WO2002082202A1 - Organe de commande de moteur et procede de mesure de caracteristiques d'un mecanisme - Google Patents

Organe de commande de moteur et procede de mesure de caracteristiques d'un mecanisme Download PDF

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Kazuhiro Tsuruta
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Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
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Definitions

  • the present invention relates to a motor control device for controlling a motor, a robot, a machine tool, and the like, and in particular, to a mechanical characteristic for measuring a frequency characteristic of a mechanism connected to the motor and a mechanical characteristic including an inertia including a mechanical part. Related to the measurement method.
  • the motor When a motor, a robot, a machine tool, etc. are controlled by a motor control device, the motor is connected to a mechanical unit, including the frequency characteristics of the mechanical unit connected to the motor and the mechanical unit. It is necessary to measure the mechanical characteristics 14 consisting of inertia.
  • a method of measuring the frequency characteristic of the mechanical section a method of inputting a high-speed sweep wave as a torque command, inputting the torque command, and measuring a frequency response using a motor speed as an output (first conventional method), There is a method (second conventional method) in which a fast sweep wave is input as a speed command, and this speed command is input, and the frequency response is measured using the motor speed as an output.
  • This conventional motor control device is composed of a disturbance signal generator 15, a current controller 17, a detector 20, a differentiator 26, and a frequency response measurement unit 27. The frequency characteristic of the motor 18 to which the unit 19 is connected is measured.
  • the disturbance signal generator 15 generates and outputs a fast sweep wave.
  • the current controller 17 receives the high-speed sweep wave output from the disturbance signal generator 15 as a torque command, converts the torque command into a current command, and converts the current supplied to the motor 18 into the current command.
  • the motor 18 is driven by performing current control that matches with the above.
  • the detector 20 detects the rotation position of the rotation shaft by being connected to the rotation shaft of the motor 18 or the like.
  • the differentiator 26 calculates the motor speed from the output signal of the detector 20.
  • the frequency response measurement unit 27 calculates the difference between the torque command output from the disturbance signal generation unit 15 and the torque command. The frequency response is measured by inputting the motor speed calculated by the divider 26.
  • This conventional motor control device includes a disturbance signal generator 15, a speed controller 13, a torque filter 14, a current controller 17, a detector 20, a differentiator 26, It comprises a frequency response measuring section 27, and measures the frequency characteristics of the motor 18 to which the mechanical section 19 is connected, similarly to the motor control device shown in FIG.
  • the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the speed controller 13 receives the output of the disturbance signal generator 15 as a speed command, and generates a torque command such that the motor speed calculated by the differentiator 26 matches the speed command. Speed control is being performed.
  • the torque filter unit 14 receives a torque command from the speed control unit 13 and performs a filtering process using a low-pass filter or the like.
  • the current control unit 17 in the second conventional method receives a torque command from the torque filter unit 14, converts the torque command into a current command, and converts the current supplied to the motor 18 into this current. Motor 18 is driven by performing current control that matches the command.
  • the frequency response measurement unit 27 in the second conventional method also includes a speed command, which is the output of the disturbance signal generation unit 15, and a differential unit 2, similarly to the conventional motor control device shown in FIG.
  • the frequency response is measured by inputting the motor speed calculated in step 6. According to the first and second conventional methods described above, the frequency characteristic of the mechanical section 19 connected to the motor 18 can be measured.
  • the method is affected by a constant disturbance force due to gravity and a disturbance due to friction characteristics of a mechanism. Therefore, in some cases, the motor position shifts before and after measuring the frequency characteristics, and it is necessary to return the motor position to the initial position after measuring the frequency response. If this happens, measure the frequency characteristics. Protective measures such as suspension may be required. In addition, if the amount of displacement increases, there is a problem that the movable range of the force is out of the range.
  • the speed loop since the speed loop is configured, the occurrence of the displacement can be substantially suppressed.
  • the torque command since the torque command is determined so as to match the high-speed sweep wave input as the speed command, the torque command increases as the command frequency of the speed command increases, eventually causing torque saturation. In this case, not only the frequency response cannot be measured, but also the motor and the mechanism may be destroyed.
  • By taking measures such as reducing the speed loop gain such problems can be avoided.However, if the speed loop gain is reduced, the response of the speed loop will be slowed down. The problem that measurement cannot be performed occurs.
  • the fast sweep wave is used as the speed command, the speed loop characteristics affect the frequency response, and there is a problem that accurate frequency characteristics cannot be obtained.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-88870 the torque command is changed to change the rotation speed, and the integral of the torque command and the change width of the rotation speed are calculated.
  • a device for identifying inertia from a calculation of (integral amount of torque command) / (rotational speed change width) is disclosed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-70656 discloses that a speed command having a ramp portion is input, a speed loop is performed by P control (proportional control), and a steady speed deviation in a state where there is no load inertia. And a device for identifying the load inertia from the ratio of the steady-state speed deviation in a state where the load inertia is present.
  • inertia compensation for correcting the inertia of the motor is performed using the inertia identified by such a method. Specifically, the inertia compensation is performed by previously multiplying the output of the speed command by the reciprocal of the motor inertia. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to improve the frequency response of a mechanism without causing displacement or torque saturation.
