JP5516682B2 - Vibration control device for feedback control system and motor control device provided with vibration detection device - Google Patents
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Description
本発明は、負荷機械をフィードバック制御するモータ制御装置における振動を検出する振動検出装置及び振動検出装置を備えたモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a vibration detection device that detects vibration in a motor control device that performs feedback control of a load machine, and a motor control device that includes the vibration detection device.
通常、フィードバック制御するモータ制御装置では、負荷位置または速度を高速高精度に目標指令に追従させるため、位置または速度制御部の調整は、徐々に該当する制御ゲインを上げ、その振動状態を監視しながら行われる。この調整の際、制御ゲインの過大設定では、機械系の共振および無駄時間などにより制御系が発振し、音が発生したり、場合によっては機械を破壊したりすることがある。そこで、安全に調整を行なうため、発振前に制御系の振動状態を早く検出することが必要になるのである。 Normally, in a motor control device that performs feedback control, the load position or speed is made to follow the target command at high speed and with high accuracy, so adjustment of the position or speed control unit gradually increases the corresponding control gain and monitors its vibration state. While done. At the time of this adjustment, if the control gain is excessively set, the control system may oscillate due to mechanical system resonance and dead time, and sound may be generated or the machine may be destroyed in some cases. Therefore, in order to make a safe adjustment, it is necessary to detect the vibration state of the control system early before oscillation.
第1の従来技術では、速度オブザーバを構成し、実際の速度と推定速度との差信号に基づいて発振・振動状態を検出している(例えば、特許文献1参照)。 In the first prior art, a speed observer is configured, and an oscillation / vibration state is detected based on a difference signal between an actual speed and an estimated speed (see, for example, Patent Document 1).
第2の従来技術では、検出範囲内におけるトルク指令の各振動振幅値と当該振動での下限ピークと上限ピーク間の各時間を検出し、前記検出値から各振動ごとのエネルギー値を算出し、前記検出範囲におけるトルク指令の振動回数をNとし、1回目から各回数までの振動エネルギー値の各積算値を算出し、前記各積算値の総和を算出し、これを1回からN回目までの前記積算値にN/2を乗じた値と大小比較し、前記各積算値の総和の方が小さければ、発振として検出している(例えば、特許文献2参照)。 In the second prior art, each vibration amplitude value of the torque command within the detection range and each time between the lower limit peak and the upper limit peak in the vibration are detected, and an energy value for each vibration is calculated from the detected value, The number of vibrations of the torque command in the detection range is set to N, each integrated value of vibration energy values from the first time to each number is calculated, the sum of the respective integrated values is calculated, and this is calculated from the first time to the Nth time. A comparison is made with a value obtained by multiplying the integrated value by N / 2, and if the sum of the integrated values is smaller, it is detected as oscillation (see, for example, Patent Document 2).
図6は、第1の従来技術の実施例を示す制御ブロック図である。図において、101は速度制御、102はモータ及び負荷、111はオブザーバのモータ及び負荷イナーシャ分、112はオブザーバの速度制御のゲイン、114は積分、113はオブザーバの速度制御の積分、103はオブザーバの全体である。オブザーバの推定速度ωobと実際の速度ωとの差がある検出レベルを越えたことを観測すると、発振・振動を検出するものである。 FIG. 6 is a control block diagram showing an embodiment of the first prior art. In the figure, 101 is the speed control, 102 is the motor and load, 111 is the motor and load inertia of the observer, 112 is the observer speed control gain, 114 is the integral, 113 is the observer speed control integral, and 103 is the observer speed control. The whole. When it is observed that the difference between the estimated speed ωob of the observer and the actual speed ω exceeds a certain detection level, oscillation / vibration is detected.
図7は、第2の従来技術の実施例を示す制御ブロック図である。図において、201は速度制御器、202は電流制御器、203はモータ、204は機械負荷、205はエンコーダ、206は微分器、207は発振検出器、208はメモリ、209は減算器であり、発振が起きるとトルク指令の振幅値は大きくなるということに着目して、振動エネルギー値をトルク指令Trefの振幅値と振幅値のピークからピークまでの時間(下限ピークから上限ピークまでの時間)で重み付けした関数en(i)で定義して発振を検出するものである。また、発振検出器207はトルク指令Trefを入力して発振検出を行ない、発振を検出すると発振信号をメモリ208に出力し、メモリ208は発振信号を入力して予め速度制御器201より保存しておいた発振前の制御パラメータを速度制御器201の制御パラメータに書き込んで変更するものである。 FIG. 7 is a control block diagram showing an embodiment of the second prior art. In the figure, 201 is a speed controller, 202 is a current controller, 203 is a motor, 204 is a mechanical load, 205 is an encoder, 206 is a differentiator, 207 is an oscillation detector, 208 is a memory, 209 is a subtractor, Focusing on the fact that the amplitude value of the torque command increases when oscillation occurs, the vibration energy value is expressed by the amplitude value of the torque command Tref and the time from the peak to the peak of the amplitude value (the time from the lower limit peak to the upper limit peak). It is defined by a weighted function en (i) to detect oscillation. The oscillation detector 207 receives the torque command Tref to detect oscillation. When oscillation is detected, the oscillation signal is output to the memory 208. The memory 208 receives the oscillation signal and stores it in advance from the speed controller 201. The pre-oscillation control parameter is written in the control parameter of the speed controller 201 and changed.
第1の従来技術では、制御対象のモデルを用いたオブザーバの推定速度ωobと実際速度ωとの差に基づいて振動検出を行なうので、制御対象のパラメータ、特にモータまたは負荷の慣性モーメントの値がずれると、振動が発生しなくても過渡過程におけるオブザーバの推定速度ωobと実際速度ωとの差が大きくなるため発振・振動の検出を正しくできない問題があった。ここで、慣性モーメントの値がずれるということは、同定誤差や負荷変動がある場合に生じるもので、モータを制御するモータ制御装置において、殆どの場合に存在するものである。 In the first prior art, vibration is detected based on the difference between the estimated speed ωob of the observer using the model to be controlled and the actual speed ω, so that the parameter of the controlled object, particularly the value of the moment of inertia of the motor or load is If there is a deviation, the difference between the observer's estimated speed ωob and the actual speed ω in the transient process becomes large even if vibration does not occur, so that there is a problem that oscillation and vibration cannot be detected correctly. Here, the deviation of the value of the moment of inertia occurs when there is an identification error or a load fluctuation, and is present in most cases in a motor control device that controls a motor.
第2の従来技術では、一定な検出時間範囲内における振動エネルギーの平均値を判断時点の振動エネルギーより小さいかどうかに基づいて発振状態の判断を行なう方法なので、完全に発振しないと検出できないという問題点があった。 In the second prior art, the oscillation state is determined based on whether the average value of vibration energy within a certain detection time range is smaller than the vibration energy at the time of determination. There was a point.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータまたは負荷の慣性モーメントの値がずれても振動状態を精度良く検出し、素早く異常を察知して騒音や機械系の損傷等を防止することができ、さらにはノイズが重畳している信号や発振状態にある信号に対しても正確に振動ピークを検出することができるフィードバック制御系の振動検出装置及び振動検出装置を備えたモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and even when the value of the moment of inertia of the motor or load deviates, the vibration state is accurately detected, and abnormalities are quickly detected to detect noise, damage to mechanical systems, etc. And a vibration detection device and a vibration detection device of a feedback control system capable of accurately detecting a vibration peak even for a signal in which noise is superimposed or a signal in an oscillation state An object is to provide a motor control device.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。 In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
本発明は、負荷を連結したモータを制御対象とする制御装置の振動検出装置であって、前記制御装置は、前記制御対象をフィードバック制御して前記モータを制御する制御器を備え、前記振動検出装置は、 前記制御装置の出力信号の上限ピーク値の検出時刻における上限ピーク値からその直前の下限ピーク値を差し引いた値である上下限ピーク値とそれらの発生時刻に基づいて、振動の発生を判断する振動状態判断部、を備えたものである。 The present invention is a vibration detection device for a control device that controls a motor connected to a load, the control device including a controller that controls the motor by feedback controlling the control target, and the vibration detection device. The device generates vibrations based on the upper and lower limit peak values obtained by subtracting the immediately preceding lower limit peak value from the upper limit peak value at the detection time of the upper limit peak value of the output signal of the control device and their occurrence times. A vibration state determination unit for determining is provided.
