(57)【要約】【課題】低剛性負荷の付いた電動機の多慣性系の慣性モーメント同定を可能とする。【解決手段】位置指令と位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器と、位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器と、位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器と、位置評価値と位置周波数を入力し修正位置評価値を出力する第１演算器と、トルク指令を入力し積分トルク指令を出力する積分器と、積分トルク指令と位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器と、積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器と、修正位置評価値と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第２演算器を備える。【選択図】図１
2006280080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置指令を出力する指令発生器（１１０１）と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器（１１０２）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（１１０３）と、
前記トルク指令を入力し電流を出力するトルク制御器（１１０４）と、
前記電流を入力する電動機（１１０５）と、
前記電動機（１１０５）の前記位置を検出し出力する位置検出器（１１０６）と、
前記位置を入力し前記速度を出力する微分器（１１０７）と、
前記位置指令、前記トルク指令、前記位置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同定器（１１０８）と、を備えたシステム同定装置において、
前記指令発生器（１１０１）は、
前記トルク制御器（１１０４）、前記電動機（１１０５）、前記位置検出器（１１０６）を含む系の固有周期よりも長い周期の前記位置指令を出力するものであり、
前記慣性モーメント同定器（１１０８）は、
前記位置指令と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器（１０１）と、
前記位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器（１０２）と、
前記位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器（１０３）と、
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第１演算器（１０４）と、
Ｎを０を含む正の整数とし、前記トルク指令を入力しその入力信号のＮ階時間積分である積分トルク指令を出力する積分器（１０５）と、
前記積分トルク指令と前記位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器（１０６）と、
前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器（１０７）と、
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前記慣性モーメント同定値を出力する第２演算器（１０８）と、を有するものであることを特徴とするシステム同定装置。
【請求項２】
前記第１基本周波数成分検出器（１０１）は、
前記位置指令を入力し第１位置指令基本周波数を出力する第１フーリエ変換器（２０１）と、
前記第１位置指令基本周波数と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第２フーリエ変換器（２０２）と、を有するものであり、
前記第２基本周波数成分検出器（１０６）は、
前記位置指令を入力し第２位置指令基本周波数を出力する第３フーリエ変換器（２０３）と、
前記第２位置指令基本周波数と前記積分トルク指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第４フーリエ変換器（２０４）と、を有するものであることを特徴とする請求項１に記載のシステム同定装置。
【請求項３】
前記第１基本周波数成分検出器（１０１）は、
前記位置指令を入力し第１位置指令基本周波数を出力する第１フーリエ変換器（２０１）と、
前記第１位置指令基本周波数と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１バンドパスフィルタ（７０１）を有するものであり、
前記第２基本周波数成分検出器（１０６）は、
前記位置指令を入力し第２位置指令基本周波数を出力する第３フーリエ変換器（２０３）と、
前記第２位置指令基本周波数と前記積分トルク指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２バンドパスフィルタ（７０２）と、を有するものであることを特徴とする請求項１に記載のシステム同定装置。
【請求項４】
前記第１基本周波数成分検出器（１０１）は、
前記位置指令を入力し第１位置指令基本周波数を出力する第１フーリエ変換器（２０１）と、
前記位置指令と前記位置を入力し過渡位置を出力する過渡位置検出器（８０１）と、
前記位置から前記過渡位置を減算した定常位置と前記第１位置指令基本周波数を入力し位置基本周波数成分を出力する第３バンドパスフィルタ（８０２）を有するものであり、
前記第２基本周波数成分検出器（１０６）は、
前記位置指令を入力し第２位置指令基本周波数を出力する第３フーリエ変換器（２０３）と、
前記位置指令と前記積分トルク指令を入力し過渡積分トルク指令を出力する過渡積分トルク指令検出器（８０３）と、
前記積分トルク指令から前記過渡積分トルク指令を減算した定常積分トルク指令と前記第２位置指令基本周波数を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第４バンドパスフィルタ（８０４）と、を有するものであることを特徴とする請求項１に記載のシステム同定装置。
【請求項５】
前記指令発生器（１１０１）は、
前記位置指令が周期的である場合、前記慣性モーメント同定値が増大し一定値になるまで前記位置指令の周期を長くして出力するものであることを特徴とする請求項１に記載のシステム同定装置。
【請求項６】
前記指令発生器（１１０１）は、
前記トルク指令の振幅が前記トルク制御器（１１０４）の定格トルクよりも小さくなり、
前記位置の振幅が前記電動機（１１０５）の可動範囲限界よりも小さくなるように前記位置指令の振幅を減少して出力するものであることを特徴とする請求項１に記載のシステム同定装置。
【請求項７】
前記慣性モーメント同定器（１１０８）は、前記第１基本周波数成分検出器（１０１）、前記位置評価器（１０２）、前記周波数検出器（１０３）、前記第１演算器（１０４）に換えて、前記位置指令を入力し修正位置指令評価値を出力する第３演算器（９０１）を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシステム同定装置。
【請求項８】
位置指令を出力する指令発生器（１１０１）と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器（１１０２）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（１１０３）と、
前記トルク指令を入力し電流を出力するトルク制御器（１１０４）と、
前記電流を入力する電動機（１１０５）と、
前記電動機（１１０５）の前記位置を検出し出力する位置検出器（１１０６）と、
前記位置を入力し前記速度を出力する微分器（１１０７）と、
前記位置指令、前記トルク指令、前記位置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同定器（１１０８）と、を備えたシステム同定装置のシステム同定方法において、
前記指令発生器（１１０１）は、前記トルク制御器（１１０４）、前記電動機（１１０５）、前記位置検出器（１１０６）を含む系の固有周期よりも長い周期の前記位置指令を出力するものとし、
前記慣性モーメント同定器（１１０８）は、前記位置指令と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器（１０１）と、
前記位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器（１０２）と、
前記位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器（１０３）と、
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第１演算器（１０４）と、
前記トルク指令を入力しその入力信号の零階時間積分である積分トルク指令を出力する積分器（１０５）と、
前記積分トルク指令と前記位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器（１０６）と、
前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器（１０７）と、
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前記慣性モーメント同定値を出力する第２演算器（１０８）と、を有する構成とし、
前記位置周波数をωとし、
前記修正位置評価値は前記位置評価値にω２を乗算したものとし、
同じ周期且つ異なる振幅の位置指令である第１位置指令と第２位置指令に対する前記積分トルク指令基本周波数成分をＴ１（０）およびＴ２（０）とし、
前記位置基本周波数成分の２階時間微分が最小値と最大値をとる時間をｔ１およびｔ２とし、
