(57)【要約】【課題】速度に比例した誤差がなく、同定速度が速く、クーロン摩擦があっても精度よく慣性モーメントと粘性摩擦係数の同定が可能なモータ制御装置と制御方法を提供する。【解決手段】回転加速度を生成する第１の微分手段１１と、モータ回転加速度を微分して第１モータ回転躍度を生成する第２の微分手段１２と、トルク指令から第１トルク指令微分値を生成する第３の微分手段１３と、モータ回転躍度をフィルタして第２モータ回転躍度を生成する第１のフィルタ手段１４と、モータ回転加速度をフィルタして第２モータ回転加速度を生成する第２のフィルタ手段１５と、トルク指令微分値をフィルタして第２トルク指令微分値を生成する第３のフィルタ手段１６と、第２モータ回転躍度と第２モータ回転加速度と第２トルク指令微分値から慣性モーメントと粘性摩擦係数を同定する同定手段１７とを備えた。【選択図】図２
2006217729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ回転速度指令とモータ回転速度からトルク指令を生成する速度制御手段と、前記トルク指令からモータの駆動電流を生成する電流制御手段と、前記モータ回転位置から前記モータ回転速度を生成する速度生成手段とからなるモータ制御装置において、
前記モータ回転速度を微分し第１モータ回転加速度を生成する第１の微分手段と、
前記第１モータ回転加速度を微分して第１モータ回転躍度を生成する第２の微分手段と、
前記トルク指令から第１トルク指令微分値を生成する第３の微分手段と、
前記第１モータ回転躍度と第１モータ回転加速度と第１トルク指令微分値から慣性モーメントと粘性摩擦係数を同定する同定手段と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記同定手段は、前記第１トルク指令微分値と前記第１モータ回転躍度と前記第１モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に最小二乗法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記同定手段は、前記第１トルク指令微分値と前記第１モータ回転躍度と前記第１モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に適応同定法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記関係式は式（１）であることを特徴とする請求項２または３記載のモータ制御装置。
【数１】
2006217729.tif 000030
ただし、Ｊは慣性モーメント、Ｄは粘性摩擦係数、ｙは前記第１トルク指令微分値、ｘ１は前記第１モータ回転躍度、ｘ２は前記第１モータ回転加速度である。
【請求項５】
前記適応同定法は逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記適応同定法は重みつき逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記適応同定法は固定トレース法を用いた適応同定法であることを特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。
【請求項８】
所定のモータ回転速度閾値を保有し、前記モータ回転速度が前記モータ回転速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項９】
所定のモータ回転加速度閾値を保有し、前記モータ回転加速度が前記モータ回転加速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記モータ回転躍度をフィルタして第２モータ回転躍度を生成する第１のフィルタ手段と、
前記モータ回転加速度をフィルタして第２モータ回転加速度を生成する第２のフィルタ手段と、
前記トルク指令微分値をフィルタして第２トルク指令微分値を生成する第３のフィルタ手段と、
前記第２モータ回転躍度と第２モータ回転加速度と第２トルク指令微分値から慣性モーメントと粘性摩擦係数を同定する同定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記同定手段は、前記第２トルク指令微分値と前記第２モータ回転躍度と前記第２モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に最小二乗法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とする請求項１０記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記同定手段は、前記第２トルク指令微分値と前記第２モータ回転躍度と前記第２モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に適応同定法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とする請求項１０記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
前記関係式は式（１）であることを特徴とする請求項１１または１２記載のモータ制御装置。
【数２】
2006217729.tif 000031
ただし、Ｊは慣性モーメント、Ｄは粘性摩擦係数、ｙは前記第２トルク指令微分値、ｘ１は前記第２モータ回転躍度、ｘ２は前記第２モータ回転加速度である。
【請求項１４】
前記第１のフィルタ手段、前記第２のフィルタ手段、前記第３のフィルタ手段はそれぞれ同一のローパスフィルタであることを特徴とする請求項１０記載のモータ制御装置。
【請求項１５】
前記適応同定法は逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とする請求項１２記載のモータ制御装置。
