JP5332321B2

JP5332321B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP5332321B2
Application number: JP2008146404A
Authority: JP
Inventors: 徹田澤; 弘藤原; 勝西園
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2028-06-04
Also published as: WO2009147813A1; DE112009000017T5; US20110221378A1; US8901872B2; CN101772884A; CN101772884B; US8378615B2; JP2009296746A; US20130113409A1

Description

本発明はモータやモータで駆動される負荷に対し、その速度や位置などの動き動作に対しての制御を行うモータ制御装置に関し、特に、負荷を駆動する場合に発生する機械共振を抑制するモータ制御装置に関する。

このような機械共振を抑制するモータ制御装置は、従来、例えば、特許文献１に開示されている。

以下、従来のモータ制御装置について図９を用いて説明する。図９は、従来のモータ制御装置のブロック図である。

この従来のモータ制御装置９０は、モータ１１と速度検出器１３とに接続される。モータ１１には、負荷１２が繋がれている。また、速度検出器１３は、モータ１１の速度を測定し、測定結果に基づきモータ１１の速度を示す速度検出信号Ｖａを出力する。

また、モータ制御装置９０は、図９に示すように、機械共振に起因する発振を抑制するため、直列に接続された複数のノッチフィルタ９５ａ、９５ｂおよび９５ｃを備えている。さらに、モータ制御装置９０は、速度制御部９４と、周波数推定部９７と、ノッチフィルタ選択部９８と、ノッチ周波数設定部９９と、トルク制御部９６とを備えている。

周波数推定部９７は、機械共振に起因する発振が生じたときにその発振周波数を推定する。ノッチフィルタ選択部９８は、周波数推定部９７にて推定された周波数と各ノッチフィルタの有効か無効かとする設定状態と設定されているノッチ周波数とに基づき、ノッチフィルタ９５ａ、９５ｂおよび９５ｃの中から１つを選択する。ノッチ周波数設定部９９は、ノッチフィルタ選択部９８にて選択された１つのノッチフィルタのノッチ周波数を周波数推定部９７にて推定された周波数に設定する。

また、速度制御部９４は、速度指令信号Ｖｔおよび速度検出信号Ｖａを入力してトルク指令信号Ｔ１を生成する。トルク指令信号Ｔ１は、ノッチフィルタ９５ａに供給され、ノッチフィルタ９５ａ、９５ｂおよび９５ｃによりフィルタ処理された信号であるトルク指令信号Ｔ２がトルク制御部９６に供給される。トルク制御部９６は、トルク指令信号Ｔ２に基づき、モータ１１が目的のトルクを出力するようにモータ１１を制御する。

このように構成された従来のモータ制御装置９０において、機械共振に起因する発振が生じると、推定した発振周波数と各ノッチフィルタの有効・無効の設定状態およびノッチ周波数とに基づき、複数のノッチフィルタの中から適切な１つが選択され、ノッチ周波数が再設定される。そして、従来のモータ制御装置９０は複数のノッチフィルタを備えているため、複数の機械共振が生じた場合であっても、各機械共振に起因する発振をそれぞれ適切に抑制することができる。
特開２００６−２８８１２４号公報

しかしながら、上述したような従来のモータ制御装置は、１つの周波数推定部で推定した発振周波数に基づき複数のノッチフィルタの中から適切な１つを選択するような構成であったため、機械共振が複数の周波数成分を含むような振動である場合、正しい振動周波数が推定できなかったり、それら周波数成分の中の１つの周波数に対してのみ振動の抑制動作をしたり、あるいは各周波数成分に対して時系列的に抑制動作したりすることになる。このため、複数の周波数成分を含む機械共振に対しては、適切なノッチフィルタが設定されず振動の抑制効果が発揮されなかったり、振動を抑制するまでに時間を要したりするなどの課題があった。また、周波数を推定する手段として、ゼロクロス周期を利用する方法や、ＦＦＴのような周波数解析による方法なども考えられるが、前者では複数の周波数成分を含む機械共振の場合には安定した周期が得られず、また、後者ではある程度のデータ数が得られないと精度よく周波数の推定ができないため時間を要するなどの課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、複数の周波数成分を含む機械共振などに対しても、精度よくかつ即座にその振動の抑制が可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のモータ制御装置は、検出されたモータ可動部の動き量を利用して、可動部の動き動作をフィードバック制御する制御系を備えるとともに、制御系内に配置され、入力信号に対してノッチ周波数を中心とした近傍周波数の信号成分を減衰させる複数のノッチフィルタと、ノッチフィルタのそれぞれに対応づけて異なった周波数帯域が設定され、設定された周波数帯域に基づき、動き量から振動成分を抽出する複数の振動抽出フィルタと、振動抽出フィルタそれぞれに対して配置され、振動抽出フィルタが抽出した振動成分の振幅が減少するように、対応するノッチフィルタのノッチ周波数をそれぞれ並行して制御する複数のノッチ制御部とを備えた構成である。

このような構成により、負荷を駆動する場合に発生する機械共振において、その機械共振が複数の周波数成分を含むような場合であっても、複数の振動抽出フィルタによって、複数の周波数成分中の各周波数成分が個別に並行して抽出される。さらに、ノッチ制御部およびノッチフィルタも個別の周波数成分に対応しながら並行して動作することになるため、複数の周波数成分を含む機械共振などに対しても、精度よくかつ即座にその振動の抑制が可能となる。

