1.本发明涉及对以工作机械为代表的工业用机械装置进行控制的控制系统及电动机控制装置。
背景技术：
2.对以工作机械为代表的工业用机械装置的动作进行控制的控制装置，通常采用了反馈控制方法。控制装置通过采用反馈控制方法，从而能够稳定地追随从上级控制器发送来的目标值，并且还能够应对干扰的影响。
3.然而，即使采用反馈控制方法，有时仍会发生依赖于控制对象的刚性、质量等的机械共振。如果在发生了机械共振时反馈增益被设定为大的值，则有时机械共振增大，控制系统会振荡。为了抑制如上所述的现象，以往使用了下述方法，即，将使特定的频率成分衰减的滤波器即陷波滤波器设置于控制环内。但是，为了将衰减即截止的特定的频率即截止频率设定于陷波滤波器，事先通过实测而求出应该截止的频率，从而需要专用的测量器。另外，如果控制对象的位置变化，则共振频率也会变化，因此在事先决定截止频率的方法中，有时无法充分地抑制上述现象。
4.为了应对上述这样的问题，在专利文献1中公开了一种控制装置，其从对控制对象的机构部的位置、电流等物理量进行检测的检测单元，取得由该检测单元检测出的物理量，基于所取得的物理量对振动频率进行推定。专利文献1的控制装置将推定出的振动频率作为截止频率而设定于陷波滤波器，由此抑制振动。
5.专利文献1：日本特开2004－237398号公报
技术实现要素：
6.在工作机械之中，存在进行对工件、刀具等保持对象物进行保持的动作的工作机械。在如上所述的工作机械中，即使控制对象的机构部的物理量相同，伴随保持对象物的状态、例如工作物所涉及的保持状态变化，有时固有振动频率也变化。在如上所述的情况下，在专利文献1所记载的方法中，无法对保持对象物即工件的保持状态进行检测。因此，在专利文献1所记载的方法中，无法在陷波滤波器中将进行衰减的频率域设定为适当的值，有可能无法抑制机械共振。
7.本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到在与保持对象物的状态相应地固有振动频率变化的情况下，也能够抑制控制对象的机械共振的控制系统。
8.为了解决上述的课题，并达到目的，本发明所涉及的控制系统具有：指令生成部，其生成用于通过反馈控制对能够保持保持对象物的工作机械进行控制的指令；以及陷波滤波器，其对指令进行滤波处理。控制系统还具有频率决定部，该频率决定部与表示保持对象物的特性及状态的保持对象物信息相应地决定陷波滤波器的截止频率，将决定出的截止频率设定于陷波滤波器。
9.发明的效果
10.本发明所涉及的控制系统具有下述效果，即，在与保持对象物的状态相应地固有振动频率变化的情况下，也能够抑制控制对象的机械共振。
附图说明
11.图1是表示实施方式1所涉及的控制系统的结构例的图。
12.图2是表示实施方式1的滤波器生成部的结构例的图。
13.图3是表示实施方式1的滤波器生成部中的动作的一个例子的流程图。
14.图4是表示实施方式1的处理电路的结构例的图。
15.图5是表示实施方式2所涉及的控制系统的结构例的图。
具体实施方式
16.下面，基于附图对本发明的实施方式所涉及的控制系统及电动机控制装置详细地进行说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。
17.实施方式1.