前記第１位置指令と前記第２位置指令に対する前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ１における値である前記位置評価値をＡ１およびＡ２とし、
前記慣性モーメント同定値Ｊを次式により算出することを特徴とするシステム同定装置のシステム同定方法。
【数１】
2006280080.tif 000036
【請求項９】
位置指令を出力する指令発生器（１１０１）と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器（１１０２）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（１１０３）と、
前記トルク指令を入力し電流を出力するトルク制御器（１１０４）と、
前記電流を入力する電動機（１１０５）と、
前記電動機（１１０５）の前記位置を検出し出力する位置検出器（１１０６）と、
前記位置を入力し前記速度を出力する微分器（１１０７）と、
前記位置指令、前記トルク指令、前記位置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同定器（１１０８）と、を備えたシステム同定装置のシステム同定方法において、
前記指令発生器（１１０１）は、前記トルク制御器（１１０４）、前記電動機（１１０５）、前記位置検出器（１１０６）を含む系の固有周期よりも長い周期の前記位置指令を出力するものとし、
前記慣性モーメント同定器（１１０８）は、前記位置指令と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器（１０１）と、
前記位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器（１０２）と、
前記位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器（１０３）と、
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第１演算器（１０４）と、
前記トルク指令を入力しその入力信号の零階時間積分である積分トルク指令を出力する積分器（１０５）と、
前記積分トルク指令と前記位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器（１０６）と、
前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器（１０７）と、
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前記慣性モーメント同定値を出力する第２演算器（１０８）と、を有する構成とし、
前記位置周波数をωとし、
前記修正位置評価値は前記位置評価値にω２を乗算したものとし、
前記積分トルク指令基本周波数成分をＴ（０）とし、
前記位置基本周波数成分の１階時間微分が同じ値であり、前記位置基本周波数成分の２階時間微分が同じ絶対値で違う符号である時間をｔ１およびｔ２とし、
前記位置基本周波数成分の前記時間t1における値である前記位置評価値をＡとし、
前記慣性モーメント同定値Ｊを次式により算出することを特徴とするシステム同定装置のシステム同定方法。
【数２】
2006280080.tif 000037
【請求項１０】
位置指令を出力する指令発生器（１１０１）と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器（１１０２）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（１１０３）と、
前記トルク指令を入力し電流を出力するトルク制御器（１１０４）と、
前記電流を入力する電動機（１１０５）と、
前記電動機（１１０５）の前記位置を検出し出力する位置検出器（１１０６）と、
前記位置を入力し前記速度を出力する微分器（１１０７）と、
前記位置指令、前記トルク指令、前記位置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同定器（１１０８）と、を備えたシステム同定装置のシステム同定方法において、
前記指令発生器（１１０１）は、前記トルク制御器（１１０４）、前記電動機（１１０５）、前記位置検出器（１１０６）を含む系の固有周期よりも長い周期の前記位置指令を出力するものとし、
前記慣性モーメント同定器（１１０８）は、前記位置指令と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器（１０１）と、
前記位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器（１０２）と、
前記位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器（１０３）と、
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第１演算器（１０４）と、
前記トルク指令を入力しその入力信号の１階時間積分である積分トルク指令を出力する積分器（１０５）と、
前記積分トルク指令と前記位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器（１０６）と、
前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器（１０７）と、
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前記慣性モーメント同定値を出力する第２演算器（１０８）と、を有する構成とし、
前記位置周波数をωとし、
前記修正位置評価値は前記位置評価値にωを乗算したものとし、
同じ周期且つ異なる振幅の位置指令である第１位置指令と第２位置指令に対する前記積分トルク指令基本周波数成分をＴ１（０）の１階時間積分およびＴ２（０）の１階時間積分とし、
前記位置基本周波数成分の１階時間微分が最小値と最大値をとる時間をｔ１およびｔ２とし、
前記第１位置指令と前記第２位置指令に対する前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ１から四半周期前における値である前記位置評価値をＡ１およびＡ２とし、
前記慣性モーメント同定値Ｊを次式により算出することを特徴とするシステム同定装置のシステム同定方法。
【数３】
2006280080.tif 000038
【請求項１１】
位置指令を出力する指令発生器（１１０１）と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器（１１０２）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（１１０３）と、
前記トルク指令を入力し電流を出力するトルク制御器（１１０４）と、
前記電流を入力する電動機（１１０５）と、
前記電動機（１１０５）の前記位置を検出し出力する位置検出器（１１０６）と、
前記位置を入力し前記速度を出力する微分器（１１０７）と、
前記位置指令、前記トルク指令、前記位置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同定器（１１０８）と、を備えたシステム同定装置のシステム同定方法において、
前記指令発生器（１１０１）は、前記トルク制御器（１１０４）、前記電動機（１１０５）、前記位置検出器（１１０６）を含む系の固有周期よりも長い周期の前記位置指令を出力するものとし、
前記慣性モーメント同定器（１１０８）は、前記位置指令と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器（１０１）と、
前記位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器（１０２）と、
前記位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器（１０３）と、
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第１演算器（１０４）と、
前記トルク指令を入力しその入力信号の１階時間積分である積分トルク指令を出力する積分器（１０５）と、
前記積分トルク指令と前記位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器（１０６）と、
前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器（１０７）と、
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前記慣性モーメント同定値を出力する第２演算器（１０８）と、を有する構成とし、
前記位置周波数をωとし、
前記修正位置評価値は前記位置評価値にωを乗算したものとし、
前記積分トルク指令基本周波数成分をＴ（０）の１階時間積分とし、
前記位置基本周波数成分が同じ値であり、前記位置基本周波数成分の１階時間微分が同じ絶対値で違う符号である時間をｔ１およびｔ２とし、
前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ１から四半周期前における値である前記位置評価値をＡとし、
前記慣性モーメント同定値Ｊを次式により算出することを特徴とするシステム同定装置のシステム同定方法。
【数４】
2006280080.tif 000039
【請求項１２】
位置指令を出力する指令発生器（１１０１）と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器（１１０２）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（１１０３）と、
前記トルク指令を入力し電流を出力するトルク制御器（１１０４）と、
前記電流を入力する電動機（１１０５）と、
前記電動機（１１０５）の前記位置を検出し出力する位置検出器（１１０６）と、
前記位置を入力し前記速度を出力する微分器（１１０７）と、
