JP2005168166A - Load characteristic operation device and motor control device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a load characteristic operation device that can exactly measure load characteristics even if a load has a large offset load, and to provide a motor control device that can precisely control a motor without receiving an influence of the offset load. <P>SOLUTION: The load characteristic operation device comprises: a torque detection means that detects torque generated by the motor; a speed detection means 30 that detects the rotational speed of the motor; and a load characteristic operation means 70 that operates at least one of a viscosity friction coefficient, kinetic friction and the offset load on the basis of the detected torque (T*) and the speed ω. The load characteristic operation means 70 performs the operation on the basis of the torque and the detected value of the speed when at least one of the magnitude of the detected torque (T*), the magnitude of the detected speed ω and the magnitude of the time variation of the detected speed becomes a preset prescribed value or larger with respect to each of the magnitudes. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、モータの負荷特性を演算する装置に関する。また、モータの負荷特性を考慮しながら、位置指令、速度指令、あるいはトルク指令に基づいてモータを制御するモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a device for calculating load characteristics of a motor. The present invention also relates to a motor control device that controls a motor based on a position command, a speed command, or a torque command while considering the load characteristics of the motor.

従来のモータ制御装置として、例えば、特許文献1に、トルク、速度の情報を3組用いて、動摩擦、粘性摩擦、およびイナーシャ(慣性負荷とも呼ぶ)を同定するものが記載されている。   As a conventional motor control device, for example, Patent Document 1 describes one that identifies dynamic friction, viscous friction, and inertia (also called inertia load) using three sets of torque and speed information.

図5に、特許文献1のモータ制御装置の構成図を示す。上位コントローラ904は電動機901に負荷をかけた状態で、定期的にサーボコントローラより出力トルクT、位置フィードバックから角速度ω、差分等の周知の方法で求めた角加速度aを取り込み、一時記憶バッファ941に記憶する。そして、一時記憶バッファ941の中で下記式(1)のトルクT、動摩擦トルクD、粘性摩擦係数R、慣性負荷Jが一義的に求められるような3サンプル分のデータを負荷演算器942に入力し、慣性負荷J、動摩擦トルクD、粘性摩擦係数Rを求める。
T − D − R・ω = J・a ・・・(1)
In FIG. 5, the block diagram of the motor control apparatus of patent document 1 is shown. The host controller 904 periodically loads the output torque T from the servo controller while the motor 901 is loaded, the angular acceleration a obtained by a known method such as the angular velocity ω, the difference from the position feedback, and the temporary storage buffer 941. Remember. Then, the data for three samples in which the torque T, the dynamic friction torque D, the viscous friction coefficient R, and the inertia load J of the following formula (1) are uniquely obtained in the temporary storage buffer 941 are input to the load calculator 942. Then, inertial load J, dynamic friction torque D, and viscous friction coefficient R are obtained.
T−D−R · ω = J · a (1)

より具体的には、図5において、時刻t0、t1、およびt2の3サンプル分のデータ(T0、ω0、a0)、(T1、ω1、a1)、および(T2、ω2、a2)を式(1)にそれぞれ代入し、下記式(2)のような連立1次方程式を作成する。そして、式(2)おいて、J、D、およびRについて解くことにより、慣性負荷J、動摩擦トルクD、粘性摩擦係数Rを求める。
T0 − D − R・ω0 = J・a0 ・・・(2)
T1 − D − R・ω1 = J・a1
T2 − D − R・ω2 = J・a2
More specifically, in FIG. 5, data (T0, ω0, a0), (T1, ω1, a1), and (T2, ω2, a2) for three samples at times t0, t1, and t2 are expressed by the formula ( Substituting each into 1), a simultaneous linear equation like the following formula (2) is created. Then, the inertial load J, the dynamic friction torque D, and the viscous friction coefficient R are obtained by solving for J, D, and R in Equation (2).
T0−D−R · ω0 = J · a0 (2)
T1−D−R · ω1 = J · a1
T2−D−R · ω2 = J · a2

特開平6−225564号公報JP-A-6-225564

従来のモータ制御装置では、偏加重が大きい負荷の負荷特性を正しく測定できない、という問題点を持つ。   The conventional motor control device has a problem that it cannot correctly measure the load characteristics of a load having a large partial load.

図6は負荷の模式図である。図6(a)、(b)は、偏加重がないときの負荷の模式図を示す。このような負荷の例として、地上に対し水平面に置かれた電動スライダーがある。従来のモータ制御装置を用いて、このような負荷の負荷特性は正しく測定できる。すなわち、図6(a)のように台が右向きに移動するとき、動摩擦トルクD、および粘性摩擦トルクR・ωは左向きに作用する。また、図6(b)のように台が左向きに移動するとき、動摩擦トルクD、および粘性摩擦トルクR・ωは右向きに作用する。このように、負荷に作用する外力は、動摩擦トルクD、および粘性摩擦トルクR・ωのみであり、式(1)が成り立つ(回転の向きを正とする)。そのため、従来のモータ制御装置は、偏加重がない負荷において、正しい慣性負荷J、動摩擦トルクD、および粘性摩擦係数Rを測定できるため、負荷特性を正しく測定できる。   FIG. 6 is a schematic diagram of the load. 6A and 6B are schematic diagrams of loads when there is no partial load. An example of such a load is an electric slider placed on a horizontal plane with respect to the ground. The load characteristics of such a load can be correctly measured using a conventional motor control device. That is, when the platform moves to the right as shown in FIG. 6A, the dynamic friction torque D and the viscous friction torque R · ω act to the left. Also, as shown in FIG. 6B, when the table moves to the left, the dynamic friction torque D and the viscous friction torque R · ω act to the right. Thus, the external forces acting on the load are only the dynamic friction torque D and the viscous friction torque R · ω, and the equation (1) is established (the direction of rotation is positive). Therefore, the conventional motor control device can measure the correct inertia load J, dynamic friction torque D, and viscous friction coefficient R in a load without partial load, and therefore can correctly measure the load characteristics.

図6(c)、(d)は、偏加重があるときの負荷の模式図を示す。このような負荷として、例えば、地上に対し垂直面に置かれた電動スライダーがある。従来のモータ制御装置を用いて、このような負荷の負荷特性は正しく測定できない。すなわち、図6(c)のように台が下向きに移動するとき、動摩擦トルクD、および粘性摩擦トルクR・ωは上向きに作用する。また、重力m・gは逆の下向きに作用する。一方、図6(d)のように台が上向きに移動するとき、動摩擦トルクD、および粘性摩擦トルクR・ωは下向きに作用する。また、重力m・gは同様に下向きに作用する。このように、負荷には、動摩擦トルクD、および粘性摩擦トルクR・ωのみが作用するのみならず、重量m・gも作用する。台が下向きに移動するとき下記式(3)が成り立ち(回転の向き、すなわち下向きを正とする)、台が上向きに移動するとき下記式(4)が成り立つ(回転の向き、すなわち上向きを正とする)。このように、回転の向きが変化すると、動摩擦Dに対する重力m・gの向きが変化する。そのため、従来のモータ制御装置は、偏加重が大きい負荷において、正しい動摩擦トルクD、および粘性摩擦トルクR・ωを測定できず、負荷特性を正しく測定できない。
T − (D − m・g) − R・ω = J・a ・・・(3)
T − (D + m・g) − R・ω = J・a ・・・(4)
FIGS. 6C and 6D are schematic views of the load when there is a partial load. An example of such a load is an electric slider placed on a vertical plane with respect to the ground. The load characteristics of such a load cannot be measured correctly using a conventional motor control device. That is, when the table moves downward as shown in FIG. 6C, the dynamic friction torque D and the viscous friction torque R · ω act upward. Further, gravity m · g acts in the opposite downward direction. On the other hand, when the platform moves upward as shown in FIG. 6D, the dynamic friction torque D and the viscous friction torque R · ω act downward. Similarly, gravity m · g acts downward. Thus, not only the dynamic friction torque D and the viscous friction torque R · ω act on the load, but also the weight m · g. The following equation (3) holds when the table moves downward (the direction of rotation, that is, downward), and the following equation (4) holds when the table moves upward (the direction of rotation, ie, upward) And). Thus, when the direction of rotation changes, the direction of gravity m · g with respect to the dynamic friction D changes. Therefore, the conventional motor control device cannot measure the correct dynamic friction torque D and the viscous friction torque R · ω, and cannot accurately measure the load characteristics, under a load with a large unbalanced load.
T− (D−m · g) −R · ω = J · a (3)
T− (D + m · g) −R · ω = J · a (4)

本発明は、上記の問題点を解決するものであり、偏加重が大きい負荷においても、負荷特性を正しく測定できる負荷特性演算装置を提供することを目的とする。また、偏加重の影響を受けずに精度よく制御が可能なモータ制御装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a load characteristic calculation device capable of correctly measuring load characteristics even in a load with a large bias. It is another object of the present invention to provide a motor control device that can be accurately controlled without being affected by partial weighting.

本発明の負荷特性演算装置は、モータが発生するトルクを検出するトルク検出手段と、
モータの速度を検出する速度検出手段と、検出したトルク及び速度に基づき、負荷特性として、粘性摩擦係数、動摩擦及び偏加重のうちの少なくとも1つを演算し、出力する演算手段とを有する。
The load characteristic calculation device of the present invention includes torque detection means for detecting torque generated by the motor,
Speed detection means for detecting the speed of the motor, and calculation means for calculating and outputting at least one of viscous friction coefficient, dynamic friction, and partial load as load characteristics based on the detected torque and speed.

演算手段は、検出したトルクの大きさ、検出した速度の大きさ、検出した速度の時間変化の大きさのうちの少なくとも1つが、それぞれに対して設定された所定値以上となる場合の、トルクと速度の検出値に基づき演算を実行するようにしてもよい。   The calculating means calculates torque when at least one of the detected torque magnitude, the detected speed magnitude, and the detected temporal change magnitude is equal to or greater than a predetermined value set for each. The calculation may be executed based on the detected value of the speed.

また、演算手段は、モータの正転時に演算される粘性摩擦係数とモータの逆転時に演算される粘性摩擦係数とを平均して得られる平均粘性摩擦係数と、モータの正転時に演算される動摩擦とモータの逆転時に演算される動摩擦とを平均して得られる平均動摩擦のうちの少なくとも1つを求めるようにしてもよい。
また、演算手段は、速度とトルクの検出値に基づき逐次最小二乗法を用いて、粘性摩擦係数と動摩擦と偏加重のうちの少なくとも1つを演算するようにしてもよい。
Further, the calculation means includes an average viscous friction coefficient obtained by averaging the viscous friction coefficient calculated during the normal rotation of the motor and the viscous friction coefficient calculated during the reverse rotation of the motor, and the dynamic friction calculated during the normal rotation of the motor. And at least one of the average dynamic friction obtained by averaging the dynamic friction calculated during the reverse rotation of the motor may be obtained.
The computing means may compute at least one of a viscous friction coefficient, dynamic friction, and partial weight using a sequential least square method based on detected values of speed and torque.

