专利名称：电动机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对电动机、由电动机驱动的负载的速度、位置等运动动作进行控制的电动机控制装置，特别涉及一种具备抑制驱动时等产生的机械谐振的功能的电动机控制装置。
背景技术：
以往，作为这种电动机控制装置，存在如专利文献I所记载那样的装置。图10是表示专利文献I所记载的电动机控制装置的结构的框图。图10所示的以往的电动机控制装置50与电动机11和速度检测器13相连接。电动机11上连接有负载12。另外，速度检测器13检测电动机11的转速，输出表示检测出的转速的速度检测信号Vd。电动机控制装置50具有使速度检测信号Vd追随指令速度信号Vr的速度控制系统。而且，电动机控制装置50为了抑制由机械谐振等引起的振荡，如图10所示那样具备第一陷波滤波器15。并且，电动机控制装置50具备速度控制部14、转矩控制部16、振动提取滤波器17、第二陷波滤波器18以及陷波控制部19。速度控制部14以指令速度信号Vr和速度检测信号Vd为输入，生成转矩指令信号τ I。第一陷波滤波器15是根据所提供的信号，使该信号中包含的具有以特定频率为中心的规定范围的频率的信号急剧衰减的滤波器。将成为该中心的频率称为陷波中心频率，将发生衰减附近的频率宽度称为陷波宽度，将在陷波中心频率处的衰减程度称为陷波深度。另外，将由陷波中心频率和陷波宽度确定的频率称为陷波频率。第一陷波滤波器15具有这样的特性，针对转矩指令信号τ 1，使陷波频率的信号成分衰减，将滤波处理后得到的转矩指令信号τ 2提供给转矩控制部16。转矩控制部16根据所输入的转矩指令信号τ2控制电动机11，以使电动机11输出目标转矩。另外，振动提取滤波器17从速度检测信号Vd中提取由机械谐振引起的振动，并作为提取振动信号Xl进行输出。提取振动信号Xl被输入到第二陷波滤波器18。第二陷波滤波器18与陷波控制部19的控制相应地对提取振动信号Xl实施使陷波频率的信号成分衰减那样的滤波处理。作为滤波处理后得到的提取振动信号，第二陷波滤波器18输出第二陷波滤波器输出信号x2。陷波控制部19基于提取振动信号Xl和第二陷波滤波器输出信号x2生成陷波频率设定值cnl。陷波控制部19根据陷波频率设定值cnl来控制第一陷波滤波器15和第二陷波滤波器18，使得第一陷波滤波器15和第二陷波滤波器18的陷波频率成为提取振动信号xl的振动频率。在此，第一陷波滤波器15的陷波频率处的陷波深度是固定的值，另外，第二陷波滤波器18的陷波频率处的陷波深度是-在这样构成的以往的电动机控制装置中，即使由于某种原因而发生由机械谐振导致的振荡，也能够逐次变更第一陷波滤波器15和第二陷波滤波器18的陷波频率，以使该振荡的振动成分减少。
另外，作为以往的电动机控制装置的其它例，存在如专利文献2所记载那样的装置。图11是表示专利文献2所记载的以往的电动机控制装置的结构的框图。图11所示的电动机控制装置具备陷波滤波器15b、陷波频率决定部41、自适应运算部42以及滤波器系数设定部43。通过陷波频率决定部41将陷波滤波器15b的陷波中心频率固定为陷波频率ωη。另一方面，陷波深度和陷波宽度是可变的，根据由滤波器系数设定部43输出的滤波器系数ζ I、ζ 2来决定陷波滤波器15b的陷波深度和陷波宽度。自适应运算部42根据陷波滤波器15b的输出τ2和基准信号U，按照自适应原则逐次变更自适应输入 并进行输出。滤波器系数设定部43根据所输入的自适应输入ζ输出表示陷波滤波器15b的陷波深度、陷波宽度的滤波器系数ζ I、ζ 2。