KR20040093160A

KR20040093160A - 제어 정수 조정 장치

Info

Publication number: KR20040093160A
Application number: KR10-2004-7014673A
Authority: KR
Inventors: 츠루타가즈히로; 우메다노부히로; 이노키게이세이
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-11-04
Also published as: CN1623273A; WO2003079533A1; EP1487097A1; US7030588B2; CN1307782C; US20050116677A1

Abstract

로봇이나 공작 기계 등의 제어 장치에 있어서의 제어 정수 조정 장치가 개시된다. 이 제어 정수 조정 장치는 속도 제어부(12)와 추정부(13)와 동정부(14)와 조정부(15)를 포함한다. 동정부(14)는, 속도 제어부(12)의 토크 지령(Tref)을 소정의 고역 필터에 통과시킨 값(FTr)의 절대값｜FTr｜을 소정의 구간 [a, b]에서 시간 적분한 값｜SFTr｜과, 추정부(13)의 모델 토크 지령(Tref')을 소정의 고역 필터에 통과시킨 값(FTr')의 절대값｜FTr'｜을 동일한 구간에서 시간 적분한 값｜SFTr'｜과의 비에서 구하는 관성(J)의 동정을, 속도 제어부(12)내의 모터 속도(Vfb)와 추정부(13) 내의 모델의 속도(Vfb')가 제로가 아닌 값으로 일치하는 경우에만 행한다.

Description

제어 정수 조정 장치{CONTROL CONSTANT ADJUSTING APPARATUS}

종래, 모터의 동작중에 제어 대상인 부하의 관성에 변동이 생기는 경우, 그 관성을 동정하는 장치로서, 예를 들면, 본 출원인이 특허 3185857호에서 제안한 제어 정수 조정 장치가 있다.

이 장치는, 입력된 속도 지령과 실제의 모터 속도가 일치되도록 토크 지령을 결정하여, 모터 속도를 제어하는 속도 제어부와, 상기 모터 속도에 모델의 속도가 일치되도록 속도 제어부를 시뮬레이션하는 추정부와, 상기 토크 지령을 소정의 고역 필터에 통과시킨 값의 절대값을 소정의 구간에서 시간 적분한 값과, 추정부의 모델 토크 지령을 소정의 고역 필터에 통과시킨 값의 절대값을 동일한 구간에서 시간 적분한 값과의 비에서, 관성을 동정하는 동정부를 구비하고, 속도 제어부 내의 모터 속도와 추정부 내의 모델의 속도가 제로가 아닌 값으로 일치하는 경우에만, 동정부 내에서 관성을 동정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 장치는, 임의의 속도 지령에 대해 리얼 타임으로 동정이 가능하므로, 시시각각으로 부하의 관성이 변화하는 경우라도 그 동정이 가능하다.

상기 종래의 제어 정수 조정 장치에서는, 속도 제어부가 비례 적분 제어(이하, PI 제어라고 부른다)로 구성되어 있는 경우, 중력 등의 일정 외란은 정상 상태에서 속도 제어부 내의 적분기로 보상할 수 있으므로, 실제로 구동하기 위해서 필요한 토크는 속도 편차로 대용할 수 있어 문제가 없지만, 속도 제어부가 적분 비례(이하, IP 제어라고 부른다) 제어로 구성되어 있는 경우, 외란을 보상하기 위해서 필요한 토크 성분과 실제로 구동하기 위해서 필요한 토크 성분을 분리할 수 없으므로, 이 IP 제어에서는 관성의 동정이 불가능하다는 문제가 생긴다.

또한, 상기 종래의 제어 정수 조정 장치에서는, 모터 속도를 모델 속도 제어부의 속도 지령으로 하고 있으므로, 모델 속도 제어계의 지연이 발생하고, 모터 속도와 모델 모터 속도가 일치하기 어려우므로 동정하기 까지의 시간이 걸린다는 문제가 있다. 또한, 기계적 진동이나 마찰 등의 부하 외란이 있는 경우, 실제의 속도 제어부 내의 속도 적분치에는 부하 외란 보상분이 적산되지만, 모델에는 이 부하 외란 보상분이 반영되기 힘들다. 종래 기술에서는 고역 필터에 통과시키고 토크 지령을 적산하는 처리를 하고 있는데, 외란의 주파수에 따라서는 고역 필터가 유효하게 움직이지 않는 경우가 있어, 동정 정밀도가 악화된다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 속도 제어가 PI 제어, IP 제어의 어느쪽 경우라도, 관성의 동정을 확실히 행할 수 있어, 2관성계와 같은 진동계에서도, 리얼 타임으로 동정 정확도가 좋은 튜닝을 실현할 수 있는 제어 정수 조정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1의 양태에 의하면, 제어 정수 조정 장치는, 속도 지령(Vref)을 출력하는 지령 발생 수단과,

속도 지령(Vref)과 실제 모터 속도(Vfb)가 일치되도록 토크 지령을 결정하고, 상기 토크 지령에 의해 모터 속도를 제어하는 속도 제어 수단과,

모터 속도(Vfb)에 모델의 속도(Vfb')가 일치되도록 속도 제어 수단을 시뮬레이션하는 추정 수단과,

속도 제어 수단의 토크 지령(Tref)을 소정의 고역 필터에 통과시킨 값(FTr)의 절대값｜FTr｜을 소정의 구간[a, b]에서 시간 적분한 값 ｜SFTr｜과, 추정부의 모델 토크 지령(Tref')을 소정의 고역 필터에 통과시킨 값(FTr')의 절대값｜FTr'｜을 동일한 구간에서 시간 적분한 값 ｜SFTr'｜과의 비로부터 구하는 관성(J)의 동정을, 속도 제어 수단 내의 모터 속도(Vfb)와 추정 수단 내의 모델 속도(Vfb')가 제로가 아닌 값으로 일치하는 경우에만 행하는 동정 수단과,

동정 수단 내에서 동정된 관성(J)과 추정 수단 내의 관성(J')의 비(J/J')에 기인하여 제어 이득의 조정을 행하는 조정 수단을 갖는다.

속도 제어 수단의 토크 지령(Tref)을 소정의 고역 필터에 통과시킨 값(FTr)의 절대치｜FTr｜을 소정의 구간[a, b]에서 시간 적분한 값 ｜SFTr｜과, 추정부의 모델 토크 지령(Tref')을 소정의 고역 필터에 통과시킨 값(FTr')의 절대값｜FTr'｜을 동일한 구간에서 시간 적분한 값 ｜SFTr'｜과의 비로부터 구하는 관성(J)의 동정을, 속도 제어 수단 내의 모터 속도(Vfb)와 추정 수단 내의 모델 속도(Vfb')가 제로가 아닌 값으로 일치하는 경우에만 행한다. 이에 따라, 속도 제어가 PI 제어또는 IP 제어중의 어느 경우라도, 관성의 동정을 확실히 행할 수 있고, 또한, 2관성계와 같은 진동계에서도, 안정된 튜닝을 행할 수 있을 뿐만 아니라, 일정 외란의 영향도 받지 않으므로, 리얼 타임으로 동정 정확도가 좋은 튜닝을 실연할 수 있다.

본 발명의 제2의 양태에 의하면, 제어 정수 조정 장치는,

속도 지령(Verf)를 출력하는 지령 발생 수단과,

속도 지령(Verf)과 실제 모터 속도(Vfb)를 입력하고, 속도 지령(Vref)에서 실제의 모터 속도(Vfb)를 줄여 속도 편차(Ve)를 산출하고, 속도 편차(Ve)를 적분 시정수(Ti)로 적분하여 속도 적분치를 산출하는 적분항과, 속도 지령(Vref)에 소정의 정수 α(α≥0)를 곱한 값에서 모터 속도(Vfb)를 줄여 속도 비례치를 산출하는 비례항을 가산하여 속도 비례 적분치를 산출하고, 속도 비례 적분치에 모터 관성값(Jm)과 부하 관성값(JL)의 합계치를 추정한 관성 추정치(J)를 곱해 토크 지령(Tref)을 결정하고, 상기 토크 지령에 의해 모터 속도를 제어하는 속도 제어 수단과,

속도 제어 수단내의 속도 비례 적분치를 추정 수단내에서 동일하게 연산되어 있는 모델 속도 비례 적분치에 추가하여 새로운 모델 속도 비례 적분치로 하는 피드 포워드 보상 기능을 구비하고, 속도 제어 수단의 토크 지령(Tref)을 소정의 고역 필터에 통과시킨 값(FTr)의 절대값｜FTr｜을 소정의 구간[a, b]에서 시간 적분한 값 ｜SFTr｜과, 추정 수단의 모델 토크 지령(Tref')을 소정의 고역 필터에 통과시킨 값(FTr')의 절대값｜FTr'｜을 동일한 구간에서 시간 적분한 값 ｜SFTr'｜과의 비로부터 구하는 관성(J)의 동정을 행하는 동정 수단과,

동정 수단 내에서 동정된 관성 추정치(J)와 추정부 내의 관성(J')의 비(J/J')에 기인하여 제어 이득의 조정을 행하는 조정 수단을 갖는다.

속도 제어 수단으로부터 피드 포워드 신호를 추정 수단에 입력시킴으로써 실속도와 모델 속도가 일치하기 쉬워질 뿐만 아니라, 부하 외란이 있는 경우도 그 영향을 고려할 수 있다. 따라서, 동정 오차가 작고, 또한, 실제값으로 수렴하는 시간이 짧으므로, 리얼 타임으로 동정 정확도가 좋은 튜닝을 실현할 수 있다.

본 발명은, 로봇이나 공작 기계 등의 제어 장치에 있어서, 특히, 그 동작중에 부하의 관성(inertia)에 변동이 생기는 경우, 상기 관성의 동정(同定) 및 이에 따라 필요해지는 제어계의 이득을 조정하는 기능을 갖는 제어 정수 조정 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 제어 정수 조정 장치의 블록도,

도 2는 도 1중의 속도 제어부, 추정부, 동정부 및 조정부의 상세를 도시하는 블록도,

도 3은 도 1중의 속도 제어부 및 추정부의 보다 상세를 도시하는 블록도,

도 4는 본 발명을 적용한 일실시예를 실현한 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면,

도 5는 종래 기술에 의한 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면,

도 6은 본 발명을 적용한 모터 제어 시스템의 블록도,

도 7은 속도 제어부, 추정부, 동정부 및 조정부의 상세를 도시하는 블록도,

도 8은 속도 제어부 및 추정부의 보다 상세를 도시하는 블록도,

도 9는 본 발명을 PI 제어로 실현한 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면,

도 10은 본 발명을 IP 제어로 실현한 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1의 실시 형태의 제어 정수 조정 장치는 지령 발생부(11)와 속도 제어부(12)와 추정부(13)와 동정부(14)와 조정부(15)를 포함한다.

지령 발생부(11)는 속도 지령(Vref)을 속도 제어부(12)에 출력한다.

속도 제어부(12)는, 입력된 속도 지령(Vref)에 모터 속도(Vfb)가 일치되도록 속도 제어를 행하고, 토크 지령(Tref)과 모터 속도(Vfb)를 동정부(14)에 출력함과 동시에, 모터 속도(Vfb)를 추정부(13)에 출력한다.

추정부(13)는, 목표 지령으로서 입력된 모터 속도(Vfb)에, 이 추정부(13)에 있어서 모터 모델을 이용하여 추정되는 모델 속도(Vfb')가 일치되도록 속도 제어를 하고, 모델 토크 지령(Tref')과 모델 속도(Vfb')를 동정부(14)에 출력한다.

동정부(14)는 속도 제어부(12)에서 입력된 토크 지령(Tref)과 모터 속도(Vfb), 추정부(13)에서 입력된 모델 토크 지령(Tref')과 모델 속도(Vfb')를 이용하여, 모터와 모터 모델의 관성비(J/J')를 구하고, 그 관성비(J/J')를 조정부(15)에 출력한다.

조정부(15)는, 이 관성비(J/J')를 받아, 소정의 필터에 통과시킨 값에 따라서, 속도 제어부(12) 내의 비례 이득(Kv) 및 적분 이득(Ki)을 결정함과 동시에, 속도 제어부(12) 내의 적분기(12c)의 값을 조절하여, 상술한 관성의 변동에 대응할 수 있도록 한다.

도 2는 속도 제어부(12), 추정부(13), 동정부(14), 조정부(15)의 각 부의 구성을 보다 상세하게 도시하는 도면이다.

속도 제어부(12)는, 지령 발생부(11)에서 속도 지령(Vref)을 입력하면, 이 속도 지령(Vref)에 실제의 모터 속도(Vfb)가 일치되도록 도면에 도시하는 속도 제어기(12a) 및 전류 제어기(12b)에 의해 소정의 속도 제어를 행한다. 또한, 모터에는 부하(JL)가 장착되어 있고, 모터로부터는 실제의 모터 속도(Vfb)가 검출되어, 출력되어 있는 것으로 한다.

여기서, 본 실시형태의 속도 제어기는, 제어의 형태는 PI(비례 적분) 제어나, 상술한 IP(적분 비례) 제어의 어떠한 것이라도 되고, 속도 제어기(12a)는 토크 지령을 모터 구동하는 전류 제어기(12b)에 출력한다.

즉, 속도 제어부(12) 및 추정부(13)를 더욱 상세하게 도시하는 도 3중, 속도 제어부(12)의 α를 1로 설정하면 PI 제어로 되고, α을 0으로 설정하면 IP 제어로 된다.

그리고, 속도 제어부(12)는 도 2에 도시하는 바와같이, 모터 속도(Vfb)를 추정부(13)에 출력함과 동시에, 토크 지령(Tref) 및 모터 속도(Vfb)를 동정부(14)에 출력한다.

추정부(13)는, 속도 제어부(12)내로부터 입력된 모터 속도(Vfb)를 지령으로 하고, 도면에 도시하는 모델 속도 제어기(13a) 및 모델 전류 제어기(13b)에 의해, 모델 속도(Vfb')가 모터 속도(Vfb)에 일치하는 속도 제어를 행한다. 또한, 이 모델 속도 제어기(13a)의 제어 방법은, 속도 제어부(12)내의 속도 제어기(12a)와 동일해도 되고, P(비례) 제어라도 된다.

모델 속도 제어기(13a)는 모델 토크 지령(Tref')을 모델 전류 제어기(13b)에 출력하고, 이 모델 전류 제어기(13b)에 의해 모델화된 모터 모델(13c)(1/J's)이 구동된다. 또, 모터 모델(13c)의 관성값(J')은 기지(旣知)의 값이고, 모터 모델(13c)에서는 모델 속도(Vfb')가 출력되어 있는 것으로 한다. 그리고, 추정부(13)는, 모델 토크 지령(Tref') 및 모델 속도(Vfb')를 동정부(14)에 출력한다.

동정부(14)는, 속도 제어부(12)로부터 출력되는 토크 지령(Tref) 및 속도(Vfb) 및 추정부(13)로부터 출력되는 모델 토크 지령(Tref') 및 모델 속도(Vfb')를 입력하고, 토크 지령(Tref)과 모델 토크 지령(Tref')을 시정수(Tk)의 고역 필터에 통과시킨 값인 FTr과 FTr'의 절대값을 구한다.

이 고역 필터는 도 3에 도시하는 바와같이, 미리 속도 제어부(12)에 있어서, 토크 지령(Tref)으로부터, 토크 지령에 시정수(Tk)의 저역 필터를 통과시킨 값을 줄여 실현하면 되고, 추정부(13)에 있어서 모델 토크 지령을 통과시키는 고역 필터에 대해서도 동일하게 실현하면 된다.

다음에, 고역 필터로부터의 각 출력의 절대값 ｜FTr｜ 및 ｜FTr'｜을 구하고, 각각의 절대값｜FTr｜ 또는 ｜FTr'｜을 이용하여, 소정의 구간 [a, b]에서 시간 적분을 행하고, 구해된 시간 적분치｜SFTr｜및｜SFTr'｜와 기지의 값인 추정부의 관성(J')으로부터, 속도 제어부(12)의 관성(J)을 하기의 식(1)에 의해 연산할 수 있다.

J=( ｜SFTr｜/ ｜SFTr'｜)× J' (1)

여기서, 관성 동정 원리에 대해 간단히 설명한다.

토크 지령 또는 전동기 전류의 각각의 시간 적분으로부터 관성을 정확하게 구하기 위해서는, 토크 지령 또는 전동기 전류로부터 속도까지의 전달 함수가 관성만으로 표시되고, 또한 속도가 제로가 아닌 경우, 토크 지령 또는 전동기 전류의 각각의 시간 적분치와 속도의 비로부터, 간단히 관성을 구할 수 있다.

이 관계를 이용하여, 실제의 속도 제어부(12)와 그 모델에 동일한 속도 지령을 입력하고, 모터 속도와 모델 속도가 제로가 아닌 값으로 일치하는 상태에서, 그 상태에서의 토크 지령 또는 전동기 전류의 시간 적분치와 속도로부터 관성을 구할 수 있다.

단, 상기 토크 지령 또는 전동기 전류에는, 지령 응답 성분 이외에, 기계 부분에서의 마찰이나 토크 리플 등의 외란 보상 성분이 포함되어 있으므로, 이들 영향은 속도 제어기의 적분기에 축적되어 버린다.

이 때문에, 축적된 이 보상 성분을 제거하기 위해서, 토크 지령 또는 전동기 전류의 신호를 고역 필터에 통과시키도록 하고 있다. 따라서, 고역 필터의 시정수는, 속도 제어부(12)의 적분 시정수와 같은 값으로 하는 것이 바람직하다.

이하, 이 점에 대해서 기술하면, 예를 들면, 일정 외란 토크(Fd)가 있는 경우, 속도 제어부(12)가 P 제어이면, 그 속도 편차 E(∞)는, 다음식으로 주어지도록, 최종값의 정리에 의해 일정한 속도 편차가 생긴다.

한편, 속도 제어기부(12)가 PI 제어이면, 마찬가지로 이 속도 편차 E(∞)는, 다음식으로 주어지는 바와같이, 속도 편차가 생기지 않는다.

즉, 일정 외란(Fd)은 속도 제어부(12)의 적분기에 의해 보상되고, 그 보상량이 토크 지령으로서 속도 제어부(12)로부터 출력된다.

이 보상분의 토크는, 관성만을 동작시키기 위해 필요한 토크가 아니므로, 관성을 동정하는 경우는 제거할 필요가 있다. 따라서, 이 실시형태에서는, 이 적분기로 보상된 일정 외란 토크를 제거하기 위해서 고역 필터에 통과시키고, 그 시정수를 적분 시정수와 동일하게 함으로써 적분기에서 과도적으로 보상된 외란 토크(일정 외란 이외의 점성 마찰 등)도 소거할 수 있도록 하고 있다.

또한, 모터 속도와 모델 속도가, 제로가 아닌 값으로 상호 일치하는 조건이 가능한한 만족되도록, 모터 속도를 추정부(13)의 속도 지령으로 하고 있다.

한편, 조정부(15)는, 동정부(14) 내에서 구해진 관성의 비(J/J')를 소정의 필터에 통과시킨 값에 의거하여, 속도 제어부(12) 내의 비례 이득(Kv) 및 적분 시정수(Ti)의 갱신을 행하는 동시에, 토크 지령이 불연속이 되지 않도록, 속도 제어부(12) 내의 적분기(12c)의 값의 조절을 행한다.

다음에, 상기 실시 형태를 이용한 시뮬레이션 결과를, 도 4 및 도 5에 도시한다.

도 4는 속도 제어부(12)를 PI 제어로 구성한 경우로서, 부하 관성은 모터 관성(Jm= 0.000019kgm²)의 10배, 역학계를 2관성계로 모델화하고, 공진 주파수를 270Hz, 반공진 주파수를 80Hz, 점성 마찰 계수를 0.00005Nms/rad로 하고, 일정 외란으로서 0.005Nm을 설정한 시뮬레이션 결과이다. 또, 모델 관성(J')은 모터 관성(Jm)과 동일하게 설정하고 있고, 관성 동정치는, 조정부(16) 내에서 시정수 50ms의 저역 필터를 통과하고 있다.

도면에서 명백한 바와같이, 튜닝을 개시하고 나서 350ms후, 관성 동정치(J)가, 모델 관성(J')의 11.0배로 동정되어 있고, 이 동정치를 바탕으로 속도 제어부(12) 내의 Kv, Ti, 적분기의 값을 수정한 결과, 속도 지령에 대해 매우 정확하고 안정된 응답이 실현되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 5는 속도 제어부(12)를 IP 제어로 구성한 경우로서, 다른 조건은 도 4의 PI 제어의 경우와 동일하다. 도면으로부터 명백한 바와같이, IP 제어로 구성한 경우라도, PI 제어로 구성한 경우와 마찬가지로, 정밀도 좋게 튜닝을 행할 수 있는 것을 알 수 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제2의 실시의 형태의 제어 정수 조정 장치는, 도 1에 도시한 제1의 실시의 형태의 제어 정수 조정 장치와는 속도 제어부(12'), 추정부(13')의 처리가 일부 다를 뿐이고, 그 외는 제1의 실시형태의 제어 정수 조정 장치와 동일하다.

속도 제어부(12')는, 입력된 속도 지령(Vref)에 모터 속도(Vfb)가 일치되도록 속도 제어를 행하고, 토크 지령(Tref) 및 모터 속도(Vfb)를 동정부(14)에 출력함과 동시에, 모터 속도(Vfb)와 피드 포워드 신호(FFa)를 추정부(13')에 출력한다.

추정부(13')는, 모터 속도(Vfb) 및 피드 포워드 신호(FFa)를 입력하고, 목표 지령으로서 입력된 모터 속도(Vfb)에, 이 추정부(13')에 있어서 모터 모델을 이용하여 추정되는 모델 속도(Vfb')가 일치되도록 속도 제어를 하여, 모델 토크 지령(Tref') 및 모델 속도(Vfb')를 동정부(14)에 출력한다.

다음에, 도 7은 속도 제어부(12'), 추정부(13'), 동정부(14), 조정부(15)의 각 부의 구성을 보다 상세하게 설명한다.

속도 제어부(12')는, 지령 발생부(11)에서 속도 지령(Vref)을 입력하면, 이 속도 지령(Vref)에 실제의 모터 속도(Vfb)가 일치되도록, 도면에 도시하는 속도 제어기(12a) 및 전류 제어기(12b)에 의해, 소정의 속도 제어를 행한다. 또, 모터에는 부하(JL)가 장착되어 있고, 모터로부터는 실제의 모터 속도(Vfb)가 검출되어, 출력되어 있는 것으로 한다.

여기서, 본 실시 형태의 속도 제어부(12')에 의한 제어 방법에서는, 제어의 형태는 PI(비례 적분) 제어나, 상술의 IP(적분 비례) 제어의 어느 것이라도 되고, 속도 제어(12a)는 토크 지령을 모터 구동하는 전류 제어기(12b)에 출력한다.

즉, 도 8에 속도 제어부(12') 및 추정부(13')를 더욱 상세하게 도시하는데, 도면 중, 속도 제어부(12') 및 추정부(13')의 α를 1에 설정하면 PI 제어로 되고, α을 0에 설정하면 IP 제어가 된다.

그리고, 속도 제어부(12')는, 도 7에 도시하는 바와같이, 모터 속도(Vfb) 및 피드 포워드 신호(FFa)를 추정부(13)에 출력함과 동시에, 토크 지령(Tref) 및 모터 속도(Vfb)를 동정부(14)에 출력한다.

추정부(13')는 속도 제어부(12')내로부터 모터 속도(Vfb) 및 피드 포워드(FFa)를 입력하고, 모터 속도(Vfb)를 지령으로 하여, 도면에 도시하는 모델 속도 제어기(13a) 및 전류 제어기(13b)에 의해, 모델 속도(Vfb')가 모터 속도(Vfb)에 일치하는 속도 제어를 행한다.

모델 속도 제어기(13a)는 모델 토크 지령(Tref')을 모델 전류 제어기(13b)에 출력하고, 이 모델 전류 제어기(13b)에 의해 모델화된 모터 모델(13c)(1/J's)이 구동된다. 여기서, 모터 모델(13c)의 관성값(J')은 기지의 값이고, 모터 모델(13c)에서는 모델 속도(Vfb')가 출력되는 것으로 한다. 그리고, 추정부(13')는 모델 토크 지령' 및 모델 속도(Vfb')를 동정부(14)에 출력한다. 또, 모델 속도 제어기(13a) 내의 비례 이득(Kv') 및 적분 시정수(Ti')는 속도 제어기(12) 내의 비례 이득(Kv) 및 적분 시정수(Ti)와 동일한 값이 바람직하다.

