(57)【要約】【課題】  柔軟な負荷の連結した制御対象に対し産業用機械の慣性モーメント同定を、小ストロークで精度良く短時間に実施するとともに、簡単な数式により廉価で性能のやや劣るドライバを用いた産業用機械のモータ側および負荷側の慣性モーメント同定と、その同定結果を用いた動作制御をすることができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】  慣性モーメント同定器１０７は、入力指令の特定の周波数である指令周波数を算出し出力する指令周波数演算器１０８と、トルク指令のフーリエ係数であるトルク指令フーリエ係数を算出し出力するトルク指令フーリエ係数演算器１０９と、モータ位置のフーリエ係数であるモータ位置フーリエ係数を算出し出力するモータ位置フーリエ係数演算器１１０と、前記指令周波数および前記トルク指令フーリエ係数並びに前記モータ位置フーリエ係数に基づいて、慣性モーメント同定値を算出し出力する慣性モーメント演算器１１１と、を備える。【選択図】図１
2010051047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械負荷の連結したモータである制御対象を駆動するモータ制御装置であって、入力指令と検出器による検出値であるモータ位置に基づいて前記モータ位置が前記入力指令に追従するように制御するフィードバック制御器と、前記フィードバック制御器の出力であるトルク指令と前記モータ位置とに基づいて前記制御対象の慣性モーメント同定値を算出する慣性モーメント同定器と、を備え、前記慣性モーメント同定値を用いて前記制御対象を駆動するモータ制御装置において、
前記入力指令が複数の周波数成分を含む周期信号であって、
前記慣性モーメント同定器が、前記入力指令の複数の周波数成分から特定の周波数を算出し、
前記特定の周波数における前記トルク指令のフーリエ係数と、前記特定の周波数における前記モータ位置のフーリエ係数とを算出し、
前記特定の周波数および前記トルク指令のフーリエ係数並びに前記モータ位置のフーリエ係数に基づいて前記慣性モーメント同定値を算出することを特徴とする慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置。
【請求項２】
前記慣性モーメント同定器は、前記入力指令の前記特定の周波数である指令周波数を算出する指令周波数演算器と、
前記トルク指令のフーリエ係数であるトルク指令フーリエ係数を算出するトルク指令フーリエ係数演算器と、
前記モータ位置のフーリエ係数であるモータ位置フーリエ係数を算出するモータ位置フーリエ係数演算器と、
前記指令周波数および前記トルク指令フーリエ係数並びに前記モータ位置フーリエ係数に基づいて、前記慣性モーメント同定値を算出する慣性モーメント演算器と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置。
【請求項３】
前記入力指令の前記特定の周波数は、前記制御対象の反共振周波数より十分に低い周波数である第１指令周波数と、前記制御対象の共振周波数より十分に高い周波数である第２指令周波数であることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記トルク指令フーリエ係数演算器は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて前記トルク指令フーリエ係数を算出し、
前記モータ位置フーリエ係数演算器は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて前記モータ位置フーリエ係数を算出することを特徴とする請求項２に記載の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置。
【請求項５】
前記第１指令周波数における前記モータ位置をフーリエ変換した余弦項の係数を第１モータ位置余弦項フーリエ係数とし、前記第１指令周波数における前記トルク指令をフーリエ変換した余弦項の係数を第１トルク指令余弦項フーリエ係数とし、前記第２指令周波数における前記モータ位置をフーリエ変換した余弦項の係数を第２モータ位置余弦項フーリエ係数とし、前記第２指令周波数における前記トルク指令をフーリエ変換した余弦項の係数を第２トルク指令余弦項フーリエ係数とした場合、
