JP2004030065A

JP2004030065A - 機械装置の特性同定装置

Info

Publication number: JP2004030065A
Application number: JP2002183403A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kaneko; 金子　貴之
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】電動機と負荷機械の間に非線形要素があっても、高速で且つ高精度で特性の同定ができるようにすることにある。
【解決手段】電動機トルクと位置および速度を保存する記録手段１０５と、これで保存したトルクを入力として模擬電動機位置と模擬電動機速度を出力とするシステムモデル１５０と、システムモデル１５０が出力する模擬電動機位置および模擬電動機速度と、記録手段１０５で保存した電動機位置と速度を入力として適合度を出力する評価手段１０７と、この評価手段１０７の重みを任意の量に設定する評価重み設定手段１０８と、遺伝的アルゴリズムを備えて前記評価手段１０７の評価結果から、前記システムモデル１５０の複数の変数を最適値に修正するモデル修正手段１５１とを備える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機などで駆動される負荷機械の伝達特性を同定する機械装置の特性同定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は機械装置の特性同定装置の従来例を示したブロック図であるが、これは「特開２００１−８４７６号」公報で公開されたものであるから、これの説明は簡略して行う。
図７において、５０５は機械システムであって、負荷機械５０１，伝達機構５０２，電動機５０３および動力変換装置５０４で構成されている。５０６は実観測器，５０７は指令発生器，５０８は実制御器，５０９は第１前処理器，５１０は第２前処理器，５１１は実応答保存器，５１３は評価関数器，５１４はトータル調整装置で５３０は模擬回路である。
【０００３】
第１前処理器５０９は、サンプル間隔で離散信号に変換されたτ_Ｍ（ｋ）　をデータ行列として実応答保存器５１１に保存する。第２前処理器５１０は、サンプル間隔で離散信号θ_Ｍ（ｋ）　に変換し、下記の数式１で計算してその値をω_Ｍ ^＃（ｋ）　とする。
【０００４】
【数１】
〔θ_Ｍ（ｋ）　−θ_Ｍ（ｋ−１）　〕／Ｔ
実応答保存器５１１には、θ_Ｍ（ｋ）　とω_Ｍ（ｋ）　を２つのデータ行列として保存する。この実応答保存器５１１は、Ｐ組のτ_Ｍ（ｋ）　，θ_Ｍ（ｋ）　，ω_Ｍ（ｋ）　を保存できる保存器である。評価関数５１３は、模擬回路５１２からθ_Ｍ ^＃（ｋ）　，ω_Ｍ ^＃（ｋ）　を、実応答保存器５１１からθ_Ｍ（ｋ）　，ω_Ｍ（ｋ）　を読込み、下記の数式２の演算を行う。
【０００５】
【数２】

図８は図７の従来例に記載の模擬回路の構成を示したブロック図である。模擬回路５３０は３つの係数器５３０ｂ，ｆ，ｇと、４つの積分器５３０ｃ，ｄ，ｈ，ｉと、２つの比較器５３０ａ，ｅと、模擬観測器５３０ｊとで構成されている。この模擬回路５３０では、与えられたパラメータＰ_ｉを用いて、係数器５３０ｂ，ｆ，ｇそれぞれの係数Ｊ_ｍｉ，Ｋ_ｃｉ，Ｊ_Ｌｉを更新し、実応答保存器５１１に保存されたτ_Ｍ（ｋ）　のデータに対して１つずつ、この図８に図示の所定の計算を行い、θ_Ｍ ^＃（ｋ）　とω_Ｍ ^＃（ｋ）　を計算して評価関数器５１３へ提供する。トータル調整装置５１４は、評価関数値Ｊ_ｉに対して、「特開平９−１３１０８７号」公報で公開されている遺伝的アルゴリズムを用いた調整方法で、評価関数値Ｊ_ｉを最小化する。この遺伝的アルゴリズム調整方法の最適化判定条件が満足されたとき、パラメータＰ_ｉ（Ｊ_ｍｉ，Ｋ_ｃｉ，Ｊ_Ｌｉを含む）は、同定された最適模擬パラメータ行列である。システムの一定時間区間の入出力信号を複数回でなく１回だけ計測すれば、局所解に陥ることなくシステムを模擬回路のパラメータとして同定することができる。また、システムを２慣性系として近似し、２慣性系模擬回路のパラメータを同定することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来例における数式２で示される評価関数は、模擬回路５３０の応答と実応答保存器５１１に保存された応答との誤差が、とある分散の正規分布に従うものと仮定し、分散が未知であることを前提にして定義してあるから、その結果として、同定速度が遅くなってしまうことが多い。また、すべての応答範囲で数式２の評価関数を適用した場合、検出器の分解能の影響などから、検出した応答が同定精度に問題を与える区間を生じる恐れがある。
