WO1994014234A1 - Method and apparatus for determining constants of functions expressing characteristics of controlled system - Google Patents

Method and apparatus for determining constants of functions expressing characteristics of controlled system Download PDF

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WO1994014234A1
WO1994014234A1 PCT/JP1993/001825 JP9301825W WO9414234A1 WO 1994014234 A1 WO1994014234 A1 WO 1994014234A1 JP 9301825 W JP9301825 W JP 9301825W WO 9414234 A1 WO9414234 A1 WO 9414234A1
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Toshiaki Yamane
Noriyuki Nagae
Shigeru Futami
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Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/16Controlling the angular speed of one shaft

Definitions

  • the number of times of measurement is half as compared with the case where both the PI control system and the IP control system are actually constructed and the time response is measured, so that the work efficiency can be improved.
  • the time t becomes a steady state when the natural period of the control system is about 3 to 5 times the natural period, and the integrated value is expressed by Eqs. (27), (29), (31), (33), and (35). Since these values converge, the values of a, Ti, T, and ⁇ in these equations are also known, so that the value of D's identification value D can be calculated from them.
  • the value of D ' is the coefficient (gain) of the viscous friction compensator in Fig. 1. This is shown in Fig. 11, Fig. 12, and Fig. 13, which are set as shown in Fig. 11. Then, it is apparent that the viscous friction D has finally disappeared as shown in FIG. 13 due to the known deformation of FIG.

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Abstract

A method and apparatus for determining exactly the characteristics of a controlled system, such as the inertia, and the coefficient of viscous friction of a mechanical device in which an electric motor is incorporated. In the same controlled system, different kinds of control systems are set up in order to measure the response time. In accordance with the differences in the results of the measurement, the characteristics of the controlled system are determined.

Description

明 細 書  Specification
制御対象の特性を表す関数の定数同定方法および装置  Method and apparatus for identifying constant of function representing characteristic of controlled object
〔技術分野〕  〔Technical field〕
この発明は電動機等が組み込まれ、 電気的に駆動される機械の特性を表す定数、 例えばイナ一シャ、 粘性摩擦係数、 等の同定方法またはこれらの方法の実施のた めの装置に関するものである。  The present invention relates to a method for identifying a constant, such as inertia, a coefficient of viscous friction, etc., representing characteristics of an electrically driven machine in which an electric motor or the like is incorporated, or an apparatus for implementing these methods. .
〔背景技術〕  (Background technology)
電動機等が組み込まれた制御装置を用レ、て制御対象を制御する場合、 制御対象 の特性、 例えば負荷イナ一シャ、 粘性摩擦係数、 等を精度良く同定する必要があ る  When using a control device with a built-in motor to control a controlled object, it is necessary to accurately identify the characteristics of the controlled object, such as load inertia and viscous friction coefficient.
負荷イナ一シャの同定については、 従来、 特開昭 6 1 - 2 4 4 2 8 6号公報に 開示された方法が知られている。  As for the identification of the load inertia, a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 61-244 286 has been known.
すなわち、 ある時間関数の速度指令 * を制御系に加えて、 ある時間経過時 の速度 をイナ一シャの種々の値に対応してテ一ブルとして求めておき、 実際 にある時間関数の速度指令 ω 2 * を制御系に加えて前記時間経過時の速度 ω 2 を 求め、 (ω 2 * /ω ι * ) · ω 2 に対応するイナ一シャのデータをテーブルから 求めるという方法である。 That is, a speed command * of a certain time function is added to the control system, and the speed at a certain time is obtained as a table corresponding to various values of inertia, and the speed command of the certain time function is actually obtained. ω 2 * is added to the control system to determine the speed ω 2 at the elapse of the time, and the inertia data corresponding to (ω 2 * / ω ι *) · ω 2 is determined from the table.
し力、し、 速度指令を変化させた程度では、 ある時間経過時の速度の差が出にく く、 また摩擦の悪影響で精度よく求めることができないという問題があつた。 粘性摩擦係数の同定については、 従来、 次のような手法が知られている。  There was a problem that it was difficult to make a difference in speed after a certain period of time when the force command and the speed command were changed. The following methods have been known for identifying the coefficient of viscous friction.
粘性摩擦が存在する制御対象に対しては、 その制御量に関する運動方程式を基 にして粘性摩擦係数を同定する。 例えば、 イナーシャ Jと粘性摩擦係数 Dをもつ モータに対し、 トルク Tq を加えた場合の角速度 ωの挙動は、 以下の運動方程式 で記述される。  For a controlled object with viscous friction, the viscous friction coefficient is identified based on the equation of motion for the controlled variable. For example, the behavior of the angular velocity ω when the torque Tq is applied to a motor having inertia J and viscous friction coefficient D is described by the following equation of motion.
Τς - Ό ω = 3 · άω/dt -(1)  Τς-Ό ω = 3 άω / dt-(1)
ある一定角速度 ω。 で回転している時点 t u において、 トルクを 0にした場合 の ωの時間変化は ω ( t ) = ω。 ' exp ( - D/ J - ( t— t。 ) ) '"(2) となる。 この角速度時間変化を測定し、 (2) 式に当てはめて粘性摩擦係数 Dを同 定する方法が広く用いられている。 A certain angular velocity ω. When the torque is set to 0 at the time tu rotating at ω (t) = ω. 'exp (-D / J-(t-t.)))' ”(2) The method of measuring this angular velocity change over time and applying it to equation (2) to identify the viscous friction coefficient D is widely used. Have been.
しかし上記のような方法では、 (2) 式から明らかなように、 ωの時間変化は指 数関数状となることから、 時間がたっと共にその変化幅が減少するために、 S Z Ν比が低下したり測定分解能が不足する恐れがあり、 測定精度が劣化するという 問題点があった。  However, in the above method, as is clear from Eq. (2), the time change of ω is an exponential function, and the change width decreases with time, so the SZ Ν ratio decreases. There is a possibility that the measurement resolution may be insufficient and the measurement accuracy may be degraded.
本発明の目的は、 イナ—シャ、 粘性摩擦係数、 等の制御対象の特性を正確に同 定できる方法及び装置を提供することである。  SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of accurately identifying characteristics of a controlled object such as an inertia, a viscous friction coefficient, and the like.