前記慣性モーメント演算器は、前記第１トルク指令余弦項フーリエ係数を、前記第１指令周波数の２乗と前記第１モータ位置余弦項フーリエ係数との乗算値で除算して負号を付した、前記制御対象の総慣性モーメント同定値を算出し、
前記第２トルク指令余弦項フーリエ係数を、前記第２指令周波数の２乗と前記第２モータ位置余弦項フーリエ係数との乗算値で除算し負号を付した、前記制御対象のモータ側慣性モーメント同定値を算出し、
前記総慣性モーメント同定値から前記モータ側慣性モーメント同定値を減算して負荷側慣性モーメント同定値を算出し、
前記モータ側慣性モーメント同定値と前記負荷側慣性モーメント同定値とを前記慣性モーメント同定値として出力することを特徴とする請求項２または４に記載の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔軟で可動範囲の限定された負荷を連結したモータの慣性モーメントを同定し、その同定結果に基づいて動作制御するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ制御装置には、柔軟な負荷の連結したモータである制御対象を高精度または高応答に駆動する場合、如何にして明確でない制御対象の慣性モーメント値を高精度かつ微少動作並びに短時間で同定し、その同定値に基づいて制御対象を駆動するか、が必要とされている。
第１従来技術の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置は、同じ周波数で２つの異なる振幅を持つ位置指令である第１位置指令および第２位置指令のそれぞれに対する積分トルク指令基本周波数成分を設定した時間において評価した値である積分トルク指令評価値を用いて負荷を連結したモータである制御対象の慣性モーメントを同定している（例えば、特許文献１参照）。
また、第２従来技術の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置は、２つの異なる周波数の速度指令に対するモータ位置振幅と、トルク指令のフーリエ係数を用いて前記慣性モーメントを同定している（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
図３は、第１従来技術の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置のブロック図である。図において、３０１は第１基本周波数成分検出器、３０２は位置評価器、３０３は周波数検出器、３０４は第１演算器、３０５は積分器、３０６は第２基本周波数成分検出器、３０７は積分トルク指令評価器であり、３０８は第２演算器である。
第１基本周波数成分検出器３０１は、位置指令と位置を入力し、前記位置の周波数成分の中で前記位置指令の基本周波数における周波数成分を位置基本周波数成分として検出し出力する。位置評価器３０２は、前記位置基本周波数成分の設定した時間における値を位置評価値として検出し出力する。周波数検出器３０３は、前記位置基本周波数成分の周波数を位置周波数として検出し出力する。第１演算器３０４は、前記位置評価値と前記位置周波数を入力し修正位置評価値を出力する。積分器３０５は、トルク指令を入力し前記トルク指令をＮ階時間積分した積分トルク指令を出力する。（ただしＮは自然数とする。）第２基本周波数成分検出器３０６は、前記位置指令と前記積分トルク指令を入力し、前記積分トルク指令の周波数成分の中で前記位置指令の基本周波数における周波数成分を積分トルク指令基本周波数成分として検出し出力する。積分トルク指令評価器３０７は、前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し、その入力信号を設定した時間において評価した値を積分トルク指令評価値として出力する。第２演算器３０８は、前記修正位置評価値と前記積分トルク指令評価値を入力し、慣性モーメント同定値を出力する。
【０００４】