前記位置指令、前記トルク指令、前記位置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同定器（１１０８）と、を備えたシステム同定装置のシステム同定方法において、
前記指令発生器（１１０１）は、前記トルク制御器（１１０４）、前記電動機（１１０５）、前記位置検出器（１１０６）を含む系の固有周期よりも長い周期の前記位置指令を出力するものとし、
前記慣性モーメント同定器（１１０８）は、前記位置指令と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器（１０１）と、
前記位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器（１０２）と、
前記位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器（１０３）と、
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第１演算器（１０４）と、
前記トルク指令を入力しその入力信号の２階時間積分である積分トルク指令を出力する積分器（１０５）と、
前記積分トルク指令と前記位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器（１０６）と、
前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器（１０７）と、
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前記慣性モーメント同定値を出力する第２演算器（１０８）と、を有する構成とし、
前記修正位置評価値を前記位置評価値とし、
同じ周期且つ異なる振幅の位置指令である第１位置指令と第２位置指令に対する前記積分トルク指令基本周波数成分をＴ１（０）の２階時間積分およびＴ２（０）の２階時間積分とし、
前記位置基本周波数成分が最小値と最大値をとる時間をｔ１およびｔ２とし、
前記第１位置指令と前記第２位置指令に対する前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ２における値である前記位置評価値をＡ１およびＡ２とし、
前記慣性モーメント同定値Ｊを次式により算出することを特徴とするシステム同定装置のシステム同定方法。
【数５】
2006280080.tif 000040
【請求項１３】
位置指令を出力する指令発生器（１１０１）と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器（１１０２）と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器（１１０３）と、
前記トルク指令を入力し電流を出力するトルク制御器（１１０４）と、
前記電流を入力する電動機（１１０５）と、
前記電動機（１１０５）の前記位置を検出し出力する位置検出器（１１０６）と、
前記位置を入力し前記速度を出力する微分器（１１０７）と、
前記位置指令、前記トルク指令、前記位置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同定器（１１０８）と、を備えたシステム同定装置のシステム同定方法において、
前記指令発生器（１１０１）は、前記トルク制御器（１１０４）、前記電動機（１１０５）、前記位置検出器（１１０６）を含む系の固有周期よりも長い周期の前記位置指令を出力するものとし、
前記慣性モーメント同定器（１１０８）は、前記位置指令と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器（１０１）と、
前記位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器（１０２）と、
前記位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器（１０３）と、
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第１演算器（１０４）と、
前記トルク指令を入力しその入力信号の２階時間積分である積分トルク指令を出力する積分器（１０５）と、
前記積分トルク指令と前記位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器（１０６）と、
前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器（１０７）と、
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前記慣性モーメント同定値を出力する第２演算器（１０８）と、を有する構成とし、
前記修正位置評価値を前記位置評価値とし、
前記積分トルク指令基本周波数成分をＴ（０）の２階時間積分とし、
前記位置基本周波数成分の１階時間積分が同じ値であり、前記位置基本周波数成分が同じ絶対値で違う符号である時間をｔ１およびｔ２とし、
前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ２における値である前記位置評価値をＡとし、
前記慣性モーメント同定値Ｊを次式により算出することを特徴とするシステム同定装置のシステム同定方法。
【数６】
2006280080.tif 000041
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷の付いた電動機の慣性モーメントを同定するシステム同定装置およびそのシステム同定方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来技術のシステム同定装置およびそのシステム同定方法は、トルク指令とトルク指令の推定値の１階時間積分の比を用いて負荷の付いた電動機の慣性モーメントを同定するものであった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１２は、従来技術を示すシステム同定装置の構成である。
図１２において、１２０１は指令発生部、１２０２は速度制御部、１２０３は推定部、１２０４は同定部である。
以下、図１２を用いて従来技術のシステム同定装置の構成および動作を説明する。
指令発生部１２０１は速度指令を出力する。速度制御部１２０２は前記速度指令を入力し、トルク指令を出力する。推定部１２０３は前記速度指令を入力し、トルク指令の推定値を出力する。同定部１２０４は前記トルク指令と前記トルク指令の推定値を入力し、前記トルク指令と前記トルク指令の推定値の１階時間積分の比を用いて負荷の付いた電動機の慣性モーメントを算出する。
このように、従来技術のシステム同定装置およびそのシステム同定方法は、トルク指令と推定部より算出したトルク指令の推定値の１階時間積分の比を用いて負荷の付いた電動機の慣性モーメントを同定するものであった。
【特許文献１】特開２００４−１２９４８１号公報（第１３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術のシステム同定装置およびそのシステム同定方法は、剛性の低い負荷、すなわち、負荷側の固有周波数が数十Ｈｚから数Ｈｚまたはそれ以下の負荷の付いた電動機の慣性モーメントを同定をすることが出来ないという問題があった。  
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、剛性の低い負荷の付いた電動機の多慣性系の慣性モーメントを同定することができるシステム同定装置およびそのシステム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】
【０００５】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、位置指令を出力する指令発生器と、  前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電流を出力するトルク制御器と、前記電流を入力する電動機と、前記電動機の前記位置を検出し出力する位置検出器と、前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置指令、前記トルク指令、前記位置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同定器と、を備えたシステム同定装置において、前記指令発生器は、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む系の固有周期よりも長い周期の前記位置指令を出力するものであり、前記慣性モーメント同定器は、前記位置指令と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器と、前記位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器と、前記位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器と、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第１演算器と、Ｎを０を含む正の整数とし、前記トルク指令を入力しその入力信号のＮ階時間積分である積分トルク指令を出力する積分器と、前記積分トルク指令と前記位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器と、前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器と、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前記慣性モーメント同定値を出力する第２演算器と、を有するものであることを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のシステム同定装置において、前記第１基本周波数成分検出器は、前記位置指令を入力し第１位置指令基本周波数を出力する第１フーリエ変換器と、前記第１位置指令基本周波数と