18.图1是表示本发明的实施方式1所涉及的控制系统的结构例的图。本实施方式的控制系统20具有电动机控制装置1和对电动机控制装置1进行控制的上级控制器2。控制系统20对工作机械30进行控制。在本实施方式中，控制系统20的控制对象即工作机械30设为进行切削加工的工作机械，但控制系统20的控制对象并不限定于进行切削加工的工作机械，只要是能够进行对切削加工的加工对象即工件6进行保持的动作的工业用机械即可。
19.在图1中，工作机械30具有电动机3、减速机8、卡盘装置5及切削刀具7。工作机械30能够保持工件6。具体地说，工作机械30通过卡盘装置5对工件6进行固定。卡盘装置5在从上级控制器2接收到表示对工件6进行保持的卡盘信号的情况下，对工件6进行固定。电动机3由电动机控制装置1进行控制。电动机3的旋转运动经由减速机8传递至卡盘装置5。由此，工件6与卡盘装置5一起旋转。工件6一边旋转一边由切削刀具7进行加工。另外，电动机3的位置、即电动机3的旋转位置由检测器4进行检测。由检测器4检测出的电动机3的位置向电动机控制装置1输入。
20.上级控制器2生成用于对工作机械30的加工进行控制的指令、控制信号、控制信息等。详细地说，上级控制器2生成与电动机3的位置相关的指令即位置指令，向电动机控制装置1输出。上级控制器2例如按照加工程序，生成用于对工作机械30的加工进行控制的指令、控制信号、控制信息等。电动机控制装置1基于从上级控制器2接收到的位置指令和从检测器4输入的位置，生成用于对电动机3进行控制的电流，向电动机3输出。
21.另外，上级控制器2生成表示卡盘装置5是对工件6进行固定还是放开的控制信号，向卡盘装置5输出。在这里，表示是对工件6进行固定还是放开的控制信号设为是在对工件6进行固定的期间输出的卡盘信号。卡盘装置5在从上级控制器2接收到卡盘信号的期间实施对工件6进行固定的动作，在没有接收到卡盘信号时，实施将工件6放开的动作。此外，表示是对工件6进行固定还是放开的控制信号并不限定于该例，也可以是在工件6的开始和结束时输出的信号，也可以是通过信号的电压值等表示工件6的固定和放开的信号。
22.上级控制器2如上所述，对卡盘装置5是否固定有工件6进行控制。因此，上级控制器2掌握工件6的保持状态。保持状态例如是工件6是否固定于卡盘装置5即工作机械30。该
保持状态例如由加工程序指定。上级控制器2能够基于加工程序对工件6的保持状态进行判别。另外，保持状态也可以能够由工作机械30的操作者进行输入。例如，操作者使用上级控制器2的未图示的输入单元而输入工件6的保持状态。或者，可以是电动机控制装置1具有输入单元，操作者将工件6的保持状态输入至电动机控制装置1。另外，通常在使用工作机械30进行加工时，作为加工条件而输入与工件6相关的信息。上级控制器2基于加工条件对工作机械30的加工进行控制。与工件6相关的信息例如是工件6的直径的大小、材质、形状、长度之中的至少1个。下面，作为工件特性信息，对包含工件6的直径的大小、材质、形状、长度的例子进行说明，但工件特性信息并不限定于这些，只要是与工件6的固有振动频率相关联的信息即可，可以包含除了这些以外的项目。上级控制器2将表示工件6的保持状态的状态信息和与上述的工件6相关的信息即工件特性信息作为工件信息而输出至电动机控制装置1。关于工件特性信息，也可以基于加工程序进行判别，也可以能够由操作者输入。
23.状态信息是表示工件6的保持状态的信息，例如是在固定有工件6时取1的值，在将工件6放开时取0的值的1位(bit)的信息，但状态信息的具体例并不限定于此。状态信息并不限定于保持信息，只要是表示如工件6、刀具这样的工作机械30的保持对象物的状态的信息即可。例如，能够使用保持对象物是否正在旋转、保持对象物是否正在移动、保持对象物是否正在加工中等信息。上级控制器2例如能够从加工程序得到这些信息。在作为状态信息而使用工件6的保持信息的情况下，在作为工件6的保持状态而存在除了固定、放开以外的状态的情况下，也可以以大于或等于3个阶段表示工件的保持状态。工件特性信息例如包含表示工件6的直径的大小、材质、形状、长度的信息。