【請求項１６】
前記適応同定法は重みつき逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とする請求項１２記載のモータ制御装置。
【請求項１７】
前記適応同定法は固定トレース法を用いた適応同定法であることを特徴とする請求項１２記載のモータ制御装置。
【請求項１８】
所定のモータ回転速度閾値を保有し、前記モータ回転速度が前記モータ回転速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とする請求項１０記載のモータ制御装置。
【請求項１９】
所定のモータ回転加速度閾値を保有し、前記モータ回転加速度が前記モータ回転加速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とする請求項１０記載のモータ制御装置。
【請求項２０】
モータ回転速度指令とモータ回転速度からトルク指令を生成する速度制御手段と、前記トルク指令からモータの駆動電流を生成する電流制御手段と、モータ回転位置からモータ回転速度を生成する速度生成手段とからなるモータ制御方法において、
前記モータ回転速度を微分し第１モータ回転加速度を生成するステップと、
前記モータ回転加速度を微分して第１モータ回転躍度を生成するステップと、
前記トルク指令から第１トルク指令微分値を生成するステップと、
前記第１モータ回転躍度と第１モータ回転加速度と第１トルク指令微分値から慣性モーメントと粘性摩擦係数を同定するステップと、
を備えることを特徴とするモータ制御方法。
【請求項２１】
前記同定手段は、前記第２トルク指令微分値と前記第２モータ回転躍度と前記第２モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に最小二乗法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とする請求項２０記載のモータ制御方法。
【請求項２２】
前記同定手段は、前記第２トルク指令微分値と前記第２モータ回転躍度と前記第２モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に適応同定法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とする請求項２０記載のモータ制御方法。
【請求項２３】
前記関係式は式（１）であることを特徴とする請求項２１または請求項２２記載のモータ制御方法。
【数３】
2006217729.tif 000032
ただし、Ｊは慣性モーメント、Ｄは粘性摩擦係数、ｙは前記第２トルク指令微分値、ｘ１は前記第２モータ回転躍度、ｘ２は前記第２モータ回転加速度である。
【請求項２４】
前記適応同定法は逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とする請求項２２記載のモータ制御方法。
【請求項２５】
前記適応同定法は重みつき逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とする請求項２２記載のモータ制御方法。
【請求項２６】
前記適応同定法は固定トレース法を用いた適応同定方法であることを特徴とする請求項２２記載のモータ制御方法。
【請求項２７】
所定のモータ回転速度閾値を保有し、前記モータ回転速度が前記モータ回転速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とする請求項２０記載のモータ制御方法。
【請求項２８】
所定のモータ回転加速度閾値を保有し、前記モータ回転加速度が前記モータ回転加速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とする請求項２０記載のモータ制御方法。
【請求項２９】
前記モータ回転躍度をフィルタして第２モータ回転躍度を生成する第１のフィルタ手段と、
前記モータ回転加速度をフィルタして第２モータ回転加速度を生成する第２のフィルタ手段と、
前記トルク指令微分値をフィルタして第２トルク指令微分値を生成する第３のフィルタ手段と、
前記第２モータ回転躍度と第２モータ回転加速度と第２トルク指令微分値から慣性モーメントと粘性摩擦係数を同定する同定手段と、
を備えることを特徴とする請求項２０記載のモータ制御方法。
【請求項３０】
前記同定手段は、前記第２トルク指令微分値と前記第２モータ回転躍度と前記第２モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に最小二乗法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とする請求項２９記載のモータ制御方法。
【請求項３１】
前記同定手段は、前記第２トルク指令微分値と前記第２モータ回転躍度と前記第２モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に適応同定法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とする請求項２９記載のモータ制御方法。
【請求項３２】
前記関係式は式（１）であることを特徴とする請求項３０または３１記載のモータ制御方法。
【数４】
2006217729.tif 000033
ただし、Ｊは慣性モーメント、Ｄは粘性摩擦係数、ｙは前記第２トルク指令微分値、ｘ１は前記第２モータ回転躍度、ｘ２は前記第２モータ回転加速度である。
【請求項３３】
前記第１のフィルタ手段、前記第２のフィルタ手段、前記第３のフィルタ手段はそれぞれ同一のローパスフィルタであることを特徴とする請求項２９記載のモータ制御方法。
【請求項３４】
前記適応同定法は逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とする請求項３１記載のモータ制御方法。
