JP3391378B2 - モータ制御装置 - Google Patents
モータ制御装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットや工作機
械等の制御装置、特にイナーシャ等の制御定数を同定す
るモータ制御装置に関する。
械等の制御装置、特にイナーシャ等の制御定数を同定す
るモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のモータの制御定数を同定するモー
タ制御装置としては、例えば、本出願人による特開平１
１−４６４８９号に開示の装置がある。この装置では、
モデルと実際のトルク指令を積分する区間及び速度指令
を、粘性摩擦外乱、クーロン摩擦外乱、一定外乱トル
ク、静止摩擦外乱の影響をできるだけ受けないように設
定し、それぞれのトルク指令の積分値の比によってイナ
ーシャを同定するもので、一定外乱トルク、粘性摩擦外
乱も非常に簡単に同定できる。
タ制御装置としては、例えば、本出願人による特開平１
１−４６４８９号に開示の装置がある。この装置では、
モデルと実際のトルク指令を積分する区間及び速度指令
を、粘性摩擦外乱、クーロン摩擦外乱、一定外乱トル
ク、静止摩擦外乱の影響をできるだけ受けないように設
定し、それぞれのトルク指令の積分値の比によってイナ
ーシャを同定するもので、一定外乱トルク、粘性摩擦外
乱も非常に簡単に同定できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、イナーシャ同定を行う速度指令に依存したイ
ナーシャ同定誤差を生じてしまう。図４に速度指令とイ
ナーシャ同定値の関係を示す。図４において、横軸は速
度指令（ｒｐｍ）であり、縦軸はイナーシャ同定値Ｊ／
Ｊ’である。同図から、速度指令が小さい場合はイナー
シャ同定値が小さくなることがわかる。そこで、本発明
は、速度指令が小さい場合、あるいは加減速度が小さい
場合でも、精度良くイナーシャ同定ができる汎用的なモ
ータ制御装置を提供することを目的としている。
来例では、イナーシャ同定を行う速度指令に依存したイ
ナーシャ同定誤差を生じてしまう。図４に速度指令とイ
ナーシャ同定値の関係を示す。図４において、横軸は速
度指令（ｒｐｍ）であり、縦軸はイナーシャ同定値Ｊ／
Ｊ’である。同図から、速度指令が小さい場合はイナー
シャ同定値が小さくなることがわかる。そこで、本発明
は、速度指令が小さい場合、あるいは加減速度が小さい
場合でも、精度良くイナーシャ同定ができる汎用的なモ
ータ制御装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、速度指令を発生する指令
発生部と、速度指令Ｖｒｅｆと実際のモータ速度Ｖｆｂ
によりトルク指令を決定しモータ速度を制御する速度制
御部と、モデルにより前記速度制御部をシミュレートす
るモデル速度制御部と、前記速度制御部のトルク指令Ｔ
ｒｅｆを所定の区間［ａ，ｂ］で時間積分した値ＳＴｒ
ｅｆと前記モデル速度制御部のトルク指令Ｔｒｅｆ’を
同じ区間で時間積分した値ＳＴｒｅｆ’との比によりイ
ナーシャＪを同定する同定部と、同定されたイナーシャ
Ｊに基づいて、前記モデル速度制御部の速度ループゲイ
ンＫｖの調整を行う調整部と、を備えるモータ制御装置
において、前記モデル速度制御部内のトルク指令から速
度までのモデルを、モデルイナーシャＪ’と粘性摩擦外
乱Ｄｃとクーロン摩擦外乱Ｔｃと、速度がゼロに減速す
る場合は所定の速度から摩擦外乱が増加する負勾配摩擦
外乱と、速度がゼロから加速する場合は加速トルクを助
けるばね特性外乱とで表すことを特徴としている。ま
た、請求項２に記載の発明は、前記ばね特性外乱は、前
