WO2006051651A1

WO2006051651A1 - モーション制御装置とシステム同定方法

Info

Publication number: WO2006051651A1
Application number: PCT/JP2005/017592
Authority: WO
Inventors: Jun Hagihara
Original assignee: Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2006-05-18
Also published as: US20070216333A1; US7626351B2; JPWO2006051651A1; JP4919157B2

Abstract

　粘性摩擦や一定外乱が作用する場合も、動作によらず、精度良くシステム定数（イナーシャ、粘性摩擦係数、一定外乱）を同定する。　　　同定器（６）は速度検出値Ｖｆｂを時間微分して加速度検出値ａｆｂを算出する時間微分器（１０）と、加速度検出値ａｆｂをフィルタ処理してＦａｆｂを算出する第１のフィルタ（１１）と、前記速度検出値Ｖｆｂをフィルタ処理してＦｖｆｂを算出する第２のフィルタ（１２）と、前記トルク指令値Ｔｒｅｆをフィルタ処理してＦｔｒｅｆを算出する第３のフィルタ（１３）と、前記ＦｔｒｅｆとＦｖｆｂとＦａｆｂをもとに時間微分および四則演算し、前記制御対象のイナーシャ同定値Ｊ＿ｈａｔおよび粘性摩擦係数同定値Ｄ＿ｈａｔおよび一定外乱同定値Ｃ＿ｈａｔを算出するＪＤＣ推定器（１４）とで構成される。

Description

明細書

モーション制御装置とシステム同定方法

技術分野

[0001] 本発明は、制御対象のイナーシャおよび粘性摩擦係数および一定外乱を精度良く推定するモーション制御装置とシステム同定方法に関する。

背景技術

[0002] 従来のモータのイナ一シャを推定する装置は、トルク指令値とモデルのトルク指令値をある時間内積分し、それらの比にイナーシャノミナル値を乗じて推定を行っており、その際、特定の動作を用いて、粘性摩擦や、クーロン摩擦、重力などの一定外乱を除去し精度を上げるという方法を用いている。（例えば、特許文献 1参照)。

図 9において、 3は電動機であり、 4は電動機に結合された機械である。電動機 3には検出器 5が付加されている。 71は指令発生部であり、モータの動作速度指令 vref を出力する。 72は速度制御部であり、指令とモータ速度が一致するように比例積分制御を行い、トルク指令値 Trefを出力する。 75はトルク指令 Trefどおりにモータが動作するように電流値を出力する電流制御部である。 73は推定部であり、モータのモデルを有しており、指令とモデルの速度が一致するように比例積分制御を行い、モデルのトルク指令 Tref'を出力する。 74は同定部であり、実際のトルク指令 Trefおよび、推定部 73でモデルに入力されるトルク指令 Tref'を時間 [a, b]の区間で積分し、その比にイナ一シャのノミナル街，を乗じてイナーシャ推定値を求める。この方法では外乱が全く存在しない時には理論的にイナーシャ推定値は実際のイナーシャ Jと一致する。

しカゝしながら、粘性摩擦やクーロン摩擦、重力などの一定外乱が存在する場合は、時間 [a, b]区間でのトルク指令値 Trefの積分値が粘性摩擦やクーロン摩擦の影響を含まないような制約条件が必要になる。また、重力などの一定外乱を除去するためにも特別な工夫が必要になる。

特許文献 1では、これらを実現する方法として、図 10に示すような動作を制約条件として用いている。図 10の (A)〜(F)までは、横軸に時間、縦軸に速度をとつたグラフである力どの場合も、以下に示す動作の制約条件を満たす動きになっている。

(粘性摩擦やクーロン摩擦を除去するための動作の制約条件）区間 [a, b]における速度 Vfbの積分値が零である。これは、例えば、往復動作のような動きである。

(一定外乱を除去するための動作の制約条件）ある速度指令により動作させた際に区間 [al, bl]より求めたイナーシャ J1と、正負を反転させた逆向きの指令により動作させた際に区間 [a2, b2]より求めたイナーシャ J2を求め、 J1^J2の平均値を求める。このように、従来の制御定数同定装置では、上で説明した動作の制約条件を満たす動作をさせたうえでイナーシャ Jを同定してヽた。

特許文献 l :WO96Z37039号公報（第 5— 8頁、図 4および図 5)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

従来のイナーシャ推定装置は、上に挙げた二つの制約条件があるために、例えば、 1回の位置決め動作等では、粘性摩擦やクーロン摩擦、重力などの一定外乱の影響を除去できず、イナ一シャを推定できな!、と、う問題があった。

また、制約条件を無視してイナ一シャを同定すると、イナーシャ推定誤差が大きくなるという問題を抱えていた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、動作によらずに、粘性摩擦やクーロン摩擦、重力などの一定外乱の影響がある場合も、簡単な計算で精度良く制御対象のイナーシャ同定街— hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを算出することができ、フィルタ処理を行うことでその後の計算で用いる時間微分演算によるノイズの影響を少なくでき、除算 3回と時間微分演算 5 回のみの簡単な計算でイナ一シャを同定することができ、減算 1回と乗算 1回のみの簡単な計算で計算量も少なく摩擦定数を同定でき、乗算 2回と 3変数の減算 1回の簡単な計算で計算量も少なく一定外乱を同定でき、フィルタの分子の次数より分母の次数を 3次以上とするためイナ一シャの同定演算で行う 3回の時間微分が可能となるモータ制御装置とシステム同定方法を提供することを目的とする。