〔発明の開示〕 ,  [Disclosure of the invention],
本発明は、 同一の制御対象に、 相異なる複数種類の制御系を構築して時間応答 を測定し、 その測定結果の差異により制御対象の特性を同定するものである。 なお、 ここで言う相異なる複数種類の制御系とは、 例えば Ρ I制御系と I Ρ制 御系のように、 その伝達関数が本質的に異なる制御系を言い、 同じ Ρ Ι制御系の 係数の値を変更しただけのものは除外される。 また、 ここで言う差異とは、 その 減算した差のみならず除算した比も含む。  The present invention is to construct a plurality of different types of control systems on the same control target, measure the time response, and identify the characteristics of the control target based on the difference in the measurement results. Here, the different types of control systems refer to control systems whose transfer functions are essentially different, such as ΡI control system and IΡcontrol system, for example, and the coefficient of the same Ρ Ιcontrol system. Those that simply change the value of are excluded. The difference referred to here includes not only the subtracted difference but also the divided ratio.
〔図面の簡単な説明〕  [Brief description of drawings]
図 1は本発明の一実施例のプロック図、 図 2は Ρ I制御系を示すプロック図、 図 3は I Ρ制御系を示すプロック図、 図 4は Ρ I制御系のステップ応答を示す図、 図 5は I Ρ制御系のステップ応答を示す図、 図 6は Ρ I制御系と I Ρ制御系のス テツプ応答の遅れ時間を示す図、 図 7は Ρ I制御系と I Ρ制御系のステップ応答 の遅れ時間の比を示す図、 図 8は本発明の他の実施例のブロック図、 図 9は制御 対象に粘性摩擦を有する Ρ I制御系を示すプロック図、 図 1 0は制御対象に粘性 摩擦を有する I Ρ制御系を示すプロック図、 図 1 1、 図 1 2、 図 1 3は粘性摩擦 を有する制御対象の粘性摩擦を補償する原理を示すブロック図、 図 1 4は本発明 の他の実施例のプロック図である。  FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a ΡI control system, FIG. 3 is a block diagram showing an IΡ control system, and FIG. 4 is a diagram showing a step response of the ΡI control system. Fig. 5 shows the step response of the IΡ control system, Fig. 6 shows the step response delay time of the IΡ control system and the IΡ control system, and Fig. 7 shows the I 応 答 control system and the IΡ control system. FIG. 8 is a block diagram of another embodiment of the present invention, FIG. 9 is a block diagram showing a ΡI control system having viscous friction on a control target, and FIG. Block diagram showing an I I control system with viscous friction in the object.Figures 11, 11, and 13 are block diagrams showing the principle of compensating for viscous friction of a controlled object with viscous friction. FIG. 10 is a block diagram of another embodiment of the present invention.
〔発明を実施するための最良の形態〕 図 1に本発明の装置の実施例を示す。 [Best mode for carrying out the invention] FIG. 1 shows an embodiment of the apparatus of the present invention.
1は任意の入力信号を設定できる入力信号設定手段、 2 a、 2 bは前 , 人力信 号設定手段で設定された入力信号を入力し操作量を制御対象に出力する相異なる 複数種類の制御演算部、 3は前記制御演算部のうちいずれかひとつを有効にする 切替手段、 4は制御対象 5の出力の出力値を記憶する出力値記憶手段、 6は前記 出力値から制御対象 5のパラメ一夕 (制御対象の特性を表す関数の定数) を同定 する制御対象ノ、'ラメ一夕同定演算部である。  1 is an input signal setting means that can set an arbitrary input signal.2a and 2b are a plurality of different types of controls that input the input signal set by the previous and human power signal setting means and output the operation amount to the control target. A computing unit, 3 is a switching unit for enabling one of the control computing units, 4 is an output value storage unit for storing an output value of an output of the controlled object 5, and 6 is a parameter of the controlled object 5 based on the output value. It is a control object that identifies the control object (the constant of a function that represents the characteristics of the control object).
7は粘性摩擦補償部であり、 制御対象が粘性摩擦を有する場合に、 その粘性摩 擦係数が同定されたのちに、 スィッチ 8を閉じて制御時に補償機能が働くように するものである。 粘性摩擦係数同定時にはスィッチ 8は開いており、 粘性摩擦補 償部 7は機能しないものである。  Reference numeral 7 denotes a viscous friction compensating unit that, when the controlled object has viscous friction, identifies the coefficient of the viscous friction and then closes the switch 8 so that the compensating function works during control. At the time of identification of the viscous friction coefficient, the switch 8 is open, and the viscous friction compensation unit 7 does not function.
図 2は、 制御対象 5をサーポモータと負荷とし、 制御演算部 2を P I型速度制 御系、 図 3は I P型速度制御系とした場合の原理説明図である。 図中、 制御対象 の Jはサーボモータのロータイナ一シャと負荷のイナ一シャの総和である。 制御 装置の Kv 、 T i は制御定数であり、 それぞれ比例ゲインと積分時定数である。  FIG. 2 is a diagram illustrating the principle when the control target 5 is a servomotor and a load, the control calculation unit 2 is a PI speed control system, and FIG. 3 is an IP speed control system. In the figure, J to be controlled is the sum of the rotor inertia of the servomotor and the load inertia. Kv and Ti of the controller are control constants, which are a proportional gain and an integration time constant, respectively.
P I制御系と I P制御系の時間応答の差異から Jを同定する方法について説明 する。 図 2、 図 3において、 速度指令から指令トルクへの伝達関数は、 P I制御 系の伝達関数 GTP I (s) は次式で与えられ、
Figure imgf000005_0001
A method for identifying J from the difference in time response between the PI control system and the IP control system is described. In Figs. 2 and 3, the transfer function from the speed command to the command torque is given by the transfer function GTPI (s) of the PI control system as follows:
Figure imgf000005_0001
I P制御系の伝達関数 GT I P (s) は次式で与えられる。
Figure imgf000005_0002
The transfer function G TIP (s) of the IP control system is given by the following equation.
Figure imgf000005_0002
その結果 P I制御系と I P制御系の速度指令に対する指令トルクの応答の差は
Figure imgf000005_0003
となる。 以下簡略化のため (5 ) 式の右辺の分母を Aとおく。
As a result, the difference between the command torque response to the speed command of the PI control system and the IP control system is
Figure imgf000005_0003
Becomes Hereinafter, for simplicity, let A be the denominator on the right side of equation (5).
