(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置指令とモータ位置により速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモ−タ速度によりトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令からモータ電流を生成するモータ駆動部とで構成されるモータ制御装置において、
前記位置指令を微分して速度フィードフォワード指令を生成する速度フィードフォワード指令生成部と、
前記速度フィードフォワード指令とモデルの速度によりモデルトルク指令を生成するモデル制御部と、
所定の位置指令から、前記モータのトルク指令を所定の区間で時間積分したモータトルク指令積分値と前記モデルトルク指令を所定の区間で時間積分したモデルトルク指令積分値との比によりイナーシャを同定するイナーシャ同定部と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記位置制御部の比例ゲインを前記イナーシャの最大許容値に反比例するように変更する比例ゲイン設定部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３】
前記イナーシャの最大許容値と位置制御比例ゲインの関係が反比例するよう位置制御比例ゲインを設定する比例ゲイン設定部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４】
位置指令とモータ位置により速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令とモ−タ速度によりトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令からモータ電流を生成するモータ駆動部とで構成されるモータ制御装置のモータ制御方法において、
所定の位置指令を生成するステップと、
前記位置指令から速度フィーとフォワード指令を生成するステップと、
前記速度フィードフォワード指令とモデルの速度によりモデルトルク指令を生成するステップと、
前記モータのトルク指令を所定の区間で時間積分したモータトルク指令積分値を生成するステップと、
前記モデルトルク指令を所定の区間で時間積分したモデルトルク指令積分値を生成するステップと、
前記モータトルク指令積分値と前記モデルトルク指令積分値との比によりイナーシャを同定するステップと、
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の制御装置において、特にイナーシャを同定するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２は従来のモータ制御装置の制御構成を示す。２１はモータ制御部、２２はモデル制御部、２３は速度制御比例ゲイン、２４は微分器、２５は積分器、２６はモデル制御部の速度制御比例ゲイン、２７はモデル制御部のイナーシャを表す積分器、２８は積分器である。また、Ｖｒｅｆは速度指令、Ｖｆｂはモータ速度、Ｔｒｅｆはトルク指令、ＳＴｒｅｆはトルク指令時間積分値、Ｖｆｂ’はモデル速度、ＳＴｒｅｆ’はモデルトルク指令時間積分値である。
従来のモータ制御装置では、モータ速度を制御するモータ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制御部を備え、速度制御部のトルク指令を時間積分した値ＳＴｒｅｆとモデル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を同定している(特許文献１参照)。また、モータ速度を制御するモータ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制御部を備え、モータ制御部のトルク指令Ｔｒｅｆにフィルタを通した値を図4に示す所定の区間［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を同定し、同定されたイナーシャＪに基づいてモータ制御部の速度ゲインＫｖの調整を行うものがある（特許文献２参照）。
【特許文献１】国際公開第１９９６/３７０３９号パンフレット（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】
【０００３】
従来のイナーシャ同定装置は位置制御部を構成せず速度制御部で構成しているため、垂直軸等、負荷が重力等の外力の影響を受ける環境では、同定後の位置が同定開始時の位置からずれたり、イナーシャが許容値を超える場合は、大きな加速トルクを発生してしまい、実現が困難である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、外力があっても同定後の位置が同定開始時の位置からずれず、許容値を超える大きなイナーシャであっても、大きなトルクを発生せず、実現が容易なイナーシャ同定が行えるモータ制御装置とその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】
