电动机系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种包括电动机和电动机控制装置在内的电动机系统，其中，上述电动机使动作对象物进行动作，上述电动机控制装置对电动机进行控制。
【背景技术】
[0002]目前，作为使机器人进行动作的电动机的控制装置，已知有一种通过P-PI控制(比例、比例积分控制)对电动机进行控制的电动机控制装置(例如参照专利文献1)。在进行P-PI控制的电动机控制装置中，电动机的旋转位置和旋转速度被反馈，并且对旋转位置的偏差进行比例控制，对旋转速度的偏差进行比例积分控制(PI控制)。
[0003]在包括进行P-PI控制的电动机控制装置和由该电动机控制装置控制的电动机在内的电动机系统中，当用方框图表示以电动机的旋转位置指令作为输入、以电动机的旋转位置作为输出的闭环系统时，例如图5所示那样。在图5中，Kp是位置环增益，Κν是速度环增益，Ki是积分增益。另外，K是包括朝电动机供给电力的放大器的固定增益和电动机的转矩常数在内的固定值除以机器人及电动机的惯量后获得的值即增益，P是与机器人及电动机的粘性相关的项除以机器人及电动机的惯量后获得的值即增益，s是拉普拉斯算子。此外，是滤波器的截止频率，利用滤波器将旋转位置转换为旋转速度。
[0004]专利文献1:日本专利特开2006-244300号公报
[0005]为了在使电动机稳定的状态下恰当地控制电动机，即便机器人及电动机的惯量等发生变动，也可与所控制的机器人及电动机的特性相配合地设定图5所示的闭环系统的特性(即电动机对旋转位置指令的响应特性)，并将该特性保持为一定，这是较为理想的。在图5所示的闭环系统中，当机器人及电动机的惯量等发生变动时，若恰当地调节速度环增益Κν，则即便机器人及电动机的惯量等发生变动，或许也能将该闭环系统的特性保持为一定。然而，为了与所控制的机器人及电动机的特性相配合地设定该闭环系统的特性自身，难以平衡良好、自动地对位置环增益Κρ、速度环增益Κν及积分增益Ki进行调节。
【发明内容】
[0006]因此，本发明的技术问题在于提供一种电动机系统，能根据动作对象物、电动机的特性对以电动机的旋转位置指令作为输入、以电动机的旋转位置作为输出的闭环系统的特性进行设定，且即便动作对象物、电动机的惯量等发生变动，也能自动地将闭环系统的特性保持为一定。
[0007]另外，为了解决上述技术问题，本发明的电动机系统包括:使动作对象物进行动作的电动机；以及对电动机进行控制的电动机控制装置，其特征在于，当用方框图表示以电动机的旋转位置指令作为输入、以电动机的旋转位置作为输出的闭环系统时，闭环系统包括比例增益要素、积分滤波要素、电动机增益要素、电动机要素及微分滤波要素作为传递要素，并包括从闭环系统的输入部朝向输出部的前向通路和从闭环系统的输出部朝向输入侧的第一反馈通路及第二反馈通路，在前向通路中，在信号的传递方向上依次配置有第一相加点、比例增益要素、第二相加点、积分滤波要素、电动机增益要素及电动机要素，旋转位置指令输入第一相加点，第一反馈通路以负反馈方式与第一相加点连接，第二反馈通路以负反馈方式与第二相加点连接，并且微分滤波要素配置于第二反馈通路中，当将包括朝电动机供给电力的放大器的固定增益和电动机的转矩常数在内的固定值除以动作对象物及电动机的惯量而获得的值即增益设为K，将与动作对象物及电动机的粘性相关的项除以动作对象物及电动机的惯量而获得的值即增益设为P，并将拉普拉斯算子设为S时，具有用于根据动作对象物恰当地控制电动机的闭环系统的希望特性的传递函数即希望传递函数由m。/(s^mjs+mo)规定，比例增益要素是m。，积分滤波要素是由(s^qis+q。) / (sZ+ap)表示的传递函数，电动机增益要素是1/K，电动机要素是由K/(s2+ps)表示的传递函数，微分滤波要素是由(b^+bisVR+qiS+q。)表示的传递函数，a:、V b2满足以下的关系，
[0008]a!= q i+mfp
[0009]b!= q οΠ?!