在图11所示的以往的电动机控制装置中，在发生由机械谐振导致的振荡时，逐次变更陷波滤波器15b的陷波深度，以使该振荡的振动成分减少。 然而，如专利文献I那样，在陷波深度固定的第一陷波滤波器15中陷波深度不是最佳的值，因此存在以下问题根据控制对象不同而不必要地过分抑制振动，从而相位延迟变大，不能充分提高控制系统增益。另外，如专利文献2那样，在陷波频率固定的陷波滤波器15b中，在机械特性产生偏差、经年变化、被固定的陷波频率与谐振频率之间产生偏差等的情况下，担心不能充分地抑制由机械谐振等引起的振荡。专利文献I :日本特开2004-274976号公报专利文献2 :日本特开2007-293571号公报
发明内容
本发明的电动机控制装置对电动机或者负载的状态量进行反馈控制。本电动机控制装置具备第一陷波滤波器、振动提取滤波器、第二陷波滤波器、陷波控制部、陷波深度控制部以及控制判断部。第一陷波滤波器被配置在反馈控制系统内，能够变更陷波中心频率和陷波深度。振动提取滤波器提取由机械谐振引起的振动成分，并作为提取振动信号进行输出。第二陷波滤波器被输入提取振动信号，能够变更陷波中心频率。陷波控制部基于提取振动信号和第二陷波滤波器输出信号来变更第一陷波滤波器的陷波中心频率和第二陷波滤波器的陷波中心频率，以使第二陷波滤波器输出信号的振幅减小。陷波深度控制部基于提取振动信号来变更第一陷波滤波器的陷波深度。控制判断部基于提取振动信号和第二陷波滤波器输出信号进行控制，使得陷波控制部和陷波深度控制部中的某一个进行动作。根据这种结构，例如即使在由于经年使用而装置的特性发生变化、由于应用陷波滤波器的影响而机械谐振的振动频率发生变化、为了使指令追随动作高速化而增大控制系统增益的情况下，也不会使控制系统不稳定，而能够总是稳定地抑制机械谐振。由此，根据本发明的电动机控制装置，能够提供如下一种电动机控制装置在产生了机械谐振的情况下，不使相位延迟增大至所需以上就能够抑制机械谐振，能够在总是确保稳定的控制状态的同时，对电动机及其负载的运动动作进行控制。
图I是表示本发明的实施方式I的电动机控制装置的结构的框图。
图2是表示该电动机控制装置的第一陷波滤波器的频率特性和相位特性的一例的特性图。图3是表示该电动机控制装置的第二陷波滤波器的频率特性和相位特性的一例的特性图。图4是表示该电动机控制装置的第一陷波滤波器的特性设定处理的流程图。图5是表示设为该电动机控制装置的变形例的结构时的第一陷波滤波器的特性设定处理的流程图。图6是表示速度检测信号Vd相对于指令速度信号Vr的传递函数的增益特性的图。图7是表示使控制系统增益放大Kv时的增益特性的图。 图8是表示本发明的实施方式2的电动机控制装置的第一陷波滤波器的特性设定处理的流程图。图9是表示本发明的实施方式3的电动机控制装置的第一陷波滤波器的特性设定处理的流程图。图10是表示以往的电动机控制装置的结构的框图。图11是表示以往的电动机控制装置的结构的框图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施方式。(实施方式I)图I是表示本发明的实施方式I的电动机控制装置10的结构的框图。如图I所示，本发明的实施方式I的电动机控制装置10与电动机11和速度检测器13相连接。在电动机11上连接有负载12。另外，速度检测器13对配置在电动机11内的可动元件(未图示)的转速进行测量，并输出表示与该转速相应的速度量的状态检测信号，即速度检测信号Vd。