また、本発明では、粘性摩擦やクーロン摩擦、重力などの一定外乱の影響がある場合も、簡単な計算で精度良く制御対象のイナーシャ同定 »— hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatを算出することができ、フィルタ処理を行うことでその後の計算で用いる時間微分演算によるノイズの影響を少なくでき、時間微分演算 6回と乗算 6回と減算 3回と除算 2回のみの簡単な計算でイナ一シャと摩擦定数の両方を同定できるモータ制御装置とそのシステム同定方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

請求項 1記載の本発明は、指令発生器と、前記指令発生器により出力される指令と電動機に付加された検出器カゝら得られる検出値をもとに制御を行い電動機を駆動するための電流値を出力する制御器と、制御対象のイナーシャ同定街—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを同定する同定器を備えたモーション制御装置のシステム同定方法にぉ、て、速度検出値 Vfbを時間微分して加速度検出値 afbを算出し、加速度検出値 afbをフィルタ処理した信号 Fafbを算出し、速度検出値 Vfbをフィルタ処理した信号 Fvfbを算出し、トルク指令値 Trefをフィルタ処理した信号 Ftrefを算出し、 Ftrefと Fvfbと Fafbをもとに時間微分および四則演算し、制御対象のイナーシャ同定銜—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hat および一定外乱同定値 C— hatを算出するという手順をとつたのである。

請求項 2記載の本発明は、請求項 1記載のモーション制御装置のシステム同定方法において、イナ一シャの同定 ffi— hatを算出する処理では、 Ftref、 Fvfb, Fafb をそれぞれ時間微分して Dtref、 Dvfb、 Dafbを算出し、 Dtrefを Dvrefで除算して W 1を算出し、 Dafbを前記 Dvrefで除算して W2を算出し、 W1を時間微分して DW1を算出し、 W2を時間微分して DW2を算出し、 DW1を前記 DW2で除算した値をイナーシャ同定銜 _hatとすると、う手順をとつたのである。

請求項 3記載の本発明は、請求項 2記載のモーション制御装置のシステム同定方法において、粘性摩擦係数同定値 D— hatを算出する処理では、イナーシャ同定値 J —hatを算出した後に、 W2とイナーシャ同定 ffi— hatを乗算して W3を算出し、 W1 から W3を減算したものを粘性摩擦係数の同定値 D— hatとするという手順をとつたのである。

請求項 4記載の本発明は、請求項 3記載のモーション制御装置のシステム同定方法において、一定外乱同定値 C— hatを算出する処理では、イナーシャ同定 ffi— ha tと粘性摩擦係数同定値 D— hatを算出した後に、 Fvfbと前記粘性摩擦同定値 D— hatを乗算して TFを算出し、 Fafbとイナーシャ同定 ffi— hatを乗算して TAを算出し、 Ftrefから TFと TAを減算したものを一定外乱の同定値 C— hatとするとヽぅ手順をとったのである。

請求項 5記載の本発明は、請求項 1記載のモーション制御装置のシステム同定方法において、フィルタ処理で用いるフィルタは、分子の次数に比べて分母の次数が少なくとも 3次以上大きいフィルタにしたのである。

請求項 6記載の本発明は、請求項 1乃至請求項 5記載のモーション制御装置のシステム同定方法において、内部の状態量を監視しておき、状態量が設定値以上になつた時にのみ、制御対象のイナーシャ同定街— hatおよび粘性摩擦係数同定値 D —hatおよび一定外乱同定値 C— hatを算出する処理を行い、状態量が設定値以上でない場合には、 J— hat、 D— hat、 C— hatの同定値として、それぞれ前回の値を保持しておくようにしたのである。

請求項 7記載の本発明は、請求項 6記載のモーション制御装置のシステム同定方法において、監視しておく状態量は、速度 Vfb、加速度 afb、トルク指令 Trefあるいはそれらの信号をフィルタ処理した Fvfb、 Fafb, Ftref、あるいは Dvfb、 Dw2のいずれか一つ、あるいは、それらの組み合わせであるようにしたのである。

請求項 8記載の本発明は、指令発生器と、指令発生器により出力される指令と電動機に付加された検出器カゝら得られる検出値をもとに位置制御を行う位置制御器と、速度制御を行う速度制御器と、電動機を駆動するための電流を出力する電流制御器と、制御対象のイナーシャ同定街— hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを同定する同定器を備えたモーション制御装置において、同定器は速度検出値 Vfbを時間微分して加速度検出値 afbを算出する時間微分器と、加速度検出値 afbをフィルタ処理して Fafbを算出する第 1のフィルタと、速度検出値 Vfbをフィルタ処理して Fvfbを算出する第 2のフィルタと、トルク指令値 Trefをフィルタ処理して Ftrefを算出する第 3のフィルタと、 Ftrefと Fvfbと Fafbをもとに時間微分および四則演算し、制御対象のイナーシャ同定街—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを算出する JDC推定器を備えるようにしたのである。

請求項 9記載の本発明は、請求項 8記載のモーション制御装置において、 JDC推定器は、イナ一シャを推定するイナーシャ推定器と、粘性摩擦を推定する粘性摩擦推定器と、

