JPH0682346A - イナーシャ、外乱トルクの推定及び異常負荷検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 トルク定数とイナーシャの比率を正確に推定
し、外乱トルクを正確に検出すると共に負荷異常を感度
よく検出する。 【構成】 当該サンプリング周期の１周期前と２周期前
のトルク指令ｕの変化量ｕ´を求める（Ｓ１）。該変化
量ｕ´、１周期前と２周期前のモータ速度ｙ（ｉ−
１），ｙ（ｉ−２）及び、前周期において求めたトルク
定数とイナーシャの推定比率ｂ^* （ｉ−１）、モータの
推定速度ｙ^* を求める（Ｓ２）。速度ループ処理を行い
トルク指令ｕ（ｉ）を求めモータに出力する（Ｓ４）。
モータの実速度と推定速度の差の推定速度誤差ｅ（ｉ）
を求める（Ｓ５）。そして、次の式によって当該周期に
おける推定比率ｂ^* （ｉ）を求める。この推定比率ｂ^*
（ｉ）が収束したときの値をトルク定数とイナーシャの
比率として検出する。 ｂ^* （ｉ）＝ｂ^* （ｉ−１）＋β・ｕ' ・ｅ（ｉ）／
（１＋βｕ' ² ）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作機械やロボット等
のモータで駆動される機械におけるイナーシャや外乱ト
ルクの推定、及び該モータにかかる異常負荷検出方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の送り軸やロボットのアーム等
を駆動するサーボモータや工作機械の主軸を駆動するモ
ータ等の駆動制御において、これらモータの速度をフィ
ードバック制御する場合に、速度ループゲインを決定す
るには、モータのトルク定数やモータと機械のイナーシ
ャの大きさを知る必要がある。例えば、速度ループを比
例積分制御を行うとき、比例ゲイン，積分ゲインはモー
タのトルク定数／イナーシャの値の関数として求められ
る。そのため、少なくともモータのトルク定数やイナー
シャの値をあらかじめ知っておく必要がある。従来は、
このトルク定数や（モータ＋機械）のイナーシャの値
は、通常概略の値として分かっているが、正確な値は不
明である。また、オブザーバを組み外乱トルクを推定す
ることや、推定した外乱よりモータで駆動される機械の
送り機構の不具合や機械的衝突等の異常負荷を検出する
ことも行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】摩擦等の外乱の影響を
正確に補正したり、モータで駆動される機械の応答性を
良くするには、モータ（あるいはモータで駆動される機
械系を含む）のイナーシャとトルク定数の比率を正確に
知る必要がある。また、オブザーバで外乱トルクを推定
する場合にも、オブザーバにおいてトルク指令からモー
タの加速度に変換する係数にイナーシャとトルク定数の
比率を利用することから、このイナーシャとトルク定数
の比率が正確な値でなければ、加減速時には正確に外乱
トルクを推定することができない。また、推定外乱トル
クより異常負荷を検出する場合にも、推定外乱トルクを
正確に検出できないと、異常負荷を検出するためのしき
い値が大きくなり、異常負荷検出の精度が低下する原因
になる。 そこで、本発明の目的は、特別な測定手段を
必要とせず、モータ駆動制御系によって、上記イナーシ
ャとトルク定数の比率を推定する方法を提供することに
ある。さらに、本発明の目的は、正確な外乱トルクを推
定することができる外乱トルク推定方法を提供すること
にある。また、本発明の目的は、精度よくモータにかか
る異常負荷を検出できる異常負荷検出方法を提供するこ
とにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】当該サンプリング周期の
１周期前と２周期前のトルク指令の変化量ｕ´と、１周
期前と２周期前のモータの実速度、及び１周期前に求め
たモータのトルク定数とイナーシャの推定比率ｂ^* より
モータの推定速度を求め、次に、モータの実速度と上記
推定速度との差の推定速度誤差ｅを求め、推定比率の変
化量が、上記トルク指令の変化量ｕ´が小さいときには
小さく、トルク指令の変化量ｕ´が所定値になるまでは
該トルク指令の変化量ｕ´に略比例した値とし、上記所
定値以上になると飽和させて一定値となるように、上記
推定速度誤ｅに基づいて推定比率ｂ^* を補正更新する。
そして、該推定比率ｂ^* が収束する値をもってトルク定
数とイナーシャの比率として検出してイナーシャ推定す
る。例えば、設定パラメータ値をβ、前周期の推定比率
をｂ^* （ｉ−１）とすると、当該周期におけるトルク定
数とイナーシャの推定比率ｂ^* （ｉ）を次の式によって
求めて、イナーシャを推定する。

【０００５】ｂ^* （ｉ）＝ｂ^* （ｉ−１）＋β・ｕ' ・
ｅ／（１＋βｕ' ² ） こうして求めたトルク定数とイナーシャの推定比率を、
モータ速度と外乱トルクを状態変数とするオブザーバに
おけるトルク指令からモータの推定加速度に変換する係
数として使用し、外乱トルクを推定する。さらに、上記
推定された外乱トルクが設定所定値を越えると異常負荷
として速度指令を零としてモータを停止させ、異常を検
出するようにする。

【０００６】

【作用】所定サンプリング周期毎に指令されるトルク指
令を過去２周期分記憶しておき、当該サンプリング周期
の１周期前と２周期前のトルク指令の変化量ｕ´を求め
ると共に、検出器から検出されるモータの実速度を過去
２周期分記憶しておき、１周期前と２周期前のモータの
実速度、１周期前に求めたモータのトルク定数をイナー
シャで除した推定比率ｂ^* よりモータの推定速度を求め
る。そして、当該周期で検出されたモータの実速度と上
記推定速度との差の推定速度誤差ｅを求める。推定比率
の変化量が、上記トルク指令の変化量ｕ´が小さいとき
には小さく、トルク指令の変化量ｕ´が所定値になるま
では該トルク指令の変化量ｕ´に略比例した値とし、上
記所定値以上になると飽和させて一定値となるように上
記推定速度誤に基づいて推定比率ｂ^* を補正更新する。
各サンプリング周期毎上記処理を実行すると、上記推定
比率ｂ^* はある値に収束し、この収束値をモータのトル
ク定数とイナーシャの比率として検出する。

【０００７】こうして検出されたモータのトルク定数と
イナーシャの比率は正確なものであるから、このトルク
定数とイナーシャの比率をオブザーバにおけるトルク指
令からモータの推定加速度に変換する係数として使用す
れば、正確に外乱トルクを推定することができる。さら
に、この推定外乱トルクが設定所定値を越える場合には
異常負荷として検出し速度指令を零としモータを停止さ
せる。

【０００８】

【実施例】図１はモータにおけるトルク指令ｕからモー
タの出力である速度ｙまでのブロック線図である。モー
タにトルク指令ｕが入力されると、該トルク指令ｕにモ
ータのトルク定数Ｋｔが乗じられた値と、外乱トルクＴ
ｄを加算した値を積分し、その積分値をイナーシャＪで
除した値がモータの速度ｙとなる。そこで、所定サンプ
リング周期Ｔｓ毎のｉ周期におれるトルク指令をｕ
（ｉ）、モータの実速度をｙ（ｉ）、外乱トルクをＴｄ
（ｉ）とし、サンプリング周期Ｔｓ間に外乱トルクＴｄ
及びトルク指令ｕは変化がないとすると、モータの速度
ｙ（ｉ）は次の１式で表すことができる。

【０００９】 ｙ(i) ＝ｙ(i-1) ＋（Ｔｓ／Ｊ）・｛Ｋｔ・ｕ(i-1) ＋Ｔｄ(i-1) ｝ …（１） また、１つ前のサンプリング周期においては次の２式が
成り立つ ｙ(i-1) ＝ｙ(i-2) ＋（Ｔｓ／Ｊ）・｛Ｋｔ・ｕ(i-2) ＋Ｔｄ(i-2) ｝ …（２） １式から２式を引くと、 ｙ(i) −ｙ(i-1) ＝ｙ(i-1) −ｙ(i-2) ＋（Ｔｓ／Ｊ）・［Ｋｔ｛ｕ(i-1) −ｕ(i-2)}＋Ｔｄ(i-1) −Ｔｄ(i-2) ］ …（３） また、外乱トルクに変化がないとして、Ｔｄ(i-1) ＝Ｔ
ｄ(i-2) とすると、上記３式より、次の４式が成り立
つ。 ｙ(i) ＝２・ｙ(i-1) −ｙ(i-2) ＋（Ｔｓ・Ｋｔ／Ｊ）・ｕ'(i-1)…（４） ただし、ｕ'(i-1)＝ｕ(i-1) −ｕ(i-2) である。そこで
（Ｔｓ・Ｋｔ／Ｊ）＝ｂ^* （ｉ−１）とおき、上記４式
を次の５式のように書換える。

【００１０】 ｙ^* (i) ＝２・ｙ(i-1) −ｙ(i-2) ＋ｂ^* （ｉ−１）・ｕ'(i-1) …（５） 上記５式においてｂ^* （ｉ−１）＝（Ｔｓ・Ｋｔ／Ｊ）
は（トルク定数／イナーシャ）の比率を表しており、ｙ
^* (i) は、上記ｂ^* （ｉ−１）を用いて推定されたモー
タの推定速度を意味する。

【００１１】サンプリング周期ｉにおけるモータの実速
度ｙ（ｉ）と推定速度ｙ^* (i) との差である推定誤差ｅ
（ｉ）＝ｙ（ｉ）−ｙ^* (i) を用いてサンプリング周期
ｉにおける上記推定される（トルク定数／イナーシャ）
の比率（以下推定比率という）ｂ^* （ｉ）を推定する。
この場合、トルク指令ｕの変化ｕ'(i)（＝ｕ(i) −ｕ(i
-1) ）が小さいときは、上記推定比率の変化（ｂ
^* （ｉ）−ｂ^* （ｉ−１））をほとんど「０」に近い小
さな値とし、トルク指令ｕの変化ｕ'(i)が大きくなるに
つれて推定比率の変化も大きくなるようにし、かつトル
ク指令ｕの変化ｕ'(i)がある設定値以上の大きさになる
と推定比率の変化も飽和させるようなアルゴリズムで推
定比率ｂ^* （ｉ）を推定する。本実施例では、次の６式
によって推定する。

【００１２】 ｂ^* （ｉ）＝ｂ^* （ｉ−１）＋β・ｕ'(i)・ｅ(i) ／（１＋βｕ'(i)² ） …（６） 上記６式においてβは収束の速度を決めるパラメータで
ある。上記６式の処理を各サンプリング周期毎に実施す
れば、上記推定比率ｂ^* （ｉ）は収束し一定な値とな
る。この収束した一定な値の推定比率ｂ^* を外乱トルク
を推定するオブザーバにおける指令トルクからモータの
推定加速度に変換する係数として利用すれば、正確な外
乱トルクの推定値を得ることができ、この外乱トルクの
推定値よりモータで駆動される送り機構等の不具合や、
機械の衝突等の異常負荷の検出を正確に検出することが
できる。

【００１３】図１に示すモータにおけるトルク指令ｕか
らモータの出力である速度ｙまでのブロック線図をモデ
ルとして、状態変数をモータの実速度ｙと外乱トルクＴ
d を状態変数とすると状態方程式は次の７式のようにな
る。

【００１４】

【数７】 なお、上記７式においてαは加速度、Ｔd の上に１ドッ
トを付したものは、外乱トルクの変化度を意味するが、
短い時間では外乱トルクＴd には変化がないとしてこの
値を０と仮定している。

【００１５】７式で示す方程式より、オブザーバを組む
一般的な手法により、速度ｙ，外乱Ｔd を状態変数とし
てこれを推定する同一次元オブザーバを組むと図２に符
号５０で示すオブザーバとなる。外乱推定オブザーバ５
０の項５２，５３のＫ1 ，Ｋ2 は外乱推定オブザーバの
パラメータであり、項５１は実際にサーボモータに出力
されるトルク指令としての電流値ｕからモータの推定加
速度に変換する係数で、上記推定比率ｂ^* を用いる。５
４は積分項である。

【００１６】この図２のブロック図をｂ^* ＝Ｋt ／Ｊと
して解析すると、 {ｕ・Ｋt ＋Ｔd } （１／Ｊ・Ｓ）＝ｙ …（８） {ｕ・ (Ｋt ／Ｊ) ＋ (ｙ−ｙａ) Ｋ1 ＋ (ｙ−ｙａ)(Ｋ2 ／Ｓ)} (１／Ｓ) ＝ｙａ …（９） （なお、ｙａは積分項５４の出力で推定速度）第（８）
式より ｕ＝（ｙ・Ｊ・Ｓ−Ｔd ）／Ｋｔ …（10） 第（９）式に第（１０）式を代入し整理すると、 （ｙ・Ｊ・Ｓ−Ｔd ）／Ｊ＋（ｙ−ｙａ）Ｋ1 ＋（ｙ−ｙａ）（Ｋ2 ／Ｓ）＝ｙａ・Ｓ …（11） Ｓ（ｙ−ｙａ）＋（ｙ−ｙａ）・Ｋ1 ＋（ｙ−ｙａ）（Ｋ2 ／Ｓ）＝Ｔd ／Ｊ …（12） 第（１２）式より

【００１７】

【数１３】 上記１３式より項５３の出力である積分値Ｔd1は次の１
４式で示される。

【００１８】

【数１４】 １４式において、パラメータＫ1 ，Ｋ2 を極が安定する
ように選択すると、Ｔd1＝Ｔd ／Ｊと近似することがで
きる。この算出された積分値Ｔd1に推定比率ｂ^* の逆数
１／ｂ^* （＝Ｊ／Ｋt ）を乗ずれば、外乱トルクＴd
（に比例する値）の推定値Ｔd2を求めることができる。

【００１９】以上のように、オブザーバにより推定外乱
トルクＴd2を求める際には、トルク指令にトルク定数Ｋ
t とイナーシャＪの推定比率ｂ^* からなる係数を乗じて
（項５１）、モータの推定加速度を求める事項を含み、
さらに、項５６でトルク定数Ｋt とイナーシャＪの推定
比率の逆数１／ｂ^* を乗じて外乱トルクの推定値Ｔd2を
求めるものであるから、外乱トルクの推定値Ｔd2と実際
の外乱トルクＴd との誤差を小さくするには、上記項５
１及び項５６での係数は実際のトルク定数Ｋtとイナー
シャＪの推定比率（Ｋt ／Ｊ）及びその逆数（Ｊ／Ｋt
）に近い値であればある程正確な外乱トルクに対応す
る推定値を求めることができることを意味する。そし
て、本実施例では、この項５１及び項５６の係数を上記
６式の演算を行い収束したトルク定数Ｋt とイナーシャ
Ｊの推定比率ｂ^* とその逆数を用いるようにしたから、
正確な外乱トルクの推定値Ｔd2を得ることができる。ま
た、得られた推定外乱トルクＴd2の大きさから、負荷異
常を検出する場合でも、正確に外乱トルクを推定してい
るから、負荷異常を検出するためのしきい値は小さなも
のでよく負荷異常を精度よく検出できることを意味して
いる。

【００２０】図３は本発明を適用する一実施例の工作機
械を駆動するサーボモータの駆動制御系のブロック図で
ある。１は工作機械を制御する制御装置としてのコンピ
ュタ内蔵の数値制御装置（ＣＮＣ）、２は上記ＣＮＣ１
とディジタルサーボ回路３のプロセッサ間の情報の伝達
を仲介する共有メモリで、ＣＮＣ１が書き込んだ位置指
令等の各種データをディジタルサーボ回路３のプロセッ
サに受け渡し、ディジタルサーボ回路３のプロセッサが
書き込んだアラーム情報や本願発明に関係して推定比率
ｂ^* 等をＣＮＣ１に引き渡す機能を行うものである。３
はディジタルシグナルプロセッサ等で構成されるディジ
タルサーボ回路で、プロセッサ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構
成されている。このディジタルサーボ回路３は工作機械
の各軸のサーボモータの制御を行うもので、位置ループ
制御を比例（Ｐ）制御、速度ループ制御を比例積分（Ｐ
Ｉ）制御でサーボモータ制御処理を行うものである。４
はトランジスタインバータ等で構成されるサーボアンプ
で、５はサーボモータである。また、６はサーボモータ
５の位置，速度を検出する位置・速度検出器で、位置，
速度ｙはディジタルサーボ回路３にフィードバックされ
ている。なお、サーボアンプ４，サーボモータ５は１軸
のみを図示している。上記図３に示すサーボモータの制
御系は、従来のディジタルサーボ回路を使用するＣＮＣ
制御工作機械や、ロボットり制御例として公知なもので
あり、詳細な説明は省略する。

【００２１】図４は、本実施例において、上記デジタル
サーボ回路３のプロセッサが実行する本発明のイナーシ
ャ推定処理に関するフローチャートであり、該プロセッ
サは所定周期毎（通常の速度ルーブ処理周期毎）図４に
示す処理を実行する。イナーシャ推定のための任意の移
動指令からなるプログラムをＣＮＣ１に実行させ、イナ
ーシャ推定処理指令をＣＮＣ１に入力すると、ＣＮＣ１
は上記プログラムを実行し、共有メモリ２を介してディ
ジタルサーボ回路３のプロセッサに分配周期毎に移動指
令を出力し、ディジタルサーボ回路３のプロセッサはこ
の移動指令を受けて従来と同様に位置ループ処理を実行
し、速度指令を求める。そして、図４の処理を実行す
る。まず、レジスタに記憶する当該処理周期ｉより１周
期前に求められたトルク指令ｕ（ｉ−１）から２周期前
のトルク指令ｕ（ｉ−２）を減じてトルク指令ｕの変化
値ｕ´を求める（ステップＳ１）。

【００２２】次に、レジスタに記憶する１周期前に検出
したサーボモータの実速度ｙ（ｉ−１）を２倍した値か
ら２周期前に検出した実速度ｙ（ｉ−２）を減じた値
に、さらに、レジスタに記憶する前周期において求めた
推定比率ｂ^* （ｉ−１）に上記ステップＳ１で求めたト
ルク指令の変化値ｕ´を乗じた値を加算して速度推定値
ｙ^* を求める。すなわち、上記５式の演算を行うことに
よって速度推定値ｙ^* を求める（ステップＳ２）。そし
て、位置ループ処理によって求められた速度指令と、位
置・速度検出器６で検出されたサーボモータ５の実速度
ｙ（ｉ）を取り込み、この速度指令と実速度ｙ（ｉ）に
基づいて従来と同様の速度ループ処理（ＰＩ制御等）を
実行しトルク指令ｕ（ｉ）を求め、該トルク指令ｕ
（ｉ）を電流ループに引き渡し、サーボモータを駆動制
御する。（ステップＳ３，Ｓ４）。次に、ステップＳ３
で取り込んだサーボモータの実速度ｙ（ｉ）からステッ
プＳ２で求めた速度推定値ｙ^* を減じて推定速度誤差ｅ
（ｉ）を算出し（ステップＳ５）、この推定速度誤差ｅ
（ｉ）とレジスタに記憶する前周期で求められた推定比
率ｂ^* （ｉ−１）及びステップＳ１で求めたトルク指令
ｕの変化値ｕ´より上記６式の演算を行って推定比率ｂ
^* （ｉ）を求めレジスタに記憶すると共に、共有メモリ
２を介してＣＮＣ１に出力する。ＣＮＣ１は表示指令を
受けてこの推定比率ｂ^* を表示装置に表示する。

【００２３】上記ステップＳ１〜Ｓ６の処理を速度ルー
プ処理周期毎に実行し推定比率ｂ^*を順次求め更新して
ゆくと、該推定比率ｂ^* はある値に収束する。この収束
した値が求める（トルク定数／イナーシャ）の比率を意
味する。こうして推定比率ｂ^* が収束したならば、イナ
ーシャ推定処理終了指令を入力すると、この推定比率ｂ
^* はメモリ内に記憶され、後述するオブザーバに処理に
おける係数として利用される。また、この推定比率ｂ^*
は、速度ループのフィードバックゲインを決定すること
にも役立てる。

【００２４】図５は、位置制御を行っている制御系にお
いて、加減速を１００ｍｍｓｅｃの周期で繰り返したと
きの上記推定比率ｂ^* の遷移を求めグラフ化した実験結
果であり、推定比率ｂ^* が僅かの時間内で、収束しある
一定値になっていることを示している。図６はこうして
求められた推定比率ｂ^* を利用して、ディジタルサーボ
回路３のプロセッサが位置，速度ループ処理周期毎、オ
ブザーバ処理により外乱トルクを推定し、負荷異常を検
出する本発明の一実施例における処理のフローチャート
である。

【００２５】予め、オブザーバを構成するパラメータＫ
1 、Ｋ2 及び負荷異常検出のためのしきい値Ｔa をディ
ジタルサーボ回路３内に設定しておく。

【００２６】ディジタルサーボ回路３のプロセッサ位置
・速度ループ処理周期毎に図６に示す処理を実行し、ま
ず、位置速度検出器６から送られてくるサーボモータの
実速度ｙ(i) を読み取ると共に、速度ループ処理によっ
て求められたトルク指令ｕ（i-1)を読む（ステップＡ
１，Ａ２）。次に、ステップＡ１で読み取った実速度ｙ
(i) からレジスタに記憶する前周期で推定した推定速度
ｙa(i-1)を減じた値にオブザーバの積分ゲインとしての
パラメータＫ2 及び速度ループ周期Ｔs を乗じた値を、
アキュムレータに記憶する前周期までの積分値Ｔd1(i-
1) に加算し当該周期におけるオブザーバの積分値Ｔd1
(i) を求める。すなわち、図２における項５３の処理を
実行し積分値Ｔd1を求めるものである（ステップＡ
３）。

【００２７】次に、レジスタに記憶する前周期のトルク
指令ｕ(i-1) に上記（トルク定数／イナーシャ）の推定
比率ｂ^* を乗じた値、ステップＡ３で求めた積分値Ｔd1
(i)、さらに、ステップＡ１で読み込んだ当該周期の実
速度ｙ(i) からレジスタに記憶する前周期で求めた推定
速度度ｙa(i-1)を減じた値に比例ゲインとしてのパラメ
ータＫ1 を加算し、この加算値に速度ループ周期Ｔs を
乗じた値を前周期で求めた推定速度ｙa(i-1)に加算し
て、当該周期の推定速度ｙa(i)を求める（ステップＡ
４）。すなわち、図２における項５４によって推定速度
ｙa を求める処理を実行するものである。

【００２８】さらに、ステップＡ３で求めた積分値Ｔd1
(i) に上記（トルク定数／イナーシャ）の推定比率ｂ^*
の逆数を乗じて外乱トルクの推定値Ｔd2(i) を求める
（ステップＡ５）。こうして求められた外乱トルクの推
定値Ｔd2(i) の絶対値が設定しきい値Ｔa より大きいか
否か判断し（ステップＡ６）、大きいときは異常負荷と
して、速度指令を「０」とする（ステップＡ８）。ま
た、推定外乱トルクＴd2(i) の絶対値がしきい値Ｔa 以
下ならば、異常負荷は起きていないとして速度指令を読
む（ステップＡ７）。そして、ステップＡ７，８で求め
られた速度指令に基づいて従来と同様の速度ループ処理
を実行し、トルク指令を求めて電流ループに引き渡す
（ステップＡ９）。

【００２９】以上の処理を速度ループ処理周期毎に実行
することから、ステップＡ６で推定外乱トルクＴd2(i)
の絶対値がしきい値Ｔa を越えた場合、速度指令が
「０」となり速度ループ処理が行われることから、速度
ループ処理によって得られるトルク指令はモータの回転
方向とは逆方向へのトルク指令となりモータは急速に停
止することになる。

【００３０】図７及び図８は、本実施例による負荷異常
検出処理を行わない場合と行った場合におけるトルク指
令ｕ、推定外乱トルクＴd2、及び実速度ｙを測定した結
果のグラフである。負荷異常検出処理を行っていない場
合を示す図７では、衝突が起きた後トルク指令ｕが増大
したままであり、当然推定外乱トルクＴd2も増大したま
まである。そして、実速度ｙも衝突後しばらくたって
「０」になっている。これに対して、本発明の負荷異常
検出処理を実行している場合に示す図８では、衝突が起
きたとき、トルク指令ｕが負になっている（逆向きのト
ルク指令が発生している）。これは、衝突が起き推定外
乱トルクＴd2がしきい値を越えて速度指令が「０」にさ
れることによって生じたものであり、その結果、実速度
ｙも急速に「０」となり、かつ推定外乱トルクＴd2に示
されるように、発生トルクも「０」となっている。この
図８からわかるように、本発明の負荷異常検出処理を実
行すれば、機械が他のものに衝突したときや、モータで
駆動される送り軸等の不具合で異常負荷が生じたときな
どを、直ちに検出できることができると共に、機械及び
機械が衝突したものに対し大きな力を加えることがない
ので、これらのものの破損を防止することができること
がわかる。

【００３１】特に、モータが加速されるときや、減速さ
れるときにはトルク指令は増加するが、本発明において
は、トルク定数とイナーシャの比を正確に推定している
ために、加減速時のトルク指令の増大に影響されずに、
外乱トルクのみを正確に推定することができるから、異
常負荷を検出するためのしきい値Ｔs を小さな値とする
ことができるので、感度よく負荷異常を検出することが
できる。

【００３２】なお、上記実施例では、推定比率ｂ^* を予
め求めるようにしたが、速度ループ処理毎に上述したよ
うに推定比率ｂ^* を求め、この求められた推定比率ｂ^*
に基づいて速度ループのゲイン等を自動的に修正した
り、オブザーバの上記係数を自動修正するようにしても
良い。なお、上記実施例ではサーボモータを駆動源とし
たときの例を説明したが、サーボモータ以外のモータを
駆動源としたときも同様に本発明は適用できるものであ
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、特別な手段を必要とせず、簡
単に（トルク定数／イナーシャ）の比率が求められるの
で、この比率によって決まる速度ループのゲインや速度
ループのフィードフォワードのゲインをせ適正な値に設
定することができる。さらに、このトルク定数とイナー
シャの推定比率を用いて外乱を推定するオブザーバの加
速度推定値等を正確に推定することができることから、
加減速時のトルクを除去した正確な外乱トルクのみを正
確に推定する。そのため、このオブザーバで異常負荷を
検出する場合も、異常負荷検出のためのしきい値を小さ
くすることができるので、モータで駆動される機械の送
り軸の不具合や、機械が他のものに衝突したとき等の異
常負荷を感度よく検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】モータにおけるトルク指令ｕからモータの出力
である速度ｙまでのブロック線図である。

【図２】本発明の一実施例の異常負荷を検出するための
オブザーバのブロック図である。

【図３】本発明を実施する工作機械等のサーボモータ制
御系のブロック図である。

【図４】本発明の一実施例のトルク定数とイナーシャの
比率を推定する処理フローチャートである。

【図５】加減速を１００ｍｍｓｅｃの周期で繰り返した
ときにおける上記推定比率ｂ^*の遷移を示す図である。

【図６】本発明の一実施例の負荷異常検出処理のフロー
チャートである。

【図７】本発明の負荷異常検出処理を適用せずに衝突を
起こさせ、トルク指令、推定外乱トルク、実速度を実験
によって求めたときの実験結果の図である。

【図８】本発明の負荷異常検出処理を適用して衝突を起
こさせ、トルク指令、推定外乱トルク、実速度を実験に
よって求めたときの実験結果の図である。

【符号の説明】 １ 制御装置 ２ 共有メモリ ３ ディジタルサーボ回路 ４ サーボアンプ ５ サーボモータ ６ 位置・速度検出器 ５０ オブザーバ ｕ トルク指令 ｙ モータ実速度 ｙa 推定速度 ｂ^* モータのトルク定数とイナーシャの推定比率

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 当該サンプリング周期の１周期前と２周
   期前のトルク指令の変化量と、１周期前と２周期前のモ
   ータの実速度、及び１周期前に求めたモータのトルク定
   数とイナーシャの推定比率よりモータの推定速度を求
   め、次に、モータの実速度と上記推定速度との差の推定
   速度誤差を求め、推定比率の変化量が、上記トルク指令
   の変化量が小さいときには小さく、トルク指令の変化量
   が所定値になるまでは該トルク指令の変化量に略比例し
   た値とし、上記所定値以上になると飽和させて一定値と
   なるように上記推定速度誤に基づいて上記推定比率を補
   正更新し、該推定比率が収束する値をもってトルク定数
   とイナーシャの比率として検出するイナーシャ推定方
   法。
2. 【請求項２】 上記トルク指令の変化量をｕ´、上記推
   定速度誤差をｅ、前周期の推定比率をｂ^* （ｉ−１）、
   設定パラメータ値をβとすると、当該周期におけるトル
   ク定数とイナーシャの推定比率ｂ^* （ｉ）を次の式によ
   って求める請求項１記載のイナーシャ推定方法。 ｂ^* （ｉ）＝ｂ^* （ｉ−１）＋β・ｕ' ・ｅ／（１＋β
   ｕ' ² ）
3. 【請求項３】 モータの速度と外乱トルクを状態変数と
   するオブザーバを組み、該オブザーバで使用するトルク
   指令から推定加速度に変換する係数を請求項１または請
   求項２で求めたトルク定数とイナーシャの比率とし、該
   オブザーバにより外乱トルクを推定する外乱トルク推定
   方法。
4. 【請求項４】 請求項３で推定された外乱トルクが設定
   所定値より大きいとき異常負荷として速度指令を零とし
   てモータを停止させる異常負荷検出方法。