JP2006074896A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
【課題】制御パラメータ調整を簡単正確にでき、振動しない高応答で高精度なモータ制御装置を提供する。
【解決手段】モータの回転子イナーシャの値及びモータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値をモータの回転軸に換算した値を合計したイナーシャ合計値Jと、粘性摩擦係数Dとを、トルク指令Trefからモータ速度検出信号Vfbまでの関係式にモータ速度検出信号の時間微分値Vfb´を乗じて時間積分した式とトルク指令Trefからモータ速度検出信号Vfbまでの関係式を時間微分した式にモータ速度検出信号の時間微分値Vfb´を乗じて時間積分した式とを変換して算出する制御定数同定部を備えた。
【選択図】図1Provided is a motor control device that can adjust control parameters easily and accurately, and does not vibrate and has high response and high accuracy.
An inertia total value J obtained by adding a value obtained by converting a rotor inertia value of a motor and an inertia value of a load machine driven by the motor into a rotation shaft of the motor, and a viscous friction coefficient D are set as a torque command. The relational expression from T ref to the motor speed detection signal V fb is multiplied by the time differential value V fb ′ of the motor speed detection signal to integrate the time, and the relational expression from the torque command T ref to the motor speed detection signal V fb is expressed as time. A control constant identification unit is provided for converting and calculating a time-integrated expression by multiplying the differentiated expression by the time differential value V fb ′ of the motor speed detection signal.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ロボットや工作機械等を駆動するモータ制御装置において、動作中にイナーシャ変動がある場合のイナーシャ同定及び粘性摩擦係数の同定技術に関する。 The present invention relates to an inertia identification technique and a viscous friction coefficient identification technique in a case where there is an inertia change during operation in a motor control device that drives a robot, a machine tool, or the like.
従来のモータ制御装置として、イナーシャを同定する機能を有するものがある(例えば、特許文献1参照)。 Some conventional motor control devices have a function of identifying inertia (see, for example, Patent Document 1).
図4は特許文献1におけるイナーシャ同定機能を有するモータ制御装置のブロック図である。図4において、51は速度指令発生部であり、速度指令Vrefを出力する。52は速度制御部であり、速度指令Vrefと実際のモータ速度Vfbとが一致するようにトルク指令を決定し、モータ速度Vfbを制御する。53は推定部であり、モータ速度Vfbにモデルの速度Vfb〜が一致するように速度制御部52をシミュレートする。54は同定部であり、速度制御部52の速度偏差Veに所定のフィルタを通した値の絶対値を所定の区間で時間積分した値と、推定部53の速度偏差Ve〜の絶対値を同じ区間で時間積分した値との比からイナーシャを同定する。推定部53の速度偏差Ve〜が零かつ、推定部53内のモデルの速度Vfb〜が零でない場合にのみ、同定部54内でイナーシャを同定する演算を行うことを特徴とするものである。 FIG. 4 is a block diagram of a motor control device having an inertia identification function in Patent Document 1. In FIG. In FIG. 4, 51 is a speed command generation part, and outputs speed command Vref . 52 is a speed control unit, determines a torque command so that the actual motor speed V fb and the speed command V ref coincide, to control the motor speed V fb. An estimation unit 53 simulates the speed control unit 52 so that the motor speed V fb matches the model speed V fb . Reference numeral 54 denotes an identification unit, which is a value obtained by integrating the absolute value of the value obtained by passing a predetermined filter into the speed deviation V e of the speed control unit 52 over a predetermined period, and the absolute value of the speed deviation V e of the estimation unit 53. Inertia is identified from the ratio to the value obtained by integrating the time in the same interval. Only when the speed deviation V e ˜ of the estimation unit 53 is zero and the speed V fb of the model in the estimation unit 53 is not zero, the identification unit 54 performs an operation for identifying the inertia. is there.
このモータ制御装置では、任意の速度指令に対してリアルタイムでイナーシャの同定ができるため、時々刻々イナーシャが変化する場合でもイナーシャの同定が可能である。
しかしながら、従来のモータ制御装置は、粘性摩擦が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合、その影響でイナーシャ同定値が大きく算出されるため、同定されたイナーシャ値を用いて制御パラメータを調整した場合、振動的になるという問題点があった。 However, in the conventional motor control device, if the viscous friction is large, or if there is a constant disturbance such as gravity or Coulomb friction, the inertia identification value is greatly calculated due to the influence, so control is performed using the identified inertia value. When the parameters are adjusted, there is a problem that the vibration is caused.
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、粘性摩擦が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合でも、正確にイナーシャを同定するとともに、粘性摩擦係数も同定し、制御パラメータの調整を容易かつ正確に実施し、高速、高精度、低振動な応答を実現することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems. Even when viscous friction is large, or when there is constant disturbance such as gravity or Coulomb friction, the inertia is accurately identified, and the viscous friction coefficient is also identified. It is an object of the present invention to provide a motor control device that can easily and accurately adjust control parameters and realize a high-speed, high-accuracy, low-vibration response.