【請求項３５】
前記適応同定法は重みつき逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とする請求項３１記載のモータ制御方法。
【請求項３６】
前記適応同定法は固定トレース法を用いた適応同定法であることを特徴とする請求項３１記載のモータ制御方法。
【請求項３７】
所定のモータ回転速度閾値を保有し、前記モータ回転速度が前記モータ回転速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とする請求項２９記載のモータ制御方法。
【請求項３８】
所定のモータ回転加速度閾値を保有し、前記モータ回転加速度が前記モータ回転加速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とする請求項２９記載のモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定するモータ制御装置とその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
慣性モーメントＪ、モータ回転速度ｖ、トルク指令値Ｔｒｅｆ  、外乱トルクＴｄは、次式の関係にあり、外乱トルクＴｄをうまく消去することが慣性モーメント同定の重要なポイントである。
【０００３】
【数１】
2006217729.tif 000003
【０００４】
従来の適応同定法によるオンライン慣性モーメント同定方法は、外乱トルクＴｄの変化は十分に遅く一定とみなせるとし、差分により消去する（以下、外乱差分消去型適応同定と記す。例えば、非特許文献１参照）か、あるいはオブザーバにより外乱推定値を求め、差し引いている（以下、推定外乱代入型適応同定と記す。例えば、非特許文献２参照）。また、外乱を次式のようにおいて、Ｄ、Ｃを含めて最小二乗法により同定する方法もある（以下、最小二乗同定と記す。例えば特許文献１参照）。ただし、Ｄは粘性摩擦係数、ωはモータ回転速度、Ｃはクーロン摩擦や重力などの一定外乱成分を表す。
【０００５】
【数２】
2006217729.tif 000004
【０００６】
図２は従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図２においてモータは機械系を動かすためのモータを表し、モータの回転量はロータリエンコーダなどの検出器によって検出される。速度演算部では検出器によって検出されたモータ位置からモータ回転速度を算出する。速度制御手段はそのモータの速度制御を行うための制御手段であり、指令発生器から受取った速度指令と、回転速度演算部から得たモータ回転速度をもとに、モータへのトルク指令を生成し、電流制御手段に渡す。電流制御手段はトルク指令を電流指令値に換算し、モータに流れる電流がその指令値通りになるように電流を制御する。モータは電流が流れることにより回転するが、その際、摩擦などの外乱トルクを受ける。慣性モーメント同定演算部は、モータおよび負荷の総慣性モーメントを同定する。
【０００７】
＜例１＞以下では、従来の外乱差分消去型適応同定の計算手順を説明する。この方法では、式（２）を差分した以下の関係式を用いる。
【０００８】
【数３】
2006217729.tif 000005
【０００９】
ただし、Ｊは慣性モーメント、Δａ（ｋ）はモータ回転加速度差分、ΔＴｒｅｆ（ｋ）はトルク指令差分、ΔＴｄ（ｋ）は外乱トルク差分を表す。外乱トルクＴｄの変化が十分に遅ければ、ΔＴｄ（ｋ）は小さなランダム雑音と見なすことができるため、最小二乗法などの統計処理を用いることによってその影響を小さくできる。外乱差分消去型適応同定では、式（４）より算出した適応同定式により慣性モーメントＪを求める。例えば、固定トレース法による以下の同定式により慣性モーメントを適応同定する。ここでＪ＾（ｋ）の＾は推定値であり、以下、＾が付記されたものは全て推定値を表す。
【００１０】
【数４】
2006217729.tif 000006
【００１１】
＜例２＞以下では、推定外乱代入型適応同定の計算手順について説明する。図６は、従来の推定外乱代入型適応同定の計算手順を表すブロック図である。この方法では、まずトルク指令とモータ回転速度の情報から、外乱オブザーバにより外乱トルクＴｄの推定値Ｔｄ＾を求め、トルク指令とモータ回転加速度と外乱推定値を入力として式（２）より算出した適応同定式により慣性モーメントＪを求める。例えば固定トレース法による以下の式により慣性モーメントを適応同定する。ただし、aはモータ回転加速度を表す。
【００１２】
【数５】
2006217729.tif 000007
【００１３】
＜例３＞以下では、最小二乗同定の計算手順について説明する。図７は、最小二乗同定の計算手順を表すブロック図である。最小二乗法による同定方法は、式（２）に式（３）を代入した以下の式を用いる。
【００１４】
【数６】
2006217729.tif 000008
【００１５】
Ｎ個のデータを蓄積した後、式（７）に対して最小二乗法を適用してＪ、Ｄ、Ｃを同定するものである。
【００１６】
このように、従来の外乱差分消去型適応同定では、外乱トルクの変化は十分に遅く一定とみなせるとし、粘性摩擦外乱を無視していた。また、従来の推定外乱代入型適応同定では、オブザーバによる外乱推定値を差し引いていた。また、従来の最小二乗同定では、Ｎ個のデータを蓄積した後、Ｊ、Ｄ、Ｃを最小二乗法により求めていた。
【非特許文献１】亀井宏映・堀洋一著「低精度エンコーダを用いるサーボモータの高性能制御  −  瞬時速度オブザーバと慣性モーメントの推定  -  」、電気学会論文誌、１９９４，ｐ．４２４−４３１
【非特許文献２】堀洋一・大西公平著「応用制御工学」、丸善株式会社、１９９８，ｐ．１６２−１７３
【特許文献１】特許３５４５４８７号公報（第１２頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