【０００７】
また、実際の機械システムは不感帯などの非線形要素を含むことが多く、その影響を制御器で補償しようとする場合、従来の同定装置では、その量を同定することが出来ない欠点もある。
そこでこの発明は、電動機と負荷機械の間に非線形要素があっても、高速で且つ高精度で特性の同定ができるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明の機械装置の特性同定装置は、
前記電動機を駆動するトルク量あるいは推力量と当該電動機の位置および速度とを保存する記録手段と、この記録手段で保存したトルク量あるいは推力量を入力として模擬電動機位置および模擬電動機速度を出力とする第１システムモデルと、この第１システムモデルが出力する模擬電動機位置および模擬電動機速度と、前記記録手段で保存した電動機位置および電動機速度を入力として適合度を出力する評価手段と、この評価手段の重みを任意の量に設定する評価重み設定手段と、遺伝的アルゴリズムを備えて前記評価手段の評価結果から、前記第１システムモデルの２つの変数である電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントと，負荷機械に含まれる粘性係数と，を最適値に修正する第１モデル修正手段とを備える。
【０００９】
または、前記電動機を駆動するトルク量あるいは推力量と当該電動機の位置および速度とを保存する記録手段と、少なくとも前記電動機と負荷機械系との間にばね要素を模擬した多慣性系モデルを備え、前記記録手段で保存したトルク量あるいは推力量を入力として当該多慣性系モデルで模擬した模擬電動機位置および模擬電動機速度を出力とする第２システムモデルと、この第２システムモデルが出力する模擬電動機位置および模擬電動機速度と、前記記録手段で保存した電動機位置および電動機速度を入力として適合度を出力する評価手段と、この評価手段の重みを任意の量に設定する評価重み設定手段と、遺伝的アルゴリズムを備えて前記評価手段の評価結果から前記第２システムモデルの４つの変数である電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントと，負荷機械の慣性モーメントと，負荷機械の剛性値と，負荷機械に含まれる粘性係数と，を最適値に修正する第２モデル修正手段とを備える。
【００１０】
または、前記電動機を駆動するトルク量あるいは推力量と当該電動機の位置および速度とを保存する記録手段と、少なくとも前記電動機と電動機側ギアの間のばね要素と，電動機側ギアと負荷側ギアの間の不感帯と弾性を模擬したバックラッシュモデルと，負荷側ギアと負荷機械の間のばね要素とを備え、前記記録手段で保存したトルク量あるいは推力量を入力として前記バックラッシュモデルで模擬した模擬電動機位置および模擬電動機速度を出力とする第３システムモデルと、この第３システムモデルが出力する模擬電動機位置および模擬電動機速度と、前記記録手段で保存した電動機位置および電動機速度を入力として適合度を出力する評価手段と、この評価手段の重みを任意の量に設定する評価重み設定手段と、遺伝的アルゴリズムを備えて前記評価手段の評価結果から前記第３システムモデルの１１つの変数である電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントと，負荷機械の慣性モーメントと，電動機側ギヤの慣性モーメントと，負荷側ギアの慣性モーメントと，電動機と電動機側ギアの間に含まれる剛性値と，負荷側ギアと負荷機械の間に含まれる剛性値と，電動機側ギアと負荷側ギアの間に含まれる剛性値と，電動機と電動機側ギアの間に含まれる粘性値と，負荷側ギアと負荷機械の間に含まれる粘性値と，電動機側ギアと負荷側ギアの間の損失係数と，電動機側ギアと負荷側ギアの間の不感帯幅と，を最適値に修正する第３モデル修正手段とを備える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例を表した全体構成のブロック図である。