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JP6710103B2 - Parameter identification device, motor control system, parameter identification method and program - Google Patents
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JP6710103B2 - Parameter identification device, motor control system, parameter identification method and program - Google Patents

Parameter identification device, motor control system, parameter identification method and program Download PDF

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Description

本発明は、パラメータ同定装置、モータ制御システム、パラメータ同定方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a parameter identification device, a motor control system, a parameter identification method, and a program.

負荷を駆動させるモータの制御系(モータ制御システム)の設計において制御性能を向上させるためにはフィードバック制御では限界があり、指令信号に対する応答特性が高いフィードフォワード制御を行う必要がある。また、フィードフォワード制御を実現するためには、制御システム側が、制御対象(即ち、モータ及び負荷を有する機械系)を模したモデルの逆モデルを持つ必要があるが、このフィードフォワード制御用のモデルと実際の制御対象の特性との間に誤差があると、制御性能の向上は図れない。 In order to improve control performance in designing a motor control system (motor control system) that drives a load, there is a limit in feedback control, and it is necessary to perform feedforward control with high response characteristics to a command signal. Further, in order to realize the feedforward control, the control system side needs to have an inverse model of a model imitating a controlled object (that is, a mechanical system having a motor and a load). If there is an error between the actual characteristics of the controlled object and the control performance cannot be improved.

したがって、制御性能の高いフィードフォワード制御を実現するためには、制御対象を正確に模したモデルを得る必要がある。ここで、当該モデルをなすモデルパラメータである制御対象全体の慣性モーメントJ、粘性係数D及びクーロン摩擦係数τは、制御対象全体を一慣性系モデルとして模した場合に、所定のエラーシステムによって算出される誤差信号とその内部信号とに基づいて同定することが可能である。 Therefore, in order to realize feedforward control with high control performance, it is necessary to obtain a model that accurately mimics the controlled object. Here, the inertia moment J, the viscosity coefficient D, and the Coulomb friction coefficient τ f of the entire controlled object, which are model parameters forming the model, are calculated by a predetermined error system when the entire controlled object is modeled as a one-inertia system model. It is possible to identify the error signal based on the error signal and its internal signal.

また、特許文献1では、モデルパラメータの推定手段として、変位−変形量の位相面図(ロストモーション補正モデル)から、剛性と飽和時の摩擦の大きさを推定し、ロストモーション補正量を算出する方法が開示されている。
また、特許文献2では、取り付け時の測定、力測定器測定による力と変位の関係の測定結果から、各モデルパラメータを求め、ロストモーション補正のタイミングに使用する方法が開示されている。
Further, in Patent Document 1, as a model parameter estimation means, the magnitude of stiffness and friction at saturation is estimated from the phase diagram of displacement-deformation amount (lost motion correction model), and the lost motion correction amount is calculated. A method is disclosed.
In addition, Patent Document 2 discloses a method in which each model parameter is obtained from the measurement result of the relationship between force and displacement by measurement at the time of attachment and measurement by a force measuring device and used for the timing of lost motion correction.

特開平8−152910号公報JP-A-8-152910 特開2002−023852号公報JP, 2002-023852, A

実際の制御対象(モータ及び負荷を有する機械系)は、モータから負荷への動力の伝達系に、剛性が弱くガタ(不感帯)がある部分(連結部材)を有している場合がある。このような制御対象は、上記剛性が弱くガタを有している部分を境界として、モータ側と負荷側とに分けてなる2慣性系モデルを採用することでより正確なモデルを構築することができる。 An actual control target (mechanical system having a motor and a load) may have a portion (coupling member) with low rigidity and play (dead zone) in the power transmission system from the motor to the load. For such a control target, a more accurate model can be constructed by adopting a two-inertia system model that is divided into a motor side and a load side, with a portion having the above-mentioned weak rigidity and backlash as a boundary. it can.

ここで、正確な2慣性系モデルを構築するためには、モータ側と負荷側とに別個独立して存在する摩擦、及び、上記境界における剛性及びガタを精度良く同定する必要がある。
しかしながら、上述した例では、モータ側の摩擦、負荷側の摩擦の各々を独立して同定することはできず、また、伝達系における剛性、ガタの特性も考慮されていない。したがって、制御対象を正確に模したモデルを得ることができず、そのため、制御性能の高い制御システムを実現することができなかった。
Here, in order to construct an accurate two-inertia system model, it is necessary to accurately identify the friction existing independently on the motor side and the load side, and the rigidity and play at the boundary.
However, in the above-described example, it is not possible to independently identify each of the friction on the motor side and the friction on the load side, and the rigidity and play characteristics in the transmission system are not considered. Therefore, it is not possible to obtain a model that accurately mimics the controlled object, and thus it is not possible to realize a control system with high control performance.

本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものであって、モータ及び負荷を有する機械系を精度よく模したモデルを得ることができるパラメータ同定装置、モータ制御システム、パラメータ同定方法及びプログラムを提供することにある。 The object of the present invention is made in view of the above problems, and a parameter identification device, a motor control system, a parameter identification method, and a program capable of obtaining a model accurately simulating a mechanical system having a motor and a load. To provide.

本発明の一態様によれば、パラメータ同定装置は、モータと負荷とが連結部材にて連結されてなる機械系を模した2慣性系モデルのモデルパラメータを同定するパラメータ同定装置であって、前記モータに対するトルク指令値と、前記モータの角度及び角速度の実測データと、前記負荷の角度及び角速度の実測データと、を取得するデータ取得部と、取得された前記トルク指令値と、前記モータの角度及び角速度の実測データと、前記負荷の角度及び角速度の実測データと、に基づいて複数の位相面図を生成する位相面図生成部と、生成された複数の前記位相面図に基づいて、前記モータの摩擦、前記負荷の摩擦、前記連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅を示すモデルパラメータを同定するパラメータ同定部と、を備える。 According to one aspect of the present invention, the parameter identifying device is a parameter identifying device for identifying a model parameter of a two-inertia system model imitating a mechanical system in which a motor and a load are connected by a connecting member. A data acquisition unit that acquires a torque command value for the motor, actual measurement data of the angle and angular velocity of the motor, and actual measurement data of the angle and angular velocity of the load, the acquired torque command value, and the angle of the motor. Based on the measured data of the angular velocity and the measured data of the angle and the angular velocity of the load, a phase diagram generating unit that generates a plurality of phase diagrams, and based on the generated phase diagrams, A parameter identification unit that identifies a model parameter indicating the friction of the motor, the friction of the load, the rigidity of the connecting member, and the dead band width of the connecting member.

また、本発明の一態様によれば、前記位相面図生成部は、前記位相面図として、前記トルク指令値と前記連結部材のねじれ速度との関係を示すトルク−ねじれ速度位相面図を生成し、前記パラメータ同定部は、前記トルク−ねじれ位相面図における折れ点の位置に基づいて前記モータの摩擦を示すモデルパラメータを同定する。 Further, according to an aspect of the present invention, the phase diagram generating unit generates, as the phase diagram, a torque-torsion velocity phase diagram showing a relationship between the torque command value and a torsion velocity of the connecting member. Then, the parameter identifying unit identifies a model parameter indicating the friction of the motor based on the position of the break point in the torque-twist phase diagram.

また、本発明の一態様によれば、前記位相面図生成部は、前記位相面図として、前記連結部材のねじれ角度と前記連結部材のねじれ速度との関係を示すねじれ角度−ねじれ速度位相面図を生成し、前記パラメータ同定部は、前記ねじれ角度−ねじれ速度位相面図における折れ点の位置に基づいて前記連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅を示すモデルパラメータを同定する。 Further, according to an aspect of the present invention, the phase diagram generating unit indicates, as the phase diagram, a twist angle-twist velocity phase face indicating a relationship between a twist angle of the connecting member and a twist speed of the connecting member. A diagram is generated, and the parameter identification unit identifies a model parameter indicating the rigidity of the connecting member and the dead zone width of the connecting member based on the position of the break point in the twist angle-twist velocity phase diagram.

また、本発明の一態様によれば、前記位相面図生成部は、前記位相面図として、前記トルク指令値と、前記モータの角速度及び前記負荷の角速度のうちの少なくとも何れか一つとの関係を示すトルク−機械角速度位相面図を生成し、前記パラメータ同定部は、前記トルク−機械角速度位相面図における折れ点の位置に基づいて前記負荷の摩擦を示すモデルパラメータを同定する。 Further, according to an aspect of the present invention, the phase diagram generating unit, as the phase diagram, the relationship between the torque command value and at least one of the angular velocity of the motor and the angular velocity of the load. Is generated, and the parameter identifying unit identifies the model parameter indicating the friction of the load based on the position of the break point in the torque-mechanical angular velocity phase diagram.

また、本発明の一態様によれば、前記位相面図生成部は、前記位相面図として、前記負荷の角度と前記トルク指令値との関係を示す負荷角度−トルク位相面図を生成し、前記パラメータ同定部は、前記負荷角度−トルク位相面図における折れ点の位置に基づいて前記負荷の摩擦を示すモデルパラメータを同定する。 Further, according to one aspect of the present invention, the phase diagram generating unit generates, as the phase diagram, a load angle-torque phase diagram showing a relationship between the load angle and the torque command value. The parameter identification unit identifies a model parameter indicating the friction of the load based on the position of the break point in the load angle-torque phase diagram.

また、本発明の一態様によれば、前記位相面図生成部は、前記位相面図として、前記連結部材のねじれ角度と前記トルク指令値との関係を示すねじれ角度−トルク位相面図を生成し、前記パラメータ同定部は、前記ねじれ角度−トルク位相面図における折れ点の位置に基づいて、前記モータの摩擦、前記負荷の摩擦、前記連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅のうちの少なくとも何れか一つを示すモデルパラメータを同定する。 Further, according to an aspect of the present invention, the phase diagram generating unit generates, as the phase diagram, a twist angle-torque phase diagram showing a relationship between a twist angle of the connecting member and the torque command value. However, the parameter identification unit, based on the position of the break point in the twist angle-torque phase diagram, the friction of the motor, the friction of the load, the rigidity of the connecting member, and the dead band width of the connecting member. A model parameter indicating at least one of them is identified.

また、本発明の一態様によれば、前記トルク指令値、前記モータの角度、及び、前記負荷の角度の実測データに基づいて、前記2慣性系モデルのうちモータ側のモデルの、前記モータに対する誤差の度合いを示すモータ側誤差信号を出力するモータ側エラーシステムと、前記モータの角度、及び、前記負荷の角度の実測データに基づいて、前記2慣性系モデルのうち負荷側のモデルの、前記負荷に対する誤差の度合いを示す負荷側誤差信号を出力する負荷側エラーシステムと、を更に備え、前記パラメータ同定部は、前記モータ側誤差信号を入力して、少なくとも前記モータの慣性モーメント及び粘性係数を示すモデルパラメータを同定し、かつ、前記負荷側誤差信号を入力して、少なくとも前記負荷の慣性モーメント及び粘性係数を示すモデルパラメータを同定する。 Further, according to one aspect of the present invention, based on the actual measurement data of the torque command value, the angle of the motor, and the angle of the load, a motor-side model of the two-inertia system model with respect to the motor. A motor-side error system that outputs a motor-side error signal indicating the degree of error, and a load-side model of the two inertial system models based on the measured data of the motor angle and the load angle, A load-side error system that outputs a load-side error signal that indicates the degree of error with respect to the load; and the parameter identification unit receives the motor-side error signal and at least calculates the moment of inertia and the viscosity coefficient of the motor. The model parameter shown is identified, and the load side error signal is input to identify the model parameter showing at least the moment of inertia and viscosity coefficient of the load.

また、本発明の一態様によれば、前記パラメータ同定部は、前記機械系が行う反復動作の振幅及び周波数が相対的に小振幅かつ低周波数の場合に取得された前記トルク指令値と、前記モータの角度及び角速度の実測データと、前記負荷の角度及び角速度の実測データと、に基づいて、前記モータの摩擦、前記負荷の摩擦、前記連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅を示すモデルパラメータを同定し、前記機械系が行う反復動作の振幅及び周波数が相対的に大振幅かつ高周波数の場合に取得された前記トルク指令値と、前記モータの角度の実測データと、前記負荷の角度の実測データと、に基づいて、前記モータの慣性モーメント及び粘性係数を示すモデルパラメータ、及び、前記負荷の慣性モーメント及び粘性係数を示すモデルパラメータを同定する。 Further, according to one aspect of the present invention, the parameter identification unit, the torque command value acquired when the amplitude and frequency of the repetitive operation performed by the mechanical system is relatively small amplitude and low frequency, and Based on the measured data of the angle and angular velocity of the motor and the measured data of the angle and angular velocity of the load, the friction of the motor, the friction of the load, the rigidity of the connecting member, and the dead band width of the connecting member are determined. The model parameter shown is identified, and the torque command value acquired when the amplitude and frequency of the repetitive operation performed by the mechanical system are relatively large amplitude and high frequency, actual measurement data of the angle of the motor, and the load. On the basis of the measured data of the angle, the model parameter indicating the moment of inertia and viscosity coefficient of the motor and the model parameter indicating the moment of inertia and viscosity coefficient of the load are identified.

また、本発明の一態様によれば、パラメータ同定装置は、モータと負荷とが連結部材にて連結されてなる機械系を模した2慣性系モデルのモデルパラメータを同定するパラメータ同定装置であって、前記モータに対するトルク指令値と、前記モータの角度の実測データと、前記負荷の角度の実測データと、を取得するデータ取得部と、取得された前記トルク指令値と、前記モータの角度の実測データと、前記負荷の角度の実測データと、に基づいて、前記連結部材のねじれ角度と前記トルク指令値との関係を示すねじれ角度−トルク位相面図を生成する位相面図生成部と、生成された前記ねじれ角度−トルク位相面図に基づいて、前記モータの摩擦、前記負荷の摩擦、前記連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅を示すモデルパラメータを同定するパラメータ同定部と、を備える。 Further, according to one aspect of the present invention, the parameter identifying device is a parameter identifying device that identifies a model parameter of a two-inertia system model imitating a mechanical system in which a motor and a load are connected by a connecting member. , A data acquisition unit that acquires a torque command value for the motor, actually measured data of the angle of the motor, and actually measured data of the angle of the load, the acquired torque command value, and actually measured the angle of the motor. A phase diagram generating unit that generates a twist angle-torque phase diagram showing the relationship between the twist angle of the connecting member and the torque command value based on the data and the actual measurement data of the load angle, and Based on the twist angle-torque phase diagram, the friction of the motor, the friction of the load, the rigidity of the connecting member, and a parameter identifying unit for identifying a model parameter indicating the dead band width of the connecting member, Equipped with.

また、本発明の一態様によれば、モータ制御システムは、上述に記載のパラメータ同定装置と、前記負荷の目標とする角度に対する現在の角度の偏差に基づいて、前記トルク指令値を算出するフィードバック制御部と、前記パラメータ同定装置によって同定された前記モデルパラメータに基づいて、前記トルク指令値を算出するフィードフォワード制御部と、を備える。 Further, according to one aspect of the present invention, the motor control system includes a feedback for calculating the torque command value based on the parameter identification device described above and the deviation of the current angle from the target angle of the load. A control unit and a feedforward control unit that calculates the torque command value based on the model parameter identified by the parameter identification device are provided.

また、本発明の一態様によれば、パラメータ同定方法は、モータと負荷とが連結部材にて連結されてなる機械系を模した2慣性系モデルのモデルパラメータを同定するパラメータ同定方法であって、前記モータに対するトルク指令値と、前記モータの角度及び角速度の実測データと、前記負荷の角度及び角速度の実測データと、を取得するステップと、取得された前記トルク指令値と、前記モータの角度及び角速度の実測データと、前記負荷の角度及び角速度の実測データと、に基づいて複数の位相面図を生成するステップと、生成された複数の前記位相面図に基づいて、前記モータの摩擦、前記負荷の摩擦、前記連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅を示すモデルパラメータを同定するステップと、を有する。 Further, according to one aspect of the present invention, the parameter identification method is a parameter identification method for identifying a model parameter of a two-inertia system model simulating a mechanical system in which a motor and a load are connected by a connecting member. A step of acquiring a torque command value for the motor, actual measurement data of the angle and angular velocity of the motor, and actual measurement data of the angle and angular velocity of the load, the acquired torque command value, and the angle of the motor And a step of generating a plurality of phase diagrams based on the measured data of the angular velocity and the measured data of the angle of the load and the angular velocity, based on the generated plurality of phase diagrams, friction of the motor, Identifying model parameters indicative of friction of the load, stiffness of the connecting member, and dead band width of the connecting member.

また、本発明の一態様によれば、プログラムは、モータと負荷とが連結部材にて連結されてなる機械系を模した2慣性系モデルのモデルパラメータを同定するパラメータ同定装置のコンピュータを、前記モータに対するトルク指令値と、前記モータの角度及び角速度の実測データと、前記負荷の角度及び角速度の実測データと、を取得するデータ取得部、取得された前記トルク指令値と、前記モータの角度及び角速度の実測データと、前記負荷の角度及び角速度の実測データと、に基づいて複数の位相面図を生成する位相面図生成部、生成された複数の前記位相面図に基づいて、前記モータの摩擦、前記負荷の摩擦、前記連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅を示すモデルパラメータを同定するパラメータ同定部、として機能させる。 Further, according to one aspect of the present invention, the program causes a computer of a parameter identification device that identifies a model parameter of a two-inertia system model simulating a mechanical system in which a motor and a load are connected by a connecting member, A data acquisition unit that acquires a torque command value for the motor, actual measurement data of the angle and angular velocity of the motor, and actual measurement data of the angle and angular velocity of the load, the acquired torque command value, the angle of the motor, and A phase diagram generator that generates a plurality of phase diagrams on the basis of the measured data of the angular velocity and the measured data of the angle of the load and the angular velocity, based on the generated plurality of the phase diagrams, It functions as a friction, a friction of the load, a rigidity of the connecting member, and a parameter identifying unit that identifies a model parameter indicating the dead band width of the connecting member.

上述のパラメータ同定装置、モータ制御システム、パラメータ同定方法及びプログラムによれば、モータ及び負荷を有する機械系を精度よく模したモデルを得ることができる。 According to the above-mentioned parameter identification device, motor control system, parameter identification method, and program, it is possible to obtain a model that accurately imitates a mechanical system having a motor and a load.

第1の実施形態に係るモータ制御システムが制御対象とする機械系の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline|summary of the mechanical system which the motor control system which concerns on 1st Embodiment controls. 第1の実施形態に係る機械系のブロック線図を示す図である。It is a figure which shows the block diagram of the mechanical system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る機械系のモータ側及び負荷側の摩擦特性を説明する図である。It is a figure explaining the friction characteristic by the side of the motor of the mechanical system which concerns on 1st Embodiment, and a load side. 第1の実施形態に係る機械系の連結部材における不感帯の特性を説明する図である。It is a figure explaining the characteristic of a dead zone in the connecting member of the mechanical system concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態に係るモータ制御システムの機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the motor control system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るパラメータ同定装置の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the parameter identification apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るパラメータ同定装置の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of the parameter identification apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係るパラメータ同定装置の処理を説明する図である。It is a figure explaining the process of the parameter identification apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る複数の位相面図を説明する第1の図である。It is a 1st figure explaining the some phase surface figure which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る複数の位相面図を説明する第2の図である。It is a 2nd figure explaining the some phase surface figure which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る複数の位相面図を説明する第3の図である。It is a 3rd figure explaining the some phase surface figure which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る複数の位相面図を説明する第4の図である。It is a 4th figure explaining the some phase surface figure which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る複数の位相面図を説明する第5の図である。It is a 5th figure explaining the some phase surface figure which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る複数の位相面図を説明する第6の図である。It is a 6th figure explaining the some phase surface figure which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係るパラメータ同定装置の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of the parameter identification apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るモータ側エラーシステム及び負荷側エラーシステムの処理を説明する第1の図である。It is a 1st figure explaining the process of the motor side error system and load side error system which concern on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るモータ側エラーシステム及び負荷側エラーシステムの処理を説明する第2の図である。It is a 2nd figure explaining the process of the motor side error system and load side error system which concern on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るモータ側エラーシステム及び負荷側エラーシステムの処理を説明する第3の図である。It is a 3rd figure explaining the process of the motor side error system and load side error system which concern on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係るパラメータ同定装置の処理フローを示す図である。It is a figure which shows the processing flow of the parameter identification apparatus which concerns on 2nd Embodiment.

<第1の実施形態>
以下、第1の実施形態に係るモータ制御システムについて、図1〜図14を参照しながら詳細に説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, the motor control system according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 14.

図1は、第1の実施形態に係るモータ制御システムが制御対象とする機械系の概要を示す図である。
図1に示すように、第1の実施形態に係るモータ制御システム1は、モータ20と、負荷21と、モータ20及び負荷21を機械的に連結する軸22(連結部材)と、を有してなる機械系2の動作を制御するシステムである。ここで、本実施形態において、モータ20は、内部に回転角度、回転速度を検出可能な回転検出器(エンコーダ)を有し、精密な位置決めを実現可能なサーボモータである。また、本実施形態において、軸22は、例えば、ボールねじ、ギア等の剛性要素、ガタ要素を有する部材である。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a mechanical system to be controlled by the motor control system according to the first embodiment.
As illustrated in FIG. 1, the motor control system 1 according to the first embodiment includes a motor 20, a load 21, and a shaft 22 (coupling member) that mechanically connects the motor 20 and the load 21. It is a system that controls the operation of the mechanical system 2. Here, in the present embodiment, the motor 20 is a servo motor that has a rotation detector (encoder) capable of detecting a rotation angle and a rotation speed therein and that can realize precise positioning. Further, in the present embodiment, the shaft 22 is a member having a rigid element such as a ball screw and a gear, and a play element.

