JP2007020297A

JP2007020297A - システム同定装置およびそのシステム同定方法

Info

Publication number: JP2007020297A
Application number: JP2005198578A
Authority: JP
Inventors: Gen Ando; 玄安藤; Yuji Nakamura; 裕司中村
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2007-01-25

Abstract

【課題】可動範囲の限定された負荷の付いた電動機の慣性モーメントと粘性摩擦を同定できるシステム同定装置およびそのシステム同定方法を提供する。
【解決手段】速度指令発生器２０１、速度制御器２０２、トルク制御器２０３、電動機２０４、位置検出器２０５、微分器２０６、慣性モーメント粘性摩擦同定器２０７を備え、慣性モーメント粘性摩擦同定器２０７は、トルク指令を入力しトルク指令振幅を出力するトルク指令振幅演算器１０１と、位置を入力し位置振幅を出力する位置振幅演算器１０２と、前記トルク指令振幅と前記位置振幅を入力し慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する第１慣性モーメント粘性摩擦演算器１０３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機の慣性モーメントと粘性摩擦を同定するシステム同定装置およびそのシステム同定方法に関する。

従来技術のシステム同定装置およびそのシステム同定方法は、トルク指令の１階時間積分値とトルク指令推定値の１階時間積分値の比より電動機の慣性モーメントを同定し、正負対称な台形波である第１速度指令と前記第１速度指令の振幅のみ増幅した第２速度指令を用いて電動機の粘性摩擦を同定するものであった（例えば、特許文献１参照）。

図８は、従来技術を示すシステム同定装置の構成図である。
図８において、８０１は速度指令発生部、８０２は速度制御部、８０３はモデル速度制御部、８０４は同定部、８０５は調整部である。
以下、図８を用いて従来技術のシステム同定装置の構成および動作を説明する。
速度指令発生部８０１は、速度指令を出力する。速度制御部８０２は、前記速度指令と速度制御変数を入力し、トルク指令を出力する。モデル速度制御部８０３は、前記速度指令と調整信号を入力し、トルク指令推定値を出力する。同定部８０４は、前記トルク指令と前記トルク指令推定値を入力し、前記トルク指令の１階時間積分値と前記トルク指令推定値の１階時間積分値の比により慣性モーメントを算出し、出力し、正負対称な台形波である第１速度指令と前記第１速度指令の振幅のみを増幅した速度指令である第２速度指令のそれぞれに対するトルク指令である第１トルク指令と第２トルク指令、および前記第１速度指令と前記第２速度指令のそれぞれに対する速度である第１速度と第２速度を用いて粘性摩擦を同定する。調整部８０５は、前記慣性モーメントを入力し、前記速度制御変数と前記調整信号を出力するものであった。
特開平１１−４６４８９号公報（第３頁、第１図）

しかしながら、従来技術のシステム同定装置およびそのシステム同定方法は、可動範囲の限定された負荷の付いた電動機の慣性モーメントと粘性摩擦の同定において同定精度が落ちる問題があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、一定トルク外乱の影響を抑制し、可動範囲が限定された負荷の付いた電動機の慣性モーメントと粘性摩擦を制御則によらず同定することができるシステム同定装置およびそのシステム同定方法を提供することを目的とする。また、任意の周期的信号である速度指令または位置指令を用いて、トルク指令に含まれる雑音の影響を抑制し、一定トルク外乱の影響を抑制し、制御則によらず可動範囲の限定された負荷の付いた電動機の慣性モーメントと粘性摩擦を同定することができるシステム同定装置およびそのシステム同定方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１に記載の発明は、速度指令を出力する速度指令発生器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、前記慣性モーメント粘性摩擦同定器は、前記トルク指令を入力しその入力信号の基本周波数成分振幅であるトルク指令振幅を出力するトルク指令振幅演算器と、前記位置を入力しその入力信号の基本周波数成分振幅である位置振幅を出力する位置振幅演算器と、前記トルク指令振幅と前記位置振幅を入力し前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する第１慣性モーメント粘性摩擦演算器と、から構成されたものであることを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、位置指令を出力する位置指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、前記慣性モーメント粘性摩擦同定器は、前記トルク指令を入力しその入力信号の基本周波数成分振幅であるトルク指令振幅を出力するトルク指令振幅演算器と、前記位置を入力しその入力信号の基本周波数成分振幅である位置振幅を出力する位置振幅演算器と、前記トルク指令振幅と前記位置振幅を入力し前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する第１慣性モーメント粘性摩擦演算器と、から構成されたものであることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のシステム同定装置において、前記トルク指令振幅演算器は、フーリエ変換により前記トルク指令の基本周波数成分を算出しその振幅である前記トルク指令振幅を出力するものであり、前記位置振幅演算器は、フーリエ変換により前記位置の基本周波数成分を算出しその振幅である前記位置振幅を出力するものである、ことを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のシステム同定装置において、前記トルク指令振幅演算器は、バンドパスフィルタにより前記トルク指令の基本周波数成分を算出しその振幅である前記トルク指令振幅を出力するものであり、前記位置振幅演算器は、バンドパスフィルタにより前記位置の基本周波数成分を算出しその振幅である前記位置振幅を出力するものである、ことを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明は、速度指令を出力する速度指令発生器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、前記慣性モーメント粘性摩擦同定器は、前記トルク指令を入力しその入力信号の基本周波数成分の１階時間積分値振幅であるトルク指令１階積分値振幅を出力するトルク指令１階積分値振幅演算器と、前記位置を入力しその入力信号の基本周波数成分振幅である位置振幅を出力する位置振幅演算器と、前記トルク指令１階積分値振幅と前記位置振幅を入力し前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する第２慣性モーメント粘性摩擦演算器と、から構成されたものであることを特徴としている。

