JP2020194375A - Servo system parameter identification method - Google Patents

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Abstract

To provide a method for identifying various parameters in a short time without using a special operation or a large capacity memory.SOLUTION: In the method for identifying an inertia moment or the like based on time-series data of four signals (motor acceleration, motor speed, sign of motor speed, and torque) when predetermined conditions are met, the predetermined conditions are made to be a velocity absolute value greater than a first threshold value and an acceleration absolute value greater than a second threshold value, the four signals at a time ti are denoted as Xk (ti) (k=1 to 4), variables are defined as Skl=Σ[Xk (ti)×Xl (ti)] (k, l=1 to 4), which are updated when the predetermined conditions are met for |X1| and |X2| at the time ti, Skl is set to zero during a period that |X2| is equal to or less than a first threshold while the update of Skl is started when |X2| exceeds the first threshold, the update of Skl is completed when |X2| becomes the first threshold or less due to deceleration, and an inertia moment J, a viscous resistance coefficient D, and a Coulomb friction Tf are simultaneously identified as solutions of a given determinant.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、モータ及びその負荷を含む制御対象の運動を制御するサーボシステムにおいて、制御対象の慣性モーメント、粘性抵抗係数、クーロン摩擦からなるメカニカルパラメータを同定する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for identifying a mechanical parameter including a moment of inertia, a viscous drag coefficient, and Coulomb friction of a controlled object in a servo system that controls the motion of the controlled object including a motor and its load.

サーボ制御では、適切な制御設定を行うために、制御対象の慣性モーメントや負荷トルク等のメカニカルパラメータを知る必要がある。特に、慣性モーメントは重要なパラメータであり、これが未知である場合には適切な制御ゲインを設定できず、位置指令や速度指令等に対して良好な追従性が得られなかったり振動的な動きになったりする場合がある。 In servo control, it is necessary to know the mechanical parameters such as the moment of inertia and load torque of the controlled object in order to make appropriate control settings. In particular, the moment of inertia is an important parameter, and if it is unknown, an appropriate control gain cannot be set, and good followability to position commands and speed commands cannot be obtained, or vibrational movements occur. It may become.

ここで、制御対象の慣性モーメントを推定する技術は、従来から種々提供されている。
例えば、特許文献1には、図10に示すように、トルク指令信号をハイパスフィルタ11により演算した信号ΔTとモータの加速度フィードバック信号をハイパスフィルタ12により演算した信号Δbと推定値記憶手段13の出力とを用いて、トルク指令信号の今回値及び前回値の差分の誤差eを求め、加速度フィードバック信号中の振動が所定の閾値以上である時は慣性モーメントの推定ゲインに0以上1未満の係数αを掛けた値を誤差eに乗算し、上記振動が閾値未満である時は推定ゲインをそのまま誤差eに乗算することにより、定常的な外乱や振動に影響されずに慣性モーメント推定値Jを逐次同定する方法が記載されている。
Here, various techniques for estimating the moment of inertia of the controlled object have been conventionally provided.
For example, in Patent Document 1, as shown in FIG. 10, a signal ΔT b in which the torque command signal is calculated by the high-pass filter 11, a signal Δb in which the acceleration feedback signal of the motor is calculated by the high-pass filter 12, and an estimated value storage means 13 are described. Using the output, the error en of the difference between the current value and the previous value of the torque command signal is obtained, and when the vibration in the acceleration feedback signal is equal to or greater than a predetermined threshold, the estimated gain of the moment of inertia is 0 or more and less than 1. the value obtained by multiplying a coefficient α is multiplied to the error e n, by the time the vibration is less than the threshold for multiplying the estimated gain as the error e n, calculating the moment of inertia without being influenced by steady disturbance or vibration A method for sequentially identifying the value J n is described.

また、特許文献2に記載された、電動機駆動軸の慣性モーメント及び摩擦を同時に推定するサーボ制御装置では、図11に示すように、速度制御部21から出力されるトルク指令に正弦波状指令を重畳し、電流制御部22及びアンプ23を介しトルク定数Kを乗算して制御対象30に与える。そして、イナーシャ・摩擦推定部40では、サンプリング部41,42を介して電流フィードバック値i(n)FB及び速度フィードバック値ω(n)FBを取り込み、逆関数推定部44は、推定誤差e(n)が小さくなるようにサンプリング周期ごとに係数(推定イナーシャJ及び推定摩擦C(推定粘性摩擦及び推定クーロン摩擦))を演算する。また、逆関数モデル43は上記係数に基づき計算式を更新して推定電流値x(n)を生成し、このx(n)と前記i(n)FBとの偏差を推定誤差e(n)として逆関数推定部44に入力している。 Further, in the servo control device described in Patent Document 2 that simultaneously estimates the moment of inertia and friction of the electric motor drive shaft, as shown in FIG. 11, a sinusoidal command is superimposed on the torque command output from the speed control unit 21. Then, the torque constant K t is multiplied via the current control unit 22 and the amplifier 23 and given to the control target 30. Then, the inertia / friction estimation unit 40 takes in the current feedback value i (n) FB and the velocity feedback value ω (n) FB via the sampling units 41 and 42, and the inverse function estimation unit 44 takes in the estimation error e (n). ) Is calculated for each sampling period so that the coefficients (estimated inertia J m and estimated friction C f (estimated viscous friction and estimated Coulomb friction)) are calculated. Further, the inverse function model 43 updates the calculation formula based on the above coefficient to generate an estimated current value x (n), and estimates the deviation between this x (n) and the i (n) FB as an estimation error e (n). Is input to the inverse function estimation unit 44.

更に、特許文献3や非特許文献1には、正負対称の周期的な速度指令を与え、外乱オブザーバにより負荷トルクとして推定された値に速度や加速度等を乗じて積分することで慣性モーメント等の推定誤差を算出し、慣性モーメント、粘性抵抗係数、クーロン摩擦の推定値を更新するサーボ制御装置が記載されている。 Further, Patent Document 3 and Non-Patent Document 1 are given a periodic velocity command of positive and negative symmetry, and the value estimated as the load torque by the disturbance observer is multiplied by the velocity, acceleration, etc. and integrated to obtain the moment of inertia and the like. A servo control device that calculates the estimation error and updates the estimated values of moment of inertia, viscous resistance coefficient, and Coulomb friction is described.

