JP2021087276A - モータ制御装置、およびその自動調整方法 - Google Patents
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Abstract
Description
モータ制御系の応答に重畳する振動成分の周波数を基に、前記モータ制御系に含まれる制御器を適応的に調整する自動調整装置を備えるモータ制御装置であって、前記自動調整装置は、前記モータ制御系の応答を入力とし、前記モータ制御系の応答から振動成分を抽出する振動抽出部と、前記振動抽出部で抽出された振動成分を入力とするノッチフィルタ部と、前記ノッチフィルタ部で算出される前記ノッチフィルタ部の内部状態量を入力とする符号化部と、前記ノッチフィルタ部で算出される前記ノッチフィルタ部の出力を入力とするリミッタ部と、前記符号化部の出力および前記リミッタ部の出力を入力とする適応更新部と、前記適応更新部の出力を入力とする単位変換部とからなり、前記符号化部は、前記内部状態量の符号の情報のみを抽出して出力し、前記リミッタ部は、前記ノッチフィルタ部の出力の振幅を制限した情報を算出して出力し、前記適応更新部は、前記符号化部の出力と前記リミッタ部の出力を乗じたものに基づいて、前記ノッチフィルタ部のフィルタパラメータであるノッチ周波数の推定値を逐次に更新して出力し、前記ノッチフィルタ部は、前記適応更新部が逐次に算出・出力した前記推定値を前記ノッチ周波数として逐次に採用し、前記単位変換部は、前記適応更新部が逐次に算出した前記推定値の単位をヘルツに変換しこれを推定値として出力し、前記自動調整装置は前記推定値を用いて、前記モータ制御系に含まれる前記制御器を適応的に調整するものである。
なお、各図において、共通な機能を有する構成要素には同一の番号を付与し、その繰り返しの説明を省略する。また、以降「フィードバック」は「FB」と、「ノッチフィルタ」を「NF」と、「ローパスフィルタ」を「LPF」と、「ハイパスフィルタ」を「HPF」と、「バンドパスフィルタ」を「BPF」と略記する場合がある。
出力yはモータ回転数[rpm]であり、これをセンサ(例えばエンコーダ)を用いて計測し、FB制御器2は出力yの計測値と回転数指令rとに基づいて操作量cを算出し、モータ3に出力する。
ANF41の目的は、aをfdに一致させること、すなわち振動成分の周波数fdを推定することである。これを成すには、(i)の関係にある場合は、aを減少させ、(ii)の関係にある場合はaを増加させられればよい。このようなaの更新の増減(正負)は、e(t)・x(t−1)に基づいて決定できる。具体的には、図5に示すEzとXzの関係によれば(i)の場合は、yd(t)に対するe(t)とx(t−1)は同相となるため、e(t)・x(t−1)は常に正となり、(ii)の場合は、yd(t)に対するe(t)とx(t−1)は逆位相となるため、e(t)・x(t−1)は常に負となることがわかる。e(t)・x(t−1)のこのような特徴をaの更新の増減(正負)の決定に利用したのが式(2)である。
式(1)に示すノッチフィルタのXzの、aLを変化させた際の周波数特性を示したものが図7である。Xzは、aLが低域になればなる程、aL周辺、およびaL以下の周波数帯域でゲインが著大化する傾向にあることがわかる。すなわち、aLが低い程、aLの更新に必要なx(t−1)は著大化する傾向となる。したがって固定小数点演算に用いるビット数が十分でない場合は、x(t−1)の算出時に演算オーバフローが発生する恐れがある。
収束判定部11は様々な実現方法が考えられるが、簡素な構成の一例を図8、及び以下に示す。
差分過程を次式で定義する。
(i)差分過程ε(t)が指定時間Te以内に差分閾値Tεを一度も超過しない、かつ、指定時間Te内のa(t)の最初の値と最後の値の差(傾き)の絶対値が傾き閾値Tεd以内であるとき、収束したと判断し、そのタイミングをt=k、収束判定パルスPls(k)を1に設定する。
(ii)差分過程ε(t)が指定時間Te以内に差分閾値Tεを一度でも超過する、もしくは収束判定パルス発生後、指定時間Tedを経過するまでは収束判定パルスPls(t)は0とする。
もし振動成分ydが単一の正弦波であるならば、aLが振動成分の周波数fdに収束した場合はe(t)=0になるため、aLが振動成分の周波数fdに漸近・収束したか否かはノッチフィルタ部6の出力e(t)の振幅の大小を持って判断可能である。
S101で、振動抽出部5により、モータ制御系の応答から振動成分を抽出する。
S102で、ノッチフィルタ部6に振動成分を入力し、ノッチフィルタ部6の内部状態量xおよび出力eを算出する。
S103で、符号化部8により、内部状態量xの符号の情報のみを抽出し出力する。
S104で、リミッタ部9により、出力eの振幅を制限した情報を算出し出力する。
