JP4565426B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、ロボットや工作機械等を駆動するモータ制御装置において、動作中にイナ−シャ変動がある場合のイナ−シャの同定及び粘性摩擦係数の同定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for identifying an inertia and identifying a viscous friction coefficient when there is inertia fluctuation during operation in a motor control device that drives a robot, a machine tool, or the like.
従来のモータ制御装置モ−タ制御における装置として、イナ−シャと粘性摩擦係数を同定する機能を有するものがある（例えば、特願２００３−３１２６９２号 第３頁、図１）。
本出願人が提案したこの装置は、トルク指令Ｔｒｅｆからモータ速度Ｖｆｂまでを、
As a conventional motor control device motor control device, there is one having a function of identifying an inertia and a viscous friction coefficient (for example, Japanese Patent Application No. 2003-312692, page 3, FIG. 1).
This device proposed by the present applicant has a torque command T ref to a motor speed V fb ,
ただし、ｄ/ｄｔは時間微分を表す。
と表し、この関係式をもとに数式変換してイナーシャJと粘性摩擦係数Dを、
However, d / dt represents time differentiation.
Inertia J and viscous friction coefficient D by converting the formula based on this relational expression,
ただし、ＳＴｒｅｆはＴｒｅｆの時間積分値である。 However, ST ref is a time integral value of T ref .
により同定する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イナーシャと粘性摩擦係数の同定が可能である。
With this device, it is possible to identify the inertia and the viscous friction coefficient in real time for any speed command.
しかしながら前記従来技術では、重力などの一定外乱やクーロン摩擦の影響でイナーシャ同定値および粘性摩擦係数に誤差を生じてしまう。以下にその理由を簡単に説明する。一定外乱トルクＴｃが存在する場合、前記（１０）式は以下のようになる。 However, in the prior art, an error occurs in the inertia identification value and the viscous friction coefficient due to the influence of constant disturbance such as gravity or Coulomb friction. The reason will be briefly described below. When there is a constant disturbance torque Tc, the equation (10) is as follows.
この関係式をもとに数式変換してイナーシャJと粘性摩擦係数Dを算出すると、 When calculating the inertia J and viscous friction coefficient D by converting the mathematical formula based on this relational expression,
ただし、ＳＴｃはＴｃの時間積分値である。 However, ST c is the time integral value of T c.
となる。式（１４）において、右辺第２項は時刻aと時刻ｂにおける位置が同じである場合はゼロとなるが、右辺第３項の影響でイナーシャの同定誤差を生じる。同様に、式（１５）において、右辺第２項は時刻aと時刻ｂにおける速度が同じである場合はゼロとなるが、右辺第３項の影響で粘性摩擦係数の同定誤差を生じる。
そこで本発明は、一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても、動作中にイナーシャおよび粘性摩擦係数を正確に同定できるモータ制御装置を提供することを目的とする。
また、位置ループゲイン、速度ループゲインなどの制御パラメータを容易かつ正確に調整でき、モータ制御装置の応答を高速、高精度化し、負荷機械の振動を抑制することを目的とする。
It becomes. In Expression (14), the second term on the right side is zero when the positions at time a and time b are the same, but an inertia identification error occurs due to the influence of the third term on the right side. Similarly, in equation (15), the second term on the right side is zero when the speeds at time a and time b are the same, but an identification error of the viscous friction coefficient occurs due to the influence of the third term on the right side.
Therefore, an object of the present invention is to provide a motor control device that can accurately identify inertia and viscous friction coefficient during operation even when there is constant disturbance or Coulomb friction.
