JP3391380B2 - 制御定数調整装置 - Google Patents
制御定数調整装置Info
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- JP3391380B2 JP3391380B2 JP2000049725A JP2000049725A JP3391380B2 JP 3391380 B2 JP3391380 B2 JP 3391380B2 JP 2000049725 A JP2000049725 A JP 2000049725A JP 2000049725 A JP2000049725 A JP 2000049725A JP 3391380 B2 JP3391380 B2 JP 3391380B2
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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、動作中にイナーシャ変動がある
場合に制御定数の調整を行なう制御装置に関する。
械等の制御装置、特に、動作中にイナーシャ変動がある
場合に制御定数の調整を行なう制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の制御定数を調整する装置として
は、本出願人が特願平８−２３０７１３で提案した装置
がある。この装置では、速度制御部で得られた速度偏差
に速度制御部の応答と同等なフィルタを通した値の絶対
値の時間積分値と、モータ速度にモデルの速度が一致す
るように速度制御部をシミュレートする推定部で得られ
た速度偏差の絶対値の時間積分値との比から未知なるイ
ナーシャＪを同定し、推定部内の既知なるイナーシャ
Ｊ’との比Ｊ／Ｊ’に所定のフィルタを通した値に基づ
いて制御ゲインの調整を行っているため、モータやモー
タに連結された負荷に加えられる一定外乱（重力など）
の影響を受けず、非常に簡単な演算のみで制御定数のチ
ューニングを精度良くリアルタイムに実現できる。
は、本出願人が特願平８−２３０７１３で提案した装置
がある。この装置では、速度制御部で得られた速度偏差
に速度制御部の応答と同等なフィルタを通した値の絶対
値の時間積分値と、モータ速度にモデルの速度が一致す
るように速度制御部をシミュレートする推定部で得られ
た速度偏差の絶対値の時間積分値との比から未知なるイ
ナーシャＪを同定し、推定部内の既知なるイナーシャ
Ｊ’との比Ｊ／Ｊ’に所定のフィルタを通した値に基づ
いて制御ゲインの調整を行っているため、モータやモー
タに連結された負荷に加えられる一定外乱（重力など）
の影響を受けず、非常に簡単な演算のみで制御定数のチ
ューニングを精度良くリアルタイムに実現できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしなから、上記従
来技術では、イナーシャ同定を行なうための条件が、速
度制御部内の速度Ｖｆｂと推定部内の速度Ｖｆｂ'がゼ
ロでない値で一致する場合にのみ行なうということだけ
であるため、この条件だけでは、速度制御部のトルク指
令が飽和している場合のように、速度制御部で得られる
速度偏差がイナーシャの大きさと無関係になるような場
合、及び、速度偏差が小さい緩やかな加減速動作や一定
速動作の場合のように、速度偏差にはイナーシャの大き
さによる変化が殆ど現れず、それよりも負荷や速度検出
方法による速度リップルの影響が現れるような場合に
は、イナーシャ同定の精度が大きく劣化してしまうとい
う問題があった。更に、通常のさまざまの用途で存在す
る無秩序な外乱に対しては、その影響を受ける場合があ
り、その際にはイナーシャ同定精度を大きく劣化させ、
その結果のチューニングにより発振を招く恐れがある。
そして、一旦発振した場合は発振を自動的に回避する手
段が無いという問題があった。そこで、本発明は、トル
ク指令が飽和している場合、あるいは、速度偏差が小さ
い動作の場合等におけるイナーシャ同定の影響をなくし
て精度良くイナーシャの同定ができる制御定数調整装置
を提供することを目的としている。更に、無秩序な外乱
等によりモータが発振した場合でも自動的に発振を検出
して回避し、リアルタイムでのチューニングを精度良く
安定して行える制御定数調整装置を提供することを目的
としている。
来技術では、イナーシャ同定を行なうための条件が、速
度制御部内の速度Ｖｆｂと推定部内の速度Ｖｆｂ'がゼ
ロでない値で一致する場合にのみ行なうということだけ
であるため、この条件だけでは、速度制御部のトルク指
令が飽和している場合のように、速度制御部で得られる
速度偏差がイナーシャの大きさと無関係になるような場
合、及び、速度偏差が小さい緩やかな加減速動作や一定
速動作の場合のように、速度偏差にはイナーシャの大き
さによる変化が殆ど現れず、それよりも負荷や速度検出
方法による速度リップルの影響が現れるような場合に
は、イナーシャ同定の精度が大きく劣化してしまうとい
う問題があった。更に、通常のさまざまの用途で存在す
る無秩序な外乱に対しては、その影響を受ける場合があ
り、その際にはイナーシャ同定精度を大きく劣化させ、
その結果のチューニングにより発振を招く恐れがある。
そして、一旦発振した場合は発振を自動的に回避する手
段が無いという問題があった。そこで、本発明は、トル
ク指令が飽和している場合、あるいは、速度偏差が小さ
い動作の場合等におけるイナーシャ同定の影響をなくし