S105で、適応更新部7により、符号化部8の出力とリミッタ部9の出力を乗じたものに基づいて、ノッチフィルタ部6のフィルタパラメータであるノッチ周波数の推定値を逐次に更新し出力する。ノッチフィルタ部6は、ノッチ周波数の推定値をノッチ周波数として逐次に採用する。そして、S102〜S105を繰り返す。
S106で、単位変換部10により、適応更新部7が逐次に出力した推定値の単位をヘルツに変換し、これを推定値aとして出力する。
S107で、収束判定部11により、ヘルツに変換された推定値aを基に、推定値aが収束したかを判断し、収束したと判断した時点における収束推定値を出力する。
S108で、自動調整装置12が、収束推定値を用いてモータ制御系に含まれる制御器2を適応的に調整する。
さらに、自動調整装置の入力は、モータの回転数情報以外にも、モータの回転位置情報でもよい。また、負荷として接続される機械装置の回転数情報、並進速度情報、回転位置情報、または並進位置情報でもよい。
21…FB制御器、22…制御部、23…実ノッチフィルタ、31…自動調整装置、32…ハイパスフィルタ、33…適応ノッチフィルタ、41…適応ノッチフィルタ、42…離散IIR型ノッチフィルタ、43…適応調整部、81…収束判定パルス算出部、91…自動調整装置、92…更新量調整部、93…適応更新部、
132…速度制御器、133…電流制御器、135…PWM、136…インバータ、137…ACサーボモータ、138…電流検出センサ、139…エンコーダ、141…位置・速度算出部、142…制御対象の機械、143…自動調整装置。
Claims (14)
- モータ制御系の応答に重畳する振動成分の周波数を基に、前記モータ制御系に含まれる制御器を適応的に調整する自動調整装置を備えるモータ制御装置であって、
前記自動調整装置は、前記モータ制御系の応答を入力とし、
前記モータ制御系の応答から振動成分を抽出する振動抽出部と、
前記振動抽出部で抽出された振動成分を入力とするノッチフィルタ部と、
前記ノッチフィルタ部で算出される前記ノッチフィルタ部の内部状態量を入力とする符号化部と、
前記ノッチフィルタ部で算出される前記ノッチフィルタ部の出力を入力とするリミッタ部と、
前記符号化部の出力および前記リミッタ部の出力を入力とする適応更新部と、
前記適応更新部の出力を入力とする単位変換部とからなり、
前記符号化部は、前記内部状態量の符号の情報のみを抽出して出力し、
前記リミッタ部は、前記ノッチフィルタ部の出力の振幅を制限した情報を算出して出力し、
前記適応更新部は、前記符号化部の出力と前記リミッタ部の出力を乗じたものに基づいて、前記ノッチフィルタ部のフィルタパラメータであるノッチ周波数の推定値を逐次に更新して出力し、
前記ノッチフィルタ部は、前記適応更新部が逐次に算出・出力した前記推定値を前記ノッチ周波数として逐次に採用し、
前記単位変換部は、前記適応更新部が逐次に算出した前記推定値の単位をヘルツに変換しこれを推定値として出力し、
前記自動調整装置は前記推定値を用いて、前記モータ制御系に含まれる前記制御器を適応的に調整するモータ制御装置。 - 請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記自動調整装置は、前記単位変換部の出力を入力とする収束判定部を有し、
前記収束判定部は、前記ヘルツに変換された前記推定値を基に、前記推定値が一定に収束したか否かを判断し、収束したと判断した時点における前記ヘルツに変化された収束推定値を出力し、
前記自動調整装置は前記収束推定値を用いて、前記モータ制御系に含まれる前記制御器を適応的に調整することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項2に記載のモータ制御装置において、
前記制御器は、フィードバック制御器の後段に振動を抑制するためのノッチフィルタAを有し、
前記自動調整装置は前記収束推定値を用いて、前記ノッチフィルタAを適応的に調整することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記自動調整装置は、前記内部状態量と前記出力とを入力とする更新量調整部を備え、
前記更新量調整部は、前記適応更新部が前記ノッチ周波数の推定値を逐次に更新する際の、更新幅に関する係数を逐次に更新するものであって、
前記ノッチ周波数の推定値が前記振動成分の周波数に近い場合は、前記更新幅に関する係数を小さくし、
前記ノッチ周波数の推定値が前記振動成分の周波数から遠い場合は前記更新幅に関する係数を大きくし、
これにより前記適応更新部が前記ノッチ周波数の推定値を逐次に更新する際の更新幅を調整可能とすることを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項2に記載のモータ制御装置において、