速度指令信号が Vref(s)であった場合に、 その指令トルクの応答の差を n階積分 した値の定常値 Ωは最終値定理により、 t→ (即ち定常状態) において When the speed command signal is Vref (s), the steady-state value Ω of the n-order integrated value of the difference in the response of the command torque is given by the final value theorem at t → (ie, steady state).
J · Kv , Ti · s2 1 J · Kv, Ti · s 2 1
Ω = lira s Vref(s) · —— … ( 6 ) s→0 A s n Ω = lira s Vref (s) · ——… (6) s → 0 A s n
となる。 Becomes
なお、 上記の指令トルクの応答の差を n階積分とするという行為は、 指令トル クの応答を n階積分しその差を取ることと等価である。 以下、 「指令トルクの差 の n階積分値」 という記述は 「指令トルクの n階積分値の差」 という意味を含む ものとする。  Note that the act of setting the difference in the response of the command torque to the nth order integration is equivalent to integrating the response of the command torque to the nth order and taking the difference. Hereinafter, the description “n-order integrated value of command torque difference” shall mean “difference of n-order integrated value of command torque”.
この n段階分するという処理は、 n = 0の場合、 すなわち積分を行わない場合、 および nが負の場合、 すなわち微分する場合も含むものとする。 その係数が既知 の任意の速度指令信号に対して、 その指令トルクの応答の差が収束する階数だけ 積分することで Jの同定が可能となる。  This processing of n steps includes the case where n = 0, that is, the case where integration is not performed, and the case where n is negative, that is, the case where differentiation is performed. J can be identified by integrating an arbitrary speed command signal whose coefficient is known by the rank at which the difference in the response of the command torque converges.
実際上は t→ooになるまで待つ必要はなく、 時間 tが制御系の固有周期の 3〜 5倍程度において定常状態となり、 (25)式の値に充分収束する。  In practice, there is no need to wait until t → oo, and the time t becomes steady state when the natural period of the control system is about 3 to 5 times, and converges sufficiently to the value of equation (25).
以下に速度指令として 6種類の信号を用し、た場合に、 上記の方法を用いて Jを 同定する方法を例示する。  The following is an example of a method for identifying J using the above method when six types of signals are used as speed commands.
[例 1 :ステップ信号]  [Example 1: Step signal]
速度指令信号として  As speed command signal
0 t < 0  0 t <0
f (t) = a · u (t) , u (t) ( 7 )  f (t) = au (t), u (t) (7)
1 t≥ 0  1 t≥ 0
というステツプ信号を与えると、 その指令トルクの差を 2階積分値の定常値 Ωは、 When the step signal is given, the difference between the command torque and the steady-state value Ω
J · Kv · Ti · s2 a 1 J · Kv · Ti · s 2 a 1
Ω = lim s —— · —— = J · Ti - a -- ( 8 ) s→0 A s s2 Ω = lim s —— · —— = J · Ti-a-(8) s → 0 A ss 2
と言う値に収束する。 [例 6 :ランプ信号] Converge to the value [Example 6: Lamp signal]
速度指令信号として  As speed command signal
f (t) =at … (17)  f (t) = at… (17)
というランプ信号を与え、 その措令トルクの差の積分値の定常値 Ωは、
Figure imgf000007_0001
And the steady-state value Ω of the integral of the difference between the command torques is
Figure imgf000007_0001
と言う値に収束する。 Converge to the value
[例 2 :パラボリック信号]  [Example 2: Parabolic signal]
速度指令信号として  As speed command signal
f (t) =a t 2 ,··- (9) f (t) = at 2 ,
というパラボリック信号を与えると、 その指令トルクの差の定常値 Ωは、 Given a parabolic signal, the steady-state value Ω of the command torque difference is
J - Kv · Ti 2 a  J-KvTi 2a
Ω= lira s 2 J ♦ Ti (10) s→0 A  Ω = lira s 2 J ♦ Ti (10) s → 0 A
と言う値に収束する。 Converge to the value
[例 9 :正弦波信号]  [Example 9: Sine wave signal]
速度指令信号として  As speed command signal
f (t) =asin(cot) … (11)  f (t) = asin (cot)… (11)
という正弦波信号を与えると、 その指令トルクの差の 3階積分値の定数値 Ωは、 Given a sine wave signal, the constant value Ω of the third-order integral of the difference in command torque is
J - Kv · Ti a ω J · Ti J-Kv · Ti a ω J · Ti
Ω= lira s (12) s→0 A S2 + 0): Ω = lira s (12) s → 0 AS 2 + 0) :
と言う値に収束する。 Converge to the value
(ただし、 機械によっては、 正弦波信号の指令により損傷を起こすことがある ので、 本例の適用には注意を要する。 )  (However, depending on the machine, damage may be caused by a sine wave signal command, so care must be taken when applying this example.)
[例 4 :指数関数状信号 1 ]  [Example 4: Exponential signal 1]
速度指令信号として  As speed command signal
f (t) =a e— τ' … (13) という信号を与えると、 その指令トルクの差の 3階積-分値の定常値 Ωは、 J · Kv · Ti · s2 a 1 J ' ΤΊ · a f (t) = ae— τ '… (13) , The steady-state value Ω of the third-order product-minute value of the difference between the commanded torques is J · Kv · Ti · s 2 a 1 J 'ΤΊ · a
Ω= lim s •(14) s→0 A s +T T  Ω = lim s • (14) s → 0 A s + T T
と言う値に収束する。 Converge to the value
[例 5 :指数関数状信号 2 ]  [Example 5: Exponential signal 2]
速度指令信号として  As speed command signal
f (t) =a t e一 T t (15) f (t) = ate- T t (15)
という信号を与えると、 その指令トルクの差の 3階稂分値の定常値 Ωは、
Figure imgf000008_0001
When the signal is given, the steady-state value Ω of the 3rd order value of the difference of the command torque is
Figure imgf000008_0001
と言う値に収束する。 Converge to the value
前述した様に、 実際上は t→∞になるまで待つ必要はなく、 時間 tが制御系の 固有周期の 3〜  As described above, there is actually no need to wait until t → 、, and the time t is 3 to 3 times the natural period of the control system.
5倍程度において (8)(10)(12)(14)(16)(18) 式の値に充分収束する。  At about five times, the values converge sufficiently to the values of Eqs.
この(8)(10)(12)(14)(16)(18) 式において、 aも Ti も Tも ωもその値が既知 であるから、 それから Jの値が算出できる。 図 1に示した実施例では制御対象パ ラメ一夕同定演算部 6で自動的に算出される。 また差をとつているために、 クー ロン摩擦の影響がなくなり、 精度良く Jの値が得られることになる。  In Equations (8), (10), (12), (14), (16), and (18), the values of a, Ti, T, and ω are known, so that the value of J can be calculated therefrom. In the embodiment shown in FIG. 1, it is automatically calculated by the control target parameter overnight identification calculating unit 6. In addition, since the difference is taken, the influence of Coulomb friction is eliminated, and the value of J can be obtained with high accuracy.
本発明の第二の実施例を示す。 図 2、 図 3において、 速度指令から速度への伝 達関数は、 P I制御系の伝達関数 GVP1 (s) は次式で与えられ、
Figure imgf000008_0002
7 shows a second embodiment of the present invention. In Figs. 2 and 3, the transfer function from the speed command to the speed is given by the following equation, which is the transfer function G VP1 (s) of the PI control system.
Figure imgf000008_0002
I P制御系の伝達関数 GVIP (s) は次式で与えられる。
Figure imgf000008_0003
The transfer function G VIP (s) of the IP control system is given by the following equation.
Figure imgf000008_0003
これらを 2次の標準系の形で表現するとそれぞれ以下のようになる。 2 - ζ - ω - 5 + ω ' These are expressed in the form of second-order standard systems as follows. 2-ζ-ω-5 + ω '
G v p I (s) = •(19' ) G vp I (s) = • (19 ')
s2 + 2 - ζ - ω - s + ω '
Figure imgf000009_0001
s 2 + 2-ζ-ω-s + ω '
Figure imgf000009_0001
ただし、 (19' ) (20' ) 式において
Figure imgf000009_0002
Where (19 ') (20')
Figure imgf000009_0002
Kv Kv
ω - 固有角周波数  ω-natural angular frequency
(T i · J )  (T iJ)
これらで表現される系のステップ応答はそれぞれ図 4、 図 5のようになる。 こ れらの応答の時間的特徴量の一つである遅れ時間 (応答が指令の 5 0 %に到達す る時間) に着目すると、 図 6のように P I制御系では^が増大すると減少し、 I P制御系では^が増大すると増加している力 その絶対値は ωの値によって変化 する。 しかしその Ρ I制御系における値と I Ρ制御系における値の比をとると、 図 7に示す様に ωの値に関わらず^の値だけに依存して変化する。 この遅れ時間 の比と^の値の関係を利用することより、 簡便に^の値を求めることができ、 J を同定することが可能となる。  The step response of the system represented by these is as shown in Fig. 4 and Fig. 5, respectively. Paying attention to the delay time (time when the response reaches 50% of the command), which is one of the temporal features of these responses, the PI control system decreases as ^ increases as shown in Fig. 6. In the IP control system, the force increases as ^ increases. Its absolute value changes with the value of ω. However, when the ratio between the value in the ΡI control system and the value in the IΡ control system is taken, as shown in Fig. 7, it changes depending only on the value of ^ regardless of the value of ω. By using the relationship between the ratio of the delay time and the value of ^, the value of ^ can be easily obtained, and J can be identified.
つまり、 Kv と T i を適当な値に設定し、 P Iと I Pの両制御系においてステ ップ応答を測定しその遅れ時間の比をとる。 そしてその値を、 あらかじめ計算し ておいた遅れ時間比と ζの値を対応させた表と照らし合わせることで^の値を得 る。 その値と式 (19' ) と(20' ) における^の定義から Jの値が同定できる。  In other words, Kv and T i are set to appropriate values, the step response is measured in both the P I and I P control systems, and the delay time ratio is taken. Then, the value of ^ is obtained by comparing the value with a table that associates the value of し with the delay time ratio calculated in advance. From the value and the definition of ^ in equations (19 ') and (20'), the value of J can be identified.
図 1に示した実施例では制御対象パラメータ同定演算部 6で自動的に同定され る。  In the embodiment shown in FIG. 1, the identification is performed automatically by the control target parameter identification calculation unit 6.
以下、 一種類の制御系のみで測定する時間応答と、 その時間応答を信号処理し て他種類の制御系の時間応答と等価にした時間応答を用いる場合を説明する。 図 2、 図 3において、 速度指令から指令トルクへの P I制御系の伝達関数 G T P I (s) : (1) 式と I P制御系の伝達関数 GT (s) : (.2) 式の関係はHereinafter, a case will be described in which a time response measured by only one type of control system and a time response equivalent to the time response of another type of control system by performing signal processing on the time response are used. In Figs. 2 and 3, the transfer function of the PI control system from the speed command to the command torque G TPI (s) : The relationship between Eq. (1) and the transfer function G T (s) of the IP control system: Eq. (.2)
GTP. (S)= (Ti · s + 1 ) - GTIP (S) - (21) の様になつているため、 I P制御系の指令トルクの応答は P I制御系の指令トル クの応答に 1 (Ti · s + 1) を掛けた値と等価である。 この操作は、 P I制 御系の積分時定数と等しい時定数をもつ一次遅れ系に入力しその出力を得ること に相当する。 つまり図 8に示すように、 制御対象に P I制御系を構築し、 速度指 令を与えて指令トルクの時間応答を測定すると同時に、 その時間応答を前述の一 次遅れ系に入力すれば、 その出力として I P制御系の指合トルクの時間応答に等 価な時間応答が得られることになる。 GTP. (S) = (Ti · s + 1)-GTIP Since (S)-(21), the response of the command torque of the IP control system is 1 It is equivalent to the value multiplied by (Ti · s + 1). This operation is equivalent to inputting to a first-order lag system having a time constant equal to the integration time constant of the PI control system and obtaining its output. In other words, as shown in Fig. 8, a PI control system is constructed for the control target, the time response of the command torque is measured by giving a speed command, and at the same time, the time response is input to the first-order lag system described above. As an output, a time response equivalent to the time response of the finger torque of the IP control system is obtained.
こうやって得られた I P制御系の応答に等価な時間応答と、 測定した P I制御 系の時間応答の差異により、 制御対象の特性を同定し、 それに基づいて最終的に 構築する制御系が望ましい挙動を示すように制御装置の制御定数を設定すること が可能となる。  Based on the difference between the time response equivalent to the response of the IP control system obtained in this way and the measured time response of the PI control system, it is desirable to identify the characteristics of the control target and finally build a control system based on it. It is possible to set the control constant of the control device so as to show the behavior.
つまり実際に P I制御系と I P制御系の両方を構築して時間応答を測定する場 合に比べると測定回数が半分で済むため、 作業能率の向上が可能となる。  That is, the number of times of measurement is half as compared with the case where both the PI control system and the IP control system are actually constructed and the time response is measured, so that the work efficiency can be improved.
本発明の実施例では、 P I制御系と I P制御系の時間応答の差異を利用する場 合について説明したが、 本発明は P I D制御系や I PD制御系等種々の制御系を 用いる場合にも適用できる。  In the embodiment of the present invention, the case where the difference in time response between the PI control system and the IP control system is used has been described.However, the present invention is applicable to the case where various control systems such as the PID control system and the IPD control system are used. Applicable.
本発明の実施例では、 時間応答としてステップ応答、 ランプ応答、 パラボリッ ク応答、 正弦波応答、 そして時間 tに関して ί (t) =a e— Tl 、 f (t) =a t e-Tt という関数となる指令に対する応答を用いる場合について説明したが、 本発明はインパルス応答、 台形状指令パタンに対する応答等、 任意の時間応答を 用いる場合にも適用できる。 In the embodiment of the present invention, the time response is a step response, a ramp response, a parabolic response, a sine wave response, and a function of 時間 (t) = ae— Tl and f (t) = ate- Tt with respect to time t. The case where a response to a command is used has been described. However, the present invention can be applied to a case where an arbitrary time response such as an impulse response or a response to a trapezoidal command pattern is used.
本発明の実施例では、 時間応答としてステップ応答の遅れ時間を用いる場合に ついて説明したが、 本発明は立ち上がり時間、 オーバシュート量等種々の特徴量 を用いる場合にも適用できる。  In the embodiment of the present invention, the case where the delay time of the step response is used as the time response has been described. However, the present invention can be applied to the case where various characteristic amounts such as the rise time and the amount of overshoot are used.
以上述べた技術は、 以下に示すように、 粘性摩擦が存在する制御対象の場合の 粘性摩擦係数の同定方法にも適用できる。 さらには、 まず粘性摩擦係数を同定し た後で、 イナ一シャの同定を行なうことができる。 As described below, the technology described above is applied to the case of a controlled object in which viscous friction exists. It can be applied to the identification method of the viscous friction coefficient. Furthermore, after identifying the viscous friction coefficient first, the inertia can be identified.
図 9は制御対象に粘性摩擦が存在する P I制御系、 図 1 0は制御対象に粘性摩 擦が存在する I P制御系を示す。 図中、 Jはサ一ボモータの口一タイナーシャと 負荷のイナ一シャの総和であり、 Dは粘性摩擦係数である。 制御対象以外は上述 したものと同じである。  Fig. 9 shows a PI control system with viscous friction in the controlled object, and Fig. 10 shows an IP control system with viscous friction in the controlled object. In the figure, J is the sum of the inlet and outlet inertia of the servomotor and the inertia of the load, and D is the viscous friction coefficient. Other than the control target, it is the same as described above.
P I制御系と I P制御系の時間応答の差異から Dを同定する方法について説明 する o  Explain how to identify D from the difference in time response between PI control system and IP control system.o
図 9、 図 1 0において、 速度指令から指令トルクへの伝達関数を考える。 P I 制御系の伝達関数を GTP I (s) とすると次式で示され、
Figure imgf000011_0001
In Figs. 9 and 10, consider the transfer function from the speed command to the command torque. When the transfer function of the PI control system is GTP I (s), it is expressed by the following equation.
Figure imgf000011_0001
I P制御系の伝達関数 GT I P (s) とすると次式で与えられる。
Figure imgf000011_0002
The transfer function of the IP control system G TIP (s) is given by the following equation.
Figure imgf000011_0002
ここで、 簡単化のため、 (22)式 ( (23) 式も同様) の分母を Bとおく。  Here, for simplicity, let B be the denominator of Eq. (22) (also Eq. (23)).
その結果 P I制御系と I P制御系の速度指令に対する指令トルクの応答の差は
Figure imgf000011_0003
As a result, the difference between the command torque response to the speed command of the PI control system and the IP control system is
Figure imgf000011_0003
となる。 Becomes
ここで、 簡単化のため、 (24)式の分子を Eとおく。  Here, for simplicity, let the numerator of equation (24) be E.
速度指令信号が Vref(s)であった場合に、 その指令トルクの応答の差を n階稻 分した値の定常値 Ωは最終値定理により、 t→∞ (即ち定常状態) において、  When the speed command signal is Vref (s), the steady-state value Ω of the value obtained by dividing the response difference of the command torque by nth order is given by the final value theorem from t → ∞ (that is, steady state).
E 1  E 1
Ω = lira s Vref (s) ' (25)  Ω = lira s Vref (s) '(25)
s→0 B s n s → 0 B s n
となる。 なお、 上記の指令トルクの応答の差を II階積分とするという行為は、 措令トル クの応答を n階積分しその差を取ることと等価である。 以下、 「指令トルクの差 の n階積分値」 という記述は 「指令トルクの n階積分値の差」 という意味を含む ものとする。 Becomes Note that the above-mentioned act of making the difference between the response of the command torque and the II-order integral equivalent to the n-order integration of the response of the control torque and taking the difference. Hereinafter, the description “n-order integrated value of command torque difference” shall mean “difference of n-order integrated value of command torque”.
この n階積分するという処理は、 n = 0の場合、 すなわち積分を行わない場合、 および nが負の場合、 すなわち微分する場合も含むものとする。  This n-order integration process includes the case where n = 0, that is, the case where no integration is performed, and the case where n is negative, that is, the case where differentiation is performed.
その係数が既知の任意の速度指令信号に対して、 その指令トルクの応答の差が 収束する階数だけ積分することで Dの同定が可能となる。  D can be identified by integrating with any speed command signal whose coefficient is known by the rank at which the response difference of the command torque converges.
実際上は t→ooになるまで待つ必要はなく、 時 l¾ tが制御系の固有周期の 3〜 5倍程度におレ、て定常状態となり、 (25)式の値に充分収束する。  In practice, there is no need to wait until t → oo, and the time l¾t is about 3 to 5 times the natural period of the control system, and a steady state is reached, and the value converges sufficiently to the value of equation (25).
以下に速度指令として 6種類の信号を用いた場合に、 上記の方法を用いて Dを 同定する方法を例示する。  The following is an example of a method for identifying D using the above method when six types of signals are used as speed commands.
[例 1 :ステップ信号]  [Example 1: Step signal]
速度措令信号として  As a speed control signal
( 0 t < 0  (0 t <0
f (t) = a · n (t) , n (t) = \ … (26)  f (t) = a · n (t), n (t) = \… (26)
1 1 t≥ 0 1 1 t≥ 0
というステツプ信号を与えると、 その指令トルクの差の積分値の定常値 Ωは、 When the step signal is given, the steady value Ω of the integrated value of the difference between the command torques is
E a 1  E a 1
Ω = l ira s = D - T i a (27)  Ω = l ira s = D-Ti a (27)
s→0 B  s → 0 B
と言う値に収束する。 Converge to the value
[例 2 :ランプ信号]  [Example 2: Lamp signal]
速度指令信号として  As speed command signal
Vref (t) = a t (28)  Vref (t) = at (28)
というランプ信号を与えると、 その指令トルクの差の定常値 Ωは、 Given a ramp signal, the steady-state value Ω of the command torque difference is
E a  E a
Ω = l ira s = D · T i a (29)  Ω = l ira s = DTia (29)
s→0 B  s → 0 B
と言う値に収束する < [例 3 ··パラボリック信号] Converge to the value < [Example 3 ··· Parabolic signal]
速度指令信号として  As speed command signal
Vref (t) =a t 2 … (30) Vref (t) = at 2 … (30)
というパラボリック信号を与えると、 その指令トルクの差の微分値の定常値 Ωは、 Given a parabolic signal, the steady-state value Ω of the differential value of the command torque difference is
E 2 a  E 2 a
Ω= nm s S = 2D · Ti - a - (29)  Ω = nm s S = 2DTi-a-(29)
s→0 B  s → 0 B
と言う値に収束する。 Converge to the value
[例 4 :正弦波信号]  [Example 4: Sine wave signal]
速度指令信号として  As speed command signal
f (t) =asin(o t) … (30)  f (t) = asin (o t)… (30)
という正弦波信号を与え、 その指令トルクの差の 2階積分値の定常値 Ωは、 And the steady-state value Ω of the second-order integral of the difference in command torque is
E a ω 1 D · Ti - a  E a ω 1 DTi-a
Ω= hm s (31)  Ω = hm s (31)
s→0 B 52 + ω' ω s → 0 B 5 2 + ω 'ω
と言う値に収束する。 Converge to the value
[例 5 :指数関数状信号 1 ]  [Example 5: Exponential signal 1]
速度指令信号として  As speed command signal
f (t) = a e—Tt (32) f (t) = ae— Tt (32)
という信号を与え、 その指令トルクの差の 2階積分値の定常値 Ωは、 And the steady-state value Ω of the second-order integral of the command torque difference is
E a 1 D · Ti · a  E a 1 D
Ω= hm s (33)  Ω = hm s (33)
B s +T T  B s + T T
という値に収束する。 Converges to the value
[例 6 :指数関数状信号 2 ]  [Example 6: Exponential signal 2]
速度指令信号として  As speed command signal
f (t) =a t e"Tt … (34) f (t) = ate " Tt … (34)
という信号を与え、 その指令トルクの差の 2階積分値の定常値 Ωは、 And the steady-state value Ω of the second-order integral of the command torque difference is
E a 1 D · Ti · a  E a 1 D
Ω= lira s (33)  Ω = lira s (33)
s→0 B (s +T)2 s: という値に収束する。 s → 0 B (s + T) 2 s : Converges to the value
具体的測定方法は、 Kv と Ti を適当な値に設定し、 P 1と I Pの両制御系に 対し、 上記の速度指令信号を与え、 その指令トルクをおのおの記録し、 その値の 差をその速度指令信号種類に応じた階数 (- 1〜2回) 積分する。  The specific measurement method is to set Kv and Ti to appropriate values, apply the above speed command signals to both the P1 and IP control systems, record the command torque, and record the difference between the values. The number of floors corresponding to the speed command signal type (-1 to 2 times) Integrate.
前述した様に、 時間 tが制御系の固有周期の 3〜 5倍程度において定常状態と なり、 積分した値が (27), (29), (31), (33),(35)式の値に収束している為、 これら の式において a、 Ti 、 T、 及び ωも、 その値が既知であるから、 それから Dの 同定値 Dの値が計算出来る。  As described above, the time t becomes a steady state when the natural period of the control system is about 3 to 5 times the natural period, and the integrated value is expressed by Eqs. (27), (29), (31), (33), and (35). Since these values converge, the values of a, Ti, T, and ω in these equations are also known, so that the value of D's identification value D can be calculated from them.
D' の値が図 1の粘性摩擦補償部の係数 (ゲイン) となる。 そのようすを示す のが図 1 1、 図 1 2、 図 1 3であり、 図 1 1のように設定する。 すると、 図 1 2 のの公知の変形により、 最終的に図 1 3のように粘性摩擦 Dが消失していること カゎカヽる。  The value of D 'is the coefficient (gain) of the viscous friction compensator in Fig. 1. This is shown in Fig. 11, Fig. 12, and Fig. 13, which are set as shown in Fig. 11. Then, it is apparent that the viscous friction D has finally disappeared as shown in FIG. 13 due to the known deformation of FIG.
このようにした上で、 前述したィナーンャの同定を行うことができる。  After doing so, it is possible to identify the above-mentioned inner caller.
