(57)【要約】【課題】微小振幅の駆動のみで高精度の電動機の慣性モーメント同定ができるシステム同定装置を提供する。【解決手段】位置を入力しその入力信号の位置指令の基本周波数における周波数成分である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１０１と、前記位置基本周波数成分を入力しその入力信号の振幅である位置振幅を出力する位置振幅検出器１０２と、前記位置振幅を入力し負荷を合わせた電動機の慣性モーメント同定値を算出し出力する第1演算器１０３を備える。  【選択図】図１
2007020267.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（２０１）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（２０２）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（２０３）と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機（２０５）を駆動するトルク制御器（２０４）と、
位置検出器（２０６）が検出した前記電動機（２０５）の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器（２０７）と、
前記位置を入力し負荷を合わせた前記電動機（２０５）の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（２０８）と、を有するシステム同定装置において、
前記慣性モーメント同定器（２０８）は、
前記位置を入力しその入力信号の前記位置指令の基本周波数における周波数成分である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（１０１）と、
前記位置基本周波数成分を入力しその入力信号の振幅である位置振幅を出力する位置振幅検出器（１０２）と、
前記位置振幅を入力し位置指令振幅と位置指令周波数と前記位置振幅と前記位置制御器（２０２）のパラメタと前記速度制御器（２０３）のパラメタを用いて前記慣性モーメント同定値を算出し出力する第1演算器（１０３）と、を有することを特徴とするシステム同定装置。
【請求項２】
位置指令を出力する指令発生器（２０１）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（２０２）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（２０３）と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機（２０５）を駆動するトルク制御器（２０４）と、
位置検出器（２０６）が検出した前記電動機（２０５）の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器（２０７）と、
前記位置指令と前記位置を入力し負荷を合わせた前記電動機（２０５）の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（２０８）と、を有するシステム同定装置において、
前記慣性モーメント同定器（２０８）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位置指令周波数とその入力信号の基本周波数成分振幅である位置指令振幅を出力するＦＦＴ演算器（６０１）と、
前記位置と前記位置指令周波数を入力し前記位置の前記位置指令周波数における周波数成分である位置基本周波数成分を出力する第２バンドパスフィルタ（６０２）と、
前記位置基本周波数成分を入力しその入力信号の振幅である位置振幅を出力する位置振幅検出器（１０２）と、
前記位置指令振幅と前記位置指令周波数と前記位置振幅を入力し前記位置指令振幅と前記位置指令周波数と前記位置振幅と前記位置制御器（２０２）のパラメタと前記速度制御器（２０３）のパラメタを用いて前記慣性モーメント同定値を算出し出力する第２演算器（６０３）と、を有することを特徴とするシステム同定装置。
【請求項３】
前記位置制御器（２０２）をゲインがＫｐである比例制御とし、前記速度制御器（２０３）をゲインがＫｖｊである比例制御とし、前記位置指令振幅がｕ０であり、前記位置指令周波数がωであり、前記位置振幅がＡである場合、
前記第１演算器（１０３）は、次式（１）により前記慣性モーメント同定値Ｊを算出するものであることを特徴とする請求項１記載のシステム同定装置。
【数１】
2007020267.tif 000018
【請求項４】
前記位置制御器（２０２）をゲインがＫｐである比例制御とし、前記速度制御器（２０３）をゲインがＫｖｊである比例制御とし、前記位置指令振幅がｕ０であり、前記位置指令周波数がωであり、前記位置振幅がＡである場合、
