专利名称：运动控制装置和系统辨识方法
技术领域：
本发明涉及可精度良好地计算控制对象的惯量、粘性摩擦系数及固定干扰的运动控制装置和系统辨识方法。
背景技术：
计算现有马达的惯量的装置，采用如下方法在一定时间内对转矩指令值和模型的转矩指令值进行积分，使它们的比乘以惯量标称值进行计算，此时，用特定的动作，除去粘性摩擦或库仑摩擦、重力等固定干扰以提高精度(例如，参照专利文献1)。
在图9中，3是电动机，4是结合于电动机的机械。在电动机3上附带有检测器5。71是指令发生部，其输出马达的动作速度指令vref。72是速度控制部，其进行比例积分控制以使指令和马达速度一致，并输出转矩指令值Tref。75是输出电流值以按照转矩指令Tref使马达进行动作的电流控制部。73是估计部，其具有马达的模型，进行比例积分控制以使指令和模型的速度一致，并输出模型的转矩指令Tref’。74是辨识部，其在时间[a，b]的区间内对实际的转矩指令Tref和由估计部73输入到模型的转矩指令Tref’进行积分，并使它们的比值乘以惯量的标称值J’求得惯量估计值。在此方法中，干扰完全不存在时理论上惯量估计值与实际的惯量J一致。
但是，在粘性摩擦或库仑摩擦、重力等固定干扰存在时，必须要有使时间[a，b]区间内的转矩指令值Tref的积分值不包含粘性摩擦、库仑摩擦等的影响的限制条件。此外，为了除去重力等固定干扰，还需要特别的办法。
在专利文献1中，作为实现这些条件的方法，使用如图10所示的动作来作为限制条件。
图10的(A)～(F)是取横轴为时间，纵轴为速度的曲线图，无论何种情况下，都是满足以下所示的动作的限制条件的运动。
(用于除去粘性摩擦、库仑摩擦等的动作的限制条件)在区间[a，b]内速度Vfb的积分值为零。这是例如往复动作那样的运动。
(用于除去固定干扰的动作的限制条件)求出根据某个速度指令进行动作时在区间[a1，b1]内得到的惯量J1，及根据进行正负反转的反向指令进行动作时在区间[a2，b2]内得到的惯量J2，求出J1和J2的平均值。
如此，现有的控制常数辨识装置在进行满足以上说明的动作限制条件的动作之上来辨识惯量J。
专利文献1日本国WO 96/37039号公报(第5-8页，图4及图5)发明内容现有的惯量估计装置由于具有以上列举的两个限制条件，例如，在一次定位动作等中存在无法除去粘性摩擦或库仑摩擦、重力等固定干扰的影响，无法推算惯量这样的问题。
此外，当忽略限制条件辨识惯量时，则存在惯量计算误差变大的问题。
本发明是鉴于以上问题而提出的，目的是提供一种马达控制装置及系统辨识方法，其能够不受动作影响，即使存在粘性摩擦或库仑摩擦、重力等固定干扰的影响时，也能够通过简单的计算精度良好地算出控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat；能够通过进行滤波处理减少在其后计算中使用的时间微分运算所产生的干扰的影响；能够仅通过3次除算和5次时间微分运算的简单计算来辨识惯量；能够仅通过1次减算和1次乘算的简单计算且计算量也很少地辨识摩擦常数；能够仅通过2次乘算和1次3变量的减算且计算量也很少地辨识固定干扰；由于与滤波器的分子的次数相比分母的次数大3次以上，因此能够在惯量的辨识运算中进行3次时间微分。
此外，本发明的目的是提供一种马达控制装置及其系统辨识方法，其在即使存在粘性摩擦或库仑摩擦、重力等固定干扰的影响时，也能够通过简单的计算精度良好地算出控制对象的惯量辨识值J_hat和粘性摩擦系数辨识值D_hat；能够通过进行滤波处理减少在其后计算中使用的时间微分运算所产生的干扰的影响；能够仅通过6次时间微分运算、6次乘算、3次减算和2次除算的简单计算来辨识惯量和摩擦常数二者。
本发明方案1所述的运动控制装置的系统辨识方法，其运动控制装置具有指令发生器、根据前述指令发生器输出的指令和从附加于电动机的检测器得到的检测值进行控制并输出用于驱动电动机的电流值的控制器、及辨识控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的辨识器，其处理顺序为对速度检测值Vfb进行时间微分以算出加速度检测值afb，算出对加速度检测值afb进行滤波处理后的信号Fafb，算出对速度检测值Vfb进行滤波处理后的信号Fvfb，算出对转矩指令值Tref进行滤波处理后的信号Ftref，以Ftref、Fvfb和Fafb为基础进行时间微分和四则运算，算出控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat。