て精度良くイナーシャの同定ができる制御定数調整装置
を提供することを目的としている。更に、無秩序な外乱
等によりモータが発振した場合でも自動的に発振を検出
して回避し、リアルタイムでのチューニングを精度良く
安定して行える制御定数調整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Ｖｒｅｆにモー
タ速度Ｖｆｂが一致するようにトルク指令Ｔｒｅｆを決
定しモータ速度を制御する速度制御部と、前記モータ速
度Ｖｆｂにモデルの速度Ｖｆｂ'が一致するように前記
速度制御部をシミュレートする推定部と、前記速度制御
部の速度偏差Ｖｅに所定のフィルタを通した値ＦＶｅの
絶対値｜ＦＶｅ｜の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜と前記推定
部の速度偏差値Ｖｅ'の絶対値｜Ｖｅ'｜の時間積分値Ｓ
｜Ｖｅ'｜との比に所定のフィルタを通した値から負荷
イナーシャＪＬの同定を行なう同定部と、前記速度制御
部のトルク指令Ｔｒｅｆが飽和している場合と、前記同
定部の値ＦＶｅ及び前記推定部の速度偏差Ｖｅ'のいず
れかの平均値の絶対値が所定の値以下である場合に前記
同定部の時間積分を行なわないことを判定する判定部
と、前記同定部内で同定された負荷イナーシャＪＬに基
づいて制御ゲインの調整を行なう調整部と、を備えてい
る。また、請求項２に記載の発明は、速度指令Ｖｒｅｆ
にモータ速度Ｖｆｂが一致するようにトルク指令Ｔｒｅ
ｆを決定しモータ速度を制御する速度制御部と、前記モ
ータ速度Ｖｆｂにモデルの速度Ｖｆｂ'が一致するよう
に前記速度制御部をシミュレートする推定部と、前記速
度制御部の速度偏差Ｖｅに所定のフィルタを通した値Ｆ
Ｖｅの絶対値｜ＦＶｅ｜の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜と前
記推定部の速度偏差Ｖｅ'の絶対値｜Ｖｅ'｜の時間積分
値Ｓ｜Ｖｅ'｜との比に所定のフィルタを通した値から
負荷イナーシャＪＬの同定を行なう同定部と、前記速度
制御部のトルク指令Ｔｒｅｆが飽和している場合と、前
記速度指令Ｖｒｅｆを入力とし、前記推定部と同等な応
答となるようにゲイン設定された第２の推定部を構成
し、該第２推定部の速度偏差Ｖｅ"の絶対値｜Ｖｅ"｜が
所定の値以下である場合に前記同定部の時間積分を行な
わないことを判定する判定部と、前記同定部の速度偏差
絶対値｜Ｖｅ'｜の時間積分値Ｓ｜Ｖｅ'｜'が前記第２
推定部の速度偏差Ｖｅ"に所定のフィルタを通した値の
絶対値｜ＦＶｅ"｜の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ"｜の定数倍
よりも連続して設定回数以上大きい場合にモータが発振
状態であると判断する発振検出部と、前記同定部内で同
定された負荷イナーシャＪＬに基づいて制御ゲインの調
整を行ない、また前記発振検出部で発振が検出された場
合に発振を回避するように前記同定部の時間積分値Ｓ｜
ＦＶｅ｜を調整する調整部と、を備えている。また、請
求項３に記載の発明は、前記推定部に、モータ及びモー
タに連結された負荷の特性と前記同定部で同定された負
荷イナーシャＪＬに基づいた粘性摩擦及びクーロン摩擦
を付加することを特徴としている。また、請求項４に記
載の発明は、前記判定部の速度指令Ｖｒｅｆが位置制御
を行なうための位置検出器の情報を含む場合、位置指令
差分値に所定のフィルタを通した値を、前記速度指令Ｖ
ｒｅｆの代わりに第２推定部へ入力することを特徴とし
ている。また、請求項５記載の発明は、前記同定部に入
力された速度偏差Ｖｅの絶対値の時間積分値Ｓ｜Ｖｅ｜
が前記第２推定部の速度偏差絶対値｜Ｖｅ"｜の時間積
分値Ｓ｜Ｖｅ"｜'の定数倍よりも連続して設定回数以上
大きい場合にモータが発振状態であると判断する発振検
出部を備えたことを特徴としている。この制御定数調整
装置によれば、速度偏差Ｖｅに所定のフィルタを通した
値の絶対値の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜と、推定部の速度
偏差Ｖｅ'の絶対値の時間積分値Ｓ｜Ｖｅ｜との比に所
定のフィルタを通した値から同定部において負荷イナー
シャＪＬを同定する際に、速度制御部のトルク指令Ｔｒ
ｅｆが飽和している場合と、同定部の値ＦＶｅ及び推定
部の速度偏差Ｖｅ'の、いずれかの平均値の絶対値が所
定の値以下の場合には同定部の時間積分を行わないよう
に、判定部から判定信号としての積分フラグを同定部へ
出力するので、イナーシャ同定の精度が劣化するトルク
指令が飽和している場合及び速度偏差が小さい動作の場
合のイナーシャ同定を行わないようにして、その影響を
避けることができる。あるいは、同定部で負荷イナーシ
ャを同定する際に、トルク指令が飽和している場合と、
判定部内の第２推定部の速度偏差の絶対値｜Ｖｅ"｜が
所定の値以下の場合には、同定部の時間積分を行わない
ようにして、発振検出部でモータが発振状態と判断され
た場合は、負荷イナーシャに基づいて制御ゲインを調整
し、同定部の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜を調整して発振を
回避するので、自動的に発振を検出して回避し、精度良
くイナーシャを同定できる。
め、請求項１に記載の発明は、速度指令Ｖｒｅｆにモー
タ速度Ｖｆｂが一致するようにトルク指令Ｔｒｅｆを決
定しモータ速度を制御する速度制御部と、前記モータ速
