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JP2013089089A - Resonance suppression device and resonance suppression method - Google Patents

Resonance suppression device and resonance suppression method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To draw an attention on the change of a resonance frequency.SOLUTION: The resonance suppression device includes: a notch filter installed in a control system for suppressing the resonance of the control system; and a filter coefficient adjustment part for updating the filter coefficient of the notch filter so that the center frequency of the notch filter is coincident with the resonance frequency of the control system. The update processing of the filter coefficient includes: determining whether or not the amount of change of the resonance frequency with the existing center frequency of the notch filter as a reference is within an allowable range; and outputting a warning when it is determined that the amount of change is beyond the allowable range.

Description

本発明は、ノッチフィルタを用いる共振抑制装置及び共振抑制方法に関する。   The present invention relates to a resonance suppression device and a resonance suppression method using a notch filter.

ノッチフィルタを用いて機械の共振を抑制する機械制御装置におけるノッチフィルタの中心周波数を変化するようにした共振抑制装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この装置は、ノッチフィルタの中心周波数を変化させる中心周波数操作量に対応する微少信号を発生する信号発生部と、機械の共振の振幅を検出する振幅検出部と、前記微少信号と前記共振の振幅を乗算する乗算部と、この乗算部の出力とゼロの差をとる減算部と、この減算部の出力を積分する積分部と、この積分部の出力を定数倍する係数部と、この係数部の出力を前記微少信号に加える加算部からなる。   There is known a resonance suppression device that changes the center frequency of a notch filter in a machine control device that suppresses mechanical resonance using a notch filter (see, for example, Patent Document 1). The apparatus includes a signal generator that generates a minute signal corresponding to a center frequency manipulated variable that changes the center frequency of the notch filter, an amplitude detector that detects the amplitude of resonance of the machine, the minute signal, and the amplitude of the resonance. A multiplication unit that multiplies the output of the multiplication unit, a subtraction unit that takes a difference between the output of the multiplication unit, an integration unit that integrates the output of the subtraction unit, a coefficient unit that multiplies the output of the integration unit, and a coefficient unit Is added to the minute signal.

特開2002−108459号公報JP 2002-104859 A

上述の共振抑制装置によれば、機械の共振周波数が変化したときにノッチフィルタの中心周波数がそれを自動的に追跡するとされている。ところが、共振周波数の変化は、それまでの運転の中で機械に生じた何らかの変調によって引き起こされている可能性もある。ノッチフィルタの自動的な追跡により表面的には機械の運転が正常に継続されているようにみえるので、そうした変調は見過ごされやすい。機械の状態が更に悪化するまで異常の発見に至らないおそれがある。実際には、機械の運転を継続するよりも、共振周波数にある程度の変化が生じた時点で保守点検をすることが望ましい状況であったかもしれない。   According to the above-described resonance suppression device, when the resonance frequency of the machine changes, the center frequency of the notch filter automatically tracks it. However, the change in resonance frequency may be caused by some modulation that has occurred in the machine during the previous operation. Such a modulation is easily overlooked because the automatic tracking of the notch filter appears to continue to operate normally on the surface. There is a risk that the abnormality will not be discovered until the state of the machine is further deteriorated. In practice, it may have been desirable to perform a maintenance check at a time when some change in the resonance frequency has occurred, rather than continuing machine operation.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、共振周波数の変化に関して注意を促すことのできる共振抑制装置及び共振抑制方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and one of exemplary purposes of an aspect thereof is to provide a resonance suppression device and a resonance suppression method capable of calling attention regarding a change in resonance frequency. .

本発明のある態様は、共振抑制装置に関する。この装置は、制御系の共振を抑制するために当該制御系に設けられているノッチフィルタと、前記ノッチフィルタの中心周波数を前記制御系の共振周波数に一致させるように前記ノッチフィルタのフィルタ係数を更新するためのフィルタ係数調整部と、を備える。前記フィルタ係数の更新処理は、前記ノッチフィルタの既存の中心周波数を基準とする前記共振周波数の変動が許容レベルにあるか否かを判定することと、前記変動が前記許容レベルを逸脱したと判定される場合には警告を出力することと、を含む。   One embodiment of the present invention relates to a resonance suppression device. This device has a notch filter provided in the control system to suppress resonance of the control system and a filter coefficient of the notch filter so that the center frequency of the notch filter matches the resonance frequency of the control system. And a filter coefficient adjustment unit for updating. The update process of the filter coefficient is performed by determining whether or not the variation of the resonance frequency based on the existing center frequency of the notch filter is at an allowable level, and determining that the variation has deviated from the allowable level. Output a warning if it is.

本発明の別の態様は、適応ノッチフィルタを使用して制御系の共振を抑制するための共振抑制方法に関する。この方法は、前記ノッチフィルタの中心周波数を前記制御系の共振周波数に一致させるように前記ノッチフィルタのフィルタ係数を更新することを含む。前記更新することは、前記ノッチフィルタの既存の中心周波数を基準とする前記共振周波数の変動が許容レベルにあるか否かを判定することと、前記変動が前記許容レベルを逸脱したと判定される場合には警告を出力することと、を含む。   Another aspect of the present invention relates to a resonance suppression method for suppressing resonance of a control system using an adaptive notch filter. The method includes updating a filter coefficient of the notch filter so that a center frequency of the notch filter matches a resonance frequency of the control system. The updating is performed by determining whether or not the variation of the resonance frequency based on the existing center frequency of the notch filter is at an allowable level, and determining that the variation has deviated from the allowable level. Output a warning in some cases.

なお、本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   In addition, what replaced the component and expression of this invention between methods, apparatuses, systems, etc. is also effective as an aspect of this invention.

本発明によれば、共振周波数の変化に関して注意を促すことができる。   According to the present invention, it is possible to call attention regarding a change in the resonance frequency.

本発明の一実施形態に係る適応ノッチフィルタの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the adaptive notch filter which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る複数のノッチフィルタのフィルタ係数更新処理のタイミングの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the timing of the filter coefficient update process of the some notch filter which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るフィルタ係数更新処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the filter coefficient update process which concerns on one Embodiment of this invention. 図3に示す共振周波数監視処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the resonance frequency monitoring process shown in FIG. 本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの周波数特性の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the frequency characteristic of the notch filter which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るピークフィルタの周波数特性の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the frequency characteristic of the peak filter which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの中心周波数ωと係数kとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between center frequency (omega) 0 and the coefficient k of the notch filter which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るノッチフィルタの中心周波数ωの修正の原理を周波数特性として示す図である。It is a figure which shows the principle of correction of center frequency (omega) 0 of the notch filter which concerns on one Embodiment of this invention as a frequency characteristic. 位相差フィルタにピークフィルタを用いる実施例の中心周波数修正量の平均値を示す図である。It is a figure which shows the average value of the center frequency correction amount of the Example which uses a peak filter for a phase difference filter. 本発明の一実施形態に係る共振抑制装置を含むシステム構成の例を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an example of a system configuration including a resonance suppression device according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。   The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

ある実施の形態に係る共振抑制装置は、共振周波数の変化が小さく許容範囲内にあるときには通常どおりにノッチフィルタを補正する一方、共振周波数の変化がその許容範囲から外れたときには警告を出力する。機械の通常の運転中に生じ得る共振周波数変化よりも異常に起因する変化のほうが大きいと予測される。警告を発することによって、異常が発生したこと(または異常が発生した可能性があること)をユーザ(例えば、機械の操作者または管理者)に知らせることができる。こうして、早期の保守点検の要否を検討する機会をユーザに提供することができる。   The resonance suppression device according to an embodiment corrects the notch filter as usual when the change in the resonance frequency is small and within the allowable range, and outputs a warning when the change in the resonance frequency is out of the allowable range. It is expected that changes due to anomalies are greater than changes in resonance frequency that can occur during normal operation of the machine. By issuing a warning, it is possible to notify a user (for example, an operator or a manager of a machine) that an abnormality has occurred (or that an abnormality may have occurred). In this way, it is possible to provide the user with an opportunity to consider the necessity of early maintenance inspection.

図1は、本発明の一実施形態に係る共振抑制装置10の構成を示すブロック図である。共振抑制装置10は例えば、任意の制御系における共振を抑制するためにその制御系に組み込まれて使用される適応ノッチフィルタを備える。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a resonance suppression device 10 according to an embodiment of the present invention. The resonance suppression apparatus 10 includes, for example, an adaptive notch filter that is incorporated in and used in a control system in order to suppress resonance in an arbitrary control system.

共振抑制装置10は、制御系に生じ得る1つまたは複数の共振周波数成分を抑えるためのノッチフィルタ12を備える。ノッチフィルタ12は、例えば図5に示される周波数特性を有する公知のフィルタである。ノッチフィルタ12は、中心周波数ωにおいて振幅ゲインに最小値を有しており、中心周波数ωの周波数成分を入力信号τから除去して出力信号τを出力する。 The resonance suppression device 10 includes a notch filter 12 for suppressing one or more resonance frequency components that may occur in the control system. The notch filter 12 is a known filter having a frequency characteristic shown in FIG. 5, for example. Notch filter 12, at the center frequency omega 0 has a minimum value of the amplitude gain, and outputs to the output signal tau 2 removes frequency components of the center frequency omega 0 of the input signal tau 1.

ノッチフィルタ12への入力信号τは例えば、ノッチフィルタ12が適用される制御系における制御指令である。入力信号τは例えば、当該制御指令の結果得られた出力の検出値と所望の目標指令値との誤差に基づき生成される。入力信号τは目標指令値であってもよい。入力信号τは、当該制御系における観測量(例えば、位置、速度、加速度など)であってもよい。ノッチフィルタ12の出力信号τが入力信号τに代えて、制御指令として使用されることになる。 The input signal τ 1 to the notch filter 12 is, for example, a control command in a control system to which the notch filter 12 is applied. The input signal τ 1 is generated based on, for example, an error between an output detection value obtained as a result of the control command and a desired target command value. The input signal τ 1 may be a target command value. The input signal τ 1 may be an observation amount (for example, position, velocity, acceleration, etc.) in the control system. The output signal τ 2 of the notch filter 12 is used as a control command instead of the input signal τ 1 .

ノッチフィルタ12のフィルタ係数は、制御系の共振周波数成分を入力信号τから除去するように、例えば装置10の出荷時に予め設定されている。あるいは、共振抑制装置10を制御系に設置して使用を開始する際の初期設定作業によりフィルタ係数が設定される。設定作業を通じて、ノッチフィルタ12の中心周波数ωは制御系のいずれかの共振周波数成分に一致するよう調整される。また、初期設定以降の共振抑制装置10の使用中に、ノッチフィルタ12のフィルタ係数は後述するフィルタ係数更新処理によって随時調整される。 The filter coefficient of the notch filter 12 is set in advance, for example, when the apparatus 10 is shipped so as to remove the resonance frequency component of the control system from the input signal τ 1 . Alternatively, the filter coefficient is set by initial setting work when the resonance suppression apparatus 10 is installed in the control system and starts to be used. Through the setting operation, the center frequency ω 0 of the notch filter 12 is adjusted to coincide with any one of the resonance frequency components of the control system. Further, during use of the resonance suppression device 10 after the initial setting, the filter coefficient of the notch filter 12 is adjusted at any time by a filter coefficient update process described later.

