(57)【要約】【課題】制御パラメータ調整を簡単正確にでき、振動しない高応答で高精度なモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ速度検出信号Ｖｆｂと閾値を比較しＯＮまたはＯＦＦの演算実行フラグ信号を出力する演算実行フラグ作成部１８と、演算実行フラグ信号がＯＦＦからＯＮになる時のトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｏｌｄを保持し、トルク指令ＴｒｅｆからＴｒｅｆ＿ｏｌｄを減算したトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗを出力するトルク指令変換部２２と、モータ速度検出信号Ｖｆｂ及びトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗから、モータ回転子イナーシャの値及びモータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値をモータの回転軸に換算した値を合計したイナーシャ合計値Ｊと粘性摩擦係数Ｄを算出する制御定数同定部１９を備えた。【選択図】図１
2006197778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度指令Ｖｒｅｆを生成する速度指令生成部と、モータ速度検出信号Ｖｆｂと前記速度指令Ｖｒｅｆとが一致するようにトルク指令Ｔｒｅｆを生成する速度制御部と、前記トルク指令Ｔｒｅｆからモータ駆動電流を生成するトルク制御部と、前記モータの位置または速度を検出して前記モータ速度検出信号Ｖｆｂを生成する検出器と、を備えたモータ制御装置において、
前記モータ速度検出信号Ｖｆｂが予め設定した閾値以上の時にはＯＮ、閾値未満の時にはＯＦＦとなる演算実行フラグを生成する演算実行フラグ作成部と、
前記演算実行フラグがＯＦＦからＯＮとなる時の前記トルク指令ＴｒｅｆをＴｒｅｆ＿ｏｌｄとして保持して前記トルク指令Ｔｒｅｆから減算して新たなトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗを生成するトルク指令変換部と、
前記トルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗと前記速度検出信号Ｖｆｂとから前記モータの回転子イナーシャの値及び前記モータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値を合計したイナーシャ合計値Ｊと粘性摩擦係数Ｄとを算出する制御定数同定部と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
位置指令Ｐｒｅｆとモータ位置検出信号Ｐｆｂとが一致するように速度指令Ｖｒｅｆを決定し生成する位置制御部と、前記速度指令Ｖｒｅｆとモータ速度検出信号Ｖｆｂとが一致するようにトルク指令Ｔｒｅｆを生成する速度制御部と、前記トルク指令Ｔｒｅｆからモータ駆動電流を生成するトルク制御部と、前記モータの位置または速度を検出して前記モータ速度検出信号Ｖｆｂを生成する検出器とを備えたモータ制御装置において、
前記速度検出信号Ｖｆｂが閾値以上の時に演算実行フラグを出力する演算実行フラグ作成部と、
前記モータ速度検出信号Ｖｆｂが予め設定した閾値以上の時にはＯＮ、閾値未満の時にはＯＦＦとなる演算実行フラグを生成する演算実行フラグ作成部と、
前記演算実行フラグがＯＦＦからＯＮとなる時の前記トルク指令ＴｒｅｆをＴｒｅｆ＿ｏｌｄとして保持して前記トルク指令Ｔｒｅｆから減算して新たなトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗを生成するトルク指令変換部と、
前記トルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗと前記速度検出信号Ｖｆｂとから前記モータの回転子イナーシャの値及び前記モータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値を合計したイナーシャ合計値Ｊと粘性摩擦係数Ｄとを算出する制御定数同定部と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
前記制御定数同定部は、前記イナーシャ合計値Ｊと、前記粘性摩擦係数Ｄとを、
【数１】
2006197778.tif 000023
【数２】
2006197778.tif 000024
ただし、Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´はＴｒｅｆ＿ｎｅｗの時間微分、Ｖｆｂ´はＶｆｂの時間微分、ａおよびｂは前記実行演算フラグが出力されている任意の時刻を表しｂ＞ａ
により算出することを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記制御定数同定部は、前記イナーシャ合計値Ｊを算出するための区間［ａ，ｂ］を、時刻ａにおけるモータの速度の絶対値｜Ｖｆｂ（ａ）｜と時刻ｂにおけるモータ速度の絶対値｜Ｖｆｂ（ｂ）｜とが一致し、かつ前記実行演算フラグがＯＮである区間とし、イナーシャ合計値Ｊと、粘性摩擦係数Ｄとを、
【数３】
2006197778.tif 000025
