(57)【要約】【課題】微小動作で電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦を同定できるシステム同定装置を提供する。  【解決手段】速度指令発生器２０１、速度制御器２０２、トルク制御器２０３、電動機２０４、位置検出器２０５、微分器２０６、第１摩擦同定器位置２０７を備え、第１摩擦同定器位置２０７は、位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器１０１と、速度指令と速度を入力し、入力エネルギを出力する第１入力エネルギ演算器１０２と、前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し電動機２０４の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器１０３を備える。  【選択図】図１
2007020318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度指令を出力する速度指令発生器と、
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動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記速度指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第１摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、
前記第１摩擦同定器は、
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、
前記速度と前記速度指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第１入力エネルギ演算器と、
前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、から構成された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】
前記速度制御器は、比例制御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】
前記速度指令発生器は、
振幅と周波数の異なる複数の前記速度指令を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４】
前記速度指令発生器は、
前記トルク指令の周波数成分のうち前記速度指令の周波数における周波数成分以外の周波数成分が設定値よりも小さくなるような周波数と振幅を持つ正弦波である前記速度指令と、前記トルク指令の周波数成分のうち前記速度指令の周波数における周波数成分以外の周波数成分が設定値よりも大きくなるような周波数と振幅を持つ正弦波である前記速度指令と、を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５】
位置指令を出力する位置指令発生器と、
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動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記位置指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第２摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、
前記第２摩擦同定器は、
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、
前記速度と前記位置指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第２入力エネルギ演算器と、
前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、から構成されたものであることを特徴とするシステム同定装置。
【請求項６】
前記位置制御器および前記速度制御器は、比例制御であることを特徴とする請求項５に記載のシステム同定装置。
【請求項７】
前記位置指令発生器は、振幅と周波数の異なる複数の前記位置指令を出力するものであることを特徴とする請求項５に記載のシステム同定装置。
【請求項８】
前記位置指令発生器は、
前記トルク指令の周波数成分のうち前記位置指令の周波数における周波数成分以外の周波数成分が設定値よりも小さくなるような周波数と振幅を持つ正弦波である前記位置指令と、前記トルク指令の周波数成分のうち前記位置指令の周波数における周波数成分以外の周波数成分が設定値よりも大きくなるような周波数と振幅を持つ正弦波である前記位置指令と、を出力するものであることを特徴とする請求項５に記載のシステム同定装置。
【請求項９】
速度指令を出力する速度指令発生器と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する比例制御である速度制御器と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記速度指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第１摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、
前記第１摩擦同定器は、
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、
前記速度と前記速度指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第１入力エネルギ演算器と、
前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、を有し、
前記速度指令をｖｒｅｆ、前記速度指令の周期をＴ、前記速度制御器の比例制御ゲインをＫｖｊ、前記位置をθとしたとき、
前記第１入力エネルギ演算器は、式（１）により前記入力エネルギＥｔｏｔを算出するものであることを特徴とするシステム同定装置。
【数１】
2007020318.tif 000038
【請求項１０】
位置指令を出力する位置指令発生器と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する比例制御である位置制御器と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する比例制御である速度制御器と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記位置指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第２摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、