図１の第１実施例において、制御器１０４は速度指令値Ｎ_ｒまたは位置指令値Ｘ_ｒを入力とし、フィードバックされてくる電動機速度Ｎ_ｍまたは電動機位置Ｘ_ｍとによりトルク指令値を出力する。トルク制御手段１０３はトルク指令ｉ_ｒを入力として電動機１０２が発生するトルクまたは推力を制御する。この電動機１０２が負荷機械系１０１を駆動する。
【００１２】
記録手段１０５は、検出され，または推定された電動機速度Ｎ_ｍ及び電動機位置Ｘ_ｍとトルク指令ｉ_ｒを一定サンプリング時間でサンプルし、時系列データとしてそれぞれを電動機速度Ｎ_ｍ（ｋ）　，電動機位置Ｘ_ｍ（ｋ）　，トルク指令ｉ_ｒ（ｋ）　として保存するメモリである。
第１システムモデル１５０は、前述の記録手段１０５から入力するトルク指令ｉ_ｒ（ｋ）　と、電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントＪ_ｍならびに負荷機械に含まれる粘性係数Ｄ_Ｆとを用いて、模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　と模擬電動機位置Ｘ_ｍ ^＃（ｋ）　を演算する。
【００１３】
評価手段１０７は第１システムモデル１５０が演算した模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　と模擬電動機位置Ｘ_ｍ ^＃（ｋ）　，ならびに記録手段１０５に保存されている電動機速度Ｎ_ｍ（ｋ）　と電動機位置Ｘ_ｍ（ｋ）　を入力する。更に評価重み設定手段１０８からの重みｐ（ｋ）　も入力して下記の数式３の演算を行うことで、実際の応答と第１システムモデル１５０の応答との適合度Ｆを評価する。
【００１４】
【数３】

ここで重みｐ（ｋ）　は、評価重み設定手段１０８において任意に設定されるデータ列であって、第１システムモデル１５０におけるモデル化誤差や、電動機速度Ｎ_ｍ（ｋ）　や電動機位置Ｘ_ｍ（ｋ）　を計測する際に影響される外乱を考慮して設定する。
【００１５】
第１モデル修正手段１５１では、適合度Ｆが最小となるような模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　と模擬電動機位置Ｘ_ｍ ^＃（ｋ）　を得るように、電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントＪ_ｍと負荷機械に含まれる粘性係数Ｄ_Ｆとを遺伝的アルゴリズムを用いて探索する。
図２は本発明の第２実施例であり、図１に図示の第１システムモデルの構成を表したブロック図である。図２の第２実施例において、加算器２０１は、記録手段１０５から入力するトルク指令ｉ_ｒ（ｋ）　と第２係数器２０５の出力値との偏差を演算する。電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントＪ_ｍの逆数で表されるゲインを有する第１係数器２０２と第１積分器２０３とを直列にして演算することで、加算器２０１の演算値から模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　が得られる。更に、この模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　を第２積分器２０４で積分することで模擬電動機位置Ｘ_ｍ ^＃（ｋ）　が演算される。これら模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　と模擬電動機位置Ｘ_ｍ ^＃（ｋ）　は、評価手段１０７へ出力される。
【００１６】
負荷機械に含まれる粘性係数Ｄ_Ｆをゲインに持つ第２係数器は、前述により得られた模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　を入力してこれをゲイン倍し、前記の加算器２０１へ与える。