本发明方案2所述的运动控制装置的系统辨识方法为如方案1所述的运动控制装置的系统辨识方法，算出惯量辨识值J_hat的处理顺序为对Ftref、Fvfb、Fafb分别进行时间微分以算出Dtref、Dvfb、Dafb，通过使Dtref除以Dvref来算出W1，通过使Dafb除以前述Dvref来算出W2，对W1进行时间微分以算出DW1，对W2进行时间微分以算出DW2，则DW1除以前述DW2得到的值为惯量辨识值J_hat。
本发明方案3所述的运动控制装置的系统辨识方法为如方案2所述的运动控制装置的系统辨识方法，算出前述粘性摩擦系数辨识值D_hat的处理顺序为算出惯量辨识值J_hat后，通过使W2乘以惯量辨识值J_hat来算出W3，则W1减去W3得到的值为粘性摩擦系数辨识值D_hat。
本发明方案4所述的运动控制装置的系统辨识方法为如方案3所述的运动控制装置的系统辨识方法，算出固定干扰辨识值C_hat的处理顺序为算出惯量辨识值J_hat和粘性摩擦系数辨识值D_hat后，通过使Fvfb乘以前述粘性摩擦辨识值D_hat来算出TF，通过使Fafb乘以惯量辨识值J_hat来算出TA，则Ftref减去TF和TA得到的值为固定干扰辨识值C_hat。
本发明方案5所述的运动控制装置的系统辨识方法为如方案1所述的运动控制装置的系统辨识方法，其为用于滤波处理的滤波器为与分子的次数相比分母的次数至少大3次以上的滤波器。
本发明方案6所述的运动控制装置的系统辨识方法为如方案1至5所述的运动控制装置的系统辨识方法，其为预先监控内部的状态量，仅在前述状态量达到设定值以上时，进行算出控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的处理，状态量不在设定值以上时，J_hat、D_hat、C_hat的辨识值分别维持上次的值。
本发明方案7所述的运动控制装置的系统辨识方法为如方案6所述的运动控制装置的系统辨识方法，其为预先监控的状态量为速度Vfb、加速度afb、转矩指令Tref或对这些信号进行滤波处理后的Fvfb、Fafb、Ftref，或者Dvfb、Dw2中的任意一个，或者它们的组合。
本发明方案8所述的运动控制装置具有指令发生器、根据指令发生器输出的指令和从附加于电动机的检测器得到的检测值进行位置控制的位置控制器、进行速度控制的速度控制器、输出用于驱动电动机的电流的电流控制器、及辨识控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的辨识器，其辨识器构成为包括对速度检测值Vfb进行时间微分以算出加速度检测值afb的时间微分器，对加速度检测值afb进行滤波处理以算出Fafb的第1滤波器，对速度检测值Vfb进行滤波处理以算出Fvfb的第2滤波器，对转矩指令值Tref进行滤波处理以算出Ftref的第3滤波器，以Ftref、Fvfb和Fafb为基础进行时间微分和四则运算，算出前述控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的JDC估计器。
本发明方案9所述的运动控制装置为如方案8所述的运动控制装置，其JDC估计器包括计算惯量的惯量估计器，计算粘性摩擦的粘性摩擦估计器，计算固定干扰的固定干扰估计器。
本发明方案10所述的运动控制装置的系统辨识方法，其运动控制装置具有指令发生器、根据前述指令发生器输出的指令和从附加于电动机的检测器得到的检测值输出用于驱动电动机的电流值的控制器、及辨识控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的辨识器，其处理顺序为对速度检测值Vfb进行时间微分以算出加速度检测值afb，算出对前述加速度检测值afb进行滤波处理后的信号Fafb，算出对前述速度检测值Vfb进行滤波处理后的信号Fvfb，算出对前述转矩指令值Tref进行滤波处理后的信号Ftref，算出对前述Ftref、Fvfb、Fafb分别进行时间微分后的Dtref、Dvfb、Dafb和再次进行时间微分后的D2tref、D2vfb、D2afb，通过以下等式，J_hat＝(D2tref·Dvfb-Dtref·D2vfb)/(Dvfb·D2afb-D2vfb·Dafb)(a)D_hat＝(D2afb·Dtref-Dafb·D2tref)/(Dvfb·D2afb-D2vfb·Dafb)(b)算出惯量辨识值J_hat和粘性摩擦系数辨识值D_hat。
本发明方案11所述的运动控制装置的系统辨识方法为如方案10所述的运动控制装置的系统辨识方法，其特征为用于前述滤波处理的滤波器为与分子的次数相比分母的次数至少大3次以上的滤波器。
