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JP4827016B2 - Rigid identification device and motor control device including the same - Google Patents
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Description

本発明は、負荷が低剛性に連結したモータの剛性を同定する剛性同定装置およびそれを備えたモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a stiffness identification device that identifies the stiffness of a motor connected to a load with low stiffness, and a motor control device including the stiffness identification device.

従来の剛性同定装置は、ハンマによりロボットに同定用入力信号を入力し、その加速度を周波数解析した結果と既知の非剛性パラメータを用いてロボットの剛性を同定している(例えば、特許文献1参照)。   A conventional stiffness identification apparatus inputs an identification input signal to a robot using a hammer, and identifies the stiffness of the robot using a result of frequency analysis of the acceleration and a known non-rigidity parameter (see, for example, Patent Document 1). ).

図4は、従来の剛性同定装置である。図において、401はハンマ、402はロボット、403はセンサ、404は周波数解析部、405はメモリ、406は同定部である。ハンマ401によりロボット402に同定用入力信号を入力する。ロボット402の加速度をセンサ403が検出し出力する。周波数解析部404は前記加速度を入力し解析結果を出力する。メモリ405は慣性モーメントや粘性摩擦など既知の非剛性パラメータを出力する。同定部406は前記解析結果と前記非剛性パラメータを入力し、ロボット402の減速機の剛性である剛性パラメータを算出し出力する。   FIG. 4 shows a conventional stiffness identification apparatus. In the figure, 401 is a hammer, 402 is a robot, 403 is a sensor, 404 is a frequency analysis unit, 405 is a memory, and 406 is an identification unit. An identification input signal is input to the robot 402 by the hammer 401. The sensor 403 detects and outputs the acceleration of the robot 402. The frequency analysis unit 404 inputs the acceleration and outputs an analysis result. The memory 405 outputs known non-rigid parameters such as moment of inertia and viscous friction. The identification unit 406 receives the analysis result and the non-rigidity parameter, and calculates and outputs a stiffness parameter that is the stiffness of the speed reducer of the robot 402.

このように、従来の剛性同定装置は、ハンマによりロボットに同定用入力信号を入力し、その加速度を周波数解析した結果と既知の非剛性パラメータを用いてロボットの剛性を同定するのである。
特開平09−123077号公報(第5−7頁、図1)
As described above, the conventional stiffness identification apparatus inputs the identification input signal to the robot by the hammer, and identifies the stiffness of the robot using the result of frequency analysis of the acceleration and the known non-rigidity parameter.
Japanese Patent Laid-Open No. 09-123077 (page 5-7, FIG. 1)

従来の剛性同定装置は、同定用入力信号を入力したときの周波数解析結果と既知の非剛性パラメータを用いて剛性同定する構成となっていて、別途用意された既知である、ロボットの各リンクの慣性モーメントおよび粘性摩擦などの非剛性パラメータが正確に分かっていないと、剛性同定が正確に実施できない問題があった。また、ロボットに大きな動作をさせずにその剛性を同定したい場合に、小さな動作のみでは剛性を同定できない問題もあった。
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、非剛性パラメータが分からない場合にも、微小動作のみで負荷が低剛性に連結したモータの剛性を高精度に同定することができる剛性同定装置およびそれを備えたモータ制御装置を提供することを目的とする。
The conventional stiffness identification device is configured to identify the stiffness using the frequency analysis result when the input signal for identification is inputted and the known non-rigidity parameter. If the non-rigid parameters such as the moment of inertia and viscous friction are not accurately known, there is a problem that the rigidity identification cannot be performed accurately. In addition, when it is desired to identify the rigidity of the robot without making a large movement, there is a problem that the rigidity cannot be identified only by a small movement.
The present invention has been made in view of such problems, and even when the non-rigidity parameter is not known, the rigidity of the motor in which the load is connected with low rigidity can be identified with high accuracy only by a minute operation. It is an object of the present invention to provide a stiffness identification device and a motor control device including the same.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。   In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.

