TWI833538B - 馬達控制裝置及其自動調整方法 - Google Patents

Abstract

本發明之課題在於即便在機械之剛性低之情形下，亦高精度地推定機械系參數。

本發明之馬達控制裝置係對機械進行控制者，且具有：識別部，其推定慣性矩、及黏性摩擦；速度指令產生部，其產生對加速度指令進行積分而獲得之速度指令；差分信號運算部，其根據具有時刻差之加速度指令而算出差分信號；及識別區間判斷部，其基於差分信號判斷使識別部動作之有效之區間，在有效之區間內使識別部動作；且該馬達控制裝置基於速度指令產生部產生之速度指令使馬達驅動，識別部推定慣性矩、及黏性摩擦。

Description

馬達控制裝置及其自動調整方法

本發明係關於一種馬達控制裝置及其自動調整方法。

為了將馬達及馬達控制裝置組裝於產業機械且使其所期望地動作，而需要配合組裝有馬達之產業機械之特性進行馬達控制裝置之適切之調整。自動地實施該調整之技術可降低調整所耗費之人/時間性成本，而在產業上是有用的。

關於馬達控制裝置之自動調整技術，自先前提議一種在自動掌握產業機械之特性之後，基於該特性而自動調整馬達控制裝置之方法。此時之產業機械之特性，例如為組裝有馬達之產業機械之馬達軸之慣性矩、黏性摩擦、庫侖摩擦(Coulomb friction)、靜止摩擦、或共振特性等之與控制性能相關之物理特性。

例如，在專利文獻1中，提供一種即便在馬達旋轉角速度為低之情形下仍在考量庫侖摩擦後在線推定慣性矩及黏性摩擦係數之方法。在專利文獻1中，將庫侖摩擦視為恆定值干擾，對於馬達轉矩之觀測值及旋轉角速度之觀測值實施微分處理，在去除恆定值干擾之影響後，實施慣性矩及黏 性摩擦係數之推定。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2006-217729號公報

在專利文獻1中係使用微分處理，但在微分處理中，即便強調重疊於馬達轉矩之觀測值及馬達旋轉角速度之觀測值之高頻雜音，實施低通濾波器等進行高頻雜音之去除，但對於慣性矩及黏性摩擦係數(以下有將該等稱為機械系參數之情形)之高精度之推定之目的不一定有利。特別是如在馬達旋轉角速度低且雜音強烈地影響之情形下難以進行理想之處理。

又，在專利文獻1中，雖然在馬達旋轉角速度低之情形下可應對，但在馬達轉矩及馬達轉矩之變化不充分之情形下，馬達轉矩之觀測值之雜音之影響相對變強，而有機械系參數之推定精度之惡化之疑慮。若為了保證推定精度而充分增大馬達轉矩及馬達轉矩之變化，則在產業機械之剛性低之情形下，起因於馬達轉矩之變化而激發數赫茲~數十赫茲之機械振動，此成為低周波馬達轉矩干擾且重疊於馬達轉矩之觀測值，而成為使機械系參數之推定精度惡化之要因。亦即，在如剛性低且數赫茲~數十赫茲之機械振動重疊於馬達轉矩之觀測值之產業機械中，作為課題而存在如在馬達轉矩及馬達轉矩之變化小之情形下受到雜音之影響而推定精度下降、在馬 達轉矩及馬達轉矩之變化大之情形下受到機械振動之影響而推定精度下降之折衷之關係。

本發明之目的在於即便在機械之剛性低之情形下，亦高精度地推定慣性矩及黏性摩擦。

作為本發明之較佳之一例係一種馬達控制裝置，其係對機械進行控制者，且具有：識別部，其推定慣性矩、及黏性摩擦；速度指令產生部，其產生對加速度指令進行積分而獲得之速度指令；差分信號運算部，其根據具有時刻差之前述加速度指令而算出差分信號；及識別區間判斷部，其基於前述差分信號判斷使前述識別部動作之有效之區間，在有效之區間內使前述識別部動作；且該馬達控制裝置基於前述速度指令產生部產生之前述速度指令使馬達驅動，前述識別部推定前述慣性矩、及前述黏性摩擦。

根據本發明，即便在機械之剛性低之情形下，亦可精度較佳地推定慣性矩及黏性摩擦。

1:速度指令產生器(速度指令產生部之一例)

2:加速度指令產生器

3:積分器(第2積分器)

4:識別區間判斷器(識別區間判斷部之一例)

5:識別器(識別部之一例)

6:逐次識別器

7,8:差分器(第2差分信號運算部之一例)

9:速度檢測器

10:轉矩檢測器

11:速度控制器

12:電流控制器

13:馬達

14,15,1313:機械

17:速度指令

19,1100:馬達控制裝置

21:自動調整器(自動調整部之一例)

22:資訊

31,32:下降取樣器

33:機械系參數逐次識別運算器

34:加速度算出器

35~37:LPF

61,64:零點

62:最大點

63:最小點

65,66,67:1次函數

70:加速度指令

71,1314:速度指令

92:差分器(差分信號運算部之一例)

93:有效區間判斷器

132:速度控制器

133:電流控制器

134:第2座標轉換器

135:PWM器

136:反相器

137:永久磁鐵同步馬達

138:電流感測器

139:編碼器

1001:差分信號

1002:差分信號之絕對值信號

1101:位置控制器

1102:第1積分器

1103:位置指令產生器(位置指令產生部之一例)

1104:第3積分器

1201:速度指令產生步驟

1202:識別區間判斷步驟

1203:識別步驟

1204:控制器調整步驟

1311:速度算出器

1401:位置指令產生步驟

圖1係顯示實施例1之圖。

圖2係顯示包含自動調整器之實施例1之變化例之構成之圖。

圖3係說明識別器之圖。

圖4係說明線性之差分濾波器之圖。

圖5係顯示線性差分濾波器及微分器之頻率特性之圖。

圖6係顯示加速度指令產生器中之加速度指令與時間之關係之圖。

圖7係顯示根據圖6之加速度指令而運算速度指令之數值例之圖。

圖8係顯示速度指令之頻率特性之圖。

圖9係說明識別區間判斷器之圖。

圖10係顯示基於圖7之加速度指令之差分信號及其絕對值信號之圖。

圖11係顯示實施例2之圖。

圖12係顯示實施例3之自動調整處理之處理步驟之圖。

圖13係實施例3設為對象之AC伺服馬達之速度控制系統之圖。

圖14係顯示馬達控制裝置在構成位置控制系統之情形下之自動調整處理之處理步驟之圖。

圖15係顯示將機械零件自工具機取出之取出機之圖。

以下，一面參照圖式一面對於適用本發明之實施例進行說明。再者，在各圖中，對於具有共通之功能之構成要件賦予同一編號，且省略其說明。

[實施例1]

圖1係顯示實施例1之第1基本構成之圖。本實施例之馬達控制裝置19具有除了包含圖1之馬達13與機械14之組裝有馬達之機械15以外之構成。 馬達控制裝置19包含：電流控制器12及速度控制器11，其對組裝於機械14之馬達13進行控制；速度指令產生器1，其對速度控制器11提供速度指令；識別器5，其基於自轉矩檢測器10及速度檢測器9分別提供之馬達轉矩之觀測值與馬達旋轉角速度之觀測值，推定組裝有馬達13之機械15之機械特性即慣性矩及黏性摩擦係數；及識別區間判斷器4，其基於速度指令產生器1所含之加速度指令產生器2提供之加速度指令使識別器5動作。馬達控制裝置19之速度檢測器9、轉矩檢測器10係由硬體構成。速度指令產生器1、識別區間判斷器4、識別器5、速度控制器11、電流控制器12之處理器作為讀出儲存於記憶體等記憶裝置之程式且執行各功能之軟體而構成。

速度指令產生器1包含加速度指令產生器2及積分器3。速度指令產生器1中，積分器3對加速度指令產生器2產生之加速度指令進行積分處理，藉此產生速度指令17。

速度檢測器9檢測馬達13之馬達軸之旋轉角速度，作為馬達旋轉角速度之觀測值而輸出，速度控制器11基於速度指令17與馬達旋轉角速度之觀測值，算出馬達13供給機械14之馬達轉矩之指令值(馬達轉矩指令)。再者，速度檢測器9係根據例如由安裝於馬達13之編碼器提供之馬達軸之旋轉位置而算出馬達旋轉角速度之觀測值等者。

電流控制器12以馬達13供給機械14之馬達轉矩追隨馬達轉矩指令之方式對馬達13提供電壓指令。

轉矩檢測器10檢測馬達13供給之馬達轉矩，算出馬達轉矩之觀測值。再者，轉矩檢測器10例如係將馬達13之電流藉由電流感測器檢測出、乘以轉矩乘數而算出馬達轉矩等者。

識別器5包含逐次識別器6、差分器7、及差分器8。逐次識別器6基於差分器7之輸出與差分器8之輸出，週期性地逐次推定慣性矩及黏性摩擦係數。實施識別之時序係由來自識別區間判斷器4之指示決定。識別器5識別機械15之機械特性之模型，基於識別出之模型而推定機械系參數。

雖然在圖1中未示出，但馬達控制裝置19亦可包含自動調整器，其基於逐次識別器6推定出之慣性矩及黏性摩擦係數，自動調整速度控制器及/或位置控制器之控制增益。

圖2係顯示包含自動調整器之實施例1之變化例之構成之圖。自動調整器21基於識別器5算出之慣性矩及黏性摩擦係數之資訊22，算出速度控制器11對於組裝有馬達13之機械15之適切之控制增益，且將控制增益設定於速度控制器11。

速度控制器11例如係PI(Proportional-Integral，比例積分)控制器，設為所期望之應答性係由使用者設定之情形。在該情形下，自動調整器21基於慣性矩及黏性摩擦係數算出達成所期望之應答性之P增益、及I增益，且將該結果設定於速度控制器11。藉此，可提供一種可進行速度控制器 11之自動調整之馬達控制裝置19。

基於圖3對於識別器5之構成及動作進行詳細說明。逐次識別器6包含：機械系參數逐次識別運算器33、低通濾波器(以下，有簡稱為LPF之情形)35~37、及加速度算出器34。

速度檢測器9、轉矩檢測器10各自包含下降取樣器31及下降取樣器32。速度檢測器9經由下降取樣器31算出使用於識別之馬達旋轉角速度之觀測值。轉矩檢測器10經由下降取樣器32算出使用於識別之馬達轉矩之觀測值。

在將識別器5之識別週期設為TID、將速度控制器11之控制週期設為TSP時，根據近年來期望較高之速度控制應答之背景，可為TID>TSP。因此，下降取樣器31及下降取樣器32分別發揮對信號之週期進行調整/重新取樣之作用，以成為識別週期TID之週期之馬達旋轉角速度之觀測值、及馬達轉矩之觀測值。

若TSP為數十μ秒，則TID可為TID>10×TSP，識別週期TID設為與TSP相比設定為充分長者。

再者，考量下降取樣器31及下降取樣器32採用例如降頻濾波器等。

在機械14以速度非零地動作之情形下，一般而言，庫侖摩擦作為恆定轉矩干擾而對馬達轉矩之觀測值、及馬達旋轉角速度之觀測值帶來影響。此處，庫侖摩擦係動摩擦之一者，係指脫離靜止摩擦區域，機械開始動作，以在動作中與移動速度無關地妨礙機械之移動之方式發揮作用之恆定值之摩擦力。

在識別器5中，出於去除該影響之目的而採用差分器7及差分器8。此係緣於若利用考量了時刻差之差分器取得馬達之轉矩等之差分，則可去除恆定值之摩擦力即庫侖摩擦之影響。

使用圖4及圖5對於差分器7及差分器8進行說明。圖4係說明線性之差分濾波器之圖。圖5係顯示線性差分濾波器及微分器之頻率特性之圖。差分器7及差分器8設為圖4及下述數式(1)所示之線性之差分濾波器。

[數1]y(t)=A[x(t)-x(t-n．T _ID )] (1)

其中，x、y、A及n分別為線性差分濾波器之輸入、輸出、濾波器增益、正整數。以及時刻差τ(=n×TID)>0。圖4之Z^-n係離散系統中之延遲算子。此處，時刻差τ運算延遲之輸入x。

圖5係將A=1時之線性差分濾波器之頻率特性(增益)與微分器之頻率特性一起顯示之圖。點狀虛線、虛線、及實線分別為微分器、設為n=10時之線性差分濾波器、及設為n=50時之線性差分濾波器之頻率特性(增 益)。

如可根據圖5而掌握般，即便為微分器亦可去除庫侖摩擦之影響，但根據增益在高頻域下顯著化之特性，強調重疊於馬達轉矩之觀測值、及馬達旋轉角速度之觀測值之各種雜音，使用於識別之信號招致SN比(Signal Noise Rate，訊噪比)之下降，而不令人滿意。

另一線性差分濾波器為如下特性：在A=1時在高頻域成為最大2倍之增益，n(或n×TID)愈大，則愈輸出包含更多低域成分之信號。因此，可抑制使用於識別之信號之SN比之下降，且可去除庫侖摩擦之影響。

藉由產生顯著之馬達轉矩，一般而言可改善使用於識別之信號之SN比，但在馬達轉矩非為顯著時，線性差分濾波器與微分處理相比在可在不招致顯著之SN比之下降下去除庫侖摩擦之影響之點上具有優勢。

另一方面，線性差分濾波器有必須始終以輸入信號x之時刻差τ持續保持過去之值之缺點。在利用微電腦等數位運算裝置進行運算之情形下，隨著時刻差τ之正整數n變大，而用於保存過去之信號之記憶體容量增大，且在記憶體管理上需要運算資源。

該缺點在本實施例中因下降取樣器31及下降取樣器32而減輕。亦即，藉由設定有充分大之TID之下降取樣器31及下降取樣器32，即便不極端增大正數n，亦可增大時刻差τ。作為結果，可避免記憶體容量與記憶體 管理之運算資源之增大且在不招致顯著之SN比之下降下去除庫侖摩擦之影響。

又，線性差分濾波器之另一缺點為應答延遲顯著之點。因線性差分濾波器之初始狀態之影響在接收最初之輸入以後、持續殘留於線性差分濾波器之輸出直至經過時刻差τ，故輸出對於輸入信號之準確之差分信號為時刻差τ以後。因此，在識別器5中，理想的是使用準確之差分信號來實施識別。

該缺點在本實施例中藉由識別區間判斷器4而解決。詳情將於後述，此係緣於只要殘留有線性差分濾波器之初始狀態之影響，則識別區間判斷器4不使識別器5之逐次識別器6動作。

圖3之逐次識別器6以識別週期TID動作。又，僅在接收識別區間判斷器4之動作指示之時間區間進行動作。

將差分器7之輸出設為s(t)、將差分器8之輸出設為T(t)。此時，逐次識別器6接收s(t)及T(t)，加速度算出器34藉由對s(t)進行微分而輸出a(t)。再者，利用數位運算器之微分處理係藉由不完全微分等而實現。

s(t)、a(t)及T(t)分別由LPF 35、LPF 36、及LPF 37處理，其結果輸入機械系參數逐次識別運算器33。

機械系參數逐次識別運算器33具體而言根據以下之數式(2)藉由利用數式(6)進行之逐次處理(識別週期TID)而運算。其中，為了將記號簡單化，而將分別由LPF 35~37處理後之信號分別表述為s(t)、a(t)及T(t)。

[數2]θ(k+1)=θ(k)+K(k)e(k) (2)

[數3]e(k)=T(k)-d ^T (k)θ(k) (3)

再者，J(k)及D(k)係慣性矩及黏性摩擦係數之第k步驟之推定值，θ(k)係將該等彙總而成之推定值向量。此處，k步驟係指由機械系參數逐 次識別運算器33執行之第k次之運算步驟。又，P(0)係逐次識別之初始值，λ係遺忘係數且設定為0<λ≦1。λ係決定將過去之信號之影響反映至當前時刻之識別之程度之參數，愈接近1則愈帶來更反映過去之信號之影響之效果。

LPF 35~37為了去除重疊於s(t)、a(t)及T(t)之雜音而設置。例如考量採用下述數式(7)所示之一階滯後系之LPF。

其中，s及ω分別係拉普拉斯算子、及LPF之截止頻率[rad/s]。

藉由將一階滯後系之LPF多階化、或者將截止頻率ω設定為較低，而可進一步降低雜音之影響。再者，LPF 35~37之濾波器特性設為皆相同，以便使用於識別之各信號之相位一致。又，為了方便起見，而數式(7)以連續時間系表現，但對於數位運算器離散化地被安裝。

在組裝有馬達13之機械15之剛性低之情形下，在顯著之馬達轉矩、具有馬達轉矩變化之動作中激發機械之振動，振動之影響成為轉矩干擾而重疊於馬達轉矩之觀測值。

因剛性低之原因而產生之機械之振動一般多為數Hz~數十Hz，因此，因該振動所致之轉矩干擾亦為數Hz~數十Hz。

為了有利於識別，若基於SN比改善之觀點，設為使馬達轉矩、馬達轉矩變化顯著化者，則會激發剛性低之機械之振動，其影響作為轉矩干擾重疊於馬達轉矩之觀測值，故招致SN比之下降。

因此，考量到剛性低之機械，理想的是將LPF 35~37之截止特性以能夠去除由機械振動引起之轉矩干擾的方式，設定為充分低。然而，該情形下，有去除至識別所需之頻帶之虞，因而將LPF 35~37之截止特性設定為充分低並不實際。

為了對如此之剛性低之機械亦可精度較佳地推定機械系參數，在本實施例中，具備速度指令產生器1。速度指令產生器1係基於加速度指令產生器2而產生不會激發機械振動之平滑之速度指令者。

本實施例之加速度指令產生器2具有如下之功能：產生將加速度指令之最大值與最小值及零點藉由1次(線性)以上之函數之組合加以連結而成之加速度指令，且以對其積分而獲得之速度指令不包含激振機械之主頻率成分之平滑之速度指令之方式設計加速度指令。

又，加速度指令產生器2具有保持事先設計之加速度指令、基於其而產生/輸出加速度指令之功能。加速度指令之設計可由使用者任意進行，亦可選擇事先設計之加速度指令而使用。

圖6係顯示本實施例之加速度指令產生器2中之加速度指令(縱軸)與時間(橫軸)之關係之具體例之圖。圖6之上段係顯示加速度指令之零點61及零點64、最大點62、最小點63之圖。圖6之下段係顯示零點61及64、最大點62、最小點63(惟在本實施例中為各個點群)藉由1次函數而連結之情形之圖。

零點61與最大點62藉由斜率與長度不同之1次函數65及1次函數66連結，零點64與最小點63亦相同。最大點62與最小點63藉由1次函數67連結。又，零點61及零點64、最大點62、最小點63之各點群亦為點群內之點彼此藉由1次函數而連結之情形。

將零點61與最大點62以斜率與長度不同之2個1次函數構成，係為了平滑化與縮短移動距離(馬達之轉速[rad])。

速度指令係加速度指令之積分，位置指令係速度指令之積分。因此，若加速度指令平滑，則速度指令亦平滑，且加速度指令之面積愈小則移動距離愈短。

再者，庫侖摩擦假定為恆定轉矩干擾、亦即無位置依存性之恆定轉矩干擾。因該假定乃考量到移動距離愈短則成立概率愈高，故基於庫侖摩擦去除觀點，理想的是移動距離愈短愈佳。又，鑒於機械之動作範圍存在限制之情形，基於體感可用性之觀點，理想的情況亦為，即便為較短的移動距離仍可進行識別。

圖7係與圖6之加速度指令之設計相關之數值例。加速度指令70如圖6般設計，速度指令71係對加速度指令70積分而得者。

圖8係顯示圖7之速度指令71之頻率特性(增益)之圖。根據圖8可知，在約2[Hz]以上之頻帶下無充分增益，為不包含激振機械之主頻率成分之平滑之速度指令。

圖9係說明識別區間判斷器4之圖。識別區間判斷器4如圖9所示般，包含差分器92及有效區間判斷器93。差分器92係設定有與差分器7及8相同之時刻差τ(=n×TID)及相同之濾波器增益A之線性之差分濾波器，有效區間判斷器93基於由差分器92算出之加速度指令之差分信號，判斷對於識別而有效之區間，且使識別器5動作。

有效區間判斷器93使識別器5動作之條件之一，為與差分器92之應答延遲相關者。逐次識別器具有遺忘係數λ，為了將過去之信號反映於識別，理想的是在差分器7及8之初始狀態之影響消失後進行識別。

因差分器92之時刻差τ設定有與對使用於識別器5進行識別之信號進行處理之差分器7及8相同之值，為了進行有意之識別，而有效區間判斷器93使識別器5動作之條件之一為差分器92輸出之差分信號自初始時刻經過時刻差τ。將此設為條件(A)。

例如，在圖7所示之速度指令中，在將初始時間設為0秒、將時刻差τ設為1秒時，將1~4秒之區間設為條件(A)之成立區間。

圖10係由將圖7之加速度指令70設為時刻差τ=1秒之差分器92處理而獲得之差分信號1001及其絕對值信號1002。

基於使用於識別之信號基於SN比之觀點，信號增益愈大愈佳。在基於差分信號之機械系參數逐次識別運算器中亦然，差分信號之增益愈高則愈可期待識別精度。

因此，有效區間判斷器93使識別器5動作之條件之一為，由差分器92處理加速度指令而得之差分信號之絕對值為特定之值AX以上、或其平均值為特定之值AAX以上之區間。將此設為條件(B)。

在加速度指令之差分信號為零之區間持續時，理論上而言，識別狀況並不令人滿意。此係緣於雖然加速度指令之差分信號為零之區間係加速度指令為一定之區間，但該情形下藉由差分處理而去除了與加速度相關之機械特性。

因此，有效區間判斷器93使識別器5動作之條件之一為，加速度指令之差分信號為非零之區間。將此設為條件(C)。

再者，圖10所示之絕對值信號1002具有加速度指令之差分信號之正 負反轉之時序，但注意非為加速度指令之差分信號為零之持續之區間之點。

有效區間判斷器93基於加速度指令產生器2產生之加速度指令，在滿足條件(A)~(C)之區間使識別器5動作。

在圖10中，在將特定之值AX設為100之情形下，有效區間判斷器93將概略1.6~3.65秒之區間判斷為對於識別有效之區間，且使識別器5動作。識別器5在該區間實施識別，且完成機械系參數之推定。

再者，圖2所示之自動調整器21中，使用於控制器之調整之最終之機械系參數之推定結果可使用1次之推定結果，或者亦可為複數次之推定結果之平均值。

根據本實施例之馬達控制裝置，即便對剛性低之機械亦不激發機械之振動，且將使用於識別之信號之SN比設為良好，又，並可實現在對於識別有意之區間內之識別。

其結果為，可提供如下之馬達控制裝置：即便為剛性低之機械，亦可在不激發機械之振動下，高精度地推定機械系參數，且基於該推定結果而自動調整馬達控制器。又，可提供可避免因機械振動之激發/產生而引起之機械破損或體感可用性之下降之自動調整馬達控制器之馬達控制裝置。

再者，在速度零之附近，庫侖摩擦、黏性摩擦、除此以外亦有斯特裡貝克效應等各種非線性現象之影響，重疊於對於馬達轉矩之速度應答。因此，將數式(2)~(6)所示之假定機械系為線性之逐次識別、在包含速度為零之時序之區間持續進行識別並不令人滿意。特別是，在將差分器92之時刻差τ設定為較長之情形下，原理上成為包含差分信號之速度為零之區間之時間增加之傾向，故需要意識到速度指令與時刻差τ、換言之作為速度指令之基礎之加速度指令與時刻差τ之關係，使識別器5動作。

因此，作為有效區間判斷器93使識別器5動作之條件之一，為差分器92輸出之差分信號係由不包含速度指令為零之時序之區間產生者。將此設為條件(D)。為了進行該判斷，有效區間判斷器93可設為參考速度指令之構成。

又，在本實施例中，在加速度指令之設計時，使用共計3個不同之一次函數，亦可使用4個以上之組合，且，亦可使用2次以上之函數。

又，在逐次識別器6中採用將s(t)、a(t)及T(t)設為輸入之機械系參數逐次識別運算器33，亦可採用將s(t)、及T(t)設為輸入之識別器。

又，識別器5採用逐次型，亦可採用非逐次地運算之批處理型識別器。

[實施例2]

圖11係顯示實施例2之圖。本實施例如圖11所示般，係在實施例1中指令產生與控制系統之構成不同之情形之馬達控制裝置1100之實施例。具體而言，為追加有位置指令產生器1103、位置控制器1101、及第1積分器1102之構成。位置指令產生器1103包含：加速度指令產生器2、第2積分器3、及第3積分器1104。再者，賦予與圖1相同之編號之構成要件在圖11中設為具有共通之功能。

位置指令產生器1103產生位置指令。位置控制器1101基於位置指令、及對馬達旋轉角速度之觀測值積分而得之馬達旋轉位置之觀測值，以馬達旋轉角速度之觀測值追隨位置指令之方式，產生速度指令。

在本位置控制系統中，機械亦基於根據不激發基於所期望之加速度指令而設計之機械之振動的速度指令而產生之位置指令進行動作。因此，在本實施例中，亦期待與實施例1相同程度之推定精度。

其結果為，可提供如下之馬達控制裝置：即便為剛性低之機械，亦可在不激發機械之振動下，高精度地推定機械系參數，且基於該推定結果而自動調整馬達控制器。

又，可提供可避免因機械振動之激發/產生而引起之機械破損或體感可用性下降之自動調整馬達控制器之馬達控制裝置。

再者，在本實施例中，圖2所示之自動調整器21亦可為不僅進行速度控制器之增益調整、且亦進行位置控制器之增益調整者。

[實施例3]

本實施例係以圖13所示之串接式構成之AC伺服馬達之速度控制系統為對象之實施例。對於自動調整AC伺服馬達之速度控制系統之實施例進行說明。

在組裝於低剛性之機械1313之3相交流下進行動作之永久磁鐵同步馬達137係以編碼器139檢測馬達之旋轉位置，以速度算出器1311算出馬達旋轉角速度之觀測值，且由速度控制器132基於速度指令1314與馬達旋轉角速度之觀測值而算出電流指令。

對永久磁鐵同步馬達137之馬達電流，藉由電流感測器138而檢測電流值，藉由第1座標轉換器(自3相向dq軸之座標轉換器)1310轉換成dq軸電流之觀測值，由電流控制器133基於電流指令與dq軸電流之觀測值而算出dq軸電壓指令。

dq軸電壓指令藉由第2座標轉換器(自dq軸向3相之座標轉換器)134被轉換成3相電壓指令，利用PWM(Pulse Width Modulation，脈衝寬度調變)器135將其轉換成電壓脈衝指令。反相器136基於電壓脈衝指令將3相電壓供給至永久磁鐵同步馬達137。速度控制器132、電流控制器133、第1座標轉換器1310、第2座標轉換器134、PWM器135、速度算出器1311之處理器亦可作為讀出儲存於記憶體等記憶裝置之程式且執行各功能之軟體 而構成。

圖12係顯示實施例3之自動調整處理之處理步驟之圖。對於圖13之AC伺服馬達之速度控制系統，本實施例之自動調整處理之步驟如圖12所示般，大致包含速度指令產生步驟1201、識別區間判斷步驟1202、識別步驟1203、及控制器調整步驟1204。

速度指令產生步驟1201內含加速度指令產生步驟，在加速度指令產生步驟中，產生將指令之最大值與最小值及零點藉由1次(線性)以上之函數之組合而連結之加速度指令，且速度指令產生步驟1201以對加速度指令進行積分而獲得之速度指令成為不包含激振機械之主頻率成分之平滑之加速度指令之方式產生加速度指令。

在加速度指令產生步驟中設計/產生之加速度指令之具體例為圖6及圖7。

在識別區間判斷步驟1202中，進行基於在加速度指令產生步驟中產生之加速度指令進行機械系參數之推定的識別區間之判斷。

是否為對於識別實施有意之區間之判斷，基於實施例1所示之條件(A)~(C)之滿足性而進行。又，亦可加進實施例1所示之條件(D)。

在識別步驟1203中，基於在速度指令產生步驟1201中產生之速度指令，驅動作為控制對象之永久磁鐵同步馬達137及低剛性之機械1313，根據由電流感測器138算出之馬達轉矩之觀測值與由編碼器139算出之馬達 旋轉角速度之觀測值，於由識別區間判斷步驟1202判斷為對於識別有意之區間實施識別，且實施機械系參數之推定。此時之識別，在利用時刻差τ之線性差分濾波器對馬達轉矩之觀測值、與馬達旋轉角速度之觀測值實施前處理後，使用逐次識別機構進行。作為明確算出加速度之情形之逐次識別機構，可舉出數式(2)~數式(6)。又，線性差分濾波器可舉出數式(1)。

如圖12所示般，速度指令產生步驟1201~識別步驟1203可重複特定次數。

控制器調整步驟1204基於在識別步驟1203中獲得之機械系參數之(複數次之)推定值以使速度控制器132之控制增益成為使用者所期望之應答性之方式自動實施調整。

其結果為，即便為剛性低之機械，亦可在不激發機械之振動下，高精度地推定機械系參數，且基於該推定結果而自動調整圖13所示之馬達控制裝置。

又，可自動調整可避免起因於機械振動之激發/產生而引起之機械破損或體感可用性之下降之馬達控制裝置。

圖14係顯示在馬達控制裝置構成位置控制系統之情形下之自動調整處理之處理步驟之圖。再者，即便在馬達控制裝置構成位置控制系統之情形下，亦如圖14所示般，藉由在位置指令產生步驟1401中產生位置指令，而可自動調整構成位置控制系統之馬達控制裝置。

具體而言，位置指令產生步驟1401藉由對在速度指令產生步驟1201中產生之速度指令進行積分處理而產生位置指令。

再者，低剛性之機械1313例如為圖15所示之將機械零件自工具機取出之取出機。圖15之上段係自側面觀察取出機之圖，圖15之下段係自上面觀察取出機之圖。

若為伴隨著機械之移動而機械特性無較大變化之機械，本實施例中之馬達控制裝置之自動調整為有效。又，即便在伴隨著機械之移動而機械特性變化之情形下，藉由分段地區劃移動區間而識別，即便為低剛性之機械亦可進行分段之機械特性即機械系參數之推定。控制器調整步驟1204可具備自動調整器，該自動調整器基於分段之機械系參數之推定結果自動且適切地調整控制器之控制增益。

1:速度指令產生器(速度指令產生部之一例)

2:加速度指令產生器

3:積分器

4:識別區間判斷器(識別區間判斷部之一例)

5:識別器(識別部之一例)

6:逐次識別器

7,8:差分器(第2差分信號運算部之一例)