請求項1記載の本発明は、速度指令Vrefを生成する速度指令生成部と、速度指令Vrefとモータ速度検出信号Vfbが一致するようにトルク指令Trefを生成する速度制御部と、トルク指令Trefからモータ駆動電流を生成するトルク制御部と、モータの位置または速度を検出しモータ速度検出信号Vfbを生成する検出器とを備えたモータ制御装置において、モータの回転子イナーシャの値及びモータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値をモータの回転軸に換算した値を合計したイナーシャ合計値Jと、粘性摩擦係数Dとを、トルク指令Trefからモータ速度検出信号Vfbまでの関係式にモータ速度検出信号の時間微分値Vfb´を乗じて時間積分した式とトルク指令Trefからモータ速度検出信号Vfbまでの関係式を時間微分した式にモータ速度検出信号の時間微分値Vfb´を乗じて時間積分した式とを変換して算出する制御定数同定部を備えるようにしたものである。 The present invention according to claim 1, a speed command generation unit for generating a speed command V ref, a speed control unit for generating a torque command T ref as the speed command V ref and the motor speed detection signal V fb coincides, In a motor control device including a torque control unit that generates a motor drive current from a torque command T ref and a detector that detects a position or speed of the motor and generates a motor speed detection signal V fb , a motor rotor inertia From the torque command T ref to the motor speed detection signal V fb, the inertia total value J, which is the sum of the value and the inertia value of the load machine driven by the motor, converted into the rotation axis of the motor, and the viscous friction coefficient D wherein the torque command T ref from the motor speed detection signal V f which is multiplied by the time of the motor speed detection signal to equation differential value V fb 'and integration time It is obtained as a control constant identifying unit that calculates and converts the expressions to time integral is multiplied by the time-differentiated value V fb 'of the motor speed detection signal relation to the time obtained by differentiating the equation up.
請求項2に記載の本発明は、位置指令Prefとモータ位置検出信号Pfbが一致するように速度指令Vrefを生成する位置制御器と、速度指令Vrefとモータ速度検出信号Vfbが一致するようにトルク指令Trefを生成する速度制御部と、トルク指令Trefからモータ駆動電流を生成するトルク制御部と、モータの位置または速度を検出しモータ速度検出信号Vfbを出力する検出器とを備えたモータ制御装置において、モータの回転子イナーシャの値及びモータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値をモータの回転軸に換算した値を合計したイナーシャ合計値Jと、粘性摩擦係数Dとを、トルク指令Trefからモータ速度検出信号Vfbまでの関係式にモータ速度検出信号の時間微分値Vfb´を乗じて時間積分した式とトルク指令Trefからモータ速度検出信号Vfbまでの関係式を時間微分した式にモータ速度検出信号の時間微分値Vfb´を乗じて時間積分した式とを変換して算出する制御定数同定部を備えるようにしたものである。 In the present invention described in claim 2, the position controller that generates the speed command V ref so that the position command P ref and the motor position detection signal P fb match, the speed command V ref and the motor speed detection signal V fb are A speed control unit that generates a torque command T ref so as to match, a torque control unit that generates a motor drive current from the torque command T ref , and a detection that detects the position or speed of the motor and outputs a motor speed detection signal V fb Motor inertial motor, and inertia total value J, which is a sum of values obtained by converting the rotor inertia value of the motor and the inertia value of the load machine driven by the motor to the rotation axis of the motor, and the viscous friction coefficient and D, the time is multiplied by the time-differentiated value V fb 'of the motor speed detection signal relationship from the torque command T ref until the motor speed detection signal V fb Calculated by converting the divided-mentioned formula and the torque command T ref the relationship to the motor speed detection signal V fb to the time integral is multiplied by the time-differentiated value V fb 'time obtained by differentiating the motor speed detection signal to the formula from the formula A control constant identification unit is provided.
請求項3記載の本発明は、請求項1または2記載のモータ制御装置において、制御定数同定部は、イナーシャ合計値Jと、前記粘性摩擦係数Dとを、 According to a third aspect of the present invention, in the motor control device according to the first or second aspect, the control constant identification unit calculates the inertia total value J and the viscous friction coefficient D,
ただし、Tref´はTrefの時間微分、Vfb´はVfbの時間微分、aおよびbは任意の時刻を表しb>a
により算出するようにしたものである。
However, T ref 'is T time derivative of ref, V fb' is V time derivative of fb, a and b represent arbitrary time b> a
It is made to calculate by.
請求項4に記載の発明は、請求項1または2記載のモータ制御装置において、制御定数同定部はイナーシャ合計値Jを算出するための区間[a,b]を、時刻aにおけるモータの速度の絶対値|Vfb(a)|と時刻bにおけるモータ速度の絶対値|Vfb(b)|とが一致するような区間とし、イナーシャ合計値Jと、粘性摩擦係数Dとを、 According to a fourth aspect of the present invention, in the motor control device according to the first or second aspect, the control constant identifying unit defines the interval [a, b] for calculating the inertia total value J as the motor speed at the time a. A section in which the absolute value | V fb (a) | and the absolute value of the motor speed | V fb (b) | at time b coincide with each other, and the inertia total value J and the viscous friction coefficient D are
により算出するようにしたものである。 It is made to calculate by.