本発明の代表的な構成は、入力される速度指令と位置検出器により検出されるモータ位置とに基づいてトルク指令を算出する速度制御器と、前記トルク指令に基づいて連結した負荷を駆動するモータへの給電を制御するモータ制御装置であって、特定の周波数および振幅を有する正弦波信号である前記速度指令を入力した場合、前記トルク指令と前記モータ位置とを乗算して位置トルク指令乗算値を算出する位置トルク指令乗算器と、前記モータ位置の振幅に相当するモータ位置振幅値を算出する位置振幅演算器と、前記位置トルク指令乗算値の、前記正弦波信号の1周期に相当する1周期間の時間平均値の2倍を、前記モータ位置振幅値の二乗値で除算し、更に前記特定の周波数の二乗値と前記モータの慣性モーメント値との乗算値を加算して剛性同定値を算出する剛性演算器と、を備える。A typical configuration of the present invention drives a speed controller that calculates a torque command based on an input speed command and a motor position detected by a position detector, and a load connected based on the torque command. A motor control device for controlling power supply to a motor, wherein when the speed command, which is a sine wave signal having a specific frequency and amplitude, is input, the torque command is multiplied by the motor position to multiply the position torque command. A position torque command multiplier for calculating a value, a position amplitude calculator for calculating a motor position amplitude value corresponding to the amplitude of the motor position, and one position of the sine wave signal of the position torque command multiplication value Divide twice the time average value for one cycle by the square value of the motor position amplitude value, and add the product of the square value of the specific frequency and the moment of inertia value of the motor Comprising a rigid calculator for calculating the stiffness identification value, the Te.
本発明の他の代表的な構成は、入力される位置指令と位置検出器により検出されるモータ位置とに基づいて速度指令を算出する位置制御器と、前記速度指令と前記モータ位置とに基づいてトルク指令を算出する速度制御器と、前記トルク指令に基づいて連結した負荷を駆動するモータへの給電を制御するモータ制御装置であって、特定の周波数および振幅を有する正弦波信号である前記位置指令を入力した場合、前記トルク指令と前記モータ位置とを乗算して位置トルク指令乗算値を算出する位置トルク指令乗算器と、前記モータ位置の振幅に相当するモータ位置振幅値を算出する位置振幅演算器と、前記位置トルク指令乗算値の、前記正弦波信号の1周期に相当する1周期間の時間平均値の2倍を、前記モータ位置振幅値の二乗値で除算し、更に前記特定の周波数の二乗値と前記モータの慣性モーメント値との乗算値を加算して剛性同定値を算出する剛性演算器と、を備える。Another typical configuration of the present invention is based on a position controller that calculates a speed command based on an input position command and a motor position detected by a position detector, and on the speed command and the motor position. A speed controller that calculates a torque command and a motor control device that controls power supply to a motor that drives a load connected based on the torque command, the sine wave signal having a specific frequency and amplitude When a position command is input, a position torque command multiplier that calculates a position torque command multiplication value by multiplying the torque command and the motor position, and a position that calculates a motor position amplitude value corresponding to the amplitude of the motor position The amplitude calculator and the position torque command multiplication value, which is twice the time average value for one period corresponding to one period of the sine wave signal, is divided by the square value of the motor position amplitude value. Further comprising a rigid calculator for calculating the stiffness identification value by adding the multiplied value of the inertial moment value of the the square value of the specific frequency motor.