図４は、第２従来技術の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置のブロック図である。図において、４０１は速度指令発生器、４０２は速度制御器、４０３はトルク制御器、４０４はモータ、４０５は位置検出器、４０６は微分器、４０７は慣性モーメント同定器、４０８はトルク指令フーリエ変換器、４０９はモータ位置振幅演算器、４１０は慣性モーメント演算器である。
速度指令発生器４０１は、速度指令を出力する。速度制御器４０２は、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する。トルク制御器４０３は、前記トルク指令を入力しモータ駆動信号を出力する。モータ４０４は、前記モータ駆動信号により駆動されその位置であるモータ位置は位置検出器４０５が検出し出力する。微分器４０６は、前記モータ位置を入力し前記速度を出力する。慣性モーメント同定器４０７は、前記トルク指令と前記モータ位置を入力し負荷が連結したモータ４０４の負荷慣性モーメントである慣性モーメント同定値を算出し出力する。慣性モーメント同定器４０７内部において、トルク指令フーリエ変換器４０８は、前記トルク指令を入力しその入力信号のフーリエ係数であるトルク指令フーリエ係数を出力する。モータ位置振幅演算器４０９は、前記モータ位置を入力しその入力信号振幅であるモータ位置振幅を出力する。慣性モーメント演算器４１０は、前記トルク指令フーリエ係数と前記モータ位置振幅を入力し前記慣性モーメント同定値を算出し出力する。
【特許文献１】特開２００６−２８００８０号公報（第１０−１３頁、第１図）
【特許文献２】特開２００７−１８９８５６号公報（第３−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
第１従来技術のモータ制御装置は、同じ周波数で２つの異なる振幅を持つ位置指令である第１位置指令および第２位置指令のそれぞれに対する積分トルク指令基本周波数成分を設定した時間において評価した値である積分トルク指令評価値を用いるので、前記第１位置指令と前記第２位置指令の振幅は十分離れている必要があり、前記第１位置指令または前記第２位置指令の周波数の小さいほうに対する動作範囲が十分に小さくすることが出来ず（たとえば１／１５０回転以下）、そのような微小動作が要求される柔軟な小ストロークメカに対しては改善の必要があった。また、第１従来技術のモータ制御装置の慣性モーメント同定式は、その数式表現が比較的複雑なため、廉価で性能の劣るドライバを用いて駆動した産業用機械に適用する場合、数式を簡単にする改善の必要があった。
【０００６】
第２従来技術のモータ制御装置は、２つの異なる周波数の速度指令に対するモータ位置振幅と、トルク指令のフーリエ係数を用いて同定したモータ側および負荷側の慣性モーメントを用いて柔軟な負荷の連結した制御対象を動作制御する構成となっていて、その同定式が比較的複雑であるので、廉価で性能の劣るドライバを用いて駆動した産業用機械に適用する場合、数式を簡単にする改善の必要があった。また、同定式においてモータ位置振幅の計測精度が同定誤差に影響を及ぼす同定式のため、モータ位置振幅の計測精度が十分に高くないとその計測誤差が同定誤差に影響し同定精度が劣化しやすく改善の必要があった。
【０００７】
本発明はこのような改善点に鑑みてなされたものであり、柔軟な負荷の連結した制御対象に対し産業用機械の慣性モーメント同定を、小ストロークで精度良く短時間に実施するとともに、簡単な数式により廉価で性能のやや劣るドライバを用いた産業用機械のモータ側および負荷側の慣性モーメント同定と、その同定結果を用いた動作制御をすることができるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、機械負荷の連結したモータである制御対象を駆動するモータ制御装置であって、入力指令と検出器による検出値であるモータ位置に基づいて前記モータ位置が前記入力指令に追従するように制御するフィードバック制御器と、前記フィードバック制御器の出力であるトルク指令と前記モータ位置とに基づいて前記制御対象の慣性モーメント同定値を算出する慣性モーメント同定器と、を備え、前記慣性モーメント同定値を用いて前記制御対象を駆動するモータ制御装置において、前記入力指令が複数の周波数成分を含む周期信号であって、前記慣性モーメント同定器が、前記入力指令の複数の周波数成分から特定の周波数を算出し、前記特定の周波数における前記トルク指令のフーリエ係数と、前記特定の周波数における前記モータ位置のフーリエ係数とを算出し、前記特定の周波数および前記トルク指令のフーリエ係数並びに前記モータ位置のフーリエ係数に基づいて前記慣性モーメント同定値を算出するのである。