ノッチフィルタ12は、複数の周波数成分を除去するよう構成されていてもよく、例えば直列に接続された複数段のノッチフィルタで構成されていてもよい。複数のノッチフィルタはそれぞれ、任意の周波数成分に中心周波数を設定可能とされている。各ノッチフィルタの動作帯域が予め区分けされているわけではない。そのため、共振周波数の分布に応じてノッチフィルタを柔軟に割り当てることができる。例えば、2つの共振周波数成分が比較的接近している場合にもそれぞれにノッチフィルタを割り当てることができる。しかし、各ノッチフィルタの動作帯域が予め区分けされていてもよい。その場合、各ノッチフィルタが担当する区分ごとに共振周波数成分が1つとなるように予め区分けされていることが望ましい。   The notch filter 12 may be configured to remove a plurality of frequency components. For example, the notch filter 12 may be configured of a plurality of notch filters connected in series. Each of the plurality of notch filters can set a center frequency to an arbitrary frequency component. The operating band of each notch filter is not divided in advance. Therefore, the notch filter can be flexibly assigned according to the distribution of the resonance frequency. For example, even when two resonance frequency components are relatively close to each other, a notch filter can be assigned to each. However, the operation band of each notch filter may be divided in advance. In that case, it is desirable that the division is performed in advance so that the resonance frequency component becomes one for each division handled by each notch filter.

共振抑制装置10は、ノッチフィルタ12のフィルタ係数を更新するためのフィルタ係数調整部13を備える。フィルタ係数更新処理は、ノッチフィルタ12が適用される制御系の共振周波数にノッチフィルタ12の中心周波数ωを一致させるための処理である。フィルタ係数更新処理は、中心周波数ωだけではなく、中心周波数ω以外のノッチフィルタ12の係数(例えばノッチ幅やノッチ深さ)を併せて調整してもよい。 The resonance suppression apparatus 10 includes a filter coefficient adjustment unit 13 for updating the filter coefficient of the notch filter 12. The filter coefficient update process is a process for making the center frequency ω 0 of the notch filter 12 coincide with the resonance frequency of the control system to which the notch filter 12 is applied. In the filter coefficient updating process, not only the center frequency ω 0 but also the coefficients (for example, notch width and notch depth) of the notch filter 12 other than the center frequency ω 0 may be adjusted.

フィルタ係数調整部13は、ノッチフィルタ12のフィルタ係数を参照信号rに基づいて修正する。参照信号rは、入力信号τと同様に、ノッチフィルタ12が適用される制御対象への制御指令であってもよいし、当該制御対象からの観測量であってもよい。フィルタ係数調整部13は、制御対象の振動により生じた騒音から生成した参照信号rを用いてもよい。そのために、制御対象が発する音を分析して参照信号rを生成する参照信号生成部を設けてもよい。制御対象が発する音を集音して参照信号生成部に供給するためのマイク等の集音器を設けてもよい。このように、フィルタ係数調整部13は、制御対象の振動成分を抽出することのできるいかなる信号を参照信号rとして用いてもよい。 The filter coefficient adjustment unit 13 corrects the filter coefficient of the notch filter 12 based on the reference signal r. Similarly to the input signal τ 1 , the reference signal r may be a control command to a control target to which the notch filter 12 is applied, or may be an observation amount from the control target. The filter coefficient adjustment unit 13 may use a reference signal r generated from noise generated by the vibration of the control target. For this purpose, a reference signal generation unit that analyzes a sound generated by the control target and generates a reference signal r may be provided. A sound collector such as a microphone may be provided for collecting the sound generated by the control target and supplying the collected sound to the reference signal generation unit. As described above, the filter coefficient adjustment unit 13 may use any signal that can extract the vibration component to be controlled as the reference signal r.

フィルタ係数調整部13は、ノッチフィルタ12の中心周波数ωを調整するための中心周波数演算部17を含む。この場合中心周波数演算部17は、位相差フィルタ16と、修正演算部18と、を含んでもよく、これらの詳細については後述する。一実施例においては、中心周波数演算部17は、中心周波数ωの現在値にピークをもつピークフィルタを含み、そのピークフィルタを入力信号に作用させて得られる出力信号と入力信号との積に基づいて中心周波数の修正量Δωを演算する。修正量Δωが与えられることより中心周波数ωは制御系の共振周波数を追跡する。代案として、中心周波数演算部17は、ピークフィルタの代わりに全域通過フィルタを用いる方法や、その他の任意の方法で入力信号から中心周波数を演算してもよい。 The filter coefficient adjustment unit 13 includes a center frequency calculation unit 17 for adjusting the center frequency ω 0 of the notch filter 12. In this case, the center frequency calculation unit 17 may include a phase difference filter 16 and a correction calculation unit 18, and details thereof will be described later. In one embodiment, the center frequency calculator 17 includes a peak filter having a peak at the current value of the center frequency ω 0 , and the product of the output signal and the input signal obtained by applying the peak filter to the input signal. Based on this, a correction amount Δω 0 of the center frequency is calculated. Given the correction amount Δω 0, the center frequency ω 0 tracks the resonance frequency of the control system. As an alternative, the center frequency calculation unit 17 may calculate the center frequency from the input signal by a method using an all-pass filter instead of the peak filter or by any other method.

制御系の共振周波数の真の値を把握することは必ずしも容易ではない。その代わりに、フィルタ係数更新処理において得られる中心周波数ωを共振周波数の推定値として使用することができる。このようにして、共振抑制装置10は、フィルタ係数調整部13を利用して動作中に共振周波数を監視することができる。つまり、共振抑制装置10は、適応ノッチフィルタのための周波数トラッキングを利用して制御系の共振周波数を監視する。よって、フィルタ係数調整部13は、制御系の共振周波数を監視するための周波数監視部であるとも言える。 It is not always easy to grasp the true value of the resonance frequency of the control system. Instead, the center frequency ω 0 obtained in the filter coefficient update process can be used as an estimated value of the resonance frequency. In this way, the resonance suppression device 10 can monitor the resonance frequency during operation using the filter coefficient adjustment unit 13. That is, the resonance suppression apparatus 10 monitors the resonance frequency of the control system using frequency tracking for the adaptive notch filter. Therefore, it can be said that the filter coefficient adjustment unit 13 is a frequency monitoring unit for monitoring the resonance frequency of the control system.

フィルタ係数調整部13は、フィルタ係数更新処理を反復して実行する。多くの場合、共振周波数の変動は穏やかであり、長期的に監視したときにその変化が現れる。そのため、フィルタ係数更新処理は間欠的に反復して実行されてもよい。つまり、前回のフィルタ係数更新処理と今回のフィルタ係数更新処理との間に更新の休止期間があってもよい。更新処理を常時実行する場合に比べて演算負荷を低減することができる。しかし、中心周波数の追従性を重視する場合(制御系の共振周波数が変化しやすいと予測される場合)には、フィルタ係数更新処理は常時反復して実行されてもよい。   The filter coefficient adjustment unit 13 repeatedly executes the filter coefficient update process. In many cases, the variation of the resonance frequency is moderate, and the change appears when monitored over the long term. Therefore, the filter coefficient update process may be repeatedly executed repeatedly. That is, there may be an update suspension period between the previous filter coefficient update process and the current filter coefficient update process. Compared with the case where the update process is always executed, the calculation load can be reduced. However, when importance is attached to the followability of the center frequency (when it is predicted that the resonance frequency of the control system is likely to change), the filter coefficient update process may be executed repeatedly at all times.

フィルタ係数調整部13は、中心周波数演算部17への入力信号の帯域を制限するためのプリフィルタ14を含む。プリフィルタ14は、ノッチフィルタ12の中心周波数ωの修正に不要な周波数成分を参照信号rから除去するために設けられている。プリフィルタ14は、参照信号rを入力として、ノッチフィルタ12により除去すべき周波数成分を含む帯域を含む信号uを出力する。信号uは好ましくは、ノッチフィルタ12により除去すべき周波数成分のみを含む。すなわち、プリフィルタ14は、ノッチフィルタ12により除去すべき周波数成分を参照信号rから抽出する。 The filter coefficient adjustment unit 13 includes a prefilter 14 for limiting the band of the input signal to the center frequency calculation unit 17. The prefilter 14 is provided to remove a frequency component unnecessary for correcting the center frequency ω 0 of the notch filter 12 from the reference signal r. The pre-filter 14 receives the reference signal r and outputs a signal u including a band including a frequency component to be removed by the notch filter 12. The signal u preferably contains only frequency components to be removed by the notch filter 12. That is, the prefilter 14 extracts the frequency component to be removed by the notch filter 12 from the reference signal r.

ここで、中心周波数ωの修正に不要な周波数成分には、中心周波数ωよりも低い周波数領域の周波数成分が含まれる。一般に、参照信号rにおいては、直流成分(言い換えれば0Hzの周波数成分)や、目標指令の主要な周波数成分等の中心周波数ωよりも低域の周波数成分が大きな振幅を有していることが多い。一実施例に係る周波数トラッキング方法は現在の中心周波数の近傍で振幅の大きい周波数成分に中心周波数を一致させようとするものである。この場合、参照信号r中の振幅の大きい低域成分に影響されて、中心周波数ωが制御対象の共振周波数成分よりもやや低めに修正される傾向がある。よって、プリフィルタ14は例えば、制御周波数帯域よりも高い周波数領域を通過帯域とするハイパスフィルタを含むことが好ましい。 Here, the unnecessary frequency components in the correction of the center frequency omega 0, includes a frequency component of a frequency region lower than the center frequency omega 0. In general, in the reference signal r, a frequency component in a lower frequency range than the center frequency ω 0 such as a DC component (in other words, a frequency component of 0 Hz) or a main frequency component of the target command has a large amplitude. Many. The frequency tracking method according to an embodiment attempts to make the center frequency coincide with a frequency component having a large amplitude in the vicinity of the current center frequency. In this case, the center frequency ω 0 tends to be corrected slightly lower than the resonance frequency component to be controlled due to the influence of the low-frequency component having a large amplitude in the reference signal r. Therefore, it is preferable that the pre-filter 14 includes, for example, a high-pass filter whose pass band is a frequency region higher than the control frequency band.

また、プリフィルタ14は、中心周波数ωよりも高い周波数領域に含まれる周波数成分(例えば、共振とは無関係のノイズ)を除去するように構成されていてもよい。この場合、プリフィルタ14は、中心周波数ωとその近傍の周波数成分を含む周波数領域を通過帯域とするバンドパスフィルタを含んでもよい。 Further, the prefilter 14 may be configured to remove frequency components (for example, noise unrelated to resonance) included in a frequency region higher than the center frequency ω 0 . In this case, the pre-filter 14 may include a band-pass filter whose pass band is a frequency region including the center frequency ω 0 and frequency components in the vicinity thereof.

