(57)【要約】【課題】  速度に依存する粘性摩擦と速度の方向に依存するクーロン摩擦に分離して、粘性摩擦係数、クーロン摩擦係数、および、一定外乱トルクをリアルタイムで同定を行うことができるようにする。【解決手段】    速度指令Ｖrefを出力する指令発生部１１と、モータ速度を制御する速度制御部１２と、摩擦を全て速度に比例した粘性摩擦として粘性摩擦係数Ｄ’から算出する全摩擦算出部１３と、クーロン摩擦同定部１４と、粘性摩擦同定部１５と、同定したクーロン摩擦と粘性摩擦と一定外乱を表示する摩擦表示部１６を備える。  【選択図】図１
2006020487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度指令Ｖrefを出力する指令発生部（１１）と、前記速度指令Ｖrefと実際のモータ速度Ｖfbが一致するようにトルク指令Ｔrefを決定して該トルク指令によりモータ速度を制御する速度制御部（１２）と、を備えた機械定数同定装置において、
前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔrefを用いて、摩擦を全て速度に比例した粘性摩擦として粘性摩擦係数Ｄ’を算出し、前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔrefを用いて、一定外乱トルクＴｄを同定する全摩擦算出部（１３）と
速度の方向に依存するクーロン摩擦定数Ｃを同定するクーロン摩擦同定部（１４）と、
クーロン摩擦同定部の同定結果であるクーロン摩擦定数Ｃを用いて、粘性摩擦係数Ｄを同定する粘性摩擦同定部（１５）と、
を備えたことを特徴とする機械定数同定装置。
【請求項２】
前記全摩擦算出部（１３）は
前記モータ速度Ｖfbが停止したことを判定し、判定信号を出力する速度判定部（３０）と、前記判定信号の信号状態により、前記トルク指令Ｔrefを時間積算して、時間積算値を出力する時間積算部（３１）と、前記時間積算値を加算時間で除算し、一定外乱同定値を出力する除算器（３２）と、前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔrefを用いて、摩擦を全て速度に比例した粘性摩擦として粘性摩擦係数Ｄ’を算出する全摩擦同定部（３３）と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の機械定数同定装置。
【請求項３】
前記クーロン摩擦同定部（１４）は
粘性摩擦係数Ｄ’とモータ速度Ｖfbを乗算して粘性摩擦係数Ｄ’の粘性摩擦トルクを算出する乗算器(２０）と、
前記粘性摩擦トルクを入力すると所定の区間［a,b］で時間積算して時間積分値Ａを出力する時間積算部（２１）と、
前記モータ速度Ｖfbを入力すると加速時間と減速時間を計測してその和を算出する加速・減速時間測定部（２２）と、
トルク指令Ｔrefから一定外乱トルクＴｄを減算した値を入力すると所定の区間［a,b］で時間積算して時間積分値Ｂを出力する時間積算部（２３）と、
前記時間積算値Ａ、Ｂと前記加速・減速時間の和を入力すると（１）式によってクーロン摩擦Ｃを算出するクーロン摩擦算出部（２４）と
からなることを特徴とする請求項１に記載の機械定数同定装置。
Ｃ＝２×（時間積算値Ａ−時間積算値Ｂ）／（加速・減速時間の和）    （１）
【請求項４】
前記粘性摩擦同定部（１５）は、
トルク指令Ｔrefとクーロン摩擦Ｃと一定外乱トルクＴｄを入力して減算する減算器（２５）と、
その減算結果とモータ速度Ｖfbから（２）式に従って粘性摩擦係数Ｄを算出する粘性摩擦算出部（２６）と
からなることを特徴とする請求項１に記載の機械定数同定装置。
Ｄ＝∫（Ｖfb×（減算器出力））ｄｔ／∫（Ｖfb２）ｄｔ                （２）
【請求項５】