9:速度檢測器

10:轉矩檢測器

11:速度控制器

12:電流控制器

13:馬達

14,15:機械

17:速度指令

19:馬達控制裝置

Claims (14)

1. 一種馬達控制裝置，其係對機械進行控制者，且具有： 識別部，其推定慣性矩及黏性摩擦； 速度指令產生部，其產生對加速度指令進行積分而獲得之速度指令； 差分信號運算部，其根據具有時刻差之前述加速度指令而算出差分信號；及 識別區間判斷部，其基於前述差分信號判斷使前述識別部動作之有效之區間，在有效之區間內使前述識別部動作；且 該馬達控制裝置基於前述速度指令產生部所產生之前述速度指令使馬達驅動， 前述識別部推定前述慣性矩及前述黏性摩擦。
2. 如請求項1之馬達控制裝置，其中 前述識別部 具有第2差分信號運算部，其基於前述馬達之轉矩之觀測值、與前述馬達之旋轉角速度之觀測值，算出具有時刻差之第2差分信號，且 基於前述差分信號，推定前述慣性矩及前述黏性摩擦。
3. 如請求項2之馬達控制裝置，其中 前述差分信號運算部或前述第2差分信號運算部係以時刻差為參數之線性之差分濾波器，前述時刻差基於前述加速度指令、及其頻率特性而被設定。
4. 如請求項1之馬達控制裝置，其中 前述識別區間判斷部將前述加速度指令之前述差分信號為非零之區間作為有效之區間，使前述識別部動作。
5. 如請求項1之馬達控制裝置，其中 前述識別區間判斷部將前述加速度指令之前述差分信號之絕對值、或前述加速度指令之前述差分信號之絕對值之時間平均值為特定之值以上之區間作為有效之區間，使前述識別部動作。
6. 如請求項1之馬達控制裝置，其中 前述速度指令產生部產生對將最大值與最小值及零點藉由1次以上之函數之組合而連結之前述加速度指令進行積分而獲得之、不包含激振前述機械之主頻率成分之速度指令。
7. 如請求項1之馬達控制裝置，其具有速度控制部，且 具有自動調整部，其基於由前述識別部獲得之前述慣性矩及前述黏性摩擦之推定值，調整前述速度控制部之控制增益。
8. 如請求項1之馬達控制裝置，其 具有位置指令產生部，其藉由對前述速度指令產生部所產生之前述速度指令進行積分而產生位置指令，且 具有位置控制部，其以追隨前述位置指令之方式，對前述機械進行位置控制。
9. 一種馬達控制裝置之自動調整方法，其係對機械進行控制之馬達控制裝置之自動調整方法，且具有： 速度指令產生步驟，其產生對加速度指令進行積分而獲得之速度指令； 基於前述速度指令使馬達驅動之步驟； 差分信號運算步驟，其根據具有時刻差之前述加速度指令而算出差分信號； 識別步驟，其推定慣性矩及黏性摩擦； 識別區間判斷步驟，其基於前述差分信號，判斷執行前述識別步驟之有效之區間，在有效之區間內使前述識別步驟執行；及 自動調整步驟，其基於前述慣性矩及前述黏性摩擦之推定值，調整控制增益。
10. 如請求項9之馬達控制裝置之自動調整方法，其中 前述識別步驟 具有第2差分信號運算步驟，其基於馬達之轉矩之觀測值、與馬達之旋轉角速度之觀測值，運算具有時刻差之第2差分信號；且 基於第2差分信號，推定前述慣性矩及前述黏性摩擦。
11. 如請求項10之馬達控制裝置之自動調整方法，其中 前述差分信號運算步驟或前述第2差分信號運算步驟係執行以時刻差為參數之線性之差分之處理， 前述時刻差係基於前述加速度指令及其頻率特性而設定。
12. 如請求項9之馬達控制裝置之自動調整方法，其中 前述識別區間判斷步驟將前述差分信號為非零之區間作為有效之區間，使前述識別步驟動作。
13. 如請求項9之馬達控制裝置之自動調整方法，其中 前述識別區間判斷步驟將前述加速度指令之前述差分信號之絕對值、或前述加速度指令之前述差分信號之絕對值之時間平均值為特定之值以上之區間作為有效之區間， 使前述識別步驟動作。
14. 如請求項9之馬達控制裝置之自動調整方法，其中 前述速度指令產生步驟產生對將最大值與最小值及零點藉由1次以上之函數之組合而連結之前述加速度指令進行積分而獲得之、不包含激振前述機械之主頻率成分之速度指令。