また、本発明は、前記振動状態判断部が、前記出力信号の上限ピーク値の検出時刻から前記出力信号の下限ピーク値の検出時刻を差し引いた上下限ピークの発生時間に基づいて、振動の発生を判断するものである。 In the present invention, the vibration state determination unit may generate vibration based on the occurrence time of the upper and lower limit peaks obtained by subtracting the detection time of the lower limit peak value of the output signal from the detection time of the upper limit peak value of the output signal. Is to judge.
また、本発明は、振動状態判断部が、前記上下限ピーク値とそれらの発生時刻に基づいて算出した振動強度値と、前記振動強度値を移動平均して算出した振動移動平均強度値と、前記振動移動平均強度値が予め設定された振動強度最小値を超えた時間幅である振動持続時間と、前記振動強度値、前記振動移動平均強度値及び前記振動持続時間のそれぞれに対応する予め設定された閾値との比較と、に基づいて前記制御装置の出力信号の振動の発生を判断するものである。 Further, the present invention, the vibration state determination unit, the vibration intensity value calculated based on the upper and lower limit peak values and their occurrence time, the vibration moving average intensity value calculated by moving average the vibration intensity value, The vibration moving average intensity value is a vibration duration that is a time width exceeding a preset vibration intensity minimum value, and a preset value corresponding to each of the vibration intensity value, the vibration moving average intensity value, and the vibration duration time. The generation of the oscillation of the output signal of the control device is determined based on the comparison with the threshold value.
また、本発明は、負荷を連結したモータを制御対象とする制御装置の振動検出装置であって、前記制御装置は、前記制御対象をフィードバック制御して前記モータを制御する制御器を備え、前記振動検出装置は、前記制御装置の出力信号のピーク検出区間を、横軸を時間軸とした左側区間、右側区間とその両方の区間に含まれる中心点とにより定義し、前記中心点での前記出力信号の値が、前記左側区間及び前記右側区間における前記出力信号の値より大きいときに、前記中心点を上限ピークと判断し、振動の発生を判断するものである。 Further, the present invention is a vibration detection device of a control device that controls a motor connected to a load, the control device comprising a controller that controls the motor by feedback controlling the control target, The vibration detection device defines a peak detection interval of the output signal of the control device by a left-hand interval with a horizontal axis as a time axis, a right-hand interval, and a center point included in both of the intervals, and When the value of the output signal is larger than the value of the output signal in the left section and the right section, the center point is determined as the upper limit peak, and occurrence of vibration is determined.
また、本発明は、負荷を連結したモータを制御対象とする制御装置の振動検出装置であって、前記制御装置は、前記制御対象をフィードバック制御して前記モータを制御する制御器を備え、前記振動検出装置は、前記制御装置の出力信号のピーク検出区間を、横軸を時間軸とした左側区間、右側区間とその両方の区間に含まれる中心点とにより定義し、前記中心点での前記出力信号の値が、前記左側区間及び前記右側区間における前記出力信号の値より小さいときに、前記中心点を下限ピークと判断し、振動の発生を判断するものである。 Further, the present invention is a vibration detection device of a control device that controls a motor connected to a load, the control device comprising a controller that controls the motor by feedback controlling the control target, The vibration detection device defines a peak detection interval of the output signal of the control device by a left-hand interval with a horizontal axis as a time axis, a right-hand interval, and a center point included in both of the intervals, and When the value of the output signal is smaller than the value of the output signal in the left section and the right section, the center point is determined as the lower limit peak, and occurrence of vibration is determined.
また、本発明は、負荷を連結したモータを制御対象とする制御装置の振動検出装置であって、前記制御装置は、前記制御対象をフィードバック制御して前記モータを制御する制御器を備え、前記振動検出装置は、前記制御装置の出力信号のピーク検出区間を、横軸を時間軸とした左側区間、右側区間とその両方の区間に含まれる中心点とにより定義し、さらに、前記中心点での出力信号値C、前記左側区間の最大値MaxL、最小値MinL、前記右側区間の最大値MaxR、最小値MinR、 前記最大値MaxLと前記最小値MinLの差ΔL、前記最大値MaxRと前記最小値MinRの差ΔRを定義し、前記ΔL、前記ΔRとも閾値より大きく、前記最大値MaxL、MaxR及び前記出力信号値Cが等しければ、前記中心点を上限ピークと判断し、前記最大値MaxL、MaxRのいずれか一方が、前記出力信号値Cより大きく、前記最小値MinL、MinR及び前記出力信号値Cが等しければ、前記中心点を下限ピークと判断し、前記出力信号値Cが前記最小値MinL、MinRのいずれにも等しくなければ、ピーク検出区間には上限ピーク及び下限ピークがないと判断し、振動の発生を判断するものである。 Further, the present invention is a vibration detection device of a control device that controls a motor connected to a load, the control device comprising a controller that controls the motor by feedback controlling the control target, The vibration detection device defines a peak detection interval of the output signal of the control device by a left interval, a right interval and a center point included in both intervals with the horizontal axis as a time axis. Output signal value C, maximum value MaxL and minimum value MinL of the left section, maximum value MaxR and minimum value MinR of the right section, difference ΔL between the maximum value MaxL and the minimum value MinL, maximum value MaxR and the minimum If the difference ΔR of the value MinR is defined and both the ΔL and ΔR are larger than the threshold value and the maximum values MaxL, MaxR and the output signal value C are equal, the center point is determined as the upper limit peak, and the maximum value MaxL, One of MaxR If the minimum value MinL, MinR and the output signal value C are greater than the signal value C, the center point is determined as the lower limit peak, and the output signal value C must be equal to both the minimum value MinL and MinR. For example, it is determined that there is no upper limit peak or lower limit peak in the peak detection section, and occurrence of vibration is determined.
また、本発明は、前記制御装置の出力信号のピーク検出区間を予めN個からなる要素の集合とし、前記集合の1つの要素であるピーク検出区間でピーク検出を実施し、前記中心点での前記出力信号の値が、上限ピークあるいは下限ピークと判断されるまで、前記N個のピーク検出区間を順次繰り返して判断し、振動の発生を判断するものである。 In the present invention, the peak detection interval of the output signal of the control device is set as a set of N elements in advance, and peak detection is performed in the peak detection interval that is one element of the set, and at the center point Until the value of the output signal is determined to be the upper limit peak or the lower limit peak, the N peak detection intervals are sequentially determined to determine the occurrence of vibration.
本発明によると、制御対象のモデルがない場合でも、モータまたは負荷の慣性モーメントの値がずれても振動状態を精度良く検出することができる。また、機械共振による振動が大きい減衰振動および不安定振動を速やかに検出でき、更に音がする振動および制御系の遅れによる不安定振動を速やかに検出できる。また更に、ピーク間の時間間隔を用いて振動周波数を検出することができる。
また、本発明によると、完全発振に至らないうちに素早く異常を察知して騒音や機械系の損傷等を防止することができる。
According to the present invention, even when there is no model to be controlled, it is possible to accurately detect the vibration state even if the value of the moment of inertia of the motor or the load is shifted. Further, it is possible to quickly detect a damped vibration and an unstable vibration that are large due to mechanical resonance, and it is also possible to quickly detect an unstable vibration due to a noise and a control system delay. Furthermore, the vibration frequency can be detected using the time interval between peaks.
In addition, according to the present invention, it is possible to quickly detect an abnormality before the complete oscillation is reached and to prevent noise or damage to the mechanical system.
また、本発明によると、出力信号にノイズが重畳しても、出力信号に広範囲の周波数成分を含む振動成分が存在しても、正確なピーク検出ができる。 In addition, according to the present invention, accurate peak detection can be performed even if noise is superimposed on the output signal or vibration components including a wide range of frequency components are present in the output signal.