It is another object of the present invention to easily and accurately adjust control parameters such as a position loop gain and a speed loop gain, to increase the speed and accuracy of the response of the motor control device, and to suppress vibration of the load machine.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成した。
請求項１に記載の発明は、速度指令Ｖｒｅｆを出力する速度指令発生部と、前記速度指令Ｖｒｅｆ及びモータ速度検出信号Ｖｆｂを入力し前記モータ速度検出信号Ｖｆｂが前記速度指令Ｖｒｅｆに一致するようにトルク指令Ｔｒｅｆを出力する速度制御部と、前記トルク指令Ｔｒｅｆを入力しトルク制御を行いモータにモータ駆動電流を出力するトルク制御部と、前記モータの位置または速度を検出し前記モータ速度検出信号Ｖｆｂを出力する検出器とを備えたモータ制御装置において、
前記モータの回転子イナーシャの値及び前記モータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値を前記モータの回転軸に換算した値を合計したイナーシャ合計値Ｊと、粘性摩擦係数Ｄとを、
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
According to one aspect of the present invention, the speed command V and the speed command generating section for outputting a ref, the speed command V ref and enter the motor speed detection signal V fb the motor speed detection signal V fb is the speed command V ref A speed control unit that outputs a torque command T ref so as to match, a torque control unit that inputs the torque command T ref to perform torque control and outputs a motor drive current to the motor, and detects the position or speed of the motor And a motor control device including a detector that outputs the motor speed detection signal V fb .
An inertia total value J obtained by summing values obtained by converting the rotor inertia value of the motor and the inertia value of the load machine driven by the motor into the rotation axis of the motor, and the viscous friction coefficient D,
ただし、Ｔｒｅｆ′はＴｒｅｆの時間微分値、Ｖｆｂ′はＶｆｂの時間微分値、aおよびｂは
任意の時刻を表し、ｂ＞ａである。
により算出する制御定数同定部を備えることを特徴とするものである。
However, T ref 'is the time differential value of T ref, V fb' is the time differential value of V fb, a and b represent arbitrary time, a b> a.
The control constant identification part calculated by (1) is provided, It is characterized by the above-mentioned.
また、請求項２に記載の発明は、前記制御定数同定部において、前記イナーシャ合計値Ｊを算出するための区間［ａ，ｂ］を、時刻ａにおけるモータ速度の絶対値｜Ｖｆｂ（ａ）｜と時刻ｂにおけるモータ速度の絶対値｜Ｖｆｂ（ｂ）｜とが一致するような区間とすることを特徴とするものである。 According to the second aspect of the present invention, in the control constant identification unit, the interval [a, b] for calculating the inertia total value J is defined as the absolute value of the motor speed | Vfb (a) | And the absolute value of the motor speed at time b | Vfb (b) |.
また、請求項３に記載の発明は、前記制御定数同定部において、前記粘性摩擦係数Ｄが既知である場合は前記イナーシャ合計値Ｊを、 In the invention according to claim 3, in the control constant identification unit, when the viscous friction coefficient D is known, the inertia total value J is
により算出することを特徴とするものである。 It is characterized by calculating by these.
また、請求項３に記載の発明は、前記制御定数同定部において、前記粘性摩擦係数Ｄおよび一定外乱力Ｔｃが既知である場合は前記イナーシャ合計値Ｊを、 In the invention according to claim 3, in the control constant identification unit, when the viscous friction coefficient D and the constant disturbance force Tc are known, the inertia total value J is
により算出することを特徴とするものである。 It is characterized by calculating by these.
また、請求項５に記載の発明は、前記制御定数同定部において、前記粘性摩擦係数Ｄを算出するための区間［ａ，ｂ］を、時刻ａにおけるモータ速度微分値の絶対値｜Ｖｆｂ′（ａ）｜と時刻ｂにおけるモータ速度微分値の絶対値｜Ｖｆｂ′（ｂ）｜とが一致するような区間とするものである。 According to the fifth aspect of the present invention, the control constant identification unit sets the section [a, b] for calculating the viscous friction coefficient D as an absolute value | Vfb ′ ( a) The interval is such that || matches the absolute value | Vfb ′ (b) | of the motor speed differential value at time b.
また、請求項６に記載の発明は、前記制御定数同定部において、前記イナーシャ合計値Ｊが既知である場合は、前記粘性摩擦係数Ｄを、 In the invention according to claim 6, in the control constant identification unit, when the inertia total value J is known, the viscous friction coefficient D is
により算出することを特徴とするものである。 It is characterized by calculating by these.
また、請求項７に記載の発明は、前記制御定数同定部において、Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ′、Ｔｒｅｆの時間微分値Ｔｒｅｆ′を、 Further, an invention according to claim 7, in the control constant identification unit, the time differential value V fb of V fb the 'time differentiated value T ref of T ref'
ただし、ｓはラプラス演算子で微分、ＬＰＦはローパスフィルタの伝達関数を表す。
により算出することを特徴とするものである。
Here, s is a Laplace operator differentiation, and LPF represents a low-pass filter transfer function.