請求項5記載の本発明は、請求項1または2記載のモータ制御装置において、制御定数同定部はイナーシャ合計値Jを算出するための区間[a,b]を、時刻aにおけるモータの速度微分値の絶対値|Vfb´(a)|と時刻bにおけるモータ速度微分値の絶対値|Vfb´(b)|とが一致するような区間とし、イナーシャ合計値Jと、粘性摩擦係数Dとを、 According to a fifth aspect of the present invention, in the motor control device according to the first or second aspect, the control constant identifying unit defines an interval [a, b] for calculating the inertia total value J as a speed differential of the motor at time a. Between the absolute value | V fb ′ (a) | and the absolute value | V fb ′ (b) | of the motor speed differential at time b, and the inertia total value J and the viscous friction coefficient D And
により算出するようにしたものである。
請求項6記載の本発明は、請求項1または2記載のモータ制御装置において、制御定数同定部は一定外乱力Tcが既知である場合は前記イナーシャ合計値Jを、
It is made to calculate by.
According to a sixth aspect of the present invention, in the motor control device according to the first or second aspect, when the constant disturbance force Tc is known, the control constant identifying unit calculates the inertia total value J,
により算出するようにしたものである。
請求項7記載の本発明は、請求項1または2記載のモータ制御装置において、制御定数同定部はVfbの時間微分値Vfb´、Trefの時間微分値Tref´を、
Vfb´=sVfb×LPF ・・・(8)
Tref´=sTref×LPF ・・・(9)
ただし、sはラプラス演算子で微分、LPFはローパスフィルタの伝達関数
により算出するようにしたものである。
It is made to calculate by.
The present invention is claimed in claim 7, wherein the motor control device according to claim 1 or 2, wherein the time differential value V fb of the control constant identifying unit V fb the 'time differentiated value T ref of T ref'
V fb ′ = sV fb × LPF (8)
T ref ′ = sT ref × LPF (9)
However, s is calculated by a Laplace operator and LPF is calculated by a transfer function of a low-pass filter.
請求項8記載の本発明は、請求項1または2記載のモータ制御装置において、制御定数同定部はVfbの時間微分値Vfb´、Trefの時間微分値Tref´を、
Vfb´=Vfb×(1−LPF)×α ・・・(10)
Tref´=Tref×(1−LPF)×β ・・・(11)
ただし、LPFはローパスフィルタの伝達関数、α>0、β>0の定数
により算出するようにしたものである。
The present invention is claimed in claim 8, wherein the motor control device according to claim 1 or 2, wherein the time differential value V fb of the control constant identifying unit V fb the 'time differentiated value T ref of T ref'
V fb ′ = V fb × (1-LPF) × α (10)
T ref ′ = T ref × (1-LPF) × β (11)
However, LPF is calculated by a transfer function of a low-pass filter and constants of α> 0 and β> 0.
請求項9記載の本発明は、請求項1または2記載のモータ制御装置において、制御定数同定部はVfbの時間微分値Vfb´、Trefの時間微分値Tref´を、オブザーバを利用して算出するようにしたものである。 The present invention of claim 9 is the motor control device according to claim 1 or 2, wherein the time differential value V fb of the control constant identifying unit V fb the 'time differentiated value T ref of T ref', utilizing the observer This is calculated.
請求項10記載の本発明は、請求項1または2記載のモータ制御装置において、同定された前記イナーシャ合計値Jと同定された前記粘性摩擦係数Dとを、制御パラメータの調整、フィードフォワード信号の作成、または振動抑制補償器の調整に利用するようにしたものである。 According to a tenth aspect of the present invention, in the motor control apparatus according to the first or second aspect, the identified inertia total value J and the identified viscous friction coefficient D can be adjusted by adjusting a control parameter or a feedforward signal. This is used for making or adjusting the vibration suppression compensator.
請求項11記載の本発明は、請求項10記載のモータ制御装置において、フィードフォワード信号を、位置指令の微分値に同定された前記粘性摩擦係数Dを乗じた値と位置指令の2階微分値に同定されたイナーシャ合計値Jを乗じた値とを加えた値とするようにしたものである。 The present invention according to claim 11 is the motor control device according to claim 10, wherein the feedforward signal is obtained by multiplying the differential value of the position command by the identified viscous friction coefficient D and the second-order differential value of the position command. And a value obtained by multiplying the identified inertia total value J.
