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KR20030088491A - 모터 제어장치 및 메커니즘 특성 측정방법 - Google Patents

모터 제어장치 및 메커니즘 특성 측정방법 Download PDF

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KR20030088491A
KR20030088491A KR10-2003-7013025A KR20037013025A KR20030088491A KR 20030088491 A KR20030088491 A KR 20030088491A KR 20037013025 A KR20037013025 A KR 20037013025A KR 20030088491 A KR20030088491 A KR 20030088491A
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KR
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motor
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torque
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KR10-2003-7013025A
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츠루타가즈히로
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가부시키가이샤 야스카와덴키
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Publication date
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Abstract

본 발명의 목적은, 위치 이동 또는 토크 포화를 발생시키지 않고 메커니즘의 주파수 응답을 측정하고, 또한 주파수 특성의 측정과 동시에 이너셔의 동정을 측정하는 것을 가능하게 하는 모터 제어장치 및 메커니즘 특성 측정방법을 제공하는 것이다. 검출기(20)는 모터의 위치를 검출하고, 차분기(26)는 모터의 위치로부터 모터의 속도를 연산한다. 명령 발생부(11)는 위치 명령을 현재 위치로 고정시킨다. 위치 제어부(12)는 위치 명령이 모터의 위치와 일치하도록 속도 명령을 생성한다. 속도 제어부(13)는 속도 명령이 모터의 속도와 일치하도록 하는 토크 명령을 생성한다. 가산기(16)는 토크 필터부(14)로부터의 토크 명령 출력에 랜덤 신호 발생부(15)에 의해 생성된 고속 스윕 파형을 토크 외란으로서 가산함으로써, 새로운 토크 명령을 출력한다. 전류 제어부(17)는 토크 명령을 전류 명령으로 변환함으로써 모터(18)를 구동한다. 주파수 응답 측정부(21)는 가산기(16)로부터의 토크 명령 출력 및 차분기(26)에 의해 연산된 모터 속도를 입력 받아서 주파수 응답을 측정한다.

Description

모터 제어장치 및 메커니즘 특성 측정방법{MOTOR CONTROLLER AND METHOD FOR MEASURING CHARACTERISTICS OF MECHANISM}
모터, 로봇, 공작기계 등을 모터 제어장치에 의해 제어하는 경우에, 샤시부는 모터에 접속된다. 따라서, 모터에 접속된 샤시부의 주파수 특성 및 샤시부의 이너셔를 포함하는 메커니즘 특성의 측정이 필요하다.
샤시부의 주파수 특성을 측정하는 방법으로는, 토크 명령으로서 고속 스윕(sweep) 파형을 입력하여, 이 토크 명령을 입력으로 하고 모터 속도를 출력으로 하는 주파수 응답을 측정하는 방법(제1 종래방법); 및 속도 명령으로서 고속 스윕 파형을 입력하여, 이 속도 명령을 입력으로 하고 모터 속도를 출력으로 하는 주파수 응답을 측정하는 방법(제2 종래방법) 등이 있다.
우선, 제1 종래방법을 이용하여 샤시부의 주파수 특성을 측정하는 모터 제어장치의 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.
종래의 모터 제어장치는, 랜덤 신호 발생부(15), 전류 제어부(17), 검출기(20), 차분기(differentiator; 26), 및 주파수 응답 측정부(27)로 구성된다. 모터 제어장치는 샤시부(19)에 접속된 모터(18)의 주파수 특성을 측정한다.
랜덤 신호 발생부(15)는 고속 스윕 파형을 생성하여 출력한다. 전류 제어부(17)는 랜덤 신호 발생부(15)로부터의 고속 스윕 파형을 토크 명령으로서 입력 받아, 토크 명령을 전류 명령으로 변환하고, 모터(18)에 공급되는 전류가 변환된 전류 명령과 일치하도록 전류를 제어함으로써 모터(18)를 구동한다. 검출기(20)는 모터(18)의 회전축에 접속되는 등에 의해 회전축의 회전위치를 검출한다. 차분기(26)는 검출기(20)의 출력신호로부터 모터 속도를 연산한다. 주파수 응답 측정부(27)는 랜덤 신호 발생부(15)로부터의 토크 명령 출력과 차분기(26)에 의해 연산된 모터 속도를 입력 받아서 주파수 응답을 측정한다.
다음으로, 제2 종래방법을 이용하여 샤시부의 주파수 특성을 측정하는 모터 제어장치의 구성을 도 2를 참조하여 설명한다.
종래의 모터 제어장치는, 랜덤 신호 발생부(15), 속도 제어부(13), 토크 필터부(14), 전류 제어부(17), 검출기(20), 차분기(26), 및 주파수 응답 측정부(27)로 구성된다. 모터 제어장치는 도 1에 나타난 모터 제어장치의 경우와 마찬가지로 샤시부(19)에 접속된 모터(18)의 주파수 특성을 측정한다. 도 2에서, 도 1에 나타난 것과 동일한 구성요소는 동일 참조부호를 이용하고 이에 대한 설명은 생략한다.
속도 제어부(13)는 랜덤 신호 발생부(15)의 출력을 속도 명령으로서 입력 받아서, 차분기(26)에 의해 연산된 모터 속도와 속도 명령이 일치하도록 토크 명령을생성함으로써 속도 제어 처리를 수행한다. 토크 필터부(14)는 속도 제어부(13)의 토크 명령을 입력 받아, 저역통과필터 등에 의해 필터링 처리를 수행한다.
제2 종래방법에 의한 전류 제어부(17)는 토크 필터부(14)로부터의 토크 명령 출력을 입력 받아, 토크 명령을 전류 명령으로 변환하고, 모터(18)에 공급되는 전류가 전류 명령과 일치하도록 전류 제어 처리를 수행함으로써 모터(18)를 구동한다.
제2 종래방법에 의한 주파수 응답 측정부(27) 또한 도 1에 나타난 종래의 모터 제어장치의 경우와 마찬가지로, 랜덤 신호 발생부(15)로부터의 속도 명령 출력과 차분기(26)에 의해 연산된 모터 속도를 입력 받아서 주파수 응답을 측정한다.
상술한 제1 및 제2 종래방법에 따라, 모터(18)에 접속된 샤시부(19)의 주파수 특성을 측정할 수 있다.
그러나, 제1 종래방법에서는 위치 루프 및 속도 루프가 구성되어 있지 않다. 따라서, 측정이 중력에 의한 랜덤한 힘이나 메커니즘의 마찰 특성에 의한 외란에 영향을 받을 수 있다. 이러한 이유로, 경우에 따라 주파수 특성의 측정 전후에 모터의 위치에 있어서 이동(displacement)이 발생한다. 이 방법은, 주파수 응답을 측정한 후에 초기 위치로 모터의 위치를 복귀시키는 처리, 또는 모터의 위치가 소정량 이상으로 이동했을 경우에는 주파수 특성의 측정을 중지하는 보호수단을 필요로 한다. 또한, 위치 이동량이 더 커지는 경우에는, 모터가 메커니즘의 가동범위를 벗어나 버리는 문제도 발생한다.
제2 종래방법에서는, 스피드 루프가 형성되기 때문에 위치 이동의 발생이 본질적으로 방지된다. 그러나, 속도 명령으로서 입력되는 고속 스윕 파형과 일치하도록 토크 명령이 결정되기 때문에, 속도 명령의 주파수가 높아짐에 따라 토크 명령이 커지게 된다. 따라서, 토크 포화가 발생한다. 이 경우에, 주파수 응답의 측정이 불가능해지고, 모터나 메커니즘이 파괴될 위험도 있다. 속도 루프 이득을 감소시키는 등으로 측정을 행하면, 이러한 문제점의 발생을 회피할 수 있다. 그러나, 속도 루프 이득을 작게 하면, 속도 루프의 응답이 느려지기 때문에 메커니즘의 주파수 특성을 정확하게 측정할 수 없는 문제가 발생한다. 또한, 고속 스윕 파형을 속도 명령으로 이용하기 때문에 속도 루프의 특성이 주파수 응답에 영향을 주게 되어, 정확한 주파수 특성을 얻을 수 없는 문제가 발생한다.
이너셔를 동정(同定; identification)하는 방법으로는, 주파수 특성을 측정하는 데 이용되는 장치와는 다른 장치를 이용하여 이너셔를 동정하는 방법이 지금까지는 이용되어 왔다.
예를 들어 일본 특개소 제61-88780호는, 토크 명령을 변화시켜 회전 속도를 변화시킴으로써 토크 명령의 적분량과 회전 속도의 변화폭을 연산하여, (이너셔) = (토크 명령의 적분량) / (회전 속도 변화폭) 의 연산을 통해 이너셔를 동정하는 장치를 개시하고 있다. 일본 특개평 제6-70566호는, 램프부를 갖는 속도 명령을 입력하여 속도 루프를 P 제어(비례제어)함으로써, 부하 이너셔가 없는 상태에서의 정상 속도 편차와 부하 이너셔가 있는 상태에서의 정상 속도 편차의 비로부터 부하 이너셔를 동정하는 장치를 개시하고 있다.
이러한 방법에 의해 동정된 이너셔를 이용하여 모터의 이너셔를 보정하는 이너셔 보상이 수행된다. 구체적으로는, 이너셔 보상은 미리 속도 명령의 출력에 모터 이너셔의 역수를 곱하여 수행된다.
본 발명은 모터, 로봇 또는 공작기계를 제어하는 모터 제어장치에 관한 것으로서 특히, 모터에 접속된 메커니즘의 주파수 특성 및 샤시부(chassis section)의 이너셔를 포함하는 메커니즘 특성을 측정하는 메커니즘 특성 측정방법에 관한 것이다.
도 1은 제1 종래 방법을 적용한 모터 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 제2 종래 방법을 적용한 모터 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 메커니즘 특성 측정방법을 실시하기 위한 모터 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 시뮬레이션에 의한 주파수 응답의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 제어장치 모델의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 6은 주파수 응답의 측정 결과를 이용한 이너셔 동정 방법을 설명하는 도면이다.
본 발명의 목적은, 위치 이동 또는 토크 포화를 발생시키지 않고, 메커니즘의 주파수 응답을 정확하게 측정할 수 있는 모터 제어장치 및 메커니즘 특성 측정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 주파수 특성의 측정과 이너셔의 동정을 동시에 할 수 있는 메커니즘 특성 측정방법을 제공하는 것이다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 모터 제어장치는,
모터의 위치를 검출하는 검출기;
상기 검출기에 의해 검출된 모터의 위치로부터 모터의 속도를 연산하는 차분기;
위치 명령을 출력하고, 메커니즘의 특성을 측정하는 경우에는 위치 명령을 현재 위치로 고정시키는 출력을 생성하는 명령 발생부;
상기 명령 발생부로부터 위치 명령 출력을 입력받아서, 이 위치 명령과 상기 모터의 위치가 일치하도록 속도 명령을 생성하는 것에 의해 위치 제어를 수행하는 위치 제어부;
상기 속도 명령과 상기 모터 속도가 일치하도록 하는 토크 명령을 생성하는 것에 의해 속도 제어를 수행하는 속도 제어부;
상기 토크 명령을 필터링하는 토크 필터부;
토크 외란을 생성하여 출력하는 랜덤 신호 발생부;
상기 토크 필터부로부터의 토크 명령 출력에 상기 랜덤 신호 발생부에 의해 생성된 토크 외란을 가산하여, 얻어진 신호를 새로운 토크 명령으로 출력하는 가산기;
상기 가산기의 토크 명령 출력을 입력 받아, 이 토크 명령을 전류 명령으로 변환시키고, 모터에 공급하는 전류가 이 전류 명령과 일치하도록 전류제어를 수행하여, 상기 모터를 구동하는 전류 제어부; 및
상기 가산기로부터의 토크 명령 출력과 상기 차분기에 의해 연산된 모터 속도를 입력 받아서, 주파수 응답을 측정하는 주파수 응답 측정부를 포함한다.