フィルタ係数調整部13は、振動評価部19を含む。振動評価部19は、参照信号rまたはその他の入力信号の振動レベルを評価する。振動評価部19への入力信号はプリフィルタ14の出力信号uであってもよい。振動評価部19は例えば、入力信号から振動レベルを演算し、得られた振動レベルが基準を超えているか否かを判定する。振動レベルが基準を超えているか否かは例えば、プリフィルタ14の出力信号uが十分な振幅を有するか否かによって判定する。プリフィルタ14の出力信号uが十分な振幅を有するか否かを評価するために、例えば、出力信号uの2乗にローパスフィルタをかけて得られる信号と参照信号rの分解能の2乗との比が基準値より大きいか否かを判定する。振動評価部19は、その他公知の適切な手法で振動レベルを評価してもよい。   The filter coefficient adjustment unit 13 includes a vibration evaluation unit 19. The vibration evaluation unit 19 evaluates the vibration level of the reference signal r or other input signal. The input signal to the vibration evaluation unit 19 may be the output signal u of the prefilter 14. For example, the vibration evaluation unit 19 calculates a vibration level from the input signal, and determines whether or not the obtained vibration level exceeds a reference. Whether or not the vibration level exceeds the reference is determined by, for example, whether or not the output signal u of the prefilter 14 has a sufficient amplitude. In order to evaluate whether or not the output signal u of the prefilter 14 has a sufficient amplitude, for example, a signal obtained by applying a low-pass filter to the square of the output signal u and the square of the resolution of the reference signal r It is determined whether the ratio is greater than a reference value. The vibration evaluation unit 19 may evaluate the vibration level by other known appropriate methods.

共振抑制装置10が複数のノッチフィルタ12を備える場合には、フィルタ係数調整部13は、それら複数のノッチフィルタ12に共用される。フィルタ係数調整部13は、複数のノッチフィルタ12のフィルタ係数更新処理を順番に実行する。あるノッチフィルタと別のノッチフィルタとで更新処理のタイミングをずらすことにより、演算負荷の集中を緩和することができる。   When the resonance suppression apparatus 10 includes a plurality of notch filters 12, the filter coefficient adjustment unit 13 is shared by the plurality of notch filters 12. The filter coefficient adjustment unit 13 sequentially executes filter coefficient update processing for the plurality of notch filters 12. By shifting the timing of the update process between one notch filter and another notch filter, the concentration of calculation load can be reduced.

好ましくは、フィルタ係数調整部13は、複数のノッチフィルタ12のフィルタ係数更新処理を個別的に順次実行する。つまり、フィルタ係数調整部13は、ノッチフィルタの更新処理を1つずつ切り換えて実行し、各ノッチフィルタを巡回する。こうして、フィルタ係数調整部13の演算負荷を時間的に一定にすることができる。また、複数のノッチフィルタ12のフィルタ係数更新処理を同時に行う場合に比べて演算量を低減することができる。   Preferably, the filter coefficient adjustment unit 13 individually executes the filter coefficient update process of the plurality of notch filters 12 one after another. That is, the filter coefficient adjustment unit 13 switches and executes notch filter update processing one by one, and circulates each notch filter. Thus, the calculation load of the filter coefficient adjustment unit 13 can be made constant over time. Further, the amount of calculation can be reduced as compared with the case where the filter coefficient update processing of the plurality of notch filters 12 is performed simultaneously.

なお、2つノッチフィルタの更新処理の間に休止期間があってもよいし、それらが部分的に重複してもよい。各ノッチフィルタの更新処理は固定された順序で順番に実行されなくてもよく、順序は必要に応じて変更されてもよい。各ノッチフィルタの更新頻度は必ずしも均一でなくてもよく、特定のノッチフィルタが他のノッチフィルタよりも高頻度に更新されてもよい。   Note that there may be a pause period between two notch filter update processes, or they may partially overlap. The update process of each notch filter may not be executed in a fixed order, and the order may be changed as necessary. The update frequency of each notch filter may not necessarily be uniform, and a specific notch filter may be updated more frequently than other notch filters.

図2は、複数のノッチフィルタ12のフィルタ係数更新処理のタイミングの一例を示す図である。図2には、XYステージへの共振抑制装置10の適用例を示す。共振抑制装置10は、X方向の制御軸の共振抑制のために3段のノッチフィルタNX1、NX2、NX3を有し、Y方向の制御軸の共振抑制のために3段のノッチフィルタNY1、NY2、NY3を有し、合計6個のノッチフィルタを有する。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the timing of the filter coefficient update process of the plurality of notch filters 12. FIG. 2 shows an application example of the resonance suppression apparatus 10 to the XY stage. The resonance suppression apparatus 10 includes three-stage notch filters NX1, NX2, and NX3 for suppressing resonance of the control axis in the X direction, and three-stage notch filters NY1, NY2 for suppressing resonance of the control axis in the Y direction. , NY3 and a total of six notch filters.

図示されるように、6つのノッチフィルタはNX1、NX2、NX3、NY1、NY2、NY3の順にフィルタ係数更新処理が切り換えて実行される。各ノッチフィルタの更新処理には均等に処理時間が設定されている。本例では2秒間である。図においては処理時間を矢印で示す。   As shown in the figure, the filter coefficient update processing is switched and executed for the six notch filters in the order of NX1, NX2, NX3, NY1, NY2, NY3. The processing time is set equally for the update processing of each notch filter. In this example, it is 2 seconds. In the figure, the processing time is indicated by an arrow.

あるノッチフィルタの更新処理が終了したときに、その次のノッチフィルタの更新処理が開始される。このとき、更新処理が行われるノッチフィルタに合わせてプリフィルタ14の帯域設定が切り換えられる。本例では2秒ごとにプリフィルタ14の帯域設定が切り換えられることになる。   When the update process for a certain notch filter is completed, the update process for the next notch filter is started. At this time, the band setting of the pre-filter 14 is switched according to the notch filter to be updated. In this example, the band setting of the prefilter 14 is switched every 2 seconds.

プリフィルタ14は、複数のノッチフィルタのうちフィルタ係数更新処理が実行されるノッチフィルタに割り当てられている共振周波数成分を通過させ、当該共振周波数成分以外の共振周波数成分を排除するよう通過帯域が設定されてる。このようにすれば、あるノッチフィルタの更新処理中に、そのノッチフィルタに割り当てられた共振周波数以外の振動成分が更新処理に与える影響を軽減または防止することができる。   The pre-filter 14 passes a resonance frequency component assigned to a notch filter for which filter coefficient update processing is executed among a plurality of notch filters, and a pass band is set so as to exclude resonance frequency components other than the resonance frequency component. It has been done. In this way, during the update process of a certain notch filter, it is possible to reduce or prevent the influence of vibration components other than the resonance frequency assigned to the notch filter on the update process.

具体的には、プリフィルタ14は、フィルタ係数更新処理においては狭い通過帯域に設定される。フィルタ係数更新処理におけるプリフィルタ14の通過帯域は例えば、以前に設定された中心周波数ωの近傍(例えば、中心周波数ωの±5%の帯域)に設定される。なお、共振抑制装置10の初期設定作業においては、プリフィルタ14は、抑制すべき周波数成分を中心周波数演算部17へと伝えるために、フィルタ係数更新処理よりも十分に広い通過帯域をもつよう設定されるか、または無効とされる。 Specifically, the prefilter 14 is set to a narrow passband in the filter coefficient update process. The pass band of the pre-filter 14 in the filter coefficient update process is set, for example, in the vicinity of the previously set center frequency ω 0 (for example, a band of ± 5% of the center frequency ω 0 ). In the initial setting operation of the resonance suppression device 10, the prefilter 14 is set so as to have a sufficiently wide pass band than the filter coefficient updating process in order to transmit the frequency component to be suppressed to the center frequency calculation unit 17. Or disabled.

また、X方向の制御軸のための3段のノッチフィルタNX1、NX2、NX3の更新処理が終了してから、Y方向の制御軸のための3段のノッチフィルタNY1、NY2、NY3の更新処理が開始される。X方向の更新処理はX方向についての参照信号rに基づき行われ、Y方向の更新処理はY方向についての参照信号rに基づき行われる。そのために、X方向の更新処理が終了しY方向の更新処理が始まるときに、フィルタ係数調整部13への入力信号がX方向の信号からY方向の信号へと切り換えられる。同様に、Y方向の更新処理からX方向の更新処理に切り換えるときに、フィルタ係数調整部13への入力信号はY方向の信号からX方向の信号へと切り換えられる。本例では6秒ごとにフィルタ係数調整部13への入力信号が切り換えられる。図2においては入力信号の切替を太線で示す。   In addition, after the update process of the three-stage notch filters NX1, NX2, and NX3 for the X-direction control axis is completed, the update process of the three-stage notch filters NY1, NY2, and NY3 for the Y-direction control axis is completed. Is started. The update process in the X direction is performed based on the reference signal r in the X direction, and the update process in the Y direction is performed based on the reference signal r in the Y direction. Therefore, when the update process in the X direction ends and the update process in the Y direction starts, the input signal to the filter coefficient adjustment unit 13 is switched from the X direction signal to the Y direction signal. Similarly, when switching from the update process in the Y direction to the update process in the X direction, the input signal to the filter coefficient adjustment unit 13 is switched from the signal in the Y direction to the signal in the X direction. In this example, the input signal to the filter coefficient adjustment unit 13 is switched every 6 seconds. In FIG. 2, switching of the input signal is indicated by a bold line.

最後のノッチフィルタNY3の更新処理の次には、最初のノッチフィルタNX1の更新処理が再び行われる。こうして各ノッチフィルタの更新処理が(本例では12秒ごとに)繰り返される。   Following the update process of the last notch filter NY3, the update process of the first notch filter NX1 is performed again. In this way, the update process of each notch filter is repeated (in this example, every 12 seconds).

図3は、本発明の一実施形態に係るフィルタ係数更新処理を説明するためのフローチャートである。フィルタ係数更新処理は、共振周波数監視処理(S10)、検定処理(S12)、及び切替処理(S14)を含み、フィルタ係数調整部13が個々のノッチフィルタに対してこれらを順次実行する。   FIG. 3 is a flowchart for explaining filter coefficient update processing according to an embodiment of the present invention. The filter coefficient update process includes a resonance frequency monitoring process (S10), a verification process (S12), and a switching process (S14), and the filter coefficient adjustment unit 13 sequentially executes these for each notch filter.

共振周波数監視処理(S10)は、ノッチフィルタ12のフィルタ係数を更新するために制御系の共振周波数を、例えば後述する周波数トラッキングを使用して推定することを含む処理である。共振周波数監視処理(S10)の詳細については図4を参照して後述する。   The resonance frequency monitoring process (S10) is a process including estimating the resonance frequency of the control system using, for example, frequency tracking described later in order to update the filter coefficient of the notch filter 12. Details of the resonance frequency monitoring process (S10) will be described later with reference to FIG.

