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JP2018173702A - Parameter identification device, drive system, parameter identification method, and program - Google Patents

Parameter identification device, drive system, parameter identification method, and program Download PDF

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JP2018173702A JP2017069810A JP2017069810A JP2018173702A JP 2018173702 A JP2018173702 A JP 2018173702A JP 2017069810 A JP2017069810 A JP 2017069810A JP 2017069810 A JP2017069810 A JP 2017069810A JP 2018173702 A JP2018173702 A JP 2018173702A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a parameter identification device, a drive system, a parameter identification method, and a program that can obtain a model which accurately imitates a mechanical system including a motor and a load.SOLUTION: A parameter identification device comprises: a data obtaining unit that obtains a torque command, an angle and angular velocity of a motor, an angle and angular velocity of a load; a phase plane map generating unit that generates a phase plane map on the basis of the torque command, the angle and the angular velocity of the motor, the angle and the angular velocity of the load; and a parameter identifying unit that identifies inertia, viscosity, and friction of the motor, inertia, viscosity, and friction of the load, rigidity of a connection member, and a model parameter showing a dead zone width of the connection member on the basis of the phase plane map. The parameter identifying unit identifies the model parameter on the basis of both of the phase plane map obtained in a small amplitude operation of the load and the phase plane map obtained in a large amplitude operation of the load.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、パラメータ同定装置、駆動システム、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 drive system, a parameter identification method, and a program.

モータを用いて負荷を駆動させる駆動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。
そのため、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。
In designing a drive system that drives a load using a motor, there is a limit in feedback control in order to improve control performance, and it is necessary to perform feedforward control with high response characteristics to a command signal. In order to realize feedforward control, the control 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 with the actual characteristics of the control target, the control performance cannot be improved.
Therefore, in order to realize feedforward control with high control performance, it is necessary to obtain a model that accurately simulates the control target.

特許文献1では、2慣性系モデル(2質点系モデル)の逆モデル特性に基づいてフィードフォワード制御を行う方法が開示されている。2慣性系モデルとは、例えば、モータと、負荷と、当該モータ及び負荷を連結する連結部材(ボールねじ、歯車等)とを有する機械系を模してなるモデルである。このような2慣性系モデルを構築することで、負荷とモータとを有する機械系の特性をより正確に模すことができる。   Patent Document 1 discloses a method of performing feedforward control based on an inverse model characteristic of a two-inertia system model (two-mass system model). The 2-inertia model is a model imitating a mechanical system having, for example, a motor, a load, and a connecting member (ball screw, gear, etc.) that connects the motor and the load. By constructing such a two-inertia model, the characteristics of a mechanical system having a load and a motor can be imitated more accurately.

特開2002−023852号公報JP 2002-023852 A

従来の2慣性系モデルは、慣性(イナーシャ)、粘性といった線形要素のみであり、モータ側の摩擦、負荷側の摩擦、連結部材に生じるガタ等の非線形要素は含んでいない場合が多い。非線形要素に対しては別途、経験的な調整で対応しているのが現状である。
このような非線形要素を含まない2慣性系モデルは、モータと負荷とを有する機械系を正確に模しているとは言えない。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、制御性能の高い駆動システムを実現することができない。
The conventional two-inertia system model includes only linear elements such as inertia and viscosity, and often does not include non-linear elements such as motor-side friction, load-side friction, and backlash generated in the connecting member. The current situation is that non-linear elements are dealt with separately by empirical adjustment.
Such a two-inertia system model that does not include a nonlinear element cannot be accurately imitated by a mechanical system having a motor and a load. Therefore, it is not possible to obtain a model that accurately simulates the object to be controlled, and it is therefore impossible to realize a drive 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、駆動システム、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。   An object of the present invention has been made in view of the above problems, and provides a parameter identification device, a drive system, a parameter identification method, and a program capable of accurately obtaining a model imitating a mechanical system having a motor and a load. There is to do.

本発明の第1の態様によれば、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は、前記モータに対するトルク指令と、前記モータの角度及び角速度の実測値と、前記負荷の角度及び角速度の実測値と、を取得するデータ取得部と、取得された前記トルク指令と、前記モータの角度及び角速度の実測値と、前記負荷の角度及び角速度の実測値と、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、前記モータの慣性、粘性、摩擦、前記負荷の慣性、粘性、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。前記パラメータ同定部は、前記負荷の小振幅動作時に取得された前記位相面と、前記負荷の大振幅動作時に取得された前記位相面との両方に基づいて、前記モデルパラメータを同定する。   According to the first aspect of the present invention, a parameter identification device for identifying a model parameter of a two-inertia system model imitating a mechanical system in which a motor and a load are coupled by a coupling member includes: a torque command for the motor; A measured value of the angle and angular velocity of the motor, a measured value of the angle and angular velocity of the load, a data acquisition unit that acquires the acquired torque command, and a measured value of the angle and angular velocity of the motor, A phase plane generator that generates a plurality of phase planes based on the measured values of the load angle and angular velocity, and the inertia, viscosity, and friction of the motor based on the generated phase planes A parameter identification unit that identifies model parameters indicating inertia of the load, viscosity, friction, rigidity of the connecting member, and dead band width of the connecting member. The parameter identification unit identifies the model parameter based on both the phase plane acquired during the small amplitude operation of the load and the phase plane acquired during the large amplitude operation of the load.

また、本発明の第2の態様によれば、前記パラメータ同定部は、前記負荷の小振幅動作時に取得された前記位相面に基づいて、少なくとも、前記モータの摩擦、前記負荷の摩擦を示すモデルパラメータを同定し、前記負荷の大振幅動作時に取得された前記位相面に基づいて、少なくとも、前記モータの慣性、粘性、前記負荷の慣性、粘性を示すモデルパラメータを同定する。   According to the second aspect of the present invention, the parameter identification unit is configured to show at least the friction of the motor and the friction of the load based on the phase plane acquired during the small amplitude operation of the load. A parameter is identified, and model parameters indicating at least the inertia and viscosity of the motor, the inertia of the load, and the viscosity are identified based on the phase plane acquired during the large amplitude operation of the load.

また、本発明の第3の態様によれば、前記位相面図生成部は、少なくとも、前記負荷の角度と前記トルク指令との関係を示す位相面図と、前記モータ又は前記負荷の角速度と前記トルク指令との関係を示す位相面図と、前記負荷の角度と前記連結部材のねじれ角度との関係を示す位相面図と、前記モータ又は前記負荷の角速度と前記連結部材のねじれ角度との関係を示す位相面図と、を生成する。   Further, according to the third aspect of the present invention, the phase plane generation unit includes at least a phase plane showing a relationship between the load angle and the torque command, the angular velocity of the motor or the load, and the A phase diagram showing the relationship with the torque command, a phase diagram showing the relationship between the angle of the load and the twist angle of the connecting member, and the relationship between the angular velocity of the motor or the load and the twist angle of the connecting member And a phase plane diagram showing

また、本発明の第4の態様によれば、前記位相面図生成部は、更に、前記トルク指令と前記連結部材のねじれ角度との関係を示す位相面図を生成する。   According to the fourth aspect of the present invention, the phase plane diagram generation unit further generates a phase plane diagram showing a relationship between the torque command and a twist angle of the connecting member.

また、本発明の第5の態様によれば、駆動システムは、上述のパラメータ同定装置と、前記機械系と、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、前記トルク指令を算出するフィードフォワード制御部と、を備える。   According to the fifth aspect of the present invention, the drive system outputs the torque command based on the parameter identification device, the mechanical system, and a deviation of a current angle with respect to a target angle of the load. A feedback control unit for calculating, and a feedforward control unit for calculating the torque command based on the model parameter identified by the parameter identification device.

また、本発明の第6の態様によれば、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方法であって、前記モータに対するトルク指令と、前記モータの角度及び角速度の実測値と、前記負荷の角度及び角速度の実測値と、を取得するデータ取得ステップと、取得された前記トルク指令と、前記モータの角度及び角速度の実測値と、前記負荷の角度及び角速度の実測値と、に基づいて複数の位相面図を生成する位相面図生成ステップと、生成された複数の前記位相面図に基づいて、前記モータの慣性、粘性、摩擦、前記負荷の慣性、粘性、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ステップと、を有し、前記パラメータ同定ステップは、前記負荷の小振幅動作時に取得された前記位相面と、前記負荷の大振幅動作時に取得された前記位相面との両方に基づいて、前記モデルパラメータを同定するステップを含む。   According to a sixth aspect of the present invention, a parameter identification method is a method for identifying model parameters of a two-inertia system model simulating a mechanical system in which a motor and a load are coupled by a coupling member. A data acquisition step for acquiring a torque command for the motor, an actual value of the angle and angular velocity of the motor, and an actual value of the load angle and angular velocity; the acquired torque command; and the angle of the motor And a phase plane diagram generating step for generating a plurality of phase plane diagrams based on the measured values of the angular velocity and the measured values of the angle and angular velocity of the load, and based on the generated plurality of the phase plane diagrams, Parameter identification step for identifying model parameters indicating motor inertia, viscosity, friction, inertia of the load, viscosity, friction, rigidity of the connecting member, and dead band width of the connecting member And the parameter identifying step determines the model parameter based on both the phase plane acquired during the small amplitude operation of the load and the phase plane acquired during the large amplitude operation of the load. Identifying.

また、本発明の第7の態様によれば、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と、前記モータの角度及び角速度の実測値と、前記負荷の角度及び角速度の実測値と、を取得するデータ取得部、取得された前記トルク指令と、前記モータの角度及び角速度の実測値と、前記負荷の角度及び角速度の実測値と、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、前記モータの慣性、粘性、摩擦、前記負荷の慣性、粘性、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、として機能させ前記パラメータ同定部は、前記負荷の小振幅動作時に取得された前記位相面と、前記負荷の大振幅動作時に取得された前記位相面との両方に基づいて、前記モデルパラメータを同定する。   Further, according to the seventh aspect of the present invention, the program stores a computer of a parameter identification device that identifies a model parameter of a two-inertia system model imitating a mechanical system in which a motor and a load are coupled by a coupling member. A data acquisition unit for acquiring a torque command for the motor, an actual value of the angle and angular velocity of the motor, and an actual value of the load angle and angular velocity, the acquired torque command, the angle of the motor, and A phase plane diagram generating unit that generates a plurality of phase plane diagrams based on the measured values of angular velocities and the actual values of the load angles and angular velocities, and based on the generated plurality of phase plane diagrams, As a parameter identification unit for identifying model parameters indicating inertia, viscosity, friction, inertia of the load, viscosity, friction, rigidity of the connecting member, and dead band width of the connecting member, The parameter identification unit is capacity, and the phase plane obtained at the time of a small amplitude motion of the load, based on both said phase plane obtained when a large amplitude operation of the load, to identify the model parameters.

上述のパラメータ同定装置、駆動システム、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-described parameter identification device, drive system, parameter identification method and program, a model imitating a mechanical system having a motor and a load can be obtained with high accuracy.

第1の実施形態に係る駆動システムの全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole drive system composition concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態に係る機械系の伝達特性を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows the transfer characteristic 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 of the motor side and load side of the mechanical system which concerns on 1st Embodiment. 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 connection member of the mechanical system concerning a 1st embodiment. 第1の実施形態に係る駆動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 drive 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ための第1図である。It is FIG. 1 for demonstrating the process 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ための第2図である。It is FIG. 2 for demonstrating the process 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ための第3図である。It is FIG. 3 for demonstrating the process 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ための第4図である。It is FIG. 4 for demonstrating the process 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ための第5図である。It is FIG. 5 for demonstrating the process 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ための第6図である。It is FIG. 6 for demonstrating the process 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ための第7図である。It is FIG. 7 for demonstrating the process 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ための第8図である。It is FIG. 8 for demonstrating the process 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ための第9図である。It is FIG. 9 for demonstrating the process 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ための第10図である。It is FIG. 10 for demonstrating the process of the parameter identification apparatus which concerns on 1st Embodiment.

<第1の実施形態>
以下、第1の実施形態に係る駆動システムについて、図1〜図17を参照しながら詳細に説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, the drive system according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS.

(全体構成)
図1は、第1の実施形態に係る駆動システムの全体構成を示す図である。
図1に示すように、第1の実施形態に係る駆動システム9は、制御装置1と、当該制御装置1によって制御される機械系2とを備えている。
機械系2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連結部材22と、を有してなる。機械系2は、モータ20が回転駆動することで負荷21が所望の位置(角度)に運ばれる駆動機構であって、例えば、工作機械などである。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、連結部材22は、例えば、ギア、ボールねじ、ボールベアリング等の部材である。
(overall structure)
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a drive system according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the drive system 9 according to the first embodiment includes a control device 1 and a mechanical system 2 controlled by the control device 1.
The mechanical system 2 includes a motor 20, a load 21, and a connecting member 22 that mechanically connects the motor 20 and the load 21. The mechanical system 2 is a drive mechanism in which the load 21 is carried to a desired position (angle) when the motor 20 is driven to rotate, and is a machine tool, for example. 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 can realize precise positioning. The connecting member 22 is a member such as a gear, a ball screw, or a ball bearing.

