JP2010022132A - 慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 モータ位置基本周波数成分を入力し正規化モータ加速度矩形波を出力する正規化モータ加速度矩形波演算器109と、トルク指令基本周波数成分と前記正規化モータ加速度矩形波を入力しトルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値を出力するトルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値演算器110と、前記トルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値を入力しトルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値を出力するトルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値演算器111と、前記トルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値とモータ位置振幅を入力し慣性モーメント同定値を出力する慣性モーメント演算器113と、を備える。
【選択図】図1
Description
従来技術の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置は、トルク指令とモータ位置を設定時間において評価した値に基づいて慣性モーメント同定している(例えば、特許文献1参照)。また、トルク指令とモータ位置の2つの周波数成分の振幅に基づいて慣性モーメント同定しているものもある(例えば、特許文献2参照)。また、トルク指令のフーリエ係数とモータ位置の振幅に基づいて慣性モーメント同定しているものもある(例えば、特許文献3参照)。
第1基本周波数成分検出器301は、位置指令と位置を入力し、前記位置の周波数成分の中で前記位置指令の基本周波数における周波数成分を位置基本周波数成分として検出し出力する。位置評価器302は、前記位置基本周波数成分の設定した時間における値を位置評価値として検出し出力する。周波数検出器303は、前記位置基本周波数成分の周波数を位置周波数として検出し出力する。第1演算器304は、前記位置評価値と前記位置周波数を入力し修正位置評価値を出力する。積分器305は、トルク指令を入力し前記トルク指令を零階時間積分した積分トルク指令を出力する。第2基本周波数成分検出器306は、前記位置指令と前記積分トルク指令を入力し、前記積分トルク指令の周波数成分の中で前記位置指令の基本周波数における周波数成分を積分トルク指令基本周波数成分として検出し出力する。積分トルク指令評価器307は、前記積分トルク指令基本周波数成分を入力し、その入力信号を設定した時間において評価した値を積分トルク指令評価値として出力する。第2演算器308は、前記修正位置評価値と前記積分トルク指令評価値を入力し、慣性モーメント同定値を出力する。
トルク指令振幅演算器401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402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403は、前記トルク指令振幅と前記位置振幅を入力し、負荷の連結したモータである制御対象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。
速度指令発生器501は、速度指令を出力する。速度制御器502は、前記速度指令とモータ速度を入力しトルク指令を出力する。トルク制御器503は、前記トルク指令を入力しモータ駆動信号を出力する。モータ504は、前記モータ駆動信号により駆動されその位置であるモータ位置は位置検出器505が検出し出力する。微分器506は、前記モータ位置を入力し前記モータ速度を出力する。慣性モーメント同定器507は、前記トルク指令と前記モータ位置を入力し負荷が連結したモータ504の負荷慣性モーメントである慣性モーメント同定値を算出し出力する。
慣性モーメント同定器507内部において、トルク指令フーリエ変換器508は、前記トルク指令を入力しその入力信号のフーリエ係数であるトルク指令フーリエ係数を出力する。モータ位置振幅演算器509は、前記モータ位置を入力しその入力信号振幅であるモータ位置振幅を出力する。慣性モーメント演算器510は、前記トルク指令フーリエ係数と前記モータ位置振幅を入力し前記慣性モーメント同定値を算出し出力する。
本発明はこのような改善点に鑑みてなされたものであり、クーロン摩擦の影響を除去し、クーロン摩擦の大きな制御対象の慣性モーメントを高精度に同定することができ、その同定結果に基づいて制御対象を高精度に動作制御できる慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置を提供することを目的とする。
請求項1記載の発明は、モータ位置とトルク指令とに基づいて負荷の連結したモータである制御対象の慣性モーメントを同定する慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置であって、前記モータ位置と前記トルク指令の周波数成分のうち慣性モーメント同定に使用する成分であるモータ位置基本周波数成分とトルク指令基本周波数成分および前記モータ位置の振幅であるモータ位置振幅を算出する構成を含む慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置において、前記慣性モーメント同定器は、前記モータ位置基本周波数成分に基づいてモータ加速度の符号である正規化モータ加速度矩形波を算出する正規化モータ加速度矩形波演算器と、前記トルク指令基本周波数成分と前記正規化モータ加速度矩形波を入力しその入力信号の乗算値であるトルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値を算出するトルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値演算器と、前記トルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値を入力しその入力信号を前記モータ位置の1基本周期における平均値であるトルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値を算出するトルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値演算器と、前記モータ位置振幅と前記トルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値に基づいて慣性モーメント同定値を算出する慣性モーメント演算器と、を備えたものである。
また、請求項2記載の発明は、請求項1における前記モータ位置振幅がモータ1/5000回転程度の微小動作となるように前記指令の振幅を設定するものである。
また、請求項3記載の発明は、請求項1における前記トルク指令基本周波数成分演算器は、FFT(高速フーリエ変換)を用いて前記トルク指令基本周波数成分を算出し、前記モータ位置基本周波数成分演算器はFFTを用いて前記モータ位置基本周波数成分を算出するものである。
また、請求項4記載の発明は、請求項1における前記トルク指令基本周波数成分演算器は、前記制御対象が剛体的に動作する低い周波数である基本周波数を透過周波数とするバンドパスフィルタを用いて前記トルク指令基本周波数成分を算出し、前記モータ位置基本周波数成分演算器は前記バンドパスフィルタを用いて前記モータ位置基本周波数成分を算出するものである。
また、請求項5記載の発明は、請求項1における前記正規化モータ加速度矩形波演算器は、前記正規化モータ加速度矩形波を前記モータ位置の符号を反転させて算出した矩形波とするものである。
また、請求項6記載の発明は、請求項1における前記慣性モーメント演算器は、前記トルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値を前記制御対象が剛体的に動作する低い周波数である基本周波数の2乗と前記モータ位置振幅の積で乗算し、π/2を乗算して前記慣性モーメント同定値を算出するものである。
また、請求項7記載の発明は、請求項1における前記慣性モーメント同定値に基づいて前記制御対象の動作制御を行うものである。
また、請求項3乃至4に記載の発明によると、トルク指令とモータ位置がリプルを多く含む場合にも、トルク指令が一定トルク外乱を含む場合にも、過渡応答が存在する場合にも、それらの影響を抑制し、クーロン摩擦の大きく可動範囲が1/5000回転程度である制御対象の慣性モーメントを高精度に同定できる。
また、請求項5乃至6に記載の発明によると、モータ加速度がリプルを多く含む場合にもその影響を抑制し、クーロン摩擦の大きく可動範囲が1/5000回転程度である制御対象の慣性モーメントを高精度に同定できる。
また、請求項7に記載の発明によると、トルク指令とモータ位置がリプルを多く含む場合にも、トルク指令が一定トルク外乱を含む場合にも、過渡応答が存在する場合にも、
クーロン摩擦の大きく可動範囲が1/5000回転程度である制御対象を高精度に動作制御できる。
ここで、トルク指令基本周波数成分演算器107およびモータ位置基本周波数成分演算器108における、慣性モーメント同定に使用する周波数成分は、制御対象104が剛体的に動作する低い周波数である基本周波数における周波数成分である。
ただし、式(4)におけるバーは基本周期Tp間の平均値を示す。
正規化モータ加速度矩形波演算器109は、モータ位置基本周波数成分を2階微分して得られたモータ加速度基本周波数成分にシグナム関数を適用した結果を正規化モータ加速度矩形波として出力する。
トルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値演算器110は、トルク指令基本周波数成分と前記正規化モータ加速度矩形波の乗算値をトルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値として出力する。
トルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値演算器111は、前記トルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値を、前記モータ位置基本周波数成分と前記トルク指令基本周波数成分の周波数である基本周波数の1周期間において平均し、式(4)の分子であるトルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値を算出する。
モータ位置振幅演算器112は、前記モータ位置基本周波数成分のピーク値よりその振幅であるモータ位置振幅を算出する。
慣性モーメント演算器113は、前記トルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値を前記モータ位置振幅と前記基本周波数の2乗の乗算値で除算しπ/2を乗算して、式(4)により慣性モーメント同定値を算出する。
J*=0.58*10^−4[kg・m^2]、D=0.75*10^−3[N・m・s/rad]、Tc=7.8*10^−4[N・m]、Kp=40[s^−1]、Kv=40*2*π[s^−1]、J0=0.116*10^−4[kg・m^2]、Ti=0.0016[s]、T=125*10^−6[s]、Trat=0.637[N・m]、b=17[bit]、ω=50*2*π[rad/s]、r0=0.005[rad]