It is characterized by calculating by these.
また、請求項８に記載の発明は、前記制御定数同定部において、Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ′、Ｔｒｅｆの時間微分値Ｔｒｅｆ′を、 Further, an invention according to claim 8, in the control constant identification unit, the time differential value V fb of V fb the 'time differentiated value T ref of T ref'
ただし、ＬＰＦはローパスフィルタの伝達関数を表し、α＞０、β＞０の定数である。
により算出することを特徴とするものである。
また、請求項９に記載の発明は、前記制御定数同定部において、Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ′、Ｔｒｅｆの時間微分値Ｔｒｅｆ′を、オブザーバを利用して算出することを特徴とするものである。
LPF represents a transfer function of the low-pass filter, and is a constant of α> 0 and β> 0.
It is characterized by calculating by these.
The invention according to claim 9, in the control constant identification unit, the time differential value V fb of V fb the 'time differentiated value T ref of T ref', and characterized by calculating by using an observer To do.
また、請求項１０に記載の発明は、同定された前記イナーシャ合計値Ｊと同定された前記粘性摩擦係数Ｄとを、制御パラメータの調整、フィードフォワード信号の作成、または振動抑制補償器の調整に利用することを特徴とするものである。 According to a tenth aspect of the present invention, the identified inertia total value J and the identified viscous friction coefficient D are used to adjust a control parameter, create a feedforward signal, or adjust a vibration suppression compensator. It is characterized by use.
また、請求項１１に記載の発明は、前記フィードフォワ−ド信号を、位置指令の微分値に同定された前記粘性摩擦係数Ｄを乗じた値と位置指令の２階微分値に同定された前記イナーシャ合計値Ｊを乗じた値とを加えた値とすることを特徴とするものである。 The invention according to claim 11 is characterized in that the feedforward signal is identified by a value obtained by multiplying the differential value of the position command by the identified viscous friction coefficient D and a second-order differential value of the position command. A value obtained by adding a value obtained by multiplying the inertia total value J is a feature.
また、請求項１２に記載の発明は、前記速度指令Ｖｒｅｆを、位置指令Ｐｒｅｆおよびモータ位置信号Ｐｆｂを入力し、位置指令Ｐｒｅｆにモータ位置信号Ｐｆｂが一致するように決定することで、位置制御を行うことを特徴とするものである。 The invention of claim 12, the speed command V ref, enter the position command P ref and the motor position signal P fb, be determined as the motor position signal P fb coincides with the position command P ref Thus, the position control is performed.
本発明によれば、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても、動作中にイナーシャおよび粘性摩擦係数の同定を正確に実施できる。また、請求項７によれば制御パラメータの調整を容易かつ正確に実施でき、モータ制御装置の応答を高速、高精度化し、振動を低く抑制することができるという効果がある。 According to the present invention, even when there is a constant disturbance such as gravity or Coulomb friction, it is possible to accurately identify the inertia and the viscous friction coefficient during operation. According to the seventh aspect of the present invention, the control parameters can be adjusted easily and accurately, and the response of the motor control device can be increased in speed and accuracy, and vibrations can be suppressed to a low level.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
実際のモータ制御装置には様々な機能や手段が内蔵されているが、図には本発明に関係する機能や手段のみを記載し説明することとする。また、以下同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。なお、記号Pref、Vref、Tref中の添え字ｒｅｆは指令値を、Pfb、Vfb中の添え字ｆｂは検出器（１５）からのフィードバック信号を表わす。
図１は、本発明をモータ１４に負荷をつけた駆動装置に適用した場合のブロック図である。図１において、１１は位置制御部、１２は速度制御部、１３はトルク制御部、１４はモータ、１５は検出器、１６は差分器、１７は剛体負荷、１８は制御定数同定部である。
位置制御部１１は位置指令Prefとモータ１４の位置信号Pfbとを入力し、位置指令Prefに位置信号Pfbが一致するように速度指令Vrefを決定し、速度指令Vrefを速度制御部１２へ出力する。速度制御部１２は前記速度指令Vrefとモータの速度信号Vfbとを入力し、速度指令Vrefに速度信号Vfbが一致するようにトルク指令Trefを決定し、トルク指令Trefをトルク制御部１３および制御定数同定部１８へ出力する。トルク制御部１３は前記トルク指令Trefを入力し、モータ１４の発生するトルクが前記トルク指令Trefに一致するようにトルク制御演算を行い、モータ駆動電流Ｉｍをモータ１４へ出力する。モータ１４は前記モータ駆動電流Ｉｍによって駆動され、トルクを発生する。そのトルクで負荷１７を駆動する。また、モータ１４には検出器１５が装着されており、前記位置信号Pfbを位置制御部１１および差分器１６へ出力する。差分器１６は前記位置信号Pfbを入力し、位置信号Pfbの一定時間毎の差分をとって速度信号Vfbを算出し、速度信号Vfbを速度制御部１２および制御定数同定部１８へ出力する。制御定数同定部１８は前記速度信号Vfbと前記トルク指令Trefとを入力し、前記速度信号Vfbと前記トルク指令Trefとからモータ１４の回転子イナーシャとモータ１４に取り付けられた負荷１７のイナーシャとの合計値Ｊおよび粘性摩擦係数Ｄを計算する。