  • An object of the present invention is to provide a motor control device and a measuring force characteristic measuring method capable of measuring accurately.
  • Another object of the present invention is to provide a force characteristic measuring method capable of simultaneously measuring frequency characteristics and identifying inertia.
  • a motor control device includes: a detector that detects a position of a motor;
  • a position control unit for inputting a position command from the command generation unit and generating a speed command such that the position command matches the motor position to perform position control; and the speed command matches the motor speed.
  • a speed control unit that performs speed control by generating such a torque command
  • a torque filter unit that performs a filtering process on the torque command
  • a disturbance signal generator that generates and outputs a torque disturbance
  • An adder that adds a torque disturbance generated by the disturbance signal generation unit to a torque command from the torque filter unit and outputs the obtained signal as a new torque command;
  • a torque command output from the adder is input, the torque command is converted into a current command, and current control is performed so that the current supplied to the motor matches the converted current command, thereby driving the motor.
  • Current control unit that performs
  • a frequency response measuring unit that inputs a tonnolek command output from the adder and a motor speed calculated by the differentiator and measures a frequency response.
  • the present invention provides a position loop and a torque loop in which a torque disturbance is applied to a torque command in a state where a position loop and a speed loop are formed, and a frequency response between the torque command and the motor speed with the torque disturbance is measured.
  • the frequency response can be measured without generating noise, and the frequency response can be measured accurately without being affected by the position loop or velocity loop.
  • the torque disturbance may be a fast sweep wave or an M-sequence signal.
  • the method for measuring mechanical characteristics of the present invention includes a detector for detecting a position of a motor, a differentiator for calculating a motor speed from a motor position detected by the detector, and a command generator for outputting a position command.
  • the motor control device having a flow control unit a mechanical characteristic measuring method for measuring the mechanical properties
  • the present invention provides a position loop and a torque loop in which a torque disturbance is applied to a torque command in a state where a position loop and a speed loop are formed, and a frequency response between the torque command and the motor speed with the torque disturbance is measured.
  • the frequency response can be measured without generating noise, and the frequency response can be measured accurately without being affected by the position loop or velocity loop.
  • a step of previously obtaining a frequency characteristic of a motor alone is provided;
  • the method may further include calculating a total inertia value including a mechanical unit by comparing the frequency characteristic of the motor alone with the measured frequency characteristic.
  • the mechanical characteristic measuring method of the present invention since the position command is fixed to the current position and the inertia is identified, the inertia can be identified without changing the position of the motor. In addition, since inertia can be easily identified from the obtained frequency characteristics, an independent device is not required to identify the inertia.
  • the step of calculating the total inertia value includes:
  • the frequency characteristics of the motor alone may be measured using a control device model simulating the motor control device, or the frequency characteristics of the motor control device in a state where a mechanical unit is removed from the motor. May be obtained by measuring.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a motor control device to which the first conventional method is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a motor control device to which the second conventional method is applied.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a motor control device for performing the mechanical characteristic measuring method according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing frequency response measurement results by simulation.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating the configuration of the control device model.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining an inertia identification method using a frequency response measurement result.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a motor control device to which the method for measuring force characteristics according to one embodiment of the present invention is applied.
  • the motor control device includes a command generation unit 11, a position control unit 12, a speed control unit 13, a torque filter unit 14, and a disturbance signal generation unit 1. 5, an adder 16, and a current control unit 17, which measure the frequency characteristics of the motor 18 to which the mechanical unit 19 is connected.
  • a command generation unit 11 a position control unit 12, a speed control unit 13, a torque filter unit 14, and a disturbance signal generation unit 1.
  • an adder 16 and a current control unit 17, which measure the frequency characteristics of the motor 18 to which the mechanical unit 19 is connected.
  • FIG. 3 the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the command generation unit 11 outputs a position command, and when measuring the mechanical characteristics, outputs the position command fixed to the current position.
  • the position control unit 12 inputs the position command from the command generation unit 11 and the motor position of the motor 18 detected by the detector 20 and issues a speed command such that the two positions match.
  • the position is controlled by generating it.
  • the speed controller 13 receives the speed command from the position controller 12 and the motor speed of the motor 18 calculated by the differentiator 26, and inputs the speed command from the position controller 12 and the differentiator 26.
  • the speed control of the motor 18 is performed by generating a torque command such that the motor speed of the motor 18 calculated according to the above is matched.
  • the adder 16 calculates the torque command from the torque filter section 14 using the high-speed sweep wave generated by the disturbance signal generation section 15 as a torque disturbance and calculates the calorie as a new torque command using the obtained signal. Output.
  • the current control unit 17 in the present embodiment converts the torque command output from the adder 16 into a current command, performs current control so that the detected motor current matches this current command, and controls the motor 18. Supply current.
  • the frequency response measurement unit 2 1 is an adder 1 6 The frequency response is measured by inputting the tonnolek command, which is the output of, and the motor speed calculated by the differentiator 26.
  • FIG. 4 shows the result of simulating the frequency response using the mechanical characteristic measuring method according to the present embodiment, the first conventional method, and the second conventional method.
  • the frequency characteristic is shown by a Bode diagram including a gain diagram and a phase diagram.