図1に示すように、制御装置1は、図示しない上位装置から負荷21の目標角度を示す負荷角度指令θREFを受け付ける。制御装置1は、受け付けた負荷角度指令θREFに応じてモータ20に発生すべきトルクτを演算し、当該トルクτを示すトルク指令τをモータ20に出力する。モータ20は、受け付けたトルク指令τに示されるトルクτで回転駆動し、当該トルクτが連結部材22を通じて、モータ20側から負荷21側へと伝達する。その結果、負荷21に伝達されたトルクτ’に応じて当該負荷21が回転駆動する。このようにして、制御装置1により、負荷21の回転角度(以下、単に「角度」とも記載する。)が所望の目標角度θREF(負荷角度指令θREF)に一致するような制御がなされる。
なお、本実施形態においては、説明の簡略化のため、モータ20は、制御装置1からトルク指令τを受け付けた場合に、当該トルク指令τどおりのトルクτを出力することができるものとして説明する。
As shown in FIG. 1, the control device 1 receives a load angle command θ REF indicating a target angle of the load 21 from a host device (not shown). The control device 1 calculates a torque τ to be generated in the motor 20 according to the received load angle command θ REF , and outputs a torque command τ indicating the torque τ to the motor 20. The motor 20 is rotationally driven with the torque τ indicated by the received torque command τ, and the torque τ is transmitted from the motor 20 side to the load 21 side through the connecting member 22. As a result, the load 21 is rotationally driven according to the torque τ ′ transmitted to the load 21. In this way, the control device 1 performs control such that the rotation angle of the load 21 (hereinafter also simply referred to as “angle”) matches the desired target angle θ REF (load angle command θ REF ). .
In the present embodiment, for simplification of description, the motor 20 is described as being capable of outputting the torque τ according to the torque command τ when the torque command τ is received from the control device 1. .

第1の実施形態に係る制御装置1は、いわゆるフルクローズドシステムであって、モータ20の角速度ωと、負荷21の角度θとの実測値(検出値)に基づいてフィードバック制御を行う。
ここで、上述した通り、機械系2を構成するモータ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。制御装置1は、当該回転検出器を通じて、モータ20の角度θ、負荷21の角度θを検出する。また、制御装置1は、取得したモータ20の角度θの検出値を内部で時間微分することで、モータ20の角速度ωを検出可能とする。また、制御装置1は、取得した負荷21の角度θの検出値を内部で時間微分することで、負荷21の角速度ωを検出可能とする。
なお、以下の説明において、モータ20の角速度の検出値を「モータ角速度ω」とも記載し、モータ20の角度の検出値を「モータ角度θ」とも記載する。また、負荷21の角速度の検出値を「負荷角速度ω」とも記載し、負荷21の角度の検出値を「負荷角度θ」とも記載する。
The control device 1 according to the first embodiment is a so-called full-closed system, and performs feedback control based on an actual measurement value (detection value) of the angular velocity ω M of the motor 20 and the angle θ L of the load 21.
Here, as described above, a rotation detector (encoder) (not shown) is installed in each of the motor 20 and the load 21 constituting the mechanical system 2. The control device 1 detects the angle θ M of the motor 20 and the angle θ L of the load 21 through the rotation detector. Further, the control device 1 can detect the angular velocity ω M of the motor 20 by differentiating the acquired detected value of the angle θ M of the motor 20 with respect to time. Moreover, the control apparatus 1 makes it possible to detect the angular velocity ω L of the load 21 by time-differentiating the acquired detection value of the angle θ L of the load 21 internally.
In the following description, the detected value of the angular velocity of the motor 20 is also referred to as “motor angular velocity ω M ”, and the detected value of the angle of the motor 20 is also referred to as “motor angle θ M ”. The detected value of the angular velocity of the load 21 is also referred to as “load angular velocity ω L ”, and the detected value of the angle of the load 21 is also referred to as “load angle θ L ”.

また、制御装置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慣性系モデルを用いて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、制御装置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 control device 1 further has a two-inertia system model (described later) imitating the mechanical system 2 as a two-inertia system in advance, and performs feedforward control using the two-inertia system model.
When the load 21 in the mechanical system 2 is not a rotating system but a linear motion system, the parameters to be controlled for the load 21 are not strictly “angle” and “angular velocity” but “position” and “speed”. . However, in this case, the control device 1 treats the “position” and “velocity” of the load as motor shaft conversion values as a two-inertia system in order to handle the “angle” and “angular velocity” of the motor 20 in the same dimension. Various control is performed by sequentially converting to “angle” and “angular velocity”.

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連結部材22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、モータ慣性モーメントJ、モータ粘性係数D、モータ摩擦トルクτfM(モータの摩擦)がある。また、負荷21側の特性を示すパラメータとして、負荷慣性モーメントJ、負荷粘性係数D、負荷摩擦トルクτfL(負荷の摩擦)がある。更に、連結部材22の特性を示すパラメータとして、ねじれ剛性係数K、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 representing the characteristics unique to the mechanical system 2 includes a parameter indicating the characteristics on the motor 20 side, a parameter indicating the characteristics on the load 21 side, and the motor 20 and the load. 21 is roughly divided into parameters indicating the characteristics of the connecting member 22 that mechanically connects 21 and transmits power. Specifically, as parameters indicating characteristics on the motor 20 side, there are a motor moment of inertia J M , a motor viscosity coefficient D M , and a motor friction torque τ fM (motor friction). Further, as parameters indicating characteristics on the load 21 side, there are a load moment of inertia J L , a load viscosity coefficient D L , and a load friction torque τ fL (load friction). Further, parameters indicating the characteristics of the connecting member 22 include a torsional stiffness coefficient K R , a torsional viscosity coefficient D R , and a dead band width BL.

(機械系の伝達特性)
図2は、第1の実施形態に係る機械系の伝達特性を示すブロック線図である。
本実施形態に係る機械系2(図1参照)をモータ20、負荷21及び連結部材22からなる2慣性系の機械と見なすことで、当該機械系2における入力と出力との関係を、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。
(Mechanical transmission characteristics)
FIG. 2 is a block diagram showing transfer characteristics of the 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 machine composed of the motor 20, the load 21, and the connecting member 22, the relationship between the input and output in the mechanical system 2 is shown in FIG. Can be represented by a block diagram using a transfer function as shown in FIG.

図2に示すように、モータ20は、制御装置1(図1)から受け付けたトルク指令τに基づいて自身が発生させたトルクτを入力とし、モータ角度θを出力とする。モータ20が発生させたトルクτは、モータ20に生じる摩擦であるモータ摩擦トルクτfM、及び、連結部材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(積分要素)を通じてモータ角度θに変換される。
ここで、モータ摩擦トルク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θ(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。モータ摩擦トルクτfM[θ]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摩擦特性関数Gを通じて得られる。モータ摩擦特性関数Gの詳細については後述する。
As shown in FIG. 2, the motor 20, the controller 1 inputs the torque τ which it was generated based on the torque command τ accepted (FIG. 1), and outputs the motor angle theta M. The torque τ generated by the motor 20 is subtracted from the motor friction torque τ fM , which is friction generated in the motor 20, and the torque τ ′ transmitted to the load 21 through the connecting member 22, and then the transmission element 1 / (J M The motor angular velocity ω M is converted through s + D M ), and the motor angle θ M is further converted through the transmission element 1 / s (integration element).
Here, the motor friction torque τ fM is not only the Coulomb friction component whose 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 θ (motor It includes a nonlinear friction component that varies nonlinearly depending on the angular velocity ω M (integral value from zero). Motor friction torque tau fM [theta] defines a modeled nonlinear friction component, obtained through the motor friction characteristic function G M to an input variable motor angular velocity omega M. For more information about the motor friction characteristic function G M will be described later.

同様に、負荷21は、モータ20から連結部材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摩擦トルク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、負荷摩擦トルクτfLも同様に、負荷21の速度反転後の変位θ(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。負荷摩擦トルクτfL[θ]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摩擦特性関数Gを通じて得られる。負荷摩擦特性関数Gの詳細については後述する。
Similarly, the load 21 receives the torque τ ′ (= (K R + D R s) (θ M −θ L −BKLS)) transmitted from the motor 20 through the connecting member 22, and outputs the load angle θ L as an output. To do. The torque τ ′ input to the load 21 is converted to the load angular velocity ω L through the transmission element 1 / (J L s + D L ) after subtracting the load friction torque τ fL that is the friction generated in the load 21 and further transmitted. It is converted to the load angle theta L through the element 1 / s.
Here, the load friction torque τ fL similarly includes a non-linear friction component that changes non-linearly depending on the displacement θ after the speed reversal of the load 21 (the integrated value of the load angular speed ω L from zero). Load friction torque tau fL [theta] defines a modeled nonlinear friction component, obtained through the load friction characteristic function G L to an input variable load angular velocity omega L. Details of the load friction characteristic function GL will be described later.

また、図2に示すように、連結部材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(以下、「ガタ」とも記載する。)における非線形性を表す不感帯特性関数F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Fとは、不感帯幅BLで規定される非線形関数である。不感帯特性関数Fは、連結部材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)からガタの変位(以下、「ガタ変位BKLS」とも記載する。)を差し引いた角度を出力する。この不感帯特性関数Fは、連結部材22のねじれ角度(θ−θ)のうちガタ変位BKLS分は、モータ20から負荷21へのトルクの伝達に寄与しないことを表している。不感帯特性関数Fの詳細については後述する。
また、ねじれ剛性係数Kとは、連結部材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、連結部材22のばね定数に相当する。即ち、ねじれ剛性係数Kは、負荷21に印加されるトルクτ’のうち、連結部材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、連結部材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、連結部材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、「ねじれ角速度(ω−ω)」とも記載する。)に比例する成分を与える。
As shown in FIG. 2, the connecting member 22 receives a deviation between the motor angle θ M and the load angle θ L (hereinafter also referred to as “twist angle (θ M −θ L )”) and twists. This is a transmission system that outputs torque τ ′ corresponding to an angle (θ M −θ L ). Input twist angle (theta M - [theta] L) is dead band (hereinafter, also referred to as "backlash".) And dead zone characteristic function F representing the nonlinearity in the transfer element K R and transmission elements D R s, through , Converted to torque τ ′ applied to the motor 20 and the load 21.
Here, the dead band characteristic function F is a non-linear function defined by the dead band width BL. Dead zone characteristic function F is twist angle of the coupling member 22 a (θ ML) as an input variable, the displacement from the twist angle (θ ML) backlash (hereinafter, also referred to as "rattle displacement BKLS". ) Minus the angle. This dead band characteristic function F indicates that the backlash BKLS portion of the torsion angle (θ M −θ L ) of the connecting member 22 does not contribute to torque transmission from the motor 20 to the load 21. Details of the dead band characteristic function F will be described later.
Further, the torsional rigidity coefficient K R, a parameter indicating the degree of rigidity of the torsional direction of the connecting member 22, corresponding to the spring constant of the connecting member 22. That is, the torsional rigidity coefficient K R, of the torque tau 'applied to the load 21, providing a component proportional to the twist angle of the coupling member 22 (θ ML).
Further, the twist viscosity coefficient D R, a parameter indicating the degree of stickiness of the connecting member 22, of the torque tau 'applied to the load 21, the motor angular velocity omega M in the connecting member 22 and the load angular velocity omega L Component (hereinafter also referred to as “twist angular velocity (ω M −ω L )”).

以上の通り、制御装置1が制御対象とする機械系2は、複数のパラメータ群及び非線形関数によって、2慣性系モデルとして特徴づけられる。
ここで、モデルパラメータ群とは、上述したモータ慣性モーメントJ、モータ粘性係数D、負荷慣性モーメントJ、負荷粘性係数D、ねじれ剛性係数K、ねじれ粘性係数D、及び、不感帯幅BLである。
また、非線形関数とは、モータ角速度ωの積分値(変位θ)に応じたモータ摩擦トルクτfM[θ]を与えるモータ摩擦特性関数G、負荷角速度ωの積分値(変位θ)に応じた負荷摩擦トルクτfL[θ]を与える負荷摩擦特性関数G、及び、ねじれ角度(θ−θ)を入力とし、当該ねじれ角度(θ−θ)からガタ変位BKLS[θ−θ](後述)を差し引いた角度を出力する不感帯特性関数Fである。
また、機械系2への入力であるトルクτは、トルク指令τから制御装置1自身が観測可能なパラメータである。機械系2からの出力(検出値)であるモータ角度θ及び負荷角度θは、上述の回転検出器を通じて、制御装置1が観測可能なパラメータである。
As described above, the mechanical system 2 to be controlled by the control device 1 is characterized as a two-inertia system model by a plurality of parameter groups and a nonlinear function.
Here, the model parameter group includes the motor inertia moment J M , the motor viscosity coefficient D M , the load inertia moment J L , the load viscosity coefficient D L , the torsional stiffness coefficient K R , the torsional viscosity coefficient D R , and the dead zone. The width is BL.
The non-linear function is a motor friction characteristic function G M that gives a motor friction torque τ fM [θ] corresponding to an integral value (displacement θ) of the motor angular velocity ω M and an integral value (displacement θ) of the load angular velocity ω L. The load friction characteristic function G L giving the corresponding load friction torque τ fL [θ] and the torsion angle (θ M −θ L ) are input and the backlash displacement BKLS [θ is calculated from the torsion angle (θ M −θ L ). This is a dead band characteristic function F that outputs an angle obtained by subtracting M −θ L ] (described later).
Further, the torque τ that is an input to the mechanical system 2 is a parameter that can be observed by the control device 1 itself from the torque command τ. The motor angle θ M and the load angle θ L that are outputs (detected values) from the mechanical system 2 are parameters that can be observed by the control device 1 through the above-described rotation detector.

