JP2023108526A - Characteristic value estimation device and characteristic value estimation method - Google Patents

Characteristic value estimation device and characteristic value estimation method Download PDF

Info

Publication number
JP2023108526A
JP2023108526A JP2022009690A JP2022009690A JP2023108526A JP 2023108526 A JP2023108526 A JP 2023108526A JP 2022009690 A JP2022009690 A JP 2022009690A JP 2022009690 A JP2022009690 A JP 2022009690A JP 2023108526 A JP2023108526 A JP 2023108526A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
characteristic value
value
feature value
evaluation function
controlled object
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022009690A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
陽二 増井
Yoji Masui
伸昌 後
Nobumasa Ushiro
直樹 内山
Naoki Uchiyama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyohashi University of Technology NUC
Sinfonia Technology Co Ltd
Original Assignee
Toyohashi University of Technology NUC
Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyohashi University of Technology NUC, Sinfonia Technology Co Ltd filed Critical Toyohashi University of Technology NUC
Priority to JP2022009690A priority Critical patent/JP2023108526A/en
Publication of JP2023108526A publication Critical patent/JP2023108526A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Abstract

To provide a characteristic value estimation device and a characteristic value estimation method capable of easily estimating a characteristic value of a control object.SOLUTION: A characteristic value estimation device 1 estimates a characteristic value of a control object W. The characteristic value estimation device 1 includes: a first characteristic value acquisition unit 11 which determines a first characteristic value of the control object W from a frequency characteristic of the control object W; a second characteristic value calculation unit 13 which calculates a second characteristic value of the control object W by using a state equation containing a variable which influences the first characteristic value, and changing the variable in a search region; an optimization processing unit 14 which obtains an optimum solution, in the search region, of an evaluation function being a relational expression of the first characteristic value and the second characteristic value by changing the second characteristic value calculated by the second characteristic value calculation unit 13 while changing the variable in the search region; and an estimation unit 15 which estimates the variable when the optimum solution is obtained by the optimization processing unit 14 as the characteristic value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、制御対象の特性値を推定する特性値推定装置及び特性値推定方法に関する。 The present invention relates to a characteristic value estimation device and a characteristic value estimation method for estimating characteristic values of a controlled object.

モータ(ダイナモ、動力計)から供試体(駆動モータ、エンジン、トランスミッション等の動力系)に負荷を与えて、供試体の評価試験を行う自動車試験装置において、モータ、モータの負荷となる供試体及びトルク検出器などが軸結合される動力伝達系では、各々の結合軸に生じるねじり振動が問題となっている。その解決手法の一つとして、外乱オブザーバなどを、前記自動車試験装置に適用することが考えられている。 Motors (dynamos, dynamometers) apply loads to specimens (drive motors, engines, transmissions, and other power systems) in automobile testing equipment that performs evaluation tests on specimens. In a power transmission system in which a torque detector or the like is axially coupled, torsional vibration generated in each coupling shaft is a problem. As one of the solutions, it is considered to apply a disturbance observer or the like to the automobile test equipment.

また、制御対象の課題解決を模索する手法として、シミュレーションを用いて制御対象を解析する方法が知られている。このような手法の場合には、前記制御対象の特性値を、シミュレーションに反映させる必要がある。 Also, as a method for seeking solutions to problems of controlled objects, a method of analyzing controlled objects using simulation is known. In the case of such a method, it is necessary to reflect the characteristic values of the controlled object in the simulation.

上述のいずれの場合でも、制御対象の特性値を推定する必要がある。このように、制御の分野では、制御対象の特性値を推定することが求められている。このような制御対象の特性値の推定方法として、例えば特許文献1に開示されるパラメータ同定装置が知られている。 In any of the above cases, it is necessary to estimate the characteristic value of the controlled object. In this way, in the field of control, there is a demand for estimating characteristic values of controlled objects. As a method for estimating the characteristic value of such a controlled object, for example, a parameter identification device disclosed in Patent Document 1 is known.

前記特許文献1のパラメータ同定装置では、2慣性系モデルのモデルパラメータを同定する。詳しくは、前記パラメータ同定装置は、モータに対するトルク指令と、前記モータの角度及び角速度の実測値と、負荷の角度及び角速度の実測値と、に基づいて複数の位相面図を生成し、該位相面図に基づいて、前記モータの慣性、粘性、摩擦、前記負荷の慣性、粘性、摩擦、前記モータと前記負荷とを連結する連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅を示すモデルパラメータを同定する。 The parameter identification device of Patent Document 1 identifies model parameters of a two-inertia system model. Specifically, the parameter identification device generates a plurality of phase plane diagrams based on a torque command for a motor, measured values of the angle and angular velocity of the motor, and measured values of the angle and angular velocity of the load, and Model parameters representing the inertia, viscosity, and friction of the motor, the inertia, viscosity, and friction of the load, the rigidity of the connecting member that connects the motor and the load, and the width of the dead band of the connecting member, based on the plan view. identify.

また、制御対象の特性値を推定する方法として、演算プログラムを用いて時系列データにフィッティングする数式等を求めることにより、特性値を推定する方法もある。 Moreover, as a method of estimating the characteristic value of the controlled object, there is also a method of estimating the characteristic value by obtaining a numerical formula for fitting to the time-series data using a calculation program.

特許第6756653号公報Japanese Patent No. 6756653

ところで、前記特許文献1のパラメータ同定装置では、2慣性系モデルを対象としているとともに、モータ及び負荷のそれぞれの角速度を実測する必要がある。そのため、前記特許文献1のパラメータ同定装置を用いて、多慣性系の場合でも制御対象の特性値を推定できるようにしようとすると、前記パラメータ同定装置のアルゴリズムを大幅に変更する必要があるとともに、前記角速度を実測するためのセンサが多数必要になる。 By the way, the parameter identification device of Patent Document 1 is intended for a two-inertia system model, and it is necessary to actually measure the angular velocities of the motor and the load. Therefore, if the parameter identification device of Patent Document 1 is used to estimate the characteristic values of the controlled object even in the case of a multi-inertia system, it is necessary to significantly change the algorithm of the parameter identification device. A large number of sensors are required to actually measure the angular velocity.

また、時系列データにフィッティングする数式等を求めて特性値を推定する手法も、演算に時間を要するとともに、時系列データに数式等を精度良くフィッティングさせることができる特性値を容易に推定することは難しい。 In addition, the method of estimating characteristic values by finding mathematical formulas that fit time series data also requires time for calculation, and it is difficult to easily estimate characteristic values that can accurately fit mathematical formulas to time series data. is difficult.

本発明の目的は、制御対象の特性値を容易に推定可能な特性値推定装置及び特性値推定方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a characteristic value estimating device and a characteristic value estimating method that can easily estimate characteristic values of a controlled object.

本発明の一実施形態に係る特性値推定装置は、制御対象の特性値を推定する装置である。この特性値推定装置は、前記制御対象の周波数特性から、所定の周波数における前記制御対象の第1特徴値を求める第1特徴値取得部と、前記第1特徴値に影響を与える変数を含む状態方程式を用いて、前記所定の周波数において前記変数を探索領域内で変化させた場合の前記制御対象の第2特徴値を算出する第2特徴値算出部と、前記変数を前記探索領域内で変化させることにより、前記第2特徴値算出部によって算出される前記第2特徴値を変更して、前記第1特徴値と前記第2特徴値との関係式である評価関数の前記探索領域における最適解を求める最適化処理部と、前記最適化処理部によって最適解が求められるときの前記変数を、前記特性値と推定する推定部と、を有する(第1の構成)。 A characteristic value estimation device according to one embodiment of the present invention is a device that estimates a characteristic value of a controlled object. This characteristic value estimating apparatus includes a first characteristic value acquisition unit that obtains a first characteristic value of the controlled object at a predetermined frequency from the frequency characteristic of the controlled object, and a state that includes a variable that affects the first characteristic value. a second feature value calculator that calculates a second feature value of the controlled object when the variable is changed within the search area at the predetermined frequency using an equation; and the variable is changed within the search area. By changing the second feature value calculated by the second feature value calculating unit, the evaluation function, which is the relational expression between the first feature value and the second feature value, is optimized in the search area. It has an optimization processing unit that obtains a solution, and an estimation unit that estimates the variable when the optimum solution is obtained by the optimization processing unit as the characteristic value (first configuration).

これにより、制御対象の特徴値を求める状態方程式の変数を探索領域内で変更して、評価関数の最適解を求め、その最適解が求められるときの変数を前記制御対象の特性値と推定することができる。前記評価関数は、前記制御対象の周波数特性から求められる第1特徴値と、前記探索領域内で変更された前記変数と状態方程式とを用いて算出される第2特徴値との関係式であるため、前記評価関数の最適解を求めることにより、前記特性値を容易に推定することができる。 Thereby, the variables of the state equation for obtaining the characteristic value of the controlled object are changed within the search area to obtain the optimum solution of the evaluation function, and the variable when the optimum solution is obtained is estimated as the characteristic value of the controlled object. be able to. The evaluation function is a relational expression between a first feature value obtained from the frequency characteristic of the controlled object and a second feature value calculated using the variable and the state equation changed within the search area. Therefore, the characteristic value can be easily estimated by obtaining the optimum solution of the evaluation function.

ところで、一般的に行われている時間応答のフィッティングや周波数応答のフィッティングの場合には、各測定値に対してデータをフィッティングさせる必要がある。そのため、フィッティングの精度は、データ量の影響を受ける。よって、前記時間応答のフィッティングや周波数応答のフィッティングでは、精度良くフィッティングするために、多くの測定点に対してデータをフィッティングさせる必要があり、装置の演算負荷が大きかった。 By the way, in the case of time response fitting and frequency response fitting, which are generally performed, it is necessary to fit data to each measured value. Therefore, the fitting accuracy is affected by the amount of data. Therefore, in the fitting of the time response and the fitting of the frequency response, it is necessary to fit data to many measurement points in order to perform fitting with high accuracy, and the computational load of the apparatus is large.

これに対し、上述の構成では、前記第1特徴値及び前記第2特徴値を用いて前記評価関数によって最適化するため、データの演算処理を大幅に減らすことができる。 On the other hand, in the above-described configuration, optimization is performed by the evaluation function using the first feature value and the second feature value, so the data arithmetic processing can be greatly reduced.

よって、従来のように時系列データ等に対してフィッティングする特性値を求める場合に比べて、装置の演算処理を軽減することができる。 Therefore, it is possible to reduce the arithmetic processing of the device compared to the conventional case of obtaining characteristic values to be fitted to time-series data or the like.

したがって、上述の構成により、制御対象の特性値を容易に推定可能な特性値推定装置が得られる。 Therefore, with the above configuration, a characteristic value estimating device that can easily estimate the characteristic value of the controlled object is obtained.

前記第1の構成において、前記評価関数は、前記第1特徴値と前記第2特徴値との差の平方を含む関係式である。前記最適化処理部は、前記第1特徴値と前記第2特徴値との差の平方が最小の場合の前記評価関数の値を、前記最適解として求める(第2の構成)。 In the first configuration, the evaluation function is a relational expression including the square of the difference between the first feature value and the second feature value. The optimization processing unit obtains the value of the evaluation function when the square of the difference between the first feature value and the second feature value is the smallest as the optimum solution (second configuration).