【０００４】
請求項１記載の本発明は、位置指令とモータ位置により速度指令を生成する位置制御部と、速度指令とモ−タ速度によりトルク指令を生成する速度制御部と、トルク指令からモータ電流を生成するモータ駆動部とで構成されるモータ制御装置において、位置指令を微分して速度フィードフォワード指令を生成する速度フィードフォワード指令生成部と、速度フィードフォワード指令とモデルの速度によりモデルトルク指令を生成するモデル制御部と、所定の位置指令から、モータのトルク指令を所定の区間で時間積分したモータトルク指令積分値とモデルトルク指令を所定の区間で時間積分したモデルトルク指令積分値との比によりイナーシャを同定するイナーシャ同定部とを備え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、イナーシャの最大許容値により位置制御比例ゲインを変更する比例ゲイン設定部を備えるようにしたものである。
請求項３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、イナーシャの最大許容値と位置制御比例ゲインの関係が反比例するように位置制御比例ゲインを設定する比例ゲイン設定部を備えるようにしたものである。
請求項４記載の本発明は、位置指令とモータ位置から速度指令を生成する位置制御部と、速度指令とモ−タ速度からトルク指令を生成する速度制御部と、トルク指令からモータ電流を生成するモータ駆動部と、生成部とで構成されるモータ制御装置の制御方法において、所定の位置指令を生成するステップと、位置指令を微分して速度フィードフォワード指令を生成するステップと、速度フィードフォワード指令とモデルの速度によりモデルトルク指令を生成するステップと、モータのトルク指令を所定の区間で時間積分したモータトルク指令積分値を生成するステップと、モデルトルク指令を所定の区間で時間積分したモデルトルク指令積分値を生成するステップと、モータトルク指令積分値と前記モデルトルク指令積分値との比によりイナーシャを同定するステップとを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１記載の本発明は、外力を受けても、同定動作に伴う位置ずれを生じさせることなく、イナーシャを同定できる。
請求項２記載の本発明は、許容値を超える大きなイナーシャであっても、大きな加速度を発生せずに同定動作が行える。
請求項３記載の本発明は、実現が容易である。
請求項４記載の本発明は、外力を受けても、同定動作に伴う位置ずれを生じさせることなく、イナーシャを同定できる方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１実施例を示す制御構成図
【図２】従来のイナーシャ同定装置を示す制御構成図
【図３】本発明を用いたときの速度応答のシミュレーション結果
【図４】イナーシャ同定の計算に用いるトルクの積算区間を示す図
【図５】速度フィードフォワード指令がないときの速度応答のシミュレーション結果
【図６】本発明と従来法の位置応答を比較したシミュレーション結果
【図７】（１）式を適用した場合の本発明のシミュレーション結果
【図８】（１）式を適用しない場合の本発明のシミュレーション結果
【図９】本発明の方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【０００７】
１  モータ制御部
２  モデル制御部
３  位置制御部
４  速度制御部
５  速度フィードフォワード指令生成部
６  位置制御比例ゲイン
７  速度制御比例ゲイン
８  モータ駆動部
９  イナーシャ同定部
１０、１１  微分器
１２  モデル制御部の速度制御比例ゲイン
１３  モータのイナーシャを表す積分器
１４  積分器
３０  制御対象部
３１  モータ
３２  位置センサ
３３  負荷
Ｐｒｅｆ  位置指令
Ｐｆｂ  位置センサが生成するモータ位置
Ｖｒｅｆ１  位置制御比例ゲインが生成する速度指令１
Ｖｒｅｆ２  速度フィードフォワード指令生成部が生成する速度指令２
Ｖｆｂ  モータ位置を微分して得たモータ速度
Ｔｒｅｆ  トルク指令
Ｉｆｂ  モータ電流
ＳＴｒｅｆ  トルク指令時間積分値
Ｖｆｂ’  モデル速度
Ｔｒｅｆ’  モデルのトルク指令
ＳＴｒｅｆ’  モデルトルク指令時間積分値
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態として図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明のイナーシャ同定装置の制御構成を表す。図1において１はモータ制御部、２はモデル制御部、３は位置制御部、４は速度制御部、５は速度フィードフォワード指令生成部、６は位置制御比例ゲイン、７は速度制御比例ゲイン、８はモータ駆動部、９はイナーシャ同定部、１０、１１は微分器、１２はモデル制御部の速度制御比例ゲイン、１３はモータのイナーシャを表す積分器、１４は積分器である。次に３０は制御対象部、３１はモータ、３２は位置センサ、３３は負荷である。また、Ｐｒｅｆは位置指令、Ｐｆｂは位置センサが生成するモータ位置、Ｖｒｅｆ１は位置制御比例ゲインが生成する速度指令１、Ｖｒｅｆ２は速度フィードフォワード指令生成部が生成する速度指令２、Ｖｆｂはモータ位置を微分して得たモータ速度、Ｔｒｅｆはトルク指令、Ｉｆｂはモータ電流、ＳＴｒｅｆはトルク指令時間積分値、Ｖｆｂ’はモデル速度、Ｔｒｅｆ’はモデルのトルク指令、ＳＴｒｅｆはモデルトルク指令時間積分値である。【００１０】