本発明に係るモータ制御装置は、上記の負荷特性演算装置と、負荷特性演算装置から出力される粘性摩擦係数と動摩擦と偏加重のうちの少なくとも1つに基づき、速度ゲイン及び速度積分時定数を用いてモータが発生する出力トルクの指令であるトルク指令を生成し、出力する速度制御手段と、トルク指令にしたがいモータ駆動電圧を生成し、出力する駆動手段とを備える。   A motor control device according to the present invention has a speed gain and a speed integration time constant based on at least one of the load characteristic calculation device and the viscous friction coefficient, dynamic friction, and partial load output from the load characteristic calculation device. A speed control unit that generates and outputs a torque command that is an output torque command generated by the motor, and a drive unit that generates and outputs a motor drive voltage according to the torque command.

また、モータ制御装置は、負荷特性演算装置から出力される粘性摩擦係数、動摩擦及び偏加重のうちの少なくとも1つに基づいて、速度制御手段から出力されるトルク指令を補正するトルク指令補正手段をさらに備えてもよい。このとき、駆動手段は、補正されたトルク指令にしたがいモータ駆動電圧を生成し、出力する。   In addition, the motor control device includes a torque command correction unit that corrects the torque command output from the speed control unit based on at least one of the viscous friction coefficient, the dynamic friction, and the partial load output from the load characteristic calculation device. Further, it may be provided. At this time, the drive means generates and outputs a motor drive voltage in accordance with the corrected torque command.

また、モータ制御装置は、位置ゲインを比例定数として速度指令を生成、出力する位置制御手段と、粘性摩擦係数および動摩擦の少なくとも1つに基づき、速度ゲインに対する位置ゲインの比率を示すゲイン比率と、速度積分時定数のうちの少なくとも1つを変更するゲイン変更手段とをさらに有してもよい。   In addition, the motor control device generates a position command as a proportional constant and generates and outputs a speed command, a gain ratio indicating a ratio of the position gain to the speed gain based on at least one of the viscous friction coefficient and the dynamic friction, Gain changing means for changing at least one of the speed integration time constants may be further included.

ゲイン変更手段は、ゲイン比率が粘性摩擦係数及び動摩擦の少なくとも1つの増加に応じて大きくなるように、ゲイン比率を変更してもよい。   The gain changing means may change the gain ratio so that the gain ratio increases in accordance with at least one increase in the viscous friction coefficient and the dynamic friction.

また、ゲイン変更手段は、速度積分時定数が粘性摩擦係数及び動摩擦の少なくとも1つの増加に応じて小さくなるように、速度積分時定数を変更する。   The gain changing means changes the speed integration time constant so that the speed integration time constant becomes smaller according to at least one increase in the viscous friction coefficient and the dynamic friction.

上記のトルク指令補正手段及びゲイン変更手段は、平均粘性摩擦係数及び平均動摩擦に基づいて上記のような補正や変更を行ってもよい。   The torque command correcting unit and the gain changing unit may perform the above correction and change based on the average viscous friction coefficient and the average dynamic friction.

本発明によれば、トルクと速度とに基づき粘性摩擦係数と動摩擦と偏加重との少なくとも1つを演算することにより、モータの負荷特性をより正確に演算できる。   According to the present invention, the load characteristic of the motor can be calculated more accurately by calculating at least one of a viscous friction coefficient, dynamic friction, and partial load based on torque and speed.

また、速度の大きさ、トルクの大きさ、速度の時間変化の大きさの少なくとも1つが、対応する所定値以上のときのトルクと速度とに基づき負荷特性の演算を実行するため、ノイズの影響を小さな情報を利用でき、精度の高い負荷特性を演算できる。   In addition, since the load characteristics are calculated based on the torque and speed when at least one of the magnitude of the speed, the magnitude of the torque, and the magnitude of the temporal change in the speed is equal to or greater than the corresponding value, the influence of noise Small information can be used, and load characteristics with high accuracy can be calculated.

また、粘性摩擦係数と動摩擦と偏加重との少なくとも1つに基づきモータが発生する出力トルクの指令であるトルク指令を補正することにより、偏加重が大きい装置において簡単な演算でトルク指令を補正し、回転方向が変化しても同一ゲインで同特性を実現できる。   In addition, by correcting the torque command, which is a command for the output torque generated by the motor, based on at least one of the viscous friction coefficient, dynamic friction, and partial load, the torque command can be corrected with a simple calculation in a device with large partial load. Even if the rotation direction changes, the same characteristics can be realized with the same gain.

また、粘性摩擦係数および動摩擦の少なくとも1つに基づき、速度ゲインに対する位置ゲインの比率を示すゲイン比率及び速度積分時定数の少なくとも1つを変更することにより、摩擦に対する最適な制御係数を設定することができ、最適な特性(例えば、整定時間が短縮されるというような特性)が得られる。   Also, an optimum control coefficient for friction is set by changing at least one of a gain ratio indicating a ratio of a position gain to a speed gain and a speed integration time constant based on at least one of a viscous friction coefficient and a dynamic friction. And optimum characteristics (for example, characteristics such that the settling time is shortened) can be obtained.

また、粘性摩擦係数および動摩擦の少なくとも1つの増加に伴いゲイン比率が大きくなるように、ゲイン比率を変更することにより、摩擦に対する最適なゲインを設定することができ、最適な特性(例えば、整定時間が短縮されるというような特性)が得られる。   Further, by changing the gain ratio so that the gain ratio increases as at least one of the viscous friction coefficient and the dynamic friction increases, it is possible to set an optimal gain for friction and to set an optimal characteristic (for example, settling time). (Characteristics such that is shortened).

また、粘性摩擦係数および動摩擦の少なくとも1つの増加に伴い積分時定数が小さくなるように積分時定数を変更することにより、摩擦に対する最適な積分時定数を設定することができ、最適な特性(例えば、整定時間が短縮されるというような特性)が得られる。   Further, by changing the integration time constant so that the integration time constant becomes smaller as at least one of the viscous friction coefficient and the dynamic friction increases, it is possible to set an optimal integration time constant for friction, and to set an optimum characteristic (for example, The characteristic that the settling time is shortened) is obtained.

また、モータ回転の正転時と逆転時のそれぞれにおいて求めた負荷特性を平均することにより、ノイズの影響を小さくでき、精度の高い負荷特性を演算できる。   Further, by averaging the load characteristics obtained at the time of forward rotation and reverse rotation of the motor rotation, the influence of noise can be reduced, and highly accurate load characteristics can be calculated.

また、速度とトルクとに基づき逐次最小二乗法を用いて粘性摩擦係数と動摩擦と偏加重との少なくとも1つを演算するという構成により、リアルタイムに負荷特性を演算しこの負荷特性に応じた制御をすることにより、応答性が速い制御を実現できる。   In addition, a configuration in which at least one of a viscous friction coefficient, a dynamic friction, and a partial load is calculated using a sequential least square method based on speed and torque, and load characteristics are calculated in real time, and control according to the load characteristics is performed. By doing so, control with quick response can be realized.

以下、本発明に係る負荷特性演算装置及びモータ制御装置の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a load characteristic calculation device and a motor control device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(モータ制御装置の全体構成)
図1は、本発明のモータ制御装置の構成図である。モータ制御装置1は、ロータリーエンコーダ4、指令発生器5、位置指令受信器6、位置受信器7、駆動器8、位置偏差演算器10、位置制御器20、速度検出器30、速度偏差演算器40、速度制御器50、トルク指令補正器60、および負荷特性演算器70を含む。
(Overall configuration of motor control device)
FIG. 1 is a configuration diagram of a motor control device of the present invention. The motor control apparatus 1 includes a rotary encoder 4, a command generator 5, a position command receiver 6, a position receiver 7, a driver 8, a position deviation calculator 10, a position controller 20, a speed detector 30, and a speed deviation calculator. 40, a speed controller 50, a torque command corrector 60, and a load characteristic calculator 70.

位置偏差演算器10、位置制御器20、速度検出器30、速度偏差演算器40、速度制御器50、トルク指令補正器60、および負荷特性演算器70の機能は、マイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することにより実現できる。   The functions of the position deviation calculator 10, the position controller 20, the speed detector 30, the speed deviation calculator 40, the speed controller 50, the torque command corrector 60, and the load characteristic calculator 70 are controlled by a microcomputer. It can be realized by executing.

モータ制御装置1にはモータ2が接続され、モータ制御装置1によりモータ2のロータの回転が制御される。また、モータ2には、負荷3が、カップリング等を介し連結され、モータ2のロータの回転に応じ所定の動作を行う。   A motor 2 is connected to the motor control device 1, and the rotation of the rotor of the motor 2 is controlled by the motor control device 1. A load 3 is connected to the motor 2 via a coupling or the like, and performs a predetermined operation according to the rotation of the rotor of the motor 2.

ロータリーエンコーダ4は、モータ2のロータ軸に連結され、モータ2のロータの位置を示す信号をモータ制御装置1に出力する。   The rotary encoder 4 is connected to the rotor shaft of the motor 2 and outputs a signal indicating the position of the rotor of the motor 2 to the motor control device 1.

指令発生器5は、モータ2のロータの位置指令を示す信号をモータ制御装置1に出力する。   The command generator 5 outputs a signal indicating the position command of the rotor of the motor 2 to the motor control device 1.

位置指令受信器6は、指令発生器5が発生した位置指令を示す信号を受信し、位置指令を示す数値である位置指令θ*を作成する。   The position command receiver 6 receives a signal indicating the position command generated by the command generator 5 and creates a position command θ * which is a numerical value indicating the position command.

位置受信器7は、ロータリーエンコーダ4が発生した位置を示す信号を受信し、モータ2の回転子の位置を示す数値である検出位置θを作成する。   The position receiver 7 receives a signal indicating the position generated by the rotary encoder 4 and creates a detection position θ that is a numerical value indicating the position of the rotor of the motor 2.