度Ｖｆｂにモデルの速度Ｖｆｂ'が一致するように前記
速度制御部をシミュレートする推定部と、前記速度制御
部の速度偏差Ｖｅに所定のフィルタを通した値ＦＶｅの
絶対値｜ＦＶｅ｜の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜と前記推定
部の速度偏差値Ｖｅ'の絶対値｜Ｖｅ'｜の時間積分値Ｓ
｜Ｖｅ'｜との比に所定のフィルタを通した値から負荷
イナーシャＪＬの同定を行なう同定部と、前記速度制御
部のトルク指令Ｔｒｅｆが飽和している場合と、前記同
定部の値ＦＶｅ及び前記推定部の速度偏差Ｖｅ'のいず
れかの平均値の絶対値が所定の値以下である場合に前記
同定部の時間積分を行なわないことを判定する判定部
と、前記同定部内で同定された負荷イナーシャＪＬに基
づいて制御ゲインの調整を行なう調整部と、を備えてい
る。また、請求項２に記載の発明は、速度指令Ｖｒｅｆ
にモータ速度Ｖｆｂが一致するようにトルク指令Ｔｒｅ
ｆを決定しモータ速度を制御する速度制御部と、前記モ
ータ速度Ｖｆｂにモデルの速度Ｖｆｂ'が一致するよう
に前記速度制御部をシミュレートする推定部と、前記速
度制御部の速度偏差Ｖｅに所定のフィルタを通した値Ｆ
Ｖｅの絶対値｜ＦＶｅ｜の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜と前
記推定部の速度偏差Ｖｅ'の絶対値｜Ｖｅ'｜の時間積分
値Ｓ｜Ｖｅ'｜との比に所定のフィルタを通した値から
負荷イナーシャＪＬの同定を行なう同定部と、前記速度
制御部のトルク指令Ｔｒｅｆが飽和している場合と、前
記速度指令Ｖｒｅｆを入力とし、前記推定部と同等な応
答となるようにゲイン設定された第２の推定部を構成
し、該第２推定部の速度偏差Ｖｅ"の絶対値｜Ｖｅ"｜が
所定の値以下である場合に前記同定部の時間積分を行な
わないことを判定する判定部と、前記同定部の速度偏差
絶対値｜Ｖｅ'｜の時間積分値Ｓ｜Ｖｅ'｜'が前記第２
推定部の速度偏差Ｖｅ"に所定のフィルタを通した値の
絶対値｜ＦＶｅ"｜の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ"｜の定数倍
よりも連続して設定回数以上大きい場合にモータが発振
状態であると判断する発振検出部と、前記同定部内で同
定された負荷イナーシャＪＬに基づいて制御ゲインの調
整を行ない、また前記発振検出部で発振が検出された場
合に発振を回避するように前記同定部の時間積分値Ｓ｜
ＦＶｅ｜を調整する調整部と、を備えている。また、請
求項３に記載の発明は、前記推定部に、モータ及びモー
タに連結された負荷の特性と前記同定部で同定された負
荷イナーシャＪＬに基づいた粘性摩擦及びクーロン摩擦
を付加することを特徴としている。また、請求項４に記
載の発明は、前記判定部の速度指令Ｖｒｅｆが位置制御
を行なうための位置検出器の情報を含む場合、位置指令
差分値に所定のフィルタを通した値を、前記速度指令Ｖ
ｒｅｆの代わりに第２推定部へ入力することを特徴とし
ている。また、請求項５記載の発明は、前記同定部に入
力された速度偏差Ｖｅの絶対値の時間積分値Ｓ｜Ｖｅ｜
が前記第２推定部の速度偏差絶対値｜Ｖｅ"｜の時間積
分値Ｓ｜Ｖｅ"｜'の定数倍よりも連続して設定回数以上
大きい場合にモータが発振状態であると判断する発振検
出部を備えたことを特徴としている。この制御定数調整
装置によれば、速度偏差Ｖｅに所定のフィルタを通した
値の絶対値の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜と、推定部の速度
偏差Ｖｅ'の絶対値の時間積分値Ｓ｜Ｖｅ｜との比に所
定のフィルタを通した値から同定部において負荷イナー
シャＪＬを同定する際に、速度制御部のトルク指令Ｔｒ
ｅｆが飽和している場合と、同定部の値ＦＶｅ及び推定
部の速度偏差Ｖｅ'の、いずれかの平均値の絶対値が所
定の値以下の場合には同定部の時間積分を行わないよう
に、判定部から判定信号としての積分フラグを同定部へ
出力するので、イナーシャ同定の精度が劣化するトルク
指令が飽和している場合及び速度偏差が小さい動作の場
合のイナーシャ同定を行わないようにして、その影響を
避けることができる。あるいは、同定部で負荷イナーシ
ャを同定する際に、トルク指令が飽和している場合と、
判定部内の第２推定部の速度偏差の絶対値｜Ｖｅ"｜が
所定の値以下の場合には、同定部の時間積分を行わない
ようにして、発振検出部でモータが発振状態と判断され
た場合は、負荷イナーシャに基づいて制御ゲインを調整
し、同定部の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜を調整して発振を
回避するので、自動的に発振を検出して回避し、精度良
くイナーシャを同定できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
について図を参照して説明する。図１は本発明の第１の
実施の形態に係る制御定数調整装置の全体ブロック図で
ある。図３は図１に示す各部の詳細ブロック図である。
図１において、１０は速度制御部であり、速度指令Ｖｒ
ｅｆを入力し、モータ速度Ｖｆｂを推定部１１に出力
し、速度偏差Ｖｅを同定部１２に出力し、トルク指令Ｔ
ｒｅｆを判定部１３に出力する。推定部１１は速度制御
部１０のモータ速度Ｖｆｂと調整部１５の粘性摩擦係数
ｄ及びクーロン摩擦Ｆｃを入力し、速度偏差Ｖｅ’を同
定部１２及び判定部１３に出力する。同定部１２は速度