記速度が減速して速度がゼロになった場合の外乱から連
続的に加速トルクが始まる場合の外乱とすることを特徴
としている。以上の構成のモータ制御装置によれば、モ
デル速度制御部内のトルク指令Ｔｒｅｆ’から速度Ｖｆ
ｂ’までのモデルを、モデルイナーシャＪ’と粘性摩擦
外乱Ｄｃとクーロン摩擦外乱Ｔｃと、速度がゼロから減
速する場合は所定の速度から摩擦外乱が増加する負勾配
摩擦外乱と、速度がゼロから加速する場合は、速度がゼ
ロになった時の外乱から連続的に加速トルクが始まる時
の外乱による加速トルクを助けるばね特性外乱とで表す
ので、速度指令が大きい場合はクーロン摩擦外乱と粘性
摩擦外乱で表されるモデルによりイナーシャを同定し、
速度指令がゼロ近辺で小さい場合において、速度がゼロ
に減速する時には減速が始まり所定の速度に達すると摩
擦外乱トルクが増加する負勾配摩擦外乱により、速度が
ゼロから加速する時は連続的に摩擦外乱トルクが変化す
るモデルによって、同様にイナーシャを同定するので、
速度指令の大小に関わらず低速の場合でもイナーシャ同
定の際に、同定誤差の少ないイナーシャ同定が可能にな
る。
め、請求項１に記載の発明は、速度指令を発生する指令
発生部と、速度指令Ｖｒｅｆと実際のモータ速度Ｖｆｂ
によりトルク指令を決定しモータ速度を制御する速度制
御部と、モデルにより前記速度制御部をシミュレートす
るモデル速度制御部と、前記速度制御部のトルク指令Ｔ
ｒｅｆを所定の区間［ａ，ｂ］で時間積分した値ＳＴｒ
ｅｆと前記モデル速度制御部のトルク指令Ｔｒｅｆ’を
同じ区間で時間積分した値ＳＴｒｅｆ’との比によりイ
ナーシャＪを同定する同定部と、同定されたイナーシャ
Ｊに基づいて、前記モデル速度制御部の速度ループゲイ
ンＫｖの調整を行う調整部と、を備えるモータ制御装置
において、前記モデル速度制御部内のトルク指令から速
度までのモデルを、モデルイナーシャＪ’と粘性摩擦外
乱Ｄｃとクーロン摩擦外乱Ｔｃと、速度がゼロに減速す
る場合は所定の速度から摩擦外乱が増加する負勾配摩擦
外乱と、速度がゼロから加速する場合は加速トルクを助
けるばね特性外乱とで表すことを特徴としている。ま
た、請求項２に記載の発明は、前記ばね特性外乱は、前
記速度が減速して速度がゼロになった場合の外乱から連
続的に加速トルクが始まる場合の外乱とすることを特徴
としている。以上の構成のモータ制御装置によれば、モ
デル速度制御部内のトルク指令Ｔｒｅｆ’から速度Ｖｆ
ｂ’までのモデルを、モデルイナーシャＪ’と粘性摩擦
外乱Ｄｃとクーロン摩擦外乱Ｔｃと、速度がゼロから減
速する場合は所定の速度から摩擦外乱が増加する負勾配
摩擦外乱と、速度がゼロから加速する場合は、速度がゼ
ロになった時の外乱から連続的に加速トルクが始まる時
の外乱による加速トルクを助けるばね特性外乱とで表す
ので、速度指令が大きい場合はクーロン摩擦外乱と粘性
摩擦外乱で表されるモデルによりイナーシャを同定し、
速度指令がゼロ近辺で小さい場合において、速度がゼロ
に減速する時には減速が始まり所定の速度に達すると摩
擦外乱トルクが増加する負勾配摩擦外乱により、速度が
ゼロから加速する時は連続的に摩擦外乱トルクが変化す
るモデルによって、同様にイナーシャを同定するので、
速度指令の大小に関わらず低速の場合でもイナーシャ同
定の際に、同定誤差の少ないイナーシャ同定が可能にな
る。
【０００５】次に、本発明の実施の形態について図を参
照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係るモー
タ制御装置のブロック図である。図２は図１のモータ制
御装置における負勾配摩擦外乱及びばね特性外乱で表さ
れるモデルを示す図である。図３は図２に示すモデルに
よるイナーシャ同定結果を示す図である。図１におい