(摩擦特性)
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、モータ摩擦トルクτfM[θ]及び負荷摩擦トルクτfL[θ]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、モータ20、負荷21において、例えば、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、転がり摩擦には、速度反転直後において転がり要素の一部が有効に転動しない“微動領域”と、全ての転がり要素が有効に転動する“粗動領域”とに分けて考慮される。
少なくとも一部の転がり要素において転動が有効に生じていない“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)の度合いに応じ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。
また、全ての転がり要素が有効に転動する“粗動領域”においては、クーロン摩擦による挙動が支配的となり、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(モータ摩擦トルクτfM[θ])は、速度反転後の変位θが所定以上となった時点で、モータクーロン摩擦トルクτfMcで飽和する。また、負荷21の摩擦(負荷摩擦トルクτfL[θ])は、速度反転後の変位θが所定以上となった時点で、負荷クーロン摩擦トルクτfLcで飽和する。ここで、モータクーロン摩擦トルクτfMc及び負荷クーロン摩擦トルクτfLcは、モータ摩擦特性関数G及び負荷摩擦特性関数Gを規定するパラメータである。
(Friction characteristics)
FIG. 3 is a diagram illustrating the 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 nonlinear friction characteristics generated in each of the motor friction torque τ fM [θ] and the load friction torque τ fL [θ].
The well-known Coulomb friction changes only in the direction (positive or negative sign) depending on the direction (positive or negative sign) of the object speed (motor angular speed ω M , load angular speed ω L ), The amount is known not to vary with respect to speed (ω) and displacement (θ). However, when the motor 20 and the load 21 include rolling elements such as ball bearings, it is necessary to consider “rolling friction” having characteristics different from those of normal Coulomb friction.
Here, rolling friction is considered by dividing it into a “fine movement area” where some of the rolling elements do not roll effectively immediately after the speed reversal and a “coarse movement area” where all rolling elements roll effectively. The
In a “fine movement region” where rolling does not occur effectively in at least some rolling elements, it appears according to the degree of displacement (integral value from zero of motor angular velocity ω M and load angular velocity ω L ) after speed reversal. Has a non-linear spring characteristic in which the spring constant changes dynamically, and draws a hysteresis curve as shown in FIG.
Further, in the “coarse motion region” where all the rolling elements roll effectively, the behavior due to Coulomb friction becomes dominant and shows a static characteristic with respect to speed. That is, as shown in FIG. 3A, the friction of the motor 20 (motor friction torque τ fM [θ]) is equal to the motor coulomb friction torque τ fMc when the displacement θ after the speed reversal becomes a predetermined value or more. Saturates. Further, the friction of the load 21 (load friction torque τ fL [θ]) is saturated at the load coulomb friction torque τ fLc when the displacement θ after the speed reversal becomes a predetermined value or more. The motor Coulomb friction torque tau FMC and load Coulomb friction torque tau FLC is a parameter that defines a motor friction characteristic function G M and the load friction characteristic function G L.

本実施形態においては、モータ摩擦特性関数G及び負荷摩擦特性関数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(Generalized Maxwell Slip)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直線の傾き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、横軸の変位θは、モータ角速度ωの速度反転時(ω=0)からの積分値で与えられる。
なお、図示を省略するが、負荷摩擦特性関数Gも、図3(b)に示すモータ摩擦特性関数Gと同様に規定される。即ち、負荷摩擦特性関数Gは、変位θ(負荷角速度ωの速度反転時(ω=0)からの積分値)に応じた直線の傾き、及び、オフセット(−τfLc〜+τfLcの範囲)によって規定される。
In this embodiment, motor friction characteristic function G M and the load friction characteristic function G L is defined on the basis of the non-linear friction properties obtained by the polygonal line approximating the GMS (Generalized Maxwell Slip) model shown in FIG. 3 (a) . Here, the GMS model imitates a state in which N blocks having different characteristics (rolling elements) and a spring are connected in parallel. Each of the plurality of straight lines constituting the graph (polygonal line) shown in FIG. 3B represents how many of the N blocks are rolled (effectively rolling). ing.
As shown in FIG. 3 (b), the motor friction characteristic function G M is displaced 0~θ 1, θ 1 ~θ 2, θ 2 ~θ 3, the slope of the straight line to be employed in each of the theta 3 through? 4 K 1 , K 2 , K 3 , K 4 , and offset (intercept at displacement 0) τ fM1 (= −τ fMc ), τ fM2 , τ fM3 , τ fM4 , τ fM5 (= τ fMc ) .
The displacement θ on the horizontal axis is given as an integral value from the time of reversing the motor angular speed ω MM = 0).
Although not shown, the load friction characteristic function G L is also defined similarly to the motor friction characteristic function G M shown in FIG. 3 (b). In other words, the load friction characteristic function GL includes the slope of a straight line corresponding to the displacement θ (the integrated value from the speed reversal of the load angular velocity ω LL = 0)) and the offset ( −τ fLc to + τ fLc ). Range).

(不感帯の特性)
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。
(Characteristics of dead zone)
FIG. 4 is a diagram for explaining the characteristics of the dead zone in the connection member of the mechanical system according to the first embodiment.

図4(a)に示す不感帯特性関数Fは、モータ20と負荷21との間に設けられた連結部材22のガタ(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Fは、不感帯幅BLによって規定される非線形特性であって、連結部材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、連結部材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、ねじれ角度(θ−θ)がガタの幅内にあるため、モータ20から負荷21へトルクが伝達されない。他方、連結部材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。つまり、連結部材22の特性(ねじれ剛性係数K、ねじれ粘性係数D)を通じてトルクの伝達に寄与する成分は、ねじれ角度(θ−θ)全体から不感帯幅BLが除かれた部分だけであることが表現されている。
A dead band characteristic function F shown in FIG. 4A represents a transfer characteristic based on a dead band width BL indicating a width of a backlash (dead band) of the connecting member 22 provided between the motor 20 and the load 21.
The dead band characteristic function F is a nonlinear characteristic defined by the dead band width BL, and the torsion angle (θ M −θ L ) of the connecting member 22 is an input variable. As shown in FIG. 4A, when the absolute value of the twist angle (θ M −θ L ) of the connecting member 22 is equal to or less than the dead band width BL (−BL ≦ θ M −θ L ≦ + BL), the backlash output is zero. It becomes. That is, in this case, since the twist angle (θ M −θ L ) is within the width of the backlash, 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 connecting member 22 is larger than the dead band width BL (θ M −θ L <−BL, θ M −θ L > + BL), the backlash output is a twist. A value (θ M −θ L + BL (θ M −θ L <−BL) or θ M −θ L −BL (θ M −θ L > + BL) smaller than the angle (θ M −θ L ) by the dead band width BL. )). That is, the component that contributes to the torque transmission through the characteristics (torsional stiffness coefficient K R , torsional viscosity coefficient D R ) of the connecting member 22 is only the portion where the dead band width BL is removed from the entire torsion angle (θ M −θ L ). It is expressed that.

また、図4(b)に示すガタ変位関数F’は、ガタ変位BKLS[θ−θ]とねじれ角度(θ−θ)との関係をしている。
ガタ変位BKLS[θ−θ]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[θ−θ]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[θ−θ]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[θ−θ]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[θ−θ]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[θ−θ]は、ねじれ角度(θ−θ)と同一の値を有する特性となる。
Also, the backlash displacement function F ′ shown in FIG. 4B has a relationship between the backlash displacement BKLS [θ M −θ L ] and the twist angle (θ M −θ L ).
The backlash displacement BKLS [θ M −θ L ] is a parameter indicating the amount of displacement in the dead zone having a width of the dead zone width BL (−BL to + BL). FIG. 4 shows the twist angle (θ M −θ L ). It has the characteristics shown in (b). That is, the backlash output shown in FIG. 4A can be expressed as “θ M −θ L −BKLS” using the backlash displacement BKLS [θ M −θ L ].
As shown in FIG. 4B, the backlash displacement BKLS [θ M −θ L ] is a backlash displacement BKLS [θ in a range where the twist angle (θ M −θ L ) is smaller than the minimum value of the dead zone (−BL). θ M −θ L ] takes a minimum value (−BL), and in a range where the twist angle (θ M −θ L ) is larger than the maximum value (+ BL) of the dead zone, the backlash displacement BKLS [θ M −θ L ] is Take the maximum value (+ BL). In the range where the twist angle (θ M −θ L ) is not less than the minimum value (−BL) and not more than the maximum value (+ BL) of the dead zone, the backlash displacement BKLS [θ M −θ L ] is equal to the twist angle (θ M The characteristic has the same value as −θ L ).

(駆動システムの機能構成)
図5は、第1の実施形態に係る駆動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の実施形態に係る駆動システム9は、制御装置1と、機械系2と、パラメータ同定装置3と、を備えている。
(Functional configuration of drive system)
FIG. 5 is a diagram illustrating a functional configuration of the drive system according to the first embodiment.
As shown in FIG. 5, the drive system 9 according to the first embodiment includes a control device 1, a mechanical system 2, and a parameter identification device 3.

制御装置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、を備えている。   The control device 1 includes a feedback control unit 10 and a feedforward control unit 11.

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、負荷角度指令θREFにより指定される負荷21の目標角度θREF及び観測される現在の負荷角度θの偏差(θREF−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θREFと負荷角度θとの偏差(θREF−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。
Feedback control unit 10, a motor angular velocity omega M observed through the rotation detector, the load angle command theta target angle of the load 21 which is designated by the REF theta REF and the current load angle theta L deviations observed (theta REF −θ L ) and the motor 20 is controlled.
Specifically, the feedback control unit 10 calculates a torque for setting the deviation (θ REF −θ L ) between the target angle θ REF and the load angle θ L to zero, and outputs a torque command indicating the calculation result. To do. At this time, the feedback control unit 10 refers to the motor angular velocity ω M observed through the rotation detector and calculates a torque that allows 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、モデルモータ慣性モーメントJM0、モデルモータ粘性係数DM0、モデルモータ摩擦トルクτfM0、モデル負荷慣性モーメントJL0、モデル負荷粘性係数DL0、モデル負荷摩擦トルク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。
なお、本実施形態において、連結部材22のねじれ粘性係数Dについては、運動の影響が十分に小さいものとみなし、モデル化の対象外としている。
The feedforward control unit 11 has a two-inertia model MOD imitating the mechanical system 2 inside. This 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: model motor inertia moment J M0 , model motor viscosity coefficient D M0 , model motor friction torque τ fM0 , model load inertia moment J L0 , model load viscosity coefficient D L0 , model load The friction torque τ fL0 , the model dead zone width BL 0 , and the model torsional stiffness coefficient K R0 .
In the present embodiment, the connecting the twist viscosity coefficient D R of the member 22, it is assumed motion effects is sufficiently small, and excluded from the modeling.

2慣性系モデルMODは、機械系2を模して図2のように構築されたモデルの逆モデルであり、負荷21の目標角度θREFが入力された時に、機械系2を通じて、負荷21を当該目標角度θREFに位置させるために与えるべきトルクτを演算して出力する。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 of the model constructed as shown in FIG. 2 simulating the mechanical system 2, and when the target angle θ REF of the load 21 is input, the load 21 is transmitted through the mechanical system 2. The torque τ to be applied to be positioned at the target angle θ REF is calculated and output. The above-described model parameter group (J M0 , D M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , τ fL0 , BL 0 , K R0 ) forming the two-inertia system model MOD is a parameter group that represents the actual characteristics of the mechanical system 2 ( J M , D M , τ fM , J L , D L , τ fL , BL, K R ).

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θREF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θREFに一致するはずである(θ=θREF)。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 group (J M0 , D M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , τ fL0 , BL 0 , K R0 ) and the parameter group indicating the actual characteristics of the mechanical system 2 (J M , D M , Τ fM , J L , D L , τ fL , BL, K R ), the two-inertia system model MOD completely matches the inverse model of the actual mechanical system 2. It will be a thing. Then, as a result of driving the feedforward controller 11 by outputting the torque calculated based on the target angle θ REF and the two-inertia system model MOD to the mechanical system 2, the load angle θ L actually obtained through the mechanical system 2 is It should completely match the target angle θ REFL = θ REF ). In this way, the feedforward control unit 11 calculates torque while incorporating characteristics unique to the mechanical system 2 on the basis of the two-inertia model MOD that is preliminarily defined by imitating the mechanical system 2. In feed-forward control with high responsiveness, more accurate control can be realized.

なお、図5に示すように、制御装置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τ)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 control device 1 is configured such that the torque τ (torque command τ) obtained by adding the torque calculated by the feedback control unit 10 and the torque calculated by the feedforward control unit 11. Is output to the mechanical system 2 (motor 20 (FIGS. 1 and 2)).

以上のように、本実施形態に係る制御装置1は、モータ20、負荷21及び連結部材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を算出し、トルク指令τを出力する。 As described above, the control device 1 according to the present embodiment includes a plurality of model parameter groups (J M0 , D) that form a two-inertia model MOD that imitates the mechanical system 2 including the motor 20, the load 21, and the connecting member 22. M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , τ fL0 , BL 0 , K R0 ), a torque τ to be generated by the motor 20 is calculated, and a torque command τ is output.

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、本実施形態に係る駆動システム9は、上述の複数のモデルパラメータ群を精度良く同定可能なパラメータ同定装置3を備えている。
In the feedforward control unit 11, model parameter groups (J M0 , D M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , τ fL0 , BL 0 , K R0 ) are assumed in advance as parameters representing the characteristics of the mechanical system 2. It is specified by the value. However, actually, 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 , If there is an error between τ fM , J L , D L , τ fL , BL, K R ), highly accurate feedforward control cannot be realized.
Therefore, the drive system 9 according to the present embodiment includes the parameter identification device 3 that can accurately identify the plurality of model parameter groups described above.

図5に示すように、パラメータ同定装置3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の実測値を入力する。また、パラメータ同定装置3は、制御装置1から機械系2に向けて出力されるトルク指令τを入力する。パラメータ同定装置3は、上記4個の実測値及びトルク指令τに基づいて、上述のモデルパラメータ群(JM0、DM0、τfM0、JL0、DL0、τfL0、BL、KR0)を同定する。
以下、パラメータ同定装置3の機能について詳細に説明する。
As shown in FIG. 5, the parameter identification device 3 inputs measured values of 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 identification device 3 also receives a torque command τ output from the control device 1 toward the mechanical system 2. The parameter identification device 3 uses the above-described model parameter group (J M0 , D M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , τ fL0 , BL 0 , K R0 ) based on the four actually measured values and the torque command τ. Is identified.
Hereinafter, the function of the parameter identification device 3 will be described in detail.

