(57)【要約】【課題】短時間に定常状態にしてイナーシャ同定を開始できるようにし、同定中の負荷の一定速度移動を無くし、可動範囲の限定された負荷の付いたモータのイナーシャ同定を振動的トルク外乱の存在する環境下でも実施することができるシステム同定装置を提供する。【解決手段】指令信号振幅と指令信号周波数と回転位置振幅と複数の一定信号を入力し、その入力信号の修正信号を出力する第１同定装置演算器１０２と、第１同定装置演算器１０２の出力に一定信号を加算した信号を入力し、その入力信号に指令信号周波数の２乗の逆数を乗算したイナーシャ同定値を出力する同定装置出力ゲイン１０３を備える。  【選択図】図１
2007014126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令信号を出力する指令信号発生器（２０１）と、
前記指令信号からフィードバック信号を減算したトルク指令を入力し電流によりモータ（２０３）を駆動するトルク制御器（２０２）と、
回転位置検出器（２０４）が検出した前記モータ（２０３）の回転位置を入力し前記フィードバック信号を出力する第１フィードバック制御器（２０５）と、を備えるシステム同定装置において、
前記回転位置を入力し回転位置振幅を出力する振幅検出器（２０６）と、
前記指令信号と前記回転位置振幅を入力しイナーシャ同定値を出力する第１イナーシャ同定装置（２０７）を備え、
前記第１イナーシャ同定装置（２０７）は、
前記指令信号を入力し指令信号振幅と指令信号周波数を出力する振幅周波数検出器（１０１）と、
演算器入力信号を出力する第１一定信号発生器（１０４）と、
前記演算器入力信号、前記指令信号振幅、前記指令信号周波数、前記回転位置振幅を入力しその入力信号の修正信号を出力する第１同定装置演算器（１０２）と、
一定信号を出力する第２一定信号発生器（１０５）と、
前記第１同定装置演算器（１０２）の出力に前記第２一定信号発生器（１０５）の一定信号出力を加算した信号を入力しその入力信号に前記指令信号周波数の２乗の逆数を乗算したイナーシャ同定値を出力する同定装置出力ゲイン（１０３）と、を備えることを特徴とするシステム同定装置。
【請求項２】
指令信号を出力する指令信号発生器（２０１）と、
前記指令信号から回転位置検出器（２０４）が検出したモータ（２０３）の回転位置を減算した偏差信号を入力しトルク指令を出力する第２フィードバック制御器（７０１）と、
前記トルク指令を入力し電流により前記モータ（２０３）を駆動するトルク制御器（２０２）と、を備えるシステム同定装置において、
前記回転位置を入力し回転位置振幅を出力する振幅検出器（２０６）と、
前記指令信号と前記回転位置振幅を入力しイナーシャ同定値を出力する第２イナーシャ同定装置（７０２）を備え、
前記第２イナーシャ同定装置（７０２）は、
前記指令信号を入力し指令信号振幅と指令信号周波数を出力する振幅周波数検出器（１０１）と、
演算器第１入力信号を出力する第１一定信号発生器（１０４）と、
演算器第２入力信号を出力する第２一定信号発生器（１０５）と、
前記演算器第１入力信号、前記演算器第２入力信号、前記指令信号振幅、前記指令信号周波数、前記回転位置振幅、を入力しその入力信号の修正信号を出力する第２同定装置演算器（６０１）と、
前記第２同定装置演算器（６０１）の出力に前記演算器第２入力信号を加算した信号を入力しその入力信号に前記指令信号周波数の２乗の逆数を乗算したイナーシャ同定値を出力する同定装置出力ゲイン（１０３）と、を備えることを特徴とするシステム同定装置。
【請求項３】
前記第１フィードバック制御器（２０５）を比例微分制御器とし、
前記トルク制御器（２０２）、前記モータ（２０３）、前記回転位置検出器（２０４）、前記第１フィードバック制御器（２０５）を含む閉ループ系の固有振動数を前記指令信号の周波数よりも大きくするように前記第１フィードバック制御器（２０５）の比例制御ゲインを設定することを特徴とする請求項１記載のシステム同定装置。
【請求項４】
前記第２フィードバック制御器（７０１）を比例微分制御器とし、
