JP3674653B2 - モータ制御装置 - Google Patents

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同定を行なう機能を有する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
制御定数を同定する機能を有する制御装置として、例えば、本出願人が特願平７−１４３８６９号において提案した装置がある。この装置では、モデルと実際のトルク指令を所定の区間で時間積分し、それぞれのトルク指令の積分値の比によりイナーシャＪを同定し、一定外乱、粘性摩擦も非常に簡単に同定できる。
また、特開平４−３２５８８６号公報には、モータとモータに取付けられた機械系からなる制御対象をフィードバック制御するモータサーボ系の制御装置において、負荷イナーシャの大きさがモータに流れる電流の時間積分値に直接反映されることから、同じ位置指令値を加えた場合の実際のサーボ系とそのシミュレーション部での電流検出値の時間積分値を求め、その比較結果に応じてイナーシャ仮定値を修正しながら制御対象の負荷イナーシャの大きさを同定し、この同定値に基づいてフィードバック制御ループ内のゲインを調整することが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記第１の従来技術では、前記区間［ａ,ｂ］での時刻ｂにおいて、実際の速度とモデルの速度がゼロでない値で一致するという条件が必要なため、実際の動作とモデルの動作が大きく異なる場合はイナーシャの同定ができないという問題と、一定外乱、粘性摩擦、クーロン摩擦の影響を除去するために速度指令パターンと区間［ａ,ｂ］に規制を加えねばならず、任意の速度指令、また時々刻々変わるイナーシャをリアルタイムで同定することはできないという問題があった。
また、前記第２の従来技術では、モデルの入力を速度指令としているのでモデル化の誤差が大きい場合、実速度とモデル速度が一致せず、イナーシャ値がなかなか収束しないし、また、電流指令値であるので摩擦等の外乱分が含まれており、この影響を排除するための演算を数回行なわねばならないという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、任意の速度指令に対してリアルタイムでイナーシャの同定ができるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明は、入力された速度指令Ｖref と実際のモータ速度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、前記速度制御部で得られる前記モータ速度を入力とし、その速度制御部の速度偏差Ｖeを所定の区間［ａ,ｂ］で時間積分した値ＳＶe と前記推定部の速度偏差Ｖe'を同じ区間で時間積分した値ＳＶe'との比によりイナーシャＪを同定する同定部とを備えることを特徴とするモータ制御装置である。また、前記区間［ａ,ｂ］内において、前記速度制御部の速度指令Ｖrefおよびモータ速度Ｖfbがゼロの場合は、前記同定部内で行なう前記速度制御部の速度偏差Ｖeと前記推定部内の速度偏差Ｖe'の時間積分を行なわない。さらに、前記区間［ａ,ｂ］内において、前記推定部の速度偏差Ｖe'がゼロかつ、前記モータ速度がゼロでない場合のみ、前記同定部内で行なう前記速度制御部の速度偏差Ｖeの時間積分値ＳＶe と前記推定部の速度偏差Ｖe'の時間積分値ＳＶe'との比によりイナーシャＪを同定する演算を行なう。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例について具体的に説明する。
図１は本発明を適用するモータ制御システムの全体ブロック図である。図中、１１は指令発生部であり、速度指令Ｖref を速度制御部１２に出力する。速度制御部１２は速度制御部内のモータ速度Ｖfb を推定部１３に出力する。また、１４は同定部であり、速度制御部１２の速度偏差Ｖeと推定部の速度偏差Ｖe’を入力とし、イナーシャＪを求める。
次に、各部の具体的な構成について説明する。
図２は速度制御部１２、推定部１３及び同定部１４の具体的な構成を示す。指令制御部１１は、任意の速度指令Ｖref を発生する。
【０００７】
速度制御部１２は速度指令Ｖrefと実際のモータ速度Ｖfbとの速度偏差Ｖeが無くなるように速度ループを組んでおり、ここではＰＩ（比例積分）制御とし、ＰＩ制御器１２１からトルク指令Ｔref をモータ１２３を駆動する電流制御器１２２に出力し、また、速度偏差Ｖeを同定部１４に出力する。モータからは速度Ｖfb が検出されて加算点に出力される。なお、モータとモータに取り付けられた負荷ＪＬとで制御対象を形成しているとする。