図12はこのサーボ制御装置のブロック図であり、正負対称の周期的な速度指令ω、加速度指令ω’がフィードバック制御部52とフィードフォワード制御部51とにそれぞれ入力され、これらから出力されるフィードバック信号UFB及びトルク指令τと外乱補償信号(推定外乱)dとを加減算して得たトルク指令uに相当するトルクが負荷機械53に印加される。外乱補償部54は、トルク指令u及び負荷機械53の角速度検出値ωから外乱補償信号d及び内部信号ベクトル[φ]を演算してパラメータ同定部55に出力し、パラメータ同定部55は、慣性モーメント、粘性抵抗係数、定常外乱及びクーロン摩擦の各同定値J,D,d ,T を求めてフィードフォワード制御部51、フィードバック制御部52、外乱補償部54に出力する。
図13はパラメータ同定部55を示しており、内部信号ベクトル[φ]を構成する内部信号q,q’,q及び外乱補償信号dを用いた乗算や積分を行って推定誤差δJ,δD及び定常外乱T を演算し、オブザーバモデルの慣性モーメントJ及び粘性抵抗係数Dを用いて慣性モーメント同定値J及び粘性抵抗係数同定値Dを求めると共に、T をクーロン摩擦同定値としてそのまま出力し、内部信号qと外乱補償信号dとに基づいて定常外乱同定値d を求めている。
FIG. 12 is a block diagram of this servo control device, in which positive and negative symmetric periodic speed commands ω r and acceleration commands ω r'are input to and output from the feedback control unit 52 and the feed forward control unit 51, respectively. feedback signal U FB and torque corresponding to the torque command tau r and the disturbance compensation signal (estimated disturbance) d a torque command u obtained by subtracting a is applied to the load machine 53 that. Disturbance compensation module 54 outputs from the angular velocity detection value ω of the torque command u and the load machine 53 to the disturbance compensation signal d a and the internal signal vector [phi] a and calculates parameter identification unit 55, parameter identification unit 55, inertia moment, the viscous resistance coefficient, steady disturbance and the identified values of the Coulomb friction J *, D *, d c *, the feedforward control unit 51 obtains a T c *, the feedback control unit 52, and outputs the disturbance compensation module 54.
Figure 13 shows the parameter identification unit 55, an estimation error δJ performing multiplication and integration with internal signals q 1, q 1 ', q 2 and the disturbance compensation signal d a that constitute the internal signal vector [phi] * , δD * and steady disturbance T c * are calculated, and the moment of inertia J a and the viscous resistance coefficient D a of the observer model are used to obtain the moment of inertia identification value J * and the viscous resistance coefficient identification value D * , and T c. * Is output as it is as the Coulomb friction identification value, and the steady disturbance identification value d c * is obtained based on the internal signal q 0 and the disturbance compensation signal da a .

特許第3796261号公報([0008],[0024]、図6等)Japanese Patent No. 3796261 ([0008], [0024], FIG. 6, etc.) 特許第4813618号公報([0033]〜[0057]、図2〜図7等)Japanese Patent No. 4813318 ([0033] to [0057], FIGS. 2 to 7, etc.) 特開平6−309008号公報([0007]〜[0040]、図1〜図4等)Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-309008 ([0007] to [0040], FIGS. 1 to 4, etc.)

粟屋伊智郎他、「クーロン摩擦が作用する機械運動系のパラメータ同定法」、日本機械学会論文集(C編)、59巻567号(1993−11)、論文No.93−0155Ichiro Awaya et al., "Methods for identifying parameters of mechanical motion systems on which Coulomb friction acts", JSME Proceedings (C), Vol. 59, No. 567 (1993-11), No. 93-0155

前記特許文献1,2を始めとする多くの従来技術では、制御装置内のメモリ容量を節約可能な逐次最小二乗法等を使ったオンライン同定方法が採用されている。これらのオンライン同定方法では、原理上は、無限に長い過去からのデータを反映して逐次同定することもでき、メモリの節約だけでなくノイズに対しても堅牢な同定が可能であるという利点がある。 In many conventional techniques such as Patent Documents 1 and 2, an online identification method using a sequential least squares method or the like that can save the memory capacity in the control device is adopted. In principle, these online identification methods have the advantage that data from an infinitely long past can be reflected and sequentially identified, which not only saves memory but also enables robust identification against noise. is there.

一方、サーボシステムでは、時として、機械系パラメータが急変する事態も起こり得る。例えば、一軸ステージに様々な負荷を載せて搬送する場合、負荷によってサーボシステムとしての慣性モーメントも変化するが、慣性モーメントの推定値が新たな真値に収束するまでは過去の推定値の影響を受けるため時間がかかる。このような問題に対しては、例えば忘却係数付きの逐次最小二乗法等を用いることで過去の推定値の影響を軽減することができるが、ノイズに対する堅牢性とのトレードオフとなるため、慣性モーメントの最適値を選択するのは容易ではない。 On the other hand, in the servo system, sometimes the mechanical parameters may change suddenly. For example, when various loads are loaded on a uniaxial stage and transported, the moment of inertia of the servo system changes depending on the load, but the influence of the past estimated value is affected until the estimated value of the moment of inertia converges to a new true value. It takes time to receive it. For such problems, the influence of past estimates can be reduced by using, for example, the sequential least squares method with a forgetting coefficient, but since it is a trade-off with robustness against noise, inertia Choosing the optimum value for the moment is not easy.

また、特許文献3や非特許文献1に記載された方法によれば、周期信号である速度指令の周期を適切に選ぶことで、短時間で各パラメータを同定することができる。しかし、同定のために、システムに対して周期的な速度指令を与えることが必須であり、上述した一軸ステージの例のような場合には、通常運転を行う中でパラメータを同定することはできない。
また、同じ機械を同じ条件で運転する場合において、通常、摩擦トルクや粘性抵抗係数は大きく変化することはないが、機械に異常が生じた場合に、著しい異常が生じる前兆として摩擦トルク等が大きく変化して見える場合がある。この種の変化を正確にとらえることができれば事故予防等に適用可能であるが、同じ機械を同じ条件で運転する目的の装置に対して日常的に各種パラメータを監視する目的の特殊運転を加えることは、可能であれば回避したいという要請がある。
Further, according to the methods described in Patent Document 3 and Non-Patent Document 1, each parameter can be identified in a short time by appropriately selecting the cycle of the speed command which is a periodic signal. However, for identification, it is essential to give a periodic speed command to the system, and in the case of the above-mentioned uniaxial stage example, it is not possible to identify the parameters during normal operation. ..
Further, when the same machine is operated under the same conditions, the friction torque and the viscous drag coefficient usually do not change significantly, but when an abnormality occurs in the machine, the friction torque or the like is large as a sign that a significant abnormality occurs. It may look different. If this kind of change can be accurately captured, it can be applied to accident prevention, etc., but it is necessary to add special operation for the purpose of monitoring various parameters on a daily basis to the device for which the same machine is operated under the same conditions. There is a request to avoid it if possible.