前記収束判定部は、前記ヘルツに変換された前記推定値の前回値と今回値との差の絶対値を差分過程として算出し、
前記差分過程が所定時間以内に差分閾値を一度も超過しない、かつ前記所定時間の前記推定値の最初の値と最後の値の差(傾き)の絶対値が傾き閾値以内であるとき、前記推定値は収束したと判断し、そのタイミングで前記収束推定値を出力・更新し、
前記差分過程が前記所定時間以内に前記差分閾値を一度でも超過する、もしくは前記推定値を出力・更新後、所定時間を経過するまでは前記収束推定値を更新しないことを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記リミッタ部は、
前記ノッチフィルタ部の出力が所定の上限値以下、かつ所定の下限値以上である場合は、前記ノッチフィルタ部の出力を出力し、
前記ノッチフィルタ部の出力が前記所定の上限値より大きい場合は、前記所定の上限値を出力し、
前記ノッチフィルタ部の出力が下限値より小さい場合は、前記所定の下限値を出力し、
前記符号化部は、
前記ノッチフィルタ部の内部状態量が正の値の場合は1を出力し、
前記ノッチフィルタ部の内部状態量が負の値の場合は−1を出力し、
前記ノッチフィルタ部の内部状態量が0の場合は0を出力することを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記ノッチフィルタ部は、次数が2次の離散IIR型フィルタであることを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記自動調整装置の入力は、モータ制御装置が制御するモータの回転数情報、もしくは回転位置情報であることを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記自動調整装置の入力は、モータ制御装置が制御するモータに、負荷として接続される機械装置の回転数情報、もしくは並進速度情報、もしくは回転位置情報、もしくは並進位置情報、であることを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項1に記載のモータ制御装置において、
モータ制御装置は、ACサーボモータのカスケード・フィードバック制御系であることを特徴とするモータ制御装置。 - モータ制御系の応答に重畳する振動成分の周波数を基に、前記モータ制御系に含まれる制御器を適応的に調整するモータ制御装置の自動調整方法であって、
振動抽出部により、モータ制御系の応答から振動成分を抽出するステップと、
ノッチフィルタ部に前記振動成分を入力し、前記ノッチフィルタ部の内部状態量および出力を算出するステップと、
符号化部により、前記内部状態量の符号の情報のみを抽出し出力するステップと、
リミッタ部により、前記出力の振幅を制限した情報を算出し出力するステップと、
適応更新部により、前記符号化部の出力と前記リミッタ部の出力を乗じたものに基づいて、前記ノッチフィルタ部のフィルタパラメータであるノッチ周波数の推定値を逐次に更新し出力するステップと、
前記ノッチフィルタ部が、前記ノッチ周波数の推定値をノッチ周波数として逐次に採用するステップと、
単位変換部により、前記適応更新部が逐次に出力した前記推定値の単位をヘルツに変換し、これを推定値として出力するステップと、
前記自動調整装置が、前記推定値を用いて前記モータ制御系に含まれる前記制御器を適応的に調整するステップと、
を備えるモータ制御系の自動調整方法。 - 請求項11に記載のモータ制御装置の自動調整方法において、
収束判定部により、前記ヘルツに変換された前記推定値を基に、前記推定値が収束したかを判断し、収束したと判断した時点における収束推定値を出力するステップを備え、
前記自動調整装置が前記収束推定値を用いて、前記実ノッチフィルタを適応的に調整することを特徴とするモータ制御装置の自動調整方法。 - 請求項12に記載のモータ制御装置の自動調整方法において、
前記制御器は、フィードバック制御部の後段に振動を抑制するためのノッチフィルタAを有し、
前記自動調整装置が前記収束推定値を用いて、前記ノッチフィルタAを適応的に調整することを特徴とするモータ制御装置の自動調整方法。 - 請求項11に記載のモータ制御装置の自動調整方法において、
更新量調整部が、
ノッチ周波数の推定値が振動成分の周波数に近い場合は、更新幅に関する係数を小さくし、
ノッチ周波数の推定値が振動成分の周波数から遠い場合は更新幅に関する係数を大きくし、
これにより適応更新部が前記ノッチ周波数の推定値を逐次に更新する際の更新幅を調整可能とすることを特徴とするモータ制御装置の自動調整方法。
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