制御部１０の速度偏差Ｖｅと推定部１１の速度偏差Ｖ
ｅ’と判定部１３の積分フラグを入力し負荷イナーシャ
ＪＬを求め、調整部１５に負荷イナーシャＪＬを出力
し、判定部１３に値ＦＶｅを出力する。判定部１３は速
度制御部１０のトルク指令Ｔｒｅｆと推定部１１の速度
偏差Ｖｅ’と同定部１２で求められた値ＦＶｅを入力
し、イナーシャ同定のための時間積分を行なうか否かの
積分フラグを同定部１２に出力する。調整部１５は同定
部１２から受け取った負荷イナーシャＪＬに基づいて速
度制御部１０内の比例ゲインＫｖと、必要であれば積分
ゲインＫｉと、推定部１１内の粘性摩擦係数ｄ及びクー
ロン摩擦Ｆｃを決定する。
について図を参照して説明する。図１は本発明の第１の
実施の形態に係る制御定数調整装置の全体ブロック図で
ある。図３は図１に示す各部の詳細ブロック図である。
図１において、１０は速度制御部であり、速度指令Ｖｒ
ｅｆを入力し、モータ速度Ｖｆｂを推定部１１に出力
し、速度偏差Ｖｅを同定部１２に出力し、トルク指令Ｔ
ｒｅｆを判定部１３に出力する。推定部１１は速度制御
部１０のモータ速度Ｖｆｂと調整部１５の粘性摩擦係数
ｄ及びクーロン摩擦Ｆｃを入力し、速度偏差Ｖｅ’を同
定部１２及び判定部１３に出力する。同定部１２は速度
制御部１０の速度偏差Ｖｅと推定部１１の速度偏差Ｖ
ｅ’と判定部１３の積分フラグを入力し負荷イナーシャ
ＪＬを求め、調整部１５に負荷イナーシャＪＬを出力
し、判定部１３に値ＦＶｅを出力する。判定部１３は速
度制御部１０のトルク指令Ｔｒｅｆと推定部１１の速度
偏差Ｖｅ’と同定部１２で求められた値ＦＶｅを入力
し、イナーシャ同定のための時間積分を行なうか否かの
積分フラグを同定部１２に出力する。調整部１５は同定
部１２から受け取った負荷イナーシャＪＬに基づいて速
度制御部１０内の比例ゲインＫｖと、必要であれば積分
ゲインＫｉと、推定部１１内の粘性摩擦係数ｄ及びクー
ロン摩擦Ｆｃを決定する。
【０００６】つぎに図３を参照して動作について説明す
る。図３は速度制御部１０と推定部１１と同定部１２と
判定部１３及び調整部１５の構成を詳細に示すブロック
図であり、点線で示す速度制御部１０は、速度指令Ｖｒ
ｅｆにモータ速度Ｖｆｂが一致するように速度ループを
組んでおり、ここではＰＩ（比例積分）制御（比例ゲイ
ン：Ｋｖ、積分ゲイン：Ｋｉ）とし、トルク指令Ｔｒｅ
ｆをモータを駆動する電流制御器と判定部１３に出力
し、モータ速度Ｖｆｂを推定部１１に出力し、速度偏差
Ｖｅを同定部１２に出力する。なお、モータ（イナーシ
ャ：ＪＭ）には負荷（イナーシャ：ＪＬ）が取り付けら
れているとする。推定部１１は速度制御部１０内のモー
タ速度Ｖｆｂを指令として、速度制御部１０と同じくＰ
Ｉ制御で構成し、目的の応答となるようにゲイン設定し
てあり（比例ゲイン：Ｋｖｍ、積分ゲイン：Ｋｉｍ）、
制御対象はモータと、必要であれば負荷の特性に基づい
た粘性摩擦係数ｄ及びクーロン摩擦Ｆｃを付加してモデ
ル化し、トルク指令Ｔｒｅｆ'を電流制御器モデルに出
力し、速度偏差Ｖｅ'を同定部１２及び判定部１３に出
力する。同定部１２では、速度制御部１０の速度偏差Ｖ
ｅ、及び推定部１１の速度偏差Ｖｅ'、及び判定部１３
から出力された積分フラグを受け取り、前記速度偏差Ｖ
ｅを速度制御部１０の速度指令Ｖｒｅｆに対するモータ
速度Ｖｆｂの応答と同等の応答フィルタに通した値ＦＶ
ｅの絶対値｜ＦＶｅ｜とＶｅ'の絶対値｜Ｖｅ'｜を、積
分フラグが積分可の場合に同じ積分時間で積分し、時間
積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜及びＳ｜Ｖｅ'｜を求める。なお、
いずれかの時間積分値が設定値α以上となった場合は、 Ｓ｜Ｖｅ'｜ｎｅｗ＝α／２、 Ｓ｜ＦＶｅ｜ｎｅｗ＝（Ｓ｜ＦＶｅ｜／Ｓ｜Ｖｅ'｜）* Ｓ｜Ｖｅ'｜ｎｅｗ …（１） とする。これによりオーバフロー等は避けられる。ま
た、時間積分値の比（Ｓ｜ＦＶｅ｜／Ｓ｜Ｖｅ'｜）に
は次式 （Ｓ｜ＦＶｅ｜／Ｓ｜Ｖｅ'｜）＝Ｋｖｍ＊（ＪＭ＋ＪＬ）／（Ｋｖ＊ＪＭ） …（２） の関係があり、Ｋｖ、Ｋｖｍ、ＪＭは既知の定数である
ため、負荷イナーシャＪＬは次式 ＪＬ＝（（Ｓ｜ＦＶｅ｜／Ｓ｜Ｖｅ'｜）＊（Ｋｖ／Ｋｖｍ）−１）＊ＪＭ ……（３） で求められる。更に、（３）式のＪＬを１００ｍｓ程度
の１次遅れフィルタでフィルタリングした値を新たな負
荷イナーシャＪＬとし、調整部１５に出力する。 判定
部１３は速度制御部１０のトルク指令Ｔｒｅｆが飽和し
ている場合と、速度制御部１０速度偏差Ｖｅが小さい場
合に同定部１２の時間積分を行なわない判定を行なうも
のである。すなわち、トルク指令Ｔｒｅｆ及び同定部１
２の値ＦＶｅ及び推定部１１の速度偏差Ｖｅ'を受け取
り、トルク指令Ｔｒｅｆが飽和している場合と、ＦＶｅ
及びＶｅ'の平均値を求め、いずれかの平均値の絶対値
が所定の値βよりも小さい場合は同定部１２の時間積分
を行なわない判定を行って同定部１２に出力する。これ
によって、トルク指令が飽和している場合、あるいは速
度偏差が小さい一定速動作等の状態で同定を行った場合
の影響による、イナーシャ同定精度の劣化を避けること
ができる。なお、それぞれの平均値は、前記ＦＶｅ及び
Ｖｅ'を推定部１１の処理サイクルの整数倍で積分して
求められ、この処理サイクルの整数倍毎に所定の値β
と.その絶対値を比較し、判定後それぞれの平均値をゼ
ロクリアする。調整部１５は同定部１２で求められた負
荷イナーシャＪＬに基づいて速度制御部１０内の比例ゲ