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、トルク指令に応じた電流をモータに通電してモータ及びその負荷機械を含む制御対象の運動を制御するサーボシステムにおいて、慣性モーメント等の機械系パラメータが変化する系においても、同定のための特殊な運転や大容量のメモリを必要とすることなく、短時間で慣性モーメント、粘性抵抗係数、クーロン摩擦からなる機械系パラメータを短時間で同定可能とした、サーボシステムのパラメータ同定方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to apply a current corresponding to a torque command to a motor to control the motion of a controlled object including the motor and its load machine. In a servo system, even in a system where mechanical parameters such as the moment of inertia change, from the moment of inertia, viscous resistance coefficient, and Coulomb friction in a short time without the need for special operation for identification or a large amount of memory. It is an object of the present invention to provide a method for identifying a servo system parameter, which enables the identification of a mechanical system parameter in a short time.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、トルク指令に応じた電流をモータに通電して前記モータ及びその負荷機械からなる制御対象の運動を制御するサーボシステムを対象として、
更新のための所定条件を満たしている際の、モータ加速度とモータ速度とモータ速度の符号と印加トルクとの4信号からなる時系列データに基づいて、前記制御対象の慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tを同定するサーボシステムのパラメータ同定方法において、
前記所定条件は、モータ速度の絶対値が第1閾値より大きく、かつ、モータ加速度の絶対値が第2閾値より大きいことであり、
時刻tにおける前記4信号をそれぞれX(t)(k=1〜4)と表記した時に、時刻tにおいてモータ速度及びモータ加速度が前記所定条件を満たしている場合にのみ更新する変数Skl=Σ[X(t)×X(t)](k,l=1〜4)を定義し、モータ速度の絶対値が前記第1閾値以下である間は前記変数Sklにゼロを与え、モータ速度の絶対値が前記第1閾値より大きくなった時点で前記変数Sklの更新を開始し、その後にモータが減速してモータ速度の絶対値が前記第1閾値以下になった時点で前記変数Sklの更新を完了し、後述する数式1の解として慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tを同時に同定することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is intended for a servo system that controls the motion of a controlled object including the motor and its load machine by energizing a motor with a current corresponding to a torque command.
The moment of inertia J and the viscous resistance coefficient of the controlled object are based on time-series data consisting of four signals of the motor acceleration, the motor speed, the code of the motor speed, and the applied torque when the predetermined conditions for updating are satisfied. In the method of identifying the parameters of the servo system for identifying D and the Coulomb friction T f ,
The predetermined condition is that the absolute value of the motor speed is larger than the first threshold value and the absolute value of the motor acceleration is larger than the second threshold value.
Wherein at time t i 4 signal when expressed as X k (t i) (k = 1~4) each variable motor speed and motor acceleration at time t i is updated only if it meets a predetermined condition S kl = Σ [X k ( t i) × X l (t i)] (k, l = 1~4) defines, while the absolute value of the motor speed is below the first threshold value the variable S Zero is given to kl, and when the absolute value of the motor speed becomes larger than the first threshold value, the update of the variable Skl is started, and then the motor decelerates and the absolute value of the motor speed is equal to or less than the first threshold value. At the time when the variable Skl is updated, the moment of inertia J, the viscous resistance coefficient D, and the Coulomb friction Tf are simultaneously identified as the solution of the mathematical formula 1 described later.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載したサーボシステムのパラメータ同定方法において、
前記数式Aを解いて慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tを同定した直後に、その同定結果と前記Sklと前記Sklの更新回数である積算カウント数SUM=Σ1とを用いて、後述する数式5により求めた推定誤差εが所定の閾値εmaxを上回った場合にその時の同定結果を無効とすることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the method for identifying parameters of a servo system according to claim 1.
Immediately after solving the mathematical formula A to identify the moment of inertia J, the viscous drag coefficient D, and the Coulomb friction T f , the identification result and the cumulative count number SUM = Σ1 which is the number of updates of the S kl and the S kl are used. Therefore, when the estimation error ε obtained by the equation 5 described later exceeds a predetermined threshold value ε max , the identification result at that time is invalidated.

請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載したサーボシステムのパラメータ同定方法において、
数式1の解として得られる慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tの同定結果を第1同定結果と定義し、かつ、前記第1同定結果の移動平均値を第2同定結果と定義すると共に、前記第1同定結果が有効値として更新される度に移動平均演算を実行して前記第2同定結果を更新し、この第2同定結果である慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tを制御に用いることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the method for identifying parameters of a servo system according to claim 1 or 2.
The identification results of the moment of inertia J, the viscous resistance coefficient D, and the Coulomb friction T f obtained as the solution of Equation 1 are defined as the first identification results, and the moving average value of the first identification results is defined as the second identification result. At the same time, every time the first identification result is updated as a valid value, a moving average calculation is executed to update the second identification result, and the second identification result is the moment of inertia J, the viscous resistance coefficient D, and Coulomb. It is characterized in that the friction T f is used for control.

請求項4に係る発明は、請求項3に記載したサーボシステムのパラメータ同定方法において、
前記第2同定結果を得るための移動平均点数及び移動平均値のリセットタイミングは、慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tのそれぞれについて個別に与えられることを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the method for identifying parameters of the servo system according to claim 3.
The moving average score and the reset timing of the moving average value for obtaining the second identification result are individually given for each of the moment of inertia J, the viscous drag coefficient D, and the Coulomb friction T f .

請求項5に係る発明は、請求項1または2に記載したサーボシステムのパラメータ同定方法において、
数式1の解として得られる慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tの同定結果を第1同定結果と定義し、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tについては前記第1同定結果の移動平均値として得られる第2同定結果を定義し、前記第1同定結果が有効値として更新される度に移動平均演算を実行して前記第2同定結果を更新し、前記サーボシステムの制御には前記第2の同定結果を用いると共に、
クーロン摩擦Tについては、前記第1同定結果に対して速度極性別の移動平均値としてそれぞれ得られる第3同定結果及び第4同定結果を定義し、前記第1同定結果が有効値として更新される度に、速度極性に対応する側の移動平均演算を実行して前記第3同定結果または第4同定結果を更新し、前記サーボシステムの制御には速度極性に応じて前記第3同定結果または第4同定結果を用いることを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the method for identifying parameters of a servo system according to claim 1 or 2.
The identification results of the inertial moment J, the viscous resistance coefficient D, and the Coulomb friction T f obtained as the solution of Equation 1 are defined as the first identification results, and the viscous resistance coefficient D and the Coulomb friction T f are transferred from the first identification result. The second identification result obtained as an average value is defined, and every time the first identification result is updated as a valid value, a moving average calculation is executed to update the second identification result, and the control of the servo system is performed. Using the second identification result,
For the Coulomb friction T f , the third identification result and the fourth identification result obtained as moving average values for each velocity polarity are defined with respect to the first identification result, and the first identification result is updated as a valid value. Each time, the moving average calculation on the side corresponding to the velocity polarity is executed to update the third identification result or the fourth identification result, and the control of the servo system is performed by the third identification result or the third identification result according to the velocity polarity. It is characterized by using the fourth identification result.

請求項6に係る発明は、請求項5に記載したサーボシステムのパラメータ同定方法において、
前記第3同定結果または第4同定結果を得るための移動平均点数及び移動平均値のリセットタイミングは、慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tのそれぞれについて個別に与えられることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is the method for identifying parameters of the servo system according to claim 5.
The moving average score and the reset timing of the moving average value for obtaining the third identification result or the fourth identification result are individually given for each of the moment of inertia J, the viscous drag coefficient D, and the Coulomb friction T f. To do.

請求項7に係る発明は、請求項1〜6の何れか1項に記載したサーボシステムのパラメータ同定方法において、
加減速運転を行う毎に慣性モーメントが変化するサーボシステムでは、前回までの運転により推定した粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tを適用し、モータの印加トルクから粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tを減じた値とモータ加速度とに基づいて慣性モーメントの暫定推定値をモータ加速中に求め、モータの減速過程においてモータの速度絶対値が前記第1閾値以下になって慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tの各真値が得られるまで、前記暫定推定値を前記サーボシステムの制御に用いることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is the method for identifying parameters of a servo system according to any one of claims 1 to 6.
The servo system moment of inertia changes every performing acceleration and deceleration operation, applies the viscous resistance coefficient D and Coulomb friction T f estimated by the operation up to the previous, the viscous resistance coefficient from applying the torque of the motor D and Coulomb friction T f A provisional estimated value of the moment of inertia is obtained during motor acceleration based on the value obtained by subtracting the value and the motor acceleration, and the absolute speed of the motor becomes equal to or less than the first threshold value during the deceleration process of the motor. It is characterized in that the provisional estimated value is used for controlling the servo system until the true values of D and the Coulomb friction T f are obtained.

請求項8に係る発明は、請求項1〜7の何れか1項に記載したサーボシステムのパラメータ同定方法において、前記変数Sklの演算に浮動小数点演算を用いることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is characterized in that, in the method for identifying a parameter of a servo system according to any one of claims 1 to 7, a floating point arithmetic operation is used for the operation of the variable Skl .