位置偏差演算器10、位置制御器20、速度検出器30、速度偏差演算器40、速度制御器50、トルク指令補正器60、および負荷特性演算器70は、位置指令θ*、および位置θを入力し、マイクロコンピュータによりサンプリング周期Ts毎に演算を行いトルク指令T*を作成し、トルク指令T*を駆動器8に出力する。   The position deviation calculator 10, the position controller 20, the speed detector 30, the speed deviation calculator 40, the speed controller 50, the torque command corrector 60, and the load characteristic calculator 70 are used to calculate the position command θ * and the position θ. An input is performed by the microcomputer for every sampling cycle Ts to create a torque command T *, and the torque command T * is output to the driver 8.

駆動器8は、トルク指令T*、および検出位置θを入力し、モータ2の出力するトルクがトルク指令T*どおりになるように、モータ2の端子電圧を制御する。すなわち、駆動器8は、トルク指令T*に応じてモータ駆動電圧を生成し、出力する   The driver 8 inputs the torque command T * and the detection position θ, and controls the terminal voltage of the motor 2 so that the torque output from the motor 2 is in accordance with the torque command T *. That is, the driver 8 generates and outputs a motor drive voltage according to the torque command T *.

位置偏差演算器10は、位置指令θ*と検出位置θとを入力し、下記式(5)のように位置偏差eθを作成し、出力する。ここで、eθ(i)は、今回のサイクルにおける演算での位置偏差である。また、式(5)には含まれないが、eθ(i−1)は、前回のサイクルにおける演算での位置偏差を示す。以下、今回の演算の値を(i)によって表し、前回の演算の値を(i−1)によって表す。
eθ(i) = θ*(i) − θ(i) ・・・(5)
The position deviation calculator 10 receives the position command θ * and the detected position θ, and creates and outputs a position deviation eθ as shown in the following equation (5). Here, eθ (i) is a position deviation in the calculation in the current cycle. Further, although not included in the equation (5), eθ (i−1) represents a position deviation in the calculation in the previous cycle. Hereinafter, the value of the current calculation is represented by (i), and the value of the previous calculation is represented by (i−1).
eθ (i) = θ * (i) −θ (i) (5)

位置制御器20は、位置偏差eθと負荷特性ベクトルψとを入力し、下記式(6)のように速度指令ω*を作成し、速度指令ω*を出力する。なお、Kppは位置比例ゲインであり、後述のように、負荷特性ベクトルψに依存し変化する。
ω*(i) = Kpp(i)・eθ(i) ・・・(6)
Kpp(i) = Kpp(ψ(i−1)) ・・・(7)
The position controller 20 receives the position deviation eθ and the load characteristic vector ψ, creates a speed command ω * as shown in the following equation (6), and outputs the speed command ω *. Note that Kpp is a position proportional gain and changes depending on the load characteristic vector ψ, as will be described later.
ω * (i) = Kpp (i) · eθ (i) (6)
Kpp (i) = Kpp (ψ (i-1)) (7)

速度検出器30は、検出位置θを入力し、それを微分し速度(検出速度)ωを求める。ここでは、微分する代わりに差分をとることにより下記式(8)のように速度ωを求めている。Tsは前述したようにサンプリング周期である。
ω(i) = {θ(i) − θ(i−1)}/Ts ・・・(8)
The speed detector 30 receives the detection position θ and differentiates it to obtain a speed (detection speed) ω. Here, the speed ω is obtained as shown in the following equation (8) by taking the difference instead of differentiating. Ts is a sampling period as described above.
ω (i) = {θ (i) −θ (i−1)} / Ts (8)

速度偏差演算器40は、速度指令ω*と検出速度ωとを入力し、下記式(9)のように速度偏差eωを作成し、速度偏差eωを出力する。
eω(i) = ω*(i) − ω(i) ・・・(9)
The speed deviation calculator 40 receives the speed command ω * and the detected speed ω, creates a speed deviation eω as shown in the following equation (9), and outputs the speed deviation eω.
eω (i) = ω * (i) −ω (i) (9)

速度制御器50は、速度偏差eωと負荷特性ベクトルψとを入力し、下記式(10)のように補正前トルク指令Tp*を作成し、補正前トルク指令Tp*を出力する。なお、Kvpは速度比例ゲインである。また、τviは速度積分時定数であり、後述のように、負荷特性ベクトルψに依存し変化する。また、Σは積分を示し、積分開始時点(jで示す)の速度偏差eω(j)から今回の演算(iで示す)の速度偏差eθ(i)の総和である。なお、J(i−1)はイナーシャであり、その求め方は後述する。
Tp*(i) = Kvp(i)・J(i−1)・{eω(i)
+ Σ(eω(i))・Ts/τvi(i)} ・・・(10)
τvi(i) = τvi(ψ(i−1)) ・・・(11)
The speed controller 50 receives the speed deviation eω and the load characteristic vector ψ, creates a pre-correction torque command Tp * as shown in the following equation (10), and outputs the pre-correction torque command Tp *. Kvp is a speed proportional gain. Further, τvi is a speed integration time constant, and changes depending on the load characteristic vector ψ, as will be described later. Further, Σ represents integration, and is the sum of speed deviation eθ (i) of the current calculation (indicated by i) from speed deviation eω (j) at the integration start time (indicated by j). Note that J (i-1) is inertia, and how to find it will be described later.
Tp * (i) = Kvp (i) · J (i−1) · {eω (i)
+ Σ (eω (i)) · Ts / τvi (i)} (10)
τvi (i) = τvi (ψ (i−1)) (11)

トルク指令補正器60は、補正前トルク指令Tp*と負荷特性ベクトルψとを入力し、下記式(12)のようにトルク指令T*を作成し、トルク指令T*を出力する。Thは、トルク指令補正量であり、後述のように、負荷特性ベクトルψに依存し変化する。
T*(i) = Tp*(i) + Th(i) ・・・(12)
Th(i) = Th(ψ(i−1)) ・・・(13)
The torque command corrector 60 receives the pre-correction torque command Tp * and the load characteristic vector ψ, creates a torque command T * as shown in the following equation (12), and outputs the torque command T *. Th is a torque command correction amount and varies depending on the load characteristic vector ψ, as will be described later.
T * (i) = Tp * (i) + Th (i) (12)
Th (i) = Th (ψ (i-1)) (13)

負荷特性演算器70は負荷特性を演算し、出力する。なお、負荷特性には、イナーシャJ、粘性摩擦係数R、動摩擦D、及び偏加重Gが含まれる。具体的には、負荷特性演算器70は、検出速度ωとトルク検出値とを入力し、これらの値に基づいて負荷ベクトルψを作成して出力する。なお、本実施形態としては、実際にトルクを検出する代わりにトルク指令値T*をトルク検出値として用いる。また、トルク検出値として、モータ電流等からモータモデルを用いて演算により求めたトルクの推定値を用いることもできる。ここで、負荷特性演算器70の動作について詳細に説明する。   The load characteristic calculator 70 calculates the load characteristic and outputs it. The load characteristics include inertia J, viscous friction coefficient R, dynamic friction D, and partial load G. Specifically, the load characteristic calculator 70 receives the detected speed ω and the detected torque value, and creates and outputs a load vector ψ based on these values. In the present embodiment, the torque command value T * is used as the torque detection value instead of actually detecting the torque. Further, an estimated value of torque obtained by calculation using a motor model from a motor current or the like can also be used as the detected torque value. Here, the operation of the load characteristic calculator 70 will be described in detail.

(負荷特性演算器)
前述のように図6は負荷の模式図を示した図であり、図6(a)、(b)は、偏加重がないときの負荷の模式図であり、図6(c)、(d)は偏加重が大きいときの負荷の模式図である。座標の正の向きの取り方により、偏加重の向きが変化するが、運動方程式は、下記式(14)のとおりである。
T = J・a + R・ω + Td ・・・(14)
なお、Tはトルク、Jはイナーシャ、aは加速度、Rは粘性摩擦係数、ωは前述のように速度、Tdは、動摩擦Dと偏加重Gとの合成値である。図6(c)、(d)において、下向きを正と定義する。
(Load characteristic calculator)
As described above, FIG. 6 is a schematic diagram of the load, and FIGS. 6A and 6B are schematic diagrams of the load when there is no partial weighting. FIGS. ) Is a schematic diagram of the load when the partial load is large. Although the direction of partial weighting changes depending on how to take the positive direction of coordinates, the equation of motion is as shown in the following equation (14).
T = J · a + R · ω + Td (14)
T is a torque, J is an inertia, a is an acceleration, R is a viscous friction coefficient, ω is a speed as described above, and Td is a composite value of dynamic friction D and partial load G. 6C and 6D, the downward direction is defined as positive.

図6(c)のように、負荷が下向き、すなわち正の向きに動くとき(速度ω>0)、下記式(15)のように、動摩擦Dの向きと偏加重Gの向きとが逆である。また、図6(d)のように、負荷が上向き、すなわち負の向きに動くとき(速度ω<0)、下記式(16)のように、動摩擦Dの向きと偏加重Gの向きとが一致する。このように、回転方向が変化すると、動摩擦Dに対する偏加重Gの向きが変化し、合成値Tdが変化する。
T = J・a + R・ω + (+D−G) (ω>0のとき) ・・・(15)
T = J・a + R・ω + (−D−G) (ω<0のとき) ・・・(16)
As shown in FIG. 6C, when the load moves downward, that is, in a positive direction (speed ω> 0), the direction of the dynamic friction D and the direction of the partial load G are opposite as in the following equation (15). is there. As shown in FIG. 6D, when the load moves upward, that is, in a negative direction (speed ω <0), the direction of the dynamic friction D and the direction of the partial load G are expressed by the following equation (16). Match. Thus, when the rotation direction changes, the direction of the partial load G with respect to the dynamic friction D changes, and the composite value Td changes.
T = J · a + R · ω + (+ DG) (when ω> 0) (15)
T = J · a + R · ω + (−D−G) (when ω <0) (16)

トルクT、加速度a、および速度ωが既知であり、かつ、十分な組の情報があれば、逐次最小二乗法を用いて、イナーシャJ、粘性摩擦係数R、および合成値Tdを求めることができる。そこで、正転時と逆転時のそれぞれの場合について、イナーシャJ、粘性摩擦係数R、および合成値Tdを求め、正転時と逆転時の合成値Tdから、動摩擦Dと偏加重Gとを求める。以下、これを具体的に説明する。
負荷特性演算器70は、まず、速度ω、加速度a、トルク指令Tに基づいて状態を決定する。具体的には、負荷特性演算器70は下記式(17)に基づいて状態フラグ(Flag)を設定する。
Flag = "F" (ω> ω0、|a|>a0、|T*|>T0のとき)
Flag = "R" (ω<−ω0、|a|>a0、|T*|>T0のとき)
Flag = "S" (上記以外) ・・・(17)
ここで、ω0、a0、およびT0は、それぞれ状態を決定するために使用する速度ω、加速度の大きさ|a|、およびトルク指令の大きさ|T*|の閾値を示す正数である。
If the torque T, the acceleration a, and the speed ω are known and there is a sufficient set of information, the inertia J, the viscous friction coefficient R, and the composite value Td can be obtained using the sequential least square method. . Therefore, the inertia J, the viscous friction coefficient R, and the combined value Td are obtained for each of the forward rotation and the reverse rotation, and the dynamic friction D and the partial weight G are obtained from the combined value Td during the normal rotation and the reverse rotation. . This will be specifically described below.
The load characteristic calculator 70 first determines the state based on the speed ω, the acceleration a, and the torque command T. Specifically, the load characteristic calculator 70 sets a state flag (Flag) based on the following equation (17).
Flag = “F” (when ω> ω0, | a |> a0, | T * |> T0)
Flag = “R” (when ω <−ω0, | a |> a0, | T * |> T0)
Flag = “S” (other than above) (17)
Here, ω0, a0, and T0 are positive numbers indicating threshold values of the speed ω, the acceleration magnitude | a |, and the torque command magnitude | T * | used to determine the state, respectively.