  • (1) is a graph of frequency characteristics obtained by the force characteristic method according to the present embodiment
  • (2) is a graph of frequency characteristics obtained by the first conventional method
  • (3) is obtained by the second conventional method.
  • 2 shows a graph of the frequency characteristics of the sample.
  • the graphs (1) and (2) are almost the same and overlap. In each case, the anti-resonance frequency and the resonance frequency match the preset mechanical characteristics.
  • the frequency response is measured after forming the position loop, no displacement occurs. Therefore, immediately after the frequency response measurement, the measurement under another driving condition is performed. Actions can be taken.
  • the fast sweep wave is input as torque disturbance, only a torque command equivalent to the magnitude of the fast sweep wave is calculated, so that no torque saturation occurs. Therefore, according to the mechanical characteristic measuring method of the present embodiment, the frequency characteristic can be measured without causing displacement and torque saturation.
  • a speed loop is configured, a high-speed sweep wave is input not as a speed command but as a torque disturbance, and a new torque disturbance is added to the torque command output from the speed loop. Since the frequency characteristics are measured using a simple torque command and motor speed, the characteristics of the speed loop do not affect the frequency response. This allows accurate frequency characteristics to be obtained.
  • the frequency characteristic of the motor alone is obtained in advance using the control device model.
  • the inertia is identified by comparing the frequency characteristics of the motor alone with the frequency characteristics measured by the actual motor control device.
  • the control device model is a simulation of an actual motor control device.
  • the mechanical part is treated as a rigid body. The configuration of the control device model will be described with reference to FIG.
  • the control device model includes a model position control unit 51, a model speed control unit 52, a model torque filter unit 53, a disturbance signal generation unit 54, an adder 55, and a model current control unit 56.
  • a motor model 57 represented by a motor alone, a differentiator 58, and a model frequency response measuring section 59.
  • the model position control unit 51 performs position control by generating and outputting a speed command that sets the output position of the motor model 57 to the zero position.
  • the model speed control unit 52 generates and outputs a torque command such that the speed command output from the model position control unit 51 and the speed signal output from the differentiator 58 match, thereby outputting the speed.
  • the model torque filter unit 53 receives the torque command from the model speed control unit 52 and performs a filtering process.
  • the disturbance signal generator 54 generates and outputs a fast sweep wave.
  • the adder 55 adds the high-speed sweep wave from the disturbance signal generator 54 to the torque command from the model torque filter 53 and outputs the result as a new torque command.
  • the model current controller 56 converts the torque command, which is the output of the adder 55, into a current command, and performs current control so that the detected motor current matches the current command.
  • Driving The model frequency response measuring unit 59 inputs the torque command and the motor speed, which are the outputs of the adder 55, and measures the frequency response.
  • Fig. 6 1 is a Bode diagram for a motor alone.
  • (2) indicates that the motor + mechanical section is represented by a two-inertia system. If the total inertia of the motor + mechanical section is twice that of the motor alone, (3) in Fig. 6 indicates the total inertia. value In the case where is four times that of a single motor, and in Fig. 6 is the Bode plot of when the total inertia is eight times that of a single motor.
  • the total inertia of the motor and the mechanical unit is identified by the following method.
  • the gain difference at each frequency is calculated. Then, the average value of the gain difference at each frequency obtained is calculated, and if the difference between the average values is-6 dB, the total value of the inertia is twice that of the motor alone. If it is 12 dB, it is determined that the total value of the inertia is four times that of the motor alone. That is, based on the calculated average value, the inertia total value is calculated by specifying how many times the inertia total value including the mechanical part is larger than the inertia of the motor alone.
  • the frequency characteristics of the motor alone which is the reference for identifying the inertia, can be measured in the actual motor control device with the mechanical unit removed, even if the measurement is not performed using the model controller. It may be measured.
  • the low frequency range in which the gain is compared may be a frequency range lower than the resonance frequency and the antiresonance frequency, and specifically, for example, a frequency range of 50 Hz or less can be used.
  • the identification of the inertia can be performed without changing the position of the motor. Can be.
  • an independent device is not required for identifying the inertia.
  • the present invention is not limited to such a case, and the M sequence (Maximum lengthcode: the longest code sequence) is used. It may be generated by a signal or the like.
  • the frequency response can be measured in a state where the torque command saturation does not occur without any positional deviation, so that the frequency response can be measured with high accuracy.
  • the inertia can be identified by comparing the frequency response of the model with the actual frequency response.

