JP2010051048A - Motor controller equipped with viscous friction identifier - Google Patents

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玄 安藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor controller which is equipped with a viscous friction identifier that can remove influence given to accuracy in identification of the viscous friction of noise even in case that motor velocity includes much noise and can identify viscous friction with only small action. <P>SOLUTION: An input command is a cycle signal which includes a plurality of frequency components. A viscous friction identifier 107 computes a viscous friction identified value, based on a torque command in the plurality of frequency components of the input command and the motor position in the plurality of frequency components of the input command. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、機械の粘性摩擦を同定する粘性摩擦同定装置を備えたモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control device including a viscous friction identification device that identifies viscous friction of a machine.

モータ制御装置には、機械負荷の連結したモータである制御対象を高精度または高応答に駆動する場合、如何にして明確でない制御対象の粘性摩擦値を高精度かつ微少動作で同定し、その同定値に基づいてモータを駆動するか、が必要とされている。
従来の粘性摩擦同定装置を備えたモータ制御装置は、位置指令、位置、速度に基づいて制御対象を駆動するトルク指令により制御対象に入力されるエネルギーである入力エネルギーを算出し、前記入力エネルギーとモータ位置振幅により前記制御対象の粘性摩擦同定をしている(例えば、特許文献1参照)。
図3は、従来の粘性摩擦同定装置である。図において、301は振幅演算器、302は第1入力エネルギー演算器、303は粘性摩擦クーロン摩擦演算器である。振幅演算器301は、前記位置を入力し、その入力信号振幅である位置振幅を出力する。第1入力エネルギー演算器302は、前記速度と前記速度指令を入力し、トルク制御器、電動機、位置検出器を含む開ループ系への入力エネルギーを算出し、出力する。粘性摩擦クーロン摩擦演算器303は、前記位置振幅と前記入力エネルギーを入力し、前記入力エネルギーと前記位置振幅に基づいて粘性摩擦とクーロン摩擦の同定値である摩擦同定値を算出し出力する。
このように、従来の粘性摩擦同定装置を備えたモータ制御装置は、位置振幅と入力エネルギーに基づいて前記摩擦同定値を算出するのである。
特開2007−20318号公報(第7−9頁、図2)
When driving a controlled object that is a motor with a mechanical load connected with high accuracy or high response, the motor control device identifies the viscous friction value of the controlled object that is unclear with high precision and minute operation, and the identification It is necessary to drive the motor based on the value.
A motor control device equipped with a conventional viscous friction identification device calculates input energy, which is energy input to a control target by a torque command that drives the control target based on a position command, a position, and a speed. The viscous friction of the control object is identified by the motor position amplitude (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 3 shows a conventional viscous friction identification device. In the figure, 301 is an amplitude calculator, 302 is a first input energy calculator, and 303 is a viscous friction Coulomb friction calculator. The amplitude calculator 301 receives the position and outputs a position amplitude that is the input signal amplitude. The first input energy calculator 302 inputs the speed and the speed command, calculates and outputs input energy to an open loop system including a torque controller, an electric motor, and a position detector. The viscous friction Coulomb friction calculator 303 receives the position amplitude and the input energy, and calculates and outputs a friction identification value that is an identification value of the viscous friction and the Coulomb friction based on the input energy and the position amplitude.
As described above, the motor control device provided with the conventional viscous friction identification device calculates the friction identification value based on the position amplitude and the input energy.
Japanese Patent Laying-Open No. 2007-20318 (page 7-9, FIG. 2)

従来の粘性摩擦同定装置を備えたモータ制御装置は、位置指令、位置、速度に基づいて算出した入力エネルギーを用いて粘性摩擦同定する構成となっていて、前記速度がノイズを多く含む場合に前記ノイズの同定精度に与える影響を除去することができず同定精度が落ちるため、前記速度が前記ノイズを多く含む場合においては改善の必要があった。
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、トルク指令の2つの周波数成分とモータ速度の2つの周波数成分の符号の積の1周期間平均値の差に基づいて粘性摩擦同定し、速度がノイズを多く含む場合にもノイズの粘性摩擦同定精度に与える影響を除去することができ、微小動作のみで粘性摩擦同定を同定することができる粘性摩擦同定装置を備えたモータ制御装置を提供することを目的とする。
A motor control device equipped with a conventional viscous friction identification device is configured to perform viscous friction identification using input energy calculated based on a position command, a position, and a speed, and when the speed includes a lot of noise, Since the influence on the noise identification accuracy cannot be removed and the identification accuracy is lowered, it is necessary to improve when the speed includes a large amount of the noise.
The present invention has been made in view of such an improvement, and the viscous friction identification is performed based on the difference between the average values for one cycle of the product of the sign of the two frequency components of the torque command and the two frequency components of the motor speed. However, even when the speed includes a lot of noise, the influence of the noise on the viscous friction identification accuracy can be eliminated, and the motor control device having the viscous friction identification device that can identify the viscous friction identification by only a minute operation The purpose is to provide.