前記トルク制御器（２０２）、前記モータ（２０３）、前記回転位置検出器（２０４）、前記第２フィードバック制御器（７０１）を含む閉ループ系の固有振動数を前記指令信号の周波数よりも大きくするように前記第２フィードバック制御器（７０１）の比例制御ゲインを設定することを特徴とする請求項２記載のシステム同定装置。
【請求項５】
前記第１フィードバック制御器（２０５）を比例微分制御器とし、
前記トルク制御器（２０２）、前記モータ（２０３）、前記回転位置検出器（２０４）、前記第１フィードバック制御器（２０５）を含む閉ループ系の固有振動数を前記指令信号の周波数よりも小さくするように前記第１フィードバック制御器（２０５）の比例制御ゲインを設定することを特徴とする請求項１記載のシステム同定装置。
【請求項６】
前記第２フィードバック制御器（７０１）を比例微分制御器とし、
前記トルク制御器（２０２）、前記モータ（２０３）、前記回転位置検出器（２０４）、前記第２フィードバック制御器（７０１）を含む閉ループ系の固有振動数を前記指令信号の周波数よりも小さくするように前記第２フィードバック制御器（７０１）の比例制御ゲインを設定することを特徴とする請求項２記載のシステム同定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータのイナーシャを同定するシステム同定装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来技術によるシステム同定装置は、開ループで正弦指令に対するモータの速度を検出し、前記速度の振幅と周波数を基にモータのイナーシャを同定していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、従来技術を示すシステム同定装置の構成図である。
図８において、８０１は加算器、８０２は速度調節器、８０３は第１スイッチ、８０４はベクトル演算器、８０５は電力増幅器＋ＡＣＲ、８０６はブラシレスモータ、８０７は磁極センサ、８０８はエンコーダ、８０９は負荷、８１０は磁極検出部、８１１は第２スイッチ、８１２は司令部、８１３はパルス処理部、８１４は速度検出部、８１５は検出部、８１６は制御装置である。
以下、図８を用いて、従来技術によるシステム同定装置の構成について説明する。
第１スイッチ８０３および第２スイッチ８１１は、図８に示される接続状態ではイナーシャ推定モードとなり、運転モードの場合には図８の状態とは反対側に接続される。
運転モードにおいては、通常の閉ループ制御が実施される。加算器８０１は、速度指令から速度を減算した信号を出力する。速度調節器８０２は、加算器８０１の出力を入力し運転モードトルク電流指令値を出力する。イナーシャ推定モードにおいて、ベクトル演算器８０４は、トルク電流指令値と励磁周波数に対応する磁極位置信号を入力し、各相電流指令値を出力する。電力増幅器＋ＡＣＲ８０５は、前記各相電流指令値を入力し、電流を出力する。ブラシレスモータ８０６は、前記電流を入力し、その磁極位置は、磁極センサ８０７により検出され、その位置は、エンコーダ８０８により検出され、前記位置の分負荷８０９が回転される。磁極センサ８０７は、前記磁極位置を検出し磁極信号を出力する。エンコーダ８０８は、前記位置を検出し２相パルスＡ，Ｂを出力する。磁極検出部８１０は、前記磁極信号を入力し磁極位置を出力する。司令部８１２は、前記トルク電流指令値と前記励磁周波数に対応する磁極位置信号を出力する。パルス処理部８１３は、前記２相パルスＡ、Ｂを入力し、サンプリング周期内のエンコーダパルス数を出力する。速度検出部８１４は、前記サンプリング周期内のエンコーダパルス数を入力し、前記速度を出力する。検出部８１５は、前記速度を入力し、イナーシャの大きさを出力する。制御装置８１６は、加算器８０１、速度調節器８０２、第1スイッチ８０３、ベクトル演算器８０４、第２スイッチ８１１、司令部８１２、速度検出部８１４、検出部８１５を含む系である。
【０００４】
図９は、従来技術を示すシステム同定装置の検出部の詳細構成図である。
図９において９０１は振幅検出、９０２は除算器、９０３は乗算器である。