Although various functions and means are built in the actual motor control device, only the functions and means related to the present invention will be described and described in the figure. Hereinafter, the same reference numerals are assigned to the same names as much as possible, and the duplicate description is omitted. The subscript ref in the symbols P ref, V ref and T ref represents the command value, and the subscript fb in P fb and V fb represents the feedback signal from the detector (15).
FIG. 1 is a block diagram in the case where the present invention is applied to a drive device in which a load is applied to a motor 14. In FIG. 1, 11 is a position control unit, 12 is a speed control unit, 13 is a torque control unit, 14 is a motor, 15 is a detector, 16 is a differentiator, 17 is a rigid load, and 18 is a control constant identification unit.
Position control unit 11 inputs the position signal P fb position command P ref and the motor 14, to determine the velocity command V ref so that the position signal P fb to the position command P ref coincide, the speed a speed command V ref Output to the control unit 12. The speed control unit 12 inputs the speed command V ref and the motor speed signal V fb , determines the torque command T ref so that the speed signal V fb matches the speed command V ref , and torques the torque command T ref . The data is output to the control unit 13 and the control constant identification unit 18. The torque control unit 13 receives the torque command T ref , performs a torque control calculation so that the torque generated by the motor 14 matches the torque command T ref , and outputs a motor drive current Im to the motor 14. Motor 14 is driven by the motor driving current I m, to generate a torque. The load 17 is driven with the torque. A detector 15 is attached to the motor 14, and the position signal P fb is output to the position control unit 11 and the differentiator 16. The differentiator 16 receives the position signal P fb , calculates a speed signal V fb by taking a difference of the position signal P fb every fixed time, and sends the speed signal V fb to the speed control unit 12 and the control constant identification unit 18. Output. The control constant identification unit 18 receives the speed signal V fb and the torque command T ref, and the rotor inertia of the motor 14 and the load 17 attached to the motor 14 from the speed signal V fb and the torque command T ref. The total value J of the inertia and the viscous friction coefficient D are calculated.
なお、本説明では速度制御部の出力を回転型モータを想定してトルク指令としたが、リニアモータの場合は速度制御部の出力を推力指令として同様な構成で実現すればよい。従って、本発明を用いれば、簡単な数式演算により、イナーシャ合計値と粘性摩擦係数をリアルタイムで同定することができる。 In this description, the output of the speed control unit is a torque command assuming a rotary motor, but in the case of a linear motor, the output of the speed control unit may be realized with the same configuration as the thrust command. Therefore, by using the present invention, the inertia total value and the viscous friction coefficient can be identified in real time by simple mathematical calculation.
本発明の特徴は、トルク指令Ｔｒｅｆおよびモータ速度検出信号Ｖｆｂに基づいて、イナーシャＪと粘性摩擦係数Ｄとを算出する制御定数同定部１８を備えていることである。
以下、具体的な算出方法について説明する。
制御対象がイナーシャＪと粘性摩擦係数Ｄと一定外乱Tｃで表されるとした場合、トルク指令Ｔｒｅｆとモータ速度Ｖｆｂの関係は、式（１３）で表される。
A feature of the present invention is that it includes a control constant identification unit 18 that calculates an inertia J and a viscous friction coefficient D based on the torque command T ref and the motor speed detection signal V fb .