＜例１の問題点＞従来の外乱差分消去型適応同定による慣性モーメント同定方法では、外乱トルクの変化は十分遅いとして一定とみなしているため、モータ回転速度に比例する粘性摩擦トルクがある場合、モータ回転速度の変化、すなわちモータ回転加速度が大きい場合、同定誤差が大きくなるという問題があった。
【００１８】
＜例２の問題点＞従来の推定外乱代入型適応同定による慣性モーメント同定方法では、オブザーバによる外乱推定値をそのまま外乱トルクとみなして慣性モーメントの同定を行うという手順をとっているが、オブザーバによる外乱推定値は慣性モーメント誤差外乱  (Ｊ−Ｊｎ) aを含む式（７）に示す値に収束する。ただし、Ｊｎは外乱オブザーバで用いられるノミナル慣性モーメントを表す。
【００１９】
【数７】
2006217729.tif 000009
【００２０】
式（７）のようにオブザーバによる外乱推定値には慣性モーメント誤差外乱が含まれるので、オブザーバによる外乱推定値をそのまま外乱トルクとして用いるとオブザーバで用いているノミナル慣性モーメントが同定されてしまうという問題があった。そこで外乱トルクと同時に慣性モーメントも同定して少しずつ慣性モーメント同定値を更新していく方法がとられるが、収束性の解析が困難であり、同定値の安定性が保証されないという問題があった。
【００２１】
＜例３の問題点＞また、従来の最小二乗同定では慣性モーメントと外乱トルクの関係式を式（６）のようにおいているため、モータ回転速度の正逆によって摩擦の方向が変わる図３のようなクーロン摩擦があり、取得データが回転速度０をまたぐ場合には、一定外乱Ｃの同定ができないため慣性モーメントの同定精度も悪化するという問題があった。さらに、一括型の最小二乗法による同定であるため、通常オフラインでの使用に限られるという問題や、Ｎ個のデータを蓄積するためのメモリが必要であり、コストが高くなるという問題や、データ蓄積が完了するまで同定できないため同定に時間がかかるという問題があった。
【００２２】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータ回転速度が小さく、モータ回転検出値に高周波の雑音があり、クーロン摩擦がある場合でも、モータ回転速度に比例した誤差がなく、同定速度が速く、精度の良い慣性モーメントおよび粘性摩擦係数のオンライン同定が可能なモータ制御装置と同定方法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】
【００２３】
上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
【００２４】
請求項１に記載の発明は、モータ回転速度指令とモータ回転速度からトルク指令を生成する速度制御手段と、前記トルク指令からモータの駆動電流を生成する電流制御手段と、前記モータ回転位置から前記モータ回転速度を生成する速度生成手段とからなるモータ制御装置において、前記モータ回転速度を微分し第１モータ回転加速度を生成する第１の微分手段と、前記第１モータ回転加速度を微分して第１モータ回転躍度を生成する第２の微分手段と、前記トルク指令から第１トルク指令微分値を生成する第３の微分手段と、前記第１モータ回転躍度と第１モータ回転加速度と第１トルク指令微分値から慣性モーメントと粘性摩擦係数を同定する同定手段と、を備えることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記同定手段は、前記第１トルク指令微分値と前記第１モータ回転躍度と前記第１モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に最小二乗法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記同定手段は、前記第１トルク指令微分値と前記第１モータ回転躍度と前記第１モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に適応同定法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項２および請求項３記載のモータ制御装置において、前記関係式は式（１）であることを特徴とする請求項２または請求項３記載のモータ制御装置。
【００２５】
【数８】
2006217729.tif 000010
【００２６】
ただし、ｙは前記第１トルク指令微分値、ｘ１は前記第１モータ回転躍度、ｘ２は前記第１モータ回転加速度である。
請求項５に記載の発明は、請求項３記載のモータ制御装置において、前記適応同定法は逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項３記載のモータ制御装置において、前記適応同定法は重みつき逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、請求項３記載のモータ制御装置において、前記適応同定法は固定トレース法を用いた適応同定法であることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、所定のモータ回転速度閾値を保有し、前記モータ回転速度が前記モータ回転速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とするものである。
請求項９に記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置にいて、所定のモータ回転加速度閾値を保有し、前記モータ回転加速度が前記モータ回転加速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とするものである。