以下、図９を用いて、従来技術を示すシステム同定装置の検出部の詳細構成を説明する。
振幅検出９０１は、速度を入力し、速度振幅を出力する。除算器９０２は、電流と前記速度振幅を入力し、前記電流を前記速度振幅で除算した信号を出力する。乗算器９０３は、前記電流を速度振幅で除算した信号を入力し、その入力信号にゲインを乗算したイナーシャの大きさを出力する。
【０００５】
このように、従来技術によるシステム同定装置は、電流をブラシレスモータの速度振幅で除算し、ゲインを乗算することにより、前記ブラシレスモータのイナーシャを同定するのである。
【特許文献１】特開平５−３２８７７８号公報（第５頁、第１図）
【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、従来技術によるシステム同定装置は、推定モードでは開ループとなっており、同定開始時モータが零でない速度を持っている場合は、同定中に負荷が一定速度で移動を続けるため、前記負荷の可動範囲が限定されている場合にはイナーシャの同定をすることができないという問題があった。また、前記負荷の減衰比が小さい場合には、過渡応答が長くなりイナーシャ同定が始められないといった問題があった。また、振動的トルク外乱によりイナーシャ同定精度が落ちるといった問題もあった。
【０００７】
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、システム同定装置を閉ループとするとともに、フィードバック制御器により減衰比を十分大きくし、短時間に定常状態にし、イナーシャ同定を開始することが出来、負荷の一定速度移動をなくし、可動範囲の限定された負荷の付いたモータのイナーシャ同定を実施することができ、一定トルク外乱および振動的トルク外乱の影響を抑制し、高い精度のイナーシャ同定ができるシステム同定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】
【０００８】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、指令信号を出力する指令信号発生器と、前記指令信号からフィードバック信号を減算したトルク指令を入力し電流によりモータを駆動するトルク制御器と、回転位置検出器が検出した前記モータの回転位置を入力し前記フィードバック信号を出力する第１フィードバック制御器と、を備えるシステム同定装置において、前記回転位置を入力し回転位置振幅を出力する振幅検出器と、前記指令信号と前記回転位置振幅を入力しイナーシャ同定値を出力する第１イナーシャ同定装置を備え、前記第１イナーシャ同定装置は、前記指令信号を入力し指令信号振幅と指令信号周波数を出力する振幅周波数検出器と、演算器入力信号を出力する第１一定信号発生器と、前記演算器入力信号、前記指令信号振幅、前記指令信号周波数、前記回転位置振幅を入力しその入力信号の修正信号を出力する第１同定装置演算器と、一定信号を出力する第２一定信号発生器と、前記第１同定装置演算器の出力に前記第２一定信号発生器の一定信号出力を加算した信号を入力しその入力信号に前記指令信号周波数の２乗の逆数を乗算したイナーシャ同定値を出力する同定装置出力ゲインと、を備えることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、指令信号を出力する指令信号発生器と、前記指令信号から回転位置検出器が検出したモータの回転位置を減算した偏差信号を入力しトルク指令を出力する第２フィードバック制御器と、前記トルク指令を入力し電流により前記モータを駆動するトルク制御器と、を備えるシステム同定装置において、前記回転位置を入力し回転位置振幅を出力する振幅検出器と、前記指令信号と前記回転位置振幅を入力しイナーシャ同定値を出力する第２イナーシャ同定装置を備え、前記第２イナーシャ同定装置は、前記指令信号を入力し指令信号振幅と指令信号周波数を出力する振幅周波数検出器と、演算器第１入力信号を出力する第１一定信号発生器と、演算器第２入力信号を出力する第２一定信号発生器と、前記演算器第１入力信号、前記演算器第２入力信号、前記指令信号振幅、前記指令信号周波数、前記回転位置振幅、を入力しその入力信号の修正信号を出力する第２同定装置演算器と、前記第２同定装置演算器の出力に前記演算器第２入力信号を加算した信号を入力しその入力信号に前記指令信号周波数の２乗の逆数を乗算したイナーシャ同定値を出力する同定装置出力ゲインと、を備えることを特徴としている。