前記第２摩擦同定器は、
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、
前記速度と前記位置指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第２入力エネルギ演算器と、
前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、を有し、
前記位置指令をｕ、前記位置指令の周期をＴ、前記位置制御器の比例制御ゲインをＫｐ、前記速度制御器の比例制御ゲインをＫｖｊ、前記位置をθとしたとき、
前記第２入力エネルギ演算器は、式（２）により前記入力エネルギＥｔｏｔを算出するものであることを特徴とするシステム同定装置。
【数２】
2007020318.tif 000039
【請求項１１】
速度指令を出力する速度指令発生器と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する比例制御である速度制御器と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記速度指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第１摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、
前記第１摩擦同定器は、
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、
前記速度と前記速度指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第１入力エネルギ演算器と、
前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、を有する構成、または、
位置指令を出力する位置指令発生器と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する比例制御である位置制御器と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する比例制御である速度制御器と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記位置指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第２摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、
前記第２摩擦同定器は、
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、
前記速度と前記位置指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第２入力エネルギ演算器と、
前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、を有する構成とし、
前記入力エネルギをＥｔｏｔ、前記位置振幅をＡ、前記位置の基本周波数をωとしたとき、
前記粘性摩擦クーロン摩擦演算器は、式（３）と式（４）により前記電動機の粘性摩擦Ｄとクーロン摩擦Ｔｃである前記摩擦同定値を算出するものであることを特徴とするシステム同定装置。
【数３】
2007020318.tif 000040
【数４】
2007020318.tif 000041
【請求項１２】
速度指令を出力する速度指令発生器と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する比例制御である速度制御器と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記速度指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第１摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、
前記第１摩擦同定器は、
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、
前記速度と前記速度指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第１入力エネルギ演算器と、
前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、を有する構成とし、
周波数と振幅の異なる２つの前記速度指令を第１速度指令と第２速度指令とし、
前記第１速度指令に対する前記入力エネルギをＥｔｏｔ１、
前記第２速度指令に対する前記入力エネルギをＥｔｏｔ２、
前記第１速度指令に対する前記位置振幅をＡ１、
前記第２速度指令に対する前記位置振幅をＡ２、
前記第１速度指令に対する前記位置の基本周波数をω１、
前記第２速度指令に対する前記位置の基本周波数をω２としたとき、
前記粘性摩擦クーロン摩擦演算器は、式（５）により前記電動機の粘性摩擦Ｄとクーロン摩擦Ｔｃである前記摩擦同定値を算出するものであることを特徴とするシステム同定装置。
【数５】
2007020318.tif 000042
【請求項１３】
位置指令を出力する位置指令発生器と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する比例制御である位置制御器と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する比例制御である速度制御器と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記位置指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第２摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、
前記第２摩擦同定器は、
前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、
前記速度と前記位置指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第２入力エネルギ演算器と、
前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、を有する構成とし、
周波数と振幅の異なる２つの前記位置指令を第１位置指令と第２位置指令とし、