図1に示すように、モータ制御システム1は、図示しない上位機器(ホストコントローラ)から負荷21の目標回転角度(以下、「目標角度θ」と記載。)を示す角度指令値を受け付ける。そして、モータ制御システム1は、受け付けた目標角度θに応じてモータ20に発生すべきトルクτを算出し、当該トルクτを示すトルク指令値を出力する。モータ20は、受け付けたトルク指令値に基づいてトルクτで回転駆動し、そのトルクτがモータ20側から負荷21側へと軸22を通じて伝達する。その結果、伝達されたトルクτ’に応じて負荷21が回転駆動する。このようにして、モータ制御システム1により、負荷21の回転角度θが所望の目標角度θに一致するような制御が実現される。 As shown in FIG. 1, the motor control system 1 receives an angle command value indicating a target rotation angle (hereinafter, referred to as “target angle θ t ”) of the load 21 from a host device (not shown). Then, the motor control system 1 calculates the torque τ that should be generated in the motor 20 according to the received target angle θ t , and outputs the torque command value indicating the torque τ. The motor 20 is rotationally driven by the torque τ based on the received torque command value, and the torque τ is transmitted from the motor 20 side to the load 21 side through the shaft 22. As a result, the load 21 is rotationally driven according to the transmitted torque τ'. In this way, the motor control system 1 realizes control such that the rotation angle θ L of the load 21 matches the desired target angle θ t .

本実施形態に係るモータ制御システム1は、いわゆるクローズドシステムであって、モータ20の回転速度(角速度)と、負荷21の回転角度と、を示す実測データを入力し、これらの実測データに基づいてフィードバック制御を行う。
なお、以下の説明において、モータ20の回転速度(角速度)を「モータ角速度ω」とも記載し、モータ20の回転角度を「モータ角度θ」とも記載する。また、負荷21の回転速度(角速度)を「負荷角速度ω」とも記載し、負荷21の回転角度を「負荷角度θ」とも記載する。
また、モータ制御システム1は、更に、機械系2を2慣性系と見なして模した2慣性系モデル(後述)を予め有しており、当該2慣性系モデルに基づくフィードフォワード制御を行う。
なお、機械系2における負荷21が、回転系ではなく直動系の負荷(テーブル負荷等)の場合、負荷21に対する制御対象パラメータは、厳密には“角度”、“角速度”ではなく、“位置”、“速度”となる。しかし、この場合、モータ制御システム1は、2慣性系として、モータ20の“角度”、“角速度”と同じ次元で取り扱うために、負荷の“位置”、“速度”を、モータ軸換算値としての“角度”、“角速度”に逐次変換して各種制御を行う。
The motor control system 1 according to the present embodiment is a so-called closed system, in which actual measurement data indicating the rotational speed (angular velocity) of the motor 20 and the rotational angle of the load 21 is input, and based on these actual measurement data. Perform feedback control.
In the following description, the rotation speed (angular speed) of the motor 20 is also referred to as “motor angular speed ω M ”, and the rotation angle of the motor 20 is also referred to as “motor angle θ M ”. The rotation speed (angular speed) of the load 21 is also referred to as “load angular speed ω L ”, and the rotation angle of the load 21 is also referred to as “load angle θ L ”.
Further, the motor control system 1 further has in advance a two-inertia system model (described later) that simulates the mechanical system 2 as a two-inertia system, and performs feedforward control based on the two-inertia system model.
If the load 21 in the mechanical system 2 is not a rotary system but a linear system load (table load, etc.), the control target parameter for the load 21 is not strictly “angle” or “angular velocity” but “position”. ", "speed". However, in this case, the motor control system 1 treats the “position” and “speed” of the load as motor-axis converted values in order to handle the same as the “angle” and “angular speed” of the motor 20 as a two-inertia system. "Angle" and "angular velocity" are sequentially converted to perform various controls.

機械系2を2慣性系と見なした場合において、機械系2固有の特性を表すパラメータ群は、モータ20側の特性を示すパラメータ、負荷21側の特性を示すパラメータ、及び、モータ20と負荷21とを機械的に連結して動力を伝達する軸22(連結部材)の特性を示すパラメータに大別される。具体的には、モータ20側の特性を示すパラメータとして、モータ側慣性モーメントJ、モータ側粘性係数D、モータ側摩擦係数τfMがある。また、負荷21側の特性を示すパラメータとして、負荷側慣性モーメントJ、負荷側粘性係数D、負荷側摩擦係数τfLがある。更に、軸22の特性を示すパラメータとして、ねじれ剛性係数KR、ねじれ粘性係数D、不感帯幅BLがある。 When the mechanical system 2 is regarded as a two-inertia system, the parameter group showing the characteristic peculiar to the mechanical system 2 includes the parameter showing the characteristic of the motor 20 side, the parameter showing the characteristic of the load 21 side, and the motor 20 and the load. 21 is roughly classified into parameters indicating the characteristics of the shaft 22 (coupling member) that mechanically couples with 21 to transmit power. Specifically, there are a motor-side inertia moment J M , a motor-side viscosity coefficient D M , and a motor-side friction coefficient τ fM as parameters indicating the characteristics on the motor 20 side. Further, as the parameters indicating the characteristics on the load 21 side, there are a load side moment of inertia J L , a load side viscosity coefficient D L , and a load side friction coefficient τ fL . Further, as a parameter showing the characteristics of the shaft 22, there is a torsional rigidity coefficient K R, twist viscosity coefficient D R, dead zone width BL.

(2慣性系モデルの概要)
図2は、第1の実施形態に係る機械系のブロック線図を示す図である。
本実施形態に係る機械系2(図1参照)をモータ20、負荷21及び軸22からなる2慣性系と見なすことで、当該機械系2における入力と出力の関係を、図2に示すような伝達関数を用いたブロック線図で表すことができる。
(Outline of 2-inertia model)
FIG. 2 is a block diagram of a mechanical system according to the first embodiment.
By regarding the mechanical system 2 (see FIG. 1) according to the present embodiment as a two-inertia system including the motor 20, the load 21, and the shaft 22, the relationship between the input and the output in the mechanical system 2 is as shown in FIG. It can be represented by a block diagram using a transfer function.

図2に示すように、モータ20は、モータ制御システム1(図1)から受け付けたトルク指令値に基づいて発生させたトルクτを入力とし、モータ角速度ω及びモータ角度θを出力とする。モータ20に入力されたトルクτは、モータ20に生じる摩擦であるモータ側摩擦係数τfM、及び、軸22を通じて負荷21に伝達するトルクτ’が差し引かれた後、伝達要素1/(Js+D)を通じてモータ角速度ωに変換され、更に伝達要素1/sを通じてモータ角度θに変換される。
ここで、モータ側摩擦係数τfMは、モータ20の速度反転時(モータ角速度ωの符号反転時)に符号のみが反転するクーロン摩擦成分だけでなく、モータ20の速度反転後の変位(モータ角速度ωのゼロからの積分値)に依存して非線形に変化する非線形摩擦成分を含んでいる。モータ側摩擦係数τfMは、この非線形摩擦成分をモデル化して規定し、モータ角速度ωを入力変数とするモータ側摩擦関数Gを通じて得られる。モータ側摩擦関数Gの詳細については後述する。
As shown in FIG. 2, the motor 20 receives the torque τ generated based on the torque command value received from the motor control system 1 (FIG. 1 ), and outputs the motor angular velocity ω M and the motor angle θ M. .. The torque τ input to the motor 20 is subtracted from the friction coefficient τ fM on the motor side, which is the friction generated in the motor 20, and the torque τ′ transmitted to the load 21 through the shaft 22, and then the transmission element 1/(J M It is converted into a motor angular velocity ω M through s+D M ) and further converted into a motor angle θ M through a transfer element 1/s.
Here, the motor side friction coefficient τ fM is not only the Coulomb friction component in which only the sign is reversed when the speed of the motor 20 is reversed (when the sign of the motor angular speed ω M is reversed), but also the displacement of the motor 20 after the speed reversal (motor It includes a non-linear friction component that changes non-linearly depending on the angular velocity ω M (integral value from zero). Motor side friction coefficient tau fM defines a modeled nonlinear friction component, obtained through the motor-side friction function G M to an input variable motor angular velocity omega M. Details of the motor-side friction function G M will be described later.

同様に、負荷21は、モータ20から軸22を通じて伝達されたトルクτ’(=(K+Ds)(θ−θ−BKLS))を入力とし、負荷角速度ω及び負荷角度θを出力とする。負荷21に入力されたトルクτ’は、負荷21に生じる摩擦である負荷側摩擦係数τfLが差し引かれた後、伝達要素1/(Js+D)を通じて負荷角速度ωに変換され、更に伝達要素1/sを通じて負荷角度θに変換される。
ここで、負荷側摩擦係数τfLも同様に、負荷21の速度反転後の変位(負荷角速度ωのゼロからの積分値)に依存して非線形に変化する非線形摩擦成分を含んでいる。負荷側摩擦係数τfLは、この非線形摩擦成分をモデル化して規定し、負荷角速度ωを入力変数とする負荷側摩擦関数Gを通じて得られる。負荷側摩擦関数Gの詳細については後述する。
Similarly, the load 21, torque τ '(= (K R + D R s) (θ M -θ L -BKLS)) transmitted from the motor 20 through the shaft 22 as input, load angular velocity omega L and load angle theta Let L be the output. The torque τ′ input to the load 21 is converted into the load angular velocity ω L via the transfer element 1/(J L s+D L ) after the load side friction coefficient τ fL, which is the friction generated in the load 21, is subtracted. It is converted into the load angle θ L through the transfer element 1/s.
Here, the load-side friction coefficient τ fL also includes a non-linear friction component that changes non-linearly depending on the displacement of the load 21 after speed reversal (the integrated value of the load angular velocity ω L from zero). The load-side friction coefficient τ fL is obtained through a load-side friction function G L in which the nonlinear friction component is modeled and defined, and the load angular velocity ω L is an input variable. Details of the load-side friction function G L will be described later.

なお、機械系2をなすモータ20及び負荷21には、それぞれ、図示しない回転検出器(エンコーダ)が設置されている。モータ制御システム1は、当該回転検出器を通じて、モータ角度θ、負荷角度θの経時的変化を示す実測データ、及び、これらの時間微分より導出可能なモータ角速度ω、負荷角速度ωの経時的変化を示す実測データを取得する。 A rotation detector (encoder) (not shown) is installed in each of the motor 20 and the load 21 that form the mechanical system 2. The motor control system 1 uses the rotation detector to measure the motor angle θ M and the load angle θ L with time, and the motor angular velocity ω M and the load angular velocity ω L that can be derived from the time derivative of these data. Acquire actual measurement data showing changes over time.

また、図2に示すように、軸22は、モータ角度θと負荷角度θとの偏差(以下、「ねじれ角度(θ−θ)」とも記載する。)を入力とし、ねじれ角度(θ−θ)に応じたトルクτ’を出力とする伝達系である。入力されたねじれ角度(θ−θ)は、不感帯(ガタ)における非線形性を表す不感帯特性関数F1と、伝達要素K及び伝達要素Dsと、を通じて、モータ20及び負荷21に印加されるトルクτ’に変換される。
ここで、不感帯特性関数F1とは、軸22のねじれ角度(θ−θ)を入力変数とし、当該ねじれ角度(θ−θ)からガタ変位BKLSを差し引いたものを出力する非線形関数である。不感帯特性関数F1の詳細については後述する。
また、ねじれ剛性係数Kとは、軸22のねじれ方向についての剛性の度合いを示すパラメータであって、軸22のばね定数に相当する。即ち、ねじれ剛性係数K負荷21に印加されるトルクτ’のうち、軸22のねじれ角度(θ−θ)に比例する成分を与える。
また、ねじれ粘性係数Dとは、軸22のねばりの度合いを示すパラメータであって、負荷21に印加されるトルクτ’のうち、軸22におけるモータ角速度ωと負荷角速度ωとの偏差(以下、「ねじれ速度(ω−ω)」とも記載する。)に比例する成分を与える。
Further, as shown in FIG. 2, the shaft 22 receives a deviation (hereinafter, also referred to as “twist angle (θ M −θ L )”) between the motor angle θ M and the load angle θ L as an input, and the twist angle. This is a transmission system that outputs a torque τ′ according to (θ M −θ L ). Input twist angle (theta M - [theta] L) has a dead zone characteristic function F1 representing the nonlinearity in the dead zone (play), and transmission elements K R and transmission elements D R s, through, applied to the motor 20 and the load 21 Is converted to the torque τ'.
Here, the dead zone characteristic function F1 is a non-linear function that outputs the twist angle (θ M −θ L ) of the shaft 22 as an input variable and subtracts the backlash displacement BKLS from the twist angle (θ M −θ L ). Is. Details of the dead zone characteristic function F1 will be described later.
Further, the torsional rigidity coefficient K R, a parameter indicating the degree of stiffness of the torsion axis 22, which corresponds to the spring constant of the shaft 22. That is, the torsional rigidity coefficient K R gives a component of the torque τ′ applied to the load 21 that is proportional to the torsional angle (θ M −θ L ) of the shaft 22.
Further, the twist viscosity coefficient D R, a parameter indicating the degree of stickiness of the shaft 22, of the torque tau 'applied to the load 21, the deviation between the motor angular velocity omega M in the shaft 22 and the load angular velocity omega L (Hereinafter, it is also described as “twisting speed (ω M −ω L )”).

図2に示す機械系2において、モータ側慣性モーメントJ、モータ側粘性係数D、モータ側摩擦係数τfM、負荷側慣性モーメントJ、負荷側粘性係数D、負荷側摩擦係数τfL、ねじれ剛性係数K、ねじれ粘性係数D及び不感帯幅BLは、機械系2の現実の特性を表すパラメータ群であり、いずれも個別には観測が困難な未知のパラメータである。
一方、機械系2についての入力であるトルクτ、及び、出力であるモータ角速度ω、モータ角度θ、負荷角速度ω及び負荷角度θは、上述の回転検出器を通じて観測可能なパラメータである。
In the mechanical system 2 shown in FIG. 2, the motor-side inertia moment J M , the motor-side viscosity coefficient D M , the motor-side friction coefficient τ fM , the load-side inertia moment J L , the load-side viscosity coefficient D L , and the load-side friction coefficient τ fL , torsional rigidity coefficient K R, twist viscosity coefficient D R and the dead zone width BL is a parameter group representative of the actual characteristics of the mechanical system 2, both of which are unknown parameters observation is difficult to separate.
On the other hand, the torque τ which is an input to the mechanical system 2 and the motor angular velocity ω M , the motor angle θ M , the load angular velocity ω L and the load angle θ L which are outputs are parameters observable through the rotation detector described above. is there.

図3は、第1の実施形態に係る機械系のモータ側及び負荷側の摩擦特性を説明する図である。
図3(a)は、モータ側摩擦係数τfM及び負荷側摩擦係数τfLの各々に生じる非線形摩擦特性を示すグラフである。
良く知られているクーロン摩擦は、物体の速度(モータ角速度ω、負荷角速度ω)の方向(正、負の符号)に依存してその方向(正、負の符号)のみが変化し、その量は、速度(ω)、変位(θ)に対しては変動しないものとして知られている。しかしながら、軸22において、例えば、ボールねじ、ボールベアリング等の転がり要素が含まれる場合には、通常のクーロン摩擦とは特性が異なる“転がり摩擦”を考慮する必要がある。
ここで、転がり摩擦は、速度反転直後の転がり要素が転動しない“微動領域”においては、速度反転後の変位(モータ角速度ω、負荷角速度ωのゼロからの積分値)によって見かけのばね定数が動的に変化する非線形ばね特性を有しており、図3(a)に示すようなヒステリシスカーブを描く。これは、転がり要素と軌道面の接触部における弾性変形やすべりによるものと考えられている。
また、転がり要素が有効に転動する“粗動領域”においては、クーロン摩擦により摩擦の速度に対する静的特性を示す。即ち、図3(a)に示すように、モータ20の摩擦(モータ側摩擦係数τfM)は、速度反転後の変位が所定以上となった時点で、モータ側クーロン摩擦係数τfMcで飽和する。また、負荷21の摩擦(負荷側摩擦係数τfL)は、速度反転後の変位が所定以上となった時点で、負荷側クーロン摩擦係数τfLcで飽和する。
FIG. 3 is a diagram illustrating friction characteristics on the motor side and the load side of the mechanical system according to the first embodiment.
FIG. 3A is a graph showing the non-linear friction characteristics generated in each of the motor side friction coefficient τ fM and the load side friction coefficient τ fL .
The well-known Coulomb friction depends only on the direction (positive or negative sign) of the velocity of the object (motor angular velocity ω M , load angular velocity ω L ) and changes only in that direction (positive or negative symbol). It is known that the amount does not change with respect to velocity (ω) and displacement (θ). However, when the shaft 22 includes rolling elements such as a ball screw and a ball bearing, it is necessary to consider "rolling friction" having a characteristic different from that of normal Coulomb friction.
Here, the rolling friction is an apparent spring due to the displacement (integral value of the motor angular velocity ω M and the load angular velocity ω L from zero) after the velocity reversal in the “fine movement region” where the rolling element does not roll immediately after the velocity reversal. It has a non-linear spring characteristic in which the constant dynamically changes, and draws a hysteresis curve as shown in FIG. It is considered that this is due to elastic deformation and slippage at the contact portion between the rolling element and the raceway surface.
In the "coarse region" where the rolling elements effectively roll, Coulomb friction causes static characteristics with respect to the speed of friction. That is, as shown in FIG. 3A, the friction of the motor 20 (motor-side friction coefficient τ fM ) is saturated with the motor-side Coulomb friction coefficient τ fMc when the displacement after speed reversal becomes a predetermined value or more. .. Further, the friction of the load 21 (load-side friction coefficient τ fL ) is saturated with the load-side Coulomb friction coefficient τ fLc when the displacement after speed reversal reaches a predetermined value or more.

本実施形態においては、モータ側摩擦特性関数G及び負荷側摩擦特性関数Gは、図3(a)に示す非線形摩擦特性を折れ線近似してなるGMSモデルに基づいて規定される。ここで、GMSモデルとは、N個の特性の異なるブロック(転がり要素)とばねとが並列に接続されている状態を模したものである。図3(b)に示すグラフ(折れ線)を構成する複数の直線の各々が、N個のブロックのうちのいくつまでが転がりきっている(有効に転動している)状態か、を表現している。
図3(b)に示すように、モータ側摩擦特性関数Gは、変位0〜θ、θ〜θ、θ〜θ、θ〜θの各々において採用すべき折れ線を規定する傾きK、K、K、K、及び、オフセット(変位0における切片)τfM1(=−τfMc)、τfM2、τfM3、τfM4、τfM5(=τfMc)によって規定される。
なお、図示を省略するが、負荷側摩擦特性関数Gも、図3(b)に示すモータ側摩擦特性関数Gと同様に規定される。
In the present embodiment, the motor-side friction characteristic function G M and the load-side friction characteristic function G L are defined based on the GMS model obtained by performing line approximation on the nonlinear friction characteristic shown in FIG. Here, the GMS model is a model in which N blocks (rolling elements) having different characteristics and a spring are connected in parallel. Each of the plurality of straight lines forming the graph (polygonal line) shown in FIG. 3B expresses how many of the N blocks have rolled (effectively rolled). ing.
As shown in FIG. 3 (b), the motor-side frictional characteristic function G M is displaced 0~θ 1, θ 1 ~θ 2, θ 2 ~θ 3, a line to be employed in each of the theta 3 through? 4 slope K 1, K 2, K 3 , K 4 defining, and offset (intercept in displacement 0) τ fM1 (= -τ fMc ), τ fM2, τ fM3, τ fM4, by τ fM5 (= τ fMc) Stipulated.
Although not shown, the load-side friction characteristic function G L is also defined in the same manner as the motor-side friction characteristic function G M shown in FIG.

図4は、第1の実施形態に係る機械系の連結部材における不感帯の特性を説明する図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating characteristics of a dead zone in the mechanical system connecting member according to the first embodiment.

図4(a)に示す不感帯特性関数F1は、モータ20と負荷21との間に設けられた軸22の“遊び”(不感帯)の幅を示す不感帯幅BLに基づく伝達特性を表している。
不感帯特性関数F1は、不感帯幅BLに依存する非線形特性であって、軸22のねじれ角度(θ−θ)を入力変数とする。図4(a)に示すように、軸22のねじれ角度(θ−θ)の絶対値が不感帯幅BL以下の場合(−BL≦θ−θ≦+BL)、ガタ出力はゼロとなる。即ち、この場合、モータ20から負荷21へトルクが伝達されない。他方、軸22のねじれ角度(θ−θ)の絶対値が不感帯幅BLよりも大きい場合(θ−θ<−BL,θ−θ>+BL)、ガタ出力は、ねじれ角度(θ−θ)から不感帯幅BLだけ小さい値(θ−θ+BL(θ−θ<−BL)、又は、θ−θ−BL(θ−θ>+BL))となる。
The dead zone characteristic function F1 shown in FIG. 4A represents the transfer characteristic based on the dead zone width BL indicating the width of the "play" (dead zone) of the shaft 22 provided between the motor 20 and the load 21.
The dead zone characteristic function F1 is a non-linear characteristic that depends on the dead zone width BL, and uses the twist angle (θ M −θ L ) of the shaft 22 as an input variable. As shown in FIG. 4A, when the absolute value of the twist angle (θ M −θ L ) of the shaft 22 is equal to or less than the dead zone width BL (−BL≦θ M −θ L ≦+BL), the backlash output is zero. Become. That is, in this case, torque is not transmitted from the motor 20 to the load 21. On the other hand, when the absolute value of the twist angle (θ M −θ L ) of the shaft 22 is larger than the dead band width BL (θ M −θ L <−BL, θ M −θ L >+BL), the backlash output is the twist angle. A value smaller than (θ M −θ L ) by the dead band width BL (θ M −θ L +BL (θ M −θ L <−BL) or θ M −θ L −BL (θ M −θ L >+BL). ).

