むだ時間同定装置
【課題】 制御対象の特性によらず、容易にかつ確実に正確にむだ時間を同定することができるようにする。
【解決手段】 モータ速度を入力し前記モータ速度が発振しているかどうかを判定した結果を示す発振検出信号を出力する発振検出器１０６と、前記モータ速度を入力しその入力信号に基づいて制御対象のメカパラメータを同定し出力するメカ同定器１０７と、前記発振検出信号を入力し前記モータ速度は発振していなければ速度制御器に設定するパラメータである制御ゲインをさらに大きい値として出力する制御ゲイン調整器１０８と、制御ゲインと発振検出信号とメカパラメータを入力し臨界周波数を出力する臨界周波数演算器１０９と、前記制御ゲインと前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記臨界周波数を入力しむだ時間同定値を算出するむだ時間同定器１１０と、を備える。
【解決手段】 モータ速度を入力し前記モータ速度が発振しているかどうかを判定した結果を示す発振検出信号を出力する発振検出器１０６と、前記モータ速度を入力しその入力信号に基づいて制御対象のメカパラメータを同定し出力するメカ同定器１０７と、前記発振検出信号を入力し前記モータ速度は発振していなければ速度制御器に設定するパラメータである制御ゲインをさらに大きい値として出力する制御ゲイン調整器１０８と、制御ゲインと発振検出信号とメカパラメータを入力し臨界周波数を出力する臨界周波数演算器１０９と、前記制御ゲインと前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記臨界周波数を入力しむだ時間同定値を算出するむだ時間同定器１１０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用機械のむだ時間を同定するむだ時間同定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
長いむだ時間要素（例えば、エンコーダの通信遅れ、制御演算遅れ）が存在する制御系においては、制御量（制御対象プロセスの物理量）が目標値に整定するまでに相当な時間がかかり、また通常のＰＩＤ制御装置を用いた場合にはＰＩＤ演算によって操作量を変えても、それによってプロセスから得られる制御量はプロセスの有するむだ時間が経過するまで全く変化しないので、操作量と制御量との間に位相ずれが生じてハンチング現象を起こし、そのためＰＩＤパラメータの調整が非常に難しく、ロバスト性も低くなるというような一般的な技術課題がある。この一般的な技術課題を解決するために、むだ時間を補償する必要があった。
第１の従来技術のむだ時間同定装置は、実プロセスの制御量が目標値に追従するように制御した場合の、操作量と前記制御量に基づいてニューラルネットワークを用いて実プロセス特性を算出し、前記実プロセス特性にステップ入力を適用した場合の応答の遅れより実プロセスむだ時間を算出している（例えば、特許文献１参照）。
また、第２の従来技術のむだ時間同定装置は、ステップ応答法において、ステップ操作量である操作量を制御対象に入力した場合の前記制御量の立ち上がり時間と整定時間の中間における接線が立ち上がり前の前記制御量の値となる時間をむだ時間として算出し、リミットサイクルが発生し前記制御量が整定しない場合、リミットサイクル法をもちいてリミットサイクルの平均値と前記制御量の曲線の交点を整定時間としてステップ応答法と同様に前記むだ時間を算出している（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
図３は、第１の従来技術のむだ時間同定装置の構成を示す概略ブロック図である。図において、３０１は主制御部、３０２はスミス法プロセスモデル部、３０３は実プロセス、３０４は第１の実プロセス特性学習手段、３０５は実プロセスむだ時間同定手段、３０６は遅延手段、３０７は第２の実プロセス特性学習手段である。