【数４】
2006197778.tif 000026
ただし、Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´はＴｒｅｆ＿ｎｅｗの時間微分、Ｖｆｂ´はＶｆｂの時間微分
により算出することを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記制御定数同定部は、前記イナーシャ合計値Ｊを算出するための区間［ａ，ｂ］を、時刻ａにおけるモータの速度微分値の絶対値｜Ｖｆｂ´（ａ）｜と時刻ｂにおけるモータ速度微分値の絶対値｜Ｖｆｂ´（ｂ）｜とが一致し、かつ前記実行演算フラグがＯＮである区間とし、イナーシャ合計値Ｊと、粘性摩擦係数Ｄとを、
【数５】
2006197778.tif 000027
【数６】
2006197778.tif 000028
ただし、Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´はＴｒｅｆ＿ｎｅｗの時間微分、Ｖｆｂ´はＶｆｂの時間微分
により算出することを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記制御定数同定部は、Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ´、Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗの時間微分値Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´を、
Ｖｆｂ´＝ｄＶｆｂ／ｄｔ×ＬＰＦ                                        （７）
Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´＝ｄＴｒｅｆ＿ｎｅｗ／ｄｔ×ＬＰＦ                          （８）
ただし、ＬＰＦはローパスフィルタの伝達関数
により算出することを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記制御定数同定部は、Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ´、Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗの時間微分値Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´を、
Ｖｆｂ´＝Ｖｆｂ×（１−ＬＰＦ）×α                                    （９）
Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´＝Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗｆ×（１−ＬＰＦ）×β                   （１０）
ただし、ＬＰＦはローパスフィルタの伝達関数、α＞０、β＞０の定数、により算出することを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記制御定数同定部は、Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ´、Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗの時間微分値Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´を、オブザーバを利用して算出することを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置。
【請求項９】
同定された前記イナーシャ合計値Ｊと同定された前記粘性摩擦係数Ｄとを、制御パラメータの調整、フィードフォワード信号の作成、または振動抑制補償器の調整に利用することを特徴とする請求項１または２記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記フィードフォワード信号を、位置指令の微分値に同定された前記粘性摩擦係数Ｄを乗じた値と位置指令の２階微分値に同定された前記イナーシャ合計値Ｊを乗じた値とを加えた値とすることを特徴とする請求項９記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
速度指令Ｖｒｅｆを生成する速度指令生成部と、モータ速度検出信号Ｖｆｂと前記速度指令Ｖｒｅｆとが一致するようにトルク指令Ｔｒｅｆを生成する速度制御部と、前記トルク指令Ｔｒｅｆからモータ駆動電流を生成するトルク制御部と、前記モータの位置または速度を検出して前記モータ速度検出信号Ｖｆｂを生成する検出器と、を備えたモータ制御方法において、
前記モータ速度検出信号Ｖｆｂが予め設定した閾値以上の時にはＯＮ、閾値未満の時にはＯＦＦとなる演算実行フラグを生成するステップと、
前記演算実行フラグがＯＦＦからＯＮとなる時の前記トルク指令ＴｒｅｆをＴｒｅｆ＿ｏｌｄとして保持して前記トルク指令Ｔｒｅｆから減算して新たなトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗを生成するステップと、