一定外乱を推定する一定外乱推定器とを備えるようにしたのである。

請求項 10記載の本発明は、指令発生器と、前記指令発生器により出力される指令と電動機に付加された検出器力も得られる検出値をもとに電動機を駆動するための電流値を出力する制御器と、制御対象のイナーシャ同定街—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを同定する同定器を備えたモーシヨン制御装置のシステム同定方法にぉ、て、速度検出値 Vfbを時間微分して加速度検出値 afbを算出し、前記加速度検出値 afbをフィルタ処理した信号 Fafbを算出し、前記速度検出値 Vfbをフィルタ処理した信号 Fvfbを算出し、前記トルク指令値 Tre fをフィルタ処理した信号 Ftrefを算出し、前記 Ftref、 Fvfb, Fafbをそれぞれ時間微分した Dtref、 Dvfb、 Dafbおよび、もう一度時間微分した D2tref、 D2vfb、 D2afbを算出し、以下の式により、

J_hat = (D2tref · Dvfb Dtref · D2vfb) /

(Dvfb - D2afb - D2vfb - Dafb) (a)

D hat = (D2afb · Dtref Dafb · D2tref) /

(Dvfb - D2afb - D2vfb - Dafb) (b)

イナーシャ同定銜—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatを算出するという手順をとつたのである。

請求項 11記載の本発明は、請求項 10記載のモーション制御装置のシステム同定方法において、前記フィルタ処理で用いるフィルタは、分子の次数に比べて分母の次数が少なくとも 3次以上大きいフィルタであることを特徴とするものである。

請求項 12記載の本発明は、請求項 10記載のモーション制御装置のシステム同定方法において、前記フィルタ処理で用いるフィルタは、複数の移動平均フィルタを直列につなげたものであることを特徴とするものである。請求項 13記載の本発明は、モーション制御装置の内部の信号を監視しておき、前記信号が設定値以上になった時にのみ、前記制御対象のイナーシャ同定街— hat および粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを算出する処理を行い、前記状態量が設定値以上でない場合には、 J—hat、 D— hat、 C— hatの同定値として、それぞれ前回の値を保持しておくことを特徴とするものである。

請求項 14記載の本発明は、前記監視しておく信号は、速度 Vfb、加速度 afb、トルク指令 Trefあるいはそれらの信号をフィルタ処理した Fvfb、 Fafb、 Ftref、あるいは、それらの信号を時間微分した Dtref、 Dvfb、 Dafb、 D2tref、 D2vfb、 D2afbのいずれか一つ、あるいは、それらの組み合わせであることを特徴とするものである。

請求項 15記載の本発明は、指令を生成する指令発生器と、前記指令と電動機に付加された検出器から得られる検出値をもとに電動機を駆動するための電流を生成する電流制御器と、制御対象のイナーシャ同定街—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを同定する同定器を備えたモーション制御装置において、速度検出値 Vfbを時間微分して加速度検出値 afbを算出する加速度算出器と、前記加速度検出値 afbをフィルタ処理した信号 Fafbを算出する第 1のフィルタと、前記速度検出値 Vfbをフィルタ処理した信号 Fvfbを算出する第 2のフィルタと、前記トルク指令値 Trefをフィルタ処理した信号 Ftrefを算出する第 3のフィルタと、前記 Ftref、 Fvfb, Fafbをそれぞれ時間微分した Dtref、 Dvfb、 Dafbおよび、もう一度時間微分した D2tref、 D2vfb、 D2afbを算出する微分器と、以下の式により、

J_hat = (D2tref · Dvfb Dtref · D2vfb) /

(Dvfb - D2afb - D2vfb - Dafb) (a)

D hat = (D2afb · Dtref Dafb · D2tref) /

(Dvfb - D2afb - D2vfb - Dafb) (b)

イナーシャ同定街—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatを算出することを特徴とするちのである。

発明の効果

請求項 1記載の本発明によると、トルク指令と粘性摩擦と一定外乱の関係を近似することなく変形 (微分や除算を使用）した式を用いて、速度、加速度、トルク指令値をフィルタ処理した後の信号を用いて、それらを時間微分と四則演算するだけで同定計算を行うため、動作によらずに、粘性摩擦やクーロン摩擦、重力などの一定外乱の影響がある場合も、精度良く制御対象のイナーシャ同定街—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを精度良く同定することができる。また、フィルタ処理を行うことでその後の計算で用いる時間微分演算によるノイズの影響を少なくできる。

請求項 2記載の本発明によると、除算 3回と時間微分演算 5回のみでイナ一シャを同定できるため、簡単な計算で計算量も少なく同定することができる。

請求項 3記載の本発明によると、減算 1回と乗算 1回のみで摩擦定数を同定できるため、簡単な計算で計算量も少なく同定することができる。

請求項 4記載の本発明によると、乗算 2回と 3変数の減算 1回のみで一定外乱を同定できるため、簡単な計算で計算量も少なく同定することができる。

請求項 5記載の本発明によると、フィルタの分子の次数より分母の次数を 3次以上とするため、イナ一シャの同定演算で行う 3回の時間微分が可能になるようにすることができる。