推定部１３は速度制御部１２からのモータ速度Ｖfbを速度指令として、速度制御部１２と同じくＰＩ制御器１３１と電流制御器モデル１３２、制御対象をモデル化した制御対象モデル（１／Ｊ’Ｓ）１３３で構成し、制御器１３１からはトルク指令Ｔref’を電流制御器モデル１３２に出力し、また、速度偏差Ｖe’を同定部１４に出力する。制御対象モデル１３３からはモデルの速度Ｖfb’が加算点に出力される。
【０００８】
同定部１４では速度制御部１２から出力された速度偏差Ｖe と推定部１３から出力された速度偏差Ｖe’を受取り、積分器１４１でそれぞれを所定の区間［ａ,ｂ］で時間積分し、それぞれの時間積分値ＳＶeとＳＶe’及び推定部のモデルイナーシャＪ’（一定）から速度制御部１２のイナーシャＪを、
Ｊ＝（ＳＶe／ＳＶe’）*Ｊ’ （１）
により演算器１４２で求める。ここで、推定部１３のイナーシャＪ’はＪ’＝モータイナーシャＪＭとしてシミュレートし、区間［ａ,ｂ］の設定は、ａは制御開始時刻（ａ＝０．０ｓｅｃ）、ｂは制御時刻（ｂ＝０．０〜１．０ｓｅｃ）とした。
次に、ＡＣサーボモータを用いた動作例を図３に示す。同図において、▲１▼は速度指令Ｖref であり、最高速度と最低速度とで絶対値を同じにするステップ状の指令信号とした場合、▲２▼は速度制御部１２内のモータ速度Ｖfb、▲２▼’は推定部１３内の速度Ｖfb’、▲３▼は同定部１４内で同定されたイナーシャＪと推定部１３内のイナーシャＪ’の比（▲３▼＝Ｊ／Ｊ’）であり、それぞれを制御周期ごとに表示している。
【０００９】
この比Ｊ／Ｊ’の値は｛（モータイナーシャＪＭ）＋（負荷イナーシャＪＬ＝４．１６×ＪＭ）｝／（モータイナーシャＪＭ）＝５．１６とほぼ一致している。
また、速度制御部１２の速度指令Ｖref およびモータ速度Ｖfbがゼロの場合は、速度偏差Ｖeと速度偏差Ｖe’の時間積分は行なわない。この場合、速度偏差が本来のゼロでないことがあり、これを積分すると同定誤差を生じるからである。
（１）式によるイナーシャ同定演算は、推定部の速度偏差Ｖe’がゼロかつ、前記モータ速度がゼロでない場合にのみ行なう。速度偏差Ｖe’がゼロでない場合は演算を行なわずに、１制御周期前の同定値とした。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、任意の速度指令に対してリアルタイムで同定できるため、時々刻々イナーシャが変化する場合でもイナーシャの同定が可能であるモータ制御装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するモータ制御システムの全体ブロック図
【図２】速度制御部、推定部及び同定部の詳細を示す構成図
【図３】ＡＣサーボモータを用いた各動作例のグラフ
【符号の説明】
１１ 指令発生部
１２ 速度制御部
１２１ ＰＩ制御器
１２２ 電流制御器
１２３ モータ
１３ 推定部
１３１ ＰＩ制御器
１３２ 電流制御器モデル
１３３ 制御対象モデル
１４ 同定部
１４１ 積分器
１４２ 演算器

Claims (3)

1. 入力された速度指令と実際のモータ速度が一致するように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、
   前記速度制御部で得られる前記モータ速度を入力とし、該モータ速度にモデルの速度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を所定の区間で時間積分した値と前記推定部の速度偏差を同じ区間で時間積分した値との比によりイナーシャを同定する同定部とを備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記所定の区間内において、前記速度制御部の速度指令およびモータ速度がゼロの場合は、前記同定部内で行なう前記速度制御部の速度偏差と前記推定部内の速度偏差の時間積分を行なわないことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記所定の区間内において、前記推定部の速度偏差がゼロかつ、前記モータ速度がゼロでない場合のみ、前記同定部内で行なう前記速度制御部の速度偏差の時間積分値と前記推定部の速度偏差の時間積分値との比によりイナーシャを同定する演算を行なうことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。

Images