主制御部３０１は、実プロセス３０３の所望の動作を示す目標値から実プロセス３０３の実際の動作を示す制御量を減算した追従偏差から、非むだ時間実プロセス特性モデル出力を減算したむだ時間補償追従偏差を入力し、実プロセス３０３を駆動する操作量を出力する。スミス法プロセスモデル部３０２は、実プロセス特性と、非むだ時間実プロセス特性と、前記操作量を入力し、前記非むだ時間実プロセス特性モデル出力を出力する。実プロセス３０３は、前記操作量により駆動され前記制御量を出力する。第１の実プロセス特性学習手段３０４は、前記操作量と、前記制御量を入力し、ニューラルネットワークを用いて前記実プロセス特性を算出し出力する。実プロセスむだ時間同定手段３０５は、ステップ入力と、前記実プロセス特性とを入力し、前記実プロセス特性に前記ステップ入力を適用した場合の応答の遅れより実プロセス３０３のむだ時間を算出し、実プロセスむだ時間として出力する。遅延手段３０６は、前記操作量と、前記実プロセスむだ時間を入力し遅延操作量を出力する。第２の実プロセス特性学習手段３０７は、前記制御量と、前記遅延操作量を入力し、前記非むだ時間実プロセス特性を出力する。
【０００４】
図４は、第２の従来技術のむだ時間同定装置の構成を示す概略ブロック図である。図において、４０１はＰＩＤ制御手段、４０２はステップ操作量出力手段、４０３はリミットサイクル操作量出力手段、４０４は制御対象、４０５は同定手段、４０６は同定結果判定手段、４０７は制御系切替手段、４０８は設定手段である。
ＰＩＤ制御手段４０１は、制御対象４０４の所望の動作を示す目標値から制御対象４０４の実際の動作を示す制御量を減算した追従偏差と、ＰＩＤ制御パラメータを入力し、ＰＩＤ制御操作量を出力する。ステップ操作量出力手段４０２は、ステップ操作量を出力する。リミットサイクル操作量出力手段４０３は、前記目標値と、前記制御量を入力し、リミットサイクル操作量を出力する。制御対象４０４は、ＰＩＤ制御時には前記ＰＩＤ制御操作量である操作量により駆動され前記制御量を出力し、ステップ応答法による同定時には前記ステップ操作量である操作量により駆動され前記制御量を出力し、リミットサイクル法による同定時には前記リミットサイクル操作量である操作量により駆動され前記制御量を出力する。同定手段４０５は、ステップ応答法による同定時には前記ステップ操作量である操作量と前記制御量を入力し、同定結果を出力する。リミットサイクル法による同定時には前記リミットサイクル操作量である操作量と前記制御量を入力し、同定結果を出力する。
【０００５】
同定結果判定手段４０６は、前記同定結果を入力し、同定が正しく行われたかを示す判定結果を出力する。制御系切替手段４０７は、前記目標値と前記制御量と前記同定結果と前記判定結果と、を入力し、ＰＩＤ制御時、ステップ応答法による同定時、またはリミットサイクル法による同定時の切替を行う操作量切替信号を出力する。設定手段４０８は、前記同定結果と前記判定結果と前記操作量切替信号と、を入力し、前記ＰＩＤ制御パラメータを出力する。ステップ応答法において、前記ステップ操作量である前記操作量を制御対象４０４に入力した場合の前記制御量の立ち上がり時間と整定時間の中間における接線が立ち上がり前の前記制御量の値となる時間をむだ時間として算出する。リミットサイクルが発生し前記制御量が整定しない場合、リミットサイクル法をもちいてリミットサイクルの平均値と前記制御量の曲線の交点を整定時間としてステップ応答法と同様にむだ時間を算出する。
このように、第１の従来技術のむだ時間同定装置は、実プロセスのステップ応答に基づいてニューラルネットワークを用いてむだ時間を同定している。また、第２の従来技術のむだ時間同定装置は、制御対象のステップ応答の立ち上がりまでの時間に基づいてむだ時間を同定している。
【特許文献１】特許第２６４７２１６号（第５−８頁、第１図）
【特許文献２】特許第３３１２１４２号（第３−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
第１の従来技術のむだ時間同定装置は、第１の実プロセス特性学習手段３０４において、ニューラルネットワークのシナプス結合係数を算出するのに時間がかかり、学習率などのパラメータ設定も経験と勘にたよらなければ実現できない問題があった。また、第２の従来技術のむだ時間同定装置は、制御対象４０４のステップ応答波形より直接むだ時間を算出するので、前記制御対象４０４の減衰係数が大きく前記ステップ応答波形がゆっくり立ち上がり、さらにリミットサイクル法が必要となる場合などに、同定精度が著しく劣化する問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、制御対象の特性によらず、容易にかつ確実に正確にむだ時間を同定することができるむだ時間同定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、機械負荷の連結したモータである制御対象のモータ速度が速度指令に追従するように制御し、前記モータ速度に基づいて制御系のむだ時間を同定するむだ時間同定装置において、前記むだ時間同定装置は、前記モータ速度を入力し前記モータ速度が発振しているかどうかを判定した結果を示す発振検出信号を出力する発振検出器と、前記モータ速度を入力しその入力信号に基づいて前記制御対象のメカパラメータを同定し出力するメカ同定器と、前記発振検出信号を入力し前記モータ速度は発振していなければ速度制御器に設定するパラメータである制御ゲインをさらに大きい値として出力する制御ゲイン調整器と、前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記制御ゲインを入力し、前記モータ速度が発振している場合の前記制御ゲインと前記メカパラメータに基づいて臨界周波数を算出し出力する臨界周波数演算器と、前記制御ゲインと前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記臨界周波数を入力しその入力信号に基づいてむだ時間同定値を算出するむだ時間同定器と、を備えたものである。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明における前記メカパラメータは、前記制御対象の慣性モーメントと粘性摩擦であるものである。
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明における前記速度制御器はＰＩ制御あるいはＰ制御のいずれか一方であるものである。
また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明における前記臨界周波数演算器は、速度比例制御ゲインの２乗と前記制御対象の粘性摩擦の２乗の差の２乗と速度制御積分時定数の２乗の積と、前記速度比例制御ゲインの２乗と前記制御対象の慣性モーメントの２乗の積の４倍との和の平方根の、前記速度制御積分時定数と前記慣性モーメントの２乗の積の２倍による商と、前記速度比例制御ゲインの２乗と前記粘性摩擦の２乗の差の前記慣性モーメントの２乗の２倍による商との和の平方根に基づいて前記臨界周波数を算出するものである。
また、請求項５記載の発明は、請求項１または４記載の発明における前記むだ時間同定器は、πの前記臨界周波数による商と、前記臨界周波数と前記速度制御積分時定数の積の逆正接の前記臨界周波数による商と、前記粘性摩擦の前記臨界周波数と前記慣性モーメントの積による商の逆正接の前記臨界周波数による商と、の和に基づいて前記むだ時間同定値を算出するものである。
また、請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明における前記臨界周波数演算器は、速度比例制御ゲインの２乗と前記制御対象の粘性摩擦の２乗の差の平方根の前記制御対象の慣性モーメントによる商に基づいて前記臨界周波数を算出するものである。
また、請求項７記載の発明は、請求項１または６記載の発明において、前記むだ時間同定器は、πの前記臨界周波数による商と、前記臨界周波数と前記慣性モーメントの積の前記粘性摩擦による商の逆正接の前記臨界周波数による商と、の差に基づいて前記むだ時間同定値を算出するものである。
また、請求項８記載の発明は、請求項１記載の発明における前記発振検出器は、前記速度指令と前記モータ速度にＦＦＴ（高速フーリエ変換）を適用し、前記モータ速度の含む周波数成分のうち前記速度指令の含まないものの振幅が単調増加する場合、前記モータ速度が発振したと判断し、それ以外の場合には発振していないと判断し、その判断結果である前記発振検出信号を出力するものである。
また、請求項９記載の発明は、請求項１記載の発明における前記メカ同定器は、前記モータ速度にＦＦＴを適用して抽出した複数の周波数成分に基づいて前記制御対象の慣性モーメントと粘性摩擦である前記メカパラメータを算出するものである。
また、請求項１０記載の発明は、請求項１に記載のむだ時間同定装置を備えたモータ制御装置。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１、２、８、９に記載の発明によると、制御対象の特性によらず確実に正確にむだ時間を同定することができる。
また、請求項３乃至７に記載の発明によると、制御対象の特性によらず簡単に確実に正確にむだ時間を同定することができる。