請求項１０に記載の発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、前記モータ回転躍度をフィルタして第２モータ回転躍度を生成する第１のフィルタ手段と、前記モータ回転加速度をフィルタして第２モータ回転加速度を生成する第２のフィルタ手段と、前記トルク指令微分値をフィルタして第２トルク指令微分値を生成する第３のフィルタ手段と、前記第２モータ回転躍度と第２モータ回転加速度と第２トルク指令微分値から慣性モーメントと粘性摩擦係数を同定する同定手段と、を備えることを特徴とするものである。
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のモータ制御装置において、前記同定手段は、前記第２トルク指令微分値と前記第２モータ回転躍度と前記第２モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に最小二乗法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とするものである。
請求項１２に記載の発明は、請求項１０記載のモータ制御装置において、前記同定手段は、前記第２トルク指令微分値と前記第２モータ回転躍度と前記第２モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に適応同定法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とするものである。
請求項１３に記載の発明は、請求項１１または請求項１２に記載のモータ制御装置において、前記関係式は式（１）であることを特徴とするものである。
ただし、ｙは前記第２トルク指令微分値、ｘ１は前記第２モータ回転躍度、ｘ２は前記第２モータ回転加速度である。
請求項１４に記載の発明は、請求項１０記載のモータ制御装置において、前記第１のフィルタ手段、前記第２のフィルタ手段、前記第３のフィルタ手段はそれぞれ同一のローパスフィルタであることを特徴とするものである。
請求項１５に記載の発明は、請求項１２記載のモータ制御装置において、前記適応同定法は逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とするものである。
請求項１６に記載の発明は、請求項１２記載のモータ制御装置において、前記適応同定法は重みつき逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とするものである。
請求項１７に記載の発明は、請求項１２に記載のモータ制御装置において、前記適応同定法は固定トレース法を用いた適応同定法であることを特徴とするものである。
請求項１８に記載の発明は、請求項１０記載のモータ制御装置において、所定のモータ回転速度閾値を保有し、前記モータ回転速度が前記モータ回転速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とするものである。
請求項１９に記載の発明は、請求項１０記載のモータ制御装置において、所定のモータ回転加速度閾値を保有し、前記モータ回転加速度が前記モータ回転加速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２７】
請求項２０に記載の発明は、モータ回転速度指令とモータ回転速度からトルク指令を生成する速度制御手段と、前記トルク指令からモータの駆動電流を生成する電流制御手段と、モータ回転位置からモータ回転速度を生成する速度生成手段とからなるモータ制御方法において、前記モータ回転速度を微分し第１モータ回転加速度を生成するステップと、前記モータ回転加速度を微分して第１モータ回転躍度を生成するステップと、前記トルク指令から第１トルク指令微分値を生成するステップと、前記第１モータ回転躍度と第１モータ回転加速度と第１トルク指令微分値から慣性モーメントと粘性摩擦係数を同定するステップと、を備えることを特徴とするものである。
請求項２１に記載の発明は、請求項２０に記載のモータ制御方法において、前記同定手段は、前記第２トルク指令微分値と前記第２モータ回転躍度と前記第２モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に最小二乗法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とするものである。
請求項２２に記載の発明は、請求項２０記載のモータ制御方法において、前記同定手段は、前記第２トルク指令微分値と前記第２モータ回転躍度と前記第２モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に適応同定法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とするものである。
請求項２３に記載の発明は、請求項２１または請求項２２に記載のモータ制御方法において、前記関係式は式（１）であることを特徴とするものである。
ただし、ｙは前記第２トルク指令微分値、ｘ１は前記第２モータ回転躍度、ｘ２は前記第２モータ回転加速度である。
請求項２４に記載の本発明は、請求項２２に記載のモータ制御方法において、前記適応同定法は逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とするものである。
請求項２５に記載の発明は、請求項２２に記載のモータ制御方法において、前記適応同定法は重みつき逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とするものである。
請求項２６に記載の発明は、請求項２２に記載のモータ制御方法において、前記適応同定法は固定トレース法を用いた適応同定方法であることを特徴とするものである。
請求項２７に記載の発明は、請求項２０に記載のモータ制御方法において、所定のモータ回転速度閾値を保有し、前記モータ回転速度が前記モータ回転速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とするものである。    