また、請求項６に記載の発明は、位置指令を出力する位置指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、前記慣性モーメント粘性摩擦同定器は、前記トルク指令を入力しその入力信号の基本周波数成分の１階時間積分値振幅であるトルク指令１階積分値振幅を出力するトルク指令１階積分値振幅演算器と、前記位置を入力しその入力信号の基本周波数成分振幅である位置振幅を出力する位置振幅演算器と、前記トルク指令１階積分値振幅と前記位置振幅を入力し前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する第２慣性モーメント粘性摩擦演算器と、から構成されたものであることを特徴としている。

また、請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載のシステム同定装置において、前記トルク指令１階積分値振幅演算器は、フーリエ変換により前記トルク指令の基本周波数成分を算出しその１階時間積分値振幅である前記トルク指令１階積分値振幅を出力するものであり、前記位置振幅演算器は、フーリエ変換により前記位置の基本周波数成分を算出しその振幅である前記位置振幅を出力するものである、ことを特徴としている。

また、請求項８に記載の発明は、請求項５または６に記載のシステム同定装置において、前記トルク指令１階積分値振幅演算器は、バンドパスフィルタにより前記トルク指令の基本周波数成分を算出しその１階時間積分値振幅である前記トルク指令１階積分値振幅を出力するものであり、前記位置振幅演算器は、バンドパスフィルタにより前記位置の基本周波数成分を算出しその振幅である前記位置振幅を出力するものである、ことを特徴としている。

また、請求項９に記載の発明は、速度指令を出力する速度指令発生器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置のシステム同定方法において、基本周波数がω１の周期的信号である前記速度指令を第１速度指令とし、基本周波数がω２の周期的信号である前記速度指令を第２速度指令とし、前記第１速度指令に対する位置振幅をＡ１とし、前記第２速度指令に対する位置振幅をＡ２とし、前記第１速度指令に対するトルク指令振幅をＳ１とし、前記第２速度指令に対するトルク指令振幅をＳ２とし、式（１）と式（２）により前記電動機の慣性モーメントＪと粘性摩擦Ｄである前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出することを特徴としている。

また、請求項１０に記載の発明は、位置指令を出力する位置指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置のシステム同定方法において、基本周波数がω１の周期的信号である前記位置指令を第１位置指令とし、基本周波数がω２の周期的信号である前記位置指令を第２位置指令とし、前記第１位置指令に対する位置振幅をＡ１とし、前記第２位置指令に対する位置振幅をＡ２とし、前記第１位置指令に対するトルク指令振幅をＳ１とし、前記第２位置指令に対するトルク指令振幅をＳ２とし、式（１）と式（２）により前記電動機の慣性モーメントＪと粘性摩擦Ｄである前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出することを特徴としている。