本発明の代表的な構成、または本発明の他の代表的な構成によると、非剛性パラメータが分からない場合にも、負荷が低剛性に連結したモータの剛性を微小動作のみで、一定トルク外乱、ノイズ、非線形ダイナミクス、過渡応答などの影響をほとんど受けることなく、高精度に短時間に同定することができる。また、任意の周期的指令を用いて、負荷が低剛性に連結したモータの剛性を微小動作のみで、一定トルク外乱、ノイズ、非線形ダイナミクス、過渡応答などの影響をほとんど受けることなく、高精度に短時間に同定することができる。
According to a typical configuration of the present invention or another typical configuration of the present invention , even when the non-rigidity parameter is not known, a constant torque disturbance can be obtained with only a minute operation of the rigidity of a motor connected to a low-rigidity load. Therefore, it is possible to identify with high accuracy and in a short time without being affected by noise, nonlinear dynamics, transient response, etc. In addition, using any periodic command, the rigidity of the motor connected to the load with low rigidity can be adjusted to a high degree of accuracy with almost no influence from constant torque disturbance, noise, nonlinear dynamics, transient response, etc. It can be identified in a short time.

また、非剛性パラメータが分からない場合にも、任意の周期的指令を用いて、負荷が低剛性に連結したモータの剛性を微小動作のみで、一定トルク外乱、ノイズ、非線形ダイナミクス、過渡応答などの影響をほとんど受けることなく、高精度に短時間に同定することができる。
In addition, even if the non-rigidity parameter is not known, using arbitrary periodic commands, the rigidity of the motor connected to a low-rigidity load can be adjusted only with a minute motion, such as constant torque disturbance, noise, nonlinear dynamics, transient response, etc. It is possible to identify with high accuracy in a short time with almost no influence.

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.

図1は、本発明の第1実施例を示す速度制御に基づいた剛性同定装置である。図において、101は速度指令発生器、102は速度制御器、103はトルク制御器、104は制御対象、105は位置検出器、106は微分器、107は剛性同定器、108は位置トルク指令乗算器、109は位置振幅演算器、110は剛性演算器である。     FIG. 1 shows a stiffness identification device based on speed control according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 101 is a speed command generator, 102 is a speed controller, 103 is a torque controller, 104 is a control target, 105 is a position detector, 106 is a differentiator, 107 is a stiffness identifier, and 108 is a position torque command multiplier. , 109 is a position amplitude calculator, and 110 is a rigidity calculator.

速度指令発生器101は、速度指令を出力する。速度制御器102は、前記速度指令とモータ速度を入力しトルク指令を出力する。トルク制御器103は、前記トルク指令を入力しモータ駆動信号を出力する。制御対象104は、前記モータ駆動信号により駆動され、モータ位置は、位置検出器105が検出し出力する。微分器106は、前記モータ位置を入力し前記モータ速度を出力する。   The speed command generator 101 outputs a speed command. The speed controller 102 inputs the speed command and the motor speed and outputs a torque command. The torque controller 103 receives the torque command and outputs a motor drive signal. The control object 104 is driven by the motor drive signal, and the position of the motor is detected and output by the position detector 105. The differentiator 106 inputs the motor position and outputs the motor speed.

剛性同定器107は、前記トルク指令と前記モータ位置を入力し剛性同定値を算出し出力する。剛性同定器107において、位置トルク指令乗算器108は、前記トルク指令と前記モータ位置を入力し、その乗算値である位置トルク指令乗算値を出力する。位置振幅演算器109は、前記モータ位置を入力し、その振幅であるモータ位置振幅を出力する。剛性演算器110は、前記位置トルク指令乗算値と前記モータ位置振幅を入力し、制御対象104の剛性である前記剛性同定値を算出し出力する。
本発明が従来技術と異なる部分は、位置トルク指令乗算器108と位置振幅演算器109と剛性演算器110とを有する、剛性同定器107を備えた部分であり、センサや別途用意された既知である非剛性パラメータを用いずに、微小動作のみで負荷が低剛性に連結したモータの剛性を高精度に同定するものである。
The stiffness identifier 107 inputs the torque command and the motor position, calculates and outputs a stiffness identification value. In the stiffness identifier 107, the position torque command multiplier 108 inputs the torque command and the motor position, and outputs a position torque command multiplication value which is a multiplication value thereof. A position amplitude calculator 109 receives the motor position and outputs a motor position amplitude that is the amplitude. The stiffness calculator 110 receives the position torque command multiplication value and the motor position amplitude, and calculates and outputs the stiffness identification value that is the stiffness of the control object 104.
The present invention is different from the prior art in that it includes a stiffness identifier 107 having a position torque command multiplier 108, a position amplitude calculator 109, and a stiffness calculator 110. Without using a certain non-rigidity parameter, the rigidity of a motor connected with a low rigidity by only a minute operation is identified with high accuracy.