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第２フーリエ変換器と、を有するものであり、前記第２基本周波数成分検出器は、前記位置指令を入力し第２位置指令基本周波数を出力する第３フーリエ変換器と、前記第２位置指令基本周波数と前記積分トルク指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第４フーリエ変換器と、を有するものであることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のシステム同定装置において、前記第１基本周波数成分検出器は、前記位置指令を入力し第１位置指令基本周波数を出力する第１フーリエ変換器と、前記第１位置指令基本周波数と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１バンドパスフィルタを有するものであり、前記第２基本周波数成分検出器は、前記位置指令を入力し第２位置指令基本周波数を出力する第３フーリエ変換器と、前記第２位置指令基本周波数と前記積分トルク指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２バンドパスフィルタと、を有するものであることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のシステム同定装置において、前記第１基本周波数成分検出器は、前記位置指令を入力し第１位置指令基本周波数を出力する第１フーリエ変換器と、前記位置指令と前記位置を入力し過渡位置を出力する過渡位置検出器と、前記位置から前記過渡位置を減算した定常位置と前記第１位置指令基本周波数を入力し位置基本周波数成分を出力する第３バンドパスフィルタを有するものであり、前記第２基本周波数成分検出器は、前記位置指令を入力し第２位置指令基本周波数を出力する第３フーリエ変換器と、前記位置指令と前記積分トルク指令を入力し過渡積分トルク指令を出力する過渡積分トルク指令検出器と、前記積分トルク指令から前記過渡積分トルク指令を減算した定常積分トルク指令と前記第２位置指令基本周波数を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第４バンドパスフィルタと、を有するものであることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のシステム同定装置において、前記指令発生器は、前記位置指令が周期的である場合、前記慣性モーメント同定値が増大し一定値になるまで前記位置指令の周期を長くして出力するものであることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のシステム同定装置において、前記指令発生器は、前記トルク指令の振幅が前記トルク制御器の定格トルクよりも小さくなり、  前記位置の振幅が前記電動機の可動範囲限界よりも小さくなるように前記位置指令の振幅を減少して出力するものであることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のシステム同定装置において、前記慣性モーメント同定器は、前記第１基本周波数成分検出器、前記位置評価器、前記周波数検出器、前記第１演算器に換えて、前記位置指令を入力し修正位置指令評価値を出力する第３演算器を備えたことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項８に記載の発明は、位置指令を出力する指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電流を出力するトルク制御器と、前記電流を入力する電動機と、前記電動機の前記位置を検出し出力する位置検出器と、前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置指令、前記トルク指令、前記位置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同定器と、を備えたシステム同定装置のシステム同定方法において、前記指令発生器は、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む系の固有周期よりも長い周期の前記位置指令を出力するものとし、前記慣性モーメント同定器は、前記位置指令と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器と、前記位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器と、前記位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器と、  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第１演算器と、前記トルク指令を入力しその入力信号の零階時間積分である積分トルク指令を出力する積分器と、前記積分トルク指令と前記位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器と、前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器と、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前記慣性モーメント同定値を出力する第２演算器と、を有する構成とし、  前記位置周波数をωとし、前記修正位置評価値は前記位置評価値にω２を乗算したものとし、同じ周期且つ異なる振幅の位置指令である第１位置指令と第２位置指令に対する前記積分トルク指令基本周波数成分をＴ１（０）およびＴ２（０）とし、前記位置基本周波数成分の２階時間微分が最小値と最大値をとる時間をｔ１およびｔ２とし、前記第１位置指令と前記第２位置指令に対する前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ１における値である前記位置評価値をＡ１およびＡ２とし、前記慣性モーメント同定値Ｊを次式により算出することを特徴としている。
【数１】
2006280080.tif 000003
【００１３】
また、請求項９に記載の発明は、位置指令を出力する指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電流を出力するトルク制御器と、前記電流を入力する電動機と、前記電動機の前記位置を検出し出力する位置検出器と、前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置指令、前記トルク指令、前記位置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同定器と、を備えたシステム同定装置のシステム同定方法において、前記指令発生器は、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む系の固有周期よりも長い周期の前記位置指令を出力するものとし、前記慣性モーメント同定器は、前記位置指令と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器と、前記位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器と、前記位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器と、  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第１演算器と、前記トルク指令を入力しその入力信号の零階時間積分である積分トルク指令を出力する積分器と、前記積分トルク指令と前記位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器と、前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器と、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前記慣性モーメント同定値を出力する第２演算器と、を有する構成とし、  前記位置周波数をωとし、前記修正位置評価値は前記位置評価値にω２を乗算したものとし、前記積分トルク指令基本周波数成分をＴ（０）とし、前記位置基本周波数成分の１階時間微分が同じ値であり、前記位置基本周波数成分の２階時間微分が同じ絶対値で違う符号である時間をｔ１およびｔ２とし、前記位置基本周波数成分の前記時間t1における値である前記位置評価値をＡとし、前記慣性モーメント同定値Ｊを次式により算出することを特徴としている。
【数２】
2006280080.tif 000004
【００１４】