また、請求項１０に記載の発明によると、ハンチング現象が起こりにくくし、ＰＩＤパラメータの調整を容易にし、ロバスト性の高い動作制御を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の第１実施例におけるむだ時間同定装置の構成を示す概略ブロック図である。図において、１０１は速度指令発生器、１０２は速度制御器、１０３はむだ時間要素、１０４は制御対象、１０５はむだ時間同定装置、１０６は発振検出器、１０７はメカ同定器、１０８は制御ゲイン調整器、１０９は臨界周波数演算器、１１０はむだ時間同定器である。
【００１１】
速度指令発生器１０１は、モータ速度の目標値である速度指令を生成し出力する。速度制御器１０２は、前記速度指令と前記モータ速度と制御ゲインを入力し、前記モータ速度が前記速度指令に追従するような速度制御器出力信号を生成し出力する。前記速度制御器出力信号は、むだ時間要素１０３において一定時間おくれ、トルク指令となる。制御対象１０４は、負荷と速度検出器の連結したモータであり、前記トルク指令により駆動され、その前記モータ速度は前記速度検出器により検出され出力される。
ここで、むだ時間要素１０３は、例えば制御演算遅れである。
【００１２】
むだ時間同定装置１０５は、前記モータ速度を入力し、前記制御ゲインとむだ時間同定値を出力する。むだ時間同定装置１０５において、発振検出器１０６は、前記モータ速度を入力し、前記速度指令と前記モータ速度にＦＦＴ（高速フーリエ変換）を適用し、前記モータ速度の含む周波数成分のうち前記速度指令の含まないものの振幅が単調増加する場合、前記モータ速度が発振したと判断し、それ以外の場合には発振していないと判断し、その判断結果である発振検出信号を出力する。メカ同定器１０７は、前記モータ速度を入力し、その入力信号にＦＦＴを適用して、抽出した複数の周波数成分に基づいて制御対象１０４の慣性モーメントと粘性摩擦であるメカパラメータを同定し出力する（例えば、特開２００７−０２０２９７に記載の手段を用いる）。制御ゲイン調整器１０８は、前記振動検出信号を入力し、前記モータ速度が発振していないと判断した場合には、速度制御器１０２のパラメータ（例えば、速度比例制御ゲイン）の現在の値より大きな前記制御ゲインを出力し速度制御器１０２に設定する。一方、前記モータ速度が発振していると判断した場合には、速度制御器１０２の前記パラメータの現在の値より小さな前記制御ゲインを出力し速度制御器１０２に設定する。臨界周波数演算器１０９は、前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記制御ゲインを入力し、前記モータ速度が発振していると判断した場合に、むだ時間要素１０３と制御対象１０４を合わせた系のゲイン交差周波数である臨界周波数を算出し出力する。むだ時間同定器１１０は、前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記制御ゲインと前記臨界周波数を入力し、その入力信号に基づいてむだ時間要素１０３のむだ時間を同定し、前記むだ時間同定値として出力する。
このように、むだ時間同定装置１０５は、前記発振検出器１０６、前記メカ同定器１０７、制御ゲイン調整器１０８、前記臨界周波数演算器１０９、むだ時間同定器１１０、で構成されるものである。
【００１３】
以下、むだ時間同定装置１０５が、むだ時間同定値を算出する仕組みの詳細を説明する。図１の速度制御器１０２は速度ＰＩ制御であるとすると、制御対象１０４と速度制御器１０２の伝達関数は、それぞれ式（１）と式（２）のように表される。
【００１４】
【数１】
【００１５】
ただし、Ｊは制御対象１０４の慣性モーメント、Ｄは粘性摩擦、Ｋｖｊは速度制御器１０２の速度比例制御ゲイン、Ｔｉは速度制御積分時定数である。速度比例制御ゲインＫｖｊは、正規化速度比例制御ゲインＫｖと慣性モーメントＪにより、Ｋｖｊ＝Ｋｖ＊Ｊと表される。むだ時間要素１０３を除いた図１の開ループ伝達関数は式（３）で表される。
【００１６】
【数２】
【００１７】
式（３）より、前記開ループ伝達関数の振幅は式（４）と求められる。
【００１８】
【数３】
【００１９】
ゲイン交差周波数ωｇは、前記開ループ伝達関数の振幅が１となる周波数ωであって、これについて解くことにより、式（５）と求められる。
【００２０】
【数４】
【００２１】
ただし、平方根項の前の＋の符号は、前記ゲイン交差周波数が実数となるように選択した。前記開ループ伝達関数の位相は、式（３）より式（６）と求められる。
【００２２】
【数５】
【００２３】