上記改善点を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1記載の発明は、
In order to solve the above improvement, the present invention is configured as follows.
The invention described in claim 1

請求項1乃至4記載の発明によると、トルク指令とモータ速度がノイズを多く含む場合にも高精度に機械負荷の連結したモータの粘性摩擦同定をすることができる。
また、請求項5記載の発明によると、回転型モータの数百分の一程度相当の微小振幅のみで高精度に小ストローク機械負荷の連結したモータの粘性摩擦同定をすることができる。
According to the first to fourth aspects of the present invention, even when the torque command and the motor speed include a lot of noise, it is possible to identify the viscous friction of the motor connected with the mechanical load with high accuracy.
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to identify the viscous friction of a motor connected with a small stroke mechanical load with high accuracy only by a minute amplitude corresponding to about one hundredth of a rotary motor.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1実施例を示す粘性摩擦同定装置を備えたモータ制御装置である。図において、101は指令発生器、102はフィードバック制御器、103はフィードフォワード制御器、104は電流制御器、105は制御対象、106はモータ位置検出器、107は粘性摩擦同定装置、108はトルク指令周波数成分分離器、109はモータ速度演算器、110はモータ速度符号演算器、111はトルク指令モータ速度符号乗算値演算器、112はトルク指令モータ速度符号乗算値平均値演算器、113はモータ位置周波数成分分離器、114はモータ位置振幅演算器、115は粘性摩擦演算器である。   FIG. 1 shows a motor control device having a viscous friction identification device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 101 is a command generator, 102 is a feedback controller, 103 is a feedforward controller, 104 is a current controller, 105 is a control target, 106 is a motor position detector, 107 is a viscous friction identification device, and 108 is a torque. Command frequency component separator, 109 is a motor speed calculator, 110 is a motor speed code calculator, 111 is a torque command motor speed code multiplication value calculator, 112 is a torque command motor speed code multiplication value average value calculator, and 113 is a motor A position frequency component separator 114 is a motor position amplitude calculator, and 115 is a viscous friction calculator.

指令発生器101は、粘性摩擦同定に必要な周波数成分を含む周期的信号である入力指令を出力する。フィードバック制御器102は、前記入力指令とモータ位置とモータ速度を入力しフィードバック制御信号を出力する。フィードフォワード制御器103は前記入力指令を入力しフィードフォワード制御信号を出力する。電流制御器104は、前記フィードバック制御信号と前記フィードフォワード制御信号の加算値であるトルク指令を入力し、モータ電流を出力する。制御対象105は、機械負荷の連結したモータであり、前記モータ電流により駆動されその前記モータ位置はモータ位置検出器106が検出し出力する。粘性摩擦同定装置107は、前記トルク指令と前記モータ位置を入力し、制御対象105の粘性摩擦を同定し、粘性摩擦同定値として出力する。   The command generator 101 outputs an input command that is a periodic signal including frequency components necessary for viscous friction identification. The feedback controller 102 inputs the input command, the motor position, and the motor speed, and outputs a feedback control signal. The feedforward controller 103 receives the input command and outputs a feedforward control signal. The current controller 104 inputs a torque command that is an added value of the feedback control signal and the feedforward control signal, and outputs a motor current. The control target 105 is a motor connected to a mechanical load, and is driven by the motor current, and the motor position is detected and output by the motor position detector 106. The viscous friction identification device 107 receives the torque command and the motor position, identifies the viscous friction of the control target 105, and outputs it as a viscous friction identification value.

