモデル化するようにしたものである。

目的

ところが、従来技術では、負荷機械の周波数特性を計測するために、高価なFFTアナライザ18を必要とすることから、設備コストがかかるという問題があった。また、FFTアナライザ18で計測した周波数特性を判定するには、作業者にとって共振周波数や反共振周波数、減衰などを読み取る高度な専門知識、経験を必要とすることから、時間や労力がかかるという問題があった。そのため、電動機制御装置のサーボ調整を行う際に、実際に計測して得られた周波数特性から自動的に反共振周波数や共振周波数、減衰を読み取り、該制御装置のシミュレーションやサーボ調整に利用できる機械の特性をモデル化することが可能な装置が要求されていた。本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高価な計測装置を用いることなく、また、作業者が高度な専門知識や経験を持たなくても、周波数特性計測値から自動的に反共振周波数や共振周波数、減衰を読み取ることにより、容易にシミュレーションやサーボ調整に利用するための機械モデルを推定することができる、安価な電動機制御装置の機械モデル推定装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

負荷機械を駆動する電動機と、前記電動機の回転角を検出する回転検出器と、前記電動機を制御するサーボ制御装置と、を備えた電動機制御装置において、前記サーボ制御装置に前記電動機を動作させるための動作指令信号を出力する演算装置と、前記演算装置に予め入力される剛体モデルおよびN慣性モデル(Nは2以上の整数)の周波数特性式と、を備え、前記演算装置は、前記動作指令信号と、前記サーボ制御装置から前記演算装置に入力される前記回転検出器の信号とから周波数特性計測する周波数特性計測部と、前記周波数特性計測部で計測した周波数特性の形状から、共振周波数反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部と、前記周波数特性ピーク検出部で検出した共振周波数および反共振周波数から減衰推定する減衰推定値解析部と、前記N慣性モデルの周波数特性式および前記剛体モデルの周波数特性式で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部と、前記周波数特性誤差算出部において得られた前記N慣性モデルの周波数特性の計算値計測値との最小誤差と、前記剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を、実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部と、を設けていることを特徴とする電動機制御装置の機械モデル推定装置

請求項2

前記周波数特性誤差算出部は、前記周波数特性式に、前記動作指令信号と前記回転検出器の信号から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値の誤差を算出するようにしたことを特徴とする請求項1記載の電動機制御装置の機械モデル推定装置。

請求項3

負荷機械を駆動する電動機と、前記負荷機械の振動を検出する振動検出器と、前記電動機を制御するサーボ制御装置と、を備えた電動機制御装置において、前記サーボ制御装置に前記電動機を動作させるための動作指令信号を出力する演算装置と、前記演算装置に予め入力される剛体モデルおよびN慣性モデル(Nは2以上の整数)の周波数特性式と、を備え、前記演算装置は、前記動作指令信号と、前記サーボ制御装置から前記演算装置に入力される前記振動検出器の信号とから周波数特性を計測する周波数特性計測部と、前記周波数特性計測部で計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部と、前記周波数特性ピーク検出部で検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部と、前記N慣性モデルの周波数特性式および前記剛体モデルの周波数特性式で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部と、前記周波数特性誤差算出部において得られた前記N慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、前記剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部と、を設けていることを特徴とする電動機制御装置の機械モデル推定装置。

請求項4

前記周波数特性誤差算出部は、前記周波数特性式に、前記動作指令信号と前記振動検出器の信号から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値の誤差を算出するようにしたことを特徴とする請求項3記載の電動機制御装置の機械モデル推定装置。

技術分野

0001

本発明は、例えば、半導体製造装置工作機械などの位置決め装置あるいは産業用ロボットに用いられる電動機制御装置に関し、特に、サーボ調整を最適に行うための電動機制御装置の機械モデル推定装置に関するものである。