另一方面，为了指示可动元件的转速，向电动机控制装置10通知指令速度信号Vr。在电动机控制装置10中，作为进行反馈控制的控制系统，具有速度控制系统，该速度控制系统进行反馈控制，使得可动元件的旋转动作追随指令速度。即，在本实施方式中，对作为状态量的速度量进行反馈控制。在本实施方式中，列举这种具有速度控制系统的结构的电动机控制装置的一例来进行说明。如图I所示，电动机控制装置10具备速度控制部14、第一陷波滤波器15、转矩控制部16、振动提取滤波器17、第二陷波滤波器18、陷波控制部19、陷波深度控制部20、控制判断部21以及切换部22。对速度控制部14输入表示指令速度的指令速度信号Vr和表示由速度检测器13检测出的检测速度的速度检测信号Vd。速度控制部14计算出指令速度信号Vr与速度检测信号Vd之间的偏差量，生成用于将该偏差量控制为O的转矩指令信号τ I并进行输出。具体地说，速度控制部14例如计算出指令速度信号Vr与速度检测信号Vd之差，并将对该计算值进行比例积分而得到的结果作为转矩指令信号τI进行输出。从速度控制部14对第一陷波滤波器15提供转矩指令信号τ I。并且，从陷波控制部19对第一陷波滤波器15提供陷波频率设定值cnl，从陷波深度控制部20对第一陷波滤波器15提供陷波深度设定值cn2。第一陷波滤波器15是根据转矩指令信号τ I使转矩指令信号τ 中包含的具有以特定频率为中心的频率的信号成分急剧衰减的滤波器。图2是表示本发明的实施方式I的电动机控制装置10的第一陷波滤波器15的频率特性和相位特性的一例的特性图。在图2中，示出了以陷波中心频率ωη 为中心、使陷波宽度Bn的附近频率的频带内的信号成分按陷波深度Dn衰减那样的频率特性的一例。第一陷波滤波器15基于所提供的陷波频率设定值cnl来变更陷波中心频率ωη ，基于陷波深度设定值cn2来变更陷波深度Dn。具有以下特征陷波深度设定值cn2越小，陷波深度Dn越深，陷波深度设定值cn2越大，陷波深度Dn越浅。第一陷波滤波器15例如是具有以下(式I)所示的传递函数H1 (S)的二阶递归型陷波滤波器。
Tr / s S + ^LiiλC1OmI + ) λ
Γηπ^α Γ —P* ι-4 ( ^ \ — _1 1 m ····.··...·· ( —P- ι \
LUUviyj L 丄」一 ~^"""""\ 丄乂
s~ + IgiOJnl +Oll1-在(式I)中，ωη1是与第一陷波滤波器15的陷波中心频率ωη1相对应的陷波中心频率系数，是衰减常数，Cl1是表示陷波深度Dn的陷波深度系数。在陷波深度系数Cl1为O < Cl1 < I且Cl1 = I的情况下，第一陷波滤波器15的陷波中心频率ωη 处的增益特性为0[(^]，在Cl1 = O的情况下，第一陷波滤波器15的陷波中心频率ωη 处的增益特性为-①[dB]。即，在Cl1 = I的情况下，第一陷波滤波器15的输入信号直接从第一陷波滤波器15输出。另外，在Cl1 = O的情况下，陷波中心频率ωη 的信号成分的衰减量最大，使陷波中心频率ωη 附近频率的信号成分衰减后的信号从第一陷波滤波器15输出。在本实施方式中，基于陷波频率设定值cnl来变更陷波中心频率系数ωη1，由此变更陷波中心频率ωη ，基于陷波深度设定值cn2来变更陷波深度系数Cl1,由此变更陷波深度Dn。从第一陷波滤波器15输出对转矩指令信号τ I进行这种滤波处理而得到的信号，即转矩指令信号τ2。对转矩控制部16输入从第一陷波滤波器15输出的转矩指令信号τ 2。