24.接下来，对电动机控制装置1的结构进行说明。如图1所示，电动机控制装置1具有位置控制部11、速度控制部12、滤波器生成部13、电流控制部14及速度变换部15。位置控制部11基于从上级控制器2接收到的位置指令和从检测器4输入的位置对速度指令进行计算，将速度指令向速度控制部12输出。详细地说，基于位置指令和从检测器4输入的位置的差对速度指令进行计算。速度变换部15通过对从检测器4输入的位置进行微分而计算速度，将计算出的速度向速度控制部12输出。
25.速度控制部12基于速度指令和从速度变换部15输入的速度对电流指令进行计算，将电流指令向滤波器生成部13输出。详细地说，速度控制部12基于速度指令和从速度变换部15输入的速度的差对电流指令进行计算。即，速度控制部12是生成用于通过反馈控制对工作机械30进行控制的指令的指令生成部。在本实施方式中，说明通过后面记述的滤波器生成部13针对用于控制电动机3的电流指令进行滤波处理的例子，但本实施方式的滤波处理的对象只要是对工作机械30进行控制的指令，则并不限定于电流指令。
26.滤波器生成部13对电流指令进行滤波处理，将滤波处理后的电流指令向电流控制部14输出。滤波器生成部13中的滤波处理是使特定的频率即截止频率的成分衰减，即，将截止频率的成分截止的滤波处理。将由滤波器生成部13截止的截止频率设为在工作机械30发生共振的频率，由此能够抑制机械共振。另一方面，固有振动频率依赖于工件6的保持状态等。因此，如果不反映工件6的保持状态而决定由滤波器生成部13去除的截止频率，则有时根据工件6的保持状态，无法抑制共振。在本实施方式中，滤波器生成部13基于从上级控制器2接收到的工件信息而决定通过滤波处理去除的频率成分。由此，在本实施方式中，能够反映工件6的保持状态等而决定截止频率。因此，在依赖于工件6的保持状态而固有振动频
率变化的情况下，也能够抑制机械共振。关于滤波器生成部13的详细内容在后面记述。
27.电流控制部14基于从滤波器生成部13输出的电流指令对向电动机3输出的电流进行控制。电动机3与从电流控制部14输出的电流相应地进行旋转运动。通过以上的动作，电动机控制装置1能够将电动机3控制在按照从上级控制器2接收到的位置指令的位置。电动机3被控制在按照位置指令的位置，由此能够经由减速机8及卡盘装置5将工件6控制在期望的位置。
28.接下来，对滤波器生成部13的详细内容进行说明。图2是表示本实施方式的滤波器生成部13的结构例的图。滤波器生成部13具有存储部131、频率推定部132、频率决定部133及陷波滤波器134。存储部131对从上级控制器2接收到的工件信息进行存储。工件信息如上所述，是表示工件的特性及状态的信息，例如由状态信息和工件特性信息构成。
29.频率决定部133与工件6的保持状态相应地决定陷波滤波器134的截止频率，将决定的截止频率设定于陷波滤波器134。并且，频率决定部133与保持状态相应地决定陷波滤波器134的衰减量，将决定的衰减量向陷波滤波器134设定。频率决定部133具体进行以下所示的动作。频率决定部133判断工件信息是否变化，即，从上级控制器2接收到的工件信息即最新的工件信息与前一次接收到的工件信息是否相同。在工件信息没有变化的情况下、即最新的工件信息与前一次接收到的工件信息相同的情况下，不特别进行动作。频率决定部133对从上级控制器2接收到的工件信息进行存储。该工件信息在下一次从上级控制器2接收工件信息时，被用作前一次的工件信息。此外，频率决定部133可以取代自身对前一次接收到的工件信息进行存储，而是存储于存储部131。在该情况下，前一次接收到的工件信息区别于后面记述的滤波器设定信息而存储于存储部131。
30.频率决定部133在工件信息变化的情况下，判断与最新的工件信息相同的工件信息是否存储于存储部131。详细地说，频率决定部133对在存储部131存储的滤波器设定信息内的工件信息中是否存在与最新的工件信息相同的工件信息进行确认。滤波器设定信息是工件信息和对应的截止频率及衰减量相关联的信息，例如通过表格形式而储存于存储部131。滤波器设定信息如后面所述，在工件信息变化的情况下，通过频率推定部132在存储部131追加新的条目。频率决定部133在与最新的工件信息相同的工件信息存储于存储部131的情况下，从存储部131读出与该工件信息相对应的截止频率及衰减量，将读出的截止频率及衰减量设定于陷波滤波器134。频率决定部133在与最新的工件信息相同的工件信息没有存储于存储部131的情况下，将由频率推定部132计算出的截止频率及衰减量设定于陷波滤波器134。此外，在图2中，为了示出频率决定部133具有实施选择的动作的功能，图示出对存储部131和频率推定部132的任意者进行选择的切换的情形，但其并不是指频率决定部133为开关。