また、図4(b)に示すガタ変位関数F1’は、ガタ変位BKLSとねじれ角度(θ−θ)との関係をしている。
ガタ変位BKLSは、不感帯幅BL(−BL〜+BL)の幅を有する不感帯における変位量を示すパラメータであって、ねじれ角度(θ−θ)に対し、図4(b)に示すような特性を有している。即ち、図4(a)に示すガタ出力は、ガタ変位BKLSを用いて“θ−θ―BKLS”と表すことができる。
図4(b)に示すように、ガタ変位BKLSは、ねじれ角度(θ−θ)が不感帯の最小値(−BL)よりも小さい範囲では、ガタ変位BKLSは最小値(−BL)をとり、ねじれ角度(θ−θ)が不感帯の最大値(+BL)よりも大きい範囲では、ガタ変位BKLSは最大値(+BL)をとる。また、ねじれ角度(θ−θ)が不感帯の最小値(−BL)以上かつ最大値(+BL)以下の範囲においては、ガタ変位BKLSは、ねじれ角度(θ−θ)と同一の値を有する特性となる。
Further, the backlash displacement function F1′ shown in FIG. 4B has a relationship between the backlash displacement BKLS and the twist angle (θ M −θ L ).
The backlash displacement BKLS is a parameter indicating the amount of displacement in a dead zone having a width of the dead zone width BL (-BL to +BL), and is as shown in FIG. 4B with respect to the twist angle (θ M −θ L ). It has characteristics. That is, the backlash output shown in FIG. 4A can be expressed as “θ M −θ L −BKLS” by using the backlash displacement BKLS.
As shown in FIG. 4B, the backlash displacement BKLS has the minimum backlash BKLS (-BL) in the range where the twist angle (θ M −θ L ) is smaller than the minimum dead zone (−BL). In the range where the twist angle (θ M −θ L ) is larger than the maximum value (+BL) of the dead zone, the backlash displacement BKLS has the maximum value (+BL). Further, in the range where the twist angle (θ M −θ L ) is equal to or more than the minimum value (−BL) of the dead zone and equal to or less than the maximum value (+BL), the backlash displacement BKLS is the same as the twist angle (θ M −θ L ). It becomes a characteristic that has a value.

(機能構成)
図5は、第1の実施形態に係るモータ制御システムの機能構成を示す図である。
図5に示すように、第1の実施形態に係るモータ制御システム1は、フィードバック制御部10と、フィードフォワード制御部11と、パラメータ同定装置12と、を備えている。
(Function configuration)
FIG. 5 is a diagram showing a functional configuration of the motor control system according to the first embodiment.
As shown in FIG. 5, the motor control system 1 according to the first embodiment includes a feedback control unit 10, a feedforward control unit 11, and a parameter identification device 12.

フィードバック制御部10は、回転検出器を通じて観測されるモータ角速度ωと、角度指令値により指定される負荷21の目標角度θ及び観測される現在の負荷角度θの偏差(θ−θ)と、に基づいて、モータ20の制御を行う。
具体的には、フィードバック制御部10は、目標角度θと負荷角度θとの偏差(θ−θ)をゼロとするためのトルクを算出し、その算出結果を示すトルク指令値を出力する。その際、フィードバック制御部10は、回転検出器を通じて観測されたモータ角速度ωを参照して、適切かつ迅速なフィードバック制御がなされるようなトルクを算出する。
The feedback control unit 10 is a deviation (θ t −θ) between the motor angular velocity ω M observed through the rotation detector, the target angle θ t of the load 21 specified by the angle command value, and the observed current load angle θ L. L ) and the motor 20 is controlled.
Specifically, the feedback control unit 10 calculates the torque for the deviation between the target angle theta t and the load angle theta L a (θ tL) to zero, the torque command value indicating the calculation result Output. At that time, the feedback control unit 10 refers to the motor angular velocity ω M observed through the rotation detector and calculates a torque for performing appropriate and quick feedback control.

フィードフォワード制御部11は、機械系2を模した2慣性系モデルMODを内部に有している。この2慣性系モデルMODは、複数のモデルパラメータ群からなり、図2に示す機械系2の逆モデルとなるように構成されている。
具体的には、複数のモデルパラメータ群とは、モデルモータ側慣性モーメントJM0、モデルモータ側粘性係数DM0、モデルモータ側摩擦係数τfM0、モデル負荷側慣性モーメントJL0、モデル負荷側粘性係数DL0、モデル負荷側摩擦係数τfL0、モデル不感帯幅BL、及び、モデルねじれ剛性係数KR0である。
The feedforward control unit 11 internally has a two-inertia system model MOD imitating the mechanical system 2. The two-inertia system model MOD is composed of a plurality of model parameter groups and is configured to be an inverse model of the mechanical system 2 shown in FIG.
Specifically, the plurality of model parameter groups are the model motor side moment of inertia J M0 , the model motor side viscosity coefficient D M0 , the model motor side friction coefficient τ fM0 , the model load side moment of inertia J L0 , and the model load side viscosity coefficient. D L0 , model load side friction coefficient τ fL0 , model dead zone width BL 0 , and model torsional rigidity coefficient K R0 .

2慣性系モデルMODは、機械系2を模して構築された逆モデルであり、当該2慣性系モデルMODをなす上記モデルパラメータ群(JM0、DM0、τfM0、JL0、DL0、τfL0、BL、KR0)は、機械系2の実際の特性を表す未知のパラメータ群(J、D、τfM、J、D、τfL、BL、K)の各々に対応している。 The two-inertia system model MOD is an inverse model constructed by imitating the mechanical system 2, and the model parameter groups (J M0 , D M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , and D L0 , which form the two-inertia model MOD. τ fL0, BL 0, K R0 ) , each of the unknown parameter group representative of the actual characteristics of the mechanical system 2 (J M, D M, τ fM, J L, D L, τ fL, BL, K R) It corresponds to.

ここで、モデルパラメータ群(JM0、DM0、τfM0、JL0、DL0、τfL0、BL、KR0)と、機械系2の実際の特性を示すパラメータ群(J、D、τfM、J、D、τfL、BL、K)との間に誤差が全くないと仮定すると、2慣性系モデルMODは、現実の機械系2の逆モデルに完全に一致するものとなる。そうすると、フィードフォワード制御部11が目標角度θ及び2慣性系モデルMODに基づいて算出したトルクを機械系2に出力して駆動した結果、機械系2を通じて実際に得られる負荷角度θは、完全に目標角度θに一致するはずである(θ=θ)。このように、フィードフォワード制御部11は、予め機械系2を模して規定された2慣性系モデルMODに基づいて、機械系2固有の特性を織り込みながらトルクを算出することで、フィードバック制御よりも応答性が高いフィードフォワード制御において、より高精度な制御を実現することができる。 Here, the model parameter groups (J M0, D M0, τ fM0, J L0, D L0, τ fL0, BL 0, K R0) and a parameter group indicating the actual characteristics of the mechanical system 2 (J M, D M , τ fM, J L, D L, τ fL, BL, assuming no error at all between K R), 2-inertia system model MOD is perfectly matches the actual inverse model of the mechanical system 2 Will be things. Then, the feedforward control unit 11 outputs the torque calculated based on the target angle θ t and the two-inertia system model MOD to the mechanical system 2 to drive it, and as a result, the load angle θ L actually obtained through the mechanical system 2 is It should exactly match the target angle θ tLt ). As described above, the feedforward control unit 11 calculates the torque while weaving the characteristic peculiar to the mechanical system 2 based on the two-inertia system model MOD that is defined by simulating the mechanical system 2 in advance. Also, in feedforward control with high responsiveness, more accurate control can be realized.

なお、図5に示すように、モータ制御システム1は、フィードバック制御部10により算出されたトルクと、フィードフォワード制御部11により算出されたトルクと、を加算して得られるトルクτ(トルク指令値)を機械系2(モータ20(図1、図2))に向けて出力する。 As shown in FIG. 5, the motor control system 1 has a torque τ (torque command value) obtained by adding the torque calculated by the feedback control unit 10 and the torque calculated by the feedforward control unit 11. ) Toward the mechanical system 2 (motor 20 (FIGS. 1 and 2)).

以上のように、本実施形態に係るモータ制御システム1は、モータ20、負荷21及び軸22を具備する機械系2を模した2慣性系モデルMODをなす複数のモデルパラメータ群(JM0、DM0、τfM0、JL0、DL0、τfL0、BL、KR0)に基づいて、モータ20に発生させるべきトルクτを算出する。 As described above, the motor control system 1 according to the present embodiment includes a plurality of model parameter groups (J M0 , D) that form a two-inertia system model MOD imitating the mechanical system 2 including the motor 20, the load 21, and the shaft 22. The torque τ to be generated in the motor 20 is calculated based on M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , τ fL0 , BL 0 , K R0 ).

フィードフォワード制御部11において、モデルパラメータ群(JM0、DM0、τfM0、JL0、DL0、τfL0、BL、KR0)は、予め、機械系2の特性を表すパラメータとして想定される値で規定されている。しかしながら、実際には、モデルパラメータ群(JM0、DM0、τfM0、JL0、DL0、τfL0、BL、KR0)と、機械系2固有のパラメータ群(J、D、τfM、J、D、τfL、BL、K)との間には、それぞれ誤差が存在している。このような誤差があると、精度の高いフィードフォワード制御を実現することができない。
そこで、本実施形態に係るモータ制御システム1は、上述の複数のモデルパラメータ群のうち、特に、モデルモータ側摩擦係数τfM0、モデル負荷側摩擦係数τfL0、モデル不感帯幅BL及びモデルねじれ剛性係数KR0を別個独立に、精度良く同定可能なパラメータ同定装置12を備えている。
In the feedforward control unit 11, the model parameter group (J M0 , D M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , τ fL0 , BL 0 , K R0 ) is assumed in advance as a parameter representing the characteristic of the mechanical system 2. It is regulated by the value. However, in reality, the model parameter group (J M0 , D M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , τ fL0 , BL 0 , K R0 ) and the parameter group specific to the mechanical system 2 (J M , D M , τ fM, J L, D L , τ fL, BL, between the K R), an error is respectively present. If there is such an error, highly accurate feedforward control cannot be realized.
Therefore, in the motor control system 1 according to the present embodiment, among the plurality of model parameter groups described above, in particular, the model motor side friction coefficient τ fM0 , the model load side friction coefficient τ fL0 , the model dead zone width BL 0, and the model torsional rigidity A parameter identifying device 12 is provided that is capable of accurately identifying the coefficient K R0 independently of each other.

図5に示すように、パラメータ同定装置12は、機械系2におけるモータ角度θ、モータ角速度ω、負荷角度θ及び負荷角速度ωの経時的変化を示す実測データを取得する。パラメータ同定装置12は、上記4個の実測データに基づいて、モデルモータ側摩擦係数τfM0、モデル負荷側摩擦係数τfL0、モデル不感帯幅BL及びモデルねじれ剛性係数KR0を同定する。
以下、パラメータ同定装置12の機能について詳細に説明する。
As shown in FIG. 5, the parameter identification device 12 acquires actual measurement data indicating changes over time in the motor angle θ M , the motor angular velocity ω M , the load angle θ L, and the load angular velocity ω L in the mechanical system 2. The parameter identifying device 12 identifies the model motor-side friction coefficient τ fM0 , the model load-side friction coefficient τ fL0 , the model dead zone width BL 0, and the model torsional rigidity coefficient K R0 based on the above four measured data.
Hereinafter, the function of the parameter identification device 12 will be described in detail.

図6は、第1の実施形態に係るパラメータ同定装置の機能構成を示す図である。
図6に示すように、パラメータ同定装置12は、データ取得部120と、位相面図生成部121と、パラメータ同定部122と、を備えている。
FIG. 6 is a diagram showing a functional configuration of the parameter identification device according to the first embodiment.
As shown in FIG. 6, the parameter identification device 12 includes a data acquisition unit 120, a phase front view generation unit 121, and a parameter identification unit 122.

データ取得部120は、モータ20に対するトルク指令値(トルクτ)と、モータ20の角度(モータ角度θ)及び角速度(モータ角速度ω)の経時的変化を示す実測データと、負荷21の角度(負荷角度θ)及び角速度(負荷角速度ω)の経時的変化を示す実測データと、を取得する。 The data acquisition unit 120 measures the torque command value (torque τ) for the motor 20, the actual measurement data indicating changes over time of the motor 20 angle (motor angle θ M ) and angular velocity (motor angular velocity ω M ), and the angle of the load 21. (Actual load data θ L ) and actual measurement data indicating changes in angular velocity (load angular velocity ω L ) over time are acquired.

位相面図生成部121は、データ取得部120によって取得されたトルク指令値(トルクτ)と、モータ20の角度及び角速度の実測データと、負荷21の角度及び角速度の実測データと、に基づいて複数の位相面図を生成する。
ここで、図6に示すように、位相面図生成部121は、連結部材(軸22)のねじれ角度(θ−θ)とトルク指令値(トルクτ)との関係を示す「ねじれ角度−トルク位相面図P1」を生成する。
また、位相面図生成部121は、トルク指令値(トルクτ)とモータ20の角速度(モータ角速度ω)及び負荷21の角速度(負荷角速度ω)との関係を示す「トルク−機械角速度位相面図P2」を生成する。
また、位相面図生成部121は、軸22のねじれ角度(θ−θ)とモータ20の角速度(モータ角速度ω)及び負荷21の角速度(負荷角速度ω)との関係を示す「ねじれ角度−機械角速度位相面図P3」を生成する。
また、位相面図生成部121は、トルク指令値(トルクτ)と軸22のねじれ速度(モータ角速度ωと負荷角速度ωとの差。以下、“ω−ω”と記載する。)との関係を示す「トルク−ねじれ速度位相面図P4」を生成する。
また、位相面図生成部121は、軸22のねじれ角度(θ−θ)と軸22のねじれ速度(ω−ω)との関係を示す「ねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5」を生成する。
また、位相面図生成部121は、負荷21の角度(負荷角度θ)とトルク指令値(トルクτ)との関係を示す「負荷角度−トルク位相面図P6」を生成する。
The phase diagram generation unit 121 is based on the torque command value (torque τ) acquired by the data acquisition unit 120, the actual measurement data of the angle and angular velocity of the motor 20, and the actual measurement data of the angle and angular velocity of the load 21. Generate multiple phase diagrams.
Here, as shown in FIG. 6, the phase diagram generator 121 indicates the “twist angle” indicating the relationship between the twist angle (θ M −θ L ) of the connecting member (shaft 22) and the torque command value (torque τ). A torque phase diagram P1”.
In addition, the phase diagram generator 121 indicates the “torque-mechanical angular velocity phase” indicating the relationship between the torque command value (torque τ) and the angular velocity of the motor 20 (motor angular velocity ω M ) and the angular velocity of the load 21 (load angular velocity ω L ). The floor plan P2" is generated.
Further, the phase diagram generator 121 indicates the relationship between the twist angle (θ M −θ L ) of the shaft 22, the angular velocity of the motor 20 (motor angular velocity ω M ) and the angular velocity of the load 21 (load angular velocity ω L ). A twist angle-mechanical angular velocity phase diagram P3" is generated.
Further, the phase diagram generator 121 is a torque command value (torque τ) and the torsional speed of the shaft 22 (the difference between the motor angular speed ω M and the load angular speed ω L. Hereinafter, it will be described as “ω M −ω L ”. ) Is generated, a "torque-torsion velocity phase diagram P4" is generated.
In addition, the phase diagram generator 121 indicates a “twist angle-twist velocity phase diagram P5” indicating the relationship between the twist angle (θ M −θ L ) of the shaft 22 and the twist velocity (ω M −ω L ) of the shaft 22. Is generated.
The phase diagram generator 121 also generates a "load angle-torque phase diagram P6" that indicates the relationship between the angle of the load 21 (load angle θ L ) and the torque command value (torque τ).

パラメータ同定部122は、位相面図生成部121によって生成された複数の位相面図に基づいて、モータ20の摩擦(モータ側摩擦係数τfM)、負荷21の摩擦(負荷側摩擦係数τfL)、軸22の剛性(ねじれ剛性係数K)、及び、軸22の不感帯幅BLを示すモデルパラメータ(τfM0、τfL0、KR0、BL0)を同定する。 The parameter identifying unit 122, based on the plurality of phase diagrams generated by the phase diagram generating unit 121, friction of the motor 20 (motor-side friction coefficient τ fM ) and friction of the load 21 (load-side friction coefficient τ fL ). , The rigidity of the shaft 22 (torsional rigidity coefficient K R ) and the model parameters (τ fM0 , τ fL0 , K R0 , B L0 ) indicating the dead band width BL of the shaft 22 are identified.

(パラメータ同定装置の処理フロー)
図7は、第1の実施形態に係るパラメータ同定装置の処理フローを示す図である。
また、図8は、第1の実施形態に係るパラメータ同定装置の処理を説明する図である。
また、図9〜図14は、第1の実施形態に係る複数の位相面図を説明する第1から第6の図である。
図7に示す処理フローは、例えば、機械系2の実運転の開始前等において、パラメータ同定装置12(図6)が機械系2についてのパラメータ同定を行う際に実行される。
(Processing flow of parameter identification device)
FIG. 7 is a diagram showing a processing flow of the parameter identifying device according to the first embodiment.
In addition, FIG. 8 is a diagram illustrating a process of the parameter identification device according to the first embodiment.
9 to 14 are first to sixth diagrams for explaining a plurality of phase diagrams according to the first embodiment.
The process flow shown in FIG. 7 is executed, for example, when the parameter identification device 12 (FIG. 6) identifies parameters for the mechanical system 2 before starting the actual operation of the mechanical system 2.

まず、モータ制御システム1のオペレータは、上位機器を操作して所定の角度指令値を出力させることで、負荷21の角度(負荷角度θ)を小振幅かつ低周波数で反復動作させる(ステップS01)。 First, the operator of the motor control system 1 operates a host device to output a predetermined angle command value, thereby causing the angle of the load 21 (load angle θ L ) to be repeatedly operated with a small amplitude and a low frequency (step S01). ).

次に、パラメータ同定装置12のデータ取得部120は、小振幅かつ低周波数で反復動作中の機械系2から、モータ角速度ω、モータ角度θ、負荷角速度ω及び負荷角度θの経時的変化を示す実測データを取得する(ステップS02)。 Next, the data acquisition unit 120 of the parameter identification device 12 determines the motor angular velocity ω M , the motor angle θ M , the load angular velocity ω L, and the load angle θ L from the mechanical system 2 that is repeatedly operating with a small amplitude and a low frequency. Actual measurement data indicating a dynamic change is acquired (step S02).

次に、パラメータ同定装置12の位相面図生成部121は、ステップS02で取得された実測データから複数の位相面図を生成する(ステップS03)。 Next, the phase diagram generation unit 121 of the parameter identification device 12 generates a plurality of phase diagrams from the actual measurement data acquired in step S02 (step S03).

ここで、位相面図生成部121は、図8に示すように、負荷角度θの方向反転前後に取得されたねじれ角度(θ−θ)の実測データ、及び、トルクτの実測データから同一時刻にサンプリングされた実測値どうしを紐付けて抽出する。ここで、「ねじれ角度(θ−θ)の実測データ」は、モータ角度θの実測データから負荷角度θの実測データを差し引くことで得られる。そして、位相面図生成部121は、抽出した実測値に基づいて、図9に示すような、ねじれ角度(θ−θ)を横軸にとり、トルクτを縦軸にとる位相面図である「ねじれ角度−トルク位相面図P1」を生成する。
なお、位相面図生成部121は、負荷角度θの正方向から負方向への反転前後に取得される実測データと、負方向から正方向への反転前後に取得される実測データと、の各々について上記実測値の紐付けを行う。このようにして生成されたねじれ角度−トルク位相面図P1には、主に、機械系2の非線形摩擦特性(図3(a)参照)と不感帯特性関数F1に起因するヒステリシス曲線が表れる。
Here, as shown in FIG. 8, the phase diagram generator 121 measures the twist angle (θ M −θ L ) measured before and after the load angle θ L reverses the direction, and measures the torque τ. The measured values sampled at the same time are linked and extracted. Here, the “measured data of the twist angle (θ M −θ L )” is obtained by subtracting the measured data of the load angle θ L from the measured data of the motor angle θ M. Then, based on the extracted actual measurement values, the phase diagram generator 121 is a phase diagram in which the horizontal axis represents the twist angle (θ M −θ L ) and the vertical axis represents the torque τ, as shown in FIG. A certain "twist angle-torque phase diagram P1" is generated.
It should be noted that the phase diagram generator 121 calculates the actual measurement data acquired before and after the load angle θ L is reversed from the positive direction to the negative direction and the actual measurement data acquired before and after the reverse of the load angle θ L from the negative direction to the positive direction. The measured values are linked to each other. In the torsion angle-torque phase diagram P1 thus generated, a hysteresis curve mainly due to the non-linear friction characteristic of the mechanical system 2 (see FIG. 3A) and the dead zone characteristic function F1 appears.

