JP4254181B2

JP4254181B2 - Motor control device

Info

Publication number: JP4254181B2
Application number: JP2002269037A
Authority: JP
Inventors: 和寛鶴田
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: JP2004110190A

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−シャ変動がある場合にイナ−シャの同定及びそれに伴うゲインのオートチューニングを行う機能を有するモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モ−タ制御におけるオートチューニング装置として、例えば、本出願人が先に特許文献１にて提案した制御定数調整装置がある。この装置は、特許文献２、３の問題点である、入力された速度指令や速度偏差を時間積分する積分区間によっては、イナーシャを同定できないという問題点を解決しようとするもので、入力された速度指令と実際のモ−タ速度が一致するようにトルク指令を決定しモ−タ速度を制御する速度制御部と、前記モ−タ速度にモデルモータの速度が一致するように前記速度制御部をシミュレ−トするモデル位置制御部と、前記速度制御部の速度偏差に所定のフィルタを通した値の絶対値を所定の区間で時間積分した値と、前記モデル位置制御部の速度偏差の絶対値を同じ区間で時間積分した値との比からイナ−シャを同定する同定部とを備え、前記モデル位置制御部の速度偏差がゼロかつ、かつ、前記モデル位置制御部内の速度がゼロでない場合にのみ、前記同定部内で行うイナ−シャを同定する演算を行うことを特徴とするものである。
この装置では、任意の速度指令に対してリアルタイムで同定ができるため、時々刻々負荷イナ−シャが変化する場合でもオートチューニングが可能である。
また、制御ゲインをオートチューニングする装置としては、例えば特許文献４に開示された装置の問題点を解消し、複数個ある制御パラメータを１つのパラメータで自動的にチューニングするモータ制御装置が、特許文献５に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１８５８５７号明細書（第３−４頁、図２）
【特許文献２】
特開平１０−７５５９１号公報
【特許文献３】
特開平４−３２５８８６号公報
【特許文献４】
特開平１０−７６４４４号公報
【特許文献５】
特開２００２−２７７８４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献１において開示された従来技術では、速度指令とモータ速度を入力し速度指令にモータ速度が一致するようにトルク指令を決定する速度制御部が構成されている場合はイナーシャ同定できるが、位置指令とモータ位置から直接トルク指令を決定する制御構成では、速度制御部がないためにリアルタイムでイナーシャ同定ができず、オートチューニングできないという問題がある。また、特許文献５において開示されたチューニング方法は、速度制御系が存在しない位置制御系において複数個ある制御パラメータを１つのパラメータで自動的にチューニングすることは開示しているものの、リアルタイムでイナーシャの同定を行うことについてはその手法を開示していない。
そこで本発明は、速度制御系が存在しない位置制御系でもイナーシャの同定が行え、精度の高いリアルタイムでのゲインのオートチューニングが可能な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】
上記課題を解決するために、本発明の第１の構成に係るモータ制御装置は、位置指令Ｐｒｅｆを出力する指令発生部と、前記位置指令Ｐｒｅｆと実際のモ−タ位置Ｐｆｂとが一致するように、前記位置指令Ｐｒｅｆと前記モータ位置Ｐｆｂとの偏差の比例、積分、微分制御により加速度指令Ａｒｅｆを決定し、前記加速度指令Ａｒｅｆに、下記オートチューニング部の同定部で同定され下記フィルタ部の出力値であるイナーシャ値Ｊ _Cを乗じてトルク指令Ｔｒｅｆを決定する位置制御部と、前記決定したトルク指令Ｔｒｅｆから振動成分を除去するトルクフィルタ部と、前記トルクフィルタ部を通過したトルク指令をモータの電流指令に変換する電流制御部と、前記モ−タ位置Ｐｆｂとモデルモータ位置Ｐｆｂ’とが一致するように、前記モータ位置Ｐｆｂと前記モデルモータ位置との偏差の比例、積分、微分演算に基づいて決定されたモデル加速度指令Ａｒｅｆ’に、前記加速度指令Ａｒｅｆをフィードフォワード信号として加えた信号を新たにモデル加速度指令Ａｒｅｆ’とし、このモデル加速度指令Ａｒｅｆ’に予め設定されたモデルイナーシャ値Ｊ’を乗じてモデルトルク指令Ｔｒｅｆ’を決定するモデル位置制御部と、前記決定したモデルトルク指令Ｔｒｅｆ’から振動成分を除去するモデルトルクフィルタ部と、前記モデルトルクフィルタ部を通過したモデルトルク指令をモデルモータ部の電流指令に変換するモデル電流制御部と、前記位置制御部のトルク指令Ｔｒｅｆに振動成分除去のためのハイパスフィルタを通した値ＦＴｒの絶対値｜ＦＴｒ｜を所定の区間［ａ、ｂ］で時間積分したトルク指令積分値｜ＳＦＴｒ｜を求めるトルク指令積分部、前記モデル位置制御部のモデルトルク指令Ｔｒｅｆ’に振動成分除去のためのハイパスフィルタを通した値ＦＴｒ’の絶対値｜ＦＴｒ’｜を前記と同じ区間［ａ、ｂ］で時間積分したモデルトルク指令積分値｜ＳＦＴｒ’｜を求めるモデルトルク指令積分部、前記トルク指令積分値｜ＳＦＴｒ｜と前記モデルトルク指令積分値｜ＳＦＴｒ’｜から式Ｊｃ＝（｜ＳＦＴｒ｜／｜ＳＦＴｒ’｜）＊Ｊ’に基づいてイナ−シャＪ_Cの同定を行う同定部、および、前記同定部内で同定されたイナ−シャＪ_Cに振動成分除去のためのローパス処理を行って前記位置制御部のイナーシャ値Ｊ _Cとして出力するフィルタ部を有するオートチューニング部とを備えたことを特徴とする。
この第１の構成においては、位置制御部とモデル位置制御部に、同じ実際のモータ位置Ｐｆｂを入力し、トルク指令およびモデルトルク指令の時間積分からイナ−シャを同定する。この同定されたイナーシャを位置制御部におけるイナーシャ値として用いることにより、精度の高いリアルタイムでのゲインのオートチューニングが行われる。
【０００６】
また、本発明の第２の構成は、前記第１の構成のモデル位置制御部を、前記位置制御部と同じ制御構成としたものである。同じ制御構成とすることで、同一の構成の回路を位置制御部とモデル位置制御部に用いることができ、構成が簡素化される。
【０００７】
本発明の第３の構成は、前記第１または第２の構成のトルク指令積分部およびモデルトルク指令積分部において、前記トルク指令及び前記モデルトルク指令の絶対値を時間積分する際、前記ハイパスフィルタを通った後のトルク指令の絶対値｜ＦＴｒ｜及び前記ハイパスフィルタを通った後のモデルトルク指令の絶対値｜ＦＴｒ’｜が予め設定された閾値αより大きい場合は時間積分し閾値α以下の場合は時間積分しない構成としたものである。
この第３の構成においては、閾値αより大きい場合は時間積分し閾値α以下の場合は時間積分しないようにすることにより、閾値α以下の場合のトルク指令の絶対値｜ＦＴｒ｜及びモデルトルク指令の絶対値｜ＦＴｒ’｜に含まれる摩擦やトルクリップル等の外乱補償成分が積分により蓄積されないようにする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は本発明を適用するモ−タ制御システムのブロック図である。本実施の形態においては、モータ制御システムは、位置指令Ｐｒｅｆを出力する指令発生部１１と、位置指令Ｐｒｅｆと検出器１６により検出されたモータ１５の位置信号Ｐｆｂとを入力して加速度指令Ａｒｅｆを決定し、加速度指令Ａｒｅｆに推定されたイナーシャ値を乗じてトルク指令Ｔｒｅｆを出力し、前記２つの入力信号が一致するようにモータ１５の位置制御をする位置制御部１２と、トルク指令Ｔｒｅｆを受けてフィルタをかけるトルクフィルタ部１３と、トルクフィルタ部１３の出力であるトルク指令Ｔｒｅｆを受けて電流制御を行いモータ１５に電流を供給する電流制御部１４と、モータ１５の回転軸に接続するなどして回転軸の回転位置を検出する検出器１６と、モ−タ１５により駆動される負荷１７を有している。
【０００９】
さらに、このモータ制御部は、モデル位置制御部１８と、モデルトルクフィルタ部１９と、モデル電流制御部１ａと、モータモデル部１ｂと、オートチューニング部１ｃを備えている。
モデル位置制御部１８は、目標指令として入力されたモータ位置Ｐｆｂにモデルモータ位置Ｐｆｂ’が一致するように決定されたモデル加速度指令に、加速度指令Ａｒｅｆを加えた信号を新たにモデル加速度指令Ａｒｅｆ’とし、このモデル加速度指令Ａｒｅｆ’に予め設定されたモデルイナーシャ値Ｊ’を乗じてモデルトルク指令Ｔｒｅｆ’を決定して位置制御を行い、モデルトルク指令Ｔｒｅｆ’及びモデルモータ位置Ｐｆｂ’をオートチューニング部１ｃに出力する。