請求項1に記載の発明によると、粘性摩擦係が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても動作中にイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を正確に実施できる。
請求項2に記載の発明によると、粘性摩擦係が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても動作中にイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を正確に実施できる。
請求項3に記載の発明によると、粘性摩擦係が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても動作中にイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を正確に実施できる。
請求項4記載の発明によると、粘性摩擦係が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても動作中にイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を正確に実施でき、同定時間を短縮することができる。
請求項5記載の発明によると、粘性摩擦係が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても動作中にイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を正確に実施でき、同定時間を短縮することができる。
請求項6記載の発明によると、粘性摩擦係が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても動作中にイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を正確に実施でき、同定時間を短縮することができる。
請求項7記載の発明によると、粘性摩擦係が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても動作中にイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を正確に実施でき、入力するトルク指令Trefや、モータ速度検出信号Vfbに差分近似による誤差があってもイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を正確に実施できる。
請求項8記載の発明によると、粘性摩擦係が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても動作中にイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を正確に実施でき、入力するトルク指令Trefや、モータ速度検出信号Vfbに差分近似による誤差があってもイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を正確に実施できる。
請求項9記載の発明によると、粘性摩擦係が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても動作中にイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を正確に実施でき、入力するトルク指令Trefや、モータ速度検出信号Vfbに時間遅れによる誤差があってもイナーシャ及び粘性摩擦係数の同定を正確に実施できる。
請求項10記載の発明によると、粘性摩擦係が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても同定されたイナーシャ及び粘性摩擦係数をパラメータの調整、フィードフォワード信号の作成、または振動抑制補償器の調整に利用することができる。
請求項11記載の発明によると、粘性摩擦係が大きい場合や、重力などの一定外乱やクーロン摩擦がある場合においても同定されたイナーシャ及び粘性摩擦係数をフィードフォワード信号の作成、に利用することができる。
According to the first aspect of the present invention, the inertia and the viscous friction coefficient can be accurately identified during the operation even when the viscous friction is large, or when there is a constant disturbance such as gravity or Coulomb friction.
According to the second aspect of the present invention, the inertia and the viscous friction coefficient can be accurately identified during the operation even when the viscous friction is large, or when there is a constant disturbance such as gravity or Coulomb friction.
According to the third aspect of the present invention, it is possible to accurately identify the inertia and the viscous friction coefficient during operation even when the viscous friction coefficient is large, or when there is a constant disturbance such as gravity or Coulomb friction.
According to the fourth aspect of the present invention, the inertia and viscous friction coefficient can be accurately identified during operation even when viscous friction is large, or when there is constant disturbance such as gravity or Coulomb friction, and the identification time is shortened. can do.
According to the invention of claim 5, the inertia and viscous friction coefficient can be accurately identified during operation even when the viscous friction is large, or when there is a constant disturbance such as gravity or Coulomb friction, and the identification time is shortened. can do.
According to the sixth aspect of the present invention, the inertia and the viscous friction coefficient can be accurately identified during the operation even when the viscous friction is large, or when there is a constant disturbance such as gravity or Coulomb friction, and the identification time is shortened. can do.
According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to accurately identify the inertia and the viscous friction coefficient during operation even when the viscous friction coefficient is large, or when there is a constant disturbance such as gravity or Coulomb friction, and the torque command to be input is input. Inertia and viscous friction coefficient can be accurately identified even if there is an error due to difference approximation in T ref or motor speed detection signal V fb .
According to the eighth aspect of the invention, the inertia and the viscous friction coefficient can be accurately identified during operation even when the viscous friction is large, or when there is a constant disturbance such as gravity or Coulomb friction, and the torque command to be input Inertia and viscous friction coefficient can be accurately identified even if there is an error due to difference approximation in T ref or motor speed detection signal V fb .
According to the ninth aspect of the invention, the inertia and the viscous friction coefficient can be accurately identified during operation even when the viscous friction is large, or when there is a constant disturbance such as gravity or Coulomb friction, and the torque command to be input Even if there is an error due to a time delay in T ref or the motor speed detection signal V fb , the identification of the inertia and the viscous friction coefficient can be performed accurately.
According to the invention described in claim 10, even when the viscous friction coefficient is large, or when there is a constant disturbance such as gravity or Coulomb friction, the identified inertia and viscous friction coefficient are adjusted, the feedforward signal is created, or It can be used to adjust the vibration suppression compensator.
According to the eleventh aspect of the present invention, the identified inertia and viscous friction coefficient can be used to create a feedforward signal even when the viscous friction is large, or when there is a constant disturbance such as gravity or Coulomb friction. it can.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
実際のモータ制御装置には様々な機能や手段が内蔵されているが、図には本発明に関係する機能や手段のみを記載し説明することとする。また、以下同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。 Although various functions and means are built in the actual motor control device, only the functions and means related to the present invention are described and described in the figure. Hereinafter, the same reference numerals are assigned to the same names as much as possible, and duplicate explanations are omitted.