また、請求項１０に記載の発明は、位置指令を出力する指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電流を出力するトルク制御器と、前記電流を入力する電動機と、前記電動機の前記位置を検出し出力する位置検出器と、前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置指令、前記トルク指令、前記位置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同定器と、を備えたシステム同定装置のシステム同定方法において、前記指令発生器は、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む系の固有周期よりも長い周期の前記位置指令を出力するものとし、  前記慣性モーメント同定器は、前記位置指令と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器と、前記位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器と、前記位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器と、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第１演算器と、前記トルク指令を入力しその入力信号の１階時間積分である積分トルク指令を出力する積分器と、前記積分トルク指令と前記位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器と、前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器と、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前記慣性モーメント同定値を出力する第２演算器と、を有する構成とし、前記位置周波数をωとし、前記修正位置評価値は前記位置評価値にωを乗算したものとし、同じ周期且つ異なる振幅の位置指令である第１位置指令と第２位置指令に対する前記積分トルク指令基本周波数成分をＴ１（０）の１階時間積分およびＴ２（０）の１階時間積分とし、前記位置基本周波数成分の１階時間微分が最小値と最大値をとる時間をｔ１およびｔ２とし、前記第１位置指令と前記第２位置指令に対する前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ１から四半周期前における値である前記位置評価値をＡ１およびＡ２とし、前記慣性モーメント同定値Ｊを次式により算出することを特徴としている。
【数３】
2006280080.tif 000005
【００１５】
また、請求項１１に記載の発明は、位置指令を出力する指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電流を出力するトルク制御器と、前記電流を入力する電動機と、前記電動機の前記位置を検出し出力する位置検出器と、前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置指令、前記トルク指令、前記位置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同定器と、を備えたシステム同定装置のシステム同定方法において、前記指令発生器は、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む系の固有周期よりも長い周期の前記位置指令を出力するものとし、  前記慣性モーメント同定器は、前記位置指令と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器と、前記位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器と、前記位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器と、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第１演算器と、前記トルク指令を入力しその入力信号の１階時間積分である積分トルク指令を出力する積分器と、前記積分トルク指令と前記位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器と、前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器と、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前記慣性モーメント同定値を出力する第２演算器と、を有する構成とし、前記位置周波数をωとし、前記修正位置評価値は前記位置評価値にωを乗算したものとし、前記積分トルク指令基本周波数成分をＴ（０）の１階時間積分とし、前記位置基本周波数成分が同じ値であり、前記位置基本周波数成分の１階時間微分が同じ絶対値で違う符号である時間をｔ１およびｔ２とし、前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ１から四半周期前における値である前記位置評価値評価値をＡとし、前記慣性モーメント同定値Ｊを次式により算出することを特徴としている。
【数４】
2006280080.tif 000006
【００１６】
また、請求項１２に記載の発明は、位置指令を出力する指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電流を出力するトルク制御器と、前記電流を入力する電動機と、前記電動機の前記位置を検出し出力する位置検出器と、前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置指令、前記トルク指令、前記位置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同定器と、を備えたシステム同定装置のシステム同定方法において、前記指令発生器は、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む系の固有周期よりも長い周期の前記位置指令を出力するものとし、  前記慣性モーメント同定器は、前記位置指令と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器と、前記位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器と、前記位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器と、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第１演算器と、前記トルク指令を入力しその入力信号の２階時間積分である積分トルク指令を出力する積分器と、前記積分トルク指令と前記位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器と、前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器と、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前記慣性モーメント同定値を出力する第２演算器と、を有する構成とし、前記修正位置評価値を前記位置評価値とし、同じ周期且つ異なる振幅の位置指令である第１位置指令と第２位置指令に対する前記積分トルク指令基本周波数成分をＴ１（０）の２階時間積分およびＴ２（０）の２階時間積分とし、前記位置基本周波数成分が最小値と最大値をとる時間をｔ１およびｔ２とし、前記第１位置指令と前記第２位置指令に対する前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ２における値である前記位置評価値をＡ１およびＡ２とし、  前記慣性モーメント同定値Ｊを次式により算出することを特徴としている。
【数５】
2006280080.tif 000007
【００１７】
また、請求項１３に記載の発明は、位置指令を出力する指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電流を出力するトルク制御器と、前記電流を入力する電動機と、前記電動機の前記位置を検出し出力する位置検出器と、前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置指令、前記トルク指令、前記位置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同定器と、を備えたシステム同定装置のシステム同定方法において、前記指令発生器は、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む系の固有周期よりも長い周期の前記位置指令を出力するものとし、  前記慣性モーメント同定器は、前記位置指令と前記位置を入力し位置基本周波数成分を出力する第１基本周波数成分検出器と、前記位置基本周波数成分を入力し位置評価値を出力する位置評価器と、前記位置基本周波数成分を入力し位置周波数を出力する周波数検出器と、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第１演算器と、
前記トルク指令を入力しその入力信号の２階時間積分である積分トルク指令を出力する積分器と、前記積分トルク指令と前記位置指令を入力し積分トルク指令基本周波数成分を出力する第２基本周波数成分検出器と、前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し積分トルク指令評価値を出力する積分トルク指令評価器と、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前記慣性モーメント同定値を出力する第２演算器と、を有する構成とし、前記修正位置評価値を前記位置評価値とし、前記積分トルク指令基本周波数成分をＴ（０）の２階時間積分とし、前記位置基本周波数成分の１階時間積分が同じ値であり、前記位置基本周波数成分が同じ絶対値で違う符号である時間をｔ１およびｔ２とし、前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ２における値である前記位置評価値をＡとし、前記慣性モーメント同定値Ｊを次式により算出することを特徴としている。
【数６】
2006280080.tif 000008
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に記載のシステム同定装置によると、低剛性負荷の付いた電動機の慣性モーメント同定ができる。
【００１９】
また、請求項２および３に記載のシステム同定装置によると、負荷側の固有周期よりも長い周期の任意の位置指令を用いて、一定トルク外乱を抑制し、低剛性負荷の付いた電動機の慣性モーメント同定ができる。
【００２０】
また、請求項４に記載のシステム同定装置によると、位置の定常状態を待つことなく負荷側の固有周期よりも長い周期の任意の位置指令を用いて、一定トルク外乱を抑制し、低剛性負荷の付いた電動機の慣性モーメント同定ができる。
【００２１】