(パラメータ同定装置の機能構成)
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3は、データ取得部30と、位相面図生成部31と、パラメータ同定部32と、角度指令出力部33を備えている。
(Functional configuration of parameter identification device)
FIG. 6 is a diagram illustrating a functional configuration of the parameter identification device according to the first embodiment.
As shown in FIG. 6, the parameter identification device 3 includes a data acquisition unit 30, a phase plane generation unit 31, a parameter identification unit 32, and an angle command output unit 33.

データ取得部30は、モータ20に対するトルク指令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)の実測値と、負荷21の角度(負荷角度θ)及び角速度(負荷角速度ω)の実測値と、を取得する。 The data acquisition unit 30 measures the torque command τ for the motor 20, the measured values of the motor 20 angle (motor angle θ M ) and angular velocity (motor angular velocity ω M ), the load 21 angle (load angle θ L ) and angular velocity ( And an actual measurement value of the load angular velocity ω L ).

位相面図生成部31は、データ取得部30によって取得されたトルク指令τと、モータ20の角度及び角速度の実測値と、負荷21の角度及び角速度の実測値と、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31は、連結部材22のねじれ角度(θ−θ)とトルク指令τとの関係を示す「ねじれ角度−トルク指令」位相面図P0a、P0bを生成する。
また、位相面図生成部31は、モータ20及び負荷21の角度θとトルク指令τとの関係を示す「角度−トルク指令」位相面図P1a、P1bを生成する。
また、位相面図生成部31は、モータ20及び負荷21の角速度ωとトルク指令τとの関係を示す「角速度−トルク指令」位相面図P2a、P2bを生成する。
また、位相面図生成部31は、モータ20及び負荷21の角度θと連結部材22のねじれ角度(θ−θ)との関係を示す「角度−ねじれ角度」位相面図P3a、P3bを生成する。
また、位相面図生成部31は、モータ20及び負荷21の角速度ωと連結部材22のねじれ角度(θ−θ)との関係を示す「角速度−ねじれ角度」位相面図P4a、P4bを生成する。
The phase plane diagram generation unit 31 includes a plurality of phase planes based on the torque command τ acquired by the data acquisition unit 30, the measured values of the angle and angular velocity of the motor 20, and the measured values of the angle and angular velocity of the load 21. Generate a diagram.
Here, as shown in FIG. 6, the phase plane diagram generator 31 is a “torsion angle-torque command” phase plane diagram showing the relationship between the twist angle (θ M −θ L ) of the connecting member 22 and the torque command τ. P0a and P0b are generated.
Further, the phase plane diagram generation unit 31 generates “angle-torque command” phase plane diagrams P1a and P1b indicating the relationship between the angle θ of the motor 20 and the load 21 and the torque command τ.
Further, the phase plane diagram generation unit 31 generates “angular velocity-torque command” phase plane diagrams P2a and P2b indicating the relationship between the angular velocity ω of the motor 20 and the load 21 and the torque command τ.
In addition, the phase plane diagram generation unit 31 displays “angle-twist angle” phase plane diagrams P3a and P3b indicating the relationship between the angle θ of the motor 20 and the load 21 and the twist angle (θ M −θ L ) of the connecting member 22. Generate.
In addition, the phase plane diagram generation unit 31 displays “angular velocity-twist angle” phase plane diagrams P4a and P4b indicating the relationship between the angular velocity ω of the motor 20 and the load 21 and the twist angle (θ M −θ L ) of the connecting member 22. Generate.

パラメータ同定部32は、位相面図生成部31によって生成された複数の位相面図に基づいて、上述の2慣性系モデルMODのモデルパラメータ群(JM0、DM0、τfM0、JL0、DL0、τfL0、BL、KR0)を同定する。 The parameter identification unit 32 is configured based on a plurality of phase plane diagrams generated by the phase plane generation unit 31 based on the model parameter group (J M0 , D M0 , τ fM0 , J L0 , D of the two-inertia system model MOD). L0, τ fL0, BL 0, K R0) to identify.

角度指令出力部33は、制御装置1に対し、パラメータ同定用の負荷角度指令θREFを出力する。具体的には、角度指令出力部33は、負荷21を小振幅動作させるための負荷角度指令θREF1と、負荷21を大振幅動作させるための負荷角度指令θREF2を出力する。ここで、負荷角度指令θREF1は、機械系2の運動においてモータ20及び負荷21の慣性、粘性の影響を無視できる程度に小さい振幅で、負荷21を正弦波運動させる指令である。他方、負荷角度指令θREF2は、機械系2の運動においてモータ20及び負荷21の慣性、粘性の影響が十分に表れる程度に大きい振幅で、負荷21を正弦波運動させる指令である。 The angle command output unit 33 outputs a load angle command θ REF for parameter identification to the control device 1. Specifically, the angle command output unit 33 outputs a load angle command θ REF1 for operating the load 21 with a small amplitude and a load angle command θ REF2 for operating the load 21 with a large amplitude. Here, the load angle command θ REF1 is a command for causing the load 21 to perform a sinusoidal motion with an amplitude small enough to ignore the effects of inertia and viscosity of the motor 20 and the load 21 in the motion of the mechanical system 2. On the other hand, the load angle command θ REF2 is a command for causing the load 21 to perform a sinusoidal motion with a large amplitude such that the effects of the inertia and viscosity of the motor 20 and the load 21 are sufficiently expressed in the movement of the mechanical system 2.

(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〜図17は、それぞれ、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ための第1図〜第10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3(図5、図6)が2慣性系モデルMOD(図5)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 illustrating a processing flow of the parameter identification device according to the first embodiment.
FIGS. 8 to 17 are FIGS. 1 to 10 for explaining the processing of the parameter identification device according to the first embodiment, respectively.
The processing flow shown in FIG. 7 is, for example, when the parameter identification device 3 (FIGS. 5 and 6) performs parameter identification for the two-inertia system model MOD (FIG. 5) before the actual operation of the mechanical system 2 is started. To be executed.

まず、パラメータ同定装置3の角度指令出力部33は、小振幅動作用の負荷角度指令θREF1を出力することで、負荷21の角度(負荷角度θ)を小振幅かつ低周波数で正弦波運動させる(ステップS01)。 First, the angle command output unit 33 of the parameter identification device 3 outputs the load angle command θ REF1 for small amplitude operation, so that the angle of the load 21 (load angle θ L ) is sinusoidal motion with small amplitude and low frequency. (Step S01).

次に、パラメータ同定装置3のデータ取得部30は、小振幅かつ低周波数で正弦波運動中の機械系2から、トルク指令τ、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の実測値を取得する(ステップS02)。 Next, the data acquisition unit 30 of the parameter identification device 3 receives the torque command τ, the motor angular velocity ω M , the motor angle θ M , the load angular velocity ω L, and the load from the mechanical system 2 that is sine wave motion with a small amplitude and low frequency. acquiring the measured value of the angle theta L (step S02).

次に、パラメータ同定装置3の位相面図生成部31は、ステップS02で取得された実測値から複数の位相面図を生成する(ステップS03)。   Next, the phase diagram generator 31 of the parameter identification device 3 generates a plurality of phase diagrams from the actual measurement values acquired in step S02 (step S03).

次に、パラメータ同定装置3のパラメータ同定部32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、モデルモータ摩擦トルクτfM0、モデル負荷摩擦トルク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)。 Next, the parameter identification unit 32 of the parameter identification device 3 uses the model motor friction torque τ fM0 , the model load among the various model parameters forming the two-inertia model MOD based on the various phase planes generated in step S03. The friction torque τ fL0 , the model dead zone width BL 0 and the model torsional stiffness coefficient K R0 are identified (step S04).

次に、パラメータ同定装置3の角度指令出力部33は、大振幅動作用の負荷角度指令θREF2を出力することで、負荷21の角度(負荷角度θ)を大振幅で正弦波運動させる(ステップS05)。 Next, the angle command output unit 33 of the parameter identification device 3 outputs the load angle command θ REF2 for large amplitude operation, thereby causing the angle of the load 21 (load angle θ L ) to sine-wave with a large amplitude ( Step S05).

次に、パラメータ同定装置3のデータ取得部30は、大振幅で正弦波運動中の機械系2から、トルク指令τ、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の実測値を取得する(ステップS06)。 Next, the data acquisition unit 30 of the parameter identification device 3 receives the torque command τ, 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 in a sinusoidal motion with a large amplitude. Is obtained (step S06).

次に、パラメータ同定装置3の位相面図生成部31は、ステップS06で取得された実測値から複数の位相面図を生成する(ステップS07)。   Next, the phase plane diagram generation unit 31 of the parameter identification device 3 generates a plurality of phase plane diagrams from the actual measurement values acquired in step S06 (step S07).

次に、パラメータ同定装置3のパラメータ同定部32は、ステップS07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、モデルモータ慣性モーメントJM0、モデルモータ粘性係数DM0、モデル負荷慣性モーメントJL0、モデル負荷粘性係数DL0を同定する(ステップS08)。 Next, the parameter identification unit 32 of the parameter identification device 3 includes the model motor moment of inertia J M0 , the model motor among the various model parameters forming the two-inertia system model MOD, based on the various phase planes generated in step S07. The viscosity coefficient D M0 , the model load inertia moment J L0 , and the model load viscosity coefficient D L0 are identified (step S08).

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, Equation (1) that is the equation of motion for the motor 20 and Equation (2) that is the equation of motion for the load 21 can be obtained.

Figure 2018173702
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Figure 2018173702
Figure 2018173702

式(1)、(2)より、トルク指令τについての式(3)及び連結部材22のねじれ角度(θ−θ)についての式(4)を得ることができる。 From Expressions (1) and (2), Expression (3) regarding the torque command τ and Expression (4) regarding the twist angle (θ M −θ L ) of the connecting member 22 can be obtained.

Figure 2018173702
Figure 2018173702

Figure 2018173702
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式(3)において、全体慣性モーメントJは、モータ慣性モーメントJと負荷慣性モーメントJとの和である(J=J+J)。また、全体粘性係数Dは、モータ粘性係数Dと負荷粘性係数Dとの和である(D=D+D)。また、式(3)、(4)においては、角度θ=θ≒θとしている。
また、負荷角度指令θREF1(及びθREF2)は、正弦波であるから、角度θを“θ=θ・sin(2πf・t)”とすると、角速度sθ(=ω)は、“sθ=(2πf)θ・cos(2πf・t)”、角加速度sθは、“sθ=−(2πf)θ・sin(2πf・t)”である。したがって、角速度sθ(=ω)は、角度θの関数として、式(5)のように表される。
In the formula (3), the overall moment of inertia J is the sum of the motor inertia J M and the load inertia J L (J = J M + J L). The overall viscosity coefficient D is the sum of the motor viscosity coefficient DM and the load viscosity coefficient D L (D = D M + D L ). In the equations (3) and (4), the angle θ = θ M ≈θ L.
Since the load angle command θ REF1 (and θ REF2 ) is a sine wave, when the angle θ is “θ = θ 0 · sin (2πf · t)”, the angular velocity sθ (= ω) is “sθ = (2πf) θ 0 · cos ( 2πf · t) ", is the angular acceleration s 2 θ," s 2 θ = - is (2πf) 2 θ 0 · sin (2πf · t) ". Therefore, the angular velocity sθ (= ω) is expressed as the equation (5) as a function of the angle θ.

Figure 2018173702
Figure 2018173702

また、角加速度sθは、角度θの関数として式(6)のように表され、また、角速度ωの関数として式(7)のように表される。 Further, the angular acceleration s 2 θ is expressed as a function of the angle θ as shown in Expression (6), and is expressed as a function of the angular velocity ω as shown in Expression (7).

Figure 2018173702
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Figure 2018173702
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式(5)〜(7)と、上述の式(3)とを用いて、トルク指令τと角度θとの関係を示す式(8)と、トルク指令τと角速度ωとの関係を示す式(9)とを得る。   Using the equations (5) to (7) and the above equation (3), the equation (8) indicating the relationship between the torque command τ and the angle θ and the equation indicating the relationship between the torque command τ and the angular velocity ω. (9) is obtained.

Figure 2018173702
Figure 2018173702

Figure 2018173702
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なお、式(9)において“ω=θ・2πf”としている。 In Equation (9), “ω 0 = θ 0 · 2πf” is set.

また、式(5)〜(7)と、上述の式(4)とを用いて、ねじれ角度(θ−θ)と角度θとの関係を示す式(10)と、ねじれ角度(θ−θ)と角速度ωとの関係を示す式(11)とを得る。 Further, using the formulas (5) to (7) and the above-described formula (4), the formula (10) showing the relationship between the twist angle (θ M −θ L ) and the angle θ and the twist angle (θ Equation (11) indicating the relationship between M −θ L ) and angular velocity ω is obtained.

Figure 2018173702
Figure 2018173702

Figure 2018173702
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次に、図8〜図12、並びに、上述の式(8)〜式(11)を参照しながら、小振幅動作時において位相面図生成部31が生成する位相面図、及び、パラメータ同定部32が行うパラメータ同定処理(ステップS03、ステップS04)について詳細に説明する。   Next, referring to FIGS. 8 to 12 and the above formulas (8) to (11), the phase plane diagram generated by the phase plane diagram generation unit 31 during the small amplitude operation and the parameter identification unit The parameter identification process (step S03, step S04) performed by the process 32 will be described in detail.