また、本発明のモータ制御装置は、ノッチ制御部が、振動抽出フィルタが抽出した振動成分の振幅が所定のレベルを超えたとき、対応するノッチフィルタに対してノッチ周波数の制御を開始する構成である。

また、本発明のモータ制御装置は、ノッチフィルタが、ノッチ周波数の制御が可能であるとともに、フィルタ機能を有効とする有効状態と無効とする無効状態とに切り替え可能であり、ノッチ制御部が、対応するノッチフィルタが無効状態であり、かつ振動抽出フィルタが抽出した振動成分の振幅が所定のレベルを超えたとき、対応するノッチフィルタを有効状態とし、振動成分の振幅が減少するようにノッチ周波数の可変制御を開始する構成である。

また、本発明のモータ制御装置は、ノッチ制御部が、対応するノッチフィルタと同等の検出用ノッチフィルタと、検出用ノッチフィルタの出力信号の振幅が減少するように、検出用ノッチフィルタのノッチ周波数を変更制御するノッチ周波数制御信号を生成するノッチ周波数変更部とを備え、ノッチ制御部が、ノッチ周波数制御信号を対応するノッチフィルタに供給することで、対応するノッチフィルタのノッチ周波数を制御する構成である。

また、本発明のモータ制御装置は、複数の振動抽出フィルタの中で、１つの振動抽出フィルタが、他の振動抽出フィルタそれぞれの通過周波数帯域を、阻止周波数帯域とした構成である。

また、本発明のモータ制御装置は、複数の振動抽出フィルタとして２つの振動抽出フィルタを備え、一方の振動抽出フィルタを、所定の周波数帯域内の信号を通過させるバンドパスフィルタとし、他方の振動抽出フィルタを、一方の振動抽出フィルタの周波数帯域外の信号を通過させるような周波数特性を有したフィルタとした構成である。

また、本発明のモータ制御装置のノッチ制御部は、振動抽出フィルタが抽出した振動成分の振幅が減少するように、対応するノッチフィルタのノッチ周波数を制御するとともに、振動抽出フィルタの中心周波数がノッチ周波数へと近づくように振動抽出フィルタの中心周波数を制御する構成である。

本発明のモータ装置によれば、機械共振が複数の周波数成分を含むような場合であっても、複数の振動抽出フィルタ、ノッチ制御部およびノッチフィルタが、各周波数成分に個別に対応しながら並行して動作することになるため、複数の周波数成分を含む機械共振などに対しても、精度よくかつ即座にその振動の抑制が可能なモータ制御装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置１０のブロック図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態におけるモータ制御装置１０は、モータ１１と速度検出器１３とに接続される。モータ１１には、負荷１２が繋がれている。また、速度検出器１３は、モータ１１内に備えた可動子（図示せず）の回転速度を測定し、その回転速度に応じた速度量を示す速度検出信号Ｖａを出力する。なお、本実施の形態では、このように、モータ１１の可動部としての可動子の回転速度量を動き量として速度検出器１３が検出するような一例を挙げて説明する。

モータ制御装置１０は、図１に示すように、速度制御部１４と、ノッチフィルタ１５ａおよび１５ｂと、トルク制御部１６と、振動抽出フィルタ１７ａおよび１７ｂと、ノッチ制御部１８ａおよび１８ｂとを備えている。

速度制御部１４には、速度指令値を示す速度指令信号Ｖｔと速度検出器１３が検出した速度検出信号Ｖａとが入力される。速度制御部１４は、速度指令信号Ｖｔと速度検出信号Ｖａとの偏差量を算出し、この偏差量に基づき偏差量を零に制御するためのトルク指令信号Ｔ１を生成し、出力する。具体的には、速度制御部１４は、例えば速度指令信号Ｖｔと速度検出信号Ｖａとの差分値を算出し、その差分値を比例積分した結果をトルク指令信号Ｔ１として出力する。

ノッチフィルタ１５ａには、速度制御部１４からトルク指令信号Ｔ１が入力される。また、モータ制御装置１０は、ノッチフィルタ１５ａとノッチフィルタ１５ｂとの複数のノッチフィルタを備えており、ノッチフィルタ１５ａとノッチフィルタ１５ｂとは直列に接続されている。ノッチフィルタ１５ａおよび１５ｂは、入力信号から、その入力信号に含まれる特定の周波数を中心とした周波数を有する信号成分に対し、急峻な減衰を与えるフィルタである。この特定の周波数をノッチ周波数といい、減衰させる近傍の周波数幅をノッチ幅という。

図２は、ノッチフィルタ１５ａおよび１５ｂの周波数特性の一例を示す図である。図２では、ノッチ周波数ｆｎを中心として、ノッチ幅Ｂｎとする近傍周波数の周波数帯域内の信号成分を減衰させるような周波数特性の一例を示している。なお、詳細については以下で説明するが、ノッチフィルタ１５ａおよび１５ｂはそれぞれに、ノッチ周波数ｆｎが可変できるように構成されている。さらに、ノッチフィルタ１５ａおよび１５ｂはそれぞれに、図２に示すような周波数特性となるフィルタ機能を、有効とする有効状態と無効とする無効状態とに切り替え可能なように構成されている。ノッチフィルタ１５ａおよび１５ｂの有効状態とは、入力信号からノッチ周波数を中心とした周波数帯域の信号成分を除去して出力する状態であり、無効状態とは入力信号をそのまま出力する状態である。