インＫｖの更新と、必要であれば速度制御部１０内の積
分ゲインＫｉの更新と、積分器の値の調節と、推定部１
１内の粘性摩擦係数ｄ及びクーロン摩擦Ｆｃの更新を行
なう。
る。図３は速度制御部１０と推定部１１と同定部１２と
判定部１３及び調整部１５の構成を詳細に示すブロック
図であり、点線で示す速度制御部１０は、速度指令Ｖｒ
ｅｆにモータ速度Ｖｆｂが一致するように速度ループを
組んでおり、ここではＰＩ（比例積分）制御（比例ゲイ
ン：Ｋｖ、積分ゲイン：Ｋｉ）とし、トルク指令Ｔｒｅ
ｆをモータを駆動する電流制御器と判定部１３に出力
し、モータ速度Ｖｆｂを推定部１１に出力し、速度偏差
Ｖｅを同定部１２に出力する。なお、モータ（イナーシ
ャ：ＪＭ）には負荷（イナーシャ：ＪＬ）が取り付けら
れているとする。推定部１１は速度制御部１０内のモー
タ速度Ｖｆｂを指令として、速度制御部１０と同じくＰ
Ｉ制御で構成し、目的の応答となるようにゲイン設定し
てあり（比例ゲイン：Ｋｖｍ、積分ゲイン：Ｋｉｍ）、
制御対象はモータと、必要であれば負荷の特性に基づい
た粘性摩擦係数ｄ及びクーロン摩擦Ｆｃを付加してモデ
ル化し、トルク指令Ｔｒｅｆ'を電流制御器モデルに出
力し、速度偏差Ｖｅ'を同定部１２及び判定部１３に出
力する。同定部１２では、速度制御部１０の速度偏差Ｖ
ｅ、及び推定部１１の速度偏差Ｖｅ'、及び判定部１３
から出力された積分フラグを受け取り、前記速度偏差Ｖ
ｅを速度制御部１０の速度指令Ｖｒｅｆに対するモータ
速度Ｖｆｂの応答と同等の応答フィルタに通した値ＦＶ
ｅの絶対値｜ＦＶｅ｜とＶｅ'の絶対値｜Ｖｅ'｜を、積
分フラグが積分可の場合に同じ積分時間で積分し、時間
積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜及びＳ｜Ｖｅ'｜を求める。なお、
いずれかの時間積分値が設定値α以上となった場合は、 Ｓ｜Ｖｅ'｜ｎｅｗ＝α／２、 Ｓ｜ＦＶｅ｜ｎｅｗ＝（Ｓ｜ＦＶｅ｜／Ｓ｜Ｖｅ'｜）* Ｓ｜Ｖｅ'｜ｎｅｗ …（１） とする。これによりオーバフロー等は避けられる。ま
た、時間積分値の比（Ｓ｜ＦＶｅ｜／Ｓ｜Ｖｅ'｜）に
は次式 （Ｓ｜ＦＶｅ｜／Ｓ｜Ｖｅ'｜）＝Ｋｖｍ＊（ＪＭ＋ＪＬ）／（Ｋｖ＊ＪＭ） …（２） の関係があり、Ｋｖ、Ｋｖｍ、ＪＭは既知の定数である
ため、負荷イナーシャＪＬは次式 ＪＬ＝（（Ｓ｜ＦＶｅ｜／Ｓ｜Ｖｅ'｜）＊（Ｋｖ／Ｋｖｍ）−１）＊ＪＭ ……（３） で求められる。更に、（３）式のＪＬを１００ｍｓ程度
の１次遅れフィルタでフィルタリングした値を新たな負
荷イナーシャＪＬとし、調整部１５に出力する。 判定
部１３は速度制御部１０のトルク指令Ｔｒｅｆが飽和し
ている場合と、速度制御部１０速度偏差Ｖｅが小さい場
合に同定部１２の時間積分を行なわない判定を行なうも
のである。すなわち、トルク指令Ｔｒｅｆ及び同定部１
２の値ＦＶｅ及び推定部１１の速度偏差Ｖｅ'を受け取
り、トルク指令Ｔｒｅｆが飽和している場合と、ＦＶｅ
及びＶｅ'の平均値を求め、いずれかの平均値の絶対値
が所定の値βよりも小さい場合は同定部１２の時間積分
を行なわない判定を行って同定部１２に出力する。これ
によって、トルク指令が飽和している場合、あるいは速
度偏差が小さい一定速動作等の状態で同定を行った場合
の影響による、イナーシャ同定精度の劣化を避けること
ができる。なお、それぞれの平均値は、前記ＦＶｅ及び
Ｖｅ'を推定部１１の処理サイクルの整数倍で積分して
求められ、この処理サイクルの整数倍毎に所定の値β
と.その絶対値を比較し、判定後それぞれの平均値をゼ
ロクリアする。調整部１５は同定部１２で求められた負
荷イナーシャＪＬに基づいて速度制御部１０内の比例ゲ
インＫｖの更新と、必要であれば速度制御部１０内の積
分ゲインＫｉの更新と、積分器の値の調節と、推定部１
１内の粘性摩擦係数ｄ及びクーロン摩擦Ｆｃの更新を行
なう。
【０００７】次に、本発明の第２の実施の形態について
図を参照して説明する。図２は本発明の第２の実施の形
態に係る制御定数調整装置の全体ブロック図である。図
４は図２に示す各部の詳細ブロック図である。図５は図
４に示す判定部内の第２推定部のブロック図である。図
２において、速度制御部１０は図１の前実施の形態と同
じである。推定部１１は速度制御部１０のモータ速度Ｖ
ｆｂと調整部１５の粘性摩擦係数ｄ及びクーロン摩擦Ｆ
ｃを入力し、同定部１２に速度偏差Ｖｅ’を出力する。
同定部１２は速度制御部１０の速度偏差Ｖｅと推定部１
１の速度偏差Ｖｅ’と判定部１３の積分フラグと発振検
出部１４の発振フラグを入力し、負荷イナーシャＪＬを
求め調整部１５に出力する。判定部１３は速度制御部１
０のトルク指令Ｔｒｅｆと速度指令Ｖｒｅｆを入力し、
判定部内で構成された第２推定部の速度偏差絶対値｜Ｖ
ｅ”｜を発振検出部１４に出力し、イナーシャ同定のた
めの時間積分を行なうか否かの積分フラグを同定部１２
に出力する。発振検出部１４は同定部１２の速度偏差絶
対値｜Ｖｅ’｜と判定部１３の速度偏差絶対値｜Ｖｅ”
｜を入力し、モータが発振状態であるかどうかを検出
し、その結果を同定部１２に出力する。調整部１５は同
定部１２から受け取った負荷イナーシャＪＬに基づいて
速度制御部１０内の比例ゲインＫｖと必要であれば積分
ゲインＫｉと推定部１１内の粘性摩擦係数ｄ及びクーロ
ン摩擦Ｆｃを決定する。
図を参照して説明する。図２は本発明の第２の実施の形
態に係る制御定数調整装置の全体ブロック図である。図