本発明によれば、トルク指令に応じた電流をモータに通電してモータ及びその負荷機械からなる制御対象の運動を制御するサーボシステムにおいて、慣性モーメント等が変化する系においても、同定のための特殊な運転や大容量のメモリを必要とすることなく、短時間で慣性モーメント、粘性抵抗係数及びクーロン摩擦からなる機械系パラメータを同定することができる。 According to the present invention, in a servo system that controls the motion of a controlled object composed of a motor and its load machine by energizing a motor with a current corresponding to a torque command, even in a system in which the moment of inertia changes, it is possible to identify the motor. Mechanical parameters consisting of moment of inertia, viscous resistance coefficient and Coulomb friction can be identified in a short time without the need for special operation or large capacity memory.

本発明の実施形態が適用されるサーボシステムのブロック図である。It is a block diagram of the servo system to which embodiment of this invention is applied. 本発明に係るパラメータ同定方法の第1実施例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows 1st Example of the parameter identification method which concerns on this invention. 本発明に係るパラメータ同定方法の第2実施例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 2nd Example of the parameter identification method which concerns on this invention. 本発明に係るパラメータ同定方法の第3実施例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 3rd Example of the parameter identification method which concerns on this invention. 図4のステップS410による移動平均処理の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the moving average processing by step S410 of FIG. 本発明に係るパラメータ同定方法の第4実施例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows 4th Example of the parameter identification method which concerns on this invention. 本発明に係るパラメータ同定方法の第5実施例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows 5th Example of the parameter identification method which concerns on this invention. 本発明に係るパラメータ同定方法の第6実施例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows 6th Example of the parameter identification method which concerns on this invention. 本発明に係るパラメータ同定方法の第7実施例を説明するためのモータ速度及びトルクのタイミングチャートである。It is a timing chart of the motor speed and torque for demonstrating the 7th Example of the parameter identification method which concerns on this invention. 特許文献1に記載された慣性モーメント推定装置の主要部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the main part of the moment of inertia estimation apparatus described in Patent Document 1. 特許文献2に記載された電動機制御装置の主要部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the main part of the electric motor control device described in Patent Document 2. 特許文献3に記載されたサーボ制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the servo control device described in Patent Document 3. 図12におけるパラメータ同定部の構成図である。It is a block diagram of the parameter identification part in FIG.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、この実施形態に係る機械系パラメータ同定方法が適用されるサーボシステムのブロック図である。このサーボシステムは、モータ及び負荷機械からなる制御対象100の運動を制御するシステムであって、前記モータを駆動するために、速度指令v及びモータ速度vに基づいて速度制御器101からインバータ等の電流源102にトルク指令τを与え、このトルク指令τに応じた電流Iをモータに通電するシステムであり、モータによる印加トルクτ(=KτI)と共にモータ速度v及び加速度aを取得可能なシステムであるものとする。なお、図1において、103は減算手段、104は伝達関数(1/Js)によって表される制御対象100のモデル、105は近似摩擦特性を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a servo system to which the mechanical parameter identification method according to this embodiment is applied. This servo system is a system that controls the motion of a controlled object 100 composed of a motor and a load machine, and in order to drive the motor, an inverter or the like is supplied from the speed controller 101 based on a speed command v * and a motor speed v. current source 102 provides a torque command tau * to a system for supplying a current I in accordance with the torque command tau * to the motor, the motor speed v and the acceleration a with applied by the motor torque τ (= K τ I) It shall be an acquireable system. In FIG. 1, 103 is a subtraction means, 104 is a model of a controlled object 100 represented by a transfer function (1 / Js), and 105 is an approximate friction characteristic.

ここで、モータの加速度aは速度vの数値微分によって得ても良いし、モータ速度vはモータの回転子位置の数値微分によって得ても良い。また、モータによる印加トルクτは、トルク指令τから求めても良いし、モータに通電する電流Iの検出値から求めても良い。
更に、負荷トルクは、モータのゼロ速度近傍を除いて、モータ速度vに対してDv+Tsign(v)という形で近似可能であることを想定している。なお、sign(v)はモータ速度vの符号である。
上記の負荷トルク(Dv+Tsign(v))において、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tは、モータ及び負荷機械からなる制御対象の全慣性モーメント(以下、単に慣性モーメントという)Jと共に未知のパラメータであり、本発明による同定対象の機械系パラメータであるものとする。
Here, the acceleration a of the motor may be obtained by the numerical differentiation of the speed v, or the motor speed v may be obtained by the numerical differentiation of the rotor position of the motor. Further, the torque applied by the motor τ may be obtained from the torque command τ * or may be obtained from the detected value of the current I energizing the motor.
Further, it is assumed that the load torque can be approximated to the motor speed v in the form of Dv + T f sign (v) except near the zero speed of the motor. In addition, sign (v) is a code of motor speed v.
In the above load torque (Dv + T f sign (v)), the viscous drag coefficient D and the Coulomb friction T f are unknown parameters together with the total moment of inertia (hereinafter, simply referred to as the moment of inertia) J of the controlled object including the motor and the load machine. It is assumed that it is a mechanical parameter to be identified according to the present invention.

次に、図2は本発明に係るパラメータ同定方法の第1実施例を示すフローチャートである。
この図2以降のフローチャートは、モータ速度vやモータ加速度a等の各データが更新される度に実行しても良いし、データ更新周期の整数倍の周期により実行しても良い。また、各フローチャートにおいて、「計測中」とは、パラメータ同定に関する計測を行っていることを示している。
更に、各フローチャートでは、サンプリング時刻tにおけるモータ加速度a、モータ速度v、モータ速度符号sign(v)、印加トルクτからなる4つの信号X(t)(k=1〜4)を、それぞれX,X,X,Xと表記することとする。前述したごとく、モータ加速度Xはモータ速度Xの数値微分により求めた値でも良く、また、モータ速度Xはモータの回転子位置の数値微分により求めた値でも良い。
Next, FIG. 2 is a flowchart showing a first embodiment of the parameter identification method according to the present invention.
The flowcharts shown in FIGS. 2 and 2 may be executed each time each data such as the motor speed v and the motor acceleration a is updated, or may be executed in an integer multiple of the data update cycle. Further, in each flowchart, "measuring" indicates that measurement related to parameter identification is being performed.
Furthermore, the respective flowcharts, the motor acceleration a at the sampling time t i, the motor speed v, the motor speed code sign (v), 4 two signals X k (t i) consisting of applying torque τ (k = 1~4), They will be referred to as X 1 , X 2 , X 3 , and X 4 , respectively. As described above, the motor acceleration X 1 may be a value obtained by numerical differentiation of motor speed X 2, also the motor speed X 2 may be a value obtained by numerical differentiation of the rotor position of the motor.

図2において、まず、計測中であって(S201Yes)、モータ速度絶対値|X|が第1閾値としてのvminより大きい場合(S202Yes)、または、計測中でなく(S201No)、モータ速度絶対値|X|が第1閾値のvminより大きく計測中のフラグをonにした場合(S205Yes,S206)、ステップS203に移行する。なお、ステップS202において|X|≦vminである場合(S202No)には、計測完了と判断して計測中のフラグをoffにしてから(S208)、ステップS209に進み、また、ステップS205において|X|≦vminである場合(S205No)には、後述する変数Sklを0にして(S207)、同定用定期処理を終了する。 In FIG. 2, first, when the motor speed is being measured (S201Yes) and the absolute motor speed | X 2 | is larger than v min as the first threshold value (S202Yes), or when the motor speed is not being measured (S201No), the motor speed When the absolute value | X 2 | is larger than the first threshold value of v min and the flag being measured is turned on (S205Yes, S206), the process proceeds to step S203. When | X 2 | ≦ v min in step S202 (S202No), it is determined that the measurement is completed and the flag being measured is turned off (S208), and then the process proceeds to step S209, and in step S205. | X 2 | a ≦ v if a min (S205No) is a variable S kl to be described later to 0 (S207), and ends the identifying periodic process.