前記トルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗと前記速度検出信号Ｖｆｂとから前記モータの回転子イナーシャの値及び前記モータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値を合計したイナーシャ合計値Ｊと粘性摩擦係数Ｄとを算出するステップと、
を備えたことを特徴とするモータ制御方法。
【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駆動するモータ制御装置において、動作中にイナーシャ変動がある場合のイナーシャ同定及び粘性摩擦係数の同定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータ制御装置として、イナーシャを同定する機能を有するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は特許文献１におけるイナーシャ同定機能を有するモータ制御装置のブロック図である。図４において、５１は速度指令発生部であり、速度指令Ｖｒｅｆを出力する。５２は速度制御部であり、速度指令Ｖｒｅｆと実際のモータ速度Ｖｆｂとが一致するようにトルク指令を決定し、モータ速度Ｖｆｂを制御する。５３は推定部であり、モータ速度Ｖｆｂにモデルの速度Ｖｆｂ〜が一致するように速度制御部５２をシミュレートする。５４は同定部であり、速度制御部５２の速度偏差Ｖｅに所定のフィルタを通した値の絶対値を所定の区間で時間積分した値と、推定部５３の速度偏差Ｖｅ〜の絶対値を同じ区間で時間積分した値との比からイナーシャを同定する。推定部５３の速度偏差Ｖｅ〜が零かつ、推定部５３内のモデルの速度Ｖｆｂ〜が零でない場合にのみ、同定部５４内でイナーシャを同定する演算を行うことを特徴とするものである。
【０００４】
このモータ制御装置では、任意の速度指令に対してリアルタイムでイナーシャの同定ができるため、時々刻々イナーシャが変化する場合でもイナーシャの同定が可能である。
【特許文献１】特許第３１８５８５７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のモータ制御装置は、粘性摩擦が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合、その影響でイナーシャ同定値が大きく算出されるため、同定されたイナーシャ値を用いて制御パラメータを調整した場合、振動的になるという問題点があった。
【０００６】
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、粘性摩擦が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合でも、正確にイナーシャを同定するとともに、粘性摩擦係数も同定し、制御パラメータの調整を容易かつ正確に実施し、高速、高精度、低振動な応答を実現することができるモータ制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明は入力するトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗやモータ速度検出信号Ｖｆｂに差分近似による誤差があってもイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を短い時間で正確に同定することができるモータ制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明は入力するトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗやモータ速度検出信号Ｖｆｂに時間遅れによる誤差があってもイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を短い時間で正確に同定することができるモータ制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明は同定されたイナーシャ及び粘性摩擦係数をパラメータの調整、フィードフォワード信号の作成、または振動抑制補償器の調整に利用することができるモータ制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
また、本発明は同定されたイナーシャ及び粘性摩擦係数をフィードフォワード信号の作成に利用することができるモータ制御装置および制御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。
【０００８】