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Description

明細書
モータ制御装置およびメ力特性測定方法 技術分野
本発明は、 モータ、 ロボットおよび工作機械等の制御を行うモータ制御装置に 関し、 特にモータに接続されるメカの周波数特性およびメカ部を含めたイナーシ ャからなるメカ特性を測定するためのメカ特性測定方法に関する。
背景技術
モータ、 ロボットおよび工作機械等をモータ制御装置により制御する場合、 モ 一タにはメカ部が接続される^^め、 モ一タに接続されるメカ部の周波数特性およ びメカ部を含めたイナーシャからなるメカ特 14を測定することが必要となる。 メカ部の周波数特性を測定する方法としては、 トルク指令として高速掃引波を 入力し、 このトルク指令を入力とし、 モータ速度を出力とした周波数応答を測定 する方法 （第 1の従来方法） や、 速度指令として高速掃引波を入力し、 この速度 指令を入力とし、 モータ速度を出力とした周波数応答を測定する方法 （第 2の従 来方法） 等がある。
先ず、 第 1の従来方法を用いてメカ部の周波数特性を測定するモータ制御装置 の構成について図 1を用いて説明する。
この従来のモータ制御装置は、 外乱信号発生部 1 5と、 電流制御部 1 7と、 検 出器 2 0と、 差分器 2 6と、 周波数応答測定部 2 7とから構成されていて、 メカ 部 1 9が接続されているモータ 1 8の周波数特性の測定を行っている。
外乱信号発生部 1 5は、 高速掃引波を生成して出力している。 電流制御部 1 7 は、 外乱信号発生部 1 5から出力された高速掃引波をトルク指令として入力し、 このトルク指令を電流指令に変換し、 モータ 1 8に供給する電流が変換したこの 電流指令と一致するような電流制御を行うことによりモータ 1 8の駆動を行って いる。 検出器 2 0は、 モータ 1 8の回転軸に接続される等により回転軸の回転位 置を検出する。 差分器 2 6は、 検出器 2 0の出力信号からモータ速度を算出する 。 周波数応答測定部 2 7は、 外乱信号発生部 1 5の出力であるトルク指令と、 差 分器 2 6により算出されたモータ速度を入力して周波数応答を測定している。 次に、 上記の第 2の従来方法を用いてメカ部の周波数特性を測定するモータ制 御装置の構成について図 2を用いて説明する。
この従来のモータ制御装置は、 外乱信号発生部 1 5と、 速度制御部 1 3と、 ト ルクフィルタ部 1 4と、 電流制御部 1 7と、 検出器 2 0と、 差分器 2 6と、 周波 数応答測定部 2 7とから構成されていて、 図 1に示したモータ制御装置と同様に 、 メカ部 1 9が接続されているモータ 1 8の周波数特性の測定を行っている。 図 2において、 図 1中の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、 説明を 省略するものとする。
速度制御部 1 3は、 外乱信号発生部 1 5の出力を速度指令として入力し、 差分 器 2 6により算出されたモータ速度がこの速度指令に一致するようになトルク指 令を生成することにより速度制御を行っている。 トルクフィルタ部 1 4は、 速度 制御部 1 3からのトルク指令を入力し、 ローパスフィルタ等によるフィルタ処理 を行っている。
この第 2の従来方法における電流制御部 1 7は、 トルクフィルタ部 1 4からの トルク指令を入力し、 このトルク指令を電流指令に変換し、 モータ 1 8に供給す る電流が変換したこの電流指令と一致するような電流制御を行うことによりモー タ 1 8の駆動を行っている。
また、 この第 2の従来方法における周波数応答測定部 2 7も、 図 1に示した従 来のモータ制御装置と同様に、 外乱信号発生部 1 5の出力である速度指令と、 差 分器 2 6により算出されたモータ速度を入力し周波数応答の測定を行っている。 上記で説明した第 1および第 2の従来方法によれば、 モータ 1 8に接続されて いるメカ部 1 9の周波数特性を測定することができる。
しかし、 上記第 1の従来方法では、 位置ループおよび速度ループが構成されて いないため、 重力による一定外乱力や、 メカの摩擦特性にる外乱の影響を受ける 。 そのため、 場合によっては周波数特性を測定する前と後でモータ位置の位置ず れが発生し、 周波数応答測定後にモータ位置を初期位置に戻す処理が必要となつ たり、 モータ位置がある移動量以上ずれてしまった場合には周波数特性の測定を 中止する等の保護手段が必要となったりする。 また、 位置ずれ量が大きくなると メ力の可動範囲を外れてしまうという問題も発生する。
また、 上記第 2の従来方法では、 速度ループが構成されているため、 位置ずれ の発生をほぼ抑えることができる。 しかし、 速度指令として入力された高速掃引 波に一致するようにトルク指令が決定されるため、 速度指令の指令周波数が高く なるにつれてトルク指令も大きくなり、 ついにはトルク飽和を生じる。 その場合 には、 周波数応答が測定不能になるばかりでなく、 モータやメカが破壊されてし まう危険性がある。 速度ループゲインを小さくする等の対策を行えば、 このよう な不具合の発生を回避することができるが、 速度ループゲインを小さくすると速 度ループの応答が遅くなるため、 メカの周波数特性を正確に測定することができ ないという問題が発生してしまう。 また、 高速掃引波を速度指令として用いてい るため、 速度ループの特性が周波数応答に影響してしまい、 正確な周波数特性を 得ることができないという問題がある。