31.频率推定部132对在工作机械30发生的振动的频率进行推定，基于推定出的频率对截止频率进行计算。详细地说，频率推定部132如果最新的工件信息新存储于存储部131，则判断在存储部131的滤波器设定信息中是否存在包含与最新的工件信息相同的工件信息的信息。频率推定部132在滤波器设定信息中不存在包含与最新的工件信息相同的工件信息的信息的情况下，基于电流指令，对在工作机械30发生的振动的频率和大小进行推定，基于该推定结果，对应该设定于陷波滤波器134的截止频率及衰减量进行计算。频率推定部132将计算出的截止频率及衰减量向频率决定部133输出，然后，将最新的工件信息和计算
出的截止频率及衰减量相关联而作为滤波器设定信息的新的条目储存于存储部131。此外，最新的工件信息暂时地全部储存于存储部131，但在与作为滤波器设定信息已经存储的信息相同的情况下，可以从存储部131删除。另外，频率推定部132将应该设定于陷波滤波器134的截止频率及衰减量向频率决定部133输出。此外，频率推定部132对振动的频率和大小进行推定的方法并不限定于基于电流指令进行推定的方法，也可以是基于通过检测器4得到的检测结果进行推定的方法等，没有特别限制。
32.陷波滤波器134是能够变更截止频率及衰减量的滤波器。陷波滤波器134按照由频率决定部133设定的截止频率及衰减量，对电流指令实施滤波处理。
33.图3是表示实施方式1的滤波器生成部13的动作的一个例子的流程图。首先，频率决定部133判断工件信息是否变化(步骤s1)。在工件信息变化的情况下(步骤s1yes)，频率决定部133判断工件信息是否已知(步骤s2)。具体地说，频率决定部133在存储部131存储的滤波器设定信息中存在包含与最新的工件信息相同的工件信息的信息的情况下判断为工件信息已知。
34.在工件信息已知的情况下(步骤s2yes)，频率决定部133从存储部131读出对应的截止频率及衰减量(步骤s3)。具体地说，频率决定部133参照滤波器设定信息，读出与最新的工件信息相同的工件信息所对应的截止频率及衰减量。接下来，频率决定部133将截止频率及衰减量设定于陷波滤波器134(步骤s4)，结束处理。在经由步骤s3而实施步骤s4的情况下，从存储部131读出的截止频率及衰减量设定于陷波滤波器134。
35.另一方面，在步骤s1判断为no的情况下，频率决定部133不变更陷波滤波器134的设定，结束处理。在步骤s2判断为no的情况下，频率决定部133从频率推定部132取得基于推定结果的截止频率及衰减量(步骤s5)，进入步骤s4的处理。该推定结果如上所述，是频率推定部132基于电流指令等对振动的状态进行推定得到的结果。在经由步骤s5而实施步骤s4的情况下，由频率推定部132基于推定结果而计算出的截止频率及衰减量设定于陷波滤波器134。如以上所述，频率决定部133基于滤波器设定信息和最新的保持状态，对滤波器设定信息所包含的截止频率和由频率推定部132计算出的截止频率之中的任一者进行选择，将选择出的截止频率设定于陷波滤波器134。
36.通过以上的处理，在陷波滤波器134设定基于包含表示工件6的保持状态的信息在内的工件信息的截止频率及衰减量。由此，本实施方式的电动机控制装置1在固有振动频率与工件6的保持状态相应地变化的情况下，也能够抑制控制对象的机械共振。
37.在这里，对电动机控制装置1的硬件结构进行说明。电动机控制装置1的各部通过电路而实现。电流控制部14具有将交流电力变换为直流电力的转换器电路、或者将直流电力变换为期望的交流电力的逆变器电路，由此以追随电流指令的方式向电动机3供给电流。位置控制部11、速度控制部12、滤波器生成部13及速度变换部15通过处理电路而实现。处理电路可以是具有处理器的电路，也可以是专用硬件。
