JP4784826B2 - システム同定装置およびそれを備えたモータ制御装置 - Google Patents
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Description
以下、図4を用いて、従来のシステム同定装置の構成を説明する。
先ず、剛体パラメータ同定部406の計算モードにおいて、乗算器401は、速度指令から角速度を減算した偏差を入力し、駆動トルクを出力する。切替スイッチ402は、前記駆動トルクとホワイトノイズ信号を入力し、前記駆動トルクを出力する。機械系403は、前記駆動トルクを入力し、前記角速度を出力する。エラーシステム405は、前記駆動トルクと前記角速度を入力し、同定誤差と内部信号を出力する。剛体パラメータ同定部406は、前記同定誤差と内部信号を入力し、機械系403の総慣性モーメント、粘性摩擦およびクーロン摩擦であるパラメータ同定値を出力する。次に、共振パラメータ同定部407の計算モードにおいて、切替スイッチ402は、前記駆動トルクと前記ホワイトノイズ信号を入力し、前記ホワイトノイズ信号を出力する。機械系403は、前記ホワイトノイズ信号を入力し、前記角速度を出力する。FFT演算部404は、前記角速度を入力し、共振反共振周波数を出力する。共振パラメータ同定部407は、前記パラメータ同定値と前記共振反共振周波数を入力し、前記共振反共振周波数により駆動側慣性モーメント、負荷側慣性モーメントおよびねじり剛性である共振パラメータを同定し出力する。
本発明の他の代表的な構成によると、重力などによる一定トルク外乱、過渡応答、非線形ダイナミクス、雑音などの影響を抑制し、任意の線形制御則の速度制御または位置制御され、可動範囲が限定された負荷が低剛性に連結したモータの剛性を機械的負担をかけることなく、静かに、短時間に、高精度に同定することができる。また、未知の制御対象の剛性を高精度に同定できるシステム同定装置を備えるため、その剛性同定値に基づいて、高精度で応答性の高い、モータ制御をすることができる。また、制御ゲイン調整等における発振等を極力避けることができ、制御対象への機械的負担を抑制することができる。
剛性同定器107は前記トルク指令と前記モータ位置を入力し制御対象104の剛性である剛性同定値を算出し出力する。
本発明の剛性同定はトルク指令周波数成分およびモータ位置周波数成分の内、同定に必要な周波数成分のみを抽出して同定計算を実施するので、以下の同定式導出において各信号は同定計算に用いる周波数成分のみを考える。
式(9)において、前記トルク指令振幅と前記モータ位置振幅を用いるので一定トルク外乱wは同定精度に影響しない。また、式(9)は負荷慣性モーメントJlを含まないので、負荷慣性モーメントJlが解らなくても前記剛性同定値を算出できる。
また,前記速度指令を複数の周波数成分を含む周期的信号とし,トルク指令周波数成分分離器109によりフーリエ変換あるいはバンド幅が同じで連続した複数のバンドパスフィルタを用いて前記トルク指令に含まれる各周波数成分であるトルク指令周波数成分を算出し,トルク指令周波数成分選択器110により前記トルク指令周波数成分のうち周波数ω1とω2における周波数成分を選択し選択トルク指令周波数成分として出力し,トルク指令振幅演算器111により前記選択トルク指令周波数成分のそれぞれの振幅である前記トルク指令振幅S1とS2を算出し,モータ位置周波数成分分離器113によりフーリエ変換あるいはバンド幅が同じで連続した複数のバンドパスフィルタを用いて前記モータ位置に含まれる各周波数成分であるモータ位置周波数成分を算出し,モータ位置周波数成分選択器114により前記モータ位置周波数成分のうち周波数ω1とω2における周波数成分を選択し選択モータ位置周波数成分として出力し,モータ位置振幅演算器115により前記選択モータ位置周波数成分のそれぞれの振幅である前記モータ位置振幅A1とA2を算出することもできる。
Jm=2.09×10^−4[kg・m^2]、Jl=1.90×10^−4[kg・m^2]、D=0.01[N・m・s/rad]、cl=0.01[N・m・s/rad]、c=0.001[N・m・s/rad]、ωn=20(2π)[rad/s]、Kp=40[s^−1]、Kv=40(2π)[s^−1]、Kvj=Kv・Jm、Ti=0.020[s]、u=0.1[rad]、ω1=70(2π)[rad/s]、ω2=80(2π)[rad/s]、Trat=1.27[N・m]