て、上段に大きなブロック１で示すのは速度制御部で、
下段の大きなブロック２はモデル速度制御部であり、３
はイナーシャＪ同定部、４は速度ループゲインＫｖの調
整部である。速度制御部１では比例積分制御（ＰＩ制
御）を組んで、制御対象はイナーシャＪのみとし、同様
にモデル制御部２でもＰＩ制御を組み、制御対象はイナ
ーシャＪ’のみとする。図１においては、速度制御部１
の速度Ｖｆｂとモデル速度制御部２の速度Ｖｆｂ’が一
致し、速度ＶｆｂとＶｆｂ’がいずれもゼロでない場合
と言う条件の基に、速度制御部１のトルク指令積分値Ｓ
ＴｒｅｆとイナーシャＪ、及びモデル速度制御部２のト
ルク指令積分値ＳＴｒｅｆ’とイナーシャＪ’には式
（１）の関係が成り立ち、したがって、同定部３ではイ
ナーシャＪを式（２）から求めることができる。 Ｊ／Ｊ’＝ＳＴｒｅｆ／ＳＴｒｅｆ’ ・・・ （１） Ｊ＝（ＳＴｒｅｆ／ＳＴｒｅｆ’）×Ｊ’ ・・・ （２） ただし、一般には、粘性摩擦外乱Ｄｃや一定外乱トルク
Ｔｄやクーロン摩擦外乱Ｔｃが存在しており、それらの
影響を除去する必要があるので、以下その方法について
説明する。粘性摩擦外乱Ｄｃについては、所定の区間
「ａ，ｂ」における速度Ｖｆｂの積分値がゼロであれば
よく、一定外乱トルクＴｄについては、ある速度Ｖｒｅ
ｆ１により求めたイナーシャＪ１と、速度指令Ｖｒｅｆ
１の正負を反転させたＶｒｅｆ２により求めたイナーシ
ャ２との平均値をイナーシャＪとすればよい。又、クー
ロン摩擦外乱Ｔｃについては、先の区間「ａ，ｂ」内で
のモータの正転時間と逆転時間が等しくなるように、区
間「ａ，ｂ」と速度指令Ｖｒｅｆを設定すればよい。以
上が、一定外乱トルクＴｄ、クーロン摩擦外乱Ｔｃ、粘
性摩擦外乱Ｄｃの影響を受けにくい方法でイナーシャを
求める原理である。こうして求められたイナーシャ値に
基づいて調整部４で速度ループゲインＫｖの調整を行
う。
照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係るモー
タ制御装置のブロック図である。図２は図１のモータ制
御装置における負勾配摩擦外乱及びばね特性外乱で表さ
れるモデルを示す図である。図３は図２に示すモデルに
よるイナーシャ同定結果を示す図である。図１におい
て、上段に大きなブロック１で示すのは速度制御部で、
下段の大きなブロック２はモデル速度制御部であり、３
はイナーシャＪ同定部、４は速度ループゲインＫｖの調
整部である。速度制御部１では比例積分制御（ＰＩ制
御）を組んで、制御対象はイナーシャＪのみとし、同様
にモデル制御部２でもＰＩ制御を組み、制御対象はイナ
ーシャＪ’のみとする。図１においては、速度制御部１
の速度Ｖｆｂとモデル速度制御部２の速度Ｖｆｂ’が一
致し、速度ＶｆｂとＶｆｂ’がいずれもゼロでない場合
と言う条件の基に、速度制御部１のトルク指令積分値Ｓ
ＴｒｅｆとイナーシャＪ、及びモデル速度制御部２のト
ルク指令積分値ＳＴｒｅｆ’とイナーシャＪ’には式
（１）の関係が成り立ち、したがって、同定部３ではイ
ナーシャＪを式（２）から求めることができる。 Ｊ／Ｊ’＝ＳＴｒｅｆ／ＳＴｒｅｆ’ ・・・ （１） Ｊ＝（ＳＴｒｅｆ／ＳＴｒｅｆ’）×Ｊ’ ・・・ （２） ただし、一般には、粘性摩擦外乱Ｄｃや一定外乱トルク
Ｔｄやクーロン摩擦外乱Ｔｃが存在しており、それらの
影響を除去する必要があるので、以下その方法について
説明する。粘性摩擦外乱Ｄｃについては、所定の区間
「ａ，ｂ」における速度Ｖｆｂの積分値がゼロであれば
よく、一定外乱トルクＴｄについては、ある速度Ｖｒｅ
ｆ１により求めたイナーシャＪ１と、速度指令Ｖｒｅｆ
１の正負を反転させたＶｒｅｆ２により求めたイナーシ
ャ２との平均値をイナーシャＪとすればよい。又、クー