以下、剛性同定器107が、剛性同定値を算出する仕組みを説明する。   Hereinafter, a mechanism in which the stiffness identifier 107 calculates the stiffness identification value will be described.

制御対象104は、負荷が低剛性にモータに連結したものとし、モータ慣性モーメントをJm、負荷慣性モーメントをJl、モータ粘性摩擦をD、負荷粘性摩擦をcl、前記モータと前記負荷との間の剛性であるモータ負荷間剛性をk、前記モータと前記負荷との間の粘性摩擦であるモータ負荷間粘性摩擦をc、トルク指令をTref、モータ位置をθm、負荷位置をθl、一定トルク外乱をwとすると、トルク制御器103、制御対象104、位置検出器105を含む開ループ系の運動方程式は式(1)、式(2)と表される。   It is assumed that the control object 104 is connected to the motor with low rigidity, the motor inertia moment is Jm, the load inertia moment is Jl, the motor viscous friction is D, the load viscous friction is cl, and the load between the motor and the load is Stiffness between motor loads, which is rigidity, k, viscous friction between motor loads, which is viscous friction between the motor and the load, c, torque command, Tref, motor position, θm, load position, θl, constant torque disturbance Assuming that w, the equation of motion of the open loop system including the torque controller 103, the controlled object 104, and the position detector 105 is expressed as Expression (1) and Expression (2).


以下の(8)式までの同定式導出において、前記速度指令は速度指令周波数ωの周期的な信号である正弦波とし、モータ位置θm、負荷位置θl、トルク指令Trefは、その周波数成分のうち周波数ωにおけるものである基本周波数成分のみを考える。前記速度指令周波数を前記開ループ系の固有周波数より十分に大きくなるように設定した場合、θl<<θmの関係が成り立ち、式(1)は式(3)と近似できる。   In the identification formula derivation up to the following equation (8), the speed command is a sine wave that is a periodic signal of the speed command frequency ω, and the motor position θm, the load position θl, and the torque command Tref are among the frequency components. Consider only the fundamental frequency component that is at frequency ω. When the speed command frequency is set to be sufficiently larger than the natural frequency of the open loop system, the relationship θl << θm is established, and equation (1) can be approximated to equation (3).

定常状態において前記モータ位置は式(4)と表される。   In the steady state, the motor position is expressed by Equation (4).

ただし、Aはモータ位置振幅、ωは速度指令周波数である。式(4)を式(3)に代入するとトルク指令Trefは式(5)で表される。   Where A is the motor position amplitude and ω is the speed command frequency. When equation (4) is substituted into equation (3), torque command Tref is expressed by equation (5).

モータ位置θmとトルク指令Trefの乗算値である位置トルク指令乗算値は式(4)、式(5)より式(6)と求められる。   A position torque command multiplication value, which is a multiplication value of the motor position θm and the torque command Tref, can be obtained from Expression (4) and Expression (5) as Expression (6).

式(6)の1周期間平均値は、式(6)における定数項となり、式(7)で表される。ここで1周期間平均値とは、1周期間の時間平均値である。   The average value for 1 period of Formula (6) becomes a constant term in Formula (6), and is represented by Formula (7). Here, the average value for one period is a time average value for one period.

ただし、バーは1周期間平均値を示す。式(7)を書き換えると式(8)を得る。   However, the bar indicates the average value for one period. When equation (7) is rewritten, equation (8) is obtained.