図３は本発明の第３実施例を表した全体構成のブロック図であるが、負荷機械系１０１，電動機１０２，トルク制御手段１０３，制御器１０４，記録手段１０５，評価手段１０７および評価重み設定手段１０８の名称・用途・機能は、図１で既述の第１実施例と同じであるから、同じ部分の説明は省略する。
【００１７】
第２システムモデル３５０は、２慣性系モデルの場合であるが、前述の第１実施例と同様に、記録手段１０５からトルク指令ｉ_ｒ（ｋ）　を入力する。これと、電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントＪ_ｍ，負荷機械の慣性モーメントＪ_Ｌ，負荷機械に含まれる粘性係数Ｄ_Ｆならびに負荷機械の剛性値Ｋ_Ｆとを用いて、模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　と模擬電動機位置Ｘ_ｍ ^＃（ｋ）　を演算する。
【００１８】
第２モデル修正手段３５１では、適合度Ｆが最小となるような模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　と模擬電動機位置Ｘ_ｍ ^＃（ｋ）　を得るように、電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントＪ_ｍ，負荷機械の慣性モーメントＪ_Ｌ，負荷機械に含まれる粘性係数Ｄ_Ｆならびに負荷機械の剛性値Ｋ_Ｆを、遺伝的アルゴリズムを用いて探索する。
【００１９】
図４は本発明の第４実施例であり、図３に図示の第２システムモデルの構成を表したブロック図である。図４の第４実施例において、第１加算器３０１は、記録手段１０５から入力するトルク指令ｉ_ｒ（ｋ）　と第３加算器３０３の演算値である負荷機械の模擬ねじりトルクｉ_Ｆとの偏差を演算する。電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントＪ_ｍの逆数で表されるゲインを有する第１係数器３０４と第１積分器３０６とを直列して演算することで、第１加算器３０１の演算値から模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　が求められ、更にこの模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　を第２積分器３０９で積分することで模擬電動機位置Ｘ_ｍ ^＃（ｋ）　が演算される。これら模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　と模擬電動機位置Ｘ_ｍ ^＃（ｋ）　は、評価手段１０７へ出力される。
【００２０】
第２加算器３０２は、模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　と模擬負荷速度Ｎ_Ｌ ^＃（ｋ）　の偏差を演算する。負荷機械に含まれる粘性係数Ｄ_Ｆをゲインにもつ第２係数器３１０は、この偏差をゲイン倍して第３加算器３０３へ出力する。また第３積分器３０７と負荷機械の剛性値Ｋ_Ｆをゲインにもつ第３係数器３１１を直列にして第２加算器３０２の出力値を演算し、その演算結果を第３加算器３０３へ出力する。第３加算器３０３はこれら両演算値を加算して得られる負荷機械の模擬ねじりトルクｉ_Ｆを、第４係数器３０５と前記の第１加算器３０１へ出力する。
【００２１】
この第３加算器３０３が出力する負荷機械の模擬ねじりトルクｉ_Ｆを、負荷機械の慣性モーメントＪ_Ｌの逆数をゲインにもつ第４係数器３０５と第４積分器３０８を直列にして演算することで、模擬負荷速度Ｎ_Ｌ ^＃（ｋ）　が得られる。この模擬負荷速度Ｎ_Ｌ ^＃（ｋ）　は前述した第２加算器３０２へ与えられる。
図５は本発明の第５実施例を表した全体構成のブロック図であるが、負荷機械系１０１，電動機１０２，トルク制御手段１０３，制御器１０４，記録手段１０５，評価手段１０７および評価重み設定手段１０８の名称・用途・機能は、図１で既述の第１実施例と同じであるから、同じ部分の説明は省略する。
【００２２】