同様に、位相面図生成部121は、負荷角度θの方向反転前後におけるトルクτの実測データ、及び、モータ角速度ω、負荷角速度ωの実測データから同一時刻にサンプリングされた実測値どうしを紐付けて抽出する。そして、位相面図生成部121は、抽出した実測値に基づいて、図10に示すような、トルクτを横軸にとり、モータ角速度ω及び負荷角速度ωを縦軸にとる位相面図である「トルク−機械角速度位相面図P2」を生成する。
同様に、位相面図生成部121は、負荷角度θの方向反転前後におけるねじれ角度(θ−θ)の実測データ、及び、モータ角速度ω、負荷角速度ωの実測データから同一時刻にサンプリングされた実測値どうしを紐付けて抽出する。そして、位相面図生成部121は、抽出した実測値に基づいて、図11に示すような、ねじれ角度(θ−θ)を横軸にとり、モータ角速度ω及び負荷角速度ωを縦軸にとる位相面図である「ねじれ角度−機械角速度位相面図P3」を生成する。
更に、位相面図生成部121は、負荷角度θの方向反転前後におけるトルクτの実測データ、及び、ねじれ速度(ω−ω)の実測データから同一時刻にサンプリングされた実測値どうしを紐付けて抽出する。ここで、「ねじれ速度(ω−ω)の実測データ」は、モータ角速度ωの実測データから負荷角速度ωの実測データを差し引いて得られる。そして、位相面図生成部121は、抽出した実測値に基づいて、図12に示すような、トルクτを横軸にとり、ねじれ速度(ω−ω)を縦軸にとる位相面図である「トルク−ねじれ速度位相面図P4」を生成する。
更に、位相面図生成部121は、負荷角度θの方向反転前後におけるねじれ角度(θ−θ)の実測データ、及び、ねじれ速度(ω−ω)の実測データから同一時刻にサンプリングされた実測値どうしを紐付けて抽出する。そして、位相面図生成部121は、抽出した実測値に基づいて、図13に示すような、ねじれ角度(θ−θ)を横軸にとり、ねじれ速度(ω−ω)を縦軸にとる位相面図である「ねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5」を生成する。
更に、位相面図生成部121は、負荷角度θの方向反転前後における負荷角度θの実測データ、及び、トルクτの実測データから同一時刻にサンプリングされた実測値どうしを紐付けて抽出する。そして、位相面図生成部121は、抽出した実測値に基づいて、図14に示すような、負荷角度θを横軸にとり、トルクτを縦軸にとる位相面図である「負荷角度−トルク位相面図P6」を生成する。
Similarly, the phase diagram generator 121 compares the actual measurement data of the torque τ before and after the direction reversal of the load angle θ L and the actual measurement data of the motor angular velocity ω M and the load angular velocity ω L with each other at the same time. And link to extract. Then, based on the extracted actual measurement values, the phase diagram generator 121 is a phase diagram in which the horizontal axis represents torque τ and the vertical axis represents motor angular velocity ω M and load angular velocity ω L, as shown in FIG. A certain "torque-mechanical angular velocity phase diagram P2" is generated.
Similarly, the phase diagram generator 121 determines the same time from the measured data of the twist angle (θ M −θ L ) before and after the direction of the load angle θ L is reversed and the measured data of the motor angular velocity ω M and the load angular velocity ω L. The actual measurement values sampled in are linked and extracted. Then, the phase diagram generator 121 sets the twist angle (θ M −θ L ) as the horizontal axis based on the extracted actual measurement value and sets the motor angular velocity ω M and the load angular velocity ω L to the vertical axis. A "twist angle-mechanical angular velocity phase diagram P3", which is a phase diagram for the axis, is generated.
Further, the phase diagram generator 121 compares the measured values of the torque τ before and after the direction of the load angle θ L is reversed and the measured values of the torsional velocity (ω M −ω L ) with each other at the same time. Extract by linking. Here, the “measured data of the twisting speed (ω M −ω L )” is obtained by subtracting the measured data of the load angular velocity ω L from the measured data of the motor angular velocity ω M. Then, based on the extracted actual measurement values, the phase diagram generator 121 is a phase diagram in which the horizontal axis represents the torque τ and the vertical axis represents the twist speed (ω M −ω L ) as shown in FIG. A certain "torque-torsion velocity phase diagram P4" is generated.
Further, the phase diagram generator 121 determines the same time from the measured data of the twist angle (θ M −θ L ) and the measured data of the twist speed (ω M −ω L ) before and after the direction of the load angle θ L is reversed. The sampled actual measurement values are linked and extracted. Then, the phase diagram generator 121 sets the twist angle (θ M −θ L ) on the horizontal axis and sets the twist velocity (ω M −ω L ) vertically based on the extracted actual measurement value. A "twist angle-torsion velocity phase diagram P5", which is a phase diagram for the axis, is generated.
Furthermore, phase plane view generating unit 121, the measured data of the load angle theta L in the direction reversed before and after the load angle theta L, and extracted in association measured values each other sampled at the same time from the measured data of the torque τ .. Then, based on the extracted actual measurement values, the phase diagram generator 121 is a phase diagram "load angle-" that shows the load angle θ L on the horizontal axis and the torque τ on the vertical axis as shown in FIG. The torque phase diagram P6” is generated.

次に、パラメータ同定部122は、ステップS03で生成された各種位相面図に基づいて、2慣性系モデルMODをなす各種モデルパラメータのうち、モデルモータ側摩擦係数τfM0、モデル負荷側摩擦係数τfL0、モデル不感帯幅BL及びモデルねじれ剛性係数KR0を同定する(ステップS04)。具体的には、パラメータ同定部122は、各種位相面図における折れ点の位置等に基づいて上記モデルパラメータを同定する。 Next, the parameter identifying unit 122 selects the model motor-side friction coefficient τ fM0 and the model load-side friction coefficient τ among the various model parameters forming the two-inertia system model MOD based on the various phase diagrams generated in step S03. fL0, to identify the model dead zone width BL 0 and model torsional rigidity coefficient K R0 (step S04). Specifically, the parameter identifying unit 122 identifies the model parameter based on the position of the break point in each phase diagram.

ここで、図2に示すブロック線図に基づいて、モータ20についての運動方程式である式(1)、及び、負荷21についての運動方程式である式(2)を得ることができる。 Here, based on the block diagram shown in FIG. 2, it is possible to obtain the equation (1) that is the equation of motion for the motor 20 and the equation (2) that is the equation of motion for the load 21.

Figure 0006710103
Figure 0006710103

Figure 0006710103
Figure 0006710103

式(1)、(2)において、“τfM[ωM]”は、モータ側摩擦特性関数G(図3(b))に基づいてモータ角速度ωの変数として規定されるモータ側摩擦係数τfMを示している。また、“τfL[ωL]”は、負荷側摩擦特性関数Gに基づいて負荷角速度ωの変数として規定される負荷側摩擦係数τfLを示している。
また、“BKLS[θM−θL]”は、ガタ変位関数F1’(図4(b))に基づいてねじれ角度(θ−θ)の変数として規定されるガタ変位BKLSを示している。
In Expressions (1) and (2), “τ fM[ωM] ” is a motor-side friction coefficient defined as a variable of the motor angular velocity ω M based on the motor-side friction characteristic function G M (FIG. 3B). τ fM is shown. Further, “τ fL [ωL] ” indicates a load side friction coefficient τ fL defined as a variable of the load angular velocity ω L based on the load side friction characteristic function G L.
Further, "BKLS [θM-θL] " indicates the backlash displacement function F1 'backlash displacement BKLS defined as a variable twist angle (θ ML) based on (Figure 4 (b)).

なお、現実の機械系2において、軸22のねじれ粘性係数Dの影響は小さいため、式(1)、式(2)においては、ねじれ粘性係数Dを無視している。
また、上記運動方程式(式(1)、式(2))において、機械系2の反復動作を小振幅かつ低周波数にすると、モータ20の慣性トルクJθ、負荷21の慣性トルクJθ、モータ20の粘性トルクDsθ、及び、負荷21の粘性トルクDsθの影響も小さくなる。そこで、上記運動方程式におけるこれらの項を削除することで、以下に示す式(3)、式(4)が導出される。
In the actual mechanical system 2, the torsional viscosity coefficient D R of the shaft 22 has a small effect, so the torsional viscosity coefficient D R is ignored in the equations (1) and (2).
In addition, in the above equations of motion (Equations (1) and (2)), when the repetitive operation of the mechanical system 2 is made to have a small amplitude and a low frequency, the inertia torque J M s 2 θ M of the motor 20 and the inertia torque of the load 21 are The influences of J L s 2 θ L , the viscous torque D MM of the motor 20, and the viscous torque D LL of the load 21 are also small. Therefore, by deleting these terms in the above equation of motion, the following equations (3) and (4) are derived.

Figure 0006710103
Figure 0006710103

Figure 0006710103
Figure 0006710103

式(3)より、機械系2の反復動作が小振幅かつ低周波数の条件下において、トルク指令値に従ってモータ20が出力するトルクτは、モータ側摩擦係数τfMと負荷側摩擦係数τfLとの合計値となることが示される。
また、式(4)より、機械系2の反復動作が小振幅かつ低周波数の条件下において、負荷側摩擦係数τfLをねじれ剛性係数Kで除した値とガタ変位BKLSとの和がねじれ角度(θ−θ)となることが示される。即ち、軸22におけるねじれ角度(θ−θ)からガタ変位BKLSを差し引いた角度(変位)に、軸22のばね定数(ねじれ剛性係数K)を乗じた値が、負荷側摩擦係数τfLに一致する。
From the equation (3), under the condition that the repetitive operation of the mechanical system 2 has a small amplitude and a low frequency, the torque τ output by the motor 20 according to the torque command value is the motor side friction coefficient τ fM and the load side friction coefficient τ fL . It is shown that it becomes the total value of.
Further, from the formula (4), under the condition that the repetitive operation of the mechanical system 2 has a small amplitude and a low frequency, the sum of the value obtained by dividing the load side friction coefficient τ fL by the torsional rigidity coefficient K R and the backlash displacement BKLS is twisted. It is shown that the angle is (θ M −θ L ). That is, the angle (displacement) obtained by subtracting the backlash displacement BKLS from twist angle (theta M - [theta] L) in the axial 22, a value obtained by multiplying a spring constant of the shaft 22 (torsional rigidity coefficient K R) is the load side friction coefficient τ Match fL .

以下、式(3)、(4)の関係を考慮しながら、図9に示すねじれ角度−トルク位相面図P1における各折れ点T11〜T14について説明する。 Hereinafter, the respective break points T11 to T14 in the twist angle-torque phase diagram P1 shown in FIG. 9 will be described in consideration of the relationships of the expressions (3) and (4).

ねじれ角度−トルク位相面図P1における折れ点T11〜折れ点T12は、負方向に飽和していたトルクτが正方向に向けて反転し、これに応じてモータ20が正方向への回転駆動を開始するまでの軌跡を示している。即ち、折れ点T11において最小値(負方向に飽和状態)となっていたトルクτが正方向に向けて徐々に増加していく過程において、当該トルクτがモータ20に生じる摩擦の飽和値(モータ側クーロン摩擦係数τfMc)を上回った時点でモータ20が正方向に回転駆動し始める。他方、折れ点T12の時点では、不感帯(−BL〜+BL)の存在により負荷21の摩擦の影響は生じない。したがって、折れ点T12に至った時点におけるトルクτは、式(3)より、モータ20に生じる摩擦の飽和値(モータ側クーロン摩擦係数τfMc)に一致する。 At the break point T11 to the break point T12 in the twist angle-torque phase diagram P1, the torque τ saturated in the negative direction is reversed in the positive direction, and accordingly, the motor 20 is rotationally driven in the positive direction. The locus until the start is shown. That is, in a process in which the torque τ that has been at the minimum value (saturated state in the negative direction) at the break point T11 gradually increases in the positive direction, the torque τ is a saturated value of friction (motor When the side Coulomb friction coefficient τ fMc ) is exceeded, the motor 20 starts to rotate in the positive direction. On the other hand, at the time of the break point T12, the influence of the friction of the load 21 does not occur due to the presence of the dead zone (-BL to +BL). Therefore, the torque τ at the time of reaching the break point T12 matches the saturation value of the friction generated in the motor 20 (motor-side Coulomb friction coefficient τ fMc ) from the equation (3).

また、ねじれ角度−トルク位相面図P1における折れ点T12〜折れ点T13は、軸22のねじれ角度(θ−θ)が不感帯の最小値(−BL)から最大値(+BL)に至るまでの軌跡を示している。即ち、折れ点T12から折れ点T13にかけては、ガタ変位BKLSのみが変化し、負荷21には動力が伝達されない。したがって、モータ20のみが駆動するため、トルクτがモータ側クーロン摩擦係数τfMc一定を維持しながら、ねじれ角度(θ−θ)が変化する。したがって、折れ点T13に至った時点におけるねじれ角度(θ−θ)は、式(4)より、不感帯の最大値(+BL)に一致する。 In addition, from the twist point T12 to the turn point T13 in the twist angle-torque phase diagram P1, the twist angle (θ M −θ L ) of the shaft 22 reaches from the minimum value (−BL) of the dead zone to the maximum value (+BL). The locus of is shown. That is, from the break point T12 to the break point T13, only the backlash displacement BKLS changes, and the power is not transmitted to the load 21. Therefore, since only the motor 20 is driven, the torsion angle (θ M −θ L ) changes while the torque τ maintains the motor-side Coulomb friction coefficient τ fMc constant. Therefore, the twist angle (θ M −θ L ) at the time when the break point T13 is reached matches the maximum value (+BL) of the dead zone from the equation (4).

また、ねじれ角度−トルク位相面図P1における折れ点T13〜折れ点T14は、ガタ変位BKLSが正方向に飽和して、不感帯幅BLを上回るねじれ角度(θ−θ)を通じて、負荷21に印加されるトルクτ’が徐々に増加し、これに応じて負荷21が正方向への回転駆動を開始するまでの軌跡を示している。即ち、折れ点T13においてモータ20のみを回転駆動させていたトルクτが正方向に向けて更に増加していく過程において、当該トルクτが、モータ20に生じる摩擦の飽和値と負荷21に生じる摩擦の飽和値(負荷側クーロン摩擦係数τfLc)との合計値と釣り合った時点で負荷21が正方向に回転駆動し始める。したがって、折れ点T14に至った時点におけるトルクτは、式(3)より、モータ側クーロン摩擦係数τfMcと負荷側クーロン摩擦係数τfLcとの合計値に一致する。
また、折れ点T14に至った時点におけるねじれ角度(θ−θ)は、式(4)より、“τfLc/K+BL”に一致する。
In addition, the bending point T13 to the bending point T14 in the twist angle-torque phase diagram P1 are applied to the load 21 through the twist angle (θ M −θ L ) in which the backlash displacement BKLS is saturated in the positive direction and exceeds the dead zone width BL. The locus until the applied torque τ′ gradually increases and the load 21 starts rotational driving in the positive direction accordingly is shown. That is, in the process in which the torque τ that rotationally drives only the motor 20 at the break point T13 further increases in the positive direction, the torque τ is the saturation value of the friction generated in the motor 20 and the friction generated in the load 21. The load 21 starts to rotate in the positive direction at the time when the load 21 and the saturation value (load-side Coulomb friction coefficient τ fLc ) are balanced. Therefore, the torque τ at the time of reaching the break point T14 matches the total value of the motor-side Coulomb friction coefficient τ fMc and the load-side Coulomb friction coefficient τ fLc from the equation (3).
Further, the twist angle (θ M −θ L ) at the time of reaching the break point T14 matches “τ fLc /K R +BL” from the equation (4).

以上の特性に基づき、パラメータ同定部122は、各折れ点T11〜T14の位置に基づいて各種モデルパラメータを同定する。
具体的には、パラメータ同定部122は、ねじれ角度−トルク位相面図P1における折れ点T12(又は折れ点T13)の縦軸の値を参照してモデルモータ側クーロン摩擦係数τfMc0を同定する。また、パラメータ同定部122は、折れ点T14における縦軸の値から、先に同定したモデルモータ側クーロン摩擦係数τfMc0の値を差し引いてモデル負荷側クーロン摩擦係数τfLc0を同定する。更に、パラメータ同定部122は、折れ点T13(又は折れ点T12)の横軸の値を参照してモデル不感帯幅BLを同定する。更に、パラメータ同定部122は、折れ点T14における横軸の値と、先に同定したモデル不感帯幅BL及びモデル負荷側クーロン摩擦係数τfLc0とに基づいて式(4)を解くことで、モデルねじれ剛性係数KR0を同定する。
Based on the above characteristics, the parameter identifying unit 122 identifies various model parameters based on the positions of the respective break points T11 to T14.
Specifically, the parameter identifying unit 122 identifies the model motor-side Coulomb friction coefficient τ fMc0 by referring to the value on the vertical axis of the break point T12 (or the break point T13) in the torsion angle-torque phase diagram P1. Further, the parameter identifying unit 122 identifies the model load side Coulomb friction coefficient τ fLc0 by subtracting the value of the previously identified model motor side Coulomb friction coefficient τ fMc0 from the value on the vertical axis at the break point T14. Further, the parameter identifying unit 122 identifies the model dead zone width BL 0 by referring to the value on the horizontal axis of the break point T13 (or the break point T12). Further, the parameter identifying unit 122 solves the model (4) by solving the equation (4) based on the value of the horizontal axis at the break point T14 and the model dead zone width BL 0 and the model load side Coulomb friction coefficient τ fLc0 identified earlier. The torsional stiffness coefficient K R0 is identified.

次に、式(3)、(4)の関係を考慮しながら、図10に示すトルク−機械角速度位相面図P2における各折れ点T21〜T24について説明する。
トルク−機械角速度位相面図P2における折れ点T21〜折れ点T22は、負方向に飽和していたトルクτが正方向に向けて反転し、これに応じて、トルクτが最小値(負の飽和状態)からほとんど変化しないまま、モータ20及び負荷21の角速度がゼロとなるまでの軌跡を示している。
また、折れ点T22〜折れ点T23は、モータ20及び負荷21の角速度がゼロの状態から徐々に正方向にトルクτが上昇して行く中で、不感帯(−BL〜+BL)の存在により、モータ角速度ωのみが上昇する軌跡を示している。
また、折れ点T23〜折れ点T24は、トルクτが、モータ20のみの駆動に要するトルク(モータ側クーロン摩擦係数τfMc)を上回ることで負荷21にトルクτ’が印加され、モータ角速度ωと負荷角速度ωとが等しく上昇する軌跡を示している。
Next, the respective break points T21 to T24 in the torque-mechanical angular velocity phase diagram P2 shown in FIG. 10 will be described while considering the relationships of the expressions (3) and (4).
At the break points T21 to T22 in the torque-mechanical angular velocity phase diagram P2, the torque τ saturated in the negative direction is inverted toward the positive direction, and accordingly, the torque τ is at the minimum value (negative saturation). It shows a locus until the angular velocities of the motor 20 and the load 21 become zero with almost no change from (state).
In addition, the break point T22 to the break point T23 are due to the existence of the dead zone (-BL to +BL) while the torque τ gradually increases in the positive direction from the state where the angular velocity of the motor 20 and the load 21 is zero. The locus in which only the angular velocity ω M rises is shown.
Further, at the break points T23 to T24, the torque τ exceeds the torque required to drive only the motor 20 (motor-side Coulomb friction coefficient τ fMc ), so that the torque τ′ is applied to the load 21 and the motor angular velocity ω M And the load angular velocity ω L rise equally.

ここで、折れ点T22の横軸の値は、モータ角速度ω、負荷角速度ωがゼロであることに基づき、式(3)より“−τfMc−τfLc”と求めることができる。
また、折れ点T23の横軸の値は、負荷21の角速度が上昇を開始する時点(モータ20のみが回転駆動している時点)におけるトルクである。したがって、式(3)より、折れ点T23の横軸の値は、モータ側クーロン摩擦係数τfMcに一致する。
Here, the value on the horizontal axis of the break point T22 can be calculated as−τ fMc −τ fLc ” from the equation (3) based on the fact that the motor angular velocity ω M and the load angular velocity ω L are zero.
The value on the horizontal axis of the break point T23 is the torque at the time when the angular velocity of the load 21 starts to increase (when only the motor 20 is rotationally driven). Therefore, from the formula (3), the value of the break point T23 on the horizontal axis matches the motor-side Coulomb friction coefficient τ fMc .

パラメータ同定部122は、トルク−機械角速度位相面図P2における折れ点T22の横軸の値から、先に同定したモデルモータ側クーロン摩擦係数τfMc0の値を差し引いてモデル負荷側クーロン摩擦係数τfLc0を同定する。
ここで、ねじれ角度−トルク位相面図P1の折れ点T14では、トルクτ、ねじれ角度(θ−θ)が完全には飽和せず、モータ側粘性係数D及び負荷側粘性係数Dに基づく誤差成分が生じることが分かっている。そうすると、ねじれ角度−トルク位相面図P1の折れ点T14の位置に基づいてモデル負荷側クーロン摩擦係数τfLc0を同定しようとすると、当該誤差成分に起因して精度が低下することが考えられる。
他方、トルク−機械角速度位相面図P2の折れ点T22では、モータ角速度ω、負荷角速度ωがゼロとなっている。したがって、折れ点T22では、モータ角速度ω、負荷角速度ωに比例する成分を与えるモータ側粘性係数D及び負荷側粘性係数Dの影響を受けていない。そのため、折れ点T22の横軸の値から、より精度の高いモデル負荷側クーロン摩擦係数τfLc0を同定することができる。
The parameter identifying unit 122 subtracts the previously identified model motor-side Coulomb friction coefficient τ fMc0 from the value on the horizontal axis of the break point T22 in the torque-mechanical angular velocity phase diagram P2 to obtain the model load-side Coulomb friction coefficient τ fLc0. Identify.
Here, at the break point T14 of the twist angle-torque phase diagram P1, the torque τ and the twist angle (θ M −θ L ) are not completely saturated, and the motor side viscosity coefficient D M and the load side viscosity coefficient D L. It is known that an error component based on Then, if an attempt is made to identify the model load side Coulomb friction coefficient τ fLc0 based on the position of the break point T14 of the twist angle-torque phase diagram P1, it is conceivable that the accuracy will decrease due to the error component.
On the other hand, at the turning point T22 of the torque-mechanical angular velocity phase diagram P2, the motor angular velocity ω M and the load angular velocity ω L are zero. Therefore, at the break point T22, there is no influence of the motor-side viscosity coefficient D M and the load-side viscosity coefficient D L that give a component proportional to the motor angular velocity ω M and the load angular velocity ω L. Therefore, the model load side Coulomb friction coefficient τ fLc0 can be identified with higher accuracy from the value of the horizontal axis of the break point T22.

また、パラメータ同定部122は、トルク−機械角速度位相面図P2における折れ点T23の横軸の値を参照してモデルモータ側クーロン摩擦係数τfMc0を同定する。 Further, the parameter identifying unit 122 identifies the model motor-side Coulomb friction coefficient τ fMc0 by referring to the value on the horizontal axis of the break point T23 in the torque-mechanical angular velocity phase diagram P2.