ノッチフィルタ１５ｂからは、トルク指令信号Ｔ１を必要に応じてフィルタ処理した信号であるトルク指令信号Ｔ２が出力される。

トルク制御部１６には、ノッチフィルタ１５ｂから出力されたトルク指令信号Ｔ２が入力される。トルク制御部１６は、モータ１１が目的のトルクを出力するようにモータ１１の回転動作を制御する。

このようにして、モータ制御装置１０には、速度検出器１３により検出された可動子の動き量を示す速度検出信号Ｖａを利用して、この可動子の回転速度が速度指令信号Ｖｔに応じた回転速度となるように、この可動子の動き動作をフィードバック制御する速度制御系としての制御系が構成される。そして、モータ制御装置１０は、この速度制御系内にノッチフィルタ１５ａおよび１５ｂを配置した構成である。

また、モータ制御装置１０は、振動抽出フィルタ１７ａと振動抽出フィルタ１７ｂとの複数の振動抽出フィルタを備えている。速度検出器１３から出力される速度検出信号Ｖａは、これら振動抽出フィルタ１７ａおよび１７ｂにも供給される。振動抽出フィルタ１７ａおよび１７ｂは、ノッチフィルタ１５ａおよび１５ｂに、それぞれ対応づけて異なった周波数帯域が設定され、設定された周波数帯域に基づき、モータ１１の可動子の動き量として供給される速度検出信号Ｖａから振動成分を抽出する。すなわち、振動抽出フィルタ１７ａおよび１７ｂは、例えばモータ１１により負荷１２を駆動した場合に発生する機械共振の振動周波数成分など、入力された速度検出信号Ｖａに現れる振動成分を抽出し、出力する。

図３は、振動抽出フィルタ１７ａおよび１７ｂの周波数特性の一例を示す図である。図３（ａ）は、振動抽出フィルタ１７ａの周波数特性を示し、図３（ｂ）は、振動抽出フィルタ１７ｂの周波数特性を示している。本実施の形態では、図３に示すように、一方の振動抽出フィルタ１７ａが中心周波数ｆａを中心として所定の周波数帯域Ｂａ内の信号を通過させるバンドパスフィルタであり、他方の振動抽出フィルタ１７ｂが振動抽出フィルタ１７ａの周波数帯域Ｂａ外の信号を通過させるような周波数特性を有したフィルタであるような一例を挙げて説明する。より具体的には、振動抽出フィルタ１７ａと振動抽出フィルタ１７ｂとを合成した周波数特性は、図３（ｃ）に示すような中心周波数ｆａを中心として周波数帯域Ｂａｂとなるような合成周波数特性である。すなわち、振動抽出フィルタ１７ｂは、中心周波数ｆａを中心とする周波数帯域Ｂａ内の信号の通過を阻止するとともに、周波数帯域Ｂａの下側周波数よりも低い周波数に対して帯域ＢｂＬ内の範囲、および周波数帯域Ｂａの上側周波数よりも高い周波数に対して帯域ＢｂＨ内の範囲での信号を通過させる。このように、複数の振動抽出フィルタの中で、１つの振動抽出フィルタ１７ｂは、他の振動抽出フィルタ１７ａの通過周波数帯域を阻止周波数帯域としている。特に、本実施の形態では、複数の振動抽出フィルタの周波数特性がこのように相補的となるように設定している。このため、例えば、機械共振において、その機械共振が複数の周波数成分を含むような場合であっても、このような複数の振動抽出フィルタを設けることによって、複数の周波数成分中の各周波数成分を個別に並行して抽出可能なようにしている。また、複数の振動抽出フィルタの周波数特性を相補的となるように設定することにより、機械共振が１つの周波数成分を含むような場合であってもいずれかの振動抽出フィルタにより検出できるとともに、２つの周波数成分を含むような場合であってもそれぞれの周波数成分を検出することができる。

振動抽出フィルタ１７ａおよび１７ｂは、このような周波数特性に基づいて通過した信号、すなわち速度検出信号Ｖａに現れた振動成分を抽出した信号である振動成分信号を出力する。

振動抽出フィルタ１７ａが抽出した振動成分信号はノッチ制御部１８ａに供給され、振動抽出フィルタ１７ｂが抽出した振動成分信号はノッチ制御部１８ｂに供給される。モータ制御装置１０は、このように、振動抽出フィルタ１７ａと１７ｂとのそれぞれに対して配置されるノッチ制御部１８ａとノッチ制御部１８ｂとの複数のノッチ制御部を備えている。ノッチ制御部１８ａは、振動抽出フィルタ１７ａによる振動成分信号の抽出結果に応じてノッチフィルタ１５ａを制御し、ノッチ制御部１８ｂは、振動抽出フィルタ１７ｂによる振動成分信号の抽出結果に応じてノッチフィルタ１５ｂを制御する。特に、ノッチ制御部１８ａは、振動抽出フィルタ１７ａにより振動成分信号が検出されたと判定すると、振動抽出フィルタ１７ａが抽出した振動成分信号の振幅が減少するように、対応するノッチフィルタ１５ａのノッチ周波数を制御する。同様に、ノッチ制御部１８ｂは、振動抽出フィルタ１７ｂにより振動成分信号が検出されたと判定すると、振動抽出フィルタ１７ｂが抽出した振動成分信号の振幅が減少するように、対応するノッチフィルタ１５ｂのノッチ周波数を制御する。また、ノッチ制御部１８ａおよび１８ｂは、ノッチフィルタ１５ａおよび１５ｂをそれぞれに有効状態と無効状態とに切り替えるような操作も行う。また、ノッチ制御部１８ａおよび１８ｂにおいて振動成分信号が検出されたと判定するため、各ノッチ制御部は振動成分の振幅が所定のレベルを超えたとき振動成分信号が検出されたと判定し、対応するノッチフィルタに対してノッチ周波数の制御を開始するような構成とすることができる。このような構成とすることにより、所定のレベル以下であるようなノイズ成分による誤動作を防止できる。