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明における前記慣性モーメント同定器は、前記入力指令の前記特定の周波数である指令周波数を算出する指令周波数演算器と、前記トルク指令のフーリエ係数であるトルク指令フーリエ係数を算出するトルク指令フーリエ係数演算器と、前記モータ位置のフーリエ係数であるモータ位置フーリエ係数を算出するモータ位置フーリエ係数演算器と、前記指令周波数および前記トルク指令フーリエ係数並びに前記モータ位置フーリエ係数に基づいて、前記慣性モーメント同定値を算出する慣性モーメント演算器と、を備えるものである。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明における前記入力指令の前記特定の周波数は、前記制御対象の反共振周波数より十分に低い周波数である第１指令周波数と、前記制御対象の共振周波数より十分に高い周波数である第２指令周波数であるものである。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明における前記トルク指令フーリエ係数演算器は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて前記トルク指令フーリエ係数を算出し、前記モータ位置フーリエ係数演算器は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて前記モータ位置フーリエ係数を算出するものである。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項２または４に記載の発明における前記第１指令周波数における前記モータ位置をフーリエ変換した余弦項の係数を第１モータ位置余弦項フーリエ係数とし、前記第１指令周波数における前記トルク指令をフーリエ変換した余弦項の係数を第１トルク指令余弦項フーリエ係数とし、前記第２指令周波数における前記モータ位置をフーリエ変換した余弦項の係数を第２モータ位置余弦項フーリエ係数とし、前記第２指令周波数における前記トルク指令をフーリエ変換した余弦項の係数を第２トルク指令余弦項フーリエ係数とした場合、前記慣性モーメント演算器は、前記第１トルク指令余弦項フーリエ係数を、前記第１指令周波数の２乗と前記第１モータ位置余弦項フーリエ係数との乗算値で除算して負号を付した、前記制御対象の総慣性モーメント同定値を算出し、前記第２トルク指令余弦項フーリエ係数を、前記第２指令周波数の２乗と前記第２モータ位置余弦項フーリエ係数との乗算値で除算し負号を付した、前記制御対象のモータ側慣性モーメント同定値を算出し、前記総慣性モーメント同定値から前記モータ側慣性モーメント同定値を減算して負荷側慣性モーメント同定値を算出し、前記モータ側慣性モーメント同定値と前記負荷側慣性モーメント同定値とを前記慣性モーメント同定値として出力するものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１乃至４に記載の発明によると、柔軟で可動範囲の限定された負荷を連結したモータのモータ側および負荷側慣性モーメントを正確に同定することができ、その同定結果に基づいて高精度な動作制御を実施することができる。