本发明方案12所述的运动控制装置的系统辨识方法为如方案10所述的运动控制装置的系统辨识方法，其特征为用于前述滤波处理的滤波器为将多个滑动平均滤波器串联连接的器件。
本发明方案13所述的运动控制装置的系统辨识方法特征为预先监控运动控制装置内部的信号，仅在前述信号达到设定值以上时，进行算出前述控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的处理，前述状态量不在设定值以上时，J_hat、D_hat、C_hat的辨识值分别维持上次的值。
本发明方案14所述的运动控制装置的系统辨识方法的特征为前述预先监控的信号为速度Vfb、加速度afb、转矩指令Tref或对这些信号进行滤波处理后的Fvfb、Fafb、Ftref，或者对这些信号进行时间微分后的Dtref、Dvfb、Dafb、D2tref、D2vfb、D2afb中的任意一个，或者它们的组合。
本发明方案15所述的运动控制装置，具有生成指令的指令发生器、根据前述指令和从附加于电动机的检测器得到的检测值生成用于驱动电动机的电流的电流控制器、及辨识控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的辨识器，其特征为，具有对速度检测值Vfb进行时间微分以算出加速度检测值afb的加速度运算器；算出对前述加速度检测值afb进行滤波处理后的信号Fafb的第1滤波器；算出对前述速度检测值Vfb进行滤波处理后的信号Fvfb的第2滤波器；算出对前述转矩指令值Tref进行滤波处理后的信号Ftref的第3滤波器；及算出对前述Ftref、Fvfb、Fafb分别进行时间微分后的Dtref、Dvfb、Dafb和再次进行时间微分后的D2tref、D2vfb、D2afb的微分器，通过以下等式，J_hat＝(D2tref·Dvfb_Dtref·D2vfb)/(Dvfb·D2afb-D2vfb·Dafb)(a)D_hat＝(D2afb·Dtref_Dafb·D2tref)/(Dvfb·D2afb-D2vfb·Dafb)(b)算出惯量辨识值J_hat和粘性摩擦系数辨识值D_hat。
根据方案1所述的本发明，由于对转矩指令、粘性摩擦及固定干扰使用不是近似的关系而是变形(使用微分、除算等)的等式，利用对速度、加速度及转矩指令值进行滤波处理后的信号，通过仅对它们进行时间微分和四则运算来进行辨识计算，因此能够不受动作影响，即使存在粘性摩擦或库仑摩擦、重力等固定干扰时，也能够精度良好地辨识控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat。此外，通过进行滤波处理能够减少在其后计算中使用的时间微分运算所产生的干扰的影响。
根据方案2所述的本发明，由于能够仅通过3次除算和5次时间微分运算来辨识惯量，因此能够通过简单的计算以较少的计算量来进行辨识。
根据方案3所述的本发明，由于能够仅通过1次减算和1次乘算来辨识摩擦常数，因此能够通过简单的计算以较少的计算量来进行辨识。
根据方案4所述的本发明，由于能够仅通过2次乘算和1次3变量的减算来辨识固定干扰，因此能够通过简单的计算以较少的计算量来进行辨识。
根据方案5所述的本发明，由于与滤波器的分子的次数相比分母的次数在3次以上，因此能够在惯量的辨识运算中进行3次时间微分。
根据方案6及方案7所述的本发明，由于监控中的状态量在设定值以下时不进行辨识计算，因此能够防止因对微小值进行除算而引起的精度降低，无论任何情况下都能够确保辨识精度。
根据方案8及方案9所述的本发明，能够提供一种运动控制装置，其为能够不受动作影响，即使存在粘性摩擦或库仑摩擦、重力等固定干扰的影响时，也能够精度良好地算出控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat。
根据方案10所述的本发明，由于将在对转矩指令、粘性摩擦及固定干扰使用不是近似的关系而是变形的等式的两边进行时间微分所得到的等式，及进一步在该等式的两边进行时间微分所得到的等式当作两个联立方程式来求出解，并利用对速度、加速度及转矩指令值进行滤波处理后的信号，通过仅对它们进行时间微分和四则运算来进行辨识计算，因此能够不受动作影响，即使存在粘性摩擦或库仑摩擦、重力等固定干扰的影响时，也能够精度良好地辨识控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_ hat。此外，通过进行滤波处理能够减少在其后计算中使用的时间微分运算所产生的干扰的影响。
根据方案11所述的本发明，由于与滤波器的分子的次数相比分母的次数大3次以上，因此可不受干扰的影响能够在惯量的辨识运算中进行3次时间微分。