以上、 速度指令として単純な 6種類の信号を用いた場合に、 Dを同定する方法 を例示したが、 これら以外の信号の利用も可能である。  As described above, the method of identifying D when six simple signals are used as the speed command has been described as an example. However, other signals can be used.
図 9、 図 1 0において、 速度指令から指令トルクへの Ρ I制御系の伝達関数 G TP . (s) : (22)式と I P制御系の伝達関数 G T I I> (s) : (23)式の関係は In Fig. 9 and Fig. 10, the transfer function of the 指令 I control system from the speed command to the command torque G TP. (S): Equation (22) and the transfer function of the IP control system G TII > (s): (23) The relation of the expression is
GTP . (S) = (Ti · s + 1 ) · GT I P (S) … (36)  GTP. (S) = (Ti · s + 1) · GT I P (S)… (36)
の様になつているため、 I P制御系の指令トルクの応答は P I制御系の指令トル クの応答に 1 Z (Ti · s + 1 ) を掛けた値と等価である。 Therefore, the response of the command torque of the IP control system is equivalent to the value obtained by multiplying the response of the command torque of the PI control system by 1 Z (Ti · s + 1).
信号に 1 Z (Ti · s + 1 ) を掛けるという操作は、 P I制御系の積分時定数 Ti と等しい時定数をもつ一次遅れ系にその信号を入力し、 その出力を得ること に相当する。  Multiplying a signal by 1 Z (Ti · s + 1) is equivalent to inputting the signal to a first-order lag system having a time constant equal to the integral time constant Ti of the PI control system and obtaining the output.
つまり、 図 1 4に示すような構成で、 粘性摩擦が存在する制御対象に P I制御 系を構築し、 速度指令を与えて指令トルクの時間応答を測定すると同時に、 その 時間応答を前述の一次遅れ系に入力すれば、 その出力として I P制御系の指令ト ルクの時間応答に等価な時間応答が得られることになる。 こうして得られた P Iと 1 P両制御系の時 i¾]応答の差異により粘性摩擦係数を 同定することにより、 P I制御系と I P制御系の時 応答を個別に測定する場合 に比べて、 作業能率の向上が可能となる。 In other words, with the configuration shown in Fig. 14, a PI control system is constructed for the control object where viscous friction exists, and the time response of the command torque is measured by giving a speed command, and at the same time, the time response is reduced by the first-order lag. When input to the system, a time response equivalent to the time response of the command torque of the IP control system is obtained as the output. By identifying the viscous friction coefficient based on the difference in the response obtained for both the PI and 1P control systems obtained in this way, the work efficiency is higher than when measuring the time response of the PI control system and the IP control system individually. Can be improved.
本発明の実施例では、 P I制御系と I P制御系の時間応答の差異を利用する場 合について説明したが、 本発明は P I D制御系等種々の制御系を用いる場合にも 適用でさる。  In the embodiment of the present invention, the case where the difference in time response between the PI control system and the IP control system is used has been described. However, the present invention is also applicable to the case where various control systems such as the PID control system are used.
本発明の実施例では、 サ一ボモータの速度制御においてイナーシャおよび粘性 摩擦を同定する場合について説明したが、 これに限られるものではない。 すなわ ち、 位置制御や、 力の制御、 の場合等においても、 操作量から制御 liまでのゲイ ンゃ、 制御量の大きさに比例する抵抗成分が存在する場合、 それらの係数を同定 するために適用できる。  In the embodiment of the present invention, the case where the inertia and the viscous friction are identified in the speed control of the servomotor has been described, but the present invention is not limited to this. In other words, in the case of position control, force control, etc., if there is a gain component from the manipulated variable to the control li and a resistance component proportional to the magnitude of the control variable, identify those coefficients. Applicable for.
本発明の実施例では、 時間応答として 6種類の入力信号に対する応答を測定す る場合について説明したが、 本発明はその他の時間応答を用いる場合にも適用で きる。  In the embodiment of the present invention, the case where the response to six types of input signals is measured as the time response has been described. However, the present invention can be applied to the case where other time responses are used.
以上述べたようにして得られた Jの値を用いて、 速度制御系が望ましい応答を するように制御定数 Kv と Ti の値を設定する。  Using the value of J obtained as described above, the values of the control constants Kv and Ti are set so that the speed control system performs the desired response.
〔産業上の利用可能性〕  [Industrial applicability]
本発明は、 サーボモータの速度制御、 工作機械の主軸モ一夕の速度制御、 ロボ ットの駆動用サーボモータの速度制御等の他、 位置制御や、 力の制御、 の場合等 においても、 操作量から制御量までのゲインゃ制御量の大きさに比例する抵抗成 分が存在する場合、 その係数を同定するために適用できる。  The present invention is applicable to position control, force control, and the like in addition to the speed control of a servo motor, the speed control of a spindle motor of a machine tool, the speed control of a servomotor for driving a robot, and the like. If there is a resistance component proportional to the magnitude of the gain from the manipulated variable to the control variable divided by the magnitude of the control variable, it can be applied to identify the coefficient.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
1 . 制御対象の特性を示す関数の定数同定方法において、 同一の制御対象に、 伝達関数が相異なる複数種類の制御系を切り換え可能に構築し、 同一の人力信号 に対する時間応答をそれぞれ測定し、 その測定結果の差異に Sづいて制御対象の 特性を示す関数の定数を同定することを特徴とする同定方法。  1. In the method of identifying the constant of a function indicating the characteristics of a controlled object, a plurality of types of control systems having different transfer functions are constructed so as to be switchable for the same controlled object, and time responses to the same human power signal are measured, respectively. An identification method characterized by identifying a constant of a function indicating a characteristic of a control target based on a difference between the measurement results.
2 . 制御対象の特性を示す関数の定数は、 制御系のイナ一シャであることを特 徴とする請求項 1記載の同定方法。  2. The identification method according to claim 1, wherein the constant of the function indicating the characteristic of the controlled object is the inertia of the control system.
3 . 制御対象の特性を示す関数の定数は、 制御系の粘性摩擦係数であることを 特徴とする請求項 1記載の同定方法。  3. The identification method according to claim 1, wherein the constant of the function indicating the characteristic of the controlled object is a viscous friction coefficient of the control system.