前記第１位置指令に対する前記入力エネルギをＥｔｏｔ１、
前記第２位置指令に対する前記入力エネルギをＥｔｏｔ２、
前記第１位置指令に対する前記位置振幅をＡ１、
前記第２位置指令に対する前記位置振幅をＡ２、
前記第１位置指令に対する前記位置の基本周波数をω１、
前記第２位置指令に対する前記位置の基本周波数をω２としたとき、
前記粘性摩擦クーロン摩擦演算器は、式（５）により前記電動機の粘性摩擦Ｄとクーロン摩擦Ｔｃである前記摩擦同定値を算出するものであることを特徴とするシステム同定装置。
【数６】
2007020318.tif 000043
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦を同定するシステム同定装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来技術のシステム同定装置は正負対称な速度指令、正負対称な台形波である第１速度指令と前記第１速度指令の振幅のみ増幅した第２速度指令を用いて電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦を同定するものであった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、従来技術を示すシステム同定装置の構成図である。
図７において、７０１は速度指令発生部、７０２は速度制御部、７０３はモデル速度制御部、７０４は同定部、７０５は調整部である。
以下、図７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。
速度指令発生部７０１は速度指令を出力する。速度制御部７０２は、前記速度指令と速度制御変数を入力し、トルク指令を出力する。モデル速度制御部７０３は、前記速度指令と調整信号を入力し、トルク指令推定値を出力する。同定部７０４は、前記トルク指令と前記トルク指令推定値を入力し、前記トルク指令の１階時間積分値と前記トルク指令推定値の１階時間積分値の比により、イナーシャを算出し、出力し、正負対称な前記速度指令に対する正転時と逆転時における前記トルク指令の差より一定トルク外乱を算出し、正負対称な台形波である第１速度指令と前記第１速度指令の振幅のみを増幅した速度指令である第２速度指令のそれぞれに対するトルク指令である第１トルク指令、第２トルク指令、前記一定トルク外乱を用いてクーロン摩擦を同定し、前記第１トルク指令、前記第２トルク指令、前記第１速度指令、前記第２速度指令を用いて粘性摩擦を同定する。調整部７０５は、前記イナーシャを入力し、前記速度制御変数と前記調整信号を出力するものであった。
【特許文献１】特開平１１−４６４８９号公報（第３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は、可動範囲の限定された負荷の付いた電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦の同定において同定精度が落ちるという問題があった。
【０００５】
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、可動範囲が限定された負荷の付いた電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦を同定すること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。さらには、一定トルク外乱が存在する場合にも、前記一定トルク外乱の影響を抑制し、可動範囲が限定された負荷の付いた電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦の同定を高精度にすること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】
【０００６】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、速度指令を出力する速度指令発生器と、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動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記速度指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第１摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、前記第１摩擦同定器は、前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、前記速度と前記速度指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第１入力エネルギ演算器と、前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、から構成されたものであることを特徴としている。
【０００７】
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、前記速度制御器は、比例制御であることを特徴としている。
【０００８】
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、前記速度指令発生器は、振幅と周波数の異なる複数の前記速度指令を出力するものであることを特徴としている。
【０００９】
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、前記速度指令発生器は、前記トルク指令の周波数成分のうち前記速度指令の周波数における周波数成分以外の周波数成分が設定値よりも小さくなるような周波数と振幅を持つ正弦波である前記速度指令と、前記トルク指令の周波数成分のうち前記速度指令の周波数における周波数成分以外の周波数成分が設定値よりも大きくなるような周波数と振幅を持つ正弦波である前記速度指令と、を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５に記載の発明は、位置指令を出力する位置指令発生器と、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動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第２摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、前記第２摩擦同定器は、前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、前記速度と前記位置指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