第３システムモデル４５０は、電動機と負荷の間にバネ要素や不感帯などの非線形要素我存在する場合であり、前述の第１実施例と同様に、記録手段１０５からトルク指令ｉ_ｒ（ｋ）　を入力する。これと、電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントＪ_ｍ，負荷機械の慣性モーメントＪ_Ｌ，電動機側ギア要素の慣性モーメントＪ_１，負荷側ギア要素の慣性モーメントＪ_２，電動機と電動機ギア間に含まれる剛性値Ｋ_ｓ１，負荷と負荷側ギア間に含まれる剛性値Ｋ_ｓ２，電動機側ギアと負荷側ギア間に含まれる剛性値Ｋ_ｇ，電動機と電動機ギア間に含まれる粘性係数Ｄ_ｓ１，負荷と負荷側ギア間に含まれる粘性係数Ｄ_ｓ２，電動機側ギアと負荷側ギア間の損失係数Ｄ_ｇ，電動機側ギアと負荷側ギア間の損失係数Ｄ_ｇならびにギアの不感帯幅Δθを用いて演算を行う。
【００２３】
第３モデル修正手段４５１では、適合度Ｆが最小となるような模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　と模擬電動機位置Ｘ_ｍ ^＃（ｋ）　を得るように、前述のＪ_ｍ，Ｊ_Ｌ，Ｊ_１，Ｊ_２，Ｋ_ｓ１，Ｋ_ｓ２，Ｋ_ｇ，Ｄ_ｓ１，Ｄ_ｓ２，Ｄ_ｇならびにΔθを、遺伝的アルゴリズムを用いて探索する。
図６は本発明の第６実施例であり、図５に図示の第３システムモデルの構成を表したブロック図である。図６の第６実施例において、第１加算器４０１は、記録手段１０５から入力するトルク指令ｉ_ｒ（ｋ）　と第３加算器４０７の演算値である電動機側ギアのねじれトルクとの偏差を演算する。電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントＪ_ｍの逆数で表されるゲインを有する第１係数器４２１と第１積分器４１０とを直列にして演算することで、第１加算器４０１の演算値から模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　が求められ、更にこの模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　を第２積分器４１７で積分することで、模擬電動機位置Ｘ_ｍ ^＃（ｋ）　が演算される。これら模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　と模擬電動機位置Ｘ_ｍ ^＃（ｋ）　は、評価手段１０７へ出力される。
【００２４】
第２加算器４０２は、模擬電動機速度Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　と電動機側ギア速度Ｎ_ｇ１との偏差を演算する。電動機と電動機ギア間に含まれる粘性係数Ｄ_ｓ１をゲインにもつ第２係数器４２５は、この偏差をゲイン倍して第３加算器４０７へ出力する。また第３積分器４１１と電動機と電動機ギア間に含まれる剛性値Ｋ_ｓ１をゲインにもつ第３係数器４１８を直列にして第２加算器４０２の出力値を演算し、その演算結果を第３加算器４０７へ出力する。第３加算器４０７はこれら両演算値を加算して得られる電動機側ギアのねじれトルクを、第４加算器４０３と前述の第１加算器４０１へ出力する。
【００２５】
この第３加算器４０７が出力する電動機側ギアのねじれトルクを、電動機側ギア要素の慣性モーメントＪ_１の逆数をゲインにもつ第４係数器４２２と第４積分器４１２を直列にして演算することで、電動機側ギア速度Ｎ_ｇ１が得られ、これを第８加算器４０４と前述の第２加算器４０２へ出力する。
一方負荷機械側では、第５加算器４０５が負荷側ギア速度Ｎ_ｇ２と模擬負荷速度Ｎ_Ｌ ^＃（ｋ）　との偏差を演算する。負荷と負荷側ギア間に含まれる粘性係数Ｄ_ｓ２をゲインにもつ第６係数器４２７は、この偏差をゲイン倍して第６加算器４０９へ出力する。また第６積分器４１５と，負荷と負荷側ギア間に含まれる剛性値Ｋ_ｓ２をゲインにもつ第７係数器４２０を直列にして第５加算器４０５の出力値を演算し、その演算結果を第６加算器４０９へ出力する。第６加算器４０９はこれら両演算値を加算して得られる負荷側ギアのねじれトルクを、第７加算器４０６と、第５係数器４２４と第５積分器４１６の直列回路と、へ出力する。
【００２６】