速度ωが閾値ω0より大きく、加速度の大きさ|a|が閾値a0より大きく、かつトルク指令の大きさ|T*|が閾値T0より大きいとき(これらの3つの条件が全て成り立つとき)、状態フラグFlag="F"とする。この場合は、状態フラグは、正転時用の演算を行うことを示す。   State when speed ω is greater than threshold value ω0, acceleration magnitude | a | is greater than threshold value a0, and torque command magnitude | T * | is greater than threshold value T0 (when all three conditions are satisfied) The flag Flag = “F”. In this case, the status flag indicates that a calculation for forward rotation is performed.

速度ωが閾値−ω0より小さく、加速度の大きさ|a|が閾値a0より大きく、かつトルク指令の大きさ|T*|が閾値T0より大きいとき(これらの3つの条件が全て成り立つとき)、状態フラグFlag="R"とする。この場合、状態フラグは、逆転時用の演算を行うことを示す。   When the speed ω is smaller than the threshold −ω0, the acceleration magnitude | a | is larger than the threshold a0, and the torque command magnitude | T * | is larger than the threshold T0 (when all three conditions are satisfied). The status flag Flag = “R”. In this case, the status flag indicates that a calculation for reverse rotation is performed.

状態フラグFlagが"F"、"R"のいずれにも当てはまらない場合、状態フラグFlag="S"とする。この場合、状態フラグは、演算を行わないことを示す。   When the status flag Flag does not correspond to either “F” or “R”, the status flag Flag = “S”. In this case, the status flag indicates that no calculation is performed.

以上のように、本実施形態では、状態フラグの設定において、以下の3つの判定基準を有する。
i)速度ωが所定値より大きいか否か。
ii)加速度aの大きさが所定値より大きいか否か。
iii)トルクTの大きさが所定値より大きいか否か。
As described above, the present embodiment has the following three criteria for setting the status flag.
i) Whether the speed ω is greater than a predetermined value.
ii) Whether the magnitude of the acceleration a is larger than a predetermined value.
iii) Whether the magnitude of the torque T is larger than a predetermined value.

しかしながら、状態フラグの設定においては、上記の3つの基準i)〜iii)を必ず全て考慮する必要はなく、上記の3つの基準i)〜iii)のうちの少なくとも1つを考慮してフラグを設定してもよい。例えば、以下のように状態フラグを設定してもよい。
Flag = "F" (ω>ω0のとき)
Flag = "R" (ω<ω0のとき)
Flag = "S" (上記以外) ・・・(17a)
または、
Flag = "F" (ω>0、|a|>a0のとき)
Flag = "R" (ω<0、|a|>a0のとき)
Flag = "S" (上記以外) ・・・(17b)
または、
Flag = "F" (ω>0、|T|>T0のとき)
Flag = "R" (ω<0、|T|>T0のとき)
Flag = "S" (上記以外) ・・・(17c)
However, in setting the status flag, it is not always necessary to consider all of the above three criteria i) to iii), and the flag is set in consideration of at least one of the above three criteria i) to iii). It may be set. For example, the status flag may be set as follows.
Flag = “F” (when ω> ω0)
Flag = “R” (when ω <ω0)
Flag = “S” (other than the above) (17a)
Or
Flag = “F” (when ω> 0, | a |> a0)
Flag = “R” (when ω <0, | a |> a0)
Flag = “S” (other than above) (17b)
Or
Flag = “F” (when ω> 0, | T |> T0)
Flag = “R” (when ω <0, | T |> T0)
Flag = “S” (other than the above) (17c)

また、上記の状態フラグ設定の判定基準において、検出速度ωの代わりに、速度指令ω*や、位置指令θ*の時間微分{d(θ*)/dt}を用いてもよい。   In addition, in the above-described determination criterion for setting the state flag, the speed command ω * or the time derivative {d (θ *) / dt} of the position command θ * may be used instead of the detected speed ω.

設定された状態フラグFlagが"F"の場合、正転時用の演算を行う。トルク指令T*、加速度a、および速度ωと、正転時のイナーシャJf、粘性摩擦係数Rf、および合成値Tdfとの関係は、下記式(18)のとおりである。なお、駆動器8はトルク指令T*に応じたトルクをモータ2が出力するように制御するため、トルクTの代わりにトルク指令T*を用いる。また、加速度aは速度の時間微分であるが、下記式(19)のように差分を用いて求めることができる。ここで、前述のように、ω(i)は今回の演算の速度であり、ω(i−1)は前回の演算の速度である。また、前述のように、Tsはサンプリング周期である。
T* = Jf・a + Rf・ω + Tdf ・・・(18)
a(i) = {ω(i) − ω(i−1)}/Ts ・・・(19)
そして、逐次最小二乗法を用いて、式(18)におけるJf、Rf、Tdfを推定する。
When the set state flag Flag is “F”, the calculation for forward rotation is performed. The relationship among the torque command T *, the acceleration a, and the speed ω, the inertia Jf at the time of forward rotation, the viscous friction coefficient Rf, and the composite value Tdf is expressed by the following formula (18). Note that the driver 8 uses the torque command T * instead of the torque T in order to control the motor 2 to output a torque corresponding to the torque command T *. The acceleration a is a time derivative of speed, but can be obtained using the difference as shown in the following equation (19). Here, as described above, ω (i) is the speed of the current calculation, and ω (i−1) is the speed of the previous calculation. As described above, Ts is a sampling period.
T * = Jf · a + Rf · ω + Tdf (18)
a (i) = {ω (i) −ω (i−1)} / Ts (19)
Then, Jf, Rf, and Tdf in Equation (18) are estimated using the successive least square method.

入力行列φ(i)を下記式(20)のように定義する。

Figure 2005168166
The input matrix φ (i) is defined as the following formula (20).
Figure 2005168166

また、正転時のパラメータ推定値行列ξf(i)を下記式(21)のように定義する。

Figure 2005168166
Further, the parameter estimation value matrix ξf (i) at the time of forward rotation is defined as the following equation (21).
Figure 2005168166

すると、正転時の予測誤差εf(i)は下記式(22)となり、正転時の共分散行列Pf(i)は下記式(23)となる。なお、正転時の共分散行列Pf(i)は3行×3列の行列である。

Figure 2005168166
Figure 2005168166
Then, the prediction error εf (i) at the time of forward rotation is expressed by the following equation (22), and the covariance matrix Pf (i) at the time of normal rotation is expressed by the following equation (23). Note that the covariance matrix Pf (i) during forward rotation is a matrix of 3 rows × 3 columns.
Figure 2005168166
Figure 2005168166

そして、正転時の予測誤差εf(i)と正転時の共分散行列Pf(i)とを用いて、下記式(24)のように、パラメータ推定値行列ξf(i)を求める。ここで、λは忘却係数であり1未満の値を用いる。

Figure 2005168166
Then, using the prediction error εf (i) at the time of normal rotation and the covariance matrix Pf (i) at the time of normal rotation, a parameter estimated value matrix ξf (i) is obtained as in the following equation (24). Here, λ is a forgetting factor, and a value less than 1 is used.
Figure 2005168166

このようにして、正転時のイナーシャJf、正転時の粘性摩擦係数Rf、および正転時の合成値Tdfを推定する。   In this way, the inertia Jf during normal rotation, the viscous friction coefficient Rf during normal rotation, and the combined value Tdf during normal rotation are estimated.

また、状態Flag="R"の場合、逆転時用の演算を行う。トルク指令T*、加速度a、および速度ωと、逆転時のイナーシャJr、粘性摩擦係数Rr、および合成値Tdrとの関係は、下記式(25)のとおりである。
T* = Jr・a + Rr・ω + Tdr ・・・(25)
Further, when the state Flag = “R”, the calculation for reverse rotation is performed. The relationship between the torque command T *, the acceleration a, and the speed ω, the inertia Jr at the time of reverse rotation, the viscous friction coefficient Rr, and the composite value Tdr is as shown in the following formula (25).
T * = Jr · a + Rr · ω + Tdr (25)

なお、正転時と同様に、駆動器8はトルク指令T*どおりのトルクをモータ2が出力するように制御するため、トルクTの代わりにトルク指令T*を用いる。また、加速度aは速度の時間微分であるが、式(19)のように差分を用いて求める。   As in the forward rotation, the driver 8 uses the torque command T * instead of the torque T in order to control the motor 2 to output the torque according to the torque command T *. Moreover, although acceleration a is a time derivative of speed, it calculates | requires using a difference like Formula (19).

そして、逐次最小二乗法を用いて、式(25)における、Jr、Rr、Tdrを推定する。入力行列φ(i)を式(20)のように定義する。また、逆転時のパラメータ推定値行列ξr(i)を下記式(26)のように定義する。

Figure 2005168166
Then, Jr, Rr, and Tdr in Equation (25) are estimated using the successive least square method. An input matrix φ (i) is defined as in Expression (20). Further, the parameter estimation value matrix ξr (i) at the time of reverse rotation is defined as the following equation (26).
Figure 2005168166

すると、逆転時の予測誤差εr(i)は下記式(27)となり、逆転時の共分散行列Pr(i)は下記式(28)となる。

Figure 2005168166
Figure 2005168166
Then, the prediction error εr (i) at the time of inversion becomes the following equation (27), and the covariance matrix Pr (i) at the time of inversion becomes the following equation (28).
Figure 2005168166
Figure 2005168166

なお、逆転時の共分散行列Pr(i)は3行3列の行列である。そして、逆転時の予測誤差εr(i)と正転時の共分散行列Pr(i)とを用いて、下記式(29)のように、パラメータ推定値行列ξr(i)を求める。ここで、λは忘却係数であり1未満の値を用いる。このようにして、逆転時のイナーシャJr、逆転時の粘性摩擦係数Rr、および逆転時の合成値Tdrを推定する。

Figure 2005168166
The covariance matrix Pr (i) at the time of inversion is a 3 × 3 matrix. Then, using the prediction error εr (i) at the time of reverse rotation and the covariance matrix Pr (i) at the time of forward rotation, a parameter estimated value matrix ξr (i) is obtained as in the following equation (29). Here, λ is a forgetting factor, and a value less than 1 is used. In this way, the inertia Jr during reverse rotation, the viscous friction coefficient Rr during reverse rotation, and the combined value Tdr during reverse rotation are estimated.
Figure 2005168166

なお、状態フラグFlag="R"(逆転時用の演算を行う状態)、または"S"(演算を行わない状態)のとき、正転時のイナーシャJf、粘性摩擦係数Rf、および合成値Tdfは、下記式(30)、(31)、(32)のように前サイクルの値をそのまま保持する。
Jf(i) = Jf(i−1) ・・・(30)
Rf(i) = Rf(i−1) ・・・(31)
Tdf(i) = Tdf(i−1) ・・・(32)
Note that when the state flag Flag = “R” (a state in which the calculation for reverse rotation is performed) or “S” (a state in which the calculation is not performed), the inertia Jf at the time of forward rotation, the viscous friction coefficient Rf, and the composite value Tdf Holds the value of the previous cycle as it is as in the following formulas (30), (31), and (32).
Jf (i) = Jf (i-1) (30)
Rf (i) = Rf (i-1) (31)
Tdf (i) = Tdf (i-1) (32)

なお、状態フラグFlag="F"(正転時用の演算を行う状態)、または状態フラグFlag="S"(演算を行わない状態)のとき、逆転時のイナーシャJr、粘性摩擦係数Rr、および合成値Tdrは、下記式(33)、(34)、(35)のように前サイクルの値をそのまま保持する。
Jr(i) = Jr(i−1) ・・・(33)
Rr(i) = Rr(i−1) ・・・(34)
Tdr(i) = Tdr(i−1) ・・・(35)
It should be noted that when the state flag Flag = “F” (state in which the forward rotation calculation is performed) or the state flag Flag = “S” (state in which the calculation is not performed), the inertia Jr, the viscous friction coefficient Rr, The synthesized value Tdr holds the value of the previous cycle as it is as in the following formulas (33), (34), and (35).
Jr (i) = Jr (i-1) (33)
Rr (i) = Rr (i-1) (34)
Tdr (i) = Tdr (i-1) (35)

そして、負荷特性ψを下記式(36)のように演算する。負荷特性ψは、イナーシャJ、粘性摩擦係数R、動摩擦D、偏加重Gの4つの要素を持つ4行×1列の行列であり、それぞれ以下のように求める。イナーシャJは、正転時のイナーシャJfと逆転時のイナーシャJrとの平均する。また、粘性負荷係数Rは、正転時の粘性負荷係数Rfと逆転時の粘性負荷係数Rrとの平均とする。そして、式(14)(15)(16)の関係を用いて、式(36)のように、正転時の合成値Tdfと逆転時の合成値Tdrとから動摩擦D、および偏加重Gを求める。

Figure 2005168166
And load characteristic (psi) is calculated like following formula (36). The load characteristic ψ is a 4-row × 1-column matrix having four elements of inertia J, viscous friction coefficient R, dynamic friction D, and partial load G, and is obtained as follows. Inertia J is an average of inertia Jf during forward rotation and inertia Jr during reverse rotation. The viscous load coefficient R is an average of the viscous load coefficient Rf during forward rotation and the viscous load coefficient Rr during reverse rotation. Then, using the relationship of the equations (14), (15), and (16), as shown in the equation (36), the dynamic friction D and the partial weight G are calculated from the combined value Tdf at the time of forward rotation and the combined value Tdr at the time of reverse rotation. Ask.
Figure 2005168166

このように、速度ωとトルク指令T*とに基づき、逐次最小二乗法を用いて、正転時、逆転時のパラメータ推定行列ξf、ξrをそれぞれ求め、負荷特性ψを求める。このように、逐次最小二乗法を用いて負荷特性ψをサイクル毎に演算することにより、リアルタイムに負荷特性ψを演算できる。そして、この負荷特性を用いて各種の補正を実行することにより、応答性が速い制御を実現できる。   As described above, based on the speed ω and the torque command T *, the parameter estimation matrices ξf and ξr at the time of forward rotation and reverse rotation are obtained by using the sequential least square method, and the load characteristic ψ is obtained. As described above, the load characteristic ψ can be calculated in real time by calculating the load characteristic ψ for each cycle using the sequential least square method. Then, by executing various corrections using this load characteristic, it is possible to realize control with quick response.

(位置比例ゲイン)
本実施形態では、位置制御器20は位置比例ゲインKppを式(7)に示すように負荷特性に基づいて変化させる。図2は、本実施形態において位置制御器20における粘性摩擦係数Rに対する位置比例ゲインの変化を示した図である。図2に示すように、粘性摩擦係数Rが大きくなると、位置比例ゲインKppが大きくなるように、位置比例ゲインKppを変化させる。具体的には、下記式(37)のように変化させる。
R(i−1) < R11のとき
Kpp(i)=Kpp1
R11 ≦ R(i−1) < R12のとき
Kpp(i)=
Kpp1+(R(i−1)−R11)・(Kpp2−Kpp1)/(R12−R11)
R(i−1) ≧ R12のとき
Kpp(i)==Kpp2 ・・・(37)
(Position proportional gain)
In the present embodiment, the position controller 20 changes the position proportional gain Kpp based on the load characteristics as shown in Expression (7). FIG. 2 is a diagram showing a change in the position proportional gain with respect to the viscous friction coefficient R in the position controller 20 in the present embodiment. As shown in FIG. 2, the position proportional gain Kpp is changed so that the position proportional gain Kpp increases as the viscous friction coefficient R increases. Specifically, it is changed as shown in the following formula (37).
When R (i-1) <R11, Kpp (i) = Kpp1
When R11 ≦ R (i−1) <R12, Kpp (i) =
Kpp1 + (R (i-1) -R11). (Kpp2-Kpp1) / (R12-R11)
When R (i−1) ≧ R12 Kpp (i) == Kpp2 (37)

すなわち、粘性摩擦係数Rが大きくなると速度比例ゲインKvpに対する位置比例ゲインKppの比率(ゲイン比率)が大きくなるように、位置比例ゲインKppを変更する。これにより、摩擦に対する最適なゲイン(位置比例ゲインKpp、速度比例ゲインKvp)を設定することができ、最適な特性(例えば、整定時間が短縮されるというような特性)を得ることができる。   That is, the position proportional gain Kpp is changed so that the ratio (gain ratio) of the position proportional gain Kpp to the speed proportional gain Kvp increases as the viscous friction coefficient R increases. Thereby, the optimal gain (position proportional gain Kpp, speed proportional gain Kvp) with respect to friction can be set, and optimal characteristics (for example, characteristics in which settling time is shortened) can be obtained.

負荷が剛体であるとき、負荷の伝達関数GL(s)は下記式(38)のように表される。ここで、sはラプラス変数である。

Figure 2005168166
When the load is a rigid body, the load transfer function GL (s) is expressed by the following equation (38). Here, s is a Laplace variable.
Figure 2005168166

すると、位置指令θ*から位置θの伝達関数G(s)は下記式(39)のように表される。

Figure 2005168166
Then, the transfer function G (s) from the position command θ * to the position θ is expressed by the following equation (39).
Figure 2005168166

粘性摩擦係数Rが大きくなると、ダンピングが改善されるため、その分だけ位置比例ゲインKppを大きくしても、振動などが発生しない。そして、その分だけ位置指令ゲインKppを大きくできるため、伝達関数のカットオフ周波数が大きくなり、整定時間が短縮できる。   When the viscous friction coefficient R is increased, damping is improved. Therefore, even if the position proportional gain Kpp is increased by that amount, vibration or the like does not occur. Since the position command gain Kpp can be increased by that much, the cut-off frequency of the transfer function is increased and the settling time can be shortened.

なお、位置比例ゲインKppを粘性摩擦係数Rに応じ変化させたが、他の負荷特性に応じ変化させてもよい。特に、粘性摩擦係数Rと動摩擦Dは同様の特性を持つため、動摩擦Dに応じ位置比例ゲインKppを変化させてもよい。また、粘性摩擦係数Rと動摩擦Dとをある割合で加算したものに応じ位置比例ゲインKppを変化させてもよい。また、速度ω等に応じて、粘性摩擦係数Rに応じて位置比例ゲインKppを変化させる制御と、動摩擦Dに応じて位置比例ゲインKppを変化させる制御とを切り替えてもよい。また、位置比例ゲインKppと同様に、速度比例ゲインKvpを負荷特性に応じて変化させてもよい。つまり本発明の要諦は、粘性摩擦係数Rや動摩擦Dのような負荷特性に応じ、位置比例ゲインと速度比例ゲインとの比を変化させることであり、種々の変形が可能であり、それらの変形も本発明の範囲に含まれる。   Although the position proportional gain Kpp is changed according to the viscous friction coefficient R, it may be changed according to other load characteristics. In particular, since the viscous friction coefficient R and the dynamic friction D have similar characteristics, the position proportional gain Kpp may be changed according to the dynamic friction D. Further, the position proportional gain Kpp may be changed according to the viscosity friction coefficient R and the dynamic friction D added at a certain ratio. Further, the control for changing the position proportional gain Kpp according to the viscous friction coefficient R and the control for changing the position proportional gain Kpp according to the dynamic friction D may be switched according to the speed ω or the like. Further, similarly to the position proportional gain Kpp, the speed proportional gain Kvp may be changed according to the load characteristics. That is, the gist of the present invention is to change the ratio of the position proportional gain and the speed proportional gain according to the load characteristics such as the viscous friction coefficient R and the dynamic friction D, and various modifications are possible. Are also included within the scope of the present invention.

(速度積分時定数)
本実施形態では、速度制御器50は速度積分時定数τviを式(11)に示すように負荷特性に基づいて変化させる。図3は、本実施形態における速度制御器50における粘性摩擦係数Rに対する速度積分時定数τviの関係図である。図3のように、粘性摩擦係数Rが大きくなると、速度積分時定数が小さくなるように変化させる。具体的には、下記式(40)のように変化させる。
R(i−1) < R21のとき、
τvi(i)=τvi1
R21 ≦ R(i−1) < R22のとき、
τvi(i)=
τvi1+(R(i−1)−R21)・(τvi2−τvi1)/(R22−R21)
R(i−1) ≧ R22のとき、
τvi(i)=τvi2 ・・・(40)
(Speed integration time constant)
In the present embodiment, the speed controller 50 changes the speed integration time constant τvi based on the load characteristics as shown in Expression (11). FIG. 3 is a relationship diagram of the speed integration time constant τvi with respect to the viscous friction coefficient R in the speed controller 50 in the present embodiment. As shown in FIG. 3, when the viscous friction coefficient R is increased, the speed integration time constant is changed to be decreased. Specifically, it is changed as in the following formula (40).
When R (i-1) <R21,
τvi (i) = τvi1
When R21 ≦ R (i−1) <R22,
τvi (i) =
.tau.vi1 + (R (i-1) -R21). (. tau.vi2-.tau.vi1) / (R22-R21)
When R (i-1) ≧ R22,
τvi (i) = τvi2 (40)

以上のように、負荷特性ψに基づき速度積分時定数τviを変化させることにより、摩擦に対する最適な速度積分時定数τviを設定することができ、最適な特性(例えば、整定時間が短縮されるというような特性)を得ることができる。   As described above, by changing the speed integration time constant τvi based on the load characteristic ψ, the optimum speed integration time constant τvi for friction can be set, and the optimum characteristics (for example, settling time is shortened). Such characteristics) can be obtained.

一般に、静止摩擦は粘性摩擦係数Rや動摩擦Dと同様の傾向を示し、粘性摩擦係数Rや動摩擦Dが大きくなると静止摩擦は大きくなる。また、静止摩擦は停止時に負荷に対しブレーキの役割をするため、静止摩擦が大きければ、その分だけ速度積分時定数τviを小さくし、速度積分を早くすることができる。静止摩擦を速度積分が補償することで整定する(位置偏差eθがある設定された値である静定幅の範囲に入る)ため、速度積分時定数τviが小さいほど整定時間(位置指令θ*が変化しなくなった後、位置偏差eθが整定幅に入るまでの時間)が短くなる。   In general, static friction shows the same tendency as the viscous friction coefficient R and dynamic friction D, and the static friction increases as the viscous friction coefficient R and dynamic friction D increase. Further, since the static friction acts as a brake against the load at the time of stopping, if the static friction is large, the speed integration time constant τvi can be reduced by that much, and the speed integration can be accelerated. Since the static friction is settled by the speed integral being compensated (the position deviation eθ falls within the range of the static definite width which is a set value), the settling time (position command θ * becomes smaller as the speed integral time constant τvi is smaller. After no longer changing, the time until the position deviation eθ enters the settling width is shortened.

なお、速度積分時定数τviを粘性摩擦係数R以外の他の負荷特性に応じて変化させてもよい。特に、粘性摩擦係数Rと動摩擦Dは同様の特性を持つため、速度積分時定数τviを動摩擦Dに応じて変化させてもよい。また、粘性摩擦係数Rと動摩擦Dとに、それぞれの所定比率を乗じて加算した値に応じて速度積分時定数τviを変化させるようにしててもよい。また、粘性摩擦係数Rに応じて速度積分時定数τviを変化させる制御と、動摩擦Dに応じて速度積分時定数τviを変化させる制御とを、速度ωに応じて切り替えるようにしてもよい。また、速度積分時定数τviを直接変化させるのではなく、速度制御器50における比例器と積分器の比率を変化させてもよい。   The speed integration time constant τvi may be changed according to other load characteristics other than the viscous friction coefficient R. In particular, since the viscous friction coefficient R and the dynamic friction D have similar characteristics, the speed integration time constant τvi may be changed according to the dynamic friction D. Further, the speed integration time constant τvi may be changed according to a value obtained by multiplying the viscous friction coefficient R and the dynamic friction D by respective predetermined ratios and adding them. Further, the control for changing the speed integration time constant τvi according to the viscous friction coefficient R and the control for changing the speed integration time constant τvi according to the dynamic friction D may be switched according to the speed ω. Further, the ratio of the proportional to the integrator in the speed controller 50 may be changed instead of directly changing the speed integration time constant τvi.

(トルク指令補正)
トルク指令補正器60は、トルク指令補正量Thを次式(41)で示すように、前回のサイクルの偏加重Gの符号を変えたものを新たなトルク指令補正量Thとする。
Th(i) = −G(i−1) ・・・(41)
(Torque command correction)
The torque command correction device 60 sets the torque command correction amount Th, which is obtained by changing the sign of the partial load G of the previous cycle, as a new torque command correction amount Th as shown in the following equation (41).
Th (i) = − G (i−1) (41)

以上のように、本実施形態のモータ制御装置は、偏加重G(負荷特性ψの1つ)に基づきトルク指令T*を補正することにより、偏加重Gが大きい装置において簡単な演算でトルク指令T*を補正し、回転方向が変化しても同一ゲインで同特性(例えば、整定時間が同一)を実現できる。同様の効果(回転方向が変化しても同一ゲインで同特性であること)を得るために、回転方向により異なるゲインを利用する方法が考えられるが、2組のゲインを設定する必要があり、ゲイン設定に要する時間が長くなる。本実施形態では同一ゲインでよく、ゲイン設定に要する時間が短い。   As described above, the motor control device according to the present embodiment corrects the torque command T * based on the partial load G (one of the load characteristics ψ), so that the torque command can be calculated with a simple calculation in a device with a large partial load G. By correcting T *, the same characteristics (for example, the same settling time) can be realized with the same gain even if the rotation direction changes. In order to obtain the same effect (the same gain and the same characteristic even if the rotation direction changes), a method of using a different gain depending on the rotation direction can be considered, but it is necessary to set two sets of gains, The time required for gain setting becomes longer. In this embodiment, the same gain may be used, and the time required for gain setting is short.

なお、トルク指令補正器60において、偏加重Gの符号を変えたものをトルク指令補正量Thとしたが、トルク指令を他の負荷特性に応じて補正してもよい。例えば、下記式(42)のように、偏加重Gと動摩擦Dとにより補正してもよい。
Th(i)
= −G(i−1)+D(i−1) (ω>0のとき)
= −G(i−1)−D(i−1) (ω<0のとき) ・・・(42)
In the torque command corrector 60, the torque command correction amount Th is obtained by changing the sign of the partial weight G. However, the torque command may be corrected according to other load characteristics. For example, it may be corrected by the partial load G and the dynamic friction D as in the following formula (42).
Th (i)
= −G (i−1) + D (i−1) (when ω> 0)
= −G (i−1) −D (i−1) (when ω <0) (42)

また、下記式(43)のように、偏化重Gと動摩擦Dと粘性摩擦係数Rとにより補正してもよい。
Th(i)
= −G(i−1)+D(i−1)+R(i−1)・ω(i) (ω>0のとき)
= −G(i−1)−D(i−1)+R(i−1)・ω(i) (ω<0のとき)
・・・(43)
Moreover, you may correct | amend by the biased weight G, the dynamic friction D, and the viscous friction coefficient R like following formula (43).
Th (i)
= −G (i−1) + D (i−1) + R (i−1) · ω (i) (when ω> 0)
= −G (i−1) −D (i−1) + R (i−1) · ω (i) (when ω <0)
... (43)

(モータ制御装置の動作)
本実施形態におけるモータ制御装置1の全体的な処理の流れを説明する。図4は、モータ制御装置1における、位置偏差演算器10、位置制御器20、速度検出器30、速度偏差演算器40、速度制御器50、トルク指令補正器60、および負荷特性演算器70において実行される処理の流れを示すフローチャートである。
(Operation of motor controller)
The overall processing flow of the motor control device 1 in this embodiment will be described. FIG. 4 shows the position deviation calculator 10, the position controller 20, the speed detector 30, the speed deviation calculator 40, the speed controller 50, the torque command corrector 60, and the load characteristic calculator 70 in the motor control device 1. It is a flowchart which shows the flow of the process performed.

サンプリングタイムTs毎に発生する割り込みにより、図4に示す処理を行うサブルーチンが起動される。サブルーチンが起動されると、位置指令θ*、および検出位置θが入力される(ステップS11)。次に、位置偏差演算器10により、位置指令θ*と検出位置θとに基づき、式(5)のように、位置偏差eθが演算される(ステップS2)。   A subroutine for performing the processing shown in FIG. 4 is activated by an interrupt that occurs every sampling time Ts. When the subroutine is activated, the position command θ * and the detected position θ are input (step S11). Next, the position deviation calculator 10 calculates the position deviation eθ based on the position command θ * and the detected position θ as shown in Expression (5) (step S2).

次に、位置制御器20により、位置偏差eθと負荷特性ψとに基づき、式(6)、(7)を用いて速度指令ω*が演算される(ステップS13)。このとき、式(37)にしたがい位置比例ゲインKppが演算されている。   Next, the position controller 20 calculates the speed command ω * using the equations (6) and (7) based on the position deviation eθ and the load characteristic ψ (step S13). At this time, the position proportional gain Kpp is calculated according to the equation (37).

次に、速度微分器30により、検出位置θに基づき、式(8)にしたがい速度ωが演算される(ステップS14)。   Next, the speed differentiator 30 calculates the speed ω according to the equation (8) based on the detected position θ (step S14).

次に、速度偏差演算器40により、速度指令ω*と速度ωとに基づき、式(9)のように、速度偏差eωが演算される(ステップS5)。   Next, the speed deviation calculator 40 calculates a speed deviation eω based on the speed command ω * and the speed ω as shown in Expression (9) (step S5).

次に、速度制御器50により、速度偏差eωと負荷特性ψとに基づき、式(10)、(11)のように、補正前トルク指令Tp*が演算される(ステップS16)。このとき、式(38)のように、速度積分時定数τviが演算される。   Next, based on the speed deviation eω and the load characteristic ψ, the speed controller 50 calculates a pre-correction torque command Tp * as shown in equations (10) and (11) (step S16). At this time, the speed integration time constant τvi is calculated as shown in Expression (38).

そして、トルク指令補正器60により、補正前トルク指令Tp*と負荷特性ψとに基づき、式(12)、(13)のように、トルク指令T*が演算される(ステップS17)。その際、式(41)にしたがいトルク指令補正量Thが演算され、このトルク指令補正量Thにより補正前トルク指令を補正し、補正後のトルク指令T*を得る。補正されたトルク指令T*が出力される(ステップS18)。   Then, the torque command corrector 60 calculates the torque command T * as shown in the equations (12) and (13) based on the pre-correction torque command Tp * and the load characteristic ψ (step S17). At this time, the torque command correction amount Th is calculated according to the equation (41), and the pre-correction torque command is corrected by the torque command correction amount Th to obtain the corrected torque command T *. The corrected torque command T * is output (step S18).

その後、速度ωとトルク指令T*とに基づき、式(17)にしたがい状態フラグFlagを設定する(ステップS19)。その後、状態フラグの値を判断し(ステップS20)、その値に応じた処理を行う(ステップS21〜S23)。   Thereafter, the state flag Flag is set according to the equation (17) based on the speed ω and the torque command T * (step S19). Thereafter, the value of the status flag is determined (step S20), and processing corresponding to the value is performed (steps S21 to S23).

状態フラグFlag="F"(正転時用の演算を行う状態)のとき、速度ωとトルク指令T*とに基づき、式(18)〜(24)にしたがい、正転時のイナーシャJf、粘性摩擦係数Rf、および合成値Tdfを演算し、かつ、式(33)〜(35)にしたがい、前サイクルにおける逆転時のイナーシャJr、粘性摩擦係数Rr、および合成値Tdrを現サイクルの値として保持する(ステップS21)。その後、ステップS24を実行する。   When the state flag Flag = “F” (a state in which a forward rotation calculation is performed), based on the speed ω and the torque command T *, the inertia Jf, The viscous friction coefficient Rf and the composite value Tdf are calculated, and the inertia Jr, the viscous friction coefficient Rr, and the composite value Tdr at the time of reverse rotation in the previous cycle are set as values of the current cycle according to the equations (33) to (35). Hold (step S21). Thereafter, step S24 is executed.

状態フラグFlag="R"(逆転時の演算を行う状態)のとき、速度ωとトルク指令T*とに基づき、式(19)、および(25)〜(29)にしたがい、逆転時のイナーシャJr、粘性摩擦係数Rr、および合成値Tdrを演算し、かつ、式(30)〜(32)にしたがい、前サイクルにおける正転時のイナーシャJf、粘性摩擦係数Rf、および合成値Tdfを現サイクルの値として保持する(ステップS22)。その後、ステップS24を実行する。   When the state flag Flag = “R” (a state in which the operation at the time of reverse rotation is performed), based on the speed ω and the torque command T *, according to the equations (19) and (25) to (29), the inertia at the time of reverse rotation Jr, viscous friction coefficient Rr, and composite value Tdr are calculated, and according to equations (30) to (32), inertia Jf, viscous friction coefficient Rf, and composite value Tdf during forward rotation in the previous cycle are the current cycle. (Step S22). Thereafter, step S24 is executed.

状態フラグFlag="S"(演算を行わない状態)のとき、式(30)〜(35)にしたがい、前サイクルにおける、正転時のイナーシャJf、粘性摩擦係数Rf、および合成値Tdfと、逆転時のイナーシャJr、粘性摩擦係数Rr、および合成値Tdrとを、現サイクルの値として保持する(ステップS23)。その後、ステップS24を実行する。   When the state flag Flag = “S” (state in which no calculation is performed), according to the equations (30) to (35), the inertia Jf, the viscous friction coefficient Rf, and the composite value Tdf at the time of forward rotation in the previous cycle, The inertia Jr at the time of reverse rotation, the viscous friction coefficient Rr, and the composite value Tdr are held as values of the current cycle (step S23). Thereafter, step S24 is executed.

ステップS24において、正転時のイナーシャJf、粘性摩擦係数Rfおよび合成値Tdfと、逆転時のイナーシャJr、粘性摩擦係数Rrおよび合成値Tdrとに基づき、式(36)にしたがい負荷特性ψを演算する。   In step S24, the load characteristic ψ is calculated according to the equation (36) based on the inertia Jf, the viscous friction coefficient Rf and the combined value Tdf at the time of forward rotation, and the inertia Jr, the viscous friction coefficient Rr and the combined value Tdr at the time of reverse rotation. To do.

このようにして求められた負荷特性は、正転時におけるトルク指令T*と速度ωに基づき演算された負荷特性と、逆転時におけるトルク指令T*と速度ωに基づき演算された負荷特性とを平均した値となる。すなわち、イナーシャJは、正転時のイナーシャJfと逆転時のイナーシャJrの平均となる。また、粘性摩擦係数Rは、正転時の粘性摩擦係数Rfと逆転時の粘性摩擦係数Rrとの平均となる。このように平均値を求めることにより、ノイズの影響を小さくできるため、精度の高い負荷特性ψ(イナーシャJ、および粘性摩擦係数R)が得られる。その精度が高い負荷特性ψを利用することにより、精度が高い各種補正が実現できる。   The load characteristics obtained in this way are the load characteristics calculated based on the torque command T * and speed ω during forward rotation, and the load characteristics calculated based on the torque command T * and speed ω during reverse rotation. Average value. That is, the inertia J is an average of the inertia Jf at the time of forward rotation and the inertia Jr at the time of reverse rotation. The viscous friction coefficient R is an average of the viscous friction coefficient Rf during forward rotation and the viscous friction coefficient Rr during reverse rotation. Since the influence of noise can be reduced by obtaining the average value in this way, a highly accurate load characteristic ψ (inertia J and viscous friction coefficient R) can be obtained. Various corrections with high accuracy can be realized by using the load characteristic ψ with high accuracy.

なお、上記のステップS19〜S24は負荷演算器70により実行される。   The above steps S19 to S24 are executed by the load calculator 70.

以上のように構成される本実施形態のモータ制御装置は、トルク検出値(一例として、トルク指令値を使用)と速度検出値とに基づき負荷特性(粘性摩擦係数R、動摩擦D、偏加重G)を演算する。これにより、詳細な負荷特性の記述ができ、この負荷特性を利用して各種の補正をすることができるという効果を有する。   The motor control device of the present embodiment configured as described above has a load characteristic (viscous friction coefficient R, dynamic friction D, partial load G) based on a detected torque value (using a torque command value as an example) and a detected speed value. ) Is calculated. Thereby, it is possible to describe a detailed load characteristic, and to perform various corrections using this load characteristic.

また、本実施形態のモータ制御装置は、トルク検出値(トルク指令T*)の大きさが閾値より大きいときのトルク検出値と検出速度ωとに基づき負荷特性ψの演算を実行する。これにより、S/N比(シグナル・ノイズ比)が大きいトルク値のみを使用でき、ノイズの影響を小さくできるため、精度の高い負荷特性ψを演算できるという利点がある。さらに、各種補正は精度が高い負荷特性ψを利用できるため、精度が高い各種補正ができるという効果を有する。   In addition, the motor control device according to the present embodiment calculates the load characteristic ψ based on the detected torque value and the detected speed ω when the magnitude of the detected torque value (torque command T *) is larger than the threshold value. As a result, only torque values having a large S / N ratio (signal / noise ratio) can be used, and the influence of noise can be reduced. Furthermore, since various corrections can use the load characteristic ψ with high accuracy, there is an effect that various corrections with high accuracy can be performed.

また、本実施形態のモータ制御装置は、速度の大きさ|ω|が閾値ω0より大きいときのトルク検出値と速度ωとに基づき負荷特性ψの演算を実行する。これにより、S/N比(シグナル・ノイズ比)が大きい速度ωのみを使用でき、ノイズの影響を小さくできるため、精度の高い負荷特性ψを演算できるという利点がある。さらに、各種補正は精度が高い負荷特性ψを利用できるため、精度が高い各種補正ができるという効果を有する。   In addition, the motor control device of the present embodiment performs the calculation of the load characteristic ψ based on the detected torque value and the speed ω when the speed magnitude | ω | is larger than the threshold ω0. As a result, only the speed ω having a large S / N ratio (signal-to-noise ratio) can be used, and the influence of noise can be reduced. Therefore, there is an advantage that the load characteristic ψ with high accuracy can be calculated. Furthermore, since various corrections can use the load characteristic ψ with high accuracy, there is an effect that various corrections with high accuracy can be performed.

また、本実施形態のモータ制御装置は、加速度(速度の時間変化)の大きさ|a|が閾値a0より大きいときのトルク値と速度ωとに基づき負荷特性ψの演算を実行する。これにより、S/N比(シグナル・ノイズ比)が大きい加速度aのみを使用し、ノイズの影響を小さくできるため、精度の高い負荷特性ψを演算できるという利点がある。さらに、各種補正は精度が高い負荷特性ψを利用できるため、精度が高い各種補正ができるという効果を有する。   In addition, the motor control device according to the present embodiment performs the calculation of the load characteristic ψ based on the torque value and the speed ω when the magnitude | a | of the acceleration (time change in speed) is larger than the threshold value a0. As a result, only the acceleration a having a large S / N ratio (signal / noise ratio) is used, and the influence of noise can be reduced. Furthermore, since various corrections can use the load characteristic ψ with high accuracy, there is an effect that various corrections with high accuracy can be performed.

また、本実施形態において、位置指令θ*を示す信号の代わりに、位置指令の時間微分を示す信号を用いてもよい。   In the present embodiment, a signal indicating time differentiation of the position command may be used instead of the signal indicating the position command θ *.

また、本実施形態のモータ制御装置は位置指令θ*に基づいて回転子位置を制御したが、本発明の負荷特性ψの演算に係る思想は、速度指令を入力し速度を制御するモータ制御装置や、トルク指令を入力してトルクを制御するモータ制御装置に適応することもできる。   Further, the motor control device of the present embodiment controls the rotor position based on the position command θ *, but the idea related to the calculation of the load characteristic ψ of the present invention is a motor control device that inputs a speed command and controls the speed. Alternatively, the present invention can be applied to a motor control device that controls torque by inputting a torque command.

本発明の付加特性演算装置は、偏加重が大きい負荷においても負荷特性を正確に測定でき、モータ負荷の測定のための装置や、モータ制御装置に利用できる。本発明のモータ制御装置は、位置指令にしたがいモータを制御するモータ制御装置に有用であり、また、速度指令にしたがいモータを制御するモータ制御装置にも適応可能である。また、トルク指令にしたがいモータを制御するモータ制御装置にも適応可能である。   The additional characteristic calculation device of the present invention can accurately measure the load characteristic even in a load with a large bias, and can be used for a device for measuring a motor load and a motor control device. The motor control device of the present invention is useful for a motor control device that controls a motor in accordance with a position command, and is also applicable to a motor control device that controls a motor in accordance with a speed command. Further, the present invention can be applied to a motor control device that controls a motor in accordance with a torque command.

本発明のモータ制御装置の構成図Configuration diagram of motor control device of the present invention 本発明のモータ制御装置の位置制御器における粘性摩擦係数に対する位置比例ゲインの関係図Relationship diagram of position proportional gain with respect to viscous friction coefficient in position controller of motor control device of present invention 本発明のモータ制御装置の速度制御器における粘性摩擦係数に対する速度積分時定数の関係図Relationship diagram of speed integral time constant to viscous friction coefficient in speed controller of motor control apparatus of present invention 本発明のモータ制御装置の位置偏差演算器、位置制御器、速度検出器、速度偏差演算器、速度制御器、トルク指令補正器、および負荷特性演算器の演算のフローチャートFlowchart of calculation of position deviation calculator, position controller, speed detector, speed deviation calculator, speed controller, torque command corrector, and load characteristic calculator of the motor controller of the present invention 従来のモータ制御装置の構成図Configuration diagram of a conventional motor control device 負荷の模式図であり、(a)、(b)は偏加重がないときの負荷の模式図、(c)、(d)は偏加重が大きいときの負荷の模式図It is a schematic diagram of the load, (a), (b) is a schematic diagram of the load when there is no partial load, (c), (d) is a schematic diagram of the load when the partial load is large

符号の説明Explanation of symbols

1 モータ制御装置
2 モータ
3 負荷
4 ロータリーエンコーダ
5 指令発生器
10 位置偏差演算器
20 位置制御器
30 速度検出器
40 速度偏差演算器
50 速度制御器
60 トルク指令補正器
70 駆動器
80 負荷特性演算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor controller 2 Motor 3 Load 4 Rotary encoder 5 Command generator 10 Position deviation calculator 20 Position controller 30 Speed detector 40 Speed deviation calculator 50 Speed controller 60 Torque command corrector 70 Driver 80 Load characteristic calculator

Claims (14)

モータが発生するトルクを検出するトルク検出手段と、
モータの速度を検出する速度検出手段と、
前記検出したトルク及び速度に基づき、負荷特性として、粘性摩擦係数、動摩擦及び偏加重のうちの少なくとも1つを演算し、出力する演算手段と
を有することを特徴とする負荷特性演算装置。
Torque detecting means for detecting torque generated by the motor;
Speed detecting means for detecting the speed of the motor;
A load characteristic calculation apparatus comprising: a calculation unit that calculates and outputs at least one of a viscous friction coefficient, dynamic friction, and partial load as a load characteristic based on the detected torque and speed.
前記演算手段は、前記検出したトルクの大きさ、前記検出した速度の大きさ、前記検出した速度の時間変化の大きさのうちの少なくとも1つが、それぞれに対して設定された所定値以上となる場合の、トルクと速度の検出値に基づき前記演算を実行することを特徴とする請求項1記載の負荷特性演算装置。   In the calculation means, at least one of the magnitude of the detected torque, the magnitude of the detected speed, and the magnitude of the time change of the detected speed is equal to or greater than a predetermined value set for each. The load characteristic calculation device according to claim 1, wherein the calculation is performed based on detected values of torque and speed. 前記演算手段は、前記モータの正転時に演算される粘性摩擦係数と前記モータの逆転時に演算される粘性摩擦係数とを平均して得られる平均粘性摩擦係数と、前記モータの正転時に演算される動摩擦と前記モータの逆転時に演算される動摩擦とを平均して得られる平均動摩擦のうちの少なくとも1つを求めることを特徴とする請求項1または2記載の負荷特性演算装置。   The calculating means calculates an average viscous friction coefficient obtained by averaging the viscous friction coefficient calculated at the time of forward rotation of the motor and the viscous friction coefficient calculated at the time of reverse rotation of the motor, and calculated at the time of forward rotation of the motor. 3. The load characteristic calculation device according to claim 1, wherein at least one of the average dynamic friction obtained by averaging the dynamic friction and the dynamic friction calculated at the time of reverse rotation of the motor is obtained. 前記演算手段は、前記速度とトルクの検出値に基づき逐次最小二乗法を用いて、粘性摩擦係数と動摩擦と偏加重のうちの少なくとも1つを演算することを特徴とする請求項1または2記載の負荷特性演算装置。   3. The calculating means according to claim 1, wherein the calculating means calculates at least one of a viscous friction coefficient, dynamic friction, and partial weight using a sequential least square method based on the detected values of the speed and torque. Load characteristic calculation device. 請求項1記載の負荷特性演算装置と、
該負荷特性演算装置から出力される粘性摩擦係数と動摩擦と偏加重のうちの少なくとも1つに基づき、速度ゲイン及び速度積分時定数を用いてモータが発生する出力トルクの指令であるトルク指令を生成し、出力する速度制御手段と、
前記トルク指令にしたがいモータ駆動電圧を生成し、出力する駆動手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
The load characteristic calculation device according to claim 1;
Based on at least one of the viscous friction coefficient, dynamic friction, and partial load output from the load characteristic calculation device, a torque command that is an output torque command generated by the motor is generated using a speed gain and a speed integration time constant. Output speed control means;
A motor control device comprising drive means for generating and outputting a motor drive voltage in accordance with the torque command.
前記負荷特性演算装置から出力される粘性摩擦係数、動摩擦及び偏加重のうちの少なくとも1つに基づいて、前記速度制御手段から出力されるトルク指令を補正するトルク指令補正手段をさらに備え、
前記駆動手段は、該補正されたトルク指令にしたがいモータ駆動電圧を生成し、出力することを特徴とする請求項5記載のモータ制御装置。
Torque command correction means for correcting the torque command output from the speed control means based on at least one of the viscous friction coefficient, dynamic friction and partial load output from the load characteristic calculation device,
6. The motor control device according to claim 5, wherein the driving means generates and outputs a motor driving voltage in accordance with the corrected torque command.
位置ゲインを比例定数として速度指令を生成、出力する位置制御手段と、
前記粘性摩擦係数および前記動摩擦の少なくとも1つに基づき、前記速度ゲインに対する前記位置ゲインの比率を示すゲイン比率と、前記速度積分時定数のうちの少なくとも1つを変更するゲイン変更手段とをさらに備えることを特徴とする請求項5記載のモータ制御装置。
Position control means for generating and outputting a speed command with a position gain as a proportional constant; and
The apparatus further includes a gain ratio indicating a ratio of the position gain to the speed gain based on at least one of the viscous friction coefficient and the dynamic friction, and a gain changing unit that changes at least one of the speed integration time constant. The motor control device according to claim 5.
前記ゲイン変更手段は、前記ゲイン比率が前記粘性摩擦係数及び前記動摩擦の少なくとも1つの増加に応じて大きくなるように、前記ゲイン比率を変更することを特徴とする請求項7記載のモータ制御装置。   The motor control device according to claim 7, wherein the gain changing unit changes the gain ratio so that the gain ratio increases in accordance with at least one increase in the viscous friction coefficient and the dynamic friction. 前記ゲイン変更手段は、前記速度積分時定数が前記粘性摩擦係数及び前記動摩擦の少なくとも1つの増加に応じて小さくなるように、前記速度積分時定数を変更することを特徴とする請求項7記載のモータ制御装置。   The said gain change means changes the said speed integration time constant so that the said speed integration time constant becomes small according to at least one increase of the said viscous friction coefficient and the said dynamic friction. Motor control device. 請求項3記載の負荷特性演算装置と、
該負荷特性演算装置から出力される粘性摩擦係数と動摩擦と偏加重のうちの少なくとも1つに基づき、速度ゲイン及び速度積分時定数を用いてモータが発生する出力トルクの指令であるトルク指令を生成し、出力する速度制御手段と、
前記トルク指令にしたがいモータ駆動電圧を生成し、出力する駆動手段と
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
The load characteristic calculation device according to claim 3,
Based on at least one of the viscous friction coefficient, dynamic friction, and partial load output from the load characteristic calculation device, a torque command that is an output torque command generated by the motor is generated using a speed gain and a speed integration time constant. Output speed control means;
A motor control device comprising drive means for generating and outputting a motor drive voltage in accordance with the torque command.
前記負荷特性演算装置から出力される平均粘性摩擦係数と平均動摩擦と偏加重のうちの少なくとも1つに基づいて、前記速度制御手段から出力されるトルク指令を補正するトルク指令補正手段をさらに備え、
前記駆動手段は、該補正されたトルク指令にしたがいモータ駆動電圧を生成し、出力することを特徴とする請求項10記載のモータ制御装置。
Torque command correction means for correcting the torque command output from the speed control means based on at least one of the average viscous friction coefficient, average dynamic friction, and partial load output from the load characteristic calculation device,
11. The motor control device according to claim 10, wherein the driving means generates and outputs a motor driving voltage in accordance with the corrected torque command.
位置ゲインを比例定数として速度指令を生成、出力する位置制御手段と、
前記平均粘性摩擦係数および前記平均動摩擦の少なくとも1つに基づき、前記速度ゲインに対する前記位置ゲインの比率を示すゲイン比率と、前記速度積分時定数のうちの少なくとも1つを変更するゲイン変更手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項10記載のモータ制御装置。
Position control means for generating and outputting a speed command with a position gain as a proportional constant; and
A gain ratio indicating a ratio of the position gain to the speed gain based on at least one of the average viscous friction coefficient and the average dynamic friction; and a gain changing means for changing at least one of the speed integration time constants. The motor control device according to claim 10, further comprising:
前記ゲイン変更手段は、前記ゲイン比率が前記平均粘性摩擦係数および前記平均動摩擦の少なくとも1つの増加にともない大きくなるように、前記ゲイン比率を変更することを特徴とする請求項12記載のモータ制御装置。   13. The motor control device according to claim 12, wherein the gain changing unit changes the gain ratio so that the gain ratio increases as at least one of the average viscous friction coefficient and the average dynamic friction increases. . 前記ゲイン変更手段は、前記速度積分時定数が前記平均粘性摩擦係数および前記平均動摩擦の少なくとも1つの増加に伴い小さくなるように、前記速度積分時定数を変更することを特徴とする請求項12記載のモータ制御装置。
13. The gain changing unit changes the speed integration time constant so that the speed integration time constant becomes smaller as at least one of the average viscous friction coefficient and the average dynamic friction increases. Motor control device.
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