検定処理(S12)は、監視処理(S10)により得られた共振周波数の変動量が許容範囲にあるか否かを判定することを含む(S16)。この許容範囲は基準周波数に基づいて設定され、例えば、基準周波数を中心に含み上限及び下限が設定される。基準周波数は例えば、今回の更新処理の開始以前に既に取得されている中心周波数である。つまり、基準周波数は、ノッチフィルタ12の既存の中心周波数である。よって、基準周波数は例えば、共振抑制装置10の初期設定により取得されたノッチフィルタ中心周波数であってもよいし、更新処理開始時点における中心周波数(つまり、前回の更新処理により取得された中心周波数)であってもよい。許容範囲は例えば、プリフィルタ14の通過帯域と同様に、以前に設定された中心周波数ωの近傍(例えば、中心周波数ωの±5%の帯域)に設定される。 The verification process (S12) includes determining whether or not the fluctuation amount of the resonance frequency obtained by the monitoring process (S10) is within an allowable range (S16). This allowable range is set based on the reference frequency, and for example, an upper limit and a lower limit are set including the reference frequency as a center. The reference frequency is, for example, the center frequency already acquired before the start of the current update process. That is, the reference frequency is the existing center frequency of the notch filter 12. Therefore, the reference frequency may be, for example, the notch filter center frequency acquired by the initial setting of the resonance suppression device 10, or the center frequency at the start of the update process (that is, the center frequency acquired by the previous update process). It may be. For example, the allowable range is set in the vicinity of the previously set center frequency ω 0 (for example, a band of ± 5% of the center frequency ω 0 ), similarly to the pass band of the pre-filter 14.

検定処理(S12)においては、設定された許容範囲に共振周波数が含まれると判定された場合には(S12のY)、フィルタ係数調整部13は、そのノッチフィルタのフィルタ係数を更新する(S18)。フィルタ係数調整部13は、監視処理(S10)により新たに取得された共振周波数にノッチフィルタの中心周波数を一致させるようにフィルタ係数を修正する。すなわち、共振周波数の変動が許容レベルにある場合には、通常どおりにフィルタ係数が更新され、共振抑制装置10の周波数特性が修正される。   In the verification process (S12), when it is determined that the resonance frequency is included in the set allowable range (Y in S12), the filter coefficient adjustment unit 13 updates the filter coefficient of the notch filter (S18). ). The filter coefficient adjustment unit 13 corrects the filter coefficient so that the center frequency of the notch filter matches the resonance frequency newly acquired by the monitoring process (S10). That is, when the fluctuation of the resonance frequency is at an allowable level, the filter coefficient is updated as usual, and the frequency characteristic of the resonance suppression device 10 is corrected.

一方、共振周波数が設定された許容範囲から逸脱したと判定された場合には(S12のN)、フィルタ係数調整部13は、警告を出力する(S20)。警告が出力されることによって、異常が発生したこと(または異常が発生した可能性があること)をユーザに知らせることができる。警告の出力の方法は公知の任意の手法であってよい。警告の出力とともに、または警告の出力に代えて、フィルタ係数調整部13は、機械の動作(装置の稼動)を停止させる指令を生成し出力してもよい。   On the other hand, when it is determined that the resonance frequency has deviated from the set allowable range (N in S12), the filter coefficient adjustment unit 13 outputs a warning (S20). By outputting the warning, it is possible to notify the user that an abnormality has occurred (or that an abnormality may have occurred). The warning output method may be any known method. The filter coefficient adjustment unit 13 may generate and output a command to stop the operation of the machine (operation of the apparatus) together with the warning output or instead of the warning output.

監視処理(S10)及び検定処理(S12)により、ノッチフィルタのフィルタ係数の更新は完了している。次のノッチフィルタの更新処理の準備のために、フィルタ係数調整部13は、監視処理(S10)及び検定処理(S12)に続いて切替処理(S14)を実行する。切替処理(S14)は、次のノッチフィルタのためにプリフィルタ14の帯域設定を切り換えることを含む。また、必要に応じて、切替処理(S14)は、フィルタ係数調整部13への入力信号の切替を含む。   The update of the filter coefficient of the notch filter is completed by the monitoring process (S10) and the verification process (S12). In preparation for the next notch filter update process, the filter coefficient adjustment unit 13 executes the switching process (S14) following the monitoring process (S10) and the verification process (S12). The switching process (S14) includes switching the band setting of the pre-filter 14 for the next notch filter. Further, the switching process (S14) includes switching of an input signal to the filter coefficient adjustment unit 13 as necessary.

図4は、図3に示す共振周波数監視処理を説明するためのフローチャートである。この共振周波数監視処理(S10)は主として、後述する周波数トラッキング処理(S24)を含む。周波数トラッキング処理(S24)は、後述の式1に従って、中心周波数ωの現在値ω[n]に修正量Δωを加算することにより更新値ω[n+1]を得ることを含む。なお、フィルタ係数調整部13は、この周波数トラッキング処理以外の任意の方法で中心周波数を演算してもよい。 FIG. 4 is a flowchart for explaining the resonance frequency monitoring process shown in FIG. The resonance frequency monitoring process (S10) mainly includes a frequency tracking process (S24) described later. The frequency tracking process (S24) includes obtaining an updated value ω 0 [n + 1] by adding the correction amount Δω 0 to the current value ω 0 [n] of the center frequency ω 0 according to Equation 1 described later. Note that the filter coefficient adjustment unit 13 may calculate the center frequency by any method other than the frequency tracking process.

周波数トラッキング処理(S24)を実行することが妥当であるか否かを判断するために、共振周波数監視処理は、周波数トラッキング処理の開始条件が成立しているか否かを判定する(S22)。開始条件は、プリフィルタ14の出力信号uの振動レベルが基準を超えていることを含む。プリフィルタ14の出力信号uの振動レベルが基準を超えているか否かを判定するために、フィルタ係数調整部13は例えば上述のように、プリフィルタ14の出力信号uが十分な振幅を有するか否かを判定する。   In order to determine whether it is appropriate to execute the frequency tracking process (S24), the resonance frequency monitoring process determines whether a start condition for the frequency tracking process is satisfied (S22). The start condition includes that the vibration level of the output signal u of the prefilter 14 exceeds a reference. In order to determine whether or not the vibration level of the output signal u of the prefilter 14 exceeds the reference, the filter coefficient adjustment unit 13 determines whether the output signal u of the prefilter 14 has a sufficient amplitude, for example, as described above. Determine whether or not.

振動レベルが基準に達していると判定された場合には(S22のY)、フィルタ係数調整部13は周波数トラッキング処理を実行する(S24)。一方、振動レベルが基準に満たないと判定された場合には(S22のN)、フィルタ係数調整部13は周波数トラッキング処理を実行しない。これは、ノイズや他の共振成分、指令成分などの影響によりノッチフィルタの中心周波数ωが異常値に収束することを避けるためである。 When it is determined that the vibration level has reached the reference (Y in S22), the filter coefficient adjustment unit 13 performs frequency tracking processing (S24). On the other hand, when it is determined that the vibration level does not satisfy the standard (N in S22), the filter coefficient adjustment unit 13 does not execute the frequency tracking process. This is to prevent the center frequency ω 0 of the notch filter from converging to an abnormal value due to the influence of noise, other resonance components, command components, and the like.

周波数トラッキング処理(S24)の次に、または、振動レベルが基準に満たないと判定された場合に(S22のN)、フィルタ係数調整部13は、監視時間が経過しているか否かを判定する(S26)。監視時間はフィルタ係数更新処理に許容された処理時間であり、上述の図2に示す例では例えば2秒間である。   After the frequency tracking process (S24) or when it is determined that the vibration level does not satisfy the standard (N in S22), the filter coefficient adjustment unit 13 determines whether the monitoring time has elapsed. (S26). The monitoring time is a processing time allowed for the filter coefficient updating process, and is, for example, 2 seconds in the example shown in FIG.

監視時間が経過していると判定された場合には(S26のY)、フィルタ係数調整部13は、共振周波数監視処理(S10)から検定処理(S12)に移行する(図3参照)。監視時間が経過していないと判定された場合には(S26のN)、フィルタ係数調整部13は、共振周波数監視処理(S10)を繰り返す。   When it is determined that the monitoring time has elapsed (Y in S26), the filter coefficient adjustment unit 13 proceeds from the resonance frequency monitoring process (S10) to the verification process (S12) (see FIG. 3). When it is determined that the monitoring time has not elapsed (N in S26), the filter coefficient adjustment unit 13 repeats the resonance frequency monitoring process (S10).

代案として、監視時間の経過判定(S26)は、検定処理(S12)の次に行われてもよい。この場合、周波数トラッキング処理(S24)において新たな演算結果を得るたびに検定処理(S12)が実行される。監視時間が経過するまで、周波数トラッキング処理(S24)及び検定処理(S12)が反復される。   As an alternative, the monitoring time elapse determination (S26) may be performed after the verification process (S12). In this case, the verification process (S12) is executed every time a new calculation result is obtained in the frequency tracking process (S24). The frequency tracking process (S24) and the verification process (S12) are repeated until the monitoring time elapses.

なお実際の更新処理においては多くの場合、監視時間の冒頭で(例えば0.1秒程度で)周波数トラッキング処理により中心周波数ωが共振周波数に収束する。収束すれば周波数トラッキング処理は終了される。更新されたノッチフィルタによって振動レベルは基準未満へと抑制される。そのため、監視時間の後半には周波数トラッキング処理は稼動していないことが多い。 In many cases, in the actual update process, the center frequency ω 0 converges to the resonance frequency by the frequency tracking process at the beginning of the monitoring time (for example, about 0.1 second). If it converges, the frequency tracking process is terminated. The vibration level is suppressed below the reference by the updated notch filter. For this reason, the frequency tracking process is often not activated in the latter half of the monitoring time.

次に、本発明の一実施形態に係る周波数トラッキング処理を説明する。   Next, frequency tracking processing according to an embodiment of the present invention will be described.

図1に示されるように、位相差フィルタ16は、プリフィルタ14の出力信号uを入力として、位相差フィルタ出力信号pを出力する。ここで位相差フィルタ16とは、周波数成分に応じた位相シフトを与えるフィルタをいう。位相差フィルタ16の位相特性は、中心周波数ωを含む局所周波数領域の下限周波数から上限周波数へと入力信号uの周波数が増加するにつれて、出力信号pの位相シフトを第1位相シフトから第2位相シフトへと単調に変化させる。下限周波数よりも低周波数領域においては位相シフトは第1位相シフトに実質的に等しく、上限周波数よりも高周波数領域においては位相シフトは第2位相シフトに実質的に等しい。 As shown in FIG. 1, the phase difference filter 16 receives the output signal u of the pre-filter 14 and outputs a phase difference filter output signal p. Here, the phase difference filter 16 refers to a filter that gives a phase shift according to a frequency component. The phase characteristic of the phase difference filter 16 is that the phase shift of the output signal p is changed from the first phase shift to the second as the frequency of the input signal u increases from the lower limit frequency to the upper limit frequency of the local frequency region including the center frequency ω 0 . Change monotonically to phase shift. In the lower frequency region than the lower limit frequency, the phase shift is substantially equal to the first phase shift, and in the higher frequency region than the upper limit frequency, the phase shift is substantially equal to the second phase shift.