また、請求項５に記載のシステム同定装置によると、低剛性負荷の付いた電動機の慣性モーメント同定を高精度に実施できる。
【００２２】
また、請求項６に記載のシステム同定装置によると、負荷の可動範囲が限定されている場合でも低剛性負荷の付いた電動機の慣性モーメント同定ができる。
【００２３】
また、請求項７記載のシステム同定装置によると、エンコーダの分解能が低い場合でも、低剛性負荷の付いた電動機の慣性モーメント同定を高精度に実施できる。
【００２４】
また、請求項８、１０、１２に記載のシステム同定装置のシステム同定方法によると、負荷側の固有周期よりも長い周期の任意の位置指令を用いて、電動機の粘性摩擦を抑制し、周期的なトルク外乱を抑制し、低剛性負荷の付いた電動機の慣性モーメント同定ができる。
【００２５】
また、請求項９、１１、１３に記載のシステム同定装置のシステム同定方法によると、負荷側の固有周期よりも長い周期の任意の位置指令を用いて、電動機の粘性摩擦を抑制し、一定トルク外乱を抑制し、低剛性負荷の付いた電動機の慣性モーメント同定ができる。
【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】
図１１は、本発明を適用するシステム同定装置のブロック図である。
図１１において、１１０１は指令発生器、１１０２は位置制御器、１１０３は速度制御器、１１０４はトルク制御器、１１０５は電動機、１１０６は位置検出器、１１０７は微分器、１１０８は慣性モーメント同定器である。
以下、図１１を用いて本発明を適用するシステム同定装置の構成を説明する。
指令発生器１１０１は位置指令を出力する。位置制御器１１０２は前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する。速度制御器１１０３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１１０４は前記トルク指令を入力し電流を出力する。電動機１１０５は前記電流を入力しその前記位置は位置検出器１１０６により検出され出力される。微分器１１０７は前記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１１０８は前記位置指令と前記トルク指令と前記位置を入力し慣性モーメント同定値を出力する。
【００２８】
図１は、第１実施例を示す慣性モーメント同定器の詳細ブロック図である。
図１において、１０１は第１基本周波数成分検出器、１０２は位置評価器、１０３は周波数検出器、１０４は第１演算器、１０５は積分器、１０６は第２基本周波数成分検出器、１０７は積分トルク指令評価器であり、１０８は第２演算器である。
以下、図１を用いて本実施例の構成について詳細を説明する。
第１基本周波数成分検出器１０１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１０２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１０３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１０４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１０５は、トルク指令を入力し前記トルク指令を零階時間積分した積分トルク指令を出力する。第２基本周波数成分検出器１０６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１０７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１０８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。
【００２９】
図２は、第１実施例を示す第１基本周波数成分検出器１０１と第２基本周波数成分検出器１０６の詳細ブロック図である。
図２において、２０１は第１フーリエ変換器、２０２は第２フーリエ変換器、２０３は第３フーリエ変換器、２０４は第４フーリエ変換器である。
以下、本実施例の第１基本周波数成分検出器１０１と第２基本周波数成分検出器１０６の詳細構成について説明する。
第１フーリエ変換器２０１は、位置指令を入力し前記位置指令の基本周波数を第１位置指令基本周波数として検出し出力する。第２フーリエ変換器２０２は、前記第１位置指令基本周波数と位置を入力し、前記位置の周波数成分のうち前記第１位置指令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。第３フーリエ変換器２０３は、前記位置指令を入力し前記位置指令の基本周波数を第２位置指令基本周波数として検出し出力する。第４フーリエ変換器２０４は、前記第２位置指令基本周波数と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うち前記第２位置指令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。
【００３０】
以下、本発明の動作および原理について図１、２および１１を用いて説明する。
指令発生器１１０１が発生する位置指令の周期を、トルク制御器１１０４と電動機１１０５と位置検出器１１０６を含む系である開ループ系の固有周期よりも十分に長く、すなわち、前記開ループ系の運動方程式は次式で近似できる程度に長く設定する。
【数７】
2006280080.tif 000009
ただし、Ｊｍを電動機慣性モーメントとし、Ｊｌを負荷慣性モーメントとし、Ｄを電動機粘性摩擦とし、ｃｌを負荷粘性摩擦とし、θｍを位置とし、ｗをトルク外乱とし、Ｔをトルク指令とする。図１中位置基本周波数成分をθｍ（０）とし、積分トルク指令基本周波数成分をＴ（０）とし、トルク外乱ｗの周波数成分のうち前記位置指令の基本周波数における周波数成分をｗ（０）とすると、式（７）より、
【数８】
2006280080.tif 000010
である。
位置基本周波数成分θｍ（０）は正弦波であるので、その２階時間微分である加速度基本周波数成分は前記位置周波数をωとすると、次式のように表すことができる。すなわち、前記修正位置評価値は前記位置評価値にω2を乗算したものとすることができる。
【数９】
2006280080.tif 000011
【００３１】
図３は、第１実施例を示す修正位置と速度基本周波数成分の関係の説明図である。
ここで、修正位置は前記加速度基本周波数成分であり、積分トルク指令はトルク指令、すなわち、前記積分トルク指令を前記トルク指令の零階時間積分とする。
以下、図３を用いて修正位置と速度基本周波数成分の関係を説明する。
前記修正位置が最小値（−ａ）をとる点をＡ点とし、前記修正位置が最大値（＋ａ）をとる点をＢ点とし、Ａ点およびＢ点の起こる時間、すなわち、前記位置基本周波数成分の２階時間微分が最小値と最大値をとる時間をそれぞれｔ１およびｔ２とする。時間ｔ１およびｔ２において前記速度基本周波数成分はそれぞれＣ点およびＤ点となり零である。時間ｔ１およびｔ２において式（８）を評価し減算すると次式のようになる。
【数１０】
2006280080.tif 000012
ただし、トルク外乱ｗは周期的であるとする。前記トルク外乱が一定の場合はｂ＝０となる。式（９）を用いて式（１０）を書き直すと次式のようになる。
【数１１】
2006280080.tif 000013
ただし、Ａは前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ１における値である位置評価値である。
同じ周期で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位置指令に対する前記位置評価値をそれぞれＡ１およびＡ２とし、前記第１位置指令と前記第２位置指令に対する前記積分トルク指令基本周波数成分をそれぞれＴ１（０）およびＴ２（０）とする。式（１１）を前記第１位置指令と前記第２位置指令に対して評価すると、
【数１２】
2006280080.tif 000014
となる。式（１２）を慣性モーメント同定値Ｊについて解くと、次式を得る。
【数１３】
2006280080.tif 000015
図１において、第２演算器１０８は、式（１３）を用いて前記慣性モーメント同定値を算出する。式（１３）は電動機粘性摩擦Ｄと、負荷粘性摩擦ｃｌと、トルク外乱ｗを含まないので、電動機粘性摩擦Ｄと、負荷粘性摩擦ｃｌと、トルク外乱ｗは前記慣性モーメント同定値に影響しない。また、電動機１１０５が２慣性系でなく一般の多慣性系であっても前記位置指令の周期が前記開ループ系の固有周期より十分に長い場合、その運動方程式は式（７）のように表すことができるので、その慣性モーメントは式（１３）によって同定することができる。
【００３２】
前記位置指令の周期が前記開ループ系の固有周期に近い場合およびそれより短い場合は、前記開ループ系の柔軟モードの影響により慣性モーメント同定値が電動機慣性モーメントに近い値として算出される。前記位置指令の周期を長くするにしたがって前記慣性モーメント同定値は増大し、電動機慣性モーメントと負荷慣性モーメントの和に収束する。前記慣性モーメント同定値が増大し一定値に収束するまで前記位置指令の周期を長く設定することにより、式（７）で用いた近似がより正確に成り立ち慣性モーメント同定の精度を高めることができる。
【００３３】
また、電動機１１０５の可動範囲が限定されている場合は、位置の振幅が前記可動範囲よりも十分に小さくなるまで位置指令の振幅を下げることにより慣性モーメント同定を実施できる。
【００３４】
以下、本実施例のシミュレーション結果を示す。
本シミュレーションに用いた数値は次のようになる。
【数１４】
2006280080.tif 000016
ただし、ｃは電動機負荷間粘性摩擦であり、ｋは電動機負荷間剛性であり、ＫＰは位置制御器１１０２の比例制御ゲインであり、ＫＶは速度制御器１１０３の比例制御ゲインであり、 Ｔｕは位置指令の周期であり、ωは前記位置指令の基本周波数であり、Ｔｒａｔは定格トルクである。電動機１１０５の負荷側の固有周波数は
【数１５】
2006280080.tif 000017