図４は、モータ制御装置１０の要部を示すブロック図である。次に、図４を参照しながら、振動抽出フィルタが抽出した振動成分信号に基づきノッチフィルタを制御する詳細な構成について説明する。なお、図４では、振動抽出フィルタ１７ａ、ノッチ制御部１８ａおよびノッチフィルタ１５ａの構成のみを示しているが、振動抽出フィルタ１７ｂ、ノッチ制御部１８ｂおよびノッチフィルタ１５ｂも同様の構成であり、同様の動作をそれぞれが並行して行う。

まず、図４に示すようにノッチ制御部１８ａは、検出用ノッチフィルタ８１とノッチ周波数変更部８２とを有している。検出用ノッチフィルタ８１は、ノッチフィルタ１５ａと同等のノッチフィルタである。検出用ノッチフィルタ８１には、振動抽出フィルタ１７ａが抽出した振動成分信号ｘａが供給される。また、ノッチ周波数変更部８２は、検出用ノッチフィルタ８１の出力信号の振幅が減少するように、検出用ノッチフィルタ８１のノッチ周波数を変更制御する。このような変更制御を行うため、ノッチ周波数変更部８２には検出用ノッチフィルタ８１の出力信号が供給され、ノッチ周波数変更部８２は、この出力信号の振幅を検出するとともに、検出用ノッチフィルタ８１のノッチ周波数を変更制御するためのノッチ周波数制御信号ｖｆａを生成し、検出用ノッチフィルタ８１に出力する。

ところで、ノッチ制御部１８ａは、検出用ノッチフィルタ８１によって振動成分信号ｘａの振幅が最も抑制される周波数に対応したノッチ周波数制御信号ｖｆａを生成するために設けている。言い換えると、検出用ノッチフィルタ８１の出力信号を誤差とみなし、この誤差が最も小さくなるような最適周波数を検出できればよい。このような誤差を最も小さくするような手法としては、例えば勾配法と呼ばれるような手法が知られている。上述したノッチ制御部１８ａは、このような勾配法の手法を利用した構成とすればよく、これにより、振動成分信号ｘａの振幅が最も抑制される周波数に対応したノッチ周波数制御信号ｖｆａを求めることができる。また、ノッチ制御部１８ｂやノッチ制御部１８ｃも同様である。

このようなノッチ制御部１８ａの構成により、ノッチ周波数変更部８２は、検出用ノッチフィルタ８１の出力信号の振幅が減少するように、ノッチ周波数制御信号ｖｆａにより検出用ノッチフィルタ８１のノッチ周波数を変更制御する。すなわち、ノッチ周波数制御信号ｖｆａは、振動抽出フィルタ１７ａが抽出した振動成分信号ｘａの周波数に対応した信号である。

また、本実施の形態では、このような構成のノッチ制御部１８ａによって、ノッチフィルタ１５ａのノッチ周波数を制御するような構成であるため、例えば、振動成分信号ｘａが検出されると即座にノッチフィルタ１５ａに対するノッチ周波数の変更制御が開始される。このため、ＦＦＴのように周波数の推定のための時間など必要なく、即座にその振動の抑制を開始できる。

このようにして生成されたノッチ周波数制御信号ｖｆａがノッチフィルタ１５ａに供給される。ここで、ノッチ周波数制御信号ｖｆａは、振動成分信号ｘａの周波数に対応した信号であり、検出用ノッチフィルタ８１とノッチフィルタ１５ａとは同等のノッチフィルタである。このため、速度制御系内においてノッチフィルタ１５ａにより、振動成分信号ｘａの周波数に対応したトルク指令信号Ｔ１に含まれる振動成分も抑制することが可能となる。

特に、上述したように、本実施の形態では、図４で示した振動抽出フィルタ１７ａ、ノッチ制御部１８ａおよびノッチフィルタ１５ａによる構成と並行して、振動抽出フィルタ１７ｂ、ノッチ制御部１８ｂおよびノッチフィルタ１５ｂによる構成を設けている。したがって、機械共振が複数の周波数成分を含むような場合であっても、それぞれが並行して動作することにより、機械共振に含まれる各周波数成分に対して同時かつ個別に抑制することが可能となる。このように、本実施の形態のモータ制御装置１０は、常にモータ１１を安定して制御することができる。

次に、モータ制御装置１０の動作について説明する。

図５は、モータ制御装置１０のモータ駆動時における処理手順を示すフローチャートである。以下、図５を参照しながらモータ制御装置１０の動作について説明する。

モータ制御装置１０を制御するような上位器などからモータ１１により負荷１２の駆動を開始するような指令がなされると、モータ制御装置１０は、モータ１１の駆動制御を開始する。

まず、モータ制御装置１０は、ノッチフィルタ１５ａおよび１５ｂを無効状態に設定する（ステップＳ１０）。これとともに、モータ制御装置１０は、速度指令信号Ｖｔに応じた回転速度となるようにモータ１１を駆動制御する。このとき、速度検出器１３により、モータ１１の可動子の回転速度が逐次検出され、速度検出信号Ｖａとして出力される。