ロン摩擦外乱Ｔｃについては、先の区間「ａ，ｂ」内で
のモータの正転時間と逆転時間が等しくなるように、区
間「ａ，ｂ」と速度指令Ｖｒｅｆを設定すればよい。以
上が、一定外乱トルクＴｄ、クーロン摩擦外乱Ｔｃ、粘
性摩擦外乱Ｄｃの影響を受けにくい方法でイナーシャを
求める原理である。こうして求められたイナーシャ値に
基づいて調整部４で速度ループゲインＫｖの調整を行
う。
【０００６】しかしながら、同定を行う速度指令Ｖｒｅ
ｆが小さい場合や加減速度が小さい場合に速度ゼロ付近
では、１軸ころがりスライダ等の特性が原因で、従来装
置の図４に示したようにイナーシャ同定値（Ｊ／Ｊ’）
が小さくなって同定誤差が大きくなってしまう。この状
態を従来装置の図５で見ると、例えば、速度指令が台形
速度パターン（加速−定速−減速）によるゼロ・クロス
点で正逆転が切り替わる連続性のある速度指令の場合、
同図右下の直線が指令の正転側の減速カーブに対応し、
左上の負の直線部分が続く逆転側の加速カーブに対応し
ている。しかし、減速時の摩擦特性と加速時の摩擦特性
は、例えば、１軸スライダで使用される転がり案内機構
では、駆動条件によってボールとレール間の膜厚（油膜
の厚さ）の変化や弾性変形の影響で、速度ゼロに対して
点対称ではない。
ｆが小さい場合や加減速度が小さい場合に速度ゼロ付近
では、１軸ころがりスライダ等の特性が原因で、従来装
置の図４に示したようにイナーシャ同定値（Ｊ／Ｊ’）
が小さくなって同定誤差が大きくなってしまう。この状
態を従来装置の図５で見ると、例えば、速度指令が台形
速度パターン（加速−定速−減速）によるゼロ・クロス
点で正逆転が切り替わる連続性のある速度指令の場合、
同図右下の直線が指令の正転側の減速カーブに対応し、
左上の負の直線部分が続く逆転側の加速カーブに対応し
ている。しかし、減速時の摩擦特性と加速時の摩擦特性
は、例えば、１軸スライダで使用される転がり案内機構
では、駆動条件によってボールとレール間の膜厚（油膜
の厚さ）の変化や弾性変形の影響で、速度ゼロに対して
点対称ではない。
【０００７】そこで、図２の速度−摩擦外乱のモデルで
は、速度が減速して、停止し、加速していく際、摩擦外
乱力は、負勾配摩擦外乱特性（Ｏ）→交点（Ｑ）→ばね
特性外乱特性（Ｐ）と変化する。すなわち、速度が減速
してゆくと正転側の減速カーブの直線性から上側の凸の
２次曲線的に変化してＱ点に達する。さらに、Ｑ点から
逆方向に加速するにつれてばね外乱特性（Ｐ）が急勾配
に増加し、その後、直線性へ移行するものである。これ
によって制御上は低速時の正逆転カーブでもＱ点で連続
性が回復し、図５のようなｍ−ｎ間の段差等は解消され
て滑らかな動作が保証される。図２のモデルによる実際
の低速→高速のモータ制御は、速度が大きい場合は従来
図５と同じようなクーロン摩擦外乱と粘性外乱で表され
る直線領域におけるモデル制御となり、速度ゼロ近辺の
低速時には負勾配摩擦外乱カーブ（Ｏ）及びばね特性外
乱カーブ（Ｐ）による制御となる。図２のモデルを用い
た場合の実験結果を図３に示す。図３は横軸に速度指令
（ｒｐｍ）を示し、縦軸にイナーシャ同定値Ｊ／Ｊ’を
示している。これを従来図５と比較すると、図３の場合
はイナーシャ同定値Ｊ／Ｊ’誤差が約０．５と、従来例
の図５における１．５から１／３に低下させることがで
きている、ということが分かる。なお、速度指令の加減
速度が小さい場合も速度指令が小さい場合と同様に考え
て、負勾配摩擦外乱、ばね特性外乱を適用してイナーシ
ャ同定誤差を改善することができる。
は、速度が減速して、停止し、加速していく際、摩擦外
乱力は、負勾配摩擦外乱特性（Ｏ）→交点（Ｑ）→ばね
特性外乱特性（Ｐ）と変化する。すなわち、速度が減速