また、請求項５に記載の発明によると、柔軟な負荷の連結した制御対象に対し産業用機械の慣性モーメント同定を、小ストロークで精度良く短時間に実施するとともに、簡単な数式により廉価で性能のやや劣るドライバを用いた産業用機械のモータ側および負荷側の慣性モーメント同定と、その同定結果を用いた動作制御をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。実際のモータ制御装置には、様々な機能や手段が内蔵されているが、図には本発明に関係する機能や手段のみを記載し説明することとする。また、以下、同一名称には同一符号を付け重複説明を省略する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の第１実施例を示す慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置のブロック図である。図において、１０１は指令発生器、１０２はフィードバック制御器、１０３はフィードフォワード制御器、１０４は電流制御器、１０５は制御対象、１０６はモータ位置検出器、１０７は慣性モーメント同定器、１０８は指令周波数演算器、１０９はトルク指令フーリエ係数演算器、１１０はモータ位置フーリエ係数演算器、１１１は慣性モーメント演算器である。
【００１６】
指令発生器１０１は、慣性モーメント同定に必要な複数の周波数成分を含む指令を出力する。フィードバック制御器１０２は、前記指令とモータ位置を入力しフィードバック制御信号を出力する。フィードフォワード制御器１０３は、前記指令を入力しフィードフォワード制御信号を出力する。電流制御器１０４は、前記フィードバック制御信号と前記フィードフォワード制御信号の加算値であるトルク指令を入力しモータ電流を出力する。制御対象１０５は、柔軟な負荷の連結したモータであり、前記モータ電流によって駆動されその前記モータ位置はモータ位置検出器１０６が検出し出力する。慣性モーメント同定器１０７は、前記指令と前記トルク指令と前記モータ位置を入力し、制御対象１０５のモータ側慣性モーメントと負荷側慣性モーメントである慣性モーメント同定値を出力する。
【００１７】
慣性モーメント同定器１０７において、指令周波数演算器１０８は、前記指令を入力し前記指令の含む周波数のうち慣性モーメント同定に用いる複数の周波数である指令周波数を出力する。トルク指令フーリエ係数演算器１０９は、前記トルク指令を入力しトルク指令フーリエ係数を算出し出力する。モータ位置フーリエ係数演算器１１０は、前記モータ位置を入力しモータ位置フーリエ係数を算出し出力する。慣性モーメント演算器１１１は、前記指令周波数と前記トルク指令フーリエ係数と前記モータ位置フーリエ係数と、を入力し前記慣性モーメント同定値を算出し出力する。
【００１８】
本発明が従来技術と異なる部分は、指令を入力し指令周波数を出力する指令周波数演算器１０８と、トルク指令を入力しトルク指令フーリエ係数を出力するトルク指令フーリエ係数演算器１０９と、モータ位置を入力しモータ位置フーリエ係数を出力するモータ位置フーリエ係数演算器１１０と、前記指令周波数と前記トルク指令フーリエ係数と前記モータ位置フーリエ係数と、を入力し慣性モーメント同定値を出力する慣性モーメント演算器１１１と、を備える部分である。
【００１９】
以下、本発明における慣性モーメント同定器１０７が、制御対象１０５のモータ側慣性モーメントと負荷側慣性モーメントである慣性モーメント同定値を算出する仕組みの詳細を示す。制御対象１０５を２慣性メカとすると、トルク指令からモータ位置までの伝達関数は式（１）と表される。
【００２０】
【数１】
2010051047.tif 000003
【００２１】
ただし、Θはモータ位置のラプラス変換、Ｔｒｅｆ*はトルク指令のラプラス変換、Ｗは一定トルク外乱、Ｊは制御対象１０５の総慣性モーメント（モータ側慣性モーメントと負荷側慣性モーメント）、ωｒは共振周波数、ωａは反共振周波数、ζｒは共振の減衰係数、ζａは反共振の減衰係数である。時間領域で式（１）を書き直すと、式（２）となる。
【００２２】
【数２】
2010051047.tif 000004
【００２３】
ただし、θはモータ位置、Ｔｒｅｆはトルク指令、ｗは一定トルク外乱であり、括弧内の数字は時間微分の階数を示す。一定トルク外乱ｗを除くため、式（２）を１階時間微分すると式（３）となる。
【００２４】
【数３】
2010051047.tif 000005