請求項 6および請求項 7記載の本発明によると、監視している状態量が設定値以下の場合は、同定計算を行わないため、微小な値で除算することによって精度が悪くなることを防ぐことができ、どのような場合も同定精度を保つことができる。

請求項 8および請求項 9記載の本発明によると、動作によらずに、粘性摩擦やクーロン摩擦、重力などの一定外乱の影響がある場合も、精度良く制御対象のイナーシャ同定街— hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— ha tを精度良く同定することができるモーション制御装置を提供できる。

請求項 10記載の本発明によると、トルク指令と粘性摩擦と一定外乱の関係を近似することなく変形した式を両辺時間微分した式と、さらにその式の両辺を時間微分した式の 2つを連立方程式とみなして解を求め、速度、加速度、トルク指令値をフィルタ処理した後の信号を用いて、それらを時間微分と四則演算するだけで同定計算を行うため、動作によらずに、粘性摩擦やクーロン摩擦、重力などの一定外乱の影響がある場合も、精度良く制御対象のイナーシャ同定街—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを精度良く同定することができる。また、フィルタ処理を行うことでその後の計算で用いる時間微分演算によるノイズの影響を少なくでさる。

請求項 11記載の本発明によると、フィルタの分子の次数より分母の次数を 3次以上とするため、ノイズの影響を受けずにイナ一シャの同定演算で行う 3回の時間微分が可能になるようにすることができる。

請求項 12記載の本発明によると、フィルタとして移動平均を用いることで、各変数の位相遅れの差を無くすことができるため、さらに精度良く同定することができるようにすることができる。

請求項 13および請求項 14記載の本発明によると、監視している信号が設定値以下の場合は、同定計算を行わないため、微小な値で除算することによって精度が悪くなることを防ぐことができ、どのような場合も同定精度を保つことができる。

図面の簡単な説明

[0006] [図 1]本発明の方法を適用するモーション制御装置の構成を示すブロック図

[図 2]本発明の方法を適用する第 2のモーション制御装置の構成を示すブロック図 [図 3]本発明の第 1の方法を適用するモーション制御装置の同定器の構成を示すブロック図

[図 4]イナーシャ同定部の構成を示すブロック図

[図 5]粘性摩擦同定部の構成を示すブロック図

[図 6]—定外乱同定部の構成を示すブロック図

[図 7]本発明の第 2の方法を適用するモーション制御装置の同定器の構成を示すブロック図

[図 8]イナーシャ '粘性摩擦同定部の構成を示すブロック図

[図 9]従来の方法を適用するモーション制御装置の構成を示すブロック図

[図 10]従来の方法で限定されている動作を示す図

符号の説明

[0007] 1 指令発生器

2 制御器電動機

機械

検出器

同定器

位置制御器

速度制御器

電流制御器

0 時間微分器

1 第 1のフィルタ

2 第 2のフィルタ

3 第 3のフィルタ

4 JDC推定器

5 イナーシャ同定器

6 粘性摩擦同定器

7 一定外乱同定器

8 イナ一シャ'粘性摩擦同定器1, 42, 43 時間微分器

4, 45 除算器

6, 47 時間微分器

8 除算器

9, 4A、4B 時間微分器

C, 4D, 4E, 4F, 4G, 4H 乗算器1, J, 4K 減算器

L, 4M 除算器

1 乗算器

2 減算器

1, 62 乗算器

3 減算器 71 指令発生器

72 速度制御器

73 推定器

74 同定器

75 電流制御器

100 モーション制御装置

発明を実施するための最良の形態

[0008] 以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

実施例 1

[0009] 図 1は、本発明の方法を実施するモーション制御装置の構成を示すブロック図である。図において 1は位置指令 Xrefを発生する指令発生器となっている。また 2は、制御器を表し、位置指令と位置検出値 Xfbおよび速度検出値 Vfbをもとに制御演算を行い電流 Iを出力する。制御器 2内部の演算はどのようなものでも良いが、本実施例では、位置指令 Xrefと位置検出値 Xfbをもとに速度指令 Vrefを出力する位置制御器 7と速度指令 Vrefと速度検出値 Vfbをもとにトルク指令値 Trefを出力する速度制御器 8とトルク指令値通りに電流が流れるように制御を行う電流制御器 9から構成されている。ここで、速度検出値は位置検出値を時間微分したものでも良ぐデジタル制御時には、時間微分演算として、差分後制御周期で除算した近似微分を用いてもよい。 3は電動機であり、 4の機械は電動機 3に結合されている。 5は電動機 3の位置および速度を検出する検出器を表す。 6は同定器となっており、トルク指令 Trefおよび速度検出値 Vfbをもとに制御対象のイナーシャ同定街—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを算出する。

[0010] 図 3は 6の同定器内部の処理を示すブロック図である。図において、 10は時間微分器を表し、速度検出値 Vfbを時間微分し、加速度検出値 afbを計算する。ここで、デジタル制御時には時間微分演算として、今回と前回の信号の差分後に制御周期で除算する近似微分を用いてもょヽ。

11、 12、 13はそれぞれ同一のフィルタを示す。ここで用いるフィルタは、分子の次数より分母の次数が 3次以上のものが良ぐ例えばフィルタの伝達特性が式（ 1 )の伝達関数 Gfilで表されるようなものを用いればょ、。