【００１０】
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フィードバック制御器を比例微分制御器とし、前記トルク制御器、前記モータ、前記回転位置検出器、前記第１フィードバック制御器を含む閉ループ系の固有振動数を前記指令信号の周波数よりも大きくするように前記第１フィードバック制御器の比例制御ゲインを設定することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のシステム同定装置において、前記第２フィードバック制御器を比例微分制御器とし、前記トルク制御器、前記モータ、前記回転位置検出器、前記第２フィードバック制御器を含む閉ループ系の固有振動数を前記指令信号の周波数よりも大きくするように前記第２フィードバック制御器の比例制御ゲインを設定することを特徴としている。
【００１２】
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、前記第１フィードバック制御器を比例微分制御器とし、前記トルク制御器、前記モータ、前記回転位置検出器、前記第１フィードバック制御器を含む閉ループ系の固有振動数を前記指令信号の周波数よりも小さくするように前記第１フィードバック制御器の比例制御ゲインを設定することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、請求項２に記載のシステム同定装置において、前記第２フィードバック制御器を比例微分制御器とし、前記トルク制御器、前記モータ、前記回転位置検出器、前記第２フィードバック制御器を含む閉ループ系の固有振動数を前記指令信号の周波数よりも小さくするように前記第２フィードバック制御器の比例制御ゲインを設定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によると、短時間に定常状態にしイナーシャ同定を開始することが出来、負荷の一定速度移動をなくし、可動範囲の限定された負荷の付いたモータのイナーシャ同定を実施することができ、一定トルク外乱の影響を抑制し高い精度のイナーシャ同定が可能なシステム同定装置を得ることができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明によると、短時間に定常状態にしイナーシャ同定を開始することが出来、負荷の一定速度移動をなくし、可動範囲の限定された負荷の付いたモータのイナーシャ同定を実施することができ、一定トルク外乱および振動的トルク外乱の影響を抑制し高い精度のイナーシャ同定が可能なシステム同定装置を得ることができる。
【００１６】
また、請求項３、４、５、６に記載の発明によると、短時間に定常状態にしイナーシャ同定を開始することが出来、負荷の一定速度移動をなくし、可動範囲の限定された負荷の付いたモータのイナーシャ同定を実施することができ、モータに機械的負担をかけず、一定トルク外乱の影響を抑制し高い精度のイナーシャ同定が可能なシステム同定装置を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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】
【００１８】
図２は、第１実施例を示すシステム同定装置の構成図である。
図２において、２０１は指令信号発生器、２０２はトルク制御器、２０３はモータ、２０４は回転位置検出器、２０５は第１フィードバック制御器、２０６は振幅検出器、２０７は第１イナーシャ同定装置である。
以下、図２を用いて、本実施例のシステム同定装置の構成を説明する。
