JP2003333874A - 負荷イナーシャ同定装置 - Google Patents

負荷イナーシャ同定装置

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JP2003333874A
JP2003333874A JP2002139509A JP2002139509A JP2003333874A JP 2003333874 A JP2003333874 A JP 2003333874A JP 2002139509 A JP2002139509 A JP 2002139509A JP 2002139509 A JP2002139509 A JP 2002139509A JP 2003333874 A JP2003333874 A JP 2003333874A
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speed
frequency characteristic
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Kazuhiro Tsuruta
和寛 鶴田
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】イナーシャ同定するために正方向と逆方向にモ
ータを数回転させることなく、また位置ずれすることな
く負荷イナーシャ値を同定する装置を提供する。 【解決手段】負荷イナーシャが未知である状態でモータ
18のイナーシャ値を設定し、トルクフィルタ部の出力
にトルク外乱を加えた信号を入力としてモータの速度を
出力とする周波数特性1と、トルク外乱のみを入力とし
て周波数特性2を測定し、そのゲイン差1を求め、負荷
イナーシャが既知である状態でモータ18とメカ部19
のイナーシャ値の合計である負荷イナーシャ値を設定
し、トルクフィルタ部の出力にトルク外乱を加えた信号
を入力としてモータの速度を出力とする周波数特性3
と、トルク外乱のみを入力として周波数特性4を測定
し、そのゲイン差2を求め、前記ゲイン差1と前記ゲイ
ン差2の差から未知の状態の負荷イナーシャ値を求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、モ−タ、ロボット
及び工作機械等のモータ制御装置に関し、特に負荷イナ
ーシャ同定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】負荷イナーシャを同定する装置として、
本出願人が提案した特WO96/037039がある。この方法で
は、所定の速度指令を入力し、実際のトルク指令とモデ
ルのトルク指令を所定の区間で時間積分した値の比から
イナーシャ値を同定することにより、非常に簡単な演算
でイナーシャ同定できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来法では、
イナーシャ同定するために正方向と逆方向にモータを数
回転させる必要があること、速度制御であるため位置ず
れが生じること、さらに、周波数応答を取る作業と別に
イナーシャ同定する作業が必要であること、などの問題
がある。そこで本発明は、これらの問題を解決する負荷
イナーシャ同定装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明の請求項1記載の負荷イナーシャ同定装置
は、モータと、前記モータで駆動されるメカ部とを有
し、入力された位置指令に前記モータの位置が一致する
ように位置制御を行い速度指令を決定する位置制御部
と、負荷イナーシャ値を補正する負荷イナーシャ補正器
を含み前記速度指令に前記モータの速度が一致するよう
にトルク指令を決定する速度制御部と、前記トルク指令
を入力しローパスフィルタを通すトルクフィルタ部と、
前記トルクフィルタ部の出力であるトルク指令を入力し
電流指令に変換して前記モ−タの電流が電流指令に一致
するように電流制御を行い前記モータを駆動する電流制
御部と、前記モータの位置を検出する検出器と、前記モ
ータの位置から前記モータの速度を算出する差分器と、
を備えるモータ制御装置において、負荷イナーシャが未
知である状態で前記モータのイナーシャ値を設定し、前