根据方案12所述的本发明，由于滤波器使用滑动平均，能够消除各变量的位相滞后的差，因此能够更加精度良好地进行辨识。
根据方案13及方案14所述的本发明，由于监控中的信号在设定值以下时不进行辨识计算，因此可以防止因对微小值进行除算而引起的精度降低，无论任何情况下都能够确保辨识精度。
图1是表示应用本发明的方法的运动控制装置的结构的框图。
图2是表示应用本发明的方法的第2运动控制装置的结构的框图。
图3是表示应用本发明第1方法的运动控制装置的辨识器结构的框图。
图4是表示惯量辨识部的结构的框图。
图5是表示粘性摩擦辨识部的结构的框图。
图6是表示固定干扰辨识部的结构的框图。
图7是表示应用本发明第2方法的运动控制装置的辨识器结构的框图。
图8是表示惯量·粘性摩擦辨识部的结构的框图。
图9是表示应用现有方法的运动控制装置的结构的框图。
图10是表示通过现有方法限定的动作的图。
符号说明1指令发生器2控制器3电动机4机械5检测器6辨识器7位置控制器8速度控制器9电流控制器10 时间微分器11 第1滤波器12 第2滤波器13 第3滤波器14 JDC估计器15 惯量辨识器16 粘性摩擦辨识器17 固定干扰辨识器18 惯量·粘性摩擦辨识器41，42，43 时间微分器44，45 除法器46，47 时间微分器
48 除法器49，4A、4B 时间微分器4C，4D，4E，4F，4G，4H 乘法器4I，4J，4K 减法器4L，4M 除法器51 乘法器52 减法器61，62 乘法器63 减法器71 指令发生器72 速度控制器73 估计器74 辨识器75 电流控制器100 运动控制装置具体实施方式
以下根据附图对本发明方法的具体实施例进行说明。
实施例1图1是表示实施本发明方法的运动控制装置的结构的框图。图中，1是发出位置指令Xref的指令发生器。2表示控制器，其根据位置指令、位置检测值Xfb及速度检测值Vfb进行控制运算并输出电流I。控制器2内部的运算可以为任意形式，在本具体实施例中，其为由根据位置指令Xref和位置检测值Xfb输出速度指令Vref的位置控制器7、根据速度指令Vref和速度检测值Vfb输出转矩指令值Tref的速度控制器8及为了按照转矩指令值输出电流而进行控制的电流控制器9所构成。此处，速度检测值也可以是对位置检测值进行时间微分的值，在数字控制时，时间微分运算也可以使用差分后除以控制周期的近似微分。3是电动机，4的机械结合于电动机3。5表示检测电动机3的位置和速度的检测器。6是辨识器，其根据转矩指令Tref及速度检测值Vfb算出控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat。
图3是表示6的辨识器内部处理的框图。图中，10表示时间微分器，对速度检测值Vfb进行时间微分以计算加速度检测值afb。此处，在数字控制时，时间微分运算也可以使用这次和上次的信号差分后除以控制周期所得的近似微分。
11、12、13分别表示相同的滤波器。此处使用的滤波器可以是与分子的次数相比分母的次数大3次以上的滤波器，例如滤波器的传递特性只要是使用由式(1)的传递函数Gfil所表示的特性即可。
Gfil＝r3/(s+r)3(1)此处s表示拉普拉斯算子。
此外，使用的滤波器可以是任意形式的滤波器，即使将3个以上的一阶低通滤波器串联使用也完全没有问题。
14表示JDC估计器，其输入对转矩指令Tref、速度检测值Vfb和加速度检测值afb进行滤波处理后的Ftref、Fvfb、Fafb，并算出控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat。还有，14的内部由15的惯量辨识器、16的粘性摩擦辨识器及17的固定干扰辨识器三个器件构成。
以下，详细说明15的惯量辨识器、16的粘性摩擦辨识器及17的固定干扰辨识器的内部处理。
(I)惯量辨识器内部的处理图4是表示惯量辨识器15的处理的框图。图中，41、42、43、46、47表示时间微分器，44，45，48表示除法器。惯量辨识值J_hat通过以下的顺序来进行运算。
首先，对Ftref、Fvfb、Fafb分别进行时间微分以算出Dtref、Dvfb、Dafb，接下来，通过使Dtref除以前述Dvfb来算出W1，接下来，通过使Dafb除以前述Dvfb来算出W2，接下来，对W1进行时间微分以算出DW1，接下来，对W2进行时间微分以算出DW2，接下来，以用DW1除以前述DW2得到的值为惯量辨识值J_hat。
用数学式表示该处理时则如式(2)至式(9)所示。
Dtref＝dFtref/dt (2)Dvfb＝dFvfb/dt(3)Dafb＝dFafb/dt(4)W1＝Dtref/Dvfb(5)W2＝Dafb/Dvfb (6)DW1＝dW1/dt (7)DW2＝dW2/dt (8)J_hat＝DW1/DW2(9)此处，在数字控制时，时间微分运算也可以使用这次和上次的信号差分后除以控制周期的近似微分。
(II)粘性摩擦辨识器内部的处理图5是表示粘性摩擦辨识器16的处理的框图。图中，51表示乘法器，52表示减法器。粘性摩擦辨识器D_hat通过以下的顺序来进行运算。
首先，通过使W2乘以前述惯量辨识值J_hat来算出W3，接下来，以用W1减去前述W3得到的值为粘性摩擦系数辨识值D_hat。用数学式表示该处理时则如式(10)至式(11)所示。
W3＝W2·J_hat (10)D_hat＝W1-W3 (11)(III)固定干扰辨识器内部的处理图6是表示固定干扰辨识器17的处理的框图。图中，61、62表示乘法器，63表示1个变量减去2个变量的减法器。固定干扰辨识器D_hat通过以下的顺序来进行运算。
首先，通过使Fvfb乘以前述粘性摩擦辨识值D_hat来算出TF，接下来，通过使Fafb乘以前述惯量辨识值J_hat来算出TA，接下来，以用Ftref减去前述TF和前述TA得到的值为固定干扰的辨识值C_hat。
用数学式表示该处理时，则如式(12)至式(14)所示。
TF＝Fvfb·D_hat (12)
TA＝Fafb·J_hat(13)C_hat＝Ftref-TF-TA (14)如此，通过在辨识器6中进行以上处理，能够辨识控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat。
此外，不必始终对以上处理进行运算，只需预先监控速度Vfb、加速度afb或转矩指令值Tref中的一个或者其组合，仅在这些变量达到预先设定的阈值以上时，通过实施上述处理，就能够提高辨识精度。
此外，监控的变量也可以是对Vfb、afb、Tref进行滤波处理后的Fvfb、Fafb、Ftref中的一个或其组合。
此外，监控中的变量比阈值小时不仅不进行运算，还通过将进行运算后的最后值作为该辨识值的值保持，能够仅在运算时更新各辨识值。
此外，监控中的变量比阈值小时并不是不进行控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的全部运算，也可以是仅仅不进行其中的一部分运算。
本申请的发明也可以使用电流指令来替换转矩指令，此时只要用转矩常数(推力常数)，对转矩和电流的单位进行变换即可。
此外，此处以旋转机械为例进行了说明，对于进行平移运动的机械，通过同样的计算，能够计算出质量M而不是惯量J。
此外，在本具体实施例1中，虽然叙述了进行位置控制的构成，但是如图2所示，即使进行速度控制时也能够通过完全相同的方法，辨识控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat。此时，1的指令发生器发出速度指令Vref，2的控制器内部仅进行速度控制器和电流控制器的运算。
以下表示实施例1的方式的导出方法。
粘性摩擦(摩擦系数D)和固定干扰C作用于惯量J的机械时，此时给予的转矩指令Tref和速度Vfb的关系如式(15)所示。
Tref＝J·afb+D·Vfb+C (15)两边进行滤波处理后得到式(16)Ftref＝J·Fafb+D·Fvfb+C (16)
两边进行时间微分处理后能够消去常数C，得到式(17)。
Dtref＝J·Dafb+D·Dvfb (17)两边除以Dvfb后得到式(18)。
Dtref/Dvfb＝J·Dafb/Dvfb+D (18)用W1(＝Dtref/Dvfb)和W2(＝Dafb/Dvfb)改写后得到式(19)。
W1＝J·W2+D (19)两边进行时间微分处理后能够消去常数D，得到式(20)。
DW1＝J·DW2 (20)因此通过式(21)能够计算出J。
J＝DW1/DW2 (21)通过式(19)及式(21)能够如式(22)般计算出D。
D＝W1-J·W2 (22)通过式(16)能够如式(23)般计算出C。
C＝Ftref-J·Fafb-D·Fvfb (23)如上所述，完全不使用近似，能够导出可辨识各值的等式。
实施例2以下对本发明的第2方法进行说明。
图1是表示实施本发明方法的运动控制装置的结构的框图，由于在实施例1中对此图进行了说明，因此省略其说明。
图7是表示辨识器6内部处理的框图，由于与图3不同，因此作以下说明。图中，10表示时间微分器，其对速度检测值Vfb进行时间微分以计算加速度检测值afb。此处，在数字控制时，时间微分运算也可以使用这次和上次的信号差分后除以控制周期的近似微分。11、12、13分别表示第1滤波器、第2滤波器、第3滤波器。此处使用的滤波器可以是与分子的次数相比分母的次数大3次以上的滤波器，例如滤波器的传递特性只要是使用由式(24)的传递函数Gfil所表示的特性即可。
Gfil＝r3/(s+r)3(24)此处s表示拉普拉斯算子。
此外，使用的滤波器可以是任意形式的滤波器，即使将3个以上的一阶低通滤波器串联使用也完全没有问题。此外，将3个以上的滑动平均滤波器串联使用也完全没有问题。此时，由于没有因滤波处理而引起的位相滞后，因此能够进一步提高计算精度。
14表示JDC估计器，其输入对转矩指令Tref、速度检测值Vfb和加速度检测值afb进行滤波处理后的Ftref、Fvfb、Fafb，并算出控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat。还有14的JDC估计器内部由18的惯量·粘性摩擦辨识器及16的固定干扰辨识器两个器件构成。
以下，将详细说明18的惯量·粘性摩擦辨识器及16的固定干扰辨识器的内部处理。
(IV)惯量·粘性摩擦辨识器内部的处理图8是表示惯量·粘性摩擦辨识器15的处理的框图。图中41、42、43、49、4A、4B表示时间微分器，4C，4D，4E，4F，4G，4H表示乘法器。4I，4J，4K表示减法器，4L，4M表示除法器。惯量辨识值J_hat和粘性摩擦系数辨识值D_hat通过以下的顺序进行运算。
首先，算出对Ftref、Fvfb、Fafb分别进行时间微分后的Dtref、Dvfb、Dafb，接下来，再次进行时间微分以算出D2tref、D2vfb、D2afb。此处，在数字控制时，时间微分运算也可以使用这次和上次的信号差分后除以控制周期的近似微分。
此外，使用这些变量进行式(25)和(26)的运算，以计算惯量辨识值J_hat和粘性摩擦系数辨识值D_hat。
J_hat＝(D2tref·Dvfb-Dtref·D2vfb)/(Dvfb·D2afb-D2vfb·Dafb)(25)D_hat＝(D2afb·Dtref-Dafb·D2tref)/(Dvfb·D2afb-D2vfb·Dafb)(26)图6是表示固定干扰辨识器17的处理的框图。由于在实施例1中对固定干扰辨识器内部的处理进行了说明，因此省略其说明。
此外，不必始终对以上处理进行运算，只需预先监控速度Vfb、加速度afb或转矩指令值Tref中的一个或其组合，仅在这些变量达到预先设定的阈值以上时，通过实施上述处理，就能够提高辨识精度。
此外，监控的变量也可以是速度Vfb、加速度afb、转矩指令Tref或对这些信号进行滤波处理后的Fvfb、Fafb、Ftref，或者对这些信号进行时间微分后的Dtref、Dvfb、Dafb、D2tref、D2vfb、D2afb中的任意一个，或者其组合。
此外，在监控中的变量比阈值小时不仅仅不进行运算，还可以通过将进行运算时的最后值作为该辨识值的值保持，仅在运算时更新各辨识值。
此外，监控中的变量比阈值小时并不是不进行控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的全部运算，也可以是仅仅不进行其中的一部分运算。
本发明也可以使用电流指令来替换转矩指令，此时只要利用转矩常数(推力常数)，对转矩和电流的单位进行变换即可。
此外，此处以旋转机械为例进行了说明，对于进行平移运动的机械，通过同样的计算，能够计算出质量M而不是惯量J。
此外，在本具体实施例2中，虽然叙述了进行位置控制的构成，但是如图2所示，即使进行速度控制时也能够通过完全相同的方法，辨识控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat。此时，1的指令发生器发出速度指令Vref，2的控制器内部仅进行速度控制器和电流控制器的运算。
以下表示实施例2的方式的导出方法。
粘性摩擦(摩擦系数D)和固定干扰C作用于惯量J的机械时，此时给予的转矩指令Tref和速度Vfb的关系如式(27)所示。
Tref＝J·afb+D·Vfb+C (27)两边进行滤波处理后得到式(28)Ftref＝J·Fafb+D·Fvfb+C(28)两边进行时间微分处理后能够消去常数C，得到式(29)。
Dtref＝J·Dafb+D·Dvfb (29)
两边再次进行时间微分处理后得到式(30)。
D2tref＝J·D2afb+D·D2vfb (30)因此，将式(29)和式(30)当作联立方程式来计算J和D的估计值则得到式(31)和式(32)。