粘性摩擦同定装置107において、トルク指令周波数成分分離器108は、前記トルク指令を入力しその入力信号の含む周波数成分のうち、粘性摩擦同定に利用する周波数成分であるトルク指令周波数成分を出力する。モータ速度演算器109は、前記モータ位置を入力し前記モータ速度を算出し出力する。モータ速度符号演算器110は、前記モータ速度を入力しその入力信号の符号であるモータ速度符号を出力する。トルク指令モータ速度符号乗算値演算器111は、前記トルク指令周波数成分と前記モータ速度符号を入力し、その入力信号の乗算値であるトルク指令モータ速度符号乗算値を算出し出力する。トルク指令モータ速度符号乗算値平均値演算器112は、前記トルク指令モータ速度符号乗算値を入力し、その入力信号の周波数成分ごとの一周期間平均値であるトルク指令モータ速度符号乗算値平均値を算出し出力する。モータ位置周波数成分分離器113は、前記モータ位置を入力し、その入力信号の含む周波数成分のうち粘性摩擦同定に利用する周波数成分であるモータ位置周波数成分を出力する。モータ位置振幅演算器114は、前記モータ位置周波数成分を入力し、その入力信号振幅であるモータ位置振幅を算出し出力する。粘性摩擦演算器115は、前記トルク指令モータ速度符号乗算値平均値と前記モータ位置振幅を入力し、前記粘性摩擦同定値を算出し出力する。
ここで、粘性摩擦同定に利用する周波数成分とは、前記粘性摩擦同定値を算出するために用いる複数の周波数成分であり、その各周波数は10Hz以上離れ且つ制御対象105が柔軟な場合にはその反共振周波数の最も低い値より十分低く(たとえば、1/10程度)設定する。
In the viscous friction identification device 107, a torque command frequency component separator 108 receives the torque command and outputs a torque command frequency component that is a frequency component used for viscous friction identification among frequency components included in the input signal. The motor speed calculator 109 inputs the motor position, calculates the motor speed, and outputs it. The motor speed code calculator 110 inputs the motor speed and outputs a motor speed code that is a sign of the input signal. The torque command motor speed code multiplication value calculator 111 receives the torque command frequency component and the motor speed code, and calculates and outputs a torque command motor speed code multiplication value which is a multiplication value of the input signal. The torque command motor speed code multiplication value average value calculator 112 inputs the torque command motor speed code multiplication value, and calculates a torque command motor speed code multiplication value average value that is an average value for one period for each frequency component of the input signal. Calculate and output. The motor position frequency component separator 113 inputs the motor position and outputs a motor position frequency component which is a frequency component used for viscous friction identification among frequency components included in the input signal. The motor position amplitude calculator 114 receives the motor position frequency component, calculates the motor position amplitude that is the input signal amplitude, and outputs it. The viscous friction calculator 115 receives the torque command motor speed code multiplication average value and the motor position amplitude, and calculates and outputs the viscous friction identification value.
Here, the frequency components used for the viscous friction identification are a plurality of frequency components used for calculating the viscous friction identification value. Each frequency is 10 Hz or more and the control object 105 is flexible. It is set sufficiently lower (for example, about 1/10) than the lowest value of the antiresonance frequency.

本発明が従来技術と異なる部分は、モータ位置およびモータ速度並びにトルク指令に基づいて機械負荷の粘性摩擦値を同定し出力する粘性摩擦同定装置107を備えた部分であって、粘性摩擦同定装置107は、トルク指令を入力しトルク指令周波数成分を出力するトルク指令周波数成分分離器108と、モータ速度を入力しモータ速度符号を出力するモータ速度符号演算器110と、前記トルク指令周波数成分と前記モータ速度符号を入力しトルク指令モータ速度符号乗算値を出力するトルク指令モータ速度符号乗算値演算器111と、前記トルク指令モータ速度符号乗算値を入力しトルク指令モータ速度符号乗算値平均値を出力するトルク指令モータ速度符号乗算値平均値演算器112、前記モータ位置を入力しモータ位置周波数成分を出力するモータ位置周波数成分分離器113と、前記モータ位置周波数成分を入力しモータ位置振幅を出力するモータ位置振幅演算器114と、前記トルク指令モータ速度符号乗算値平均値と前記モータ位置振幅を入力し粘性摩擦同定値を出力する粘性摩擦演算器115と、を備える部分である。   The present invention is different from the prior art in that it includes a viscous friction identification device 107 that identifies and outputs a viscous friction value of a mechanical load based on a motor position, a motor speed, and a torque command. Includes a torque command frequency component separator 108 that inputs a torque command and outputs a torque command frequency component, a motor speed code calculator 110 that inputs a motor speed and outputs a motor speed code, the torque command frequency component and the motor A torque command motor speed code multiplication value calculator 111 that inputs a speed code and outputs a torque command motor speed code multiplication value, and inputs the torque command motor speed code multiplication value and outputs an average value of the torque command motor speed code multiplication value. Torque command motor speed code multiplication value average value calculator 112, the motor position is input and the motor position frequency component is Input motor position frequency component separator 113, motor position amplitude calculator 114 for inputting motor position frequency component and outputting motor position amplitude, input torque command motor speed code multiplication value average value and motor position amplitude And a viscous friction calculator 115 that outputs a viscous friction identification value.

以下、粘性摩擦同定装置107が、粘性摩擦同定値を算出する仕組みの詳細を示す。制御対象105はモータに剛体機械負荷が連結したものとするとその運動方程式は式(1)であらわされる。   Hereinafter, the details of the mechanism by which the viscous friction identification device 107 calculates the viscous friction identification value will be described. If the controlled object 105 is a motor with a rigid mechanical load connected to it, the equation of motion is expressed by equation (1).