次に、式(3)、(4)の関係を考慮しながら、図11に示すねじれ角度−機械角速度位相面図P3における各折れ点T31〜T34について説明する。
ねじれ角度−機械角速度位相面図P3における折れ点T31〜折れ点T32は、負方向に飽和していたトルクτが正方向に向けて反転し、これに応じて、ねじれ角度(θ−θ)が最小値(負の飽和状態)からほとんど変化しないまま、モータ20及び負荷21の角速度がゼロとなるまでの軌跡を示している。
また、折れ点T32〜折れ点T33は、不感帯(−BL〜+BL)の存在により負荷角速度ωがゼロのままモータ角速度ωのみが上昇することで、ねじれ角度(θ−θ)が徐々に増大していく軌跡を示している。
また、折れ点T33〜折れ点T34は、ねじれ角度(θ−θ)が不感帯の最大値(+BL)を上回ることで負荷21にトルクτ’が印加され、モータ角速度ωと負荷角速度ωとが等しく上昇する軌跡を示している。
Next, the respective break points T31 to T34 in the twist angle-mechanical angular velocity phase diagram P3 shown in FIG. 11 will be described while considering the relationships of the expressions (3) and (4).
At the bending point T31 to the bending point T32 in the torsion angle-mechanical angular velocity phase diagram P3, the torque τ saturated in the negative direction reverses toward the positive direction, and accordingly, the torsion angle (θ M −θ L ) Shows a locus until the angular velocities of the motor 20 and the load 21 become zero while the value of () hardly changes from the minimum value (negative saturation state).
Further, at the break points T32 to T33, only the motor angular speed ω M increases while the load angular speed ω L remains zero due to the presence of the dead zone (−BL to +BL), and thus the twist angle (θ M −θ L ) is increased. It shows a trajectory that gradually increases.
In addition, at the break points T33 to T34, the torque τ′ is applied to the load 21 when the twist angle (θ M −θ L ) exceeds the maximum value (+BL) of the dead zone, and the motor angular velocity ω M and the load angular velocity ω are applied. It shows a locus in which L and L rise equally.

ここで、折れ点T32の横軸の値は、負荷角速度ωがゼロであること、及び、ガタ変位BKLSが“−BL”(θ−θ<−BL)であることに基づき、式(4)より“−τfLc/K−BL”と求めることができる。
また、折れ点T33の横軸の値は、負荷21の角速度が上昇を開始する時点(負荷角速度ωがゼロの時点)におけるねじれ角度(θ−θ)である。したがって、折れ点T33の横軸の値は、式(4)より、不感帯の最大値(+BL)に一致する。
Here, the value on the horizontal axis of the break point T32 is calculated based on that the load angular velocity ω L is zero and the backlash displacement BKLS is “−BL” (θ M −θ L <−BL). (4) than can be obtained with "-τ fLc / K R -BL" .
The value on the horizontal axis of the break point T33 is the twist angle (θ M −θ L ) at the time when the angular velocity of the load 21 starts to rise (at the time when the load angular velocity ω L is zero). Therefore, the value on the horizontal axis of the break point T33 matches the maximum value (+BL) of the dead zone according to the equation (4).

パラメータ同定部122は、ねじれ角度−機械角速度位相面図P3における折れ点T32の横軸の値と、先に同定したモデル不感帯幅BL及びモデル負荷側クーロン摩擦係数τfLc0とに基づいて式(4)を解くことで、モデルねじれ剛性係数KR0を同定する。
また、パラメータ同定部122は、ねじれ角度−機械角速度位相面図P3における折れ点T33の横軸の値を参照してモデル不感帯幅BLを同定する。
The parameter identifying unit 122 calculates the equation based on the value of the horizontal axis of the break point T32 in the torsion angle-mechanical angular velocity phase diagram P3, the model dead zone width BL 0 and the model load side Coulomb friction coefficient τ fLc0 identified earlier. By solving 4), the model torsional stiffness coefficient K R0 is identified.
In addition, the parameter identifying unit 122 identifies the model dead zone width BL 0 by referring to the value on the horizontal axis of the bending point T33 in the twist angle-mechanical angular velocity phase diagram P3.

次に、図12に示すトルク−ねじれ速度位相面図P4から導出される各折れ点T41〜T43について説明する。
図12に示すトルク−ねじれ速度位相面図P4は、トルク−機械角速度位相面図P2(図10)に示されるモータ角速度ωと負荷角速度ωとの差を示す位相面図である。したがって、トルク−ねじれ速度位相面図P4における折れ点T41の位置は、トルク−機械角速度位相面図P2における折れ点T21の位置に対応する。また、トルク−ねじれ速度位相面図P4における折れ点T42の位置は、トルク−機械角速度位相面図P2における折れ点T23の位置に対応する。更に、トルク−ねじれ速度位相面図P4における折れ点T43の位置は、トルク−機械角速度位相面図P2における折れ点T24の位置に対応する。
Next, the respective break points T41 to T43 derived from the torque-torsion velocity phase front view P4 shown in FIG. 12 will be described.
The torque-torsion velocity phase diagram P4 shown in FIG. 12 is a phase diagram showing the difference between the motor angular velocity ω M and the load angular velocity ω L shown in the torque-mechanical angular velocity phase diagram P2 (FIG. 10). Therefore, the position of the break point T41 in the torque-torsion velocity phase diagram P4 corresponds to the position of the break point T21 in the torque-mechanical angular velocity phase diagram P2. Further, the position of the break point T42 in the torque-torsion velocity phase diagram P4 corresponds to the position of the break point T23 in the torque-mechanical angular velocity phase diagram P2. Furthermore, the position of the break point T43 in the torque-torsion velocity phase diagram P4 corresponds to the position of the break point T24 in the torque-mechanical angular velocity phase diagram P2.

パラメータ同定部122は、トルク−ねじれ速度位相面図P4における折れ点T42の横軸の値を参照してモデルモータ側クーロン摩擦係数τfMc0を同定する。
ここで、図12に示す通り、トルク−ねじれ速度位相面図P4における折れ点T42は、トルク−機械角速度位相面図P2(図10)における折れ点T23よりも明確に示されている。したがって、より精度よくモデルモータ側クーロン摩擦係数τfMc0を同定することができる。
The parameter identifying unit 122 identifies the model motor-side Coulomb friction coefficient τ fMc0 by referring to the value on the horizontal axis of the break point T42 in the torque-torsion velocity phase diagram P4.
Here, as shown in FIG. 12, the break point T42 in the torque-torsion velocity phase front view P4 is more clearly shown than the break point T23 in the torque-mechanical angular velocity phase front view P2 (FIG. 10). Therefore, the model motor-side Coulomb friction coefficient τ fMc0 can be identified with higher accuracy.

次に、図13に示すねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5から導出される各折れ点T51〜T53について説明する。
図13に示すねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5は、ねじれ角度−機械角速度位相面図P3(図11)に示されるモータ角速度ωと負荷角速度ωとの差を示す位相面図である。したがって、ねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5における折れ点T51の位置は、ねじれ角度−機械角速度位相面図P3における折れ点T31の位置に対応する。また、ねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5における折れ点T52の位置は、ねじれ角度−機械角速度位相面図P3における折れ点T32の位置に対応する。また、ねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5における折れ点T53の位置は、ねじれ角度−機械角速度位相面図P3における折れ点T33の位置に対応する。更に、ねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5における折れ点T54の位置は、ねじれ角度−機械角速度位相面図P3における折れ点T34の位置に対応する。
Next, the respective break points T51 to T53 derived from the twist angle-twist velocity phase front view P5 shown in FIG. 13 will be described.
A twist angle-torsion velocity phase diagram P5 shown in FIG. 13 is a phase diagram showing a difference between the motor angular velocity ω M and the load angular velocity ω L shown in the twist angle-mechanical angular velocity phase diagram P3 (FIG. 11). .. Therefore, the position of the break point T51 in the twist angle-torsion velocity phase diagram P5 corresponds to the position of the break point T31 in the twist angle-mechanical angular velocity phase diagram P3. Further, the position of the break point T52 in the twist angle-torsion velocity phase diagram P5 corresponds to the position of the break point T32 in the twist angle-mechanical angular velocity phase diagram P3. In addition, the position of the break point T53 in the twist angle-torsion velocity phase diagram P5 corresponds to the position of the break point T33 in the twist angle-mechanical angular velocity phase diagram P3. Further, the position of the break point T54 in the twist angle-torsion velocity phase diagram P5 corresponds to the position of the break point T34 in the twist angle-mechanical angular velocity phase diagram P3.

パラメータ同定部122は、ねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5における折れ点T53の横軸の値を参照して、モデル不感帯幅BLを同定する。
また、パラメータ同定部122は、ねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5における折れ点T52の横軸の値と、先に同定したモデル不感帯幅BL及びモデル負荷側クーロン摩擦係数τfLc0とに基づいて式(4)を解くことで、モデルねじれ剛性係数KR0を同定する。
ここで、図13に示す通り、ねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5における折れ点T52及び折れ点T53は、ねじれ角度−機械角速度位相面図P3(図11)における折れ点T32、T33よりも明確に示されている。したがって、より精度よくモデル不感帯幅BL及びモデルねじれ剛性係数KR0を同定することができる。
The parameter identifying unit 122 identifies the model dead zone width BL 0 with reference to the value on the horizontal axis of the bending point T53 in the twist angle-torsion velocity phase diagram P5.
Further, the parameter identifying unit 122 is based on the value of the horizontal axis of the break point T52 in the twist angle-torsion velocity phase diagram P5, and the model dead zone width BL 0 and the model load side Coulomb friction coefficient τ fLc0 identified previously. By solving the equation (4), the model torsional rigidity coefficient K R0 is identified.
Here, as shown in FIG. 13, the break point T52 and the break point T53 in the twist angle-torsion velocity phase plane P5 are clearer than the break points T32 and T33 in the twist angle-mechanical angular velocity phase plan P3 (FIG. 11). Is shown in. Therefore, the model dead zone width BL 0 and the model torsional rigidity coefficient K R0 can be identified more accurately.

次に、図14に示す負荷角度−トルク位相面図P6から導出される折れ点T61及び折れ点T63について説明する。
折れ点T61及び折れ点T63の時点においては、モータ側摩擦係数τfM及び負荷側摩擦係数τfLの両方が飽和状態である。したがって、式(3)より、折れ点T61の縦軸の値は、“−τfMc−τfLc”、折れ点T63の縦軸の値は、“τfMc+τfLc”と求めることができる。
Next, the break point T61 and the break point T63 derived from the load angle-torque phase diagram P6 shown in FIG. 14 will be described.
At the time points of the break points T61 and T63, both the motor side friction coefficient τ fM and the load side friction coefficient τ fL are in a saturated state. Therefore, from the equation (3), the vertical axis value of the break point T61 can be calculated as−τ fMc −τ fLc ”, and the vertical axis value of the break point T63 can be calculated as “τ fMcfLc ”.

パラメータ同定部122は、負荷角度−トルク位相面図P6における折れ点T63の縦軸の値から、先に同定したモデルモータ側クーロン摩擦係数τfMc0の値を差し引いてモデル負荷側クーロン摩擦係数τfLc0を同定する。
ここで、図14に示す通り、負荷角度−トルク位相面図P6における折れ点T63は、ねじれ角度−トルク位相面図P1(図9)における折れ点T14よりも明確に示されている。したがって、より精度よくモデル負荷側クーロン摩擦係数τfLc0を同定することができる。
The parameter identifying unit 122 subtracts the previously identified model motor-side Coulomb friction coefficient τ fMc0 from the value on the vertical axis of the break point T63 in the load angle-torque phase diagram P6 to obtain the model load-side Coulomb friction coefficient τ fLc0. Identify.
Here, as shown in FIG. 14, the break point T63 in the load angle-torque phase plan P6 is more clearly shown than the break point T14 in the twist angle-torque phase plan P1 (FIG. 9). Therefore, the model load side Coulomb friction coefficient τ fLc0 can be identified with higher accuracy.

本実施形態に係るパラメータ同定部122は、例えば、トルク−ねじれ速度位相面図P4の折れ点T42から同定されたモデルモータ側摩擦係数τfM0、トルク−機械角速度位相面図P2の折れ点T22から同定されたモデル負荷側摩擦係数τfL0を採用する。また、パラメータ同定部122は、例えば、ねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5の折れ点T52及び折れ点T53の各々から同定されたモデル不感帯幅BL及びモデルねじれ剛性係数KR0を採用する。
これにより、いずれのモデルパラメータについても高い精度で同定することができる。
The parameter identification unit 122 according to the present embodiment uses, for example, the model motor side friction coefficient τ fM0 identified from the break point T42 of the torque-torsion speed phase diagram P4 and the break point T22 of the torque-mechanical angular velocity phase diagram P2. Adopt the identified model load side friction coefficient τ fL0 . Further, the parameter identifying unit 122 employs, for example, the model dead zone width BL 0 and the model torsional rigidity coefficient K R0 identified from each of the break points T52 and T53 of the twist angle-twist velocity phase diagram P5.
This makes it possible to identify any model parameter with high accuracy.

なお、パラメータ同定部122は、同定されたモデルモータ側クーロン摩擦係数τfMc0をモータ側摩擦特性関数Gに代入する(図3(b)参照)。そして、パラメータ同定部122は、モデルモータ側クーロン摩擦係数τfMc0に対し予め定められた係数を乗じることで、モータ側摩擦特性関数Gを構成する各種定数(傾きK、K、K、K、オフセットτfM1、τfM2、τfM3、τfM4、τfM5)を同定する。これにより、パラメータ同定部122は、モデルモータ側摩擦係数τfM0を同定する。
同様に、パラメータ同定部122は、同定されたモデル負荷側クーロン摩擦係数τfLc0を付加側摩擦特性関数Gに代入する。そして、パラメータ同定部122は、モデル負荷側クーロン摩擦係数τfLc0に対し予め定められた係数を乗じることで、負荷側摩擦特性関数Gを構成する各種定数(傾き、オフセット)を同定する。これにより、パラメータ同定部122は、モデル負荷側摩擦係数τfL0を同定する。
The parameter identifying unit 122 substitutes the identified model motor-side Coulomb friction coefficient τ fMc0 into the motor-side friction characteristic function G M (see FIG. 3B). The parameter identification unit 122, by multiplying a predetermined coefficient to model motor side Coulomb friction coefficient tau FMc0, various constants (slope K 1 constituting the motor side friction characteristic function G M, K 2, K 3 , K 4 , offsets τ fM1 , τ fM2 , τ fM3 , τ fM4 , τ fM5 ) are identified. Thereby, the parameter identifying unit 122 identifies the model motor side friction coefficient τ fM0 .
Similarly, the parameter identifying unit 122 substitutes the identified model load side Coulomb friction coefficient τ fLc0 into the additional side friction characteristic function G L. Then, the parameter identifying unit 122 identifies various constants (slope, offset) that configure the load-side friction characteristic function G L by multiplying the model load-side Coulomb friction coefficient τ fLc0 by a predetermined coefficient. Accordingly, the parameter identifying unit 122 identifies the model load side friction coefficient τ fL0 .

なお、本実施形態に係るパラメータ同定部122は、生成された各種位相面図に対し、PSO(Particle Swarm Optimization)等を施し、各位正面図に示されたヒステリシス曲線との誤差面積が最小となるような折れ線近似演算を行うことで、各折れ点を検出する。 The parameter identifying unit 122 according to the present embodiment performs PSO (Particle Swarm Optimization) or the like on the generated various phase diagrams to minimize the error area from the hysteresis curve shown in the front view. Each broken point is detected by performing such a polygonal line approximation calculation.

(作用、効果)
以上、第1の実施形態に係るパラメータ同定装置12は、上述のデータ取得部120と、位相面図生成部121と、パラメータ同定部122と、を備える態様とする。
このようにすることで、複数の位相面図に表された複数の折れ点等から、機械系2のモータ側摩擦係数τfM、負荷側摩擦係数τfL、不感帯幅BL及びねじれ剛性係数Kを別個独立に評価して、上記各種パラメータに対応するモデルパラメータを精度良く同定することができる。
したがって、モータ20及び負荷21を有する機械系2を精度よく模した2慣性系モデルMODを得ることができる。
(Action, effect)
As described above, the parameter identification device 12 according to the first embodiment has the above-described data acquisition unit 120, the phase diagram generation unit 121, and the parameter identification unit 122.
By doing so, the motor side friction coefficient τ fM , the load side friction coefficient τ fL , the dead zone width BL, and the torsional rigidity coefficient K R of the mechanical system 2 are calculated from the plurality of break points represented in the plurality of phase diagrams. Can be separately and independently evaluated to accurately identify the model parameters corresponding to the various parameters.
Therefore, it is possible to obtain the two-inertia system model MOD that accurately simulates the mechanical system 2 including the motor 20 and the load 21.

また、第1の実施形態に係る位相面図生成部121は、位相面図として、トルクτと軸22のねじれ速度(ω−ω)との関係を示すトルク−ねじれ速度位相面図P4を生成する。そして、パラメータ同定部122は、トルク−ねじれ速度位相面図P4における折れ点の位置に基づいてモータ20の摩擦を示すモデルパラメータ(モデルモータ側摩擦係数τfM0)を同定する。
このようにすることで、モデルモータ側摩擦係数τfM0を一層精度よく同定することができる。
Further, the phase diagram generator 121 according to the first embodiment shows, as a phase diagram, a torque-torsion velocity phase diagram P4 showing the relationship between the torque τ and the torsion velocity (ω M −ω L ) of the shaft 22. To generate. Then, the parameter identifying unit 122 identifies a model parameter (model motor side friction coefficient τ fM0 ) indicating the friction of the motor 20 based on the position of the break point in the torque-torsion velocity phase diagram P4.
By doing so, the model motor side friction coefficient τ fM0 can be identified with higher accuracy.

また、第1の実施形態に係る位相面図生成部121は、位相面図として、軸22のねじれ角度(θ−θ)と軸22のねじれ速度(ω−ω)との関係を示すねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5を生成する。そして、パラメータ同定部122は、ねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5における折れ点の位置に基づいて軸22の剛性、及び、不感帯幅を示すモデルパラメータ(モデルねじれ剛性係数KR0、モデル不感帯幅BL)を同定する。
このようにすることで、モデルねじれ剛性係数KR0、モデル不感帯幅BLを一層精度よく同定することができる。
Further, the phase diagram generating unit 121 according to the first embodiment, as a phase diagram, shows the relationship between the twist angle (θ M −θ L ) of the shaft 22 and the twist speed (ω M −ω L ) of the shaft 22. A twist angle-twist velocity phase surface diagram P5 is generated. Then, the parameter identifying unit 122 determines the rigidity of the shaft 22 based on the position of the break point in the twist angle-torsion velocity phase diagram P5, and model parameters indicating the dead zone width (model twist stiffness coefficient K R0 , model dead zone width BL). 0 ) is identified.
By doing so, the model torsional rigidity coefficient K R0 and the model dead zone width BL 0 can be identified with higher accuracy.

また、第1の実施形態に係る位相面図生成部121は、位相面図として、トルクτとモータ20の角速度又は負荷21の角速度との関係を示すトルク−機械角速度位相面図P2を生成する。そして、パラメータ同定部122は、トルク−機械角速度位相面図P2における折れ点の位置に基づいて負荷21の摩擦を示すモデルパラメータ(モデル負荷側摩擦係数τfL0)を同定する。
このようにすることで、モデル負荷側摩擦係数τfL0を一層精度よく同定することができる。
Further, the phase diagram generating unit 121 according to the first embodiment generates a torque-mechanical angular velocity phase diagram P2 showing the relationship between the torque τ and the angular velocity of the motor 20 or the angular velocity of the load 21 as the phase diagram. .. Then, the parameter identifying unit 122 identifies the model parameter (model load side friction coefficient τ fL0 ) indicating the friction of the load 21 based on the position of the break point in the torque-mechanical angular velocity phase diagram P2.
By doing so, the model load side friction coefficient τ fL0 can be identified with higher accuracy.

また、第1の実施形態に係る位相面図生成部121は、位相面図として、負荷21の角度(負荷角度θ)とトルクτとの関係を示す負荷角度−トルク位相面図P6を生成する。そして、パラメータ同定部122は、負荷角度−トルク位相面図P6における折れ点の位置に基づいて負荷21の摩擦を示すモデルパラメータ(モデル負荷側摩擦係数τfL0)を同定する。
このようにすることで、モデル負荷側摩擦係数τfL0を一層精度よく同定することができる。
Further, the phase diagram generating unit 121 according to the first embodiment generates a load angle-torque phase diagram P6 showing the relationship between the angle of the load 21 (load angle θ L ) and the torque τ as the phase diagram. To do. Then, the parameter identifying unit 122 identifies a model parameter (model load side friction coefficient τ fL0 ) indicating the friction of the load 21 based on the position of the break point in the load angle-torque phase diagram P6.
By doing so, the model load side friction coefficient τ fL0 can be identified with higher accuracy.

また、第1の実施形態に係る位相面図生成部121は、位相面図として、軸22のねじれ角度(θ−θ)とトルクτとの関係を示すねじれ角度−トルク位相面図P1を生成する。そして、パラメータ同定部122は、ねじれ角度−トルク位相面図P1における折れ点の位置に基づいて、モータ20の摩擦、負荷21の摩擦、軸22の剛性、及び、軸22の不感帯幅のうちの少なくとも何れか一つを示すモデルパラメータを同定する。
このようにすることで、一つの位相面図から、モデルモータ側摩擦係数τfM0、モデル負荷側摩擦係数τfL0、モデルねじれ剛性係数KR0及びモデル不感帯幅BLを同定することができる。
Further, the phase diagram generator 121 according to the first embodiment shows, as a phase diagram, a twist angle-torque phase diagram P1 showing the relationship between the twist angle (θ M −θ L ) of the shaft 22 and the torque τ. To generate. Then, the parameter identifying unit 122 determines which of the friction of the motor 20, the friction of the load 21, the rigidity of the shaft 22, and the dead band width of the shaft 22 based on the position of the break point in the torsion angle-torque phase diagram P1. A model parameter indicating at least one is identified.
By doing so, the model motor side friction coefficient τ fM0 , the model load side friction coefficient τ fL0 , the model torsional rigidity coefficient K R0, and the model dead zone width BL 0 can be identified from one phase diagram.