Hereinafter, a specific calculation method will be described.
When the control target is expressed by inertia J, viscous friction coefficient D, and constant disturbance Tc , the relationship between torque command Tref and motor speed Vfb is expressed by equation (13).
ここで、ｄＶｆｂ／ｄｔはＶｆｂの時間微分値であるが、実際には請求項７または請求項８を用いた数式演算により算出した値を利用するため、 Here, dV fb / dt is a time differential value of V fb , but in order to actually use a value calculated by mathematical expression using claim 7 or claim 8,
とおく。 far.
式（１３）の両辺に速度の時間微分値を乗じて区間[a,b]で時間積分すると、式（１７）が得られる。 By multiplying both sides of equation (13) by the time differential value of speed and time integrating in the interval [a, b], equation (17) is obtained.
ここで、式（１７）の右辺第２項は、 Here, the second term on the right side of Equation (17) is
と書き換え、式（１７）を整理すると、 And rearranging formula (17),
式（４）の右辺第2項および右辺第３項においてＶｆｂ′2≧0であるため、分母は時間とともに増加する。従って、区間[a,b]を大きく取れば、式（４）から、式（１）が得られる。 Since V fb ′ 2 ≧ 0 in the second term on the right side and the third term on the right side of Equation (4), the denominator increases with time. Therefore, if section [a, b] is taken large, Formula (1) will be obtained from Formula (4).
さらに、式（４）において、時刻ａにおけるモータ速度Ｖｆｂ（ａ）と時刻ｂにおけるモータ速度Ｖｆｂ（ｂ）が一致するような区間[a,b]とすれば、右辺第2項および右辺第３項の分子がゼロとなるため、上記式（１）が区間[a,b]を大きく取らなくても成立する。
従って、本方法を用いれば一定外乱の影響を受けずにイナーシャが同定できる。
なお、粘性摩擦係数Ｄと一定外乱Tｃが予めわかっている場合は、式（４）に代入すればさらに精度良くイナーシャが同定できる。
Furthermore, in the equation (4), if the section [a, b] is such that the motor speed Vfb (a) at the time a and the motor speed Vfb (b) at the time b coincide, the second term on the right side and the third on the right side Since the numerator of the term becomes zero, the above equation (1) holds even if the interval [a, b] is not taken large.
Therefore, if this method is used, the inertia can be identified without being affected by a certain disturbance.
If the viscous friction coefficient D and the constant disturbance Tc are known in advance, the inertia can be identified with higher accuracy by substituting into the equation (4).
次に、粘性摩擦係数Ｄの算出方法について説明する。イナーシャの算出方法と同様に、式（１３）の関係を利用し、両辺を時間微分すると式（１９）が得られる。 Next, a method for calculating the viscous friction coefficient D will be described. Similar to the inertia calculation method, Equation (19) is obtained by using the relationship of Equation (13) and differentiating both sides with respect to time.
式（１９）の右辺第３項は、一定外乱の時間微分値であるためゼロになる。
ここで、右辺第１項および第2項は、実際には請求項７または請求項８を用いた数式演算により算出した値を利用するため、
The third term on the right side of Equation (19) is zero because it is a time differential value of a constant disturbance.
Here, since the first term and the second term on the right side actually use values calculated by mathematical formulas using claim 7 or claim 8,
とおく。
次に、式（１９）の両辺に速度Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ′を乗じて区間[a,b]で積分すると、式（２２）となる。
far.
Next, when both sides of the equation (19) are multiplied by the time differential value V fb ′ of the velocity V fb and integrated in the interval [a, b], the equation (22) is obtained.
ここで、式（２２）の右辺第1項は、式（２３）であるため、式（５）が得られる。 Here, since the first term on the right side of Expression (22) is Expression (23), Expression (5) is obtained.