速度指令Ｖrefを出力する指令発生部（１１）と、前記速度指令Ｖrefと実際のモータ速度Ｖfbが一致するようにトルク指令Ｔrefを決定して該トルク指令によりモータ速度を制御する速度制御部（１２）と、を備えた機械定数同定装置において、
前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔrefを用いて、摩擦を全て速度に比例した粘性摩擦として粘性摩擦係数Ｄ’を算出し、前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔrefを用いて、一定外乱トルクＴｄを同定する全摩擦算出部（１３）と
前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔrefを用いて、速度の方向に依存するクーロン摩擦定数Ｃを同定するクーロン摩擦同定部（１４）と、
前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔref、前記クーロン摩擦定数Ｃを用いて、粘性摩擦係数Ｄを同定する粘性摩擦同定部（１５）と、
モータモデルからモデル速度Ｖfb’を推定してモータ速度Ｖfbと一致するように速度制御し、モデルトルク指令Ｔref’とモデル速度Ｖfb’を出力する推定部（１７）と、
トルク指令Ｔrefとクーロン摩擦Ｃ、粘性摩擦係数Ｄ、モータ速度Ｖfb、モデルトルク指令Ｔref’、モデル速度Ｖfb’を入力すると、モータとモータモデルの慣性モーメント比Ｊ／Ｊ’を求めて出力する慣性モーメント同定部（１８）と、
この慣性モーメント比Ｊ／Ｊ’を受けると、所定のフィルタに通して速度制御部の制御ゲインを決定する調整部（１９）と
を備えたことを特徴とする機械定数同定装置。
【請求項６】
速度指令Ｖrefを出力する指令発生部（１１）と、前記速度指令Ｖrefと実際のモータ速度Ｖfbが一致するようにトルク指令Ｔrefを決定して該トルク指令によりモータ速度を制御する速度制御部（１２）とを備えたモータ制御装置において、
摩擦が全て速度に比例する粘性摩擦であるとして前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔrefを用いて粘性摩擦係数Ｄ’を算出し、前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔrefを用いて一定外乱トルクＴｄを同定し、速度の方向に依存するクーロン摩擦定数Ｃを同定し、前記クーロン摩擦定数Ｃを用いて粘性摩擦係数Ｄを同定することを特徴とする機械定数同定方法。
【請求項７】
前記一定外乱トルクＴｄは、前記モータ速度Ｖfbが停止したことを判定してその判定状態によって前記トルク指令Ｔrefを時間積算し、その時間積算値を加算時間で除算して求められることを特徴とする請求項６に記載の機械定数同定方法。
【請求項８】
前記クーロン摩擦Ｃは、粘性摩擦係数Ｄ’と前記モータ速度Ｖfbを乗じてから所定区間［a,b］で時間積算して時間積分値Ｂを求め、前記モータ速度Ｖfbの加速時間と減速時間を計測してその和を求め、前記トルク指令Ｔrefから一定外乱トルクＴｄを減じてから所定区間［a,b］で時間積算して時間積分値Ａを求め、前記時間積算値Ａ、Ｂと前記加速・減速時間の和を用いて（３）式によって算出されることを特徴とする請求項６に記載の機械定数同定方法。
Ｃ＝２×（時間積算値Ａ−時間積算値Ｂ）／（加速・減速時間の和）  （３）
【請求項９】
前記粘性摩擦係数Ｄは、トルク指令Ｔrefからクーロン摩擦Ｃと一定外乱トルクＴｄを減算し、その減算結果とモータ速度Ｖfbから（４）式に従って算出されることを特徴とする請求項６に記載の機械定数同定方法。
