專利名稱：電動機控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對電動機、由電動機驅(qū)動的負載的速度、位置等運動動作進行控制的電動機控制裝置，特別涉及一種具備抑制驅(qū)動時等產(chǎn)生的機械諧振的功能的電動機控制裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為這種電動機控制裝置，存在如專利文獻I所記載那樣的裝置。圖10是表示專利文獻I所記載的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖10所示的以往的電動機控制裝置50與電動機11和速度檢測器13相連接。電動機11上連接有負載12。另外，速度檢測器13檢測電動機11的轉(zhuǎn)速，輸出表示檢測出的轉(zhuǎn)速的速度檢測信號Vd。電動機控制裝置50具有使速度檢測信號Vd追隨指令速度信號Vr的速度控制系統(tǒng)。而且，電動機控制裝置50為了抑制由機械諧振等引起的振蕩，如圖10所示那樣具備第一陷波濾波器15。并且，電動機控制裝置50具備速度控制部14、轉(zhuǎn)矩控制部16、振動提取濾波器17、第二陷波濾波器18以及陷波控制部19。速度控制部14以指令速度信號Vr和速度檢測信號Vd為輸入，生成轉(zhuǎn)矩指令信號τ I。第一陷波濾波器15是根據(jù)所提供的信號，使該信號中包含的具有以特定頻率為中心的規(guī)定范圍的頻率的信號急劇衰減的濾波器。將成為該中心的頻率稱為陷波中心頻率，將發(fā)生衰減附近的頻率寬度稱為陷波寬度，將在陷波中心頻率處的衰減程度稱為陷波深度。另外，將由陷波中心頻率和陷波寬度確定的頻率稱為陷波頻率。第一陷波濾波器15具有這樣的特性，針對轉(zhuǎn)矩指令信號τ 1，使陷波頻率的信號成分衰減，將濾波處理后得到的轉(zhuǎn)矩指令信號τ 2提供給轉(zhuǎn)矩控制部16。轉(zhuǎn)矩控制部16根據(jù)所輸入的轉(zhuǎn)矩指令信號τ2控制電動機11，以使電動機11輸出目標轉(zhuǎn)矩。另外，振動提取濾波器17從速度檢測信號Vd中提取由機械諧振引起的振動，并作為提取振動信號Xl進行輸出。提取振動信號Xl被輸入到第二陷波濾波器18。第二陷波濾波器18與陷波控制部19的控制相應地對提取振動信號Xl實施使陷波頻率的信號成分衰減那樣的濾波處理。作為濾波處理后得到的提取振動信號，第二陷波濾波器18輸出第二陷波濾波器輸出信號x2。陷波控制部19基于提取振動信號Xl和第二陷波濾波器輸出信號x2生成陷波頻率設(shè)定值cnl。陷波控制部19根據(jù)陷波頻率設(shè)定值cnl來控制第一陷波濾波器15和第二陷波濾波器18，使得第一陷波濾波器15和第二陷波濾波器18的陷波頻率成為提取振動信號xl的振動頻率。在此，第一陷波濾波器15的陷波頻率處的陷波深度是固定的值，另外，第二陷波濾波器18的陷波頻率處的陷波深度是-在這樣構(gòu)成的以往的電動機控制裝置中，即使由于某種原因而發(fā)生由機械諧振導致的振蕩，也能夠逐次變更第一陷波濾波器15和第二陷波濾波器18的陷波頻率，以使該振蕩的振動成分減少。
另外，作為以往的電動機控制裝置的其它例，存在如專利文獻2所記載那樣的裝置。圖11是表示專利文獻2所記載的以往的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖11所示的電動機控制裝置具備陷波濾波器15b、陷波頻率決定部41、自適應運算部42以及濾波器系數(shù)設(shè)定部43。通過陷波頻率決定部41將陷波濾波器15b的陷波中心頻率固定為陷波頻率ωη。另一方面，陷波深度和陷波寬度是可變的，根據(jù)由濾波器系數(shù)設(shè)定部43輸出的濾波器系數(shù)ζ I、ζ 2來決定陷波濾波器15b的陷波深度和陷波寬度。自適應運算部42根據(jù)陷波濾波器15b的輸出τ2和基準信號U，按照自適應原則逐次變更自適應輸入 并進行輸出。濾波器系數(shù)設(shè)定部43根據(jù)所輸入的自適應輸入ζ輸出表示陷波濾波器15b的陷波深度、陷波寬度的濾波器系數(shù)ζ I、ζ 2。