図1は、本発明をモータ14に負荷を付けた駆動装置に適用した場合のブロック図である。図1において、10は速度指令発生部、12は速度制御部、13はトルク制御部、14はモータ、15は検出器、16は差分器、17は剛体負荷、18は制御定数同定部である。 FIG. 1 is a block diagram in a case where the present invention is applied to a drive device in which a load is applied to a motor 14. In FIG. 1, 10 is a speed command generation unit, 12 is a speed control unit, 13 is a torque control unit, 14 is a motor, 15 is a detector, 16 is a differentiator, 17 is a rigid load, and 18 is a control constant identification unit. .
速度指令生成部10は速度指令Vrefを速度制御部12へ出力する。速度制御部12は前記速度指令Vrefとモータの速度信号Vfbとが一致するようにトルク指令Trefを生成し、トルク制御部13及び制御定数同定部18へ出力する。トルク制御部13はトルク指令Trefを入力し、モータ14の発生するトルクがトルク指令Trefに一致するようにトルク制御演算を行い、モータ駆動電流Imをモータ14へ出力する。モータ14はモータ駆動電流Imによって駆動され、トルクを発生する。そのトルクで負荷17を駆動する。また、モータ14には検出器15が装着されており、位置信号Pfbを差分器16へ出力する。差分器16は位置信号Pfbを入力し、位置信号Pfbの一定時間毎の差分をとって速度信号Vfbを算出し、速度信号Vfbを速度制御部12及び制御定数同定部18へ出力する。制御定数同定部18は速度信号Vfbとトルク指令Trefとを入力し、速度信号Vfbとトルク指令Trefからモータ14の回転子イナーシャとモータ14に取り付けられた負荷17のイナーシャとの合計値J及び粘性摩擦係数Dを計算する。 The speed command generator 10 outputs a speed command V ref to the speed controller 12. The speed control unit 12 generates a torque command T ref so that the speed command V ref matches the motor speed signal V fb, and outputs the torque command T ref to the torque control unit 13 and the control constant identification unit 18. The torque control unit 13 receives the torque command T ref , performs a torque control calculation so that the torque generated by the motor 14 matches the torque command T ref , and outputs a motor drive current Im to the motor 14. Motor 14 is driven by the motor drive current I m, to generate a torque. The load 17 is driven with the torque. The motor 14 is equipped with a detector 15 and outputs a position signal P fb to the differentiator 16. The differencer 16 receives the position signal P fb , calculates the speed signal V fb by taking the difference of the position signal P fb at fixed time intervals, and outputs the speed signal V fb to the speed control unit 12 and the control constant identification unit 18. To do. The sum of the inertia of the control constant identifying unit 18 is a speed signal V fb and the torque command T inputs the ref, velocity signal V fb and the torque command T ref load attached to the rotor inertia and the motor 14 of the motor 14 from 17 The value J and viscous friction coefficient D are calculated.
図2はモータ14の位置制御を行うことができるように図1を変更したブロック図である。図2における図1との差異は速度指令Vrefを生成する速度指令生成部10に替えて、位置指令Prefと位置信号Pfbとが一致するような速度指令Vrefを生成する位置制御器11を備えていることである。 FIG. 2 is a block diagram in which FIG. 1 is modified so that the position of the motor 14 can be controlled. The difference between FIG. 1 in FIG. 2 instead of the speed command generating section 10 that generates a speed command V ref, the position controller for generating a speed command V ref as a position command P ref and the position signal P fb coincides 11 is provided.
なお、本説明では速度制御部の出力を回転型モータと想定してトルク指令としたが、リニアモータの場合は速度制御部の出力を推力指令として同様な構成で実現すればよい。従って、本発明を用いれば、数式演算により、イナーシャ合計値と粘性摩擦係数をリアルタイムで同定することができる。 In this description, the torque command is based on the assumption that the output of the speed control unit is a rotary motor, but in the case of a linear motor, the output of the speed control unit may be realized with the same configuration as the thrust command. Therefore, if this invention is used, an inertia total value and a viscous friction coefficient can be identified in real time by numerical formula calculation.
本発明の特徴は、トルク指令Trefおよびモータ速度検出信号Vfbに基づいて、イナーシャJと粘性摩擦係数Dとを算出する制御定数同定部18を備えていることである。 A feature of the present invention is that it includes a control constant identification unit 18 that calculates an inertia J and a viscous friction coefficient D based on the torque command T ref and the motor speed detection signal V fb .
以下、具体的な算出方法について説明する。 Hereinafter, a specific calculation method will be described.
制御対象がイナーシャJと粘性摩擦Dと一定外乱Tcで表されるとした場合、トルク指令Trefとモータ速度Vfbとの関係式は、式(12)で表される。 When the control target is expressed by inertia J, viscous friction D, and constant disturbance Tc , the relational expression between the torque command Tref and the motor speed Vfb is expressed by Expression (12).