記トルクフィルタ部の出力にトルク外乱を加えた信号を
入力として前記モータの速度を出力とする周波数特性1
と、前記トルク外乱のみを入力として前記モータの速度
を出力とする周波数特性2を測定し、前記周波数特性1
と前記周波数特性2のゲインの差であるゲイン差1を求
め、負荷イナーシャが既知である状態で前記モータと前
記メカ部のイナーシャ値の合計である負荷イナーシャ値
を設定し、前記トルクフィルタ部の出力にトルク外乱を
加えた信号を入力として前記モータの速度を出力とする
周波数特性3と、前記トルク外乱のみを入力として前記
モータの速度を出力とする周波数特性4を測定し、前記
周波数特性3と前記周波数特性4のゲインの差であるゲ
イン差2を求め、前記ゲイン差1と前記ゲイン差2の差
から未知の状態の負荷イナーシャ値を求めることを特徴
とするものである。また、請求項2記載の負荷イナーシ
ャ同定装置は、前記トルク外乱を高速掃引波とすること
を特徴とするものである。また、請求項3記載の負荷イ
ナーシャ同定装置は、前記トルク外乱を記憶するメモリ
と、前記トルクフィルタ部の出力にトルク外乱を加えた
信号を新たなトルク指令として記憶するメモリと、前記
モータ速度を記憶するメモリを備え、位置制御と速度制
御を組んだ状態で前記トルク外乱を入力して1回動作さ
せ、前記メモリに記憶された前記トルク外乱と前記新た
なトルク指令を切り替えることにより、前記周波数特性
1及び前記周波数特性2を測定することを特徴とするも
のである。また、請求項4記載の負荷イナーシャ同定装
置は、負荷イナーシャが既知である状態は、前記メカ部
を取り付けないモータ単体とすることを特徴とするもの
である。また、請求項5記載の負荷イナーシャ同定装置
は、前記負荷イナーシャが既知である状態をシミュレー
ションにより求めることを特徴とするものである。ま
た、請求項6記載の負荷イナーシャ同定装置は、前記負
荷イナーシャが未知である状態で、負荷イナーシャ値を
適当な値に設定し、設定した前記負荷イナーシャ値に基
づいて、前記ゲイン差1と前記ゲイン差2の差を補正す
ることを特徴とするものである。また、前記ゲイン差1
が前記ゲイン差2より6dB小さいのであれば負荷イナ
ーシャ合計値が前記ゲイン差2で用いた基準となる負荷
イナーシャ合計値の2倍とし、12dB小さければ4倍
とすることを特徴とするものである。また請求項8記載
の負荷イナーシャ同定装置は、前記周波数特性1または
前記周波数特性2から、前記メカ部の共振、反共振を測
定することを特徴とするものである。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的実施例に基
づいて述べる。図1は本発明における負荷イナーシャ同
定装置を適用したモ−タ制御システムのブロック図であ
る。図において、11は位置指令を出力する指令発生部
であり、本発明を用いてメカ特性の測定を行う場合は、
位置指令を現在位置として位置指令を固定して出力す
る。12は前記位置指令と検出されたモータの位置信号
を入力して速度指令を出力し、前記2つの入力信号が一
致するようにモータの位置制御をする位置制御部、13
は速度指令と演算されたモータ18の速度信号を入力し
てトルク指令を出力し、前記2つの入力信号が一致する
ようにモータ18の速度制御をする速度制御部、14は
トルク指令を受けてフィルタをかけるトルクフィルタ
部、15は高速掃引波を出力する外乱信号発生部、16
は加算器、17は加算器16の出力であるトルク指令を
受けて電流指令に変換し、検出されたモ−タ電流が電流
指令に一致するように電流制御を行いモータ18に電流
を供給する電流制御部、19はモ−タで駆動されるメカ
部、1aはモータ18の回転軸に接続するなどして回転
軸の回転位置を検出する検出器、1bは検出器1aの出
力信号からモータ速度を算出する差分器、1cは外乱信
号発生部の出力であるトルク外乱と加算器16の出力で
あるトルク指令とモータ速度を記憶する信号記憶部、1
dは信号記憶部からトルク外乱とトルク指令とモータ速
度入力して、FRF(周波数応答関数法)などにより周波
数特性を取得し、負荷イナーシャ値を同定すると同時
に、共振、反共振を測定する負荷イナーシャ同定部であ
る。
【0006】次に、速度制御部13の詳細を図2を用い
て説明する。21は位置制御部12から出力された速度