であり、位置指令の周波数ωは前記負荷側の固有周波数よりも十分低く設定した。また速度制御器１１０３の比例制御ゲインＫＶＪｍは、図１１の前記位置指令に対する位置制御器１１０２と速度制御器１１０３とトルク制御器１１０４と電動機１１０５と位置検出器１１０６と微分器１１０７を含む系である閉ループ系の応答が十分速く定常状態に達するように設定した。
【００３５】
図４は第１実施例を示すシミュレーションに用いた位置指令の説明図である。
本シミュレーションには図４（ａ）に示す三角速度信号を１階時間積分した図４（ｂ）に示す位置指令である第１位置指令と振幅がその半分の第２位置指令を用いた。
【００３６】
図５は第１実施例を示す電動機負荷間粘性摩擦を変化した場合の慣性モーメント同定誤差のシミュレーション結果の説明図である。
また、図６は第１実施例を示す一定トルク外乱を変化した場合の慣性モーメント同定誤差のシミュレーション結果の説明図である。
図５は電動機負荷間粘性摩擦ｃと式（１３）で算出した慣性モーメント同定値の同定誤差との関係の図を示し、図６は一定トルク外乱ｗと慣性モーメント同定値の同定誤差との関係を示す。図５と図６において、電動機負荷間粘性摩擦ｃおよび一定トルク外乱ｗ以外には式（１４）に示す数値を用いた。同定誤差ｅは電動機慣性モーメントと負荷慣性モーメントの和の真値Ｊ＊と同定値Ｊを用いて次式により算出した。
【数１６】
2006280080.tif 000018
図５および図６において電動機負荷間粘性摩擦と一定トルク外乱に関わらず約０．４％の同定誤差で慣性モーメント同定ができることが示された。
【実施例２】
【００３７】
図７は、第２実施例を示す第１基本周波数成分検出器と第２基本周波数成分検出器の詳細ブロック図である。
図７において、２０１は第１フーリエ変換器、２０３は第３フーリエ変換器、７０１は第１バンドパスフィルタ、７０２は第２バンドパスフィルタである。
本実施例が第１実施例と異なる点は、図１における第１基本周波数成分検出器１０１と第２基本周波数成分検出器１０６の内部構成に関する点である。
すなわち、第１実施例の第２フーリエ変換器２０２、第４フーリエ変換器２０４に換えて、本実施例では、第１バンドパスフィルタ７０１、第２バンドパスフィルタ７０２で構成している点である。
以下、本実施例の第１基本周波数成分検出器１０１と第２基本周波数成分検出器１０６の詳細構成について説明する。
第１フーリエ変換器２０１は、位置指令を入力し前記位置指令の基本周波数を第１位置指令基本周波数として検出し出力する。第１バンドパスフィルタ７０１は前記第１位置指令基本周波数と位置を入力し前記位置の周波数成分のうち前記第１位置指令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。第３フーリエ変換器２０３は前記位置指令を入力し前記位置指令の基本周波数を第２位置指令基本周波数として検出し出力する。第２バンドパスフィルタ７０２は前記第２位置指令基本周波数と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うち前記第２位置指令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。
【００３８】
慣性モーメント同定は、前記位置基本周波数成分と前記積分トルク指令基本周波数成分を用いて実施例１と同様に実施でき、負荷側の固有周期よりも長い周期の任意の位置指令を用いて、一定トルク外乱を抑制し、低剛性負荷の付いた電動機の慣性モーメント同定ができる。
【実施例３】
【００３９】
図８は、第３実施例を示す第１基本周波数成分検出器と第２基本周波数成分検出器の詳細ブロック図である。
図８において、２０１は第１フーリエ変換器、２０３は第３フーリエ変換器、８０１は過渡位置検出器、８０２は第３バンドパスフィルタ、８０３は過渡積分トルク指令検出器、８０４は第４バンドパスフィルタである。
本実施例が第１実施例と異なる点は、図１における第１基本周波数成分検出器１０１と第２基本周波数成分検出器１０６の内部構成に関する点である。
すなわち、第１実施例の第２フーリエ変換器２０２、第４フーリエ変換器２０４に換えて本実施例では、第３バンドパスフィルタ８０２、第４バンドパスフィルタ８０４、過渡位置検出器８０１、過渡積分トルク指令検出器８０３で構成している点である。
以下、図８を用いて本実施例の第１基本周波数成分検出器１０１と第２基本周波数成分検出器１０６の詳細構成を説明する。
第１フーリエ変換器２０１は、位置指令を入力しその入力信号の基本周波数である第１位置指令基本周波数を出力する。過渡位置検出器８０１は、前記位置指令と位置を入力しその入力信号のスペクトルを比較することにより前記位置の過渡成分を過渡位置として検出し出力する。第３バンドパスフィルタ８０２は、前記位置から前記過渡位置を減算した定常位置と前記第１位置指令基本周波数を入力し前記定常位置の周波数成分のうち前記第１位置指令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出力する。第３フーリエ変換器２０３は前記位置指令を入力し、その入力信号の基本周波数である第２位置指令基本周波数を出力する。過渡積分トルク指令検出器８０３は、前記位置指令と積分トルク指令を入力しその入力信号のスペクトルを比較することにより前記積分トルク指令の過渡成分を過渡積分トルク指令として検出し出力する。第４バンドパスフィルタ８０４は、前記積分トルク指令から前記過渡積分トルク指令を減算した定常積分トルク指令と前記第２位置指令基本周波数を入力し、前記定常積分トルク指令の周波数成分のうち前記第２位置指令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出力する。
【００４０】
慣性モーメント同定は、前記位置基本周波数成分と前記積分トルク指令基本周波数成分を用いて実施例１と同様に実施でき、位置の定常状態を待つことなく負荷側の固有周期よりも長い周期の任意の位置指令を用いて、一定トルク外乱を抑制し、低剛性負荷の付いた電動機の慣性モーメント同定ができる。
【実施例４】
【００４１】
図９は、第４実施例を示す第１基本周波数成分検出器と第２基本周波数成分検出器の詳細ブロック図である。
図９において、１０５は積分器、１０６は第２基本周波数成分検出器、１０７は積分トルク指令評価器、１０８は第２演算器、９０１は第３演算器である。
本実施例が第１実施例と異なる点は、第１実施例の第１基本周波数成分検出器１０１、位置評価器１０２、周波数検出器１０３、第１演算器１０４に換えて、本実施例の慣性モーメント同定器は、前記位置指令を入力し修正位置指令評価値を出力する第３演算器９０１を備えるようにしている点である。
以下、図９を用いて本実施例の慣性モーメント同定器の詳細構成を説明する。
第３演算器９０１は位置指令を入力し修正位置指令評価値を出力する。積分器１０５はトルク指令を入力しその入力信号を零階時間積分した積分トルク指令を出力する。第２基本周波数成分検出器１０６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１０７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の設定した時間における値を積分トルク指令評価値として出力する。第２演算器１０８は前記修正位置指令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。
【００４２】
慣性モーメント同定は、式（１３）において前記位置評価値Ａ１とＡ２の代りに前記位置指令の前記時間ｔ１における値である位置指令評価値を用いて第１実施例と同様に慣性モーメント同定ができ、エンコーダの分解能が低い場合でも、低剛性負荷の付いた電動機の慣性モーメント同定を高精度に実施できる。
【実施例５】
【００４３】
本実施例の慣性モーメント同定器の構成は図１、２に示す第１実施例と同じである。本実施例と第１実施例が異なる点は、前記積分トルク指令評価値を評価する時間ｔ１とｔ２ に関する点である。
図１０は、第５実施例を示す時間ｔ１とｔ２ の設定法の説明図である。
以下、図１０を用いて時間ｔ１とｔ２ の設定法および慣性モーメント同定方法について説明する。
時間ｔ１とｔ２ は前記位置基本周波数成分の２階時間微分である修正位置の絶対値が同じで符号が逆であり、前記速度基本周波数成分が同じ値をとる２つの時間とし、例えば図１０に示すＡ点とＣ点およびＢ点とＤ点の時間である。Ａ点とＢ点における前記修正位置の値はそれぞれ−aと＋aであるので、トルク外乱ｗを一定とすると、実施例１の式（１０）と同様に式（８）を前記時間ｔ１とｔ２ において評価すると次式を得る。
【数１７】
2006280080.tif 000019
第１実施例と同様に位置評価値Ａと位置周波数ωを用いて式（１７）を書き直すと、次式のようになる。
【数１８】
2006280080.tif 000020
【００４４】
図１に示す第２演算器１０８は、式（１８）により慣性モーメント同定値を算出する。
この式（１８）は一定トルク外乱ｗを含まないので、前記一定トルク外乱ｗは前記慣性モーメント同定値に影響しない。
このように、負荷側の固有周期よりも長い周期の任意の位置指令を用いて、電動機の粘性摩擦を抑制し、一定トルク外乱を抑制し、低剛性負荷の付いた電動機の慣性モーメント同定ができる。
【実施例６】
【００４５】
本実施例が第１実施例と異なる点は、本実施例において、図１中の積分トルク指令をトルク指令の１階時間積分としている点であり、その点以外については、図１、２に示す第１実施例と同じ構成である。
以下、本実施例の慣性モーメント同定方法を説明する。
前記開ループ系の運動方程式は式（７）で表され、その基本周波数成分の式は式（８）で表される。式（８）を１階時間積分すると次式を得る。
【数１９】
2006280080.tif 000021
前記位置基本周波数成分の１階時間微分である速度基本周波数成分が最小値（−ｖ）と最大値（＋ｖ）をとる時間をｔ１およびｔ２とし、前記時間ｔ１およびｔ２において式（１９）を評価すると、次式のようになる。
【数２０】
2006280080.tif 000022
式（２０）より次式を得る。
【数２１】
2006280080.tif 000023