また、 イナ一シャを同定する方法としては、 従来から周波数特4を測定する装 置とは別の装置によりイナ一シャの同定を行う方法があった。
例えば、 特開昭 6 1 - 8 8 7 8 0号公報には.、 トルク指令を変えて回転速度を 変化させ、 トルク指令の積分量と回転速度の変化幅を計算し、 （イナ一シャ） = (トルク指令の積分量） / (回転速度変化幅） という演算からイナ一シャを同定 する装置が開示されている。 また、 特開平 6 _ 7 0 5 6 6号公報には、 ランプ部 を有する速度指令を入力して速度ループを P制御 （比例制御） で行い、 負荷イナ 一シャが無い状態での定常速度偏差と、 負荷イナ一シャがある状態での定常速度 偏差の比から負荷イナ一シャを同定する装置が開示されている。
そして、 このような方法により同定されたイナ一シャを用いてモータのイナ一 シャを補正するイナーシャ補償が行われる。 具体的には、 イナーシャ補償は予め 速度指令の出力にモータイナーシャの逆数を乗じることにより行われる。 発明の開示
本発明の目的は、 位置ずれやトルク飽和を発生させずに、 メカの周波数応答を 正確に測定することができるモータ制御装置及びメ力特性測定方法を提供するこ とである。
また、 本発明の他の目的は、 周波数特性の測定とイナ一シャの同定を同時に行 うことができるメ力特性測定方法を提供することである。
上記問題点を解決するために、 本発明のモータ制御装置は、 モータの位置を検 出する検出器と、
前記検出器により検出されたモータ位置からモータ速度を算出する差分器と、 位置指令を出力していて、 メカ特性の測定を行う場合には該位置指令を現在位 置に固定して出力する指令発生部と、
前記指令発生部からの位置指令を入力し、 該位置指令と前記モータ位置が一致 するような速度指令を生成することにより位置制御を行う位置制御部と、 前記速度指令と前記モータ速度が一致するようなトルク指令を生成することに より速度制御を行う速度制御部と、
前記トルク指令にフィルタ処理を施すトルクフィルタ部と、
トルク外乱を生成して出力している外乱信号発生部と、
前記トルクフィルタ部からのトルク指令に対して前記外乱信号発生部により生 成されたトルク外乱を加算し、 得られた信号をた新たなトルク指令として出力す る加算器と、
前記加算器の出力であるトルク指令を入力し、 該トルク指令を電流指令に変換 し、 モータに供給する電流が変換した該電流指令と一致するような電流制御を行 うことにより前記モータの駆動を行っている電流制御部と、
前記加算器の出力であるトノレク指令と、 前記差分器により算出されたモータ速 度を入力し、 周波数応答の測定を行っている周波数応答測定部とを有する。 本発明は、 位置ループと速度ループを構成した状態で、 トルク指令にトルク外 乱を加えて、 トルク外乱を加えたトルク指令とモータ速度との周波数応答を測定 することにより、 位置ずれやトルク飽和を発生させることなく周波数応答を測定 することができるともに、 位置ループや速度ループの影響を受けずに周波数応答 を正確に測定することができる。 また、 本発明の他のモータ制御装置では、 前記トルク外乱を、 高速掃引波また は M系列信号とするようにしてもよい。
また、 本発明のメカ特性測定方法は、 モータの位置を検出する検出器と、 前記 検出器により検出されたモータ位置からモータ速度を算出する差分器と、 位置指 令を出力する指令発生部と、 前記指令発生部からの位置指令を入力し、 該位置指 令と前記モータ位置が一致するような速度指令を生成することにより位置制御を 行う位置制御部と、 前記速度指令と前記モータ速度が一致するようなトルク指令 を生成することにより速度制御を行う速度制御部と、 前記トルク指令にフィルタ 処理を施すトルクフィルタ部と、 前記トルクフィルタ部の出力であるトルク指令 を入力し、 該トルク指令を電流指令に変換し、 モータに供給する電流が変換した 該電流指令と一致するような電流制御を行うことにより前記モータの駆動を行つ ている電流制御部とを有するモータ制御装置においてメカ特性を測定をするため のメカ特性測定方法であって、
前記指令発生部から出力される位置指令を現在位置に固定するステップと、 前記トルクフィルタ部の出力であるトルク指令にトルク外乱を加えた信号を新 たなトルク指令とするステップと、
前記トルク外乱が加えられたトノレク指令と、 前記差分器により算出されたモー タ速度を入力して周波数特性の測定を行うステップとを有する。
本発明は、 位置ループと速度ループを構成した状態で、 トルク指令にトルク外 乱を加えて、 トルク外乱を加えたトルク指令とモータ速度との周波数応答を測定 することにより、 位置ずれやトルク飽和を発生させることなく周波数応答を測定 することができるともに、 位置ループや速度ループの影響を受けずに周波数応答 を正確に測定することができる。
また、 本発明の他のメカ特性測定方法によれば、 モータ単体での周波数特性を 予め求めるステップと、