背景技術

0002

従来、半導体製造装置や工作機械などの位置決め装置あるいは産業用ロボットに用いられる電動機制御装置は、図15のようになっている。図15は従来技術を示す電動機制御装置の全体構成図であり、位置決め装置を例にとって説明する。図において、2はサーボ制御装置、3は回転検出器、4は電動機、5は伝達機構、6は可動部、7は非可動部であって、この場合、負荷機械を構成する伝達機構5と可動部6はそれぞれボールネジ、テーブルであり、非可動部7はベースを示している。また、8は動作指令信号、9は回転検出器信号、10は制御信号である。さらに、17は信号発生器、18はFFTアナライザであって、何れも負荷機械の周波数特性を把握し、制御装置のサーボ調整に必要な装置として用いている。このような電動機制御装置において、まず、信号発生器17が動作指令信号8を出力した後、該動作指令信号8はサーボ制御装置2へ送られる。次に、サーボ制御装置2に入力される動作指令信号8は電動機4に制御信号10として送られ、電動機4の回転力により伝達機構5を介して可動部6を動作させる。そして、回転検出器3は電動機4の回転検出信号9をサーボ制御装置2を経由してFFTアナライザ18に送っている。それから、FFTアナライザ18では信号発生器17から受け取った動作指令信号8と、サーボ制御装置2から受け取った回転検出信号9を用いて、これらを高速フーリエ演算したあと周波数特性を算出し、その算出結果から負荷機械の特性を判定するようになっている。

発明が解決しようとする課題

0003

ところが、従来技術では、負荷機械の周波数特性を計測するために、高価なFFTアナライザ18を必要とすることから、設備コストがかかるという問題があった。また、FFTアナライザ18で計測した周波数特性を判定するには、作業者にとって共振周波数反共振周波数減衰などを読み取る高度な専門知識、経験を必要とすることから、時間や労力がかかるという問題があった。そのため、電動機制御装置のサーボ調整を行う際に、実際に計測して得られた周波数特性から自動的に反共振周波数や共振周波数、減衰を読み取り、該制御装置のシミュレーションやサーボ調整に利用できる機械の特性をモデル化することが可能な装置が要求されていた。本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高価な計測装置を用いることなく、また、作業者が高度な専門知識や経験を持たなくても、周波数特性計測値から自動的に反共振周波数や共振周波数、減衰を読み取ることにより、容易にシミュレーションやサーボ調整に利用するための機械モデル推定することができる、安価な電動機制御装置の機械モデル推定装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0004

上記問題を解決するため、請求項1の発明に係わる電動機制御装置の機械モデル推定装置は、負荷機械を駆動する電動機と、前記電動機の回転角を検出する回転検出器と、前記電動機を制御するサーボ制御装置と、を備えた電動機制御装置において、前記サーボ制御装置に前記電動機を動作させるための動作指令信号を出力する演算装置と、前記演算装置に予め入力される剛体モデルおよびN慣性モデル(Nは2以上の整数)の周波数特性式と、を備え、前記演算装置は、前記動作指令信号と、前記サーボ制御装置から前記演算装置に入力される前記回転検出器の信号とから周波数特性を計測する周波数特性計測部と、前記周波数特性計測部で計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部と、前記周波数特性ピーク検出部で検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部と、前記N慣性モデルの周波数特性式および前記剛体モデルの周波数特性式で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部と、前記周波数特性誤差算出部において得られた前記N慣性モデルの周波数特性の計算値計測値最小誤差と、前記剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部とを設けたものである。請求項2の発明は、請求項1記載の電動機制御装置の機械モデル推定装置において、前記周波数特性誤差算出部は、前記周波数特性式に、前記動作指令信号と前記回転検出器の信号から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値の誤差を算出するようにしたものである。請求項3の発明に係る電動機制御装置の機械モデル推定装置は、負荷機械を駆動する電動機と、前記負荷機械の振動を検出する振動検出器と、前記電動機を制御するサーボ制御装置と、を備えた電動機制御装置において、前記サーボ制御装置に前記電動機を動作させるための動作指令信号を出力する演算装置と、前記演算装置に予め入力される剛体モデルおよびN慣性モデル(Nは2以上の整数)の周波数特性式と、を備え、前記演算装置は、前記動作指令信号と、前記サーボ制御装置から前記演算装置に入力される前記振動検出器の信号とから周波数特性を計測する周波数特性計測部と、前記周波数特性計測部で計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部と、前記周波数特性ピーク検出部で検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部と、前記N慣性モデルの周波数特性式および前記剛体モデルの周波数特性式で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部と、前記周波数特性誤差算出部において得られた前記N慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、前記剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部とを設けたものである。請求項4の発明は、請求項3記載の電動機制御装置の機械モデル推定装置において、前記周波数特性誤差算出部は、前記周波数特性式に、前記動作指令信号と前記振動検出器の信号から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値の誤差を算出するようにしたものである。