また、本発明によると、振動検出装置による発振や振動等の発生判断に基づいて、正確に異常停止することができる。 In addition, according to the present invention, an abnormal stop can be accurately stopped based on the determination of occurrence of oscillation or vibration by the vibration detection device.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1におけるフィードバック系の振動検出装置の構成を示すブロック線図である。図において、1は指令信号、12はフィードバック制御装置であって、制御器2と制御対象3を備え、4は出力信号、5は出力フィードバック信号、13はフィードバック制御装置のモデル部であって、制御器2のモデル部6と制御対象3のモデル部7を備え、8は推定出力信号、9は推定出力フィードバック信号、10は出力信号4と推定出力信号8との差信号、14はローパスフィルタ、15は出力の振動成分信号、11は振動状態判断部である。すなわち、振動検出は、フィードバック制御装置12の出力信号4とフィードバック制御装置のモデル部13の推定出力信号8との差信号に基づいて行なう。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a feedback system vibration detection apparatus in Embodiment 1 of the present invention. In the figure, 1 is a command signal, 12 is a feedback control device, comprising a controller 2 and a control object 3, 4 is an output signal, 5 is an output feedback signal, 13 is a model part of the feedback control device, The model unit 6 of the controller 2 and the model unit 7 of the controlled object 3 are provided, 8 is an estimated output signal, 9 is an estimated output feedback signal, 10 is a difference signal between the output signal 4 and the estimated output signal 8, and 14 is a low-pass filter. , 15 is an output vibration component signal, and 11 is a vibration state determination unit. That is, vibration detection is performed based on a difference signal between the output signal 4 of the feedback control device 12 and the estimated output signal 8 of the model unit 13 of the feedback control device.
ここで、このフィードバック系の振動検出装置のモータ制御装置への適用の際は、フィードバック制御装置12が位置制御系の場合、指令信号1は位置指令、制御器2は位置制御または速度制御器、出力信号4は位置検出信号、推定出力信号8は位置推定信号であり、フィードバック制御装置12が速度制御系の場合、指令信号1は速度指令、制御器2は速度制御器、出力信号4は速度検出信号あるいは位置差分信号、推定出力信号8は速度推定信号である。 Here, when this feedback system vibration detection device is applied to a motor control device, when the feedback control device 12 is a position control system, the command signal 1 is a position command, the controller 2 is a position control or speed controller, When the feedback control device 12 is a speed control system, the command signal 1 is a speed command, the controller 2 is a speed controller, and the output signal 4 is a speed. The detection signal or the position difference signal and the estimated output signal 8 are speed estimation signals.
図2は、図1における出力信号4と推定出力信号8との差信号を示す波形図である。図において、横軸は時間軸、縦軸は信号振幅、10は出力信号4と推定出力信号8との差信号である。本波形図は、図1におけるフィードバック系の振動検出装置のモータ制御装置への適用の場合、制御ゲインの調整の際、制御器2のゲインを高く上げてモータが負荷を駆動する際にフィードバック制御装置12が振動し、差信号10にその振動状態が表れたものである。 FIG. 2 is a waveform diagram showing a difference signal between the output signal 4 and the estimated output signal 8 in FIG. In the figure, the horizontal axis is the time axis, the vertical axis is the signal amplitude, and 10 is the difference signal between the output signal 4 and the estimated output signal 8. In the case where the feedback system vibration detection device in FIG. 1 is applied to a motor control device, this waveform diagram shows feedback control when the control gain is adjusted and the gain of the controller 2 is increased so that the motor drives the load. The apparatus 12 vibrates and the vibration state appears in the difference signal 10.
一般的に、フィードバック制御系が振動的な状態になるまで制御ゲインを上げた場合、指令信号1の低中周波数領域においては、出力信号4が指令信号1にほぼ追従するため、制御対象のモデル部7の誤差(例えば、モータまたは負荷の慣性モーメントの値のずれ)がある程度存在しても、この同じ指令信号1に追従する出力信号4と推定出力信号8とは、低中周波数領域における成分がほぼ同じになる。従って、差信号10は、殆ど高周波の振動成分しか含まない。また、この差信号10をローパスフィルタ14に通し、振動成分より高周波のノイズ成分をカットしてから振動状態判断部11に入力する。ここで、ローパスフィルタ14の時定数は、このフィルタのカットオフ周波数が振動周波数より高くなるように設定する。 In general, when the control gain is increased until the feedback control system is in an oscillating state, the output signal 4 substantially follows the command signal 1 in the low and medium frequency region of the command signal 1, so the model to be controlled The output signal 4 and the estimated output signal 8 that follow the same command signal 1 are components in the low / medium frequency region even if there is some error in the unit 7 (for example, a deviation in the value of the moment of inertia of the motor or load). Are almost the same. Therefore, the difference signal 10 contains almost only high-frequency vibration components. Further, the difference signal 10 is passed through the low-pass filter 14 and a noise component having a higher frequency than the vibration component is cut, and then input to the vibration state determination unit 11. Here, the time constant of the low-pass filter 14 is set so that the cutoff frequency of the filter is higher than the vibration frequency.
このように、制御対象のモデル誤差(例えば、モータまたは負荷の慣性モーメントの値のずれ)の影響を受けないためには、ある程度制御ゲインを上げた状態で、本発明の振動検出装置を用いる必要がある。なお、モータ制御装置において、制御応答の追従性の向上等から、制御ゲインを上げた状態で用いるのが一般的である。 Thus, in order not to be affected by the model error of the control target (for example, the deviation of the value of the moment of inertia of the motor or load), it is necessary to use the vibration detection device of the present invention with the control gain increased to some extent. There is. In a motor control device, it is generally used in a state where the control gain is increased in order to improve the follow-up performance of the control response.
次に、図1における振動状態判断部11での振動状態を判断する処理手順を図5のフローチャートを用いて説明する。ただし、以下の説明は、振動状態判断部11が一定のサンプリング周期で働くことを前提とする。 Next, a processing procedure for determining the vibration state in the vibration state determination unit 11 in FIG. 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. However, the following description is based on the assumption that the vibration state determination unit 11 works at a constant sampling period.
(ステップ101)
出力振動成分信号15の振幅ピークをサーチし、ステップ102に進む。
ここで、出力振動成分信号15の振幅ピークをサーチするとは、例えば、振動状態判断部11が、サンプリング周期毎にその出力信号の振幅を監視しておき、数サンプリング周期分の出力信号の振幅値から上限ピーク値または下限ピーク値を判断して検出することである。なお、具体的なサーチ方法の説明は、図9に示したフローチャートを用いて後述する。
(Step 101)
The amplitude peak of the output vibration component signal 15 is searched, and the process proceeds to step 102.
Here, searching for the amplitude peak of the output vibration component signal 15 means, for example, that the vibration state determination unit 11 monitors the amplitude of the output signal for each sampling period, and the amplitude value of the output signal for several sampling periods. Is to detect and detect the upper limit peak value or the lower limit peak value. A specific search method will be described later with reference to the flowchart shown in FIG.
(ステップ102)
上限ピークが検出された時刻において、その上限ピーク値から直前の下限ピーク値を差し引いた値をVppの値とし、また、上限ピークが検出されない時刻においてはVppの値を0とし、ステップ103に進む。ただし、ノイズを除去するため、Vppの絶対値が0でなくても、ある一定の小さい値(一般的に出力信号4の検出分解能とする)より小さければVppの値を0とする。
(Step 102)
At the time when the upper limit peak is detected, a value obtained by subtracting the immediately preceding lower limit peak value from the upper limit peak value is set as the value of Vpp. . However, in order to remove noise, even if the absolute value of Vpp is not 0, the value of Vpp is set to 0 if it is smaller than a certain small value (generally the detection resolution of the output signal 4).
図3は、図2における差信号10に基づいて、ステップ102で算出した上限ピークと下限ピークとの差信号Vpp20を示す図である。一般的に振動周期が過渡時間より遥かに短いので、上限ピークと下限ピークとの差を取ることによって、更に過渡成分を除去し、振動成分を抽出することができるのである。 FIG. 3 is a diagram showing a difference signal Vpp20 between the upper limit peak and the lower limit peak calculated in step 102 based on the difference signal 10 in FIG. Since the vibration period is generally much shorter than the transient time, the transient component can be further removed and the vibration component extracted by taking the difference between the upper limit peak and the lower limit peak.
(ステップ103)
一定時間Tnの間、差信号Vpp20の2乗の移動平均値Pを計算し、ステップ104に進む。ただし、Tnは振動周期の数倍、指令信号1の周期より小さい値で与える。
(Step 103)
During a certain time Tn, the square moving average value P of the difference signal Vpp20 is calculated, and the process proceeds to Step 104. However, Tn is given as a value that is several times the vibration period and smaller than the period of the command signal 1.
図4は、図3における差信号Vpp20に基づいて、ステップ103で算出したP信号30を示す図である。P信号30は振動の密度を表し、騒音および機械破壊のレベルに密接している。 FIG. 4 is a diagram showing the P signal 30 calculated in step 103 based on the difference signal Vpp20 in FIG. The P signal 30 represents the density of vibration and is closely related to the level of noise and mechanical breakdown.