してゆくと正転側の減速カーブの直線性から上側の凸の
２次曲線的に変化してＱ点に達する。さらに、Ｑ点から
逆方向に加速するにつれてばね外乱特性（Ｐ）が急勾配
に増加し、その後、直線性へ移行するものである。これ
によって制御上は低速時の正逆転カーブでもＱ点で連続
性が回復し、図５のようなｍ−ｎ間の段差等は解消され
て滑らかな動作が保証される。図２のモデルによる実際
の低速→高速のモータ制御は、速度が大きい場合は従来
図５と同じようなクーロン摩擦外乱と粘性外乱で表され
る直線領域におけるモデル制御となり、速度ゼロ近辺の
低速時には負勾配摩擦外乱カーブ（Ｏ）及びばね特性外
乱カーブ（Ｐ）による制御となる。図２のモデルを用い
た場合の実験結果を図３に示す。図３は横軸に速度指令
（ｒｐｍ）を示し、縦軸にイナーシャ同定値Ｊ／Ｊ’を
示している。これを従来図５と比較すると、図３の場合
はイナーシャ同定値Ｊ／Ｊ’誤差が約０．５と、従来例
の図５における１．５から１／３に低下させることがで
きている、ということが分かる。なお、速度指令の加減
速度が小さい場合も速度指令が小さい場合と同様に考え
て、負勾配摩擦外乱、ばね特性外乱を適用してイナーシ
ャ同定誤差を改善することができる。
【０００８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
同定されたイナーシャＪに基づいて速度ループゲインＫ
ｖの調整を行うモータ制御装置において、モデル速度制
御部内のトルク指令から速度までのモデルを、モデルイ
ナーシャＪ’と粘性摩擦外乱Ｄｃとクーロン摩擦外乱Ｔ
ｃと、速度がゼロに減速する場合は所定の速度から摩擦
外乱が増加する負勾配摩擦外乱と、速度がゼロから加速
する場合は加速トルクを助けるばね特性外乱とで表すよ
うにしたので、速度指令が小さい場合あるいは加減速度
が小さい場合にも、精度良くイナーシャ同定ができるの
で、非常に汎用的なモータ制御装置が提供できるという
効果がある。
同定されたイナーシャＪに基づいて速度ループゲインＫ
ｖの調整を行うモータ制御装置において、モデル速度制
御部内のトルク指令から速度までのモデルを、モデルイ
ナーシャＪ’と粘性摩擦外乱Ｄｃとクーロン摩擦外乱Ｔ
ｃと、速度がゼロに減速する場合は所定の速度から摩擦
外乱が増加する負勾配摩擦外乱と、速度がゼロから加速
する場合は加速トルクを助けるばね特性外乱とで表すよ
うにしたので、速度指令が小さい場合あるいは加減速度
が小さい場合にも、精度良くイナーシャ同定ができるの
で、非常に汎用的なモータ制御装置が提供できるという
効果がある。
【図１】本発明の実施の形態に係るモータ制御装置のブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】図１のモータ制御装置における負勾配摩擦外乱
及びばね特性外乱で表されるモデルを示す図である。
及びばね特性外乱で表されるモデルを示す図である。
【図３】図２に示すモデルによるイナーシャ同定結果を
示す図である。
示す図である。
【図４】従来のモータ制御装置のイナーシャ同定結果を
示す図である。
示す図である。
【図５】図４に示すモータ制御装置の制御モデルを示す
図である。
図である。
１ 速度制御部
２ モデル速度制御部
３ 同定部
４ 調整部
Ｏ 負勾配外乱特性部分
Ｐ ばね特性外乱特性部分
Claims (2)
- 【請求項１】 速度指令を発生する指令発生部と、速度
指令Ｖｒｅｆと実際のモータ速度Ｖｆｂによりトルク指
令を決定しモータ速度を制御する速度制御部と、モデル
により前記速度制御部をシミュレートするモデル速度制
御部と、前記速度制御部のトルク指令Ｔｒｅｆを所定の
区間［ａ，ｂ］で時間積分した値ＳＴｒｅｆと前記モデ
ル速度制御部のトルク指令Ｔｒｅｆ’を同じ区間で時間