在圖11所示的以往的電動機控制裝置中，在發(fā)生由機械諧振導致的振蕩時，逐次變更陷波濾波器15b的陷波深度，以使該振蕩的振動成分減少。 然而，如專利文獻I那樣，在陷波深度固定的第一陷波濾波器15中陷波深度不是最佳的值，因此存在以下問題根據(jù)控制對象不同而不必要地過分抑制振動，從而相位延遲變大，不能充分提高控制系統(tǒng)增益。另外，如專利文獻2那樣，在陷波頻率固定的陷波濾波器15b中，在機械特性產(chǎn)生偏差、經(jīng)年變化、被固定的陷波頻率與諧振頻率之間產(chǎn)生偏差等的情況下，擔心不能充分地抑制由機械諧振等引起的振蕩。專利文獻I :日本特開2004-274976號公報專利文獻2 :日本特開2007-293571號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的電動機控制裝置對電動機或者負載的狀態(tài)量進行反饋控制。本電動機控制裝置具備第一陷波濾波器、振動提取濾波器、第二陷波濾波器、陷波控制部、陷波深度控制部以及控制判斷部。第一陷波濾波器被配置在反饋控制系統(tǒng)內(nèi)，能夠變更陷波中心頻率和陷波深度。振動提取濾波器提取由機械諧振引起的振動成分，并作為提取振動信號進行輸出。第二陷波濾波器被輸入提取振動信號，能夠變更陷波中心頻率。陷波控制部基于提取振動信號和第二陷波濾波器輸出信號來變更第一陷波濾波器的陷波中心頻率和第二陷波濾波器的陷波中心頻率，以使第二陷波濾波器輸出信號的振幅減小。陷波深度控制部基于提取振動信號來變更第一陷波濾波器的陷波深度。控制判斷部基于提取振動信號和第二陷波濾波器輸出信號進行控制，使得陷波控制部和陷波深度控制部中的某一個進行動作。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，例如即使在由于經(jīng)年使用而裝置的特性發(fā)生變化、由于應用陷波濾波器的影響而機械諧振的振動頻率發(fā)生變化、為了使指令追隨動作高速化而增大控制系統(tǒng)增益的情況下，也不會使控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，而能夠總是穩(wěn)定地抑制機械諧振。由此，根據(jù)本發(fā)明的電動機控制裝置，能夠提供如下一種電動機控制裝置在產(chǎn)生了機械諧振的情況下，不使相位延遲增大至所需以上就能夠抑制機械諧振，能夠在總是確保穩(wěn)定的控制狀態(tài)的同時，對電動機及其負載的運動動作進行控制。


圖I是表示本發(fā)明的實施方式I的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是表示該電動機控制裝置的第一陷波濾波器的頻率特性和相位特性的一例的特性圖。圖3是表示該電動機控制裝置的第二陷波濾波器的頻率特性和相位特性的一例的特性圖。圖4是表示該電動機控制裝置的第一陷波濾波器的特性設(shè)定處理的流程圖。圖5是表示設(shè)為該電動機控制裝置的變形例的結(jié)構(gòu)時的第一陷波濾波器的特性設(shè)定處理的流程圖。圖6是表示速度檢測信號Vd相對于指令速度信號Vr的傳遞函數(shù)的增益特性的圖。圖7是表示使控制系統(tǒng)增益放大Kv時的增益特性的圖。 圖8是表示本發(fā)明的實施方式2的電動機控制裝置的第一陷波濾波器的特性設(shè)定處理的流程圖。圖9是表示本發(fā)明的實施方式3的電動機控制裝置的第一陷波濾波器的特性設(shè)定處理的流程圖。圖10是表示以往的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖11是表示以往的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實施方式。(實施方式I)圖I是表示本發(fā)明的實施方式I的電動機控制裝置10的結(jié)構(gòu)的框圖。如圖I所示，本發(fā)明的實施方式I的電動機控制裝置10與電動機11和速度檢測器13相連接。在電動機11上連接有負載12。另外，速度檢測器13對配置在電動機11內(nèi)的可動元件(未圖示)的轉(zhuǎn)速進行測量，并輸出表示與該轉(zhuǎn)速相應的速度量的狀態(tài)檢測信號，即速度檢測信號Vd。