转矩控制部16对电动机11的旋转动作进行控制，以使电动机11输出目标转矩。这样，在电动机控制装置10中构成速度控制系统，该速度控制系统利用表示由速度检测器13检测出的可动元件的转速的速度检测信号Vd来对该可动元件的运动动作进行反馈控制，使得该可动元件的转速成为与指令速度信号Vr相应的转速。而且，电动机控制装置10是在该速度控制系统内配置有第一陷波滤波器15的结构。另外，在本实施方式中，电动机控制装置10具备自动对驱动负载12时等产生的机械谐振进行抑制的功能。为了实现该功能，电动机控制装置10在速度控制系统内配置上述那样的第一陷波滤波器15，并且具备用于提取机械谐振等的振动成分的提取滤波器，即振动提取滤波器17。从速度检测器13输出的速度检测信号Vd也被提供给振动提取滤波器17。振动提取滤波器17设定规定的频带，从速度检测信号Vd中提取所设定的频带内包含的振动成分。即，振动提取滤波器例如提取通过电动机11驱动负载12时产生的机械谐振的振动成分等在所输入的速度检测信号Vd中出现的振动成分并进行输出。此外，振动提取滤波器17只要能够这样提取振动成分即可，因此振动提取滤波器17可以是使规定的频率以上的信号成分通过的高通滤波器，也可以是使规定的频带宽内的信号成分通过的带通滤波器。振动提取滤波器17输出通过了这种频率特性的滤波器的信号，即输出作为提取出速度检测信号Vd中出现的振动成分的信号的提取振动信号xl。从振动提取滤波器17输出的提取振动信号xl被输入到第二陷波滤波器18、控制判断部21以及切换部22。并且，按照切换部22的切换将提取振动信号xl输入陷波控制部19或者陷波深度控制部20。另外，在下面说明详细情况，通过这些结构来设定第一陷波滤波器15的特性。首先，第二陷波滤波器18输出使提取振动信号xl中包含的具有以特定频率为中心的频率的信号成分急剧衰减后的信号。另外，从陷波控制部19对第二陷波滤波器18提供陷波频率设定值cnl。在本实施方式中，作为第二陷波滤波器18的特性，将陷波宽度预先设定为规定的值，将陷波中心频率处的陷波深度设为[dB]。例如，将设为具有下面(式
2)所示的传递函数H2 (s)的二阶递归型陷波滤波器。
权利要求
1.一种电动机控制装置，对电动机或者负载的状态量进行反馈控制，其特征在于，具备 第一陷波滤波器，其被配置在反馈控制系统内，能够变更陷波中心频率和陷波深度；振动提取滤波器，其提取由机械谐振引起的振动成分，并将其作为提取振动信号进行输出； 第二陷波滤波器，其被输入上述提取振动信号，能够变更陷波中心频率； 陷波控制部，其基于上述提取振动信号和第二陷波滤波器输出信号，来对上述第一陷波滤波器的陷波中心频率和上述第二陷波滤波器的陷波中心频率进行变更，使得上述第二陷波滤波器输出信号的振幅减小； 陷波深度控制部，其基于上述提取振动信号来变更上述第一陷波滤波器的陷波深度；以及 控制判断部，其基于上述提取振动信号和上述第二陷波滤波器输出信号进行控制，使得上述陷波控制部和上述陷波深度控制部中的某一个进行动作。
2.根据权利要求I所述的电动机控制装置，其特征在于， 上述振动提取滤波器是提取状态检测信号中包含的规定频率以上的信号成分的高通滤波器，或者是提取规定频带宽内的信号成分的带通滤波器。
3.根据权利要求I所述的电动机控制装置，其特征在于， 当上述第二陷波滤波器输出信号的振幅为规定值以下时，上述陷波控制部停止上述第二陷波滤波器的陷波中心频率的变更动作，将上述第一陷波滤波器的陷波中心频率变更为上述第二陷波滤波器的陷波中心频率。