第７加算器４０６は、この負荷側ギアのねじれトルクとギアの伝達トルクｉ_ｇとの偏差を演算する。この偏差を、負荷側ギア要素の慣性モーメントＪ_２の逆数をゲインにもつ第８係数器４２３と第７積分器４１７を直列にして演算することで負荷側ギア速度Ｎ_ｇ２が得られる。この負荷側ギア速度Ｎ_ｇ２は第８加算器４０４と前述の第５加算器４０５へ与えられる。更にこの負荷側ギアのねじれトルクは、負荷機械の慣性モーメントＪ_Ｌの逆数をゲインにもつ第５係数器４２４と第５積分器４１６を直列にして演算することで模擬負荷速度Ｎ_Ｌ ^＃（ｋ）　が求まる。この模擬負荷速度Ｎ_Ｌ ^＃（ｋ）　は前述した第５加算器４０５へ入力される。
【００２７】
ギア部４３０は、第８加算器４０４，第９加算器４０８，第８積分器４１３，電動機側ギアと負荷側ギア間に含まれる剛性値Ｋ_ｇをゲインにもつ第９係数器４１９，電動機側ギアと負荷側ギア間の損失係数Ｄ_ｇをゲインにもつ第１０係数器４２６，微分器４２８および不感帯発生器４２９で構成している。
そこで第８加算器４０４へ電動機側ギア速度Ｎ_ｇ１と負荷側ギア速度Ｎ_ｇ２とを入力し、これら両入力の偏差を演算し、この偏差を第８積分器４１３へ入力し、第８積分器４１３の出力を不感帯発生器４２９へ入力する。不感帯発生器４２９の出力を第９係数器４１９でゲイン倍して第９加算器４０８へ出力すると共に、微分器４２８と第１０係数器４２６を直列にしてこの不感帯発生器４２９の出力を演算し、その演算結果を第９加算器４０８へ出力する。
【００２８】
第９加算器４０８はこれら両入力の和であるギアの伝達トルクｉ_ｇを演算して第４加算器４０３と第７加算器４０６へ出力する。
【００２９】
【発明の効果】
従来の特性同定装置では、検出器の分解能の影響などから、検出した応答が同定精度に問題を与える区間を生じる恐れがあった。また、実際の機械システムは不感帯などの非線形要素を含むことが多いから、その影響を制御器で補償しようとする場合に、従来の同定装置では、その量を同定することが出来ない欠点もあった。
【００３０】
これに対して請求項１と２に記載の発明では、電動機速度ならびに電動機位置についてのシステムモデルの出力と記録手段で保存したデータとの適合度を評価する際に、評価重み設定手段を導入することで評価関数の重みを任意に変化させることができるので、従来方式に比べてより高速な同定を実現することができる効果が得られる。また請求項３と４に記載の発明では、多慣性系をシステムモデルを導入することで、電動機と負荷との間にばね要素が存在しても、高速で且つ高精度で同定できる効果が得られる。更に、請求項５と６に記載の発明では、システムモデルにバックラッシュモデルを導入することで、電動機と負荷との間にばね要素や不感帯のような非線形要素が存在しても、高速で且つ高精度で同定できる効果が得られる。
【００３１】
なお、負荷の駆動がリニアモータなどの場合は、トルクの代わりに推力を適用することで、本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を表した全体構成のブロック図
【図２】本発明の第２実施例であり、図１に図示の第１システムモデルの構成を表したブロック図
【図３】本発明の第３実施例を表した全体構成のブロック図
【図４】本発明の第４実施例であり、図３に図示の第２システムモデルの構成を表したブロック図
【図５】本発明の第５実施例を表した全体構成のブロック図
【図６】本発明の第６実施例であり、図５に図示の第３システムモデルの構成を表したブロック図
【図７】機械装置の特性同定装置の従来例を示したブロック図
【図８】図７の従来例に記載の模擬回路の構成を示したブロック図
【符号の説明】
１０５　　記録手段
１０７　　評価手段
１０８　　評価重み設定手段
１５０　　第１システムモデル
１５１　　第１モデル修正手段
３５０　　第２システムモデル
３５１　　第２モデル修正手段
４５０　　第３システムモデル
４２９　　不感帯発生器
４５１　　第３モデル修正手段
Ｄ_Ｆ　　　負荷機械に含まれる粘性係数
Ｄ_ｇ　　　電動機側ギアと負荷側ギア間の損失係数
Ｄ_ｓ１　　　電動機と電動機ギア間に含まれる粘性係数
Ｄ_ｓ２　　　負荷と負荷側ギア間に含まれる粘性係数
ｉ_Ｆ　　　負荷機械の模擬ねじりトルク
ｉ_ｇ　　　ギアの伝達トルク
Ｊ_１　　　電動機側ギア要素の慣性モーメント
Ｊ_２　　　負荷側ギア要素の慣性モーメント