另一方面，為了指示可動元件的轉(zhuǎn)速，向電動機控制裝置10通知指令速度信號Vr。在電動機控制裝置10中，作為進行反饋控制的控制系統(tǒng)，具有速度控制系統(tǒng)，該速度控制系統(tǒng)進行反饋控制，使得可動元件的旋轉(zhuǎn)動作追隨指令速度。即，在本實施方式中，對作為狀態(tài)量的速度量進行反饋控制。在本實施方式中，列舉這種具有速度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的電動機控制裝置的一例來進行說明。如圖I所示，電動機控制裝置10具備速度控制部14、第一陷波濾波器15、轉(zhuǎn)矩控制部16、振動提取濾波器17、第二陷波濾波器18、陷波控制部19、陷波深度控制部20、控制判斷部21以及切換部22。對速度控制部14輸入表示指令速度的指令速度信號Vr和表示由速度檢測器13檢測出的檢測速度的速度檢測信號Vd。速度控制部14計算出指令速度信號Vr與速度檢測信號Vd之間的偏差量，生成用于將該偏差量控制為O的轉(zhuǎn)矩指令信號τ I并進行輸出。具體地說，速度控制部14例如計算出指令速度信號Vr與速度檢測信號Vd之差，并將對該計算值進行比例積分而得到的結(jié)果作為轉(zhuǎn)矩指令信號τI進行輸出。從速度控制部14對第一陷波濾波器15提供轉(zhuǎn)矩指令信號τ I。并且，從陷波控制部19對第一陷波濾波器15提供陷波頻率設(shè)定值cnl，從陷波深度控制部20對第一陷波濾波器15提供陷波深度設(shè)定值cn2。第一陷波濾波器15是根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令信號τ I使轉(zhuǎn)矩指令信號τ 中包含的具有以特定頻率為中心的頻率的信號成分急劇衰減的濾波器。圖2是表示本發(fā)明的實施方式I的電動機控制裝置10的第一陷波濾波器15的頻率特性和相位特性的一例的特性圖。在圖2中，示出了以陷波中心頻率ωη 為中心、使陷波寬度Bn的附近頻率的頻帶內(nèi)的信號成分按陷波深度Dn衰減那樣的頻率特性的一例。第一陷波濾波器15基于所提供的陷波頻率設(shè)定值cnl來變更陷波中心頻率ωη ，基于陷波深度設(shè)定值cn2來變更陷波深度Dn。具有以下特征陷波深度設(shè)定值cn2越小，陷波深度Dn越深，陷波深度設(shè)定值cn2越大，陷波深度Dn越淺。第一陷波濾波器15例如是具有以下(式I)所示的傳遞函數(shù)H1 (S)的二階遞歸型陷波濾波器。
Tr / s S + ^LiiλC1OmI + ) λ
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LUUviyj L 丄」一 ~^"""""\ 丄乂
s~ + IgiOJnl +Oll1-在(式I)中，ωη1是與第一陷波濾波器15的陷波中心頻率ωη1相對應的陷波中心頻率系數(shù)，是衰減常數(shù)，Cl1是表示陷波深度Dn的陷波深度系數(shù)。在陷波深度系數(shù)Cl1為O < Cl1 < I且Cl1 = I的情況下，第一陷波濾波器15的陷波中心頻率ωη 處的增益特性為0[(^]，在Cl1 = O的情況下，第一陷波濾波器15的陷波中心頻率ωη 處的增益特性為-①[dB]。即，在Cl1 = I的情況下，第一陷波濾波器15的輸入信號直接從第一陷波濾波器15輸出。另外，在Cl1 = O的情況下，陷波中心頻率ωη 的信號成分的衰減量最大，使陷波中心頻率ωη 附近頻率的信號成分衰減后的信號從第一陷波濾波器15輸出。在本實施方式中，基于陷波頻率設(shè)定值cnl來變更陷波中心頻率系數(shù)ωη1，由此變更陷波中心頻率ωη ，基于陷波深度設(shè)定值cn2來變更陷波深度系數(shù)Cl1,由此變更陷波深度Dn。從第一陷波濾波器15輸出對轉(zhuǎn)矩指令信號τ I進行這種濾波處理而得到的信號，即轉(zhuǎn)矩指令信號τ2。對轉(zhuǎn)矩控制部16輸入從第一陷波濾波器15輸出的轉(zhuǎn)矩指令信號τ 2。轉(zhuǎn)矩控制部16對電動機11的旋轉(zhuǎn)動作進行控制，以使電動機11輸出目標轉(zhuǎn)矩。