オートチューニング部１ｃは入力されたトルク指令Ｔｒｅｆ、モータ位置Ｐｆｂ、モデルトルク指令Ｔｒｅｆ’及びモデルモータ位置Ｐｆｂ’を用いてイナ−シャＪ_Cを求め、イナーシャ同定値Ｊ_Cを位置制御部１２に出力する。
【００１０】
オートチューニング部１ｃの詳細を図２を用いて説明する。オートチューニング部１ｃは、トルク指令積分部２１と、モデルトルク指令積分部２２と、同定部２３と、フィルタ部２４より構成される。
トルク指令積分部２１では、位置制御部１２のトルク指令Ｔｒｅｆに所定のハイパスフィルタを通した値ＦＴｒの絶対値｜ＦＴｒ｜を所定の区間［ａ、ｂ］で時間積分したトルク指令積分値｜ＳＦＴｒ｜を求める。このとき、摩擦やトルクリップル等の外乱補償成分が積分により蓄積されないようにするために、｜ＦＴｒ｜が、ある閾値αより大きい場合に時間積分を行うようにし、閾値α以下の場合は時間積分しないようにする。
【００１１】
モデルトルク指令積分部２２では、モデル位置制御部１８のモデルトルク指令Ｔｒｅｆ’に所定のハイパスフィルタを通した値ＦＴｒ’の絶対値｜ＦＴｒ’｜を同じ区間［ａ、ｂ］で時間積分したモデルトルク指令積分値｜ＳＦＴｒ’｜を求める。このときも同様に、｜ＦＴｒ’｜が、トルク指令積分部２１で用いたのと同じ閾値αより大きい場合に時間積分を行うようにし、閾値α以下の場合は時間積分しないようにする。
同定部２３では、トルク指令積分値｜ＳＦＴｒ｜と前記モデルトルク指令積分値｜ＳＦＴｒ’｜との比から
Ｊ_C＝（｜ＳＦＴｒ｜／｜ＳＦＴｒ’｜）＊Ｊ’ …（１）
によりイナ−シャＪ_Cの同定を行う。
フィルタ部２４は、同定部２３内で同定されたイナ−シャＪ_Cの値を滑らかにするもので、その出力は、位置制御部１２のイナーシャ値として用いられる。
【００１２】
前述のように、トルク指令やモデルトルク指令には、指令応答成分の他に摩擦やトルクリップル等の外乱補償成分が含まれ、これらの影響は位置制御器の積分器に蓄積されてしまうため、蓄積された補償成分を除去するためにトルク指令およびモデルトルク指令にハイパスフィルタを通した。従って、ハイパスフィルタの時定数は、位置制御部とモデル位置制御部の積分時定数は同じ値が望ましい。
なお、ハイパスフィルタは、トルク指令Ｔｒｅｆから、トルク指令に時定数Ｔｋのローパスフィルタを通した値を減じて実現すれば良く、モデルトルク指令に通すハイパスフィルタも同様に実現すれば良い。
【００１３】
ここで、一般的なイナ−シャ同定原理について簡単に説明する。トルク指令または電動機電流の時間積分からイナ−シャを正確に求めるには、トルク指令または電動機電流から速度までの伝達関数がイナ−シャのみで表され、速度がゼロでない場合、トルク指令または電動機電流の時間積分値と速度の比から簡単にイナ−シャを求めることができる。この関係を利用して、実際の速度制御器とそのモデルモータに同じ速度指令を入力し、モータ速度とモデルモータ速度がゼロでない値で一致する場合に、それぞれのトルク指令または電動機電流の時間積分値の比からイナ−シャを求めることができる。
この同定原理を本発明に適用する際、本発明では速度信号が存在しないが、位置制御で積分動作をしているため、モータ位置とモデルモータ位置が一致する場合はそれぞれの速度もほぼ一致していることになる。さらに本発明では、モータ位置とモデルモータ位置が一致するようにモータ位置をモデル位置制御部の位置指令とし、また、位置制御部内の加速度指令Ａｒｅｆをモデル位置制御部にフィードフォワード信号として入力するという工夫をしている。
【００１４】
次に、位置制御部１２とモデル位置制御部１８の詳細を、本発明者が先に特許文献５において開示した技術を例にあげて、図３を用いて説明する。
図３において、位置制御部１２は、位置指令Ｐｒｅｆからモ−タ位置Ｐｆｂを減じて位置偏差を出力する減算器３１、前記位置偏差にメインパラメータｋｇの２乗をかける乗算器３２、乗算器３２の出力に補助ゲインｋｐをかける乗算器３３、前記位置偏差を積分する積分器３４、積分器３４の出力にメインパラメータｋｇの３乗をかける乗算器３５、乗算器３５の出力に補助ゲインｋｉをかける乗算器３６、前記位置偏差に時定数ｔｖのフィルタをかける速度フィルタ３７、速度フィルタ３７の出力を微分する微分器３８、微分器３８の出力にメインパラメータｋｇをかける乗算器３９、乗算器３９の出力に補助ゲインｋｄをかける乗算器３ａ、乗算器３３，３５，３ａの出力を加える加算器３ｂ、および、加算器３ｂの出力である加速度指令にイナーシャ同定値を乗じてトルク指令を作成する乗算器３ｃを有している。
【００１５】