ステップS203では、モータ加速度絶対値|X|を第2閾値としてのaminと比較し、|X|>aminの場合(S203Yes)にのみ、同定に関わる変数SklをSkl←Skl+Xにより更新し(S204)、|X|≦aminになったら同定用定期処理を終了する(S203No)。ここで、添字k=1〜4,l=1〜4である。 In step S203, the absolute value of motor acceleration | X 1 | is compared with a min as the second threshold value, and only in the case of | X 1 |> a min (S203 Yes), the variable S kl related to identification is S kl ← S. It is updated by kl + X k X l (S204), and when | X 1 | ≦ a min , the periodic identification process is terminated (S203 No). Here, the subscripts k = 1 to 4, l = 1 to 4.

また、計測中にモータが減速していき、|X|≦vminになって計測が完了した場合には(S202No,S208)、その時点でSkl←Skl+Xの演算、言い換えればSkl=ΣXの演算が完了していると判断し、上記の変数(行列要素)Sklを用いて、慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tを下記の数式1(特許請求の範囲における数式Aと同一)の解として求める。

Figure 2020194375
Further, when the motor decelerates during the measurement and the measurement is completed when | X 2 | ≤ v min (S202No, S208), the calculation of S kl ← S kl + X k X l at that time, determines that calculates completion of S kl = ΣX k X l in other words, using the above variables (matrix elements) S kl, equation moment of inertia J, the viscosity resistance coefficient D and Coulomb friction T f below It is obtained as the solution of 1 (same as formula A in the scope of patent claim).
Figure 2020194375

以下、上述した数式1の演算について説明する。
仮に、J,D,Tが全て真値であってモデル化誤差もない場合、トルクτはモータの加速度a及び速度vを用いて数式2のように表される。

Figure 2020194375

従って、数式2によりモデル化した場合の二乗誤差fは、数式3となる。
Figure 2020194375
Hereinafter, the calculation of the above-mentioned formula 1 will be described.
If J, D, and T f are all true values and there is no modeling error, the torque τ is expressed as in Equation 2 using the acceleration a and velocity v of the motor.
Figure 2020194375

Therefore, the square error f when modeled by the mathematical formula 2 is the mathematical formula 3.
Figure 2020194375

数式3における二乗誤差fをJ,D,Tにより偏微分した値をそれぞれ0とすると、数式4が得られる。

Figure 2020194375
If the squared error f in Equation 3 is partially differentiated by J, D, and T f , and the values are set to 0, Equation 4 is obtained.
Figure 2020194375

ここで、S11=Σa等を用いて数式4を変形すると、数式1が得られる。つまり、数式1の計算は、原理的にはオフラインの最小二乗法と同じである。ただし、オフライン最小二乗法の終段で必要となる行列要素の演算を運転中に行っているため、時系列データのメモリを確保する必要がない。また、変数Sklの行列要素を演算する際に、ステップS202により、負荷トルクが速度vに対して明らかに非線形となる極低速領域を除外していることに加えて、ステップS203により、慣性推定の妨げとなる低加速度についても除外しているため、慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tを高精度に同定することができる。
同定時の運転パターンを指定しない場合、計測完了時におけるデータの点数や変数Sklの値のオーダーを事前に予測することはできないが、変数Sklに関して浮動小数点演算を採用することで、オーバーフロー等のリスクを回避することができる。
Here, when the mathematical formula 4 is transformed by using S 11 = Σa 2, etc., the mathematical formula 1 is obtained. That is, the calculation of Equation 1 is in principle the same as the offline least squares method. However, since the matrix element calculation required at the final stage of the offline least squares method is performed during operation, it is not necessary to secure the memory of the time series data. Further, when calculating the matrix element of the variable Skl , in addition to excluding the extremely low speed region in which the load torque is clearly non-linear with respect to the velocity v by step S202, the inertia estimation is performed by step S203. Since the low acceleration that hinders the above is also excluded, the moment of inertia J, the viscous drag coefficient D, and the Coulomb friction T f can be identified with high accuracy.
If the operation pattern at the time of identification is not specified, it is not possible to predict in advance the score of the data and the order of the value of the variable Skl when the measurement is completed, but by adopting the floating point operation for the variable Skl , overflow etc. Risk can be avoided.

次に、図3は本発明に係るパラメータ同定方法の第2実施例を示すフローチャートである。
この第2実施例では、第1実施例における各ステップに加えて、ステップS304により、行列要素Sklと共にSklの更新回数である積算カウント数としてSUM←SUM+1、すなわちSUM=Σ1を得ておく。そして、Sklの更新を完了した時点で数式1によりJ,D,Tを算出し(S308,S309)、その後に、数式5(特許請求の範囲における数式Bと同一)によって表される推定誤差εを計算し(S310)、この推定誤差εが閾値εmaxより大きい場合にはその時に得たJ,D,Tを破棄し(S311Yes,S312)、推定誤差εが閾値εmax以下である場合にのみ、J,D,Tを同定結果として採用する(S311No,S313)。

Figure 2020194375

なお、図3におけるステップS301〜S303,S305〜S309は、図2に示した第1実施例のステップS201〜S203,S205〜S209にそれぞれ相当している。 Next, FIG. 3 is a flowchart showing a second embodiment of the parameter identification method according to the present invention.
In the second embodiment, in addition to the steps in the first embodiment, in step S304, previously obtained the S SUM ← SUM + 1 as the integrated count number is a number of updates of kl, i.e. SUM = .SIGMA.1 with matrix elements S kl .. Then, when the update of Skl is completed, J, D, and T f are calculated by the formula 1 (S308, S309), and then the estimation expressed by the formula 5 (the same as the formula B in the scope of the patent claim). The error ε is calculated (S310), and if this estimated error ε is larger than the threshold ε max , the J, D, T f obtained at that time is discarded (S311Yes, S312), and the estimated error ε is equal to or less than the threshold ε max . Only in certain cases, J, D, T f are adopted as the identification result (S311No, S313).
Figure 2020194375

Note that steps S301 to S303 and S305 to S309 in FIG. 3 correspond to steps S201 to S203 and S205 to S209 of the first embodiment shown in FIG. 2, respectively.

この第2実施例において、ステップS311〜S313による処理を追加した意義は次のとおりである。
実際のトルクτに対して、数式2によりモデル化した場合の1点あたりの二乗誤差f’は数式6のように表される。

Figure 2020194375
In this second embodiment, the significance of adding the processing according to steps S311 to S313 is as follows.
For the actual torque τ, the square error f'per point when modeled by the mathematical formula 2 is expressed by the mathematical formula 6.
Figure 2020194375

すなわち、前述の数式5に示した推定誤差εは、同定演算に使ったデータの1点あたりの二乗誤差を表している。例えば、モータ速度vが第1閾値vminをわずかに超えてから直ちに減速して第1閾値vmin以下になった場合、形式的に数式1を演算してもパラメータを正しく同定することができないが、その場合、1点あたりの二乗誤差f’(=ε)は大きな値となる。このため、数式5により演算した推定誤差εが所定の閾値εmaxを超えた場合には、その時の各パラメータの同定結果を無効として破棄することにより、誤った同定結果を採用することを防ぐようにしたものである。 That is, the estimation error ε shown in the above equation 5 represents the squared error per point of the data used in the identification calculation. For example, if the motor speed v slightly exceeds the first threshold value v min and then immediately decelerates to the first threshold value v min or less, the parameters cannot be correctly identified even if the formula 1 is formally calculated. However, in that case, the square error f'(= ε) per point becomes a large value. Therefore, when the estimation error ε calculated by Equation 5 exceeds the predetermined threshold value ε max , the identification result of each parameter at that time is invalidated and discarded to prevent the wrong identification result from being adopted. It is the one that was made.

