JP2000278990A

JP2000278990A - モータの制御装置

Info

Publication number: JP2000278990A
Application number: JP11077415A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Fujisaki; 好洋藤崎; Shinichi Emura; 真一江村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2000-10-06
Anticipated expiration: 2019-03-23
Also published as: JP4273560B2; US6211640B1; EP1039624A2; DE69930204T2; CN1267953A; EP1039624A3; DE69930204D1; CN1094675C; EP1039624B1

Abstract

(57)【要約】【課題】モータの制御装置において、特別な計測器を
必要とせずに負荷を接続した状態におけるモータの周波
数特性を短時間で測定することを目的とする。【解決手段】ホワイトノイズ生成手段８と、速度指令
２とホワイトノイズ生成手段８の出力とを切り替える速
度指令切り替え手段９と、速度制御手段１０と、予め設
定した周期でモータ３または負荷４の速度をサンプリン
グする速度検出手段１３と、速度指令データ１１と速度
データ１４をフーリエ変換する第１のフーリエ変換手段
１５と、第１のフーリエ変換手段１５の出力データに基
づき速度指令１１から速度１４までの周波数特性を求め
る第１の周波数特性演算手段１６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータの周波数特
性を測定する機能を備えたモータの制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、動作特性の劣化要因となる機械共
振の解析、あるいは、制御の応答性、安定性の解析など
を目的として、負荷を接続した状態においてモータの周
波数特性を測定することが広く行われている。

【０００３】このようなモータの周波数特性を測定する
従来の方法としては、例えば図１２に示す構成をとる場
合が多い。図１２において、モータ駆動装置１は指令入
力に従ってモータ３とこの駆動軸に接続された負荷４を
駆動制御するものである。指令入力は速度あるいは位置
とするものが一般的であるが、ここでは速度指令２であ
るものとして説明する。サーボアナライザ５は正弦波信
号を発生する発振器を内部に備えたもので、その正弦波
信号出力がモータ駆動装置１の速度指令２となるように
接続されており、また速度検出器６が検出するモータ３
の速度７が入力接続されている。

【０００４】この構成において、サーボアナライザ５は
速度指令２として正弦波信号を出力する。モータ駆動装
置１はこの速度指令２に従ってモータ３及び負荷４を駆
動するため、その動きは図１３に示すような正弦波状と
なる。この状態においてサーボアナライザは、速度指令
２と速度７の振幅比であるゲインと、速度指令２と速度
７の位相差を検出しており、徐々に速度指令２の周波数
を上昇させていきながらこの検出を続けることで、速度
指令２から速度７までの周波数特性を測定する。この測
定結果はボード線図として表示するのが一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の方式
では、周波数特性を測定する計測器であるサーボアナラ
イザ５を必要とする。このため、負荷４が大きな機械設
備であって動かすことができない場合には、サーボアナ
ライザ５の方をその機械の設置されている場所に運び込
まなければならないが、一般にサーボアナライザ５は携
帯性に欠く計測器であるため極めて不便であった。ま
た、速度指令２の周波数を所望の測定帯域の最低周波数
から開始して最高周波数まで徐々に上昇させていくため
に、測定時間が長いという問題があった。ノイズ等の影
響を抑え測定精度を上げるためには、速度指令２の振幅
をある程度大きくする必要があるが、このような振幅が
大きい状態で測定時間が長いとモータ３と負荷４に与え
る負担は大きくなり、場合によってはモータ３の過熱破
壊や負荷４である機械設備の破壊に至ることがあった。

【０００６】本発明は上記課題を解決するもので、サー
ボアナライザ５のような特別な計測器を必要とせずに負
荷４を接続した状態におけるモータ３の周波数特性を短
時間で測定できるモータの制御装置を提供することを目
的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のモータの制御装置は、モータ駆動装置の内
部に配設したホワイトノイズ生成手段と、通常動作時の
速度指令と前記ホワイトノイズ生成手段の出力とを切り
替える速度指令切り替え手段と、速度指令切り替え手段
の出力を速度指令としてモータを制御する速度制御手段
と、予め設定した周期でモータまたは負荷の速度をサン
プリングする速度検出手段と、前記速度制御手段に与え
る速度指令データと前記速度検出手段から得られる速度
データをフーリエ変換する第１のフーリエ変換手段と、
第１のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度指令
から速度までの周波数特性を求める第１の周波数特性演
算手段とを備えている。

【０００８】この構成により、周波数特性を求める構成
をモータの制御装置に含んでいるため特別な計測器を必
要としない。また、全ての周波数成分を均一に含んだホ
ワイトノイズを速度指令とすることで、従来のように周
波数を徐々に上昇させる必要がなく、短時間で測定を行
うことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】上記の課題を解決するために本発
明のモータの制御装置は、モータ駆動装置の内部に配設
したホワイトノイズ生成手段と、通常動作時の速度指令
と前記ホワイトノイズ生成手段の出力とを切り替える速
度指令切り替え手段と、速度指令切り替え手段の出力を
速度指令としてモータを制御する速度制御手段と、予め
設定した周期でモータまたは負荷の速度をサンプリング
する速度検出手段と、前記速度制御手段に与える速度指
令データと前記速度検出手段から得られる速度データを
フーリエ変換する第１のフーリエ変換手段と、第１のフ
ーリエ変換手段の出力データに基づき速度指令から速度
までの周波数特性を求める第１の周波数特性演算手段と
を備えたものである。