これにより、前記第1の構成において、第1特徴値と第2特徴値との関係式である評価関数を実現できる。しかも、前記第1特徴値と前記第2特徴値との差を平方することにより、前記第1特徴値及び前記第2特徴値の大小に関係なく、それらの差を求めることができる。最適化処理部は、前記第1特徴値と前記第2特徴値との差の平方が最小の場合の評価関数の値を、評価関数の最適解とするため、前記最適解を容易に求めることができる。 Thus, in the first configuration, it is possible to realize an evaluation function that is a relational expression between the first feature value and the second feature value. Moreover, by squaring the difference between the first feature value and the second feature value, the difference between the first feature value and the second feature value can be obtained regardless of the magnitude of the first feature value and the second feature value. The optimization processing unit sets the value of the evaluation function when the square of the difference between the first feature value and the second feature value is the minimum as the optimum solution of the evaluation function, so that the optimum solution can be easily obtained. can be done.

したがって、上述の構成により、制御対象の特性値を容易に推定可能な特性値推定装置が得られる。 Therefore, with the above configuration, a characteristic value estimating device that can easily estimate the characteristic value of the controlled object is obtained.

前記第1または第2の構成において、前記第1特徴値及び前記第2特徴値は、それぞれ、少なくともゲインを含む(第3の構成)。 In the first or second configuration, the first feature value and the second feature value each include at least a gain (third configuration).

これにより、振動周波数及びゲインを用いて、制御対象におけるばね定数などの特性値を求めることができる。 Thereby, using the vibration frequency and the gain, the characteristic value such as the spring constant of the controlled object can be obtained.

前記第1から第3の構成のうちいずれか一つの構成において、前記探索領域は、複数の局所領域からなる。前記最適化処理部は、前記複数の局所領域において、それぞれ、前記状態方程式の前記変数を変化させることにより、前記第2特徴値算出部によって算出される前記第2特徴値を変更して、前記評価関数の最適解を得る局所領域最適化処理部と、前記局所領域最適化処理部によって各局所領域において得られた前記評価関数の最適解のうち最適な解を、前記探索領域における前記評価関数の最適解とする最適解選択部と、を有する(第4の構成)。 In any one of the first to third configurations, the search area is composed of a plurality of local areas. The optimization processing unit changes the second feature value calculated by the second feature value calculation unit by changing the variables of the state equation in each of the plurality of local regions, a local region optimization processing unit that obtains an optimal solution of an evaluation function; and an optimal solution among the optimal solutions of the evaluation function obtained in each local region by the local region optimization processing unit, the evaluation function in the search region. (fourth configuration).

これにより、変数の探索領域が複数に分割されることによって得られる局所領域において、それぞれ、評価関数の最適解を求めることができる。そして、各局所領域における最適解の中から、前記探索領域において最適な解を求めることにより、局所的な最適解ではなく、前記探索領域の全体における最適解を求めることができる。よって、前記探索領域における評価関数の最適解を精度良く求めることができる。したがって、制御対象の特性値を精度良く求めることができる。 As a result, the optimum solution of the evaluation function can be obtained in each of the local regions obtained by dividing the variable search region into a plurality of regions. Then, by obtaining the optimum solution in the search area from among the optimum solutions in each local area, it is possible to obtain the optimum solution for the entire search area instead of the local optimum solution. Therefore, the optimum solution of the evaluation function in the search area can be obtained with high accuracy. Therefore, the characteristic value of the controlled object can be obtained with high accuracy.

しかも、上述の構成により、前記探索領域が広くても前記特性値を推定できるため、前記探索領域の範囲を調整せずに且つ局所解を求めることなく、前記特性値を精度良く求めることができる。 Moreover, with the above configuration, the characteristic value can be estimated even if the search area is wide, so the characteristic value can be obtained with high accuracy without adjusting the range of the search area and without obtaining a local solution. .

一方、変数の探索領域を複数に分割しない場合には、局所解を求める可能性が高いため、前記探索領域を試行錯誤して変更する必要がある。また、最適化の繰り返し回数を増やすことや評価関数の収束評価の判断値を厳しくすることにより、局所解の算出を回避することが考えられるものの、演算に時間を要する。これに対して、上述の構成のように探索領域を複数の局所領域に分割することにより、試行錯誤や収束評価の判断値変更を行うことなく、最適解を求めることが可能となる。よって、上述のように前記探索領域を複数に分割して各局所領域で評価関数の最適解を求めることにより、特性値推定装置の演算負荷を軽減することができる。 On the other hand, if the variable search area is not divided into a plurality of areas, there is a high possibility that a local solution will be found, so it is necessary to change the search area through trial and error. Also, although it is conceivable to avoid the calculation of the local optimum by increasing the number of iterations of the optimization or by tightening the judgment value of the convergence evaluation of the evaluation function, the calculation takes time. On the other hand, by dividing the search area into a plurality of local areas as in the configuration described above, it is possible to obtain the optimum solution without trial and error or changing the judgment value for convergence evaluation. Therefore, by dividing the search area into a plurality of areas as described above and finding the optimum solution of the evaluation function in each local area, the calculation load of the characteristic value estimation device can be reduced.

本発明の一実施形態に係る特性値推定方法は、制御対象の特性値を推定する方法である。この特性値推定方法は、前記制御対象の周波数特性から、所定の周波数における前記制御対象の第1特徴値を求める第1特徴値取得工程と、前記第1特徴値に影響を与える変数を含む状態方程式を用いて、前記所定の周波数において前記変数を探索領域内で変化させた場合の前記制御対象の第2特徴値を算出して、前記第1特徴値と前記第2特徴値との関係式である評価関数の前記探索領域における最適解を求める最適化処理工程と、前記最適化処理工程で最適解が求められたときの前記変数を、前記特性値と推定する推定工程と、を有する(第1の方法)。 A characteristic value estimation method according to an embodiment of the present invention is a method of estimating a characteristic value of a controlled object. This characteristic value estimating method includes a first characteristic value acquiring step of obtaining a first characteristic value of the controlled object at a predetermined frequency from the frequency characteristic of the controlled object; Using an equation, a second characteristic value of the controlled object is calculated when the variable is changed within the search area at the predetermined frequency, and a relational expression between the first characteristic value and the second characteristic value is obtained. and an estimation step of estimating the variable when the optimum solution is found in the optimization process as the characteristic value ( first method).

これにより、制御対象の特徴値を求める状態方程式の変数を探索領域内で変化させて、評価関数の最適解を求め、その最適解が求められるときの変数を前記制御対象の特性値と推定することができる。前記評価関数は、前記制御対象の周波数特性から求められる第1特徴値と、前記探索領域内で変更された前記変数と状態方程式とを用いて算出される第2特徴値との関係式であるため、前記評価関数の最適解を求めることにより、前記特性値を容易に推定することができる。 Thus, the variables of the state equation for obtaining the characteristic value of the controlled object are changed within the search area to obtain the optimum solution of the evaluation function, and the variable when the optimum solution is obtained is estimated as the characteristic value of the controlled object. be able to. The evaluation function is a relational expression between a first feature value obtained from the frequency characteristic of the controlled object and a second feature value calculated using the variable and the state equation changed within the search area. Therefore, the characteristic value can be easily estimated by obtaining the optimum solution of the evaluation function.

したがって、制御対象の特性値を容易に推定可能な特性値推定方法を実現することができる。 Therefore, it is possible to realize a characteristic value estimation method that can easily estimate the characteristic value of the controlled object.

本発明の一実施形態に係る特性値推定装置及び特性値推定方法は、制御対象の周波数特性から、所定の周波数における前記制御対象の第1特徴値を求め、前記所定の周波数において前記第1特徴値に影響を与える変数を探索領域内で変化させることにより第2特徴値を変更して、前記第1特徴値と前記第2特徴値との関係式である評価関数の前記探索領域における最適解を求める。そして、前記特性値推定装置及び前記特性値推定方法は、前記最適解が求められたときの前記変数を、前記特性値と推定する。 A characteristic value estimating device and a characteristic value estimating method according to an embodiment of the present invention obtain a first characteristic value of the controlled object at a predetermined frequency from the frequency characteristic of the controlled object, and determine the first characteristic value at the predetermined frequency. The second feature value is changed by changing the variable influencing the value within the search area, and the optimum solution in the search area of the evaluation function, which is the relational expression between the first feature value and the second feature value. Ask for Then, the characteristic value estimating device and the characteristic value estimating method estimate the variable when the optimum solution is obtained as the characteristic value.

これにより、制御対象の特性値を容易に推定可能な特性値推定装置及び特性値推定方法が得られる。 Thereby, a characteristic value estimation device and a characteristic value estimation method that can easily estimate the characteristic value of the controlled object can be obtained.

図1は、実施形態1に係る特性値推定装置の概略構成を機能ブロックで示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a characteristic value estimating device according to Embodiment 1 using functional blocks. 図2は、制御対象の一例をモデルで示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a controlled object as a model. 図3は、状態方程式で表される制御対象の周波数特性の一例を示すボード線図である。FIG. 3 is a Bode diagram showing an example of frequency characteristics of a controlled object represented by a state equation. 図4は、特性値推定方法のフローを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the flow of the characteristic value estimation method. 図5は、探索領域の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a search area. 図6は、実施形態2に係る特性値推定装置の概略構成を機能ブロックで示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a characteristic value estimating device according to the second embodiment using functional blocks. 図7は、実施形態2に係る特性値推定方法のフローを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the flow of the characteristic value estimation method according to the second embodiment. 図8は、探索領域を分割して得られる局所領域の一例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing an example of local regions obtained by dividing the search region. 図9は、評価関数の局所解を求めた場合の変数を用いて得られる周波数特性の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an example of frequency characteristics obtained using variables when the local solution of the evaluation function is obtained. 図10は、実施形態2の方法によって評価関数の最適解を求めた場合の周波数特性の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of frequency characteristics when the optimum solution of the evaluation function is obtained by the method of the second embodiment. 図11は、実施形態3に係る特性値推定装置の概略構成を機能ブロックで示す図である。FIG. 11 is a diagram showing, in functional blocks, a schematic configuration of a characteristic value estimation device according to the third embodiment. 図12は、評価関数で用いる各値の関係を模式的に示す図である。FIG. 12 is a diagram schematically showing the relationship between values used in the evaluation function. 図13は、慣性モーメント、ばね定数及び粘性減衰係数が実測値と演算値とで異なる場合の周波数特性の一例を示す。FIG. 13 shows an example of frequency characteristics when the moment of inertia, spring constant, and viscous damping coefficient differ between the measured values and the calculated values. 図14は、粘性減衰係数が実測値と演算値とで異なる場合の周波数特性の一例を示す。FIG. 14 shows an example of frequency characteristics when the viscous damping coefficient differs between the measured value and the calculated value. 図15は、ばね定数が実測値と演算値とで異なる場合の周波数特性の一例を示す。FIG. 15 shows an example of frequency characteristics when the spring constant differs between the measured value and the calculated value.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same or corresponding parts in the drawings, and the description thereof will not be repeated.

<実施形態1>
図1は、本発明の実施形態1に係る特性値推定装置1の概略構成を機能ブロックで示す図である。この特性値推定装置1は、制御対象Wの特性値を推定するための装置であり、例えば、コンピュータなどの演算装置によって構成されている。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a characteristic value estimation device 1 according to Embodiment 1 of the present invention using functional blocks. This characteristic value estimating device 1 is a device for estimating characteristic values of a controlled object W, and is configured by an arithmetic device such as a computer, for example.