Ｄ＝∫（Ｖfb×（減算器出力））ｄｔ／∫（Ｖfb２）ｄｔ             （４）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボットや工作機械等を制御する制御装置に関し、特に機械の摩擦係数と定数をオンラインで同定する機能を備え、機械の動作中に負荷の慣性モーメントが変動しても慣性モーメントをオンラインで同定することができる機械定数同定装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来の制御定数同定装置の１つについて説明する。その制御定数同定装置は、入力された速度指令と実際のモータ速度が一致するようにトルク指令を決定してモータ速度を制御する速度制御部と、モータ速度にモデルの速度が一致するように速度制御部をシミュレートする推定部と、トルク指令を所定のハイパスフィルタに通して絶対値をとった後に所定の区間で時間積分した値と、推定部のモデルトルク指令を所定のハイパスフィルタに通して絶対値をとった後に同じ区間で時間積分した値との比から慣性モーメントを同定する同定部とを備えることによって、速度制御部内のモータ速度と推定部内のモデルの速度がゼロでない値で一致する場合にのみ、同定部内で慣性モーメントを同定するというものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この制御定数同定装置を、図を用いて説明すると次のようになる。図１２は特許文献１に開示された制御定数調整装置のブロック図であり、この装置が指令発生部１１と速度制御部１２、推定部１７、同定部１８、調整部１９から成っていることが示されている。また、図では省略しているが、速度制御部１２が駆動するモータには負荷ＪLが取り付けられており、検出器によって実際のモータ速度Ｖfbが検出されるようになっている。
指令発生部１１が目標とする速度指令Ｖrefを速度制御部１２に出力すると、速度制御部１２はモータ速度Ｖfbが速度指令Ｖrefに一致するように速度制御をし、トルク指令Ｔrefとモータ速度Ｖfbを同定部１８に出力してモータ速度Ｖfbとフィードフォワード信号ＦＦaを推定部１７に出力する。
推定部１７は、モータ速度Ｖfbとフィードフォワード信号ＦＦaを入力するとモータモデルを用いてモデル速度Ｖfb’を推定するとともに、モデル速度Ｖfb’がモータ速度Ｖfbに一致するように速度制御をしてモデルトルク指令Ｔref’とモデル速度Ｖfb’を同定部１８に出力する。
同定部１８は入力したトルク指令Ｔrefとモータ速度Ｖfb、モデルトルク指令Ｔref’、モデル速度Ｖfb’を用いてモータの慣性モーメントとモータモデルの慣性モーメントの比Ｊ／Ｊ’を求め、その比Ｊ／Ｊ’を調整部１９に出力する。
調整部１９はこの比Ｊ／Ｊ’を所定のフィルタに通した後の値に基づいて速度制御部１２の比例ゲインＫvと積分ゲインＫiを決定しており、速度制御部１２の積分器の値を調節することによって慣性モーメントが変動しても正常に動作することができるようになっている。
【０００４】
図１３は速度制御部１２と推定部１７、同定部１８の内部構成を詳細に記載したブロック図である。前記のように、速度制御部１２が速度指令Ｖrefを入力すると実際のモータ速度Ｖfbがこの速度指令Ｖrefに一致するように速度制御をする。速度制御の形態はＰＩ（比例積分）制御でもＩＰ（積分比例）制御のいずれでもよく、速度制御部１２と推定部１７の中にあるαを１に設定すればＰＩ制御となり、０に設定すればＩＰ制御となる。
速度制御部１２は、モータ速度Ｖfbとフィードフォワード信号ＦＦaを推定部１７に出力し、トルク指令Ｔrefとモータ速度Ｖfbを同定部１８に出力する。
推定部１７は、モータ速度Ｖfbとフィードフォワード信号ＦＦaを入力すると、モータ速度Ｖfbを指令としてモデル速度Ｖfb’がモータ速度Ｖfbに一致するように速度制御し、モデルトルク指令Ｔref’でモータモデル（１／Ｊ’ｓ）を駆動する。なお、ここで、モータモデルの慣性モーメント値Ｊ’は既知の値であり、モータモデルからモデル速度Ｖfb’が出力されているものとする。
【０００５】