式（５）の右辺第2項おいてＶｆｂ′2≧0であるため、分母は時間とともに増加する。従って、区間[a,b]を大きく取れば、式（５）から、式（２）が得られる。 Since V fb ′ 2 ≧ 0 in the second term on the right side of Equation (5), the denominator increases with time. Therefore, if section [a, b] is taken large, Formula (2) will be obtained from Formula (5).
さらに、式（５）において、時刻ａにおけるモータ速度微分値の絶対値｜Ｖｆｂ′（ａ）｜と時刻ｂにおけるモータ速度微分値の絶対値｜Ｖｆｂ′（ｂ）｜が一致するような区間[a,b]とすれば、式（５）の右辺第2項の分子がゼロとなるため、上記式（２）が区間[a,b]を大きく取らなくても成立する。
従って、本方法を用いれば一定外乱の影響を受けずに粘性摩擦係数が同定できる。
なお、イナーシャＪが予めわかっている場合は、式（５）に代入すればさらに精度良く粘性摩擦係数が同定できる。
Further, in the equation (5), an interval in which the absolute value | Vfb '(a) | of the motor speed differential value at time a and the absolute value | Vfb' (b) | If a, b], the numerator of the second term on the right side of equation (5) becomes zero, so that equation (2) holds even if the interval [a, b] is not taken large.
Therefore, if this method is used, the viscous friction coefficient can be identified without being affected by a constant disturbance.
If the inertia J is known in advance, the viscous friction coefficient can be identified more accurately by substituting it into the equation (5).
なお、Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ′、Ｔｒｅｆの時間微分値Ｔｒｅｆ′は、 It should be noted that the time differential value V fb of V fb ', the time differential value T ref of T ref' is,
ただし、ｓはラプラス演算子で微分、ＬＰＦはローパスフィルタの伝達関数を表す。
により算出する、または、
Here, s is a Laplace operator differentiation, and LPF represents a low-pass filter transfer function.
Or calculated by
ただし、ＬＰＦはローパスフィルタの伝達関数を表し、α＞０、β＞０の定数である。
により算出する、もしくは、オブザーバを利用して算出すれば良い。
以上、イナーシャＪと粘性摩擦係数Ｄの算出方法について説明した。
LPF represents a transfer function of the low-pass filter, and is a constant of α> 0 and β> 0.
Or may be calculated using an observer.
In the above, the calculation method of the inertia J and the viscous friction coefficient D was demonstrated.
次にモータ１４にモータ回転子イナーシャの２０倍の負荷をつけた場合のシミュレーション結果を図を用いて説明する。なお、この負荷には一定方向から加わる外乱トルクと粘性摩擦が付加されている。
図２乃至図５は本発明を用いたシミュレーション結果であり、図６乃至図７は従来方法を用いたシミュレーション結果である。
図２は速度指令Vref(rad/s)および速度信号Vfb(rad/s)を表したものであり、図３はトルク指令Tref(Nm)を表したものである。
また、図４および図６は同定されたイナーシャ合計値J(×１０ｅ−３kgm２)を表したものであり、破線で示した線はイナーシャ合計値の真値（計算値=０．２４×１０ｅ−３kgm２）である。
また、図５および図７は同定された粘性摩擦係数D(×１０e−３Nms/rad)を表したものであり、一点鎖線で示した線は粘性摩擦係数の真値（計算値=０．０１×１０ｅ−３Nms/rad）である。
図４および図５から明らかなように、本発明で同定されたイナーシャ合計値および粘性摩擦係数は真値とほぼ一致している。一方、図６および図７から明らかなように、従来方法で同定されたイナーシャ合計値および粘性摩擦係数は大きな誤差が生じている。本シミュレーションでは一定方向に外乱トルクが加わっているため、式（１４）および式（１５）における右辺第３項が同定誤差の原因となっている。
以上の結果から、本発明が有効であることがわかる。
Next, a simulation result when a load 20 times the motor rotor inertia is applied to the motor 14 will be described with reference to the drawings. In addition, disturbance torque and viscous friction applied from a certain direction are added to this load.
2 to 5 show simulation results using the present invention, and FIGS. 6 to 7 show simulation results using the conventional method.
FIG. 2 shows the speed command V ref (rad / s) and the speed signal V fb (rad / s), and FIG. 3 shows the torque command T ref (Nm).