ここで、 sはラプラス演算子を表すものとする。

また、用いるフィルタはどのようなものでも良ぐ一次のローパスフィルタを 3つ以上直列にして使用しても全く問題な、。

[0011] 14ίお DC推定器を表し、トルク指令 Tref、速度検出値 Vfb、加速度検出値 afbをフィルタ処理した Ftref、 Fvfb、 Fafbを入力し、制御対象のイナーシャ同定 ffi— hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを算出する。さらに 14の内部は、 15のイナーシャ同定器、 16の粘性摩擦同定器、 17の一定外乱同定器の 3つ力構成されて、る。

以下に、 15のイナーシャ同定器、 16の粘性摩擦同定器、 17の一定外乱同定器の内部の処理を詳しく説明する。

[0012] (I)イナーシャ同定器内部の処理

図 4はイナーシャ同定器 15の処理を示すブロック図である。図において、 41, 42, 43, 46、 47は時間微分器を表し、 44, 45, 48は除算器を表す。イナーシャ同定街 —hatは以下の手順で演算する。

まず、 Ftref、 Fvfb、 Fafbをそれぞれ時間微分して Dtref、 Dvfb、 Dafbを算出し、次に、 Dtrefを前記 Dvfbで除算して W1を算出し、次に、 Dafbを前記 Dvfbで除算して W2を算出し、次に、 W1を時間微分して DW1を算出し、次に、 W2を時間微分して DW2を算出し、次に、 DW1を前記 DW2で除算した値をイナーシャ同定街— hat とする。

この処理を数式で表すと式（2)力式（9)のようになる。

Dtref =dFtref/dt (2)

Dvfb = dFvfb/dt (3)

Dafb = dFafb/dt (4)

Wl = Dtref /Dvfb (5)

W2 = Dafb/Dvfb (6)

DWl = dWl/dt (7) DW2 = dW2/dt (8)

J_hat = DWl/DW2 (9)

ここで、デジタル制御時には時間微分演算として、今回と前回の信号の差分後に制御周期で除算する近似微分を用いてもょヽ。

[0014] (Π)粘性摩擦同定器内部の処理

図 5は粘性摩擦同定器 16の処理を示すブロック図である。図において 51は乗算器を表し、 52は減算器を表す。粘性摩擦同定値 D— hatは以下の手順で演算する。まず、 W2と前記イナーシャ同定街— hatを乗算して W3を算出し、次に、 W1から前記 W3を減算したものを粘性摩擦係数の同定値 D— hatとする。この処理を数式で表すと式（10)力式（11)のようになる。

[0015] W3= W2-J_hat (10)

D_hat=Wl -W3 (11)

[0016] (III)一定外乱同定器内部の処理

図 6は一定外乱同定器 17の処理を示すブロック図である。図において、 61、 62は乗算器を示し、 63は 1変数カゝら 2変数を減算する減算器を示す。一定外乱同定値 D —hatは以下の手順で演算する。

まず、 Fvfbと前記粘性摩擦同定値 D— hatを乗算して TFを算出し、次に、 Fafbと前記イナーシャ同定銜—hatを乗算して TAを算出し、次に、 Ftrefから前記 TFと前記 TAを減算したものを一定外乱の同定値 C_hatとする。

この処理を数式で表すと式（ 12)力式（ 14)のようになる。

[0017] TF=Fvfb -D_hat (12)

TA= Fafb 'J一 hat (13)

C_hat = Ftref - TF - TA (14)

[0018] このように、以上の処理を同定器 6の中で行うことで、制御対象のイナーシャ同定値 J— hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを同定することができる。

[0019] また、以上の処理を常時演算するのではなぐ速度 Vfbあるいは加速度 afbあるいはトルク指令値 Trefのうちの一つある、はその組み合わせを監視しておき、それらの変数が予め設定した閾値以上の時のみ、上記処理を実施することにより、同定精度を上げることができる。

また、監視する変数は、 Vfb、 afb、 Trefをフィルタ処理した、 Fvfb、 Fafb、 Ftrefのうちの一つある、はその組み合わせでもよ、。

また、監視している変数が閾値よりも小さい時は演算を行わないだけでなぐ演算を行っていた最後の値を、その同定値の値として保持しておくことにより、演算している時だけ各同定値が更新されるようにすることができる。

また、監視して!/ヽる変数が閾値よりも小さ!、時に制御対象のイナーシャ同定街— h atおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hat全ての演算を行わな、ようにするのではなぐそのうちの一部だけ演算を行わなヽと、うようにしてもよい。

[0020] 本願発明は、トルク指令の変わりに電流指令を用いても良ぐその場合はトルク定数 (推力定数)を用いて、トルクと電流の単位を変換すればょ、。

また、ここでは、回転機を例にとって説明したが、並進運動をする機械の場合は、同様の計算で、イナーシャ Jではなく質量 Mを推定することができる。

[0021] また、本実施例 1では、位置制御を行う構成を述べたが、図 2に示すように、速度制御を行う場合でも全く同様の方法で、制御対象のイナーシャ同定街—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを同定することができる。この場合は、 1の指令発生器は速度指令 Vrefを発生し、 2の制御器内部では、速度制御器と電流制御器の演算のみが行われることになる。

[0022] 実施例 1の方式の導出方法を示す。

粘性摩擦 (摩擦係数 D)と一定外乱 Cがイナーシャ Jの機械に作用する場合、そこに与えられるトルク指令 Trefと、速度 Vfbの関係は式（15)のようになる。