ここで、dVfb/dtはVfbの時間微分値であるが、実際には請求項5または請求項6を用いた数式演算により算出した値を利用するため、 Here, dV fb / dt is a time differential value of V fb , but in actuality, in order to use a value calculated by a mathematical operation using claim 5 or claim 6,
とおく。
式(12)の両辺にモータ速度Vfbの時間微分値を乗じて、区間[a,b]で時間微分すると、
far.
Multiplying both sides of the equation (12) by the time differential value of the motor speed V fb and performing time differentiation in the interval [a, b]
ここで、式(14)の右辺第2項は Here, the second term on the right side of Equation (14) is
と書き換え、式(14)を整理すると、 And rearranging equation (14),
となる。ここで、式(16)の第3項において、Vfb´2≧0であるため、分母は時間とともに増加するため、区間[a,b]を大きく取れば、式(16)から式(17)が得られる。 It becomes. Here, since V fb ′ 2 ≧ 0 in the third term of the equation (16), the denominator increases with time. Therefore, if the interval [a, b] is large, the equations (16) to (17 ) Is obtained.
次に式(12)の関係式を利用し、両辺を時間微分すると式(18)が得られる。 Next, using the relational expression of Expression (12) and differentiating both sides with respect to time, Expression (18) is obtained.
式(18)の右辺第3項は、一定外乱Tcの時間微分であるので0である。
ここで、右辺第1項および第2項は、実際には請求項5または請求項6を用いた数式演算により算出した値を利用するため、
The third term on the right side of Equation (18) is 0 because it is a time derivative of the constant disturbance Tc .
Here, since the first term and the second term on the right side actually use values calculated by mathematical formulas using claim 5 or claim 6,
・・・(20)
... (20)
とおく。 far.
次に式(18)の両辺に速度Vfbの時間微分値を乗じて、区間[a,b]で時間微分すると、 Next, by multiplying both sides of the equation (18) by the time differential value of the velocity V fb and time differential in the interval [a, b],
ここで、式(21)の右辺第1項は、 Here, the first term on the right side of Equation (21) is
と書き換え、式(21)を整理すると And rearranging equation (21)
となる。ここで、式(17)と式(23)からDを消去すると式(1)が得られる。 It becomes. Here, when D is eliminated from the equations (17) and (23), the equation (1) is obtained.
式(17)と式(23)からJを消去すると式(2)が得られる。 When J is deleted from Expression (17) and Expression (23), Expression (2) is obtained.
さらに、式(1)、式(2)において、時刻aにおけるモータ速度の絶対値|Vfb(a)|と時刻bにおけるモータ速度の絶対値|Vfb(b)|が一致するような区間[a,b]とすれば、式(1)から式(3)が得られ、式(2)から式(4)が得られる。 Further, in the expressions (1) and (2), the interval in which the absolute value | V fb (a) | of the motor speed at time a and the absolute value | V fb (b) | of the motor speed at time b coincide with each other. If [a, b], then equation (3) is obtained from equation (1), and equation (4) is obtained from equation (2).
さらに、式(1)、式(2)において、時刻aにおけるモータ速度微分値の絶対値|Vfb´(a)|と時刻bにおけるモータ速度微分値の絶対値|Vfb´(b)|が一致するような区間[a,b]とすれば、式(1)から式(5)が得られ、式(2)から式(6)が得られる。 Further, in the equations (1) and (2), the absolute value | V fb ′ (a) | of the motor speed differential value at time a and the absolute value | V fb ′ (b) | of the motor speed differential value at time b. If the interval [a, b] is such that they match, Expression (5) is obtained from Expression (1), and Expression (6) is obtained from Expression (2).
なお、Vfbの時間微分値Vfb´、Trefの時間微分値Tref´は、
Vfb´=sVfb×LPF ・・・(8)
Tref´=sTref×LPF ・・・(9)
ただし、sはラプラス演算子で微分、LPFはローパスフィルタの伝達関数
により算出する、もしくは
Vfb´=Vfb×(1−LPF)×α ・・・(10)
Tref´=Tref×(1−LPF)×β ・・・(11)
ただし、sはラプラス演算子で微分、LPFはローパスフィルタの伝達関数、α>0、β>0の定数
により算出する、もしくは、オブザーバを利用して算出すればよい。
It should be noted that the time differential value V fb of V fb ', the time differential value T ref of T ref' is,
V fb ′ = sV fb × LPF (8)
T ref ′ = sT ref × LPF (9)
However, s is a differential with a Laplace operator, and LPF is calculated by a transfer function of a low-pass filter, or V fb ′ = V fb × (1−LPF) × α (10)
T ref ′ = T ref × (1-LPF) × β (11)
However, s is a Laplace operator derivative, LPF is a low-pass filter transfer function, α> 0, β> 0 or a constant, or using an observer.
図3は、本発明で同定されたイナーシャ合計値および粘性摩擦係数をフィードフォワード信号の作成に利用した例を説明するモータ制御装置のブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram of a motor control apparatus for explaining an example in which the inertia total value and the viscous friction coefficient identified in the present invention are used to create a feedforward signal.
