(57)【要約】【課題】  粘性摩擦を同定でき、その同定結果を使用して摩擦補償を行い、精度よくイナーシャを同定することができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】  速度指令Ｖｒｅｆとモデル速度Ｖｆｂ’のモデル速度偏差を制御処理してモデルトルク指令を生成するモデル速度制御手段（５）と、モータ速度Ｖｆｂに係数Ｄを乗算して補償トルク指令を生成する補償トルク生成部（１８）と、第１トルク指令と補償トルク指令を加算し第２トルク指令を生成するトルク補償手段（１７）と、イナーシャを算出するイナーシャ算出手段（１９）とを備え、イナーシャ算出手段（１９）は、第１モータトルク指令を時間積分してモータトルク指令積分値ＩＴｒｅｆとモデル速度制御手段が生成するモデルトルク指令を時間積分したモデルトルク指令積分値ＩＴｒｅｆ’との比からイナーシャＪを算出するようにした。【選択図】図１
2006109571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度指令Ｖｒｅｆとモータ速度Ｖｆｂのモータ速度偏差を制御処理して第１トルク指令を生成する速度制御手段と、前記第１トルク指令からモータ電流を生成するモータ駆動手段とで構成されるモータ制御置において、
前記速度指令Ｖｒｅｆとモデル速度Ｖｆｂ’のモデル速度偏差を制御処理してモデルトルク指令を生成するモデル速度制御手段と、
前記モータ速度Ｖｆｂに係数Ｄを乗算して補償トルク指令を生成する補償トルク生成手段と、
前記第１トルク指令と前記補償トルク指令を加算し第２トルク指令を生成するトルク補償手段と、
イナーシャを算出するイナーシャ算出手段とを備え、
前記イナーシャ算出手段は、前記第１トルク指令を時間積分してモータトルク指令積分値ＩＴｒｅｆと前記モデル速度制御手段が生成するモデルトルク指令を時間積分したモデルトルク指令積分値ＩＴｒｅｆ’との比からイナーシャＪを算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記速度制御手段と前記モデル速度制御手段は同じ定数のＰＩ制御器で構成され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】
速度指令Ｖｒｅｆとモータ速度Ｖｆｂのモータ速度偏差を制御処理して第１トルク指令を生成する速度制御手段と、前記第１トルク指令からモータ電流を生成するモータ駆動手段とで構成されるモータ制御装置において、
前記速度指令Ｖｒｅｆとモデル速度Ｖｆｂ’のモデル速度偏差を制御処理してモデルトルク指令を生成するモデル速度制御手段と、
粘性摩擦係数を算出する粘性摩擦係数算出手段とを備え、
前記粘性摩擦係数算出手段は、前記モータ速度偏差を時間積分した値Ｉｖｅｒｒと前記モデルトルク指令を時間積分した値ＩＴｒｅｆとの比から粘性摩擦係数Ｄ’を算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
前記粘性摩擦係数Ｄ’に係数αを乗算し粘性摩擦係数Ｄとす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５】
前記係数αは、前記速度制御手段の速度比例ゲインとモータモデルイナーシャ値を乗算し、前記速度制御手段の速度積分時定数で割った値とすることを特徴とする請求項４記載のモータ制御装置。
【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などの制御装置で、特にイナーシャ等の制御定数を同定するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御定数を同定する装置は、モータ速度を制御する速度制御部とモデルにより速度制御をシミュレーションするモデル速度制御部を備え、実速度制御部のトルク指令を時間積分した値ＳＴｒｅｆとモデル速度制御部のトルク指令を時間積分したＳＴｒｅｆ’との比によりイナーシャ同定している（例えば、特許文献１参照）。また、モータ速度を制御する速度制御部とモデルにより速度制御をシミュレートするモデル速度制御部を備え、モータ速度制御部のトルク指令Ｔｒｅｆにフィルタを通した値を所定の区間［ａ，ｂ］で時間積分したトルク指令時間積分値ＳＴｒｅｆとモデル速度制御部のトルク指令Ｔｒｅｆ’を同じ区間で時間積分したモデルトルク指令時間積分値ＳＴｒｅｆ’との比によりイナーシャＪを同定する同定部と、同定されたイナーシャＪに基づいてモータ速度制御部の速度ループゲインＫｖの調整を行うものもある。（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