中心周波数ωの修正を、以下に詳しく述べる中心周波数修正量Δωを用いて行う場合には、位相差フィルタ16の位相特性は、局所周波数領域の下限周波数よりも低周波数領域においては実質的に0度の位相遅れを与え(つまり実質的に位相を遅らせず)、上限周波数よりも高周波数領域においては実質的に180度の位相遅れを与えることが好ましい。位相差フィルタ16の位相特性は、局所周波数領域の下限周波数から上限周波数へと入力信号uの周波数が増加するにつれて、出力信号pの位相遅れが0度から180度へと大きくなっていく。入力信号uの周波数成分が中心周波数ωに等しいときに、出力信号pの位相遅れは90度に等しくなるよう設定されている。 When the correction of the center frequency ω 0 is performed using the center frequency correction amount Δω 0 described in detail below, the phase characteristic of the phase difference filter 16 is substantially lower in the lower frequency region than the lower limit frequency of the local frequency region. It is preferable that a phase delay of 0 degree is given to (i.e., the phase is not substantially delayed), and a phase delay of 180 degrees is given in a frequency region higher than the upper limit frequency. The phase characteristics of the phase difference filter 16 are such that the phase delay of the output signal p increases from 0 degrees to 180 degrees as the frequency of the input signal u increases from the lower limit frequency to the upper limit frequency in the local frequency region. When the frequency component of the input signal u is equal to the center frequency ω 0 , the phase delay of the output signal p is set to be equal to 90 degrees.

好ましい一実施例においては、位相差フィルタ16は、上記の位相特性とともに、局所周波数領域を帯域幅とするゲインピークを中心周波数ωに有する周波数振幅特性を有するピークフィルタであってもよい。この帯域幅(すなわちピーク幅)は、ピークからゲインが所定量(例えば1/√2)減衰する周波数の範囲をいう。ピークフィルタの周波数振幅特性及び周波数位相特性の一例を図6に示す。図6の周波数位相特性に示されるように、位相差フィルタ16は、中心周波数ωにおいて基準位相遅れ(例えば90度)をとり、中心周波数ωの近傍で基準位相遅れよりも十分小さい位相遅れ(例えば0度)から十分大きい位相遅れ(例えば180度)へと変化する位相特性を有する。 In a preferred embodiment, the phase difference filter 16 may be a peak filter having a frequency amplitude characteristic having a gain peak having a bandwidth in the local frequency region at the center frequency ω 0 in addition to the above phase characteristic. This bandwidth (that is, peak width) is a frequency range in which the gain is attenuated from the peak by a predetermined amount (for example, 1 / √2). An example of the frequency amplitude characteristic and frequency phase characteristic of the peak filter is shown in FIG. As shown in frequency-phase characteristic of FIG. 6, the phase contrast filter 16, the center frequency omega 0 takes a reference phase delay (e.g. 90 degrees) at the center frequency omega 0 sufficiently small phase lag than the reference phase delay in the neighborhood of It has a phase characteristic that changes from (for example, 0 degrees) to a sufficiently large phase delay (for example, 180 degrees).

なお、他の一実施例においては、位相差フィルタ16は上記の位相特性を有する全域通過フィルタであってもよい。全域通過フィルタは全周波数領域においてゲインの値が1である周波数振幅特性を有する。また、位相差フィルタ16は、入力信号uの周波数ωと中心周波数ωとの差に比例して位相遅れを生じさせる位相シフタまたはFIRフィルタであってもよい。 In another embodiment, the phase difference filter 16 may be an all-pass filter having the above phase characteristics. The all-pass filter has a frequency amplitude characteristic with a gain value of 1 in the entire frequency region. The phase difference filter 16 may be a phase shifter or FIR filter that causes a phase delay in proportion to the difference between the frequency ω of the input signal u and the center frequency ω 0 .

修正演算部18は、位相差フィルタ入力信号u及び位相差フィルタ出力信号pに基づいてノッチフィルタ12及び位相差フィルタ16のフィルタ係数を修正する。すなわち、修正演算部18は、ノッチフィルタ12及び位相差フィルタ16の時点nにおけるフィルタ係数を、入力信号u及び出力信号pに基づいて、時点n+1におけるフィルタ係数に更新する。修正演算部18は例えば、次式により中心周波数ωを時点nの値ω[n]を時点n+1の値ω[n+1]に更新する。すなわち、修正演算部18は、中心周波数ωの現在値ω[n]に修正量Δωを加算することにより更新値ω[n+1]を得る。 The correction calculation unit 18 corrects the filter coefficients of the notch filter 12 and the phase difference filter 16 based on the phase difference filter input signal u and the phase difference filter output signal p. That is, the correction calculation unit 18 updates the filter coefficient at the time point n of the notch filter 12 and the phase difference filter 16 to the filter coefficient at the time point n + 1 based on the input signal u and the output signal p. For example, the correction calculation unit 18 updates the center frequency ω 0 to the value ω 0 [n] at the time point n with the value ω 0 [n + 1] at the time point n + 1 by the following equation. That is, the correction calculation unit 18 obtains the updated value ω 0 [n + 1] by adding the correction amount Δω 0 to the current value ω 0 [n] of the center frequency ω 0 .

Figure 2013089089
Figure 2013089089

式1の右辺第2項が中心周波数ωの修正量Δωである。ここで、u[n]及びp[n]はそれぞれ時点nにおける位相差フィルタの入力信号u及び出力信号pを示す。Φ[n]は時点nにおける補正係数である。この補正係数については後述するが、入力信号uの振幅αの影響を緩和するための補正係数である。補正係数Φ[n]は例えば、位相差フィルタ出力信号p[n]の二乗を平滑化したものである。出力信号p[n]は振動成分を含む信号であるから、0または0に近い値をとることがある。よって、補正係数Φ[n]が0または0に近い値となり、中心周波数修正量Δωが過大となることを避けるためには、平滑化処理をすることが好ましい。平滑化処理は例えばローパスフィルタによるものであってもよい。μは、修正量Δωを調整するための修正ゲインである。 The second term on the right side of Equation 1 is the correction amount Δω 0 of the center frequency ω 0 . Here, u [n] and p [n] denote the input signal u and the output signal p of the phase difference filter at time n, respectively. Φ p [n] is a correction coefficient at time n. Although this correction coefficient will be described later, it is a correction coefficient for reducing the influence of the amplitude α of the input signal u. The correction coefficient Φ p [n] is, for example, a smoothed square of the phase difference filter output signal p [n]. Since the output signal p [n] is a signal including a vibration component, it may take 0 or a value close to 0. Therefore, in order to avoid that the correction coefficient Φ p [n] is 0 or a value close to 0 and the center frequency correction amount Δω 0 is excessive, it is preferable to perform a smoothing process. The smoothing process may be performed by, for example, a low-pass filter. μ is a correction gain for adjusting the correction amount Δω.

なお、補正係数は、位相差フィルタ入力信号uの二乗を平滑化したものであってもよい。あるいは、補正係数は、入力信号uと出力信号pとの積puの二乗の平方根であってもよい。この場合、積puの二乗の平方根は平滑化処理がされてもよいし、されなくてもよい。平滑化処理をする場合には、積puの二乗の平方根を平滑化してもよいし、積puの二乗を平滑化して平方根をとってもよいし、出力信号pの二乗及び入力信号uの二乗のそれぞれを平滑化したものの積の平方根をとってもよいし、出力信号pの絶対値及び入力信号uの絶対値のそれぞれを平滑化したものの積であってもよい。   The correction coefficient may be obtained by smoothing the square of the phase difference filter input signal u. Alternatively, the correction coefficient may be the square root of the square of the product pu of the input signal u and the output signal p. In this case, the square root of the square of the product pu may or may not be smoothed. When the smoothing process is performed, the square root of the square of the product pu may be smoothed, or the square of the product pu may be smoothed to obtain the square root. Each of the square of the output signal p and the square of the input signal u may be used. May be the square root of the product of the smoothed signals, or the product of the smoothed absolute values of the output signal p and the input signal u.

修正演算部18は、位相差フィルタ16のフィルタ係数の更新頻度をノッチフィルタ12のフィルタ係数の更新頻度よりも多くしてもよい。例えば、修正演算部18は、位相差フィルタ16のフィルタ係数を毎回の制御周期で逐次更新し、ノッチフィルタ12のフィルタ係数は低頻度に(例えば数回おきの制御周期で)更新してもよい。あるいは、修正演算部18は、制御対象の固有振動数に中心周波数ωが一致したことが確認されてからノッチフィルタ12のフィルタ係数を修正するようにしてもよい。この場合、ノッチフィルタ12は、制御対象からの制御出力を観測することにより、制御対象の固有振動数に中心周波数ωが一致したか否かを判定してもよい。 The correction calculation unit 18 may increase the update frequency of the filter coefficient of the phase difference filter 16 more than the update frequency of the filter coefficient of the notch filter 12. For example, the correction calculation unit 18 may sequentially update the filter coefficient of the phase difference filter 16 at each control cycle, and may update the filter coefficient of the notch filter 12 at a low frequency (for example, every several control cycles). . Alternatively, the correction calculation unit 18 may correct the filter coefficient of the notch filter 12 after confirming that the center frequency ω 0 matches the natural frequency to be controlled. In this case, the notch filter 12 may determine whether or not the center frequency ω 0 matches the natural frequency of the controlled object by observing the control output from the controlled object.

ノッチフィルタ12と位相差フィルタ16の具体例を述べる。位相差フィルタ16の具体例としてピークフィルタを挙げる。図5は、ノッチフィルタの周波数特性の例を示す図である。図6は、ピークフィルタの周波数特性の例を示す図である。ノッチフィルタ12及びピークフィルタがデジタルフィルタである場合には、ノッチフィルタ12の伝達関数G及びピークフィルタの伝達関数Gはそれぞれ式2及び式3で表される。 Specific examples of the notch filter 12 and the phase difference filter 16 will be described. A specific example of the phase difference filter 16 is a peak filter. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of frequency characteristics of the notch filter. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of frequency characteristics of the peak filter. If the notch filter 12 and peak filter is a digital filter, the transfer function G N and the transfer function G P of the peak filter of the notch filter 12 is represented by the respective formulas 2 and Formula 3.