(制御対象)
制御対象Wは、例えば、多慣性系である。図2は、制御対象Wの一例を機械系の動特性モデルで示す図である。図2に示す制御対象Wは、4慣性系である。制御対象Wは、モータ、トルク検出器及び供試体などを含む。図2に示す例では、j1はモータの慣性モーメントであり、j2~j4は、トルク検出器や供試体などの慣性モーメントである。
(controlled object)
The controlled object W is, for example, a multi-inertia system. FIG. 2 is a diagram showing an example of the controlled object W as a dynamic characteristic model of a mechanical system. A controlled object W shown in FIG. 2 is a four-inertia system. The controlled object W includes a motor, a torque detector, a test piece, and the like. In the example shown in FIG. 2, j1 is the moment of inertia of the motor, and j2 to j4 are the moments of inertia of the torque detector, test piece, and the like.

図2に示すように、慣性モーメントj1~j4を有する構造体は、ばね定数k1~k3を有するばね、及び、粘性減衰係数c1~c3を有するダンパによって、接続されている。慣性モーメントj1を有するモータには、指令トルクuが入力される。なお、制御対象Wにおいて構造体間で生じるねじりトルクは、Ti=k∫(ωi-ωi+1)dtである。図2に示す例では、i=1、2、3である。 As shown in FIG. 2, structures with moments of inertia j1-j4 are connected by springs with spring constants k1-k3 and dampers with viscous damping coefficients c1-c3. A command torque u is input to a motor having a moment of inertia j1. Note that the torsional torque generated between structures in the controlled object W is T i =k i ∫(ω i −ω i+1 )dt. In the example shown in FIG. 2, i=1,2,3.

制御対象Wにおいて、慣性モーメントj2を有する構造体と慣性モーメントj3を有する構造体との間で軸のねじりトルクをセンサによって検出可能な場合、状態方程式の一例は、以下のとおりである。なお、状態方程式は、以下の式以外であってもよい。 In the controlled object W, when the torsional torque of the shaft between the structure having the moment of inertia j2 and the structure having the moment of inertia j3 can be detected by a sensor, an example of the state equation is as follows. Note that the state equation may be other than the following equations.

Figure 2023108526000002
Figure 2023108526000002

図3は、上述の状態方程式で表される制御対象Wの周波数特性の一例を示すボード線図である。図3に示すように、4慣性系である制御対象Wは、一般的に、3つの共振を有する。 FIG. 3 is a Bode diagram showing an example of the frequency characteristics of the controlled object W represented by the state equation described above. As shown in FIG. 3, the controlled object W, which is a four-inertia system, generally has three resonances.

(特性値推定装置)
図1に示すように、特性値推定装置1は、第1特徴値取得部11と、パラメータ設定部12と、第2特徴値算出部13と、最適化処理部14と、推定部15とを備える。
(Characteristic value estimation device)
As shown in FIG. 1, the characteristic value estimation device 1 includes a first characteristic value acquisition unit 11, a parameter setting unit 12, a second characteristic value calculation unit 13, an optimization processing unit 14, and an estimation unit 15. Prepare.

第1特徴値取得部11は、制御対象Wの入出力の周波数特性の測定結果から、共振周波数及びそのゲインを求める。具体的には、第1特徴値取得部11は、図3に示すボード線図における3つの共振周波数及びそれらのゲインを取得する。第1特徴値取得部11は、制御対象Wの共振周波数及びそのゲインを自動的に取得してもよいし、第1特徴値取得部11に対して制御対象Wの共振周波数及びゲインが入力されてもよい。第1特徴値取得部11は、制御対象Wの共振周波数及びそのゲインを取得可能な構成であれば、どのような構成であってもよい。 The first characteristic value acquisition unit 11 obtains the resonance frequency and its gain from the measurement results of the input/output frequency characteristics of the object W to be controlled. Specifically, the first feature value acquisition unit 11 acquires three resonance frequencies and their gains in the Bode diagram shown in FIG. The first characteristic value acquiring unit 11 may automatically acquire the resonance frequency and gain of the controlled object W, or the resonant frequency and gain of the controlled object W are input to the first characteristic value acquiring unit 11. may The first characteristic value acquisition unit 11 may have any configuration as long as it can acquire the resonance frequency of the controlled object W and its gain.

本実施形態では、第1特徴値取得部11によって制御対象Wの周波数特性から求められる共振周波数及びそのゲインが、第1特徴値に対応する。本実施形態では、前記第1特徴値は、制御対象Wの周波数特性における固有値である。前記第1特徴値は、制御対象Wの特徴値であれば、共振周波数及びそのゲイン以外のパラメータを含んでいてもよい。すなわち、前記第1特徴値は、前記固有値以外の値であってもよい。本実施形態では、前記共振周波数が、本発明における所定の周波数である。 In the present embodiment, the resonance frequency and its gain obtained from the frequency characteristic of the controlled object W by the first characteristic value acquisition unit 11 correspond to the first characteristic value. In the present embodiment, the first characteristic value is the eigenvalue of the frequency characteristic of the object W to be controlled. The first characteristic value may include parameters other than the resonance frequency and its gain as long as the first characteristic value is the characteristic value of the object W to be controlled. That is, the first feature value may be a value other than the eigenvalue. In this embodiment, the resonance frequency is the predetermined frequency in the present invention.

パラメータ設定部12は、制御対象Wの設計情報や周波数特性等から、例えば、慣性モーメントj1~j4及びばね定数k2を取得する。パラメータ設定部12は、自動的に制御対象Wのパラメータを取得してもよいし、パラメータ設定部12に対して制御対象Wのパラメータが入力されてもよい。パラメータ設定部12は、制御対象Wのパラメータを取得可能な構成であれば、どのような構成であってもよい。 The parameter setting unit 12 acquires, for example, the inertia moments j1 to j4 and the spring constant k2 from the design information and frequency characteristics of the controlled object W. The parameter setting unit 12 may automatically acquire the parameters of the controlled object W, or the parameters of the controlled object W may be input to the parameter setting unit 12 . The parameter setting unit 12 may have any configuration as long as it can acquire the parameters of the controlled object W. FIG.

また、パラメータ設定部12は、制御対象Wの状態方程式における残りのパラメータ(例えば、ばね定数k1,k3、粘性減衰係数c1~c3)である変数の探索領域を設定する。詳しくは、パラメータ設定部12は、後述する最適化処理部14で演算を行う前記変数の探索領域を設定する。前記変数の探索領域は、図示しない記憶部等に予め記憶されていてもよいし、パラメータ設定部12に対して入力されてもよい。 The parameter setting unit 12 also sets a search area for variables that are the remaining parameters (eg, spring constants k1 and k3 and viscous damping coefficients c1 to c3) in the state equation of the controlled object W. FIG. Specifically, the parameter setting unit 12 sets a search area for the variables to be calculated by the optimization processing unit 14, which will be described later. The search area for the variable may be stored in advance in a storage unit (not shown) or the like, or may be input to the parameter setting unit 12 .

第2特徴値算出部13は、制御対象Wの状態方程式を用いて、該状態方程式の変数を前記探索領域内で変更した後の共振周波数及びそのゲインを求める。第2特徴値算出部13は、後述する最適化処理部14によって前記変数を前記探索領域内で変更した際に、前記状態方程式を用いて、前記共振周波数及び前記ゲインを求める。すなわち、第2特徴値算出部13は、最適化処理部14が最適化処理の演算を行う際に前記探索領域内で変更された前記変数を用いて、前記共振周波数及び前記ゲインを求める。 The second feature value calculator 13 uses the state equation of the controlled object W to obtain the resonance frequency and its gain after changing the variables of the state equation within the search area. The second feature value calculator 13 obtains the resonance frequency and the gain using the state equation when the variable is changed within the search area by the optimization processor 14, which will be described later. That is, the second feature value calculation unit 13 obtains the resonance frequency and the gain using the variables changed in the search area when the optimization processing unit 14 performs the calculation of the optimization processing.

本実施形態では、変更後の前記変数を用いて、第2特徴値算出部13によって算出された共振周波数及びそのゲインが、第2特徴値に対応する。本実施形態では、前記第2特徴値は、制御対象Wの周波数特性における固有値である。前記第2特徴値は、制御対象Wの特徴値であれば、共振周波数及びそのゲイン以外のパラメータを含んでいてもよい。すなわち、前記第2特徴値は、前記固有値以外の値を含んでいてもよい。本実施形態では、前記共振周波数が、本発明における所定の周波数である。 In the present embodiment, the resonance frequency and its gain calculated by the second feature value calculator 13 using the changed variables correspond to the second feature value. In the present embodiment, the second feature value is the eigenvalue of the frequency characteristic of the object W to be controlled. The second characteristic value may include parameters other than the resonance frequency and its gain as long as it is the characteristic value of the controlled object W. That is, the second feature value may include values other than the eigenvalue. In this embodiment, the resonance frequency is the predetermined frequency in the present invention.

最適化処理部14は、前記変数を前記探索領域内で変更するとともに、変更後の変数を用いて第2特徴値算出部13によって求められる第2特徴値と、第1特徴値取得部11によって取得される第1特徴値とを用いて、前記探索領域内で評価関数の最適解を求める最適化処理を行う。詳しくは、最適化処理部14は、前記第1特徴値である共振周波数及びそのゲインと前記第2特徴値である共振周波数及びそのゲインとを用いて、前記探索領域内で前記評価関数が最小になる最適解を求めるとともに、そのときの変数を求める。 The optimization processing unit 14 changes the variables within the search area, and uses the changed variables to obtain the second feature values obtained by the second feature value calculation unit 13 and the first feature value acquisition unit 11 to obtain Using the obtained first feature value, an optimization process is performed to obtain an optimum solution of the evaluation function within the search area. Specifically, the optimization processing unit 14 uses the resonance frequency and its gain, which are the first feature values, and the resonance frequency and its gain, which are the second feature values, to determine whether the evaluation function is the minimum in the search area. Find the optimal solution that becomes , and find the variables at that time.

前記評価関数は、前記第1特徴値と前記第2特徴値との関係式である。すなわち、前記評価関数は、前記第1特徴値と前記第2特徴値との差の平方を含む関係式である。詳しくは、前記評価関数は、前記第1特徴値である共振周波数と前記第2特徴値である共振周波数との差の平方と、前記第1特徴値であるゲインと前記第2特徴値であるゲインとの差の平方とを含む関係式である。本実施形態では、前記評価関数は、制御対象Wにおける複数のモード(本実施形態では、1次共振、2次共振及び3次共振の3つのモード)の特徴値を、各モードで重み係数を考慮して加算した関係式である。具体的には、前記評価関数は、例えば、以下の(1)式である。 The evaluation function is a relational expression between the first feature value and the second feature value. That is, the evaluation function is a relational expression including the square of the difference between the first feature value and the second feature value. Specifically, the evaluation function is the square of the difference between the resonance frequency that is the first feature value and the resonance frequency that is the second feature value, the gain that is the first feature value, and the second feature value. It is a relational expression including the square of the difference with the gain. In the present embodiment, the evaluation function is a feature value of a plurality of modes (three modes of primary resonance, secondary resonance, and tertiary resonance in this embodiment) in the controlled object W, and a weighting factor for each mode. It is a relational expression added in consideration. Specifically, the evaluation function is, for example, the following formula (1).