請求項２８に記載の発明は、請求項２０に記載のモータ制御方法において、所定のモータ回転加速度閾値を保有し、前記モータ回転加速度が前記モータ回転加速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とするものである。
請求項２９に記載の発明は、請求項２０記載のモータ制御方法において、前記モータ回転躍度をフィルタして第２モータ回転躍度を生成する第１のフィルタ手段と、前記モータ回転加速度をフィルタして第２モータ回転加速度を生成する第２のフィルタ手段と、前記トルク指令微分値をフィルタして第２トルク指令微分値を生成する第３のフィルタ手段と、前記第２モータ回転躍度と第２モータ回転加速度と第２トルク指令微分値から慣性モーメントと粘性摩擦係数を同定する同定手段と、を備えることを特徴とするものである。
請求項３０に記載の発明は、請求項２９記載のモータ制御方法において、前記同定手段は、前記第２トルク指令微分値と前記第２モータ回転躍度と前記第２モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に最小二乗法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とするものである。
請求項３１に記載の発明は、請求項２９記載のモータ制御方法において、前記同定手段は、前記第２トルク指令微分値と前記第２モータ回転躍度と前記第２モータ回転加速度とを変数とし、前記機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を係数の一部とする関係式を定め、前記関係式に適応同定法を適用することにより、機械系の慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定することを特徴とするものである。
請求項３２に記載の発明は、請求項３０または請求項３１記載のモータ制御方法において、前記関係式は式（１）であることを特徴とするものである。
ただし、ｙは前記第２トルク指令微分値、ｘ１は前記第２モータ回転躍度、ｘ２は前記第２モータ回転加速度である。
請求項３３に記載の発明は、請求項３０記載のモータ制御方法において、前記第１のフィルタ手段、前記第２のフィルタ手段、前記第３のフィルタ手段はそれぞれ同一のローパスフィルタであることを特徴とするものである。
請求項３４に記載の発明は、請求項３１記載のモータ制御方法において、前記適応同定法は逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とするものである。
請求項３５に記載の発明は、請求項３１に記載のモータ制御方法において、前記適応同定法は重みつき逐次形最小二乗法を用いた適応同定法であることを特徴とするものである。  
請求項３６に記載の発明は、請求項３１に記載のモータ制御方法において、前記適応同定法は固定トレース法を用いた適応同定法であることを特徴とするものである。
請求項３７に記載の発明は、請求項２９記載のモータ制御方法において、所定のモータ回転速度閾値を保有し、前記モータ回転速度が前記モータ回転速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とするものである。
請求項３８に記載の発明は、請求項２９記載のモータ制御方法において、所定のモータ回転加速度閾値を保有し、前記モータ回転加速度が前記モータ回転加速度閾値より小さいデータは同定に用いないようにするデータ取捨選択手段を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１および請求項１０に記載の発明によると、モータ回転速度に比例した誤差なくモータの慣性モーメント同定ができるモータ制御装置を提供できる。
請求項２および請求項１１に記載の発明によると、モータ回転速度検出値に高周波の雑音が含まれていても、モータ回転速度に比例した誤差なくモータの慣性モーメント同定ができるモータ制御装置を提供できる。
請求項３および請求項１２に記載の発明によると、モータ回転速度に比例した誤差なく、同定速度の速いモータのオンライン慣性モーメント同定ができるモータ制御装置を提供できる。
請求項４乃至請求項７、および請求項１３乃至１７に記載の発明によると、モータ回転速度検出値に高周波の雑音が含まれていても、モータ回転速度に比例した誤差なく、同定速度の速いモータのオンライン慣性モーメント同定ができるモータ制御装置を提供できる。
請求項８および請求項１８に記載の発明によると、モータ回転速度が小さくなったときでもクーロン摩擦の変化などによって同定値が乱れることのないモータのオンライン慣性モーメント同定ができるモータ制御装置を提供できる。
請求項９および請求項１９に記載の発明によると、モータ回転加速度が小さくなったときでも同定値が乱れることのないモータのオンライン慣性モーメント同定ができるモータ制御装置を提供できる。
【００２９】
請求項２０および請求項２９に記載の発明によると、モータ回転速度に比例した誤差なくモータの慣性モーメント同定ができるモータ制御方法を提供できる。
請求項２１および請求項３０に記載の発明によると、モータ回転速度検出値に高周波の雑音が含まれていても、モータ回転速度に比例した誤差なくモータの慣性モーメント同定ができるモータ制御方法を提供できる。
請求項２２および請求項３１に記載の発明によると、モータ回転速度に比例した誤差なく、同定速度の速いモータのオンライン慣性モーメント同定ができるモータ制御方法を提供できる。
請求項２３乃至請求項２６、および請求項３２乃至３６に記載の発明によると、モータ回転速度検出値に高周波の雑音が含まれていても、モータ回転速度に比例した誤差なく、同定速度の速いモータのオンライン慣性モーメント同定ができるモータ制御方法を提供できる。