乗算器３ｃの出力であるトルク指令は、トルクフィルタ３ｄにより時定数ｔｆのフィルタをかけられ、電流変換定数３ｅにより電流指令に変換される。３ｆはモータを示すものであるが、ここでは説明を簡単にするため１／Ｊｓ²と表し、モータからは直接モータ位置Ｐｆｂが出力されるとしている。
同様に、モデル位置制御部１８は、位置指令Ｐｒｅｆからモ−タ位置Ｐｆｂを減じて位置偏差を出力する減算器４１、前記位置偏差にメインパラメータｋｇの２乗をかける乗算器４２、乗算器４２の出力に補助ゲインｋｐをかける乗算器４３、前記位置偏差を積分する積分器４４、積分器４４の出力にメインパラメータｋｇの３乗をかける乗算器４５、乗算器４５の出力に補助ゲインｋｉをかける乗算器４６、前記位置偏差に時定数ｔｖのフィルタをかける速度フィルタ４７、速度フィルタ４７の出力を微分する微分器４８、微分器４８の出力にメインパラメータｋｇをかける乗算器４９、乗算器４９の出力に補助ゲインｋｄをかける乗算器４ａ、前記乗算器４３と４５と４ａの出力を加える加算器４ｂ、および、加算器４ｂの出力である加速度指令にモデルイナーシャ値を乗じてトルク指令を作成する乗算器４ｃを有している。
【００１６】
乗算器４ｃの出力であるトルク指令は、トルクフィルタ４ｄにより時定数ｔｆのフィルタをかけられ、電流変換定数４ｅにより電流指令に変換される。４ｆはモデルモータ部であるが、ここでは説明を簡単にするため１／Ｊ’ｓ²と表し、モデルモータ部４ｆからは直接モデルモータ位置Ｐｆｂ’が出力されるとしている。
このような構成とすることで、モータ位置Ｐｆｂとモデルモータ位置Ｐｆｂ’が一致しやすくなるばかりでなく、モデル位置制御部１８に入力する加速度指令にはメカ振動や摩擦などの負荷外乱を補償する成分が含まれるため、モデル位置制御部１８もこれら負荷外乱の影響を考慮できる。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、下記の効果を奏する。
（１）本発明の第１の構成によれば、位置制御部とモデル位置制御部に、同じ実際のモータ位置Ｐｆｂを入力し、トルク指令およびモデルトルク指令の時間積分からイナ−シャを同定し、この同定されたイナーシャを位置制御部におけるイナーシャ値として用いることにより、精度の高いリアルタイムでのゲインのオートチューニングを行うことができる。したがって、速度制御系が存在しない位置制御系でもイナーシャの同定が行え、さらに、メカ振動や摩擦などの負荷外乱がある場合でも、同定精度の良いリアルタイムでのゲインのオートチュ−ニングが実現可能なモータ制御装置が提供できる。
（２）本発明の第２の構成によれば、モデル位置制御部の制御構成と、位置制御部の制御構成とが、同じ構成のものとすることで、同一の構成の回路を位置制御部とモデル位置制御部に用いることができ、構成を簡素化することができる。
（３）本発明の第３の構成によれば、トルク指令及びモデルトルク指令の絶対値を時間積分する際、ハイパスフィルタを通った後のトルク指令の絶対値およびモデルトルク指令の絶対値が予め設定された閾値αより大きい場合は時間積分し閾値α以下の場合は時間積分しない構成としたことにより、摩擦やトルクリップル等の振動成分が積分により蓄積されないようにして、精度の良いイナーシャの同定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するモ−タ制御システムのブロック図である。
【図２】位置制御部とモデル位置制御部とオートチューニング部を示す図である。
【図３】位置制御部とモデル位置制御部の詳細を説明する図である。
【符号の説明】
１ａモデル電流制御部
１ｂモータモデル部
１ｃオートチューニング部
１１指令発生部
１２位置制御部
１３モデル位置制御部
１４電流制御部
１５モータ
１６検出器
１７負荷
１８モデル位置制御部
１９モデルトルクフィルタ部
２１トルク指令積分部
２２モデルトルク指令積分部
２３同定部
２４フィルタ部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a robot, a machine tool or the like, and more particularly to a motor control device having a function of performing inertia identification and gain auto-tuning associated therewith when there is inertia fluctuation during operation.