Figure 2023108526000003
Figure 2023108526000003

ここで、w1~w6は重み係数であり、f1~f3は第1特徴値である共振周波数であり、G(f1)~G(f3)は第1特徴値であるゲインであり、fm1~fm3は第2特徴値である共振周波数であり、G(fm1)~G(fm3)は第2特徴値であるゲインである。 Here, w1 to w6 are weighting coefficients, f1 to f3 are resonance frequencies that are first feature values, G(f1) to G(f3) are gains that are first feature values, and fm1 to fm3 is the resonance frequency, which is the second feature value, and G(fm1) to G(fm3) are the gains, which are the second feature values.

最適化処理部14は、前記変数を前記検索範囲内で変更した際に前記評価関数が最小値になる値を求めることにより、第1特徴値に近い第2特徴値を求めることができる。 The optimization processing unit 14 can obtain a second feature value close to the first feature value by obtaining a value that minimizes the evaluation function when the variable is changed within the search range.

推定部15は、最適化処理部14によって前記評価関数の最小値が求められた場合に、そのときの変数を制御対象Wの特性値と推定する。 The estimation unit 15 estimates the variable at that time as the characteristic value of the controlled object W when the optimization processing unit 14 obtains the minimum value of the evaluation function.

(特性値推定方法)
次に、上述の構成を有する特性値推定装置1を用いて、制御対象Wの特性値を推定する方法について、図4を用いて説明する。図4は、特性値推定方法のフローを示す図である。
(Characteristic value estimation method)
Next, a method for estimating the characteristic value of the controlled object W using the characteristic value estimating device 1 having the above configuration will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing the flow of the characteristic value estimation method.

図4に示すフローがスタートすると(START)、まず、ステップSA1で第1特徴値取得部11が制御対象Wの周波数特性を取得する。そして、ステップSA2において、第1特徴値取得部11は、前記周波数特性から、共振周波数及びそのゲインを求める。すなわち、第1特徴値取得部11は、第1特徴値を取得する。 When the flow shown in FIG. 4 starts (START), first, the first characteristic value acquisition unit 11 acquires the frequency characteristic of the controlled object W in step SA1. Then, at step SA2, the first feature value acquisition unit 11 obtains the resonance frequency and its gain from the frequency characteristics. That is, the first feature value acquisition unit 11 acquires the first feature value.

続くステップSA3では、パラメータ設定部12が、制御対象の設計情報や周波数特性等から、慣性モーメントj1~j4及びばね定数k2を取得する。すなわち、パラメータ設定部12は、変数以外の定数を取得する。その後、ステップSA4において、パラメータ設定部12は、前記変数の探索領域を決定する。図5は、探索領域の一例を示す図である。なお、図5には、説明のために、変数の探索領域の一例として、ばね定数k1,k3を変化させた場合の探索領域を示している。 In the subsequent step SA3, the parameter setting unit 12 acquires the inertia moments j1 to j4 and the spring constant k2 from the design information, frequency characteristics, etc. of the controlled object. That is, the parameter setting unit 12 acquires constants other than variables. Thereafter, at step SA4, the parameter setting unit 12 determines the search area for the variables. FIG. 5 is a diagram showing an example of a search area. For the sake of explanation, FIG. 5 shows a search area when the spring constants k1 and k3 are changed as an example of the variable search area.

ステップSA5では、最適化処理部14は、前記変数を前記探索領域内で変更する。最適化処理部14は、例えば、前記変数の初期値を前記探索領域内での最小値に設定する。第2特徴値算出部13は、変更後の変数及び制御対象Wの状態方程式を用いて、第2特徴値を求める。最適化処理部14は、第1特徴値取得部11によって取得された第1特徴値及び第2特徴値算出部13によって取得された第2特徴値を用いて、評価関数の最適解を求める最適化処理を行う。詳しくは、最適化処理部14は、前記第1特徴値である共振周波数及びそのゲインと前記第2特徴値である共振周波数及びそのゲインとを用いて、前記評価関数が最小になる最適解を求めるとともに、そのときの変数を求める。 At step SA5, the optimization processing unit 14 changes the variables within the search area. The optimization processing unit 14, for example, sets the initial value of the variable to the minimum value within the search area. The second characteristic value calculator 13 uses the changed variable and the state equation of the controlled object W to obtain the second characteristic value. The optimization processing unit 14 uses the first feature value acquired by the first feature value acquisition unit 11 and the second feature value acquired by the second feature value calculation unit 13 to obtain an optimal solution of the evaluation function. conversion processing. Specifically, the optimization processing unit 14 uses the resonance frequency and its gain, which are the first feature values, and the resonance frequency and its gain, which are the second feature values, to find the optimum solution that minimizes the evaluation function. and the variables at that time.

ステップSA6では、推定部15は、最適化処理部14によって前記評価関数の最適解が求められた場合に、そのときの変数を、制御対象Wの特性値と推定する。その後、このフローを終了する(END)。 At step SA6, the estimating unit 15 estimates the variable at that time as the characteristic value of the controlled object W when the optimization processing unit 14 obtains the optimum solution of the evaluation function. After that, this flow ends (END).

上述のフローにおいて、前記ステップSA2が第1特徴値取得工程に対応し、前記ステップSA5が最適化処理工程に対応し、前記ステップSA6が推定工程に対応する。 In the above-described flow, step SA2 corresponds to the first feature value acquisition process, step SA5 corresponds to the optimization process, and step SA6 corresponds to the estimation process.

以上より、本実施形態の特性値推定装置1は、制御対象Wの特性値を推定する。特性値推定装置1は、制御対象Wの周波数特性から、制御対象Wの第1特徴値を求める第1特徴値取得部11と、前記第1特徴値に影響を与える変数を含む状態方程式を用いて、前記変数を探索領域内で変化させた場合の制御対象Wの第2特徴値を算出する第2特徴値算出部13と、前記変数を前記探索領域内で変化させることにより、第2特徴値算出部13によって算出される前記第2特徴値を変更して、前記第1特徴値と前記第2特徴値との関係式である評価関数の前記探索領域における最適解を求める最適化処理部14と、最適化処理部14によって最適解が求められるときの前記変数を、前記特性値と推定する推定部15と、を有する。 As described above, the characteristic value estimation device 1 of the present embodiment estimates the characteristic value of the controlled object W. FIG. The characteristic value estimation device 1 uses a first characteristic value obtaining unit 11 for obtaining a first characteristic value of the controlled object W from the frequency characteristic of the controlled object W, and a state equation including variables affecting the first characteristic value. a second feature value calculator 13 for calculating a second feature value of the controlled object W when the variable is changed within the search area; An optimization processing unit that changes the second feature value calculated by the value calculation unit 13 and obtains an optimum solution in the search region of the evaluation function, which is a relational expression between the first feature value and the second feature value. 14, and an estimation unit 15 for estimating the variable when the optimum solution is obtained by the optimization processing unit 14 as the characteristic value.

これにより、制御対象Wの特徴値を求める状態方程式の変数を探索領域内で変更して、評価関数の最適解を求め、その最適解が求められるときの変数を制御対象Wの特性値と推定することができる。前記評価関数は、制御対象Wの周波数特性から求められる第1特徴値と、前記探索領域内で変更された前記変数と状態方程式とを用いて算出される第2特徴値との関係式であるため、前記評価関数の最適解を求めることにより、前記特性値を容易に推定することができる。 As a result, the variables of the state equation for obtaining the characteristic values of the controlled object W are changed within the search area to obtain the optimum solution of the evaluation function, and the variables when the optimum solution is obtained are estimated as the characteristic values of the controlled object W. can do. The evaluation function is a relational expression between a first feature value obtained from the frequency characteristic of the controlled object W and a second feature value calculated using the variable and the state equation changed within the search area. Therefore, the characteristic value can be easily estimated by obtaining the optimum solution of the evaluation function.

したがって、上述の構成により、制御対象Wの特性値を容易に推定可能な特性値推定装置1が得られる。 Therefore, the characteristic value estimating device 1 capable of easily estimating the characteristic value of the controlled object W is obtained with the above configuration.

また、本実施形態では、前記評価関数は、前記第1特徴値と前記第2特徴値との差の平方を含む関係式である。最適化処理部14は、前記第1特徴値と前記第2特徴値との差の平方が最小の場合の前記評価関数の値を、前記最適解として求める。 Further, in this embodiment, the evaluation function is a relational expression including the square of the difference between the first feature value and the second feature value. The optimization processing unit 14 obtains the value of the evaluation function when the square of the difference between the first feature value and the second feature value is the smallest as the optimum solution.

前記第1特徴値と前記第2特徴値との差を平方することにより、前記第1特徴値及び前記第2特徴値の大小に関係なく、それらの差を求めることができる。最適化処理部14は、前記第1特徴値と前記第2特徴値との差の平方が最小の場合の評価関数の値を、評価関数の最適解とするため、前記最適解を容易に求めることができる。 By squaring the difference between the first feature value and the second feature value, the difference between the first feature value and the second feature value can be obtained regardless of the magnitude of the first feature value and the second feature value. The optimization processing unit 14 easily obtains the optimum solution because the value of the evaluation function when the square of the difference between the first feature value and the second feature value is the smallest is the optimum solution of the evaluation function. be able to.

したがって、上述の構成により、制御対象Wの特性値を容易に推定可能な特性値推定装置1が得られる。 Therefore, the characteristic value estimating device 1 capable of easily estimating the characteristic value of the controlled object W is obtained with the above configuration.

また、本実施形態では、前記第1特徴値及び前記第2特徴値は、それぞれ、振動周波数及びゲインを含む。これにより、振動周波数及びゲインを用いて、制御対象Wにおけるばね定数などの特性値を求めることができる。 Further, in the present embodiment, the first feature value and the second feature value respectively include vibration frequency and gain. Thereby, the characteristic value such as the spring constant of the controlled object W can be obtained using the vibration frequency and the gain.

<実施形態2>
図6は、実施形態2に係る特性値推定装置100の概略構成を機能ブロックで示す図である。特性値推定装置100は、変数の探索領域を複数に分割する点で、実施形態1の特性値推定装置1とは構成が異なる。以下の説明では、実施形態1と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態1と異なる構成についてのみ説明する。
<Embodiment 2>
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the characteristic value estimation device 100 according to the second embodiment using functional blocks. The characteristic value estimating device 100 is different in configuration from the characteristic value estimating device 1 of the first embodiment in that the variable search region is divided into a plurality of regions. In the following description, the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, the description thereof is omitted, and only the configurations different from the first embodiment will be described.

(特性値推定装置)
図6に示すように、特性値推定装置100は、第1特徴値取得部11と、パラメータ設定部120と、第2特徴値算出部13と、最適化処理部140と、推定部15とを有する。
(Characteristic value estimation device)
As shown in FIG. 6, the characteristic value estimation device 100 includes a first characteristic value acquisition unit 11, a parameter setting unit 120, a second characteristic value calculation unit 13, an optimization processing unit 140, and an estimation unit 15. have.

なお、本実施形態でも、第1特徴値は、制御対象Wの周波数特性から求められる共振周波数及びそのゲインである。前記第1特徴値は、固有値であってもよいし、固有値以外の値であってもよい。また、第2特徴値は、制御対象Wの周波数特性から求められる共振周波数及びそのゲインである。前記第2特徴値は、固有値であってもよいし、固有値以外の値であってもよい。前記第1特徴値及び前記第2特徴値における前記共振周波数は、本発明における所定の周波数である。 Note that in this embodiment as well, the first feature value is the resonance frequency and its gain obtained from the frequency characteristics of the object W to be controlled. The first feature value may be an eigenvalue or a value other than the eigenvalue. Also, the second characteristic value is the resonance frequency and its gain obtained from the frequency characteristic of the object W to be controlled. The second feature value may be an eigenvalue or a value other than the eigenvalue. The resonance frequencies in the first feature value and the second feature value are predetermined frequencies in the present invention.