指令信号発生器２０１は、指令信号を出力する。トルク制御器２０２は、前記指令信号からフィードバック信号を減算したトルク指令を入力し電流を出力する。モータ２０３は、前記電流を入力しその回転位置は回転位置検出器２０４により検出され出力される。第１フィードバック制御器２０５は、前記回転位置を入力し前記フィードバック信号を出力する。振幅検出器２０６は、前記回転位置を入力し回転位置振幅を出力する。第１イナーシャ同定装置２０７は、前記回転位置振幅と前記指令信号を入力しイナーシャ同定値を出力する。
【００１９】
図１は、第１実施例を示すシステム同定装置における第１イナーシャ同定装置の詳細構成図である。
図１において、１０１は振幅周波数検出器、１０２は第１同定装置演算器、１０３は同定装置出力ゲイン、１０４は第１一定信号発生器、１０５は第２一定信号発生器である。
本発明が従来技術である特許文献１と異なる点は、以下のとおりである。
すなわち、本発明は、指令信号を入力し指令信号振幅と指令信号周波数を出力する振幅周波数検出器１０１と、前記指令信号振幅と前記指令信号周波数と回転位置振幅と演算器入力信号を入力しその入力信号の修正信号を出力する第１同定装置演算器１０２と、第１同定装置演算器１０２の出力に第２一定信号発生器１０５の出力を加算した信号を入力し、その入力信号に前記指令信号周波数の２乗の逆数を乗算したイナーシャ同定値を出力する同定装置出力ゲイン１０３と、前記演算器入力信号を出力する第１一定信号発生器１０４と、一定信号を出力する第２一定信号発生器１０５とを備えるようにしている点である。
【００２０】
以下、第１同定装置演算器１０２の詳細および粘性摩擦および一定トルク外乱を抑制し高い精度のイナーシャ同定値が算出される仕組みについて示す。
モータ２０３のイナーシャをJ 、粘性係数をD とすると、トルク制御器２０２、モータ２０３、回転位置検出器２０４の伝達関数は次のように表される。
【００２１】
【数１】
2007014126.tif 000003
【００２２】
第１フィードバック制御器２０５の比例制御ゲインをKp 、微分制御ゲインをKd とすると、トルク制御器２０２、モータ２０３、回転位置検出器２０４、第１フィードバック制御器２０５を含む閉ループ系の伝達関数は
【００２３】
【数２】
2007014126.tif 000004
【００２４】
となる。回転位置をθ、指令信号をu とすると、式（２）より前記閉ループ系の運動方程式は
【００２５】
【数３】
2007014126.tif 000005
【００２６】
となる。前記指令信号を振幅がu0 周波数がωである正弦信号とするとu = u0ejωtと表すことが出来、この場合の式（３）の定常回転位置はθ  =  Aej(ωt+φ)と表すことが出来る。ここでA は回転位置振幅であり、φは回転位置位相である。前記回転位置振幅は
【００２７】
【数４】
2007014126.tif 000006
【００２８】
と求められる。式（４）をモータ２０３のイナーシャJ について解くと
【００２９】
【数５】
2007014126.tif 000007
【００３０】
ただし−の符号はKp > ω2Jの場合であり＋の符号はその他の場合である。粘性係数はD<<1 であるため式（５）中平方根内の前記粘性係数の項は他と比べて微小であり無視できるので式（５）は
【００３１】
【数６】
2007014126.tif 000008
【００３２】
となる。式（６）の右辺の変数は全て分かっているのでこの式よりモータ２０３のイナーシャJ が同定できる。
【００３３】
図３、４は、本発明を示すシステム同定装置の比例制御ゲイン設定のフローチャートである。
以下、図３、４を用いて本発明のシステム同定装置の比例制御ゲイン設定手順（ステップ）、すなわち、第１フィードバック制御器２０５の比例制御ゲインKp の２つの設定法およびそれぞれの設定法を用いた場合に式（６）の平方根の前の符号の選択について説明する。