また、請求項１１に記載の発明は、速度指令を出力する速度指令発生器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置のシステム同定方法において、基本周波数がω１の周期的信号である前記速度指令を第１速度指令とし、基本周波数がω２の周期的信号である前記速度指令を第２速度指令とし、前記第１速度指令に対する位置振幅をＡ１とし、前記第２速度指令に対する位置振幅をＡ２とし、前記第１速度指令に対する前記トルク指令の１階時間積分値振幅をＳ１とし、前記第２速度指令に対する前記トルク指令の１階時間積分値振幅をＳ２とし、式（３）と式（４）により前記電動機の慣性モーメントＪと粘性摩擦Ｄである前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出することを特徴としている。

また、請求項１２に記載の発明は、位置指令を出力する位置指令発生器と、前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置のシステム同定方法において、基本周波数がω１の周期的信号である前記位置指令を第１位置指令とし、基本周波数がω２の周期的信号である前記位置指令を第２位置指令とし、前記第１位置指令に対する位置振幅をＡ１とし、前記第２位置指令に対する位置振幅をＡ２とし、前記第１位置指令に対する前記トルク指令の１階時間積分値振幅をＳ１とし、前記第２位置指令に対する前記トルク指令の１階時間積分値振幅をＳ２とし、式（３）と式（４）により前記電動機の慣性モーメントＪと粘性摩擦Ｄである前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出することを特徴とするシステム同定装置のシステム同定方法。

請求項１、５に記載の発明によると、可動範囲の限定された負荷の付いた電動機の慣性モーメントと粘性摩擦を同定することができる。

また、請求項２、６に記載の発明によると、一定トルク外乱の影響を抑制し可動範囲の限定された負荷の付いた電動機の慣性モーメントと粘性摩擦を同定することができる。

また、請求項３、４、７、８に記載の発明によると、任意の周期的信号である速度指令または位置指令を用いて、可動範囲の限定された負荷の付いた電動機の慣性モーメントと粘性摩擦を同定することができる。

また、請求項９、１０に記載の発明によると、制御則によらず可動範囲の限定された負荷の付いた電動機の慣性モーメントと粘性摩擦を同定することができる。

また、請求項１１、１２に記載の発明によると、トルク指令に含まれる雑音の影響を抑制し、一定トルク外乱の影響を抑制し制御則によらず可動範囲の限定された負荷の付いた電動機の慣性モーメントと粘性摩擦を同定することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、第１実施例を適用するシステム同定装置のブロック図である。
図１において、２０１は速度指令発生器、２０２は速度制御器、２０３はトルク制御器、２０４は電動機、２０５は位置検出器、２０６は微分器、２０７は慣性モーメント粘性摩擦同定器である。
以下、図１を用いて本実施例を適用するシステム同定装置の構成を説明する。
速度指令発生器２０１は、速度指令を出力する。速度制御器２０２は、前記速度指令と速度を入力し、トルク指令を出力する。トルク制御器２０３は、前記トルク指令を入力し、電動機電流を出力する。電動機２０４は、前記電動機電流により駆動され、その位置は位置検出器２０５が検出し、出力する。微分器２０６は、前記位置を入力し、前記速度を出力する。慣性モーメント粘性摩擦同定器２０７は、前記トルク指令と前記位置を入力し、電動機２０４の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する。

図２は、第１実施例を示す慣性モーメント粘性摩擦同定器の詳細ブロック図である。
図２において、１０１はトルク指令振幅演算器、１０２は位置振幅演算器、１０３は第１慣性モーメント粘性摩擦演算器である。
以下、図２を用いて第１実施例を示す慣性モーメント粘性摩擦同定器の詳細構成を説明する。
トルク指令振幅演算器１０１は、トルク指令を入力し、その入力信号の基本周波数成分振幅であるトルク指令振幅を出力する。位置振幅演算器１０２は、位置を入力し、その入力信号の基本周波数成分振幅である位置振幅を出力する。第１慣性モーメント粘性摩擦演算器１０３は、前記トルク指令振幅と前記位置振幅を入力し、電動機２０４の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し、出力する。

以下、本発明の動作および原理について図１、２を用いて説明する。
電動機２０４の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、トルク指令をＴｒｅｆ、一定トルク外乱をｗ、位置をθとすると、トルク制御器２０３、電動機２０４、位置検出器２０５を含む開ループ系の運動方程式は式（５）で表される。