パラメータ設定部120は、探索領域分割部121を有する。探索領域分割部121は、変数の探索領域を複数に分割することにより、複数の局所領域を得る。探索領域分割部121は、予め設定されている数で前記探索領域を分割してもよいし、前記探索領域を、設定されている変数の範囲によって複数に分割してもよい。探索領域分割部121は、分割数や分割範囲などの入力に応じて、前記探索領域を複数の局所領域に分割してもよい。 The parameter setting section 120 has a search area dividing section 121 . The search area division unit 121 obtains a plurality of local areas by dividing the variable search area into a plurality of areas. The search area dividing unit 121 may divide the search area by a preset number, or may divide the search area into a plurality of areas according to a set variable range. The search area dividing unit 121 may divide the search area into a plurality of local areas according to the input such as the number of divisions and the range of division.

パラメータ設定部120は、実施形態1のパラメータ設定部12と同様、制御対象Wの設計情報や周波数特性等から、例えば、慣性モーメントj1~j4及びばね定数k2を取得する。 Similar to the parameter setting unit 12 of the first embodiment, the parameter setting unit 120 acquires, for example, the moments of inertia j1 to j4 and the spring constant k2 from the design information and frequency characteristics of the controlled object W.

最適化処理部140は、パラメータ設定部120によって得られた各局所領域内で、変数を変更するとともに、各局所領域内で変更後の変数を用いて第2特徴値算出部13によって求められる第2特徴値と、第1特徴値取得部11によって取得される第1特徴値とを用いて、評価関数の最適解を求める最適化処理を行う。すなわち、最適化処理部140は、前記各局所領域において、前記評価関数の最適解を求める。最適化処理部140は、前記各所領域で求めた前記評価関数の最適解の中から、前記探索領域における最適解を求める。 The optimization processing unit 140 changes the variables in each local region obtained by the parameter setting unit 120, and uses the changed variables in each local region to calculate the second feature value calculation unit 13. Using the two feature values and the first feature value acquired by the first feature value acquisition unit 11, optimization processing is performed to find the optimum solution of the evaluation function. That is, the optimization processing unit 140 obtains the optimum solution of the evaluation function in each local region. The optimization processing unit 140 obtains the optimum solution in the search area from among the optimum solutions of the evaluation function obtained in the various areas.

具体的には、最適化処理部140は、局所領域最適化処理部141と、最適解選択部142とを有する。 Specifically, the optimization processing unit 140 has a local area optimization processing unit 141 and an optimal solution selection unit 142 .

局所領域最適化処理部141は、前記各局所領域内で変数を変更して求められる前記第2特徴値と、前記第1特徴値とを用いて、前記各局所領域において、前記評価関数の最適解を求める。局所領域最適化処理部141は、複数の局所領域内で前記評価関数の最適解を順番に求めてもよいし、複数の局所領域のうち少なくとも一部の局所領域で同時に前記評価関数の最適解を求めてもよい。前記最適解は、前記各局所領域において、前記評価関数の最小値である。 The local region optimization processing unit 141 optimizes the evaluation function in each local region using the second feature value obtained by changing variables in each local region and the first feature value. find the solution. The local region optimization processing unit 141 may sequentially obtain the optimum solution of the evaluation function within a plurality of local regions, or may simultaneously obtain the optimum solution of the evaluation function in at least some of the plurality of local regions. may be asked for. The optimum solution is the minimum value of the evaluation function in each local region.

なお、前記評価関数は、実施形態1における評価関数と同じである。また、前記各局所領域において前記評価関数の最適解を求める方法は、実施形態1において探索領域内で前記評価関数の最適解を求める方法と同様である。よって、前記各局所領域内で最適解を求める方法については、詳しい説明を省略する。 Note that the evaluation function is the same as the evaluation function in the first embodiment. Also, the method of obtaining the optimum solution of the evaluation function in each of the local regions is the same as the method of obtaining the optimum solution of the evaluation function within the search region in the first embodiment. Therefore, a detailed description of the method of obtaining the optimum solution within each local region will be omitted.

最適解選択部142は、局所領域最適化処理部141によって求められた前記各局所領域における前記評価関数の最適解のうち、前記探索領域において最適な解を選択する。本実施形態では、最適解選択部142は、前記各局所領域における前記評価関数の最適解のうち、最も小さい値を、前記探索領域における最適解として選択する。最適解選択部142は、前記探索領域における最適解が求められるときの変数を、推定部15に出力する。推定部15は、前記変数を、制御対象Wの特性値と推定する。 The optimum solution selection unit 142 selects the optimum solution in the search area from among the optimum solutions of the evaluation function in each local area obtained by the local area optimization processing unit 141 . In this embodiment, the optimal solution selection unit 142 selects the smallest value among the optimal solutions of the evaluation function in each local region as the optimal solution in the search region. The optimum solution selection unit 142 outputs variables for obtaining the optimum solution in the search area to the estimation unit 15 . The estimation unit 15 estimates the variable as the characteristic value of the object W to be controlled.

(特性値推定方法)
次に、上述の構成を有する特性値推定装置100を用いて、制御対象Wの特性値を推定する方法について、図7を用いて説明する。図7は、実施形態2に係る特性値推定方法のフローを示す図である。
(Characteristic value estimation method)
Next, a method of estimating the characteristic value of the controlled object W using the characteristic value estimating device 100 having the above configuration will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram showing the flow of the characteristic value estimation method according to the second embodiment.

図7に示すフローがスタートすると(START)、まず、ステップSB1で第1特徴値取得部11が制御対象Wの周波数特性を取得する。そして、ステップSB2において、第1特徴値取得部11は、前記周波数特性から、共振周波数及びそのゲインを求める。すなわち、第1特徴値取得部11は、第1特徴値を取得する。 When the flow shown in FIG. 7 starts (START), first, the first characteristic value acquisition unit 11 acquires the frequency characteristic of the controlled object W in step SB1. Then, at step SB2, the first characteristic value acquisition unit 11 obtains the resonance frequency and its gain from the frequency characteristics. That is, the first feature value acquisition unit 11 acquires the first feature value.

続くステップSB3では、パラメータ設定部120が、制御対象の設計情報や周波数特性等から、慣性モーメントj1~j4及びばね定数k2を取得する。すなわち、パラメータ設定部120は、変数以外の定数を取得する。その後、ステップSB4において、パラメータ設定部120は、前記変数の探索領域を決定する。なお、ステップSB1~SB4は、実施形態1の図4に示すフローのステップSA1~SA4と同様である。 In the subsequent step SB3, the parameter setting unit 120 acquires the inertia moments j1 to j4 and the spring constant k2 from the design information, frequency characteristics, etc. of the controlled object. That is, the parameter setting unit 120 acquires constants other than variables. After that, at step SB4, the parameter setting unit 120 determines the search area of the variable. Steps SB1 to SB4 are the same as steps SA1 to SA4 of the flow shown in FIG. 4 of the first embodiment.

ステップSB5では、パラメータ設定部120の探索領域分割部121が、前記探索領域を複数の局所領域に分割する。図8は、前記探索領域を分割して得られる局所領域の一例を示す図である。なお、図8では、説明のために、前記探索領域の一例として、ばね定数k1,k3を変化させた場合の探索領域を示している。 At step SB5, the search area dividing unit 121 of the parameter setting unit 120 divides the search area into a plurality of local areas. FIG. 8 is a diagram showing an example of local regions obtained by dividing the search region. For the sake of explanation, FIG. 8 shows the search area when the spring constants k1 and k3 are changed as an example of the search area.

ステップSB6では、最適化処理部140の局所領域最適化処理部141は、各局所領域内において変数を変更する。局所領域最適化処理部141は、例えば、前記変数の初期値を各局所領域内での最小値に設定する。第2特徴値算出部13は、変更後の変数及び制御対象Wの状態方程式を用いて、第2特徴値を求める。局所領域最適化処理部141は、第1特徴値取得部11によって取得された第1特徴値及び第2特徴値算出部13によって取得された第2特徴値を用いて、各局所領域内で評価関数の最適解を求める最適化処理を行う。 At step SB6, the local region optimization processing unit 141 of the optimization processing unit 140 changes variables within each local region. The local region optimization processing unit 141, for example, sets the initial value of the variable to the minimum value within each local region. The second characteristic value calculator 13 uses the changed variable and the state equation of the controlled object W to obtain the second characteristic value. The local region optimization processing unit 141 uses the first feature value acquired by the first feature value acquisition unit 11 and the second feature value acquired by the second feature value calculation unit 13 to perform evaluation within each local region. Performs optimization processing to find the optimum solution for a function.

詳しくは、局所領域最適化処理部141は、前記第1特徴値である共振周波数及びそのゲインと前記第2特徴値である共振周波数及びそのゲインとを用いて、各局所領域内で前記評価関数が最小になる最適解を求める。そして、続くステップSB7において、最適化処理部140の最適解選択部142は、前記各局所領域内の最適解のうち最も小さい値を、前記探索領域における最適解とし、そのときの変数を求める。 Specifically, the local region optimization processing unit 141 uses the resonance frequency and its gain, which are the first feature values, and the resonance frequency and its gain, which are the second feature values, to perform the evaluation function Find the optimal solution that minimizes Then, in subsequent step SB7, the optimum solution selection unit 142 of the optimization processing unit 140 determines the smallest value among the optimum solutions in each of the local regions as the optimum solution in the search region, and obtains the variables at that time.

ステップSB8では、推定部15は、最適化処理部140によって前記探索領域における前記評価関数の最適解が求められた場合に、そのときの変数を、制御対象Wの特性値と推定する。その後、このフローを終了する(END)。 At step SB8, the estimation unit 15 estimates the variables at that time as the characteristic values of the controlled object W when the optimization processing unit 140 obtains the optimum solution of the evaluation function in the search area. After that, this flow ends (END).

上述のフローにおいて、前記ステップSB2が第1特徴値取得工程に対応し、前記ステップSB6,SB7が最適化処理工程に対応し、前記ステップSB8が推定工程に対応する。 In the above-described flow, the step SB2 corresponds to the first characteristic value acquisition process, the steps SB6 and SB7 correspond to the optimization process, and the step SB8 corresponds to the estimation process.

ところで、実施形態1のように探索領域全体で変数を変化させて評価関数の最適解を求める場合には、評価関数の最適解ではなく局所解を求めてしまう場合がある。図9は、評価関数の局所解を求めた場合の変数を用いて得られる周波数特性の一例を示す図である。図9に示すように、評価関数の局所解を求めた場合の変数を用いて得られる周波数特性は、実際の周波数特性の測定結果とは大きく異なっている。すなわち、求めた前記変数は、実際の値とは異なっている。 By the way, when the optimum solution of the evaluation function is obtained by changing the variables in the entire search area as in the first embodiment, the local solution may be obtained instead of the optimum solution of the evaluation function. FIG. 9 is a diagram showing an example of frequency characteristics obtained using variables when the local solution of the evaluation function is obtained. As shown in FIG. 9, the frequency characteristics obtained using the variables in the case of finding the local solution of the evaluation function are significantly different from the actual measurement results of the frequency characteristics. That is, the variables obtained are different from the actual values.