【００２５】
指令が周波数ωである正弦波（周期信号）とすると、前記モータ位置と前記トルク指令の１次フーリエ展開は式（４）、（５）で表される。
【００２６】
【数４】
2010051047.tif 000006
【数５】
2010051047.tif 000007
【００２７】
ただし、ａ、ｂは前記モータ位置のフーリエ係数、ｃ、ｄは前記トルク指令のフーリエ係数である。式（４）と（５）を式（３）に代入すると、式（６）を得る。
【００２８】
【数６】
2010051047.tif 000008
【００２９】
ｃｏｓ項とｓｉｎ項の係数比較により、式（７）と（８）を得る。
【００３０】
【数７】
2010051047.tif 000009
【数８】
2010051047.tif 000010
【００３１】
前記指令の周波数ωが、前記反共振周波数より十分低い場合、すなわちω＝ω１＜＜ωａ、式（７）と（８）は、式（９）と（１０）と書き直すことができる。
【００３２】
【数９】
2010051047.tif 000011
【数１０】
2010051047.tif 000012
【００３３】
ただし、ａ１、ｂ１は指令周波数が第１指令周波数ω＝ω１である場合の前記モータ位置のフーリエ係数（以下、「第１モータ位置余弦項フーリエ係数」、「第１モータ位置正弦項フーリエ係数」と呼ぶ。）、ｃ１、ｄ１は前記トルク指令のフーリエ係数（以下、「第１トルク指令余弦項フーリエ係数」、「第１トルク指令正弦項フーリエ係数」と呼ぶ。）である。
一方、前記指令周波数が共振周波数より十分大きい場合、すなわちω=ω２＞＞ωｒにおいて、共振および反共振周波数とモータ側および負荷側慣性モーメントとの周知の関係式である式（１１）を用いて、式（７）は式（１２）、さらに式（１３）と書き直すことができる。
【００３４】
【数１１】
2010051047.tif 000013
【数１２】
2010051047.tif 000014
【数１３】
2010051047.tif 000015
【００３５】
ただし、Ｊｍはモータ側慣性モーメント、Ｊｌは負荷側慣性モーメント、ｂ２は指令周波数がω＝ω２である場合の前記モータ位置のｓｉｎ項フーリエ係数（以下、「第２モータ位置正弦項フーリエ係数」と呼ぶ。）、ｄ２は前記トルク指令のｓｉｎ項フーリエ係数（以下、「第２トルク指令正弦項フーリエ係数」と呼ぶ。）である。
同様に、式（８）は、式（１４）と書き直すことができる。
【００３６】
【数１４】
2010051047.tif 000016
【００３７】
ただし、ａ２は指令周波数が第２指令周波数ω＝ω２である場合の前記モータ位置のｃｏｓ項フーリエ係数（以下、「第２モータ位置余弦項フーリエ係数」と呼ぶ。）、ｃ２は前記トルク指令のｃｏｓ項フーリエ係数（以下、「第２トルク指令余弦項フーリエ係数」と呼ぶ。）である。
慣性モーメント演算器１１１は、式（９）、（１０）、（１３）、（１４）を用いて負荷側慣性モーメントＪｌ＝Ｊ−Ｊｍを算出し、前記モータ側慣性モーメントと前記負荷側慣性モーメントである慣性モーメント同定値を出力する。
式（１）から式（１４）の説明において、第1指令周波数ω１と第２指令周波数ω２の２つの指令を用いたが、第1指令周波数ω１と第２指令周波数ω２の２つの周波数成分を含む任意の指令を用いても、同様に慣性モーメント同定が実施できる。
【００３８】
ここで、本発明における慣性モーメント同定器１０７内の各構成が、各入力に対しどのような演算に基づいて各出力を得るのかを整理する。
指令周波数演算器１０８は、制御対象１０５の反共振周波数より十分に低い（例えば１／５程度）周波数である第1指令周波数ω１と、共振周波数より十分に高い（例えば５倍程度）周波数である第２指令周波数ω２を含む周期的な指令を入力し、前記指令の含む周波数のうち慣性モーメント同定に用いる複数の周波数である前記第１指令周波数と第２指令周波数をＦＦＴにより抽出し出力する。
トルク指令フーリエ係数演算器１０９は、前記トルク指令を入力し、式（５）に基づいて前記指令周波数演算器の複数（例えば２つ）の前記指令周波数から、指令トルク指令フーリエ係数ｃおよびｄを算出し出力する。