본 발명은, 위치 루프와 속도 루프를 구성한 상태에서, 토크 명령에 토크 외란을 가산하고, 토크 외란이 가산된 토크 명령과 모터 속도 사이에서의 주파수 응답을 측정함으로써, 위치 이동 및 토크 포화를 발생시키지 않고 주파수 응답을 측정하는 것을 가능하게 함과 동시에, 위치 루프 및 속도 루프의 영향을 받지 않고 주파수 응답을 정확하게 측정하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 모터 제어장치에 있어서, 고속 스윕 파형 또는 최장부호계열(maximum length code) 신호로 토크 외란을 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 메커니즘 특성 측정방법은 모터 제어장치에서의 메커니즘 특성을 측정하는 메커니즘 특성 측정방법으로서, 상기 제어장치는, 모터의 위치를 검출하는 검출기, 상기 검출기에 의해 검출된 모터의 위치로부터 모터의 속도를 연산하는 차분기, 위치 명령을 출력하는 명령 발생부, 상기 명령 발생부로부터 위치명령 출력을 입력받아서 이 위치 명령과 상기 모터의 위치가 일치하도록 속도 명령을 생성하는 것에 의해 위치 제어를 수행하는 위치 제어부, 상기 속도 명령과 상기 모터 속도가 일치하도록 하는 토크 명령을 생성하는 것에 의해 속도 제어를 수행하는 속도 제어부, 상기 토크 명령을 필터링하는 토크 필터부, 및 상기 토크 필터부로부터 토크 명령 출력을 입력받아 이 토크 명령을 전류 명령으로 변환시키고 모터에 공급하는 전류가 이 전류 명령과 일치하도록 전류제어를 수행하여 상기 모터를 구동하는 전류 제어부를 포함하고,
상기 방법은,
상기 명령 발생부로부터의 위치 명령 출력을 현재 위치로 고정시키는 단계;
상기 토크 필터부로부터의 토크 명령에 토크 외란을 가산하여 형성된 신호를 새로운 토크 명령으로서 취하는 단계; 및
상기 토크 외란이 가산된 토크 명령과 상기 차분기에 의해 연산된 모터 속도를 입력 받아서 주파수 특성을 측정하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 위치 루프와 속도 루프를 구성한 상태에서, 토크 명령에 토크 외란을 가산하고, 토크 외란이 가산된 토크 명령과 모터 속도 사이에서의 주파수 응답을 측정함으로써, 위치 이동 및 토크 포화를 발생시키지 않고 주파수 응답을 측정하는 것을 가능하게 함과 동시에, 위치 루프 및 속도 루프의 영향을 받지 않고 주파수 응답을 정확하게 측정하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 메커니즘 특성 측정방법은, 모터 개체의 주파수 특성을 미리 결정하는 단계; 및
상기 모터 개체의 주파수 특성과 상기 측정된 주파수 특성을 비교하여 샤시부의 이너셔를 포함한 이너셔 합계를 연산하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 메커니즘 특성 측정방법에 따르면, 위치 명령을 현재위치로 고정시킴으로써 이너셔를 동정한다. 따라서, 모터의 위치를 변화시키지 않고 이너셔를 동정할 수 있다. 또한, 얻어진 주파수 특성으로부터 이너셔를 용이하게 동정할 수 있고, 따라서 이너셔를 동정하기 위해 이용할 독립된 장치가 필요 없게 된다.
본 발명의 다른 메커니즘 특성 측정방법에 따르면, 이너셔 합계를 연산하는 단계는,
상기 모터 개체의 주파수 특성에서 다수의 주파수에서의 이득과 상기 측정된 주파수 특성에서 다수의 주파수에서의 이득을 비교하여, 각 주파수에서의 이득 사이의 차이를 연산하는 단계;
상기 각 주파수에서의 이득 사이의 평균 차이를 연산하는 단계; 및
상기 연산된 평균값에 기초하여, 샤시부의 이너셔를 포함하는 이너셔 합계가 모터 개체의 이너셔의 몇 배인가를 특정함으로써, 상기 이너셔 합계를 연산하는 단계를 포함한다.
상기 모터 개체의 주파수 특성은, 상기 모터 제어장치를 시뮬레이션하여 결정된 제어장치 모델을 이용하여 측정하거나, 상기 모터 제어장치에서 모터로부터 샤시부를 제거한 상태로 측정할 수 있다.