Figure 2013089089
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Figure 2013089089
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ノッチフィルタ12のフィルタ係数は式4で表され、ピークフィルタのフィルタ係数は式5で表される。ここで、ωはノッチフィルタ12の中心周波数である。ζ、ζはそれぞれ中心周波数ωにおけるゲインピークとノッチ幅とを決めるためのパラメタである。Tsはサンプリング時間である。ζは、ピークフィルタのピーク幅を決めるためのパラメタである。 The filter coefficient of the notch filter 12 is expressed by Expression 4, and the filter coefficient of the peak filter is expressed by Expression 5. Here, ω 0 is the center frequency of the notch filter 12. ζ 1 and ζ 2 are parameters for determining a gain peak and a notch width at the center frequency ω 0, respectively. Ts is a sampling time. ζ 3 is a parameter for determining the peak width of the peak filter.

Figure 2013089089
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Figure 2013089089
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この具体例の場合、修正演算部18はまず、式1により中心周波数の更新値ω[n+1]を求め、この更新値を用いて式4及び式5の各フィルタ係数を更新する。なお、式5に表されている係数lについては初期値のまま固定して更新しないようにしてもよいし、中心周波数の更新頻度よりも低い更新頻度で更新するようにしてもよい。係数lを更新しない場合には、中心周波数ωの変化によりピークフィルタのピーク幅が変化することになる。係数lの更新頻度を少なくする(あるいは行わない)ことにより、修正演算部18における計算量を小さくすることができる。 In the case of this specific example, the correction calculation unit 18 first obtains an update value ω 0 [n + 1] of the center frequency using Equation 1, and updates each filter coefficient of Equation 4 and Equation 5 using this update value. It should be noted that the coefficient l p expressed in Equation 5 may be fixed at the initial value and not updated, or may be updated at an update frequency lower than the update frequency of the center frequency. When the coefficient l p is not updated, the peak width of the peak filter changes due to the change of the center frequency ω 0 . By reducing (or not performing) the update frequency of the coefficient l p , the calculation amount in the correction calculation unit 18 can be reduced.

また、ノッチフィルタ12とピークフィルタの他の例を述べる。ノッチフィルタ12及びピークフィルタがデジタルフィルタであり、かつ中心周波数ωにおけるゲインが−∞dBである場合には、ノッチフィルタ12の伝達関数G及びピークフィルタの伝達関数Gはそれぞれ式6及び式7で表される。なお式7は式3と同一である。各フィルタ係数は、式8で表される。 Another example of the notch filter 12 and the peak filter will be described. Notch filter 12 and peak filter is a digital filter, and when the gain at the center frequency omega 0 is -∞dB, the transfer function G N and the transfer function G P of the peak filter notch filter 12 and a respective formulas 6 It is represented by Formula 7. Equation 7 is the same as Equation 3. Each filter coefficient is expressed by Equation 8.

Figure 2013089089
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この例においても、修正演算部18はまず、式1により中心周波数の更新値ω[n+1]を求め、この更新値を用いて式8の各フィルタ係数を更新する。なお、式8に表されている係数l、lについては初期値のまま固定して更新しないようにしてもよいし、中心周波数の更新頻度よりも低い更新頻度で更新するようにしてもよい。係数l、lを更新しない場合には、中心周波数ωの変化によりノッチフィルタのノッチ幅及びピークフィルタのピーク幅が変化することになる。係数l、lの更新頻度を少なくする(あるいは行わない)ことにより、修正演算部18における計算量を相当小さくすることができる。 Also in this example, the correction calculation unit 18 first obtains an update value ω 0 [n + 1] of the center frequency using Equation 1, and updates each filter coefficient of Equation 8 using this update value. Note that the coefficients l N and l p expressed in Expression 8 may be fixed at their initial values and not updated, or may be updated at an update frequency lower than the update frequency of the center frequency. Good. When the coefficients l N and l p are not updated, the notch width of the notch filter and the peak width of the peak filter change due to the change of the center frequency ω 0 . By reducing (or not performing) the update frequency of the coefficients l N and l p , the calculation amount in the correction calculation unit 18 can be considerably reduced.

なお、係数l、lを中心周波数ωと同様の頻度で逐次更新する場合においては、中心周波数ω(または係数k)に対応する係数l、lのテーブルを予め計算して準備しておくことにより、修正演算部18における計算量を低減することができる。修正演算部18は、記憶部(図示せず)に記憶されているテーブルを参照することにより、中心周波数(または係数k)の更新値に対応する係数l、lを求めることができる。 The coefficient l N, in the case of sequential updating the same frequency as the center frequency omega 0 a l p, the coefficients l N corresponding to the center frequency omega 0 (or coefficient k), calculated in advance a table of l p By preparing, the amount of calculation in the correction calculation unit 18 can be reduced. The correction calculation unit 18 can obtain the coefficients l N and l p corresponding to the updated value of the center frequency (or coefficient k) by referring to the table stored in the storage unit (not shown).

図7は、中心周波数ωと係数kとの関係を示す図である。ここで、サンプリング時間Tsは4msとしている。図示されるように、中心周波数ωが増加するにつれて、係数kは単調に減少する。そこで、式1により中心周波数ωを更新する代わりに、修正演算部18は、次式により係数kを直接更新するようにしてもよい。式9は式1と同様であるが、修正ゲインについては係数kを調整するための修正ゲインμに置き換えられている。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the center frequency ω 0 and the coefficient k. Here, the sampling time Ts is 4 ms. As shown, the coefficient k decreases monotonously as the center frequency ω 0 increases. Therefore, instead of updating the center frequency ω 0 using Equation 1, the correction calculation unit 18 may directly update the coefficient k using the following equation. Expression 9 is the same as Expression 1, but the correction gain is replaced with a correction gain μ k for adjusting the coefficient k.

Figure 2013089089
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よって、修正演算部18は、位相差フィルタ入力信号u及び位相差フィルタ出力信号pに基づいて係数kを直接修正する。すなわち、修正演算部18は、時点nにおける係数k[n]を、入力信号u及び出力信号pに基づいて、時点n+1における係数k[n+1]に更新する。   Therefore, the correction calculation unit 18 directly corrects the coefficient k based on the phase difference filter input signal u and the phase difference filter output signal p. That is, the correction calculation unit 18 updates the coefficient k [n] at the time point n to the coefficient k [n + 1] at the time point n + 1 based on the input signal u and the output signal p.

続いて、本発明の一実施形態における中心周波数ωの修正の原理について説明する。簡単のため、位相差フィルタ16への入力信号uを振幅αで周波数ωの単一周波数成分の正弦波であると仮定する。このとき位相差フィルタ16の入力信号u及び出力信号pは、式10で表される。ここで、位相差フィルタ16の振幅ゲイン及び位相シフトをそれぞれ|G(jω)|及びφ(ω)と表記している。 Next, the principle of correcting the center frequency ω 0 in one embodiment of the present invention will be described. For simplicity, it is assumed that the input signal u to the phase difference filter 16 is a sine wave having a single frequency component having an amplitude α and a frequency ω. At this time, the input signal u and the output signal p of the phase difference filter 16 are expressed by Expression 10. Here, the amplitude gain and the phase shift of the phase difference filter 16 are expressed as | GP (jω) | and φ p (ω), respectively.

Figure 2013089089
Figure 2013089089

一実施例においては中心周波数修正量Δωは位相差フィルタ16の入力信号uと出力信号pとの積puに依存するよう定められている。積puの平均値E[pu]は式11で表される。 In one embodiment, the center frequency correction amount Δω 0 is determined to depend on the product pu of the input signal u and the output signal p of the phase difference filter 16. The average value E [pu] of the product pu is expressed by Equation 11.

Figure 2013089089
Figure 2013089089

上述のように、位相差フィルタ16の位相特性は、中心周波数ωを含む局所周波数領域の下限周波数から上限周波数へと入力信号uの周波数が増加するにつれて、出力信号pの位相シフトを第1位相シフトから第2位相シフトへと単調に変化させる。中心周波数ωにおいては、第1位相シフトと第2位相シフトとの間の基準位相シフトをとる。図6に示される例においては、位相差フィルタ16は、中心周波数ωにおいて基準位相遅れ(例えば90度)を与え、中心周波数ωの近傍の低周波数領域では基準位相遅れよりも小さい位相遅れを与え、中心周波数ωの近傍の高周波数領域では基準位相遅れよりも大きい位相遅れを与える位相特性を有する。 As described above, the phase characteristic of the phase difference filter 16 indicates that the phase shift of the output signal p is first as the frequency of the input signal u increases from the lower limit frequency to the upper limit frequency in the local frequency region including the center frequency ω 0 . The phase shift is monotonously changed from the phase shift to the second phase shift. At the center frequency ω 0 , a reference phase shift is taken between the first phase shift and the second phase shift. In the example shown in FIG. 6, the phase contrast filter 16, the center frequency omega given reference phase delay (e.g. 90 degrees) at 0, the center frequency omega 0 reference phase delay smaller phase lag than in the low frequency region near the And has a phase characteristic that gives a phase lag greater than the reference phase lag in the high frequency region near the center frequency ω 0 .

よって、中心周波数ωにおいて符号決定係数cos(φ(ω))はゼロとなり、入力信号uの周波数ωが中心周波数ωよりも小さい場合に符号決定係数は正の値となり、入力信号uの周波数ωが中心周波数ωよりも大きい場合に符号決定係数は負の値となる。これをまとめると、式12で表される。 Therefore, the center frequency omega 0 in sign determining factor cos (φ p (ω)) is zero, sign determining factor when the frequency omega is less than the center frequency omega 0 of the input signal u is a positive value, the input signal u When the frequency ω is greater than the center frequency ω 0 , the sign determination coefficient is a negative value. This can be summarized by Expression 12.

Figure 2013089089
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したがって、積puの平均値E[pu]は、cos(φ(ω))を符号決定係数として有すると言える。符号決定係数cos(φ(ω))は、位相差フィルタ16の出力信号pの位相シフトφ(ω)に応じて中心周波数修正量Δωの平均値の符号を決定する。式11からわかるように、平均値E[pu]の符号決定係数cos(φ(ω))以外の部分は明らかに正の値であり、周波数成分によらず符号が一定となる符号一定部分である。平均値E[pu]は、符号一定部分と符号決定係数との積で表されている。 Therefore, it can be said that the average value E [pu] of the product pu has cos (φ p (ω)) as a sign determination coefficient. The sign determination coefficient cos (φ p (ω)) determines the sign of the average value of the center frequency correction amount Δω 0 according to the phase shift φ p (ω) of the output signal p of the phase difference filter 16. As can be seen from Equation 11, the portion of the average value E [pu] other than the sign determination coefficient cos (φ p (ω)) is clearly a positive value, and the code constant portion where the code is constant regardless of the frequency component. It is. The average value E [pu] is represented by the product of the constant code portion and the code determination coefficient.