速度比例制御ゲインＫｖｊを増加させ、速度制御積分時定数Ｔｉは、制御対象１０４が剛体系である場合に前記モータ速度がオーバーシュートしない条件からＴｉ＝４／Ｋｖと設定すると、前記開ループ伝達関数の前記ゲイン交差周波数は単調に増加し、位相交差周波数は前記ゲイン交差周波数よりもゆるやかに減少する。速度比例制御ゲインＫｖｊが低い値では、前記ゲイン交差周波数は前記位相交差周波数より低い値を持ち、速度比例制御ゲインＫｖｊを増加させるにつれ両者は近づき、一致した時に前記モータ速度が発振する。したがって、前記モータ速度が発振したときの前記ゲイン交差周波数である臨界周波数は、
式（５）にその時の速度比例制御ゲインＫｖｊと速度制御積分時定数Ｔｉを代入して求められ、その時式（６）の位相は−π［ｒａｄ］となるので、むだ時間は式（７）と求められる。
【００２４】
【数６】
【００２５】
ただし、ωｃは前記臨界周波数である。
よって、むだ時間同定装置１０５におけるむだ時間同定器１１０は、式（７）を用いて前記むだ時間同定値を算出する。
【００２６】
以下、本実施例のシミュレーションを示す。シミュレーションに用いた数値は以下のとおりである。
Ｊ＝５＊０．１１６×１０＾−４［ｋｇ・ｍ］、Ｄ＝０．００１［Ｎ・ｍ・ｓ／ｒａｄ］、Ｔｄ＊＝５００×１０＾−６［ｓ］、Ｋｖｍｉｎ＝４０（２π）［ｒａｄ／ｓ］、Ｋｖｍａｘ＝１０００（２π）［ｒａｄ／ｓ］、Ｋｖｊ＝Ｋｖ＊Ｊ、Ｔｉ＝４／Ｋｖ
ただし、Ｊは慣性モーメント、Ｄは粘性摩擦、Ｔｄ＊はむだ時間真値、ＫｖｍｉｎとＫｖｍａｘは正規化速度比例制御ゲインＫｖの最小値と最大値、Ｋｖｊは速度比例制御ゲイン、Ｔｉは速度制御積分時定数である。本シミュレーションでは正規化速度比例制御ゲインＫｖをＫｖｍｉｎからＫｖｍａｘまで増加させ、前記ゲイン交差周波数と前記位相交差周波数が一致して前記臨海周波数となるときの正規化速度比例制御ゲインＫｖにおいて式（７）を用いてむだ時間Ｔｄを同定した。
図２は、本発明の第１実施例におけるむだ時間要素と制御対象を合わせたボード線図を示す。図２は前記正規化速度比例制御ゲインをＫｖ＝４８７．５（２π）［ｓ＾−１］とした場合であり、このとき前記ゲイン交差周波数と前記位相交差周波数は一致する。式（７）によって求められたむだ時間同定値Ｔｄは、Ｔｄ＝５００×１０＾−６［ｓ］となり、むだ時間真値Ｔｄ＊に対する同定誤差は、式（８）より０［％］となった。
【００２７】
【数７】
【００２８】
このように、本発明によると、容易にかつ確実に正確に制御系のむだ時間を同定することができる。
【実施例２】
【００２９】
本実施例は、速度制御器１０２を速度Ｐ制御とするほかは第１実施例と同じ構成の制御系を用いるので、重複する部分の説明は省略する。
以下、本実施例のむだ時間同定装置１０５が、むだ時間同定値を算出する仕組みの詳細を説明する。
速度制御器１０２の伝達関数は、式（９）で表される。
【００３０】
【数８】
【００３１】
ただし、Ｋｖｊは、速度比例制御ゲインである。式（１）と式（９）よりむだ時間要素１０３を除いた図１の開ループ伝達関数は、式（１０）で表される。
【００３２】
【数９】
【００３３】
式（１０）の振幅は、式（１１）と求められる。
【００３４】
【数１０】
【００３５】
ゲイン交差周波数ωｇは、式（１１）の振幅が１となる場合の周波数ωであり、式（１２）と求められる。
【００３６】
【数１１】
【００３７】
一方、式（１０）の位相は式（１３）と表される。
【００３８】
【数１２】
【００３９】
周波数ωが位相交差周波数ωｐの時、式（１３）の位相は−π[ｒａｄ]であるので、むだ時間Ｔｄは式（１４）と表される。
【００４０】
【数１３】
【００４１】
第１実施例と同様に、速度比例制御ゲインＫｖｊを上げるとゲイン交差周波数ωｇと位相交差周波数ωｐが近づき、両者が臨界周波数ωｃとなった時に前記モータ速度が発振する。前記モータ速度が発振したときの速度比例制御ゲインＫｖｊに対して式（１５）が成り立つ。
【００４２】
【数１４】
【００４３】
よって、むだ時間同定装置１０５におけるむだ時間同定器１１０は、式（１５）を用いて前記むだ時間同定値を算出する。