【００１０】この構成により、周波数特性を求める構成
をモータの制御装置に含んでいるため特別な計測器を必
要としない。また、全ての周波数成分を均一に含んだホ
ワイトノイズを速度指令とすることで、従来のように周
波数を徐々に上昇させる必要がなく、短時間で測定を行
うことができる。

【００１１】また、速度指令と速度の差を求める速度偏
差演算手段と、速度指令と速度偏差演算手段から得られ
る速度偏差をフーリエ変換する第２のフーリエ変換手段
と、第２のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度
指令から速度偏差までの周波数特性を求める第２の周波
数特性演算手段と、第１の周波数特性演算手段と第２の
周波数特性演算手段の出力結果に基づき速度制御の一巡
伝達関数の周波数特性を求める第３の周波数特性演算手
段とを備えたものである。

【００１２】また、モータ駆動装置の内部に配設したホ
ワイトノイズ生成手段と、通常動作時の速度指令と前記
ホワイトノイズ生成手段の出力とを切り替える速度指令
切り替え手段と、速度指令切り替え手段の出力を速度指
令としてモータを制御する速度制御手段と、予め設定し
た周期でモータまたは負荷の速度をサンプリングする速
度検出手段と、速度指令と速度の差を求める速度偏差演
算手段算手段と、速度偏差演算手段から得られる速度偏
差データと速度検出手段から得られる速度データをフー
リエ変換する第３のフーリエ変換手段と、第３のフーリ
エ変換手段の出力データに基づき速度制御の一巡伝達関
数の周波数特性を求める第４の周波数特性演算手段とを
備えたものである。

【００１３】この構成により、速度制御をかけた状態で
一巡伝達関数の周波数特性を得ることができ、制御の安
定性の判断や、負荷の共振特性等を詳細に調べるのに利
用することができる。

【００１４】また、第１の周波数特性演算手段から得ら
れる周波数特性から応答周波数を検出する応答周波数検
出手段と、速度制御手段の制御ゲイン値と応答周波数に
基づきイナーシャの推定演算を行うイナーシャ推定手段
とを備えたものである。

【００１５】この構成により、イナーシャと制御ゲイン
値と応答周波数の関係からモータと負荷のイナーシャを
推定することができる。

【００１６】また、周波数特性から共振周波数を検出す
る共振周波数検出手段と、共振周波数に基づき速度制御
手段が含有するノッチフィルタの特性を設定するノッチ
フィルタ特性設定手段とを備えたものである。

【００１７】この構成により、検出した共振周波数にノ
ッチ周波数が一致するようにノッチフィルタの特性を自
動設定することで、モータを駆動するトルクから共振を
励起する周波数成分が除去され、共振を抑制することが
できる。

【００１８】また、モータ駆動装置の内部に配設したホ
ワイトノイズ生成手段と、通常動作時の位置指令と前記
ホワイトノイズ生成手段の出力とを切り替える位置指令
切り替え手段と、位置指令切り替え手段の出力を位置指
令としてモータを制御する位置制御手段と、予め設定し
た周期でモータまたは負荷の位置をサンプリングする位
置検出手段と、前記位置制御手段に与える位置指令デー
タと前記位置検出手段から得られる位置データをフーリ
エ変換する第４のフーリエ変換手段と、第４のフーリエ
変換手段の出力データに基づき位置指令から位置までの
周波数特性を求めるものである。

【００１９】この構成により、特別な計測器を必要とせ
ず簡便に負荷を接続した状態でのモータの位置指令応特
性を測定することができる。

【００２０】また、速度指令と速度のデータを記憶する
データ記憶手段と、データ記憶手段のデータを伝送する
データ伝送手段とを備え、ホワイトノイズ生成手段と速
度指令切り替え手段と速度制御手段と速度検出手段とデ
ータ記憶手段とをモータ駆動装置の内部に配設し、他を
モータ駆動装置とは独立した外部処理装置の内部に配設
し、モータ駆動装置と外部処理装置の間をデータ伝送手
段で接続したものである。

【００２１】また、位置指令と位置のデータを記憶する
データ記憶手段と、データ記憶手段のデータを伝送する
データ伝送手段とを備え、ホワイトノイズ生成手段と位
置指令切り替え手段と位置制御手段と位置検出手段とデ
ータ記憶手段とをモータ駆動装置の内部に配設し、他を
モータ駆動装置とは独立した外部処理装置の内部に配設
し、モータ駆動装置と外部処理装置の間をデータ伝送手
段で接続したものである。