Ｊ_Ｌ　　　負荷機械の慣性モーメント
Ｊ_ｍ　　　電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメント
Ｋ_Ｆ　　　負荷機械の剛性値
Ｋ_ｇ　　　電動機側ギアと負荷側ギア間に含まれる剛性値
Ｋ_ｓ１　　　電動機と電動機ギア間に含まれる剛性値
Ｋ_ｓ２　　　負荷と負荷側ギア間に含まれる剛性値
Ｎ_Ｌ ^＃（ｋ）　模擬負荷速度
Ｎ_ｍ ^＃（ｋ）　模擬電動機速度
Ｎ_ｇ１　　　電動機側ギア速度
Ｎ_ｇ２　　　負荷側ギア速度
Ｘ_ｍ ^＃（ｋ）　模擬電動機位置
Δθ　　　ギアの不感帯幅

Claims

負荷機械系と、この負荷機械系を駆動する電動機を備えた機械装置において、
前記電動機を駆動するトルク量あるいは推力量と当該電動機の位置および速度とを保存する記録手段と、
この記録手段で保存したトルク量あるいは推力量を入力として模擬電動機位置および模擬電動機速度を出力とする第１システムモデルと、
この第１システムモデルが出力する模擬電動機位置および模擬電動機速度と、前記記録手段で保存した電動機位置および電動機速度を入力として適合度を出力する評価手段と、
この評価手段の重みを任意の量に設定する評価重み設定手段と、
遺伝的アルゴリズムを備えて前記評価手段の評価結果から、前記第１システムモデルの２つの変数である電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントと，負荷機械に含まれる粘性係数と，を最適値に修正する第１モデル修正手段と、
を備えることを特徴とする機械装置の特性同定装置。
請求項１に記載の機械装置の特性同定装置において、前記第１システムモデルは、
加算器は、前記記録手段から入力するトルク量あるいは推力量と粘性摩擦分トルクとの偏差を演算し、
電動機とこれに付随する剛体の慣性モーメントの逆数をゲインとする第１係数器と第１積分器は、前記加算器の演算値から電動機速度を求め、
第２積分器は、この模擬電動機速度から模擬電動機位置を求め、
負荷機械に含まれる粘性係数をゲインとする第２係数器は、前記模擬電動機速度から前記粘性摩擦分トルクを演算することを特徴とする機械装置の特性同定装置。
負荷機械系と、この負荷機械系を駆動する電動機を備えた機械装置において、
前記電動機を駆動するトルク量あるいは推力量と当該電動機の位置および速度とを保存する記録手段と、
少なくとも前記電動機と負荷機械系との間にばね要素を模擬した多慣性系モデルを備え、前記記録手段で保存したトルク量あるいは推力量を入力として当該多慣性系モデルで模擬した模擬電動機位置および模擬電動機速度を出力とする第２システムモデルと、
この第２システムモデルが出力する模擬電動機位置および模擬電動機速度と、前記記録手段で保存した電動機位置および電動機速度を入力として適合度を出力する評価手段と、
この評価手段の重みを任意の量に設定する評価重み設定手段と、
遺伝的アルゴリズムを備えて前記評価手段の評価結果から前記第２システムモデルの４つの変数である電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントと，負荷機械の慣性モーメントと，負荷機械の剛性値と，負荷機械に含まれる粘性係数と，を最適値に修正する第２モデル修正手段と、
を備えることを特徴とする機械装置の特性同定装置。
請求項３に記載の機械装置の特性同定装置において、前記第２システムモデルは、
第１加算器は、前記記録手段から入力するトルク量あるいは推力量と負荷機械の模擬ねじれトルクとの偏差を演算し、
電動機とこれに付随する剛体の慣性モーメントの逆数をゲインとする第１係数器と第１積分器は、前記第１加算器の演算値から模擬電動機速度を求め、
第２積分器は、この模擬電動機速度から模擬電動機位置を求め、
第２加算器は、この模擬電動機速度と模擬負荷速度との偏差を演算し、
負荷機械に含まれる粘性係数をゲインとする第２係数器は、この第２加算器の演算結果を演算すると共に、負荷機械の剛性値をゲインとする第３係数器と第３積分器は、当該第２加算器の演算結果を演算し、
第３加算器は、これら両演算値の和である前記負荷機械の模擬ねじれトルクを演算し、