ステップS03において、位相面図生成部31は、ステップS02で取得されたねじれ角度(θ−θ)の実測値と、トルク指令τとを紐付けて、ねじれ角度(θ−θ)を横軸にとりトルク指令τを縦軸にとる位相面図にプロットする。ここで、「ねじれ角度(θ−θ)の実測値」は、モータ角度θの実測値から負荷角度θの実測値を差し引くことで得られる。これにより、位相面図生成部31は、図8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−トルク指令位相面図P0aを生成する。ねじれ角度−トルク指令位相面図P0aは、小振幅動作時に取得された実測値に基づいて生成された位相面図である。
なお、位相面図生成部31は、負荷角度θの正方向から負方向への移動時に取得される実測値と、負方向から正方向への移動時に取得される実測値と、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−トルク指令位相面図P0a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Fに起因するヒステリシス曲線が表れる。
In step S03, the phase diagram generator 31 associates the measured value of the torsion angle (θ M −θ L ) acquired in step S02 with the torque command τ to associate the torsion angle (θ M −θ L ). Is plotted on a phase plane with the horizontal axis representing the torque command τ and the vertical axis representing the torque command τ. Here, the “actual value of the twist angle (θ M −θ L )” is obtained by subtracting the actual value of the load angle θ L from the actual value of the motor angle θ M. As a result, the phase plane diagram generation unit 31 has a twist angle-torque command phase that is a phase plane diagram with the torsion angle (θ M −θ L ) on the horizontal axis and the torque τ on the vertical axis as shown in FIG. A plane view P0a is generated. The torsion angle-torque command phase diagram P0a is a phase diagram generated based on the actual measurement value acquired during the small amplitude operation.
The phase view generator 31, a measured value obtained from the positive direction of the load angle theta L when moving in the negative direction, the measured value acquired when moving from a negative direction to the positive direction, For each of The actual measurement values are linked. In the thus generated torsion angle-torque command phase diagram P0a, a hysteresis curve caused mainly by the nonlinear friction characteristic (see FIG. 3A) of the mechanical system 2 and the dead band characteristic function F appears.

なお、図8(ねじれ角度−トルク指令位相面図P0a)に示す曲線における各動作点・動作領域(T1〜T5)では、それぞれ、以下のような状態となっている。
動作点T1・・・ギア(不感帯)が接触して駆動中の状態。摩擦も最大の状態。
動作領域T2・・・駆動力(トルクτ)が減少し、軸(連結部材22)のねじれが減少していく状態。
動作領域T3・・・駆動力が変わらないまま、軸のねじれのみが変化している。即ち、連結部材の不感帯(ガタ)を移動中。
動作領域T4・・・反対方向への駆動力が増し、軸のねじれが増加していく状態。負荷摩擦特性関数Gに基づき、摩擦が非線形に変化(増加)している。
動作点T5・・・ギアが接触して駆動中の状態。摩擦も最大の状態。
In addition, in each operating point and operating region (T1 to T5) in the curve shown in FIG. 8 (twist angle-torque command phase diagram P0a), the following states are obtained.
Operating point T1 ... A state where the gear (dead zone) is in contact and being driven. Friction is also maximum.
Operating region T2: A state in which the driving force (torque τ) decreases and the torsion of the shaft (connecting member 22) decreases.
Operating region T3... Only the twist of the shaft is changed while the driving force remains unchanged. That is, the dead zone (backlash) of the connecting member is moving.
Operating region T4: A state in which the driving force in the opposite direction increases and the twist of the shaft increases. Based on the load friction characteristic function GL , the friction changes (increases) nonlinearly.
Operating point T5: A state where the gear is in contact and being driven. Friction is also maximum.

小振幅、低周波数の正弦波運動時においては、慣性モーメント(J、J)及び粘性係数(D、D)の影響を無視できる。したがって、式(8)より、動作点T1、T5におけるトルク指令τは、全体摩擦成分(τfMc+τfLc)となる。
また、ガタ移動中(動作領域T3)では負荷21の影響を受けない(モータ20の特性だけが見える)ため、同領域中におけるトルク指令τは、モータ摩擦トルクτfMの飽和値であるモータクーロン摩擦トルクτfMcとなる。
また、トルク指令τとねじれ角度(θ−θ)との関係は、ねじれ剛性係数Kによって示されるから、動作領域T2における傾きからねじれ剛性係数Kが特定される。
また、不感帯を移動中のねじれ角度(θ−θ)の変化量は、全不感帯幅(ガタの端から端までの長さ=2BL)に相当するから、動作領域T3のねじれ角度(θ−θ)の大きさより、不感帯幅BLが特定される。
以上より、パラメータ同定部32は、ねじれ角度−トルク指令位相面図P0aに基づいて、モータクーロン摩擦トルクτfMc、負荷クーロン摩擦トルクτfLc、不感帯幅BL、ねじれ剛性係数Kを特定できる。
In the case of a sine wave motion with a small amplitude and a low frequency, the influence of the moment of inertia (J M , J L ) and the viscosity coefficient (D M , D L ) can be ignored. Therefore, from the equation (8), the torque command τ at the operating points T1 and T5 is the total friction component (τ fMc + τ fLc ).
In addition, during play movement (operation region T3), since it is not affected by the load 21 (only the characteristics of the motor 20 can be seen), the torque command τ in the region is a motor coulomb that is a saturation value of the motor friction torque τfM. The friction torque τ fMc .
The relationship between the torque command τ and twist angle (θ ML), since as indicated by the torsional stiffness coefficient K R, torsional rigidity coefficient K R is specified from the slope in the operating region T2.
Further, since the amount of change in the twist angle (θ M −θ L ) while moving through the dead zone corresponds to the total dead zone width (length from end to end of backlash = 2BL), the twist angle (θ in the operation region T3) The dead zone width BL is specified from the magnitude of M −θ L ).
Thus, parameter identification unit 32, twist angle - based on the torque command phase view P0a, identifiable motor Coulomb friction torque tau FMC, load Coulomb friction torque tau FLC, the dead zone width BL, the torsional rigidity coefficient K R.

更に、位相面図生成部31は、小振幅動作時に取得された各種実測値に基づいて、角度θとトルク指令τとの関係を示す角度−トルク指令位相面図P1a(図9参照)を生成する。
式(8)において、慣性モーメント(J、J)及び粘性係数(D、D)の影響を無視した場合、トルク指令τは、全体摩擦トルク(モータ摩擦トルクτfM[θ]と負荷摩擦トルクτfL[θ]との和)で表される。ここで、モータ摩擦トルクτfM[θ]及び負荷摩擦トルクτfL[θ]は、それぞれ、モータ摩擦特性関数G、及び、負荷摩擦特性関数Gで規定される特性である(図3参照)。
図9に示すように、パラメータ同定部32は、角度−トルク指令位相面図P1aの曲線(カーブ)に基づいて、『τfMc+τfL[θ]』を特定する。ここで、パラメータ同定部32は、角度(変位)θに対するモータ摩擦トルクτfM[θ]の変化の度合いが負荷摩擦トルクτfL[θ]に比べて十分に小さいと仮定している。
また、パラメータ同定部32は、τfL[θ]の飽和点において、『τfMc+τfLc』を特定する。
Further, the phase plane diagram generation unit 31 generates an angle-torque command phase plane diagram P1a (see FIG. 9) indicating the relationship between the angle θ and the torque command τ based on various actual measurement values acquired during the small amplitude operation. To do.
In the equation (8), when the influence of the moment of inertia (J M , J L ) and the viscosity coefficient (D M , D L ) are ignored, the torque command τ is the total friction torque (motor friction torque τ fM [θ] and The sum of the load friction torque τ fL and [θ]. Here, the motor friction torque τ fM [θ] and the load friction torque τ fL [θ] are characteristics defined by the motor friction characteristic function G M and the load friction characteristic function GL , respectively (see FIG. 3). ).
As shown in FIG. 9, the parameter identification unit 32 identifies “τ fMc + τ fL [θ]” based on the curve of the angle-torque command phase diagram P1a. Here, the parameter identification unit 32 assumes that the degree of change in the motor friction torque τ fM [θ] with respect to the angle (displacement) θ is sufficiently smaller than the load friction torque τ fL [θ].
In addition, the parameter identification unit 32 identifies “τ fMc + τ fLc ” at the saturation point of τ fL [θ].

更に、位相面図生成部31は、小振幅動作時に取得された各種実測値に基づいて、角速度ωとトルク指令τとの関係を示す角速度−トルク指令位相面図P2a(図10参照)を生成する。
式(9)において、慣性モーメント(J、J)及び粘性係数(D、D)の影響を無視した場合、トルク指令τは、全体摩擦トルク(モータ摩擦トルクτfM[θ]と負荷摩擦トルクτfL[θ]との和)で表される。ここで、モータ摩擦トルクτfM[θ]及び負荷摩擦トルクτfL[θ]の角速度ωについての特性は、それぞれ、モータ摩擦特性関数G、及び、負荷摩擦特性関数G(角度θの関数)の微分特性である。
図10に示すように、パラメータ同定部32は、角速度−トルク指令位相面図P2aの曲線に基づいて、『τfMc』、『τfMc+τfLc』を特定する。
Further, the phase plane diagram generation unit 31 generates an angular velocity-torque command phase plane diagram P2a (see FIG. 10) indicating the relationship between the angular velocity ω and the torque command τ based on various actually measured values acquired during the small amplitude operation. To do.
In the equation (9), when the influence of the moment of inertia (J M , J L ) and the viscosity coefficient (D M , D L ) are ignored, the torque command τ is the total friction torque (motor friction torque τ fM [θ] and The sum of the load friction torque τ fL and [θ]. Here, the characteristics of the motor friction torque τ fM [θ] and the load friction torque τ fL [θ] with respect to the angular velocity ω are respectively the motor friction characteristic function G M and the load friction characteristic function G L (function of the angle θ). ) Differential characteristics.
As shown in FIG. 10, the parameter identification unit 32 identifies “τ fMc ” and “τ fMc + τ fLc ” based on the curve of the angular velocity-torque command phase diagram P2a.

更に、位相面図生成部31は、小振幅動作時に取得された各種実測値に基づいて、角度θとねじれ角度(θ−θ)との関係を示す角度−ねじれ角度位相面図P3a(図11参照)を生成する。
式(10)において、慣性モーメント(J、J)及び粘性係数(D、D)の影響を無視した場合、ねじれ角度(θ−θ)は、ガタ変位成分(BKLS[θ−θ])と、負荷摩擦トルク成分(τfL[θ]/K)との和で表される。
なお、小振幅動作時においては慣性、粘性の影響が小さいため、ねじれ角度(θ−θ)がガタ変位BKLSを移動するタイミングは、角速度ωの反転時(即ち、角度θの最大値及び最小値)に一致する。
図11に示すように、パラメータ同定部32は、角度−ねじれ角度位相面図P3aの曲線に基づいて、『(τfL[θ]/K)+BL』、『(τfLc/K)+BL』を特定する。
Furthermore, the phase plane diagram generation unit 31 is an angle-twist angle phase plane diagram P3a (representing the relationship between the angle θ and the twist angle (θ M −θ L ) based on various actual measurement values acquired during the small amplitude operation. 11) is generated.
In the equation (10), when the effects of the moment of inertia (J M , J L ) and the viscosity coefficients (D M , D L ) are ignored, the torsion angle (θ M −θ L ) is determined by the backlash displacement component (BKLS [θ M −θ L ]) and the load friction torque component (τ fL [θ] / K R ).
Since the influence of inertia and viscosity is small during the small amplitude operation, the timing at which the torsion angle (θ M −θ L ) moves the backlash BKLS is the time when the angular velocity ω is reversed (that is, the maximum value of the angle θ and (Minimum value).
As shown in FIG. 11, the parameter identification unit 32 determines “(τ fL [θ] / K R ) + BL”, “(τ fLc / K R ) + BL based on the curve of the angle-torsion angle phase diagram P3a. Is specified.

更に、位相面図生成部31は、小振幅動作時に取得された各種実測値に基づいて、角速度ωとねじれ角度(θ−θ)との関係を示す角速度−ねじれ角度位相面図P4a(図12参照)を生成する。
式(11)において、慣性モーメント(J、J)及び粘性係数(D、D)の影響を無視した場合、ねじれ角度(θ−θ)は、ガタ変位成分(BKLS[θ−θ])と、負荷摩擦トルク成分(τfL[θ]/K)との和で表される。
なお、小振幅動作時においては慣性、粘性の影響が小さいため、ねじれ角度(θ−θ)がガタ変位BKLSを移動するタイミングは、角速度ωの反転時(ω=0)に一致する。
図12に示すように、パラメータ同定部32は、角速度−ねじれ角度位相面図P4aの曲線に基づいて、『(τfLc/K)+BL』を特定する。
また、角速度ωをモータ角速度ωとして角速度−ねじれ角度位相面図P4aを生成した場合、ガタ変位BKLS移動中に、負荷角速度ωは変化しないままモータ角速度ωのみが上昇する動作領域が現れる(図12に示す矢印Q)。この矢印Qで示される動作領域のねじれ角度(θ−θ)の幅は、全不感帯幅(2BL)に相当する。したがって、パラメータ同定部32は、角速度−ねじれ角度位相面図P4aに基づいて、更に、『2BL』を特定する。
Furthermore, the phase plane diagram generation unit 31 is based on various measured values acquired during the small amplitude operation, and the angular velocity-torsion angle phase diagram P4a (representing the relationship between the angular velocity ω and the twist angle (θ M −θ L )). (See FIG. 12).
In the equation (11), when the influence of the moment of inertia (J M , J L ) and the viscosity coefficient (D M , D L ) are ignored, the torsion angle (θ M −θ L ) is determined by the backlash displacement component (BKLS [θ M −θ L ]) and the load friction torque component (τ fL [θ] / K R ).
Since the influence of inertia and viscosity is small during the small amplitude operation, the timing at which the twist angle (θ M −θ L ) moves the backlash BKLS coincides with the reversal of the angular velocity ω (ω = 0).
As shown in FIG. 12, the parameter identification unit 32 identifies “(τ fLc / K R ) + BL” based on the curve of the angular velocity-torsion angle phase diagram P4a .
Further, the angular velocity omega angular as the motor angular speed omega M - when generating the twist angle phase side view P4a, during rattling displacement BKLS movement, only the motor angular velocity omega M operation region appears to be increased while the load angular velocity omega L unchanged (Arrow Q shown in FIG. 12). The width of the torsion angle (θ M −θ L ) of the operation region indicated by the arrow Q corresponds to the total dead zone width (2BL). Therefore, the parameter identification unit 32 further identifies “2BL” based on the angular velocity-torsion angle phase diagram P4a.