４は図２に示す各部の詳細ブロック図である。図５は図
４に示す判定部内の第２推定部のブロック図である。図
２において、速度制御部１０は図１の前実施の形態と同
じである。推定部１１は速度制御部１０のモータ速度Ｖ
ｆｂと調整部１５の粘性摩擦係数ｄ及びクーロン摩擦Ｆ
ｃを入力し、同定部１２に速度偏差Ｖｅ’を出力する。
同定部１２は速度制御部１０の速度偏差Ｖｅと推定部１
１の速度偏差Ｖｅ’と判定部１３の積分フラグと発振検
出部１４の発振フラグを入力し、負荷イナーシャＪＬを
求め調整部１５に出力する。判定部１３は速度制御部１
０のトルク指令Ｔｒｅｆと速度指令Ｖｒｅｆを入力し、
判定部内で構成された第２推定部の速度偏差絶対値｜Ｖ
ｅ”｜を発振検出部１４に出力し、イナーシャ同定のた
めの時間積分を行なうか否かの積分フラグを同定部１２
に出力する。発振検出部１４は同定部１２の速度偏差絶
対値｜Ｖｅ’｜と判定部１３の速度偏差絶対値｜Ｖｅ”
｜を入力し、モータが発振状態であるかどうかを検出
し、その結果を同定部１２に出力する。調整部１５は同
定部１２から受け取った負荷イナーシャＪＬに基づいて
速度制御部１０内の比例ゲインＫｖと必要であれば積分
ゲインＫｉと推定部１１内の粘性摩擦係数ｄ及びクーロ
ン摩擦Ｆｃを決定する。
【０００８】つぎに図４を参照して動作について説明す
る。図４は速度制御部１０と推定部１１と同定部１２と
判定部１３と発振検出部１４及び調整部１５の詳細な構
成を示す図であり、ここで速度制御部１０、推定部１
１、調整部１５の構成は第１の実施の形態と同じであ
る。同定部１２の第１の実施の形態と異なる点は、発振
検出部１４から発振が検出された場合、発振を回避する
ように同定部内の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜を調整するこ
とである。例えば、発振が検出された場合、Ｓ｜ＦＶｅ
｜の値を半分にする等の調整を行う。判定部１３は第１
の実施の形態と同様に速度制御部１０のトルク指令Ｔｒ
ｅｆが飽和している場合と、速度制御部１０の速度偏差
Ｖｅが小さい場合に、同定部１２の時間積分を行わない
判定を行なうものであり、後者の場合の判定方法が第１
の実施の形態とは異なる。その後者の場合の判定方法で
は、速度指令Ｖｒｅｆを入力とし、推定部１０と同等な
応答となるようにゲイン設定された第２の推定部１１'
を構成し、この第２推定部１１'の速度偏差Ｖｅ"の絶対
値｜Ｖｅ"｜が所定の値β'以下である場合に、同定部１
２の時間積分を行わない。
る。図４は速度制御部１０と推定部１１と同定部１２と
判定部１３と発振検出部１４及び調整部１５の詳細な構
成を示す図であり、ここで速度制御部１０、推定部１
１、調整部１５の構成は第１の実施の形態と同じであ
る。同定部１２の第１の実施の形態と異なる点は、発振
検出部１４から発振が検出された場合、発振を回避する
ように同定部内の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜を調整するこ
とである。例えば、発振が検出された場合、Ｓ｜ＦＶｅ
｜の値を半分にする等の調整を行う。判定部１３は第１
の実施の形態と同様に速度制御部１０のトルク指令Ｔｒ
ｅｆが飽和している場合と、速度制御部１０の速度偏差
Ｖｅが小さい場合に、同定部１２の時間積分を行わない
判定を行なうものであり、後者の場合の判定方法が第１
の実施の形態とは異なる。その後者の場合の判定方法で
は、速度指令Ｖｒｅｆを入力とし、推定部１０と同等な
応答となるようにゲイン設定された第２の推定部１１'
を構成し、この第２推定部１１'の速度偏差Ｖｅ"の絶対
値｜Ｖｅ"｜が所定の値β'以下である場合に、同定部１
２の時間積分を行わない。
【０００９】図５に第２推定部の構成を示す。図５
（ａ）は第２推定部１１'が推定部１１と同一構成の場
合を示し、図５（ｂ）は、第３推定部１１"を示し、こ
れは速度制御部１０の上位に位置制御部を持ち、速度指
令Ｖｒｅｆが位置検出器の情報を含む場合に第２推定部
１１'を使う場合の構成を示している。例えば、位置指
令と位置検出器信号との差信号に位置制御ゲインを乗じ
たものを速度指令とするような場合、速度指令Ｖｒｅｆ
ではなく、位置指令差分値ΔＰｒｅｆに位置制御ゲイン
と同等の応答となるフィルタを通した値を図５（ａ）の
第２推定部１１'へ入力するものである。発振検出部１
４は同定部１２の速度偏差絶対値｜Ｖｅ'｜と、判定部
１３の速度偏差Ｖｅ"に速度制御部１０の応答と同等の
フィルタを通した値の絶対値｜ＦＶｅ"｜とを、同じ時
間で積分して積分値Ｓ｜Ｖｅ'｜'及びＳ｜ＦＶｅ"｜を
求め、Ｓ｜Ｖｅ'｜'がＳ｜ＦＶｅ"｜の定数Ｋ倍よりも
連続してＮ回数以上大きい場合にモータが発振状態であ
ると判断し、同定部１２へ発振フラグを出力する。な
お、それぞれの時間積分値は、オーバーフローしないよ
うに一定時間あるいは一定値でゼロクリアする。このよ
うに、積分フラグと発振フラグを参照して、同定部１２
で同定されたイナーシャＪＬを調整部１５へ入力し、比
例ゲインＫｖ、積分ゲインＫｉの更新、粘性摩擦係数
ｄ、クーロン摩擦Ｆｃ等の更新を行う。
（ａ）は第２推定部１１'が推定部１１と同一構成の場
合を示し、図５（ｂ）は、第３推定部１１"を示し、こ
れは速度制御部１０の上位に位置制御部を持ち、速度指
令Ｖｒｅｆが位置検出器の情報を含む場合に第２推定部
１１'を使う場合の構成を示している。例えば、位置指
令と位置検出器信号との差信号に位置制御ゲインを乗じ
たものを速度指令とするような場合、速度指令Ｖｒｅｆ