(ステップ104)
P信号30を予め与えられた閾値Pmより小さいかどうか比較し、もし小さければ、ステップ105に進む。もし大きければ、ステップ107に進む。
(Step 104)
It is compared whether the P signal 30 is smaller than a predetermined threshold value Pm. If so, go to Step 107.
また、閾値Pmの値は、騒音と機械を壊さないことを考慮し実験あるいはシミュレーション等によって決める。 Further, the value of the threshold value Pm is determined by experiment or simulation in consideration of noise and not breaking the machine.
(ステップ105)
ステップ103で作成したP信号30に基づいて、次のように振動持続時間Tvをカウンタする。P信号30がある一定の小さい値P0(予め与えられた振動最小値)より大きくなると振動持続時間Tvをカウンタし始め、小さくなると振動持続時間Tvを0にリセットする。また、P0はノイズの影響を考慮し実験あるいはシミュレーション等によって決める。
(Step 105)
Based on the P signal 30 created in step 103, the vibration duration Tv is counted as follows. When the P signal 30 becomes larger than a certain small value P0 (previously given vibration minimum value), the vibration duration Tv starts to be counted, and when it becomes smaller, the vibration duration Tv is reset to zero. P0 is determined by experiment or simulation in consideration of the influence of noise.
(ステップ106)
振動持続時間Tvを予め与えられた閾値Tvmより小さいかどうか比較し、もし小さければ、ステップ101に戻る。もし大きければ、ステップ107に進む。
(Step 106)
It is compared whether or not the vibration duration time Tv is smaller than a predetermined threshold value Tvm. If so, go to Step 107.
一般的に、外部刺激がなくなってから、振動持続時間Tvが長くなるほど完全発振に近づいていると言える。閾値Tvmは、制御ゲインの上げ幅および安全性を考慮して決める。制御ゲインの上げ幅が大きく、しかも絶対に完全発振してはいけない場合に、Tvmを小さく設定すべきである。 In general, it can be said that after the external stimulus disappears, the longer the vibration duration Tv, the closer to complete oscillation. The threshold value Tvm is determined in consideration of the increase in control gain and safety. Tvm should be set small when the amount of increase in the control gain is large and absolutely no oscillation should occur.
(ステップ107)
振動と判定し、制御系を安定させる行動へ進む。すなわち、例えば、制振制御等のアルゴリズムにより制御系を安定させるのである。
(Step 107)
Judge as vibration and proceed to action to stabilize the control system. That is, for example, the control system is stabilized by an algorithm such as vibration suppression control.
このように、フィードバック制御装置の出力信号4とフィードバック制御装置のモデル部7の推定出力信号8との差信号10に基づいて、その振幅ピークをサーチし、上限ピークと下限ピークとの差信号Vpp20を計算することで、制御対象のモデル誤差(例えば、モータまたは負荷の慣性モーメントの値のずれ)および過渡特性の影響を受けず、正確に振動成分を抽出することができる。また、上限ピークと下限ピークとの差信号Vpp20から振動の密度を表す量(P信号30)を計算して振動持続時間Tvを検出し、それらの情報に基づいて振動状態を判断することによって、完全発振に至らないうちに振動状態を判断できるので、素早く異常を察知して騒音や機械系の損傷等を防止することができる。 Thus, based on the difference signal 10 between the output signal 4 of the feedback control device and the estimated output signal 8 of the model unit 7 of the feedback control device, the amplitude peak is searched, and the difference signal Vpp20 between the upper limit peak and the lower limit peak. By calculating the vibration component, it is possible to accurately extract the vibration component without being affected by the model error (for example, deviation of the value of the moment of inertia of the motor or the load) and the transient characteristic. Further, by calculating an amount (P signal 30) representing the density of vibration from the difference signal Vpp20 between the upper limit peak and the lower limit peak to detect the vibration duration Tv and judging the vibration state based on the information, Since the vibration state can be determined before full oscillation occurs, it is possible to quickly detect an abnormality and prevent noise and damage to the mechanical system.
図8は、出力振動成分信号15の振幅ピークをサーチする方法を説明する図である。図において、横軸は時間軸、縦軸は信号振幅、15は出力振動成分信号である。図9は、出力振動成分信号15の振幅ピークをサーチする処理手順を示すフローチャートである。以下、出力振動成分信号15の振幅ピークをサーチする方法について図9に示したフローチャートを用いて説明する。 FIG. 8 is a diagram for explaining a method of searching for the amplitude peak of the output vibration component signal 15. In the figure, the horizontal axis is the time axis, the vertical axis is the signal amplitude, and 15 is the output vibration component signal. FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure for searching for the amplitude peak of the output vibration component signal 15. Hereinafter, a method for searching for the amplitude peak of the output vibration component signal 15 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
(ステップ301)
先ず、出力振動成分信号15のデータをサンプリングする際の区間を設定する回数値をr(r=0,1,2,3,・・・)とし、r=0を初期値設定して、ステップ302に進む。
(Step 301)
First, the number of times for setting a section for sampling the data of the output vibration component signal 15 is set to r (r = 0, 1, 2, 3,...), And r = 0 is set to an initial value, Proceed to 302.
(ステップ302)
回数値rに基づいて2p+1データ点数A=[x1+r,x2+r,・・・,x2p+1+r]の区間を設定して、ステップ303に進む。
ここで、pは予め設定した正の整数(p=1,2,3,4,・・・)であり、pが大きくなるほどピークが正しく検出される振動成分の周波数が小さくなる。
(Step 302)
An interval of 2p + 1 data points A = [x 1 + r , x 2 + r ,..., X 2p + 1 + r ] is set based on the number of times r, and the process proceeds to step 303.
Here, p is a preset positive integer (p = 1, 2, 3, 4,...), And the frequency of the vibration component in which the peak is correctly detected decreases as p increases.
(ステップ303)
ステップ302において設定した区間A=[x1+r,x2+r,・・・,x2p+1+r]における出力振動成分信号15の最大値と最小値を計算して、ステップ304に進む。
(Step 303)
The maximum value and the minimum value of the output vibration component signal 15 in the section A = [x 1 + r , x 2 + r ,..., X 2p + 1 + r ] set in step 302 are calculated. move on.
(ステップ304)
ステップ302において設定した区間の中点xp+1+rの信号振幅が上限ピーク値かどうかチェックする。中点xp+1+rの信号振幅とステップ303において計算した最大値とを比較し、中点xp+1+rの信号振幅が区間の最大値である場合は、ステップ305に進む。一方、中点xp+1+rの信号振幅が区間の最大値でない場合、ステップ306に進む。
(Step 304)
It is checked whether the signal amplitude at the midpoint x p + 1 + r of the section set in step 302 is the upper limit peak value. The signal amplitude of the midpoint x p + 1 + r is compared with the maximum value calculated in step 303. If the signal amplitude of the midpoint x p + 1 + r is the maximum value of the section, the process proceeds to step 305. On the other hand, if the signal amplitude at the midpoint x p + 1 + r is not the maximum value of the section, the process proceeds to step 306.
(ステップ305)
ステップ302において設定した区間値xp+1+r(中点)の信号振幅を上限ピーク値とし、ステップ307に進む。
(Step 305)
The signal amplitude of the section value x p + 1 + r (midpoint) set in step 302 is set as the upper limit peak value, and the process proceeds to step 307.
(ステップ306)
ステップ302において設定した区間の中点xp+1+rの信号振幅が下限ピーク値かどうかチェックする。中点xp+1+rの信号振幅とステップ303において計算した最小値とを比較し、中点xp+1+rの信号振幅が区間の最小値である場合は、ステップ308に進む。一方、中点xp+1+rの信号振幅が区間の最小値でない場合、ステップ310に進む。
(Step 306)
It is checked whether the signal amplitude at the midpoint x p + 1 + r of the section set in step 302 is the lower limit peak value. The signal amplitude of the midpoint x p + 1 + r is compared with the minimum value calculated in step 303. If the signal amplitude of the midpoint x p + 1 + r is the minimum value of the section, the process proceeds to step 308. On the other hand, if the signal amplitude at the midpoint x p + 1 + r is not the minimum value of the section, the process proceeds to step 310.