項求項１に記載の発明は、速度指令Ｖｒｅｆを生成する速度指令生成部と、モータ速度検出信号Ｖｆｂと前記速度指令Ｖｒｅｆとが一致するようにトルク指令Ｔｒｅｆを生成する速度制御部と、前記トルク指令Ｔｒｅｆからモータ駆動電流を生成するトルク制御部と、前記モータの位置または速度を検出して前記モータ速度検出信号Ｖｆｂを生成する検出器と、を備えたモータ制御装置において、前記モータ速度検出信号Ｖｆｂが予め設定した閾値以上の時にはＯＮ、閾値未満の時にはＯＦＦとなる演算実行フラグを生成する演算実行フラグ作成部と、前記演算実行フラグがＯＦＦからＯＮとなる時の前記トルク指令ＴｒｅｆをＴｒｅｆ＿ｏｌｄとして保持して前記トルク指令Ｔｒｅｆから減算して新たなトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗを生成するトルク指令変換部と、前記トルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗと前記速度検出信号Ｖｆｂとから前記モータの回転子イナーシャの値及び前記モータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値を合計したイナーシャ合計値Ｊと粘性摩擦係数Ｄとを算出する制御定数同定部と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、位置指令Ｐｒｅｆとモータ位置検出信号Ｐｆｂとが一致するように速度指令Ｖｒｅｆを決定し生成する位置制御部と、前記速度指令Ｖｒｅｆとモータ速度検出信号Ｖｆｂとが一致するようにトルク指令Ｔｒｅｆを生成する速度制御部と、前記トルク指令Ｔｒｅｆからモータ駆動電流を生成するトルク制御部と、前記モータの位置または速度を検出して前記モータ速度検出信号Ｖｆｂを生成する検出器とを備えたモータ制御装置において、前記モータ速度検出信号Ｖｆｂが予め設定した閾値以上の時にはＯＮ、閾値未満の時にはＯＦＦとなる演算実行フラグを生成する演算実行フラグ作成部と、前記モータ速度検出信号Ｖｆｂが閾値に応じて演算実行フラグをＯＮ、ＯＦＦを切り替えて演算実行フラグを生成する演算実行フラグ作成部と、前記演算実行フラグがＯＦＦからＯＮとなる時の前記トルク指令ＴｒｅｆをＴｒｅｆ＿ｏｌｄとして保持して前記トルク指令Ｔｒｅｆから減算し新たなトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗを生成するトルク指令変換部と、前記トルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗと前記速度検出信号Ｖｆｂとから前記モータの回転子イナーシャの値及び前記モータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値を合計したイナーシャ合計値Ｊと粘性摩擦係数Ｄとを算出する制御定数同定部と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載のモータ制御装置であって、前記制御定数同定部は、前記イナーシャ合計値Ｊと、前記粘性摩擦係数Ｄとを、
【００１１】
【数１】
2006197778.tif 000003
【数２】
2006197778.tif 000004
【００１２】
ただし、Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´はＴｒｅｆ＿ｎｅｗの時間微分、Ｖｆｂ´はＶｆｂの時間微分、ａおよびｂは前記実行演算フラグが出力されている任意の時刻を表しｂ＞ａ、により算出することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１または２記載のモータ制御装置であって、前記制御定数同定部は、前記イナーシャ合計値Ｊを算出するための区間［ａ，ｂ］を、時刻ａにおけるモータの速度の絶対値｜Ｖｆｂ（ａ）｜と時刻ｂにおけるモータ速度の絶対値｜Ｖｆｂ（ｂ）｜とが一致し、かつ前記実行演算フラグがＯＮである区間とし、イナーシャ合計値Ｊと、粘性摩擦係数Ｄとを、
【００１４】
【数３】
2006197778.tif 000005
【数４】
2006197778.tif 000006
【００１５】
ただし、Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´はＴｒｅｆ＿ｎｅｗの時間微分、Ｖｆｂ´はＶｆｂの時間微分、により算出することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１または２記載のモータ制御装置であって、前記制御定数同定部は、前記イナーシャ合計値Ｊを算出するための区間［ａ，ｂ］を、時刻ａにおけるモータの速度微分値の絶対値｜Ｖｆｂ´（ａ）｜と時刻ｂにおけるモータ速度微分値の絶対値｜Ｖｆｂ´（ｂ）｜とが一致し、かつ前記実行演算フラグがＯＮである区間とし、イナーシャ合計値Ｊと、粘性摩擦係数Ｄとを、
【００１７】
【数５】
2006197778.tif 000007
【数６】
2006197778.tif 000008
【００１８】
ただし、Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´はＴｒｅｆ＿ｎｅｗの時間微分、Ｖｆｂ´はＶｆｂの時間微分、により算出することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１または２記載のモータ制御装置であって、前記制御定数同定部は、Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ´、Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗの時間微分値Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´を、