這樣，在電動機控制裝置10中構(gòu)成速度控制系統(tǒng)，該速度控制系統(tǒng)利用表示由速度檢測器13檢測出的可動元件的轉(zhuǎn)速的速度檢測信號Vd來對該可動元件的運動動作進行反饋控制，使得該可動元件的轉(zhuǎn)速成為與指令速度信號Vr相應的轉(zhuǎn)速。而且，電動機控制裝置10是在該速度控制系統(tǒng)內(nèi)配置有第一陷波濾波器15的結(jié)構(gòu)。另外，在本實施方式中，電動機控制裝置10具備自動對驅(qū)動負載12時等產(chǎn)生的機械諧振進行抑制的功能。為了實現(xiàn)該功能，電動機控制裝置10在速度控制系統(tǒng)內(nèi)配置上述那樣的第一陷波濾波器15，并且具備用于提取機械諧振等的振動成分的提取濾波器，即振動提取濾波器17。從速度檢測器13輸出的速度檢測信號Vd也被提供給振動提取濾波器17。振動提取濾波器17設(shè)定規(guī)定的頻帶，從速度檢測信號Vd中提取所設(shè)定的頻帶內(nèi)包含的振動成分。即，振動提取濾波器例如提取通過電動機11驅(qū)動負載12時產(chǎn)生的機械諧振的振動成分等在所輸入的速度檢測信號Vd中出現(xiàn)的振動成分并進行輸出。此外，振動提取濾波器17只要能夠這樣提取振動成分即可，因此振動提取濾波器17可以是使規(guī)定的頻率以上的信號成分通過的高通濾波器，也可以是使規(guī)定的頻帶寬內(nèi)的信號成分通過的帶通濾波器。振動提取濾波器17輸出通過了這種頻率特性的濾波器的信號，即輸出作為提取出速度檢測信號Vd中出現(xiàn)的振動成分的信號的提取振動信號xl。從振動提取濾波器17輸出的提取振動信號xl被輸入到第二陷波濾波器18、控制判斷部21以及切換部22。并且，按照切換部22的切換將提取振動信號xl輸入陷波控制部19或者陷波深度控制部20。另外，在下面說明詳細情況，通過這些結(jié)構(gòu)來設(shè)定第一陷波濾波器15的特性。首先，第二陷波濾波器18輸出使提取振動信號xl中包含的具有以特定頻率為中心的頻率的信號成分急劇衰減后的信號。另外，從陷波控制部19對第二陷波濾波器18提供陷波頻率設(shè)定值cnl。在本實施方式中，作為第二陷波濾波器18的特性，將陷波寬度預先設(shè)定為規(guī)定的值，將陷波中心頻率處的陷波深度設(shè)為[dB]。例如，將設(shè)為具有下面(式
2)所示的傳遞函數(shù)H2 (s)的二階遞歸型陷波濾波器。
權(quán)利要求
1.一種電動機控制裝置，對電動機或者負載的狀態(tài)量進行反饋控制，其特征在于，具備 第一陷波濾波器，其被配置在反饋控制系統(tǒng)內(nèi)，能夠變更陷波中心頻率和陷波深度；振動提取濾波器，其提取由機械諧振引起的振動成分，并將其作為提取振動信號進行輸出； 第二陷波濾波器，其被輸入上述提取振動信號，能夠變更陷波中心頻率； 陷波控制部，其基于上述提取振動信號和第二陷波濾波器輸出信號，來對上述第一陷波濾波器的陷波中心頻率和上述第二陷波濾波器的陷波中心頻率進行變更，使得上述第二陷波濾波器輸出信號的振幅減?。? 陷波深度控制部，其基于上述提取振動信號來變更上述第一陷波濾波器的陷波深度；以及 控制判斷部，其基于上述提取振動信號和上述第二陷波濾波器輸出信號進行控制，使得上述陷波控制部和上述陷波深度控制部中的某一個進行動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機控制裝置，其特征在于， 上述振動提取濾波器是提取狀態(tài)檢測信號中包含的規(guī)定頻率以上的信號成分的高通濾波器，或者是提取規(guī)定頻帶寬內(nèi)的信號成分的帶通濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機控制裝置，其特征在于， 當上述第二陷波濾波器輸出信號的振幅為規(guī)定值以下時，上述陷波控制部停止上述第二陷波濾波器的陷波中心頻率的變更動作，將上述第一陷波濾波器的陷波中心頻率變更為上述第二陷波濾波器的陷波中心頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機控制裝置，其特征在于， 上述陷波深度控制部使上述第一陷波濾波器的陷波深度從初始值或者當前值起逐次變更，以使上述提取振動信號的振幅減小，當上述提取振動信號的振幅為規(guī)定值以下時，停止變更動作。