これに対し、本実施形態のように、変数の探索領域を複数の局所領域に分割することにより、図10に示すように、計測結果に近い周波数特性を得ることができる。図10は、実施形態2の方法によって評価関数の最適解を求めた場合の周波数特性の一例を示す図である。なお、図10では、ばね定数k1,k3は分割せず、粘性減衰係数c1~c3をそれぞれ5分割して、前記最適解を求めた場合の例である。 On the other hand, by dividing the variable search area into a plurality of local areas as in the present embodiment, frequency characteristics close to the measurement result can be obtained as shown in FIG. FIG. 10 is a diagram showing an example of frequency characteristics when the optimum solution of the evaluation function is obtained by the method of the second embodiment. FIG. 10 shows an example in which the spring constants k1 and k3 are not divided, but the viscous damping coefficients c1 to c3 are each divided into five to find the optimum solution.

このように、本実施形態の構成によって、前記探索領域における評価関数の最適解を精度良く求めることができる。したがって、本実施形態の構成により、制御対象Wの特性値を精度良く推定することができる。 As described above, the configuration of the present embodiment makes it possible to accurately obtain the optimum solution of the evaluation function in the search area. Therefore, with the configuration of this embodiment, the characteristic values of the controlled object W can be estimated with high accuracy.

本実施形態では、前記探索領域は、複数に分割された局所領域を有する。最適化処理部140は、前記複数の局所領域において、それぞれ、前記状態方程式の前記変数を変化させることにより、第2特徴値算出部13によって算出される前記第2特徴値を変更して、前記評価関数の最適解を得る。推定部15は、最適化処理部140によって各局所領域において得られた前記評価関数の最適解のうち最適な解を、前記探索領域における前記評価関数の最適解とする。 In this embodiment, the search area has a plurality of divided local areas. The optimization processing unit 140 changes the second feature value calculated by the second feature value calculation unit 13 by changing the variables of the state equation in each of the plurality of local regions, Obtain the optimal solution of the evaluation function. The estimation unit 15 sets the optimum solution among the optimum solutions of the evaluation function obtained in each local region by the optimization processing unit 140 as the optimum solution of the evaluation function in the search region.

これにより、変数の探索領域が複数に分割されることによって得られる局所領域において、それぞれ、評価関数の最適解を求めることができる。そして、各局所領域における最適解の中から、前記探索領域において最適な解を求めることにより、局所的な最適解ではなく、前記探索領域の全体における最適解を求めることができる。よって、前記探索領域における評価関数の最適解を精度良く求めることができる。したがって、制御対象Wの特性値を精度良く求めることができる。 As a result, the optimum solution of the evaluation function can be obtained in each of the local regions obtained by dividing the variable search region into a plurality of regions. Then, by obtaining the optimum solution in the search area from among the optimum solutions in each local area, it is possible to obtain the optimum solution for the entire search area instead of the local optimum solution. Therefore, the optimum solution of the evaluation function in the search area can be obtained with high accuracy. Therefore, the characteristic value of the controlled object W can be obtained with high accuracy.

しかも、上述の構成により、前記探索領域が広くても前記特性値を推定できるため、前記探索領域の範囲を調整せずに且つ局所解を求めることなく、前記特性値を精度良く求めることができる。 Moreover, with the above configuration, the characteristic value can be estimated even if the search area is wide, so the characteristic value can be obtained with high accuracy without adjusting the range of the search area and without obtaining a local solution. .

一方、変数の探索領域を複数に分割しない場合には、局所解を求める可能性が高いため、前記探索領域を試行錯誤して変更する必要がある。また、最適化の繰り返し回数を増やすことや評価関数の収束評価の判断値を厳しくすることにより、局所解の算出を回避することが考えられるものの、演算に時間を要する。これに対して、上述の構成のように探索領域を複数の局所領域に分割することにより、試行錯誤や収束評価の判断値変更を行うことなく、最適解を求めることが可能となる。よって、上述のように前記探索領域を複数に分割して各局所領域で評価関数の最適解を求めることにより、特性値推定装置100の演算負荷を軽減することができる。 On the other hand, if the variable search area is not divided into a plurality of areas, there is a high possibility that a local solution will be found, so it is necessary to change the search area through trial and error. Also, although it is conceivable to avoid the calculation of the local optimum by increasing the number of iterations of the optimization or by tightening the judgment value of the convergence evaluation of the evaluation function, the calculation takes time. On the other hand, by dividing the search area into a plurality of local areas as in the configuration described above, it is possible to obtain the optimum solution without trial and error or changing the judgment value for convergence evaluation. Therefore, by dividing the search area into a plurality of areas as described above and obtaining the optimum solution of the evaluation function in each local area, the computational load of the characteristic value estimation device 100 can be reduced.

<実施形態3>
図11は、実施形態3に係る特性値推定装置200の概略構成を機能ブロックで示す図である。特性値推定装置200は、共振周波数だけでなく、他の周波数のデータも用いる点で、実施形態1の特性値推定装置1とは構成が異なる。以下の説明では、実施形態1と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態1と異なる構成についてのみ説明する。
<Embodiment 3>
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a characteristic value estimation device 200 according to Embodiment 3 using functional blocks. The characteristic value estimating device 200 differs in configuration from the characteristic value estimating device 1 of the first embodiment in that it uses data of other frequencies as well as the resonance frequency. In the following description, the same reference numerals are given to the same configurations as in the first embodiment, the description thereof is omitted, and only the configurations different from the first embodiment will be described.

特性値推定装置200は、第1特徴値取得部211と、パラメータ設定部12と、第2特徴値算出部213と、最適化処理部214と、推定部15とを有する。 Characteristic value estimation device 200 includes first characteristic value acquisition section 211 , parameter setting section 12 , second characteristic value calculation section 213 , optimization processing section 214 , and estimation section 15 .

第1特徴値取得部211は、制御対象Wの入出力の周波数特性の測定結果から、制御対象Wの共振周波数及びそのゲインを取得するとともに、所望の周波数における制御対象Wのゲインを取得し、共振周波数の近傍の周波数における制御対象Wのゲインも取得する。第1特徴値取得部211は、第1取得部211aと、第2取得部211bとを有する。 The first feature value acquisition unit 211 acquires the resonance frequency and the gain of the controlled object W from the measurement results of the input/output frequency characteristics of the controlled object W, and acquires the gain of the controlled object W at the desired frequency, The gain of the controlled object W at frequencies near the resonance frequency is also obtained. The first feature value acquisition unit 211 has a first acquisition unit 211a and a second acquisition unit 211b.

第1取得部211aは、制御対象Wの共振周波数及びそのゲインを取得する。第2取得部211bは、前記所望の周波数における制御対象Wのゲインを取得し、共振周波数の近傍の周波数における制御対象Wのゲインも取得する。本実施形態において、前記所望の周波数及び前記近傍の周波数は、本発明における所定の周波数である。 The first acquisition unit 211a acquires the resonance frequency of the controlled object W and its gain. The second acquisition unit 211b acquires the gain of the controlled object W at the desired frequency, and also acquires the gain of the controlled object W at frequencies near the resonance frequency. In this embodiment, the desired frequency and the neighboring frequencies are predetermined frequencies in the present invention.

本実施形態では、第1取得部211a及び第2取得部211bによって取得された共振周波数及びゲインが、第1特徴値に対応する。 In the present embodiment, the resonance frequency and gain acquired by the first acquisition section 211a and the second acquisition section 211b correspond to the first feature value.

第2特徴値算出部213は、制御対象Wの状態方程式を用いて、該状態方程式の変数を前記探索領域内で変更した後の共振周波数及びそのゲインを求めるとともに、前記所望の周波数における制御対象Wのゲインを求め、共振周波数の近傍の周波数における制御対象Wのゲインも求める。第2特徴値算出部213は、第1演算部213aと、第2演算部213bとを有する。 The second feature value calculation unit 213 uses the state equation of the controlled object W to obtain the resonance frequency and its gain after changing the variables of the state equation within the search region, and calculates the gain of the controlled object at the desired frequency. The gain of W is obtained, and the gain of the controlled object W at frequencies near the resonance frequency is also obtained. The second feature value calculator 213 has a first calculator 213a and a second calculator 213b.

第1演算部213aは、制御対象Wの状態方程式を用いて、該状態方程式の変数を前記探索領域内で変更した後の共振周波数及びそのゲインを求める。 The first calculation unit 213a uses the state equation of the controlled object W to obtain the resonance frequency and its gain after changing the variables of the state equation within the search area.

第2演算部213bは、制御対象Wの状態方程式を用いて、前記所望の周波数における制御対象Wのゲインを求めるとともに、共振周波数の近傍の周波数における制御対象Wのゲインも求める。本実施形態において、前記所望の周波数及び前記近傍の周波数は、本発明における所定の周波数である。 Using the equation of state of the controlled object W, the second calculation unit 213b obtains the gain of the controlled object W at the desired frequency, and also obtains the gain of the controlled object W at frequencies near the resonance frequency. In this embodiment, the desired frequency and the neighboring frequencies are predetermined frequencies in the present invention.

本実施形態では、第1演算部213a及び第2演算部213bによって求めた共振周波数及びゲインが、第2特徴値に対応する。 In the present embodiment, the resonance frequency and gain calculated by the first calculator 213a and the second calculator 213b correspond to the second characteristic value.

最適化処理部214は、制御対象Wの状態方程式の変数を探索領域内で変更するとともに、変更後の変数を用いて第2特徴値算出部213によって求められる第2特徴値と、第1特徴値取得部11によって取得される第1特徴値とを用いて、前記探索領域内で評価関数の最適解を求める最適化処理を行う。詳しくは、最適化処理部214は、前記第1特徴値である共振周波数及びゲインと前記第2特徴値である共振周波数及びゲインとを用いて、前記探索領域内で前記評価関数が最小になる最適解を求めるとともに、そのときの変数を求める。 The optimization processing unit 214 changes the variables of the state equation of the controlled object W within the search area, and uses the changed variables to calculate the second feature value calculated by the second feature value calculation unit 213 and the first feature value Using the first feature value acquired by the value acquisition unit 11, optimization processing is performed to find the optimum solution of the evaluation function within the search area. Specifically, the optimization processing unit 214 uses the resonance frequency and gain that are the first feature values and the resonance frequency and gain that are the second feature values to minimize the evaluation function within the search area. Find the optimal solution and find the variables at that time.

前記評価関数は、前記第1特徴値と前記第2特徴値との関係式である。すなわち、前記評価関数は、前記第1特徴値と前記第2特徴値との差の平方を含む関係式である。詳しくは、前記評価関数は、前記第1特徴値である共振周波数と前記第2特徴値である共振周波数との差の平方と、前記第1特徴値であるゲインと前記第2特徴値であるゲインとの差の平方とを含む関係式である。具体的には、前記評価関数は、例えば、以下の(2)式である。 The evaluation function is a relational expression between the first feature value and the second feature value. That is, the evaluation function is a relational expression including the square of the difference between the first feature value and the second feature value. Specifically, the evaluation function is the square of the difference between the resonance frequency that is the first feature value and the resonance frequency that is the second feature value, the gain that is the first feature value, and the second feature value. It is a relational expression including the square of the difference with the gain. Specifically, the evaluation function is, for example, the following formula (2).