ではなく、位置指令差分値ΔＰｒｅｆに位置制御ゲイン
と同等の応答となるフィルタを通した値を図５（ａ）の
第２推定部１１'へ入力するものである。発振検出部１
４は同定部１２の速度偏差絶対値｜Ｖｅ'｜と、判定部
１３の速度偏差Ｖｅ"に速度制御部１０の応答と同等の
フィルタを通した値の絶対値｜ＦＶｅ"｜とを、同じ時
間で積分して積分値Ｓ｜Ｖｅ'｜'及びＳ｜ＦＶｅ"｜を
求め、Ｓ｜Ｖｅ'｜'がＳ｜ＦＶｅ"｜の定数Ｋ倍よりも
連続してＮ回数以上大きい場合にモータが発振状態であ
ると判断し、同定部１２へ発振フラグを出力する。な
お、それぞれの時間積分値は、オーバーフローしないよ
うに一定時間あるいは一定値でゼロクリアする。このよ
うに、積分フラグと発振フラグを参照して、同定部１２
で同定されたイナーシャＪＬを調整部１５へ入力し、比
例ゲインＫｖ、積分ゲインＫｉの更新、粘性摩擦係数
ｄ、クーロン摩擦Ｆｃ等の更新を行う。
【００１０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
制御定数調整装置により同定部において、速度制御部の
速度偏差Ｖｅに所定のフィルタを通した値の絶対値の時
間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜と推定部の速度偏差の絶対値の時
間積分値Ｓ｜Ｖｅ'｜との比に所定のフィルタを通した
値から負荷イナーシャＪＬを同定し、制御ゲインを調整
する際に、イナーシャ同定に不向きなトルク指令が飽和
している場合や、速度偏差が小さい動作の場合には、イ
ナーシャ同定のための時間積分を行わないため、それら
の影響がなく精度良くイナーシャ同定ができるという効
果がある。また、同定部による負荷イナーシャＪＬ同定
の際に、トルク指令が飽和している場合と第２の推定部
の速度偏差絶対値｜Ｖｅ"｜が所定値以下なら同定部の
時間積分を行わず、又、無秩序な外乱等によりモータが
発振した場合でも、自動的に発振を検出しそれを回避す
る手段を持つため、精度良くイナーシャ同定ができると
共に、リアルタイムでのチューニングを精度良く安定し
て行えるという効果がある。
制御定数調整装置により同定部において、速度制御部の
速度偏差Ｖｅに所定のフィルタを通した値の絶対値の時
間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜と推定部の速度偏差の絶対値の時
間積分値Ｓ｜Ｖｅ'｜との比に所定のフィルタを通した
値から負荷イナーシャＪＬを同定し、制御ゲインを調整
する際に、イナーシャ同定に不向きなトルク指令が飽和
している場合や、速度偏差が小さい動作の場合には、イ
ナーシャ同定のための時間積分を行わないため、それら
の影響がなく精度良くイナーシャ同定ができるという効
果がある。また、同定部による負荷イナーシャＪＬ同定
の際に、トルク指令が飽和している場合と第２の推定部
の速度偏差絶対値｜Ｖｅ"｜が所定値以下なら同定部の
時間積分を行わず、又、無秩序な外乱等によりモータが
発振した場合でも、自動的に発振を検出しそれを回避す
る手段を持つため、精度良くイナーシャ同定ができると
共に、リアルタイムでのチューニングを精度良く安定し
て行えるという効果がある。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る制御定数調整
装置の全体ブロック図である。
装置の全体ブロック図である。
【図２】図１に示す各部の詳細ブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る制御定数調整
装置の全体ブロック図である。
装置の全体ブロック図である。
【図４】図２に示す各部の詳細ブロック図である。
【図５】図４に示す判定部内の第２推定部のブロック図
である。
である。
１０ 速度制御部
１１ 推定部
１１’ 第２推定部
１１” 第３推定部
１２ 同定部
１３ 判定部
１４ 発振検出部
１５ 調整部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−75591（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−178793（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−89267（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−116688（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 5/00
G05B 13/02
Claims (5)
- 【請求項１】速度指令Ｖｒｅｆにモータ速度Ｖｆｂが一
致するようにトルク指令Ｔｒｅｆを決定しモータ速度を
制御する速度制御部と、前記モータ速度Ｖｆｂにモデル
の速度Ｖｆｂ'が一致するように前記速度制御部をシミ
ュレートする推定部と、前記速度制御部の速度偏差Ｖｅ
に所定のフィルタを通した値ＦＶｅの絶対値｜ＦＶｅ｜
の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜と前記推定部の速度偏差Ｖ
ｅ'の絶対値｜Ｖｅ'｜の時間積分値Ｓ｜Ｖｅ'｜との比
に所定のフィルタを通した値から負荷イナーシャＪＬの
同定を行なう同定部と、前記速度制御部のトルク指令Ｔ
ｒｅｆが飽和している場合と、前記同定部の値ＦＶｅ及