以上の通り、パラメータ同定部32は、小振幅動作時の各種実測値によって生成された4つの位相面図P1a〜P4aに基づいて、『τfMc+τfL[θ]』、『τfMc+τfLc』、『τfMc』、『(τfL[θ]/K)+BL』、『(τfLc/K)+BL』、『2BL』を特定する。パラメータ同定部32は、特定したこれらの数値群を連立して解くことで、モータ摩擦トルクτfM、負荷摩擦トルクτfL、不感帯幅BL、ねじれ剛性係数Kを特定する。 As described above, the parameter identification unit 32 generates “τ fMc + τ fL [θ]” and “τ fMc + τ fLc ” based on the four phase plane diagrams P1a to P4a generated by various actual measurement values during the small amplitude operation. , “Τ fMc ”, “(τ fL [θ] / K R ) + BL”, “(τ fLc / K R ) + BL”, “2BL”. Parameter identification unit 32, by solving simultaneous equations of these numbers groups identified, the motor friction torque tau fM, the load friction torque tau fL, dead zone width BL, identifies the torsional rigidity coefficient K R.

次に、図13〜図17、並びに、上述の式(8)〜式(11)を参照しながら、大振幅動作時において位相面図生成部31が生成する位相面図、及び、パラメータ同定部32が行うパラメータ同定処理(ステップS07、ステップS08)について詳細に説明する。   Next, referring to FIGS. 13 to 17 and the above formulas (8) to (11), the phase plane diagram generated by the phase plane diagram generation unit 31 during the large amplitude operation and the parameter identification unit The parameter identification process (steps S07 and S08) performed by the process 32 will be described in detail.

ステップS07において、位相面図生成部31は、ステップS06で取得されたねじれ角度(θ−θ)の実測値と、トルク指令τとを紐付けてプロットすることで、ねじれ角度−トルク指令位相面図P0bを生成する。ねじれ角度−トルク指令位相面図P0bは、大振幅動作時に取得された実測値に基づいて生成された位相面図である。 In step S07, the phase diagram generator 31 plots the measured value of the torsion angle (θ M −θ L ) acquired in step S06 and the torque command τ in association with each other, thereby producing a torsion angle-torque command. A phase diagram P0b is generated. The torsion angle-torque command phase diagram P0b is a phase diagram generated based on the actual measurement value acquired during the large amplitude operation.

大振幅の正弦波運動時であっても、不感帯を移動中のねじれ角度(θ−θ)の変化量は、全不感帯幅(ガタの端から端までの長さ=2BL)に相当する。したがって、パラメータ同定部32は、ねじれ角度−トルク指令位相面図P0bに基づいて、トルク指令τが変わらないままねじれ角度(θ−θ)が変化している動作領域(図8の動作領域T3に相当)の当該ねじれ角度(θ−θ)の大きさより、不感帯幅BLを特定できる。 Even during large-amplitude sinusoidal motion, the amount of change in the twist angle (θ M −θ L ) while moving through the dead band corresponds to the total dead band width (length from end to end of backlash = 2BL). . Therefore, the parameter identification unit 32 is based on the twist angle-torque command phase diagram P0b, and the operation region (the operation region in FIG. 8) in which the twist angle (θ M −θ L ) is changed without changing the torque command τ. The dead zone width BL can be specified from the magnitude of the twist angle (θ M −θ L ) (corresponding to T3).

更に、位相面図生成部31は、大振幅動作時に取得された各種実測値に基づいて、角度θとトルク指令τとの関係を示す角度−トルク指令位相面図P1b(図14参照)を生成する。
式(8)において、慣性モーメント(J、J)及び粘性係数(D、D)の影響を考慮した場合、トルク指令τは、全体摩擦トルク成分(モータ摩擦トルクτfM[θ]と負荷摩擦トルクτfL[θ]との和)と、全体慣性成分(−J(2πf)θ)と、全体粘性成分(±D(2πf)(θ −θ1/2)との和で表される。
ここで、大振幅動作時においては、モータ摩擦トルクτfM[θ]及び負荷摩擦トルクτfL[θ]は、クーロン摩擦に基づく挙動が支配的となる。したがって、角度−トルク指令位相面図P1b上における全体摩擦トルク成分は、角速度ωの反転時(即ち、角度θの最大値及び最小値)のタイミングで、全体クーロン摩擦トルク成分(τfMc+τfLc)の符号が反転する挙動となる。
また、角度−トルク指令位相面図P1b上において、全体慣性成分(−J(2πf)θ)は、傾きが−J(2πf)の直線特性となる。
また、角度−トルク指令位相面図P1b上において、全体粘性成分(±D(2πf)(θ −θ1/2)は、膨らみの度合いがD(2πf)となる楕円特性となる。
図14に示すように、パラメータ同定部32は、角度−トルク指令位相面図P1bに基づいて、『2(τfMc+τfLc)』、『J(2πf)』、『D(2πf)』を特定する。特に、図14に示す例では、角度−トルク指令位相面図P1bにおいて楕円成分がほとんど見られないため、全体粘性係数Dはほぼゼロであることが読み取れる。
Further, the phase plane diagram generation unit 31 generates an angle-torque command phase plane diagram P1b (see FIG. 14) indicating the relationship between the angle θ and the torque command τ based on various actual measurement values acquired during the large amplitude operation. To do.
In the equation (8), when the influence of the moment of inertia (J M , J L ) and the viscosity coefficient (D M , D L ) are taken into consideration, the torque command τ is the total friction torque component (motor friction torque τ fM [θ] And the load friction torque τ fL [θ]), the total inertia component (−J (2πf) 2 θ), and the total viscosity component (± D (2πf) (θ 0 2 −θ 2 ) 1/2 ) It is expressed as the sum of
Here, during a large amplitude operation, the motor friction torque τ fM [θ] and the load friction torque τ fL [θ] are predominantly based on Coulomb friction. Therefore, the total friction torque component on the angle-torque command phase diagram P1b is the total Coulomb friction torque component (τ fMc + τ fLc ) at the timing when the angular velocity ω is reversed (that is, the maximum value and the minimum value of the angle θ). The behavior is reversed.
On the angle-torque command phase diagram P1b, the overall inertia component (-J (2πf) 2 θ) has a linear characteristic with a slope of −J (2πf) 2 .
On the angle-torque command phase diagram P1b, the overall viscosity component (± D (2πf) (θ 0 2 −θ 2 ) 1/2 ) has an elliptic characteristic with a degree of swelling of D (2πf). .
As shown in FIG. 14, the parameter identification unit 32 calculates “2 (τ fMc + τ fLc )”, “J (2πf) 2 ”, “D (2πf)” based on the angle-torque command phase diagram P1b. Identify. In particular, in the example shown in FIG. 14, since the elliptic component is hardly seen in the angle-torque command phase diagram P1b, it can be read that the overall viscosity coefficient D is almost zero.

更に、位相面図生成部31は、大振幅動作時に取得された各種実測値に基づいて、角速度ωとトルク指令τとの関係を示す角速度−トルク指令位相面図P2b(図15参照)を生成する。
式(9)において、慣性モーメント(J、J)及び粘性係数(D、D)の影響を考慮した場合、トルク指令τは、全体摩擦トルク成分(モータ摩擦トルクτfM[θ]と負荷摩擦トルクτfL[θ]との和)と、全体慣性成分(±J(2πf)(ω −ω1/2)と、全体粘性成分(Dω)との和で表される。
ここで、大振幅動作時においては、モータ摩擦トルクτfM[θ]及び負荷摩擦トルクτfL[θ]は、クーロン摩擦に基づく挙動が支配的となる。したがって、角度−トルク指令位相面図P1b上における全体摩擦トルク成分は、角速度ωの反転時(ω=0)のタイミングで、全体クーロン摩擦トルク成分(τfMc+τfLc)の符号が反転する挙動となる。
また、角速度−トルク指令位相面図P2b上において、全体慣性成分(±J(2πf)(ω −ω1/2)は、膨らみの度合いがJ(2πf)となる楕円特性となる。
また、角速度−トルク指令位相面図P2b上において、全体粘性成分(Dω)は、傾きがDの直線特性となる。
図15に示すように、パラメータ同定部32は、角速度−トルク指令位相面図P2bに基づいて、『2(τfMc+τfLc)』、『J(2πf)』、『D』を特定する。特に、図15に示す例では、角速度−トルク指令位相面図P2bにおいて直線成分がほとんど見られないため、全体粘性係数Dはほぼゼロであることが読み取れる。
Further, the phase plane diagram generation unit 31 generates an angular velocity-torque command phase plane diagram P2b (see FIG. 15) indicating the relationship between the angular velocity ω and the torque command τ based on various actually measured values acquired during the large amplitude operation. To do.
In the equation (9), when the influence of the moment of inertia (J M , J L ) and the viscosity coefficient (D M , D L ) are taken into consideration, the torque command τ is the total friction torque component (motor friction torque τ fM [θ] And the load friction torque τ fL [θ]), the total inertia component (± J (2πf) (ω 0 2 −ω 2 ) 1/2 ), and the total viscosity component (Dω). The
Here, during a large amplitude operation, the motor friction torque τ fM [θ] and the load friction torque τ fL [θ] are predominantly based on Coulomb friction. Therefore, the total friction torque component on the angle-torque command phase diagram P1b has a behavior in which the sign of the total Coulomb friction torque component (τ fMc + τ fLc ) is reversed at the timing when the angular velocity ω is reversed (ω = 0). Become.
In addition, on the angular velocity-torque command phase diagram P2b, the overall inertia component (± J (2πf) (ω 0 2 −ω 2 ) 1/2 ) has an elliptic characteristic in which the degree of swelling is J (2πf). .
Further, on the angular velocity-torque command phase diagram P2b, the overall viscosity component (Dω) has a linear characteristic with a slope of D.
As shown in FIG. 15, the parameter identification unit 32 identifies “2 (τ fMc + τ fLc )”, “J (2πf)”, “D” based on the angular velocity-torque command phase diagram P2b. In particular, in the example shown in FIG. 15, since almost no linear component is seen in the angular velocity-torque command phase diagram P2b, it can be read that the overall viscosity coefficient D is almost zero.

更に、位相面図生成部31は、大振幅動作時に取得された各種実測値に基づいて、角度θとねじれ角度(θ−θ)との関係を示す角度−ねじれ角度位相面図P3b(図16参照)を生成する。
式(10)において、慣性モーメント(J、J)及び粘性係数(D、D)の影響を考慮した場合、ねじれ角度(θ−θ)は、ガタ変位成分(BKLS[θ−θ])と、負荷摩擦トルク成分(τfL[θ]/K)と、負荷慣性成分(−(J/K)(2πf)θ)と、負荷粘性成分(±(D/K)(2πf)(θ −θ1/2)との和で表される。
ここで、大振幅動作時においては、負荷摩擦トルクτfL[θ]は、クーロン摩擦に基づく挙動が支配的となる。したがって、角度−ねじれ角度位相面図P3b上における負荷摩擦トルク成分は、角速度ωの反転時(即ち、角度θの最大値及び最小値)のタイミングで、負荷クーロン摩擦トルク成分(τfLc)の符号が反転する挙動となる。
また、大振幅動作時においては、慣性、粘性の影響が大きいため、ねじれ角度(θ−θ)がガタ変位BKLSを移動するタイミングは、角度θが最小値から最大値に向かう途中、トルク指令τがゼロとなるタイミングと一致する(図14の角度−トルク指令位相面図P1b参照)。
また、角度−ねじれ角度位相面図P3b上において、負荷慣性成分(−(J/K)(2πf)θ)は、傾きが−(J/K)(2πf)の直線特性となる。
また、角度−ねじれ角度位相面図P3b上において、負荷粘性成分(±(D/K)(2πf)(θ −θ1/2)は、膨らみの度合いが(D/K)(2πf)となる楕円特性となる。
図16に示すように、パラメータ同定部32は、角度−ねじれ角度位相面図P3bに基づいて、『2τfLc/K』、『2BL』、『−(J/K)(2πf)』、『(D/K)(2πf)』を特定する。特に、図16に示す例では、角度−ねじれ角度位相面図P3bにおいて楕円成分がほとんど見られないため、負荷粘性係数Dはほぼゼロであることが読み取れる。
Furthermore, the phase plane diagram generation unit 31 is an angle-twist angle phase plane diagram P3b (P3b) showing the relationship between the angle θ and the twist angle (θ M −θ L ) based on various actual measurement values acquired during the large amplitude operation. 16).
In the equation (10), when the influence of the moment of inertia (J M , J L ) and the viscosity coefficient (D M , D L ) are taken into consideration, the torsion angle (θ M −θ L ) is determined by the backlash displacement component (BKLS [θ M− θ L ]), load friction torque component (τ fL [θ] / K R ), load inertia component (− (J L / K R ) (2πf) 2 θ), and load viscosity component (± ( D L / K R ) (2πf) (θ 0 2 −θ 2 ) 1/2 ).
Here, during large-amplitude operation, the load friction torque τ fL [θ] has a dominant behavior based on Coulomb friction. Therefore, the load friction torque component on the angle-torsion angle phase diagram P3b is the sign of the load Coulomb friction torque component (τ fLc ) at the timing when the angular velocity ω is reversed (that is, the maximum value and the minimum value of the angle θ). Will be reversed.
In addition, since the influence of inertia and viscosity is large during large amplitude operation, the timing at which the torsional angle (θ M −θ L ) moves the backlash BKLS is adjusted while the angle θ is moving from the minimum value to the maximum value. This coincides with the timing when the command τ becomes zero (see the angle-torque command phase diagram P1b in FIG. 14).
Further, on the angle-torsion angle phase diagram P3b, the load inertia component (-(J L / K R ) (2πf) 2 θ) has a linear characteristic with an inclination of-(J L / K R ) (2πf) 2 . It becomes.
On the angle-twist angle phase diagram P3b, the load viscosity component (± (D L / K R ) (2πf) (θ 0 2 −θ 2 ) 1/2 ) has a degree of swelling of (D L / K R ) (2πf).
As illustrated in FIG. 16, the parameter identification unit 32 performs “2τ fLc / K R ”, “2BL”, “− (J L / K R ) (2πf) 2 based on the angle-twist angle phase diagram P3b. ], “(D L / K R ) (2πf)”. In particular, in the example shown in FIG. 16, since the elliptic component is hardly seen in the angle-torsion angle phase diagram P3b, it can be read that the load viscosity coefficient DL is almost zero.