【００２２】この構成により、データ記憶手段でデータ
を一旦蓄えることでサンプリング周期を短くした場合に
処理が間に合わなくなるのを防止でき、さらに、フーリ
エ変換処理と周波数特性演算処理をモータ駆動装置とは
独立した外部処理装置で行う構成とすることで、モータ
駆動装置の処理の軽減を図ることができる。

【００２３】また、ホワイトノイズ生成手段の出力を２
値信号とし、データ記憶手段が記憶するデータとデータ
伝送手段が伝送するデータの少なくとも一方のデータ
を、データ中の１つのビットを速度指令に、他のビット
を速度に割り付けた複合データ構成としたものである。

【００２４】また、ホワイトノイズ生成手段の出力を２
値信号とし、データ記憶手段が記憶するデータとデータ
伝送手段が伝送するデータの少なくとも一方のデータ
を、データ中の１つのビットを位置指令に、他のビット
を位置に割り付けた複合データ構成としたものである。

【００２５】この構成により、速度指令と速度、あるい
は、位置指令と位置の２つのデータが１つになり、デー
タ量が半減できる。これによりデータ記憶手段の記憶容
量を半減することができ、さらに、モータ駆動装置から
外部処理装置へのデータの伝送時間を短縮できる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら順に説明する。

【００２７】（実施例１）図１は本発明のモータの制御
装置における第１の実施例を示すブロック図である。ホ
ワイトノイズ生成手段８をモータ駆動装置１の内部に配
設しており、この出力と速度指令２のいずれかが速度指
令切り替え手段９によって選択され速度制御手段１０の
速度指令１１となるように構成している。モータ３には
ロータリエンコーダ１２が取り付けてあり、この検出信
号によって速度検出手段１３がモータ３の速度１４をサ
ンプリングするようになっている。速度制御手段１０は
速度指令１１と速度１４が一致するようにモータ３を制
御するものである。速度指令１１と速度１４は第１のフ
ーリエ変換手段１５を介して第１の周波数特性演算手段
１６にデータが渡るように構成している。

【００２８】以上の構成において、通常にモータ３を制
御する場合には、速度指令切り替え手段９が速度指令２
を選択して、これが速度制御手段１０の速度指令１１と
なるようにする。これにより、モータ３及び負荷４は速
度指令２に従って動作する。次に周波数特性を測定する
場合には、まず、速度指令切り替え手段９がホワイトノ
イズ生成手段８の出力を選択して速度指令１１がホワイ
トノイズとなるようにする。これにより、モータ３及び
負荷４はホワイトノイズを速度指令として動作する。こ
の動作中における速度指令１１と速度１４の時間領域の
データを第１のフーリエ変換手段１５が周波数領域のデ
ータに置換し、さらにこのデータに基づいて第１の周波
数特性演算手段１６が速度指令１１から速度１４までの
周波数特性であるゲインと位相を求める。すなわち、モ
ータ３の速度指令応答特性が求まる。

【００２９】本実施例によれば、モータの制御装置の中
に周波数特性を得るための構成を含んでいるため、従来
要していた特別な計測器を必要としない。したがって、
簡便に負荷４を接続した状態でのモータ３の周波数特性
を測定することができる。また、全ての周波数成分を均
一に含んだホワイトノイズを速度指令とすることで、従
来のように周波数を徐々に上昇させる必要がなくなり、
短時間で測定を行うことができる。測定精度を上げるた
めに速度指令の振幅を大きくした場合であっても、測定
が短時間で終了するため、モータ３と負荷４に与える負
担を小さく抑えることができる。さらに、すべてをソフ
トウェアで容易に構成できるものであり、そのようにソ
フトウェアで実現すれば従来の構成に対するコストの上
昇がほとんど無い利点を有する。

【００３０】なお、理想的なホワイトノイズは実現が困
難であるため、これを広く一般に利用されている疑似ラ
ンダム信号であるＭ系列信号などにすれば、ホワイトノ
イズ生成手段８の構成を簡単にすることができる。ま
た、ホワイトノイズに含まれる周波数成分の均一性が十
分に高ければ速度指令１１のゲイン特性は周波数によら
ず一定となるので、速度１４データのみのフーリエ変換
結果をもって周波数特性を求める構成としてもよい。ま
た、図１ではモータ３に取り付けたロータリエンコーダ
１２によりモータ３の速度を検出する構成としている
が、これを負荷４に速度を検出するセンサを取り付けて
負荷４の速度を検出する構成としてもよい。こうすれ
ば、速度指令２に対する負荷４の応答周波数特性が得ら
れ、モータ３と負荷４の連結機構の特性からこの２つの
動きに差が生じる場合に真の負荷４の挙動がわかり有効
である。また、第１のフーリエ変換手段１５が変換処理
するデータ数を２のべき乗にすれば、従来から広く知ら
れている高速フーリエ変換アルゴリズムが適用でき、一
連の処理の高速化を図ることができる。さらに、得られ
る周波数特性の最高周波数は速度１４データのサンプリ
ング周期により決まるため、サンプリング周期を変更し
て測定した周波数特性結果をいくつか重ねることで広い
帯域の結果を得る構成としてもよい。