剛性演算器110は、式(8)により前記剛性同定値を算出する。式(8)は負荷慣性モーメントJlを含まないので、負荷慣性モーメントJlがわからなくても前記剛性同定値を算出できる。また、式(8)はトルク指令Trefとモータ位置θmを用いるので、任意の線形制御を用いた場合に適用できる。例えば、速度制御器102をP、PI、I−P、PID制御としても良い。   The stiffness calculator 110 calculates the stiffness identification value using equation (8). Since the equation (8) does not include the load inertia moment Jl, the rigidity identification value can be calculated without knowing the load inertia moment Jl. Further, since the equation (8) uses the torque command Tref and the motor position θm, it can be applied when arbitrary linear control is used. For example, the speed controller 102 may be P, PI, IP, and PID control.

また、トルク指令Trefおよびモータ位置θmの基本周波数成分を用いるので、速度指令周波数以外の周波数成分を持つ外乱とノイズおよび重力などによる一定トルク外乱の影響を抑制し、定常状態を待つことなく短時間に剛性同定値を算出することができる。   Further, since the fundamental frequency components of the torque command Tref and the motor position θm are used, the influence of a disturbance having a frequency component other than the speed command frequency and a constant torque disturbance due to noise, gravity, etc. is suppressed, and a short time without waiting for a steady state. The stiffness identification value can be calculated.

図2は、本発明の第2実施例を示す位置制御に基づいた剛性同定装置である。図において、102は速度制御器、103はトルク制御器、104は制御対象、105は位置検出器、106は微分器、107は剛性同定器、108は位置トルク指令乗算器、109は位置振幅演算器、110は剛性演算器、201は位置指令発生器、202は位置制御器である。   FIG. 2 is a stiffness identification device based on position control according to a second embodiment of the present invention. In the figure, 102 is a speed controller, 103 is a torque controller, 104 is an object to be controlled, 105 is a position detector, 106 is a differentiator, 107 is a stiffness identifier, 108 is a position torque command multiplier, and 109 is a position amplitude calculation. , 110 is a stiffness calculator, 201 is a position command generator, and 202 is a position controller.

位置指令発生器201は、位置指令を出力する。位置制御器202は、前記位置指令とモータ位置を入力し速度指令を出力する。速度制御器102は、前記速度指令とモータ速度を入力しトルク指令を出力する。トルク制御器103は、前記トルク指令を入力しモータ駆動信号を出力する。制御対象104は、前記モータ駆動信号により駆動され前記モータ位置は位置検出器105が検出し出力する。微分器106は、前記モータ位置を入力し前記モータ速度を出力する。剛性同定器107は、前記トルク指令と前記モータ位置を入力し剛性同定値を算出し出力する。   The position command generator 201 outputs a position command. The position controller 202 inputs the position command and the motor position and outputs a speed command. The speed controller 102 inputs the speed command and the motor speed and outputs a torque command. The torque controller 103 receives the torque command and outputs a motor drive signal. The controlled object 104 is driven by the motor drive signal, and the position of the motor is detected and output by the position detector 105. The differentiator 106 inputs the motor position and outputs the motor speed. The stiffness identifier 107 inputs the torque command and the motor position, calculates and outputs a stiffness identification value.

なお、第1実施例と第2実施例とでは、速度制御に基づくものであるか位置制御に基づくものであるかの部分で異なり、それぞれ用いる剛性同定器107の構成は同じであるので、ここではその詳細な説明を省略する。また、各指令発生器から出力される指令が、速度指令であるか位置指令であるかの部分で異なるが、剛性同定器107はトルク指令とモータ位置に基づいて剛性同定値を算出する点で同じであるため、前述した(8)式までの同定式の導出は同じであり、第1実施例と第2実施例とに適用できる。   The first embodiment and the second embodiment differ depending on whether they are based on speed control or position control, and the configuration of the stiffness identifier 107 used is the same. Then, the detailed explanation is omitted. Further, although the command output from each command generator differs depending on whether it is a speed command or a position command, the stiffness identifier 107 calculates a stiffness identification value based on the torque command and the motor position. Since they are the same, the derivation of the identification expression up to the above-described expression (8) is the same, and can be applied to the first and second embodiments.