すなわち、積puの平均値E[pu]の符号は、位相差フィルタ16への入力信号uの周波数ωと中心周波数ωとの大小関係で決まる。入力信号uの周波数ωが中心周波数ωよりも小さければ積puは正の値となり、入力信号uの周波数ωが中心周波数ωよりも大きければ積puは負の値となる。したがって、式13に表されるように、積puを中心周波数修正量とする漸化式を用いて中心周波数ωを更新することにより、ノッチフィルタ12の中心周波数ωを入力周波数ωへと一致させることが可能となる。 That is, the sign of the average value E [pu] of the product pu is determined by the magnitude relationship between the frequency ω of the input signal u to the phase difference filter 16 and the center frequency ω 0 . If the frequency ω of the input signal u is smaller than the center frequency ω 0 , the product pu has a positive value, and if the frequency ω of the input signal u is greater than the center frequency ω 0 , the product pu has a negative value. Thus, as represented in Equation 13, by updating the center frequency omega 0 using a recurrence formula whose center frequency correction amount a product pu, to the input frequency omega of the center frequency omega 0 of the notch filter 12 It is possible to match.

Figure 2013089089
Figure 2013089089

入力周波数ωが制御対象の固有振動数成分である場合には、ノッチフィルタ12の中心周波数ωを固有振動数成分に一致させることができる。このようにして、ノッチフィルタ12の中心周波数ωを制御対象の固有振動数成分へと自動的に調整することができる。 When the input frequency ω is a natural frequency component to be controlled, the center frequency ω 0 of the notch filter 12 can be matched with the natural frequency component. In this way, the center frequency ω 0 of the notch filter 12 can be automatically adjusted to the natural frequency component to be controlled.

さらに好ましくは、中心周波数修正量Δωに補正係数を導入することにより、入力信号uの振幅αの影響を緩和または排除することが可能である。式12からわかるように、積puは入力信号uの振幅αに依存する。式14は、中心周波数修正量Δωに補正係数Φ[n]を導入した場合における中心周波数ωを更新する漸化式である。 More preferably, the influence of the amplitude α of the input signal u can be reduced or eliminated by introducing a correction coefficient into the center frequency correction amount Δω 0 . As can be seen from Equation 12, the product pu depends on the amplitude α of the input signal u. Formula 14 is a recurrence formula for updating the center frequency ω 0 when the correction coefficient Φ [n] is introduced into the center frequency correction amount Δω 0 .

Figure 2013089089
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ここで、補正係数Φ[n]をμ/Φ[n]と書きかえれば、式14は式1に一致する。一例として上述のように、Φ[n]を位相差フィルタ出力信号p[n]の二乗を平滑化したものである場合を説明する。平滑化は例えば、カットオフ周波数ωcpを有するローパスフィルタで出力信号p[n]の二乗を処理することで行う。そうすると、Φ[n]の平均値は式15により与えられる。 Here, if the correction coefficient Φ [n] is rewritten as μ / Φ p [n], Expression 14 corresponds to Expression 1. As an example, a case where Φ p [n] is obtained by smoothing the square of the phase difference filter output signal p [n] as described above will be described. Smoothing is performed, for example, by processing the square of the output signal p [n] with a low-pass filter having a cutoff frequency ωcp. Then, the average value of Φ p [n] is given by Equation 15.

Figure 2013089089
Figure 2013089089

よって、補正係数により補正された中心周波数修正量の修正演算1回あたりの平均値E[Δω]は式16で与えられる。式16からわかるように、平均値E[Δω]は入力信号uの振幅αに依存しない形式で表される。よって、中心周波数修正量Δωに補正係数を導入することにより、入力信号uの振幅αの影響を排除することができる。 Therefore, the average value E [Δω 0 ] per correction operation of the center frequency correction amount corrected by the correction coefficient is given by Expression 16. As can be seen from Equation 16, the average value E [Δω 0 ] is expressed in a format that does not depend on the amplitude α of the input signal u. Therefore, the influence of the amplitude α of the input signal u can be eliminated by introducing a correction coefficient into the center frequency correction amount Δω 0 .

Figure 2013089089
Figure 2013089089

図8は、本発明の一実施形態に係る中心周波数ωの修正の原理を周波数特性として示す図である。図8は、式16に示される平均値E[Δω]について、ゲインを1/|G(jω)|とし、位相をφ(ω)として作成したボード線図である。なお、図8に示されるボード線図は、一例として位相差フィルタ16を図6に示すピークフィルタとしたときのものである。係数μは簡単のため、μ=1としている。図8に示されるように振幅特性については、ピークフィルタのゲインピークに対応するノッチが現れている。位相特性についても、ピークフィルタの位相特性に対応する位相特性が示されている。 FIG. 8 is a diagram showing the principle of correcting the center frequency ω 0 according to one embodiment of the present invention as frequency characteristics. FIG. 8 is a Bode diagram created for the average value E [Δω 0 ] shown in Equation 16 with a gain of 1 / | GP (jω) | and a phase of φ p (ω). The Bode diagram shown in FIG. 8 is an example when the phase difference filter 16 is a peak filter shown in FIG. The coefficient μ is set to μ = 1 for simplicity. As shown in FIG. 8, with respect to the amplitude characteristic, a notch corresponding to the gain peak of the peak filter appears. As for the phase characteristics, the phase characteristics corresponding to the phase characteristics of the peak filter are also shown.

図9は、位相差フィルタ16にピークフィルタを用いたときの中心周波数修正量の平均値E[Δω]を示す図である。図9に示される平均値E[Δω]は、式16に示される補正済修正量である。図9に示されるように、修正量平均値E[Δω]は、中心周波数ωの近傍だけではなく、ゼロ近傍からナイキスト周波数ωnyq(サンプリング周波数の1/2)の近傍にわたる広範な周波数領域において、中心周波数ωと入力周波数ωとの偏差に対し直線的に変化していることがわかる。つまり、ナイキスト周波数ωnyq以下の帯域において、中心周波数修正量の平均値E[Δω]は、中心周波数ωと入力周波数ωとの偏差に実質的に比例している。 FIG. 9 is a diagram showing an average value E [Δω 0 ] of the center frequency correction amount when a peak filter is used as the phase difference filter 16. The average value E [Δω 0 ] shown in FIG. 9 is the corrected correction amount shown in Expression 16. As shown in FIG. 9, the correction amount average value E [Δω 0 ] is not only in the vicinity of the center frequency ω 0 but also in a wide range of frequencies from the vicinity of zero to the vicinity of the Nyquist frequency ω nyq (1/2 of the sampling frequency). In the region, it can be seen that there is a linear change with respect to the deviation between the center frequency ω 0 and the input frequency ω. That is, in the band below the Nyquist frequency ω nyq, the average value E [Δω 0 ] of the center frequency correction amount is substantially proportional to the deviation between the center frequency ω 0 and the input frequency ω.

このため、中心周波数ωと入力周波数ωとの偏差に応じた修正量Δωを得ることができる。つまり、抑制すべき周波数ωから中心周波数ωが離れているほど更新時の修正量Δωが大きくなる。よって、少ない更新処理の反復回数で中心周波数ωを入力信号uの周波数ωへと近づけることができる。また、抑制すべき周波数ωに中心周波数ωが近づくほど修正量Δωが小さくなる。よって、入力信号uの周波数ωの近傍で中心周波数ωを更新するたびに中心周波数ωが振動的に変化することを防ぐことができる。中心周波数ωを入力信号uの周波数ωへとすみやかに一致させることができる。 Therefore, the correction amount Δω 0 corresponding to the deviation between the center frequency ω 0 and the input frequency ω can be obtained. That is, the correction amount Δω 0 at the time of updating increases as the center frequency ω 0 is farther from the frequency ω to be suppressed. Therefore, the center frequency ω 0 can be brought close to the frequency ω of the input signal u with a small number of update processing iterations. Further, the correction amount Δω 0 decreases as the center frequency ω 0 approaches the frequency ω to be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the center frequency omega 0 varies vibrationally every update the center frequency omega 0 in the vicinity of the frequency omega of the input signal u. The center frequency ω 0 can be quickly matched with the frequency ω of the input signal u.

フィルタ係数調整部13は、修正量Δωがある閾値よりも小さくなったときに本周波数トラッキング処理を終了する。この閾値は中心周波数ωと共振周波数との偏差が十分に小さいことを保証するために設定される値であり、経験的にまたは実験的に適宜設定することができる。 The filter coefficient adjustment unit 13 ends the frequency tracking process when the correction amount Δω 0 becomes smaller than a certain threshold value. This threshold value is set to ensure that the deviation between the center frequency ω 0 and the resonance frequency is sufficiently small, and can be set as appropriate empirically or experimentally.

図10は、本発明の一実施形態に係る共振抑制装置10を含むシステム構成の例を示すブロック図である。電動機20は負荷22を駆動する。電動機20は例えば、産業用ロボットや射出成型器、建設機械、精密位置決めステージ、精密工作機械、ガルバノスキャナ等の共振により制御特性に制限が生じ得る装置に組み込まれている電動機である。検出器24は電動機20の出力を測定する。検出器24は例えば、電動機20の検出速度ωを測定する速度検出器である。 FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of a system configuration including the resonance suppression device 10 according to an embodiment of the present invention. The electric motor 20 drives the load 22. The electric motor 20 is, for example, an electric motor incorporated in a device whose control characteristics may be restricted by resonance of an industrial robot, an injection molding machine, a construction machine, a precision positioning stage, a precision machine tool, a galvano scanner, or the like. The detector 24 measures the output of the electric motor 20. The detector 24 is, for example, a speed detector that measures the detection speed ω * of the electric motor 20.

本システムの速度指令生成部(図示せず)が速度指令ωdirを決定する。速度制御部26は、電動機20への速度指令ωdirに対する検出速度ωの誤差に基づき電動機20へのトルク指令信号を生成する。速度制御部26は、速度指令ωdirと電動機20の検出速度ωとの差を0にして検出速度ωが速度指令値ωdirに追従するようにトルク指令τを出力する。速度制御部26は例えば、速度指令ωdirと電動機20の検出速度ωとの差分ωdir−ωの比例積分した結果をトルク指令τとして出力する。 A speed command generator (not shown) of this system determines a speed command ω dir . The speed control unit 26 generates a torque command signal to the motor 20 based on an error of the detected speed ω * with respect to the speed command ω dir to the motor 20. The speed control unit 26 outputs a torque command τ 1 so that the difference between the speed command ω dir and the detected speed ω * of the electric motor 20 is zero and the detected speed ω * follows the speed command value ω dir . For example, the speed control unit 26 outputs the result of proportional integration of the difference ω dir −ω * between the speed command ω dir and the detected speed ω * of the electric motor 20 as the torque command τ 1 .