図3において、21はフィードフォワード信号作成器である。フィードフォワード信号作成器21は位置制御部11の位置指令Prefを入力してフィードフォワード信号ffを作成して出力する。速度制御部12の出力信号と前記フィードフォワード信号ffとの和がトルク指令Trefになる。 In FIG. 3, 21 is a feedforward signal generator. The feedforward signal generator 21 receives the position command Pref of the position controller 11 and generates and outputs a feedforward signal ff. The sum of the output signal of the speed controller 12 and the feedforward signal ff becomes the torque command Tref .
フィードフォワード信号作成器21において、sはラプラス演算子であり、FFaおよびFFbはフィードフォワードゲインである。JiおよびDiは本発明の制御定数同定部18で同定されたイナーシャ合計値Jおよび粘性摩擦係数Dである。 In feed-forward signal generator 21, s is a Laplace operator, FF a and FF b are feed-forward gain. J i and D i are the inertia total value J and the viscous friction coefficient D identified by the control constant identification unit 18 of the present invention.
例えば、フィードフォワード信号ffは、位置指令Prefを2階微分したものと、フィードフォワードゲインFFaを乗じ、さらに同定されたイナーシャ合計値Jiを乗じて得られたものと、位置指令Prefを1階微分したものとフィードフォワードゲインFFbを乗じ、さらに同定された粘性摩擦係数Diを乗じて得られたものとを加算したものとすることができる。 For example, the feed forward signal ff is obtained by multiplying the position command P ref by second order, the feed forward gain FF a , and the identified inertia total value J i , and the position command P ref. the multiplied by 1-order differentiation ones and the feedforward gain FF b, it can be obtained by adding the one obtained by multiplying a further identified viscous friction coefficient D i.
このように、本発明はフィードフォワード信号の作成に利用できる。 Thus, the present invention can be used to create a feedforward signal.
また、本発明により同定されたイナーシャ合計値Jおよび粘性摩擦係数Dは正確であるので、これらに基づいて、位置ループゲインや速度ループゲインなどの制御パラメータの調整を行うことができることは自明である。 Further, since the inertia total value J and the viscous friction coefficient D identified by the present invention are accurate, it is obvious that the control parameters such as the position loop gain and the speed loop gain can be adjusted based on them. .
また、本発明により同定されたイナーシャ合計値Jおよび粘性摩擦係数Dを外乱オブザーバなどの振動抑制補償器の調整に利用できる例として、例えば、特許第3360935号公報がある。 Further, as an example in which the inertia total value J and the viscous friction coefficient D identified by the present invention can be used for adjusting a vibration suppression compensator such as a disturbance observer, there is, for example, Japanese Patent No. 3360935.
該特許において、本発明により同定されたイナーシャ合計値Jおよび粘性摩擦係数Dを利用することで、推定外乱信号が正確に演算され、振動抑制がより容易に実現可能となる。 In this patent, by using the inertia total value J and viscous friction coefficient D identified by the present invention, the estimated disturbance signal is accurately calculated, and vibration suppression can be realized more easily.
本発明は、工作機械や産業用ロボットを駆動するモータ制御装置として利用することができる。 The present invention can be used as a motor control device for driving a machine tool or an industrial robot.
10 速度指令生成部
11 位置制御部
12 速度制御部
13 トルク制御部
14 モータ
15 検出器
16 差分器
17 負荷
18 制御定数同定部
21 フィードフォワード信号作成器
51 速度指令発生部
52 速度制御部
53 推定部
54 同定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Speed command generation part 11 Position control part 12 Speed control part 13 Torque control part 14 Motor 15 Detector 16 Differentiator 17 Load 18 Control constant identification part 21 Feedforward signal generator 51 Speed command generation part 52 Speed control part 53 Estimation part 54 Identification part
Claims (11)
前記モータの回転子イナーシャの値及び前記モータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値を前記モータの回転軸に換算した値を合計したイナーシャ合計値Jと、粘性摩擦係数Dとを、前記トルク指令Trefから前記モータ速度検出信号Vfbまでの関係式に前記モータ速度検出信号の時間微分値Vfb´を乗じて時間積分した式と前記トルク指令Trefから前記モータ速度検出信号Vfbまでの関係式を時間微分した式に前記モータ速度検出信号の時間微分値Vfb´を乗じて時間積分した式とを変換して算出する制御定数同定部を備えることを特徴とするモータ制御装置。 A speed command generator for generating a speed command V ref, a speed control unit for generating a torque command T ref as the speed command V ref and the motor speed detection signal V fb coincides, the motor drive from the torque command T ref In a motor control device comprising: a torque control unit that generates a current; and a detector that detects a position or speed of the motor and generates the motor speed detection signal V fb .