Tref=J-afb + D-Vfb + C (15)

両辺フィルタ処理すると式（16)が得られる。

Ftref = J · Faf b + D · Fvf b + C (16)

両辺時間微分処理すると一定値 Cが消去でき、式（17)が得られる。

Dtref = J - Daf b + D - Dvf b (17) 両辺 Dvfbで除算すると式（18)が得られる。

Dtref /Dvfb =J - Dafb/Dvfb + D (18)

Wl ( = Dtref/Dvfb)、 W2 ( = Dafb/Dvfb)を使って書きなおすと式（19)が得られる。

W1 =J-W2 + D (19)

両辺時間微分処理すると一定値 Dが消去でき、式（20)が得られる。

DW1 =J-DW2 (20)

よって Jは式（21)で計算できる。

J = DW1/DW2 (21)

式（19)および式（21)より Dは式（22)のように計算できる。

D=W1 -J-W2 (22)

式（16)より Cは式 (23)のように計算できる。

C = Ftref - J - Faf b - D - Fvf b (23)

以上のように、近似を一切使用せず、各値が同定できる式が導出できるのである。実施例 2

[0023] 次に本発明の第 2の方法について説明する。

図 1は、本発明の方法を実施するモーション制御装置の構成を示すブロック図である力この図については実施例 1で説明したので説明を省略する。

[0024] 図 7は同定器 6内部の処理を示すブロック図であり、図 3のものとは異なっているので、以下に説明する。図において、 10は時間微分器を表し、速度検出値 Vfbを時間微分し、加速度検出値 afbを計算する。ここで、デジタル制御時には時間微分演算として、今回と前回の信号の差分後に制御周期で除算する近似微分を用いてもょ、。 11、 12、 13はそれぞれ第 1のフィルタ、第 2のフィルタ、第 3のフィルタを示す。ここで用いるフィルタは、分子の次数より分母の次数が 3次以上のものが良ぐ例えばフィルタの伝達特性が式（24)の伝達関数 Gfilで表されるようなものを用いればょ、。

ここで、 sはラプラス演算子を表すものとする。

また、用いるフィルタはどのようなものでも良ぐ一次のローパスフィルタを 3つ以上直列にして使用しても全く問題ない。また、移動平均フィルタを 3つ以上直列にして使用しても全く問題ない。この場合、フィルタ処理による位相の遅れがないため、さらに推定精度を上げることができる。

[0025] 14〖お DC推定器を表し、トルク指令 Tref、速度検出値 Vfb、加速度検出値 afbをフィルタ処理した Ftref、 Fvfb、 Fafbを入力し、制御対象のイナーシャ同定 ffi— hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを算出する。さらに 14の JDC推定器の内部は、 18のイナーシャ '粘性摩擦同定器、 16の一定外乱同定器の 2つ力構成されて、る。

以下に、 18のイナーシャ '粘性摩擦同定器、 16の一定外乱同定器の内部の処理を詳しく説明する。

[0026] (IV)イナーシャ '粘性摩擦同定器内部の処理

図 8はイナーシ粘性摩擦同定器 15の処理を示すブロック図である。図において、 41, 42, 43, 49, 4A, 4Bは時間微分器を表し、 4C, 4D, 4E, 4F, 4G, 4Hは乗算器を表す。 41, J, 4Kは減算器を表し、 4L, 4Mは除算器を表す。イナ一シャ同定銜—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatは以下の手順で演算する。

[0027] まず、 Ftref、 Fvfb、 Fafbをそれぞれ時間微分して Dtref、 Dvfb、 Dafbを算出し、次に、もう一度時間微分し， D2tref、 D2vfb、 D2afbを算出する。ここで、デジタル制御時には時間微分演算として、今回と前回の信号の差分後に制御周期で除算する近似微分を用いてもよい。

そして、これらの変数を用いて式（25)と（26)の演算を行い、イナーシャ同定街— hatおよび粘性摩擦係数同定値 D_hatを推定する。

J_hat = (D2tref · Dvfb Dtref · D2vfb) /

(Dvfb - D2af b - D2vf b - Dafb) (25)

D— hat = (D2afb · Dtref -Dafb · D2tref) /

(Dvfb - D2af b - D2vf b - Dafb) (26)

[0028] 図 6は一定外乱同定器 17の処理を示すブロック図である。一定外乱同定器内部の処理につヽては、実施例 1で説明したので説明を省略する。

[0029] また、以上の処理を常時演算するのではなぐ速度 Vfbあるいは加速度 afbあるいはトルク指令値 Trefのうちの一つある、はその組み合わせを監視しておき、それらの変数が予め設定した閾値以上の時のみ、上記処理を実施することにより、同定精度を上げることができる。

また、監視する変数は、速度 Vfb、加速度 afb、トルク指令 Trefあるいはそれらの信号をフィルタ処理した Fvfb、 Fafb、 Ftref、あるいは、それらの信号を時間微分した D tref, Dvfb、 Dafb、 D2tref、 D2vfb、 D2afbのいずれか一つか、その糸且み合わせでちょい。

また、監視している変数が閾値よりも小さい時は演算を行わないだけでなぐ演算を行っていた最後の値を、その同定値の値として保持しておくことにより、演算している時だけ各同定値が更新されるようにしてもょ、。