ノッチフィルタ12は、トルク指令τから中心周波数ωの周波数成分を除去して新たなトルク指令τを出力する。中心周波数ωは電動機20と負荷22とを含むシステムの固有振動数ωの周波数成分に一致しているので、ノッチフィルタ12は、その固有振動数成分を除去した新しいトルク指令τをトルク制御部28に出力する。トルク制御部28は、ノッチフィルタ12の出力信号に基づき電動機20を制御する。トルク制御部28は、トルク指令τに一致するトルクτを電動機20が出力するように電動機20への供給電流を制御する。このようにして、電動機20の速度制御が行われる。 The notch filter 12 removes the frequency component of the center frequency ω 0 from the torque command τ 1 and outputs a new torque command τ 2 . Since the center frequency ω 0 matches the frequency component of the natural frequency ω n of the system including the electric motor 20 and the load 22, the notch filter 12 torques the new torque command τ 2 from which the natural frequency component has been removed. Output to the control unit 28. The torque control unit 28 controls the electric motor 20 based on the output signal of the notch filter 12. The torque control unit 28 controls the supply current to the electric motor 20 so that the electric motor 20 outputs the torque τ * that matches the torque command τ 2 . In this way, speed control of the electric motor 20 is performed.

フィルタ係数調整部13は、図1を参照して説明したように、プリフィルタ14と、位相差フィルタ16と、修正演算部18と、を含む。フィルタ係数調整部13は、検出速度ωを参照信号rとして使用している。フィルタ係数調整部13は、ノッチフィルタ12の中心周波数ωが速度ωに含まれる振動周波数に一致するよう、ノッチフィルタ12及び位相差フィルタ16の係数を修正する。 As described with reference to FIG. 1, the filter coefficient adjustment unit 13 includes a pre-filter 14, a phase difference filter 16, and a correction calculation unit 18. The filter coefficient adjustment unit 13 uses the detection speed ω * as the reference signal r. The filter coefficient adjustment unit 13 corrects the coefficients of the notch filter 12 and the phase difference filter 16 so that the center frequency ω 0 of the notch filter 12 matches the vibration frequency included in the speed ω * .

電動機20の出力するトルクτにシステムの固有振動数ωが含まれていると、電動機の駆動によってシステムの固有振動が励起されて共振が発生する。速度制御部26とトルク制御部28との間にノッチフィルタ12を挿入し、速度制御部26の出力τから固有振動数ωの成分を除去してトルク制御部28への入力トルク指令τを生成することにより、共振を抑制することができる。仮に、ノッチフィルタ12の中心周波数ωがシステムの固有振動数ωから乖離している場合には、共振が発生して検出信号ωにシステムの固有振動数ωの成分が含まれる。この場合、フィルタ係数調整部13は検出信号ωを参照信号rとして用いているから、中心周波数ωをωに一致させるように自動的に調整することができる。 If the natural frequency ω n of the system is included in the torque τ * output by the electric motor 20, the natural vibration of the system is excited by the driving of the electric motor and resonance occurs. The notch filter 12 is inserted between the speed control unit 26 and the torque control unit 28, the component of the natural frequency ω n is removed from the output τ 1 of the speed control unit 26, and the input torque command τ to the torque control unit 28 is removed. Resonance can be suppressed by generating 2 . If the center frequency ω 0 of the notch filter 12 deviates from the natural frequency ω n of the system, resonance occurs and a component of the natural frequency ω n of the system is included in the detection signal ω * . In this case, since the filter coefficient adjustment unit 13 uses the detection signal ω * as the reference signal r, it can automatically adjust the center frequency ω 0 to coincide with ω n .

なおこの実施例では速度制御部26とトルク制御部28との間にノッチフィルタ12を設け、速度制御部26からのトルク指令をノッチフィルタ12への入力として説明している。しかし、他の実施例においては速度指令、検出速度、または誤差信号をノッチフィルタへの入力として使用してもよい。すなわち、ノッチフィルタは、速度制御部への入力信号、当該入力信号を生成するための信号、及び速度制御部からのトルク指令信号のいずれを入力としてもよい。例えば、図10に示される構成においてノッチフィルタ12は、検出器24の後段、すなわち検出器24と速度制御部26との間に設けられてもよい。あるいはノッチフィルタ12は、速度指令生成部の後段、すなわち速度制御部26の前段に設けられてもよい。このようにしても同様に振動を抑制することが可能である。   In this embodiment, the notch filter 12 is provided between the speed control unit 26 and the torque control unit 28, and the torque command from the speed control unit 26 is described as an input to the notch filter 12. However, in other embodiments, a speed command, a detected speed, or an error signal may be used as an input to the notch filter. That is, the notch filter may receive any of an input signal to the speed control unit, a signal for generating the input signal, and a torque command signal from the speed control unit. For example, in the configuration shown in FIG. 10, the notch filter 12 may be provided after the detector 24, that is, between the detector 24 and the speed control unit 26. Alternatively, the notch filter 12 may be provided after the speed command generation unit, that is, before the speed control unit 26. Even in this case, vibration can be similarly suppressed.

本実施の形態に係る共振抑制装置10は、共振周波数の変動が許容レベルにあるか否かを判定し、変動が許容レベルを逸脱したと判定される場合に警告を出力する。これにより、共振抑制装置10の適用対象に異常(またはその疑い)が生じたことをユーザに知らせることができる。ユーザに機械の保守点検を早期に実施することを検討する機会を提供することができる。機械的な損傷やねじの緩みなどの異常の早期発見・対処が可能となる。   The resonance suppression apparatus 10 according to the present embodiment determines whether or not the fluctuation of the resonance frequency is at an allowable level, and outputs a warning when it is determined that the fluctuation has deviated from the allowable level. Thereby, it is possible to notify the user that an abnormality (or a suspicion thereof) has occurred in the application target of the resonance suppression device 10. It is possible to provide the user with an opportunity to consider performing an early maintenance inspection of the machine. It is possible to detect and deal with abnormalities such as mechanical damage and loose screws early.

その一方、共振抑制装置10は、共振周波数の変動が許容レベルにあると判定される場合には、周波数トラッキング処理による最新の演算結果に従ってノッチフィルタが補正される。よって、適応ノッチフィルタの本来の有用性である機械特性の経時的変化の補償も提供される。このようにして、経時的な制御性能の維持と、異常の疑いをユーザに報知することとの両立を実現することができる。   On the other hand, the resonance suppression apparatus 10 corrects the notch filter according to the latest calculation result by the frequency tracking process when it is determined that the fluctuation of the resonance frequency is at an allowable level. Thus, compensation for changes in mechanical properties over time, which is the original usefulness of the adaptive notch filter, is also provided. In this way, it is possible to achieve both maintenance of control performance over time and informing the user of a suspected abnormality.

また、共振抑制装置10が適応ノッチフィルタであることにより、制御系の共振周波数を自動的に取得することができる。取得された共振周波数に連動して共振周波数変動の許容レベルが設定される。そのため、許容レベル設定のために新たな作業負担をほとんど要しないという利点もある。許容レベル設定のために新たな専用センサを設けることも不要である。   Further, since the resonance suppression device 10 is an adaptive notch filter, the resonance frequency of the control system can be automatically acquired. An allowable level of resonance frequency fluctuation is set in conjunction with the acquired resonance frequency. Therefore, there is an advantage that a new work load is hardly required for setting the allowable level. It is not necessary to provide a new dedicated sensor for setting the allowable level.

共振抑制装置10は、複数のノッチフィルタ12の更新処理を1つずつ切り換えて実行する。こうした個別的な実行により演算負荷の集中を避け、演算量を低減することができる。   The resonance suppression apparatus 10 switches and executes update processing of the plurality of notch filters 12 one by one. Such individual execution can avoid the concentration of calculation load and reduce the calculation amount.

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。   In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way.

10 共振抑制装置、 12 ノッチフィルタ、 13 フィルタ係数調整部、 14 プリフィルタ、 16 位相差フィルタ、 17 中心周波数演算部、 18 修正演算部、 20 電動機、 22 負荷、 24 検出器、 26 速度制御部、 28 トルク制御部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Resonance suppression apparatus, 12 Notch filter, 13 Filter coefficient adjustment part, 14 Pre filter, 16 Phase difference filter, 17 Center frequency calculating part, 18 Correction calculating part, 20 Electric motor, 22 Load, 24 Detector, 26 Speed control part, 28 Torque control unit.

Claims (4)

制御系の共振を抑制するために当該制御系に設けられているノッチフィルタと、
前記ノッチフィルタの中心周波数を前記制御系の共振周波数に一致させるように前記ノッチフィルタのフィルタ係数を更新するためのフィルタ係数調整部と、を備え、
前記フィルタ係数の更新処理は、前記ノッチフィルタの既存の中心周波数を基準とする前記共振周波数の変動が許容レベルにあるか否かを判定することと、前記変動が前記許容レベルを逸脱したと判定される場合には警告を出力することと、を含むことを特徴とする共振抑制装置。
A notch filter provided in the control system to suppress resonance of the control system;
A filter coefficient adjustment unit for updating a filter coefficient of the notch filter so as to match a center frequency of the notch filter with a resonance frequency of the control system,
The update process of the filter coefficient is performed by determining whether or not the variation of the resonance frequency based on the existing center frequency of the notch filter is at an allowable level, and determining that the variation has deviated from the allowable level. A resonance suppression device, comprising: outputting a warning when it is performed.
前記共振抑制装置は、複数のノッチフィルタを備え、
前記フィルタ係数調整部は、前記複数のノッチフィルタのフィルタ係数更新処理を順番に実行することを特徴とする請求項1に記載の共振抑制装置。
The resonance suppression device includes a plurality of notch filters,
The resonance suppression apparatus according to claim 1, wherein the filter coefficient adjustment unit sequentially executes filter coefficient update processing of the plurality of notch filters.
前記フィルタ係数調整部は、前記複数のノッチフィルタのうち前記フィルタ係数更新処理が実行されるノッチフィルタに割り当てられている共振周波数成分を通過させ、当該共振周波数成分以外の共振周波数成分を排除するよう通過帯域が設定されるプリフィルタを備えることを特徴とする請求項2に記載の共振抑制装置。   The filter coefficient adjustment unit passes a resonance frequency component assigned to a notch filter in which the filter coefficient update process is executed among the plurality of notch filters, and excludes a resonance frequency component other than the resonance frequency component. The resonance suppression device according to claim 2, further comprising a pre-filter in which a pass band is set. 適応ノッチフィルタを使用して制御系の共振を抑制するための共振抑制方法であって、
前記ノッチフィルタの中心周波数を前記制御系の共振周波数に一致させるように前記ノッチフィルタのフィルタ係数を更新することを含み、
前記更新することは、前記ノッチフィルタの既存の中心周波数を基準とする前記共振周波数の変動が許容レベルにあるか否かを判定することと、前記変動が前記許容レベルを逸脱したと判定される場合には警告を出力することと、を含むことを特徴とする共振抑制方法。
A resonance suppression method for suppressing resonance of a control system using an adaptive notch filter,
Updating a filter coefficient of the notch filter so that a center frequency of the notch filter matches a resonance frequency of the control system,
The updating is performed by determining whether or not the variation of the resonance frequency based on the existing center frequency of the notch filter is at an allowable level, and determining that the variation has deviated from the allowable level. Outputting a warning in some cases, and a method for suppressing resonance.
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