Ｖｆｂ´＝ｄＶｆｂ／ｄｔ×ＬＰＦ                                      （７）
Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´＝ｄＴｒｅｆ＿ｎｅｗ／ｄｔ×ＬＰＦ                        （８）
ただし、ＬＰＦはローパスフィルタの伝達関数、により算出することを特徴とするものである。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項１または２記載のモータ制御装置であって、前記制御定数同定部は、Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ´、Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗの時間微分値Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´を、
Ｖｆｂ´＝Ｖｆｂ×（１−ＬＰＦ）×α                                  （９）
Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´＝Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗｆ×（１−ＬＰＦ）×β                  （１０）
ただし、ＬＰＦはローパスフィルタの伝達関数、α＞０、β＞０の定数、により算出することを特徴とするものである。
【００２１】
請求項８記載の本発明は、請求項１または２記載のモータ制御装置であって、前記制御定数同定部は、Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ´、Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗの時間微分値Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´を、オブザーバを利用して算出することを特徴とするものである。
【００２２】
請求項９記載の本発明は、請求項１または２記載のモータ制御装置であって、同定された前記イナーシャ合計値Ｊと同定された前記粘性摩擦係数Ｄとを、制御パラメータの調整、フィードフォワード信号の作成、または振動抑制補償器の調整に利用することを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１０記載の本発明は、請求項９記載のモータ制御装置であって、前記フィードフォワード信号を、位置指令の微分値に同定された前記粘性摩擦係数Ｄを乗じた値と位置指令の２階微分値に同定された前記イナーシャ合計値Ｊを乗じた値とを加えた値とすることを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１１記載の本発明は、速度指令Ｖｒｅｆを生成する速度指令生成部と、モータ速度検出信号Ｖｆｂと前記速度指令Ｖｒｅｆとが一致するようにトルク指令Ｔｒｅｆを生成する速度制御部と、前記トルク指令Ｔｒｅｆからモータ駆動電流を生成するトルク制御部と、前記モータの位置または速度を検出して前記モータ速度検出信号Ｖｆｂを生成する検出器と、を備えたモータ制御方法において、前記モータ速度検出信号Ｖｆｂが予め設定した閾値以上の時にはＯＮ、閾値未満の時にはＯＦＦとなる演算実行フラグを生成するステップと、前記演算実行フラグがＯＦＦからＯＮとなる時の前記トルク指令ＴｒｅｆをＴｒｅｆ＿ｏｌｄとして保持して前記トルク指令Ｔｒｅｆから減算して新たなトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗを生成するステップと、前記トルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗと前記速度検出信号Ｖｆｂとから前記モータの回転子イナーシャの値及び前記モータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値を合計したイナーシャ合計値Ｊと粘性摩擦係数Ｄとを算出するステップとを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１乃至５記載の発明によると、粘性摩擦係数が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても動作中にイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を短い時間で正確に同定することができる。
請求項６乃至７記載の発明によると、粘性摩擦係数が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても動作中にイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を短い時間で正確に同定することができ、入力するトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗやモータ速度検出信号Ｖｆｂに差分近似による誤差があってもイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を短い時間で正確に同定することができる。