このように、実施例１または実施例２における本発明は、発振検出信号とメカパラメータと制御ゲインを入力し、モータ速度が発振していると判断した場合にむだ時間要素１０３と制御対象１０４を合わせた系のゲイン交差周波数である臨界周波数を算出し出力する臨界周波数演算器１０９と、前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記制御ゲインと前記臨界周波数を入力し、その入力信号に基づいてむだ時間要素１０３のむだ時間を同定し前記むだ時間同定値として出力するむだ時間同定器１１０と、を備えるので、制御対象の特性によらず、容易にかつ確実に正確にむだ時間を同定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
制御ゲインを上げ制御系が発振したときの前記制御ゲインに基づいて、むだ時間を同定することにより、制御対象の特性によらず、容易にかつ確実に高精度にむだ時間同定が実施できるので、一般産業用機械のむだ時間同定という用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施例におけるむだ時間同定装置の構成を示す概略ブロック図
【図２】本発明の第1実施例におけるむだ時間要素と制御対象を合わせたボード線図
【図３】第１の従来技術のむだ時間同定装置の構成を示す概略ブロック図
【図４】第２の従来技術のむだ時間同定装置の構成を示す概略ブロック図
【符号の説明】
【００４６】
１０１ 速度指令発生器
１０２ 速度制御器
１０３ むだ時間要素
１０４ 制御対象
１０５ むだ時間同定装置
１０６ 発振検出器
１０７ メカ同定器
１０８ 制御ゲイン調整器
１０９ 臨界周波数演算器
１１０ むだ時間同定器
３０１ 主制御部
３０２ スミス法プロセスモデル部
３０３ 実プロセス
３０４ 第１の実プロセス特性学習手段
３０５ 実プロセスむだ時間同定手段
３０６ 遅延手段
３０７ 第２の実プロセス特性学習手段
４０１ ＰＩＤ制御手段
４０２ ステップ操作量出力手段
４０３ リミットサイクル操作量出力手段
４０４ 制御対象
４０５ 同定手段
４０６ 同定結果判定手段
４０７ 制御系切替手段
４０８ 設定手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用機械のむだ時間を同定するむだ時間同定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
長いむだ時間要素（例えば、エンコーダの通信遅れ、制御演算遅れ）が存在する制御系においては、制御量（制御対象プロセスの物理量）が目標値に整定するまでに相当な時間がかかり、また通常のＰＩＤ制御装置を用いた場合にはＰＩＤ演算によって操作量を変えても、それによってプロセスから得られる制御量はプロセスの有するむだ時間が経過するまで全く変化しないので、操作量と制御量との間に位相ずれが生じてハンチング現象を起こし、そのためＰＩＤパラメータの調整が非常に難しく、ロバスト性も低くなるというような一般的な技術課題がある。この一般的な技術課題を解決するために、むだ時間を補償する必要があった。
第１の従来技術のむだ時間同定装置は、実プロセスの制御量が目標値に追従するように制御した場合の、操作量と前記制御量に基づいてニューラルネットワークを用いて実プロセス特性を算出し、前記実プロセス特性にステップ入力を適用した場合の応答の遅れより実プロセスむだ時間を算出している（例えば、特許文献１参照）。
また、第２の従来技術のむだ時間同定装置は、ステップ応答法において、ステップ操作量である操作量を制御対象に入力した場合の前記制御量の立ち上がり時間と整定時間の中間における接線が立ち上がり前の前記制御量の値となる時間をむだ時間として算出し、リミットサイクルが発生し前記制御量が整定しない場合、リミットサイクル法をもちいてリミットサイクルの平均値と前記制御量の曲線の交点を整定時間としてステップ応答法と同様に前記むだ時間を算出している（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
図３は、第１の従来技術のむだ時間同定装置の構成を示す概略ブロック図である。図において、３０１は主制御部、３０２はスミス法プロセスモデル部、３０３は実プロセス、３０４は第１の実プロセス特性学習手段、３０５は実プロセスむだ時間同定手段、３０６は遅延手段、３０７は第２の実プロセス特性学習手段である。