速度検出器１３からの速度検出信号Ｖａは、振動抽出フィルタ１７ａおよび１７ｂに供給される。ノッチ制御部１８ａは、振動抽出フィルタ１７ａにより、速度検出信号Ｖａから図３（ａ）で示すような周波数帯域Ｂａ内の周波数を有する振動成分が検出されたかどうかを判定する（ステップＳ１２）。このような判定を行うため、ノッチ制御部１８ａは、例えば、振動抽出フィルタ１７ａが抽出した振動成分の振幅が所定のレベルを超えているかどうかを監視している。

モータ制御装置１０は、ノッチ制御部１８ａによりこの振幅が所定のレベルを超えたと判断したとき、振動成分を検出したとして、図５においてステップＳ１４に進み、ノッチフィルタ１５ａに対してのノッチ周波数の可変制御を開始する。すなわち、まず、ノッチ制御部１８ａが、ノッチフィルタ１５ａを無効状態から有効状態へと切り替える（ステップＳ１４）。次に、ノッチ制御部１８ａは、生成したノッチ周波数制御信号をノッチフィルタ１５ａに供給し、これによって、ノッチフィルタ１５ａには振動抽出フィルタ１７ａにより抽出された振動成分の周波数のノッチ周波数が設定される（ステップＳ１６）。この後、モータ制御装置１０は、ステップＳ１８の処理に進む。

また、モータ制御装置１０は、ステップＳ１２において、ノッチ制御部１８ａにより振動成分の振幅が所定のレベルを超えていないと判断したとき、ステップＳ１８に進む。

次に、ノッチ制御部１８ｂ、振動抽出フィルタ１７ｂにより、速度検出信号Ｖａから図３（ｂ）で示すような周波数帯域Ｂａ外となる周波数帯域ＢｂＬ内あるいはＢｂＨ内の周波数を有する振動成分が検出されたかどうかを判定する（ステップＳ１８）。このような判定を行うため、ノッチ制御部１８ｂは、例えば、振動抽出フィルタ１７ｂが抽出した振動成分の振幅が所定のレベルを超えているかどうかを監視している。

モータ制御装置１０は、ノッチ制御部１８ｂによりこの振幅が所定のレベルを超えたと判断したとき、振動成分を検出したとして、図５においてステップＳ２０に進み、ノッチフィルタ１５ｂに対してのノッチ周波数の可変制御を開始する。すなわち、まず、ノッチ制御部１８ｂが、ノッチフィルタ１５ｂを無効状態から有効状態へと切り替える（ステップＳ２０）。次に、ノッチ制御部１８ｂは、生成したノッチ周波数制御信号をノッチフィルタ１５ｂに供給し、これによって、ノッチフィルタ１５ｂには振動抽出フィルタ１７ｂにより抽出された振動成分の周波数のノッチ周波数が設定される（ステップＳ２２）。この後、モータ制御装置１０は、ステップＳ２４の処理に進む。

また、モータ制御装置１０は、ステップＳ１８において、ノッチ制御部１８ｂにより振動成分の振幅が所定のレベルを超えていないと判断したとき、ステップＳ２４に進む。

モータ制御装置１０は、上位器などからモータ１１により負荷１２の駆動を終了するような指令がなされたかどうかを判定する（ステップＳ２４）。モータ制御装置１０は、終了するような指令がなされていない場合には、ステップＳ１２の処理に進み、終了するような指令がなされた場合には、モータ１１による負荷１２の駆動を終了する。

以上説明したように、本実施の形態のモータ制御装置は、制御系内に配置される複数のノッチフィルタと、それぞれが異なった周波数帯域となるように設定された周波数帯域に基づき速度検出信号から振動成分を抽出する複数の振動抽出フィルタと、振動抽出フィルタが抽出した振動成分の振幅が減少するようにノッチフィルタのノッチ周波数を制御するそれぞれのノッチ制御部とを備えた構成である。このため、負荷を駆動する場合に発生する機械共振において、その機械共振が複数の周波数成分を含むような場合であっても、複数の振動抽出フィルタによって、複数の周波数成分中の各周波数成分が個別に並行して抽出される。さらに、ノッチ制御部およびノッチフィルタも個別の周波数成分に対応しながら並行して動作することになる。したがって、本実施の形態のモータ制御装置によれば、複数の周波数成分を含む機械共振などに対して、周波数成分ごとに並行して抑制動作を実行できるため、精度よくかつ即座にその振動の抑制が可能となる。

また、本実施の形態のモータ制御装置は、図５を用いて説明したように、駆動制御を開始した時点においてはノッチフィルタが無効状態として設定されているため、機械共振などによる振動成分が検出されない場合には、ノッチフィルタがなく、速度制御部１４からのトルク指令信号Ｔ１が直接トルク制御部１６に供給されるような状態で速度制御系が構成される。このため、本速度制御系は、機械共振など発生しない場合には広帯域で動作し、十分な応答性を確保できる。