4 and 6 show the identified inertia total value J (× 10e−3 kgm 2 ), and the line indicated by a broken line indicates the true value of the total inertia value (calculated value = 0.24 × 10e). -3 kgm 2 ).
FIGS. 5 and 7 show the identified viscous friction coefficient D (× 10e−3 Nms / rad), and the line indicated by the alternate long and short dash line is the true value of the viscous friction coefficient (calculated value = 0.01). × 10e-3Nms / rad).
As apparent from FIGS. 4 and 5, the inertia total value and the viscous friction coefficient identified in the present invention almost coincide with the true value. On the other hand, as is clear from FIGS. 6 and 7, the inertia total value and the viscous friction coefficient identified by the conventional method have large errors. In this simulation, disturbance torque is applied in a certain direction, so the third term on the right side in equations (14) and (15) causes identification errors.
From the above results, it can be seen that the present invention is effective.
図８は、本発明で同定されたイナーシャ合計値および粘性摩擦係数をフィードフォワード信号の作成に利用した例を説明するモータ制御装置のブロック図である。
図８において、２１はフィードフォワード信号作成器である。フィードフォワード信号作成器２１は位置制御部１１の位置指令Prefを入力してフィードフォワード信号ｆｆを作成して出力する。速度制御部１２の出力信号とこのフィードフォワード信号ｆｆとの和がトルク指令Trefになる。
フィードフォワード信号作成器２１において、ｓはラプラス演算子であり、ＦＦａおよびＦＦｂはフィードフォワードゲインである。ＪｉおよびＤｉは本発明の制御定数同定部１８で同定されたイナーシャ合計値Ｊおよび粘性摩擦係数Ｄである。
例えば、フィードフォワード信号ｆｆは、位置指令Prefを２階微分したものとフィードフォワードゲインＦＦａを乗じ、さらに同定されたイナーシャ合計値Ｊｉを乗じて得られたものと、位置指令Prefを１階微分したものとフィードフォワードゲインＦＦｂを乗じ、さらに同定された粘性摩擦係数Ｄｉを乗じて得られたものとを加算したものとすることができる。
このように、本発明はフィードフォワード信号の作成に利用できる。
FIG. 8 is a block diagram of a motor control apparatus for explaining an example in which the inertia total value and the viscous friction coefficient identified in the present invention are used to create a feedforward signal.
In FIG. 8, 21 is a feedforward signal generator. The feedforward signal generator 21 receives the position command Pref of the position controller 11 and generates and outputs a feedforward signal ff. The sum of the output signal of the speed controller 12 and the feedforward signal ff becomes the torque command Tref .
In feed-forward signal generator 21, s is a Laplace operator, FF a and FF b are feed-forward gain. J i and D i are the inertia total value J and the viscous friction coefficient D identified by the control constant identification unit 18 of the present invention.
For example, feed-forward signal ff is to that position command P ref for multiplying the second floor obtained by differentiating the feedforward gain FF a, obtained by multiplying a further identified inertia total value J i, the position command P ref multiplied by the first derivative with ones and the feedforward gain FF b, it can be obtained by adding the one obtained by multiplying a further identified viscous friction coefficient D i.
Thus, the present invention can be used to create a feedforward signal.
また、本発明により同定されたイナーシャ合計値Ｊおよび粘性摩擦係数Ｄは正確であるので、これらに基づいて、位置ループゲインや速度ループゲインなどの制御パラメータの調整を行うことができることは自明である。
また、本発明により同定されたイナーシャ合計値Ｊおよび粘性摩擦係数Ｄを外乱オブザーバなどの振動抑制補償器の調整に利用できる例として、例えば、本出願人特許の特許第３３６０９３５号公報がある。
本特許において、本発明により同定されたイナーシャ合計値Ｊおよび粘性摩擦係数Ｄを利用することで、推定外乱信号が正確に演算され、振動抑制がより容易に実現可能となる。
Further, since the inertia total value J and the viscous friction coefficient D identified by the present invention are accurate, it is obvious that the control parameters such as the position loop gain and the speed loop gain can be adjusted based on them. .
Further, as an example in which the inertia total value J and the viscous friction coefficient D identified by the present invention can be used for adjusting a vibration suppression compensator such as a disturbance observer, there is, for example, Japanese Patent No. 3360935.