【００３１】（実施例２）図２は本発明の第２の実施例
を示すブロック図であり、図１における速度指令１１と
速度１４からの処理を示したもので、共通部分について
は省略している。ただし、第１のフーリエ変換手段１５
と第１の周波数特性演算手段１６は図１に示すものと同
一であるが、説明のため省略せずに図示している。速度
偏差演算手段１７は速度指令１１と速度１４の差を求め
速度偏差１８として出力するものであり、速度指令１１
とこの速度偏差１８が第２のフーリエ変換手段１９を介
して第２の周波数特性演算手段２０にデータが渡るよう
に構成している。さらに、第１の周波数特性演算手段１
６の出力と第２の周波数特性演算手段２０の出力が第３
の周波数特性演算手段２１に渡る構成としている。

【００３２】以上の構成において、周波数特性を測定す
る場合に、モータ３及び負荷４はホワイトノイズを速度
指令として動作し、第１の周波数特性演算手段１６が速
度指令１１から速度１４までの周波数特性を求めること
については実施例１と同じである。本実施例ではこれに
加え、速度指令１１と速度偏差１８の時間領域のデータ
を第２のフーリエ変換手段１９により周波数領域のデー
タに置換し、さらにこのデータから第２の周波数特性演
算手段２０が速度指令１１から速度偏差１８までの周波
数特性であるゲインと位相を求める。第３の周波数特性
演算手段は第１の周波数特性演算手段１６で得られたゲ
インを第２の周波数特性演算手段２０で得られたゲイン
で除すことで、速度偏差１８から速度１４までのゲイン
特性、すなわち速度制御の一巡伝達関数のゲイン特性を
求め、また、第１の周波数特性演算手段１６で得られた
位相と第２の周波数特性演算手段２０で得られた位相と
の差を求めることで速度制御の一巡伝達関数の位相特性
を求める。

【００３３】本実施例によれば、実施例１の構成に速度
偏差演算手段１７と第２のフーリエ変換手段１９と第２
の周波数特性演算手段２０と第３の周波数特性演算手段
２１という構成要素を付加しただけで、速度制御の一巡
伝達関数の周波数特性を得ることができる。一巡伝達関
数の周波数特性は、速度制御手段１０が行う速度フィー
ドバック制御の安定性を判断するのに利用することがで
きる。また、速度制御手段１０内部の補償器の特性は既
知であるから、一巡伝達関数からはモータ３と負荷４の
伝達関数も容易に求めることができ、これにより負荷４
の共振特性などを詳細に調べることができる。一般にこ
のような負荷４の伝達特性を調べる際は、モータ３に印
加するトルクに対し指令を与えて速度を検出する方法を
とる場合が多いが、この場合、モータ３及び負荷４の速
度は制御されていないために定まらず、安全面において
問題があった。これに対し、本実施例では速度制御をか
けた状態で測定を行うため、安全性が高い。

【００３４】（実施例３）図３は本発明の第３の実施例
を示すブロック図であり、図１における速度指令１１と
速度１４からの処理を示したもので、共通部分について
は省略している。速度偏差演算手段１７は実施例２と同
様に速度指令１１と速度１４の差を求め速度偏差１８と
して出力するものである。この速度偏差１８と速度１４
が第３のフーリエ変換手段２２を介して第４の周波数特
性演算手段２３にデータが渡るように構成している。

【００３５】以上の構成において、周波数特性を測定す
る場合に、モータ３及び負荷４はホワイトノイズを速度
指令として動作し、これと同時に、速度偏差１８と速度
１４の時間領域のデータを第３のフーリエ変換手段２２
により周波数領域のデータに置換し、さらにこのデータ
から第４の周波数特性演算手段２０が速度偏差１８から
速度１４までの周波数特性を求める。すなわち、速度制
御の一巡伝達関数の周波数特性が得られる。

【００３６】本実施例によれば、実施例２よりも簡単な
構成で速度制御の一巡伝達関数の周波数特性を得ること
ができる。

【００３７】（実施例４）図４は本発明の第４の実施例
を示すブロック図であり、図１における第１の周波数特
性演算手段１６からの処理を示したもので、他は図１と
共通であるため省略している。第１の周波数特性演算手
段１６で得た周波数特性が応答周波数検出手段２４に伝
えられて応答周波数２５が検出され、この応答周波数２
５と速度制御手段１０の制御ゲイン値Ｋとをイナーシャ
推定手段２６に伝える構成としている。