なお、本実施の形態においては、ノッチフィルタ、振動抽出フィルタおよびノッチ制御部をそれぞれに２つ備えた構成例を挙げて説明したが、これらの数に限定されず、それぞれに複数備えた構成であればよい。また、このとき、それぞれの振動抽出フィルタは、異なった通過周波数帯域が設定されたバンドパスフィルタとしたり、複数の振動抽出フィルタの中で１つの振動抽出フィルタが、他の振動抽出フィルタそれぞれの通過周波数帯域を阻止周波数帯域としたりすればよい。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置２０のブロック図である。実施の形態２では、モータ制御装置２０が振動抽出フィルタ、ノッチ制御部およびノッチフィルタをそれぞれ３つ備えた一例を挙げて説明する。また、実施の形態１との比較において、実施の形態２では、それぞれのノッチ制御部から出力されたノッチ周波数制御信号が供給され、供給されたノッチ周波数制御信号に基づき、それぞれの振動抽出フィルタの周波数特性を変更制御する振動抽出フィルタ制御部１９をさらに備えている。なお、図６において、図１と同一の構成要素については同一の符号を付しており詳細な説明は省略する。

図６に示すように、速度検出器１３から出力される速度検出信号Ｖａは、速度制御部１４に供給されるとともに、振動抽出フィルタ１７ａ、１７ｂおよび１７ｃにも供給される。振動抽出フィルタ１７ａ、１７ｂおよび１７ｃは、振動抽出フィルタ制御部１９の制御により周波数特性が変更できるように構成されている。

振動抽出フィルタ１７ａが抽出した振動成分信号は、ノッチ制御部１８ａに供給される。ノッチ制御部１８ａは、実施の形態１と同様に、振動抽出フィルタ１７ａによる振動成分信号の抽出結果に応じて、ノッチフィルタ１５ａのノッチ周波数を変更制御するためのノッチ周波数制御信号ｖｆａを生成する。同様に、振動抽出フィルタ１７ｂが抽出した振動成分信号はノッチ制御部１８ｂに供給され、ノッチ制御部１８ｂはノッチフィルタ１５ｂのノッチ周波数を変更制御するためのノッチ周波数制御信号ｖｆｂを生成する。振動抽出フィルタ１７ｃが抽出した振動成分信号はノッチ制御部１８ｃに供給され、ノッチ制御部１８ｃはノッチフィルタ１５ｃのノッチ周波数を変更制御するためのノッチ周波数制御信号ｖｆｃを生成する。そして、本実施の形態においては、ノッチ周波数制御信号ｖｆａ、ｖｆｂおよびｖｆｃが振動抽出フィルタ制御部１９にも供給される。

振動抽出フィルタ制御部１９は、供給されたノッチ周波数制御信号に基づき、それぞれの振動抽出フィルタの周波数特性を変更制御するための振動抽出フィルタ制御信号を生成し、それぞれの振動抽出フィルタに供給する。上述したように、例えば、ノッチ周波数制御信号ｖｆａは、振動抽出フィルタ１７ａが抽出した振動成分信号ｘａの周波数に対応した信号である。それぞれの振動抽出フィルタは、例えばその中心周波数がノッチ周波数制御信号により示される周波数となるように周波数制御される。すなわち、振動抽出フィルタ制御部１９がこのようなノッチ周波数制御信号に基づく振動抽出フィルタ制御信号を振動抽出フィルタにフィードバックすることにより、例えば振動抽出フィルタの通過帯域中心周波数が振動成分信号の周波数に近接あるいは一致するように制御され、これによって振動抽出フィルタによる速度検出信号Ｖａからの振動成分の抽出精度を高めることができる。

次に、モータ制御装置２０の動作について、振動抽出フィルタ制御部１９による振動抽出フィルタの制御動作を中心に説明する。

図７は、モータ制御装置２０が動作を開始したときの各振動抽出フィルタの周波数特性の一例を示す図であり、図８は、速度検出信号Ｖａから振動成分が検出されたときの各振動抽出フィルタの周波数特性の一例を示す図である。

まず、図７において、図７（ａ）は振動抽出フィルタ１７ａ、図７（ｂ）は振動抽出フィルタ１７ｂ、図７（ｃ）は振動抽出フィルタ１７ｃの周波数特性の一例を示している。電源オン時などモータ制御装置２０による駆動動作が開始されると、図７に示すように、振動抽出フィルタ１７ａおよび１７ｂは、実施の形態１と同様な周波数特性に設定される。すなわち、振動抽出フィルタ１７ａは、中心周波数ｆａ０を中心として所定の周波数帯域Ｂａ内の信号を通過させるバンドパスフィルタ特性となるように設定される。また、振動抽出フィルタ１７ｂは、振動抽出フィルタ１７ａの周波数帯域Ｂａ外の信号を通過させるような周波数特性を有したフィルタ特性となるように設定される。そして、振動抽出フィルタ１７ｃは、駆動動作の開始時においては、図７（ｃ）に示すように、すべての周波数成分を含む信号を通過させない特性、すなわち完全遮断特性となるように設定される。

この後、速度検出信号Ｖａにおいて、機械共振に起因するような振動成分が発生すると、振動成分は、振動抽出フィルタ１７ａと振動抽出フィルタ１７ｂとの少なくともいずれかを通過し、その振動成分信号がノッチ制御部１８ａとノッチ制御部１８ｂとの少なくともいずれかに供給される。これにより、ノッチ制御部１８ａやノッチ制御部１８ｂは、供給された振動成分信号に応じた動作を開始する。