以上、第1の実施形態に係るモータ制御システム1及びパラメータ同定装置12について詳細に説明したが、モータ制御システム1、パラメータ同定装置12の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。 Although the motor control system 1 and the parameter identification device 12 according to the first embodiment have been described above in detail, the specific modes of the motor control system 1 and the parameter identification device 12 are not limited to those described above. It is possible to add various design changes and the like without departing from the gist of the invention.

例えば、他の実施形態に係るパラメータ同定部122は、複数の位相面図(P1〜P6)から同定可能なモデルパラメータのうち、同種のものについて複数の値が同定された場合、その平均値をモデルパラメータとしてもよい。例えば、パラメータ同定部122は、ねじれ角度−トルク位相面図P1から同定されたモデル不感帯幅BLと、ねじれ角度−ねじれ速度位相面図P5から同定されたモデル不感帯幅BLと、の平均値を2慣性系モデルMODに採用するモデル不感帯幅BLとしてもよい。 For example, when a plurality of values are identified for the same type of model parameters that can be identified from a plurality of phase diagrams (P1 to P6), the parameter identification unit 122 according to another embodiment determines the average value thereof. It may be a model parameter. For example, the parameter identification unit 122 averages the model dead zone width BL 0 identified from the twist angle-torque phase plane P1 and the model dead zone width BL 0 identified from the twist angle-torsion velocity phase plane P5. May be the model dead zone width BL 0 adopted in the two-inertia model MOD.

また、他の実施形態に係る位相面図生成部121は、一つの位相面図(ねじれ角度−トルク位相面図P1)のみを生成する態様であってもよい。この場合、パラメータ同定部122は、生成されたねじれ角度−トルク位相面図P1からモデルモータ側摩擦係数τfM0、モデル負荷側摩擦係数τfL0、モデルねじれ剛性係数KR0及びモデル不感帯幅BLの全てを同定する。
このようにすることで、各モデルパラメータの同定処理を簡素化することができる。
The phase diagram generation unit 121 according to another embodiment may have a mode in which only one phase diagram (twist angle-torque phase diagram P1) is generated. In this case, the parameter identifying unit 122 determines the model motor-side friction coefficient τ fM0 , the model load-side friction coefficient τ fL0 , the model torsional rigidity coefficient K R0, and the model dead zone width BL 0 from the generated twist angle-torque phase diagram P1. Identify all.
By doing so, the identification process of each model parameter can be simplified.

また、他の実施形態に係る位相面図生成部121は、機械系2の反復動作ごとに実測データの取得を複数回繰り返し、これを平均化したものに基づいて各位相面図を生成してもよい。
このようにすることで、実測データのばらつき誤差が低減されるため、モデルパラメータの同定精度を更に高めることができる。
Further, the phase diagram generator 121 according to another embodiment repeats the acquisition of the actual measurement data a plurality of times for each repetitive operation of the mechanical system 2 and generates each phase diagram based on the averaged result. Good.
By doing so, the variation error of the actually measured data is reduced, so that the identification accuracy of the model parameter can be further improved.

また、第1の実施形態に係るパラメータ同定装置12は、モータ制御システム1におけるフィードフォワード機能に対してだけではなく、モータ制御システム1の異常診断や機械調整にも利用することができる。 Further, the parameter identification device 12 according to the first embodiment can be used not only for the feedforward function in the motor control system 1, but also for abnormality diagnosis and machine adjustment of the motor control system 1.

また、第1の実施形態において、パラメータ同定装置12は、上位機器から入力されるトルク指令値を「トルクτ」として、上述の各種処理を行うものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。
例えば、他の実施形態に係るパラメータ同定装置12は、“トルク指令値”ではなく、モータ20に流れる検出電流値から求まる“実測トルク”を「トルクτ」として用いて、上述の各種処理を行う態様であってもよい。
In the first embodiment, the parameter identification device 12 has been described as performing the above-described various processes with the torque command value input from the higher-level device as “torque τ”. It is not limited to the embodiment.
For example, the parameter identification device 12 according to another embodiment performs the above-described various processes by using, as the “torque τ”, the “measured torque” obtained from the detected current value flowing in the motor 20, instead of the “torque command value”. It may be a mode.

また、重力等の定常外乱がある場合には、トルクτやねじれ角度(θ−θ)に一定のオフセットがかかる。そこで、他の実施形態に係るパラメータ同定装置12は、更に、トルクτ、ねじれ角度(θ−θ)の平均を求めてオフセット分を除去する機能、折れ点を正負で平均をとる機能を有していてもよい。 Further, when there is a steady disturbance such as gravity, the torque τ and the twist angle (θ M −θ L ) are given a constant offset. Therefore, the parameter identifying device 12 according to another embodiment further has a function of obtaining the average of the torque τ and the twist angle (θ M −θ L ) to remove the offset amount, and a function of averaging the breaking points with positive and negative values. You may have.

<第2の実施形態>
次に、第2の実施形態に係るモータ制御システムについて、図15〜図19を参照しながら詳細に説明する。
<Second Embodiment>
Next, a motor control system according to the second embodiment will be described in detail with reference to FIGS.

(機能構成)
図15は、第2の実施形態に係るパラメータ同定装置の機能構成を示す図である。
図15に示すように、第2の実施形態に係るパラメータ同定装置12は、更に、モータ側エラーシステム123及び負荷側エラーシステム124を備えている。
モータ側エラーシステム123は、フィードバック制御部10及びフィードフォワード制御部11により算出されたトルクτ、モータ角度θ、及び、負荷角度θに基づいて、2慣性系モデルMODのうちモータ側のモデルの、モータ20に対する誤差の度合いを示すモータ側誤差信号eを出力する。
また、負荷側エラーシステム124は、モータ角度θ及び負荷角度θに基づいて、2慣性系モデルMODのうち負荷側のモデルの、負荷21に対する誤差の度合いを示す負荷側誤差信号eを出力する。
また、本実施形態に係るパラメータ同定部122は、モータ側誤差信号eを入力して、2慣性系モデルMODのうちモータ側のモデルをなすモデルパラメータ群(JM0、DM0、τfM0、BL)を同定する。更に、パラメータ同定部122は、負荷側誤差信号eを入力して、2慣性系モデルMODのうち負荷側のモデルをなすモデルパラメータ(JL0、DL0、τfL0、BL)を同定する。
(Function configuration)
FIG. 15 is a diagram showing a functional configuration of the parameter identification device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 15, the parameter identification device 12 according to the second embodiment further includes a motor side error system 123 and a load side error system 124.
The motor side error system 123 is a model of the two inertia system model MOD on the motor side based on the torque τ, the motor angle θ M , and the load angle θ L calculated by the feedback control unit 10 and the feedforward control unit 11. The motor-side error signal e M indicating the degree of error with respect to the motor 20 is output.
The load-side error system 124 also outputs a load-side error signal e L indicating the degree of error of the load-side model of the two-inertia model MOD based on the motor angle θ M and the load angle θ L. Output.
Further, the parameter identifying unit 122 according to the present embodiment inputs the motor-side error signal e M, and the model parameter group (J M0 , D M0 , τ fM0 , which is a model on the motor side of the two-inertia system model MOD, BL 0 ) is identified. Further, the parameter identifying unit 122 inputs the load-side error signal e L and identifies the model parameters (J L0 , D L0 , τ fL0 , BL 0 ) forming the load-side model in the two-inertia system model MOD. ..

図16は、第2の実施形態に係るモータ側エラーシステム及び負荷側エラーシステムの処理を説明する第1の図である。
モータ側エラーシステム123は、トルクτ、モータ角度θ及び負荷角度θを入力し、図16に示すブロック線図に従って、モータ側誤差信号eを算出する。
ここで、モータ側のモデルをなすモデルパラメータ群(JM0、DM0、τfM0、BL)の各々が、モータ20の実際の特性を示す未知のパラメータ群(J、D、τfM、BL)の各々に対して誤差があった場合、当該モデルパラメータ群に基づいて算出されたトルクτで回転移動したモータ20の位置(モータ角度θ)は、想定されていたモータ20の位置(目標モータ角度)からずれているはずである。そこで、想定していた目標モータ角度に到達するためにモータ20に本来印加すべきであったトルクと、モータ20に実際に印加されたトルクτと、の誤差の度合いをモータ側誤差信号eで表すと、図2に示すブロック線図のうちモータ20に係る部分の入出力の関係から、式(5)に示す等式が成立する。
FIG. 16 is a first diagram illustrating a process of the motor side error system and the load side error system according to the second embodiment.
The motor side error system 123 inputs the torque τ, the motor angle θ M, and the load angle θ L , and calculates the motor side error signal e M according to the block diagram shown in FIG. 16.
Here, each of the model parameter groups (J M0 , D M0 , τ fM0 , BL 0 ) forming the model on the motor side is an unknown parameter group (J M , D M , τ fM ) indicating the actual characteristics of the motor 20. , BL), the position of the motor 20 rotated by the torque τ calculated based on the model parameter group (motor angle θ M ) is the assumed position of the motor 20. It should deviate from the (target motor angle). Therefore, the degree of error between the torque that should originally be applied to the motor 20 to reach the assumed target motor angle and the torque τ that is actually applied to the motor 20 is determined by the motor-side error signal e M. When expressed by, the equation shown in the equation (5) is established from the input/output relation of the portion related to the motor 20 in the block diagram shown in FIG.

Figure 0006710103
Figure 0006710103

本実施形態に係るモータ側エラーシステム123は、式(5)に基づいてモータ側誤差信号eを算出する。ここで、図16に示すブロック線図のうち、モータ側エラーシステム123に該当する部分は、式(5)の変形式に相当するブロック線図である。モータ側エラーシステム123は、図16に示すブロック線図、及び、予め与えられているモデルパラメータ(JM0、DM0、τfM0、BL)にしたがって、入力されたトルクτ、モータ角度θ及び負荷角度θに基づいてモータ側誤差信号eを算出する。 The motor side error system 123 according to this embodiment calculates the motor side error signal e M based on the equation (5). Here, in the block diagram shown in FIG. 16, the part corresponding to the motor side error system 123 is a block diagram corresponding to a modified formula of the formula (5). The motor side error system 123 receives the input torque τ and motor angle θ M according to the block diagram shown in FIG. 16 and the model parameters (J M0 , D M0 , τ fM0 , BL 0 ) given in advance. And the motor side error signal e M is calculated based on the load angle θ L.

ここで、sign(sθ)(図16に示す符号関数S1)は、sθが正(sθ>0)のときに“+1”の値を取り、sθが負(sθ<0)のときに“−1”の値を取る非線形関数である。
また、BKLS(θ−θ)(図16に示す不感帯特性関数F1)は、2慣性系モデルMODのうちモータ側から負荷側へと動力が伝達する系(軸22を模したモデル)の特性をモデル不感帯幅BLで表した非線形関数である。具体的には、モータ20と負荷21との間に設けられた軸22に“遊び”が存在する場合、モータ角度θと負荷角度θとの偏差が当該“遊び”の範囲内にある限り、モータ20から発生したトルクは、負荷21には伝達しない。モデル不感帯幅BLは、この“遊び”の幅(不感帯幅BL)をモデルとして規定した値であり、不感帯特性関数F1は、偏差(θ−θ)の絶対値がモデル不感帯幅BL以下の場合にゼロを取り、偏差(θ−θ)の絶対値がモデル不感帯幅BLを上回った場合に“θ−θ−BL”(θ−θ>0)又は“θ−θ+BL”(θ−θ<0)の値を取る非線形関数である。
Here, sign(sθ M ) (the sign function S1 shown in FIG. 16) takes a value of “+1” when sθ M is positive (sθ M >0), and sθ M is negative (sθ M <0). Is a non-linear function that takes a value of "-1" when.
Further, BKLS(θ M −θ L ) (dead zone characteristic function F1 shown in FIG. 16) is of a system (model simulating the shaft 22) in which power is transmitted from the motor side to the load side in the two-inertia system model MOD. It is a non-linear function whose characteristics are represented by the model dead band width BL 0 . Specifically, when there is "play" in the shaft 22 provided between the motor 20 and the load 21, the deviation between the motor angle θ M and the load angle θ L is within the range of the "play". As long as the torque generated from the motor 20 is not transmitted to the load 21. The model dead band width BL 0 is a value that defines the width of this “play” (dead band width BL) as a model, and the dead band characteristic function F 1 has the absolute value of the deviation (θ M −θ L ) as the model dead band width BL 0. If the absolute value of the deviation (θ M −θ L ) exceeds the model dead zone width BL 0 in the following cases, “θ M −θ L −BL 0 ”(θ M −θ L >0) or It is a non-linear function that takes a value of “θ M −θ L +BL 0 ”(θ M −θ L <0).

負荷側エラーシステム124は、モータ角度θ及び負荷角度θを入力し、図16に示すブロック線図に従って、負荷側誤差信号eを算出する。
ここで、負荷側のモデルをなすモデルパラメータ群(JL0、DL0、τfL0、BL)の各々が、負荷21の実際の特性を示すパラメータ群(J、D、τfL、BL)の各々に対して誤差があった場合、当該モデルパラメータ群に基づいて算出されたトルクτで回転移動した負荷角度(負荷角度θ)は、想定されていた負荷角度(目標角度θ)からずれる。そこで、想定していた負荷角度θに到達するために、(軸22を通じて)本来負荷21に印加されるべきであったトルクと、負荷21に実際に印加されたトルクτ’と、の誤差を負荷側誤差信号eで表すと、図2に示すブロック線図のうち負荷21に係る部分の入出力の関係から、式(6)に示す等式が成立する。
Load error system 124 receives the motor angle theta M and the load angle theta L, according to the block diagram shown in FIG. 16, and calculates the load side error signal e L.
Here, each of the model parameter groups that form a model of the load side (J L0, D L0, τ fL0, BL 0) is a parameter group (J L indicating the actual characteristics of the load 21, D L, τ fL, BL ), the load angle (load angle θ L ) rotationally moved by the torque τ calculated based on the model parameter group is the assumed load angle (target angle θ t ). Get off. Therefore, in order to reach the assumed load angle θ t , the error between the torque that should have originally been applied to the load 21 (via the shaft 22) and the torque τ′ actually applied to the load 21. Is expressed by the load-side error signal e L , the equation shown in Expression (6) is established from the input/output relationship of the portion related to the load 21 in the block diagram shown in FIG.

Figure 0006710103
Figure 0006710103

本実施形態に係る負荷側エラーシステム124は、式(6)に基づいてモータ側誤差信号eを算出する。ここで、図16に示すブロック線図のうち、負荷側エラーシステム124に該当する部分は、式(6)の変形式に相当するブロック線図である。負荷側エラーシステム124は、図16に示すブロック線図、及び、予め与えられているモデルパラメータ(JL0、DL0、τfL0、BL)にしたがって、入力されたモータ角度θ及び負荷角度θに基づいて負荷側誤差信号eを算出する。 The load side error system 124 according to the present embodiment calculates the motor side error signal e M based on the equation (6). Here, in the block diagram shown in FIG. 16, the part corresponding to the load-side error system 124 is a block diagram corresponding to a modified formula (6). The load-side error system 124 uses the block diagram shown in FIG. 16 and the input motor angle θ M and load angle according to the model parameters (J L0 , D L0 , τ fL0 , BL 0 ) given in advance. The load-side error signal e L is calculated based on θ L.

ここで、sign(sθ)(図16に示す符号関数S2)は、sθが正(sθ>0)のときに“+1”の値を取り、sθが負(sθ<0)のときに“−1”の値を取る非線形関数である。 Here, sign(sθ L ) (the sign function S2 shown in FIG. 16) takes a value of “+1” when sθ L is positive (sθ L >0), and sθ L is negative (sθ L <0). Is a non-linear function that takes a value of "-1" when.

図17は、第2の実施形態に係るモータ側エラーシステム及び負荷側エラーシステムの処理を説明する第2の図である。
ここで、モデルパラメータ群(JM0、DM0、τfM0、JL0、DL0、τfL0、BL)の各々と、機械系2の実際の特性を示すパラメータ群(J、D、τfM、J、D、τfL、BL)の各々との間の誤差の度合いを、それぞれ、モータ側慣性モーメント誤差成分δJ、モータ側粘性係数誤差成分δD、モータ側摩擦係数誤差成分δτfM、負荷側慣性モーメント誤差成分δJ、負荷側粘性係数誤差成分δD、負荷側摩擦係数誤差成分δτfL及び不感帯幅誤差成分δBLで表し、式(7)のように規定する。
FIG. 17 is a second diagram illustrating the processing of the motor-side error system and the load-side error system according to the second embodiment.
Here, each of the model parameter groups (J M0 , D M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , τ fL0 , BL 0 ) and the parameter groups indicating the actual characteristics of the mechanical system 2 (J M , D M , τ fM, J L, D L , τ fL, the degree of error between the respective BL), respectively, the motor-side inertia moment error component .delta.j M, the motor-side viscosity coefficient error component [delta] D M, the motor-side friction factor error represents components .DELTA..tau fM, load inertia moment error component .delta.j L, load side viscosity coefficient error component [delta] D L, the load side friction coefficient error component .DELTA..tau fL and the dead zone width error component [Delta] BL, defined as in equation (7).

Figure 0006710103
Figure 0006710103

そうすると、図16に示すブロック線図に基づいて算出されたモータ側誤差信号e及び負荷側誤差信号eは、図17に示すブロック線図に基づいて、上記誤差成分パラメータ群(δJ、δD、δτfM、δJ、δD、δτfL、δBL)で表すことができる。 Then, the motor-side error signal e M and the load-side error signal e L calculated based on the block diagram shown in FIG. 16, based on the block diagram shown in FIG. 17, the error component parameter group (.delta.j M, δD M, δτ fM, δJ L , δD L, δτ fL, can be represented by [Delta] BL).

具体的には、モータ側誤差信号eは、2慣性系モデルMODのうちモータ側のモデルをなす複数のモデルパラメータ群(JM0、DM0、τfM0、BL)の各々に対応する誤差成分であるモータ側誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfM、δBL)に基づいて、式(8)のように表すことができる。 Specifically, the motor-side error signal e M is an error corresponding to each of a plurality of model parameter groups (J M0 , D M0 , τ fM0 , BL 0 ) forming a motor-side model in the two-inertia system model MOD. is the component motor side error parameter group (δJ M, δD M, δτ fM, δBL) based on, can be expressed as equation (8).

Figure 0006710103
Figure 0006710103

同様に、負荷側誤差信号eは、2慣性系モデルMODのうち負荷側のモデルをなす複数のモデルパラメータ群(JL0、DL0、τfL0、BL)の各々に対応する誤差成分である負荷側誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfL、δBL)に基づいて、式(9)のように表すことができる。 Similarly, the load-side error signal e L is an error component corresponding to each of a plurality of model parameter groups (J L0 , D L0 , τ fL0 , BL 0 ) forming a load-side model in the two-inertia system model MOD. there load error parameter group (δJ L, δD L, δτ fL, δBL) based on, can be expressed by equation (9).

Figure 0006710103
Figure 0006710103

ここで、不感帯幅誤差成分δBLは、不感帯幅BLを示すモデルパラメータ(モデル不感帯幅BL)に対応する誤差成分、即ち、2慣性系モデルMODとして規定されたモデル不感帯幅BLと機械系2における実際の不感帯幅BLとの誤差である。
また、∂BKLS(θ−θ)/∂BL(図17に示す不感帯特性変化関数F2)は、不感帯幅誤差成分δBLが、上述した不感帯特性関数F1の特性に与える変化の度合いを表す非線形関数である。不感帯特性変化関数F2の詳細については後述する。
Here, the dead zone width error component δBL is an error component corresponding to a model parameter (model dead zone width BL 0 ) indicating the dead zone width BL, that is, the model dead zone width BL 0 and the mechanical system 2 defined as the two-inertia system model MOD. Is an error from the actual dead band width BL in.
Further, ∂BKLS(θ M −θ L )/∂BL (dead zone characteristic change function F2 shown in FIG. 17) is a non-linearity indicating the degree of change that the dead zone width error component δBL gives to the characteristic of the above-mentioned dead zone characteristic function F1. Is a function. Details of the dead zone characteristic change function F2 will be described later.

図17に示すブロック線図において、入力であるモータ角度θ、負荷角度θと、出力であるモータ側誤差信号e、負荷側誤差信号eとは、図16を用いて説明した処理により、いずれも既知となっている。
本実施形態に係るモータ側エラーシステム123は、モータ側誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfM、δBL)の各々と、モータ側誤差信号eと、を線形に関連付けるモータ側内部信号q0M、q1M、q2M及び不感帯用内部信号qを出力する。
同様に、本実施形態に係る負荷側エラーシステム124は、負荷側誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfL、δBL)の各々と、負荷側誤差信号eと、を線形に関連付ける負荷側内部信号q0L、q1L、q2L及び不感帯用内部信号qを出力する。
なお、モータ側エラーシステム123が出力する不感帯用内部信号q及び負荷側エラーシステム124が出力する不感帯用内部信号qは同一であるが、説明の便宜上、モータ側エラーシステム123が出力する不感帯用内部信号qをモータ側内部信号qとも記載し、負荷側エラーシステム124が出力する不感帯用内部信号qを負荷側内部信号qとも記載する。
In the block diagram shown in FIG. 17, the input motor angle θ M and load angle θ L, and the output motor-side error signal e M and load-side error signal e L are the processes described with reference to FIG. Has been already known.
The motor side error system 123 according to the present embodiment linearly associates each of the motor side error parameter groups (δJ M , δD M , δτ fM , δBL) with the motor side error signal e M. It outputs 0M , q 1M , q 2M and dead band internal signal q 3 .
Similarly, the load-side error system 124 according to the present embodiment is such that the load-side error parameter group (δJ L , δD L , δτ fL , δBL) is linearly associated with the load-side error signal e L. The internal signals q 0L , q 1L , q 2L and the dead zone internal signal q 3 are output.
Note that the dead zone internal signal q 3 dead zone of the dead zone for the internal signal q 3 and the load-side error system 124 outputs the motor-side error system 123 outputs is identical, for convenience of explanation, the motor-side error system 123 outputs The internal signal q 3 for use is also referred to as a motor-side internal signal q 3, and the dead band internal signal q 3 output by the load-side error system 124 is also referred to as a load-side internal signal q 3 .

ここで、モータ側内部信号q0M、q1M、q2M、qは、入力であるモータ角度θ、負荷角度θ、及び、図17に示すブロック線図に基づいて、それぞれ、式(10)のように表される。 Here, the motor-side internal signals q 0M , q 1M , q 2M , and q 3 are respectively expressed by the formula (() based on the input motor angle θ M , load angle θ L , and the block diagram shown in FIG. 10).

Figure 0006710103
Figure 0006710103

このようにして算出されたモータ側内部信号q0M、q1M、q2M、qの各々は、モータ側誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfM、δBL)の各々と、モータ側誤差信号eと、を線形に関連付けるパラメータとなる。 Each of the motor-side internal signals q 0M , q 1M , q 2M , and q 3 calculated in this way is calculated from each of the motor-side error parameter groups (δJ M , δD M , δτ fM , δBL) and the motor-side error. It is a parameter that linearly associates the signal e M with.

また、負荷側内部信号q0L、q1L、q2L、qは、入力であるモータ角度θ、負荷角度θ、及び、図17に示すブロック線図に基づいて、それぞれ、式(11)のように表される。 Further, the load-side internal signals q 0L , q 1L , q 2L , and q 3 are respectively expressed by equation (11) based on the input motor angle θ M , load angle θ L , and the block diagram shown in FIG. ) Is represented.

Figure 0006710103
Figure 0006710103

このようにして算出された負荷側内部信号q0L、q1L、q2L、qの各々は、負荷側誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfL、δBL)の各々と、負荷側誤差信号eと、を線形に関連付けるパラメータとなる。 Each of the load-side internal signals q 0L , q 1L , q 2L , and q 3 calculated in this way is equal to each of the load-side error parameter groups (δJ L , δD L , δτ fL , δBL) and the load-side error. It is a parameter that linearly associates the signal e L with the signal e L.

図18は、第2の実施形態に係るモータ側エラーシステム及び負荷側エラーシステムの処理を説明する第3の図である。
本実施形態に係るモータ側エラーシステム123、負荷側エラーシステム124は、上述したように、不感帯用内部信号qを出力するにあたり、図18(b)に示すような、予め用意された不感帯特性変化関数F2を用いる。上述したように、不感帯特性変化関数F2は、不感帯幅誤差成分δBLが、モータ20側から負荷21側へと動力が伝達する系の伝達特性(不感帯特性関数F1の特性)に与える変化の度合いを規定する非線形関数である。
FIG. 18 is a third diagram illustrating the processing of the motor side error system and the load side error system according to the second embodiment.
As described above, the motor-side error system 123 and the load-side error system 124 according to the present embodiment output the dead band internal signal q 3 as shown in FIG. The change function F2 is used. As described above, the dead zone characteristic change function F2 indicates the degree of change that the dead zone width error component δBL gives to the transfer characteristic (characteristic of the dead zone characteristic function F1) of the system in which power is transmitted from the motor 20 side to the load 21 side. It is a defined non-linear function.

ここで、モータ20と負荷21との間に設けられた軸22の“遊び”の幅(不感帯幅BL)が、モデル不感帯幅BLから所定の不感帯幅誤差成分δBL(δBL>0)だけ変化した場合を考える。この場合、不感帯特性関数F1は、図18(a)に示すように、入力(θ−θ)に対し出力がゼロとなる領域が、正負方向に+δBL、−δBLだけ広がる。その結果、入力(θ−θ)が+BLより大きい領域(θ−θ>BL)においては、出力(縦軸)が−δBLだけ変化する。また、入力(θ−θ)が−BLより小さい領域(θ−θ<−BL)においては、出力(縦軸)が+δBLだけ変化する。 Here, the "play" width (dead band width BL) of the shaft 22 provided between the motor 20 and the load 21 changes from the model dead band width BL 0 by a predetermined dead band width error component δBL (δBL>0). Consider the case. In this case, in the dead zone characteristic function F1, as shown in FIG. 18A, the region where the output is zero with respect to the input (θ M −θ L ) expands by +δBL and −δBL in the positive and negative directions. As a result, in the region (θ M −θ L >BL 0 ) where the input (θ M −θ L ) is larger than +BL 0 , the output (vertical axis) changes by −δBL. Further, in the region (θ M −θ L <−BL 0 ) where the input (θ M −θ L ) is smaller than −BL 0 , the output (vertical axis) changes by +δBL.

また、不感帯特性関数F1において、不感帯幅BLがBLであった場合には、入力(θ−θ)がBLを上回った時点で出力が上昇するのに対し、不感帯幅BLが(BL+δBL)に変化すると、入力(θ−θ)が(BL+δBL)を上回るまでは、出力は“ゼロ”のままである。したがって、入力(θ−θ)がBLから(BL+δBL)までの範囲においては、入力(θ−θ)と、出力のマイナス方向への変化の度合いと、が比例関係にある。同様に、入力(θ−θ)が−BLから(−BL−δBL)までの範囲においては、入力(θ−θ)と、出力のプラス方向への変化の度合いと、が比例関係にある。
また、入力(θ−θ)がBLから−BLまでの領域は、不感帯幅BLにおけるBLから(BL+δBL)への変化に関わらず、出力は“ゼロ”のままである。つまり、不感帯幅BLがBLから(BL+δBL)へ変化しても、出力は変化しない。
Further, in the dead band characteristic function F1, when the dead band width BL is BL 0 , the output increases when the input (θ M −θ L ) exceeds BL 0 , whereas the dead band width BL ( When changes to BL 0 + δBL), until the input (θ ML) is greater than (BL 0 + δBL), the output remains "zero". Therefore, in the range of the input (θ M −θ L ) from BL 0 to (BL 0 +δBL), the input (θ M −θ L ) and the degree of change in the negative direction of the output have a proportional relationship. is there. Similarly, in the range of the input (θ M −θ L ) from −BL 0 to (−BL 0 −δBL), the input (θ M −θ L ) and the degree of change in the positive direction of the output, Are in a proportional relationship.
In the region where the input (θ M −θ L ) is from BL 0 to −BL 0 , the output remains “zero” regardless of the change in the dead band width BL from BL 0 to (BL 0 +δBL). .. That is, even if the dead zone width BL changes from BL 0 to (BL 0 +δBL), the output does not change.

以上より、不感帯幅誤差成分δBLが、不感帯特性関数F1の特性に与える変化の度合いを表す不感帯特性変化関数F2は、図18(b)に示すような非線形特性によって表すことができる。
即ち、入力(θ−θ)がBL+δBL’を上回る領域においては、不感帯特性関数F1による出力がマイナス方向に変化するので、不感帯特性変化関数F2は、“−1”を出力する。同様に、入力(θ−θ)が−BL−δBL’を下回る領域においては、不感帯特性関数F1による出力がプラス方向に変化するので、不感帯特性変化関数F2は、“+1”を出力する。
また、入力(θ−θ)がBLから(BL+δBL’)までの領域においては、入力(θ−θ)の増加に応じて、出力が“ゼロ”から“−1”まで徐々に減少するように変化する。同様に、入力(θ−θ)が−BLから(−BL−δBL’)までの領域においては、入力(θ−θ)の減少に応じて、出力が“ゼロ”から“+1”まで徐々に増加するように変化する。
そして、入力(θ−θ)がBLから−BLまでの領域においては、不感帯特性関数F1の出力は変化しないので、不感帯特性変化関数F2は、“ゼロ”を出力する。
なお、定数δBL’は、想定される不感帯幅誤差成分δBLを予め予測して定めた定数であり、例えば、モデル不感帯幅BLの20%程度(δBL’=0.2×BL)とされる。
From the above, the dead zone characteristic change function F2, which represents the degree of change that the dead zone width error component δBL gives to the characteristic of the dead zone characteristic function F1, can be represented by the non-linear characteristic as shown in FIG.
That is, in the region where the input (θ M −θ L ) exceeds BL 0 +δBL′, the output by the dead zone characteristic function F1 changes in the negative direction, so the dead zone characteristic change function F2 outputs “−1”. Similarly, in the region where the input (θ M −θ L ) is lower than −BL 0 −δBL′, the output by the dead zone characteristic function F1 changes in the positive direction, so the dead zone characteristic change function F2 outputs “+1”. To do.
Further, in the region where the input (θ M −θ L ) is from BL 0 to (BL 0 +δBL′), the output is “zero” to “−1” as the input (θ M −θ L ) is increased. Change to gradually decrease until. Similarly, in the region where the input (θ M −θ L ) is from −BL 0 to (−BL 0 −δBL′), the output changes from “zero” as the input (θ M −θ L ) decreases. It changes so as to gradually increase to “+1”.
Then, in the region where the input (θ M −θ L ) is from BL 0 to −BL 0 , the output of the dead zone characteristic function F1 does not change, so the dead zone characteristic change function F2 outputs “zero”.
It should be noted that the constant δBL′ is a constant that is determined by predicting an assumed dead band width error component δBL in advance, and is set to, for example, about 20% of the model dead band width BL 0 (δBL′=0.2×BL 0 ). It

次に、本実施形態に係るパラメータ同定部122(図15参照)の機能について説明する。
パラメータ同定部122は、モータ側エラーシステム123によって算出されたモータ側誤差信号e(図16参照)と、同じくモータ側エラーシステム123によって算出されたモータ側内部信号q0M、q1M、q2M、q(図17参照)と、を入力する。
Next, the function of the parameter identifying unit 122 (see FIG. 15) according to the present embodiment will be described.
The parameter identification unit 122 calculates the motor-side error signal e M calculated by the motor-side error system 123 (see FIG. 16) and the motor-side internal signals q 0M , q 1M , q 2M calculated by the motor-side error system 123. , Q 3 (see FIG. 17).

パラメータ同定部122は、モータ側内部信号q0M、q1M、q2M、qの各々が、未知のモータ側誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfM、δBL)の各々と、モータ側誤差信号eとを、式(12)のように、線形に関連付けていることを利用して、上記未知のモータ側誤差パラメータ群の各々を算出する。 The parameter identifying unit 122 determines that each of the motor-side internal signals q 0M , q 1M , q 2M , and q 3 is an unknown motor-side error parameter group (δJ M , δD M , δτ fM , δBL), and the motor-side. Each of the unknown motor-side error parameter groups is calculated by utilizing the fact that the error signal e M and the error signal e M are linearly associated with each other as shown in Expression (12).

Figure 0006710103
Figure 0006710103

ここで、パラメータ同定部122は、機械系2における周期的動作のうちの一周期Tに当たるモータ側誤差信号eとモータ側内部信号q0M、q1M、q2M、qとを取得する。そして、式(12)の両辺にモータ側内部信号q0M、q1M、q2M、qを乗じ、更に、両辺を一周期T分だけ時間積分すると、式(13)のように変形される。 Here, the parameter identifying unit 122 acquires the motor-side error signal e M and the motor-side internal signals q 0M , q 1M , q 2M , and q 3 that correspond to one cycle T of the periodic operation in the mechanical system 2. Then, both sides of the equation (12) are multiplied by the motor-side internal signals q 0M , q 1M , q 2M , and q 3 , and both sides are time-integrated by one cycle T, which is transformed into the equation (13). .

Figure 0006710103
Figure 0006710103

更に、式(13)は、式(14)に変形される。 Further, equation (13) is transformed into equation (14).

Figure 0006710103
Figure 0006710103

これにより、パラメータ同定部122は、式(15)に従って、未知のモータ側誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfM、δBL)を算出することができる。 Thereby, the parameter identification unit 122 can calculate the unknown motor-side error parameter group (δJ M , δD M , δτ fM , δBL) according to the equation (15).

Figure 0006710103
Figure 0006710103

パラメータ同定部122は、算出されたモータ側誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfM、δBL)の各々を、モータ側のモデルをなすモデルパラメータ群(JM0、DM0、τfM0、BL)の各々から減算することで、新たなモデルパラメータ群(JM0、DM0、τfM0、BL)を同定する。 Parameter identification unit 122, the calculated motor side error parameter group (δJ M, δD M, δτ fM, δBL) each, the model parameter groups constituting the motor side of the model (J M0, D M0, τ fM0, BL 0 ) to identify a new group of model parameters (J M0 , D M0 , τ fM0 , BL 0 ).

更に、パラメータ同定部122は、負荷側エラーシステム124によって算出されたモータ側誤差信号e(図16参照)と、同じく負荷側エラーシステム124によって算出された負荷側内部信号q0L、q1L、q2L、q(図17参照)と、を入力する。 Further, the parameter identifying unit 122 calculates the motor-side error signal e L calculated by the load-side error system 124 (see FIG. 16) and the load-side internal signals q 0L , q 1L similarly calculated by the load-side error system 124. q 2L and q 3 (see FIG. 17) are input.

パラメータ同定部122は、負荷側内部信号q0L、q1L、q2L、qの各々が、未知の負荷側誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfL、δBL)の各々と、負荷側誤差信号eとを、式(16)のように、線形に関連付けていることを利用して、上記未知の負荷側誤差パラメータ群の各々を算出する。 The parameter identifying unit 122 determines that each of the load-side internal signals q 0L , q 1L , q 2L , and q 3 is an unknown load-side error parameter group (δJ L , δD L , δτ fL , δBL) and the load-side. Each of the unknown load-side error parameter groups is calculated by utilizing the fact that the error signal e L and the error signal e L are linearly associated with each other as in Expression (16).

Figure 0006710103
Figure 0006710103

ここで、パラメータ同定部122は、機械系2における周期的動作のうちの一周期Tに当たる負荷側誤差信号eと負荷側内部信号q0L、q1L、q2L、qとを取得する。そして、式(16)の両辺に負荷側内部信号q0L、q1L、q2L、qを乗じ、更に、両辺を一周期T分だけ時間積分すると、式(17)のように変形される。 Here, the parameter identifying unit 122 acquires the load-side error signal e L and the load-side internal signals q 0L , q 1L , q 2L , and q 3 that correspond to one cycle T of the periodic operation in the mechanical system 2. Then, both sides of the equation (16) are multiplied by the load-side internal signals q 0L , q 1L , q 2L , and q 3 , and both sides are time-integrated by one cycle T, which is transformed into the equation (17). ..

Figure 0006710103
Figure 0006710103

更に、式(17)は、式(18)に変形される。 Further, the equation (17) is transformed into the equation (18).

Figure 0006710103
Figure 0006710103

これにより、パラメータ同定部122は、式(19)に従って、未知の負荷側誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfL、δBL)を算出することができる。 Thereby, the parameter identifying unit 122 can calculate the unknown load-side error parameter group (δJ L , δD L , δτ fL , δBL) according to the equation (19).

Figure 0006710103
Figure 0006710103

パラメータ同定部122は、算出された負荷側誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfL、δBL)の各々を、予め規定されていた負荷側のモデルをなすモデルパラメータ群(JL0、DL0、τfL0、BL)の各々から減算することで、新たなモデルパラメータ群(JL0、DL0、τfL0、BL)を同定する。 Parameter identification unit 122, the calculated load error parameter group (δJ L, δD L, δτ fL, δBL) respectively, the model parameter groups that form a model of predefined have load side (J L0, D L0 , Τ fL0 , BL 0 ), a new model parameter group (J L0 , D L0 , τ fL0 , BL 0 ) is identified.

なお、本実施形態に係るパラメータ同定部122は、機械系2における周期的動作のうちの一周期T分のモータ側誤差信号e、負荷側誤差信号eと、同じ一周期T分の各種内部信号q0M、q1M、q2M、q0L、q1L、q2L、qとを取得して、誤差信号と誤差パラメータ群との関係式(式(12)、式(16))を一周期Tで時間積分している。
このようにすることで、一周期Tの時間積分により未知の外乱がキャンセルされ得るため、誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfM、δJ、δD、δτfL、δBL)を精度良く算出することができる。
The parameter identification unit 122 according to the present embodiment uses the same one cycle T as the motor side error signal e M and the load side error signal e L for one cycle T of the periodic operation in the mechanical system 2. The internal signals q 0M , q 1M , q 2M , q 0L , q 1L , q 2L , and q 3 are acquired, and the relational expressions (Expression (12) and Expression (16)) between the error signal and the error parameter group are calculated. Time integration is performed in one cycle T.
By doing so, an unknown disturbance can be canceled by the time integration of one cycle T, so that the error parameter group (δJ M , δD M , δτ fM , δJ L , δD L , δτ fL , δBL) can be accurately measured. It can be calculated.

図19は、第2の実施形態に係るパラメータ同定装置の処理フローを示す図である。
図19に示す処理フローは、例えば、第1の実施形態(図7)と同様に、機械系2の実運転の開始前等において、パラメータ同定装置12(図15)が機械系2についてのパラメータ同定を行う際に実行される。
FIG. 19 is a diagram showing a processing flow of the parameter identifying device according to the second embodiment.
In the process flow shown in FIG. 19, for example, as in the first embodiment (FIG. 7), the parameter identification device 12 (FIG. 15) sets the parameters for the mechanical system 2 before the actual operation of the mechanical system 2 is started. It is executed when identification is performed.

パラメータ同定装置12は、ステップS01〜ステップS04を経て、小振幅、低周波数の反復動作中に取得された各種実測データ(ω、θ、ω、θ、τ)に基づき、モデルモータ側摩擦係数τfM0、モデル負荷側摩擦係数τfL0、モデル不感帯幅BL、モデルねじれ剛性係数KR0を同定する。図19に示すステップS01〜ステップS04の各処理は、第1の実施形態(図7)と同様であるため説明を省略する。 The parameter identifying device 12 performs the model motor based on various measured data (ω M , θ M , ω L , θ L , τ) acquired during the repetitive operation of small amplitude and low frequency through steps S01 to S04. The side friction coefficient τ fM0 , the model load side friction coefficient τ fL0 , the model dead zone width BL 0 , and the model torsional rigidity coefficient K R0 are identified. Since each processing of step S01 to step S04 shown in FIG. 19 is the same as that of the first embodiment (FIG. 7), description thereof will be omitted.

次に、モータ制御システム1のオペレータは、上位機器を操作して所定の角度指令値を出力させることで、負荷21の角度(負荷角度θ)を大振幅かつ高周波数で反復動作させる(ステップS11)。 Next, the operator of the motor control system 1 operates the host device to output a predetermined angle command value, thereby repeatedly operating the angle of the load 21 (load angle θ L ) with a large amplitude and a high frequency (step S11).

次に、パラメータ同定装置12のデータ取得部120は、大振幅かつ高周波数で反復動作中の機械系2から、モータ角速度ω、モータ角度θ、負荷角速度ω及び負荷角度θの経時的変化を示す実測データを取得する(ステップS12)。 Next, the data acquisition unit 120 of the parameter identification device 12 determines the motor angular velocity ω M , the motor angle θ M , the load angular velocity ω L, and the load angle θ L from the mechanical system 2 that is repeatedly operating at large amplitude and high frequency. The actual measurement data indicating the dynamic change is acquired (step S12).

次に、パラメータ同定装置12のモータ側エラーシステム123は、図16〜図18で説明した処理を経てモータ側誤差信号e、及び、モータ側内部信号q0M、q1M、q2M及び不感帯用内部信号qを出力する。また、パラメータ同定装置12の負荷側エラーシステム124は、図16〜図18で説明した処理を経て負荷側誤差信号e、及び、負荷側内部信号q0L、q1L、q2L及び不感帯用内部信号qを出力する(ステップS13)。 Next, the motor-side error system 123 of the parameter identification device 12 performs the processing described with reference to FIGS. 16 to 18, and outputs the motor-side error signal e M , the motor-side internal signals q 0M , q 1M , q 2M, and the dead zone. The internal signal q 3 is output. In addition, the load side error system 124 of the parameter identification device 12 performs the load side error signal e L , the load side internal signals q 0L , q 1L , q 2L, and the dead zone internal through the processing described in FIGS. 16 to 18. The signal q 3 is output (step S13).

次に、パラメータ同定部122は、モータ側エラーシステム123及び負荷側エラーシステム124から入力した各種誤差信号、内部信号に基づいて、モータ側誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfM、δBL)、及び、負荷側誤差パラメータ群(δJ、δD、δτfL、δBL)を算出する。そして、パラメータ同定部122は、これらの誤差パラメータ群に基づいて、ステップS04で同定されていなかった残りのモデルパラメータを同定する(ステップS14)。
具体的には、パラメータ同定部122は、ステップS14において、モデルモータ側慣性モーメントJM0、モデルモータ側粘性係数DM0、モデル負荷側慣性モーメントJL0、及び、モデル負荷側粘性係数DL0を同定する。
Next, the parameter identifying unit 122, based on various error signals and internal signals input from the motor-side error system 123 and the load-side error system 124, a motor-side error parameter group (δJ M , δD M , δτ fM , δBL). , And a load-side error parameter group (δJ L , δD L , δτ fL , δBL). Then, the parameter identifying unit 122 identifies the remaining model parameters that have not been identified in step S04 based on these error parameter groups (step S14).
Specifically, the parameter identifying unit 122 identifies the model motor side inertia moment J M0 , the model motor side viscosity coefficient D M0 , the model load side inertia moment J L0 , and the model load side viscosity coefficient D L0 in step S14. To do.