前記第２演算器（６０３）は、次式（１）により前記慣性モーメント同定値Ｊを算出するものであることを特徴とする請求項２記載のシステム同定装置。
【数２】
2007020267.tif 000019
【請求項５】
前記位置制御器（２０２）を比例制御とし、前記速度制御器（２０３）をゲインがＫｖｊである比例制御とし、前記位置指令振幅がｕ０であり、前記位置指令周波数がωであり、前記位置制御器（２０２）のゲインをＫｐ１とした場合の前記位置振幅がＡ１であり、前記位置制御器（２０２）のゲインをＫｐ２とした場合の前記位置振幅がＡ２である場合、
前記第１演算器（１０３）は、次式（２）により前記慣性モーメント同定値Ｊを算出するものであることを特徴とする請求項１記載のシステム同定装置。
【数３】
2007020267.tif 000020
【請求項６】
前記位置制御器（２０２）を比例制御とし、前記速度制御器（２０３）をゲインがＫｖｊである比例制御とし、前記位置指令振幅がｕ０であり、前記位置指令周波数がωであり、前記位置制御器（２０２）のゲインをＫｐ１とした場合の前記位置振幅がＡ１であり、前記位置制御器（２０２）のゲインをＫｐ２とした場合の前記位置振幅がＡ２である場合、
前記第２演算器（６０３）は、次式（２）により前記慣性モーメント同定値Ｊを算出するものであることを特徴とする請求項２記載のシステム同定装置。
【数４】
2007020267.tif 000021
【請求項７】
前記指令発生器（２０１）は、前記トルク指令が増加し一定値に収束するまで前記位置指令の周期を短くした前記位置指令を発生するものであることを特徴とする請求項１または２記載のシステム同定装置。
【請求項８】
前記指令発生器（２０１）は、前記トルク指令がＴｒｅｆであり、定格トルクがＴｒａｔである場合、前記位置振幅の前記電動機（２０５）の可動範囲に対する割合が設定値より小さく、前記位置振幅の前記位置検出器（２０６）の分解能に対する割合が設定値より大きく、トルク指令定格トルク比Ｔｒｅｆ／Ｔｒａｔが設定値より小さくなるように位置指令振幅を設定するものであることを特徴とする請求項１または２記載のシステム同定装置。
【請求項９】
前記位置振幅検出器（１０２）は、前記位置基本周波数成分に補間処理を施した信号の振幅を前記位置振幅として出力するものであることを特徴とする請求項１または２記載のシステム同定装置。
【請求項１０】
前記第１演算器（１０３）は、一定間隔の複数時間において前記電動機（２０５）の慣性モーメントを同定しその同定値が一定値に収束過程にある場合、補外により前記慣性モーメント同定値を算出し出力するものであ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１１】
前記第２演算器（６０３）は、一定間隔の複数時間において前記電動機（２０５）の慣性モーメントを同定しその同定値が一定値に収束過程にある場合、補外により前記慣性モーメント同定値を算出し出力するものであ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、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、トルク指令を検出速度の１階時間微分値で除算することにより電動機と負荷の総イナーシャを算出している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は、従来技術を示すシステム同定装置の構成図である。
図１０において、１００１は位置指令発生器、１００２は制御パラメタ調整部、１００３は位置制御部、１００４は速度制御部、１００５は電動機駆動部、１００６は電動機と負荷、１００７は速度検出部、１００８は積分器、１００９はイナーシャ推定一時停止判断部、１０１０はイナーシャ推定部である。
以下、図１０を用いて従来技術によるシステム同定装置の構成を説明する。
位置指令発生器１００１は、位置指令を出力する。制御パラメタ調整部１００２は、前記位置指令から検出位置を減算した位置追従偏差と前記位置指令を入力し、パラメタ設定を出力する。位置制御部１００３は、前記位置追従偏差と前記パラメタ設定を入力し、速度指令を出力する。速度制御部１００４は、前記速度指令から検出速度を減算した速度追従偏差、前記パラメタ設定、総イナーシャを入力し、トルク指令を出力する。電動機駆動部１００５は、前記トルク指令を入力し、電動機電流を出力する。電動機と負荷１００６は前記電動機電流により駆動されその速度は、速度検出部１００７が検出し、前記検出速度として出力する。積分器１００８は、前記検出速度を入力し、前記検出位置を出力する。イナーシャ推定一時停止判断部１００９は、前記検出速度を入力し、その入力信号より電動機と負荷１００６が振動状態であるかを判断し、イナーシャ推定停止信号を出力する。イナーシャ推定部１０１０は、前記トルク指令と前記検出速度を入力し、前記トルク指令を前記検出速度の１階時間微分値により除算することにより前記総イナーシャを算出し、出力する。また、イナーシャ推定一時停止判断部１００９が、電動機と負荷１００６が振動状態であると判断した場合、イナーシャ推定部１０１０は、前記イナーシャ推定停止信号を入力しイナーシャ推定を停止する。
【０００４】
このように、従来技術によるシステム同定装置は、トルク指令を検出速度の１階時間微分値により除算して、電動機と負荷の総イナーシャを推定するものである。
【特許文献１】特開２００４−７９５５号公報（第４７頁、第２９図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術によるシステム同定装置は、トルク指令を検出速度の１階時間微分値により除算する構成となっており、可動範囲の限定された負荷の付いた電動機では十分に大きな前記検出速度の１階時間微分値を得ることが出来ないため、イナーシャ推定ルク外乱が存在する場合、トルク指令に前記粘性摩擦や前記一定トルク外乱の影響が現れるので、前記イナーシャ推定部による総イナーシャ推定精度が落ちるという問題もあった。
【０００６】
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、位置の量子化誤差を無くし、位置の過渡成分の影響を抑制し、短時間に、微小振幅の駆動のみで電動機の慣性モーメント同定を高精度で実施できるようにするとともに、粘性摩擦と一定トルク外乱による影響を抑制し、高精度の慣性モーメント同定を実施できるシステム同定装置を提供することを目的とする。また、慣性モーメント同定精度を最高とするように位置指令の周期を設定することができ、位置振幅が電動機の可動範囲に対して十分小さく位置検出器の分解能に対して十分大きくでき、同定中に騒音を発生せず、トルク指令定格トルク比が十分小さくなるように、微小振幅の駆動のみで電動機の慣性モーメント同定を高精度で実施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】
【０００７】
上記問題を解決するため、請求項１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、前記位置を入力し負荷を合わせた前記電動機の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、を有する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、前記位置を入力しその入力信号の前記位置指令の基本周波数における周波数成分である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と、前記位置基本周波数成分を入力しその入力信号の振幅である位置振幅を出力する位置振幅検出器と、前記位置振幅を入力し位置指令振幅と位置指令周波数と前記位置振幅と前記位置制御器のパラメタと前記速度制御器のパラメタを用いて前記慣性モーメント同定値を算出し出力する第1演算器と、を有することを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２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を入力し負荷を合わせた前記電動機の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、を有する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、前記位置指令を入力しその入力信号の基本周波数である位置指令周波数とその入力信号の基本周波数成分振幅である位置指令振幅を出力するＦＦＴ演算器と、  前記位置と前記位置指令周波数を入力し前記位置の前記位置指令周波数における周波数成分である位置基本周波数成分を出力する第２バンドパスフィルタと、前記位置基本周波数成分を入力しその入力信号の振幅である位置振幅を出力する位置振幅検出器と、前記位置指令振幅と前記位置指令周波数と前記位置振幅を入力し前記位置指令振幅と前記位置指令周波数と前記位置振幅と前記位置制御器のパラメタと前記速度制御器のパラメタを用いて前記慣性モーメント同定値を算出し出力する第２演算器と、を有することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載のシステム同定装置において、前記位置制御器をゲインがＫｐである比例制御とし、前記速度制御器をゲインがＫｖｊである比例制御とし、前記位置指令振幅がｕ０であり、前記位置指令周波数がωであり、前記位置振幅がＡである場合、前記第１演算器は、次式（１）により前記慣性モーメント同定値Ｊを算出するものであることを特徴としている。
【数１】
2007020267.tif 000003
【００１０】
また、請求項４記載の発明は、請求項２記載のシステム同定装置において、前記位置制御器をゲインがＫｐである比例制御とし、前記速度制御器をゲインがＫｖｊである比例制御とし、前記位置指令振幅がｕ０であり、前記位置指令周波数がωであり、前記位置振幅がＡである場合、前記第２演算器は、次式（１）により前記慣性モーメント同定値Ｊを算出するものであることを特徴としている。
【数２】
2007020267.tif 000004
【００１１】
また、請求項５記載の発明は、請求項１記載のシステム同定装置において、前記位置制御器を比例制御とし、前記速度制御器をゲインがＫｖｊである比例制御とし、前記位置指令振幅がｕ０であり、前記位置指令周波数がωであり、前記位置制御器のゲインをＫｐ１とした場合の前記位置振幅がＡ１であり、前記位置制御器のゲインをＫｐ２とした場合の前記位置振幅がＡ２である場合、前記第１演算器は、次式（２）により前記慣性モーメント同定値Ｊを算出するものであることを特徴としている。
【数３】
2007020267.tif 000005
【００１２】
また、請求項６記載の発明は、請求項２記載のシステム同定装置において、前記位置制御器を比例制御とし、前記速度制御器をゲインがＫｖｊである比例制御とし、前記位置指令振幅がｕ０であり、前記位置指令周波数がωであり、前記位置制御器のゲインをＫｐ１とした場合の前記位置振幅がＡ１であり、前記位置制御器のゲインをＫｐ２とした場合の前記位置振幅がＡ２である場合、前記第２演算器は、次式（２）により前記慣性モーメント同定値Ｊを算出するものであることを特徴としている。
【数４】
2007020267.tif 000006
【００１３】
また、請求項７記載の発明は、請求項１または２記載のシステム同定装置において、前記指令発生器は、前記トルク指令が増加し一定値に収束するまで前記位置指令の周期を短くした前記位置指令を発生するものであることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項８記載の発明は、請求項１または２記載のシステム同定装置において、前記指令発生器は、前記トルク指令がＴｒｅｆであり、定格トルクがＴｒａｔである場合、前記位置振幅の前記電動機の可動範囲に対する割合が設定値より小さく、前記位置振幅の前記位置検出器の分解能に対する割合が設定値より大きく、トルク指令定格トルク比Ｔｒｅｆ／Ｔｒａｔが設定値より小さくなるように位置指令振幅を設定するものであることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項９記載の発明は、請求項１または２記載のシステム同定装置において、前記位置振幅検出器は、前記位置基本周波数成分に補間処理を施した信号の振幅を前記位置振幅として出力するものであることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項１０記載の発明は、請求項１記載のシステム同定装置において、前記第１演算器は、一定間隔の複数時間において前記電動機の慣性モーメントを同定しその同定値が一定値に収束過程にある場合、補外により前記慣性モーメント同定値を算出し出力するものであることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１１記載の発明は、請求項２記載のシステム同定装置において、前記第２演算器は、一定間隔の複数時間において前記電動機の慣性モーメントを同定しその同定値が一定値に収束過程にある場合、補外により前記慣性モーメント同定値を算出し出力するものであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１または２に記載の発明によると、微小振幅の駆動のみで電動機の慣性モーメント同定をすることができ、粘性摩擦と一定トルク外乱による影響を抑制し高精度の慣性モーメント同定をすることができる。
【００１９】
また、請求項３、４、５、６に記載の発明によると、位置の過渡成分の影響を抑制し、短時間に微小振幅の駆動のみで電動機の慣性モーメント同定をすることができ、粘性摩擦と一定トルク外乱による影響を抑制し高精度の慣性モーメント同定をすることができる。
【００２０】
また、請求項７に記載の発明によると、慣性モーメント同定精度を最高とするように位置指令の周期を設定することができ、微小振幅の駆動のみで電動機の慣性モーメント同定をすることができ、粘性摩擦と一定トルク外乱による影響を抑制し高精度の慣性モーメント同定をすることができる。
【００２１】
また、請求項８に記載の発明によると、位置振幅が電動機の可動範囲に対して十分小さく位置検出器の分解能に対して十分大きくでき、同定中に騒音を発生せず、トルク指令定格トルク比が十分小さくなるようにでき、微小振幅の駆動のみで電動機の慣性モーメント同定をすることができ、粘性摩擦と一定トルク外乱による影響を抑制し高精度の慣性モーメント同定をすることができる。
【００２２】
また、請求項９に記載の発明によると、位置の量子化誤差を無くし、微小振幅の駆動のみで電動機の慣性モーメント同定をすることができ、粘性摩擦と一定トルク外乱による影響を抑制し高精度の慣性モーメント同定をすることができる。
【００２３】
また、請求項１０または１１に記載の発明によると、位置の過渡成分の影響を抑制し、微小振幅の駆動のみで電動機の慣性モーメント同定をすることができ、粘性摩擦と一定トルク外乱による影響を抑制し高精度の慣性モーメント同定をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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】
【００２５】
図２は、本発明の第１実施例を示すシステム同定装置の概略構成図である。
図２において、２０１は指令発生器、２０２は位置制御器、２０３は速度制御器、２０４はトルク制御器、２０５は電動機、２０６は位置検出器、２０７は微分器、２０８は慣性モーメント同定器である。
以下、図２を用いて、本実施例のシステム同定装置の構成の概要を説明する。
指令発生器２０１は、位置指令を出力する。位置制御器２０２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２０３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２０４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２０５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２０６が検出し、出力する。微分器２０７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２０８は、前記位置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。
【００２６】
図１は、本発明の第１実施例を示すシステム同定装置における慣性モーメント同定器の詳細構成図である。
図１において、１０１は第1バンドパスフィルタ、１０２は位置振幅検出器、１０３は第１演算器である。
本発明が、従来技術である特許文献１と異なる点は、本発明は、位置基本周波数成分の振幅である位置振幅を用いて負荷を合わせた電動機の慣性モーメント同定値を算出し、出力する第１演算器１０３を備えるようにしている点である。
以下、図１を用いて、本実施例のシステム同定装置の詳細構成を説明する。
第１バンドパスフィルタ１０１は、位置を入力し、その入力信号の位置指令の基本周波数における周波数成分である位置基本周波数成分を出力する。位置振幅検出器１０２は、前記位置基本周波数成分を入力し、その入力信号の振幅である位置振幅を出力する。第１演算器１０３は、前記位置振幅を入力し、慣性モーメント同定値を算出し出力する。
【００２７】
以下、本発明のシステム同定装置の働きを図１、２を参照して説明する。
負荷を合わせた電動機２０５の慣性モーメントをＪ、電動機２０５の粘性摩擦をＤ、位置をθ、指令発生器２０１が発生する位置指令をｕ、一定トルク外乱をｗ、位置制御器２０２をゲインがＫｐである比例制御、速度制御器２０３をゲインがＫｖｊである比例制御、とすると、位置制御器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を含む閉ループ系の運動方程式は式（３）で表される。
【数５】
2007020267.tif 000007
【００２８】
位置指令ｕを振幅ｕ０・周波数ωの正弦波とした場合の、位置θの定常状態における振幅Ａは、式（４）で表される。
【数６】
2007020267.tif 000008
【００２９】
式（４）を慣性モーメントＪについて解くと式（５）となる。
【数７】
2007020267.tif 000009
【００３０】
ただし、式（５）中平方根内の値が正となるように、速度制御器２０３のゲインＫｖｊを設定する。式（５）において、位置指令周波数ωと前記閉ループ系の固有周波数ωｎ＝（（Ｋｐ・Ｋｖｊ／Ｊ））１／２に、ω＜ωｎの関係が成り立つ場合、平方根前の上の符号が有効であり、それ以外の場合、下の符号が有効である。本発明のシステム同定装置では、位置振幅Ａが微小となるように、位置指令周波数ωを設定する。したがって、位置指令周波数ωは、前記閉ループ系の固有周波数ωｎより大きく、式（５）において、平方根前の下の符号が有効である。式（５）において、電動機２０５の粘性摩擦Ｄを無視すると、式（６）となる。
【数８】
2007020267.tif 000010
【００３１】
第１演算器１０３は、式（６）により、慣性モーメント同定値を算出する。もちろん、電動機２０５の粘性摩擦Ｄが既知の場合は、式（５）を用いても構わない。式（６）は、位置の振動成分の振幅Ａを用い前記位置の平均値の影響を受けないので一定トルク外乱は式（６）による慣性モーメント同定に影響しない。また、本発明のシステム同定装置は、微小可動範囲負荷の付いた電動機２０５の慣性モーメント同定に用いるので、式（６）において、位置振幅Ａは微小量であり、式（６）の平方根内の第２項は、第1項に対して十分に小さく、粘性摩擦Ｄが慣性モーメント同定精度に与える影響は無視できる。
【００３２】
また、トルク指令がＴｒｅｆであり、定格トルクがＴｒａｔである場合、前記位置振幅の電動機２０５の可動範囲に対する割合が設定値より小さく、前記位置振幅の位置検出器２０６の分解能に対する割合が設定値より大きく、トルク指令定格トルク比Ｔｒｅｆ／Ｔｒａｔが設定値より小さくなるように位置指令振幅を設定することにより、小さなトルク指令を用いて微小振幅の駆動のみで、静かに慣性モーメント同定が実施できる。
【００３３】
また、位置振幅検出器１０２が、位置基本周波数成分に補間処理を施した信号の振幅を位置振幅として出力することにより、前記位置振幅の量子化誤差をなくし、より高精度の慣性モーメント同定を実施できる。
【００３４】
また、第１演算器１０３が一定間隔の複数時間において、電動機２０５の慣性モーメントを同定し、その同定値が一定値に収束過程にある場合、補外により慣性モーメント同定値を算出し、出力することにより、高精度の慣性モーメント同定を実施できる。
【００３５】
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式（７）のようになる。
【数９】
2007020267.tif 000011
【００３６】
ただし、Ｊｍは負荷を除いた電動機２０５の慣性モーメント、Ｊｌは負荷の慣性モーメント、Ｊ＊は負荷を合わせた電動機２０５の慣性モーメントの真値、Ｔｒａｔは定格トルク、Ｔｓは制御周期である。
本シミュレーションにおける慣性モーメントの真値Ｊ*と、慣性モーメント同定値Ｊの誤差である慣性モーメント同定誤差eを、式（８）で算出する。
【数１０】
2007020267.tif 000012
【００３７】
図３は、本発明の第1実施例を示すシステム同定装置において位置指令周波数を変化した場合のシミュレーション結果の説明図であり、（ａ）は慣性モーメント同定誤差、（ｂ）はトルク指令定格トルク比である。
以下、図３を用いて、位置指令周波数を変化した場合のシミュレーション結果について説明する。
式（８）より算出した図３（ａ）に示す慣性モーメント同定誤差の最小値は図３（ｂ）に示すトルク指令定格トルク比が増大して一定値に収束する位置指令周波数において起こるので、前記トルク指令定格トルク比が増大して一定値に収束するまで、位置指令の周期を短くすることにより、式（６）による慣性モーメント同定精度を上げることができる。
【００３８】
図４は、本発明の第１実施例を示すシステム同定装置において粘性摩擦を変化した場合のシミュレーション結果の説明図であり、（ａ）は慣性モーメント同定誤差、（ｂ）はトルク指令定格トルク比である。
以下、図４を用いて、粘性摩擦を変化した場合のシミュレーション結果を説明する。
粘性摩擦を０Ｎ・ｍ・ｓ／ｒａｄから０．００２Ｎ・ｍ・ｓ／ｒａｄまで変化した場合、式（８）より算出した図４（ａ）に示す慣性モーメント同定誤差は常に３％以下であり、図４（ｂ）に示すトルク指令定格トルク比は常に５．２％程度であり、位置振幅は常に０．００４ｒａｄ以下（１７ｂｉｔ位置検出器で８０パルス程度）であった。
【００３９】
図５は、本発明の第１実施例を示すシステム同定装置において一定トルク外乱を変化した場合のシミュレーション結果の説明図であり、（ａ）は慣性モーメント同定誤差、（ｂ）はトルク指令定格トルク比である。
以下、図５を用いて、一定トルク外乱を変化した場合のシミュレーション結果について説明する。
一定トルク外乱を定格トルクの０％から５０％まで変化した場合、式（８）より算出した図５（ａ）に示す慣性モーメント同定誤差は常に１．２％程度であり、図５（ｂ）に示すトルク指令定格トルク比は、常に５．２％程度であり、位置振幅は、常に０．００４ｒａｄ以下（１７ｂｉｔ位置検出器で８０パルス程度）であった。
【００４０】
以上述べたように、本実施例に係るシステム同定装置は、粘性摩擦の影響を抑制し、一定トルク外乱の影響を受けず、微小振幅の駆動のみで電動機の慣性モーメント同定を高精度にできる。
【実施例２】
【００４１】
図６は、本発明の第２実施例を示すシステム同定装置における慣性モーメント同定器の詳細構成図である。
図６において、６０１はＦＦＴ演算器、６０２は第２バンドパスフィルタ、６０３は第２演算器である。なお、図１、２と同じ説明符号のものは図１、２と同じ構成要素を示しているものとし、その説明は省略する。
本発明が、第１実施例と異なる点は、図２における慣性モーメント同定器２０８の内部構成、すなわち、本実施例の慣性モーメント同定器２０８は、位置基本周波数成分の振幅である位置振幅を用いて負荷を合わせた電動機の慣性モーメント同定値を算出し、出力する第２演算器６０３を備えるようにしている点である。
【００４２】
以下、図６を用いて、本実施例の慣性モーメント同定器２０８の構成および動作について詳細説明する。
ＦＦＴ演算器６０１は、位置指令を入力し、その入力信号の基本周波数である位置指令周波数とその入力信号の基本周波数成分振幅である位置指令振幅を出力する。第２バンドパスフィルタ６０２は、位置と前記位置指令周波数を入力し、前記位置の前記位置指令周波数における周波数成分である位置基本周波数成分を出力する。位置振幅検出器１０２は、前記位置基本周波数成分を入力し、その入力信号の振幅である位置振幅を出力する。第２演算器６０３は、前記位置指令振幅と前記位置指令周波数と前記位置振幅を入力し、慣性モーメント同定値を算出し出力する。
以上の構成において、第１実施例の場合の第１演算器１０３と同様に、第２演算器６０３は、前述の式（６）により慣性モーメント同定値を算出する。もちろん、電動機２０５の粘性摩擦Ｄが既知の場合は、式（５）を用いても構わない。式（６）は、位置の振動成分の振幅Ａを用い前記位置の平均値の影響を受けないので一定トルク外乱は式（６）による慣性モーメント同定に影響しない。また、本発明のシステム同定装置は、微小可動範囲負荷の付いた電動機２０５の慣性モーメント同定に用いるので、式（６）において、位置振幅Ａは微小量であり、式（６）の平方根内の第２項は、第1項に対して十分に小さく、粘性摩擦Ｄが慣性モーメント同定精度に与える影響は無視できる。
【００４３】
また、前記トルク指令定格トルク比が増大して一定値に収束するまで、位置指令の周期を短くすることにより、式（６）による慣性モーメント同定精度を上げることができる。
【００４４】
また、トルク指令がＴｒｅｆであり、定格トルクがＴｒａｔである場合、前記位置振幅の電動機２０５の可動範囲に対する割合が設定値より小さく、前記位置振幅の位置検出器２０６の分解能に対する割合が設定値より大きく、トルク指令定格トルク比Ｔｒｅｆ／Ｔｒａｔが設定値より小さくなるように位置指令振幅を設定することにより、小さなトルク指令を用いて微小振幅の駆動のみで、静かに慣性モーメント同定が実施できる。
【００４５】
また、位置振幅検出器１０２が、位置基本周波数成分に補間処理を施した信号の振幅を位置振幅として出力することにより、前記位置振幅の量子化誤差をなくし、より高精度の慣性モーメント同定を実施できる。
【００４６】
また、第２演算器６０３が一定間隔の複数時間において電動機２０５の慣性モーメントを同定しその同定値が一定値に収束過程にある場合、補外により慣性モーメント同定値を算出し出力することにより高精度の慣性モーメント同定を実施できる。
【００４７】
以上述べたように、本実施例に係るシステム同定装置は、第１実施例同様、粘性摩擦の影響を抑制し、一定トルク外乱の影響を受けず、微小振幅の駆動のみで電動機の慣性モーメント同定を高精度にできる。
【実施例３】
【００４８】
本実施例が、第１、２実施例と異なる点は、第１、２実施例である図２における位置制御器２０２を、ゲインＫｐ１とＫｐ２の比例制御とし、速度制御器２０３を、ゲインＫｖｊの比例制御としている点であり、その他の構成については第１、２実施例と同じであるのでその説明は省略する。
以下、本発明のシステム同定装置の働きを図１、２、６を参照して説明する。
位置制御器２０２を、ゲインＫｐ１の比例制御とし、速度制御器２０３を、ゲインＫｖｊの比例制御とすると、振幅u０周波数ωの正弦波である位置指令に対する位置振幅Ａ１は第1実施例の式（４）と同様に導出でき式（１０）となる。
【数１１】
2007020267.tif 000013
【００４９】
式（１０）を書き換えると式（１１）となる。
【数１２】
2007020267.tif 000014
【００５０】
位置制御器２０２のゲインをＫｐ２とした場合の位置振幅をＡ２とすると式（１１）と同様に式（１２）を求めることができる。
【数１３】
2007020267.tif 000015
【００５１】
式（１１）と式（１２）を負荷を合わせた電動機２０５の慣性モーメントＪについて解くと式（１３）を得る。
【数１４】
2007020267.tif 000016
【００５２】
式（１３）により第１演算器１０３と第２演算器６０３は慣性モーメント同定値を算出することができる。式（１３）は位置の振動成分振幅を用いるので位置の平均値は同定精度に影響せず一定トルク外乱は慣性モーメント同定精度に影響しない。また、式（１３）は粘性摩擦Ｄを含まないので粘性摩擦Ｄは慣性モーメント同定精度に影響しない。
【００５３】
図７は、本発明の第３実施例を示すシステム同定装置において粘性摩擦を変化した場合のシミュレーション結果の説明図であり、（ａ）は慣性モーメント同定誤差、（ｂ）はトルク指令定格トルク比である。
以下、図７を用いて、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は、式（１４）の数値を用いた。
【数１５】
2007020267.tif 000017
【００５４】
式（１４）記載以外は、式（７）の数値を用いた。
粘性摩擦を０Ｎ・ｍ・ｓ／ｒａｄから０．０１Ｎ・ｍ・ｓ／ｒａｄまで変化した場合、式（８）により算出した図７（ａ）に示す慣性モーメント同定誤差は常に２％以下である。また、この時、図７（ｂ）に示すトルク指令定格トルク比は常に１２％以下である。
【００５５】
図８は、本発明の第３実施例を示すシステム同定装置において一定トルク外乱を変化した場合のシミュレーション結果の説明図であり、（ａ）は慣性モーメント同定誤差、（ｂ）はトルク指令定格トルク比である。
以下、図８を用いて、一定トルク外乱を変化した場合のシミュレーション結果を説明する。
一定トルク外乱定格トルク比を０％から５０％まで変化した場合、式（８）により算出した図８（ａ）に示す慣性モーメント同定誤差は常に２％以下である。また、この時、図８（ｂ）に示すトルク指令定格トルク比は常に１２％以下である。
【００５６】
図９は、本発明の第３実施例を示すシステム同定装置において一定トルク外乱を変化した場合の位置振幅のシミュレーション結果の説明図である。
以下、図９を用いて一定トルク外乱を変化した場合の位置振幅のシミュレーション結果について述べる。
一定トルク外乱定格トルク比を０％から５０％まで変化した場合、前記位置振幅は常に０．００２ｒａｄ（１７ｂｉｔ位置検出器で約４０パルス）以下である。粘性摩擦を変化した場合も同様に前記位置振幅は常に０．００２ｒａｄ以下であった。
【００５７】
以上述べたように、本発明に係るシステム同定装置は、位置基本周波数成分の振幅である位置振幅を用いて負荷を合わせた電動機２０５の慣性モーメント同定値を算出する第１演算器１０３または第２演算器６０３を有する構成をしているので、位置の過渡成分を抑制し、位置振幅が電動機２０５の可動範囲に対して十分小さくなり、位置検出器２０６の分解能に対して十分に大きくなり、同定中に騒音を発生せず、トルク指令定格トルク比が十分小さくなるようにでき、微小振幅の駆動のみで電動機２０５の慣性モーメント同定をすることができ、粘性摩擦と一定トルク外乱による影響を抑制し、高精度の慣性モーメント同定をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
位置速度制御した電動機の定常状態における位置振幅、位置指令振幅、位置指令周波数を用いることによって、微小振幅の駆動のみで電動機の慣性モーメント同定をすることができるので、チップマウンタやワイヤボンダなどの用途にも広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施例を示すシステム同定装置における慣性モーメント同定器の詳細構成図
【図２】本発明の第１実施例を示すシステム同定装置の概略構成図
【図３】本発明の第1実施例を示すシステム同定装置において位置指令周波数を変化した場合のシミュレーション結果の説明図
【図４】本発明の第1実施例を示すシステム同定装置において粘性摩擦を変化した場合のシミュレーション結果の説明図
【図５】本発明の第1実施例を示すシステム同定装置において一定トルク外乱を変化した場合のシミュレーション結果の説明図
【図６】本発明の第２実施例を示すシステム同定装置における慣性モーメント同定器の詳細構成図
【図７】本発明の第３実施例を示すシステム同定装置において粘性摩擦を変化した場合のシミュレーション結果の説明図
【図８】本発明の第３実施例を示すシステム同定装置において一定トルク外乱を変化した場合のシミュレーション結果の説明図
【図９】本発明の第３実施例を示すシステム同定装置において一定トルク外乱を変化した場合の位置振幅のシミュレーション結果の説明図
【図１０】従来技術を示すシステム同定装置の構成図
【符号の説明】
【００６０】
１０１  第１バンドパスフィルタ
１０２  位置振幅検出器
１０３  第1演算器
２０１  指令発生器
２０２  位置制御器
２０３  速度制御器
２０４  トルク制御器
２０５  電動機
２０６  位置検出器
２０７  微分器
２０８  慣性モーメント同定器
６０１  ＦＦＴ演算器
６０２  第２バンドパスフィルタ
６０３  第２演算器
１００１  位置指令発生器
１００２  制御パラメタ調整部
１００３  位置制御部
１００４  速度制御部
１００５  電動機駆動部
１００６  電動機と負荷
１００７  速度検出部
１００８  積分器
１００９  イナーシャ推定一時停止判断部
１０１０  イナーシャ推定部
【図１】
2007020267.tif 000022
【図２】
2007020267.tif 000023
【図３】
2007020267.tif 000024
【図４】
2007020267.tif 000025
【図５】
2007020267.tif 000026
【図６】
2007020267.tif 000027
【図７】
2007020267.tif 000028
【図８】
2007020267.tif 000029
【図９】
2007020267.tif 000030
【図１０】
2007020267.tif 000031