先ず、前記比例制御ゲインを十分に高い値に設定する（ステップＳＴ１）。次に前記比例制御ゲインを下げる（ステップＳＴ２）。前記回転位置振幅の変化により図２の前記閉ループ系の共振点が指令信号の周波数に近づいたかどうか調べる（ステップＳＴ３）。もし共振点が前記指令信号の周波数に近くなければそのまま前記比例制御ゲインを下げ、もし共振点が前記指令信号の周波数に近ければ前記比例制御ゲインを現在の値より少し高い値に設定する（ステップＳＴ４）。このように前記比例制御ゲインを設定することにより、モータ２０３に機械的負担を掛けることなく同時により高精度のイナーシャ同定を実施することが出来る。ここで前記比例制御ゲインは前記閉ループ系の共振点が指令信号の周波数よりも高くなるように設定されているので、Kp > ω2Jが成り立ち式（６）中−の符号が用いられる。
【００３４】
また、第１フィードバック制御器２０５の比例制御ゲインKp は次のように設定することも出来る。
先ず、前記比例制御ゲインを十分低い値に設定する（ステップＳＴ５）。次に前記比例制御ゲインを上げる（ステップＳＴ６）。前記回転位置振幅の変化により図２の前記閉ループ系の共振点が指令信号の周波数に近づいたかどうか調べる（ステップＳＴ７）。もし共振点が前記指令信号の周波数に近くなければそのまま前記比例制御ゲインを上げ、もし共振点が前記指令信号の周波数に近ければ前記比例制御ゲインを現在の値より少し低い値に設定する（ステップＳＴ８）。このように前記比例制御ゲインを設定することにより、モータ２０３に機械的負担を掛けることなく同時により高精度のイナーシャ同定を実施することが出来る。ここで前記比例制御ゲインは前記閉ループ系の共振点が指令信号の周波数よりも低くなるように設定されているので、Kp < ω2Jが成り立ち式（６）中＋の符号が用いられる。
一定トルク外乱w が挿入される場合に前記定常回転位置は
【００３５】
【数７】
2007014126.tif 000009
【００３６】
となるが、本発明のシステム同定装置は回転位置振幅A のみを使用するので一定トルク外乱w はイナーシャ同定精度に全く影響しない。
【００３７】
図５は、第１実施例を示すシステム同定装置において粘性係数を変化させた場合のイナーシャ同定誤差のシミュレーション結果の説明図である。
以下、図５を用いて、モータ２０３のイナーシャJ および粘性係数D を変化させた場合のイナーシャ同定誤差のシミュレーション結果を説明する。本シミュレーションにおいて前記イナーシャおよび前記粘性係数の範囲を次のように設定した。
【００３８】
【数８】
2007014126.tif 000010
【００３９】
【数９】
2007014126.tif 000011
【００４０】
指令信号の周波数をω = 100(2π) rad/s、第１フィードバック制御器２０５の微分制御ゲインをKd= 1×10-3 N.m/radとし、第１フィードバック制御器２０５の比例制御ゲインを図２のトルク制御器２０２とモータ２０３と回転位置検出器２０４と第１フィードバック制御器２０５を含む閉ループ系の固有周波数が前記指令信号の周波数と一致する場合よりも１０％高く設定し
【００４１】
【数１０】
2007014126.tif 000012
【００４２】
とした。イナーシャ同定値をJe と表しイナーシャ同定誤差を次のように定義する。
【００４３】
【数１１】
2007014126.tif 000013
【００４４】
ただしJ をモータ２０３のイナーシャの真値とする。前記イナーシャの真値をJ = 2×0.116×10-4 kg.m2とし、式（９）に示された範囲で前記粘性係数を変化した場合、図５に示されるように、イナーシャ同定誤差は常に1％ 以下となった。同様に、前記イナーシャの真値を式（８）に示された範囲で変化した場合、イナーシャ同定誤差は常に4％ 以下となった。
【００４５】