In this patent, by using the inertia total value J and the viscous friction coefficient D identified by the present invention, the estimated disturbance signal is accurately calculated, and vibration suppression can be realized more easily.
本発明は、工作機械や産業用ロボットを駆動するモータ制御装置として利用することができる。 The present invention can be used as a motor control device for driving a machine tool or an industrial robot.
１１ 位置制御部
１２ 速度制御部
１３ トルク制御部
１４ モータ
１５ 検出器
１６ 差分器
１７ 負荷
１８ 制御定数同定器
２１ フィードフォワード作成器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Position control part 12 Speed control part 13 Torque control part 14 Motor 15 Detector 16 Differentiator 17 Load 18 Control constant identifier 21 Feedforward generator
Claims (12)
前記モータの回転子イナーシャの値及び前記モータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値を前記モータの回転軸に換算した値を合計したイナーシャ合計値Ｊと、粘性摩擦係数Ｄとを、
ただし、Ｔｒｅｆ′はＴｒｅｆの時間微分値、Ｖｆｂ′はＶｆｂの時間微分値、aおよびｂは
任意の時刻を表し、ｂ＞ａである。
により算出する制御定数同定部を備えることを特徴とするモータ制御装置。 A speed command generator for outputting a speed command V ref, the speed command V ref and enter the motor speed detection signal V fb the motor speed detection signal V fb is the speed command V torque command so as ref to match T ref A speed control unit that outputs the torque command T ref , a torque control unit that performs torque control and outputs a motor drive current to the motor, detects the position or speed of the motor, and outputs the motor speed detection signal V fb In a motor control device comprising a detector for outputting,
An inertia total value J obtained by summing values obtained by converting the rotor inertia value of the motor and the inertia value of the load machine driven by the motor into the rotation axis of the motor, and the viscous friction coefficient D,
However, T ref 'is the time differential value of T ref, V fb' is the time differential value of V fb, a and b represent arbitrary time, a b> a.
A motor control device comprising a control constant identification unit for calculating by the above.
前記イナーシャ合計値Ｊを算出するための区間［ａ，ｂ］を、時刻ａにおけるモータ速度の絶対値｜Ｖｆｂ（ａ）｜と時刻ｂにおけるモータ速度の絶対値｜Ｖｆｂ（ｂ）｜とが一致するような区間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。 In the control constant identification unit,
The interval [a, b] for calculating the inertia total value J is defined as the absolute value of the motor speed | V fb (a) | at time a and the absolute value of the motor speed at time b | V fb (b) | The motor control device according to claim 1, wherein the sections are such that the two coincide with each other.
前記粘性摩擦係数Ｄが既知である場合は前記イナーシャ合計値Ｊを、
When the viscous friction coefficient D is known, the inertia total value J is
前記粘性摩擦係数Ｄおよび一定外乱力Ｔｃが既知である場合は前記イナーシャ合計値Ｊを、
When the viscous friction coefficient D and the constant disturbance force Tc are known, the inertia total value J is
Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ′、Ｔｒｅｆの時間微分値Ｔｒｅｆ′を、
ただし、ｓはラプラス演算子で微分、ＬＰＦはローパスフィルタの伝達関数を表す。
により算出することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。 In the control constant identification unit,
Time differential value V fb of V fb a ', the time differential value T ref of T ref',
Here, s is a Laplace operator differentiation, and LPF represents a low-pass filter transfer function.
The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is calculated by:
Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ′、Ｔｒｅｆの時間微分値Ｔｒｅｆ′を、
ただし、ＬＰＦはローパスフィルタの伝達関数を表し、α＞０、β＞０の定数である。
により算出することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。 In the control constant identification unit,
Time differential value V fb of V fb a ', the time differential value T ref of T ref',
LPF represents a transfer function of the low-pass filter, and is a constant of α> 0 and β> 0.
The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is calculated by:
Ｖｆｂの時間微分値Ｖｆｂ′、Ｔｒｅｆの時間微分値Ｔｒｅｆ′を、オブザーバを利用して算出することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。 In the control constant identification unit,
Time differential value V fb of V fb the 'time differentiated value T ref of T ref', the motor control device according to claim 1, wherein the calculating using the observer.
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