4 . 測定結果の差異は差分であることを特徴とする請求項 1記載の同定方法。 4. The identification method according to claim 1, wherein the difference between the measurement results is a difference.
5 . 測定結果の差異は比であることを特徵とする請求頃 1記載の同定方法。5. The identification method according to claim 1, wherein the difference between the measurement results is a ratio.
6 . 前記測定結果の差異による制御対象の特性を示す関数の定数の同定は、 任 意の入力信号に対して、 最終値の定理を利用し、 その定常値が収束する回数だけ 積分または微分することを特徵とする請求項 1記載の同定方法。 6. The identification of the constant of the function indicating the characteristic of the control object based on the difference in the measurement results is performed by using the final value theorem for any input signal and integrating or differentiating the number of times the steady value converges. 2. The identification method according to claim 1, wherein:
7 . 前記測定結果の差異による制御対象の特性を示す関数の定数の同定は、 入 力信号をステップ入力とし、 定常応答を測定することを特徴とする請求项 1記載 の同定方法。  7. The identification method according to claim 1, wherein the identification of the constant of the function indicating the characteristic of the control target based on the difference in the measurement result is performed by using an input signal as a step input and measuring a steady-state response.
8 . 前記測定結果の差異による制御対象の特性を示す関数の定数の同定は、 入 力信号をランプ入力とし、 定常応答を測定することを特徴とする請求項 1記載の 同定方法。  8. The identification method according to claim 1, wherein the identification of the constant of the function indicating the characteristic of the controlled object based on the difference in the measurement result is performed by measuring a steady-state response using an input signal as a lamp input.
9 . 前記測定結果の差異による制御対象の特性を示す関数の定数の同定は、 入 力信号をパラボリック入力とし、 定常応答を測定することを特徴とする請求項 1 記載の同定方法。  9. The identification method according to claim 1, wherein the identification of the constant of the function indicating the characteristic of the controlled object based on the difference between the measurement results is performed by using an input signal as a parabolic input and measuring a steady-state response.
1 0 . 前記測定結果の差異による制御対象の特性を示す関数の定数の同定は、 入 力信号を正弦波入力とし、 定常応答を測定することを特徴とする請求項 1記載の 同定方法。  10. The identification method according to claim 1, wherein the identification of the constant of the function indicating the characteristic of the control target based on the difference between the measurement results is performed by setting an input signal to a sine wave input and measuring a steady-state response.
1 1 . 前記測定結果?)差異による制御対象の特性を示す関数の定数の同定は、 入力信号を時間 tに関して ί ( t ) = a e -T ' という値を示す信号とし、 定常応 答を測定することを特徴とする請求項 1記載の同定。 1 1. The measurement result? ) Identification of the constant of the function indicating the characteristic of the controlled object due to the difference, 2. The identification according to claim 1, wherein the input signal is a signal indicating a value of ί (t) = ae- T 'with respect to time t, and a steady-state response is measured.
1 2. 前記測定結果の差異による制御対象の特性を示す関数の定数の同定は、 入力信号を時間 tに関して f ( t ) = a t e " T l という値を示す信号とし、 定常 応答を測定することを特徴とする請求項 1記載の同定方法。 1 2. The identification of the constant function showing the characteristics of the controlled object due to the difference of the measurement results, f (t) the input signal with respect to time t = ate "a signal indicating a value of T l, measuring the steady-state response 2. The identification method according to claim 1, wherein:
1 3. 前記測定結果の差異による制御対象の特性を示す関数の定数の同定は、 入力信号をステップ入力とし、 遅れ時間の比と減衰率 ^の値の関係を利 j|jするこ とを特徴とする請求項 1記載の同定方法。  1 3. Identification of the constant of the function indicating the characteristics of the controlled object based on the difference in the measurement results is based on the fact that the input signal is used as a step input and the relationship between the ratio of the delay time and the value of the attenuation factor ^ is used. The identification method according to claim 1, wherein the identification method is characterized in that:
1 . 前記測定結果の差異による制御対象の特性を示す関数の定数の M定は、 一種類の制御系のみで測定する時間応答と、 その時間応答を信号処理して他種類 の制御系の時間応答と等価にした時間応答を用いることを特徴とする請求項 1記 載の同定方法。  1. The M constant of the constant of the function indicating the characteristic of the controlled object due to the difference of the measurement results is the time response measured by only one type of control system, and the time response of the other type of control system by processing the time response. 2. The identification method according to claim 1, wherein a time response equivalent to the response is used.
1 5. 時間応答を測定する制御系を P I制御系とし、 信号処理を、 P I制御系 の積分時定数と等しレ、時定数をもつ一時遅れ系に入力し、 その出力を得ることで I P制御系における時間応答と等価にした時間応答を用いることを特徴とする請 求項 1 4記載の同定方法。  1 5. The PI control system is used as the control system for measuring the time response, and the signal processing is input to a temporary delay system having a time constant equal to the integral time constant of the PI control system. The identification method according to claim 14, wherein a time response equivalent to a time response in a control system is used.
1 6 . 請求項 3記載の方法により制御系の粘性摩擦係数を同定したのち、 請求 項 2記載の方法により制御系のィナ一シャを同定する制御対象の特性を示す関数 の定数同定方法。  16. A method for identifying a constant of a function indicating a characteristic of a control target, wherein after identifying a viscous friction coefficient of a control system by the method according to claim 3, the inertia of the control system is identified by the method according to claim 2.
1 7. 任意の入力信号を設定できる入力信号設定手段と、 前記入力信号設定手 段で設定された入力信号を入力し操作量を制御対象に出力する相異なる複数種類 の制御演算部と、 前記制御演算部のうちいずれかひとつを有効にする切替手段と 制御対象の出力値を記憶する出力値記憶手段と、 前記出力値から制御対象のパラ メータを同定する制御対象ノ ラメ一夕同定演算部とを設けたことを特徴とする制 御対象の特性を示す関数の定数同定装置。  1 7. An input signal setting means capable of setting an arbitrary input signal, a plurality of different types of control calculation units for inputting the input signal set by the input signal setting means and outputting an operation amount to a control target, Switching means for enabling any one of the control calculation units, output value storage means for storing the output value of the control target, and a control target noise identification calculation unit for identifying a parameter of the control target from the output value And a constant identification device for a function indicating a characteristic of a control target.
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