積分した値ＳＴｒｅｆ’との比によりイナーシャＪを同
定する同定部と、同定されたイナーシャＪに基づいて前
記モデル速度制御部の速度ループゲインＫｖの調整を行
う調整部とを備えるモータ制御装置において、 前記モデル速度制御部内のトルク指令から速度までのモ
デルを、モデルイナーシャＪ’と粘性摩擦外乱Ｄｃとク
ーロン摩擦外乱Ｔｃと、速度がゼロに減速する場合は所
定の速度から摩擦外乱が増加する負勾配摩擦外乱と、速
度がゼロから加速する場合は加速トルクを助けるばね特
性外乱とで表すことを特徴とするモータ制御装置。 - 【請求項２】 前記ばね特性外乱は、前記速度が減速し
て速度がゼロになった場合の外乱から連続的に加速トル
クが始まる場合の外乱とすることを特徴とする請求項１
記載のモータ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34370199A JP3391378B2 (ja) | 1999-12-02 | 1999-12-02 | モータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34370199A JP3391378B2 (ja) | 1999-12-02 | 1999-12-02 | モータ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001169581A JP2001169581A (ja) | 2001-06-22 |
| JP3391378B2 true JP3391378B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=18363591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34370199A Expired - Fee Related JP3391378B2 (ja) | 1999-12-02 | 1999-12-02 | モータ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3391378B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4367058B2 (ja) | 2003-09-04 | 2009-11-18 | 株式会社安川電機 | モータ制御装置 |
| JP6059891B2 (ja) * | 2012-06-05 | 2017-01-11 | Juki株式会社 | 位置決め装置の制御装置及び電子部品の実装装置 |
| JP6751615B2 (ja) * | 2016-07-20 | 2020-09-09 | 日本電産サンキョー株式会社 | モータシステム |
| CN110281237B (zh) * | 2019-06-17 | 2022-05-17 | 华南理工大学 | 一种基于机器学习的串联机器人关节摩擦力辨识方法 |
-
1999
- 1999-12-02 JP JP34370199A patent/JP3391378B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001169581A (ja) | 2001-06-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090124 Year of fee payment: 6 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100124 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |