JP6174063B2 - System identification apparatus and system identification method - Google Patents

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Description

本発明は、システム同定装置およびシステム同定方法に関するものである。   The present invention relates to a system identification device and a system identification method.

例えば、フィードフォワード制御では、実際の制御対象を摸した数理モデルを予め作成し、この数理モデルを利用することによって制御系への入力指令を決定する。フィードフォワード制御の精度を向上させるためには、数理モデルの応答を実際の制御対象の応答にできるだけ近づけることが重要である。そこで、実際の制御対象の応答に基づいて数理モデルのパラメータを決定するシステム同定が行われている(例えば、特許文献1、2参照)。   For example, in feed-forward control, a mathematical model taking into account the actual control object is created in advance, and an input command to the control system is determined by using this mathematical model. In order to improve the accuracy of the feedforward control, it is important to make the response of the mathematical model as close as possible to the response of the actual controlled object. Therefore, system identification is performed in which the parameters of the mathematical model are determined based on the response of the actual control target (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

上記のようなシステム同定は、フィードバック制御に限られず、例えば、制御対象の異常診断にも用いることができる。具体的には、システム同定によって決定された数理モデルのパラメータの経時的変化を監視することにより、制御対象に生じている異常や経年劣化を把握することが可能となる。   The system identification as described above is not limited to feedback control, and can be used for abnormality diagnosis of a control target, for example. More specifically, by monitoring changes over time in the parameters of the mathematical model determined by system identification, it is possible to grasp abnormalities and aging degradation that occur in the controlled object.

特開平7−114531号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-114531 特開2004−30065号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-30065

上述したフィードフォワード制御や異常診断の精度を向上させるためには、システム同定の精度を高めることが必要となる。しかしながら、数理モデルに非線形要素が含まれている場合、システム同定を高精度で行うことが難しく、フィードフォワード制御の精度向上や異常診断の精度向上を図ることが難しい。   In order to improve the accuracy of the feedforward control and abnormality diagnosis described above, it is necessary to increase the accuracy of system identification. However, when the mathematical model includes nonlinear elements, it is difficult to perform system identification with high accuracy, and it is difficult to improve the accuracy of feedforward control and the accuracy of abnormality diagnosis.

上記非線形要素の一例としてバックラッシュが挙げられる。例えば、図14に示されるように、モータ軸100と負荷軸102とがギア104、106によって噛み合い、モータの回転力を負荷へ伝達する多慣性軸捩れ系の機械装置は、モータと負荷との間に結合されている各ギア104,106間に、バックラッシュが存在する。このバックラッシュは、一対のギアをかみ合わせたときの歯面間の「遊び」のことであり、数理モデルでは、不感帯特性やヒステリシス特性として表される。   An example of the nonlinear element is backlash. For example, as shown in FIG. 14, the motor shaft 100 and the load shaft 102 mesh with each other by gears 104 and 106, and a multi-inertia torsional mechanical device that transmits the rotational force of the motor to the load is provided between the motor and the load. There is a backlash between each gear 104, 106 coupled between them. This backlash is “play” between the tooth surfaces when a pair of gears are engaged with each other, and is expressed as a dead zone characteristic or a hysteresis characteristic in the mathematical model.

バックラッシュを規定する不感帯特性は、図15に示すように、不感帯幅の中心をゼロ点とする特性として表される。この特性は、モータ側および負荷側にそれぞれ設けられているセンサのゼロ点が、バックラッシュの中心に位置している場合を前提としている。しかしながら、実際の機械装置では、モータ側および負荷側にそれぞれ設けられたセンサのゼロ点とバックラッシュの中心とが必ずしも一致しているわけではない。したがって、システム同定の精度を更に高めるためには、このような不感帯中心位置のずれ量も考慮してシステム同定を行う必要がある。   The dead zone characteristic that defines the backlash is expressed as a characteristic having the center of the dead zone width as a zero point, as shown in FIG. This characteristic presupposes that the zero point of the sensor provided on each of the motor side and the load side is located at the center of the backlash. However, in an actual mechanical apparatus, the zero point of the sensor provided on each of the motor side and the load side does not always coincide with the center of the backlash. Therefore, in order to further improve the accuracy of system identification, it is necessary to perform system identification in consideration of such a shift amount of the dead zone center position.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、非線形パラメータを含む数理モデルのシステム同定の精度を向上させることのできるシステム同定装置およびシステム同定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a system identification device and a system identification method capable of improving the accuracy of system identification of a mathematical model including nonlinear parameters. .

本発明の第1態様は、モータと負荷とを有する機械装置を表した二慣性系モデルであって、前記モータから前記負荷に動力を伝達する伝達特性として不感帯関数を含む前記二慣性系モデルを同定するシステム同定装置であって、モータ側残差の項を含むモータ側運動方程式を前記モータ側残差の項について表したモータ側残差計算式に対して、モータ電流またはモータトルク、前記モータの回転位置、および前記負荷の回転位置を入力情報として用いて、複数のモータ側内部信号および前記モータ側残差を算出するモータ側エラー算出部と、前記モータ側残差計算式に含まれる複数の線形パラメータおよび複数の非線形パラメータがそれぞれ誤差成分で表されたパラメータ推定式に対して、前記モータ側エラー算出部の算出結果を用いることにより、複数の前記線形パラメータおよび複数の前記非線形パラメータの誤差成分をそれぞれ推定し、推定した各前記線形パラメータの誤差成分および各前記非線形パラメータの誤差成分から各前記線形パラメータおよび各前記非線形パラメータを同定するモータ側パラメータ同定部とを備え、前記パラメータ推定式は、複数の線形項と複数の非線形項との線形結合で表され、各前記線形項は、線形内部信号と単一の前記線形パラメータの誤差成分との積で表され、各前記非線形項は、非線形内部信号と単一の前記非線形パラメータの誤差成分との積で表され、複数の前記非線形パラメータの一つは、前記不感帯関数の中心位置であるシステム同定装置である。   A first aspect of the present invention is a two-inertia system model representing a mechanical device having a motor and a load, wherein the two-inertia model includes a dead band function as a transfer characteristic for transmitting power from the motor to the load. A system identification device for identifying a motor-side residual equation including a motor-side residual term for a motor-side residual equation, wherein the motor current or motor torque, the motor A motor-side error calculation unit that calculates a plurality of motor-side internal signals and the motor-side residual using the rotation position of the load and the rotation position of the load as input information, and a plurality of included in the motor-side residual calculation formula The calculation result of the motor side error calculation unit is used for the parameter estimation formula in which the linear parameter and the plurality of nonlinear parameters are each represented by an error component. Accordingly, error components of the plurality of linear parameters and the plurality of nonlinear parameters are respectively estimated, and the linear parameters and the nonlinear parameters are identified from the estimated error components of the linear parameters and the error components of the nonlinear parameters. A motor-side parameter identification unit, wherein the parameter estimation formula is expressed by a linear combination of a plurality of linear terms and a plurality of nonlinear terms, and each linear term includes a linear internal signal and a single linear parameter. Each nonlinear term is represented by a product of a nonlinear internal signal and a single nonlinear parameter error component, and one of the plurality of nonlinear parameters is a center of the deadband function. It is a system identification device that is a position.

上記システム同定装置によれば、モータ側エラー算出部によって、モータ側残差計算式に含まれる内部信号とモータ側残差とが算出され、これら内部信号とモータ側残差とをパラメータ推定式に用いることにより、二慣性系モデルに含まれるモータ側の線形パラメータおよび非線形パラメータがモータ側パラメータ同定部によって同定される。ここで、パラメータ推定式は、モータ側残差計算式において、線形パラメータ及び非線形パラメータをそれぞれ誤差成分で表現した計算式であり、複数の線形項と複数の非線形項とが線形結合された関数として表されている。更に、各線形項には単一の線形パラメータしか含まれず、各非線形項には単一の非線形パラメータしか含まれていない。したがって、このようなパラメータ推定式を用いることにより、非線形であったモータ側モデルを線形モデルとして取り扱うことが可能となる。これにより、非線形パラメータの同定精度を向上させることができ、非線形要素を含む二慣性系モデルのシステム同定精度を向上させることが可能となる。
更に、不感帯関数の中心位置ずれをも考慮してシステム同定を行うので、システム同定の精度を更に向上させることができる。
According to the system identification apparatus, the motor-side error calculation unit calculates the internal signal and the motor-side residual included in the motor-side residual calculation formula, and uses the internal signal and the motor-side residual as a parameter estimation formula. By using the motor-side parameter and the nonlinear parameter on the motor side included in the two-inertia system model, the motor-side parameter identification unit identifies the motor-side linear parameter and the nonlinear parameter. Here, the parameter estimation formula is a calculation formula in which the linear parameter and the nonlinear parameter are expressed by error components in the motor side residual calculation formula, and a function in which a plurality of linear terms and a plurality of nonlinear terms are linearly combined. It is represented. Furthermore, each linear term contains only a single linear parameter, and each nonlinear term contains only a single nonlinear parameter. Therefore, by using such a parameter estimation formula, it is possible to handle the motor-side model that is nonlinear as a linear model. Thereby, the identification accuracy of the nonlinear parameter can be improved, and the system identification accuracy of the two-inertia system model including the nonlinear element can be improved.
Furthermore, since the system identification is performed in consideration of the center position shift of the dead band function, the accuracy of the system identification can be further improved.

本発明の第2態様は、モータと負荷とを有する機械装置を表した二慣性系モデルであって、前記モータから前記負荷に動力を伝達する伝達特性として不感帯関数を含む前記二慣性系モデルを同定するシステム同定装置であって、負荷側残差の項を含む負荷側運動方程式を前記負荷側残差の項について表した負荷側残差計算式に対して、前記モータの回転位置および前記負荷の回転位置を入力情報として用いて、複数の負荷側内部信号および前記負荷側残差を算出する負荷側エラー算出部と、前記負荷側残差計算式に含まれる複数の線形パラメータおよび複数の非線形パラメータがそれぞれ誤差成分で表されたパラメータ推定式に対して、前記負荷側エラー算出部の算出結果を用いることにより、複数の前記線形パラメータおよび複数の前記非線形パラメータの誤差成分をそれぞれ推定し、推定した各前記線形パラメータの誤差成分および各前記非線形パラメータの誤差成分から各前記線形パラメータおよび各前記非線形パラメータを同定する負荷側パラメータ同定部とを備え、前記パラメータ推定式は、複数の線形項と複数の非線形項との線形結合で表され、各前記線形項は、線形内部信号と単一の前記線形パラメータの誤差成分との積で表され、各前記非線形項は、非線形内部信号と単一の前記非線形パラメータの誤差成分との積で表され、複数の前記非線形パラメータの一つは、前記不感帯関数の中心位置であるシステム同定装置である。   A second aspect of the present invention is a two-inertia system model representing a mechanical device having a motor and a load, wherein the two-inertia model includes a dead band function as a transfer characteristic for transmitting power from the motor to the load. A system identification device for identifying a load-side residual equation including a load-side residual term for a load-side residual equation and a rotational position of the motor and the load A load-side error calculation unit that calculates a plurality of load-side internal signals and the load-side residual, a plurality of linear parameters and a plurality of nonlinearities included in the load-side residual calculation formula By using the calculation result of the load-side error calculation unit for the parameter estimation formula in which each parameter is represented by an error component, a plurality of the linear parameters and a plurality of the non-linear parameters are used. A load-side parameter identification unit that estimates each linear parameter and each nonlinear parameter from the estimated error component of each linear parameter and each estimated nonlinear error component, The parameter estimation formula is represented by a linear combination of a plurality of linear terms and a plurality of nonlinear terms, and each of the linear terms is represented by a product of a linear internal signal and a single error component of the linear parameter. The nonlinear term is expressed by a product of a nonlinear internal signal and an error component of a single nonlinear parameter, and one of the plurality of nonlinear parameters is a system identification device that is a center position of the dead band function.

上記システム同定装置によれば、負荷側エラー算出部によって、負荷側残差計算式に含まれる内部信号と負荷側残差とが算出され、これら内部信号と負荷側残差とをパラメータ推定式に用いることにより、二慣性系モデルに含まれる負荷側の線形パラメータおよび非線形パラメータが負荷側パラメータ同定部によって同定される。ここで、パラメータ推定式は、負荷側残差計算式において、線形パラメータ及び非線形パラメータをそれぞれ誤差成分で表現した計算式であり、複数の線形項と複数の非線形項とが線形結合された関数として表されている。更に、各線形項には単一の線形パラメータしか含まれず、各非線形項には単一の非線形パラメータしか含まれていない。したがって、このようなパラメータ推定式を用いることにより、非線形であった負荷側モデルを線形モデルとして取り扱うことが可能となる。これにより、非線形パラメータの同定精度を向上させることができ、非線形要素を含む二慣性系モデルのシステム同定精度を向上させることが可能となる。
更に、不感帯関数の中心位置ずれをも考慮してシステム同定を行うので、システム同定の精度を更に向上させることができる。
According to the system identification apparatus, the load side error calculation unit calculates the internal signal and the load side residual included in the load side residual calculation formula, and uses the internal signal and the load side residual as the parameter estimation formula. By using it, the load-side linear parameter and the nonlinear parameter included in the two-inertia system model are identified by the load-side parameter identification unit. Here, the parameter estimation formula is a calculation formula in which the linear parameter and the nonlinear parameter are respectively expressed by error components in the load side residual calculation formula, and a function in which a plurality of linear terms and a plurality of nonlinear terms are linearly combined. It is represented. Furthermore, each linear term contains only a single linear parameter, and each nonlinear term contains only a single nonlinear parameter. Therefore, by using such a parameter estimation formula, it is possible to handle a load-side model that is nonlinear as a linear model. Thereby, the identification accuracy of the nonlinear parameter can be improved, and the system identification accuracy of the two-inertia system model including the nonlinear element can be improved.
Furthermore, since the system identification is performed in consideration of the center position shift of the dead band function, the accuracy of the system identification can be further improved.

上記システム同定装置において、複数の前記非線形パラメータには、前記不感帯関数の不感帯幅が含まれていてもよい。   In the system identification apparatus, the plurality of nonlinear parameters may include a dead band width of the dead band function.

上記システム同定装置によれば、不感帯関数の中心位置ずれだけでなく、不感帯関数の不感帯幅についても実際の機械装置に近づけることが可能となる。これにより、システム同定精度を更に向上させることが可能となる。   According to the system identification device, not only the center position shift of the dead zone function but also the dead zone width of the dead zone function can be made closer to the actual mechanical device. As a result, the system identification accuracy can be further improved.

本発明の第3態様は、上述したシステム同定装置と、前記システム同定装置によって同定された前記線形パラメータ及び前記非線形パラメータが反映された前記二慣性系モデルの逆モデルを用いて制御信号を生成するフィードフォワード制御部とを具備するモータ制御システムである。   According to a third aspect of the present invention, a control signal is generated using the system identification device described above and the inverse model of the two-inertia system model reflecting the linear parameter and the nonlinear parameter identified by the system identification device. A motor control system including a feedforward control unit.

本発明の第4態様は、上述したシステム同定装置と、前記システム同定装置によって同定された各前記線形パラメータおよび各前記非線形パラメータの変化量をそれぞれ監視し、各前記変化量がパラメータに応じて設定されている所定の閾値以上である場合に、異常を検知する異常検知部とを具備する異常診断システムである。   According to a fourth aspect of the present invention, the system identification device described above, and the amount of change of each linear parameter and each nonlinear parameter identified by the system identification device are monitored, and each amount of change is set according to the parameter. An abnormality diagnosis system comprising an abnormality detection unit that detects an abnormality when the predetermined threshold value is exceeded.

本発明の第5態様は、モータと負荷とを有する機械装置を表した二慣性系モデルであって、前記モータから前記負荷に動力を伝達する伝達特性として不感帯関数を含む前記二慣性系モデルを同定するシステム同定方法であって、モータ側残差の項を含むモータ側運動方程式を前記モータ側残差の項について表したモータ側残差計算式に対して、モータ電流またはモータトルク、前記モータの回転位置、および前記負荷の回転位置を入力情報として用いて、複数のモータ側内部信号および前記モータ側残差を算出する工程と、前記モータ側残差計算式に含まれる複数の線形パラメータおよび複数の非線形パラメータがそれぞれ誤差成分で表されたパラメータ推定式に対して、複数の前記モータ側内部信号および前記モータ側残差を用いることにより、複数の前記線形パラメータおよび複数の前記非線形パラメータの誤差成分をそれぞれ推定する工程と、推定した各前記線形パラメータの誤差成分および各前記非線形パラメータの誤差成分から各前記線形パラメータおよび各前記非線形パラメータを同定する工程とを含み、前記パラメータ推定式は、複数の線形項と複数の非線形項との線形結合で表され、各前記線形項は、線形内部信号と単一の前記線形パラメータの誤差成分との積で表され、各前記非線形項は、非線形内部信号と単一の前記非線形パラメータの誤差成分との積で表され、複数の前記非線形パラメータの一つは、前記不感帯関数の中心位置であるシステム同定方法である。   A fifth aspect of the present invention is a two-inertia system model representing a mechanical device having a motor and a load, wherein the two-inertia system model includes a dead band function as a transfer characteristic for transmitting power from the motor to the load. A system identification method for identifying a motor-side residual equation that expresses a motor-side equation of motion including a motor-side residual term with respect to a motor-side residual calculation formula, wherein the motor current or the motor torque, the motor Using the rotational position of the load and the rotational position of the load as input information, calculating a plurality of motor-side internal signals and the motor-side residual, a plurality of linear parameters included in the motor-side residual calculation formula, and A plurality of the motor-side internal signals and the motor-side residuals are used for a parameter estimation formula in which a plurality of nonlinear parameters are represented by error components, respectively. A step of estimating error components of the plurality of linear parameters and the plurality of nonlinear parameters, respectively, and each linear parameter and each nonlinear parameter from the estimated error component of each linear parameter and the error component of each nonlinear parameter. The parameter estimation formula is represented by a linear combination of a plurality of linear terms and a plurality of nonlinear terms, each linear term being a linear internal signal and a single error component of the linear parameter. Each nonlinear term is represented by a product of a nonlinear internal signal and a single error component of the nonlinear parameter, and one of the plurality of nonlinear parameters is a center position of the deadband function. It is a system identification method.

本発明の第6態様は、モータと負荷とを有する機械装置を表した二慣性系モデルであって、前記モータから前記負荷に動力を伝達する伝達特性として不感帯関数を含む前記二慣性系モデルを同定するシステム同定方法であって、負荷側残差の項を含む負荷側運動方程式を前記負荷側残差の項について表した負荷側残差計算式に対して、前記モータの回転位置および前記負荷の回転位置を入力情報として用いて、複数の負荷側内部信号および前記負荷側残差を算出する工程と、前記負荷側残差計算式に含まれる複数の線形パラメータおよび複数の非線形パラメータがそれぞれ誤差成分で表されたパラメータ推定式に対して、複数の前記負荷側内部信号および前記負荷側残差を用いることにより、複数の前記線形パラメータおよび複数の前記非線形パラメータの誤差成分をそれぞれ推定する工程と、推定した各前記線形パラメータの誤差成分および各前記非線形パラメータの誤差成分から各前記線形パラメータおよび各前記非線形パラメータを同定する工程とを含み、前記パラメータ推定式は、複数の線形項と複数の非線形項との線形結合で表され、各前記線形項は、線形内部信号と単一の前記線形パラメータの誤差成分との積で表され、各前記非線形項は、非線形内部信号と単一の前記非線形パラメータの誤差成分との積で表され、複数の前記非線形パラメータの一つは、前記不感帯関数の中心位置であるシステム同定方法である。   A sixth aspect of the present invention is a two-inertia system model representing a mechanical device having a motor and a load, wherein the two-inertia system model includes a dead band function as a transfer characteristic for transmitting power from the motor to the load. A system identification method for identifying a load-side residual equation including a load-side residual term including a load-side residual term with respect to a load-side residual calculation formula And calculating a plurality of load-side internal signals and the load-side residual, and a plurality of linear parameters and a plurality of non-linear parameters included in the load-side residual calculation formula, respectively. By using a plurality of the load side internal signals and the load side residuals for the parameter estimation formula represented by the component, a plurality of the linear parameters and a plurality of the nonlinear Estimating each parameter error component, and identifying each linear parameter and each nonlinear parameter from the estimated error component of each linear parameter and each nonlinear parameter error component, and the parameter estimation formula Is represented by a linear combination of a plurality of linear terms and a plurality of nonlinear terms, wherein each said linear term is represented by the product of a linear internal signal and a single error component of said linear parameter, and each said nonlinear term is The system identification method is represented by a product of a nonlinear internal signal and a single error component of the nonlinear parameter, and one of the plurality of nonlinear parameters is a center position of the dead band function.

本発明によれば、非線形パラメータの同定精度を向上させることができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to improve the identification accuracy of nonlinear parameters.

本発明の一実施形態に係るモータ制御システムの制御対象の一構成例を示した図である。It is the figure which showed one structural example of the control object of the motor control system which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示した機械装置を二慣性系の数理モデルで示したときのブロック線図を示した図である。It is the figure which showed the block diagram when the mechanical apparatus shown in FIG. 1 was shown with the mathematical model of a two-inertia system. 本発明の一実施形態に係るモータ制御システムの機能構成を示した図である。It is a figure showing functional composition of a motor control system concerning one embodiment of the present invention. バックラッシュを規定した不感帯関数モデルの一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the dead zone function model which prescribed | regulated the backlash. モータ側エラー算出部及び負荷側エラー算出部をブロック線図として表した図である。It is the figure which represented the motor side error calculation part and the load side error calculation part as a block diagram. 不感帯幅変化関数について説明するための図である。It is a figure for demonstrating a dead zone width change function. 不感帯幅変化関数について説明するための図である。It is a figure for demonstrating a dead zone width change function. 不感帯中心位置変化関数について説明するための図である。It is a figure for demonstrating a dead zone center position change function. 不感帯中心位置変化関数について説明するための図である。It is a figure for demonstrating a dead zone center position change function. モータ側残差計算式に含まれるモデルパラメータを誤差成分として表したパラメータ推定式をブロック線図で表した図である。It is the figure which represented the parameter estimation formula which represented the model parameter contained in the motor side residual calculation formula as an error component with the block diagram. 負荷側残差計算式に含まれるモデルパラメータを誤差成分として表したパラメータ推定式をブロック線図で表した図である。It is the figure which represented the parameter estimation formula which represented the model parameter contained in the load side residual calculation formula as an error component with the block diagram. 本発明の一実施形態に係るシステム同定装置による不感帯幅及び不感帯中心位置の推定精度のシミュレーション結果の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the simulation result of the estimation precision of a dead zone width and a dead zone center position by the system identification apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る異常診断システムの一構成例を示した図である。It is the figure which showed one structural example of the abnormality diagnosis system which concerns on one Embodiment of this invention. バックラッシュについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating backlash. バックラッシュを規定する不感帯特性について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the dead zone characteristic which prescribes | regulates a backlash.

〔モータ制御システム〕
以下に、本発明のシステム同定装置およびシステム同定方法をモータ制御システムに適用する場合の一実施形態について、図面を参照して説明する。
[Motor control system]
Hereinafter, an embodiment in the case of applying a system identification device and a system identification method of the present invention to a motor control system will be described with reference to the drawings.

図1には、本実施形態に係るモータ制御システム1の制御対象の一構成例が示されている。図1に示すように、制御対象は、モータ20と、負荷21と、モータ20から負荷21に動力を伝達する伝達機構22とを備える多慣性軸捩れ系の機械装置2である。伝達機構22は、例えば、モータ軸23に接続されるギア24と、負荷軸25に接続されるギア26とを有し、このギア同士が噛みあうことにより力が伝達される。ギア24とギア26とをかみ合わせたときに歯面間にバックラッシュが生じ、これが非線形要素として後述する数理モデルに規定される。
なお、本実施形態では、伝達機構22の一例としてギアを例に挙げて説明するが、伝達機構22はギアに限られず、例えば、ねじ等であってもよい。
FIG. 1 shows a configuration example of a control target of the motor control system 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, a control target is a multi-inertia torsional mechanical device 2 including a motor 20, a load 21, and a transmission mechanism 22 that transmits power from the motor 20 to the load 21. The transmission mechanism 22 includes, for example, a gear 24 connected to the motor shaft 23 and a gear 26 connected to the load shaft 25, and the force is transmitted when these gears mesh with each other. When the gear 24 and the gear 26 are engaged with each other, backlash occurs between the tooth surfaces, and this is defined as a nonlinear element in a mathematical model described later.
In the present embodiment, a gear is described as an example of the transmission mechanism 22, but the transmission mechanism 22 is not limited to a gear, and may be, for example, a screw.

モータ制御システム1は、図示しないホストコントローラから負荷21の目標位置θの情報を受信し、負荷21の回転位置(以下「負荷位置」という)θをこの目標位置θに一致させるようなモータトルクを算出し、トルク指令信号τをモータ20に出力する。これにより、モータ20は、トルク指令信号τに基づくトルクで回転駆動し、そのトルクがモータ20側から負荷21側へと伝達機構22を通じて伝達される。この結果、伝達トルクτ´に応じて負荷21が回転する。このようにして、負荷位置θが所望の目標位置θに制御される。 The motor control system 1 receives information on the target position θ t of the load 21 from a host controller (not shown), and makes the rotational position (hereinafter referred to as “load position”) θ L of the load 21 coincide with the target position θ t. The motor torque is calculated and a torque command signal τ is output to the motor 20. Thus, the motor 20 is rotationally driven with a torque based on the torque command signal τ, and the torque is transmitted from the motor 20 side to the load 21 side through the transmission mechanism 22. As a result, the load 21 rotates according to the transmission torque τ ′. In this way, the load position theta L is controlled to a desired target position theta t.

機械装置2を二慣性系とみなした場合、機械装置2固有の特性を表す複数のパラメータ(以下「実機パラメータ」という。)は、モータ20側の特性を示すパラメータ、負荷21側の特性を示すパラメータ、および伝達機構22の特性を示すパラメータに大別される。例えば、モータ20側の特性を示すパラメータとして、トルク定数(トルク効率)K、モータ側慣性モーメントJ、モータ側粘性係数D、モータ側クーロン摩擦係数τfMが、負荷21側の特性を示すパラメータとして、負荷側慣性モーメントJ、負荷側粘性係数D、負荷側クーロン摩擦係数τfLが挙げられる。伝達機構22の特性を示すパラメータとして、ギア効率η、ねじり剛性係数Kg、ねじり粘性係数Dgが挙げられ、更に、本実施形態では、バックラッシュに関するパラメータとして、不感帯幅BLおよび不感帯中心位置SHが挙げられる。 When the mechanical device 2 is regarded as a two-inertia system, a plurality of parameters representing characteristics unique to the mechanical device 2 (hereinafter referred to as “actual machine parameters”) indicate parameters indicating characteristics on the motor 20 side and characteristics on the load 21 side. The parameters are roughly divided into parameters indicating the characteristics of the transmission mechanism 22. For example, as parameters indicating characteristics on the motor 20 side, a torque constant (torque efficiency) K T , a motor side moment of inertia J M , a motor side viscosity coefficient D M , and a motor side coulomb friction coefficient τ fM represent the characteristics on the load 21 side. The parameters shown include the load side moment of inertia J L , the load side viscosity coefficient D L , and the load side Coulomb friction coefficient τ fL . Parameters indicating the characteristics of the transmission mechanism 22 include gear efficiency η, torsional stiffness coefficient Kg, and torsional viscosity coefficient Dg. Further, in the present embodiment, the deadband width BL and the deadband center position SH are given as parameters related to backlash. It is done.

図2に、図1に示した機械装置2を二慣性系の数理モデルで示したときのブロック線図を示す。
図2に示すように、モータ20は、モータ電流iにトルク定数Kを乗じたトルクτからモータ側クーロン摩擦係数τfM等が差し引かれたトルクを入力とし、伝達要素1/(JMs+D)および伝達要素1/sを経てモータの回転位置(以下「モータ位置」という)θを出力する伝達系として表現される。
FIG. 2 shows a block diagram when the mechanical device 2 shown in FIG. 1 is represented by a mathematical model of a two-inertia system.
As shown in FIG. 2, the motor 20, the motor-side Coulomb friction coefficient τ torque fM or the like is subtracted from the torque τ obtained by multiplying the torque constant K T of the motor current i r as an input, transfer element 1 / (J Ms + D M ) and a transmission element 1 / s, which is expressed as a transmission system that outputs a rotational position (hereinafter referred to as “motor position”) θ M of the motor.

負荷21は、モータ20からモータ軸23を通じて伝達された伝達トルクτ´から負荷側クーロン摩擦係数τfLが差し引かれたトルクを入力とし、伝達要素1/(JLs+D)および伝達要素1/sを経て負荷位置θを出力する伝達系として表現される。
なお、図2に示す伝達系の途中には、モータ角速度ωおよび負荷角速度ωを記載している。
The load 21 receives a torque obtained by subtracting the load-side Coulomb friction coefficient τ fL from the transmission torque τ ′ transmitted from the motor 20 through the motor shaft 23, and transmits the transmission element 1 / (J Ls + D L ) and the transmission element 1 /. through s are expressed as a transmission system for outputting a load position theta L.
In the middle of the transmission system shown in FIG. 2, the motor angular velocity ω M and the load angular velocity ω L are shown.

伝達機構22は、モータ位置θと負荷位置θとの偏差を入力とし、バックラッシュの特性を規定する不感帯関数F1と、伝達要素Kおよび伝達要素Dsとを経て、負荷21に印加される伝達トルクτ´を出力する伝達系として表現される。ここで、不感帯関数F1は、モータ位置と負荷位置の偏差(θ−θ)に応じて出力が変化する非線形関数BKLS(θ−θ)であり、実機パラメータである不感帯幅BL、不感帯中心位置SHを含む要素である。 The transmission mechanism 22 receives the deviation between the motor position θ M and the load position θ L, and passes through the dead band function F1 that defines the characteristics of the backlash, the transmission element K g and the transmission element D g s to the load 21. It is expressed as a transmission system that outputs an applied transmission torque τ ′. Here, the dead band function F1 is a non-linear function BKLS (θ M −θ L ) whose output changes according to the deviation (θ M −θ L ) between the motor position and the load position, and is a dead band width BL, which is an actual machine parameter. This is an element including the dead zone center position SH.

上記トルク定数(トルク効率)K、モータ側慣性モーメントJ、モータ側粘性係数D、モータ側クーロン摩擦係数τfM、負荷側慣性モーメントJ、負荷側粘性係数D、負荷側クーロン摩擦係数τf、ギア効率η、不感帯幅BLおよび不感帯中心位置SHは、機械装置2の実際の特性を表す実機パラメータであり、いずれも個別には観測不能な未知のパラメータである。一方、入力であるモータ電流i、出力であるモータ位置θ、負荷位置θは観測可能なパラメータである。 Torque constant (torque efficiency) K T , motor side inertia moment J M , motor side viscosity coefficient D M , motor side coulomb friction coefficient τ fM , load side inertia moment J L , load side viscosity coefficient D L , load side coulomb friction The coefficient τf L , the gear efficiency η, the dead zone width BL, and the dead zone center position SH are actual machine parameters that represent actual characteristics of the mechanical device 2, and are unknown parameters that cannot be individually observed. On the other hand, the motor current i r as an input, the motor position θ M as an output, and the load position θ L are observable parameters.

図3は、本実施形態に係るモータ制御システム1の機能構成を示す図である。図3に示すように、モータ制御システム1は、例えば、フィードバック制御部10と、フィードフォワード制御部11と、システム同定装置12とを備えている。
フィードバック制御部10は、負荷21の目標位置θと負荷位置θとの偏差(θ−θ)がゼロになるようなトルクを算出し、フィードバックトルク指令信号τFBを出力する。このとき、フィードバック制御部10は、モータ位置θに基づいて算出されるモータ角速度ω(モータ位置θの時間微分)を用いて、適切かつ迅速なフィードバック制御がなされるようなトルクを算出してもよい。
FIG. 3 is a diagram illustrating a functional configuration of the motor control system 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the motor control system 1 includes, for example, a feedback control unit 10, a feedforward control unit 11, and a system identification device 12.
The feedback control unit 10 calculates a torque such that the deviation (θ t −θ L ) between the target position θ t of the load 21 and the load position θ L becomes zero, and outputs a feedback torque command signal τ FB . At this time, the feedback control unit 10 uses the motor angular velocity omega M (time differential of the motor position theta M) calculated based on the motor position theta M, calculates the torque as appropriate and rapid feedback control is performed May be.

フィードフォワード制御部11は、機械装置2を二慣性系として表した数理モデルである二慣性系モデルMODを用いて、フィードフォワードトルク指令信号τFFを算出し、出力する。二慣性系モデルMODは、図2に示した機械装置2の逆モデルであり、上述した機械装置2の実機パラメータにそれぞれ対応するモデルパラメータを含んでいる。具体的には、モデルパラメータとして、トルク定数(トルク効率)KT0、モータ側慣性モーメントJM0、モータ側粘性係数DM0、モータ側クーロン摩擦係数τfM0、負荷側慣性モーメントJL0、負荷側粘性係数DL0、負荷側クーロン摩擦係数τfL0、ギア効率η、不感帯幅BL、および不感帯中心位置SHを含んでいる。
これらのモデルパラメータ(KT0、JM0、DM0、τfM0、JL0、DL0、τfL0、η、BL、SH)は、後述するシステム同定装置12によって推定され、更新される。
The feedforward control unit 11 calculates and outputs a feedforward torque command signal τ FF using a two-inertia model MOD that is a mathematical model representing the mechanical device 2 as a two-inertia system. The two-inertia model MOD is an inverse model of the mechanical device 2 shown in FIG. 2 and includes model parameters corresponding to the actual machine parameters of the mechanical device 2 described above. Specifically, the torque parameters (torque efficiency) K T0 , motor-side inertia moment J M0 , motor-side viscosity coefficient D M0 , motor-side coulomb friction coefficient τ fM0 , load-side inertia moment J L0 , load-side viscosity are model parameters. It includes a coefficient D L0 , a load-side Coulomb friction coefficient τ fL0 , a gear efficiency η 0 , a dead band width BL 0 , and a dead band center position SH 0 .
These model parameters (K T0 , J M0 , D M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , τ fL0 , η 0 , BL 0 , SH 0 ) are estimated and updated by the system identification device 12 described later. .

このように、本実施形態においては、バックラッシュに関するパラメータである不感帯幅BLおよび不感帯中心位置SHについてもモデルパラメータとして考慮し、これらのモデルパラメータについても後述するシステム同定装置12によって同定する。これにより、二慣性系モデルMODを実際の機械装置2の特性により近づけることが可能となり、システム同定精度を更に向上させることが可能となる。 Thus, in the present embodiment, the dead zone width BL 0 and the dead zone center position SH 0 that are parameters related to backlash are also considered as model parameters, and these model parameters are also identified by the system identification device 12 described later. As a result, the two-inertia system model MOD can be brought closer to the characteristics of the actual machine device 2, and the system identification accuracy can be further improved.

フィードバック制御部10から出力されたフィードバックトルク指令信号τFBと、フィードフォワード制御部11から出力されたフィードフォワードトルク指令信号τFFとは加算部13によって加算され、トルク指令信号τとして機械装置2のモータ20に出力される。 The feedback torque command signal τ FB output from the feedback control unit 10 and the feed forward torque command signal τ FF output from the feed forward control unit 11 are added by the adding unit 13, and the torque command signal τ of the mechanical device 2 is added. It is output to the motor 20.

システム同定装置12は、フィードフォワード制御部11が有する二慣性系モデルMODのモデルパラメータ(KT0、JM0、DM0、τfM0、JL0、DL0、τfL0、η、BL、SH)を同定する。システム同定装置12は、例えば、モータ側エラー算出部120、モータ側パラメータ同定部121、負荷側エラー算出部122、および負荷側パラメータ同定部123を備えている。以下、各部についてそれぞれ説明する。 The system identification device 12 includes model parameters (K T0 , J M0 , D M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , τ fL0 , η 0 , BL 0 , SH of the two-inertia model MOD of the feedforward control unit 11. 0 ) is identified. The system identification device 12 includes, for example, a motor side error calculation unit 120, a motor side parameter identification unit 121, a load side error calculation unit 122, and a load side parameter identification unit 123. Each part will be described below.

〔モータ側エラー算出部〕
モータ側エラー算出部120は、モータ側残差eの項を含むモータ側運動方程式をモータ側残差eの項について表したモータ側残差計算式に対して、モータ電流i、モータ位置θ、および負荷位置θを入力情報として用いて、モータ側内部信号q1〜q5およびモータ側残差eを算出する。
[Motor side error calculator]
Motor-side error calculator 120, the motor-side residual calculation formula represents the motor side motion equation for sections of the motor side residuals e M includes a term of the motor side residuals e M, the motor current i r, the motor using location theta M, and the load position theta L as input information, calculates the motor-side internal signals q1~q5 and the motor side residuals e M.

例えば、フィードフォワード制御部11が備える二慣性系モデルMODのモータ側モデルの応答誤差をモータ側残差eと定義すると、モータ側残差eの項を含むモータ側運動方程式は、以下の(1)式で表される。 For example, if the response error of the motor-side model of the two-inertia model MOD feedforward control unit 11 is provided is defined as a motor-side residuals e M, the motor-side equation of motion includes a term of the motor side residuals e M is the following It is represented by the formula (1).

Figure 0006174063
Figure 0006174063

ここで、sign(sθ)は、sθが正(sθ>0)のときに”+1”の値をとり、sθが負(sθ<0)のときに”−1”の値をとる非線形関数である。
また、BKLS(θ−θ)は、図4に示すように、バックラッシュを規定した不感帯関数モデルF1MODであり、不感帯幅(片幅)BLを有し、不感帯中心位置SHをとる。
Here, sign (sθ M ) takes a value of “+1” when sθ M is positive (sθ M > 0), and a value of “−1” when sθ M is negative (sθ M <0). Is a nonlinear function.
Further, as shown in FIG. 4, BKLS 0M −θ L ) is a dead zone function model F1 MOD that defines backlash, has a dead zone width (single width) BL 0 , and a dead zone center position SH 0. Take.

上記(1)式をモータ側残差eについて表すと以下の(2)式となり、以下、この(2)式をモータ側残差計算式という。 (1) reacting a becomes the following formula (2) represent the motor side residuals e M, or less, the (2) equation of the motor side residual equation.

Figure 0006174063
Figure 0006174063

(2)式において、バックラッシュ特性を現在の二慣性モデルMODに規定されている不感帯関数モデルF1MODで表される固定特性としてみなして、既知部分をモータ側内部信号qi(i=1、2、・・・)として整理すると、以下の(3)式となる。 In equation (2), the backlash characteristic is regarded as a fixed characteristic represented by the dead band function model F1 MOD defined in the current two-inertia model MOD, and the known portion is regarded as the motor side internal signal qi (i = 1, 2). ..)), The following equation (3) is obtained.

Figure 0006174063
Figure 0006174063

ここで、q1〜q5は以下の(4)式の通りである。   Here, q1 to q5 are as in the following formula (4).

Figure 0006174063
Figure 0006174063

モータ側エラー算出部120は、上記(4)式に示したモータ側内部信号q1〜q5を算出するとともに、モータ側残差eを算出し、これらをモータ側パラメータ同定部121に出力する。
図5には、モータ側エラー算出部120をブロック線図として表した図が示されている。
Motor-side error calculator 120 calculates the motor-side internal signal q1~q5 shown in the above (4) equation, to calculate the motor side residuals e M, and outputs them to the motor-side parameter identification unit 121.
FIG. 5 shows a block diagram of the motor-side error calculation unit 120.

〔モータ側パラメータ同定部〕
モータ側パラメータ同定部121は、モータ側エラー算出部120から出力されたモータ側残差eおよびモータ側内部信号q1〜q5を用いて、モータ側モデルパラメータを同定する。
[Motor side parameter identification section]
Motor-side parameter identification unit 121 using the motor side residuals e M and the motor-side internal signal q1~q5 output from the motor-side error calculating unit 120, to identify the motor side model parameters.

まず、モータ側残差計算式は、上述したように、以下の(2)式で表される。   First, the motor side residual calculation formula is represented by the following formula (2) as described above.

Figure 0006174063
Figure 0006174063

ここで、モータ側残差eが各モデルパラメータのモデル化誤差によって生じていると仮定し、各モデルパラメータを以下の(5)式に規定するように誤差成分で表現すると、(2)式は以下の(6)式で表すことができる。 Here, assuming that the motor-side residual e M is caused by a modeling error of each model parameter, each model parameter is expressed by an error component as defined in the following equation (5). Can be expressed by the following equation (6).

Figure 0006174063
Figure 0006174063

Figure 0006174063
Figure 0006174063

更に、上記(6)式において、モータ側内部信号qi(i=1、2・・・)を以下の(7)式のように規定して整理すると、(8)式となる。   Further, in the above equation (6), when the motor side internal signal qi (i = 1, 2,...) Is defined and arranged as in the following equation (7), equation (8) is obtained.

Figure 0006174063
Figure 0006174063

Figure 0006174063
Figure 0006174063

このように、モータ側残差計算式の各項を対応する各モデルパラメータで偏微分し、モータ側残差計算式に含まれるモデルパラメータを誤差成分で表すことにより、モータ側残差計算式を線形項と非線形項との線形結合で表すことが可能となる。ここで、線形項は、線形内部信号と単一の線形パラメータの誤差成分との積として表され、非線形項は、非線形内部信号と単一の非線形パラメータの誤差成分との積として表される。
このようなパラメータ推定式を用いてモータ側の各モデルパラメータを推定することにより、非線形であったモータ側モデルを線形モデルとして取り扱うことが可能となるので、非線形パラメータの同定精度を向上させることができ、非線形要素を含む二慣性系モデルのシステム同定精度を向上させることが可能となる。
上記(8)式で表されるパラメータ推定式は、図10に示すようなブロック線図で表すことができる。
In this way, by partially differentiating each term of the motor-side residual calculation formula with the corresponding model parameter and expressing the model parameter included in the motor-side residual calculation formula as an error component, the motor-side residual calculation formula is It can be expressed by a linear combination of a linear term and a nonlinear term. Here, the linear term is expressed as the product of the linear internal signal and the error component of a single linear parameter, and the nonlinear term is expressed as the product of the nonlinear internal signal and an error component of a single nonlinear parameter.
By estimating each model parameter on the motor side using such a parameter estimation formula, it becomes possible to handle the motor-side model that has been nonlinear as a linear model, so that the identification accuracy of the nonlinear parameter can be improved. Therefore, it is possible to improve the system identification accuracy of the two-inertia system model including the nonlinear element.
The parameter estimation formula represented by the above formula (8) can be represented by a block diagram as shown in FIG.

(7)式において、非線形内部信号q6の要素である{∂BKLS(θ−θ)/∂BL}は、不感帯幅の誤差成分δBLによる不感帯関数F1の特性の変化量を示す非線形関数であり、{∂BKLS(θ−θ)/∂SH}は、不感帯中心位置の誤差成分δSHによる不感帯関数F1の特性の変化量を示す非線形関数である。 In equation (7), {∂BKLS (θ M −θ L ) / ∂BL}, which is an element of the nonlinear internal signal q6, is a nonlinear function indicating the amount of change in the characteristics of the dead band function F1 due to the dead band width error component δBL. Yes, {∂BKLS (θ M −θ L ) / ∂SH} is a nonlinear function indicating the amount of change in the characteristic of the dead zone function F1 due to the error component δSH of the dead zone center position.

ここで、図6に示すように、機械装置2の特性を規定した不感帯関数F1に対し、不感帯幅にδBL(δBL>0)の誤差成分を有する不感帯関数モデルF1MODを想定すると、不感帯関数F1に対する不感帯関数モデルF1MODの変化量を示す特性、換言すると、不感帯関数F1から不感帯関数モデルF1MODを減算した関数は、図7に示すような非線形関数(以下「不感帯幅変化関数」という。)F2=∂BKLS(θ−θ)/∂BLとなる。このように、不感帯幅変化関数F2は、不感帯幅の誤差成分δBLによる不感帯関数F1(=BKLS(θ−θ))の変化量を示す非線形の関数である。 Here, as shown in FIG. 6, assuming a dead band function model F1 MOD having an error component of δBL (δBL> 0) in the dead band width with respect to the dead band function F1 defining the characteristics of the mechanical device 2, the dead band function F1. A characteristic indicating the amount of change in the dead band function model F1 MOD with respect to, in other words, a function obtained by subtracting the dead band function model F1 MOD from the dead band function F1 is a non-linear function as shown in FIG. 7 (hereinafter referred to as “dead band width change function”). F2 = ∂BKLS (θ M −θ L ) / ∂BL. Thus, the dead band width change function F2 is a non-linear function indicating the amount of change in the dead band function F1 (= BKLS (θ M −θ L )) due to the dead band width error component δBL.

同様に、図8に示すように、機械装置2の特性を規定した不感帯関数F1に対し、不感帯中心位置にδSH(δSH>0)の誤差成分を有する不感帯関数モデルF1MODを想定すると、不感帯関数F1に対する不感帯関数モデルF1MODの変化量を示す特性、換言すると、不感帯関数F1から不感帯関数モデルF1MODを減算した関数は、図9に示すような非線形関数(以下「不感帯中心位置変化関数」という。)F3=∂BKLS(θ−θ)/∂SHとなる。このように、不感帯中心位置変化関数F3は、不感帯中心位置の誤差成分δSHによる不感帯関数F1(=BKLS(θ−θ))の変化量を示す非線形の関数である。 Similarly, as shown in FIG. 8, assuming a dead zone function model F1 MOD having an error component of δSH (δSH> 0) at the dead zone center position with respect to the dead zone function F1 defining the characteristics of the mechanical device 2, the dead zone function The characteristic indicating the amount of change of the dead zone function model F1 MOD with respect to F1, in other words, the function obtained by subtracting the dead zone function model F1 MOD from the dead zone function F1 is a non-linear function as shown in FIG. 9 (hereinafter referred to as “dead zone center position change function”). .) F3 = ∂BKLS (θ ML ) / ∂SH. Thus, the dead zone center position change function F3 is a non-linear function indicating the amount of change in the dead zone function F1 (= BKLS (θ M −θ L )) due to the error component δSH of the dead zone center position.

次に、上記(8)式に含まれる各モデルパラメータをそれぞれ推定する。例えば、以下の手法を用いて推定することができる。
まず、(8)式の両辺に内部信号q1〜q7を乗じ、更に両辺を時間T、例えば、機械装置2を正弦波駆動した際の1周期分の時間に渡って時間積分して(9)式を得る。
Next, each model parameter included in the above equation (8) is estimated. For example, it can be estimated using the following method.
First, internal signals q1 to q7 are multiplied on both sides of equation (8), and both sides are integrated over time T, for example, over a period of one cycle when the mechanical device 2 is driven with a sine wave, (9) Get the formula.

Figure 0006174063
Figure 0006174063

更に、(9)式を以下の(10)式に変形する。   Further, the formula (9) is transformed into the following formula (10).

Figure 0006174063
Figure 0006174063

続いて、モータ側パラメータ同定部121は、以下の(11)式に従って、モータ側モデルパラメータの誤差成分(δK、δJ、δD、δτfM、δη、δBL、δSH)を算出する。 Subsequently, the motor side parameter identification unit 121 calculates error components (δK T , δJ M , δD M , δτ fM , δη, δBL, δSH) of the motor side model parameters according to the following equation (11).

Figure 0006174063
Figure 0006174063

そして、モータ側パラメータ同定部121は、上記モータ側モデルパラメータの誤差成分を現在のモデルパラメータにそれぞれ加算することにより、新たな各モデルパラメータ(各モータ側線形パラメータ及び各モータ側非線形パラメータ)を算出する。   Then, the motor-side parameter identification unit 121 calculates each new model parameter (each motor-side linear parameter and each motor-side nonlinear parameter) by adding the error component of the motor-side model parameter to the current model parameter. To do.

〔負荷側エラー算出部〕
負荷側エラー算出部122は、負荷側残差eの項を含む負荷側運動方程式を負荷側残差eの項について表した負荷側残差計算式に対して、モータ位置θ及び負荷位置θを用いることにより、負荷側内部信号及び負荷側残差を算出する。
[Load side error calculation section]
Load error calculation unit 122, the load side residual calculation expression indicating the section of the load-side residuals e L the load side equation of motion includes a term of the load side residuals e L, motor position theta M and the load by using the position theta L, and calculates the load side internal signal and the load side residual.

例えば、フィードフォワード制御部11が備える二慣性系モデルMODの負荷側モデルの応答誤差を負荷側残差eと定義すると、負荷側残差eの項を含む負荷側運動方程式は、以下の(12)式で表される。 For example, if you define the response error of the load-side model of the two-inertia model MOD feedforward control unit 11 is provided with a load side residual e L, the load-side equation of motion includes a term of the load side residuals e L is the following It is expressed by equation (12).

Figure 0006174063
Figure 0006174063

上記(12)式を負荷側残差eについて表現すると以下の(13)式となり、以下、この(13)式を負荷側残差計算式という。 Equation (12) the result with the following equation (13) and representing the load side residuals e L, or less, the (13) equation that the load side residual equation.

Figure 0006174063
Figure 0006174063

(13)式において、バックラッシュ特性を不感帯関数モデルF1MODで表される固定特性としてみなして、既知部分を負荷側内部信号qi(i=8、9、・・・)として整理すると、以下の(14)式となる。 In the equation (13), when the backlash characteristic is regarded as a fixed characteristic represented by the dead band function model F1 MOD and the known part is arranged as the load side internal signal qi (i = 8, 9,...), (14)

Figure 0006174063
Figure 0006174063

ここで、q8〜q11は以下の(15)式の通りである。   Here, q8 to q11 are as in the following formula (15).

Figure 0006174063
Figure 0006174063

負荷側エラー算出部122は、上記(15)式に示した負荷側内部信号q8〜q11を算出するとともに、負荷側残差eを算出し、これらを負荷側パラメータ同定部123に出力する。
図5には、負荷側エラー算出部122をブロック線図として表した図が示されている。
Load error calculation unit 122 calculates the load side internal signal q8~q11 shown in the above (15), calculates the load side residuals e L, and outputs them to the load side parameter identification unit 123.
FIG. 5 shows a diagram representing the load-side error calculation unit 122 as a block diagram.

〔負荷側パラメータ同定部〕
負荷側パラメータ同定部123は、負荷側エラー算出部122から出力された負荷側残差eおよび負荷側内部信号q8〜q11を用いて、負荷側モデルパラメータを同定する。
[Load side parameter identification section]
Load parameter identification unit 123, using the load-side error calculation unit load residual output from 122 e L and load side internal signal Q8~q11, identifying load model parameters.

まず、負荷側残差計算式は、上述したように、以下の(13)式で表される。   First, the load side residual calculation formula is expressed by the following formula (13) as described above.

Figure 0006174063
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ここで、負荷側残差eが各モデルパラメータのモデル化誤差によって生じていると仮定し、各モデルパラメータを以下の(16)式に規定するように誤差成分で表現すると、(13)式は以下の(17)式で表すことができる。 Here, when the load side residuals e L is assumed to be caused by modeling error of each model parameter, expressed in error component so as to define a respective model parameters in the following equation (16), (13) Can be expressed by the following equation (17).

Figure 0006174063
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Figure 0006174063
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更に、上記(17)式において、負荷側内部信号qi(i=8、9・・・)を(18)式のように規定して整理すると、(19)式となる。   Furthermore, in the above equation (17), when the load side internal signal qi (i = 8, 9...) Is defined and arranged as in equation (18), equation (19) is obtained.

Figure 0006174063
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Figure 0006174063
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このように、負荷側残差計算式の各項を各々のモデルパラメータで各々偏微分し、負荷側残差計算式に含まれるモデルパラメータを誤差成分で表すことにより、上述したモータ側の場合と同様に、負荷側残差計算式を線形項と非線形項との線形結合で表すことが可能となる。このようなパラメータ推定式を用いることにより、非線形であった負荷側モデルを線形モデルとして取り扱うことが可能となる。これにより、非線形パラメータの同定精度を向上させることができ、非線形要素を含む二慣性系モデルのシステム同定精度を向上させることが可能となる。
ここで、各バックラッシュに関する非線形内部信号については、モータ側のところで説明した通りである。
上記(19)式で表されるパラメータ推定式は、図11に示すようなブロック線図で表すことができる。
In this way, by partially differentiating each term of the load side residual calculation formula with each model parameter and expressing the model parameter included in the load side residual calculation formula with an error component, Similarly, the load side residual calculation formula can be expressed by a linear combination of a linear term and a nonlinear term. By using such a parameter estimation formula, it is possible to handle a load-side model that is nonlinear as a linear model. Thereby, the identification accuracy of the nonlinear parameter can be improved, and the system identification accuracy of the two-inertia system model including the nonlinear element can be improved.
Here, the non-linear internal signal relating to each backlash is as described in the motor side.
The parameter estimation equation represented by the above equation (19) can be represented by a block diagram as shown in FIG.

次に、上記(19)式に含まれる各モデルパラメータを、例えば、上述したモータ側と同様の手法を用いてそれぞれ推定する。すなわち、上記(19)式の両辺に内部信号q8〜q13を乗じ、更に両辺を時間T、例えば、機械装置2を正弦波駆動した際の1周期分の時間に渡って時間積分して(20)式を得る。   Next, each model parameter included in the equation (19) is estimated using, for example, the same method as that on the motor side described above. That is, both sides of the above equation (19) are multiplied by internal signals q8 to q13, and both sides are time-integrated over time T, for example, a period of one cycle when the mechanical device 2 is driven with a sine wave (20 ) Get the formula.

Figure 0006174063
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更に、(20)式を以下の(21)式に変形する。   Furthermore, the equation (20) is transformed into the following equation (21).

Figure 0006174063
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これにより、負荷側パラメータ同定部123は、以下の(22)式に従って、負荷側モデルパラメータの誤差成分(δJ、δD、δτfL、δη、δBL、δSH)を算出する。 Thereby, the load side parameter identification unit 123 calculates error components (δJ L , δD L , δτ fL , δη, δBL, δSH) of the load side model parameters according to the following equation (22).

Figure 0006174063
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そして、負荷側パラメータ同定部123は、上記負荷側モデルパラメータの誤差成分を現在のモデルパラメータにそれぞれ加算することにより、新たな各モデルパラメータ(各負荷側線形パラメータ及び各負荷側非線形パラメータ)を算出する。   Then, the load-side parameter identification unit 123 calculates each new model parameter (each load-side linear parameter and each load-side nonlinear parameter) by adding the error component of the load-side model parameter to the current model parameter. To do.

なお、上述したように、非線形パラメータη、BL、SHについては、モータ側モデルと負荷側モデルとで重複する。したがって、これら非線形パラメータについては、モータ側パラメータ同定部121及び負荷側パラメータ同定部123のいずれかによって決定された値を他方に用いることとしてもよい。これにより、処理負担の軽減等を図ることができる。なお、この場合において、モータ側パラメータ同定部121によって同定された非線形パラメータを負荷側パラメータ同定部123に用いることが好ましい。これは、モータ側は機械装置2の入力側であるので、負荷側に比べてノイズが少なく、同定精度が比較的高いからである。
なお、上述した(8)式、(14)式で表されるパラメータ推定式から各モデルパラメータを求める演算手法については、上記の例に限られず、公知の手法を適宜採用することが可能である。
As described above, the non-linear parameters η 0 , BL 0 , and SH 0 overlap between the motor side model and the load side model. Therefore, for these nonlinear parameters, values determined by either the motor-side parameter identification unit 121 or the load-side parameter identification unit 123 may be used for the other. Thereby, reduction of a processing burden etc. can be aimed at. In this case, it is preferable to use the nonlinear parameter identified by the motor side parameter identification unit 121 for the load side parameter identification unit 123. This is because the motor side is the input side of the mechanical device 2, and therefore there is less noise than the load side and the identification accuracy is relatively high.
Note that the calculation method for obtaining each model parameter from the parameter estimation formulas represented by the above-described formulas (8) and (14) is not limited to the above example, and a known method can be appropriately employed. .

次に、本実施形態に係るモータ制御システム1の動作について説明する。
まず、目標位置θと負荷位置θとの誤差がフィードバック制御部10に入力され、負荷位置θを目標位置θに一致させるようなフィードバックトルク指令信号τFBが算出され、出力される。一方、フィードフォワード制御部11では、目標位置θと二慣性系モデルMODとを用いてフィードフォワードトルク指令信号τFFが算出され、出力される。フィードバックトルク指令信号τFBとフィードフォワードトルク指令信号τFFとは加算部13によって加算され、トルク指令信号τとして制御対象である機械装置2に与えられる。これにより、トルク指令信号τに基づくトルクがモータに与えられることによりモータが回転し、この回転動力が伝達機構22によって負荷側に伝達され、負荷位置θが目標位置θとなるように制御される。
Next, the operation of the motor control system 1 according to this embodiment will be described.
First, an error between the target position θ t and the load position θ L is input to the feedback control unit 10, and a feedback torque command signal τ FB that makes the load position θ L coincide with the target position θ t is calculated and output. . On the other hand, the feedforward control unit 11, the feed-forward torque command signal tau FF is calculated using the target position theta t and two-inertia model MOD, are output. The feedback torque command signal τ FB and the feedforward torque command signal τ FF are added by the adding unit 13 and are given to the mechanical device 2 that is the control target as the torque command signal τ. Thus, the motor is rotated by the torque based on the torque command signal τ applied to the motor, the rotational power is transmitted to the load side by the transmission mechanism 22, the control so that the load position theta L becomes the target position theta t Is done.

モータ位置θ、負荷位置θは、図示しないセンサによって所定のタイミングで検出され、これらの検出値がフィードバック制御部10にフィードバックされる。また、システム同定装置12には、センサによって検出されたモータ位置θ、負荷位置θおよびモータ電流iが入力される。
システム同定装置12において、モータ側エラー算出部120は、モータ位置θ、負荷位置θおよびモータ電流iを用いて、モータ側内部信号q1〜q5およびモータ側残差eを算出する。モータ側パラメータ同定部121は、モータ側エラー算出部120によって算出されたモータ側内部信号q1〜q5およびモータ側残差eを用いて、モータ側の線形パラメータの誤差成分δK、δJ、δD、δτfM及び非線形パラメータの誤差成分δη、δBL、δSHを算出し、これらの誤差成分をそれぞれの現在の線形パラメータKTM0、JM0、DM0、τfM0及び非線形パラメータη、BL、SHに加算することにより、新たな各モデルパラメータKTM0、τfM0、DM0、JM0、η、BL、SHを算出する。
The motor position θ M and the load position θ L are detected at a predetermined timing by a sensor (not shown), and these detected values are fed back to the feedback control unit 10. In addition, the system identification device 12, the motor position theta M is detected by the sensor, the load position theta L and the motor current i r is input.
In system identification device 12, the motor-side error calculator 120, the motor position theta M, using a load position theta L and the motor current i r, calculates the motor-side internal signals q1~q5 and the motor side residuals e M. Motor-side parameter identification unit 121 using a motor-side internal signals q1~q5 and the motor side residuals e M calculated by the motor-side error calculator 120, the error component .delta.K T linear parameters of the motor side, .delta.j M, δD M , δτ fM and nonlinear parameter error components δη, δBL, δSH are calculated, and these error components are respectively calculated as current linear parameters K TM0 , J M0 , D M0 , τ fM0 and nonlinear parameters η 0 , BL 0. , SH 0 are added to calculate new model parameters K TM0 , τ fM0 , D M0 , J M0 , η 0 , BL 0 , SH 0 .

同様に、負荷側エラー算出部122は、モータ位置θおよび負荷位置θを用いて、負荷側内部信号q8〜q11および負荷側残差eを算出する。負荷側パラメータ同定部123は、負荷側エラー算出部122によって算出された負荷側内部信号q8〜q11および負荷側残差eを用いて、負荷側の線形パラメータの誤差成分δJ、δD、δτfL及び非線形パラメータの誤差成分δη、δBL、δSHを算出し、これらの誤差成分をそれぞれの現在の線形パラメータJL0、DL0、τfL0及び非線形パラメータη、BL、SHに加算することにより、各モデルパラメータJL0、DL0、τfL0、η、BL、SHを同定する。このとき、モデルパラメータη、BL、SHについては、モータ側パラメータ同定部121によって決定されたモデルパラメータを既知として用いることにより、負荷側パラメータ同定部123で決定するモデルパラメータの数を減らすことが可能である。これにより、処理負担を低減させることが可能となる。 Similarly, load-side error calculation unit 122, using the motor position theta M and the load position theta L, and calculates the load side internal signals q8~q11 and load side residuals e L. Load parameter identification unit 123, using the load-side internal signals q8~q11 and load side residuals e L calculated by the load-side error calculating unit 122, the error component .delta.j L of linear parameters of the load, [delta] D L, δτ fL and nonlinear parameter error components δη, δBL, δSH are calculated, and these error components are added to the respective current linear parameters J L0 , D L0 , τ fL0 and nonlinear parameters η 0 , BL 0 , SH 0 . Thus, each model parameter J L0 , D L0 , τ fL0 , η 0 , BL 0 , SH 0 is identified. At this time, for the model parameters η 0 , BL 0 , SH 0 , the number of model parameters determined by the load-side parameter identifying unit 123 is reduced by using the model parameters determined by the motor-side parameter identifying unit 121 as known. It is possible. As a result, the processing burden can be reduced.

システム同定装置12において決定されたモータ側モデルパラメータKTM0、τfM0、DM0、JM0、η、BL、SHおよび負荷側モデルパラメータJL0、DL0、τfL0、η、BL、SHは、フィードフォワード制御部11の二慣性系モデルMODに反映される。これにより、二慣性系モデルMODのモデルパラメータと機械装置2の実機パラメータとの誤差を低減することが可能となり、フィードフォワード制御の精度を向上させることが可能となる。 Motor-side model parameters K TM0 , τ fM0 , D M0 , J M0 , η 0 , BL 0 , SH 0 and load-side model parameters J L0 , D L0 , τ fL0 , η 0 , BL determined in the system identification device 12 0 and SH 0 are reflected in the two-inertia system model MOD of the feedforward control unit 11. As a result, it is possible to reduce an error between the model parameter of the two-inertia system model MOD and the actual machine parameter of the mechanical device 2, and it is possible to improve the accuracy of the feedforward control.

以上説明したように、本実施形態に係るシステム同定装置およびその方法によれば、モータ側残差計算式や負荷側残差計算式に含まれるモデルパラメータを誤差成分として表現したパラメータ推定式を用いてモデルパラメータを同定するので、非線形パラメータの同定精度を向上させることができ、これにより、非線形要素を含む二慣性系モデルのシステム同定精度を向上させることが可能となる。そして、このような高い精度で同定されたモデルパラメータをフィードフォワード制御部11に反映させることで、フィードフォワード制御部11の制御精度を向上させることが可能となる。
更に、不感帯関数の中心位置ずれをも考慮してシステム同定を行うので、システム同定の精度を更に向上させることが可能となる。
As described above, according to the system identification apparatus and the method thereof according to the present embodiment, the parameter estimation formula expressing the model parameter included in the motor side residual calculation formula or the load side residual calculation formula as an error component is used. Thus, the identification accuracy of the non-linear parameter can be improved. Thus, the system identification accuracy of the two-inertia system model including the non-linear element can be improved. Then, by reflecting the model parameters identified with such high accuracy in the feedforward control unit 11, it is possible to improve the control accuracy of the feedforward control unit 11.
Furthermore, since the system identification is performed in consideration of the center position shift of the dead band function, the accuracy of the system identification can be further improved.

図12は、本実施形態に係るシステム同定装置12による不感帯幅及び不感帯中心位置の推定精度のシミュレーション結果の一例を示した図である。図12(a)に示すように、今回のシミュレーションでは、不感帯幅(片幅)の実機パラメータBL=0.3[rad]に対して誤差成分δBL=+0.2[rad]を有するとともに、不感帯中心位置の実機パラメータSH=0に対して誤差成分δSH=0.1[rad]を有する不感帯関数モデルF1MODを想定し、システム同定装置12を用いてこれらの非線形パラメータBL、SHを同定する場合を想定した。ここで、その他のモデルパラメータについては、実機パラメータと同値に設定している。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a simulation result of estimation accuracy of the dead zone width and the dead zone center position by the system identification device 12 according to the present embodiment. As shown in FIG. 12A, in this simulation, the actual parameter BL = 0.3 [rad] of the dead zone width (single width) has an error component δBL = + 0.2 [rad] and the dead zone. A dead band function model F1 MOD having an error component δSH = 0.1 [rad] with respect to the actual machine parameter SH = 0 at the center position is assumed, and these nonlinear parameters BL 0 and SH 0 are identified using the system identification device 12. We assumed the case. Here, other model parameters are set to the same values as actual machine parameters.

図12(b)は不感帯幅BLのシミュレーション結果を、図12(c)は不感帯中心位置SHのシミュレーション結果を示した図である。図12(b)、(c)に示すように、不感帯幅BL及び不感帯中心位置SHは、実機パラメータとほとんど同じ値が推定されており、不感帯幅の推定誤差は0.52[%]、不感帯中心位置の推定誤差は−2.27[%]であった。
このように、本実施形態に係るシステム同定装置12が十分な推定精度を実現できることが確認された。
FIG. 12B shows a simulation result of the dead zone width BL 0 , and FIG. 12C shows a simulation result of the dead zone center position SH 0 . As shown in FIGS. 12B and 12C, the dead zone width BL 0 and the dead zone center position SH 0 are estimated to have almost the same values as the actual machine parameters, and the dead zone width estimation error is 0.52 [%]. The estimation error of the dead zone center position was −2.27 [%].
Thus, it was confirmed that the system identification device 12 according to the present embodiment can achieve sufficient estimation accuracy.

〔異常診断システム〕
次に、本発明のシステム同定装置およびその方法を異常診断システムに適用した場合の一実施形態について図を参照して説明する。
上述したモータ制御システム1では、実機パラメータとモデルパラメータとの誤差成分をモデル化誤差と捉え、フィードフォワード制御部11における二慣性系モデルMODを機械装置2の特性に近づけることを目的としていた。
他方、例えば、システム同定装置12によって同定されたモデルパラメータの信頼性が既に確保されている場合、すなわち、モータ制御システム1による制御誤差が所定の誤差範囲を満足しているような場合、モデルパラメータに生じる誤差成分は、経年劣化や異常による機械装置2側の変化と捉えることができる。
[Abnormality diagnosis system]
Next, an embodiment when the system identification apparatus and method of the present invention are applied to an abnormality diagnosis system will be described with reference to the drawings.
In the motor control system 1 described above, the error component between the actual machine parameter and the model parameter is regarded as a modeling error, and the purpose is to bring the two-inertia system model MOD in the feedforward control unit 11 closer to the characteristics of the mechanical device 2.
On the other hand, for example, when the reliability of the model parameter identified by the system identification device 12 is already secured, that is, when the control error by the motor control system 1 satisfies a predetermined error range, the model parameter The error component generated in can be regarded as a change on the mechanical device 2 side due to deterioration over time or abnormality.

本実施形態に係る異常診断システムは、システム同定装置12によって同定された各モデルパラメータの変化量を監視することによって機械装置2の特性の変化を把握し、この監視結果に基づいて機械装置2の異常を検知または予知するシステムである。   The abnormality diagnosis system according to the present embodiment grasps a change in the characteristics of the machine device 2 by monitoring the amount of change in each model parameter identified by the system identification device 12, and based on the monitoring result, It is a system that detects or predicts abnormalities.

図13は、本発明の一実施形態に係る異常診断システムの一構成例を示した図である。図13に示すように、異常診断システム3は、システム同定装置12と、異常検知部15とを備えている。
システム同定装置12は、上述したモータ制御システム1が備えるシステム同定装置12と同一であるため、説明を省略する。
FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of an abnormality diagnosis system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, the abnormality diagnosis system 3 includes a system identification device 12 and an abnormality detection unit 15.
Since the system identification device 12 is the same as the system identification device 12 included in the motor control system 1 described above, description thereof is omitted.

異常検知部15は、システム同定装置12によって同定された各モデルパラメータKT0、JM0、DM0、τfM0、JL0、DL0、τfL0、η、BL、SHの変化量をそれぞれ監視する。例えば、異常検知部15は、各モデルパラメータの基準値(例えば、初期値)を保有しているとともに、各モデルパラメータについて異常と判断する基準となる変化量の閾値をそれぞれ保有している。そして、異常検知部15は、各モデルパラメータについて、基準値に対する変化量を監視し、その変化量が閾値を超えている場合に異常を検知し、その旨を報知する。 The anomaly detection unit 15 calculates the amount of change of each model parameter K T0 , J M0 , D M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , τ fL0 , η 0 , BL 0 , SH 0 identified by the system identification device 12. Monitor each one. For example, the abnormality detection unit 15 holds a reference value (for example, initial value) of each model parameter, and also holds a change amount threshold value as a reference for determining that each model parameter is abnormal. And the abnormality detection part 15 monitors the variation | change_quantity with respect to a reference value about each model parameter, when the variation | change_quantity exceeds the threshold value, it detects abnormality and alert | reports that.

このような異常診断システム3によれば、システム同定装置12によって同定された各モデルパラメータKT0、JM0、DM0、τfM0、JL0、DL0、τfL0、η、BL、SHが異常検知部15に入力される。異常検知部15は、各モデルパラメータについての基準値に対する変化量を演算し、この変化量がそれぞれのモデルパラメータに対応して設定されている閾値以上であるか否かを判定する。そして、変化量が閾値以上であるパラメータが存在する場合に、異常と判断する。 According to such an abnormality diagnosis system 3, each model parameter K T0 , J M0 , D M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , τ fL0 , η 0 , BL 0 , SH identified by the system identification device 12 is used. 0 is input to the abnormality detection unit 15. The abnormality detection unit 15 calculates the amount of change with respect to the reference value for each model parameter, and determines whether or not the amount of change is greater than or equal to a threshold set for each model parameter. When there is a parameter whose change amount is equal to or greater than the threshold, it is determined that there is an abnormality.

以上のように、本実施形態に係る異常診断システム3によれば、機械装置2のバックラッシュを規定した不感帯関数の不感帯幅、不感帯中心位置までもモデルパラメータとして取扱うシステム同定装置12によって同定されたモデルパラメータに基づいて異常診断を行うので、機械装置2の異常診断の精度を向上させることが可能となる。
なお、上述した異常検知部15による異常判定の手法は、上記例に限られず、公知の手法を採用することが可能である。例えば、変化量に代えてまたは加えて、モデルパラメータの変化率を監視し、モデルパラメータの変化率が所定の閾値を超えた場合に異常と判断することとしてもよい。
As described above, according to the abnormality diagnosis system 3 according to the present embodiment, the dead zone width of the dead zone function that defines the backlash of the mechanical device 2 and the dead zone center position are identified by the system identification device 12 that handles them as model parameters. Since abnormality diagnosis is performed based on the model parameters, it is possible to improve the accuracy of abnormality diagnosis of the mechanical device 2.
Note that the abnormality determination method by the abnormality detection unit 15 described above is not limited to the above example, and a known method can be employed. For example, instead of or in addition to the change amount, the change rate of the model parameter may be monitored, and it may be determined that an abnormality occurs when the change rate of the model parameter exceeds a predetermined threshold.

本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変形実施が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

例えば、上述の実施形態では、モデルパラメータをトルク定数(トルク効率)KT0、モータ側慣性モーメントJM0、モータ側粘性係数DM0、モータ側クーロン摩擦係数τfM0、負荷側慣性モーメントJL0、負荷側粘性係数DL0、負荷側クーロン摩擦係数τfL0、ギア効率η、不感帯幅BL、および不感帯中心位置SHとして規定したが、どれをモデルパラメータとして選定するかについては、要求される同定精度などに応じて適宜選定することが可能である。 For example, in the above-described embodiment, the model parameters are the torque constant (torque efficiency) K T0 , the motor side moment of inertia J M0 , the motor side viscosity coefficient D M0 , the motor side coulomb friction coefficient τ fM0 , the load side moment of inertia J L0 , the load The side viscosity coefficient D L0 , the load side Coulomb friction coefficient τ fL0 , the gear efficiency η 0 , the dead zone width BL 0 , and the dead zone center position SH 0 are specified. It is possible to select appropriately according to the accuracy.

また、上述の実施形態では、モータ電流iを入力情報として用いたが、これに代えて、モータトルク指令信号τや、モータ電流iに規定のトルク定数Kを乗じたモータトルクを入力情報として用いてもよい。 In the embodiment described above, it is used as input information the motor current i r, instead of this, the input and the motor torque command signal tau, the motor torque multiplied by the torque constant K T of the specified motor current i r It may be used as information.

また、上述の実施形態では、(9)式及び(20)式において積分を行っていたが、積分を行わずに、リアルタイムの計算としてもよい。   In the above-described embodiment, the integration is performed in the equations (9) and (20). However, the integration may be performed in real time without performing the integration.

1 モータ制御システム
2 機械装置
3 異常診断システム
10 フィードバック制御部
11 フィードフォワード制御部
12 システム同定装置
15 異常検知部
20 モータ
21 負荷
22 伝達機構
24、26 ギア
120 モータ側エラー算出部
121 モータ側パラメータ同定部
122 負荷側エラー算出部
123 負荷側パラメータ同定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor control system 2 Mechanical apparatus 3 Abnormality diagnosis system 10 Feedback control part 11 Feedforward control part 12 System identification apparatus 15 Abnormality detection part 20 Motor 21 Load 22 Transmission mechanism 24, 26 Gear 120 Motor side error calculation part 121 Motor side parameter identification Unit 122 load side error calculation unit 123 load side parameter identification unit

Claims (7)

モータと負荷とを有する機械装置を表した二慣性系モデルであって、前記モータから前記負荷に動力を伝達する伝達特性として不感帯関数を含む前記二慣性系モデルを同定するシステム同定装置であって、
モータ側残差の項を含むモータ側運動方程式を前記モータ側残差の項について表したモータ側残差計算式に対して、モータ電流またはモータトルク、前記モータの回転位置、および前記負荷の回転位置を入力情報として用いて、複数のモータ側内部信号および前記モータ側残差を算出するモータ側エラー算出部と、
前記モータ側残差計算式に含まれる複数の線形パラメータおよび複数の非線形パラメータがそれぞれ誤差成分で表されたパラメータ推定式に対して、前記モータ側エラー算出部の算出結果を用いることにより、複数の前記線形パラメータおよび複数の前記非線形パラメータの誤差成分をそれぞれ推定し、推定した各前記線形パラメータの誤差成分および各前記非線形パラメータの誤差成分から各前記線形パラメータおよび各前記非線形パラメータを同定するモータ側パラメータ同定部と
を備え、
前記パラメータ推定式は、複数の線形項と複数の非線形項との線形結合で表され、
各前記線形項は、線形内部信号と単一の前記線形パラメータの誤差成分との積で表され、
各前記非線形項は、非線形内部信号と単一の前記非線形パラメータの誤差成分との積で表され、
複数の前記非線形パラメータの一つは、前記不感帯関数の中心位置であるシステム同定装置。
A two-inertia system model representing a mechanical device having a motor and a load, wherein the two-inertia system model includes a dead band function as a transfer characteristic for transmitting power from the motor to the load. ,
A motor current or a motor torque, a rotational position of the motor, and a rotation of the load with respect to a motor side residual calculation formula representing a motor side equation of motion including a term of a motor side residual with respect to the term of the motor side residual A motor-side error calculation unit that calculates a plurality of motor-side internal signals and the motor-side residual using the position as input information;
A plurality of linear parameters and a plurality of nonlinear parameters included in the motor-side residual calculation formula are used as parameter estimation formulas each represented by an error component, by using the calculation result of the motor-side error calculation unit, Motor side parameters for estimating error components of the linear parameters and the plurality of nonlinear parameters, respectively, and identifying the linear parameters and the nonlinear parameters from the estimated error components of the linear parameters and error components of the nonlinear parameters An identification unit,
The parameter estimation formula is represented by a linear combination of a plurality of linear terms and a plurality of nonlinear terms,
Each linear term is represented by the product of a linear internal signal and a single linear parameter error component;
Each nonlinear term is represented by a product of a nonlinear internal signal and a single error component of the nonlinear parameter;
The system identification apparatus, wherein one of the plurality of nonlinear parameters is a center position of the dead band function.
モータと負荷とを有する機械装置を表した二慣性系モデルであって、前記モータから前記負荷に動力を伝達する伝達特性として不感帯関数を含む前記二慣性系モデルを同定するシステム同定装置であって、
負荷側残差の項を含む負荷側運動方程式を前記負荷側残差の項について表した負荷側残差計算式に対して、前記モータの回転位置および前記負荷の回転位置を入力情報として用いて、複数の負荷側内部信号および前記負荷側残差を算出する負荷側エラー算出部と、
前記負荷側残差計算式に含まれる複数の線形パラメータおよび複数の非線形パラメータがそれぞれ誤差成分で表されたパラメータ推定式に対して、前記負荷側エラー算出部の算出結果を用いることにより、複数の前記線形パラメータおよび複数の前記非線形パラメータの誤差成分をそれぞれ推定し、推定した各前記線形パラメータの誤差成分および各前記非線形パラメータの誤差成分から各前記線形パラメータおよび各前記非線形パラメータを同定する負荷側パラメータ同定部と
を備え、
前記パラメータ推定式は、複数の線形項と複数の非線形項との線形結合で表され、
各前記線形項は、線形内部信号と単一の前記線形パラメータの誤差成分との積で表され、
各前記非線形項は、非線形内部信号と単一の前記非線形パラメータの誤差成分との積で表され、
複数の前記非線形パラメータの一つは、前記不感帯関数の中心位置であるシステム同定装置。
A two-inertia system model representing a mechanical device having a motor and a load, wherein the two-inertia system model includes a dead band function as a transfer characteristic for transmitting power from the motor to the load. ,
Using the rotational position of the motor and the rotational position of the load as input information with respect to the load-side residual calculation formula expressing the load-side equation of motion including the load-side residual term for the load-side residual term A load side error calculation unit for calculating a plurality of load side internal signals and the load side residual;
A plurality of linear parameters and a plurality of nonlinear parameters included in the load-side residual calculation formula are respectively calculated by using the calculation result of the load-side error calculation unit for the parameter estimation formulas represented by error components. Load-side parameters for estimating error components of the linear parameters and the plurality of nonlinear parameters, respectively, and identifying the linear parameters and the nonlinear parameters from the estimated error components of the linear parameters and error components of the nonlinear parameters An identification unit,
The parameter estimation formula is represented by a linear combination of a plurality of linear terms and a plurality of nonlinear terms,
Each linear term is represented by the product of a linear internal signal and a single linear parameter error component;
Each nonlinear term is represented by a product of a nonlinear internal signal and a single error component of the nonlinear parameter;
The system identification apparatus, wherein one of the plurality of nonlinear parameters is a center position of the dead band function.
複数の前記非線形パラメータには、前記不感帯関数の不感帯幅が含まれる請求項1または請求項2に記載のシステム同定装置。   The system identification apparatus according to claim 1, wherein the plurality of nonlinear parameters include a dead band width of the dead band function. 請求項1から請求項3のいずれかに記載のシステム同定装置と、
前記システム同定装置によって同定された前記線形パラメータ及び前記非線形パラメータが反映された前記二慣性系モデルの逆モデルを用いて制御信号を生成するフィードフォワード制御部と
を具備するモータ制御システム。
The system identification device according to any one of claims 1 to 3,
A motor control system comprising: a feedforward control unit that generates a control signal using an inverse model of the two-inertia system model in which the linear parameter identified by the system identification device and the nonlinear parameter are reflected.
請求項1から請求項3のいずれかに記載のシステム同定装置と、
前記システム同定装置によって同定された各前記線形パラメータおよび各前記非線形パラメータの変化量をそれぞれ監視し、各前記変化量がパラメータに応じて設定されている所定の閾値以上である場合に、異常を検知する異常検知部と
を具備する異常診断システム。
The system identification device according to any one of claims 1 to 3,
The amount of change in each of the linear parameter and the nonlinear parameter identified by the system identification device is monitored, and an abnormality is detected when the amount of change is equal to or greater than a predetermined threshold set according to the parameter. An abnormality diagnosis system comprising an abnormality detection unit.
モータと負荷とを有する機械装置を表した二慣性系モデルであって、前記モータから前記負荷に動力を伝達する伝達特性として不感帯関数を含む前記二慣性系モデルを同定するシステム同定方法であって、
モータ側残差の項を含むモータ側運動方程式を前記モータ側残差の項について表したモータ側残差計算式に対して、モータ電流またはモータトルク、前記モータの回転位置、および前記負荷の回転位置を入力情報として用いて、複数のモータ側内部信号および前記モータ側残差を算出する工程と、
前記モータ側残差計算式に含まれる複数の線形パラメータおよび複数の非線形パラメータがそれぞれ誤差成分で表されたパラメータ推定式に対して、複数の前記モータ側内部信号および前記モータ側残差を用いることにより、複数の前記線形パラメータおよび複数の前記非線形パラメータの誤差成分をそれぞれ推定する工程と、
推定した各前記線形パラメータの誤差成分および各前記非線形パラメータの誤差成分から各前記線形パラメータおよび各前記非線形パラメータを同定する工程と
を含み、
前記パラメータ推定式は、複数の線形項と複数の非線形項との線形結合で表され、
各前記線形項は、線形内部信号と単一の前記線形パラメータの誤差成分との積で表され、
各前記非線形項は、非線形内部信号と単一の前記非線形パラメータの誤差成分との積で表され、
複数の前記非線形パラメータの一つは、前記不感帯関数の中心位置であるシステム同定方法。
A two-inertia system model representing a mechanical device having a motor and a load, wherein the two-inertia system model includes a dead band function as a transfer characteristic for transmitting power from the motor to the load. ,
A motor current or a motor torque, a rotational position of the motor, and a rotation of the load with respect to a motor side residual calculation formula representing a motor side equation of motion including a term of a motor side residual with respect to the term of the motor side residual Calculating a plurality of motor side internal signals and the motor side residual using the position as input information;
A plurality of the motor-side internal signals and the motor-side residuals are used for a parameter estimation formula in which a plurality of linear parameters and a plurality of nonlinear parameters included in the motor-side residual calculation formula are represented by error components, respectively. Respectively, estimating respective error components of the plurality of linear parameters and the plurality of nonlinear parameters;
Identifying each linear parameter and each nonlinear parameter from the estimated error component of each linear parameter and the error component of each nonlinear parameter,
The parameter estimation formula is represented by a linear combination of a plurality of linear terms and a plurality of nonlinear terms,
Each linear term is represented by the product of a linear internal signal and a single linear parameter error component;
Each nonlinear term is represented by a product of a nonlinear internal signal and a single error component of the nonlinear parameter;
The system identification method, wherein one of the plurality of nonlinear parameters is a center position of the dead band function.
モータと負荷とを有する機械装置を表した二慣性系モデルであって、前記モータから前記負荷に動力を伝達する伝達特性として不感帯関数を含む前記二慣性系モデルを同定するシステム同定方法であって、
負荷側残差の項を含む負荷側運動方程式を前記負荷側残差の項について表した負荷側残差計算式に対して、前記モータの回転位置および前記負荷の回転位置を入力情報として用いて、複数の負荷側内部信号および前記負荷側残差を算出する工程と、
前記負荷側残差計算式に含まれる複数の線形パラメータおよび複数の非線形パラメータがそれぞれ誤差成分で表されたパラメータ推定式に対して、複数の前記負荷側内部信号および前記負荷側残差を用いることにより、複数の前記線形パラメータおよび複数の前記非線形パラメータの誤差成分をそれぞれ推定する工程と、
推定した各前記線形パラメータの誤差成分および各前記非線形パラメータの誤差成分から各前記線形パラメータおよび各前記非線形パラメータを同定する工程と
を含み、
前記パラメータ推定式は、複数の線形項と複数の非線形項との線形結合で表され、
各前記線形項は、線形内部信号と単一の前記線形パラメータの誤差成分との積で表され、
各前記非線形項は、非線形内部信号と単一の前記非線形パラメータの誤差成分との積で表され、
複数の前記非線形パラメータの一つは、前記不感帯関数の中心位置であるシステム同定方法。
A two-inertia system model representing a mechanical device having a motor and a load, wherein the two-inertia system model includes a dead band function as a transfer characteristic for transmitting power from the motor to the load. ,
Using the rotational position of the motor and the rotational position of the load as input information with respect to the load-side residual calculation formula expressing the load-side equation of motion including the load-side residual term for the load-side residual term Calculating a plurality of load side internal signals and the load side residual;
A plurality of load side internal signals and a plurality of load side residuals are used for a parameter estimation formula in which a plurality of linear parameters and a plurality of nonlinear parameters included in the load side residual calculation formula are represented by error components, respectively. Respectively, estimating respective error components of the plurality of linear parameters and the plurality of nonlinear parameters;
Identifying each linear parameter and each nonlinear parameter from the estimated error component of each linear parameter and the error component of each nonlinear parameter,
The parameter estimation formula is represented by a linear combination of a plurality of linear terms and a plurality of nonlinear terms,
Each linear term is represented by the product of a linear internal signal and a single linear parameter error component;
Each nonlinear term is represented by a product of a nonlinear internal signal and a single error component of the nonlinear parameter;
The system identification method, wherein one of the plurality of nonlinear parameters is a center position of the dead band function.
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