(ステップ307)
上限ピーク出る時間(ステップ302において設定した区間の中点xp+1+rの時間)をメモリに保存し、ステップ310に進む。
(Step 307)
The time at which the upper limit peak appears (the time of the middle point x p + 1 + r of the section set in step 302) is stored in the memory, and the process proceeds to step 310.
(ステップ308)
ステップ302において設定した区間値xp+1+r(中点)の信号振幅を下限ピーク値とし、ステップ309に進む。
(Step 308)
The signal amplitude of the section value x p + 1 + r (midpoint) set in step 302 is set as the lower limit peak value, and the process proceeds to step 309.
(ステップ309)
下限ピーク出る時間(ステップ302において設定した区間の中点xp+1+rの時間)をメモリに保存し、ステップ310に進む。
(Step 309)
The time when the lower limit peak appears (the time of the middle point x p + 1 + r of the section set in step 302) is stored in the memory, and the process proceeds to step 310.
(ステップ310)
値rに1を足して新たなrとして更新(r=r+1)し、ステップ302に進む。
(Step 310)
Add 1 to the value r to update it as a new r (r = r + 1), and go to Step 302.
以上のように、出力振動成分信号15の上下限ピーク値が検出されるまで、ステップ302〜ステップ310を繰り返す。 As described above, steps 302 to 310 are repeated until the upper and lower limit peak values of the output vibration component signal 15 are detected.
図10は、本発明の実施例2におけるフィードバック系の振動検出装置の構成を示すブロック線図である。図において、図1と同一の作用を持つ構成は同一符号を付している。
実施例2が、実施例1におけるフィードバック系の振動検出装置の構成と異なる点は、図1におけるフィードバック制御装置のモデル部13とローパスフィルタ14の構成を持たず、振動検出は、フィードバック制御装置12の出力信号4とフィードバック制御装置のモデル部13の推定出力信号8との差信号に基づいて行なわない点である。
すなわち、実施例2では、フィードバック制御装置のモデル部13がない場合でも、フィードバック制御装置12の出力信号4に基づいて振動検出を行なうことができる、新たな振動状態判断部51をその構成に備えたものである。
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a feedback system vibration detection apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, components having the same action as in FIG.
The difference between the second embodiment and the configuration of the vibration detection device of the feedback system in the first embodiment is that there is no configuration of the model unit 13 and the low-pass filter 14 of the feedback control device in FIG. This is not performed based on the difference signal between the output signal 4 of the above and the estimated output signal 8 of the model unit 13 of the feedback control device.
That is, in the second embodiment, a new vibration state determination unit 51 that can detect vibration based on the output signal 4 of the feedback control device 12 even when there is no model unit 13 of the feedback control device is provided in the configuration. It is a thing.
ここで、このフィードバック系の振動検出装置のモータ制御装置への適用の際は、フィードバック制御装置12が位置制御系の場合、指令信号1は位置指令、制御器2は位置制御または速度制御器、出力信号4は位置検出信号であり、フィードバック制御装置12が速度制御系の場合、指令信号1は速度指令、制御器2は速度制御器、出力信号4は速度検出信号あるいは位置差分信号である。 Here, when this feedback system vibration detection device is applied to a motor control device, when the feedback control device 12 is a position control system, the command signal 1 is a position command, the controller 2 is a position control or speed controller, The output signal 4 is a position detection signal. When the feedback control device 12 is a speed control system, the command signal 1 is a speed command, the controller 2 is a speed controller, and the output signal 4 is a speed detection signal or a position difference signal.
図11は、図10における出力信号4を示す波形図である。図において、横軸は時間軸、縦軸は信号振幅、4は出力信号である。本波形図は、図10におけるフィードバック系の振動検出装置のモータ制御装置への適用の場合、制御ゲインの調整の際、制御器2のゲインを高く上げて、モータが負荷を駆動する際にフィードバック制御装置12が振動し、出力信号4にその振動状態が表れたものである。 FIG. 11 is a waveform diagram showing the output signal 4 in FIG. In the figure, the horizontal axis is the time axis, the vertical axis is the signal amplitude, and 4 is the output signal. In the case where the feedback system vibration detection device shown in FIG. 10 is applied to the motor control device, this waveform diagram shows feedback when the control gain is increased and the gain of the controller 2 is increased so that the motor drives the load. The control device 12 vibrates and the vibration state appears in the output signal 4.
次に、図10における振動状態判断部51での振動状態を判断する処理手順を図12のフローチャートを用いて説明する。ただし、以下の説明は、振動状態判断部51が一定のサンプリング周期で働くことを前提とする。 Next, a processing procedure for determining the vibration state in the vibration state determination unit 51 in FIG. 10 will be described with reference to the flowchart of FIG. However, the following description is based on the assumption that the vibration state determination unit 51 operates at a constant sampling period.
(ステップ201)
出力信号4の振幅ピークVpをサーチしてピーク値が出る時間tpをメモリ(図示しない)等に格納し、ステップ102に進む。
ここで、出力信号4の振幅ピークVpをサーチするとは、例えば、振動状態判断部51が、サンプリング周期毎に出力信号4の振幅を監視しておき、数サンプリング周期分の出力信号4の振幅値から上限ピーク値または下限ピーク値を判断して検出することである。
また、ピーク値が出る時間tpとは、前述のサーチによる上限ピーク値または下限ピーク値が検出された時刻である。
(Step 201)
The amplitude peak Vp of the output signal 4 is searched and the time tp at which the peak value appears is stored in a memory (not shown) or the like, and the process proceeds to step 102.
Here, the search for the amplitude peak Vp of the output signal 4 means that, for example, the vibration state determination unit 51 monitors the amplitude of the output signal 4 for each sampling period, and the amplitude value of the output signal 4 for several sampling periods. Is to detect and detect the upper limit peak value or the lower limit peak value.
The time tp at which the peak value appears is the time when the upper limit peak value or the lower limit peak value is detected by the above-described search.
図13は、図11における出力信号4に基づいて、ステップ201で算出した出力信号4のピーク(Vp)(上下限ピーク含める)を示す図である。図において、t1、t2、tpはピークが出る時間を示す。 FIG. 13 is a diagram showing the peak (Vp) (including the upper and lower limit peaks) of the output signal 4 calculated in step 201 based on the output signal 4 in FIG. In the figure, t1, t2, and tp indicate the time at which the peak appears.
(ステップ202)
上限ピークが検出された時刻において、その上限ピーク値から直前の下限ピーク値を差し引いた値をVppの値とし、同時に上限ピークに対応する時刻から下限ピークに対応する時刻の差Tppを計算する。上限ピークが検出されない時刻においてはVppの値を0とし、ステップ203に進む。ただし、ノイズを除去するため、Vppの絶対値が0でなくても、ある一定の小さい値(一般的に出力信号4の検出分解能とする)より小さければVppの値を0とする。
図14は、図11における出力信号4に基づいて、ステップ202で算出した上限ピークから下限ピークの差信号Vppを示す図である。一般的に振動周期が過渡時間より遥かに短いので、上限ピークと下限ピークとの差を取ることによって、更に過渡成分を除去し、振動成分を抽出することができるのである。
(Step 202)
At the time when the upper limit peak is detected, a value obtained by subtracting the immediately preceding lower limit peak value from the upper limit peak value is set as the value of Vpp, and at the same time, a time difference Tpp corresponding to the lower limit peak is calculated from the time corresponding to the upper limit peak. At the time when the upper limit peak is not detected, the value of Vpp is set to 0 and the process proceeds to step 203. However, in order to remove noise, even if the absolute value of Vpp is not 0, the value of Vpp is set to 0 if it is smaller than a certain small value (generally the detection resolution of the output signal 4).
FIG. 14 is a diagram showing the difference signal Vpp from the upper limit peak to the lower limit peak calculated in step 202 based on the output signal 4 in FIG. Since the vibration period is generally much shorter than the transient time, the transient component can be further removed and the vibration component extracted by taking the difference between the upper limit peak and the lower limit peak.
(ステップ203)
ゼロではない、ステップ202で算出した上限ピークから下限ピークの差信号Vpp値を、対応する上下限ピーク間の時間間隔Tppで割って得た値を振動強度Appとして計算し、ステップ104に進む。
ここで定義した振動強度Appは、出力信号4の振動状態の波形(図11)に基づいた上限ピークから下限ピークの差信号Vpp値(図14)の単位時間当たりの振幅値を、その振動の強度として表すものである。
図15は、図14における差信号Vppに基づいて、ステップ203で算出した振動強度信号Appを示す図である。
(Step 203)
A value obtained by dividing the difference signal Vpp value between the upper limit peak and the lower limit peak calculated in step 202, which is not zero, by the time interval Tpp between the corresponding upper and lower limit peaks is calculated as the vibration intensity App, and the process proceeds to step 104.