ただし、Jは制御対象105の慣性モーメント、Dは粘性摩擦、Tcはクーロン摩擦、Trefはトルク指令、wは一定トルク外乱、θはモータ位置である。式(1)をモータ速度の符号で乗算すると式(2)を得る。 Where J is the moment of inertia of the controlled object 105, D is viscous friction, Tc is Coulomb friction, Tref is a torque command, w is a constant torque disturbance, and θ is a motor position. By multiplying equation (1) by the sign of motor speed, equation (2) is obtained.

指令発生器101から発生される指令周波数ω1におけるモータ位置の周波数成分を第1モータ位置周波数成分とすると、前記第1モータ位置周波数成分は式(3)と表される。 Assuming that the frequency component of the motor position at the command frequency ω1 generated from the command generator 101 is the first motor position frequency component, the first motor position frequency component is expressed by Expression (3).

ただし、A1は第1モータ位置振幅である。式(3)を式(2)に代入し、周期T1=2π/ω1の間の平均値をとると式(4)を得る。 However, A1 is the first motor position amplitude. Substituting equation (3) into equation (2) and taking the average value during period T1 = 2π / ω1, equation (4) is obtained.

ただし、Tref1は、指令発生器101から発生される指令周波数ω1におけるトルク指令の周波数成分である第1トルク指令周波数成分である。モータ加速度と前記モータ速度の符号は、位相がπ/4 [rad]ずれているので、式(2)の左辺第1項と右辺第2項の平均値は零となることを利用した。式(4)と同様に、指令発生器101から発生される指令周波数ω2における式(2)の時間T2=2π/ω2の間の平均値は式(5)と表される。 However, Tref1 is a first torque command frequency component that is a frequency component of the torque command at the command frequency ω1 generated from the command generator 101. Since the phases of the motor acceleration and the motor speed are shifted by π / 4 [rad], it is used that the average value of the first term on the left side and the second term on the right side of Equation (2) is zero. Similar to Expression (4), the average value during the time T2 = 2π / ω2 of Expression (2) at the command frequency ω2 generated from the command generator 101 is expressed as Expression (5).

ただし、Tref2は、指令発生器101から発生される指令周波数ω2におけるトルク指令の周波数成分である第2トルク指令周波数成分である。式(4)と式(5)からクーロン摩擦Tcを相殺すると式(6)を得る。 However, Tref2 is a second torque command frequency component that is a frequency component of the torque command at the command frequency ω2 generated from the command generator 101. When the Coulomb friction Tc is canceled from the equations (4) and (5), the equation (6) is obtained.

粘性摩擦演算器115は、式(6)を用いて粘性摩擦同定値を算出する。
ここで、本発明における粘性摩擦同定装置107内の各構成が、各入力に対しどのような演算に基づいて各出力を得るのかを整理する。
トルク指令周波数成分分離器108は、トルク指令を入力しFFT(高速フーリエ変換)に基づいて前記トルク指令から制御対象105の反共振周波数のうち最も低いものよりも十分に低い(たとえば1/10程度)周波数における周波数成分を分離して(演算して)トルク指令周波数成分を出力する。
モータ速度符号演算器110は、モータ速度を入力しシグナム関数を適用してモータ速度符号を演算して出力する。なお、シグナム関数は、符号関数とも呼ばれ、「
1219121494643_6
に対しその
1219121494643_7
に応じて1、−1、0のいずれかを返す
1219121494643_8
およびそれを拡張した複素関数」である周知事項である。
トルク指令モータ速度符号乗算値演算器111は、前記トルク指令周波数成分と前記モータ速度符号とを入力しその入力信号を乗算してトルク指令モータ速度符号乗算値を演算して出力する。
トルク指令モータ速度符号乗算値平均値演算器112は、前記トルク指令モータ速度符号乗算値を入力し式(4)および式(5)の左辺に基づいてトルク指令モータ速度符号乗算値平均値を演算して出力する。
モータ位置周波数成分分離器113は、モータ位置を入力しFFTに基づいて前記モータ位置から制御対象105の反共振周波数のうち最も低いものよりも十分に低い(たとえば1/10程度)周波数における周波数成分を分離して(演算して)モータ位置周波数成分を出力する。
モータ位置振幅演算器114は、前記モータ位置周波数成分を入力してその入力信号のピーク値に基づいてモータ位置振幅を演算して出力する。
粘性摩擦演算器115は、前記トルク指令モータ速度符号乗算値平均値と前記モータ位置振幅とを入力し式(6)に基づいて粘性摩擦同定値を演算して出力する。
The viscous friction calculator 115 calculates the viscous friction identification value using Expression (6).
Here, it is arranged how each output in the viscous friction identification device 107 according to the present invention obtains each output based on each input.
The torque command frequency component separator 108 receives the torque command and is sufficiently lower than the lowest one of the anti-resonance frequencies of the controlled object 105 from the torque command based on FFT (Fast Fourier Transform) (for example, about 1/10). ) Separate (calculate) frequency components in frequency and output torque command frequency components.
The motor speed code calculator 110 inputs a motor speed, applies a signum function, calculates a motor speed code, and outputs it. The signum function is also called a sign function.
1219121494643_6
Against that
1219121494643_7
Returns either 1, -1, or 0 depending on
1219121494643_8
It is a well-known matter that is a "complex function that extends it".
The torque command motor speed code multiplication value calculator 111 receives the torque command frequency component and the motor speed code, multiplies the input signal, and calculates and outputs a torque command motor speed code multiplication value.
The torque command motor speed code multiplication value average value calculator 112 inputs the torque command motor speed code multiplication value and calculates the torque command motor speed code multiplication value average value based on the left side of the equations (4) and (5). And output.
The motor position frequency component separator 113 receives the motor position, and based on the FFT, the frequency component at a frequency sufficiently lower (for example, about 1/10) than the lowest antiresonance frequency of the controlled object 105 from the motor position. Is separated (calculated) and the motor position frequency component is output.
The motor position amplitude calculator 114 receives the motor position frequency component, calculates the motor position amplitude based on the peak value of the input signal, and outputs it.
The viscous friction calculator 115 receives the torque command motor speed code multiplication average value and the motor position amplitude, and calculates and outputs a viscous friction identification value based on the equation (6).