請求項２７および請求項３７に記載の発明によると、モータ回転速度が小さくなったときでもクーロン摩擦の変化などによって同定値が乱れることのないモータのオンライン慣性モーメント同定ができるモータ制御方法を提供できる。
請求項２８および請求項３８に記載の発明によると、モータ回転加速度が小さくなったときでも同定値が乱れることのないモータのオンライン慣性モーメント同定ができるモータ制御方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３１】
本発明のモータ制御装置を速度制御に適用したときの構成を図２に示す。図２は、従来のモータ制御装置と同様であるが、同定手段の内容が異なる。図２において、１はモータ制御装置、２は速度制御手段、３は電流制御手段、４は速度生成手段、５は同定手段である。速度制御手段２は指令発生器のモータ回転速度指令とモータ回転速度の速度偏差からトルク指令を生成する。電流制御手段３はトルク指令からモータを駆動する電流を生成する。速度生成手段４はモータに結合された位置検出器７の位置信号を制御時間ごとの位置変化を制御時間で除してモータ回転速度を生成する。また、図３は本発明のモータ制御装置を位置制御に適用したときの構成で、従来のモータ制御装置と同様であるが、同定手段の内容が異なる。図３において、図２の速度制御に比べて位置制御手段１０が付加されている。位置制御手段１０は位置指令と位置の位置偏差から速度指令を生成する。同定手段５は、トルク指令と、回転速度演算部で算出されたモータ回転速度を用いてモータの慣性モーメントと粘性摩擦係数を同定する。本実施例では慣性モーメント同定演算部への入力はトルク指令として記述しているが、モータのトルクＴと電流ｉの関係は式（９）のように１対１の関係で表されるため、慣性モーメント同定演算部の内部に式（９）の関係式を保有しておけば、慣性モーメント同定演算部への入力として、トルク指令の代わりに電流指令や電流測定値を用いることもできる。
【００３２】
【数９】
2006217729.tif 000011
【００３３】
特に直流機や同期機では、式（９）の関係は式（１０）のように単純な比例式で近似できることが多いため変換は容易である。ただしＫＴ  はトルク定数を表す。
【００３４】
【数１０】
2006217729.tif 000012
【００３５】
回転速度演算部での回転速度算出方法は、検出器としてエンコーダを用い、エンコーダカウンタ値の前回値と現在値の差をサンプリング周期で除算して求める方法や、エンコーダパルスの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジの間隔を高速なタイマカウンタで測定して求める方法や、オブザーバにより求める方法などがあり、または検出器としてタコジェネレータなど直接速度を求められるセンサを用いて求める方法もある。
【００３６】
図１は同定手段を詳細に示したブロック図である。慣性モーメントの適応同定演算のために、まずトルク指令の微分相当値ｙ、モータ回転速度の２階微分相当値ｘ１と、モータ回転速度の微分相当値ｘ２を求める。次に、これら３つの値にそれぞれ全く同一のローパスフィルタを適用する。ローパスフィルタはｙ、ｘ１、ｘ２のノイズを除去するために十分な次数に設定すればよく、例えば２次や３次のＦＩＲまたはＩＩＲローパスフィルタを用いればよい。
適応同定演算部で行う演算の詳細を以下に示す。モータの加速度とトルクの関係は式（６）で表される。Ｄω＋Ｃで表される外乱をうまく除去することが慣性モーメント同定のために重要である。式（６）を微分することによりＣを除去する。
【００３７】
【数１１】
2006217729.tif 000013
【００３８】
ここで、
【００３９】
【数１２】
2006217729.tif 000014
【００４０】
とおいて、式（１１）を書き直すと次式のようになる。
【００４１】
【数１３】
2006217729.tif 000015
【００４２】
この関係を用いて慣性モーメントＪと粘性摩擦係数Ｄを同時に適応同定する。検出器にエンコーダを用いたデジタル制御の場合、微分は例えばオイラーの前進差分近似により算出すればよい。ｙ、ｘ１、ｘ２の算出には差分が多く用いられるためノイズを多く含む。そのため、ローパスフィルタを適用してノイズを除去する。適用するフィルタをｙ、ｘ１、ｘ２で全く同じものとすることで式（１１）の等式関係が保たれる。この場合のは式（１４）で表される。ただし、ＬＰＦはローパスフィルタ演算を表す。
【００４３】
【数１４】
2006217729.tif 000016
【００４４】
適応同定演算は様々な方法が考案されているが、例えば以下の固定トレース法による適応同定式を用いることができる。ただし、γ０は定数で、適当に調整する。γ０が小さいほど同定速度は速くなるが、同定値の変動が大きくなる。例えばγ０＝１×１０−８とすればよい。ｋは初期値１の整数で、同定周期ごとに１ずつ増える。
【００４５】
【数１５】
2006217729.tif 000017
【００４６】
【数１６】
2006217729.tif 000018
【００４７】
【数１７】
2006217729.tif 000019
【００４８】
【数１８】
2006217729.tif 000020
【００４９】
【数１９】
2006217729.tif 000021
【００５０】
この演算を適応同定の周期ごとに繰り返すことにより、慣性モーメント同定値Ｊ＾と粘性摩擦係数同定値Ｄ＾は真値に近づいていく。適応同定の周期はモータの制御周期と同じでなくてもよく、たとえばモータ制御周期の１０倍とすればよい。本発明の方法が従来と異なる部分は、一定外乱を表す式（２）のＣを微分により除去し、粘性摩擦係数Ｄについては慣性モーメントＪと同時に適応同定する点である。
【００５１】
上述の適応同定式は以下のような固定トレース法の一般式から導出したものである。出力ｙ（ｉ）が次（２０）で与えられるシステムを考える。
【００５２】
【数２０】
2006217729.tif 000022