The vibration intensity App defined here is the amplitude value per unit time of the difference signal Vpp value (FIG. 14) from the upper limit peak to the lower limit peak based on the vibration state waveform of the output signal 4 (FIG. 11). It is expressed as strength.
FIG. 15 is a diagram showing the vibration intensity signal App calculated in step 203 based on the difference signal Vpp in FIG.
(ステップ204)
ステップ203で得られた振動強度信号Appを予め与えられた閾値Appmと比較し、振動強度信号Appが閾値Appmより小さい場合、ステップ205に進む。逆に大きい場合、ステップ209に進む。
ここで、予め与えられた閾値Appmは、例えば、図10におけるフィードバック系の振動検出装置のモータ制御装置への適用の場合、モータ制御装置が駆動する負荷機械等が破損しないまたは騒音が大きくない値、あるいは位置決め時に許容される位置決め精度内の値などに決定すればよい。
(Step 204)
The vibration intensity signal App obtained in step 203 is compared with a predetermined threshold value Appm. If the vibration intensity signal App is smaller than the threshold value Appm, the process proceeds to step 205. On the other hand, if larger, the process proceeds to step 209.
Here, for example, in the case where the threshold value Appm given in advance is applied to the motor control device of the vibration detection device of the feedback system in FIG. 10, the load machine driven by the motor control device is not damaged or the noise is not large. Alternatively, it may be determined to a value within the positioning accuracy allowed at the time of positioning.
(ステップ205)
振動強度信号Appの移動平均値Avを計算し、ステップ206に進む。信号の移動平均に要する一定時間Taの値は、検出すべき振動の最大周期の数倍とする。
ここで、振動強度信号Appの移動平均値Avは、騒音および機械破壊のレベルを示すものであり、高周波成分強調するものである。
図16は、図15における振動強度信号Appに基づいて、ステップ205で算出した振動移動平均強度信号Avを示す図である。
(Step 205)
The moving average value Av of the vibration intensity signal App is calculated, and the process proceeds to step 206. The value of the fixed time Ta required for the moving average of the signal is several times the maximum period of the vibration to be detected.
Here, the moving average value Av of the vibration intensity signal App indicates the level of noise and mechanical breakdown, and emphasizes high frequency components.
FIG. 16 is a diagram showing the vibration moving average intensity signal Av calculated in step 205 based on the vibration intensity signal App in FIG.
(ステップ206)
ステップ205で得られた振動移動平均強度信号Avを予め与えられた閾値Avmと比較し、振動移動平均強度信号Avが閾値Avmより小さい場合、ステップ107に進む。逆に大きい場合、ステップ209に進む。
ここで、予め与えられた閾値Avmは、例えば、図10におけるフィードバック系の振動検出装置のモータ制御装置への適用の場合、モータ制御装置が駆動する負荷機械等が破損しないまたは騒音が大きくない値、あるいは位置決め時に許容される位置決め精度内の値などに決定すればよい。
(Step 206)
The vibration moving average intensity signal Av obtained in step 205 is compared with a predetermined threshold value Avm. If the vibration moving average intensity signal Av is smaller than the threshold value Avm, the process proceeds to step 107. On the other hand, if larger, the process proceeds to step 209.
Here, the threshold value Avm given in advance is, for example, a value that does not damage the load machine or the like driven by the motor control device in the case of application to the motor control device of the vibration detection device of the feedback system in FIG. Alternatively, it may be determined to a value within the positioning accuracy allowed at the time of positioning.
(ステップ207)
ステップ205で得られた振動移動平均強度信号Avに基づいて、次のように振動持続時間Tvをカウンタする。振動移動平均強度信号Avが一定の小さい値P0(予め与えられた振動最小値)より大きくなると振動持続時間Tvをカウンタし始め、小さくなると振動持続時間Tvを0にリセットする。また、P0はノイズの影響を考慮し実験あるいはシミュレーション等によって決める。ここで、振動持続時間Tvは、振動移動平均強度信号Avが連続的に0でない時間である。
図17は、図16における振動移動平均強度信号Avに基づいて、ステップ207で算出した振動持続時間Tvを示す図である。
(Step 207)
Based on the vibration moving average intensity signal Av obtained in step 205, the vibration duration Tv is counted as follows. When the vibration moving average intensity signal Av becomes larger than a certain small value P0 (previously given vibration minimum value), the vibration duration Tv starts to be counted, and when it becomes smaller, the vibration duration Tv is reset to zero. P0 is determined by experiment or simulation in consideration of the influence of noise. Here, the vibration duration Tv is a time when the vibration moving average intensity signal Av is not continuously zero.
FIG. 17 is a diagram showing the vibration duration Tv calculated in step 207 based on the vibration moving average intensity signal Av in FIG.
(ステップ208)
振動持続時間Tvを予め与えられた閾値Tvmと比較し、振動持続時間Tvが閾値Tvmより小さい場合、ステップ201に進む。逆に大きい場合、ステップ209に進む。
一般的に、外部刺激がなくなってから、振動持続時間Tvが長くなるほど完全発振に近づいていると言えるため、予め与えられた閾値Tvmは、制御ゲインの上げ幅および安全性を考慮して決め、制御ゲインの上げ幅が大きく、しかも絶対に完全発振してはいけない場合に、予め与えられた閾値Tvmを小さく設定すべきである。
(Step 208)
The vibration duration time Tv is compared with a predetermined threshold value Tvm. If the vibration duration time Tv is smaller than the threshold value Tvm, the process proceeds to step 201. On the other hand, if larger, the process proceeds to step 209.
Generally, since it can be said that the longer the vibration duration Tv is, the closer to complete oscillation after the external stimulus is eliminated, the predetermined threshold value Tvm is determined in consideration of the increase in control gain and safety, and the control is performed. When the gain increase range is large and absolutely no oscillation should occur, the threshold value Tvm given in advance should be set small.
(ステップ209)
振動と判定し、制御系を安定させる行動へ進む。すなわち、例えば、制振制御等のアルゴリズムにより制御系を安定させるのである。
(Step 209)
Judge as vibration and proceed to action to stabilize the control system. That is, for example, the control system is stabilized by an algorithm such as vibration suppression control.
このように、ステップ201ないし208の処理手順を実行する振動状態判断部51を備えたので、フィードバック制御装置のモデル部13がない場合でも、フィードバック制御装置12の出力信号4に基づいて振動検出を行なうことができるのである。また、実施例1と同様、完全発振に至らないうちに振動状態を判断できるので、素早く異常を察知して騒音や機械系の損傷等を防止することができる。 As described above, since the vibration state determination unit 51 that executes the processing procedure of steps 201 to 208 is provided, vibration detection is performed based on the output signal 4 of the feedback control device 12 even when the model unit 13 of the feedback control device is not provided. It can be done. Further, as in the first embodiment, since the vibration state can be determined before the complete oscillation is reached, it is possible to quickly detect an abnormality and prevent noise and mechanical system damage.
図18は、本発明の実施例3におけるフィードバック系の振動検出装置の構成を示すブロック線図である。図において、図10と同一の作用を持つ構成は同一符号を付している。
実施例3が、実施例2におけるフィードバック系の振動検出装置の構成と異なる点は、図10における振動状態判断部51を新たな振動状態判断部52に置き換えた点である。
なお、振動状態判断部52は、振動状態判断部51におけるフィードバック制御装置12の出力信号4のピーク検出処理を以下に示す処理に置き換えたものである。
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a feedback system vibration detecting apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, components having the same action as in FIG.
The difference between the third embodiment and the configuration of the vibration detection device of the feedback system in the second embodiment is that the vibration state determination unit 51 in FIG. 10 is replaced with a new vibration state determination unit 52.
The vibration state determination unit 52 is obtained by replacing the peak detection process of the output signal 4 of the feedback control device 12 in the vibration state determination unit 51 with the following process.