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機控制裝置，其特征在于， 上述陷波深度控制部使上述第一陷波濾波器的陷波深度從初始值或者當前值起逐次變更，以使上述提取振動信號的振幅增大，當上述提取振動信號的振幅為O附近的規(guī)定值以上時，停止變更動作。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機控制裝置，其特征在于， 上述陷波深度控制部使上述第一陷波濾波器的陷波深度從初始值或者當前值起逐次變更，以使上述提取振動信號的振幅的移動平均值減小，當上述提取振動信號的振幅為規(guī)定值以下時，停止變更動作。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機控制裝置，其特征在于， 上述陷波深度控制部使上述第一陷波濾波器的陷波深度從初始值或者當前值起逐次變更，以使上述提取振動信號的振幅的移動平均值增大，當上述提取振動信號的振幅為O附近的規(guī)定值以上時，停止變更動作。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中的任一項所述的電動機控制裝置，其特征在于， 上述陷波深度控制部基于控制系統(tǒng)增益、上述控制系統(tǒng)增益的變更量以及狀態(tài)檢測信號的檢測單位中的至少一個來決定上述第一陷波濾波器的陷波深度的逐次變更量。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機控制裝置，其特征在于， 在上述第二陷波濾波器輸出信號的振幅大于規(guī)定值的情況下，上述控制判斷部使上述陷波控制部進行動作，在上述第二陷波濾波器輸出信號的振幅小于規(guī)定值的情況下，上述控制判斷部使上述陷波深度控制部進行動作。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機控制裝置，其特征在于， 在上述第二陷波濾波器的陷波中心頻率與上次的陷波中心頻率不同的情況下，上述陷波深度控制部從初始值起開始進行上述第一陷波濾波器的陷波深度的變更動作，在上述第二陷波濾波器的陷波中心頻率與上次的陷波中心頻率相同的情況下，上述陷波深度控制部從當前值起開始進行上述第一陷波濾波器的陷波深度的變更動作。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機控制裝置，其特征在于， 上述陷波深度控制部基于上述第一陷波濾波器的陷波中心頻率的變更量、上述第二陷 波濾波器的陷波中心頻率的變更量以及控制系統(tǒng)增益的變更量中的至少一個，來決定是使上述提取振動信號的振幅減小還是增加，并逐次變更上述第一陷波濾波器的陷波深度。
12.權(quán)利要求I所述的電動機控制裝置，其特征在于， 上述陷波深度控制部基于上述第一陷波濾波器的陷波中心頻率的變更量、上述第二陷波濾波器的陷波中心頻率的變更量以及控制系統(tǒng)增益的變更量中的至少一個來計算出上述第一陷波濾波器的陷波深度的變更量，并變更上述第一陷波濾波器的陷波深度。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動機控制裝置，其特征在于， 上述控制系統(tǒng)是將速度或者位置作為狀態(tài)量來進行控制的控制系統(tǒng)。
全文摘要
電動機控制裝置具備配置在反饋控制系統(tǒng)內(nèi)的第一陷波濾波器、輸出包含振動成分的信號x1的振動提取濾波器、被輸入信號x1的第二陷波濾波器、基于信號x1和第二陷波濾波器輸出信號x2變更陷波中心頻率的陷波控制部、基于信號x1變更第一陷波濾波器的陷波深度的陷波深度控制部以及進行控制使得陷波控制部和陷波深度控制部中的某一個進行動作的控制判斷部。
文檔編號H02P29/00GK102918765SQ20118002659
公開日2013年2月6日 申請日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者藤原弘, 田澤徹 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社