発明を実施するための最良の形態

0005

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図1は本発明の第1の実施例を示す機械モデル推定装置を備えた電動機制御装置の全体構成図、図2は演算装置の構成を示すブロック図である。なお、本発明の構成要素が従来技術と同じものについて同一符号を付してその説明を省略するとともに、異なる点についてのみ説明する。図において、1は演算装置、1Aは周波数特性計測部、1Bは周波数特性ピーク検出部、1Cは減衰推定値解析部、1Dは周波数特性誤差算出部、1Eは機械モデル判定部、19は入力装置、20は周波数特性式、21は出力装置である。本発明が従来技術と異なる点は、以下のとおりである。すなわち、サーボ制御装置2に電動機4を動作させるための動作指令信号8を出力する演算装置1と、演算装置1に予め入力される剛体モデルおよび2慣性モデルの周波数特性式20とを備えた点である。また、演算装置1は、動作指令信号8と、サーボ制御装置2から演算装置1に入力される回転検出器3の信号9とから負荷機械の周波数特性を計測する周波数特性計測部1Aと、周波数特性計測部1Aで計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部1Bと、周波数特性ピーク検出部1Bで検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部1Cと、2慣性モデルの周波数特性式20および剛体モデルの周波数特性式20で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部1Dと、周波数特性誤差算出部1Dにおいて得られた2慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部1Eと、を設けている。さらに、周波数特性誤差算出部1Dは、周波数特性式20に、動作指令信号8と回転検出器3の信号9から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値との誤差を算出するようにしている。

0006

次に動作について説明する。図3は第1の実施例における演算装置の演算操作手順のうち、周波数特性の計測に関するフローチャートを示したもの、図4は第1の実施例における演算装置の演算操作手順のうち、計測した周波数特性値から機械モデルを判定する操作に関するフローチャートを示したものである。演算装置1の演算操作手順については、周波数特性を計測するステップST1〜ステップST5の各ステップ(図3)と、周波数特性式20に基づいたモデルと計測した周波数特性を比較して、機械の特性をモデル化するステップST6〜ステップST11の各ステップ(図4)とに分かれる。なお、各ステップのうち、ステップST4,5の処理は、図2で示した演算装置1の周波数特性計測部1Aに対応し、ステップST6、7の処理は周波数特性ピーク検出部1Bに対応している。また、ステップST8の処理は減衰推定値解析部1Cに対応すると共に、ステップST9,10の処理は周波数特性誤差算出部1Dに対応し、ステップST11の処理は機械モデル判定部1Eに対応している。

0007

最初に、ステップST1〜ステップST5の周波数特性の計測に関し、図3を用いて説明する。まず、ステップST1では、演算装置1は動作指令信号8を作成する。次に、ステップST2では、演算装置1で出力された動作指令信号8をサーボ制御装置2に転送する。これにより、動作指令信号8と等価な制御信号10を電動機4に送り、該電動機4が動作することで、伝達機構5を介して可動部6が動作し、可動部6は振動を発生する。そして、ステップST3では、回転検出器3が電動機4の回転動作時における回転検出器信号9を検出し、サーボ制御装置2を経由して回転検出器信号9を演算装置1に転送する。それから、ステップST4では、演算装置1で、動作指令信号8と回転検出器信号9を例えばFFT演算し、周波数分析を行う。ステップST5では、演算装置1において周波数分析した動作指令信号8と回転検出器信号9から周波数特性を算出する。ここまでの処理により、周波数特性の計測が完了する。

0008

次に、ステップST6〜ステップST11の機械特性のモデル化について説明する。まず、機械特性のモデル化については、剛体モデルおよび2慣性モデルに分けることができ、それらはそれぞれ図5図6のようになっている。図5は、剛体モデルの概要を示した図である。すなわち、図1に示した電動機4、伝達機構5、可動部6を単純な剛体負荷11(J1+J2)に近似したものとなっている。また、図6は2慣性モデルの概要を示した図である。すなわち、図1に示した電動機4、伝達機構5および可動部6を、電動機側負荷12(J1)と負荷側負荷13(J2)からなる2つのマスと、2つのマス12、13を結ぶバネ14a(K:バネ定数)および減衰14b(D:減衰定数)とより2慣性モデルに近似したものとなっている。なお、剛体負荷11は、電動機側負荷12と負荷側負荷13の和である(J1+J2)と等価となっている。このうち、図5に示した剛体モデルにおいて、動作指令信号8から回転検出器信号9までの周波数特性Hrのモデル式は式(1)となる。