請求項８記載の発明によると、粘性摩擦係数が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても動作中にイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を短い時間で正確に同定することができ、入力するトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗやモータ速度検出信号Ｖｆｂに時間遅れによる誤差があってもイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を短い時間で正確に同定することができる。
請求項９記載の発明によると、粘性摩擦係数が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても同定されたイナーシャ及び粘性摩擦係数をパラメータの調整、フィードフォワード信号の作成、または振動抑制補償器の調整に利用することができる。
請求項１０記載の発明によると、粘性摩擦係数が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても同定されたイナーシャ及び粘性摩擦係数をフィードフォワード信号の作成に利用することができる。
請求項１１記載の発明によると、粘性摩擦係数が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても動作中にイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を短い時間で正確に同定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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】
【００２７】
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、以下同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。
【００２８】
図１は、本発明をモータ１４に負荷を付けた駆動装置に適用した場合のブロック図である。図１において、１０は速度指令生成部、１２は速度制御部、１３はトルク制御部、１４はモータ、１５は検出器、１６は差分器、１７は剛体負荷、１８は演算実行フラグ作成部、１９は制御定数同定部、２０はトルク保持部、２１は減算器、２２はトルク指令変換部である。
【００２９】
速度指令生成部１０は速度指令Ｖｒｅｆを速度制御部１２へ出力する。速度制御部１２は前記速度指令Ｖｒｅｆとモータの速度信号Ｖｆｂとが一致するようにトルク指令Ｔｒｅｆを生成し、トルク制御部１３及びトルク指令変換部２２へ出力する。トルク制御部１３はトルク指令Ｔｒｅｆを入力し、モータ１４の発生するトルクがトルク指令Ｔｒｅｆに一致するようにトルク制御演算を行い、モータ駆動電流Ｉｍをモータ１４へ出力する。モータ１４はモータ駆動電流Ｉｍによって駆動され、トルクを発生する。そのトルクで負荷１７を駆動する。また、モータ１４には検出器１５が装着されており、位置信号Ｐｆｂを差分器１６へ出力する。差分器１６は位置信号Ｐｆｂを入力し、位置信号Ｐｆｂの一定時間ごとの差分をとって速度信号Ｖｆｂを算出し、速度信号Ｖｆｂを速度制御部１２、演算実行フラグ作成部１８、及び制御定数同定部１９へ出力する。演算実行フラグ作成部１８は速度信号Ｖｆｂを入力し、該信号が予め設定した閾値以上の時にはＯＮ、閾値未満の時にはＯＦＦとなる演算実行フラグを生成し、制御定数同定部１９及び、トルク指令変換部２２へ出力する。トルク指令変換部２２はトルク保持部２０と減算器２１により構成され、トルク保持部２０はトルク指令Ｔｒｅｆを入力し、演算実行フラグがＯＦＦからＯＮになる時のトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｏｌｄとして保持して減算器２１へ出力する。減算器２１はトルク指令Ｔｒｅｆとトルク指令保持部２０から出力されるトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｏｌｄとを減算したトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗを制御定数同定部１９へ出力する。制御定数同定部１９は速度信号Ｖｆｂと減算器２１から出力されるトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗとを入力し、速度信号Ｖｆｂとトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗからモータ１４の回転子イナーシャとモータ１４に取り付けられた負荷１７のイナーシャとの合計値Ｊ及び粘性摩擦係数Ｄを計算する。
【００３０】
図２はモータ１４の位置制御を行うことができるように図１を変更したブロック図である。図２における図１との差異は速度指令Ｖｒｅｆを生成する速度指令生成部１０に替えて、位置指令Ｐｒｅｆと位置信号Ｐｆｂとが一致するような速度指令Ｖｒｅｆを生成する位置制御部１１を備えていることである。
