评价装置、评价方法以及控制装置与流程

本发明涉及一种对电动机的控制系统进行评价的技术。

背景技术：

在对伺服马达(servomotor)进行控制的闭环(closedloop)控制系统中，如果为了提高响应性而将增益设定得较高，便容易产生共振。为了抑制共振，有效的是使共振频率附近的增益下降的陷波滤波器(notchfilter)。

另一方面，陷波滤波器会使相位特性变差，所以根据陷波滤波器的设定，限定能够设定的控制波段，从而响应性下降。即，在对电动机进行控制的系统中，存在如下的课题：必须选择能够抑制共振，并且维持响应性的陷波滤波器。

已知有一种技术，其与马达控制系统的调谐(tuning)相关联地，通过自适应陷波滤波器等部件，来自动调整陷波滤波器的特性。但是，经自动设定的陷波滤波器未必适合于共振频率。

为了获知经自动调整的陷波滤波器是否已准确地设定为共振频率，必须获知共振频率。作为用于获取共振频率的技术，例如有专利文献1所述的控制装置。根据专利文献1所述的控制装置，无须使用特殊的测量器，便能够测定马达的频率响应特性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4273560号说明书

技术实现要素：

发明所要解决的问题

然而，即使在陷波滤波器为有效的状态下获取马达的频率响应特性，由于所获取的频率响应特性包含陷波滤波器的特性，所以难以确认应用了陷波滤波器的频率是否真正是产生共振的频率。为了判断所设定的陷波滤波器是否真正需要，必须试验性地试着去除所插入的滤波器，但当所去除的滤波器为真正需要时，马达便会产生振荡，从而有可能对装置造成损害。

本发明是考虑到所述课题而完成的，其目的在于提供一种评价装置，判定是否需要插入于电动机的控制系统的陷波滤波器。

解决问题的技术手段

本发明的评价装置是判定是否需要陷波滤波器的评价装置，所述陷波滤波器是插入于控制系统，所述控制系统通过闭环控制而对电动机进行控制。

具体地说，特性获取部件将与所述陷波滤波器的特性相关联的参数，从规定值即第一值变更为第二值，获取在应用了所述陷波滤波器的情况下的所述电动机的频率响应特性的变化；以及判定部件基于所获取的所述频率响应特性的变化，判定是否需要所述陷波滤波器。

陷波滤波器包括与所述陷波滤波器所具有的特性相关联的参数(例如，中心频率、滤波器的宽度的幅度或深度)。在本发明中，特性获取部件将插入于控制系统的陷波滤波器的参数，从规定值即第一值暂时变更为第二值，当应用了所述第二值时，获取电动机的频率响应特性如何发生变化。而且，判定部件基于频率响应特性的变化，判定对象的陷波滤波器是否为必需。例如，当设定了滤波器的效果小于第一值的第二值时，在特定的频率检测出峰值的情况下，可知存在共振的征兆。

如上所述，本发明的评价装置通过在插入有陷波滤波器的状态下，暂时变更所述陷波滤波器的参数，能够判定是否需要所述陷波滤波器，即，是否有抑制马达的共振的效果。

此外，所述参数是表示所述陷波滤波器的宽度或深度的参数，所述第二值是滤波器的效果小于所述第一值的参数。

通过在陷波滤波器的效果减小的方向(即，使滤波器的宽度或深度减小的方向)上进行试验，对所获取的频率响应特性进行比较，能够检测共振的征兆。

此外，所述特性获取部件基于获取完毕的频率响应特性，推断所述控制系统能够维持稳定的状态的所述参数的范围，在所述范围内设定所述第二值。

在设定第二值时，如果设定与第一值相差悬殊的值，控制系统便有可能脱离稳定的状态。因此，当存在已获取完毕的频率响应特性时，优选的是对所述频率响应特性进行分析，在控制系统不脱离稳定的状态的范围内设定第二值。

此外，所述特性获取部件在如下的情况下，推断为所述控制系统能够维持稳定的状态：将第二值设定为所述参数后的频率响应特性是(1)相位延迟达到180度的第一频率时的第一增益为规定值以下，以及(2)比所述第一频率更高的频段内的增益的峰值为所述第一增益以下。