このように、従来の装置は、モータ速度制御部のトルク指令時間積分値とモデル速度制御部のトルク指令時間積分値の比からイナーシャＪを同定していた。
【特許文献１】特ＷＯ１９９６/３７０３９号公報（６頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−２１８４８８号公報（２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の制御定数を同定する装置は、粘性摩擦が影響するような場合には、イナーシャ同定値が真値よりも大きくなるという問題がある。従来例を引用し、数式でこの問題点を説明する。図３は従来例の制御構成を示すブロック図である。
図３において３０は速度指令Ｖｒｅｆ、３１は速度制御部、３２は推定部、３３は速度制御部の速度ＰＩ制御器、３４は推定部の速度ＰＩ制御器、３５はモータ、３６はモータモデル、３７は積分器、３８はトルク指令時間積分値、ＳＴｒｅｆ３９はモデルトルク指令時間積分値ＳＴｒｅｆ’である。また、速度指令からトルク指令時間積分値までの伝達関数ＧＲは、（１）式となる。以下、Ｋｖは速度ＰＩ制御器の比例ゲイン、Ｔｉは速度ＰＩ制御器の積分時定数、Ｊはモータイナーシャ（Ｊｍ）とモータに結合された負荷イナーシャ（Ｊｌ）の合成イナーシャを表し、Ｄは粘性摩擦係数である。
【０００５】
【数１】
2006109571.tif 000003
・・・（１）
また、速度指令３０からモデルトルク指令時間積分値３９までの伝達関数ＧＭは（２）式で表される。
【０００６】
【数２】
2006109571.tif 000004
・・・（２）
速度指令をステップ入力とし、（１）式と（２）式に最終値の定理を適用すると（３）式となる。
【０００７】
【数３】
2006109571.tif 000005
・・・（３）
モータ速度制御のトルク指令の時間積算値をモデル速度制御のトルク指令の時間積算値で割った値をイナーシャ比としているので、（３）式より積分区間を長く取れば、同定精度が徐々に悪くなっていくという結果になる。
【０００８】
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、粘性摩擦を同定でき、その同定結果を使用して摩擦補償を行い、精度よくイナーシャを同定することができるモータ制御装置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】
【０００９】
請求項１記載の本発明は、速度指令Ｖｒｅｆとモータ速度Ｖｆｂのモータ速度偏差を制御処理して第１トルク指令を生成する速度制御手段と、第１トルク指令からモータ電流を生成するモータ駆動手段とで構成されるモータ制御置において、速度指令Ｖｒｅｆとモデル速度Ｖｆｂ’のモデル速度偏差を制御処理してモデルトルク指令を生成するモデル速度制御手段と、モータ速度Ｖｆｂに係数Ｄを乗算して補償トルク指令を生成する補償トルク生成手段と、第１トルク指令と補償トルク指令を加算し第２トルク指令を生成するトルク補償手段と、イナーシャを算出するイナーシャ算出手段とを備え、イナーシャ算出手段は、第１トルク指令を時間積分してモータトルク指令積分値ＩＴｒｅｆと前記モデル速度制御手段が生成するモデルトルク指令を時間積分したモデルトルク指令積分値ＩＴｒｅｆ’との比からイナーシャＪを算出するようにしたものである。
請求項２記載の本発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、速度制御手段とモデル速度制御手段は同じ定数のＰＩ制御器で構成されるようにしたものである。
請求項３記載の本発明は、速度指令Ｖｒｅｆとモータ速度Ｖｆｂのモータ速度偏差を制御処理して第１トルク指令を生成する速度制御手段と、第１トルク指令からモータ電流を生成するモータ駆動手段とで構成されるモータ制御置において、速度指令Ｖｒｅｆとモデル速度Ｖｆｂ’のモデル速度偏差を制御処理してモデルトルク指令を生成するモデル速度制御手段と、粘性摩擦係数を算出する粘性摩擦係数算出手段とを備え、粘性摩擦係数算出手段は、モータ速度偏差を時間積分した値Ｉｖｅｒｒとモデルトルク指令を時間積分した値ＩＴｒｅｆとの比から粘性摩擦係数Ｄ’を算出するようにしたものである。
請求項４記載の本発明は、請求項３記載のモータ制御装置において、粘性摩擦係数Ｄ’に係数αを乗算し粘性摩擦係数Ｄとするようにしたものである。