主制御部３０１は、実プロセス３０３の所望の動作を示す目標値から実プロセス３０３の実際の動作を示す制御量を減算した追従偏差から、非むだ時間実プロセス特性モデル出力を減算したむだ時間補償追従偏差を入力し、実プロセス３０３を駆動する操作量を出力する。スミス法プロセスモデル部３０２は、実プロセス特性と、非むだ時間実プロセス特性と、前記操作量を入力し、前記非むだ時間実プロセス特性モデル出力を出力する。実プロセス３０３は、前記操作量により駆動され前記制御量を出力する。第１の実プロセス特性学習手段３０４は、前記操作量と、前記制御量を入力し、ニューラルネットワークを用いて前記実プロセス特性を算出し出力する。実プロセスむだ時間同定手段３０５は、ステップ入力と、前記実プロセス特性とを入力し、前記実プロセス特性に前記ステップ入力を適用した場合の応答の遅れより実プロセス３０３のむだ時間を算出し、実プロセスむだ時間として出力する。遅延手段３０６は、前記操作量と、前記実プロセスむだ時間を入力し遅延操作量を出力する。第２の実プロセス特性学習手段３０７は、前記制御量と、前記遅延操作量を入力し、前記非むだ時間実プロセス特性を出力する。
【０００４】
図４は、第２の従来技術のむだ時間同定装置の構成を示す概略ブロック図である。図において、４０１はＰＩＤ制御手段、４０２はステップ操作量出力手段、４０３はリミットサイクル操作量出力手段、４０４は制御対象、４０５は同定手段、４０６は同定結果判定手段、４０７は制御系切替手段、４０８は設定手段である。
ＰＩＤ制御手段４０１は、制御対象４０４の所望の動作を示す目標値から制御対象４０４の実際の動作を示す制御量を減算した追従偏差と、ＰＩＤ制御パラメータを入力し、ＰＩＤ制御操作量を出力する。ステップ操作量出力手段４０２は、ステップ操作量を出力する。リミットサイクル操作量出力手段４０３は、前記目標値と、前記制御量を入力し、リミットサイクル操作量を出力する。制御対象４０４は、ＰＩＤ制御時には前記ＰＩＤ制御操作量である操作量により駆動され前記制御量を出力し、ステップ応答法による同定時には前記ステップ操作量である操作量により駆動され前記制御量を出力し、リミットサイクル法による同定時には前記リミットサイクル操作量である操作量により駆動され前記制御量を出力する。同定手段４０５は、ステップ応答法による同定時には前記ステップ操作量である操作量と前記制御量を入力し、同定結果を出力する。リミットサイクル法による同定時には前記リミットサイクル操作量である操作量と前記制御量を入力し、同定結果を出力する。
【０００５】
同定結果判定手段４０６は、前記同定結果を入力し、同定が正しく行われたかを示す判定結果を出力する。制御系切替手段４０７は、前記目標値と前記制御量と前記同定結果と前記判定結果と、を入力し、ＰＩＤ制御時、ステップ応答法による同定時、またはリミットサイクル法による同定時の切替を行う操作量切替信号を出力する。設定手段４０８は、前記同定結果と前記判定結果と前記操作量切替信号と、を入力し、前記ＰＩＤ制御パラメータを出力する。ステップ応答法において、前記ステップ操作量である前記操作量を制御対象４０４に入力した場合の前記制御量の立ち上がり時間と整定時間の中間における接線が立ち上がり前の前記制御量の値となる時間をむだ時間として算出する。リミットサイクルが発生し前記制御量が整定しない場合、リミットサイクル法をもちいてリミットサイクルの平均値と前記制御量の曲線の交点を整定時間としてステップ応答法と同様にむだ時間を算出する。
このように、第１の従来技術のむだ時間同定装置は、実プロセスのステップ応答に基づいてニューラルネットワークを用いてむだ時間を同定している。また、第２の従来技術のむだ時間同定装置は、制御対象のステップ応答の立ち上がりまでの時間に基づいてむだ時間を同定している。
【特許文献１】特許第２６４７２１６号（第５−８頁、第１図）
【特許文献２】特許第３３１２１４２号（第３−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
第１の従来技術のむだ時間同定装置は、第１の実プロセス特性学習手段３０４において、ニューラルネットワークのシナプス結合係数を算出するのに時間がかかり、学習率などのパラメータ設定も経験と勘にたよらなければ実現できない問題があった。