次いで、図4は本発明に係るパラメータ同定方法の第3実施例を示すフローチャートである。なお、図4のステップS401〜S409は、図2に示した第1実施例のステップS201〜S209にそれぞれ相当している。
この第3実施例が第1実施例と異なる部分は、数式1により算出した値を第1同定結果とし(S409)、その移動平均値を第2同定結果として(S410)、この第2同定結果による各パラメータを制御に採用することにある。
Next, FIG. 4 is a flowchart showing a third embodiment of the parameter identification method according to the present invention. In addition, steps S401 to S409 of FIG. 4 correspond to steps S201 to S209 of the first embodiment shown in FIG. 2, respectively.
The part where this third embodiment is different from the first embodiment is that the value calculated by the mathematical formula 1 is used as the first identification result (S409) and the moving average value thereof is used as the second identification result (S410). Each parameter according to is adopted for control.

上記ステップS410による移動平均処理の具体例を、図5に基づいて説明する。
図5(a)に示すように、ステップS409による第1同定結果が入力される移動平均処理手段501では、各パラメータJ,D,Tに対して移動平均点数Nをそれぞれ設定可能であり、また、リセット指令に従って各パラメータJ,D,Tの移動平均値に対するリセットも個別に実行可能とする。例えば、ある装置を初めて駆動する場合には、全てのパラメータの移動平均値をリセットしてから起動し、また、同じ装置について慣性モーメントJだけが増減した場合には、慣性モーメントJに関する移動平均値のみをリセットすれば良い。なお、各パラメータに対する移動平均点数Nは、それぞれの同定結果のばらつきに基づいて設定すると良い。
A specific example of the moving average processing according to step S410 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5A, in the moving average processing means 501 in which the first identification result in step S409 is input, the moving average score N can be set for each of the parameters J, D, and T f . Further, the reset for the moving average value of each parameter J, D, T f can be individually executed according to the reset command. For example, when driving a certain device for the first time, the moving average values of all parameters are reset and then started, and when only the moment of inertia J increases or decreases for the same device, the moving average value for the moment of inertia J You only have to reset it. The moving average score N for each parameter may be set based on the variation in the identification results.

図5(b)は、移動平均処理手段501の具体例であり、第1同定結果の格納位置を順次移動させながらリングバッファ501aに入力し、n点のデータを算術平均手段501bに入力して第2同定結果を得る。なお、算術平均手段501bでは、新たな入力を得るごとに結果を出力し、その後、n=Nとなるまで、nを1ずつ増加させている(リセット時はn=1)。 FIG. 5B is a specific example of the moving average processing means 501, in which the storage position of the first identification result is sequentially moved and input to the ring buffer 501a, and the data of n points is input to the arithmetic averaging means 501b. Obtain the second identification result. The arithmetic mean means 501b outputs a result each time a new input is obtained, and then increases n by 1 until n = N (n = 1 at reset).

次に、図6は本発明に係るパラメータ同定方法の第4実施例を示すフローチャートである。
図6のステップS601〜S612は、図3に示した第2実施例のステップS301〜S312にそれぞれ相当し、図6のステップS613は図4に示した第3実施例のステップS410に相当している。
すなわち、この第4実施例は、数式5により求めた推定誤差εが閾値εmaxより大きい場合、その時の同定結果を無効として破棄し(S611Yes,S612)、推定誤差εが閾値εmax以下である場合の同定結果を第1同定結果として移動平均処理を行ってその移動平均値を第2同定結果として出力する(S611No,S613)ものであり、第2実施例と同様に、誤った同定結果によって制御が乱されるのを防ぐことができる。
Next, FIG. 6 is a flowchart showing a fourth embodiment of the parameter identification method according to the present invention.
Steps S601 to S612 in FIG. 6 correspond to steps S301 to S312 of the second embodiment shown in FIG. 3, and steps S613 in FIG. 6 correspond to steps S410 of the third embodiment shown in FIG. There is.
That is, in this fourth embodiment, when the estimation error ε obtained by Equation 5 is larger than the threshold value ε max , the identification result at that time is discarded as invalid (S611Yes, S612), and the estimation error ε is equal to or less than the threshold value ε max. The identification result of the case is subjected to moving average processing as the first identification result, and the moving average value is output as the second identification result (S611No, S613), and as in the second embodiment, due to an erroneous identification result. It is possible to prevent the control from being disturbed.

次いで、図7は本発明に係るパラメータ同定方法の第5実施例を示すフローチャートである。
図7のステップS701〜S709は、図4に示した第3実施例の実施例のステップS401〜S409にそれぞれ相当している。
この第5実施例が第3実施例と異なるのは、クーロン摩擦Tに関して、モータ速度vの極性、すなわちモータの回転方向に応じて個別に移動平均処理を行い、実際の制御においても回転方向に応じて移動平均値を求めることで同定したクーロン摩擦T(回転方向の正逆に応じた第3同定結果、第4同定結果)を用いる点である。一方、慣性モーメントJ及び粘性抵抗Dについては、モータ速度vの極性を考慮せずに移動平均処理を行う(図7のステップS710)。
Next, FIG. 7 is a flowchart showing a fifth embodiment of the parameter identification method according to the present invention.
Steps S701 to S709 of FIG. 7 correspond to steps S401 to S409 of the third embodiment shown in FIG. 4, respectively.
This fifth embodiment differs from the third embodiment in that the Coulomb friction T f is individually subjected to moving average processing according to the polarity of the motor speed v, that is, the rotation direction of the motor, and the rotation direction is also performed in actual control. The point is to use the Coulomb friction T f (third identification result, fourth identification result according to the forward and reverse of the rotation direction) identified by obtaining the moving average value according to the above. On the other hand, for the moment of inertia J and the viscous resistance D, the moving average process is performed without considering the polarity of the motor speed v (step S710 in FIG. 7).

この第5実施例は、負荷トルクに重力に起因するような項が加わる場合、それは回転方向によらない一定トルクと現われ、更にクーロン摩擦が加わると、見かけ上、回転方向に応じて異なったクーロン摩擦が働くように見えることに備えたものである。
本実施例のようにモータの回転方向ごとにクーロン摩擦Tを同定し、その結果を用いて回転方向に応じた摩擦補償を行うことで、サーボ制御性能の向上を図ることができる。
In this fifth embodiment, when a term caused by gravity is added to the load torque, it appears as a constant torque regardless of the rotation direction, and when Coulomb friction is further added, the Coulomb apparently differs depending on the rotation direction. This is in case the friction seems to work.
The servo control performance can be improved by identifying the Coulomb friction T f for each rotation direction of the motor as in this embodiment and performing friction compensation according to the rotation direction using the result.