式(6)は一定トルク外乱wを含まないので、重力によるトルクが制御対象105のモータに掛かる場合にもその影響を受けず粘性摩擦同定できる。また、式(6)はモータ位置振幅A1とA2およびトルク指令の周波数成分Tref1とTref2を用いるので、それ以外の周波数成分の影響を受けず非線形ダイナミクス、過渡応答などが存在する場合にも精度よく粘性摩擦同定ができる。また、式(6)はモータ位置の周波数成分を抽出して同定計算するので、モータ位置検出器106の分解能が低く検出したモータ位置の波形が粗い場合にも、同定に用いる周波数成分は波形が滑らかになり、モータ位置検出器106が低分解能(たとえば15[bit])で前記機械負荷の可動範囲が限定される場合にも精度よく粘性摩擦同定できる。また、式(6)は平均値を用いるので前記トルク指令がノイズを含む場合にも前記ノイズの影響を除去でき高精度に粘性摩擦同定が実施できる。また、フィードフォワード制御器103のゲインが0である場合にも粘性摩擦同定できる。   Since the equation (6) does not include the constant torque disturbance w, viscous friction identification can be performed without being affected even when the torque due to gravity is applied to the motor of the control target 105. Further, since Equation (6) uses the motor position amplitudes A1 and A2 and the frequency components Tref1 and Tref2 of the torque command, it is accurate even when nonlinear dynamics, transient response, etc. exist without being affected by other frequency components. Can identify viscous friction. Further, since the equation (6) extracts and calculates the frequency component of the motor position, the frequency component used for identification has a waveform even when the motor position waveform detected by the motor position detector 106 is low and the waveform of the motor position is rough. Even when the motor position detector 106 has a low resolution (for example, 15 [bit]) and the movable range of the mechanical load is limited, the viscous friction can be accurately identified. In addition, since the average value is used for Expression (6), even when the torque command includes noise, the influence of the noise can be removed and viscous friction identification can be performed with high accuracy. Also, viscous friction identification can be performed when the gain of the feedforward controller 103 is zero.

以下、本発明のシミュレーション結果を示す。シミュレーションに用いた数値は以下のとおりである。
J=5.80×10^−5[kg・m^2]、D*=7.5×10^−4[N・m・s/rad]、Tc=7.8×10^−4[N・m]、Kp=120[s^−1]、Kv=120(2π)[s^−1]、J0=0.116×10^−4[kg・m^2]、Kvj=Kv*J0,Ti=4/Kv、T=125×10^−6[s]、Trat=0.637[N・m]、b=17[bit]、ω1=30(2π)[rad/s]、ω2=60(2π)[rad/s]、r0=0.005[rad]、d=0.1*Trat
ただし、Jは制御対象105の慣性モーメント、D*は粘性摩擦真値、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、Kvjは速度比例制御ゲイン、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106の分解能、ω1は第1同定周波数、ω2は第2同定周波数、r0は指令振幅、dはノイズ振幅である。
The simulation results of the present invention are shown below. The numerical values used for the simulation are as follows.
J = 5.80 × 10 ^ −5 [kg · m ^ 2], D * = 7.5 × 10 ^ −4 [N · m · s / rad], Tc = 7.8 × 10 ^ −4 [ N · m], Kp = 120 [s ^ -1], Kv = 120 (2π) [s ^ -1], J0 = 0.116 × 10 ^ -4 [kg · m ^ 2], Kvj = Kv * J0, Ti = 4 / Kv, T = 125 × 10 ^ −6 [s], Trat = 0.637 [N · m], b = 17 [bit], ω1 = 30 (2π) [rad / s], ω2 = 60 (2π) [rad / s], r0 = 0.005 [rad], d = 0.1 * Trat
Where J is the moment of inertia of the controlled object 105, D * is the true value of viscous friction, Tc is the Coulomb friction, Kp is the position proportional control gain, Kv is the normalized speed proportional control gain, J0 is the nominal inertia moment, and Kvj is the speed proportional. Control gain, Ti is a speed control integration time constant, T is a control period, Trat is a rated torque, b is a resolution of the motor position detector 106, ω1 is a first identification frequency, ω2 is a second identification frequency, r0 is a command amplitude, d is the noise amplitude.