38.在处理电路是具有处理器的电路的情况下，处理电路例如是图4所示的结构的处理电路。图4是表示本实施方式的处理电路的结构例的图。图4所示的处理电路100具有处理器101及存储器102。在位置控制部11、速度控制部12、滤波器生成部13及速度变换部15由图4所示的处理电路100实现的情况下，处理器101将在存储器102中储存的程序读出而执行，由此实现这些结构。即，在位置控制部11、速度控制部12、滤波器生成部13及速度变换部15
由图4所示的处理电路100实现的情况下，这些功能使用软件即程序而实现。存储器102还作为处理器101的作业区域而使用。处理器101是cpu(central processing unit)等。存储器102例如是ram(random access memory)、rom(read only memory)、闪存等非易失性或者易失性的半导体存储器、磁盘等。
39.在位置控制部11、速度控制部12、滤波器生成部13及速度变换部15为专用硬件的情况下，处理电路例如是fpga(field programmable gate array)、asic(application specific integrated circuit)。此外，位置控制部11、速度控制部12、滤波器生成部13及速度变换部15也可以将具有处理器的处理电路及专用硬件组合而实现。位置控制部11、速度控制部12、滤波器生成部13及速度变换部15可以由多个处理电路而实现。
40.此外，在以上的说明中，对工件信息包含表示工件6的保持状态的状态信息和工件特性信息这两者的例子进行了说明。但是，作为工件信息，也可以仅使用表示工件6的保持状态的状态信息或者仅使用工件特性信息。
41.另外，在以上的说明中，对滤波器设定信息包含工件信息和截止频率及衰减量的例子进行了说明。但是，也可以将工件信息和频率设为滤波器设定信息。在该情况下，频率推定部132无需对衰减量进行计算，衰减量例如可以固定，也可以与频率相应地决定。
42.另外，在以上的说明中，基于工件信息而决定陷波滤波器134的截止频率及衰减量，但同样地，也可以与刀具的保持状态相应地决定陷波滤波器134的截止频率及衰减量。在通过刀具的旋转而进行切削的工作机械中，工作机械对刀具进行保持。在该情况下，与上述的工件6同样地，按照来自上级控制器2的指令由电动机控制装置2对电动机3进行控制，由此刀具旋转。在该情况下，在与表示刀具的保持状态的信息相应地决定陷波滤波器134的截止频率及衰减量的情况下，状态信息成为表示刀具的保持状态的信息，取代工件特性信息，而是使用刀具的大小、种类等与刀具的固有振动频率相关联的信息即刀具特性信息，取代工件信息，而是使用由保持信息和刀具特性信息构成的刀具信息。上级控制器2将表示刀具的保持状态等的刀具信息向电动机控制装置1输出，电动机控制装置1与工件信息同样地，与刀具信息相应地决定陷波滤波器134的截止频率及衰减量。在该情况下基本的动作也与基于工件信息而决定陷波滤波器134的截止频率及衰减量的情况相同。刀具、工件6都是工作机械的保持对象物的一个例子，本发明在工作机械能够对保持对象物进行保持的情况下能够同样地应用。即，刀具信息及工件信息都是表示保持对象物的特性及状态的信息。保持对象物信息是保持对象物的特性信息，且是包含与保持对象物的固有振动频率相关联的信息即保持对象物特性信息和表示保持对象物的保持状态的状态信息在内的信息。状态信息例如是表示保持对象物是否固定于所述工作机械的信息。保持对象物特性信息例如是上述的工件特性信息、刀具特性信息。
43.另外，在图1所示的结构例中，电动机控制装置1具有滤波器生成部13的存储部131、频率推定部132及频率决定部133，但上级控制器2也可以具有存储部131、频率推定部132及频率决定部133。在该情况下，电动机控制装置1取代从上级控制器2接收工件信息，而是接收在陷波滤波器134设定的表示截止频率及衰减量的信息，基于接收到的信息，将截止频率及衰减量设定于陷波滤波器134。
44.实施方式2.