[0030] 本発明は、トルク指令の変わりに電流指令を用いても良ぐその場合はトルク定数（推力定数)を用いて、トルクと電流の単位を変換すればょ、。

[0031] また、本実施例 2では、位置制御を行う構成を述べたが、図 2に示すように、速度制御を行う場合でも全く同様の方法で、制御対象のイナーシャ同定街—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを同定することができる。この場合は、 1の指令発生器は速度指令 Vrefを発生し、 2の制御器内部では、速度制御器と電流制御器の演算のみが行われることになる。

[0032] 実施例 2の方式の導出方法を示す。

粘性摩擦 (摩擦係数 D)と一定外乱 Cがイナーシャ Jの機械に作用する場合、そこに与えられるトルク指令 Trefと、速度 Vfbの関係は式（27)のようになる。

Tref=J - afb + D-Vfb + C (27)

両辺フィルタ処理すると式（28)が得られる。 Ftref = J · Faf b + D · Fvf b + C (28)

両辺時間微分処理すると一定値 Cが消去でき、式（29)が得られる。

Dtref = J - Daf b + D - Dvf b (29)

さらに両辺時間微分処理すると式（30)が得られる。

D2tref =J - D2af b + D - D2vf b (30)

ここで、式 (29)と式 (30)を連立方程式とみなし Jと Dの推定値を計算すると式 (31)と式（32)が得られる。

J = (D2tref · Dvfb - Dtref · D2vfb) /

(Dvf b - D2afb - D2vfb - Dafb) (31)

D= (D2afb - Dtref - Dafb - D2tref) /

(Dvfb - D2afb - D2vfb - Dafb) (32)

式（27)より Cは式 (33)のように計算できる。

C = Ftref - J - Faf b - D - Fvf b (33)

以上のように、近似を一切使用せず、各値が同定できる式が導出できるのである。産業上の利用可能性

フィルタ処理した変数を用いて、後は、時間微分処理と四則演算のみで、精度良く制御対象のイナーシャ同定街— hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを同定することができて、産業用ロボットや工作機のシステム同定と、う用途にも適用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 指令発生器と、前記指令発生器により出力される指令と電動機に付加された検出器力得られる検出値をもとに電動機を駆動するための電流値を出力する制御器と

、制御対象のイナーシャ同定街— hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを同定する同定器を備えたモーション制御装置のシステム同定方法において、

速度検出値 Vfbを時間微分して加速度検出値 afbを算出し、

前記加速度検出値 afbをフィルタ処理した信号 Fafbを算出し、

前記速度検出値 Vfbをフィルタ処理した信号 Fvfbを算出し、

前記トルク指令値 Trefをフィルタ処理した信号 Ftrefを算出し、

前記 Ftrefと Fvfbと Fafbをもとに時間微分および四則演算し、

前記制御対象のイナーシャ同定街—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C_hatを算出する、

という手順で処理することを特徴とするモーション制御装置のシステム同定方法。

[2] 前記イナ一シャの同定街— hatを算出する処理では、

前記 Ftref、 Fvfb, Fafbをそれぞれ時間微分して Dtref、 Dvfb、 Dafbを算出し、前記 Dtrefを前記 Dvfbで除算して W1を算出し、

前記 Dafbを前記 Dvfbで除算して W2を算出し、

前記 W1を時間微分して DW1を算出し、

前記 W2を時間微分して DW2を算出し、

前記 DW1を前記 DW2で除算した値をイナーシャ同定街—hatとすること特徴とする請求項 1記載のモーション制御装置のシステム同定方法。

[3] 前記粘性摩擦係数同定値 D— hatを算出する処理では、

前記イナーシャ同定街— hatを算出した後に前記 W2と前記イナーシャ同定 ffi— hatを乗算して W3を算出し、

前記 W1から前記 W3を減算したものを粘性摩擦係数の同定値 D— hatとすることを特徴とする請求項 1記載のモーション制御装置のシステム同定方法。

[4] 前記一定外乱同定値 C— hatを算出する処理では、前記イナーシャ同定銜—hatと前記粘性摩擦係数同定値 D— hatを算出した後に

、前記 Fvfbと前記粘性摩擦同定値 D— hatを乗算して TFを算出し、

前記 Fafbと前記イナーシャ同定 ffi— hatを乗算して TAを算出し、

前記 Ftrefから前記 TFと前記 TAを減算したものを一定外乱の同定値 C— hatとすることを特徴とする請求項 1記載のモーション制御装置のシステム同定方法。

[5] 前記フィルタ処理で用いるフィルタは、分子の次数に比べて分母の次数が少なくとも 3次以上大きいフィルタであることを特徴とする請求項 1記載のモーション制御装置のシステム同定方法。

[6] 内部の状態量を監視しておき、前記状態量が設定値以上になった時にのみ、前記制御対象のイナーシャ同定街— hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを算出する処理を行い、前記状態量が設定値以上でない場合には、 J— hat、 D— hat、 C— hatの同定値として、それぞれ前回の値を保持しておくことを特徴とする請求項 1乃至請求項 5記載のモーション制御装置のシステム同定方法。