第２入力エネルギ演算器と、前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、から構成されたものであることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のシステム同定装置において、前記位置制御器および前記速度制御器は、比例制御であることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載のシステム同定装置において、前記位置指令発生器は、振幅と周波数の異なる複数の前記位置指令を出力するものであることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項５に記載のシステム同定装置において、前記位置指令発生器は、前記トルク指令の周波数成分のうち前記位置指令の周波数における周波数成分以外の周波数成分が設定値よりも小さくなるような周波数と振幅を持つ正弦波である前記位置指令と、前記トルク指令の周波数成分のうち前記位置指令の周波数における周波数成分以外の周波数成分が設定値よりも大きくなるような周波数と振幅を持つ正弦波である前記位置指令と、を出力するものであることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項９に記載の発明は、速度指令を出力する速度指令発生器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する比例制御である速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記速度指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第１摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、前記第１摩擦同定器は、前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、前記速度と前記速度指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第１入力エネルギ演算器と、前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、を有し、前記速度指令をｖｒｅｆ、前記速度指令の周期をＴ、前記速度制御器の比例制御ゲインをＫｖｊ、前記位置をθとしたとき、前記第１入力エネルギ演算器は、式（１）により前記入力エネルギＥｔｏｔを算出するものであることを特徴としている。
【数１】
2007020318.tif 000003
【００１５】
また、請求項１０に記載の発明は、位置指令を出力する位置指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する比例制御である位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する比例制御である速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第２摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、前記第２摩擦同定器は、前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、前記速度と前記位置指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第２入力エネルギ演算器と、前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、を有し、前記位置指令をｕ、前記位置指令の周期をＴ、前記位置制御器の比例制御ゲインをＫｐ、前記速度制御器の比例制御ゲインをＫｖｊ、前記位置をθとしたとき、前記第２入力エネルギ演算器は、式（２）により前記入力エネルギＥｔｏｔを算出するものであることを特徴としている。
【数２】
2007020318.tif 000004
【００１６】
また、請求項１１に記載の発明は、速度指令を出力する速度指令発生器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する比例制御である速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記速度指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第１摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、前記第１摩擦同定器は、前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、前記速度と前記速度指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第１入力エネルギ演算器と、前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、を有する構成、または、位置指令を出力する位置指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する比例制御である位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する比例制御である速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第２摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、前記第２摩擦同定器は、前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、前記速度と前記位置指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第２入力エネルギ演算器と、前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、を有する構成とし、前記入力エネルギをＥｔｏｔ、前記位置振幅をＡ、前記位置の基本周波数をωとしたとき、前記粘性摩擦クーロン摩擦演算器は、式（３）と式（４）により前記電動機の粘性摩擦Ｄとクーロン摩擦Ｔｃである前記摩擦同定値を算出するものであることを特徴としている。
【数３】
2007020318.tif 000005
【数４】
2007020318.tif 000006
【００１７】