以下、図７（ａ）で示す周波数帯域Ｂａ内の周波数成分と、図７（ｂ）で示す周波数帯域ＢｂＨ内の周波数成分とを含む振動成分が発生した場合の一例を挙げて説明する。

図７（ａ）で示す周波数帯域Ｂａ内の周波数成分の信号は、振動抽出フィルタ１７ａを通過するため、ノッチ制御部１８ａは、ノッチ周波数制御信号ｖｆａによりノッチフィルタ１５ａのノッチ周波数を制御する。これとともに、ノッチ周波数制御信号ｖｆａが振動抽出フィルタ制御部１９に供給され、振動抽出フィルタ制御部１９は、振動抽出フィルタ１７ａの中心周波数がノッチ周波数制御信号ｖｆａに対応した周波数となるように振動抽出フィルタ１７ａを周波数制御する。図８（ａ）は、このように制御された振動抽出フィルタ１７ａの周波数特性を示している。すなわち、振動抽出フィルタ１７ａは、振動抽出フィルタ制御部１９により、初期の中心周波数ｆａ０から、図８（ａ）に示すように振動成分信号の周波数あるいはその近傍の周波数となる中心周波数ｆａ１へと変更制御される。

同様に、図７（ｂ）で示す周波数帯域ＢｂＨ内の周波数成分の信号は、振動抽出フィルタ１７ｂを通過するため、ノッチ制御部１８ｂは、ノッチ周波数制御信号ｖｆｂによりノッチフィルタ１５ｂのノッチ周波数を制御する。これとともに、ノッチ周波数制御信号ｖｆｂが振動抽出フィルタ制御部１９に供給され、振動抽出フィルタ制御部１９は、振動抽出フィルタ１７ｂの上側通過帯域の中心周波数がノッチ周波数制御信号ｖｆｂに対応した周波数となるように振動抽出フィルタ１７ｂを周波数制御する。図８（ｂ）は、このように制御された振動抽出フィルタ１７ｂの周波数特性を示している。すなわち、振動抽出フィルタ１７ｂは、振動抽出フィルタ制御部１９により、初期の上側通過帯域の中心周波数ｆｂＨ０から、図８（ｂ）に示すように振動成分信号の周波数あるいはその近傍の周波数となる中心周波数ｆｂＨ１へと変更制御される。

さらに、本実施の形態においては、振動抽出フィルタ制御部１９の制御により、振動抽出フィルタ１７ｂの周波数特性は、図８（ｂ）に示すように、中心周波数ｆｂＨ１を中心としたバンドパスフィルタ特性へと変更される。

さらに、振動抽出フィルタ制御部１９は、振動成分の検出数を監視しており、上述のように２つの振動成分が検出されたと判定すると、振動抽出フィルタ１７ａおよび振動抽出フィルタ１７ｂに設定した周波数特性の情報を用いて、振動抽出フィルタ１７ｃの周波数特性を設定する。具体的には、図８（ｃ）に示すように、振動抽出フィルタ制御部１９は、振動抽出フィルタ１７ａおよび振動抽出フィルタ１７ｂの通過帯域に対しては阻止帯域となるような周波数特性を有したフィルタ特性を振動抽出フィルタ１７ｃに設定する。言い換えると、振動抽出フィルタ１７ａの周波数帯域Ｂａおよび振動抽出フィルタ１７ｂの周波数帯域ＢｂＨ外となる信号を通過させるような周波数特性を設定する。

なお、以上、本実施の形態においては、振動抽出フィルタ、ノッチ制御部およびノッチフィルタで構成される３のペアを備えた一例を挙げて説明したが、例えば、次のような構成としてもよい。すなわち、振動抽出フィルタ、ノッチ制御部およびノッチフィルタで構成される３つ以上のペアを準備しておく。また、そのうちの２つペアでの振動抽出フィルタにおいて、例えば、図７（ａ）、（ｂ）で示すように周波数特性が相補的となるように設定し、その他のペアの振動抽出フィルタについては、図７（ｃ）で示すように完全遮断特性となるように設定しておく。そして、モータ制御装置２０による駆動動作が開始され、振動抽出フィルタ制御部１９が２つの振動成分を検出したと判定すると、上述のように３つ目の振動抽出フィルタの周波数特性を設定する。さらに、３つ目の振動抽出フィルタを介して、３つ目の振動成分が検出されると、３つの振動抽出フィルタの通過帯域に対しては阻止帯域となるような周波数特性を、４つ目の振動抽出フィルタに設定する。このように、新たな振動成分が検出されるごとに、完全遮断特性から上述のような周波数特性となるように振動抽出フィルタの周波数特性を設定していくような構成としてもよい。

以上説明したように、本実施の形態のモータ制御装置２０は、振動抽出フィルタ、ノッチ制御部およびノッチフィルタで構成される複数のペアを準備し、そのうちの２つのペアにおける振動抽出フィルタの周波数特性が相補的となるように設定し、他のペアにおける振動抽出フィルタについては完全遮断特性となるように設定し、振動抽出フィルタ制御部１９は、２つを超える新たな振動成分が検出されるごとに、完全遮断特性の振動抽出フィルタに対して、設定済みの振動抽出フィルタの通過帯域を阻止帯域とするような周波数特性を設定する構成である。このような構成とすることにより、複数の周波数成分を含む機械共振などに対して精度よくかつ即座にその振動の抑制動作を開始するとともに、数多くの周波数成分を含むような複雑な機械共振に対しても、それぞれの周波数に対応してその振動の抑制を行うことが可能となる。

なお、上述した各実施の形態においては、可動部である可動子の回転速度を検出し、検出した速度量を利用して、可動部の動き動作をフィードバック制御するような速度制御系の一例を挙げて説明したが、可動部の位置を検出し、検出した位置情報を利用して可動部の動き動作をフィードバック制御するような位置制御系であってもよい。また、位置制御系の場合、検出した位置情報から振動周波数を推定する構成としてもよい。また、速度や位置を検出するための信号以外に、例えば、別途、振動成分を抽出するための信号を取り込むような検出器を設けるなどの構成であってもよい。