동정부(14)는, 속도 제어부(12')로부터 출력되는 토크 지령(Tref) 및 속도(Vfb) 및 추정부(13')로부터 출력되는 모델 토크 지령(Tref') 및 모델 속도(Vfb')를 입력하고, 토크 지령(Tref)과 모델 토크 지령(Tref')에 시정수(Tk)의 고역 필터를 통과시킨 값인 FTr와 FTr'의 절대값을 구한다.

이 고역 필터는, 도 8에 도시하는 바와같이, 미리 속도 제어부(12')에 있어서, 토크 지령(Tref)으로부터, 토크 지령에 시정수(Tk)의 저역 필터를 통과시킨 값을 줄여 실현하면 되고, 추정부(13')에 있어서도 모델 토크 지령에 통과시키는 고역 필터에 대해서도 동일하게 실현하면 된다.

다음에, 고역 필터로부터의 각 출력의 절대값｜FTr｜및｜FTr'｜을 구하고,각각의 절대값｜FTr｜또는｜FTr'｜을 이용하여, 소정의 구간[a, b]에서 시간 적분을 행하고, 구해진 시간 적분치｜SFTr｜및｜SFTr'｜와, 기지의 값인 추정부(13')의 관성(J')으로부터, 속도 제어부(12')의 관성(J)을 연산할 수 있다.

본 실시 형태에서는 속도 제어부(12')내의 속도 비례 적분항을 피드 포워드 신호로서 추정부(13')에 입력함으로써, 고역 필터로 제거할 수 없던 외란 성분의 영향을 억제할 수 있는 동시에, 모터 속도와 모델 속도가 피드 포워드 신호를 입력함으로써 종래 기술보다도 일치하기 쉽게 되도록 하고 있다.

다음에, 본 실시형태를 이용한 시뮬레이션 결과를, 도 9 및 도 10에 도시한다.

도 9는 본 발명을 적용한 경우로서, 부하 관성은 모터 관성(Jm=0.000019kgm²)의 10배, 역학계를 2관성계에서 모델화하고, 공진 주파수를 270Hz, 반공진 주파수를 80Hz, 점성 마찰 계수를 0.00005Nms/rad로 하고, 일정 외란으로서 0.005Nm을 설정한 시뮬레이션 결과이다. 여기서, 모델 관성(J')은 모터 관성(Jm)과 동일하게 설정하고, 임계치(β)는 제로로 하고 있다. 또한, 관성 동정치는 조정부(15) 내에서 시정수 10ms의 저역 필터를 통과시키고 있다. 또한, 임계치는 서보 록킹(servo locking) 시에 고주파의 미세한 진동을 제거하고 싶은 경우에 설정하면 된다.

도면에서 명백한 바와같이, 관성 동정치(J)가, 고정 개시후 50ms 이내에서 모델 관성(J')의 11.0배로 동정되어 있고, 이 동정치를 바탕으로 속도 제어부(12) 내의 Kv, Ti, 적분기(12c)의 값을 수정한 결과, 속도 지령에 대해 매우 정확하고안정된 응답이 실현되는 것을 알 수 있다.

한편, 도 10은, 종래 기술을 적용한 경우로서, 다른 조건은 도 9의 경우와 동일하다. 도면으로부터 명백한 바와같이, 본 방법의 특징인 피드 포워드 신호를 입력하지 않는 경우는, 동정치의 실제값이 되기까지의 시간이 길고, 1.5초 후에 있어서도 동정 오차가 생기는 것을 알 수 있다.

Claims

속도 지령(Vref)을 출력하는 지령 발생 수단과,

상기 속도 지령(Vref)과 실제의 모터 속도(Vfb)가 일치되도록 토크 지령(Tref)을 결정하고, 상기 토크 지령에 의해 모터 속도를 제어하는 속도 제어 수단과,

상기 모터 속도(Vfb)에 모델 속도(Vfb')가 일치되도록 상기 속도 제어 수단을 시뮬레이션하는 추정 수단과,

상기 속도 제어 수단의 토크 지령(Tref)을 소정의 고역 필터에 통과시킨 값(FTr)의 절대값｜FTr｜을 소정의 구간 [a, b]에서 시간 적분한 값｜SFTr｜과, 상기 추정 수단의 모델 토크 지령(Tref')을 소정의 고역 필터에 통과시킨 값(FTr')의 절대값｜FTr'｜을 같은 구간에서 시간 적분한 값｜SFTr'｜과의 비로부터 구하는 관성(J)의 동정을, 상기 속도 제어 수단 내의 모터 속도(Vfb)와 상기 추정 수단 내의 모델 속도(Vfb')가 제로가 아닌 값으로 일치하는 경우에만 행하는 동정 수단과,