第１実施例と同様に、周期が同じで振幅の異なる２つの位置指令である第１位置指令と第２位置指令に対して式（２１）を評価すると、次式のようになる。
【数２２】
2006280080.tif 000024
ただし、前記第１位置指令および前記第２位置指令に対する前記速度基本周波数成分の前記時間ｔ２における値をそれぞれｖ１およびｖ２とし、前記第１位置指令と前記第２位置指令に対する前記積分トルク指令基本周波数成分をそれぞれＴ１（０）の１階時間積分およびＴ２（０）の１階時間積分とする。
前記速度基本周波数成分と前記位置基本周波数成分には次の関係が成り立つ。すなわち、前記修正位置評価値は前記位置評価値にωを乗算したものである。
【数２３】
2006280080.tif 000025
ただし、ωは前記位置指令の基本周波数であり、Ｔｕは前記位置指令の周期である。
式（２３）と式（２２）より慣性モーメント同定値Ｊは次式により算出する。
【数２４】
2006280080.tif 000026
ただし、前記第１位置指令および前記第２位置指令に対する前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ１から四半周期前の値である前記位置評価値をそれぞれＡ１およびＡ２とした。
【００４６】
図１において、第２演算器１０８は、式（２４）を用いて前記慣性モーメント同定値を算出する。式（２４）は電動機粘性摩擦Ｄと、負荷粘性摩擦ｃｌと、トルク外乱ｗを含まないので、電動機粘性摩擦Ｄと、負荷粘性摩擦ｃｌと、トルク外乱ｗは前記慣性モーメント同定値に影響しない。また、電動機１１０５が２慣性系でなく一般の多慣性系であっても前記位置指令の周期が前記開ループ系の固有周期より十分に長い場合、その運動方程式は式（７）のように表すことができるので、その慣性モーメントは式（２４）によって同定することができる。
【実施例７】
【００４７】
本実施例の慣性モーメント同定器の構成は第６実施例と同じ前記積分トルク指令を前記トルク指令の１階時間積分とするものである。第６実施例と異なる点は前記積分トルク指令評価値を評価する時間ｔ１とｔ２に関する点である。
前記位置基本周波数成分が同じ値であり、前記位置基本周波数成分の１階時間微分が同じ絶対値で違う符号である時間をｔ１およびｔ２として、第６実施例と同様に設定する。前記修正位置評価値は前記位置評価値にωを乗算したものとし、トルク外乱ｗが一定である場合、前記積分トルク指令基本周波数成分をＴ（０）の１階時間積分とし、式（２１）と同様に次式が成り立つ。
【数２５】
2006280080.tif 000027
式（２５）中のｖは前記速度基本周波数成分の前記時間ｔ２における値である。
前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ１から四半周期前における値である前記位置評価値をＡとし、式（２５）より式（２４）と同様に位置評価値Ａと位置周波数ωを用いて慣性モーメント同定値Ｊは次式で表される。
【数２６】
2006280080.tif 000028
【００４８】
図１において、第２演算器１０８は、式（２６）を用いて前記慣性モーメント同定値を算出する。式（２６）は、第６実施例と同様に一定トルク外乱を含まないので、前記一定トルク外乱は前記慣性モーメント同定値に影響しない。
このように、負荷側の固有周期よりも長い周期の任意の位置指令を用いて、電動機の粘性摩擦を抑制し、一定トルク外乱を抑制し、低剛性負荷の付いた電動機の慣性モーメント同定ができる。
【実施例８】
【００４９】
本実施例が第１実施例と異なる点は、本実施例において、図１中の積分トルク指令をトルク指令の２階時間積分としている点であり、その点以外については、図１に示す第１実施例と同じ構成である。
以下、本実施例の慣性モーメント同定方法を説明する。
前記開ループ系の運動方程式は式（７）で表され、その基本周波数成分は式（８）で表される。式（８）を２階時間積分すると次式を得る。
【数２７】
2006280080.tif 000029
図１中の位置基本周波数成分が最小値（−Ａ）と最大値（＋Ａ）をとる時間をｔ１およびｔ２とし、前記時間ｔ１およびｔ２において式（２７）を評価すると、次のようになる。
【数２８】
2006280080.tif 000030
式（２８）より次式を得る。
【数２９】
2006280080.tif 000031
第１実施例と同様に周期が同じで振幅の異なる２つの位置指令である第１位置指令と第２位置指令に対して式（２９）を評価すると、
【数３０】
2006280080.tif 000032
ただし、前記第１位置指令および前記第２位置指令に対する前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ２における値である位置評価値をそれぞれＡ１およびＡ２とし、前記第１位置指令と前記第２位置指令に対する前記積分トルク指令基本周波数成分をそれぞれＴ１（０）の２階時間積分およびＴ２（０）の２階時間積分とする。
式（３０）より慣性モーメント同定値Ｊは次式で与えられる。
【数３１】
2006280080.tif 000033
【００５０】
図１において、第２演算器１０８は式（３１）を用いて前記慣性モーメント同定値を算出する。式（３１）は電動機粘性摩擦Ｄと、負荷粘性摩擦ｃｌと、トルク外乱ｗを含まないので、電動機粘性摩擦Ｄと、負荷粘性摩擦ｃ１と、トルク外乱ｗは前記慣性モーメント同定値に影響しない。また、前記開ループ系が２慣性系でなく一般の多慣性系であっても前記位置指令の周期が前記開ループ系の固有周期より十分に長い場合、その運動方程式は式（７）のように表すことができるので、その慣性モーメントは式（３１）によって同定することができる。
【実施例９】
【００５１】
本実施例の慣性モーメント同定器の構成は第８実施例と同じ、すなわち、図１中の積分トルク指令をトルク指令の２階時間積分としている点であり、その点以外については、図１に示す第１実施例と同じ構成である。
本実施例が第８実施例と異なる点は、前記積分トルク指令評価値を評価する時間ｔ１とｔ２である。前記位置基本周波数成分の１階時間積分が同じ値であり、前記位置基本周波数成分が同じ絶対値で違う符号である時間をｔ１およびｔ２として設定し、トルク外乱ｗが一定である場合、前記積分トルク指令基本周波数成分をＴ（０）の２階時間積分とし、前記修正位置評価値を前記位置評価値として、すなわち、前記位置基本周波数成分の前記時間ｔ２における値である位置評価値Ａを用いて式（２９）と同様に次式が成り立つ。
【数３２】
2006280080.tif 000034
式（３２）を慣性モーメント同定値Jについて解くと、
【数３３】
2006280080.tif 000035
【００５２】
第２演算器１０８は式（３３）により前記慣性モーメント同定値を算出する。他の実施例同様に一定トルク外乱は前記慣性モーメント同定値に影響しない。
このように、負荷側の固有周期よりも長い周期の任意の位置指令を用いて、電動機の粘性摩擦を抑制し、一定トルク外乱を抑制し、低剛性負荷の付いた電動機の慣性モーメント同定ができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
低剛性負荷の付いた電動機の多慣性系の慣性モーメントを有するロボット装置、一般用産業装置などの慣性モーメント同定装置に広く適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施例を示す慣性モーメント同定器の詳細ブロック図
【図２】第１実施例を示す第１基本周波数成分検出器と第２基本周波数成分検出器の詳細ブロック図
【図３】第１実施例を示す修正位置と速度基本周波数成分の関係の説明図
【図４】第１実施例を示すシミュレーションに用いた位置指令の説明図
【図５】第１実施例を示す電動機負荷間粘性摩擦を変化した場合の慣性モーメント同定誤差のシミュレーション結果の説明図
【図６】第１実施例を示す一定トルク外乱を変化した場合の慣性モーメント同定誤差のシミュレーション結果の説明図
【図７】第２実施例を示す第１基本周波数成分検出器と第２基本周波数成分検出器の詳細ブロック図
【図８】第３実施例を示す第１基本周波数成分検出器と第２基本周波数成分検出器の詳細ブロック図
【図９】第４実施例を示す第１基本周波数成分検出器と第２基本周波数成分検出器の詳細ブロック図
【図１０】第５実施例を示す時間ｔ１とｔ２ の設定法の説明図
【図１１】本発明を適用するシステム同定装置のブロック図
【図１２】従来技術を示すシステム同定装置の構成
【符号の説明】
【００５５】
１０１  第１基本周波数成分検出器
１０２  位置評価器
１０３  周波数検出器
１０４  第１演算器
１０５  積分器
１０６  第２基本周波数成分検出器
１０７  積分トルク指令評価器
１０８  第２演算器
２０１  第１フーリエ変換器
２０２  第２フーリエ変換器
２０３  第３フーリエ変換器
２０４  第４フーリエ変換器
７０１  第１バンドパスフィルタ
７０２  第２バンドパスフィルタ
８０１  過渡位置検出器
８０２  第３バンドパスフィルタ
８０３  過渡積分トルク指令検出器
８０４  第４バンドパスフィルタ
９０１  第３演算器
１１０１  指令発生器
１１０２  位置制御器
１１０３  速度制御器
１１０４  トルク制御器
１１０５  電動機
１１０６  位置検出器
１１０７  微分器
１１０８  慣性モーメント同定器
１２０１  指令発生部
１２０２  速度制御部
１２０３  推定部
１２０４  同定部
【図１】
2006280080.tif 000042
【図２】
2006280080.tif 000043
【図３】
2006280080.tif 000044
【図４】
2006280080.tif 000045
【図５】
2006280080.tif 000046
【図６】
2006280080.tif 000047
【図７】
2006280080.tif 000048
【図８】
2006280080.tif 000049
【図９】
2006280080.tif 000050
【図１０】
2006280080.tif 000051
【図１１】
2006280080.tif 000052
【図１２】
2006280080.tif 000053