[7] 前記監視しておく状態量は、速度 Vfb、加速度 afb、トルク指令 Trefあるヽはそれらの信号をフィルタ処理した Fvfb、 Fafb、 Ftref、あるいは前記 Dvfb、 Dw2のいずれか一つ、あるいは、それらの組み合わせであることを特徴とする請求項 6記載のモーシヨン制御装置のシステム同定方法。

[8] 指令発生器と、前記指令発生器により出力される指令と電動機に付加された検出器力得られる検出値をもとに制御を行い電動機を駆動するための電流値を出力する電流制御器と、制御対象のイナーシャ同定街—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを同定する同定器を備えたモーション制御装置において、

前記同定器は

速度検出値 Vfbを時間微分して加速度検出値 afbを算出する時間微分器と、前記加速度検出値 afbをフィルタ処理して Fafbを算出する第 1のフィルタと、前記速度検出値 Vfbをフィルタ処理して Fvfbを算出する第 2のフィルタと、前記トルク指令値 Trefをフィルタ処理して Ftrefを算出する第 3のフィルタと、前記 Ftrefと Fvfbと Fafbをもとに時間微分および四則演算し、前記制御対象のィナーンャ同定街—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C_hatを算出する JDC推定器とで構成されることを特徴とするモーション制御装置。

[9] 前 ¾JDC推定器は、

イナ一シャを推定するイナーシャ推定器と、

粘性摩擦を推定する粘性摩擦推定器と、

一定外乱を推定する一定外乱推定器とを備えることを特徴とする請求項 8記載のモーシヨン制御装置。

[10] 指令を生成する指令発生器と、前記指令と電動機に付加された検出器から得られる検出値をもとに電動機を駆動するための電流を生成する電流制御器と、制御対象のイナーシャ同定 ffi— hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを同定する同定器を備えたモーション制御装置のシステム同定方法において、

速度検出値 Vfbを時間微分して加速度検出値 afbを算出し、

前記速度検出値 Vfbをフィルタ処理した信号 Fvfbを算出し、

前記 Ftref、 Fvfb, Fafbをそれぞれ時間微分した Dtref、 Dvfb、 Dafbおよび、もう一度時間微分した D2tref、 D2vfb、 D2afbを算出し、

以下の式により、

J_hat = (D2tref · Dvfb Dtref · D2vfb) /

(Dvfb - D2afb - D2vfb - Dafb) (a)

D hat = (D2afb · Dtref Dafb · D2tref) /

(Dvfb - D2afb - D2vfb - Dafb) (b)

イナーシャ同定 iBj_hatおよび粘性摩擦係数同定値 D_hatを算出するという手順で処理することを特徴とするモーション制御装置のシステム同定方法。

[11] 前記フィルタ処理で用いるフィルタは、分子の次数に比べて分母の次数が少なくとも 3次以上大きいフィルタであることを特徴とする請求項 10記載のモーション制御装置のシステム同定方法。

[12] 前記フィルタ処理で用いるフィルタは、複数の移動平均フィルタを直列につなげたものであることを特徴とする請求項 10記載のモーション制御装置のシステム同定方法。

[13] モーション制御装置の内部の信号を監視しておき、前記信号が設定値以上になつた時にのみ、前記制御対象のイナーシャ同定街—hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを算出する処理を行い、前記状態量が設定値以上でない場合には、 J— hat、 D— hat、 C— hatの同定値として、それぞれ前回の値を保持しておくことを特徴とする請求項 10乃至請求項 12記載のモーション制御装置のシステム同定方法。

[14] 前記監視しておく信号は、速度 Vfb、加速度 afb、トルク指令 Trefある、はそれらの信号をフィルタ処理した Fvfb、 Fafb、 Ftref、あるいは、それらの信号を時間微分した Dtref、 Dvfb、 Dafb、 D2tref、 D2vfb、 D2afbのいずれか一つ、あるいは、それらの組み合わせであることを特徴とする請求項 13記載のモーション制御装置のシステム同定方法。

[15] 指令を生成する指令発生器と、前記指令と電動機に付加された検出器から得られる検出値をもとに電動機を駆動するための電流を生成する電流制御器と、制御対象のイナーシャ同定 ffi— hatおよび粘性摩擦係数同定値 D— hatおよび一定外乱同定値 C— hatを同定する同定器を備えたモーション制御装置において、

速度検出値 Vfbを時間微分して加速度検出値 afbを算出する加速度算出器と、前記加速度検出値 afbをフィルタ処理した信号 Fafbを算出する第 1のフィルタと、前記速度検出値 Vfbをフィルタ処理した信号 Fvfbを算出する第 2のフィルタと、前記トルク指令値 Trefをフィルタ処理した信号 Ftrefを算出する第 3のフィルタと、前記 Ftref、 Fvfb, Fafbをそれぞれ時間微分した Dtref、 Dvfb、 Dafbおよび、もう一度時間微分した D2tref、 D2vfb、 D2afbを算出する微分器と、

を備え、以下の式により、

J_hat = (D2tref · Dvfb Dtref · D2vfb) /

(Dvfb - D2af b - D2vf b - Dafb) (a) D hat = (D2afb · Dtref Dafb . D2tref) /

(Dvfb - D2af b - D2vf b - Daf b) (b)

イナーシャ同定街 _hatおよび粘性摩擦係数同定値 D_hatを算出することを特徴とするモーション制御装置。