負荷機械の慣性モーメントの逆数をゲインとする第４係数器と第４積分器は、この第３加算器の演算結果を演算して前記模擬負荷速度を得ることを特徴とする機械装置の特性同定装置。
負荷機械系と、この負荷機械系を駆動する電動機を備えた機械装置において、
前記電動機を駆動するトルク量あるいは推力量と当該電動機の位置および速度とを保存する記録手段と、
少なくとも前記電動機と電動機側ギアの間のばね要素と，電動機側ギアと負荷側ギアの間の不感帯と弾性を模擬したバックラッシュモデルと，負荷側ギアと負荷機械の間のばね要素と，を備え、前記記録手段で保存したトルク量あるいは推力量を入力として前記バックラッシュモデルで模擬した模擬電動機位置および模擬電動機速度を出力とする第３システムモデルと、
この第３システムモデルが出力する模擬電動機位置および模擬電動機速度と、前記記録手段で保存した電動機位置および電動機速度を入力として適合度を出力する評価手段と、
この評価手段の重みを任意の量に設定する評価重み設定手段と、
遺伝的アルゴリズムを備えて前記評価手段の評価結果から前記第３システムモデルの１１つの変数である電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントと，負荷機械の慣性モーメントと，電動機側ギアの慣性モーメントと，負荷側ギアの慣性モーメントと，電動機と電動機側ギアの間に含まれる剛性値と，負荷側ギアと負荷機械の間に含まれる剛性値と，電動機側ギアと負荷側ギアの間に含まれる剛性値と，電動機と電動機側ギアの間に含まれる粘性値と，負荷側ギアと負荷機械の間に含まれる粘性値と，電動機側ギアと負荷側ギアの間の損失係数と，電動機側ギアと負荷側ギアの間の不感帯幅と，を最適値に修正する第３モデル修正手段と、
を備えることを特徴とする機械装置の特性同定装置。
請求項５に記載の機械装置の特性同定装置において、前記第３システムモデルは、
電動機側では、第１加算器は前記記録手段から入力するトルク量あるいは推力量と電動機側ギアのねじれトルクとの偏差を演算し、
電動機とそれに付随する剛体の慣性モーメントの逆数をゲインとする第１係数器と第１積分器は、前記第１加算器の演算値から模擬電動機速度を求め、
第２積分器は、この模擬電動機速度から模擬電動機位置を求め、
第２加算器は、前記模擬電動機速度と電動機側ギア速度との偏差を演算し、
電動機と電動機ギア間に含まれる粘性係数をゲインとする第２係数器は、第２加算器の演算結果を演算すると共に、電動機と電動機ギア間に含まれる剛性値をゲインとする第３係数器と第３積分器は、前記第２加算器の演算結果を演算し、第３加算器は、これら両演算値の和である前記電動機側ギアのねじれトルクを演算し、
第４加算器はこの電動機側ギアのねじれトルクとギアの伝達トルクとの偏差を演算し、
電動機側ギア要素の慣性モーメントの逆数をゲインとする第４係数器と第４積分器は、第４加算器の演算値から前記電動機側ギア速度を演算し、
負荷機械側では、第５加算器は、模擬負荷速度と負荷側ギア速度の偏差を演算し、
負荷と負荷側ギア間に含まれる粘性係数をゲインとする第６係数器は、第５加算器の演算結果を演算すると共に、負荷と負荷側ギア間に含まれる剛性値をゲインとする第７係数器と第６積分器は、前記第５加算器の演算結果を演算し、
第６加算器は、これら両演算値の和である負荷側ギアのねじれトルクを演算し、
負荷機械の慣性モーメントの逆数をゲインとする第５係数器と第５積分器は、この負荷側ギアのねじれトルクから前記模擬負荷速度を演算し、
第７加算器はこの負荷側ギアのねじれトルクとギアの伝達トルクとの偏差を演算し、
負荷側ギア要素の慣性モーメントの逆数をゲインとする第８係数器と第７積分器は、第７加算器の演算結果から前記負荷側ギア速度を演算し、
ギアでは、第８加算器は前記電動機側ギア速度と負荷側ギア速度との偏差を演算し、
第８積分器は第８加算器の演算結果を積分し、
不感帯発生器は、第８積分器の演算結果を入力し、
電動機側ギアと負荷側ギア間に含まれる剛性値をゲインとする第９係数器は不感帯発生器の出力を演算すると共に、電動機側ギアと負荷側ギア間の損失係数をゲインとする第１０係数器と微分器は、前記不感帯発生器の出力を演算し、
第９加算器はこれら両演算値の和である前記ギアの伝達トルクを演算することを特徴とする機械装置の特性同定装置。