도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 메커니즘 특성 측정방법이 적용된 모터 제어장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 모터 제어장치는 명령 발생부(11); 위치 제어부(12); 속도 제어부(13); 토크 필터부(14); 랜덤 신호 발생부(15); 가산기(16); 및 전류 제어부(17)를 구비하고, 샤시부(19)에 접속된 모터(18)의 주파수 특성을 측정한다. 도 3에서, 도 1 및 2에 나타난 구성요소와 동일한 구성요소는 동일한 참조부호가 지정되고 이에 대한 설명은 생략한다.
명령 발생부(11)는 위치 명령을 출력한다. 메커니즘의 특성을 측정하는 경우에는, 명령 발생부가 위치 명령을 현재 위치로 고정하는 출력을 생성한다. 위치제어부(12)는, 명령 발생부(11)로부터의 위치 명령 출력과 검출기(20)에 의해 검출된 모터(18)의 위치를 입력 받아 두 위치가 서로 일치하도록 속도 명령을 발생함으로써 위치 제어를 수행한다.
속도 제어부(13)는, 위치 제어부(12)로부터의 속도 명령 출력과 차분기(26)에 의해 연산된 모터(18)의 속도를 입력 받아, 위치 제어부(12)로부터의 속도 명령 출력과 차분기(26)에 의해 연산된 모터(18)의 속도가 일치하도록 하는 토크 명령을 발생시켜 모터(18)의 속도를 제어한다. 가산기(16)는, 토크 필터부(14)로부터의 토크 명령 출력에 랜덤 신호 발생부(15)에 의해 발생된 고속 스윕 파형을 토크 외란으로서 가산함으로써, 결과적으로 얻은 신호를 새로운 토크 명령으로서 출력한다.
본 실시예의 전류 제어부(17)는 가산기(16)의 토크 명령 출력을 전류 명령으로 변환하여, 검출된 모터 전류와 전류 명령이 일치하도록 전류를 제어함으로써, 모터(18)에 전류를 공급한다. 주파수 응답 측정부(21)는 가산기(16)의 토크 명령 출력과 차분기(26)에 의해 연산된 모터 속도를 입력 받아서 주파수 응답을 측정한다.
다음으로, 도 4는 본 실시예의 메커니즘 특성 측정방법, 제1 종래방법, 및 제2 종래방법에 의해 수행된 주파수 응답의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 4는 이득 선도와 위상도로 이루어진 보드 선도에 의해 주파수 특성을 나타낸다. 도 4에서, ①은 본 실시예에 따른 메커니즘 특성 방법에 의해 얻은 주파수 특성의 그래프를 나타내고, ②는 제1 종래방법에 의해 얻은 주파수 특성의 그래프를 나타내며,③은 제2 종래방법에 의해 얻은 주파수 특성의 그래프를 나타낸다. 도 4에서, ① 및 ②에 나타난 그래프는 실질적으로 서로 일치하고 겹쳐진다. 어느 방법에 의해서도, 반공진(反共振)주파수와 공진주파수는 미리 설정한 메커니즘 특성과 일치한다.
본 실시예의 메커니즘 특성 측정방법에 따르면, 주파수 응답은 위치 루프를 구성함으로써 측정된다. 따라서, 위치 이동이 발생하지 않는다. 주파수 응답의 측정 후에 즉시 다른 구동조건에서 동작을 수행할 수 있다. 고속 스윕 파형을 토크 외란으로서 입력하기 때문에, 고속 스윕 파형의 크기와 본질적으로 동일한 토크 명령이 연산되고, 따라서 토크 포화는 발생하지 않는다. 이러한 이유로, 본 실시예의 메커니즘 특성 측정 방법에 따라, 위치 이동 및 토크 포화를 발생시키지 않고 주파수 특성을 측정할 수 있다.
본 실시예에서 속도 루프가 구성되지만, 고속 스윕 파형은 속도 명령이 아닌 토크 외란으로서 입력되고, 속도 루프의 토크 명령 출력에 토크 외란을 가산하여 결정된 새로운 토크 명령과 모터의 속도를 이용하여 주파수 특성을 측정한다. 따라서, 속도 루프의 특성은 주파수 응답에 영향을 주지 않고, 정확한 주파수 특성을 얻을 수 있다.