[0002]
[Prior art]
As an auto-tuning device in motor control, for example, there is a control constant adjusting device previously proposed by the present applicant in Patent Document 1. This device is intended to solve the problem that the inertia cannot be identified depending on the integration interval for time integration of the input speed command and speed deviation, which is a problem of Patent Documents 2 and 3. A speed control unit that determines a torque command so as to match the speed command with an actual motor speed and controls the motor speed, and the speed control unit so that the speed of the model motor matches the motor speed. Model position control unit for simulating the absolute value of the speed deviation of the model position control unit, the value obtained by integrating the absolute value of the speed deviation of the speed control unit through a predetermined filter over a predetermined period, and the absolute value of the speed deviation of the model position control unit An identification unit that identifies inertia from a ratio of a value obtained by time integration of values in the same section, and the speed deviation of the model position control unit is zero and the speed in the model position control unit is not zero In See, Ina performed by the identification portion - is characterized in that performing an operation to identify the finisher.
Since this device can identify an arbitrary speed command in real time, automatic tuning is possible even when the load inertia changes from moment to moment.
As a device for automatically tuning the control gain, for example, a motor control device that solves the problems of the device disclosed in Patent Document 4 and automatically tunes a plurality of control parameters with one parameter is disclosed in Patent Document 5 is disclosed.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3185857 (page 3-4, FIG. 2)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-75591 [Patent Document 3]
JP-A-4-325886 [Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-76444 [Patent Document 5]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-27784
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art disclosed in Patent Document 1, inertia identification can be performed when a speed control unit that inputs a speed command and a motor speed and determines a torque command so that the motor speed matches the speed command is configured. However, in the control configuration in which the torque command is directly determined from the position command and the motor position, since there is no speed control unit, there is a problem that inertia cannot be identified in real time and auto tuning cannot be performed. Further, although the tuning method disclosed in Patent Document 5 discloses that a plurality of control parameters are automatically tuned with one parameter in a position control system in which no speed control system exists, the inertia is controlled in real time. It does not disclose the method of identifying.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a motor control device that can identify inertia even in a position control system in which no speed control system exists, and can perform automatic gain tuning with high accuracy in real time.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a motor control apparatus according to the first configuration of the present invention includes: a command generator for outputting the position command Pref, the actual motor and the position command Pref - so that data position Pfb and matches In addition, an acceleration command Aref is determined by proportional, integral, and differential control of the deviation between the position command Pref and the motor position Pfb, and the acceleration command Aref is identified by the identification unit of the following auto-tuning unit and output from the filter unit below. A position control unit that determines the torque command Tref by multiplying the inertia value J _C that is a value, a torque filter unit that removes vibration components from the determined torque command Tref, and a torque command that has passed through the torque filter unit a current control unit for converting the current command, the motor - such data position Pfb and the model motor position Pfb 'and matches, the motor Proportional deviation of the position Pfb and said model motor position, integral, derivative model acceleration commands Aref determined based on the operation 'to the acceleration command Aref new model acceleration command signals added as a feed-forward signal Aref' And a model position control unit that determines the model torque command Tref ′ by multiplying the model acceleration command Aref ′ by a preset model inertia value J ′ , and a model that removes vibration components from the determined model torque command Tref ′. A torque filter unit, a model current control unit that converts a model torque command that has passed through the model torque filter unit into a current command of a model motor unit, and a high-pass filter for removing vibration components in the torque command Tref of the position control unit. The absolute value | FTr | of the passed value FTr in a predetermined interval [a, b] Integrating the torque command integral value | SFTR | torque command integral part seeking, the model position controller models the torque command Tref absolute value of the 'value FTr through a high-pass filter for the vibration component removal' of | FTr '| a From the model torque command integration unit for obtaining the model torque command integration value | SFTr ′ | obtained by time integration in the same section [a, b] as described above, from the torque command integration value | SFTr | and the model torque command integration value | SFTr ′ | = formula Jc (| SFTr | / | SFTr '|) * J' on the basis of the INA - identifying unit which performs the identification of Sha J _C, and the identified portion with the identified INA - vibration components removed Sha J _C And an auto-tuning unit having a filter unit that performs low-pass processing and outputs the inertia value J _C of the position control unit.