根据所述结构，基于获取完毕的频率响应特性，能够有效率地推断控制系统是否能够维持稳定的状态。

此外，所述特性获取部件检测出在所述范围内，存在对所述控制系统所造成的影响小于所述第一值的参数，将检测结果通知给用户。

其原因在于，当存在能够维持控制系统的稳定状态，并且对控制系统造成的影响小(例如，在规定的频率时相位的延迟进一步减小)的参数时，优选的是采用所述参数。

此外，所述陷波滤波器包含多个陷波滤波器，针对所述多个陷波滤波器，分别进行所述判定。

此外，所述判定部件将所述多个陷波滤波器之中，被判定为不需要的陷波滤波器通知给用户。

本发明也能够应用于如下的方式，即，在控制系统中插入多个陷波滤波器。根据所述结构，能够将多个陷波滤波器之中不需要的陷波滤波器明白易懂地通知给用户。

此外，本发明的控制装置是通过闭环控制而对电动机进行控制的控制装置，包括：速度控制部件生成用于使所述电动机旋转的扭矩(torque)指令；滤波器部件针对所述扭矩指令应用陷波滤波器；速度检测部件，检测所述电动机的旋转速度；特性获取部件将与所述陷波滤波器的特性相关联的参数，从规定值即第一值变更为第二值，获取应用所述陷波滤波器之下的所述电动机的频率响应特性的变化；以及判定部件基于所获取的所述频率响应特性的变化，判定是否需要所述陷波滤波器。

也可如上所述，将本发明的评价装置，组装至电动机的控制装置。

此外，所述滤波器部件将被所述判定部件判定为不需要的陷波滤波器设为无效。

根据所述结构，能够将控制系统的结构上不需要的陷波滤波器自动设为无效。

此外，所述特性获取部件检测出在所述范围内，存在参数对所述控制系统所造成的影响小于所述第一值，将检测结果通知给用户。

此外，所述滤波器部件将所述检测到的参数应用于陷波滤波器。

根据所述结构，能够自动采用更适当的滤波器设定。

另外，本发明能够作为包含所述部件的至少一部分的评价装置(控制装置)而确定。而且，还能够作为所述评价装置(控制装置)所进行的评价方法(控制方法)而确定。所述处理或部件只要不产生技术上的矛盾，便能够自由组合而实施。

发明的效果

根据本发明，能够判定是否需要陷波滤波器，所述陷波滤波器插入于电动机的控制系统。

附图说明

图1是现有例的控制系统的结构图。

图2是说明陷波滤波器的频率响应特性图。

图3是说明陷波滤波器的频率响应特性图。

图4是第一实施方式的控制系统的结构图。

图5是第一实施方式的控制系统的处理流程图。

图6是说明判定控制系统的稳定状态的基准的图。

图7是说明第一实施方式的频率响应特性图。

图8是说明第三实施方式的频率响应特性图。

图9是说明第五实施方式的频率响应特性图。

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，参照附图来说明本发明的优选实施方式。

第一实施方式的控制系统是通过闭环控制而使伺服马达运转的系统。

首先，参照图1来说明现有技术的控制系统的一例。

现有例的控制系统是包括速度指令生成部11、扭矩指令生成部12、滤波器(filter)部13、电力转换部14、马达(motor)15、编码器(encoder)16、速度检测部17、频率响应特性测定部18而构成。

速度指令生成部11是生成用于指令马达15的转子(rotor)的旋转速度的信号(速度指令)的部件。

而且，扭矩指令生成部12是基于所生成的速度指令，生成指令马达的旋转扭矩的信号(扭矩指令)的部件。如图所示，输入至扭矩指令生成部12的信号是基于所生成的速度指令、及后述速度检测部17所检测出的速度，而进行修正后的信号。

滤波器部13是针对扭矩指令，应用使特定频段的信号衰减的陷波滤波器的部件。马达15有时因为与负载的共振特性，而在运转过程中产生振动。因此，滤波器部13根据扭矩指令进行滤波器处理，使特定的频率(共振频率)成分衰减，以使得所引起的振动不会扩大。由此，共振频率附近的增益下降，能够抑制马达中所产生的共振。陷波滤波器的滤波器特性(例如中心频率、宽度或深度)为可变，可通过已知的调整部件(未图示)而预先赋予任意的特性。