請求項５記載の本発明は、請求項４記載のモータ制御装置において、係数αは、速度制御手段の速度比例ゲインとモータモデルイナーシャ値を乗算し、速度制御手段の速度積分時定数で割った値とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１および請求項２記載の粘性摩擦補償により、粘性摩擦のある場合のイナーシャ同定精度悪化を抑止できる。
請求項３記載の本発明により速度に依存する粘性摩擦係数を同定することができる。
請求項４および請求項５記載の本発明により速度に依存する粘性摩擦係数を同定することができ、この粘性摩擦係数は簡単な数式で表せるため、実現が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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】
【００１２】
図１は、本発明の請求項１の構成を示す図である。図１において、２は速度制御部、４は速度制御手段、１８は補償トルク生成手段、１７はトルク補償手段、１０は粘性摩擦係数、２８はモータ駆動手段、８はモータ、３はモデル制御部、５は速度制御手段、８はモータモデルである。速度制御部２は速度制御手段４とモータ駆動手段で構成される。モータ速度制御手段４は速度指令Ｖｒｅｆ１と速度フィードバック信号Ｖｆｂのモータ速度偏差を演算し、モータ速度偏差を制御処理して第１モータトルク指令を生成する。図１のモータ速度制御手段はＰＩ制御器で構成される。補償トルク指令生成手段１８は速度フィードバックＶｆｂと粘性摩擦係数Ｄを乗算して補償トルク指令を生成する。トルク補償手段１７は第１モータトルク指令と補償トルク指令を加算し第２モータトルク指令２７を生成する。モータ駆動手段は第２モータトルク指令を電流指令に変換し、電流制御手段を介してモータに電流を供給する。モデル速度制御部３はモデル速度制御手段５とモータモデル９で構成される。モデル速度手段５は速度指令Ｖｒｅｆとモータモデル速度Ｖｆｂ’のモデル速度偏差を演算し、モデル速度偏差を制御処理してモデルトルク指令を生成する。モータモデルはモデルトルク指令を積分してモデル速度Ｖｆｂ’を生成する。イナーシャ算出手段１９は積分器１２、１７および除算器１５で構成される。積分器１７は第１モータトルク指令を積分してモータトルク指令時間積分値ＩＴｒｅｆを生成し、積分器１２はモデルトルク指令Ｔｒｅｆ’を積分してモデルトルク指令時間積分値ＩＴｒｅｆ’を生成する。除算器１５はモータトルク指令時間積分値ＩＴｒｅｆをモデルトルク指令時間積分値ＩＴｒｅｆ’で除算し、イナーシャ比を生成する。
【００１３】
本発明が特許文献１と異なる部分は、実速度制御において、モータ速度に係数Ｄを乗算した出力をトルク指令に加算し、加算前の第１モータトルク指令を時間積分する箇所を備えた部分である。
【００１４】
第１の実施例のシミュレーション結果を次に説明する。シミュレーションで使用したパラメータ値は、モータイナーシャは１１．６＊１０−６（ｋｇ・ｍ２）、負荷イナーシャはモータイナーシャの２倍、粘性摩擦は５８＊１０−６（Ｎｍｓ／ｒａｄ）、速度ゲイン４０Ｈｚ、積分時定数２０ｍｓとし、速度指令は台形指令として振幅１００ｍｉｎ−１を与えた。また、モータモデルイナーシャは、上記モータイナーシャと同値とした。粘性摩擦がわかっているという仮定の下で、図１に上記粘性摩擦Ｄを代入してイナーシャ同定をした場合（本発明）と従来例（図３）のイナーシャ同定をした場合の比較を図４に表す。本発明を適用した場合には、真値（イナーシャ比＊１００％＋１００％）である３００％にほぼ一致していることが確認できる。さらにこの結果に対して、モータモデルイナーシャを掛けることにより、イナーシャＪが算出される。
【実施例２】
【００１５】
図２は、本発明の請求項２の構成を示す。速度指令１は、速度制御部２とモデル速度制御部３に与えられる。速度制御部２の速度制御手段４は、速度指令Ｖｒｅｆとモータ８の速度フィードバック信号Ｖｆｂとの差をとり、制御処理を行ってモータトルク指令Ｔｒｅｆを生成する。モータ駆動手段２６はモータトルク指令を電流指令に変換し、電流制御手段を介してモータに電流を供給する。また、モデル速度制御部３の速度制御手段５は、速度指令Ｖｒｅｆとモータモデルの速度フィードバック信号Ｖｆｂ’の差をとり、制御処理を行ってモデルトルク指令Ｔｒｅｆ’を生成する。モデルトルク指令はモータモデルを加減速する。
【００１６】