In the first configuration, the same actual motor position Pfb is input to the position control unit and the model position control unit, and the inertia is identified from the time integration of the torque command and the model torque command. By using the identified inertia as the inertia value in the position control unit, high-precision gain auto- tuning is performed in real time.
[0006]
In the second configuration of the present invention, the model position control unit of the first configuration is the same control configuration as the position control unit. By setting it as the same control structure, the circuit of the same structure can be used for a position control part and a model position control part, and a structure is simplified.
[0007]
According to a third configuration of the present invention, when the torque command integration unit and the model torque command integration unit of the first or second configuration time-integrates the absolute values of the torque command and the model torque command, the high-pass filter the absolute value of the torque command after passing through the | FTr | and the absolute value of the model torque command after passing through the high pass filter | FTr '| is preset if greater than the threshold value α is time integrated to the threshold α following In this case, the time integration is not performed .
In this third configuration, the absolute value | FTr | of the torque command and the model torque command when the threshold value α is less than or equal to the threshold value α are obtained by integrating the time when it is larger than the threshold value α and not integrating the time when the threshold value α or less. The disturbance compensation component such as friction and torque ripple included in the absolute value | FTr ′ |
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a motor control system to which the present invention is applied. In the present embodiment, the motor control system inputs a command generator 11 that outputs a position command Pref, a position command Pref, and a position signal Pfb of the motor 15 detected by the detector 16, and outputs an acceleration command Aref. The torque command Tref is output by multiplying the acceleration command Aref by the estimated inertia value, and the position control unit 12 for controlling the position of the motor 15 so that the two input signals coincide with each other, and the torque command Tref. A torque filter unit 13 that filters the current, a current control unit 14 that receives a torque command Tref that is an output of the torque filter unit 13 and performs current control, and supplies current to the motor 15; Thus, a detector 16 for detecting the rotational position of the rotary shaft and a load 17 driven by the motor 15 are provided.
[0009]
Further, the motor control unit includes a model position control unit 18, a model torque filter unit 19, a model current control unit 1a, a motor model unit 1b, and an auto tuning unit 1c.
The model position control unit 18 newly adds a signal obtained by adding the acceleration command Aref to the model acceleration command determined so that the model motor position Pfb ′ matches the motor position Pfb input as the target command. The model acceleration command Aref ′ is multiplied by a model inertia value J ′ set in advance to determine the model torque command Tref ′ to perform position control, and the model torque command Tref ′ and the model motor position Pfb ′ are converted into an auto-tuning unit. Output to 1c.
The auto tuning unit 1c obtains the inertia J _C using the input torque command Tref, motor position Pfb, model torque command Tref ′, and model motor position Pfb ′, and outputs the inertia identification value J _C to the position control unit 12. To do.
[0010]
Details of the auto-tuning unit 1c will be described with reference to FIG. The auto tuning unit 1c includes a torque command integration unit 21, a model torque command integration unit 22, an identification unit 23, and a filter unit 24.
In the torque command integration unit 21, the torque command integration value | SFTr obtained by time-integrating the absolute value | FTr | of the value FTr obtained by passing a predetermined high-pass filter into the torque command Tref of the position control unit 12 in a predetermined section [a, b]. Find |. At this time, in order to prevent disturbance compensation components such as friction and torque ripple from being accumulated due to integration, time integration is performed when | FTr | is greater than a certain threshold value α, and time is equal to or less than the threshold value α. Do not integrate .
[0011]
In the model torque command integration unit 22, a model is obtained by time-integrating the absolute value | FTr ′ | of the value FTr ′ obtained by passing a predetermined high-pass filter into the model torque command Tref ′ of the model position control unit 18 in the same interval [a, b]. Torque command integral value | SFTr ′ | Again time, | FTr '| is, to perform the time integration when the same is larger than the threshold α as used in torque command integration unit 21, if more than the threshold α to prevent integration time.