図19は、図18における出力信号4を示す波形図である。図において、横軸は時間軸、縦軸は信号振幅、4は出力信号である。40は1回のピーク検出処理でピーク検出を行なう区間、41はピーク検出を行なう全体区間で区間40のN回分の区間となっている。 FIG. 19 is a waveform diagram showing the output signal 4 in FIG. In the figure, the horizontal axis is the time axis, the vertical axis is the signal amplitude, and 4 is the output signal. 40 is a section in which peak detection is performed by one peak detection process, and 41 is an entire section in which peak detection is performed.
図20は、フィードバック系の振動検出装置において、ピーク検出する処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて本発明の方法を順を追って説明する。 FIG. 20 is a flowchart showing a processing procedure for peak detection in the feedback vibration detection apparatus. The method of the present invention will be described step by step with reference to this figure.
ピーク検出全体区間41で行われる出力信号4の上側及び下側のピーク値の検出方法について説明する。 A method for detecting the upper and lower peak values of the output signal 4 performed in the entire peak detection section 41 will be described.
(ステップ401)
先ず、出力信号4のピーク検出するピーク検出全体区間41を設定するために、i=1 に初期値設定して、ステップ402に進む。
(Step 401)
First, in order to set the entire peak detection section 41 for detecting the peak of the output signal 4, i = 1 is set as an initial value, and the process proceeds to step 402.
(ステップ402)
設定されたピーク検出全体区間41でデータサンプリングを行なう。サンプリングしたデータはX=[x(i-2p(N)), x(i-2p(N)+1), …, x(i)]に格納して、ステップ403に進む。
ここで、集合P(P=[p(1), p(2), … , p(N)])はピーク検出する際の区間を設定するため予め設定した集合であり、集合Pの各要素は正の整数である。また、p (1) <p(2)<・・・<p(N)、Nは集合Pの要素の数である。
(Step 402)
Data sampling is performed in the set peak detection entire section 41. The sampled data is stored in X = [x (i−2p (N)), x (i−2p (N) +1),..., X (i)], and the process proceeds to step 403.
Here, the set P (P = [p (1), p (2),..., P (N)]) is a set that is set in advance to set an interval for peak detection, and each element of the set P Is a positive integer. Further, p (1) <p (2) <... <P (N), N is the number of elements of the set P.
正確にピーク検出できる振動成分の周波数fMは、検出区間のデータ点数RM、データサンプリング周期Tsとの間に(1)式の関係がある。さらに、正確にピーク検出するために必要とするデータ点数は、振動周波数により異なり、振動周波数fM、fmの必要なデータ点数をそれぞれRM、Rmとし、fM>fmとすれば、RMとRmは(2)式の関係にあるので、出力信号4に含まれる周波数成分により、振動検出区間でのサンプリングデータ点数を決定すると効果的である。 The frequency fM of the vibration component that can accurately detect the peak has the relationship of the equation (1) between the number of data points RM in the detection section and the data sampling period Ts. Furthermore, the number of data points required for accurate peak detection differs depending on the vibration frequency. If the necessary data points of the vibration frequencies fM and fm are RM and Rm, respectively, and fM> fm, RM and Rm are ( Since there is a relationship of the expression (2), it is effective to determine the number of sampling data points in the vibration detection section based on the frequency component included in the output signal 4.
(ステップ403)
ステップ402でサンプリングしたデータを用いて、ピーク検出全体区間41でのピーク検出処理を実施し、ステップ404に進む。
なお、ピーク検出全体区間41でのピーク検出処理は、図21に示したフローチャートを用いて後述する。
(Step 403)
Using the data sampled in step 402, the peak detection process in the entire peak detection section 41 is performed, and the process proceeds to step 404.
The peak detection process in the entire peak detection section 41 will be described later using the flowchart shown in FIG.
(ステップ404)
ピーク検出全体区間41を更新(i=i+1)して、ステップ402に進む。
(Step 404)
The entire peak detection section 41 is updated (i = i + 1), and the process proceeds to step 402.
以上のように、ステップ402〜ステップ404を繰り返し、出力信号4の上側及び下側のピーク値を検出する。 As described above, steps 402 to 404 are repeated to detect the upper and lower peak values of the output signal 4.
次に、ステップ403で実施するピーク検出全体区間41でのピーク検出処理を、図21に示したフローチャートを用いて説明する。 Next, the peak detection process in the entire peak detection section 41 performed in step 403 will be described using the flowchart shown in FIG.
(ステップ501)
ステップ501において、ピーク検出区間40を第1区間に設定するために、j=1に初期化してステップ502に進む。
(Step 501)
In step 501, in order to set the peak detection section 40 to the first section, j = 1 is initialized, and the process proceeds to step 502.
(ステップ502)
値iとjに基づいて、ステップ402で格納しておいたデータXを、L=[ x(i-p(N)−p(j)), x(i-p(N)−p(j)+1), …, x(i-p(N))] の左区間とR=[x(i-p(N)), x(i-p(N)+1), …, x(i-p(N)+p(j))]の右区間に区分し、ステップ503に進む。
なお、ピーク検出全体区間41の中心点x(i-p(N))は、左区間L、右区間Rの両方に含むように区分される。
(Step 502)
Based on the values i and j, the data X stored in step 402 is converted into L = [x (ip (N) −p (j)), x (ip (N) −p (j) +1). ,…, X (ip (N))] and R = [x (ip (N)), x (ip (N) +1),…, x (ip (N) + p (j)) ] To the right section, and proceed to step 503.
The center point x (ip (N)) of the entire peak detection section 41 is divided so as to be included in both the left section L and the right section R.
(ステップ503)
ステップ502において区分された左右区間の共通の要素である、ピーク検出区間40の中心点x(i-p(N))がピークかどうかの判断処理を実施し、ステップ504に進む。
なお、ここで実施されるピーク判断処理は、図22に示したフローチャートを用いて後述する。
(Step 503)
A determination process is performed to determine whether the center point x (ip (N)) of the peak detection section 40, which is a common element in the left and right sections divided in step 502, is a peak, and the process proceeds to step 504.
In addition, the peak determination process implemented here is later mentioned using the flowchart shown in FIG.
(ステップ504)
中心点x(i-p(N))がピークとあると判断された場合は、ステップ507に進み、ピークと判断されなければ、ステップ505に進む。
(Step 504)
If it is determined that the center point x (ip (N)) has a peak, the process proceeds to step 507, and if it is not determined to be a peak, the process proceeds to step 505.
(ステップ505)
ピーク検出処理が、ピーク検出全体区間41にわたって実施されたかを値jとNを比較して判断し、N回分実施されていれば、ステップ507に進み、そうでなければ、ステップ506に進む。
(Step 505)
Whether or not the peak detection processing has been performed over the entire peak detection section 41 is determined by comparing the values j and N. If the peak detection processing has been performed N times, the process proceeds to step 507. Otherwise, the process proceeds to step 506.
(ステップ506)
値jを更新(j=j+1)して、ステップ502に進む。
(Step 506)
The value j is updated (j = j + 1), and the process proceeds to Step 502.
(ステップ507)
ピーク検出処理は終了する。
以上のように、ステップ501〜ステップ506を繰り返して出力信号4のピーク検出をピーク検出全体区間41にわたって実施する。
(Step 507)
The peak detection process ends.
As described above, step 501 to step 506 are repeated to perform peak detection of the output signal 4 over the entire peak detection section 41.
次に、ステップ503で実施するピーク判断処理を、図22に示したフローチャートを用いて説明する。 Next, the peak determination process performed in step 503 will be described using the flowchart shown in FIG.
(ステップ601)
ステップ502において区分された左区間L=[x(i-p(N)−p(j)), x(i-p(N)−p(j)+1), …, x(i-p(N))]と右区間R=[x(i-p(N)), x(i-p(N)+1), …, x(i-p(N)+p(j))]におけるそれぞれの最大値と最小値を計算し、ステップ602に進む。
(Step 601)
Left section L = [x (ip (N) −p (j)), x (ip (N) −p (j) +1),..., X (ip (N))] divided in step 502 Calculate the maximum and minimum values in the right section R = [x (ip (N)), x (ip (N) +1), ..., x (ip (N) + p (j))] Proceed to step 602.
(ステップ602)
ステップ601で計算した値を用いて、左区間Lの最大値と最小値の差と、閾値Hとを比較し、右区間Rの最大値と最小値の差と、同じく閾値Hとを比較し、両方の差はHより大きければ、ステップ603に進み、そうでなければステップ607に進む。
なお、閾値Hの値は出力信号4に含むノイズの最大値とし、このステップの処理により、出力信号4から大きさが閾値H未満のノイズを取り除くことができる。
(Step 602)
Using the value calculated in step 601, the difference between the maximum value and the minimum value in the left section L and the threshold value H are compared, and the difference between the maximum value and the minimum value in the right section R is compared with the threshold value H. If both the differences are greater than H, go to step 603, otherwise go to step 607.