J＝(D2tref·Dvfb-Dtref·D2vfb)/(Dvfb·D2afb-D2vfb·Dafb)(31)D＝(D2afb·Dtref-Dafb·D2tref)/(Dvfb·D2afb-D2vfb·Dafb) (32)通过式(27)能够如式(33)般计算出C。
C＝Ftref-J·Fafb-D·Fvfb (33)如上所述，完全不使用近似，能够导出可辨识各值的等式。
利用进行了滤波处理的变量，此后，仅通过时间微分处理和四则运算，就能够精度良好地辨识控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat，能够应用于工业用机器人、机床等的系统辨识的用途。
权利要求
1.一种运动控制装置的系统辨识方法，前述运动控制装置具有指令发生器、根据前述指令发生器输出的指令和从附加于电动机上的检测器得到的检测值输出用于驱动电动机的电流值的控制器、及辨识控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的辨识器，其特征为，按如下顺序来进行处理对速度检测值Vfb进行时间微分以算出加速度检测值afb，算出对前述加速度检测值afb进行滤波处理后的信号Fafb，算出对前述速度检测值Vfb进行滤波处理后的信号Fvfb，算出对前述转矩指令值Tref进行滤波处理后的信号Ftref，以前述Ftref、Fvfb和Fafb为基础进行时间微分和四则运算，算出前述控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat。
2.如权利要求1所述的运动控制装置的系统辨识方法，其特征为，算出前述惯量辨识值J_hat的处理包括对前述Ftref、Fvfb、Fafb分别进行时间微分以算出Dtref、Dvfb、Dafb，通过使前述Dtref除以前述Dvfb来算出W1，通过使前述Dafb除以前述Dvfb来算出W2，对前述W1进行时间微分以算出DW1，对前述W2进行时间微分以算出DW2，以前述DW1除以前述DW2得到的值为惯量辨识值J_hat。
3.如权利要求1所述的运动控制装置的系统辨识方法，其特征为，算出前述粘性摩擦系数辨识值D_hat的处理包括算出前述惯量辨识值J_hat后，通过使前述W2乘以前述惯量辨识值J_hat来算出W3，以前述W1减去前述W3得到的值为粘性摩擦系数辨识值D_hat。
4.如权利要求1所述的运动控制装置的系统辨识方法，其特征为，算出前述固定干扰辨识值C_hat的处理包括算出前述惯量辨识值J_hat和前述粘性摩擦系数辨识值D_hat后，通过使前述Fvfb乘以前述粘性摩擦辨识值D_hat来算出TF，通过使前述Fafb乘以前述惯量辨识值J_hat来算出TA，以前述Ftref减去前述TF和前述TA得到的值为固定干扰辨识值C_hat。
5.如权利要求1所述的运动控制装置的系统辨识方法，其特征为用于前述滤波处理的滤波器为与分子的次数相比分母的次数至少大3次以上的滤波器。
6.如权利要求1至5所述的运动控制装置的系统辨识方法，其特征为预先监控内部的状态量，仅在前述状态量达到设定值以上时，进行算出前述控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的处理；前述状态量不在设定值以上时，J_hat、D_hat、C_hat的辨识值分别维持上次的值。
7.如权利要求6所述的运动控制装置的系统辨识方法，其特征为前述预先监控的状态量为速度Vfb、加速度afb、转矩指令Tref或对这些信号进行滤波处理后的Fvfb、Fafb、Ftref，或者前述Dvfb、Dw2中的任意一个，或者它们的组合。
8.一种运动控制装置，其具有指令发生器、根据前述指令发生器输出的指令和从附加于电动机的检测器得到的检测值进行控制并输出用于驱动电动机的电流值的电流控制器、及辨识控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的辨识器，其特征为前述辨识器构成为包括对速度检测值Vfb进行时间微分以算出加速度检测值afb的时间微分器，对前述加速度检测值afb进行滤波处理以算出Fafb的第1滤波器，对前述速度检测值Vfb进行滤波处理以算出Fvfb的第2滤波器，对前述转矩指令值Tref进行滤波处理以算出Ftref的第3滤波器，以前述Ftref、Fvfb和Fafb为基础进行时间微分和四则运算以算出前述控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的JDC估计器。