In the identification unit 23, J _C = (| SFTr | / | SFTr ′ |) * J ′ (1) from the ratio of the torque command integrated value | SFTr | and the model torque command integrated value | SFTr ′ |
Inertia _JC is identified by
The filter unit 24 smoothes the value of the inertia J _C identified in the identification unit 23, and the output thereof is used as the inertia value of the position control unit 12.
[0012]
As described above, the torque command and the model torque command include disturbance compensation components such as friction and torque ripple in addition to the command response component, and these effects are accumulated in the integrator of the position controller. A high-pass filter was passed through the torque command and the model torque command to remove the accumulated compensation component. Therefore, the time constant of the high-pass filter is preferably the same value as the integration time constant of the position control unit and the model position control unit.
The high-pass filter may be realized by subtracting the value obtained by passing the low-pass filter having the time constant Tk from the torque command Tref, and the high-pass filter that passes the model torque command may be realized in the same manner.
[0013]
Here, a general inertia identification principle will be briefly described. To obtain the inertia accurately from the time integration of the torque command or motor current, if the transfer function from the torque command or motor current to the speed is expressed only by the inertia and the speed is not zero, the torque command or motor current The inertia can be easily obtained from the ratio of the time integral value and the speed. Using this relationship, if the same speed command is input to the actual speed controller and its model motor, and the motor speed and model motor speed match with a non-zero value, the time integration of each torque command or motor current The inertia can be obtained from the ratio of the values.
When this identification principle is applied to the present invention, the speed signal does not exist in the present invention. However, since the integration operation is performed by position control, the speeds of the motor position and the model motor position are almost the same. Will be. Further, in the present invention, the motor position is used as a position command for the model position control unit so that the motor position matches the model motor position, and the acceleration command Aref in the position control unit is input as a feedforward signal to the model position control unit. I am devised.
[0014]
Next, details of the position control unit 12 and the model position control unit 18 will be described with reference to FIG. 3, taking as an example the technique previously disclosed by the inventor in Patent Document 5.
In FIG. 3, a position controller 12 subtracts a motor position Pfb from a position command Pref and outputs a position deviation. A multiplier 32 multiplies the position deviation by the square of a main parameter kg. A multiplier 33 that multiplies the output of the output by the multiplier 33, an integrator 34 that integrates the position deviation, a multiplier 35 that multiplies the output of the integrator 34 by the third power of the main parameter kg, and an output of the multiplier 35 that has the auxiliary gain ki. A multiplier 36; a speed filter 37 that filters the position deviation with a time constant tv; a differentiator 38 that differentiates the output of the speed filter 37; a multiplier 39 that multiplies the output of the differentiator 38 by a main parameter kg; The multiplier 3a that multiplies the output of the output by the multiplier 3a, the adder 3b that adds the outputs of the multipliers 33, 35, and 3a, and the acceleration that is the output of the adder 3b. Is multiplied by the inertia identification value has a multiplier 3c to create a torque command decrees.
[0015]
The torque command that is the output of the multiplier 3c is filtered by the torque filter 3d with a time constant tf, and is converted into a current command by the current conversion constant 3e. Although 3f indicates a motor, it is represented here as 1 / Js ² for the sake of simplicity, and the motor position Pfb is directly output from the motor.
Similarly, the model position controller 18 subtracts the motor position Pfb from the position command Pref and outputs a position deviation, a multiplier 42 that multiplies the position deviation by the square of the main parameter kg, and a multiplier 42. A multiplier 43 that multiplies the output of the output signal by the multiplier 44, an integrator 44 that integrates the positional deviation, a multiplier 45 that multiplies the output of the integrator 44 by the third power of the main parameter kg, and an output of the multiplier 45 that has the auxiliary gain ki. A multiplier 46; a speed filter 47 that filters the position deviation with a time constant tv; a differentiator 48 that differentiates the output of the speed filter 47; a multiplier 49 that multiplies the output of the differentiator 48 by a main parameter kg; 4a, an adder 4b for adding the outputs of the multipliers 43, 45 and 4a, and an adder 4b. And a multiplier 4c to create a torque command by multiplying the model inertia value to degrees command.
[0016]
The torque command, which is the output of the multiplier 4c, is filtered with a time constant tf by the torque filter 4d and converted to a current command by the current conversion constant 4e. Reference numeral 4f denotes a model motor unit, but here it is expressed as 1 / J's ² for the sake of simplicity, and the model motor position Pfb 'is directly output from the model motor unit 4f.