次に、図8は本発明に係るパラメータ同定方法の第6実施例を示すフローチャートである。
図8のステップS801〜S812は、図6に示した第4実施例のステップS401〜S412にそれぞれ相当し、図8のステップS813は、図7に示した第5実施例のステップS710に相当している。
この第6実施例によれば、第4実施例と同様に、誤った同定結果に乱されるのを防ぐことができ、また、第5実施例と同様に、回転方向に応じた摩擦補償を可能にしてサーボ制御性能の向上を図ることができる。
Next, FIG. 8 is a flowchart showing a sixth embodiment of the parameter identification method according to the present invention.
Steps S801 to S812 of FIG. 8 correspond to steps S401 to S412 of the fourth embodiment shown in FIG. 6, and step S813 of FIG. 8 corresponds to step S710 of the fifth embodiment shown in FIG. ing.
According to the sixth embodiment, it is possible to prevent being disturbed by an erroneous identification result as in the fourth embodiment, and as in the fifth embodiment, friction compensation according to the rotation direction is performed. It is possible to improve the servo control performance.

次に、本発明に係るパラメータ同定方法の第7実施例を、図9を参照しつつ説明する。
この第7実施形態は、加減速運転を行う毎に慣性モーメントJが変わり得るサーボシステムにおいて、前回までの運転により推定した粘性抵抗係数Dとクーロン摩擦Tとを用いて、印加トルクから粘性抵抗係数Dとクーロン摩擦Tとを減じた値とモータ加速度とに基づいて、慣性モーメントJの暫定推定値をモータ加速中に求めるようにしたものである。
Next, a seventh embodiment of the parameter identification method according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the seventh embodiment, in a servo system in which the moment of inertia J can change each time the acceleration / deceleration operation is performed, the viscous resistance is obtained from the applied torque by using the viscous resistance coefficient D estimated by the previous operation and the Coulomb friction T f. A provisional estimated value of the moment of inertia J is obtained during motor acceleration based on the value obtained by subtracting the coefficient D and the Coulomb friction T f and the motor acceleration.

図9は、この実施形態におけるトルクτ及びモータ速度vのタイミングチャートである。
ここでは、モータ速度vのパターンが台形(台形加減速パターン)である場合を例示しているが、速度パターンはこの形に限らなくても良い。
この場合、慣性モーメントJの暫定推定値を求めるのとは別に、前述した方法によりモータ速度v>vminとなってからv≦vminとなるまでの期間ΔTを用いてJ,D,Tの同定も並行して行う。その上で、慣性モーメントJが確定する前にその暫定推定値を求める。
FIG. 9 is a timing chart of the torque τ and the motor speed v in this embodiment.
Here, the case where the pattern of the motor speed v is trapezoidal (trapezoidal acceleration / deceleration pattern) is illustrated, but the speed pattern is not limited to this shape.
In this case, apart from obtaining the provisional estimated value of the moment of inertia J, J, D, T are used using the period ΔT 0 from when the motor speed v> v min to when v ≦ v min by the method described above. Identification of f is also performed in parallel. Then, the provisional estimated value is obtained before the moment of inertia J is determined.

慣性モーメントJの暫定推定値の初期値は、実際の運転で考えられる慣性モーメントの典型値を与えておけば良い。この典型値が未知である場合には、例えばモータ単体の慣性モーメントであっても構わないし、慣性モーメントを変えずに運転・停止を繰り返す場合には、前回同定した慣性モーメントJを暫定推定値の初期値としても良い。 As the initial value of the provisional estimated value of the moment of inertia J, a typical value of the moment of inertia considered in actual operation may be given. When this typical value is unknown, for example, it may be the moment of inertia of a single motor, and when the operation and stop are repeated without changing the moment of inertia, the moment of inertia J identified last time is used as the provisional estimated value. It may be the initial value.

図9の時刻tから加速を始めたら、数式7により加速トルクτaccを求める。この数式7において、D,Tは、それぞれ前回までの運転により同定した粘性抵抗係数、クーロン摩擦である。

Figure 2020194375

D,Tが真値であれば、τaccは慣性×加速度に一致する。加速度aの絶対値がaminを超える期間において、慣性モーメントJの暫定推定値Jtempを、例えば数式8のように更新する(αは1未満の正数)。
Figure 2020194375
When acceleration is started at time t 0 in FIG. 9, the acceleration torque τac is obtained by the formula 7. In this mathematical formula 7, D and T f are the viscous drag coefficient and the Coulomb friction identified by the operation up to the previous time, respectively.
Figure 2020194375

If D and T f are true values, τ acc corresponds to inertia × acceleration. During the period when the absolute value of the acceleration a exceeds a min , the provisional estimated value Jtemp of the moment of inertia J is updated as in Equation 8, for example (α is a positive number less than 1).
Figure 2020194375

機械が正常動作している限り、粘性抵抗係数Dやクーロン摩擦Tは急激に変化するものではないので、時刻t以後のようにv<vminとなってD,Tと共にJが確定するまでは数式8のJtempを制御に適用すれば、慣性モーメントが大きく変化した場合でも短時間で真値に近い値に設定された慣性モーメントを用いることができる。
なお、図9において、時刻t〜tの期間ΔTは、前述したごとくパラメータ同定に関する計測を行っている「計測中」の期間であり、時刻t〜tの期間ΔT、及び、時刻t〜tの期間ΔTは、例えば図2におけるステップS202,S203がYes側に分岐して変数Sklが更新されている期間に相当する。
As long as the machine is operating normally, the viscosity resistance coefficient D and Coulomb friction T f does not change rapidly, J deterministic D, with T f becomes the v <v min as the time t 4 after Until this is done, if the J emp of Equation 8 is applied to the control, the moment of inertia set to a value close to the true value can be used in a short time even if the moment of inertia changes significantly.
In FIG. 9, the period ΔT 0 at times t 1 to t 4 is the “measuring” period during which the measurement related to parameter identification is performed as described above, and the periods ΔT 1 at times t 1 to t 2 and The period ΔT 2 at times t 3 to t 4 corresponds to, for example, the period in which steps S202 and S203 in FIG. 2 branch to the Yes side and the variable Skl is updated.

100:制御対象
101:速度制御器
102:電流源
103:減算手段
104:モデル
105:近似摩擦特性
501:移動平均処理手段
501a:リングバッファ
501b:算術平均手段
100: Controlled object 101: Speed controller 102: Current source 103: Subtracting means 104: Model 105: Approximate friction characteristic 501: Moving average processing means 501a: Ring buffer 501b: Arithmetic mean means

Claims (8)