다음으로, 본 실시예의 메커니즘 특성 측정방법에 의해서 샤시부(19)의 이너셔를 포함하는 모터(18)의 이너셔를 동정하는 이너셔 동정 방법에 대해서 설명한다.
본 실시예의 메커니즘 특성 측정방법에 따르면, 우선 제어장치 모델을 이용하여 모터 개체의 주파수 특성을 결정한다. 모터 개체의 주파수 특성과 모터 제어장치에 의해 실제로 측정된 주파수 특성을 비교하여 이너셔를 동정한다.
이 때, 제어장치 모델은 실제 모터 제어장치를 시뮬레이션한 것이다. 제어장치 모델에서 샤시부는 강체인 것으로 취급된다. 도 5를 참조하여 제어장치 모델의 구성을 설명한다.
제어장치 모델은, 모델 위치 제어부(51), 모델 속도 제어부(52), 모델 토크 필터부(53), 랜덤 신호 발생부(54), 가산기(55), 모델 전류 제어부(56), 모터 개체로 표시된 모터 모델(57), 차분기(58), 및 모델 주파수 응답 측정부(59)로 구성된다.
모델 위치 제어부(51)는, 모터 모델(57)의 출력 위치를 제로 위치로 리셋하는 속도 명령을 생성하여 출력함으로써 위치 제어 동작을 수행한다. 모델 속도 제어부(52)는, 모델 위치 제어부(51)의 속도 명령 출력이 차분기(58)의 속도 신호 출력과 일치하도록 토크 명령을 생성하여 출력함으로써 속도 제어 동작을 수행한다. 모델 토크 필터부(53)는, 모델 속도 제어부(52)의 토크 명령 출력을 입력받아 필터링 처리를 수행한다. 랜덤 신호 발생부(54)는 고속 스윕 파형을 생성하여 출력한다.
가산기(55)는, 랜덤 신호 발생부(54)의 고속 스윕 파형을 모델 토크 필터부(53)의 토크 명령 출력에 가산함으로써 새로운 토크 명령을 출력한다. 모델 전류 제어부(56)는, 가산기(55)의 토크 명령 출력을 전류 명령으로 변환하여, 검출된 모터 전류가 전류 명령과 일치하도록 하는 전류 제어를 수행함으로써 모터모델(57)을 구동한다. 모델 주파수 응답 측정부(59)는 가산기(55)의 토크 명령 출력과 모터 속도를 입력받아서 주파수 응답을 측정한다.
제어장치 모델을 이용하여, 모터 개체의 주파수 특성, 모터 모델(57)의 이너셔가 모터 개체 이너셔의 2배, 4배, 및 8배인 경우의 주파수 특성을 시뮬레이션을 통해 결정한다. 시뮬레이션 결과는 도 6에 나타난다.
도 6에서, ①은 모터 개체의 경우에 얻은 보드선도이다. 도 6에 나타난 ②는, 2-이너셔 시스템 형태의 모터와 샤시부로서 모터와 샤시부의 이너셔 합계가 모터 개체 이너셔의 2배인 경우를 나타내는 보드선도이다. 도 6에 나타난 ③은 이너셔 합계가 모터 개체 이너셔의 4배인 경우를 나타내는 보드선도이고, 도 6에 나타난 ④는 이너셔의 합계가 모터 개체 이너셔의 8배인 경우를 나타내는 보드선도이다.
도 6을 참조하면, 이득 선도의 저주파 영역에서의 이득은, 이너셔의 합계가 2배가 되면 그 결과로서 모터 개체의 경우의 이득과 비교하여 6dB 감소한다는 것을 알 수 있다. 이너셔의 합계가 4배가 되는 경우에는, 이득이 12dB 감소한다는 것을 알 수 있다. 이너셔의 합계가 8배가 되는 경우에는, 이득이 18dB 감소한다는 것을 알 수 있다. 이상의 결과로부터, 모터 개체의 주파수 특성과, 모터에 샤시부가 접속된 경우의 주파수 특성을 비교함으로써, 모터의 이너셔와 샤시부의 이너셔로 구성된 이너서 합계를 용이하게 동정할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이득 감소와 이너셔의 관계는, 이득 감소량 = 20 log10(이너서 합계/모터 개체의 이너셔) (dB) 로연산해야 한다.