ここで、公称慣性モーメントJ0は、速度比例制御ゲインKvjを正規化するのに利用する慣性モーメント値であり、第1同定周波数および第2同定周波数は、本発明の粘性摩擦同定に利用する周波数である。前記第1同定周波数と前記第2同定周波数は、10[Hz]以上離れるように設定すると式(6)の分母が小さくなりすぎず、式(6)の分子の計算誤差が増幅されることなく高精度に粘性摩擦同定ができる。更に、式(6)は剛体機械負荷を仮定して導出したので、制御対象105が多慣性系機械である場合は、前記第1同定周波数と前記第2同定周波数を制御対象105の反共振周波数のうち、一番低い周波数のものより十分低く選択することにより、柔軟振動モードの影響を受けず高精度に粘性摩擦同定ができる。また更に、前記トルク指令がノイズを多く含む場合にも本発明が有効であることを示すため、前記トルク指令にノイズ振幅dの振幅を持つ白色雑音を加える。   Here, the nominal moment of inertia J0 is a moment of inertia value used for normalizing the speed proportional control gain Kvj, and the first identification frequency and the second identification frequency are frequencies used for viscous friction identification of the present invention. is there. If the first identification frequency and the second identification frequency are set so as to be separated by 10 [Hz] or more, the denominator of Equation (6) does not become too small, and the calculation error of the numerator of Equation (6) is not amplified. Viscous friction can be identified with high accuracy. Furthermore, since the expression (6) is derived on the assumption of a rigid machine load, when the control target 105 is a multi-inertia machine, the first identification frequency and the second identification frequency are determined as the anti-resonance frequency of the control target 105. By selecting a value sufficiently lower than that of the lowest frequency, viscous friction can be identified with high accuracy without being affected by the flexible vibration mode. Further, in order to show that the present invention is effective even when the torque command includes a lot of noise, white noise having an amplitude of a noise amplitude d is added to the torque command.

図2は、本発明の第1実施例を示すシミュレーションにおける一定トルク外乱を変化させた場合の粘性摩擦同定誤差である。図において、一定トルク外乱を定格トルクの0[%]から50[%]まで変化させた場合、式(7)によって算出した粘性摩擦同定誤差eD[%]は常に−2.3[%]以内であった。   FIG. 2 shows viscous friction identification errors when a constant torque disturbance is changed in the simulation showing the first embodiment of the present invention. In the figure, when the constant torque disturbance is changed from 0 [%] to 50 [%] of the rated torque, the viscous friction identification error eD [%] calculated by the equation (7) is always within −2.3 [%]. Met.

本シミュレーションにおいて、モータ位置振幅は0.0069[rad](1/910回転)であり、トルク指令の振幅は定格トルクの2.2[%]以下であったので、本発明によると微小動作のみで粘性摩擦同定が高精度に実施でき、モータに連結する負荷の慣性モーメントが更に大きい場合にも適用可能であることが示された。また、制御対象105をTHK社製KR4620A+540Lスライダと安川電機社製SGDS−02A01Aモータを酒井製作所社製UA−35Cカップリングで連結し、安川電機社製SGMAS−02ACA21ドライバで駆動した検証実験において、特許文献1の従来技術によると−23%の同定誤差が発生するのに対し、本発明では−4%の同定誤差の高精度な粘性摩擦同定結果が得られた。   In this simulation, the motor position amplitude is 0.0069 [rad] (1/910 rotation), and the torque command amplitude is 2.2 [%] or less of the rated torque. Thus, it was shown that viscous friction identification can be carried out with high accuracy and can be applied even when the moment of inertia of the load connected to the motor is larger. In a verification experiment in which a control target 105 is connected to a THK KR4620A + 540L slider and a Yaskawa Electric SGDS-02A01A motor by a UA-35C coupling manufactured by Sakai Seisakusho Co., Ltd., and driven by an SGMAS-02ACA21 driver manufactured by Yaskawa Electric According to the prior art of Document 1, an identification error of −23% occurs, whereas in the present invention, a highly accurate viscous friction identification result of −4% is obtained.