速度指令を周波数がωである正弦波とする場合、前記位置は周波数ωの正弦波となり、式（６）で表される。

ただし、Ａは位置振幅であり、φは位置位相である。前記トルク指令は式（５）と式（６）より式（７）で表される。

周波数がω１の前記速度指令である第１速度指令に対する前記位置振幅をＡ１、周波数がω２の前記速度指令である第２速度指令に対する前記位置振幅をＡ２とする場合、前記第１速度指令に対する前記トルク指令振幅である第１トルク指令振幅Ｓ１と前記第２速度指令に対する前記トルク指令振幅である第２トルク指令振幅Ｓ２はそれぞれ式（７）より式（８）と式（９）と求められる。

式（８）と式（９）を慣性モーメントＪと粘性摩擦Ｄについて解くと式（１０）と式（１１）を得る。

第１慣性モーメント粘性摩擦演算器１０３は式（１０）と式（１１）を用いて電動機２０４の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出できる。式（１０）と式（１１）は一定トルク外乱ｗを含まないので、前記慣性モーメント粘性摩擦同定値は前記一定トルク外乱の影響を受けない。

また、速度制御器２０２がＰ制御、ＰＩ制御、Ｉ−Ｐ制御、ＰＩＤ制御のいずれの場合でも第１慣性モーメント粘性摩擦演算器１０３は式（１０）と式（１１）を用いて前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出できる。

また、前記第１速度指令を基本周波数がω１である周期的信号とし、前記第２速度指令を基本周波数がω２である周期的信号とする場合にも、トルク指令振幅演算器１０１は前記トルク指令の基本周波数成分であるトルク指令基本周波数成分をフーリエ変換またはバンドパスフィルタにより算出し、前記トルク指令基本周波数成分の振幅である前記トルク指令振幅を出力し、位置振幅演算器１０２は前記位置の基本周波数成分である位置基本周波数成分をフーリエ変換またはバンドパスフィルタにより算出し、前記位置基本周波数成分の振幅である前記位置振幅を出力することにより、前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出できる。

図３は、第２実施例を適用するシステム同定装置のブロック図である。
図３において、２０２は速度制御器、２０３はトルク制御器、２０４は電動機、２０５は位置検出器、２０６は微分器、２０７は慣性モーメント粘性摩擦同定器、３０１は位置指令発生器、３０２は位置制御器である。
以下、図３を用いて第２実施例を示す本発明を適用するシステム同定装置の構成を説明する。
位置指令発生器３０１は、位置指令を出力する。位置制御器３０２は、前記位置指令と位置を入力し、速度指令を出力する。速度制御器２０２は、前記速度指令と速度を入力し、トルク指令を出力する。トルク制御器２０３は、前記トルク指令を入力し、電動機電流を出力する。電動機２０４は、前記電動機電流により駆動され、その前記位置は位置検出器２０５が検出し出力する。微分器２０６は、前記位置を入力し、前記速度を出力する。慣性モーメント粘性摩擦同定器２０７は、前記トルク指令と前記位置を入力し、電動機２０４の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し、出力する。
なお、慣性モーメント粘性摩擦同定器２０７の詳細構成および動作は第１実施例の図２と同じであるのでここでは省略する。

以下、本発明の動作および原理について図２、３を用いて説明する。
図３において、電動機２０４の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、トルク指令をＴｒｅｆ、一定トルク外乱をｗ、位置をθとすると、トルク制御器２０３、電動機２０４、位置検出器２０５を含む開ループ系の運動方程式は第１実施例の式（５）で表される。
周波数がω１の前記位置指令である第１位置指令に対する前記位置振幅をＡ１、周波数がω２の前記位置指令である第２位置指令に対する前記位置振幅をＡ２とする場合、前記第１位置指令に対する前記トルク指令振幅である第１トルク指令振幅Ｓ１と前記第２位置指令に対する前記トルク指令振幅である第２トルク指令振幅Ｓ２はそれぞれ第１実施例の式（８）と式（９）で表される。式（８）と式（９）を慣性モーメントＪと粘性摩擦Ｄについて解くと第１実施例の式（１０）と式（１１）を得る。第１慣性モーメント粘性摩擦演算器１０３は式（１０）と式（１１）により前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出する。第１実施例と同様に、前記慣性モーメント粘性摩擦同定値は前記一定トルク外乱の影響を受けない。