구체적으로는, 다음의 방법에 의해 모터의 이너셔와 샤시부의 이너셔로 구성되는 이너셔 합계의 동정을 행한다.
제어장치 모델에 의해 얻은 모터 개체의 주파수 특성에 있어서 다수의 주파수에서의 이득과, 측정된 실제 제어장치의 주파수 특성에 있어서 다수의 주파수에서의 이득을 비교하여, 각 주파수에서의 이득 사이의 차이를 산출한다. 각 주파수에서의 이득 사이의 차이에 대한 평균을 결정한다. 평균 차이가 -6dB라면, 이너셔의 합계는 모터 개체의 이너셔의 2배인 것으로 결정된다. 평균 차이가 -12dB라면, 이너셔의 합계는 모터 개체의 이너셔의 4배인 것으로 결정된다. 상세하게는, 산출된 평균값에 기초하여, 샤시부의 이너셔를 포함하는 이너셔 합계가 모터 개체의 이너셔의 몇 배인가를 특정함으로써, 이너셔 합계를 산출한다.
이너셔의 동정을 위한 표준으로서 채택되는 모터 개체의 주파수 특성은, 모델 제어장치를 이용하지 않고, 실제 모터 제어장치로부터 샤시부를 제거하여 모터만 남겨진 상태에서 측정할 수 있다.
이득을 서로 비교하는 저주파 영역은 공진 주파수 및 반공진 주파수보다 낮은 것이 좋다. 구체적으로는, 예를 들어 50 Hz 이하의 주파수 대역을 사용할 수 있다.
본 실시예에 따라 이너셔를 동정하는 방법에서는, 위치 명령을 현재위치로 고정시킨다. 따라서, 모터의 위치를 변경하지 않고 이너셔를 동정할 수 있다. 또한, 얻어진 주파수 특성으로부터 이너셔를 용이하게 동정할 수 있다. 따라서, 이너셔를 동정하는 독립된 장치가 필요하지 않다.
본 실시형태에서는 토크 외란을 고속 스윕 파형으로부터 생성하는 경우를 참조하여 본 발명을 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이러한 경우로 한정되지 않는다. 토크 외란은 최장부호계열(maximum length code) 신호 등에 의해 생성될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따라, 위치 이동하지 않고 토크 명령이 포화되지 않는 상태에서 주파수 응답을 측정할 수 있다. 따라서, 주파수 응답을 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 주파수 응답을 측정하는 제어 시스템과 동일한 제어장치 모델을 이용하여, 모델 주파수 응답과 실제 주파수 응답을 비교함으로써 이너셔를 동정할 수 있다.

Claims (12)

  1. 모터의 위치를 검출하는 검출기;
    상기 검출기에 의해 검출된 모터의 위치로부터 모터의 속도를 연산하는 차분기;
    위치 명령을 출력하고, 메커니즘의 특성을 측정하는 경우에는 위치 명령을 현재 위치로 고정시키는 출력을 생성하는 명령 발생부;
    상기 명령 발생부로부터 위치 명령 출력을 입력받아서, 이 위치 명령과 상기 모터의 위치가 일치하도록 속도 명령을 생성하는 것에 의해 위치 제어를 수행하는 위치 제어부;
    상기 속도 명령과 상기 모터 속도가 일치하도록 하는 토크 명령을 생성하는 것에 의해 속도 제어를 수행하는 속도 제어부;
    상기 토크 명령을 필터링하는 토크 필터부;
    토크 외란을 생성하여 출력하는 랜덤 신호 발생부;
    상기 토크 필터부로부터의 토크 명령 출력에 상기 랜덤 신호 발생부에 의해 생성된 토크 외란을 가산하여, 얻어진 신호를 새로운 토크 명령으로 출력하는 가산기;
    상기 가산기의 토크 명령 출력을 입력 받아, 이 토크 명령을 전류 명령으로 변환시키고, 모터에 공급하는 전류가 이 전류 명령과 일치하도록 전류제어를 수행하여, 상기 모터를 구동하는 전류 제어부; 및
    상기 가산기로부터의 토크 명령 출력과 상기 차분기에 의해 연산된 모터 속도를 입력 받아서, 주파수 응답을 측정하는 주파수 응답 측정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 토크 외란은 고속 스윕 파형인 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토크 외란은 최장부호계열 신호인 것을 특징으로 하는 모터 제어장치.