前記モータ単体での周波数特性と、 前記測定された周波数特性とを比較するこ とによりメカ部を含んだイナ一シャ合計値を算出するステップをさらに備えるよ うにしてもよレ、。 本発明によるメカ特性測定方法によれば、 位置指令を現在位置に固定してイナ 一シャの同定を行っているため、 モータの位置を変更することなくイナ一シャの 同定を行うことができる。 また、 得られた周波数特性からイナ一シャの同定を容 易に行うことができるため、 イナ一シャを同定するために独立した装置を必要と しない。
また、 本発明の他のメカ特性測定方法では、 前記イナーシャ合計値を算出する ステップを、
前記モータ単体での周波数特性の複数の周波数におけるゲインと、 前記測定さ れた周波数特性の複数の周波数におけるゲインをそれぞれ比較し、 前記各周波数 におけるゲインの差をそれぞれ算出するステップと、
得られた各周波数におけるゲインの差の平均値を算出するステップと、 算出された該平均値に基づいてメカ部を含んだイナーシャ合計値がモータ単体 のイナ一シャの何倍であるかを特定することにより前記イナーシャ合計値を算出 するステップとから構成するようにしてもよい。
また、 前記モータ単体での周波数特性は、 前記モータ制御装置をシミュレート した制御装置モデルを用いて測定するようにしてもよいし、 前記モータ制御装置 においてモータからメカ部を取り外した状態で周波数特性を測定することにより 得るようにしてもよレ、。 図面の簡単な説明
図 1は、 第 1の従来方法を適用したモータ制御装置の構成を示すプロック図で ある。
図 2は、 第 2の従来方法を適用したモータ制御装置の構成を示すプロック図で める。
図 3は、 本発明の一実施形態のメカ特性測定方法を行うためのモータ制御装置 の構成を示すブロック図である。
図 4は、 シミュレーシヨンによる周波数応答測定結果を示す図である。
図 5は、 制御装置モデルの構成を説明するプロック図である。 図 6は、 周波数応答測定結果を用いたイナーシャ同定方法を説明するための図 である。 発明を実施するための最良な形態
次に、 本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図 3は本発明の一実施形態のメ力特性測定方法を適用したモータ制御装置の構 成を示すプロック図である。
本実施形態によるモータ制御装置は、 図 3に示されるように、 指令発生部 1 1 と、 位置制御部 1 2と、 速度制御部 1 3と、 トルクフィルタ部 1 4と、 外乱信号 発生部 1 5と、 加算器 1 6と、 電流制御部 1 7と、 から構成されていて、 メカ部 1 9が接続されているモータ 1 8の周波数特性の測定を行っている。 図 3におい て、 図 1、 図 2中の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、 説明を省 略するものとする。
指令発生部 1 1は、 位置指令を出力していて、 メカ特性の測定を行う場合には 位置指令を現在位置に固定して出力する。 位置制御部 1 2は、 指令発生部 1 1か らの位置指令と、 検出器 2 0により検出されたモータ 1 8のモータ位置を入力し て、 この 2つの位置が一致するような速度指令を生成することにより位置制御を 行っている。
速度制御部 1 3は、 位置制御部 1 2からの速度指令と差分器 2 6により算出さ れたモータ 1 8のモータ速度を入力し、 位置制御部 1 2からの速度指令と差分器 2 6により算出されたモータ 1 8のモータ速度が一致するようなトルク指令を生 成することによりモータ 1 8の速度制御を行っている。 加算器 1 6は、 トルクフ ィルタ部 1 4からのトルク指令に、 外乱信号発生部 1 5により生成された高速掃 引波をトルク外乱としてカロ算し、 得られた信号をた新たなトルク指令として出力 している。
本実施形態における電流制御部 1 7は、 加算器 1 6の出力であるトルク指令を 電流指令に変換し、 検出されたモータ電流がこの電流指令に一致するように電流 制御を行いモータ 1 8に電流を供給する。 周波数応答測定部 2 1は、 加算器 1 6 の出力であるトノレク指令と、 差分器 2 6により算出されたモータ速度を入力して 周波数応答を測定している。
次に、 本実施形態によるメカ特性測定方法、 第 1の従来方法、 第 2の従来方法 を用いて周波数応答をシミュレーションした結果を図 4に示す。 図 4では、 周波 数特性をゲイン線図と位相図からなるボード線図により示している。 図 4中、 ① は本実施形態によるメ力特性方法により得られた周波数特性のグラフ、 ②は第 1 の従来方法により得られた周波数特性のグラフ、 ③は第 2の従来方法により得ら れた周波数特性のグラフを示している。 図 4中で、 ①、 ②のグラフはほぼ一致し ているため重なっている。 いずれの方法も、 反共振周波数および共振周波数は予 め設定したメカ特性と一致している。
本実施形態によるメカ特性測定方法によれば、 位置ループを構成した上で周波 数応答を測定しているため位置ずれが発生することがないので、 周波数応答測定 後、 直ちに別の駆動条件での動作を行うことができる。 また、 高速掃引波をトル ク外乱として入力しているため、 高速掃引波の大きさと同程度のトルク指令しか 算出されることがないためトルク飽和が発生することはない。 そのため、 本実施 形態のメカ特性測定方法によれば、 位置ずれおよびトルク飽和を発生させること なく周波数特性を測定することができる。