推定部１７は、モデルトルク指令Ｔref’とモデル速度Ｖfb’を同定部１８に出力する。なお、推定部１７内の比例ゲインＫv’と積分時定数Ｔi’は速度制御器１２内の比例ゲインＫvと積分時定数Ｔiと同じ値が望ましい。
同定部１８は、トルク指令Ｔrefと速度Ｖfb、モデルトルク指令Ｔref’、モデル速度Ｖfb’を入力すると、それぞれ時定数Ｔkのハイパスフィルタを通して絶対値をとる。
このハイパスフィルタは、トルク指令に時定数Ｔkのローパスフィルタを通した値をトルク指令Ｔrefから減じて実現されており、推定部をなしている。そして、ハイパスフィルタの各出力の絶対値｜ＦＴｒ｜、｜ＦＴｒ’｜をとって所定区間［a,b］の時間積分をとり慣性モーメントＪを演算している。
速度制御部１２の速度比例積分項をフィードフォワード信号として推定部１７に入力すれば、ハイパスフィルタで除去できなかった外乱成分の影響を抑えることができようになる。
このように、従来の制御定数調整装置は、任意の速度指令でもモデルトルク指令Ｔref’をリアルタイムで同定することができるため、負荷の慣性モーメントが時々刻々に変化するような場合であっても負荷の慣性モーメントを正確に同定することができるのである。
次に従来の制御定数同定装置を用いてシミュレーションしたのでその結果を図１４に示す。この例ではモータにモータ回転子慣性モーメントの５倍の剛体負荷をつけている。図からわかるようにシミュレーションの結果によると、慣性モーメントは真値に対して約４倍の値（24.4×10ｅ-5kgm２）となっている。
【特許文献１】特開２００４−１２９４８１（図１、図８参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された機械定数同定装置は、摩擦の大きい場合や一定外乱トルクが大きい場合は慣性モーメントを正しく同定することができず、場合によっては慣性モーメントの誤同定によって制御系が発振という問題を抱えていた。
そこで、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、摩擦を速度に依存する粘性摩擦と速度の方向に依存するクーロン摩擦に分離して、その係数・定数を同定することができるとともに、リアルタイムで確実に慣性モーメントの同定を行うことができる機械定数同定装置および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】
【０００７】
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、速度指令Ｖrefを出力する指令発生部と、前記速度指令Ｖrefと実際のモータ速度Ｖfbが一致するようにトルク指令Ｔrefを決定して該トルク指令によりモータ速度を制御する速度制御部と、を備えた機械定数同定装置において、前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔrefを用いて、摩擦を全て速度に比例した粘性摩擦として粘性摩擦係数Ｄ’を算出し、前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔrefを用いて、一定外乱トルクＴｄを同定する全摩擦算出部と、速度の方向に依存するクーロン摩擦定数Ｃを同定するクーロン摩擦同定部と、クーロン摩擦同定部の同定結果であるクーロン摩擦定数Ｃを用いて、粘性摩擦係数Ｄを同定する粘性摩擦同定部とを備えたことを特徴としている。
また請求項２に記載の発明は、前期全摩擦算出部は  前記モータ速度Ｖfbが停止したことを判定し、判定信号を出力する速度判定部と、前記判定信号の信号状態により、前記トルク指令Ｔrefを時間積算して、時間積算値を出力する時間積算部と、前記時間積算値を加算時間で除算し、一定外乱同定値を出力する除算器と、前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔrefを用いて、摩擦を全て速度に比例した粘性摩擦として粘性摩擦係数Ｄ’を算出する全摩擦同定部とを備えたことを特徴としている。