Figure 2023108526000004
Figure 2023108526000004

ここで、w1~w5は重み係数であり、fpは第1特徴値である共振周波数であり、fpmは第2特徴値である共振周波数であり、εは前記所望の周波数であり、fpl,fphは共振周波数の近傍の周波数であり、G(fp),G(ε),G(fpl),G(fph)は第1特徴値であるゲインであり、Gm(fpm),Gm(ε),Gm(fpl),Gm(fph)は第2特徴値であるゲインである。なお、本実施形態では、fplは共振周波数よりも低い周波数であり、fghは共振周波数よりも高い周波数である。図12に、前記評価関数における各値の関係を示す。図12に示す例では、前記所望の周波数は、共振周波数よりも低い周波数である。 Here, w1 to w5 are weighting coefficients, fp is the resonance frequency that is the first feature value, fpm is the resonance frequency that is the second feature value, ε is the desired frequency, fpl, fph is a frequency in the vicinity of the resonance frequency, G(fp), G(ε), G(fpl), G(fph) are gains that are first feature values, Gm(fpm), Gm(ε), Gm(fpl) and Gm(fph) are gains that are second feature values. In this embodiment, fpl is a frequency lower than the resonance frequency, and fgh is a frequency higher than the resonance frequency. FIG. 12 shows the relationship of each value in the evaluation function. In the example shown in FIG. 12, the desired frequency is a frequency lower than the resonance frequency.

(2)式において、w3(G(ε)-Gm(ε))は、前記所望の周波数でのフィッティングを行い、w4(G(fpl)-Gm(fpl))+w5(G(fph)-Gm(fph))は、共振の減衰に関するフィッティングの精度を高めることができる。 In equation (2), w3(G(ε)-Gm(ε)) 2 performs fitting at the desired frequency, and w4(G(fpl)-Gm(fpl)) 2 +w5(G(fph) −Gm(fph)) 2 can improve the accuracy of the fitting for resonance damping.

なお、最適化処理部214において前記評価関数を用いて最適解を求める方法は、実施形態1、2と同様である。よって、前記評価関数の最適解を求める演算方法の詳しい説明については省略する。 The method of finding the optimum solution using the evaluation function in the optimization processing unit 214 is the same as in the first and second embodiments. Therefore, detailed description of the calculation method for obtaining the optimum solution of the evaluation function is omitted.

本実施形態の構成により、前記所望の周波数でのフィッティングを行いつつ、共振の減衰に関するフィッティングの精度を高めることができるため、制御対象Wの特性値を容易に且つより精度良く推定することができる。 With the configuration of the present embodiment, it is possible to improve the accuracy of fitting relating to damping of resonance while performing fitting at the desired frequency, so that the characteristic value of the controlled object W can be easily and accurately estimated. .

前記評価関数には、w3(G(ε)-Gm(ε))が含まれていなくてもよいし、w4(G(fpl)-Gm(fpl))+w5(G(fph)-Gm(fph))が含まれていなくてもよい。また、εは、共振周波数よりも高い周波数であってもよい。前記評価関数は、実施形態1の評価関数のように複数の共振周波数に対応可能な評価関数であってもよい。 The evaluation function may not include w3(G(ε)-Gm(ε)) 2 , or w4(G(fpl)-Gm(fpl)) 2 +w5(G(fph)-Gm (fph)) 2 may not be included. Also, ε may be a frequency higher than the resonance frequency. The evaluation function may be an evaluation function capable of handling a plurality of resonance frequencies like the evaluation function of the first embodiment.

図13は、慣性モーメント、ばね定数及び粘性減衰係数が実測値と演算値とで異なる場合の周波数特性の一例を示す。図13では、共振周波数及びそのゲインが実測値と演算値とで一致している一方、他の周波数のゲインが実測値と演算値とで異なっている。図13に示す場合には、上述の(2)式を用いることにより、演算値を実測値にフィッティングさせることができる。 FIG. 13 shows an example of frequency characteristics when the moment of inertia, spring constant, and viscous damping coefficient differ between the measured values and the calculated values. In FIG. 13, the measured values and the calculated values of the resonance frequency and its gain match, while the measured values and the calculated values of the gains of other frequencies are different. In the case shown in FIG. 13, the calculated value can be fitted to the actual measured value by using the above-described equation (2).

なお、図13の場合には、(2)式において、W1(G(fp)-Gm(fpm))、W2(fp-fpm)に加えて、w3(G(ε)-Gm(ε))、w4(G(fpl)-Gm(fpl))、w5(G(fph)-Gm(fph))の少なくとも一つが含まれた式を、評価関数として用いてもよい。また、図13の場合には、(2)式において、W1(G(fp)-Gm(fpm))、W2(fp-fpm)が含まれずに、w3(G(ε)-Gm(ε))、w4(G(fpl)-Gm(fpl))、w5(G(fph)-Gm(fph))が含まれた式を、評価関数として用いてもよい。 In the case of FIG. 13, in addition to W1(G(fp)-Gm(fpm)) 2 and W2(fp-fpm) 2 in equation (2), w3(G(ε)-Gm(ε )) 2 , w4(G(fpl)−Gm(fpl)) 2 , and w5(G(fph)−Gm(fph)) 2 , an equation including at least one of 2 may be used as the evaluation function. In the case of FIG. 13, W1(G(fp)-Gm(fpm)) 2 and W2(fp-fpm) 2 are not included in equation (2), and w3(G(ε)-Gm( Expressions including ε)) 2 , w4(G(fpl)−Gm(fpl)) 2 , w5(G(fph)−Gm(fph)) 2 may be used as evaluation functions.

図14は、粘性減衰係数が実測値と演算値とで異なる場合の周波数特性の一例を示す。図14では、共振周波数が実測値と演算値とで一致している一方、共振周波数におけるゲインが実測値と演算値とで異なっている。図14に示す場合には、以下の(3)式を用いることにより、演算値を実測値にフィッティングさせることができる。 FIG. 14 shows an example of frequency characteristics when the viscous damping coefficient differs between the measured value and the calculated value. In FIG. 14, the measured value and the calculated value of the resonance frequency match, whereas the measured value and the calculated value differ in the gain at the resonance frequency. In the case shown in FIG. 14, the calculated value can be fitted to the measured value by using the following equation (3).

Figure 2023108526000005
Figure 2023108526000005

なお、図14の場合には、(3)式において、W1(G(fp)-Gm(fpm))、W2(fp-fpm)に加えて、w3(G(fpl)-Gm(fpl))、w4(G(fph)-Gm(fph))のいずれか一方が含まれた式を、評価関数として用いてもよい。また、図14の場合には、(3)式において、W1(G(fp)-Gm(fpm))に加えて、w3(G(fpl)-Gm(fpl))、w4(G(fph)-Gm(fph))のいずれか一方が含まれた式を、評価関数として用いてもよい。また、図14の場合には、(3)式において、W1(G(fp)-Gm(fpm))、W2(fp-fpm)が含まれずに、w3(G(fpl)-Gm(fpl))、w4(G(fph)-Gm(fph))が含まれた式を、評価関数として用いてもよい。 In the case of FIG. 14, in addition to W1(G(fp)-Gm(fpm)) 2 and W2(fp-fpm) 2 in equation (3), w3(G(fpl)-Gm(fpl )) 2 and w4(G(fph)−Gm(fph)) 2 may be used as the evaluation function. In the case of FIG. 14, in addition to W1(G(fp)-Gm(fpm)) 2 in equation (3), w3(G(fpl)-Gm(fpl)) 2 , w4(G( fph)-Gm(fph)) 2 may be used as the evaluation function. In the case of FIG. 14, W1(G(fp)-Gm(fpm)) 2 and W2(fp-fpm) 2 are not included in equation (3), and w3(G(fpl)-Gm( An expression including fpl)) 2 and w4(G(fph)-Gm(fph)) 2 may be used as the evaluation function.

図15は、ばね定数が実測値と演算値とで異なる場合の周波数特性の一例を示す。図15では、共振周波数が実測値と演算値とで異なっている一方、共振周波数におけるゲインが実測値と演算値とで一致している。図15に示す場合にも、(3)式を用いることにより、演算値を実測値にフィッティングさせることができる。 FIG. 15 shows an example of frequency characteristics when the spring constant differs between the measured value and the calculated value. In FIG. 15, the measured value and the calculated value of the resonance frequency are different from each other, while the measured value and the calculated value of the gain at the resonance frequency match. Also in the case shown in FIG. 15, the calculated value can be fitted to the measured value by using the equation (3).

なお、図15の場合も、(3)式において、W1(G(fp)-Gm(fpm))、W2(fp-fpm)に加えて、w3(G(fpl)-Gm(fpl))、w4(G(fph)-Gm(fph))のいずれか一方が含まれた式を、評価関数として用いてもよい。また、図15の場合には、(3)式において、W2(fp-fpm)が含まれずに、W1(G(fp)-Gm(fpm))に加えて、w3(G(fpl)-Gm(fpl))、w4(G(fph)-Gm(fph))のいずれか一方が含まれた式を、評価関数として用いてもよい。また、図15の場合には、(3)式において、W1(G(fp)-Gm(fpm))、W2(fp-fpm)が含まれずに、w3(G(fpl)-Gm(fpl))、w4(G(fph)-Gm(fph))が含まれた式を、評価関数として用いてもよい。 Also in the case of FIG. 15, in addition to W1(G(fp)-Gm(fpm)) 2 and W2(fp-fpm) 2 in equation (3), w3(G(fpl)-Gm(fpl) ) 2 and w4(G(fph)−Gm(fph)) 2 may be used as the evaluation function. In the case of FIG . 15, in addition to W1 (G (fp) - Gm (fpm)) 2 , w3 (G (fpl) -Gm(fpl)) 2 and w4(G(fph)-Gm(fph)) 2 may be used as the evaluation function. In the case of FIG. 15, W1(G(fp)-Gm(fpm)) 2 and W2(fp-fpm) 2 are not included in equation (3), and w3(G(fpl)-Gm( An expression including fpl)) 2 and w4(G(fph)-Gm(fph)) 2 may be used as the evaluation function.

(その他の実施形態)
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
Although the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, without being limited to the above-described embodiment, it is possible to modify the above-described embodiment as appropriate without departing from the spirit thereof.

前記実施形態2では、特性値推定装置100は、ばね定数k1,k3を分割せずに、粘性減衰係数c1~c3をそれぞれ5分割して、評価関数の最適解を求めている。しかしながら、特性値推定装置は、ばね定数及び粘性減衰係数の全てを分割してもよいし、ばね定数及び粘性減衰係数の少なくとも1つを分割してもよい。 In the second embodiment, the characteristic value estimating device 100 divides each of the viscous damping coefficients c1 to c3 into five without dividing the spring constants k1 and k3 to find the optimum solution of the evaluation function. However, the characteristic value estimation device may divide all of the spring constant and the viscous damping coefficient, or may divide at least one of the spring constant and the viscous damping coefficient.

前記各実施形態では、制御対象Wは、4慣性系であり、モータ、トルク検出器及び供試体などを含む。しかしながら、制御対象Wは、3慣性系や5慣性系など、4慣性系以外の多慣性系であってもよいし、2慣性系であってもよい。また、制御対象Wは、上記以外の他の構成を含んでいてもよいし、上記以外の他の構成を有する軸系を含んでいてもよい。 In each of the above-described embodiments, the controlled object W is a four-inertia system and includes a motor, a torque detector, a test piece, and the like. However, the controlled object W may be a multi-inertia system other than a four-inertia system, such as a three-inertia system or a five-inertia system, or may be a two-inertia system. In addition, the controlled object W may include a configuration other than the above, or may include a shaft system having a configuration other than the above.