  4. 모터 제어장치에서의 메커니즘 특성을 측정하는 메커니즘 특성 측정방법에 있어서,
    상기 제어장치는, 모터의 위치를 검출하는 검출기, 상기 검출기에 의해 검출된 모터의 위치로부터 모터의 속도를 연산하는 차분기, 위치 명령을 출력하는 명령 발생부, 상기 명령 발생부로부터 위치 명령 출력을 입력받아서 이 위치 명령과 상기 모터의 위치가 일치하도록 속도 명령을 생성하는 것에 의해 위치 제어를 수행하는 위치 제어부, 상기 속도 명령과 상기 모터 속도가 일치하도록 하는 토크 명령을 생성하는 것에 의해 속도 제어를 수행하는 속도 제어부, 상기 토크 명령을 필터링하는 토크 필터부, 및 상기 토크 필터부로부터 토크 명령 출력을 입력받아 이 토크 명령을 전류 명령으로 변환시키고 모터에 공급하는 전류가 이 전류 명령과 일치하도록 전류제어를 수행하여 상기 모터를 구동하는 전류 제어부를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 명령 발생부로부터의 위치 명령 출력을 현재 위치로 고정시키는 단계;
    상기 토크 필터부로부터의 토크 명령에 토크 외란을 가산하여 형성된 신호를 새로운 토크 명령으로서 취하는 단계; 및
    상기 토크 외란이 가산된 토크 명령과 상기 차분기에 의해 연산된 모터 속도를 입력 받아서 주파수 특성을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메커니즘 특성 측정방법.
  5. 제4항에 있어서,
    모터 개체의 주파수 특성을 미리 결정하는 단계; 및
    상기 모터 개체의 주파수 특성과 상기 측정된 주파수 특성을 비교하여 샤시부의 이너셔를 포함한 이너셔 합계를 연산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메커니즘 특성 측정방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이너셔 합계를 연산하는 단계는,
    상기 모터 개체의 주파수 특성에 있어서 다수의 주파수에서의 이득과 상기 측정된 주파수 특성에 있어서 다수의 주파수에서의 이득을 비교하여, 각 주파수에서의 이득 사이의 차이를 연산하는 단계;
    상기 각 주파수에서의 이득 사이의 평균 차이를 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 평균값에 기초하여, 샤시부의 이너셔를 포함하는 이너셔 합계가 모터 개체의 이너셔의 몇 배인가를 특정함으로써, 상기 이너셔 합계를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메커니즘 특성 측정방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 모터 개체의 주파수 특성은, 상기 모터 제어장치를 시뮬레이션하여 결정된 제어장치 모델을 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 메커니즘 특성 측정방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 모터 개체의 주파수 특성은, 상기 모터 제어장치를 시뮬레이션하여 결정된 제어장치 모델을 이용하여 측정되는 것을 특징으로 하는 메커니즘 특성 측정방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 모터 개체의 주파수 특성은, 상기 모터 제어장치에서 모터로부터 샤시부를 제거한 상태로 측정되는 것을 특징으로 하는 메커니즘 특성 측정방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 모터 개체의 주파수 특성은, 상기 모터 제어장치에서 모터로부터 샤시부를 제거한 상태로 측정되는 것을 특징으로 하는 메커니즘 특성 측정방법.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 토크 외란은 고속 스윕 파형인 것을 특징으로 하는 메커니즘 특성 측정방법.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 토크 외란은 최장부호계열 신호인 것을 특징으로 하는 메커니즘 특성 측정방법.
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