また請求項３に記載の発明は、前記クーロン摩擦同定部は粘性摩擦係数Ｄ’とモータ速度Ｖfbを乗算して粘性摩擦係数Ｄ’の粘性摩擦トルクを算出する乗算器(２０)と、前記粘性摩擦トルクを入力すると所定の区間［a,b］で時間積算して時間積分値Ａを出力する時間積算部（２１）と、前記モータ速度Ｖfbを入力すると加速時間と減速時間を計測してその和を算出する加速・減速時間測定部（２２）と、トルク指令Ｔrefから一定外乱トルクＴｄを減算した値を入力すると所定の区間［a,b］で時間積算して時間積分値Ｂを出力する時間積算部（２３）と、前記時間積算値Ａ、Ｂと前記加速・減速時間の和を入力すると（３）式によってクーロン摩擦Ｃを算出するクーロン摩擦算出部（２４）とからなることを特徴としている。
Ｃ＝２×（時間積算値Ａ−時間積算値Ｂ）／（加速・減速時間の和）    （３）
また請求項４に記載の発明は、前記粘性摩擦同定部は、トルク指令Ｔrefとクーロン摩擦Ｃと一定外乱トルクＴｄを入力して減算する減算器と、その減算結果とモータ速度Ｖfbから（４）式に従って粘性摩擦係数Ｄを算出する粘性摩擦算出部とからなることを特徴としている。
Ｄ＝∫（Ｖfb×（減算器出力））ｄｔ／∫（Ｖfb２）ｄｔ                （４）
また請求項５に記載の発明は、速度指令Ｖrefを出力する指令発生部（１１）と、前記速度指令Ｖrefと実際のモータ速度Ｖfbが一致するようにトルク指令Ｔrefを決定して該トルク指令によりモータ速度を制御する速度制御部と、を備えた機械定数同定装置において、前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔrefを用いて、摩擦を全て速度に比例した粘性摩擦として粘性摩擦係数Ｄ’算出し、前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔrefを用いて、一定外乱トルクＴｄを同定する全摩擦算出部と、前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔrefを用いて、速度の方向に依存するクーロン摩擦定数Ｃを同定するクーロン摩擦同定部と、前記モータ速度Ｖfbと前記トルク指令Ｔref、前記クーロン摩擦定数Ｃを用いて、粘性摩擦係数Ｄを同定する粘性摩擦同定部と、モータモデルからモデル速度Ｖfb’を推定してモータ速度Ｖfbと一致するように速度制御し、モデルトルク指令Ｔref’とモデル速度Ｖfb’を出力する推定部と、トルク指令Ｔrefとクーロン摩擦Ｃ、粘性摩擦係数Ｄ、モータ速度Ｖfb、モデルトルク指令Ｔref’、モデル速度Ｖfb’を入力すると、モータとモータモデルの慣性モーメント比Ｊ／Ｊ’を求めて出力する慣性モーメント同定部と、この慣性モーメント比Ｊ／Ｊ’を受けると、所定のフィルタに通して速度制御部の制御ゲインを決定する調整部とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１及び６に記載の発明によると、速度に依存する粘性摩擦と速度の方向に依存するクーロン摩擦に分離して、その係数・定数を同定することができる。
また、請求項２及び７に記載の発明によると、一定外乱トルクを同定することができ、モニタすることができる。
また、請求項３及び８に記載の発明によると、速度の方向に依存するクーロン摩擦と速度に依存する粘性摩擦を同定することができ、モニタすることができる。
また、請求項４及び９に記載の発明によると、速度の方向に依存するクーロン摩擦を独立に同定することができる。