45.图5是表示本发明的实施方式2所涉及的控制系统的结构例的图。本实施方式的控
制系统20a具有本发明所涉及的控制装置即电动机控制装置1－1、1－2和对电动机控制装置1－1、1－2进行控制的上级控制器2。控制系统20a对工作机械30a进行控制。在本实施方式中，控制系统20a的控制对象即工作机械30a设为进行切削加工的工作机械，但控制系统20a的控制对象并不限定于进行切削加工的工作机械，只要是能够进行从两侧保持工件6的动作的工业用机械即可。下面，主要对与实施方式1不同的部分进行说明，省略与实施方式1重复的说明。
46.电动机控制装置1－1、1－2各自具有与实施方式1的电动机控制装置1相同的结构。工作机械30a具有与实施方式1的电动机3相同的电动机3－1、3－2、与实施方式1的减速机8相同的减速机8－1、8－2、与实施方式1的卡盘装置5相同的卡盘装置5－1、5－2及与实施方式1相同的切削刀具7。工作机械30a通过卡盘装置5－1、5－2在两端对工件6进行固定。电动机3－1的旋转运动经由减速机8－1传递至卡盘装置5－1，电动机3－2的旋转运动经由减速机8－2传递至卡盘装置5－2。电动机3－1的旋转位置由检测器4－1检测，电动机3－2的旋转位置由检测器4－2检测。
47.上级控制器2将与电动机控制装置1－1、1－2分别对应的位置指令和工件信息向电动机控制装置1－1、1－2输出。另外，上级控制器2省略图示，但与实施方式1同样地，向卡盘装置5－1、5－2分别输出卡盘信号。
48.电动机控制装置1－1基于从上级控制器2接收到的位置指令及工件信息和从检测器4－1接收到的电动机3－1的位置的检测结果，进行与实施方式1的电动机控制装置1相同的动作。电动机控制装置1－2基于从上级控制器2接收到的位置指令及工件信息和从检测器4－2接收到的电动机3－2的位置的检测结果，进行与实施方式1的电动机控制装置1相同的动作。此外，工件信息与实施方式1相同，但也可以将卡盘装置5－1、5－2间的距离即卡盘距离追加于工件信息。
49.如以上所述，在通过卡盘装置5－1、5－2在两端保持工件6的情况下，使用与实施方式1相同的上级控制器2及电动机控制装置1－1、1－2，由此也能够取得与实施方式1相同的效果。
50.以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。
51.标号的说明
52.1、1－1、1－2电动机控制装置，2上级控制器，3、3－1、3－2电动机，4、4－1、4－2检测器，5、5－1、5－2卡盘装置，6工件，7切削刀具，8减速机，11位置控制部，12速度控制部，13滤波器生成部，14电流控制部，15速度变换部，131存储部，132频率推定部，133频率决定部，134陷波滤波器。