このように、本実施例に係るシステム同定装置は、閉ループ系であり、回転位置を入力し回転位置振幅を出力する振幅検出器２０６と、指令信号と前記回転位置振幅を入力しイナーシャ同定値を出力する第１イナーシャ同定装置２０７を備え、第１イナーシャ同定装置２０７は前記指令信号を入力し指令信号振幅と指令信号周波数を出力する振幅周波数検出器１０１と、前記指令信号振幅と前記指令信号周波数と前記回転位置振幅と演算器入力信号を入力しその入力信号の修正信号を出力する第１同定装置演算器１０２と第１同定装置演算器１０２の出力に第２一定信号発生器１０５の出力を加算した信号を入力しその入力信号に前記指令信号周波数の２乗の逆数を乗算したイナーシャ同定値を出力する同定装置出力ゲイン１０３と前記演算器入力信号を出力する第１一定信号発生器１０４と一定信号を出力する第２一定信号発生器１０５を備える構成としているので、短時間に定常状態にしイナーシャ同定を開始できるようにし、同定中の負荷の一定速度移動を無くし、可動範囲の限定された負荷の付いたモータのイナーシャ同定を実施することができ、粘性摩擦および一定トルク外乱の影響を抑制し、高い精度のイナーシャ同定をすることができる。
【実施例２】
【００４６】
図７は、第２実施例を示すシステム同定装置の構成図である。
図７において、２０１は指令信号発生器、２０２はトルク制御器、２０３はモータ、２０４は回転位置検出器、２０６は振幅検出器、７０１は第２フィードバック制御器、７０２は第２イナーシャ同定装置である。
以下、図７を用いて、本実施例のシステム同定装置の構成を説明する。
指令信号発生器２０１は、指令信号を出力する。第２フィードバック制御器７０１は、前記指令信号から回転位置を減算した偏差信号を入力しトルク指令を出力する。トルク制御器２０２は、前記トルク指令を入力し電流を出力する。モータ２０３は、前記電流を入力しその回転位置は回転位置検出器２０４により検出され出力される。振幅検出器２０６は、前記回転位置を入力し回転位置振幅を出力する。第２イナーシャ同定装置７０２は、前記回転位置振幅と前記指令信号を入力しイナーシャ同定値を出力する。
【００４７】
図６は、第２実施例を示すシステム同定装置における第２イナーシャ同定装置の詳細構成図である。
図６において、１０１は振幅周波数検出器、１０３は同定装置出力ゲイン、１０４は第１一定信号発生器、１０５は第２一定信号発生器、６０１は第２同定装置演算器である。
以下、図６を用いて、本実施例のシステム同定装置における第２イナーシャ同定装置の詳細構成を説明する。
振幅周波数検出器１０１は、指令信号を入力し指令信号振幅と指令信号周波数を出力する。第２同定装置演算器６０１は、前記指令信号振幅と前記指令信号周波数と回転位置振幅と演算器第１入力信号と演算器第２入力信号を入力しその入力信号の修正信号を出力する。同定装置出力ゲイン１０３は、第２同定装置演算器６０１の出力に前記演算器第２入力信号を加算した信号を入力しその入力信号に前記指令信号周波数の２乗の逆数を乗算したイナーシャ同定値を出力する。第１一定信号発生器１０４は、前記演算器第１入力信号を出力する。第２一定信号発生器１０５は、前記演算器第２入力信号を出力する。
【００４８】
以下、図６に示す第２同定装置演算器６０１の詳細および粘性摩擦と一定トルク外乱と振動的トルク外乱を抑制し高い精度のイナーシャ同定値が算出される仕組みについて示す。
実施例１の場合と同様に、モータ２０３のイナーシャをJ 、粘性係数をD 、第２フィードバック制御器７０１の比例制御ゲインをKp 、微分制御ゲインをKd 、指令信号をu 、回転位置をθとすると第２フィードバック制御器７０１、トルク制御器２０２、モータ２０３、回転位置検出器２０４を含む閉ループ系の運動方程式は
【００４９】
【数１２】
2007014126.tif 000014
【００５０】
となる。実施例１と同様に前記指令信号を振幅u0 周波数ωの正弦信号とする場合の回転位置振幅A の式をモータ２０３のイナーシャJ について解くと
【００５１】
【数１３】
2007014126.tif 000015
【００５２】
となり、実施例1と同様に粘性係数の項を無視すると
【００５３】
【数１４】
2007014126.tif 000016
【００５４】
と表される。ただし−の符号はKp > ω2Jの場合であり＋の符号はその他の場合である。式（１４）によりモータ２０３のイナーシャが同定できる。ここで第２フィードバック制御器７０１の比例制御ゲインKp は実施例１と同様に設定することができ、その設定法に応じて式（１４）の平方根の前の符号も決定される。
【００５５】