0009

0010

また、図6に示した2慣性モデルにおいて、動作指令信号8から回転検出器信号9までの周波数特性Hfのモデル式は式(2)となる。

0011

0012

剛体モデルへの近似のためには、剛体負荷11もしくは電動機側負荷12と負荷側負荷13の和(J1+J2)がわかれば良い。また、2慣性モデルへの近似のためには、電動機側負荷12(J1)と負荷側負荷13(J2)と、バネ定数Kおよび減衰定数Dがわかれば良い。

0013

図7は第1の実施例における剛体モデルの周波数特性の一例を示した図、図8は第1の実施例における2慣性モデルの周波数特性の一例を示した図であり、何れもモデル式を用いて計算した図を示している。剛体モデルの式(1)は図7のようになだらかな右下がりゲイン特性となるが、2慣性モデルの式(2)は図8のように、突起形状いわゆる山谷を持つゲイン特性となる。図8に示す谷側反共振山側共振と呼び、式(2)から反共振周波数FLは式(3)、共振周波数FHは式(4)と近似できる。

0014

0015

0016

この場合、図8低周波数領域の右下がりの傾きは、式(1)と近似できる。このため、反共振周波数FL、共振周波数FH、電動機側負荷12と負荷側負荷13の和(J1+J2)がわかり、2慣性モデルへの近似が可能となる。また、電動機側負荷12と負荷側負荷13の和(J1+J2)は、負荷機械の寸法や物理特性により算出できる。さらに、予め(J1+J2)を求めていれば、演算装置1に接続した入力装置19にて入力が可能である(例えば、イナーシャ同定方式とオートチューニング:VOL.62、NO.4、技報「安川電機」に記載)。以上から、計測した周波数特性と、式(1)(2)を比較し、剛体モデルと2慣性モデルのどちらが適しているか判定可能となる。

0017

図9は第1の実施例における剛体モデル式の曲線適合結果の一例を示した図、図10は第1の実施例における2慣性モデル式の曲線適合結果の一例を示した図である。なお、図の実線は計測値を、破線は曲線適合結果を示したものである。図9は、左上から右下にかけてなだらかに変化する周波数特性が計測結果であるため、式(1)のグラフと誤差が少なく曲線適合できる。一方、図10は複数の谷と山を持つ周波数特性が計測結果であるため、式(2)のグラフと誤差が少なく曲線適合できる。

0018

以下に、図3のフローチャートにおけるステップST6からステップST11を用いて、機械特性のモデル化の処理を実行する。まず、ステップST6においては、ステップST5で計測した周波数特性から、山側のピーク、谷側のピークを算出する。ピーク算出の方法は公知の複素スペクトル内挿法平滑化微分法などの方法を使用すればよい。次にステップST7で、山側のピーク、谷側のピークを検出できなければ、剛体と判定でき、電動機側負荷12と負荷側負荷13の和(J1+J2)である負荷イナーシャのみで、剛体のパラメータが決定できる。そして、ステップST7で、ピーク検出できていれば、ステップST8に進み、検出したピークの周波数を用いることにより、公知の減衰推定法に基づいて減衰を推定することができる。また、電動機側負荷12と負荷側負荷13の和(J1+J2)が未確定ならば、谷側のピークより低い計測した周波数特性の低周波数領域から、式(1)を用いて、最小二乗法により負荷イナーシャ(J1+J2)を算出してもよい。さらにまた、複数のピークが検出できれば、山側のピーク、谷側のピークの対となる組み合わせを複数組み作成する。そして、ステップST9では、仮設定したピークの対となる組み合わせを、演算装置1に予め入力される2慣性モデルの周波数特性式20つまり式(2)により曲線適合し、式(2)と計測値との誤差を算出する。複数のピークの組み合わせを用いて曲線適合した結果と計測した周波数特性との誤差をそれぞれ算出する。負荷イナーシャ(J1+J2)と、山側のピーク、谷側のピークの対つまり共振および反共振周波数、減衰がわかっているので、演算装置1に入力される周波数特性式20のひとつである式(2)に各値を代入することで、曲線適合できる。各組み合わせの中で、曲線適合した結果との誤差が小さいものが2慣性モデルに最適な山側のピークと谷側のピークの組みとなる。