【００３８】応答周波数検出手段２４は第１の周波数特
性演算手段１６で得られたモータ３の速度指令応答特性
から、図５に示すようにゲイン特性が３ｄＢ低下する周
波数を応答周波数２５として検出する。この応答周波数
２５と制御ゲイン値Ｋに基づいてイナーシャ推定手段２
６はモータ３と負荷４のイナーシャを求める。図６は速
度制御手段１０による速度制御のブロック図を表したも
のである。ここで、Ｋは制御ゲイン値、Ｊはモータ３と
負荷４のイナーシャの合計値、ｓはラプラス演算子であ
る。このブロック図の速度指令１１から速度１４までの
伝達関数は時定数がＪ／Ｋの一次遅れ特性を示すもので
あり、このことから応答周波数２５は時定数の逆数であ
るＫ／Ｊで表すことができる。この関係によりイナーシ
ャＪは制御ゲイン値Ｋを応答周波数２５で除算すること
で求めることができる。イナーシャ推定手段２６はこの
演算を行うことでモータ３と負荷４のイナーシャの合計
値を推定する。

【００３９】本実施例によれば、制御を行う上で重要な
パラメータであるモータ３と負荷４のイナーシャを容易
に推定することができる。イナーシャの値が推定される
ことにより、所望の応答特性を得るための制御ゲインの
値が決まるため、自動的に速度制御手段１０の制御ゲイ
ンＫを設定することも可能である。

【００４０】（実施例５）図７は本発明の第５の実施例
を示すブロック図である。周波数特性２７は実施例１の
構成で得られる速度指令応答特性もしくは実施例２及び
実施例３の構成で得られる速度制御の一巡伝達特性であ
り、このデータが共振周波数検出手段２８に伝えられて
共振周波数２９が検出され、これをノッチフィルタ特性
設定手段３０に伝える。速度制御手段１０による速度制
御のブロック図は図６で示したものと異なり、モータ３
と負荷４との連結機構の剛性が低く、共振を有する場合
として示している。ここで、Ｊｍはモータ３のイナーシ
ャ、Ｊｌは負荷４のイナーシャ、Ｋｆはバネ定数、Ｃｆ
は粘性摩擦係数、ｓはラプラス演算子である。さらに、
制御ゲイン値Ｋのブロックの後段にノッチフィルタ３１
を挿入しており、このノッチフィルタ３１の特性をノッ
チフィルタ特性設定手段３０によって設定する構成とし
ている。ωｎはノッチ周波数、αはノッチ幅を決めるパ
ラメータである。

【００４１】共振周波数検出手段２８は周波数特性２７
から、図８（ａ）に示すようにゲイン特性の傾きが正か
ら負に急変するピーク周波数を共振周波数２９として検
出する。ノッチフィルタ特性設定手段３０は、図８
（ｂ）に示すようにこの共振周波数２９にノッチ周波数
ωｎがほぼ一致するようにノッチフィルタ３１の特性を
設定する。これにより、モータ３を駆動するトルクから
共振を励起する周波数成分が除去されるため、共振を抑
制することができる。

【００４２】本実施例によれば、検出したモータ３及び
負荷４の共振特性に合わせて自動的にノッチフィルタの
特性を設定することにより、共振を抑制することができ
る。

【００４３】なお、共振周波数２９の検出は位相特性が
急変することを利用して行ってもよい。また、ノッチフ
ィルタ３１の特性の設定はノッチ周波数だけでなく、た
とえばノッチ幅も得られた共振特性に合わせて設定する
ようにすると、さらに共振の抑制効果を高めることがで
きる。

【００４４】（実施例６）図９は本発明の第６の実施例
を示すブロック図である。図９において、ホワイトノイ
ズ生成手段８の出力と位置指令３２のいずれかが位置指
令切り替え手段３３によって選択され、位置制御手段３
４の位置指令３５となるように構成している。モータ３
に取り付けたロータリエンコーダ１２の出力信号によっ
て位置検出手段３６がモータ３の位置３７をサンプリン
グするようになっている。位置制御手段３４は位置指令
３５と位置３７が一致するようにモータ３を制御するも
のである。位置指令３５と位置３７は第４のフーリエ変
換手段３８を介して第５の周波数特性演算手段３９にデ
ータが渡るように構成している。

【００４５】この構成において、通常にモータ３を制御
する場合には、位置指令切り替え手段３３が位置指令３
２を選択して位置制御手段３４の位置指令３５となるよ
うにする。これにより、モータ３及び負荷４は位置指令
３２に従って動作する。次に周波数特性を測定する場合
には、まず、位置指令切り替え手段３３がホワイトノイ
ズ生成手段８を選択して位置指令３５がホワイトノイズ
となるようにする。これにより、モータ３及び負荷４は
ホワイトノイズを位置指令として動作する。このとき同
時に、位置指令３５と位置３７の時間領域のデータを第
４のフーリエ変換手段３８により周波数領域のデータに
置換し、さらにこのデータから第５の周波数特性演算手
段３９が位置指令３５から位置３７までの周波数特性で
あるゲインと位相を求める。すなわち、モータ３の位置
指令応答特性が求まる。