更に、位相面図生成部31は、大振幅動作時に取得された各種実測値に基づいて、角速度ωとねじれ角度(θ−θ)との関係を示す角速度−ねじれ角度位相面図P4b(図17参照)を生成する。
式(11)において、慣性モーメント(J、J)及び粘性係数(D、D)の影響を考慮した場合、ねじれ角度(θ−θ)は、ガタ変位成分(BKLS[θ−θ])と、負荷摩擦トルク成分(τfL[θ]/K)と、負荷慣性成分(±(J/K)(2πf)(ω −ω1/2)と、負荷粘性成分((D/K)ω)との和で表される。
ここで、大振幅動作時においては、負荷摩擦トルクτfL[θ]は、クーロン摩擦に基づく挙動が支配的となる。したがって、角速度−ねじれ角度位相面図P4b上における負荷摩擦トルク成分は、角速度ωの反転時(ω=0)のタイミングで、負荷クーロン摩擦トルク成分(τfLc)の符号が反転する挙動となる。
また、大振幅動作時においては、慣性、粘性の影響が大きいため、ねじれ角度(θ−θ)がガタ変位BKLSを移動するタイミングは、角度θが最小値から最大値に向かう途中、トルク指令τがゼロとなるタイミングと一致する(図15の角速度−トルク指令位相面図P2b参照)。
また、角速度−ねじれ角度位相面図P4b上において、負荷慣性成分(±(J/K)(2πf)(ω −ω1/2)は、膨らみの度合いが((J/K)(2πf))の楕円特性となる。
また、角速度−ねじれ角度位相面図P4b上において、負荷粘性成分((D/K)ω)は、傾きが(D/K)となる直線特性となる。
図17に示すように、パラメータ同定部32は、角速度−ねじれ角度位相面図P4bに基づいて、『2τfLc/K』、『2BL』、『(J/K)(2πf)』、『D/K』を特定する。特に、図17に示す例では、角速度−ねじれ角度位相面図P4bにおいて直線成分がほとんど見られないため、負荷粘性係数Dはほぼゼロであることが読み取れる。
Further, the phase plane diagram generation unit 31 is based on various measured values acquired during the large amplitude operation, and the angular velocity-torsion angle phase diagram P4b (representing the relationship between the angular velocity ω and the torsion angle (θ M −θ L )). 17).
In the equation (11), when the influence of the moment of inertia (J M , J L ) and the viscosity coefficient (D M , D L ) are taken into consideration, the torsion angle (θ M −θ L ) is determined by the backlash displacement component (BKLS [θ M− θ L ]), load friction torque component (τ fL [θ] / K R ), and load inertia component (± (J L / K R ) (2πf) (ω 0 2 −ω 2 ) 1/2 ) And the load viscosity component ((D L / K R ) ω).
Here, during large-amplitude operation, the load friction torque τ fL [θ] has a dominant behavior based on Coulomb friction. Accordingly, the load friction torque component on the angular velocity-torsion angle phase plane P4b has a behavior in which the sign of the load Coulomb friction torque component (τ fLc ) is reversed at the timing when the angular velocity ω is reversed (ω = 0).
In addition, since the influence of inertia and viscosity is large during large amplitude operation, the timing at which the torsional angle (θ M −θ L ) moves the backlash BKLS is adjusted while the angle θ is moving from the minimum value to the maximum value. This coincides with the timing when the command τ becomes zero (see the angular velocity-torque command phase diagram P2b in FIG. 15).
In addition, on the angular velocity-torsion angle phase plane P4b, the load inertia component (± (J L / K R ) (2πf) (ω 0 2 −ω 2 ) 1/2 ) has a degree of bulge ((J L / K R ) (2πf)).
In addition, on the angular velocity-twist angle phase plane diagram P4b, the load viscosity component ((D L / K R ) ω) has a linear characteristic with an inclination of (D L / K R ).
As illustrated in FIG. 17, the parameter identification unit 32 performs “2τ fLc / K R ”, “2BL”, “(J L / K R ) (2πf)” based on the angular velocity-torsion angle phase diagram P4b. Specify “D L / K R ”. In particular, in the example shown in FIG. 17, the angular velocity - for linear component is hardly seen in the twist angle phase side view P4b, it is read load viscosity coefficient D L is approximately zero.

以上の通り、パラメータ同定部32は、大振幅動作時の各種実測値によって生成された4つの位相面図P1b〜P4bに基づいて、『J(2πf)』、『D(2πf)』、『−(J/K)(2πf)』、『(D/K)(2πf)』、『(J/K)(2πf)』、『D/K』等を特定する。パラメータ同定部32は、(ステップS04で特定したパラメータを含めて)これらの数値群を連立して解くことで、モータ慣性モーメントJ、負荷慣性モーメントJ、モータ粘性係数D及び負荷粘性係数Dを特定する。 As described above, the parameter identification unit 32 performs “J (2πf) 2 ”, “D (2πf)”, “D (2πf)”, “D” based on the four phase plane diagrams P1b to P4b generated by various actual measurement values during large amplitude operation. - (J L / K R) (2πf) 2 "," (D L / K R) ( 2πf) "," (J L / K R) ( 2πf) "," identify the D L / K R ", etc. To do. The parameter identification unit 32 solves these numerical groups simultaneously (including the parameters specified in step S04), so that the motor inertia moment J M , the load inertia moment J L , the motor viscosity coefficient DM, and the load viscosity coefficient Specify DL .

パラメータ同定部32は、以上のようにして同定した各種パラメータを、2慣性系モデルMODの各種モデルパラメータ群(JM0、DM0、τfM0、JL0、DL0、τfL0、BL、KR0)に代入する。 The parameter identification unit 32 converts the various parameters identified as described above into various model parameter groups (J M0 , D M0 , τ fM0 , J L0 , D L0 , τ fL0 , BL 0 , K) of the two-inertia system model MOD. R0 ).

(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3は、上述のデータ取得部30と、位相面図生成部31と、パラメータ同定部32と、を備える態様とする。
このようにすることで、小振幅動作時に取得された位相面図と、大振幅動作時に取得された位相面図との両方に基づいて、機械系2の各種パラメータを精度良く、かつ、過不足なく同定することができる。
即ち、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、連結部材22の剛性及び不感帯幅の特性を捉えやすい。他方、大振幅の状態であれば、相対的に、モータ20、負荷21の摩擦、連結部材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。
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。
(Function, effect)
As described above, the parameter identification device 3 according to the first embodiment is configured to include the above-described data acquisition unit 30, the phase plane generation unit 31, and the parameter identification unit 32.
In this way, the various parameters of the mechanical system 2 can be accurately and excessively insufficient based on both the phase diagram acquired during the small amplitude operation and the phase diagram acquired during the large amplitude operation. Can be identified.
That is, in the state of small amplitude and low frequency, the influence of the moment of inertia and the viscosity coefficient is small, and the characteristics of the motor 20, the friction of the load 21, the rigidity of the connecting member 22, and the dead band width can be easily captured. On the other hand, in the case of a large amplitude state, the effects of the friction of the motor 20 and the load 21, the rigidity of the connecting member 22 and the dead band width are relatively reduced, and the characteristics of the moment of inertia and the viscosity coefficient are easily captured. Therefore, by adopting a mode in which the above-described two-stage steps are performed, all parameters constituting the two-inertia system model MOD can be identified with high accuracy.
Therefore, it is possible to obtain a two-inertia model MOD that accurately simulates the mechanical system 2 having the motor 20 and the load 21.

以上、第1の実施形態に係る駆動システム9及びパラメータ同定装置3について詳細に説明したが、駆動システム9、パラメータ同定装置3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。   As described above, the drive system 9 and the parameter identification device 3 according to the first embodiment have been described in detail. However, specific modes of the drive system 9 and the parameter identification device 3 are not limited to those described above. Various design changes and the like can be added without departing from the scope of the invention.

例えば、他の実施形態に係るパラメータ同定部32は、複数の位相面図(P0a、P0b、P1a、P1b、・・、P4a、P4b)から同定可能なモデルパラメータのうち、同種類のものについて複数通り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32は、小振幅時に取得されたねじれ角度−トルク指令位相面図P0aから同定された不感帯幅BLと、角速度−ねじれ角度位相面図P4aから同定された不感帯幅BLと、の平均値を2慣性系モデルMODのモデル不感帯幅BLに採用してもよい。 For example, the parameter identification unit 32 according to another embodiment includes a plurality of model parameters that can be identified from a plurality of phase plane diagrams (P0a, P0b, P1a, P1b,..., P4a, P4b). When street values are identified, the average value may be used as a model parameter. For example, the parameter identification unit 32 includes the dead zone width BL identified from the torsion angle-torque command phase diagram P0a acquired at the time of the small amplitude and the dead zone width BL identified from the angular velocity-torsion angle phase diagram P4a. may be employed average value to model dead zone width BL 0 of 2-inertia system model MOD.

また、他の実施形態に係る位相面図生成部31は、小振幅時においては一つの位相面図(ねじれ角度−トルク指令位相面図P0a)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32は、生成されたねじれ角度−トルク指令位相面図P0aに基づいて、モデルモータクーロン摩擦トルクτfMc0、モデル負荷クーロン摩擦トルクτfLc0、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。
Further, the phase plane diagram generation unit 31 according to another embodiment may generate only one phase plane diagram (twist angle-torque command phase plane diagram P0a) at the time of small amplitude. In this case, the parameter identification unit 32 determines the model motor coulomb friction torque τ fMc0 , the model load coulomb friction torque τ fLc0 , the model torsional stiffness coefficient K R0, and the model dead zone based on the generated torsion angle-torque command phase diagram P0a. The width BL 0 is identified.
By doing in this way, 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31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。
In addition, the phase plane diagram generation unit 31 according to another embodiment repeats the acquisition of actual measurement data for each repetitive operation of the mechanical system 2 and generates each phase plane diagram based on the averaged result. Also good.
By doing so, the variation error of the measured data is reduced, so that the identification accuracy of the model parameters can be further increased.

また、第1の実施形態に係るパラメータ同定装置3は、制御装置1におけるフィードフォワード性能向上に対してだけではなく、駆動システム9の初期出荷検査、異常診断や機械調整等にも利用することができる。
また、上記のようにして同定された慣性モーメントJのパラメータは、フィードフォワード性能向上に資するだけでなく、フィードバック制御のゲインの調整(変更)にも用いることができる。
Further, the parameter identification device 3 according to the first embodiment can be used not only for improving the feedforward performance in the control device 1 but also for initial shipment inspection, abnormality diagnosis, machine adjustment and the like of the drive system 9. it can.
Further, the parameter of the inertia moment J identified as described above can be used not only for improving the feedforward performance but also for adjusting (changing) the gain of feedback control.

また、第1の実施形態において、パラメータ同定装置3は、上位機器から入力されるトルク指令を「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3は、“トルク指令”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。
Further, in the first embodiment, the parameter identification device 3 has been described as performing the above-described various processes with the torque command input from the host device as “torque τ”. It is not limited to.
For example, the parameter identification device 3 according to another embodiment performs the above-described various processes by using not “torque command” but “measured torque” obtained from the detected current value flowing in the motor 20 as “torque τ”. It may be.

また、第1の実施形態において、制御装置1は、回転検出器から検出したモータ角度θを時間微分することでモータ角速度ωを検出する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、制御装置1は、回転検出器から直接検出したモータ角速度ωを積分することでモータ角度θを検出する態様であってもよい。
負荷角度θ、負荷角速度ωについても同様である。
In the first embodiment, the control device 1 has been described as detecting the motor angular velocity ω M by differentiating the motor angle θ M detected from the rotation detector with respect to time. It is not limited to an aspect. For example, the control device 1 may be a mode for detecting a motor angle theta M by integrating motor angular velocity omega M detected directly from the rotation detector.
The same applies to the load angle θ L and the load angular velocity ω L.