また、請求項１２に記載の発明は、速度指令を出力する速度指令発生器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する比例制御である速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記速度指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第１摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、前記第１摩擦同定器は、前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、前記速度と前記速度指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第１入力エネルギ演算器と、前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、を有する構成とし、周波数と振幅の異なる２つの前記速度指令を第１速度指令と第２速度指令とし、 前記第１速度指令に対する前記入力エネルギをＥｔｏｔ１、 前記第２速度指令に対する前記入力エネルギをＥｔｏｔ２、 前記第１速度指令に対する前記位置振幅をＡ１、前記第２速度指令に対する前記位置振幅をＡ２、前記第１速度指令に対する前記位置の基本周波数をω１、  前記第２速度指令に対する前記位置の基本周波数をω２としたとき、前記粘性摩擦クーロン摩擦演算器は、式（５）により前記電動機（２０４）の粘性摩擦Ｄとクーロン摩擦Ｔｃである前記摩擦同定値を算出するものであることを特徴としている。
【数５】
2007020318.tif 000007
【００１８】
また、請求項１３に記載の発明は、位置指令を出力する位置指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する比例制御である位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する比例制御である速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記位置指令と前記位置と前記速度を入力し前記電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する第２摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、前記第２摩擦同定器は、前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する振幅演算器と、前記速度と前記位置指令を入力し、前記トルク制御器、前記電動機、前記位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する第２入力エネルギ演算器と、前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦クーロン摩擦演算器と、を有する構成とし、周波数と振幅の異なる２つの前記位置指令を第１位置指令と第２位置指令とし、前記第１位置指令に対する前記入力エネルギをＥｔｏｔ１、前記第２位置指令に対する前記入力エネルギをＥｔｏｔ２、前記第１位置指令に対する前記位置振幅をＡ１、前記第２位置指令に対する前記位置振幅をＡ２、前記第１位置指令に対する前記位置の基本周波数をω１、前記第２位置指令に対する前記位置の基本周波数をω２としたとき、前記粘性摩擦クーロン摩擦演算器は、式（５）により前記電動機の粘性摩擦Ｄとクーロン摩擦Ｔｃである前記摩擦同定値を算出するものであることを特徴としている。
【数６】
2007020318.tif 000008
【発明の効果】
【００１９】
請求項１、２、３、５、６、７に記載の発明によると、可動範囲が限定された負荷の付いた電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦の同定をすることができる。
【００２０】
また、請求項４、８に記載の発明によると、可動範囲が限定された負荷の付いた電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦の同定を高精度にすることができる。
【００２１】
また、請求項９、１０、１１、１２、１３に記載の発明によると、一定トルク外乱が存在する場合にも、前記一定トルク外乱の影響を抑制し、可動範囲が限定された負荷の付いた電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦の同定を高精度にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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】
【００２３】
図１は、第１実施例を適用するシステム同定装置のブロック図である。
図１において、２０１は速度指令発生器、２０２は速度制御器、２０３はトルク制御器、２０４は電動機、２０５は位置検出器、２０６は微分器、２０７は第１摩擦同定器である。
以下、図１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。
速度指令発生器２０１は、速度指令を出力する。速度制御器２０２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２０３は、前記トルク指令を入力し電動機電流を出力する。電動機２０４は、前記電動機電流により駆動されその位置は位置検出器２０５が検出し出力する。微分器２０６は、前記位置を入力し前記速度を出力する。第１摩擦同定器２０７は、前記速度指令、前記位置、前記速度を入力し、電動機２０４の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し出力する。
【００２４】
図２は、第１実施例を示すシステム同定装置における第１摩擦同定器の詳細ブロック図である。
図２において、１０１は振幅演算器、１０２は第１入力エネルギ演算器、１０３は粘性摩擦クーロン摩擦演算器である。
以下、図２を用いて本実施例における第１摩擦同定器の詳細構成を説明する。
振幅演算器１０１は、前記位置を入力し、その入力信号振幅である位置振幅を出力する。
第１入力エネルギ演算器１０２は、前記速度と前記速度指令を入力し、トルク制御器２０３、電動機２０４、位置検出器２０５を含む開ループ系への入力エネルギを算出し、出力する。粘性摩擦クーロン摩擦演算器１０３は、前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し、前記摩擦同定値を算出し出力する。
【００２５】
以下、本発明の動作および原理について図１、２を用いて説明する。