指令を入力し、差分器1bの出力である速度から速度偏
差を求める減算器であり、22は速度偏差を時定数Ti
で積分する積分器、23は速度偏差と積分器の出力を加
える加算器、24は前記加算器の出力に速度ループゲイ
ンを乗じる乗算器、25はモータイナーシャJmと負荷
のイナーシャJLを補償するイナーシャ補償器である。
【0007】本発明の詳細を、図3に示すシミュレーシ
ョンを用いた検証例に基づいて説明する。図中はモー
タ単体の場合のトルク指令(B)からモータ速度(C)
までのボード線図であり、図中はモータ+メカ部が2
慣性系で表されており、モータ+メカ部のイナーシャ合
計値がモータ単体の2倍の場合のBからCまでのボ−ド
線図、図中はイナーシャ合計値がモータ単体の4倍の
場合のBからCまでのボ−ド線図である。図中’はモ
ータ単体の場合のトルク外乱(A)からモータ速度
(C)までのボード線図であり、図中’はモータ+メ
カ部が2慣性系で表されており、モータ+メカ部のイナ
ーシャ合計値がモータ単体の2倍の場合のAからCまで
のボ−ド線図、図中’はイナーシャ合計値がモータ単
体の4倍の場合のAからCまでのボ−ド線図である。こ
こで、トルク指令(B)からモータ速度(C)までのボ
ード線図は位置制御部や速度制御部などの制御系の影響
が出ない周波数応答であり、トルク外乱(A)からモー
タ速度(C)までのボード線図は制御系の影響が出る周
波数応答である。本発明は、負荷イナーシャ値が未知な
状態で、制御系の影響が出ない周波数応答のゲイン線図
と制御系の影響が出る周波数応答のゲイン線図のゲイン
差1を基準とし、同様に、負荷イナーシャ値が既知な状
態で、制御系の影響が出ない周波数応答のゲイン線図と
制御系の影響が出る周波数応答のゲイン線図のゲイン差
2を取り、ゲイン差1とゲイン差2の差から、未知の負
荷イナーシャ値を同定することを特徴としている。な
お、前記ゲイン差1とゲイン差2を比較する場合の位置
制御部や速度制御部などの制御系は同じ設定値にすれば
良い。同図から、低周波数領域におけるゲイン線図の
と’の差、と’の差、と’の差が、イナ−シ
ャ合計値が2倍になるとモータ単体のゲイン差1に比べ
て6dB小さくなり、4倍になると12dB小さくなることがわ
かる。例えば、トルク指令Bからモータ速度Cまでのゲ
イン線図の10Hzの値は、’、’、’ともに13.8
dBであり、トルク外乱Aからモータ速度Cまでのゲイン
線図の値は、モータ単体では55.8dB、モータと等価の負
荷イナーシャが付いた場合は49.5dBであり、と’の
差d1、と’の差d2、と’の差d3はそれぞれd1=4
2.0dB、d2=35.7dB、d3=29.5dBであり、モータと負荷イ
ナーシャの合計値が、2倍、4倍になると、ゲイン差が、
約6dB、約12dB小さくなる。なお、本シミュレーション
では、図2におけるイナーシャ補償器の負荷イナーシャ
Lの値はゼロとしている。以上の結果から、モータ+メ
カ部のイナーシャ合計値を容易に同定することができ
る。なお、基準とするモータ単体のシミュレーションの
周波数応答は実機においてメカ部を取り外したモータ単
体の状態で本請求項1の方法を用いて測定しても良い
し、シミュレーションで求めても良い。
【0008】したがって、本発明を用いれば、位置ずれ
することもなく、重力軸や摩擦が大きい場合も、負荷イ
ナ−シャ同定の同定ができ、さらに、周波数応答からメ
カの共振、反共振も測定できる。
【0009】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、位置ずれすることもなく、重力軸や摩擦が大きい場
合も正確に負荷イナ−シャの同定が可能であり、さら
に、負荷イナーシャ同定と周波数応答の測定が同時に行
える負荷イナーシャ同定装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したモ−タ制御システムのブロッ
ク図
【図2】速度制御部の詳細を説明する図
【図3】シミュレーションによる検証例
【符号の説明】
1a:検出器 1b:差分器 1c:信号記憶部 1d:周波数応答測定部 11:指令発生器 12:位置制御部 13:速度制御部 14:トルクフィルタ部 15:外乱信号発生部 16:加算器 17:電流制御部 18:モ−タ 19:メカ部 21:減算器 22:積分器 23:加算器 24:速度ループゲイン 25:イナーシャ補償器

