(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸のステップ応答観測波形を用いて電動機の負荷イナーシャを同定するときのデータ収集方法であって、コギングトルクの１周期に相当するモータ回転角をｎ等分し、ｎ等分した各点にモータ回転軸の回転開始点をおいて速度のステップ指令を与えることによりｎ個の応答波形を求めて、該ｎ個の応答波形の各回転開始時間からの同一経過時間における観測値を平均することによって前記ステップ応答観測波形を求めることを特徴とする電動機の負荷イナーシャ同定用データ収集方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電動機の負荷イナーシャ、特に工作機械の主軸等を駆動する電動機のイナーシャを同定する際の、データの収集方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電動機制御系の特性が電動機の動作に直接影響するため、制御系のパラメータの調整は極めて重要である。図２は電動機制御系のブロック線図で、１  のＫｖは速度ループゲイン、２は電動機、３は速度フィードバック、４のＴｉは積分ゲイン、５のＫｐは位置ループゲイン、７は位置フィードバック、Ｊ  は電動機の負荷イナーシャ、Ｓはラプラス演算子である。このブロック線図で、１  の速度ループゲインＫｖ、４の積分ゲインＴｉ、５のは位置ループゲインＫｐが調整すべき制御系のパラメータである。
しかし、一般にＪ  （電動機の負荷イナーシャ；正確には電動機回転イナーシャに機械側負荷イナーシャを加えたもの）の値は未知である場合が非常に多いので、パラメータの自動調整を行なうためには、先ず、負荷イナーシャＪ  の値を同定する必要がある。
従来、負荷イナーシャを同定する方法として、速度ループゲインのみが機能する状態にしてステップ状の速度指令を入力し、その入力指令に対する応答波形の立ち下がり時の適当な２時点における加速度を観測し、既知の速度ループゲインに前記２時点の時間差を乗じた値から、前記２時点における加速度の自然対数比で除したものを電動機の負荷イナーシャとして同定する方法が採用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、例えば速度制御系（比例制御）の速度のステップ応答波形を差分した加速度波形の減衰率から負荷イナーシャを推定している。現実の電動機制御系では、前記加速度波形に電動機のコギングトルクによるリップル成分が付加されるため、低速度すなわち低回転時に負荷イナーシャの推定誤差が大きくなる。工作機械等では負荷イナーシャの推定は出来るだけ低速度で行ないたいという要求が強い。従って、加速度波形から前記コギングトルク成分を除去することが必要不可欠である。観測した加速度波形を低域通過フィルタに通すことによってリップルを除去しようとすると加速度波形そのものが変化してしまい、負荷イナーシャを同定することが出来なかった。
そこで、本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、電動機の負荷イナーシャを同定する際の、データを収集するデータの収集方法に関する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、回転軸のステップ応答観測波形を用いて電動機の負荷イナーシャを同定するときのデータ収集方法であって、コギングトルクの１周期に相当するモータ回転角をｎ等分し、ｎ等分した各点にモータ回転軸の回転開始点をおいて速度のステップ指令を与えることによりｎ個の応答波形を求めて、該ｎ個の応答波形の各回転開始時間からの同一経過時間における観測値を平均することによって前記ステップ応答観測波形を求めるというものである。
【０００５】
【作用】
本発明は、コギングトルクが軸の回転位置に依存することを利用するもので、以下にその原理を説明する。
本発明の原理を図１のステップ１〜５に示している。すなわち、先ずコギングトルクの１  周期に対するモータ軸中心角をｎ等分し（ステップ１）、前記中心角のｎ分の１ずつ回転開始角を移動しながらスッテプ入力に対する応答波形をｎ回観測し、（ステップ２、３）ｎ個の応答波形の回転開始時間から数えて同一観測時間におけるｎ個の観測値を平均することによって観測波形に含まれるコギングトルクによる影響を除去し（ステップ４）コギングトルクの影響を除去した観測波形を用いて正確な負荷イナーシャを同定する（ステップ５）。