したがって、本発明は、従来技術に比べてノイズの多い環境下での粘性摩擦同定に有効である。ただし、前記検証実験において粘性摩擦真値D*は複数の一定速度指令を用いた最小二乗法により求めた。最小二乗法は、制御対象105の動作振幅が大きくなるが、微小動作のみで同定する本発明よりその同定精度はやや高いので粘性摩擦真値D*を求めるのに用いた。
このように、本発明によると、ノイズの多い場合にも機械負荷の連結したモータの粘性摩擦を一定トルク外乱、過渡応答、非線形効果の影響を抑制し微小動作のみで高精度に同定できる。
Therefore, the present invention is effective for identifying viscous friction in a noisy environment as compared with the prior art. However, in the verification experiment, the true value of viscous friction D * was obtained by the least square method using a plurality of constant speed commands. The least square method is used to obtain the true viscous friction value D * because the operation amplitude of the control object 105 is large, but the identification accuracy is slightly higher than that of the present invention in which identification is performed only with a minute operation.
As described above, according to the present invention, even when there is a lot of noise, the viscous friction of a motor connected to a mechanical load can be identified with high accuracy only by a minute operation while suppressing the influence of constant torque disturbance, transient response, and nonlinear effect.

モータ速度の符号と、トルク指令の2つの周波数成分と、その乗算値の1周期間平均値に基づいて粘性摩擦同定することによって、トルク指令とモータ速度がノイズを多く含む場合にも、微小動作のみで制御対象の粘性摩擦同定をすることができるので、ノイズの多い環境下で使用される小ストローク産業用装置、半導体製造装置、干渉系メカなど一般産業用機械の制御ゲイン設定たとえばフィードフォワード制御パラメータ設定などに広く適用できる。   Even if the torque command and the motor speed contain a lot of noise by performing viscous friction identification based on the motor speed sign, the two frequency components of the torque command, and the average value for one cycle of the multiplication value, a minute operation Because it is possible to identify the viscous friction of the control object alone, the control gain setting of general industrial machines such as small stroke industrial equipment, semiconductor manufacturing equipment, interference system mechanisms used in noisy environments such as feedforward control It can be widely applied to parameter setting.

本発明の第1実施例を示す粘性摩擦同定装置を備えたモータ制御装置Motor control device having viscous friction identification device showing first embodiment of the present invention 本発明の第1実施例を示すシミュレーションにおける一定トルク外乱を変化させた場合の粘性摩擦同定誤差Viscous friction identification error when a constant torque disturbance is changed in the simulation showing the first embodiment of the present invention 従来の粘性摩擦同定装置を備えたモータ制御装置Motor control device with conventional viscous friction identification device

符号の説明Explanation of symbols

101 指令発生器
102 フィードバック制御器
103 フィードフォワード制御器
104 電流制御器
105 制御対象
106 モータ位置検出器
107 粘性摩擦同定装置
108 トルク指令周波数成分分離器
109 モータ速度演算器
110 モータ速度符号演算器
111 トルク指令モータ速度符号乗算値演算器
112 トルク指令モータ速度符号乗算値平均値演算器
113 モータ位置周波数成分分離器
114 モータ位置振幅演算器
115 粘性摩擦演算器
301 振幅演算器
302 第1入力エネルギー演算器
303 粘性摩擦クーロン摩擦演算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Command generator 102 Feedback controller 103 Feedforward controller 104 Current controller 105 Control object 106 Motor position detector 107 Viscous friction identification device 108 Torque command frequency component separator 109 Motor speed calculator 110 Motor speed code calculator 111 Torque Command motor speed code multiplication value calculator 112 Torque command motor speed code multiplication value average value calculator 113 Motor position frequency component separator 114 Motor position amplitude calculator 115 Viscous friction calculator 301 Amplitude calculator 302 First input energy calculator 303 Viscous friction coulomb friction calculator

Claims (5)