また、位置制御器３０２と速度制御器２０２がＰ制御、ＰＩ制御、Ｉ−Ｐ制御、ＰＩＤ制御のいずれの場合でも第１慣性モーメント粘性摩擦演算器１０３は式（１０）と式（１１）を用いて前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出できる。

また、前記第１位置指令を基本周波数がω１である周期的信号とし、前記第２位置指令を基本周波数がω２である周期的信号とする場合にも、トルク指令振幅演算器１０１は前記トルク指令の基本周波数成分であるトルク指令基本周波数成分をフーリエ変換またはバンドパスフィルタにより算出し、前記トルク指令基本周波数成分の振幅である前記トルク指令振幅を出力し、位置振幅演算器１０２は前記位置の基本周波数成分である位置基本周波数成分をフーリエ変換またはバンドパスフィルタにより算出し、前記位置基本周波数成分の振幅である前記位置振幅を出力することにより、前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出できる。

以下、本実施例のシミュレーション結果を示す。
本シミュレーションに用いた数値を式（１２）に示す。

ただし、電動機２０４は電動機と負荷を合わせたものとし、Ｊｍは電動機慣性モーメント、Ｊｌは負荷慣性モーメント、Ｊ＊は電動機２０４の慣性モーメント真値、Ｄ＊は粘性摩擦真値、Ｔｒａｔはトルク制御器２０３の定格トルク、ｗは一定トルク外乱、Ｔｓは制御周期、位置制御器３０２をゲインがＫｐのＰ制御、速度制御器２０２をゲインがＫｖｊであるＰ制御とした。また、本シミュレーションでは、振幅がｕ０で周波数がω１である第１位置指令と同じ振幅で周波数がω２である第２位置指令を用いた。

図４は、第２実施例を示す粘性摩擦を変化した場合のシミュレーション結果の説明図であり、図４（ａ）は、粘性摩擦を変化した場合に式（１３）より算出した粘性摩擦同定誤差ｅＤを示し、図４（ｂ）は、粘性摩擦を変化した場合に式（１４）より算出した慣性モーメント同定誤差ｅＪを示す。

図４（ａ）において、前記粘性摩擦を０．００１Ｎ＊ｍ＊ｓ／ｒａｄから０．０１Ｎ＊ｍ＊ｓ／ｒａｄまで変化した場合、式（１３）による前記粘性摩擦同定誤差は常に０．０２％以下である。前記粘性摩擦が０Ｎ＊ｍ＊ｓ／ｒａｄに近づくにつれ前記粘性摩擦同定誤差が増大しているのは、式（１３）の分母が零に近づくからである。
図４（ｂ）において、前記粘性摩擦を０Ｎ＊ｍ＊ｓ／ｒａｄから０．０１Ｎ＊ｍ＊ｓ／ｒａｄまで変化した場合、式（１４）による前記慣性モーメント同定誤差は常に１％以下である。
図４に示すシミュレーションにおいて、前記位置振幅は常に０．０１５ｒａｄ以下であった。

図５は、第２実施例を示す慣性モーメントを変化した場合のシミュレーション結果の説明図であり、図５（ａ）は負荷慣性モーメント電動機慣性モーメント比Ｊｌ／Ｊｍを変化した場合に式（１３）より算出した前記粘性摩擦同定誤差を示し、図５（ｂ）は前記負荷慣性モーメント電動機慣性モーメント比を変化した場合に式（１４）より算出した前記慣性モーメント同定誤差を示す。
図５（ａ）において、負荷慣性モーメント電動機慣性モーメント比を０％から１０，０００％まで変化した場合、前記粘性摩擦同定誤差は２％以下であり、図５（ｂ）において、負荷慣性モーメント電動機慣性モーメント比を０％から１０，０００％まで変化した場合、前記慣性モーメント同定誤差は０．６％以下である。前記負荷慣性モーメント電動機慣性モーメント比が０％に近づくにつれ、前記慣性モーメント同定誤差が増大するのは、式（１４）の分母が小さくなるためである。
図５に示すシミュレーションにおいて前記位置振幅は常に０．０１ｒａｄ以下であった。