【００５３】
ただし、
2006217729.tif 000023
は推定したいパラメータベクトル、
2006217729.tif 000024
は入手可能な信号ベクトル、ｗは平均値０のノイズを表す。このとき以下の固定トレース法の一般式によりθ＾を適応同定できることが知られている。
【００５４】
【数２１】
2006217729.tif 000025
【００５５】
【数２２】
2006217729.tif 000026
【００５６】
【数２３】
2006217729.tif 000027
【００５７】
【数２４】
2006217729.tif 000028
【００５８】
式（２０）から式（２３）で、θ＝[Ｊ、Ｄ]Ｔ、ξ＝[ｘ１、ｘ２]Ｔとおくことにより式（１４）から式（１９）の同定式が得られる。
【００５９】
適応同定の適応則として、固定トレース法以外に逐次形最小二乗法、重みつき逐次形最小二乗法を用いてもよい。
【実施例２】
【００６０】
以下では、最小二乗法を用いた慣性モーメントおよび粘性摩擦係数の導出方法について述べる。最小二乗法を用いた方法では、実施例１と同様に式（１１）の関係を用いて慣性モーメントＪと粘性摩擦係数Ｄを同時に同定する。ただし、ｙ、ｘ１、ｘ２はサンプリング周期ごとのデータを同定演算装置のメモリに保存していく。データ個数が多いほど同定値の信頼性は上がる。あらかじめ設定したＮ個分のデータが得られた後、次の式により慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を同定する。
【００６１】
【数２５】
2006217729.tif 000029
【００６２】
本発明が従来と異なる部分は、一定外乱を表す式（７）のＣを微分により除去し、粘性摩擦係数Ｄについては慣性モーメントＪと同時に最小二乗法で同定する点である。
【実施例３】
【００６３】
ここでは、実施例１の方法に、速度閾値によるデータ取捨選択機能を追加した場合の例を示す。式（２）の一定外乱Ｃとして、図４で示したようなクーロン摩擦が含まれる場合、モータ回転速度が０をまたぐときにＣの値は急激に変化するため、このときは式（２）の微分をとっても一定外乱を消去できない。そこで、速度閾値を設定し、閾値よりモータ回転速度が小さいときには同定を行わず、前回値を保持するようなデータ取捨選択機能を設ける。これにより、クーロン摩擦があっても慣性モーメントおよび粘性摩擦係数を正しく同定することができる。また、加速度が小さいときのデータはそもそも同定に適さないため、これを捨てることにより同定精度を上げることができるため、加速度についても同様に閾値を設定し、閾値よりモータ回転加速度が小さいときには同定を行わないようにすることで同定精度を上げることができる。
【００６４】
このように、一定外乱を微分により消去し、回転速度に比例した粘性摩擦を考慮して慣性モーメントを同定するため、モータ回転速度に比例した誤差がなく、同定速度の速い慣性モーメントのオンライン同定ができるのである。また、同時に粘性摩擦係数も同定できる。
【００６５】
図７は本発明のモータ制御方法で、慣性モーメントと粘性摩擦係数を同定するフローチャートである。図７において、ステップＳＴ１では、モータ回転速度を微分し第１モータ回転加速度を生成する。次にステップＳＴ２では、モータ回転加速度を微分して第１モータ回転躍度を生成する。次にステップＳＴ３では、トルク指令から第１トルク指令微分値を生成する。次にステップＳＴ４では、モータ回転躍度をフィルタして第２モータ回転躍度を生成する。次にステップＳＴ５では、モータ回転加速度をフィルタして第２モータ回転加速度を生成する。次にステップＳＴ６では、トルク指令微分値をフィルタして第２トルク指令微分値を生成する。次にステップＳＴ７では、第２モータ回転躍度と第２モータ回転加速度と第２トルク指令微分値から慣性モーメントと粘性摩擦係数を同定するという手順で同定する。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
速度に比例した粘性摩擦を考慮して慣性モーメントを同定するため、モータ回転速度に比例した誤差がなく、同定速度の速い慣性モーメントのオンライン同定ができ、サーボモータや産業用ロボットのオンライン慣性モーメント同定と、その同定値を用いた制御パラメータのオートチューニングという用途にも適用できる。また、同時に粘性摩擦係数も同定できるため、モデルとして用いることができ、フィードフォワード制御の性能改善にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の速度制御の構成を示すブロック図
【図２】本発明の構成の詳細を示すブロック図
【図３】本発明の位置制御の構成を示すブロック図
【図４】クーロン摩擦の概念を表すグラフ
【図５】従来の推定外乱代入型適応同定演算部の詳細を示すブロック図
【図６】従来の最小二乗同定演算部の詳細を示すブロック図
【図７】本発明の方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【００６８】
１  モータ制御装置
２  速度制御手段
３  電流制御手段
４  速度生成手段
５  同定手段
６  モータ
７  検出器
８  機械系
９  指令発生器
１１  第１の微分器
１２  第２の微分器
１３  第３の微分機
１４  第１のフィルタ手段
１５  第２のフィルタ手段
１６  第３のフィルタ手段
１７  適応同定手段
【図１】
2006217729.tif 000034
【図２】
2006217729.tif 000035
【図３】
2006217729.tif 000036
【図４】
2006217729.tif 000037
【図５】
2006217729.tif 000038
【図６】
2006217729.tif 000039
【図７】
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