本実施例においても、実施例１と同様の理由から、一定トルク外乱は同定誤差に影響を与えない。また振動的トルク外乱が存在する場合、定常状態での前記指令信号から前記回転位置までの感度関数は１であるのに対し、前記振動的トルク外乱から前記回転位置までの感度関数は 1/Kp であるため前記比例制御ゲインKp を十分大きく設定することにより振動的トルク外乱のイナーシャ同定精度に与える影響を抑制することができる。
【００５６】
このように、本実施例に係るシステム同定装置は、閉ループ系であり、回転位置を入力し回転位置振幅を出力する振幅検出器２０６と前記指令信号と前記回転位置振幅を入力しイナーシャ同定値を出力する第２イナーシャ同定装置７０２を備え、第２イナーシャ同定装置７０２は、前記指令信号を入力し指令信号振幅と指令信号周波数を出力する振幅周波数検出器１０１と、前記指令信号振幅、前記指令信号周波数、前記回転位置振幅、演算器第１入力信号、演算器第２入力信号を入力し、その入力信号の修正信号を出力する第２同定装置演算器６０１と、第２同定装置演算器６０１の出力に前記演算器第２入力信号を加算した信号を入力し、その入力信号に前記指令信号周波数の２乗の逆数を乗算したイナーシャ同定値を出力する同定装置出力ゲイン１０３と、前記演算器第１入力信号を出力する第１一定信号発生器１０４と、前記演算器第２入力信号を出力する第２一定信号発生器１０５を備える構成としているので、短時間に定常状態にし、イナーシャ同定を開始できるようにし、同定中の負荷の一定速度移動を無くし、可動範囲の限定された負荷の付いたモータのイナーシャ同定を実施することができ、粘性摩擦と一定トルク外乱と振動的トルク外乱の影響を抑制し、高い精度のイナーシャ同定をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、サーボを用いた産業機械など、イナーシャ同定を要求される用途に広く適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１実施例を示すシステム同定装置における第１イナーシャ同定装置の詳細構成図
【図２】第１実施例を示すシステム同定装置の構成図
【図３】本発明を示すシステム同定装置の比例制御ゲイン設定のフローチャート
【図４】本発明を示すシステム同定装置の比例制御ゲイン設定のフローチャート
【図５】第１実施例を示すシステム同定装置において粘性係数を変化させた場合のイナーシャ同定誤差のシミュレーション結果の説明図
【図６】第２実施例を示すシステム同定装置における第２イナーシャ同定装置の詳細構成図
【図７】第２実施例を示すシステム同定装置の構成図
【図８】従来技術を示すシステム同定装置の構成図
【図９】従来技術を示すシステム同定装置の検出部の詳細構成図
【符号の説明】
【００５９】
１０１    振幅周波数検出器
１０２    第１同定装置演算器
１０３    同定装置出力ゲイン
１０４    第１一定信号発生器
１０５    第２一定信号発生器
２０１    指令信号発生器
２０２    トルク制御器
２０３    モータ
２０４    回転位置検出器
２０５    第１フィードバック制御器
２０６    振幅検出器
２０７    第１イナーシャ同定装置
６０１    第２同定装置演算器
７０１    第２フィードバック制御器
７０２    第２イナーシャ同定装置
８０１    加算器
８０２    速度調節器
８０３    第１スイッチ
８０４    ベクトル演算器
８０５    電力増幅器＋ＡＣＲ
８０６    ブラシレスモータ
８０７    磁極センサ
８０８    エンコーダ
８０９    負荷
８１０    磁極検出部
８１１    第２スイッチ
８１２    司令部
８１３    パルス処理部
８１４    速度検出部
８１５    検出部
８１６    制御装置
９０１    振幅検出
９０２    除算器
９０３    乗算器  
【図１】
2007014126.tif 000017
【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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