本発明の特徴は以下のとおりである。モータ制御部は位置制御部と速度制御部を用いて構成する。さらに位置指令を微分した速度フィードフォワード指令を速度制御部に与える。これらにより、位置制御における速度の応答性を向上することができる。図３の本発明を用いた場合の速度応答では、速度指令と速度応答がほぼ一致している。これにより、速度指令に応じたトルク指令がモータに与えられることになり、従来の位置制御部のない場合と同様の速度応答が得られる。よって、従来の方法と同様に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図４に示す所定区間［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を同定することができる。図５の速度フィードフォワード指令なしに位置制御を用いた場合では、位置制御比例ゲインＫｐの影響で速度指令に対して速度応答が遅れるため、イナーシャ同定の計算方法をそのまま適用すると精度が劣化する。【００１１】
次に動作について説明する。例えば垂直軸のスライダをモータで動作するときに、本発明のイナーシャ同定装置を使用した場合には、位置制御を構成しているために同定動作後の位置を同定開始時の位置に戻すことができる。同様の機械を用いて図２に示す従来法でイナーシャ同定を行った場合、速度制御で構成しているために同定動作終了後の位置が、重力の影響を受けて下方向にずれたままとなる。図６の本発明と従来法の位置応答を比較したシミュレーション結果では、本発明を用いたときは０に戻っており、従来法を用いたときは位置応答が０に戻っていないことがわかる。【００１２】
ここでは機械の構成として垂直軸のスライダを例にあげたが、他の外力の影響を受けるような機械の構成でも、本発明のイナーシャ同定装置を適用することができる。
【実施例２】
【００１３】
実施例1に示したような機械において、同定するイナーシャが極端に大きい場合、モータが大きなトルクを発生して動作が不安定になる恐れがある。請求項２記載のイナーシャ同定装置を使用すれば、同定するイナーシャの許容範囲に合わせて位置ゲインを変更するため、大きなトルクを生じずに動作を安定させることができる。また、同様に請求項３記載のイナーシャ同定装置を使用した場合、同定するイナーシャの許容範囲によって簡単な式を設定して位置ゲインを自動的に決定するため、操作が容易である。【００１４】
本発明の実施結果は以下のとおりである。イナーシャの増大に反比例して位置制御比例ゲインを決定する式を次のように設定する。
Ｋｐ＝Ｋｖ/Ｊ                                      （１）
Ｋｐは位置制御比例ゲイン、Ｋｖは速度制御比例ゲイン、Ｊはイナーシャであり、イナーシャの最大許容値がＪｍａｘであれば、ＫｐをＫｖ／Ｊｍａｘに設定する。今、イナーシャの許容範囲をモータのイナーシャの２０倍とし、速度ゲインを４０Ｈｚとする。対象のイナーシャが１倍の場合、位置ループゲイン＝速度ループゲインとすると十分安定な応答が得られる。しかしながら、許容範囲であるイナーシャが２０倍の対象物では、（１）式を用いて位置ループゲインを下げないと応答が不安定になる。図７は（１）式を適用した場合の結果であり、イナーシャ２０倍、位置ゲインを２としたときの速度応答を示す。加減速時に振動が生じているが、速度一定時において減衰している。図８は（１）式を適用しない場合の結果であり、イナーシャ２０倍、位置ゲイン４０のままとしたときの速度応答を示す。加減速時に振動が発生し、速度一定時においても減衰せずに発散している。【００１５】
図９は本発明の方法を示すフローチャートである。図９において、ステップＳＴ１で所定の位置指令を生成し、ステップＳＴ２で、位置指令を微分して速度フィードフォワード指令を生成、ステップＳＴ３で速度フィードフォワード指令とモデル速度からモデルトルク指令を生成し、ステップＳＴ４でモータのトルク指令を所定の時間積分してモータトルク指令積分値を生成し、ステップＳＴ５でモデルのトルク指令を所定の時間積分してモデルトルク指令積分値を生成し、ステップＳＴ６でモータトルク指令値とモデルトルク指令積分値からイナーシャを求めるものである。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明は、ロボットや工作機械等の制御装置だけでなく、家電や自動車において重量やイナーシャを計測する場合にも適用が期待できる。
【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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