図６は、第２実施例を示す一定トルク外乱を変化した場合のシミュレーション結果の説明図である。図６（ａ）は一定トルク外乱定格トルク比ｗ／Ｔｒａｔを変化した場合に式（１３）より算出した前記粘性摩擦同定誤差を示し、図６（ｂ）は前記一定トルク外乱定格トルク比を変化した場合に式（１４）より算出した前記慣性モーメント同定誤差を示す。
図６（ａ）において、前記一定トルク外乱定格トルク比によらず前記粘性摩擦同定誤差は０．０２％以下であり、図６（ｂ）において、前記一定トルク外乱定格トルク比によらず前記慣性モーメント同定誤差は０．０８％以下である。
図６に示すシミュレーションにおいて前記位置振幅は常に０．０１ｒａｄ以下であった。

このように、本実施例に係るシステム同定装置およびそのシステム同定方法は、トルク指令振幅と位置振幅を用いるようにしているので、一定トルク外乱の影響を抑制し、小さな可動範囲のみで電動機の慣性モーメントと粘性摩擦を同定できる。

本実施例が第１実施例および第２実施例と異なる点は、慣性モーメント粘性摩擦同定器２０７の内部構成に関する点である。
図７は、第３実施例を示す慣性モーメント粘性摩擦同定器の詳細ブロック図である。
図７において、１０２は位置振幅演算器、７０１はトルク指令１階積分値振幅演算器、７０２は第２慣性モーメント粘性摩擦演算器である。
以下、図７を用いて本実施例における慣性モーメント粘性摩擦同定器２０７の構成を説明する。
トルク指令１階積分値振幅演算器７０１は、トルク指令を入力し、その入力信号の基本周波数成分の１階時間積分値振幅であるトルク指令１階積分値振幅を出力する。位置振幅演算器１０２は、位置を入力し、その入力信号の基本周波数成分振幅である位置振幅を出力する。第２慣性モーメント粘性摩擦演算器７０２は、前記トルク指令１階積分値振幅と前記位置振幅を入力し、電動機２０４の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し、出力する。

以下、本発明の動作および原理について図１、３、７を用いて説明する。
図１または図３において、電動機２０４の慣性モーメントをＪ、粘性摩擦をＤ、トルク指令の基本周波数成分をＴｒｅｆ０、一定トルク外乱をｗ、位置をθとし、基本周波数がωの周期的信号である速度指令または位置指令を仮定すると、トルク指令Ｔｒｅｆの基本周波数成分Ｔｒｅｆ０は第１実施例の式（７）から一定トルク外乱ｗの項を除いた式で表される。前記トルク指令の基本周波数成分Ｔｒｅｆ０の１階時間積分値であるトルク指令１階積分値は式（１５）で表される。

基本周波数がω１の周期的信号である第１速度指令または第１位置指令に対して、式（１５）に示す前記トルク指令１階積分値の振幅である第１トルク指令１階積分値振幅は式（１６）で表され、基本周波数がω２の周期的信号である第２速度指令または第２位置指令に対して、式（１５）に示す前記トルク指令１階積分値の振幅である第２トルク指令１階積分値振幅は式（１７）で表される。

式（１６）と式（１７）を慣性モーメントＪと粘性摩擦Ｄについて解くと、式（１８）、式（１９）を得る。

第２慣性モーメント粘性摩擦演算器７０２は、式（１８）と式（１９）を用いて前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出することができる。式（１８）と式（１９）は一定トルク外乱ｗを含まないので、前記慣性モーメント粘性摩擦同定値は前記一定トルク外乱の影響を受けない。

また、前記トルク指令１階積分値は前記トルク指令に雑音が含まれる場合にも、前記トルク指令よりも滑らかであり、前記慣性モーメント粘性摩擦同定値に対する前記雑音の影響を抑制できる。

また、位置制御器３０２と速度制御器２０２がＰ制御、ＰＩ制御、Ｉ−Ｐ制御、ＰＩＤ制御のいずれの場合にも、第２慣性モーメント粘性摩擦演算器７０２は式（１８）、式（１９）を用いて前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出することができる。

このように、本実施例に係るシステム同定装置およびそのシステム同定方法は、トルク指令１階積分値振幅と位置振幅を用いるようにしているので、一定トルク外乱の影響を抑制し、トルク指令に含まれる雑音の影響を抑制し、小さな可動範囲のみで電動機の慣性モーメントと粘性摩擦を同定できる。