电力转换部14是生成马达15的驱动电力的部件。电力转换部14例如包括如脉宽调制(pulsewidthmodulation，pwm)逆变器等包含开关元件的转换电路，通过基于所输入的扭矩指令进行开关动作，而生成三相交流电力，用于使马达15旋转。

马达15是控制对象的电动机。马达15通过由电力转换部14供给的三相交流电力而使转子旋转。

编码器16是检测马达15的转子的位置的位置检测器。编码器16典型的是旋转编码器(rotaryencoder)，但也可是线性标尺(linearscale)等。

而且，速度检测部17是基于编码器16所检测到的转子的位置(表示位置的值)，计算旋转速度的部件。速度检测部17例如，通过对表示转子的位置的值进行微分来计算转子的速度。

频率响应特性获取部18是基于速度指令及所检测到的马达的速度，获取关于振幅及相位的频率响应特性的部件。频率响应特性获取部18例如，通过对所检测到的马达的速度及速度指令进行傅里叶转换(fouriertransform)，而获取针对速度指令的响应特性。所获取的频率响应特性被反馈至速度指令生成部11，而用于速度指令的修正。

另外，速度指令生成部11、扭矩指令生成部12、滤波器部13、速度检测部17、频率响应特性测定部18既可以通过计算机程序来构建，也可通过专门设计的电路与软件的组合来构建。

当构建如以上说明的闭环方式的控制系统时，陷波滤波器的选择变得重要。

图2(a)部份是例示控制系统中的马达15的频率响应特性的图。另外，在图2(a)～(c)部份的各图中，上段表示振幅，下段表示相位。横轴是频率。在图2(a)部份的情况，可知在1000hz附近产生了共振的峰值。

如上所述，作为抑制马达的共振的部件，可使用使特定的频率成分衰减的陷波滤波器。例如，通过应用具有图2(b)部份所示的特性的陷波滤波器，能够抑制存在于1000hz附近的峰值。图2(c)部份是表示应用陷波滤波器之后的频率响应特性的图。

但是，在调谐的过程中所设定的陷波滤波器不一定应用于与共振频率相一致的频率。图3是表示插入了本来不需要的陷波滤波器的结果所获得的频率响应特性的图。在本例的情况，也如由图所知，在90hz附近的频率，由陷波滤波器引起的相位的延迟已达到-180度。即，提高增益成为困难的状态。

但是，陷波滤波器是本来不需要的构件，还是需要的构件，只有试着去除陷波滤波器才知道。

第一实施方式的控制系统通过一边变更陷波滤波器的参数，一边进行频率响应特性的分析，来解决所述课题。

以下，对第一实施方式的控制系统进行说明。

图4是第一实施方式的控制系统的结构图。

第一实施方式的控制系统是包括速度指令生成部11、扭矩指令生成部12、滤波器部13、电力转换部14、马达15、编码器16、速度检测部17、频率响应特性测定部18、参数调整部19、判定部20、显示装置21而构成。其中，关于滤波器部13、参数调整部19、判定部20及显示装置21以外的部件，由于与以上所述相同，所以省略说明。

在第一实施方式中，滤波器部13具有如下的功能：基于来自参数调整部19的指令，动态地变更所应用的陷波滤波器的特性(参数)。而且，参数调整部19是确定作为变更对象的参数的内容的部件。参数调整部19能够变更陷波滤波器的q值(与滤波器的宽度相关联的值)及滤波器的深度两者。

而且，判定部20是对陷波滤波器进行评价的部件。具体地说，一边经由参数调整部19变更陷波滤波器的参数，一边获取马达的频率响应特性，通过对结果进行分析，来确定最初设定的陷波滤波器的参数是否妥当。关于具体方法，将在后文描述。

显示装置21是显示判定部20所进行的判定的结果的部件。显示装置21也可与本实施方式的控制系统另外地提供。

接下来，说明判定陷波滤波器的参数是否妥当的处理。图5是对陷波滤波器进行评价的处理的流程图。图5所示的处理是借由用户的指示而开始，通过判定部20来执行。

首先，在步骤s11中，经由频率响应特性测定部18，测定应用陷波滤波器之下的马达15的频率响应特性。

接下来，在步骤s12中，基于所测定的频率响应特性，判定控制系统是否稳定(即，是否有共振的征兆)。

此处，参照图6来说明判定控制系统是否稳定的方法。在本实施方式中，当全部满足以下三个基准时，判断为控制系统稳定。

<基准a>

相位延迟达到180度的频率(第一频率)时的增益(第一增益)为规定值以下。在图6的示例中，在200hz附近，相位的延迟达到180度。当此时的增益(将近约-20db)大于规定值时，能够判定为控制系统不稳定。另外，在图6中，将规定值设为0db。