【００４６】本実施例によれば、特別な計測器を必要と
せずに、簡便に負荷４を接続した状態でのモータ３の位
置指令応答特性を測定することができる。また、全ての
周波数成分を均一に含んだホワイトノイズを位置指令と
することにより短時間で測定を行うことができること、
また、これによりモータ３と負荷４に与える負担が小さ
いこと、また、すべてをソフトウェアで容易に実現でき
るものであるためコストの上昇がほとんど無いこと、な
どの実施例１と同様の効果を有する。

【００４７】なお、負荷４に位置を検出するセンサを取
り付けて負荷４の位置を検出する構成としてもよく、モ
ータ３と負荷４の連結機構の特性からこの２つの動きに
差が生じる場合に真の負荷４の挙動がわかり有効であ
る。

【００４８】（実施例７）図１０は本発明の第７の実施
例を示すブロック図である。実施例１を示す図１とほぼ
同様の構成であるが、速度指令１１と速度１４のデータ
がデータ記憶手段４０とデータ伝送手段４１を介して第
１のフーリエ変換手段１５に伝えられる点が異なる。ま
た、ホワイトノイズ生成手段８、速度指令切り替え手段
９、速度制御手段１０、速度検出手段１３、データ記憶
手段４０はモータ駆動装置１の内部に配設し、第１のフ
ーリエ変換手段１５と第１の周波数特性演算手段１６は
外部処理装置４２の内部に配設し、モータ駆動装置１と
外部処理装置４２とはデータ伝送手段４１で接続してい
る。

【００４９】この構成において、周波数特性を測定する
場合には、ホワイトノイズを速度指令１１として与える
測定動作中において、速度指令１１と速度１４のデータ
が一旦ＲＡＭ等のデータ記憶手段４０に蓄えられる。そ
して、測定動作が終了した後に速度指令１１と速度１４
のデータをデータ記憶手段４０から取り出し、データ伝
送手段４１により第１のフーリエ変換手段にデータを渡
す。この他の動作は実施例１と同様である。

【００５０】すでに説明したように、速度指令１１と速
度１４のデータのサンプリング周期は短くするほど高い
周波数帯域の周波数特性が得られる。これに対し一般に
フーリエ変換処理は時間を要する演算処理であるため、
高い周波数帯域の周波数特性を得たい場合には処理が間
に合わなくなる。本実施例によれば、このようにサンプ
リング周期を短くした場合であっても、データ記憶手段
４０によって速度指令１１と速度１４のデータを一旦蓄
えることにより処理時間の差を吸収でき、さらに、フー
リエ変換処理と周波数特性演算処理をモータ駆動装置１
とは独立した例えばパーソナルコンピュータ等の外部処
理装置４２で行う構成とすることで、モータ駆動装置１
の処理の軽減を図ることができる。また、周波数特性は
ボード線図などのグラフ表示をすると解りやすく、さら
にこのグラフをスムージングなどの平滑化処理を行え
ば、ノイズ成分が除去されてより解析しやすくすること
ができるが、こういった処理をモータ駆動装置１で行う
のは処理能力の不足や表示器が必要などの理由により困
難である。しかし、本実施例の構成をとりグラフ表示処
理を外部処理装置４２で行うようにすれば、これを容易
に実現することができる。

【００５１】なお、本構成は実施例２、実施例３で示し
た速度制御の一巡伝達特性の測定、及び、実施例６で示
した位置制御の応答特性の測定にも、データ記憶手段４
０あるいはデータ伝送手段４１が扱うデータを位置指令
や位置あるいは速度偏差などに変更することにより同様
に適用できるものである。

【００５２】（実施例８）図１１は本発明の第８の実施
例における、データ記憶手段４０及びデータ伝送手段４
１が扱うデータの構成図である。他の構成については実
施例７で示した図１０と同様である。

【００５３】本実施例ではホワイトノイズ生成手段８が
生成出力する信号は前述のＭ系列信号としており、２値
信号である。したがって、周波数特性を測定するときの
速度指令１１であるホワイトノイズをＷとすると、この
信号は０と１の基準信号データＲＥＦとホワイトノイズ
Ｗの振幅ＡＭＰとオフセットＯＦＳとを用いて、Ｗ＝
（２×ＲＥＦ−１）×ＡＭＰ＋ＯＦＳの関係式で表すこ
とができる。振幅ＡＭＰとオフセットＯＦＳのデータは
一定であるから、周波数特性を測定する際にサンプリン
グする速度指令１１データは基準信号データＲＥＦのみ
をデータ記憶手段４０に蓄えても、後で、振幅ＡＭＰと
オフセットＯＦＳのデータから速度指令１１であるホワ
イトノイズＷを再生することができる。このことを利用
して、データ記憶手段４０及びデータ伝送手段４１が扱
うデータの構成を、図１１に示すようにビット０すなわ
ちＬＳＢを速度指令１１の基準信号データＲＥＦとし、
残りの上位ビットを速度１４データとして割り付けた複
合データとしている。そして、このデータを外部処理装
置４２が受け取った後に、データを分離し、さらに、速
度指令１１であるホワイトノイズＷの再生を行う。