さらに、 本実施形態によれば、 速度ループを構成してはいるが、 高速掃引波を 速度指令としてではなく トルク外乱として入力し、 速度ループの出力であるトル ク指令にトルク外乱を加えた新たなトルク指令とモータ速度を用いて周波数特性 を測定しているため、 速度ループの特性が周波数応答に影響することはない。 こ のことにより、 正確な周波数特性を得ることができる。
次に、 本実施形態のメカ特性測定方法により、 メカ部 1 9を含めたモータ 1 8 のイナ一シャを同定するイナーシャ同定方法について説明する。
本実施形態のメカ特性測定方法では、 先ず、 制御装置モデルを用いてモータ単 体での周波数特性を予め求めておく。'そして、 モータ単体での周波数特性と、 実 際のモータ制御装置により測定した周波数特性との比較を行うことによりイナ一 シャの同定を行う。 ここで、 制御装置モデルとは、 実際のモータ制御装置をシミュレートしたもの である。 また、 制御装置モデルではメカ部は剛体であるものとして扱う。 この、 制御装置モデルの構成を図 5を用いて説明する。
制御装置モデルは、 モデル位置制御部 5 1と、 モデル速度制御部 5 2と、 モデ ノレトルクフィルタ部 5 3と、 外乱信号発生部 5 4と、 加算器 5 5、 モデル電流制 御部 5 6と、 モータ単体で表されたモータモデル 5 7と、 差分器 5 8と、 モデル 周波数応答測定部 5 9とから構成されている。
モデル位置制御部 5 1は、 モータモデル 5 7の出力位置をゼロ位置に戾すよう な速度指令を生成して出力することにより位置制御を行っている。 モデル速度制 御部 5 2は、 モデル位置制御部 5 1により出力された速度指令と差分器 5 8の出 力である速度信号が一致するようなトルク指令を生成して出力することにより速 度制御を行っている。 モデルトルクフィルタ部 5 3は、 モデル速度制御部 5 2か らのトルク指令を入力し、 フィルタ処理を行っている。 外乱信号発生部 5 4は、 高速掃引波を生成して出力する。
加算器 5 5は、 モデルトルクフィルタ部 5 3からのトルク指令に対して外乱信 号発生部 5 4からの高速掃引波を加算して新たなトルク指令として出力している 。 モデル電流制御部 5 6は、 加算器 5 5の出力であるトルク指令にを電流指令に 変換し、 検出されたモータ電流が電流指令に一致するような電流制御を行うこと によりモータモデル 5 7の駆動を行っている。 モデル周波数応答測定部 5 9は、 加算器 5 5の出力であるトルク指令とモータ速度を入力して周波数応答を計測す る。
そして、 この制御装置モデルを用いて、 モータ単体での周波数特性、 モータモ デル 5 7のイナ一シャがモータ単体のイナ一シャの 2倍、 4倍、 8倍とした場合 の周波数特性をシミュレーシヨンにより求める。 このシミュレーシヨンの結果を 図 6に示す。
図 6中における、 ①はモータ単体の場合のボード線図である。 また、 図 6中に おける②は、 モータ +メカ部が 2慣性系で表されており、 モータ +メカ部のイナ ーシャ合計値がモータ単体の 2倍の場合、 図 6中における③はィナーシャ合計値 がモータ単体の 4倍の場合、 図 6中における④はィナーシャ合計値がモータ単体 の 8倍の場合、 のボード線図である。
図 6を参照すると、 ゲイン図の低周波領域では、 イナーシャ合計値がモータ単 体の 2倍になるとモータ単体の場合と比較してゲインが 6 d B下がり、 4倍にな ると 1 2 d B下がり、 8倍になると 1 8 d B下がることがわかる。 以上の結果か ら、 モータ単体での周波数特性と、 モータにメカ部が接続された状態での周波数 特性を比較することによりモータ +メカ部のイナーシャ合計値を容易に同定する ことができることがわかる。 なお、 ゲイン降下とイナ一シャの関係は、 ゲイン降 下量 = 2 0 1 o g 10 (イナーシャ合計値 モータ単体でのイナ一シャ） （d B ) から算出すればよい。
具体的には、 以下のような方法によりモータ +メカ部のイナーシャ合計値の同 定を行う。
制御装置モデルで得られたモータ単体での周波数特性の複数の周波数における ゲインと、 測定された実機における周波数特性の複数の周波数でのゲインを比較 して、 各周波数におけるゲインの差をそれぞれ算出し、 得られた各周波数におけ るゲインの差の平均値を求め、 その平均値の差が— 6 d Bであればイナ一シャ合 計値がモータ単体のイナ一シャの 2倍であり、 一1 2 d Bであればイナ一シャ合 計値はモータ単体のイナ一シャの 4倍であると判定する。 つまり、 算出された平 均値に基づレ、てメカ部を含んだイナーシャ合計値がモータ単体のィナーシャの何 倍であるかを特定することによりイナーシャ合計値を算出する。
なお、 イナ一シャの同定を行う際の基準となるモータ単体での周波数特性は、 モデル制御装置を用いて測定しなくても、 実際のモータ制御装置においてメカ部 を取り外したモータ単体の状態で測定してもよい。
尚、 ゲインの比較を行う低周波数域としては、 共振周波数および反共振周波数 よりも低い周波数域であればよく、 具体的には例えば 5 0 H z以下の周波数域を 用いることができる。