ただし、負荷の連結したモータを位置P速度PI制御する場合を仮定し、ωnは負荷の固有周波数、Kpは位置比例制御ゲイン、Kvは正規化速度比例制御ゲイン、Kvjは速度比例制御ゲイン、Tiは速度制御積分時間、uは指令振幅、Tratは定格トルクとする。また、剛性真値k*は負荷の固有周波数ωnを用いてk*=ωn^2*Jlと表される。
また、モータ位置振幅A1、A2は常に0.005rad程度(分解能が17bitである位置検出器105で100pulse程度に相当)であり、トルク指令振幅S1、S2は定格トルクTratの15%程度であった。従って、可動範囲の限定された負荷の連結したモータの剛性同定にも応用でき、また負荷慣性モーメントがより大きな制御対象104にも適用できる。
102 速度制御器
103 トルク制御器
104 制御対象
105 位置検出器
106 微分器
107 剛性同定器
108 トルク指令振幅演算部
109 トルク指令周波数成分分離器
110 トルク指令周波数成分選択器
111 トルク指令振幅演算器
112 モータ位置振幅演算部
113 モータ位置周波数成分分離器
114 モータ位置周波数成分選択器
115 モータ位置振幅演算器
116 剛性演算器
201 位置指令発生器
202 位置制御器
401 乗算器
402 切替スイッチ
403 機械系
404 FFT演算部
405 エラーシステム
406 剛体パラメータ同定部
407 共振パラメータ同定部
Claims (3)
- トルク指令とモータ位置に基づいて、負荷が低剛性に連結したモータである制御対象の剛性同定値を算出して出力する剛性同定器を備え、指令発生器からの指令に基づいて前記モータを駆動して前記剛性同定値を算出するシステム同定装置において、
前記剛性同定器が、トルク指令振幅とモータ位置振幅に基づいて、前記剛性同定値を算出して出力する剛性演算器と、
前記トルク指令を入力しその入力信号の周波数成分を分離したトルク指令周波数成分を出力するトルク指令周波数成分分離器と、前記トルク指令周波数成分を入力しその入力信号の中で剛性同定に必要な周波数成分を選択した選択トルク指令周波数成分を出力するトルク指令周波数成分選択器と、前記選択トルク指令周波数成分を入力しその入力信号振幅である前記トルク指令振幅を出力するトルク指令振幅演算器と、を有するトルク指令振幅演算部と、
前記モータ位置を入力しその入力信号の周波数成分を分離したモータ位置周波数成分を出力するモータ位置周波数成分分離器と、前記モータ位置周波数成分を入力しその入力信号の中で剛性同定に必要な周波数成分を選択した選択モータ位置周波数成分を出力するモータ位置周波数成分選択器と、前記選択モータ位置周波数成分を入力しその入力信号振幅である前記モータ位置振幅を出力するモータ位置振幅演算器と、を有するモータ位置振幅演算部と、を備えることを特徴とするシステム同定装置。 - トルク指令とモータ位置に基づいて、負荷が低剛性に連結したモータである制御対象の剛性同定値を算出して出力する剛性同定器を備え、指令発生器からの指令に基づいて前記モータを駆動して前記剛性同定値を算出するシステム同定装置において、
前記剛性同定器が、トルク指令振幅とモータ位置振幅に基づいて、前記剛性同定値を算出して出力する剛性演算器と、
フーリエ変換、あるいはバンド幅が同じで連続した複数のバンドパスフィルタを用いてトルク指令周波数成分を算出して出力するトルク指令周波数成分分離器と、前記トルク指令周波数成分の中の複数の周波数成分とした選択トルク指令周波数成分を算出して出力するトルク指令周波数成分選択器と、を有するトルク指令振幅演算部と、
フーリエ変換、あるいはバンド幅が同じで連続した複数のバンドパスフィルタを用いてモータ位置周波数成分を算出して出力するモータ位置周波数成分分離器と、前記モータ位置周波数成分の中の複数の周波数成分とした選択モータ位置周波数成分を算出して出力するモータ位置周波数成分選択器と、を有するモータ位置振幅演算部と、備えることを特徴とするシステム同定装置。 - 前記モータへの給電を制御するモータ制御装置であって、請求項1または2に記載のシステム同定装置を備えることを特徴とするモータ制御装置。
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