【００５４】本実施例によれば、速度指令１１と速度１
４の２つのデータを１つにするため、データ量を半減で
きる。これにより記憶手段４０の記憶容量も半減するこ
とができ、また、モータ駆動装置１から外部処理装置４
２へのデータの伝送時間も大幅に短縮できる。

【００５５】なお、ＬＳＢに速度指令１１の基準信号デ
ータＲＥＦを割り付け、残りの上位ビットを速度１４デ
ータとするデータ構成としたのは、基準信号データＲＥ
Ｆを取り出すには上位ビットをマスクすることで、ま
た、速度１４データを取り出すには算術右シフトするこ
とで速度１４データの符号を壊すことなく簡単に行うこ
とができるためであるが、特にこの割り付けでなくても
構わない。また、ホワイトノイズは２値信号であればよ
く、Ｍ系列信号以外であってもよい。さらに、本構成は
位置制御の周波数特性の測定にも、速度データを位置デ
ータとすることにより同様に適用できるものである。

【００５６】

【発明の効果】以上に示した実施例から明らかなよう
に、請求項１記載の発明によれば、モータの制御装置の
中に周波数特性を得るための構成を含んでいるため、特
別な計測器を必要とせず簡便に負荷を接続した状態での
モータの周波数特性を測定することができる。また、全
ての周波数成分を均一に含んだホワイトノイズを速度指
令とすることで、短時間に測定を行うことができ、モー
タと負荷に与える負担を小さく抑えることができる。

【００５７】また、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の構成に若干の構成要素を付加しただけで、速
度制御をかけた状態にて一巡伝達関数の周波数特性を得
ることができ、制御の安定性の判断や負荷の共振特性な
どを詳細に調べるのに利用することができる。

【００５８】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項２記載の構成よりもさらに簡単な構成で速度制御の一
巡伝達関数の周波数特性を得ることができる。

【００５９】また、請求項４記載の発明によれば、応答
周波数検出手段を設けたことにより、イナーシャと制御
ゲイン値と応答周波数の関係からモータと負荷のイナー
シャを推定することができる。

【００６０】また、請求項５記載の発明によれば、検出
した共振周波数にノッチ周波数が一致するようにノッチ
フィルタの特性を自動設定することにより、モータを駆
動するトルクから共振を励起する周波数成分が除去さ
れ、共振を抑制することができる。

【００６１】また、請求項６記載の発明によれば、特別
な計測器を必要とせず簡便に負荷を接続した状態でのモ
ータの位置指令応特性を測定することができる。

【００６２】また、請求項７及び請求項８記載の発明に
よれば、データ記憶手段でデータを一旦蓄えることによ
って、サンプリング周期を短くした場合に処理が間に合
わなくなるのを防止でき、さらに、フーリエ変換処理と
周波数特性演算処理をモータ駆動装置とは独立した外部
処理装置で行う構成とすることで、モータ駆動装置の処
理の軽減を図ることができる。

【００６３】また、請求項９及び請求項１０記載の発明
によれば、速度指令と速度、あるいは、位置指令と位置
の２つのデータを１つにするため、データ量を半減でき
る。これによりデータ記憶手段の記憶容量も半減するこ
とができ、また、モータ駆動装置から外部処理装置への
データの伝送時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモータの制御装置における第１の実施
例を示すブロック図