0019

図11は第1の実施例における誤差が大きい2慣性モデル式の曲線適合結果の一例を示した図である。なお、図の実線は計測値を、破線は曲線適合結果を示したものである。例えば、図10のような共振と反共振の組みでは、誤差が少ないが、図11のような共振と反共振の組みでは誤差が大きいため、最適な2慣性モデルの共振と反共振は、図10の組みとわかる。ステップST10では、ピークが検出された場合でも、演算装置1に入力される周波数特性式20のひとつである式(1)により剛体モデルに曲線適合した結果と計測した周波数特性との誤差を算出しておく。次に、ステップST11で、2慣性モデルの最小の誤差と、剛体モデルの誤差を比較し、剛体モデルの誤差が少ない場合には、剛体モデルと判定できる。2慣性モデルの誤差が少ない場合には、2慣性モデルと判定できる。つまり、式(2)と計測した周波数特性との誤差と、式(1)と計測した周波数特性との誤差を比較して、式(1)と式(2)へのモデル化で、どちらの誤差が小さく、モデルに最適かを判断することができる。

0020

図12は第1の実施例における剛体モデル式の曲線適合への不適の一例を示した図、図13は第1の実施例における2慣性モデル式の曲線適合への不適の一例を示した図である。なお、図の実線は計測値を、破線は曲線適合結果を示したものである。例えば、図12における周波数特性の計測値は複数の谷と山を有しているが、剛体モデルの式(1)にて曲線適合しているため、誤差が大きい。しかし、図10のように、2慣性モデルの式(2)では誤差が小さいため、2慣性モデルと判定することができる。また、図13は左上から右下にかけてなだらかに変化する周波数特性が計測結果であるが、2慣性モデルの式(2)にて曲線適合しているため、誤差が大きい。しかし、図9のように、剛体モデルの式(1)では誤差が小さいため、剛体モデルと判定できる。モデルの判定が完了すれば、演算装置1に接続した出力装置21に結果を出力でき、シミュレーションや電動機制御装置の調整に利用できる。

0021

したがって、第1の実施例は、負荷機械を駆動する電動機4と、電動機4の回転角を検出する回転検出器3と、電動機4を制御するサーボ制御装置2と、を備えた電動機制御装置において、サーボ制御装置2に電動機4を動作させるための動作指令信号8を出力する演算装置1と、演算装置1に予め入力される剛体モデルおよび2慣性モデルの周波数特性式20とを備えた構成。また、演算装置1は、動作指令信号8と、サーボ制御装置2から演算装置1に入力される回転検出器3の信号9とから負荷機械の周波数特性を計測する周波数特性計測部1Aと、周波数特性計測部1Aで計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部1Bと、周波数特性ピーク検出部1Bで検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部1Cと、2慣性モデルの周波数特性式20および剛体モデルの周波数特性式20で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部1Dと、周波数特性誤差算出部1Dにおいて得られた2慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を、実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部1Eとを設けた構成、さらに、周波数特性誤差算出部1Dは、周波数特性式20に、動作指令信号8と回転検出器3の信号9から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値との誤差を算出するようにした構成にしたので、高価な計測装置を用いることなく、また、作業者が高度な専門知識や経験を持たなくても、周波数特性計測値から自動的に反共振周波数や共振周波数、減衰を読み取ることにより、容易にシミュレーションやサーボ調整に利用するための機械モデルを忠実に推定することができ、しかも安価な電動機制御装置の機械モデル推定装置を提供することが可能となる。

0022

本発明の第2の実施例を図に基づいて説明する。図14は本発明の第2の実施例を示す機械モデル推定装置を備えた電動機制御装置の全体構成図である。図において、15は負荷機械の動作状態振動変位振動加速度として検出する振動検出器、16は前記負荷機械の振動検出器信号である。第2の実施例は、第1の実施例で述べた回転検出器に替えて、負荷機械に振動検出器15を用いた場合であり、第1の実施例と同様に実施できる。

0023

剛体モデルの動作指令信号8から検出器15までの周波数特性Hrは式(1)と同様になる。また、2慣性モデルの動作指令信号8から負荷側負荷13の振動検出器15までの周波数特性H‘Fは式(5)となる。

0024

0025

このように、第2の実施例は、第1の実施例の回転検出器に替えて、負荷機械に振動検出器15を用いて実施することにより、第1の実施例同様に、計測した周波数特性の山側のピークを推定し、減衰を推定し、負荷イナーシャを推定し、共振を仮に決定し、共振を変えながら、モデルの周波数特性と比較し、誤差の少ない共振を求め、さらに、剛体モデルと2慣性モデルの周波数特性と比較し、誤差の少ないモデルを判別し、計測した周波数特性を曲線適合し、忠実にモデル化を実施することができる。