以下、本実施例のシミュレーション結果を示す。   Hereinafter, the simulation results of this example are shown.

本シミュレーションに用いた数値は次の通りである。
Jm=2.09×10^−4[kg・m^2]、Jl=1.90×10^−4[kg・m^2]、D=0.01[N・m・s/rad]、cl=0.01[N・m・s/rad]、c=0.001[N・m・s/rad]、ωn=20(2π)[rad/s]、Kp=40 [s^−1]、Kv=40(2π) [s^−1]、Kvj=Kv・Jm、Ti=0.020 [s]、 r0=0.1 [rad]、ω=80(2π)[rad/s]、Trat=1.27 [N・m]
ただし、位置制御器202をP制御、速度制御器102をPI制御とし、ωnは負荷の固有周波数、Kpは位置比例制御ゲイン、Kvは正規化速度比例制御ゲイン、Kvjは速度比例制御ゲイン、Tiは速度制御積分時間、r0は位置指令振幅、Tratは定格トルクとする。また、剛性真値k*は、負荷の固有周波数ωnを用いてk*=ωn^2*Jlと表される。
なお、シミュレーションに用いたこれら数値は、実機への適用に即したものであり、本発明を実機へ適用した場合においても、このシミュレーション結果に相当する効果を奏するものである。
The numerical values used in this simulation are as follows.
Jm = 2.09 × 10 ^ -4 [kg · m ^ 2], Jl = 1.90 × 10 ^ -4 [kg · m ^ 2], D = 0.01 [N · m · s / rad] , Cl = 0.01 [N · m · s / rad], c = 0.001 [N · m · s / rad], ωn = 20 (2π) [rad / s], Kp = 40 [s ^ − 1], Kv = 40 (2π) [s ^ −1], Kvj = Kv · Jm, Ti = 0.020 [s], r0 = 0.1 [rad], ω = 80 (2π) [rad / s ], Trat = 1.27 [N · m]
However, the position controller 202 is P-controlled and the speed controller 102 is PI-controlled, ωn is the natural frequency of the load, Kp is the position proportional control gain, Kv is the normalized speed proportional control gain, Kvj is the speed proportional control gain, Ti Is the speed control integration time, r0 is the position command amplitude, and Trat is the rated torque. The true stiffness value k * is expressed as k * = ωn ^ 2 * Jl using the natural frequency ωn of the load.
These numerical values used in the simulation are in accordance with the application to the actual machine, and even when the present invention is applied to the actual machine, the effect equivalent to the simulation result is obtained.

図3は、本発明の第2実施例を示す一定トルク外乱を変化させた場合の剛性同定結果である。図において、剛性同定誤差ek(%)は、剛性同定値kと剛性真値k*を用いて式(9)により算出した。   FIG. 3 shows the rigidity identification result when the constant torque disturbance is changed according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the stiffness identification error ek (%) was calculated by the equation (9) using the stiffness identification value k and the stiffness true value k *.

(9) (9)

一定トルク外乱定格トルク比w/Tratを0%から50%まで変化させた場合、式(9)により算出した剛性同定誤差は5%以下であり、本発明によると一定トルク外乱の影響を受けず、高精度の剛性同定が実施できることがわかる。   When the constant torque disturbance rated torque ratio w / Trat is changed from 0% to 50%, the rigidity identification error calculated by the equation (9) is 5% or less, and according to the present invention, it is not affected by the constant torque disturbance. It can be seen that high-precision rigidity identification can be performed.