【図２】第２の実施例におけるブロック図

【図３】第３の実施例におけるブロック図

【図４】第４の実施例におけるブロック図

【図５】第４の実施例における動作を示すボード線図

【図６】第４の実施例におけるブロック図

【図７】第５の実施例におけるブロック図

【図８】第５の実施例における動作を示すボード線図

【図９】第６の実施例におけるブロック図

【図１０】第７の実施例におけるブロック図

【図１１】第８の実施例におけるデータ構成図

【図１２】従来のモータの制御装置における周波数特性
測定方法を示すブロック図

【図１３】従来例における動作説明図

【符号の説明】

８ホワイトノイズ生成手段９速度指令切り替え手段１０速度制御手段１３速度検出手段１５第１のフーリエ変換手段１６第１の周波数特性演算手段１７速度偏差演算手段１９第２のフーリエ変換手段２０第２の周波数特性演算手段２１第３の周波数特性演算手段２２第３のフーリエ変換手段２３第４の周波数特性演算手段２４応答周波数検出手段２６イナーシャ推定手段２８共振周波数検出手段３０ノッチフィルタ特性設定手段３３位置指令切り替え手段３４位置制御手段３６位置検出手段３８第４のフーリエ変換手段３９第５の周波数特性演算手段４０データ記憶手段４１データ伝送手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータ駆動装置の内部に配設したホワイト
ノイズ生成手段と、通常動作時の速度指令と前記ホワイ
トノイズ生成手段の出力とを切り替える速度指令切り替
え手段と、速度指令切り替え手段の出力を速度指令とし
てモータを制御する速度制御手段と、予め設定した周期
でモータまたは負荷の速度をサンプリングする速度検出
手段と、前記速度制御手段に与える速度指令データと前
記速度検出手段から得られる速度データをフーリエ変換
する第１のフーリエ変換手段と、第１のフーリエ変換手
段の出力データに基づき速度指令から速度までの周波数
特性を求める第１の周波数特性演算手段とを備えたモー
タの制御装置。
【請求項２】速度指令と速度の差を求める速度偏差演算
手段と、速度指令と速度偏差演算手段から得られる速度
偏差をフーリエ変換する第２のフーリエ変換手段と、第
２のフーリエ変換手段の出力データに基づき速度指令か
ら速度偏差までの周波数特性を求める第２の周波数特性
演算手段と、第１の周波数特性演算手段と第２の周波数
特性演算手段の出力結果に基づき速度制御の一巡伝達関
数の周波数特性を求める第３の周波数特性演算手段とを
備えた請求項１記載のモータの制御装置。
【請求項３】モータ駆動装置の内部に配設したホワイト
ノイズ生成手段と、通常動作時の速度指令と前記ホワイ
トノイズ生成手段の出力とを切り替える速度指令切り替
え手段と、速度指令切り替え手段の出力を速度指令とし
てモータを制御する速度制御手段と、予め設定した周期
でモータまたは負荷の速度をサンプリングする速度検出
手段と、速度指令と速度の差を求める速度偏差演算手段
算手段と、速度偏差演算手段から得られる速度偏差デー
タと速度検出手段から得られる速度データをフーリエ変
換する第３のフーリエ変換手段と、第３のフーリエ変換
手段の出力データに基づき速度制御の一巡伝達関数の周
波数特性を求める第４の周波数特性演算手段とを備えた
モータの制御装置。
【請求項４】第１の周波数特性演算手段から得られる周
波数特性から応答周波数を検出する応答周波数検出手段
と、速度制御手段の制御ゲイン値と応答周波数に基づき
イナーシャの推定演算を行うイナーシャ推定手段とを備
えた請求項１記載のモータの制御装置。
【請求項５】周波数特性から共振周波数を検出する共振
周波数検出手段と、共振周波数に基づき速度制御手段が
含有するノッチフィルタの特性を設定するノッチフィル
タ特性設定手段とを備えた請求項１〜３のいずれか１項
記載のモータの制御装置。
【請求項６】モータ駆動装置の内部に配設したホワイト
ノイズ生成手段と、通常動作時の位置指令と前記ホワイ
トノイズ生成手段の出力とを切り替える位置指令切り替
え手段と、位置指令切り替え手段の出力を位置指令とし
てモータを制御する位置制御手段と、予め設定した周期
でモータまたは負荷の位置をサンプリングする位置検出
手段と、前記位置制御手段に与える位置指令データと前
記位置検出手段から得られる位置データをフーリエ変換
する第４のフーリエ変換手段と、第４のフーリエ変換手
段の出力データに基づき位置指令から位置までの周波数
特性を求める第５の周波数特性演算手段とを備えたモー
タの制御装置。
【請求項７】速度指令と速度のデータを記憶するデータ
記憶手段と、データ記憶手段のデータを伝送するデータ
伝送手段とを備え、ホワイトノイズ生成手段と速度指令
切り替え手段と速度制御手段と速度検出手段とデータ記
憶手段とをモータ駆動装置の内部に配設し、他をモータ
駆動装置とは独立した外部処理装置の内部に配設し、モ
ータ駆動装置と外部処理装置の間をデータ伝送手段で接
続したたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項
記載のモータの制御装置。
【請求項８】位置指令と位置のデータを記憶するデータ
記憶手段と、データ記憶手段のデータを伝送するデータ
伝送手段とを備え、ホワイトノイズ生成手段と位置指令
切り替え手段と位置制御手段と位置検出手段とデータ記
憶手段とをモータ駆動装置の内部に配設し、他をモータ
駆動装置とは独立した外部処理装置の内部に配設し、モ
ータ駆動装置と外部処理装置の間をデータ伝送手段で接
続したたことを特徴とする請求項６記載のモータの制御
装置。
【請求項９】ホワイトノイズ生成手段の出力を２値信号
とし、データ記憶手段が記憶するデータとデータ伝送手
段が伝送するデータの少なくとも一方のデータを、デー
タ中の１つのビットを速度指令に、他のビットを速度に
割り付けた複合データ構成としたことを特徴とする請求
項７記載のモータの制御装置。
【請求項１０】ホワイトノイズ生成手段の出力を２値信
号とし、データ記憶手段が記憶するデータとデータ伝送
手段が伝送するデータの少なくとも一方のデータを、デ
ータ中の１つのビットを位置指令に、他のビットを位置
に割り付けた複合データ構成としたことを特徴とする請
求項８記載のモータの制御装置。