4.根据权利要求I所述的电动机控制装置，其特征在于， 上述陷波深度控制部使上述第一陷波滤波器的陷波深度从初始值或者当前值起逐次变更，以使上述提取振动信号的振幅减小，当上述提取振动信号的振幅为规定值以下时，停止变更动作。
5.根据权利要求I所述的电动机控制装置，其特征在于， 上述陷波深度控制部使上述第一陷波滤波器的陷波深度从初始值或者当前值起逐次变更，以使上述提取振动信号的振幅增大，当上述提取振动信号的振幅为O附近的规定值以上时，停止变更动作。
6.根据权利要求I所述的电动机控制装置，其特征在于， 上述陷波深度控制部使上述第一陷波滤波器的陷波深度从初始值或者当前值起逐次变更，以使上述提取振动信号的振幅的移动平均值减小，当上述提取振动信号的振幅为规定值以下时，停止变更动作。
7.根据权利要求I所述的电动机控制装置，其特征在于， 上述陷波深度控制部使上述第一陷波滤波器的陷波深度从初始值或者当前值起逐次变更，以使上述提取振动信号的振幅的移动平均值增大，当上述提取振动信号的振幅为O附近的规定值以上时，停止变更动作。
8.根据权利要求4至7中的任一项所述的电动机控制装置，其特征在于， 上述陷波深度控制部基于控制系统增益、上述控制系统增益的变更量以及状态检测信号的检测单位中的至少一个来决定上述第一陷波滤波器的陷波深度的逐次变更量。
9.根据权利要求I所述的电动机控制装置，其特征在于， 在上述第二陷波滤波器输出信号的振幅大于规定值的情况下，上述控制判断部使上述陷波控制部进行动作，在上述第二陷波滤波器输出信号的振幅小于规定值的情况下，上述控制判断部使上述陷波深度控制部进行动作。
10.根据权利要求I所述的电动机控制装置，其特征在于， 在上述第二陷波滤波器的陷波中心频率与上次的陷波中心频率不同的情况下，上述陷波深度控制部从初始值起开始进行上述第一陷波滤波器的陷波深度的变更动作，在上述第二陷波滤波器的陷波中心频率与上次的陷波中心频率相同的情况下，上述陷波深度控制部从当前值起开始进行上述第一陷波滤波器的陷波深度的变更动作。
11.根据权利要求I所述的电动机控制装置，其特征在于， 上述陷波深度控制部基于上述第一陷波滤波器的陷波中心频率的变更量、上述第二陷 波滤波器的陷波中心频率的变更量以及控制系统增益的变更量中的至少一个，来决定是使上述提取振动信号的振幅减小还是增加，并逐次变更上述第一陷波滤波器的陷波深度。
12.权利要求I所述的电动机控制装置，其特征在于， 上述陷波深度控制部基于上述第一陷波滤波器的陷波中心频率的变更量、上述第二陷波滤波器的陷波中心频率的变更量以及控制系统增益的变更量中的至少一个来计算出上述第一陷波滤波器的陷波深度的变更量，并变更上述第一陷波滤波器的陷波深度。
13.根据权利要求I所述的电动机控制装置，其特征在于， 上述控制系统是将速度或者位置作为状态量来进行控制的控制系统。
全文摘要
电动机控制装置具备配置在反馈控制系统内的第一陷波滤波器、输出包含振动成分的信号x1的振动提取滤波器、被输入信号x1的第二陷波滤波器、基于信号x1和第二陷波滤波器输出信号x2变更陷波中心频率的陷波控制部、基于信号x1变更第一陷波滤波器的陷波深度的陷波深度控制部以及进行控制使得陷波控制部和陷波深度控制部中的某一个进行动作的控制判断部。
文档编号H02P29/00GK102918765SQ20118002659
公开日2013年2月6日 申请日期2011年5月25日 优先权日2010年5月28日
发明者藤原弘, 田泽彻 申请人:松下电器产业株式会社