速度制御部の速度偏差とモデル速度制御部のモデルトルク指令を使用して粘性摩擦係数算出手段２８にて粘性摩擦係数を算出する。図２において、モータ速度偏差を時間積分した値でモデル速度部のモデルトルク指令値を時間積分した値で除し、さらに係数αを乗じると粘性摩擦係数が得られる。次にモデルトルク指令時間積分値とを利用して、粘性摩擦Ｄを得る原理を数式で説明する。速度制御の速度指令から速度偏差までの伝達関数に積分器を追加すると（４）式が得られる。
【００１７】
【数４】
2006109571.tif 000006
・・・（４）
（４）式に対して、速度指令をステップ入力として、最終値定理を用いると（５）式となる。
【００１８】
【数５】
2006109571.tif 000007
・・・（５）
これに対して、モデル速度制御系の速度指令からトルク指令までの伝達関数に積分器を追加した伝達関数は（２）式となる。（２）式に速度指令をステップ入力として、最終値定理を用いると（６）式となる。
【００１９】
【数６】
2006109571.tif 000008
・・・（６）
（５）式を（６）式で割ると（７）式が得られる。
【００２０】
【数７】
2006109571.tif 000009
・・・（７）
図２の２３の係数αを積分時定数、速度ゲイン、モデルのモータイナーシャを使って（８）式とする。
【００２１】
【数８】
2006109571.tif 000010
・・・（８）
（８）式を（７）式に代入するとＤとなり、図２の２４の出力からＤが得られる。
【００２２】
【数９】
2006109571.tif 000011
・・・（９）
【００２３】
図５に実施例２のシミュレーション結果を表す。実施例２で使用したパラメータは、実施例１で適用したパラメータと同じ値とした。モータイナーシャで粘性摩擦を割ると５となり、シミュレーションでこの値が得られれば正しい結果が得られたことになる。シミュレーションでも、真値に収束したことが確認できる。
【００２４】
本発明が特許文献１と異なる点は、速度制御部の速度偏差の時間積分値とモデル速度制御部のトルク指令の時間積分値で除し、さらに係数αを乗算して、粘性摩擦を導出する箇所を備えた部分である。
【００２５】
このように、速度制御部の速度偏差時間積分値とモデル速度制御部のトルク指令時間積分値の比を取り、係数α倍するような構成にしているので、精度の良い粘性摩擦Ｄの同定が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
請求項３に記載の粘性摩擦を同定する場合には、請求項１のような補正機能が不要である為、速度制御部の速度偏差データをパソコンに取り込んで、オフラインで粘性摩擦を同定できるので、工作機械やロボットのみならず、ＦＡ機器一般装置に適応できる。
【００２７】
本発明を利用することにより、機械の診断機能としても利用可能である。例えば、機械を導入して、初めて本発明の装置を利用した時に得られた粘性摩擦結果と、年数を経てから本発明の粘性摩擦を比較することにより、油切れの可能性を調べることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施例を示す制御定数同定装置
【図２】本発明の第２実施例を示す制御定数同定装置
【図３】従来の制御定数同定装置
【図４】第１の実施例のシミュレーション結果
【図５】第２の実施例のシミュレーション結果
【符号の説明】
【００２９】
１  速度指令Ｖｒｅｆ
２  モータ速度制御部
３  モデル速度制御部
４  速度制御手段
５  速度制御手段
６  第１モータトルク指令
７  モデルトルク指令
８  モータ
９  モータモデル
１０  粘性摩擦係数Ｄ
１１  積分器１
１２  積分器２
１３  モータトルク指令時間積分値ＩＴｒｅｆ
１４  モデルトルク指令時間積分値ＩＴｒｅｆ’
１５  除算器１
１６  イナーシャ同定結果
１７  トルク補償手段
１８  補償トルク生成手段
１９  イナーシャ算出手段
２０  モータ速度偏差信号
２１  積分器３
２２  速度偏差時間積分値ＩＶｅｒｒ
２３  除算器２
２４  係数α
２５  粘性摩擦同定結果
２６  モータ駆動手段
２７  第２モータトルク指令
２８  粘性摩擦係数算出手段
３０  速度指令Ｖｒｅｆ
３１  速度制御部
３２  推定部
３３  速度制御部の速度ＰＩ制御器
３４  推定部の速度ＰＩ制御器
３５  モータ
３６  モータモデル
３７  積分器
３８  トルク指令時間積分値ＳＴｒｅｆ
３９  モデルトルク指令時間積分値ＳＴｒｅｆ’
【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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