本発明は、トルク指令振幅と位置振幅を用いることによって可動範囲の限定された電動機の慣性モーメントと粘性摩擦を同定することができるので、チップマウンタなどの一般産業装置に広く適用が可能である。

第１実施例を適用するシステム同定装置のブロック図第１実施例を示す慣性モーメント粘性摩擦同定器の詳細ブロック図第２実施例を適用するシステム同定装置のブロック図第２実施例を示す粘性摩擦を変化した場合のシミュレーション結果の説明図第２実施例を示す慣性モーメントを変化した場合のシミュレーション結果の説明図第２実施例を示す一定トルク外乱を変化した場合のシミュレーション結果の説明図第３実施例を示す慣性モーメント粘性摩擦同定器の詳細ブロック図従来技術を示すシステム同定装置の構成図

符号の説明

１０１トルク指令振幅演算器
１０２位置振幅演算器
１０３第１慣性モーメント粘性摩擦演算器
２０１速度指令発生器
２０２速度制御器
２０３トルク制御器
２０４電動機
２０５位置検出器
２０６微分器
２０７慣性モーメント粘性摩擦同定器
３０１位置指令発生器
３０２位置制御器
７０１トルク指令１階積分値振幅演算器
７０２第２慣性モーメント粘性摩擦演算器
８０１速度指令発生部
８０２速度制御部
８０３モデル速度制御部
８０４同定部
８０５調整部