With such a configuration, not only the motor position Pfb and the model motor position Pfb ′ are easily matched, but also the acceleration command input to the model position control unit 18 compensates for a load disturbance such as mechanical vibration and friction. Since the component is included, the model position control unit 18 can also consider the influence of these load disturbances.
[0017]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) According to the first configuration of the present invention, the same actual motor position Pfb is input to the position control unit and the model position control unit, and the inertia is identified from the time integration of the torque command and the model torque command. By using the identified inertia as an inertia value in the position control unit, it is possible to perform automatic tuning of gain with high accuracy in real time. Therefore, inertia can be identified even in a position control system that does not have a speed control system, and even in the presence of load disturbances such as mechanical vibration and friction, a motor that can realize automatic tuning of gain in real time with high identification accuracy A control device can be provided.
(2) According to the second configuration of the present invention, the control configuration of the model position control unit and the control configuration of the position control unit have the same configuration, so that the circuit having the same configuration is configured as the position control unit. And can be used in the model position control unit, and the configuration can be simplified.
(3) According to the third configuration of the present invention, when the absolute values of the torque command and the model torque command are integrated over time, the absolute value of the torque command and the absolute value of the model torque command after passing through the high-pass filter Accurate inertia identification by integrating the time component when it is greater than the set threshold value α and not integrating the time component when the value is less than the threshold value α so that vibration components such as friction and torque ripple are not accumulated by integration. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a motor control system to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram illustrating a position control unit, a model position control unit, and an auto-tuning unit.
FIG. 3 is a diagram illustrating details of a position control unit and a model position control unit.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Model current control part 1b Motor model part 1c Auto tuning part 11 Command generation part 12 Position control part 13 Model position control part 14 Current control part 15 Motor 16 Detector 17 Load 18 Model position control part 19 Model torque filter part 21 Torque command Integration unit 22 Model torque command integration unit 23 Identification unit 24 Filter unit

Claims

A command generator for outputting a position command Pref;
The actual model and the position command Pref - as motor position Pfb and matches, proportional deviation between the motor position Pfb and the position command Pref, integration, and determines the acceleration command Aref by the differentiation control, the acceleration command Aref A position control unit that determines the torque command Tref by multiplying the inertia value J _C that is identified by the identification unit of the following auto-tuning unit and is the output value of the following filter unit ,
A torque filter unit for removing a vibration component from the determined torque command Tref;
A current control unit that converts a torque command that has passed through the torque filter unit into a current command of a motor ;
The motor - 'as the match, the deviation proportional motor position Pfb and said model motor position, integral, model acceleration commands Aref determined based on the differential operation' data position Pfb and the model motor position Pfb in A signal obtained by adding the acceleration command Aref as a feedforward signal is newly used as a model acceleration command Aref ′, and a model torque command Tref ′ is determined by multiplying the model acceleration command Aref ′ by a preset model inertia value J ′. A model position controller;
A model torque filter unit for removing a vibration component from the determined model torque command Tref ′;
A model current control unit that converts a model torque command that has passed through the model torque filter unit into a current command of a model motor unit ; and
A torque command integrated value | SFTr | obtained by time-integrating the absolute value | FTr | of a value FTr that has passed through a high-pass filter for removing a vibration component into the torque command Tref of the position control unit in a predetermined interval [a, b] is obtained. Torque command integrator,
A model torque command obtained by time-integrating the absolute value | FTr ′ | of the value FTr ′ passed through a high-pass filter for removing vibration components into the model torque command Tref ′ of the model position control unit in the same section [a, b] as described above. Model torque command integration unit for obtaining an integral value | SFTr ′ |
An identification unit that identifies the inertia J _{C from} the torque command integral value | SFTr | and the model torque command integral value | SFTr ′ | based on the formula Jc = (| SFTr | / | SFTr ′ |) * J ′. ,and,
; And an automatic tuning unit having a filter unit for outputting by performing a low-pass treatment for the vibration component removed Shah J _C as the inertia value J _C of the position controller - identified Ina that by the identification portion A motor control device .

The motor control device according to claim 1, wherein the control configuration of the model position control unit and the control configuration of the position control unit have the same configuration .

In the torque command integration unit and the model torque command integration unit, when the absolute values of the torque command and the model torque command are time integrated, the absolute value | FTr | of the torque command after passing through the high-pass filter and the high-pass filter 2. The structure according to claim 1 , wherein when the absolute value | FTr ′ | of the model torque command after passing through is greater than a preset threshold value α, time integration is performed, and when the absolute value | FTr ′ | 2. The motor control device according to 2.