また、 本実施形態におけるイナ一シャの同定方法では、 位置指令を現在位置に 固定しているため、 モータの位置を変更することなくイナ一シャの同定を行うこ とができる。 また、 得られた周波数特性からイナ一シャの同定を容易に行うこと ができるため、 イナ一シャを同定するために独立した装置を必要としない。 本実施形態では、 トルク外乱を、 高速掃引波により生成する場合を用いて説明 したが、 本発明はこのような場合に限定されるものではなく、 M系列 （Ma x i mum l e n g t h c o d e ：最長符号系列） 信号等により生成するように してもよレ、。
以上に説明したように、 本実施形態によれば、 位置ズレすることもなく、 トル ク指令飽和が起こらない状態で周波数応答が測定できるので、 周波数応答を高い 精度で測定することができ、 しかも、 周波数応答を測定する制御系と同じ制御装 置モデルを用いて、 モデルの周波数応答と実際の周波数応答を比較することによ り、 イナ一シャの同定を行うこともできる。

Claims

請求の範囲
1 . モータの位置を検出する検出器と、
前記検出器により検出されたモータ位置からモータ速度を算出する差分器と、 位置指令を出力していて、 メカ特性の測定を行う場合には該位置指令を現在位 置に固定して出力する指令発生部と、
前記指令発生部からの位置指令を入力し、 該位置指令と前記モータ位置が一致 するような速度指令を生成することにより位置制御を行う位置制御部と、 前記速度指令と前記モータ速度が一致するようなトルク指令を生成することに より速度制御を行う速度制御部と、
前記トルク指令にフィルタ処理を施すトルクフィルタ部と、
トルク外乱を生成して出力している外乱信号発生部と、
前記トルクフィルタ部からのトルク指令に対して前記外乱信号発生部により生 成されたトルク外乱を加算し、 得られた信号をた新たなトルク指令として出力す る加算器と、
前記加算器の出力であるトルク指令を入力し、 該トルク指令を電流指令に変換 し、 モータに供給する電流が変換した該電流指令と一致するような電流制御を行 うことにより前記モータの駆動を行っている電流制御部と、
前記加算器の出力であるトルク指令と、 前記差分器により算出されたモータ速 度を入力し、 周波数応答の測定を行っている周波数応答測定部とを有するモータ 制御装置。
2 . 前記トルク外乱が、 高速掃引波である請求項 1記載のモータ制御装置
3 . 前記トルク外乱が、 M系列信号である請求項 1記載のモータ制御装置
4 . モータの位置を検出する検出器と、 前記検出器により検出されたモー タ位置からモータ速度を算出する差分器と、 位置指令を出力する指令発生部と、 前記指令発生部からの位置指令を入力し、 該位置指令と前記モータ位置が一致す るような速度指令を生成することにより位置制御を行う位置制御部と、 前記速度 指令と前記モータ速度が一致するようなトルク指令を生成することにより速度制 御を行う速度制御部と、 前記トルク指令にフィルタ処理を施すトルクフィルタ部 と、 前記トルクフィルタ部の出力であるトルク指令を入力し、 該トルク指令を電 流指令に変換し、 モータに供給する電流が変換した該電流指令と一致するような 電流制御を行うことにより前記モータの駆動を行っている電流制御部とを有する モータ制御装置においてメカ特性を測定をするためのメカ特性測定方法であって 前記指令発生部から出力される位置指令を現在位置に固定するステップと、 前記トルクフィルタ部の出力であるトルク指令にトルク外乱を加えた信号を新 たなトルク指令とするステップと、
前記トルク外乱が加えられたトルク指令と、 前記差分器により算出されたモー タ速度を入力して周波数特性の測定を行うステップとを有するメ力特性測定方法
5 . モータ単体での周波数特性を予め求めるステップと、
前記モータ単体での周波数特性と、 前記測定された周波数特性とを比較するこ とによりメカ部を含んだイナーシャ合計値を算出するステップをさらに有する請 求項 4記載のメ力特性測定方法。
6 . 前記イナーシャ合計値を算出するステップが、
前記モータ単体での周波数特性の複数の周波数におけるゲインと、 前記測定さ れた周波数特性の複数の周波数におけるゲインをそれぞれ比較し、 前記各周波数 におけるゲインの差をそれぞれ算出するステップと、
得られた各周波数におけるゲインの差の平均値を算出するステップと、 算出された該平均値に基づいてメカ部を含んだイナーシャ合計値がモータ単体 のイナ一シャの何倍であるかを特定することにより前記イナーシャ合計値を算出 するステップとから構成されている請求項 5記載のメカ特性測定方法。
7 . 前記モータ単体での周波数特性は、 前記モータ制御装置をシミュレ一 トした制御装置モデルを用いて測定する請求項 5記載のメカ特性測定方法。
8 . 前記モータ単体での周波数特性は、 前記モータ制御装置をシミュレー トした制御装置モデルを用いて測定する請求項 6記載のメカ特性測定方法。
9 . 前記モータ単体での周波数特性は、 前記モータ制御装置においてモー タからメカ部を取り外した状態で周波数特性を測定することにより得られる請求 項 5記載のメ力特性測定方法。
1 0 . 前記モータ単体での周波数特性は、 前記モータ制御装置においてモ ータからメ力部を取り外した状態で周波数特性を測定することにより得られる請 求項 6記載のメカ特性測定方法。
1 1 . 前記トルク外乱が、 高速掃引波である請求項 4記載のメカ特性測定 方法。
1 2 . 前記トルク外乱が、 M系列信号である請求項 4記載のメカ特性測定 方法。
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