【００３１】
図５は本発明のモータ制御方法を示すフローチャートであり、制御時間ごとに実行される。図５において、ステップＳＴ１は、モータ速度検出信号Ｖｆｂが予め設定した閾値以上の時にはＯＮ、閾値未満の時にはＯＦＦとなる演算実行フラグを生成する。ステップＳＴ２は、演算実行フラグがＯＦＦからＯＮとなる時の前記トルク指令Ｔｒｅｆ＿ｏｌｄを保持して前記トルク指令Ｔｒｅｆから減算して新たなトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗを生成する。ステップＳＴ３は、トルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗと速度検出信号Ｖｆｂとからモータの回転子イナーシャの値及びモータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値を合計したイナーシャ合計値Ｊと粘性摩擦係数Ｄとを算出するステップである。
【００３２】
なお、本発明では速度制御部１２の出力を回転型モータと想定してトルク指令としたが、リニアモータの場合は速度制御部１２の出力を推力指令として同様な構成で実現すればよい。従って、本発明を用いれば、数式演算により、イナーシャ合計値と粘性摩擦係数をリアルタイムで同定することができる。
【００３３】
本発明の特徴は、速度制御部１２から出力されたトルク指令Ｔｒｅｆから演算実行フラグがＯＦＦからＯＮになる時のトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｏｌｄを減算したトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ及びモータ速度検出信号Ｖｆｂに基づいて、イナーシャＪと粘性摩擦係数Ｄとを算出する制御定数同定部１８を備えていることである。
【００３４】
以下、具体的な算出方法について説明する。
【００３５】
制御対象がイナーシャＪと粘性摩擦Ｄと一定外乱Ｔｃで表されるとした場合、トルク指令とモータ速度との関係式は、式（１１）で表される。
【００３６】
【数７】
2006197778.tif 000009
【００３７】
しかし、本発明で使用するトルク指令はトルク指令Ｔｒｅｆから演算実行フラグがＯＦＦからＯＮになる時のトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｏｌｄを減算したトルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗを使用するために重力等の一定外乱やクーロン摩擦をキャンセルすることができるため、Ｔｃ＝０とすることができる。従って、トルク指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗとモータ速度Ｖｆｂとの関係式は、式（１２）で表される。
【００３８】
【数８】
2006197778.tif 000010
【００３９】
ここで、ｄＶｆｂ／ｄｔはＶｆｂの時間微分値であるが、実際には請求項６または請求項７を用いた数式演算により算出した値を利用するため、
【００４０】
【数９】
2006197778.tif 000011
【００４１】
とおく。
式（１２）の両辺にモータ速度Ｖｆｂの時間微分値を乗じて、実行演算フラグがＯＮとなっている任意の区間［ａ，ｂ］で時間積分すると、
【００４２】
【数１０】
2006197778.tif 000012
【００４３】
ここで式（１４）の右辺第２項は
【００４４】
【数１１】
2006197778.tif 000013
【００４５】
と書き換え、式（１４）を整理すると、
【００４６】
【数１２】
2006197778.tif 000014
【００４７】
となる。次に、式（１２）の関係式を利用し、両辺を時間微分すると式（１７）が得られる。
【００４８】
【数１３】
2006197778.tif 000015
【００４９】
ここで、右辺第１項及び第２項は、実際には請求項６または請求項７を用いた数式演算により算出した値を利用するため、
【００５０】
【数１４】
2006197778.tif 000016
【数１５】
2006197778.tif 000017
【００５１】
とおく。
【００５２】
次に、式（１７）の両辺にモータ速度Ｖｆｂの時間微分を乗じて、実行演算フラグがＯＮとなっている任意の区間［ａ，ｂ］で時間積分すると、
【００５３】
【数１６】
2006197778.tif 000018
【００５４】
ここで、式（２０）の右辺第１項は、
【００５５】
【数１７】
2006197778.tif 000019
【００５６】
と書き換え、式（２０）を整理すると、
【００５７】
【数１８】
2006197778.tif 000020
【００５８】
となる。ここで、式（１６）と式（２２）からＤを消去すると式（１）が得られる。
【００５９】
【数１９】
2006197778.tif 000021
【００６０】
式（１６）と式（２２）からＪを消去すると式（２）が得られる。
【００６１】
【数２０】
2006197778.tif 000022
【００６２】