また、請求項５に記載の発明によると、速度に依存する粘性摩擦と速度の方向に依存するクーロン摩擦に分離して、その係数・定数を同定することができ、リアルタイムで慣性モーメントの同定を確実に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の機械定数同定装置のブロック図である。図において、指令発生部１１が速度指令Ｖrefを速度制御部１２に出力すると、速度制御部１２はモータ速度Ｖfbを全摩擦算出部１３とクーロン摩擦同定部１４、粘性摩擦同定部１５へ出力し、トルク指令Ｔrefを全摩擦算出部１３とクーロン摩擦同定部１４、粘性摩擦同定部１５に出力する。全摩擦算出部１３は摩擦をモータ速度Ｖfbに比例する粘性摩擦に換算した場合の粘性摩擦係数Ｄ’を求めてクーロン摩擦同定部１４と摩擦表示部１６へ出力し、一定外乱同定値Ｔｄを求めてクーロン摩擦同定部１４と粘性摩擦同定部１５、摩擦表示部１６へ出力する。クーロン摩擦同定部１４は粘性摩擦係数Ｄ’と一定外乱同定値Ｔｄ、モータ速度Ｖfb、トルク指令Ｔrefを入力するとクーロン摩擦Ｃを算出して粘性摩擦同定部１５と摩擦表示部１６へ出力する。粘性摩擦同定部１５はクーロン摩擦Ｃと一定外乱同定値Ｔｄ、モータ速度Ｖfb、トルク指令Ｔrefを入力すると粘性摩擦係数Ｄを算出して摩擦表示部１６へ出力する。摩擦表示部１６は機械のクーロン摩擦Ｃと粘性摩擦係数Ｄまたは粘性摩擦係数Ｄ×モータ速度Ｖfbの粘性摩擦トルクと一定外乱トルクＴｄをモニタする。
【００１１】
次に図２を用いて全摩擦算出部１３の動作を説明する。速度判定部３０は、モータ速度Ｖfbを入力し、モータが停止したことを判定すると、判定信号を出力する。時間積算部３１は、速度判定部３０の判定信号の状態に応じて、トルク指令Ｔrefを時間積算し、時間積算値を出力する。除算器３２は、その時間積算値を加算時間で除算し、一定外乱同定値Ｔｄを出力する。全摩擦同定部３３はモータ速度Ｖfbとトルク指令Ｔrefから粘性摩擦係数Ｄ’を求めて出力する。
次に図３を用いてクーロン摩擦同定部１４の動作を説明する。減算器２７は、速度制御部１２が出力するトルク指令Ｔrefから一定外乱同定値Ｔｄを減算し、求めた減算値を出力する。時間積算部２３は、その減算値を入力し、所定の区間［a,b］で時間積算して時間積分値Ａを出力する。乗算器２０は全摩擦算出部１３が出力する粘性摩擦係数Ｄ’と速度制御部１２が出力するモータ速度Ｖfbを入力して乗算し、粘性摩擦係数Ｄ’の粘性摩擦トルクを算出する。時間積算部２１はその粘性摩擦トルクを入力すると所定の区間［a,b］で時間積算して時間積分値Ｂを出力する。加速・減速時間測定部２２はモータ速度Ｖfbを入力すると加速時間と減速時間を計測してその和を算出する。クーロン摩擦算出部２４は、時間積算部２３、２１の時間積算値Ａ、Ｂと加速・減速時間の和を入力すると（５）式によってクーロン摩擦Ｃを算出する。
Ｃ＝２×（時間積算値Ａ−時間積算値Ｂ）／（加速・減速時間の和）    （５）
【００１２】
ここで（５）式でクーロン摩擦Ｃを同定することができる理由を図４〜図７を用いて説明する。図４は区間[a,b]でモータを加減速したときのタイムチャートである。この図に示すように、あるモータ速度Ｖfbで回転しているときのトルク指令Ｔrefを区間[a,b]で積算すると速度指令Ｖrefの指令加速度で発生するトルク指令をキャンセルすることができるので、時間積算値Ａは区間[a,b]の面積ということから摩擦トルクを求めることができるということになる。全摩擦算出部１３の出力となっている粘性摩擦係数Ｄ’は、図５のようにモータ速度に比例した粘性摩擦係数であるため、モータ速度Ｖfbで回転しているときの粘性摩擦トルクと区間[a,b]の時間積算値Ｂ（面積）は図６のようになる。ここで、時間積算値Ｂから時間積算値Ａを減算すると図７の斜線部が示すようになり、粘性摩擦係数Ｄ’と実際のクーロン摩擦Ｃ、粘性摩擦係数Ｄの誤差を算出することができる。この誤差は加速時間と減速時間の和の時間積算値となり、時間積算値Ｂから時間積算値Ａを減算した値を加速時間と減速時間の和で除算して平均値を算出する。この平均値は、クーロン摩擦Ｃの半分になるため２倍するとクーロン摩擦Ｃとなる。