9.如权利要求8所述的运动控制装置，其特征为前述JDC估计器包括计算惯量的惯量估计器，计算粘性摩擦的粘性摩擦估计器，计算固定干扰的固定干扰估计器。
10.一种运动控制装置的系统辨识方法，前述运动控制装置具有生成指令的指令发生器、根据前述指令和从附加于电动机的检测器得到的检测值生成用于驱动电动机的电流的电流控制器、及辨识控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的辨识器，其特征为，按如下顺序来进行处理对速度检测值Vfb进行时间微分以算出加速度检测值afb，算出对前述加速度检测值afb进行滤波处理后的信号Fafb，算出对前述速度检测值Vfb进行滤波处理后的信号Fvfb，算出对前述转矩指令值Tref进行滤波处理后的信号Ftref，算出对前述Ftref、Fvfb、Fafb分别进行时间微分后的Dtref、Dvfb、Dafb和再次进行时间微分后的D2tref、D2vfb、D2afb，通过以下等式，J_hat＝(D2tref·Dvfb-Dtref·D2vfb)/(Dvfb·D2afb-D2vfb·Dafb) (a)D_hat＝(D2afb·Dtref-Dafb·D2tref)/(Dvfb·D2afb-D2vfb·Dafb) (b)算出惯量辨识值J_hat和粘性摩擦系数辨识值D_hat。
11.如权利要求10所述的运动控制装置的系统辨识方法，其特征为用于前述滤波处理的滤波器为与分子的次数相比分母的次数至少大3次以上的滤波器。
12.如权利要求10所述的运动控制装置的系统辨识方法，其特征为用于前述滤波处理的滤波器为将多个滑动平均滤波器串联连接的器件。
13.如权利要求10至12所述的运动控制装置的系统辨识方法，其特征为预先监控运动控制装置内部的信号，仅在前述信号达到设定值以上时，进行算出前述控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的处理；前述状态量不在设定值以上时，J_hat、D_hat、C_hat的辨识值分别维持上次的值。
14.如权利要求13所述的运动控制装置的系统辨识方法，其特征为前述预先监控的信号为速度Vfb、加速度afb、转矩指令Tref，或者对这些信号进行滤波处理后的Fvfb、Fafb、Ftref，或者对这些信号进行时间微分后的Dtref、Dvfb、Dafb、D2tref、D2vfb、D2afb中的任意一个，或者它们的组合。
15.一种运动控制装置，其具有生成指令的指令发生器、根据前述指令和从附加于电动机的检测器得到的检测值生成用于驱动电动机的电流的电流控制器、及辨识控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的辨识器，其特征为，具有对速度检测值Vfb进行时间微分以算出加速度检测值afb的加速度运算器；算出对前述加速度检测值afb进行滤波处理后的信号Fafb的第1滤波器；算出对前述速度检测值Vfb进行滤波处理后的信号Fvfb的第2滤波器；算出对前述转矩指令值Tref进行滤波处理后的信号Ftref的第3滤波器；及算出对前述Ftref、Fvfb、Fafb分别进行时间微分后的Dtref、Dvfb、Dafb和再次进行时间微分后的D2tref、D2vfb、D2afb的微分器，通过以下等式，J_hat＝(D2tref·Dvfb-Dtref·D2vfb)/(Dvfb·D2afb-D2vfb·Dafb) (a)D_hat＝(D2afb·Dtref-Dafb·D2tref)/(Dvfb·D2afb-D2vfb·Dafb) (b)算出惯量辨识值J_hat和粘性摩擦系数辨识值D_hat。
全文摘要
本发明提供一种运动控制装置的系统辨识方法，即使在粘性摩擦、固定干扰等作用时，也不受动作影响，可精度良好地辨识系统常数(惯量、粘性摩擦系数、固定干扰)。具体为，辨识器(6)构成为包括对速度检测值Vfb进行时间微分以算出加速度检测值afb的时间微分器(10)，对加速度检测值afb进行滤波处理以算出Fafb的第1滤波器(11)，对前述速度检测值Vfb进行滤波处理以算出Fvfb的第2滤波器(12)，对前述转矩指令值Tref进行滤波处理以算出Ftref的第3滤波器(13)，及以前述Ftref、Fvfb和Fafb为基础进行时间微分和四则运算以算出前述控制对象的惯量辨识值J_hat、粘性摩擦系数辨识值D_hat和固定干扰辨识值C_hat的JDC估计器(14)。
文档编号G05B13/02GK101044673SQ20058003578
公开日2007年9月26日 申请日期2005年9月26日 优先权日2004年11月12日
发明者萩原淳 申请人:株式会社安川电机