モータ位置フーリエ係数演算器１１０は、前記モータ位置を入力し、式（４）に基づいて前記指令周波数演算器の複数（例えば２つ）の前記指令周波数から、モータ位置フーリエ係数ａおよびｂを算出し出力する。
慣性モーメント演算器１１１は、前記指令周波数および前記トルク指令フーリエ係数並びに前記モータ位置フーリエ係数と、を入力し、式（１３）あるいは（１４）に基づいてモータ側慣性モーメントＪｍを、式（９）あるいは（１０）に基づいて総慣性モーメントＪを算出し、更に負荷側慣性モーメントＪｌ＝Ｊ−Ｊｍを算出し、モータ側慣性モーメントＪｍと負荷側慣性モーメントＪｌである前記慣性モーメント同定値を算出し出力する。
【００３９】
本発明は、フィードバック制御器１０２が位置Ｐ速度Ｐ制御、位置Ｐ速度ＰＩ制御、位置Ｐ速度Ｉ−Ｐ制御、速度Ｐ制御、速度ＰＩ制御、速度Ｉ−Ｐ制御、位置ＰＩＤ制御など任意の制御則である場合に適用可能であり、前記フィードフォワード制御信号が速度フィードフォワード制御信号、トルクフィードフォワード制御信号のいずれかまたは両方を含む場合、さらにフィードフォワード制御器１０３が無い場合にも適用可能である。
【００４０】
また、式（９）と式（１０）によって算出した同定値は必ず同じとなり、式（１３）と式（１４）によって算出した同定値も必ず同じになるので、モータ側慣性モーメントは、式（１３）あるいは（１４）のいずれを用いても同定でき、総慣性モーメントは、式（９）あるいは（１０）のいずれを用いても同定できる。
また、式（９）、（１０）、（１３）、（１４）を見ても、非常に簡単な数式であることが分かり、廉価で性能のやや劣るドライバを用いた産業用機械のモータ側および負荷側の慣性モーメント同定値を容易に同定することができる。
【００４１】
また、本発明は、前記モータ位置と前記トルク指令のフーリエ係数を用いるので、同定に使用する周波数以外の周波数成分である過渡応答、非線形ダイナミクスなどが同定精度に与える影響を抑制でき、定常状態を待つことなく短時間にクーロン摩擦などの非線形ダイナミクスによらず高精度に前記慣性モーメント同定値を算出できる。
【００４２】
以下、本発明のシミュレーション結果を示す。シミュレーションに用いた数値は以下のとおりである。
Ｊ＝２．４４×１０−４［ｋｇ・ｍ２］、Ｔｃ＝２．１＊１０−３［Ｎ・ｍ］、ωｒ＝１３８・２・π［ｒａｄ／ｓ］、ζｒ＝０．００２、ωａ＝１００・２・π［ｒａｄ／ｓ］、ζａ＝０．００２、Ｋｐ＝１２０［ｓ−１］、Ｋｖ＝１２０・２・π［ｓ−１］、Ｊ０＝１．２８×１０−３［ｋｇ・ｍ２］、Ｔｉ＝０．００５３［ｓ］、Ｔ＝１２５×１０−６［ｓ］、Ｔｒａｔ＝０．６３７［Ｎ・ｍ］、ｂ＝１７［ｂｉｔ］、ω１＝１０・２・π［ｒａｄ／ｓ］、ω２＝２００・２・π［ｒａｄ／ｓ］、ｒ０１＝０．００５［ｒａｄ］、ｒ０２＝０．１［ｒａｄ］
ただし、Ｊは制御対象１０５の総慣性モーメント（モータ側慣性モーメントと負荷側慣性モーメント）、Ｔｃはクーロン摩擦、ωｒは共振周波数、ζｒは共振の減衰係数、ωａは反共振周波数、ζａは反共振の減衰係数、Ｋｐは位置比例制御ゲイン、Ｋｖは速度比例制御ゲイン、Ｊ０は公称慣性モーメント、Ｔｉは速度制御積分時定数、Ｔは制御周期、Ｔｒａｔは定格トルク、ｂはモータ位置検出器１０６の分解能、ω１は第１指令周波数、ω２は第２指令周波数、ｒ０１は第１指令振幅、ｒ０２は第２指令振幅である。
【００４３】
一般に、モータ位置振幅はその動作周波数が低い場合に大きく、高い場合に小さくなる傾向があるので、本シミュレーションでは第１指令周波数ω１を第２指令周波数ω２より小さく、第１指令振幅ｒ０１を第２指令振幅ｒ０２より小さく設定することで、微小動作のみで慣性モーメント同定できるようにしている。また、本シミュレーションでは、前記指令は前記第１指令周波数と前記第１指令振幅を持つ第１指令と前記第２指令周波数と前記第２指令振幅を持つ第２指令を加算した信号とし、フィードバック制御器１０２は位置Ｐ速度ＰＩ制御とし、フィードフォワード制御器１０３は前記指令を１階微分した速度フィードフォワード制御信号と、前記指令を２階微分し前記公称慣性モーメントを乗算したトルクフィードフォワード制御信号を出力する。また、本シミュレーションに用いたシミュレーションモデルは、制御対象１０５のみ連続時間表現とし、それ以外は制御周期Ｔの離散時間表現とした。なお、制御対象１０５は、式（１）で表される伝達関数に上記のクーロン摩擦Ｔｃを加えたものを用い、トルク指令Ｔｒｅｆは、上記の定格トルクＴｒａｔで飽和するようにした。