次に、粘性摩擦同定部１５の動作について図８のブロック図を用いて説明する。減算器２５はトルク指令Ｔrefから一定外乱同定値Ｔｄとクーロン摩擦Ｃを減算してその減算結果を出力する。粘性摩擦算出部２６がその減算結果とモータ速度Ｖfbを入力すると（６）式に従って粘性摩擦係数Ｄを算出する。
Ｄ＝∫（Ｖfb×（減算器出力））ｄｔ／∫（Ｖfb２）ｄｔ                （６）
【００１３】
ここで（６）式で粘性摩擦係数Ｄを同定することができる理由を図５を用いて説明する。区間[a,b]で求めたクーロン摩擦Ｃは図５における切片となる。この切片に相当する値を実際のトルク指令から減算することにより、全摩擦算出部１３と同じ方法で一般的な摩擦モデルである粘性摩擦係数Ｄを求めることができる。
ただし、クーロン摩擦Ｃと粘性摩擦係数Ｄは全粘性摩擦係数Ｄ’が算出されなければ導出することができないため、１回も速度指令によって動作させなければクーロン摩擦Ｃと粘性摩擦係数Ｄが更新されることはない。そのため、１回目の速度指令では粘性摩擦係数Ｄを全粘性摩擦係数Ｄ’と同じにしている。
【実施例２】
【００１４】
図９は本発明の機械定数同定装置の第２実施例の構成を示すブロック図である。
図において、指令発生部１１は速度指令Ｖrefを速度制御部１２に出力している。速度制御部１２は、入力された速度指令Ｖrefにモータ速度Ｖfbが一致するように速度制御をして、トルク指令Ｔrefを全摩擦算出部１３とクーロン摩擦同定部１４、粘性摩擦同定部１５、慣性モーメント同定部１８に出力するとともに、モータ速度Ｖfbを全摩擦算出部１３とクーロン摩擦同定部１４、粘性摩擦同定部１５、推定部１７、慣性モーメント同定部１８に出力する。第１実施例と同様に全摩擦算出部１３は、摩擦をモータ速度Ｖfbに比例した粘性摩擦に換算した場合の粘性摩擦係数Ｄ’を求めてクーロン摩擦同定部１４に出力し、一定外乱同定値Ｔｄを求めてクーロン摩擦同定部１４と粘性摩擦同定部１５、慣性モーメント同定部１８に出力する。クーロン摩擦同定部１４は、粘性摩擦係数Ｄ’と一定外乱同定値Ｔｄ、モータ速度Ｖfb、トルク指令Ｔrefからクーロン摩擦Ｃを算出し、粘性摩擦同定部１５と慣性モーメント同定部１８へ出力する。粘性摩擦同定部１５はクーロン摩擦Ｃと一定外乱同定値Ｔｄ、モータ速度Ｖfb、トルク指令Ｔrefから粘性摩擦係数Ｄを算出して慣性モーメント同定部１８へ出力する。推定部１７はモータ速度Ｖfbを入力すると、モータモデルからモデル速度Ｖfb’を推定してモータ速度Ｖfbと一致するように速度制御をし、モデルトルク指令Ｔref’とモデル速度Ｖfb’を慣性モーメント同定部１８に出力する。慣性モーメント同定部１８はトルク指令Ｔrefとクーロン摩擦Ｃ、粘性摩擦係数Ｄ、一定外乱同定値Ｔｄ、モータ速度Ｖfb、モデルトルク指令Ｔref’、モデル速度Ｖfb’を入力すると、モータとモータモデルの慣性モーメント比Ｊ／Ｊ’を求め、その慣性モーメント比Ｊ／Ｊ’を調整部１９に出力する。調整部１９は、この慣性モーメント比Ｊ／Ｊ’を受け取り、所定のフィルタに通した値に基づいて、速度制御部１２内の制御ゲインを決定する。
次に図１０を用いて、慣性モーメント同定部１８の動作について説明する。粘性摩擦同定部１５が出力する粘性摩擦係数Ｄと速度制御部１２が出力するモータ速度Ｖfbを入力すると、これらを乗じて粘性摩擦トルクを求め、続いて速度制御部１２が出力するトルク指令Ｔrefからその粘性摩擦トルクが減算され、更に全摩擦算出部１３が出力する一定外乱同定値Ｔｄも減算され、更にクーロン摩擦同定部１４が出力するクーロン摩擦Ｃも減算される。こうして摩擦トルクを減算したトルク指令と、モータ速度Ｖfb、モデルトルク指令Ｔref’、モデル速度Ｖfb’とを用いてモータとモータモデルの慣性モーメント比Ｊ／Ｊ’を求める。
【００１５】