機械負荷の連結したモータである制御対象を駆動するモータ制御装置であって、入力指令と検出器による検出値であるモータ位置またはモータ速度とに基づいて、前記モータ位置または前記モータ速度が前記入力指令に追従するように制御するフィードバック制御器と、前記制御対象の粘性摩擦を同定し粘性摩擦同定値を算出する粘性摩擦同定装置と、を備え、前記粘性摩擦同定値を用いて前記制御対象を駆動するモータ制御装置において、
前記入力指令が複数の周波数成分を含む周期信号であって、
前記粘性摩擦同定装置が、前記入力指令の複数の周波数成分におけるトルク指令と、前記入力指令の複数の周波数成分における前記モータ位置とに基づいて前記粘性摩擦同定値を演算することを特徴とする粘性摩擦同定装置を備えたモータ制御装置。
A motor control device that drives a controlled object that is a motor connected to a mechanical load, wherein the motor position or the motor speed is input based on an input command and a motor position or motor speed that is a value detected by a detector. A feedback controller that performs control so as to follow a command; and a viscous friction identification device that identifies the viscous friction of the control target and calculates a viscous friction identification value, and uses the viscous friction identification value to define the control target. In the motor control device to drive,
The input command is a periodic signal including a plurality of frequency components,
The viscosity friction identification device calculates the viscous friction identification value based on a torque command in a plurality of frequency components of the input command and the motor position in a plurality of frequency components of the input command. A motor control device provided with a friction identification device.
前記粘性摩擦同定装置が、前記トルク指令と前記モータ位置との複数の周波数成分から、FFT(高速フーリエ変換)を用いて特定の2つの周波数成分を抽出することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。   The said viscous friction identification apparatus extracts two specific frequency components using FFT (fast Fourier transform) from a plurality of frequency components of the torque command and the motor position. Motor control device. 前記粘性摩擦同定装置が、前記特定の2つの周波数成分のモータ位置に基づいて前記モータ速度の符号であるモータ速度符号をそれぞれ演算し、
前記特定の2つの周波数成分のトルク指令と、その同一周波数成分における前記モータ速度符号とをそれぞれ乗算して、その乗算値の一周期間の平均値をそれぞれ演算し、
その平均値に基づいて前記粘性摩擦同定値を演算することを特徴とする請求項2に記載の粘性摩擦同定装置を備えたモータ制御装置。
The viscous friction identification device calculates a motor speed code, which is a sign of the motor speed, based on the motor positions of the two specific frequency components,
Multiplying the torque command of the two specific frequency components and the motor speed code in the same frequency component, respectively, and calculating the average value of the multiplied values for one period,
3. The motor control device comprising the viscous friction identification device according to claim 2, wherein the viscous friction identification value is calculated based on the average value.
前記粘性摩擦同定装置は、前記トルク指令を入力しその入力信号の含む周波数成分のうち粘性摩擦同定に利用する周波数成分であるトルク指令周波数成分を出力するトルク指令周波数成分分離器と、
前記モータ速度を入力しその入力信号の符号であるモータ速度符号を出力するモータ速度符号演算器と、
前記トルク指令周波数成分と前記モータ速度符号を入力しその入力信号の乗算値であるトルク指令モータ速度符号乗算値を算出し出力するトルク指令モータ速度符号乗算値演算器と、
前記トルク指令モータ速度符号乗算値を入力しその入力信号の周波数成分ごとの一周期間平均値であるトルク指令モータ速度符号乗算値平均値を算出し出力するトルク指令モータ速度符号乗算値平均値演算器と、
前記モータ位置を入力しその入力信号の含む周波数成分のうち粘性摩擦同定に利用する周波数成分であるモータ位置周波数成分を出力するモータ位置周波数成分分離器と、
前記モータ位置周波数成分を入力しその入力信号振幅であるモータ位置振幅を算出し出力するモータ位置振幅演算器と、
前記トルク指令モータ速度符号乗算値平均値と前記モータ位置振幅を入力し前記粘性摩擦同定値を算出し出力する粘性摩擦演算器と、を備えることを特徴とする請求項1記載の粘性摩擦同定装置を備えたモータ制御装置。
The viscous friction identification device is a torque command frequency component separator that inputs the torque command and outputs a torque command frequency component that is a frequency component used for viscous friction identification among frequency components included in the input signal;
A motor speed code calculator for inputting the motor speed and outputting a motor speed code which is a sign of the input signal;
A torque command motor speed code multiplication value calculator that inputs the torque command frequency component and the motor speed code, calculates and outputs a torque command motor speed code multiplication value that is a multiplication value of the input signal;
Torque command motor speed code multiplication value average value calculator that inputs the torque command motor speed code multiplication value and calculates and outputs a torque command motor speed code multiplication value average value that is an average value for one period for each frequency component of the input signal. When,
A motor position frequency component separator that inputs the motor position and outputs a motor position frequency component that is a frequency component used for viscous friction identification among frequency components included in the input signal;
A motor position amplitude calculator that inputs the motor position frequency component and calculates and outputs a motor position amplitude that is an input signal amplitude thereof;
The viscous friction identification device according to claim 1, further comprising: a viscous friction calculator that inputs the torque command motor speed code multiplication average value and the motor position amplitude, calculates and outputs the viscous friction identification value. A motor control device comprising:
前記入力指令の振幅が、回転型モータの数百分の一回転程度相当の微小振幅であることを特徴とする請求項1記載の粘性摩擦同定装置を備えたモータ制御装置。   2. The motor control device having a viscous friction identification device according to claim 1, wherein the amplitude of the input command is a minute amplitude corresponding to about one hundredth of a rotation of a rotary motor.
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