このようにして得られた推定慣性モーメントを用いて、制御系のパラメータを設定する（ステップ６）。
図１のステップ４でコキングトルクが相殺されることを以下に説明する。
図３にモータ回転角に対するコギングトルク波形の１例を示す。図３の場合、コギングトルクを正弦波として近似し、その周期はモータ回転角βに対して１周期である。よってモータ回転角速度をωとするとコギングトルクＣ（ｔ）は
【０００６】
【数１】
0003625215.tif 000002
【０００７】
となる。ここでモータの運転観測開始角を移動角だけずらして運転観測を実行するが（下線部分は図１中のブロック中に記載あり）、移動角は、前記モータ回転角βを運転観測回数ｎで割った刻み幅α
α＝β／ｎ        （２）
【０００８】
【数２】
0003625215.tif 000003
【０００９】
とする。ここでｎは以下で述べる移動平均を取る際の運転・観測の回数である。したがって、第ｉ回目の観測のコギングトルクをＣ（ｔ，ｉ）とすると
【００１０】
【数３】
0003625215.tif 000004
【００１１】
となる。よってｎ個のコギングトルク波形の移動平均値Ｃａｖｇ（ｔ）は
【００１２】
【数４】
0003625215.tif 000005
【００１３】
となり、コギングトルクは相殺されてゼロになる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図にもとづいて説明する。図４は本発明の実施例の構成を示す図で、８は電動機、９は負荷イナーシャ、１０は電動機の軸回転量に比例したパルスを発生するパルスジェネレータ、１１は位置指令を発生する上位コントローラ、１２は位置指令とパルスジュネレータからのフィードバックパルスを用いて電動機にトルク電流を出力するサーボコントローラである。
上位コントローラは位置のランプ指令をサーボコントローラに出力し、サーボコントローラは位置指令を１回微分して得られる速度のステップ指令を用いる。速度の出力を１回微分することにより加速度を得ることができる。
実施例に用いたモータでは、コギングトルクの１周期はモータ軸に対してπ／３の角をなしている。つまり
【００１５】
【数５】
0003625215.tif 000006
【００１６】
である。
平均を採るサンプル数ｎを１０とすると
【００１７】
【数６】
0003625215.tif 000007
【００１８】
となる。
図５はコギングが存在する場合の加速度応答波形を示す図で、コギングトルクの影響が波形の歪みとして現れている。図６は図５に示す波形に対して１０回の平均をとった加速度観測波形を示しており、コギングの影響が相殺されている。図７は実施例を示すフロー図で、図１におけるステップ１のｎ等分を１０等分、ステップ３における観測回数ｎを１０回にした場合のフロー図である。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば慣性モーメントを推定するための加速度波形に含まれるコギングトルクにより生じる外乱成分を除去することができ、低速度で電動機を回転させて慣性モーメントを同定する場合であっても、慣性モーメントの高精度な同定値が得られる。すなわち、従来技術では不可能であった低回転で電動機を回転させても電動機制御系のパラメータを最適値に設定することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示すフロー図
【図２】電動機制御系のブロック図
【図３】コギングトルク波形図
【図４】本発明の実施例の構成を示す図
【図５】コギングトルクが存在する場合の加速度応答波形を示す図
【図６】平均を採った加速度観測波形を示す図
【図７】本発明の実施例のフロー図
【符号の説明】
１ 速度ループゲイン
２ 制御対象
３ 速度フィードバック
４ 速度ループ積分器
５ 位置ループゲイン
６ 積分器
７ 位置フィードバック
８ 電動機
９ 負荷イナーシャ
１０ パルスジェネレータ
１１ 上位コントローラ
１２ サーボコントローラ
【図１】
0003625215.tif 000008
【図２】
0003625215.tif 000009
【図３】
0003625215.tif 000010
【図４】
0003625215.tif 000011
【図５】
0003625215.tif 000012
【図６】
0003625215.tif 000013
【図７】
0003625215.tif 000014