[0010]b2= (q !-p) (m1-p)+q0
[0011 ] 电动机控制装置包括自适应辨识元件，该自适应辨识元件根据朝电动机要素的输入和来自电动机要素的输出推定出增益K，电动机控制装置根据由自适应辨识元件推定出的增益K对电动机增益要素进行更新，从而使闭环系统的特性与希望传递函数一致。
[0012]在本发明中，例如，自适应辨识元件以规定时间间隔逐次执行增益K的推定，电动机控制装置根据由自适应辨识元件推定出的增益K以规定时间间隔逐次对电动机增益要素进行更新。
[0013]在本发明的电动机系统中，当用方框图表示以电动机的旋转位置指令作为输入、以电动机的旋转位置作为输出的闭环系统时，闭环系统如上所述构成。另外，在本发明中，根据朝电动机要素的输入和来自电动机要素的输出，利用自适应辨识元件推定出增益K，并且根据由自适应辨识元件推定出的增益K对电动机增益要素进行更新，因此，能抵消惯量要素。此外，在本发明中，根据由自适应辨识元件推定出的增益K对电动机增益要素进行更新，从而使闭环系统的特性与希望传递函数一致。因此，在本发明中，能根据动作对象物、电动机的特性设定闭环系统的特性，并且即便动作对象物、电动机的惯量等发生变动，也能自动地使闭环系统的传递函数与希望传递函数一致。因此，在本发明中，能根据动作对象物、电动机的特性设定闭环系统的特性，并且即便动作对象物、电动机的惯量等发生变动，也能自动地将闭环系统的特性保持为一定。
[0014]在本发明中，较为理想的是，自适应辨识元件根据朝电动机要素的输入和来自电动机要素的输出推定出增益P (即包括与粘性相关的成分在内的增益P)。若采用上述结构，则即便增益P的值增大，也能根据推定出的增益P将积分滤波要素及微分滤波要素作为恰当的传递函数。
[0015]如上所述，在本发明的电动机系统中，能根据动作对象物、电动机的特性对以电动机的旋转位置指令作为输入、以电动机的旋转位置作为输出的闭环系统的特性进行设定，且即便动作对象物、电动机的惯量等发生变动，也能自动地将闭环系统的特性保持为一定。
【附图说明】
[0016]图1是表示本发明实施方式的电动机系统的示意结构的框图。
[0017]图2是在图1所示的电动机系统中以电动机的旋转位置指令作为输入、并以电动机的旋转位置作为输出时的闭环系统的方框图。
[0018]图3是用于对图2所示的闭环系统的传递函数与具有闭环系统的希望特性的传递函数即希望传递函数相等进行说明的图。
[0019]图4是表示本发明另一实施方式的微分滤波要素的方框图。
[0020]图5是在现有技术的电动机系统中以电动机的旋转位置指令作为输入、并以电动机的旋转位置作为输出时的闭环系统的方框图。
[0021](符号说明)
[0022]1 电动机系统
[0023]2 动作对象物
[0024]3 电动机
[0025]4 电动机控制装置
[0026]8 闭环系统
[0027]9 比例增益要素
[0028]10 积分滤波要素
[0029]11 电动机增益要素
[0030]12 电动机要素
[0031]13 微分滤波要素
[0032]15 前向通路
[0033]16 第一反馈通路
[0034]17 第二反馈通路
[0035]18 第一相加点
[0036]19 第二相加点
[0037]21 自适应辨识元件
【具体实施方式】
[0038]以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0039](电动机系统的结构)
[0040]图1是表示本发明实施方式的电动机系统1的示意结构的框图。图2是在图1所示的电动机系统1中以电动机3的旋转位置指令作为输入、并以电动机3的旋转位置作为输出时的闭环系统8的方框图。
[0041]本实施方式的电动机系统1包括:使动作对象物2进行动作的电动机3 ；以及对电动机3进行控制的电动机控制装置4。电动机3是交流伺服电动机或直流伺服电动机，例如使动作对象物2即工业用机器人的臂进行动作。另外，电动机3包括用于对电动机3的旋转位置进行检测的检测机构(编码器)5。检测机构5的输出信号被输入至电动机控制装置4。在电动机系统1中，当用方框图表示闭环系统8时，就如图2所示那样，其中，上述闭环系统8以电动机3的旋转位置指令作为输入，并以电动机3的旋转位置作为输出。另外，在本实施方式中，电动机控制装置4的电动机控制电路是模拟电路(连续时间类的电路)，但电动机控制电路既可以是数字电路(离散时间类的电路)，也可以由软件构成。
[0042]如图2所示，闭环系统8包括比例增益要素9、积分滤波要素10、电动机增益要素11、电动机要素12及微分滤波要素13作为传递要素。另外，闭环系统8由从闭环系统8的输入部朝向输出部的前向通路15和从闭环系统8的输出部朝向输入侧的第一反馈通路(第一回馈通路)16及第二反馈通路(第二回馈通路)17构成。
[0043]在前向通路15中，在信号的传递方向上，依次配置有输入旋转位置指令的第一相加点18、比例增益要素9、第二相加点19、积分滤波要素10、电动机增益要素11及电动机要素12。第一反馈通路16以负反馈方式与第一相加点18连接。第二反馈通路17以负反馈方式与第二相加点19连接