トルク指令に応じた電流をモータに通電して前記モータ及びその負荷機械からなる制御対象の運動を制御するサーボシステムを対象として、
更新のための所定条件を満たしている際の、モータ加速度とモータ速度とモータ速度の符号と印加トルクとの4信号からなる時系列データに基づいて、前記制御対象の慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tを同定するサーボシステムのパラメータ同定方法において、
前記所定条件は、モータ速度の絶対値が第1閾値より大きく、かつ、モータ加速度の絶対値が第2閾値より大きいことであり、
時刻tにおける前記4信号をそれぞれX(t)(k=1〜4)と表記した時に、時刻tにおいてモータ速度及びモータ加速度が前記所定条件を満たしている場合にのみ更新する変数Skl=Σ[X(t)×X(t)](k,l=1〜4)を定義し、モータ速度の絶対値が前記第1閾値以下である間は前記変数Sklにゼロを与え、モータ速度の絶対値が前記第1閾値より大きくなった時点で前記変数Sklの更新を開始し、その後にモータが減速してモータ速度の絶対値が前記第1閾値以下になった時点で前記変数Sklの更新を完了し、下記の数式Aの解として慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tを同時に同定することを特徴とする、サーボシステムのパラメータ同定方法。
Figure 2020194375
Targeting a servo system that controls the motion of a controlled object consisting of the motor and its load machine by energizing the motor with a current corresponding to a torque command.
The moment of inertia J and the viscous resistance coefficient of the controlled object are based on time-series data consisting of four signals of the motor acceleration, the motor speed, the code of the motor speed, and the applied torque when the predetermined conditions for updating are satisfied. In the method of identifying the parameters of the servo system for identifying D and the Coulomb friction T f ,
The predetermined condition is that the absolute value of the motor speed is larger than the first threshold value and the absolute value of the motor acceleration is larger than the second threshold value.
Wherein at time t i 4 signal when expressed as X k (t i) (k = 1~4) each variable motor speed and motor acceleration at time t i is updated only if it meets a predetermined condition S kl = Σ [X k ( t i) × X l (t i)] (k, l = 1~4) defines, while the absolute value of the motor speed is below the first threshold value the variable S Zero is given to kl, and when the absolute value of the motor speed becomes larger than the first threshold value, the update of the variable Skl is started, and then the motor decelerates and the absolute value of the motor speed is equal to or less than the first threshold value. Parameter identification of the servo system, which is characterized in that the update of the variable Skl is completed at the time when becomes, and the inertial moment J, the viscous resistance coefficient D and the Coulomb friction T f are simultaneously identified as the solution of the following mathematical formula A. Method.
Figure 2020194375
請求項1に記載したサーボシステムのパラメータ同定方法において、
前記数式Aを解いて慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tを同定した直後に、その同定結果と前記Sklと前記Sklの更新回数である積算カウント数SUM=Σ1とを用いて、下記の数式Bにより求めた推定誤差εが所定の閾値εmaxを上回った場合にその時の同定結果を無効とすることを特徴とする、サーボシステムのパラメータ同定方法。
Figure 2020194375
In the servo system parameter identification method according to claim 1,
Immediately after solving the mathematical formula A to identify the moment of inertia J, the viscous resistance coefficient D, and the Coulomb friction T f , the identification result and the cumulative count number SUM = Σ1 which is the number of updates of the S kl and the S kl are used. A method for identifying parameters of a servo system, which invalidates the identification result at that time when the estimation error ε obtained by the following mathematical formula B exceeds a predetermined threshold value ε max .
Figure 2020194375
請求項1または2に記載したサーボシステムのパラメータ同定方法において、
前記数式Aの解として得られる慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tの同定結果を第1同定結果と定義し、かつ、前記第1同定結果の移動平均値を第2同定結果と定義すると共に、前記第1同定結果が有効値として更新される度に移動平均演算を実行して前記第2同定結果を更新し、この第2同定結果である慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tを制御に用いることを特徴とする、サーボシステムのパラメータ同定方法。
In the servo system parameter identification method according to claim 1 or 2.
The identification results of the inertial moment J, the viscous resistance coefficient D, and the Coulomb friction T f obtained as the solution of the mathematical formula A are defined as the first identification results, and the moving average value of the first identification results is defined as the second identification result. Along with the definition, every time the first identification result is updated as a valid value, a moving average calculation is executed to update the second identification result, and the inertial moment J, the viscous resistance coefficient D, and the viscosity resistance coefficient D, which are the second identification results, are updated. A method for identifying parameters of a servo system, which comprises using Coulomb friction T f for control.
請求項3に記載したサーボシステムのパラメータ同定方法において、
前記第2同定結果を得るための移動平均点数及び移動平均値のリセットタイミングは、慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tのそれぞれについて個別に与えられることを特徴とする、サーボシステムのパラメータ同定方法。
In the servo system parameter identification method according to claim 3,
The moving average score and the reset timing of the moving average value for obtaining the second identification result are individually given for each of the moment of inertia J, the viscous drag coefficient D, and the Coulomb friction T f . Parameter identification method.
請求項1または2に記載したサーボシステムのパラメータ同定方法において、
前記数式Aの解として得られる慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tの同定結果を第1同定結果と定義し、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tについては前記第1同定結果の移動平均値として得られる第2同定結果を定義し、前記第1同定結果が有効値として更新される度に移動平均演算を実行して前記第2同定結果を更新し、前記サーボシステムの制御には前記第2の同定結果を用いると共に、
クーロン摩擦Tについては、前記第1同定結果に対して速度極性別の移動平均値としてそれぞれ得られる第3同定結果及び第4同定結果を定義し、前記第1同定結果が有効値として更新される度に、速度極性に対応する側の移動平均演算を実行して前記第3同定結果または第4同定結果を更新し、前記サーボシステムの制御には速度極性に応じて前記第3同定結果または第4同定結果を用いることを特徴とする、サーボシステムのパラメータ同定方法。
In the servo system parameter identification method according to claim 1 or 2.
The identification results of the moment of inertia J, the viscous resistance coefficient D, and the Coulomb friction T f obtained as the solution of the mathematical formula A are defined as the first identification results, and the viscous resistance coefficient D and the Coulomb friction T f are the first identification results. A second identification result obtained as a moving average value is defined, and every time the first identification result is updated as a valid value, a moving average calculation is executed to update the second identification result to control the servo system. Uses the second identification result and
For the Coulomb friction T f , the third identification result and the fourth identification result obtained as moving average values for each velocity polarity are defined with respect to the first identification result, and the first identification result is updated as a valid value. Each time, the moving average calculation on the side corresponding to the velocity polarity is executed to update the third identification result or the fourth identification result, and the control of the servo system is performed by the third identification result or the third identification result according to the velocity polarity. A method for identifying parameters of a servo system, which comprises using the fourth identification result.
請求項5に記載したサーボシステムのパラメータ同定方法において、
前記第3同定結果または第4同定結果を得るための移動平均点数及び移動平均値のリセットタイミングは、慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tのそれぞれについて個別に与えられることを特徴とする、サーボシステムのパラメータ同定方法。
In the servo system parameter identification method according to claim 5,
The moving average score and the reset timing of the moving average value for obtaining the third identification result or the fourth identification result are individually given for each of the moment of inertia J, the viscous drag coefficient D, and the Coulomb friction T f. How to identify the parameters of the servo system.
請求項1〜6の何れか1項に記載したサーボシステムのパラメータ同定方法において、
加減速運転を行う毎に慣性モーメントが変化するサーボシステムでは、前回までの運転により推定した粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tを適用し、モータの印加トルクから粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tを減じた値とモータ加速度とに基づいて慣性モーメントの暫定推定値をモータ加速中に求め、モータの減速過程においてモータの速度絶対値が前記第1閾値以下になって慣性モーメントJ、粘性抵抗係数D及びクーロン摩擦Tの各真値が得られるまで、前記暫定推定値を前記サーボシステムの制御に用いることを特徴とする、サーボシステムのパラメータ同定方法。
In the servo system parameter identification method according to any one of claims 1 to 6.
The servo system moment of inertia changes every performing acceleration and deceleration operation, applies the viscous resistance coefficient D and Coulomb friction T f estimated by the operation up to the previous, the viscous resistance coefficient from applying the torque of the motor D and Coulomb friction T f A provisional estimated value of the moment of inertia is obtained during motor acceleration based on the value obtained by subtracting the value obtained by subtracting the above and the motor acceleration. A method for identifying parameters of a servo system, which comprises using the provisional estimated values for controlling the servo system until the true values of D and Coulomb friction T f are obtained.
請求項1〜7の何れか1項に記載したサーボシステムのパラメータ同定方法において、
前記変数Sklの演算に浮動小数点演算を用いることを特徴とする、サーボシステムのパラメータ同定方法。
In the servo system parameter identification method according to any one of claims 1 to 7.
A method for identifying parameters of a servo system, which comprises using a floating-point arithmetic for the arithmetic of the variable Skl .
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