次に実施例１と実施例２の機械定数調整装置を用いてシミュレーションをしたのでその結果を図１１に示す。この例ではモータにモータ回転子慣性モーメントの５倍の剛体負荷をつけた場合の検証実験結果について説明する。図１１（ａ）は、同定された一定外乱Ｔｄ[Nm]を表しており、破線１が一定外乱の真値（計算値＝0.02[Nm]）である。（ｃ）は同定された粘性摩擦係数Ｄ[×10e-3Nms/rad]を表しており、破線３が粘性摩擦係数の真値（計算値＝5×10ｅ-2Nms/rad）である。（ｂ）は同定されたクーロン摩擦Ｃ[Nm]を表しており、破線２がクーロン摩擦の真値（計算値＝0.01[Nm]）である。（ｅ）は同定された慣性モーメント値J(×10ｅ-5kgm２)を表しており、破線４が慣性モーメントの真値（計算値＝5.8×10ｅ-5kgm２）である。これらの図から一定外乱Ｔｄと粘性摩擦係数Ｄ、クーロン摩擦Ｃ、慣性モーメントは全てほぼ真値を示していることがわかる。  このように、本発明の実施例からわかるように、本発明によれば、速度に依存する粘性摩擦と速度の方向に依存するクーロン摩擦に分離して、その係数・定数を同定することができ、リアルタイムで慣性モーメントの同定を確実に行うことができる。また、クーロン摩擦Ｃ、粘性摩擦係数Ｄ、一定外乱Ｔｄを同定することによって、パソコンなどを通して、自動的に機械モデルを構築することができる。更に、同定した一定外乱Ｔｄ、クーロン摩擦Ｃ、粘性摩擦係数Ｄ、粘性摩擦係数Ｄ×モータ速度Ｖfbの粘性摩擦トルクを監視することにより、異常な値が同定された場合には故障と判断することができ、故障診断にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
一定外乱、粘性摩擦とクーロン摩擦を同定することによって経年変化で摩擦が変わった場合でも慣性モーメントを含む機械定数を精度よく同定することができ、また一定外乱、粘性摩擦とクーロン摩擦を同定してモニタすることによって故障診断ができるので、装置が動作することによって慣性モーメントが変化するようなロボットやウェハ搬送装置という用途に適用することができる。また、搬送物の慣性モーメントが変化するようなベルト・ボールネジにより駆動される搬送装置や半導体露光装置という用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施例の機械定数同定装置のブロック図
【図２】全摩擦同定部の構成を示すブロック図
【図３】クーロン摩擦同定部の構成を示すブロック図
【図４】クーロン摩擦同定部の動作説明図
【図５】全粘性摩擦同定結果の説明図
【図６】クーロン摩擦同定部の動作説明図
【図７】クーロン摩擦同定部の動作説明図
【図８】粘性摩擦同定部の動作を説明するブロック図
【図９】第２実施例の機械定数同定装置のブロック図
【図１０】第２実施例の機械定数同定装置の詳細なブロック図
【図１１】第１、第２実施例のシミュレーション図
【図１２】従来の機械定数同定装置のブロック図
【図１３】従来の機械定数同定装置の詳細なブロック図
【図１４】従来の機械定数同定装置のシミュレーション図
【符号の説明】
【００１８】
１１  指令発生部、          １２  速度制御部、          １３  全摩擦算出部、
１４  クーロン摩擦同定部、  １５  粘性摩擦同定部、      １６  摩擦表示部、
１７  推定部、              １８  慣性モーメント同定部、１９  調整部、
２０  乗算器、              ２１、２３  時間積算部、
２２  加速・減速時間計測部、２４  クーロン摩擦算出部、  ２５  減算器、
２６  粘性摩擦算出部        ２７  減算器                ３０  速度判定部
３１  時間積算部            ３２  除算器                ３３  全摩擦同定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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