【００４４】
図２は、本発明の第１実施例を示すシミュレーションにおける一定トルク外乱を変化させた場合の慣性モーメント同定誤差である。図において、実線は、式（１３）により算出したモータ側慣性モーメントの同定誤差であり、破線は、式（９）、（１３）よりＪｌ＝Ｊ−Ｊｍとして求めた負荷側慣性モーメントの同定誤差である。
図を見れば、一定トルク外乱を定格トルクの０％から５０％まで変化させてもモータ側慣性モーメントは１％以下の誤差で同定でき、負荷側慣性モーメントは３％以下の誤差で同定できることが分かる。また、本シミュレーションにおいて前記モータ位置の振幅は１／１５７回転以下であり、本発明は可動範囲の限定された一般産業用機械などの慣性モーメント同定に適用可能であることが分かる。また、動作開始から１０周期分の前記モータ位置と前記トルク指令を用いたので、前記モータ位置と前記トルク指令を拾得するのに要した時間は０．１ｓであった。
【００４５】
このように、本発明によると柔軟な負荷の連結した制御対象に対し産業用機械の慣性モーメント同定を、小ストロークで精度良く短時間に実施するとともに、簡単な数式により廉価で性能のやや劣るドライバを用いた産業用機械のモータ側および負荷側の慣性モーメント同定メカの姿勢によらず、クーロン摩擦などの非線形ダイナミクスの影響を抑制し、短時間に高精度に実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
２つの周波数を持つ指令を用いて動作させた時のモータ位置とトルク指令のフーリエ係数を用いて柔軟な小ストロークメカの慣性モーメント同定し、その同定結果に基づいて動作制御することができるので、半導体製造装置など可動範囲の限定された一般産業用機械の動作制御に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施例を示す慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置のブロック図
【図２】本発明の第１実施例を示すシミュレーションにおける一定トルク外乱を変化させた場合の慣性モーメント同定誤差を示す図
【図３】第１従来技術の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置のブロック図
【図４】第２従来技術の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置のブロック図
【符号の説明】
【００４８】
１０１  指令発生器
１０２  フィードバック制御器
１０３  フィードフォワード制御器
１０４  電流制御器
１０５  制御対象
１０６  モータ位置検出器
１０７  慣性モーメント同定器
１０８  指令周波数演算器
１０９  トルク指令フーリエ係数演算器
１１０  モータ位置フーリエ係数演算器
１１１  慣性モーメント演算器
３０１  第１基本周波数成分検出器
３０２  位置評価器
３０３  周波数検出器
３０４  第１演算器
３０５  微分器
３０６  第２基本周波数成分検出器
３０７  積分トルク指令評価器
３０８  第２演算器
４０１  速度指令発生器
４０２  速度制御器
４０３  トルク制御器
４０４  モータ
４０５  位置検出器
４０６  微分器
４０７  慣性モーメント同定器
４０８  トルク指令フーリエ変換器
４０９  モータ位置振幅演算器
４１０  慣性モーメント演算器
【図１】
2010051047.tif 000017
【図２】
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【図３】
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【図４】
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