また、この場合、モータ位置振幅Aは、常に0.004rad程度(17bit位置検出器で80pulse程度)であり、トルク指令振幅は、定格トルクTratの20%程度であった。(図示しない)従って、可動範囲の限定された負荷の連結したモータの剛性同定にも応用でき、また負荷慣性モーメントがより大きな場合にも応用できることがわかる。   In this case, the motor position amplitude A is always about 0.004 rad (about 80 pulses with a 17-bit position detector), and the torque command amplitude is about 20% of the rated torque Trat. (Not shown) Therefore, it can be applied to the rigidity identification of a motor connected with a load having a limited movable range, and can also be applied to a case where the load inertia moment is larger.

また、この場合、負荷位置振幅のモータ位置振幅に対する比は、10%以下であった(図示しない)ので、式(3)の導出に用いた仮定θl<<θmが成り立っていることが分かる。   In this case, since the ratio of the load position amplitude to the motor position amplitude is 10% or less (not shown), it can be seen that the assumption θl << θm used to derive the expression (3) is established.

また、式(8)は、トルク指令Trefとモータ位置θmを用いるので、任意の線形制御を用いた場合に適用できる。例えば、位置制御器202および速度制御器102をP、PI、I−P、PID制御としても良い。   Furthermore, since the equation (8) uses the torque command Tref and the motor position θm, it can be applied when any linear control is used. For example, the position controller 202 and the speed controller 102 may be P, PI, IP, and PID control.

このように、トルク指令とモータ位置を入力し位置トルク指令乗算値を出力する位置トルク指令乗算器と、前記モータ位置を入力しモータ位置振幅を出力する位置振幅演算器と、前記位置トルク指令乗算値と前記モータ位置振幅を入力し剛性同定値を算出し出力する剛性演算器を備える構成をしているので、位置指令と異なる周波数成分を持つ外乱、ノイズおよび重力などによる一定トルク外乱の影響を抑制し、負荷慣性モーメントがわからない場合にも、負荷の連結したモータの剛性を高精度に同定することができ、前記剛性同定値を用いて高精度の制御を実施できる。
なお、速度指令発生器101あるいは位置指令発生器201から発生する、速度指令あるいは位置指令の周波数および振幅は、負荷位置振幅がモータ位置振幅より十分に小さくなるように、たとえば、負荷位置振幅がモータ位置振幅の10%となるように設定すればよい。
Thus, a position torque command multiplier that inputs a torque command and a motor position and outputs a position torque command multiplication value, a position amplitude calculator that inputs the motor position and outputs a motor position amplitude, and the position torque command multiplication Because it has a configuration that includes a stiffness calculator that inputs the value and the motor position amplitude and calculates and outputs the stiffness identification value, it can be affected by disturbances with frequency components different from the position command, the influence of constant torque disturbance due to noise, gravity, etc. Even when the load inertia moment is not known, the rigidity of the motor connected to the load can be identified with high accuracy, and high-precision control can be performed using the stiffness identification value.
The frequency and amplitude of the speed command or position command generated from the speed command generator 101 or the position command generator 201 are set so that the load position amplitude is sufficiently smaller than the motor position amplitude. What is necessary is just to set so that it may become 10% of position amplitude.

負荷が低剛性に連結したモータの剛性を微小動作のみで同定することができるので、半導体製造装置、産業用ロボットなどの一般産業用機械の制御ゲイン自動調整に広く適用できる。   Since the rigidity of a motor connected to a load with low rigidity can be identified by only a minute operation, the present invention can be widely applied to automatic control gain adjustment of general industrial machines such as semiconductor manufacturing apparatuses and industrial robots.

本発明の第1実施例を示す速度制御に基づいた剛性同定装置Rigidity identification device based on speed control showing a first embodiment of the present invention 本発明の第2実施例を示す位置制御に基づいた剛性同定装置Rigidity identification device based on position control showing a second embodiment of the present invention 本発明の第2実施例を示す一定トルク外乱を変化させた場合の剛性同定結果Rigidity identification result when constant torque disturbance is changed according to the second embodiment of the present invention 従来の剛性同定装置Conventional stiffness identification device