<基准b>

增益低于0db的频率(第二频率)时的相位的延迟宽度为规定值以下。在图6的示例中，在50hz附近，增益低于0db。当此时的相位的延迟大于规定值时，能够判断为控制系统不稳定。

<基准c>

在高于基准a中的第一频率的频段的增益的峰值为第一增益以下。其原因在于，可预料当产生了共振时，在高于相位延迟达到180度的频率的频段会出现增益的峰值。

另外，在步骤s12中，判定为控制系统不稳定时，可认为陷波滤波器的初始设定错误，所以中断以后的处理而使处理结束(步骤s13-否)。当判定为控制系统稳定时，处理进入至步骤s14。

在步骤s14中，对当前应用的陷波滤波器的参数，朝陷波滤波器的效果减小的方向进行变更。例如，既可以减小滤波器的宽度，也可降低滤波器的深度。

接下来，在步骤s15中，利用与步骤s11同样的方法，再次测定频率响应特性。然后，在步骤s16中，利用与步骤s12同样的方法，判断控制系统是否稳定。

此处，假设在步骤s11中，获得了图7(a)部份的以实线表示的特性，在步骤s15中，获得了图7(a)部份的以虚线表示的特性。在图7(a)部份的示例中，在1000hz附近出现了增益的峰值，所以不满足所述基准c。即，判定为控制系统呈不稳定的状态(有共振的征兆)。

当判定为控制系统不处于稳定状态时，处理转移至步骤s19b(步骤s17-是)。并且，经由显示装置21，将如下的意旨通知给用户：经设定的陷波滤波器对控制系统来说是需要的。

作为另一示例，设为在步骤s11中，获得了图7(b)部份的以实线表示的特性，在步骤s15中，获得了图7(b)部份的以虚线表示的特性。在图7(b)部份的示例中，在100hz附近，增益上升，而维持着满足全部所述基准a～c的状态。即，判定为控制系统保持着稳定状态。

在步骤s16中，判定为控制系统处于稳定状态时，处理转移至步骤s18。

在步骤s18中，判定当前应用的陷波滤波器是否有效(即，陷波滤波器的效果是否残留)。此处，当判定为陷波滤波器有效时(步骤s18-否)，处理返回至步骤s14，进一步变更陷波滤波器的参数。即，通过重复进行本处理，而在控制系统为稳定的状态的条件下，进行逐渐减小陷波滤波器的效果的处理。

当所述处理的结果为，陷波滤波器等同于无效时，可知所述陷波滤波器是对控制系统来说本来不需要的构件，因此处理转移至步骤s19a，将所述意旨通知给用户。

另外，也可设为在步骤s18中，对参数设置阈值，当参数为规定值以下时，进行如下意旨的判断：陷波滤波器等同于无效。

如以上说明，在第一实施方式中，是通过暂时变更陷波滤波器的参数，判定是否全部满足基准a～c，来判定是否需要所述陷波滤波器。根据所述结构，能够不产生马达的共振，而评价陷波滤波器。

另外，在第一实施方式中，作为用于判断控制系统是否稳定的基准，例示了三个基准a～c，但是不一定必须全部并用这些基准。而且，各基准的内容或阈值也可根据所要求的安全度而适当变更。

例如，在所例示的基准c中，是以相位的延迟达到180度的频率(第一频率)为基准进行判断，但也可将所述频率设为固定值。

(第二实施方式)

在第一实施方式中，是在步骤s14中，机械地变更陷波滤波器的参数，所以在图5的处理中，会产生不满足所述基准的示例。

第二实施方式是如下的实施方式：为了应对所述现象，预测控制系统能够维持稳定的状态的范围，使陷波滤波器的参数在所述范围内变动。

在第二实施方式中，在执行步骤s14之前，基于步骤s11或s15中已获取的频率响应特性，计算陷波滤波器的功能的变化，通过变更参数，来预测频率响应特性如何变化。例如，在图6的示例的情况，当使抑制1000hz附近的信号的陷波滤波器的深度减少30db多以上时，可预测无法满足基准c。