また、上述した各実施の形態においては、モータ可動部の速度を検出するような一例を挙げて説明したが、振動成分を抽出するために、負荷あるいは負荷の近辺に設けた検出器からの信号により振動成分を抽出するような構成であってもよい。

また、上述した各実施の形態においては、可動部として回転動作するような可動子を備えたモータの一例を挙げて説明したが、例えばリニアモータなど回転以外の動き動作を行うモータであってもよい。

また、上述した各実施の形態では、本発明のモータ制御装置が例えば図１に示したような機能ブロックで構成されるような実施の形態の例を挙げて説明したが、例えば、各ブロックにおける処理を手順に従ったステップの実行により実現されるようなモータ制御方法であってもよい。具体的には、各ブロックの処理に対応したステップを順次実行するようなプログラムをメモリなどに記憶させ、例えば、マイクロプロセッサのようなＣＰＵが、メモリに記憶されたプログラムを順次読み取り、読み取ったプログラムに従って処理を実行するような構成であってもよい。

本発明に係るモータ制御装置は、複数の周波数成分を含む機械共振などに対しても、精度よくかつ即座にその振動の抑制が可能であり、常にモータを安定して制御することができるため、部品実装機や半導体製造装置などモータを使用する装置で、特に機械共振が生じるような装置を駆動するモータ制御装置に適している。

本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置のブロック図同モータ制御装置のノッチフィルタの周波数特性の一例を示す図同モータ制御装置の振動抽出フィルタの周波数特性の一例を示す図同モータ制御装置の要部を示すブロック図同モータ制御装置のモータ駆動時における処理手順を示すフローチャート本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置のブロック図同モータ制御装置が動作を開始したときの各振動抽出フィルタの周波数特性の一例を示す図同モータ制御装置において、速度検出信号から振動成分が検出されたときの各振動抽出フィルタの周波数特性の一例を示す図従来のモータ制御装置のブロック図

符号の説明

１０，９０モータ制御装置
１１モータ
１２負荷
１３速度検出器
１４，９４速度制御部
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，９５ａ，９５ｂ，９５ｃノッチフィルタ
１６，９６トルク制御部
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ振動抽出フィルタ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃノッチ制御部
１９振動抽出フィルタ制御部
８１検出用ノッチフィルタ
８２ノッチ周波数変更部
９７周波数推定部
９８ノッチフィルタ選択部
９９ノッチ周波数設定部

Claims

検出されたモータ可動部の動き量を利用して、前記可動部の動き動作をフィードバック制御する制御系を備えたモータ制御装置であって、
前記制御系内に配置され、入力信号に対してノッチ周波数を中心とした近傍周波数の信号成分を減衰させる複数のノッチフィルタと、
前記ノッチフィルタのそれぞれに対応づけて異なった周波数帯域が設定され、設定された前記周波数帯域に基づき、前記動き量から振動成分を抽出する複数の振動抽出フィルタと、
前記振動抽出フィルタそれぞれに対して配置され、前記振動抽出フィルタが抽出した前記振動成分の振幅が減少するように、対応するノッチフィルタの前記ノッチ周波数をそれぞれ並行して制御する複数のノッチ制御部とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。
前記ノッチ制御部は、前記振動抽出フィルタが抽出した前記振動成分の振幅が所定のレベルを超えたとき、対応するノッチフィルタに対して、前記ノッチ周波数の制御を開始することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記ノッチフィルタは、前記ノッチ周波数の制御が可能であるとともに、フィルタ機能を有効とする有効状態と無効とする無効状態とに切り替え可能であり、
前記ノッチ制御部は、
対応するノッチフィルタが無効状態であり、かつ前記振動抽出フィルタが抽出した前記振動成分の振幅が所定のレベルを超えたとき、対応するノッチフィルタを有効状態とし、前記振動成分の振幅が減少するように前記ノッチ周波数の可変制御を開始することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
前記ノッチ制御部は、対応するノッチフィルタと同等の検出用ノッチフィルタと、前記検出用ノッチフィルタの出力信号の振幅が減少するように、前記検出用ノッチフィルタのノッチ周波数を変更制御するノッチ周波数制御信号を生成するノッチ周波数変更部とを備え、
前記ノッチ制御部は、前記ノッチ周波数制御信号を対応するノッチフィルタに供給することで、対応するノッチフィルタの前記ノッチ周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
複数の前記振動抽出フィルタの中で、１つの前記振動抽出フィルタは、他の前記振動抽出フィルタそれぞれの通過周波数帯域を、阻止周波数帯域としたことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
複数の前記振動抽出フィルタとして２つの前記振動抽出フィルタを備え、一方の振動抽出フィルタは、所定の周波数帯域内の信号を通過させるバンドパスフィルタであり、他方の振動抽出フィルタは、前記一方の振動抽出フィルタの周波数帯域外の信号を通過させるような周波数特性を有したフィルタであることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のモータ制御装置。
前記ノッチ制御部は、前記振動抽出フィルタが抽出した前記振動成分の振幅が減少するように、対応するノッチフィルタの前記ノッチ周波数を制御するとともに、前記振動抽出フィルタの中心周波数が前記ノッチ周波数へと近づくように前記振動抽出フィルタの中心周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。