電動機２０４の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、クーロン摩擦をＴｃ、速度指令をｖｒｅｆ、一定トルク外乱をｗ、位置をθ、速度制御器２０２をゲインがＫｖｊである比例制御とすると、速度制御器２０２、トルク制御器２０３、電動機２０４、位置検出器２０５、微分器２０６を含む閉ループ系の運動方程式は式（６）で表される。
【数７】
2007020318.tif 000009
【００２６】
ある期間においてトルク制御器２０３、電動機２０４、位置検出器２０５を含む開ループ系へ前記トルク指令が入力する入力エネルギをＥｔｏｔ、前記開ループ系の運動エネルギ変化量をＥｋｉｎ、ポテンシャルエネルギ変化量をＥｐｏｔ、前記粘性摩擦によるエネルギ散逸をＥｄ、前記クーロン摩擦によるエネルギ散逸をＥｃ、前記一定トルク外乱が入力するエネルギをＥｗとすると、式（７）に示すエネルギ保存が成り立つ。
【数８】
2007020318.tif 000010
【００２７】
前記速度指令を周期がＴ＝２π／ωである正弦波とすると、期間０≦ｔ≦Ｔにおける式（７）の各項は式（８）から式（１３）のように表される。
【数９】
2007020318.tif 000011
【数１０】
2007020318.tif 000012
【数１１】
2007020318.tif 000013
【数１２】
2007020318.tif 000014
【数１３】
2007020318.tif 000015
【数１４】
2007020318.tif 000016
【００２８】
ただし、Ａは図２における前記位置振幅である。したがって、式（８）から式（１３）を用いて式（７）を書き直すと式（１４）となる。
【数１５】
2007020318.tif 000017
【００２９】
前記トルク指令のフーリエ変換より、前記トルク指令の周波数成分の中で、前記速度指令の周波数ω以外の周波数における周波数成分が設定値より小さくなるように前記速度指令の振幅と周波数を設定する場合、式（１４）において前記クーロン摩擦Ｔｃは無視でき、前記粘性摩擦Ｄは式（１５）により算出できる。
【数１６】
2007020318.tif 000018
【００３０】
前記トルク指令のフーリエ変換より、前記トルク指令の周波数成分の中で、前記速度指令の周波数ω以外の周波数における周波数成分が設定値より大きくなるように前記速度指令の振幅と周波数を設定する場合、式（１４）において前記粘性摩擦Ｄは無視でき、前記クーロン摩擦Ｔｃは式（１６）により算出できる。
【数１７】
2007020318.tif 000019
【００３１】
図２において、粘性摩擦クーロン摩擦演算器１０３は式（１５）と式（１６）により前記摩擦同定値を算出する。
【００３２】
また、周波数をω１とした速度指令である第１速度指令に対する前記位置振幅をＡ１とし、周波数をω２とした速度指令である第２速度指令に対する前記位置振幅をＡ２とし、  前記第１速度指令における入力エネルギをＥｔｏｔ１とし、前記第２速度指令における入力エネルギをＥｔｏｔ２とすると、式（１７）の関係が成り立つ。
【数１８】
2007020318.tif 000020
【００３３】
式（１７）を前記粘性摩擦Ｄと前記クーロン摩擦Ｔｃを要素とするベクトルｘについて解くと、式（１８）が求められる。
【数１９】
2007020318.tif 000021
【００３４】
図２において、粘性摩擦クーロン摩擦演算器１０３は、式（１８）によって前記摩擦同定値を算出することができる。
【００３５】
式（１５）、式（１６）および式（１８）は前記一定トルク外乱を含まないので、式（１５）、式（１６）および式（１８）によって粘性摩擦クーロン摩擦演算器１０３が算出した前記摩擦同定値は、前記一定トルク外乱の影響を受けない。
【実施例２】
【００３６】
図３は、第２実施例を適用するシステム同定装置のブロック図である。
図３において、２０２は速度制御器、２０３はトルク制御器、２０４は電動機、２０５は位置検出器、２０６は微分器、４０１は位置指令発生器、４０２は位置制御器、４０３は第２摩擦同定器である。
以下、図３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。
位置指令発生器４０１は、位置指令を出力する。位置制御器４０２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２０２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２０３は、前記トルク指令を入力し、電動機電流を出力する。電動機２０４は、前記電動機電流により駆動され、その前記位置は位置検出器２０５が検出し出力する。微分器２０６は、前記位置を入力し、前記速度を出力する。第２摩擦同定器４０３は、前記位置指令、前記位置、前記速度を入力し、電動機２０４の粘性摩擦とクーロン摩擦である摩擦同定値を算出し、出力する。
【００３７】
図４は、第２実施例を示すシステム同定装置における第２摩擦同定器の詳細ブロック図である。
図４において、１０１は振幅演算器、１０３は粘性摩擦クーロン摩擦演算器、３０１は第２入力エネルギ演算器である。
以下、図４を用いて本実施例における第２摩擦同定器の詳細構成を説明する。
振幅演算器１０１は前記位置を入力しその入力信号振幅である位置振幅を出力する。
第２入力エネルギ演算器３０１は前記位置指令と前記速度を入力しトルク制御器２０３、電動機２０４、位置検出器２０５を含む開ループ系への入力エネルギを算出し出力する。
粘性摩擦クーロン摩擦演算器１０３は前記位置振幅と前記入力エネルギを入力し前記摩擦同定値を算出し出力する。
【００３８】
以下、本発明の動作および原理について図３、４を用いて説明する。
電動機２０４の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、クーロン摩擦をＴｃ、位置指令をｕ、一定トルク外乱をｗ、位置をθ、位置制御器４０２をゲインがＫｐである比例制御とし、速度制御器２０２をゲインがＫｖｊである比例制御とすると、位置制御器４０２、速度制御器２０２、トルク制御器２０３、電動機２０４、位置検出器２０５、微分器２０６を含む閉ループ系の運動方程式は式（１９）で表される。
【数２０】
2007020318.tif 000022
【００３９】
ある期間において前記開ループ系へ前記トルク指令が入力する入力エネルギをＥｔｏｔ、前記開ループ系の運動エネルギ変化量をＥｋｉｎ、ポテンシャルエネルギ変化量をＥｐｏｔ、前記粘性摩擦によるエネルギ散逸をＥｄ、前記クーロン摩擦によるエネルギ散逸をＥｃ、前記一定トルク外乱が入力するエネルギをＥｗとすると、式（２０）に示すエネルギ保存が成り立つ。
【数２１】
2007020318.tif 000023
【００４０】
前記位置指令を周期がＴ＝２π／ωである正弦波とすると、期間０≦ｔ≦Ｔにおける式（２０）の各項は式（２１）から式（２６）のように表される。
【数２２】
2007020318.tif 000024