さらに、式（１）、式（２）において、時刻ａにおけるモータ速度の絶対値｜Ｖｆｂ（ａ）｜と時刻ｂにおけるモータ速度の絶対値｜Ｖｆｂ（ｂ）｜が一致し、実行演算フラグがＯＮとなっている任意の区間［ａ，ｂ］とすれば式（１）から式（３）が得られ、式（２）から式（４）が得られる。
【００６３】
さらに、式（１）、式（２）において、時刻ａにおけるモータ速度微分値の絶対値｜Ｖｆｂ´（ａ）｜と時刻ｂにおけるモータ速度微分値の絶対値｜Ｖｆｂ´（ｂ）｜が一致し、実行演算フラグがＯＮとなっている任意の区間［ａ，ｂ］とすれば式（１）から式（５）が得られ、式（２）から式（６）が得られる。
【００６４】
なお、Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ´、Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗの時間微分値指令Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´は、
Ｖｆｂ´＝ｄＶｆｂ／ｄｔ×ＬＰＦ                                      （７）
Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´＝ｄＴｒｅｆ＿ｎｅｗ／ｄｔ×ＬＰＦ                         （８）
ただし、ＬＰＦはローパスフィルタの伝達関数により算出する、もしくは
Ｖｆｂ´＝Ｖｆｂ×（１−ＬＰＦ）×α                                   （９）
Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ´＝Ｔｒｅｆ＿ｎｅｗ×（１−ＬＰＦ）×β                    （１０）
ただし、ＬＰＦはローパスフィルタの伝達関数、α＞０、β＞０の定数により算出する、もしくはオブザーバを利用して算出すればよい。
【実施例２】
【００６５】
図３は、本発明で同定されたイナーシャ合計値及び粘性摩擦係数をフィードフォワード信号の作成に利用した例を説明するモータ制御装置のブロック図である。
【００６６】
図３において、２３はフィードフォワード信号生成器である。フィードフォワード信号生成器２３は位置制御部１１の位置指令Ｐｒｅｆを入力してフィードフォワード信号ｆｆを作成して出力する。速度制御部１２の出力信号と前記フィードフォワード信号ｆｆとの和がトルク指令Ｔｒｅｆになる。
【００６７】
フィードフォワード信号生成器２３において、ｓはラプラス演算子であり、ＦＦａ及びＦＦｂはフィードフォワードゲインである。Ｊｉ及びＤｉは本発明の制御定数同定部１９で同定されたイナーシャ合計値Ｊ及び粘性摩擦係数Ｄである。
【００６８】
例えば、フィードフォワード信号ｆｆは、位置指令Ｐｒｅｆを２階微分したものと、フィードフォワードゲインＦＦａを乗じ、さらに同定されたイナーシャ合計値Ｊｉを乗じて得られたものと、位置指令Ｐｒｅｆを１階微分したものとフィードフォワードゲインＦＦｂを乗じ、さらに同定された粘性摩擦係数Ｄｉを乗じて得られたものとを加算したものとすることができる。
【００６９】
このように本発明はフィードフォワード信号の作成に利用できる。
【００７０】
また、本発明により同定されたイナーシャ合計値Ｊ及び粘性摩擦係数Ｄは正確であるので、これらに基づいて、位置ループゲインや速度ループゲイン等の制御パラメータの調整を行うことができる。
【００７１】
また、本発明により同定されたイナーシャ合計値Ｊ及び粘性摩擦係数Ｄを外乱オブザーバ等の振動抑制補償器の調整に利用できる例として、例えば、特許３３６０９３５号公報がある。
【００７２】
該特許において、本発明により同定されたイナーシャ合計値Ｊ及び粘性摩擦係数Ｄを利用することで、推定外乱信号が正確に演算され、振動抑制がより容易に実現可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明のモータ制御装置および制御方法は、工作機械や産業用ロボットをはじめ一般の産業機械にも適用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明を適用する第１の実施例を説明するモータ制御装置のブロック図
【図２】本発明を適用する第１の実施例を説明する位置制御を行うことが可能なモータ制御装置のブロック図
【図３】本発明を適用する第２の実施例を説明するモータ制御装置のブロック図
【図４】従来のイナーシャ同定方法を説明するモータ制御装置のブロック図
【図５】本発明の方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【００７５】
１０  速度指令生成部
１１  位置制御部
１２  速度制御部
１３  トルク制御部
１４  モータ
１５  検出器
１６  差分器
１７  負荷
１８  演算実行フラグ作成部
１９  制御定数同定部
２０  トルク保持部
２１  減算器
２２  トルク指令変換部
２３  フィードフォワード信号生成器
５１  速度指令発生部
５２  速度制御部
５３  推定部
５４  同定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006197778.tif 000032
【図５】
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