상기 동정 수단 내에서 동정된 관성(J)과 상기 추정 수단 내의 관성(J')의 비(J/J')에 의거해 제어 이득의 조정을 행하는 조정 수단을 갖는 제어 정수 조정 장치.
제 1항에 있어서, 상기 추정 수단의 속도 제어기를 비례 제어로 하고, 비례 이득인 속도 루프 이득을 상기 속도 제어 수단내의 속도 루프 이득보다도 X(X는 1이상의 정수)배로 함으로써, 상기 속도와 상기 모델 속도가 일치되도록 상기 추정 수단이 구성되어 있는 장치.
제 1항에 있어서, 상기 토크 지령(Tref) 및 상기 모델 토크 지령(Tref')을 통과시키는 고역 필터의 시정수가, 상기 속도 제어 수단 내의 속도 적분 시정수인 장치.
속도 지령(Vref)을 출력하는 지령 발생 수단과,

상기 속도 지령(Vref)과 실제 모터 속도(Vfb)를 입력하고, 상기 속도 지령(Vref)으로부터 실제의 모터 속도(Vfb)를 줄여 속도 편차(Ve)를 산출하고, 상기 속도 편차(Ve)를 적분 시정수(Ti)로 적분하여 속도 적분치를 산출하는 적분항과, 상기 속도 지령(Vref)에 소정의 정수α(α≥0)를 곱한 값으로부터 모터 속도(Vfb)를 줄여 속도 비례치를 산출하는 비례항을 가산하여 속도 비례 적분치를 산출하고, 상기 속도 비례 적분치에 모터 관성값(Jm)과 부하 관성값(JL)의 합계치를 추정한 관성 추정치(J)를 곱해 토크 지령(Tref)을 결정하고, 상기 토크 지령에 의해 모터 속도를 제어하는 속도 제어 수단과,

상기 모터 속도(Vfb)에 모델의 속도(Vfb')가 일치되도록 상기 속도 제어 수단을 시뮬레이션하는 추정 수단과,

상기 속도 제어 수단내의 속도 비례 적분치를 상기 추정 수단내에서 동일하게 연산되어 있는 모델 속도 비례 적분치에 더하여 새로운 모델 속도 비례 적분치로 하는 피드 포워드 보상 기능을 구비하고, 상기 속도 제어 수단의 토크 지령(Tref)을 소정의 고역 필터에 통과시킨 값(FTr)의 절대값｜FTr｜을 소정의 구간 [a, b]에서 시간 적분한 값｜SFTr｜과, 상기 추정 수단의 모델 토크 지령(Tref')을 소정의 고역 필터에 통과시킨 값(FTr')의 절대값｜FTr'｜을 같은 구간에서 시간 적분한 값｜SFTr'｜과의 비에서 구하는 관성(J)의 동정을 행하는 동정 수단과,

상기 동정 수단 내에서 동정된 관성 추정치(J)와 상기 추정 수단내의 관성(J')의 비(J/J')에 의거하여 제어 이득의 조정을 행하는 조정 수단을 갖는 제어 정수 조정 장치.
제 4항에 있어서, 상기 추정 수단의 모델 속도 제어기가 상기 속도 제어 수단의 속도 제어기와 동일한 제어 구성이고, 상기 모델 속도 제어기 내의 속도 루프 이득과 적분 시정수가 상기 속도 제어 수단 내의 속도 루프 이득과 적분 시정수와 동일한 장치.
제 4항에 있어서, 상기 토크 지령 및 상기 모델 토크 지령의 절대값을 적산할 때, 상기 고역 필터를 통과시킨 후의 토크 지령의 절대값｜FTr｜ 및 상기 고역 필터를 통과시킨 후의 모델 토크 지령의 절대값｜FTr'｜이 미리 설정된 임계치(β)를 넘는 경우에 적산하는 장치.