【数２３】
2007020318.tif 000025
【数２４】
2007020318.tif 000026
【数２５】
2007020318.tif 000027
【数２６】
2007020318.tif 000028
【数２７】
2007020318.tif 000029
【００４１】
ただし、Ａは図４における前記位置振幅である。したがって、式（２１）から式（２６）を用いて式（２０）を書き直すと式（２７）となる。
【数２８】
2007020318.tif 000030
【００４２】
前記トルク指令のフーリエ変換より前記トルク指令の周波数成分の中で前記位置指令の周波数ω以外の周波数における周波数成分が設定値より小さくなるように前記位置指令の振幅と周波数を設定する場合、式（２７）において前記クーロン摩擦Ｔｃは無視でき、前記粘性摩擦Ｄは式（２８）により算出できる。
【数２９】
2007020318.tif 000031
【００４３】
前記トルク指令のフーリエ変換より前記トルク指令の周波数成分の中で前記位置指令の周波数ω以外の周波数における周波数成分が設定値より大きくなるように前記位置指令の振幅と周波数を設定する場合、式（２７）において前記粘性摩擦Ｄは無視でき、前記クーロン摩擦Ｔｃは式（２９）により算出できる。
【数３０】
2007020318.tif 000032
【００４４】
図４において、粘性摩擦クーロン摩擦演算器１０３は式（２８）と式（２９）により前記摩擦同定値を算出する。
【００４５】
また、周波数をω１とした位置指令である第１位置指令に対する前記位置振幅をＡ１とし、周波数をω２とした位置指令である第２位置指令に対する前記位置振幅をＡ２とし、前記第１位置指令における入力エネルギをＥｔｏｔ１とし、前記第２位置指令における入力エネルギをＥｔｏｔ２とすると、式（３０）の関係が成り立つ。
【数３１】
2007020318.tif 000033
【００４６】
式（３０）を前記粘性摩擦Ｄと前記クーロン摩擦Ｔｃを要素とするベクトルｘについて解くと式（３１）が求められる。
【数３２】
2007020318.tif 000034
【００４７】
図４において、粘性摩擦クーロン摩擦演算器１０３は式（３１）によって前記摩擦同定値を算出することができる。
【００４８】
式（２８）、式（２９）および式（３１）は前記一定トルク外乱を含まないので式（２８）、式（２９）および式（３１）によって粘性摩擦クーロン摩擦演算器１０３が算出した前記摩擦同定値は前記一定トルク外乱の影響を受けない。
【００４９】
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を式（３２）に示す。
【数３３】
2007020318.tif 000035
【００５０】
ただし、Ｄ＊は電動機２０４の粘性摩擦真値、Ｔｃ＊はクーロン摩擦真値、Ｋｖは速度制御器２０２の正規化比例制御ゲイン、ｕ１とω１は粘性摩擦同定に用いた前記位置指令の振幅と周波数、ｕ２とω２はクーロン摩擦同定に用いた前記位置指令の振幅と周波数、Ｔｒａｔはトルク制御器２０３の定格トルク、Ｔｓは制御周期である。
【００５１】
図５は、第２実施例を示す粘性摩擦同定のシミュレーション結果の説明図であり、（ａ）は電動機２０４の前記位置、（ｂ）は前記トルク指令である。
図５（ａ）に示す電動機２０４の前記位置と、図５（ｂ）に示す前記トルク指令は、共に前記位置指令と同じ周波数ω１の正弦波に近く、前記トルク指令の周波数成分のうち、前記位置指令の周波数ω１における周波数成分が支配している。また、図５（ａ）に示す前記位置の振幅は４分の１回転以下である。粘性摩擦クーロン摩擦演算器１０３の算出した粘性摩擦同定値はＤ＝０．９８６７×１０＾−４Ｎ・ｍ・ｓ／ｒａｄとなり、粘性摩擦同定誤差ｅＤは式（３３）となった。
【数３４】
2007020318.tif 000036
【００５２】
図６は、第２実施例を示すクーロン摩擦同定のシミュレーション結果の説明図であり、（ａ）は電動機２０４の前記位置、（ｂ）は前記トルク指令である。
図６（ａ）に示す電動機２０４の前記位置と図６（ｂ）に示す前記トルク指令は、共に正弦波と大きく異なっており、前記トルク指令の周波数成分のうち、前記位置指令の周波数ω２における周波数成分以外の周波数成分が大きく表れている。また、図６（ａ）に示す前記位置の振幅は、０．００２回転以下である。粘性摩擦クーロン摩擦演算器１０３の算出したクーロン摩擦同定値は、Ｔｃ＝０．９６６７×１０＾−２Ｎ・ｍとなり、クーロン摩擦同定誤差ｅｃは式（３４）となった。
【数３５】
2007020318.tif 000037
【００５３】
以上述べたように、本発明に係るシステム同定装置は、位置振幅と入力エネルギを入力し摩擦同定値を算出する粘性摩擦クーロン摩擦演算器１０３を有する構成をしているので、小さな動作のみで一定トルク外乱が存在する場合にも電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦を高精度に同定できる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
位置振幅と入力エネルギを入力し摩擦同定値を算出する粘性摩擦クーロン摩擦演算器を有することによって、一定トルク外乱の影響を抑制し微小動作のみで電動機の粘性摩擦とクーロン摩擦を同定することができるので、一般用産業装置などの摩擦同定に広く適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１実施例を適用するシステム同定装置のブロック図
【図２】第１実施例を示すシステム同定装置における第１摩擦同定器の詳細ブロック図
【図３】第２実施例を適用するシステム同定装置のブロック図
【図４】第２実施例を示すシステム同定装置における第２摩擦同定器の詳細ブロック図
【図５】第２実施例を示す粘性摩擦同定のシミュレーション結果の説明図
【図６】第２実施例を示すクーロン摩擦同定のシミュレーション結果の説明図
【図７】従来技術を示すシステム同定装置の構成図
【符号の説明】
【００５６】
１０１  振幅演算器
１０２  第１入力エネルギ演算器
１０３  粘性摩擦クーロン摩擦演算器
２０１  速度指令発生器
２０２  速度制御器
２０３  トルク制御器
２０４  電動機
２０５  位置検出器
２０６  微分器
２０７  第１摩擦同定器
３０１  第２入力エネルギ演算器
４０１  位置指令発生器
４０２  位置制御器
４０３  第２摩擦同定器
７０１  速度指令発生部
７０２  速度制御部
７０３  モデル速度制御部
７０４  同定部
７０５  調整部
【図１】
2007020318.tif 000044
【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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