符号の説明Explanation of symbols

101 速度指令発生器
102 速度制御器
103 トルク制御器
104 制御対象
105 位置検出器
106 微分器
107 剛性同定器
108 位置トルク指令乗算器
109 位置振幅演算器
110 剛性演算器
201 位置指令発生器
202 位置制御器
401 ハンマ
402 ロボット
403 センサ
404 周波数解析部
405 メモリ
406 同定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Speed command generator 102 Speed controller 103 Torque controller 104 Control object 105 Position detector 106 Differentiator 107 Rigidity identifier 108 Position torque command multiplier 109 Position amplitude calculator 110 Rigidity calculator 201 Position command generator 202 Position control Instrument 401 Hammer 402 Robot 403 Sensor 404 Frequency analysis unit 405 Memory 406 Identification unit

Claims (2)

入力される速度指令と位置検出器により検出されるモータ位置とに基づいてトルク指令を算出する速度制御器と、前記トルク指令に基づいて連結した負荷を駆動するモータへの給電を制御するモータ制御装置であって、A speed controller that calculates a torque command based on an input speed command and a motor position detected by a position detector, and a motor control that controls power supply to a motor that drives a connected load based on the torque command A device,
特定の周波数および振幅を有する正弦波信号である前記速度指令を入力した場合、When the speed command that is a sine wave signal having a specific frequency and amplitude is input,
前記トルク指令と前記モータ位置とを乗算して位置トルク指令乗算値を算出する位置トルク指令乗算器と、A position torque command multiplier that multiplies the torque command and the motor position to calculate a position torque command multiplication value;
前記モータ位置の振幅に相当するモータ位置振幅値を算出する位置振幅演算器と、A position amplitude calculator for calculating a motor position amplitude value corresponding to the amplitude of the motor position;
前記位置トルク指令乗算値の、前記正弦波信号の1周期に相当する1周期間の時間平均値の2倍を、前記モータ位置振幅値の二乗値で除算し、更に前記特定の周波数の二乗値と前記モータの慣性モーメント値との乗算値を加算して剛性同定値を算出する剛性演算器と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。The position torque command multiplication value is divided by twice the time average value for one period corresponding to one period of the sine wave signal by the square value of the motor position amplitude value, and further the square value of the specific frequency. And a rigidity calculator that calculates a rigidity identification value by adding a product of the motor and the inertia moment value of the motor.
入力される位置指令と位置検出器により検出されるモータ位置とに基づいて速度指令を算出する位置制御器と、前記速度指令と前記モータ位置とに基づいてトルク指令を算出する速度制御器と、前記トルク指令に基づいて連結した負荷を駆動するモータへの給電を制御するモータ制御装置であって、A position controller that calculates a speed command based on an input position command and a motor position detected by a position detector; a speed controller that calculates a torque command based on the speed command and the motor position; A motor control device that controls power supply to a motor that drives a connected load based on the torque command,
特定の周波数および振幅を有する正弦波信号である前記位置指令を入力した場合、When the position command is a sine wave signal having a specific frequency and amplitude,
前記トルク指令と前記モータ位置とを乗算して位置トルク指令乗算値を算出する位置トルク指令乗算器と、A position torque command multiplier that multiplies the torque command and the motor position to calculate a position torque command multiplication value;
前記モータ位置の振幅に相当するモータ位置振幅値を算出する位置振幅演算器と、A position amplitude calculator for calculating a motor position amplitude value corresponding to the amplitude of the motor position;
前記位置トルク指令乗算値の、前記正弦波信号の1周期に相当する1周期間の時間平均値の2倍を、前記モータ位置振幅値の二乗値で除算し、更に前記特定の周波数の二乗値と前記モータの慣性モーメント値との乗算値を加算して剛性同定値を算出する剛性演算器と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。The position torque command multiplication value is divided by twice the time average value for one period corresponding to one period of the sine wave signal by the square value of the motor position amplitude value, and further the square value of the specific frequency. And a rigidity calculator that calculates a rigidity identification value by adding a product of the motor and the inertia moment value of the motor.
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