ただし、Jは制御対象104の慣性モーメント真値、Dは粘性摩擦、Tcはクーロン摩擦、Kpは位置比例制御ゲイン、Kvは正規化速度比例制御ゲイン、J0は公称慣性モーメント、Tiは速度制御積分時定数、Tは制御周期、Tratは定格トルク、bはモータ位置検出器105の分解能、ωは基本周波数、r0は指令振幅である。ここで、速度比例制御ゲインは正規化速度比例制御ゲインKvと公称慣性モーメントJ0を用いてKvj=Kv*J0と表される。本シミュレーションではフィードバック制御器102は位置比例速度比例積分制御とし、指令は指令振幅r0、基本周波数ωの正弦波とした。
102 フィードバック制御器
103 電流制御器
104 制御対象
105 モータ位置検出器
106 慣性モーメント同定器
107 トルク指令基本周波数成分演算器
108 モータ位置基本周波数成分演算器
109 正規化モータ加速度矩形波演算器
110 トルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値演算器
111 トルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値演算器
112 モータ位置振幅演算器
113 慣性モーメント演算器
301 第1基本周波数成分検出器
302 位置評価器
303 周波数検出器
304 第1演算器
305 積分器
306 第2基本周波数成分検出器
307 積分トルク指令評価器
308 第2演算器
401 トルク指令振幅演算器
402 位置振幅演算器
403 第1慣性モーメント粘性摩擦演算器
501 速度指令発生器
502 速度制御器
503 トルク制御器
504 モータ
505 位置検出器
506 微分器
507 慣性モーメント同定器
508 トルク指令フーリエ変換器
509 モータ位置振幅演算器
510 慣性モーメント演算器
Claims (7)
- モータ位置とトルク指令とに基づいて負荷の連結したモータである制御対象の慣性モーメントを同定する慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置であって、前記モータ位置と前記トルク指令の周波数成分のうち慣性モーメント同定に使用する成分であるモータ位置基本周波数成分とトルク指令基本周波数成分および前記モータ位置の振幅であるモータ位置振幅を算出する構成を含む慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置において、
前記慣性モーメント同定器は、前記モータ位置基本周波数成分に基づいてモータ加速度の符号である正規化モータ加速度矩形波を算出する正規化モータ加速度矩形波演算器と、
前記トルク指令基本周波数成分と前記正規化モータ加速度矩形波を入力しその入力信号の乗算値であるトルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値を算出するトルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値演算器と、
前記トルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値を入力しその入力信号を前記モータ位置の1基本周期における平均値であるトルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値を算出するトルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値演算器と、
前記モータ位置振幅と前記トルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値に基づいて慣性モーメント同定値を算出する慣性モーメント演算器と、を備えたことを特徴とする慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置。 - 前記モータ位置振幅がモータ1/5000回転程度の微小動作となるように前記指令の振幅を設定することを特徴とする請求項1記載の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置。
- 前記トルク指令基本周波数成分演算器は、FFT(高速フーリエ変換)を用いて前記トルク指令基本周波数成分を算出し、前記モータ位置基本周波数成分演算器はFFTを用いて前記モータ位置基本周波数成分を算出することを特徴とする請求項1記載の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置。
- 前記トルク指令基本周波数成分演算器は、前記制御対象が剛体的に動作する低い周波数である基本周波数を透過周波数とするバンドパスフィルタを用いて前記トルク指令基本周波数成分を算出し、前記モータ位置基本周波数成分演算器は前記バンドパスフィルタを用いて前記モータ位置基本周波数成分を算出することを特徴とする請求項1記載の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置。
- 前記正規化モータ加速度矩形波演算器は、前記正規化モータ加速度矩形波を前記モータ位置の符号を反転させて算出した矩形波とすることを特徴とする請求項1記載の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置。
- 前記慣性モーメント演算器は、前記トルク指令正規化モータ加速度矩形波乗算値平均値を前記制御対象が剛体的に動作する低い周波数である基本周波数の2乗と前記モータ位置振幅の積で乗算し、π/2を乗算して前記慣性モーメント同定値を算出することを特徴とする請求項1記載の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置。
- 前記慣性モーメント同定値に基づいて前記制御対象の動作制御を行うことを特徴とする請求項1記載の慣性モーメント同定器を備えたモータ制御装置。
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