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】モータと、前記モータで駆動されるメカ部
    とを有し、入力された位置指令に前記モータの位置が一
    致するように位置制御を行い速度指令を決定する位置制
    御部と、負荷イナーシャ値を補正する負荷イナーシャ補
    正器を含み前記速度指令に前記モータの速度が一致する
    ようにトルク指令を決定する速度制御部と、前記トルク
    指令を入力しローパスフィルタを通すトルクフィルタ部
    と、前記トルクフィルタ部の出力であるトルク指令を入
    力し電流指令に変換して前記モ−タの電流が電流指令に
    一致するように電流制御を行い前記モータを駆動する電
    流制御部と、前記モータの位置を検出する検出器と、前
    記モータの位置から前記モータの速度を算出する差分器
    と、を備えるモータ制御装置において、 負荷イナーシャが未知である状態で前記モータのイナー
    シャ値を設定し、前記トルクフィルタ部の出力にトルク
    外乱を加えた信号を入力として前記モータの速度を出力
    とする周波数特性1と、前記トルク外乱のみを入力とし
    て前記モータの速度を出力とする周波数特性2を測定
    し、前記周波数特性1と前記周波数特性2のゲインの差
    であるゲイン差1を求め、 負荷イナーシャが既知である状態で前記モータと前記メ
    カ部のイナーシャ値の合計である負荷イナーシャ値を設
    定し、前記トルクフィルタ部の出力にトルク外乱を加え
    た信号を入力として前記モータの速度を出力とする周波
    数特性3と、前記トルク外乱のみを入力として前記モー
    タの速度を出力とする周波数特性4を測定し、前記周波
    数特性3と前記周波数特性4のゲインの差であるゲイン
    差2を求め、 前記ゲイン差1と前記ゲイン差2の差から未知の状態の
    負荷イナーシャ値を求めることを特徴とする負荷イナー
    シャ同定装置。
  2. 【請求項2】前記トルク外乱を高速掃引波とすることを
    特徴とする請求項1記載の負荷イナーシャ同定装置。
  3. 【請求項3】前記トルク外乱を記憶するメモリと、前記
    トルクフィルタ部の出力にトルク外乱を加えた信号を新
    たなトルク指令として記憶するメモリと、前記モータ速
    度を記憶するメモリを備え、位置制御と速度制御を組ん
    だ状態で前記トルク外乱を入力して1回動作させ、前記
    メモリに記憶された前記トルク外乱と前記新たなトルク
    指令を切り替えることにより、前記周波数特性1及び前
    記周波数特性2を測定することを特徴とする請求項1乃
    至2記載の負荷イナーシャ同定装置。
  4. 【請求項4】前記負荷イナーシャが既知である状態は、
    前記メカ部を取り付けないモータ単体とすることを特徴
    とする請求項1乃至3記載の負荷イナーシャ同定装置。
  5. 【請求項5】前記負荷イナーシャが既知である状態をシ
    ミュレーションにより求めることを特徴とする請求項1
    乃至4記載の負荷イナーシャ同定装置。
  6. 【請求項6】前記負荷イナーシャが未知である状態で、
    負荷イナーシャ値を適当な値に設定し、設定した前記負
    荷イナーシャ値に基づいて、前記ゲイン差1と前記ゲイ
    ン差2の差を補正することを特徴とする請求項1乃至5
    記載の負荷イナーシャ同定装置。
  7. 【請求項7】前記ゲイン差1が前記ゲイン差2より6d
    B小さいのであれば負荷イナーシャ合計値が前記ゲイン
    差2で用いた基準となる負荷イナーシャ合計値の2倍と
    し、12dB小さければ4倍とすることを特徴とする請
    求項1乃至6記載の負荷イナーシャ同定装置。
  8. 【請求項8】前記周波数特性1または前記周波数特性2
    から、前記メカ部の共振、反共振を測定することを特徴
    とする請求項1乃至7記載の負荷イナーシャ同定装置。
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