また、第1の実施形態において、フィードバック制御部10における位置ループの制御対象を負荷角度θとするフルクローズドシステムである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。他の実施形態においては、フィードバック制御部10における位置ループの制御対象をモータ角度θとするセミクローズドシステムであってもよい。 Moreover, in 1st Embodiment, although demonstrated as what is a full closed system which makes load angle (theta) L the control object of the position loop in the feedback control part 10, in other embodiment, it is not limited to this aspect. In other embodiments, the control target position loop in the feedback control unit 10 may be a semi-closed system with motor angle theta M.

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3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, a constant offset is applied to the torque τ and the twist angle (θ M −θ L ). Therefore, the parameter identification device 3 according to another embodiment further has a function of obtaining an average of the torque τ and the torsion angle (θ M −θ L ) to remove the offset, and a function of taking the average of the break points positively and negatively. You may have.

また、上述の各実施形態においては、駆動システム9におけるパラメータ同定装置3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3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3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 3 in the drive system 9 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is stored in the computer system. Each step is performed by reading and executing. Here, each process of the parameter identification device 3 described above is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the above-described 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, and the like. Alternatively, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
Moreover, the aspect with which the function of the parameter identification apparatus 3 is comprised over the some apparatus connected with a network may be sufficient.

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。   As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof, as long as they are included in the scope and gist of the invention.

1 制御装置
10 フィードバック制御部
11 フィードフォワード制御部
2 機械系
20 モータ
21 負荷
22 連結部材
3 パラメータ同定装置
30 データ取得部
31 位相面図生成部
32 パラメータ同定部
33 角度指令出力部
9 駆動システム
θREF 目標角度
τ トルク指令(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)
モータ慣性モーメント
モータ粘性係数
τfM モータ摩擦トルク
τfMc モータクーロン摩擦トルク
θ 負荷角度(負荷の角度)
ω 負荷角速度(負荷の角速度)
負荷慣性モーメント
負荷粘性係数
τfL 負荷摩擦トルク
τfLc 負荷クーロン摩擦トルク
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 モデルモータ慣性モーメント
M0 モデルモータ粘性係数
τfM0 モデルモータ摩擦トルク
τfMc0 モデルモータクーロン摩擦トルク
L0 モデル負荷慣性モーメント
L0 モデル負荷粘性係数
τfL0 モデル負荷摩擦トルク
τfLc0 モデル負荷クーロン摩擦トルク
BL モデル不感帯幅
R0 モデルねじれ剛性係数
F 不感帯特性関数
F’ ガタ変位関数
モータ摩擦特性関数
負荷摩擦特性関数
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control apparatus 10 Feedback control part 11 Feedforward control part 2 Mechanical system 20 Motor 21 Load 22 Connecting member 3 Parameter identification apparatus 30 Data acquisition part 31 Phase plane generation part 32 Parameter identification part 33 Angle command output part 9 Drive system (theta) REF Target angle τ Torque command (torque)
θ M motor angle (motor angle)
ω M motor angular velocity (motor angular velocity)
J M motor moment of inertia D M motor viscosity coefficient τ fM motor friction torque τ fMc motor coulomb friction torque θ L load angle (load angle)
ω L Load angular velocity (Load angular velocity)
J L Load moment of inertia D L Load viscosity coefficient τ fL Load friction torque τ fLc Load Coulomb friction torque K R Torsional stiffness coefficient D R Torsional viscosity coefficient BL Dead band MOD Two inertia system model J M0 model motor inertia moment D M0 model motor viscosity Coefficient τ fM0 model motor friction torque τ fMc0 model motor coulomb friction torque J L0 model load inertia moment D L0 model load viscosity coefficient τ fL0 model load friction torque τ fLc0 model load coulomb friction torque BL 0 model dead band width K R0 model torsional stiffness coefficient F deadband characteristic function F 'backlash displacement function G M motor friction characteristic function G L load friction characteristic function

Claims (7)

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と、前記モータの角度及び角速度の実測値と、前記負荷の角度及び角速度の実測値と、を取得するデータ取得部と、
取得された前記トルク指令と、前記モータの角度及び角速度の実測値と、前記負荷の角度及び角速度の実測値と、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、前記モータの慣性、粘性、摩擦、前記負荷の慣性、粘性、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、
前記パラメータ同定部は、
前記負荷の小振幅動作時に取得された前記位相面図と、前記負荷の大振幅動作時に取得された前記位相面図との両方に基づいて、前記モデルパラメータを同定する
パラメータ同定装置。
A parameter identification device for identifying a model parameter of a two-inertia system model imitating a mechanical system in which a motor and a load are coupled by a coupling member,
A data acquisition unit for acquiring a torque command for the motor, measured values of the angle and angular velocity of the motor, and measured values of the angle and angular velocity of the load;
A phase plane generator that generates a plurality of phase planes based on the acquired torque command, measured values of the angle and angular velocity of the motor, and measured values of the angle and angular velocity of the load;
Based on the generated plurality of phase diagrams, model parameters indicating inertia of the motor, viscosity, friction, inertia of the load, viscosity, friction, rigidity of the connecting member, and dead band width of the connecting member are set. A parameter identification unit to identify;
With
The parameter identification unit
A parameter identification device that identifies the model parameter based on both the phase plane acquired during the small amplitude operation of the load and the phase plane acquired during the large amplitude operation of the load.
前記パラメータ同定部は、
前記負荷の小振幅動作時に取得された前記位相面図に基づいて、少なくとも、前記モータの摩擦、前記負荷の摩擦を示すモデルパラメータを同定し、
前記負荷の大振幅動作時に取得された前記位相面図に基づいて、少なくとも、前記モータの慣性、粘性、前記負荷の慣性、粘性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 parameter identification unit
Based on the phase diagram acquired during the small amplitude operation of the load, at least model parameters indicating the friction of the motor and the friction of the load are identified,
The parameter identification device according to claim 1, wherein at least model parameters indicating the inertia and viscosity of the motor, the inertia of the load, and the viscosity are identified based on the phase plane acquired during the large amplitude operation of the load.
前記位相面図生成部は、少なくとも、
前記負荷の角度と前記トルク指令との関係を示す位相面図と、
前記モータ又は前記負荷の角速度と前記トルク指令との関係を示す位相面図と、
前記負荷の角度と前記連結部材のねじれ角度との関係を示す位相面図と、
前記モータ又は前記負荷の角速度と前記連結部材のねじれ角度との関係を示す位相面図と、
を生成する請求項1又は請求項2に記載のパラメータ同定装置。
The phase plane generator is at least
A phase diagram showing the relationship between the angle of the load and the torque command;
A phase plane showing the relationship between the angular velocity of the motor or the load and the torque command;
A phase diagram showing the relationship between the load angle and the twist angle of the connecting member;
A phase plane showing a relationship between an angular velocity of the motor or the load and a twist angle of the connecting member;
The parameter identification device according to claim 1 or 2, wherein:
前記位相面図生成部は、更に、
前記トルク指令と前記連結部材のねじれ角度との関係を示す位相面図を生成する
請求項3に記載のパラメータ同定装置。
The phase plane generator further includes:
The parameter identification device according to claim 3, wherein a phase plane diagram showing a relationship between the torque command and a twist angle of the connecting member is generated.
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と、
前記機械系と、
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、前記トルク指令を算出するフィードフォワード制御部と、
を備える駆動システム。
The parameter identification device according to any one of claims 1 to 4,
The mechanical system;
A feedback control unit that calculates the torque command based on a deviation of a current angle with respect to a target angle of the load;
A feedforward control unit that calculates the torque command based on the model parameter identified by the parameter identification device;
A drive system comprising:
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方法であって、
前記モータに対するトルク指令と、前記モータの角度及び角速度の実測値と、前記負荷の角度及び角速度の実測値と、を取得するデータ取得ステップと、
取得された前記トルク指令と、前記モータの角度及び角速度の実測値と、前記負荷の角度及び角速度の実測値と、に基づいて複数の位相面図を生成する位相面図生成ステップと、
生成された複数の前記位相面図に基づいて、前記モータの慣性、粘性、摩擦、前記負荷の慣性、粘性、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ステップと、
を有し、
前記パラメータ同定ステップは、
前記負荷の小振幅動作時に取得された前記位相面図と、前記負荷の大振幅動作時に取得された前記位相面図との両方に基づいて、前記モデルパラメータを同定するステップを含む
パラメータ同定方法。
A method for identifying model parameters 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 step for acquiring a torque command for the motor, an actual measurement value of the motor angle and angular velocity, and an actual measurement value of the load angle and angular velocity;
A phase plane diagram generating step for generating a plurality of phase plane diagrams based on the acquired torque command, measured values of the motor angle and angular velocity, and measured values of the load angle and angular velocity;
Based on the generated plurality of phase diagrams, model parameters indicating inertia of the motor, viscosity, friction, inertia of the load, viscosity, friction, rigidity of the connecting member, and dead band width of the connecting member are set. A parameter identification step to identify;
Have
The parameter identification step includes:
A parameter identification method comprising the step of identifying the model parameter based on both the phase plane acquired during the small amplitude operation of the load and the phase plane acquired during the large amplitude operation of the load.
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と、前記モータの角度及び角速度の実測値と、前記負荷の角度及び角速度の実測値と、を取得するデータ取得部、
取得された前記トルク指令と、前記モータの角度及び角速度の実測値と、前記負荷の角度及び角速度の実測値と、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、前記モータの慣性、粘性、摩擦、前記負荷の慣性、粘性、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
前記パラメータ同定部は、
前記負荷の小振幅動作時に取得された前記位相面図と、前記負荷の大振幅動作時に取得された前記位相面図との両方に基づいて、前記モデルパラメータを同定する
プログラム。
A computer of a parameter identification device for identifying a model parameter of a two-inertia system model imitating a mechanical system in which a motor and a load are coupled by a coupling member;
A data acquisition unit for acquiring a torque command for the motor, an actual value of the angle and angular velocity of the motor, and an actual value of the angle and angular velocity of the load;
A phase plane generator that generates a plurality of phase planes based on the acquired torque command, measured values of the angle and angular velocity of the motor, and measured values of the angle and angular velocity of the load;
Based on the generated plurality of phase diagrams, model parameters indicating inertia of the motor, viscosity, friction, inertia of the load, viscosity, friction, rigidity of the connecting member, and dead band width of the connecting member are set. A parameter identification unit to identify,
The parameter identification unit
A program for identifying the model parameter based on both the phase plane acquired during the small amplitude operation of the load and the phase plane acquired during the large amplitude operation of the load.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020097770A1 (en) * 2018-11-12 2020-05-22 深圳配天智能技术研究院有限公司 Method for recognizing mechanical parameter of servo system, servo control system, and storage device
WO2021029366A1 (en) * 2019-08-09 2021-02-18 三木プーリ株式会社 Shaft coupling characterization device and characterization method
JP2021028628A (en) * 2019-08-09 2021-02-25 国立大学法人神戸大学 Evaluation device and evaluation method for shaft joint characteristic

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07152429A (en) * 1993-11-29 1995-06-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Parameter identifying device
JPH11321792A (en) * 1998-05-13 1999-11-24 Kawasaki Heavy Ind Ltd Shimmy damper device for aircraft nose landing gear
JP2007060767A (en) * 2005-08-23 2007-03-08 Yaskawa Electric Corp Motor controller equipped with machinical constant identifier
JP2013055751A (en) * 2011-09-01 2013-03-21 Yaskawa Electric Corp Motor controller
JP2015018496A (en) * 2013-07-12 2015-01-29 三菱重工業株式会社 Friction compensation device, friction compensation method and servo control device
JP2016157316A (en) * 2015-02-25 2016-09-01 三菱重工業株式会社 System identification device and method thereof

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07152429A (en) * 1993-11-29 1995-06-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Parameter identifying device
JPH11321792A (en) * 1998-05-13 1999-11-24 Kawasaki Heavy Ind Ltd Shimmy damper device for aircraft nose landing gear
JP2007060767A (en) * 2005-08-23 2007-03-08 Yaskawa Electric Corp Motor controller equipped with machinical constant identifier
JP2013055751A (en) * 2011-09-01 2013-03-21 Yaskawa Electric Corp Motor controller
JP2015018496A (en) * 2013-07-12 2015-01-29 三菱重工業株式会社 Friction compensation device, friction compensation method and servo control device
JP2016157316A (en) * 2015-02-25 2016-09-01 三菱重工業株式会社 System identification device and method thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
加藤善樹,他2名: "位相面からの図形情報に着目した機械特性の可視化とパラメータ推定", 三菱重工技報, vol. 53, no. 4, JPN6020029817, 2016, pages 115 - 122, ISSN: 0004324826 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020097770A1 (en) * 2018-11-12 2020-05-22 深圳配天智能技术研究院有限公司 Method for recognizing mechanical parameter of servo system, servo control system, and storage device
WO2021029366A1 (en) * 2019-08-09 2021-02-18 三木プーリ株式会社 Shaft coupling characterization device and characterization method
JP2021028628A (en) * 2019-08-09 2021-02-25 国立大学法人神戸大学 Evaluation device and evaluation method for shaft joint characteristic
JP7016115B2 (en) 2019-08-09 2022-02-04 国立大学法人神戸大学 Shaft joint characteristic evaluation device and characteristic evaluation method
CN114207402A (en) * 2019-08-09 2022-03-18 三木普利(日本)有限公司 Coupling characteristic evaluation device and characteristic evaluation method
TWI774037B (en) * 2019-08-09 2022-08-11 國立大學法人神戶大學 Characteristic evaluation device and characteristic evaluation method of shaft coupling
US12021466B2 (en) 2019-08-09 2024-06-25 Miki Pulley Co., Ltd. Characteristic evaluation device and characteristic evaluation method of shaft coupling

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