Note that the value of the threshold value H is the maximum value of noise included in the output signal 4, and noise having a magnitude less than the threshold value H can be removed from the output signal 4 by the processing in this step.
(ステップ603)
ステップ502でL,Rの左右両区間に含むようにしておいたピーク検出区間40の中心点x(i-p(N)) が、上限ピークかどうかチェックする。
まず、ステップ601で計算したL区間最大値とx(i-p(N))とを比較し、同様にR区間最大値とx(i-p(N))を比較し、L、Rの左右区間の最大値がx(i-p(N))であれば、ステップ604に進み、そうでなければステップ605に進む。
(Step 603)
In step 502, it is checked whether or not the center point x (ip (N)) of the peak detection section 40 included in both the left and right sections of L and R is the upper limit peak.
First, the L section maximum value calculated in step 601 is compared with x (ip (N)), the R section maximum value is compared with x (ip (N)), and the maximum of the left and right sections of L and R is compared. If the value is x (ip (N)), the process proceeds to step 604; otherwise, the process proceeds to step 605.
(ステップ604)
左右区間の共通の要素x(i-p(N))を上限ピークとし、ステップ608に進む。
(Step 604)
The common element x (ip (N)) in the left and right sections is set as the upper limit peak, and the process proceeds to step 608.
(ステップ605)
ステップ502でL,Rの左右両区間に含むようにしておいたピーク検出区間40の中心点x(i-p(N)) が、下限ピークかどうかチェックする。
まず、ステップ601で計算したL区間最小値とx(i-p(N))とを比較し、同様にR区間最小値とx(i-p(N))を比較し、L、Rの左右区間の最小値がx(i-p(N))であれば、ステップ606に進み、そうでなければステップ607に進む。
(Step 605)
In step 502, it is checked whether or not the center point x (ip (N)) of the peak detection section 40 that is included in both the left and right sections of L and R is the lower limit peak.
First, the L section minimum value calculated in step 601 is compared with x (ip (N)), the R section minimum value is compared with x (ip (N)), and the L and R left and right section minimums are compared. If the value is x (ip (N)), the process proceeds to step 606; otherwise, the process proceeds to step 607.
(ステップ606)
左右区間の共通の要素x(i-p(N))を下限ピークとし、ステップ608に進む。
(Step 606)
The common element x (ip (N)) in the left and right sections is set as the lower limit peak, and the process proceeds to step 608.
(ステップ607)
左右区間の共通の要素x(i-p(N))はピークではないとし、ステップ608に進む。
(Step 607)
The common element x (ip (N)) in the left and right sections is not a peak, and the process proceeds to step 608.
(ステップ608)
ここで、ピーク判断ルーチンが終了する。
以上のようにして、ピーク検出区間40の中心点x(i-p(N))は上限ピークか下限ピークか、あるいはピークではないのかを判断する。
(Step 608)
Here, the peak determination routine ends.
As described above, it is determined whether the center point x (ip (N)) of the peak detection section 40 is the upper limit peak, the lower limit peak, or not the peak.
このように、ピーク検出する全体区間をN区間に分け、分けた1区間内での最大値、最小値を求め、その最大値、最小値がその区間でのピークであるかを判断するという処理を、ピークが検出されるまでは検出区間を変更してN区間にわたって処理を繰り返すので、出力信号のピーク値を正しく検出できる。
また、出力信号の振動検出区間の最大値と最小値の差が閾値より大きくなければ、ピークとしないようにしているので、ノイズが重畳している信号に対しても正確に振動ピークを検出できる。
In this way, the entire section for peak detection is divided into N sections, the maximum value and the minimum value in one divided section are obtained, and it is determined whether the maximum value and the minimum value are peaks in the section. Until the peak is detected, the detection interval is changed and the process is repeated over N intervals, so that the peak value of the output signal can be correctly detected.
In addition, if the difference between the maximum value and the minimum value of the vibration detection section of the output signal is not larger than the threshold value, the peak is not set, so that the vibration peak can be accurately detected even for a signal with superimposed noise. .
1 指令信号
2 制御器
3 制御対象
4 出力信号
5 出力フィードバック信号
6 制御器のモデル部
7 制御対象のモデル部
8 推定出力信号
9 推定出力フィードバック信号
10 出力信号と推定出力信号との差信号
11、51、52 振動状態判断部
12 フィードバック制御装置
13 フィードバック制御装置のモデル部
14 ローパスフィルタ
15 出力振動成分信号
20 上限ピークと下限ピークの差信号(Vpp)
30 信号P
40 ピーク検出区間
41 ピーク検出全体区間
S101〜S107、S201〜S209、S301〜S310、S401〜S404、S501〜S507、S601〜S608 処理
101 速度制御
102 モータ及び負荷
103 オブザーバの全体
111 オブザーバのモータ及び負荷イナーシャ分
112 オブザーバの速度制御のゲイン
113 オブザーバの速度制御の積分
114 積分
201 速度制御器
202 電流制御器
203 モータ
204 機械
205 エンコーダ
206 微分器
207 発振検出器
208 メモリ
209 減算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Command signal 2 Controller 3 Control object 4 Output signal 5 Output feedback signal 6 Controller model part 7 Control object model part 8 Estimated output signal 9 Estimated output feedback signal 10 Difference signal 11 between output signal and estimated output signal, 51, 52 Vibration state determination unit 12 Feedback control device 13 Model unit 14 of feedback control device Low-pass filter 15 Output vibration component signal 20 Difference signal (Vpp) between upper limit peak and lower limit peak
30 Signal P
40 Peak detection section 41 Peak detection entire sections S101 to S107, S201 to S209, S301 to S310, S401 to S404, S501 to S507, S601 to S608 Processing 101 Speed control 102 Motor and load 103 Overall observer 111 Motor and load of the observer Inertia part 112 Observer speed control gain 113 Observer speed control integration 114 Integration 201 Speed controller 202 Current controller 203 Motor 204 Machine 205 Encoder 206 Differentiator 207 Oscillation detector 208 Memory 209 Subtractor
Claims (3)
前記制御装置は、前記制御対象をフィードバック制御して前記モータを制御する制御器を備え、
前記振動検出装置は、
前記制御装置の出力信号の上限ピーク値の検出時刻における上限ピーク値からその直前の下限ピーク値を差し引いた値である上下限ピーク値を、対応する上下限ピーク間の時間間隔で割って得た値に基づいて、振動の発生を判断する振動状態判断部、を備えたことを特徴とする振動検出装置。 A vibration detection device for a control device that controls a motor connected to a load,
The control device includes a controller that controls the motor by feedback-controlling the control target;
The vibration detection device includes:
Obtained by dividing the upper and lower limit peak values , which are values obtained by subtracting the immediately preceding lower limit peak value from the upper limit peak value at the detection time of the upper limit peak value of the output signal of the control device , by the time interval between the corresponding upper and lower limit peaks A vibration detection apparatus comprising: a vibration state determination unit that determines occurrence of vibration based on a value .
前記上下限ピーク値を、対応する上下限ピーク間の時間間隔で割って得た振動強度値と、
前記振動強度値を移動平均して算出した振動移動平均強度値と、
前記振動移動平均強度値が予め設定された振動強度最小値を超えた時間幅である振動持続時間と、
前記振動強度値、前記振動移動平均強度値及び前記振動持続時間のそれぞれに対応する予め設定された閾値との比較と、
に基づいて前記制御装置の出力信号の振動の発生を判断することを特徴とする請求項1に記載の振動検出装置。 The vibration state determination unit
The vibration intensity value obtained by dividing the upper and lower limit peak value by the time interval between the corresponding upper and lower limit peaks , and
Vibration moving average intensity value calculated by moving average the vibration intensity value;
The vibration duration that is a time width in which the vibration moving average intensity value exceeds a preset vibration intensity minimum value;
A comparison with preset threshold values corresponding to each of the vibration intensity value, the vibration moving average intensity value and the vibration duration;
The vibration detection device according to claim 1, wherein occurrence of vibration of the output signal of the control device is determined based on the control signal.
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