另外，虽然变更陷波滤波器的参数之后的频率响应特性无法准确地推断，但是至少能够简单地预测峰值是否超过阈值。

在第二实施方式中，在变更参数之后，预测为无法满足基准a～c中的任一者时，推断不脱离基准的参数，而选择为变更后的参数。例如，在每一次循环中都使滤波器的深度减少规定值时，在判定为在下一个循环中无法满足基准的情况下，通过使减少幅度减少，来满足所有基准。

如以上说明，根据第二实施方式，使参数发生变动，以使控制系统经常维持稳定的状态。由此，能够确保更安全的状态。

(第三实施方式)

在第一及第二实施方式中，是只将是否需要当前应用的陷波滤波器通知给用户。与此相对，第三实施方式是如下的实施方式：在图5的处理的过程中，发现了比当前应用的陷波滤波器的参数更优选的参数时，将所述意旨通知给用户。

当在控制系统中插入陷波滤波器时，能够降低在共振频率附近的增益，但取而代之，相位特性会变差。相反地，当减弱陷波滤波器的效果时，共振频率附近的增益会增加，但相位特性得到改善。

在第三实施方式中，除了第二实施方式以外，还在控制系统能够维持稳定的状态的范围内，判定相位特性的改善程度，确定陷波滤波器对控制系统所造成的影响最小的参数。

此处作为示例，是设为基于变更前的参数(参数a)，获得了图8(a)的以实线表示的特性，基于变更后的参数(参数b)，获得了图8(a)的以虚线表示的特性。在图8的示例的情况，即使变更参数，所述三个基准也仍然全部满足，并且，相位的延迟得到改善(另外，如果进一步减弱陷波滤波器的效果，便无法满足基准c)。

在第三实施方式中，在如上所述的情况，将如下的意旨通知给用户，即，陷波滤波器是使控制系统稳定所必需的装置，并且将如下的意旨通知给用户，即，作为比参数a更优选的参数而存在参数b。

根据所述结构，不但能够判定是否需要陷波滤波器，而且能够进行用于改善设定的提案。

(第四实施方式)

在第一至第三实施方式中，是只将陷波滤波器的评价结果通知给用户。与此相对，在第四实施方式中，是将判定为不需要的陷波滤波器自动设为无效的实施方式。

在第四实施方式中，当在图5所示的处理结束之后，存在判定为不需要的陷波滤波器时，参数调整部19将所述意旨通知给滤波器部13，据此，滤波器部13将符合条件的陷波滤波器设为无效。由此，能够自动使控制系统处于最佳状态。另外，也可在将陷波滤波器设为无效的情况下，将所述陷波滤波器的相关信息通知给用户。

(第五实施方式)

在第一至第四实施方式中，是设为滤波器部13只应用一种陷波滤波器。与此相对，第五实施方式是如下的实施方式：滤波器部13应用多个陷波滤波器，判定部20对所述多个陷波滤波器分别进行评价。图9是插入有多个陷波滤波器时的频率响应特性的示例。在图9的示例中，在控制系统中插入有陷波滤波器1及陷波滤波器2。

在第五实施方式中，对每个所应用的陷波滤波器执行图5所示的处理，判断各个陷波滤波器是否需要。

而且，在将结果通知给用户时，同时提示对哪个陷波滤波器进行了判断。例如，也可设为显示对象的陷波滤波器的识别符或参数。而且，也可设为以视觉方式显示插入有对象的陷波滤波器的位置。

(变形例)

另外，实施方式的说明是对本发明进行说明时的例示，本发明能够在不脱离发明主旨的范围内适当变更或组合实施。例如，也可将各实施方式所具有的各特征加以组合实施。

而且，在实施方式的说明中，是举出将是否需要陷波滤波器、或更适合的参数通知给用户的示例，但也可设为同时以图解的方式提示频率响应特性，显示判断的根据。

符号的说明

11：速度指令生成部

12：扭矩指令生成部

13：滤波器部

14：电力转换部

15：马达

16：编码器

17：速度检测部

18：频率响应特性测定部

19：参数调整部

20：判定部

21：显示装置