び前記推定部の速度偏差Ｖｅ'のいずれかの平均値の絶
対値が所定の値以下である場合に前記同定部の時間積分
を行わないことを判定する判定部と、前記同定部内で同
定された負荷イナーシャＪＬに基づいて制御ゲインの調
整を行なう調整部と、を備えたことを特徴とする制御定
数調整装置。 - 【請求項２】速度指令Ｖｒｅｆにモータ速度Ｖｆｂが一
致するようにトルク指令Ｔｒｅｆを決定しモータ速度を
制御する速度制御部と、前記モータ速度Ｖｆｂにモデル
の速度Ｖｆｂ'が一致するように前記速度制御部をシミ
ュレートする推定部と、前記速度制御部の速度偏差Ｖｅ
に所定のフィルタを通した値ＦＶｅの絶対値｜ＦＶｅ｜
の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜と前記推定部の速度偏差Ｖ
ｅ'の絶対値｜Ｖｅ'｜の時間積分値Ｓ｜Ｖｅ'｜との比
に所定のフィルタを通した値から負荷イナーシャＪＬの
同定を行なう同定部と、前記速度制御部のトルク指令Ｔ
ｒｅｆが飽和している場合と、前記速度指令Ｖｒｅｆを
入力とし、前記推定部と同等な応答となるようにゲイン
設定された第２の推定部を構成し、該第２推定部の速度
偏差Ｖｅ"の絶対値｜Ｖｅ"｜が所定の値以下である場合
に前記同定部の時間積分を行わないことを判定する判定
部と、前記同定部の速度偏差絶対値｜Ｖｅ'｜の時間積
分値Ｓ｜Ｖｅ'｜'が前記第２推定部の速度偏差Ｖｅ"に
所定のフィルタを通した値の絶対値｜ＦＶｅ"｜の時間
積分値Ｓ｜ＦＶｅ"｜の定数倍よりも連続して設定回数
以上大きい場合にモータが発振状態であると判断する発
振検出部と、前記同定部内で同定された負荷イナーシャ
ＪＬに基づいて制御ゲインの調整を行ない、また前記発
振検出部で発振が検出された場合に発振を回避するよう
に前記同定部の時間積分値Ｓ｜ＦＶｅ｜を調整する調整
部と、を備えたことを特徴とする制御定数調整装置。 - 【請求項３】前記推定部に、モータ及びモータに連結さ
れた負荷の特性と前記同定部で同定された負荷イナーシ
ャＪＬに基づいた粘性摩擦及びクーロン摩擦を付加する
ことを特徴とする請求項１及び請求項２記載の制御定数
調整装置。 - 【請求項４】前記判定部の速度指令Ｖｒｅｆが位置制御
を行なうための位置検出器の情報を含む場合、位置指令
差分値に所定のフィルタを通した値を、前記速度指令Ｖ
ｒｅｆの代わりに第２推定部へ入力することを特徴とす
る請求項２記載の制御定数調整装置。 - 【請求項５】前記同定部に入力された速度偏差Ｖｅの絶
対値の時間積分値Ｓ｜Ｖｅ｜が前記第２推定部の速度偏
差絶対値｜Ｖｅ"｜の時間積分値Ｓ｜Ｖｅ"｜'の定数倍
よりも連続して設定回数以上大きい場合にモータが発振
状態であると判断する発振検出部を備えたことを特徴と
する請求項２記載の制御定数調整装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000049725A JP3391380B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 制御定数調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000049725A JP3391380B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 制御定数調整装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001238477A JP2001238477A (ja) | 2001-08-31 |
| JP3391380B2 true JP3391380B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=18571621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000049725A Expired - Fee Related JP3391380B2 (ja) | 2000-02-25 | 2000-02-25 | 制御定数調整装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3391380B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1487097A1 (en) * | 2002-03-20 | 2004-12-15 | Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki | Control constant adjusting apparatus |
| JP4367058B2 (ja) | 2003-09-04 | 2009-11-18 | 株式会社安川電機 | モータ制御装置 |
| JP4919157B2 (ja) * | 2004-11-12 | 2012-04-18 | 株式会社安川電機 | モーション制御装置とシステム同定方法 |
-
2000
- 2000-02-25 JP JP2000049725A patent/JP3391380B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001238477A (ja) | 2001-08-31 |
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