Claims

速度指令を出力する速度指令発生器と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、
前記慣性モーメント粘性摩擦同定器は、
前記トルク指令を入力しその入力信号の基本周波数成分振幅であるトルク指令振幅を出力するトルク指令振幅演算器と、
前記位置を入力しその入力信号の基本周波数成分振幅である位置振幅を出力する位置振幅演算器と、
前記トルク指令振幅と前記位置振幅を入力し前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する第１慣性モーメント粘性摩擦演算器と、から構成されたものである
ことを特徴とするシステム同定装置。
位置指令を出力する位置指令発生器と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、
前記慣性モーメント粘性摩擦同定器は、
前記トルク指令を入力しその入力信号の基本周波数成分振幅であるトルク指令振幅を出力するトルク指令振幅演算器と、
前記位置を入力しその入力信号の基本周波数成分振幅である位置振幅を出力する位置振幅演算器と、
前記トルク指令振幅と前記位置振幅を入力し前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する第１慣性モーメント粘性摩擦演算器と、から構成されたものである
ことを特徴とするシステム同定装置。
前記トルク指令振幅演算器は、
フーリエ変換により前記トルク指令の基本周波数成分を算出しその振幅である前記トルク指令振幅を出力するものであり、
前記位置振幅演算器は、
フーリエ変換により前記位置の基本周波数成分を算出しその振幅である前記位置振幅を出力するものである、ことを特徴とする請求項１または２に記載のシステム同定装置。
前記トルク指令振幅演算器は、
バンドパスフィルタにより前記トルク指令の基本周波数成分を算出しその振幅である前記トルク指令振幅を出力するものであり、
前記位置振幅演算器は、
バンドパスフィルタにより前記位置の基本周波数成分を算出しその振幅である前記位置振幅を出力するものである、ことを特徴とする請求項１または２に記載のシステム同定装置。
速度指令を出力する速度指令発生器と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、
前記慣性モーメント粘性摩擦同定器は、
前記トルク指令を入力しその入力信号の基本周波数成分の１階時間積分値振幅であるトルク指令１階積分値振幅を出力するトルク指令１階積分値振幅演算器と、
前記位置を入力しその入力信号の基本周波数成分振幅である位置振幅を出力する位置振幅演算器と、
前記トルク指令１階積分値振幅と前記位置振幅を入力し前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する第２慣性モーメント粘性摩擦演算器と、から構成されたものであることを特徴とするシステム同定装置。
位置指令を出力する位置指令発生器と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置において、
前記慣性モーメント粘性摩擦同定器は、
前記トルク指令を入力しその入力信号の基本周波数成分の１階時間積分値振幅であるトルク指令１階積分値振幅を出力するトルク指令１階積分値振幅演算器と、
前記位置を入力しその入力信号の基本周波数成分振幅である位置振幅を出力する位置振幅演算器と、
前記トルク指令１階積分値振幅と前記位置振幅を入力し前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する第２慣性モーメント粘性摩擦演算器と、から構成されたものであることを特徴とするシステム同定装置。
前記トルク指令１階積分値振幅演算器は、
フーリエ変換により前記トルク指令の基本周波数成分を算出しその１階時間積分値振幅である前記トルク指令１階積分値振幅を出力するものであり、
前記位置振幅演算器は、
フーリエ変換により前記位置の基本周波数成分を算出しその振幅である前記位置振幅を出力するものである、ことを特徴とする請求項５または６に記載のシステム同定装置。
前記トルク指令１階積分値振幅演算器は、
バンドパスフィルタにより前記トルク指令の基本周波数成分を算出しその１階時間積分値振幅である前記トルク指令１階積分値振幅を出力するものであり、
前記位置振幅演算器は、
バンドパスフィルタにより前記位置の基本周波数成分を算出しその振幅である前記位置振幅を出力するものである、ことを特徴とする請求項５または６に記載のシステム同定装置。
速度指令を出力する速度指令発生器と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置のシステム同定方法において、
基本周波数がω１の周期的信号である前記速度指令を第１速度指令とし、
基本周波数がω２の周期的信号である前記速度指令を第２速度指令とし、
前記第１速度指令に対する位置振幅をＡ１とし、
前記第２速度指令に対する位置振幅をＡ２とし、
前記第１速度指令に対するトルク指令振幅をＳ１とし、
前記第２速度指令に対するトルク指令振幅をＳ２とし、
式（１）と式（２）により前記電動機の慣性モーメントＪと粘性摩擦Ｄである前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出することを特徴とするシステム同定装置のシステム同定方法。
位置指令を出力する位置指令発生器と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置のシステム同定方法において、
基本周波数がω１の周期的信号である前記位置指令を第１位置指令とし、
基本周波数がω２の周期的信号である前記位置指令を第２位置指令とし、
前記第１位置指令に対する位置振幅をＡ１とし、
前記第２位置指令に対する位置振幅をＡ２とし、
前記第１位置指令に対するトルク指令振幅をＳ１とし、
前記第２位置指令に対するトルク指令振幅をＳ２とし、
式（１）と式（２）により前記電動機の慣性モーメントＪと粘性摩擦Ｄである前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出することを特徴とするシステム同定装置のシステム同定方法。
速度指令を出力する速度指令発生器と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置のシステム同定方法において、
基本周波数がω１の周期的信号である前記速度指令を第１速度指令とし、
基本周波数がω２の周期的信号である前記速度指令を第２速度指令とし、
前記第１速度指令に対する位置振幅をＡ１とし、
前記第２速度指令に対する位置振幅をＡ２とし、
前記第１速度指令に対する前記トルク指令の１階時間積分値振幅をＳ１とし、
前記第２速度指令に対する前記トルク指令の１階時間積分値振幅をＳ２とし、
式（３）と式（４）により前記電動機の慣性モーメントＪと粘性摩擦Ｄである前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出することを特徴とするシステム同定装置のシステム同定方法。
位置指令を出力する位置指令発生器と、
前記位置指令と位置を入力し速度指令を出力する位置制御器と、
前記速度指令と速度を入力しトルク指令を出力する速度制御器と、
前記トルク指令を入力し電動機電流により電動機を駆動するトルク制御器と、
位置検出器が検出した前記電動機の前記位置を入力し前記速度を出力する微分器と、
前記トルク指令と前記位置を入力し前記電動機の慣性モーメントと粘性摩擦である慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出し出力する慣性モーメント粘性摩擦同定器と、を有するシステム同定装置のシステム同定方法において、
基本周波数がω１の周期的信号である前記位置指令を第１位置指令とし、
基本周波数がω２の周期的信号である前記位置指令を第２位置指令とし、
前記第１位置指令に対する位置振幅をＡ１とし、
前記第２位置指令に対する位置振幅をＡ２とし、
前記第１位置指令に対する前記トルク指令の１階時間積分値振幅をＳ１とし、
前記第２位置指令に対する前記トルク指令の１階時間積分値振幅をＳ２とし、
式（３）と式（４）により前記電動機の慣性モーメントＪと粘性摩擦Ｄである前記慣性モーメント粘性摩擦同定値を算出することを特徴とするシステム同定装置のシステム同定方法。