前記各実施形態では、第1特徴値は、共振周波数及びゲインである。第2特徴値は、共振周波数及びゲインである。しかしながら、第1特徴値は、共振周波数のみであってもよい。第2特徴値は、共振周波数のみであってもよい。また、第1特徴値は、制御対象Wの共振周波数及びそのゲイン以外の特徴値(モータの電流応答など)を含んでいてもよいし、その特徴値だけであってもよい。第2特徴値は、制御対象Wの共振周波数及びそのゲイン以外の特徴値(モータの電流応答など)を含んでいてもよいし、その特徴値だけであってもよい。 In each of the embodiments described above, the first feature value is the resonance frequency and the gain. The second feature value is the resonance frequency and gain. However, the first characteristic value may be only the resonance frequency. The second characteristic value may be only the resonance frequency. Also, the first feature value may include a feature value other than the resonance frequency of the controlled object W and its gain (motor current response, etc.), or may be only the feature value. The second feature value may include a feature value other than the resonance frequency and gain of the controlled object W (motor current response, etc.), or may be only the feature value.

前記各実施形定では、特性値推定装置1,100は、制御対象Wのばね定数k1,k3を推定している。しかしながら、特性値推定装置は、他のパラメータを推定してもよい。 In each embodiment described above, the characteristic value estimation devices 1 and 100 estimate the spring constants k1 and k3 of the object W to be controlled. However, the characteristic value estimation device may estimate other parameters.

前記各実施形態では、最適化処理部14,140は、変数の探索領域において評価関数の最小値を最適解として求めている。しかしながら、最適化処理部は、前記探索領域において評価関数の最大値などの他の値を最適解として求めてもよい。この場合には、前記評価関数として、実施形態1の評価関数ではなく、前記他の値を最適解として求めることができるような評価関数を用いればよい。最適化処理部で用いられる評価関数は、前記各実施形態で用いられている評価関数とは別の評価関数であってもよい。 In each of the above-described embodiments, the optimization processing units 14 and 140 obtain the minimum value of the evaluation function in the variable search area as the optimum solution. However, the optimization processing section may obtain other values such as the maximum value of the evaluation function in the search area as the optimum solution. In this case, as the evaluation function, instead of the evaluation function of the first embodiment, an evaluation function that can obtain the other value as the optimum solution may be used. The evaluation function used in the optimization processing section may be an evaluation function different from the evaluation functions used in the above embodiments.

前記各実施形態では、最適化処理部14,140は、変数の初期値を、探索領域または局所領域の最小値に設定している。しかしながら、最適化処理部は、変数の初期値を、探索領域または局所領域における他の値に設定してもよい。 In each of the above embodiments, the optimization processing units 14 and 140 set the initial values of the variables to the minimum values of the search area or local area. However, the optimizer may set the initial values of the variables to other values in the search area or local area.

前記各実施形態では、探索領域の一例として、ばね定数k1,k3を変化させた場合の例が記載されている。しかしながら、前記探索領域は、制御対象の状態方程式の変数である他のパラメータを変化させた領域であってもよい。 In each of the embodiments described above, an example in which the spring constants k1 and k3 are changed is described as an example of the search area. However, the search area may be an area in which other parameters, which are variables of the state equation of the controlled object, are changed.

本発明は、制御対象の特性値を推定する特性値推定装置及び特性値推定方法に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a characteristic value estimation device and a characteristic value estimation method for estimating characteristic values of a controlled object.

1、100、200 特性値推定装置
11、211 第1特徴値取得部
12、120 パラメータ設定部
13、213 第2特徴値算出部
14、140、214 最適化処理部
15 推定部
121 探索領域分割部
141 局所領域最適化処理部
142 最適解選択部
211a 第1取得部
211b 第2取得部
213a 第1演算部
213b 第2演算部
W 制御対象
1, 100, 200 Characteristic value estimation device 11, 211 First characteristic value acquiring unit 12, 120 Parameter setting unit 13, 213 Second characteristic value calculating unit 14, 140, 214 Optimization processing unit 15 Estimating unit 121 Search region dividing unit 141 Local region optimization processing unit 142 Optimal solution selection unit 211a First acquisition unit 211b Second acquisition unit 213a First calculation unit 213b Second calculation unit W Control target

Claims (5)

制御対象の特性値を推定する特性値推定装置であって、
前記制御対象の周波数特性から、所定の周波数における前記制御対象の第1特徴値を求める第1特徴値取得部と、
前記第1特徴値に影響を与える変数を含む状態方程式を用いて、前記所定の周波数において前記変数を探索領域内で変化させた場合の前記制御対象の第2特徴値を算出する第2特徴値算出部と、
前記変数を前記探索領域内で変化させることにより、前記第2特徴値算出部によって算出される前記第2特徴値を変更して、前記第1特徴値と前記第2特徴値との関係式である評価関数の前記探索領域における最適解を求める最適化処理部と、
前記最適化処理部によって最適解が求められるときの前記変数を、前記特性値と推定する推定部と、
を有する、
特性値推定装置。
A characteristic value estimating device for estimating a characteristic value of a controlled object,
a first feature value acquisition unit that obtains a first feature value of the controlled object at a predetermined frequency from the frequency characteristics of the controlled object;
A second feature value for calculating a second feature value of the controlled object when the variable is changed within the search area at the predetermined frequency using a state equation including a variable that affects the first feature value. a calculation unit;
By changing the variable within the search area, the second feature value calculated by the second feature value calculator is changed, and the relational expression between the first feature value and the second feature value is an optimization processing unit that obtains an optimal solution for a certain evaluation function in the search area;
an estimating unit that estimates the variable when the optimum solution is obtained by the optimization processing unit as the characteristic value;
having
Characteristic value estimator.
請求項1に記載の特性値推定装置において、
前記評価関数は、前記第1特徴値と前記第2特徴値との差の平方を含む関係式であり、
前記最適化処理部は、前記第1特徴値と前記第2特徴値との差の平方が最小の場合の前記評価関数の値を、前記最適解として求める、
特性値推定装置。
In the characteristic value estimation device according to claim 1,
The evaluation function is a relational expression including the square of the difference between the first feature value and the second feature value,
The optimization processing unit obtains the value of the evaluation function when the square of the difference between the first feature value and the second feature value is the minimum as the optimal solution,
Characteristic value estimator.
請求項1または2に記載の特性値推定装置において、
前記第1特徴値及び前記第2特徴値は、それぞれ、少なくともゲインを含む、
特性値推定装置。
In the characteristic value estimation device according to claim 1 or 2,
the first feature value and the second feature value each include at least a gain;
Characteristic value estimator.
請求項1から3のいずれか一つに記載の特性値推定装置において、
前記探索領域は、複数の局所領域からなり、
前記最適化処理部は、
前記複数の局所領域において、それぞれ、前記状態方程式の前記変数を変化させることにより、前記第2特徴値算出部によって算出される前記第2特徴値を変更して、前記評価関数の最適解を得る局所領域最適化処理部と、
前記局所領域最適化処理部によって各局所領域において得られた前記評価関数の最適解のうち最適な解を、前記探索領域における前記評価関数の最適解とする最適解選択部と、
を有する、
特性値推定装置。
In the characteristic value estimation device according to any one of claims 1 to 3,
The search area consists of a plurality of local areas,
The optimization processing unit
In each of the plurality of local regions, by changing the variables of the state equation, the second feature value calculated by the second feature value calculator is changed to obtain the optimum solution of the evaluation function. a local area optimization processing unit;
an optimal solution selection unit that selects the optimal solution among the optimal solutions of the evaluation function obtained in each local region by the local region optimization processing unit as the optimal solution of the evaluation function in the search region;
having
Characteristic value estimator.
制御対象の特性値を推定する特性値推定方法であって、
前記制御対象の周波数特性から、所定の周波数における前記制御対象の第1特徴値を求める第1特徴値取得工程と、
前記第1特徴値に影響を与える変数を含む状態方程式を用いて、前記所定の周波数において前記変数を探索領域内で変化させた場合の前記制御対象の第2特徴値を算出して、前記第1特徴値と前記第2特徴値との関係式である評価関数の前記探索領域における最適解を求める最適化処理工程と、
前記最適化処理工程で最適解が求められたときの前記変数を、前記特性値と推定する推定工程と、
を有する、
特性値推定方法。
A characteristic value estimation method for estimating a characteristic value of a controlled object,
a first characteristic value acquisition step of obtaining a first characteristic value of the controlled object at a predetermined frequency from the frequency characteristics of the controlled object;
calculating a second characteristic value of the controlled object when the variable is varied within the search area at the predetermined frequency using a state equation including variables that affect the first characteristic value; an optimization processing step of obtaining an optimal solution in the search area of the evaluation function, which is a relational expression between one feature value and the second feature value;
an estimation step of estimating the variable when the optimum solution is obtained in the optimization processing step as the characteristic value;
having
Characteristic value estimation method.
JP2022009690A 2022-01-25 2022-01-25 Characteristic value estimation device and characteristic value estimation method Pending JP2023108526A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022009690A JP2023108526A (en) 2022-01-25 2022-01-25 Characteristic value estimation device and characteristic value estimation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022009690A JP2023108526A (en) 2022-01-25 2022-01-25 Characteristic value estimation device and characteristic value estimation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023108526A true JP2023108526A (en) 2023-08-04

Family

ID=87475271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022009690A Pending JP2023108526A (en) 2022-01-25 2022-01-25 Characteristic value estimation device and characteristic value estimation method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023108526A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10352785B2 (en) Method measuring axial force of bolt
CN107256204B (en) Experimental device and method for multipoint vibration response frequency domain prediction based on transfer function
WO2016197552A1 (en) High-speed platform movement parameter self-tuning method based on model identification and equivalent simplification
CN111546336B (en) Ash box model parameter identification method and system for robot system
US9465381B2 (en) Servo control device having automatic filter adjustment function based on experimental modal analysis
JP2604036B2 (en) Engine test control device
KR20100084671A (en) Engine bench system control system
JP5255924B2 (en) Power system reduction model creation device, power system reduction model creation method, and power system reduction model creation program
CN111368466A (en) Mechanical vibration prediction method based on frequency response function parameter correction
JP2008203051A (en) Parameter estimation apparatus of engine bench system
Geerardyn et al. A local rational model approach for H∞ norm estimation: With application to an active vibration isolation system
Tian et al. Non-asymptotic estimation for fractional integrals of noisy accelerations for fractional order vibration systems
CN115422698A (en) Servo drive variable-period online inertia identification method
JP2023108526A (en) Characteristic value estimation device and characteristic value estimation method
Wang et al. An improved Kalman filter with dummy measurement for identification of structural load and unknown parameters
CN111367170A (en) Input shaper design method
CN109564410B (en) Semi-automatic, interactive tool for identifying physical parameters of mechanical loads
JP7107496B2 (en) Control system design method and test system control parameter determination method
KR101860608B1 (en) System analysis method using the measured signal
US11042786B2 (en) Learning processing device, data analysis device, analytical procedure selection method, and recording medium
Zhang et al. Location identification of nonlinearities in MDOF systems through order determination of state-space models
JP2022017037A (en) Apparatus for fault diagnosis and method of estimating fault point
CN115391744B (en) Load sensor dynamic model parameter identification method and device
KR101790733B1 (en) Step length control apparatus with multi-staged clutch damper model and the method thereof
JP3240757B2 (en) Structure vibration test apparatus and method