(作用、効果)
以上のように、第2の実施形態に係るパラメータ同定装置12は、機械系2が行う反復動作の振幅及び周波数が相対的に小振幅かつ低周波数の場合に同定を行う第1ステップと、機械系2が行う反復動作の振幅及び周波数が相対的に大振幅かつ高周波数の場合に同定を行う第2ステップと、に分けてモデルパラメータの同定を行う。
より詳細には、パラメータ同定部122は、第1ステップにおいて取得されたトルクτと、モータ20の角度及び角速度の実測データと、負荷21の角度及び角速度の実測データと、に基づいて、モータの摩擦、負荷の摩擦、軸22の剛性、及び、軸22の不感帯幅を示すモデルパラメータを同定する。
そして、パラメータ同定部122は、第2ステップにおいて取得されたトルクτと、モータ20の角度の実測データと、負荷21の角度の実測データと、に基づいて、モータ20の慣性モーメント及び粘性係数を示すモデルパラメータ(モデルモータ側慣性モーメントJM0、モデルモータ側粘性係数DM0)、及び、負荷21の慣性モーメント及び粘性係数を示すモデルパラメータ(モデル負荷側慣性モーメントJL0、及び、モデル負荷側粘性係数DL0)を同定する。
(Action, effect)
As described above, the parameter identification device 12 according to the second embodiment performs the identification when the amplitude and frequency of the repetitive operation performed by the mechanical system 2 are relatively small amplitude and low frequency; The model parameter is identified by dividing into a second step of performing identification when the amplitude and frequency of the repetitive operation performed by the system 2 are relatively large amplitude and high frequency.
More specifically, the parameter identifying unit 122 determines the motor based on the torque τ acquired in the first step, the actual measurement data of the angle and angular velocity of the motor 20, and the actual measurement data of the angle and angular velocity of the load 21. Model parameters indicating friction, load friction, shaft 22 stiffness, and shaft 22 deadband width are identified.
Then, the parameter identifying unit 122 determines the moment of inertia and the viscosity coefficient of the motor 20 based on the torque τ acquired in the second step, the actual measurement data of the angle of the motor 20, and the actual measurement data of the angle of the load 21. Indicated model parameters (model motor side inertia moment J M0 , model motor side viscosity coefficient D M0 ) and model parameters indicating the inertia moment and viscosity coefficient of the load 21 (model load side inertia moment J L0 and model load side viscosity) The coefficient D L0 ) is identified.

ここで、小振幅、低周波数の状態であれば、慣性モーメント及び粘性係数の影響が小さく、モータ20、負荷21の摩擦、軸22の剛性及び不感帯幅の特性を捉えやすい。他方、大振幅、高周波数の状態であれば、モータ20、負荷21の摩擦、軸22の剛性及び不感帯幅の影響が小さくなり、慣性モーメント及び粘性係数の特性を捉えやすくなる。
そこで、上述のような2段階のステップを実施する態様とすることで、2慣性系モデルMODを構成する全てのパラメータを高精度に同定することができる。
Here, in the state of small amplitude and low frequency, the influence of the inertia moment and the viscosity coefficient is small, and the characteristics of the friction of the motor 20 and the load 21, the rigidity of the shaft 22 and the dead band width can be easily captured. On the other hand, in the state of large amplitude and high frequency, the influences of the friction of the motor 20 and the load 21, the rigidity of the shaft 22 and the dead zone width are reduced, and the characteristics of the moment of inertia and the viscosity coefficient can be easily captured.
Therefore, by adopting a mode in which the above-described two-step steps are performed, it is possible to identify with high accuracy all the parameters forming the two-inertia system model MOD.

また、上述の各実施形態においては、モータ制御システム1におけるパラメータ同定装置12の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各手順を行うものとしている。ここで、上述したパラメータ同定装置12の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記各種処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
また、パラメータ同定装置12の機能が、ネットワークで接続される複数の装置に渡って具備される態様であってもよい。
In each of the above-described embodiments, a program for realizing the function of the parameter identification device 12 in the motor control system 1 is recorded in a computer-readable recording medium, and the program recorded in this recording medium is recorded in the computer system. It is supposed that each procedure is carried out by loading and executing. Here, each process of the above-described parameter identifying device 12 is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the various processes are performed by the computer reading and executing the program. Here, the computer-readable recording medium refers to a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Further, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that receives the distribution may execute the program.
Further, the function of the parameter identifying device 12 may be provided in a plurality of devices connected by a network.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。 Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are shown as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope of the invention and the scope of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the scope of equivalents thereof.

1 モータ制御システム
10 フィードバック制御部
11 フィードフォワード制御部
12 パラメータ同定装置
120 データ取得部
121 位相面図生成部
122 パラメータ同定部
123 モータ側エラーシステム
124 負荷側エラーシステム
2 機械系
20 モータ
21 負荷
22 軸
θ 目標角度(目標回転角度)
τ、τ’ トルク
θ モータ角度(モータの角度)
ω モータ角速度(モータの角速度)
モータ側慣性モーメント
モータ側粘性係数
τfM モータ側摩擦係数
τfMc モータ側クーロン摩擦係数
θ 負荷角度(負荷の角度)
ω 負荷角速度(負荷の角速度)
負荷側慣性モーメント
負荷側粘性係数
τfL 負荷側摩擦係数
τfLc 負荷側クーロン摩擦係数
ねじれ剛性係数
ねじれ粘性係数
BL 不感帯幅
MOD 2慣性系モデル
M0 モデルモータ側慣性モーメント
M0 モデルモータ側粘性係数
τfM0 モデルモータ側摩擦係数
τfMc0 モデルモータ側クーロン摩擦係数
L0 モデル負荷側慣性モーメント
L0 モデル負荷側粘性係数
τfL0 モデル負荷側摩擦係数
τfLc0 モデル負荷側クーロン摩擦係数
BL モデル不感帯幅
R0 モデルねじれ剛性係数
モータ側誤差信号
負荷側誤差信号
δJ モータ側慣性モーメント誤差成分
δD モータ側粘性係数誤差成分
δτfM モータ側摩擦係数誤差成分
δJ 負荷側慣性モーメント誤差成分
δD 負荷側粘性係数誤差成分
δτfL 負荷側摩擦係数誤差成分
δBL 不感帯幅誤差成分
0M、q1M、q2M モータ側内部信号
0L、q1L、q2L 負荷側内部信号
不感帯用内部信号(モータ側内部信号、負荷側内部信号)
S1、S2 符号関数
F1 不感帯特性関数
F1’ ガタ変位関数
F2 不感帯特性変化関数
モータ側摩擦特性関数
負荷側摩擦特性関数
P1 ねじれ角度−トルク位相面図
P2 トルク−機械角速度位相面図
P3 ねじれ角度−機械角速度位相面図
P4 トルク−ねじれ速度位相面図
P5 ねじれ角度−ねじれ速度位相面図
P6 負荷角度−トルク位相面図
1 Motor control system 10 Feedback control unit 11 Feedforward control unit 12 Parameter identification device 120 Data acquisition unit 121 Phase diagram generation unit 122 Parameter identification unit 123 Motor side error system 124 Load side error system 2 Mechanical system 20 Motor 21 Load 22 Axis θ t Target angle (Target rotation angle)
τ, τ'Torque θ M Motor angle (motor angle)
ω M Motor angular velocity (motor angular velocity)
J M Motor side moment of inertia D M Motor side viscosity coefficient τ fM Motor side friction coefficient τ fMc Motor side Coulomb friction coefficient θ L Load angle (load angle)
ω L load angular velocity (load angular velocity)
J L Load-side moment of inertia D L Load-side viscosity coefficient τ fL Load-side friction coefficient τ fLc Load-side Coulomb friction coefficient K R Torsional stiffness coefficient D R Torsional viscosity coefficient BL Dead band width MOD 2 Inertial system model J M0 model Motor-side inertia moment D M0 model motor side viscosity coefficient τ fM0 model motor side friction coefficient τ fMc0 model motor side Coulomb friction coefficient J L0 model load side inertia moment D L0 model load side viscosity coefficient τ fL0 model load side friction coefficient τ fLc0 model load side Coulomb friction Coefficient BL 0 Model dead zone width K R0 Model torsional rigidity coefficient e M Motor side error signal e L Load side error signal δJ M Motor side inertia moment error component δD M Motor side viscosity coefficient error component δτ fM Motor side friction coefficient error component δJ L load inertia moment error component [delta] D L load side viscosity error component .DELTA..tau fL load side friction coefficient error component δBL dead zone width error component q 0M, q 1M, q 2M motor-side internal signal q 0L, q 1L, q 2L load side internal Signal q 3 Dead band internal signal (motor side internal signal, load side internal signal)
S1, S2 Sign function F1 Dead zone characteristic function F1' Backlash displacement function F2 Dead zone characteristic change function G M Motor side friction characteristic function G L Load side friction characteristic function P1 Torsional angle-torque phase diagram P2 Torque-mechanical angular velocity phase diagram P3 Twist angle-mechanical angular velocity phase diagram P4 Torque-torsion velocity phase diagram P5 Twist angle-torsion velocity phase diagram P6 Load angle-torque phase diagram

Claims (12)

モータと負荷とが連結部材にて連結されてなる機械系を模した2慣性系モデルのモデルパラメータを同定するパラメータ同定装置であって、
前記モータに対するトルク指令値と、前記モータの角度及び角速度の実測データと、前記負荷の角度及び角速度の実測データと、を取得するデータ取得部と、
取得された前記トルク指令値と、前記モータの角度及び角速度の実測データと、前記負荷の角度及び角速度の実測データと、に基づいて複数の位相面図を生成する位相面図生成部と、
生成された複数の前記位相面図に基づいて、前記モータの摩擦、前記負荷の摩擦、前記連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅を示すモデルパラメータを同定するパラメータ同定部と、
を備えるパラメータ同定装置。
A parameter identification device for identifying model parameters of a two-inertia system model imitating a mechanical system in which a motor and a load are connected by a connecting member,
A data acquisition unit that acquires a torque command value for the motor, actual measurement data of the angle and angular velocity of the motor, and actual measurement data of the angle and angular velocity of the load;
A phase diagram generator that generates a plurality of phase diagrams based on the acquired torque command value, measured data of the angle and angular velocity of the motor, and measured data of the angle and angular velocity of the load,
Based on the generated plurality of phase diagrams, friction of the motor, friction of the load, rigidity of the connecting member, and a parameter identification unit for identifying a model parameter indicating the dead band width of the connecting member,
A parameter identification device comprising:
前記位相面図生成部は、前記位相面図として、前記トルク指令値と前記連結部材のねじれ速度との関係を示すトルク−ねじれ速度位相面図を生成し、
前記パラメータ同定部は、前記トルク−ねじれ位相面図における折れ点の位置に基づいて前記モータの摩擦を示すモデルパラメータを同定する
請求項1に記載のパラメータ同定装置。
The phase diagram generating unit, as the phase diagram, generates a torque-torsion velocity phase diagram showing the relationship between the torque command value and the torsion velocity of the connecting member,
The parameter identification device according to claim 1, wherein the parameter identification unit identifies a model parameter indicating friction of the motor based on a position of a break point in the torque-twist phase diagram.
前記位相面図生成部は、前記位相面図として、前記連結部材のねじれ角度と前記連結部材のねじれ速度との関係を示すねじれ角度−ねじれ速度位相面図を生成し、
前記パラメータ同定部は、前記ねじれ角度−ねじれ速度位相面図における折れ点の位置に基づいて前記連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅を示すモデルパラメータを同定する
請求項1又は請求項2に記載のパラメータ同定装置。
The phase diagram generating unit, as the phase diagram, generates a twist angle-twist velocity phase diagram showing the relationship between the twist angle of the coupling member and the twist velocity of the coupling member,
The parameter identifying unit identifies the model parameter indicating the rigidity of the connecting member and the dead band width of the connecting member based on the position of the break point in the twist angle-twist velocity phase diagram. 2. The parameter identification device described in 2.
前記位相面図生成部は、前記位相面図として、前記トルク指令値と、前記モータの角速度及び前記負荷の角速度のうちの少なくとも何れか一つとの関係を示すトルク−機械角速度位相面図を生成し、
前記パラメータ同定部は、前記トルク−機械角速度位相面図における折れ点の位置に基づいて前記負荷の摩擦を示すモデルパラメータを同定する
請求項1から請求項3の何れか一項に記載のパラメータ同定装置。
The phase diagram generating unit generates, as the phase diagram, a torque-mechanical angular velocity phase diagram showing a relationship between the torque command value and at least one of the angular velocity of the motor and the angular velocity of the load. Then
The parameter identification unit according to any one of claims 1 to 3, wherein the parameter identification unit identifies a model parameter indicating friction of the load based on a position of a break point in the torque-mechanical angular velocity phase diagram. apparatus.
前記位相面図生成部は、前記位相面図として、前記負荷の角度と前記トルク指令値との関係を示す負荷角度−トルク位相面図を生成し、
前記パラメータ同定部は、前記負荷角度−トルク位相面図における折れ点の位置に基づいて前記負荷の摩擦を示すモデルパラメータを同定する
請求項1から請求項4の何れか一項に記載のパラメータ同定装置。
The phase diagram generating unit generates, as the phase diagram, a load angle-torque phase diagram showing a relationship between the load angle and the torque command value,
The parameter identification unit according to any one of claims 1 to 4, wherein the parameter identification unit identifies a model parameter indicating friction of the load based on a position of a break point in the load angle-torque phase diagram. apparatus.
前記位相面図生成部は、前記位相面図として、前記連結部材のねじれ角度と前記トルク指令値との関係を示すねじれ角度−トルク位相面図を生成し、
前記パラメータ同定部は、前記ねじれ角度−トルク位相面図における折れ点の位置に基づいて、前記モータの摩擦、前記負荷の摩擦、前記連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅のうちの少なくとも何れか一つを示すモデルパラメータを同定する
請求項1から請求項4の何れか一項に記載のパラメータ同定装置。
The phase diagram generating unit, as the phase diagram, generates a twist angle-torque phase diagram showing the relationship between the twist angle of the connecting member and the torque command value,
The parameter identification unit, based on the position of the break point in the twist angle-torque phase diagram, of the friction of the motor, the friction of the load, the rigidity of the connecting member, and the dead band width of the connecting member. The parameter identification device according to any one of claims 1 to 4, which identifies at least one of the model parameters.
前記トルク指令値、前記モータの角度、及び、前記負荷の角度の実測データに基づいて、前記2慣性系モデルのうちモータ側のモデルの、前記モータに対する誤差の度合いを示すモータ側誤差信号を出力するモータ側エラーシステムと、
前記モータの角度、及び、前記負荷の角度の実測データに基づいて、前記2慣性系モデルのうち負荷側のモデルの、前記負荷に対する誤差の度合いを示す負荷側誤差信号を出力する負荷側エラーシステムと、
を更に備え、
前記パラメータ同定部は、
前記モータ側誤差信号を入力して、少なくとも前記モータの慣性モーメント及び粘性係数を示すモデルパラメータを同定し、かつ、前記負荷側誤差信号を入力して、少なくとも前記負荷の慣性モーメント及び粘性係数を示すモデルパラメータを同定する
請求項1から請求項6の何れか一項に記載のパラメータ同定装置。
A motor-side error signal indicating the degree of error of the motor-side model of the two inertial system model with respect to the motor is output based on the actual measurement data of the torque command value, the motor angle, and the load angle. Motor side error system to
A load-side error system that outputs a load-side error signal that indicates the degree of error of the load-side model of the two-inertia model based on the measured data of the motor angle and the load angle. When,
Further equipped with,
The parameter identification unit,
The motor side error signal is input to identify at least a model parameter indicating the motor's moment of inertia and viscosity coefficient, and the load side error signal is input to indicate at least the load's moment of inertia and viscosity coefficient. The parameter identification device according to any one of claims 1 to 6, which identifies a model parameter.
前記パラメータ同定部は、
前記機械系が行う反復動作の振幅及び周波数が相対的に小振幅かつ低周波数の場合に取得された前記トルク指令値と、前記モータの角度及び角速度の実測データと、前記負荷の角度及び角速度の実測データと、に基づいて、前記モータの摩擦、前記負荷の摩擦、前記連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅を示すモデルパラメータを同定し、
前記機械系が行う反復動作の振幅及び周波数が相対的に大振幅かつ高周波数の場合に取得された前記トルク指令値と、前記モータの角度の実測データと、前記負荷の角度の実測データと、に基づいて、前記モータの慣性モーメント及び粘性係数を示すモデルパラメータ、及び、前記負荷の慣性モーメント及び粘性係数を示すモデルパラメータを同定する
請求項7に記載のパラメータ同定装置。
The parameter identification unit,
The torque command value acquired when the amplitude and frequency of the repetitive motion performed by the mechanical system are relatively small amplitude and low frequency, actual measurement data of the angle and angular velocity of the motor, and the angle and angular velocity of the load. Based on the actual measurement data, the model parameter indicating the friction of the motor, the friction of the load, the rigidity of the connecting member, and the dead band width of the connecting member is identified,
The torque command value acquired when the amplitude and frequency of the repetitive operation performed by the mechanical system is relatively large amplitude and high frequency, actual measurement data of the angle of the motor, and actual measurement data of the angle of the load, The parameter identification device according to claim 7, which identifies a model parameter indicating a moment of inertia and a viscosity coefficient of the motor and a model parameter indicating a moment of inertia and a viscosity coefficient of the load on the basis of the above.
モータと負荷とが連結部材にて連結されてなる機械系を模した2慣性系モデルのモデルパラメータを同定するパラメータ同定装置であって、
前記モータに対するトルク指令値と、前記モータの角度の実測データと、前記負荷の角度の実測データと、を取得するデータ取得部と、
取得された前記トルク指令値と、前記モータの角度の実測データと、前記負荷の角度の実測データと、に基づいて、前記連結部材のねじれ角度と前記トルク指令値との関係を示すねじれ角度−トルク位相面図を生成する位相面図生成部と、
生成された前記ねじれ角度−トルク位相面図に基づいて、前記モータの摩擦、前記負荷の摩擦、前記連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅を示すモデルパラメータを同定するパラメータ同定部と、
を備えるパラメータ同定装置。
A parameter identification device for identifying model parameters of a two-inertia system model imitating a mechanical system in which a motor and a load are connected by a connecting member,
A data acquisition unit that acquires a torque command value for the motor, actual measurement data of the motor angle, and actual measurement data of the load angle;
On the basis of the acquired torque command value, actual measurement data of the angle of the motor, and actual measurement data of the angle of the load, a twist angle indicating the relationship between the twist angle of the connecting member and the torque command value- A phase diagram generator that generates a torque phase diagram,
Based on the generated twist angle-torque phase diagram, friction of the motor, friction of the load, rigidity of the connecting member, and a parameter identifying unit for identifying a model parameter indicating the dead band width of the connecting member. ,
A parameter identification device comprising:
請求項1から請求項9の何れか一項に記載のパラメータ同定装置と、
前記負荷の目標とする角度に対する現在の角度の偏差に基づいて、前記トルク指令値を算出するフィードバック制御部と、
前記パラメータ同定装置によって同定された前記モデルパラメータに基づいて、前記トルク指令値を算出するフィードフォワード制御部と、
を備えるモータ制御システム。
A parameter identification device according to any one of claims 1 to 9,
Based on the deviation of the current angle from the target angle of the load, a feedback control unit that calculates the torque command value,
Based on the model parameter identified by the parameter identification device, a feedforward control unit that calculates the torque command value,
A motor control system including.
モータと負荷とが連結部材にて連結されてなる機械系を模した2慣性系モデルのモデルパラメータを同定するパラメータ同定方法であって、
前記モータに対するトルク指令値と、前記モータの角度及び角速度の実測データと、前記負荷の角度及び角速度の実測データと、を取得するステップと、
取得された前記トルク指令値と、前記モータの角度及び角速度の実測データと、前記負荷の角度及び角速度の実測データと、に基づいて複数の位相面図を生成するステップと、
生成された複数の前記位相面図に基づいて、前記モータの摩擦、前記負荷の摩擦、前記連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅を示すモデルパラメータを同定するステップと、
を有するパラメータ同定方法。
A parameter identification method for identifying a model parameter of a two-inertia system model imitating a mechanical system in which a motor and a load are connected by a connecting member,
A step of acquiring a torque command value for the motor, actual measurement data of the angle and angular velocity of the motor, and actual measurement data of the angle and angular velocity of the load;
Generating a plurality of phase diagrams based on the acquired torque command value, measured data of the angle and angular velocity of the motor, and measured data of the angle and angular velocity of the load,
Based on the generated plurality of phase diagrams, the friction of the motor, the friction of the load, the rigidity of the connecting member, and identifying a model parameter indicating the dead band width of the connecting member,
A parameter identification method having:
モータと負荷とが連結部材にて連結されてなる機械系を模した2慣性系モデルのモデルパラメータを同定するパラメータ同定装置のコンピュータを、
前記モータに対するトルク指令値と、前記モータの角度及び角速度の実測データと、前記負荷の角度及び角速度の実測データと、を取得するデータ取得部、
取得された前記トルク指令値と、前記モータの角度及び角速度の実測データと、前記負荷の角度及び角速度の実測データと、に基づいて複数の位相面図を生成する位相面図生成部、
生成された複数の前記位相面図に基づいて、前記モータの摩擦、前記負荷の摩擦、前記連結部材の剛性、及び、前記連結部材の不感帯幅を示すモデルパラメータを同定するパラメータ同定部、
として機能させるプログラム。
A computer of a parameter identification device for identifying model parameters of a two-inertia system model imitating a mechanical system in which a motor and a load are connected by a connecting member,
A data acquisition unit that acquires a torque command value for the motor, actual measurement data of the angle and angular velocity of the motor, and actual measurement data of the angle and angular velocity of the load,
A phase diagram generator that generates a plurality of phase diagrams based on the acquired torque command value, measured data of the angle and angular velocity of the motor, and measured data of the angle and angular velocity of the load,
Based on the generated plurality of phase diagrams, friction of the motor, friction of the load, rigidity of the connecting member, and a parameter identification unit for identifying a model parameter indicating the dead band width of the connecting member,
Program to function as.
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