An inertia total value J, which is a sum of values obtained by converting the rotor inertia value of the motor and the inertia value of the load machine driven by the motor into the rotation shaft of the motor, and the viscous friction coefficient D are used as the torque command. The relational expression from T ref to the motor speed detection signal V fb is multiplied by the time differential value V fb ′ of the motor speed detection signal to integrate the time and the torque command T ref to the motor speed detection signal V fb . A motor control apparatus comprising: a control constant identification unit that converts and calculates a time integral value obtained by multiplying a time differential value V fb ′ of the motor speed detection signal by a time derivative of the relational expression.
前記モータの回転子イナーシャの値及び前記モータにより駆動される負荷機械のイナーシャの値を前記モータの回転軸に換算した値を合計したイナーシャ合計値Jと、粘性摩擦係数Dとを、前記トルク指令Trefから前記モータ速度検出信号Vfbまでの関係式に前記モータ速度検出信号の時間微分値Vfb´を乗じて時間積分した式と前記トルク指令Trefから前記モータ速度検出信号Vfbまでの関係式を時間微分した式に前記モータ速度検出信号の時間微分値Vfb´を乗じて時間積分した式とを変換して算出する制御定数同定部を備えることを特徴とするモータ制御装置。 A position controller that generates a speed command V ref so that the position command P ref and the motor position detection signal P fb match, and a torque command T ref so that the speed command V ref and the motor speed detection signal V fb match. A motor including a speed control unit that generates, a torque control unit that generates a motor drive current from the torque command T ref , and a detector that detects the position or speed of the motor and outputs the motor speed detection signal V fb In the control device,
An inertia total value J, which is a sum of values obtained by converting the rotor inertia value of the motor and the inertia value of the load machine driven by the motor into the rotation shaft of the motor, and the viscous friction coefficient D are used as the torque command. The relational expression from T ref to the motor speed detection signal V fb is multiplied by the time differential value V fb ′ of the motor speed detection signal to integrate the time and the torque command T ref to the motor speed detection signal V fb . A motor control apparatus comprising: a control constant identification unit that converts and calculates a time integral value obtained by multiplying a time differential value V fb ′ of the motor speed detection signal by a time derivative of the relational expression.
・・・(1)
・・・(2)
ただし、Tref´はTrefの時間微分、Vfb´はVfbの時間微分、aおよびbは任意の時刻を表しb>a
により算出することを特徴とする請求項1または2記載のモータ制御装置。 The control constant identification unit calculates the inertia total value J and the viscous friction coefficient D.
... (1)
... (2)
However, T ref 'is T time derivative of ref, V fb' is V time derivative of fb, a and b represent arbitrary time b> a
The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is calculated by:
・・・(3)
・・・(4)
により算出することを特徴とする請求項1または2記載のモータ制御装置。 The control constant identification unit determines the interval [a, b] for calculating the inertia total value J as the absolute value | V fb (a) | of the motor speed at time a and the absolute value of the motor speed at time b. | V fb (b) | is a section in which the values coincide with each other, and the inertia total value J and the viscous friction coefficient D are
... (3)
... (4)
The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is calculated by:
・・・(5)
・・・(6)
により算出することを特徴とする請求項1または2記載のモータ制御装置。 The control constant identification unit determines an interval [a, b] for calculating the inertia total value J as an absolute value | V fb ′ (a) | of a motor speed differential value at a time a and a motor speed at a time b. The section is such that the absolute value | V fb ′ (b) | of the differential value matches, and the inertia total value J and the viscous friction coefficient D are
... (5)
... (6)
The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is calculated by:
・・・(7)
により算出することを特徴とする請求項1または2記載のモータ制御装置。 When the constant disturbance force Tc is known, the control constant identification unit calculates the inertia total value J,
... (7)
The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is calculated by:
Vfb´=sVfb×LPF ・・・(8)
Tref´=sTref×LPF ・・・(9)
ただし、sはラプラス演算子で微分、LPFはローパスフィルタの伝達関数
により算出することを特徴とする請求項1または2記載のモータ制御装置。 Said control constant identification unit, the time differential value V fb of V fb ', the time differential value T ref of T ref',
V fb ′ = sV fb × LPF (8)
T ref ′ = sT ref × LPF (9)
3. The motor control device according to claim 1, wherein s is calculated by a Laplace operator and LPF is calculated by a transfer function of a low-pass filter.
Vfb´=Vfb×(1−LPF)×α ・・・(10)
Tref´=Tref×(1−LPF)×β ・・・(11)
ただし、LPFはローパスフィルタの伝達関数、α>0、β>0の定数
により算出することを特徴とする請求項1または2記載のモータ制御装置。 Said control constant identification unit, the time differential value V fb of V fb ', the time differential value T ref of T ref',
V fb ′ = V fb × (1-LPF) × α (10)
T ref ′ = T ref × (1-LPF) × β (11)
3. The motor control device according to claim 1, wherein the LPF is calculated by a transfer function of a low-pass filter and constants of α> 0 and β> 0.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2004
- 2004-09-01 JP JP2004254463A patent/JP2006074896A/en not_active Abandoned
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