0026

なお、本実施例では、機械モデルを剛体モデルと2慣性モデルの2つを用いたが、3慣性モデルなど他のモデルを使用して構わず、判別するモデルの種類を増やしても良い。また、本実施例では、モデルと計測した周波数特性の誤差のみを評価基準としたが、共振周波数のゲイン値の大きさや、反共振周波数と共振周波数のゲインの幅や、周波数などを評価基準に加えてもよい。

発明の効果

0027

以上述べたように、本発明によれば、第1の実施例は、負荷機械を駆動する電動機と、電動機の回転角を検出する回転検出器と、電動機を制御するサーボ制御装置と、を備えた電動機制御装置において、サーボ制御装置に電動機を動作させるための動作指令信号を出力する演算装置と、演算装置に予め入力される剛体モデルおよびN慣性モデル(Nは2以上の整数)の周波数特性式とを備えた構成、また、演算装置は、動作指令信号と、サーボ制御装置から演算装置に入力される回転検出器の信号とから負荷機械の周波数特性を計測する周波数特性計測部と、周波数特性計測部で計測した周波数特性の形状から、共振周波数と反共振周波数となる突起形状を自動的に算出する周波数特性ピーク検出部と、周波数特性ピーク検出部で検出した共振周波数および反共振周波数から減衰を推定する減衰推定値解析部と、N慣性モデルの周波数特性式および剛体モデルの周波数特性式で算出された周波数特性に対して、前記計測して得られた周波数特性との誤差をそれぞれ算出する周波数特性誤差算出部と、周波数特性誤差算出部において得られたN慣性モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差と、剛体モデルの周波数特性の計算値と計測値の最小誤差とを比較し、何れか一方のモデルの誤差が少ない方を実際のモデルと判定するようにした機械モデル判定部と、を設けた構成、さらに、周波数特性誤差算出部は、周波数特性式に、動作指令信号と回転検出器の信号から求めた周波数特性を曲線適合することにより、周波数特性の計算値と計測値との誤差を算出するようにした構成にしたので、高価な計測装置を用いることなく、また、作業者が高度な専門知識や経験を持たなくても、周波数特性計測値から自動的に反共振周波数や共振周波数、減衰を読み取ることにより、容易にシミュレーションやサーボ調整に利用するための機械モデルを忠実に推定することができ、しかも安価な電動機制御装置の機械モデル推定装置を提供することが可能となる。また、第2の実施例は、第1の実施例の回転検出器に替えて、負荷機械に振動検出器を用いて実施することにより、第1の実施例同様の効果を達成することができる。

図面の簡単な説明

0028

図1本発明の第1の実施例を示す機械モデル推定装置を備えた電動機制御装置の全体構成図である。
図2第1の実施例における演算装置の構成を示すブロック図である。
図3第1の実施例における演算装置の演算操作手順のうち、周波数特性の計測に関するフローチャートを示したものである。
図4第1の実施例における演算装置の演算操作手順のうち、計測した周波数特性値に基づいて機械モデルを判定する操作に関するフローチャートを示したものである。
図5剛体モデルの概要を示した図である。
図62慣性モデルの概要を示した図である。
図7第1の実施例における剛体モデルの周波数特性の一例を示した図である。
図8第1の実施例における2慣性モデルの周波数特性の一例を示した図である。
図9第1の実施例における剛体モデル式の曲線適合結果の一例を示した図例である。
図10第1の実施例における2慣性モデル式の曲線適合結果の一例を示した図である。
図11第1の実施例における誤差が大きい2慣性モデル式の曲線適合結果の一例を示した図である。
図12第1の実施例における剛体モデル式の曲線適合への不適の一例を示した図である。
図13第1の実施例における2慣性モデル式の曲線適合への不適の一例を示した図である。
図14本発明の第2の実施例を示す機械モデル推定装置を備えた電動機制御装置の全体構成図である。
図15従来技術を示す電動機制御装置の全体構成図である。

--

0029

1:演算装置
1A:周波数特性計測部
1B:周波数特性ピーク検出部
1C:減衰推定値解析部
1D:周波数特性誤差算出部
1E:機械モデル判定部
2:サーボ制御装置
3:回転検出器
4:電動機
5:伝達機構
6:可動部
7:非可動部
8:動作指令信号
9:回転検出器信号
10:制御信号
11:剛体負荷
12:電動機側負荷
13:負荷側負荷
14a:バネ
14b:減衰
15:振動検出器
16:振動検出器信号
19:入力装置
20:周波数特性式
21:出力装置

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