また、第２の従来技術のむだ時間同定装置は、制御対象４０４のステップ応答波形より直接むだ時間を算出するので、前記制御対象４０４の減衰係数が大きく前記ステップ応答波形がゆっくり立ち上がり、さらにリミットサイクル法が必要となる場合などに、同定精度が著しく劣化する問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、制御対象の特性によらず、容易にかつ確実に正確にむだ時間を同定することができるむだ時間同定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の発明は、機械負荷の連結したモータである制御対象のモータ速度が速度指令に追従するように制御し、前記モータ速度に基づいて制御系のむだ時間を同定するむだ時間同定装置において、前記むだ時間同定装置は、前記モータ速度を入力し前記モータ速度が発振しているかどうかを判定した結果を示す発振検出信号を出力する発振検出器と、前記モータ速度を入力しその入力信号に基づいて前記制御対象のメカパラメータを同定し出力するメカ同定器と、前記発振検出信号を入力し前記モータ速度は発振していなければ速度制御器に設定するパラメータである制御ゲインをさらに大きい値として出力する制御ゲイン調整器と、前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記制御ゲインを入力し、前記モータ速度が発振している場合の前記制御ゲインと前記メカパラメータに基づいて臨界周波数を算出し出力する臨界周波数演算器と、前記制御ゲインと前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記臨界周波数を入力しその入力信号に基づいてむだ時間同定値を算出するむだ時間同定器と、を備えたものである。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明における前記メカパラメータは、前記制御対象の慣性モーメントと粘性摩擦であるものである。
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明における前記速度制御器はＰＩ制御あるいはＰ制御のいずれか一方であるものである。
また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明における前記臨界周波数演算器は、速度比例制御ゲインの２乗と前記制御対象の粘性摩擦の２乗の差の２乗と速度制御積分時定数の２乗の積と、前記速度比例制御ゲインの２乗と前記制御対象の慣性モーメントの２乗の積の４倍との和の平方根の、前記速度制御積分時定数と前記慣性モーメントの２乗の積の２倍による商と、前記速度比例制御ゲインの２乗と前記粘性摩擦の２乗の差の前記慣性モーメントの２乗の２倍による商との和の平方根に基づいて前記臨界周波数を算出するものである。
また、請求項５記載の発明は、請求項１または４記載の発明における前記むだ時間同定器は、πの前記臨界周波数による商と、前記臨界周波数と前記速度制御積分時定数の積の逆正接の前記臨界周波数による商と、前記粘性摩擦の前記臨界周波数と前記慣性モーメントの積による商の逆正接の前記臨界周波数による商と、の和に基づいて前記むだ時間同定値を算出するものである。
また、請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明における前記臨界周波数演算器は、速度比例制御ゲインの２乗と前記制御対象の粘性摩擦の２乗の差の平方根の前記制御対象の慣性モーメントによる商に基づいて前記臨界周波数を算出するものである。
また、請求項７記載の発明は、請求項１または６記載の発明において、前記むだ時間同定器は、πの前記臨界周波数による商と、前記臨界周波数と前記慣性モーメントの積の前記粘性摩擦による商の逆正接の前記臨界周波数による商と、の差に基づいて前記むだ時間同定値を算出するものである。
また、請求項８記載の発明は、請求項１記載の発明における前記発振検出器は、前記速度指令と前記モータ速度にＦＦＴ（高速フーリエ変換）を適用し、前記モータ速度の含む周波数成分のうち前記速度指令の含まないものの振幅が単調増加する場合、前記モータ速度が発振したと判断し、それ以外の場合には発振していないと判断し、その判断結果である前記発振検出信号を出力するものである。
また、請求項９記載の発明は、請求項１記載の発明における前記メカ同定器は、前記モータ速度にＦＦＴを適用して抽出した複数の周波数成分に基づいて前記制御対象の慣性モーメントと粘性摩擦である前記メカパラメータを算出するものである。
また、請求項１０記載の発明は、請求項１に記載のむだ時間同定装置を備えたモータ制御装置。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１、２、８、９に記載の発明によると、制御対象の特性によらず確実に正確にむだ時間を同定することができる。
また、請求項３乃至７に記載の発明によると、制御対象の特性によらず簡単に確実に正確にむだ時間を同定することができる。
また、請求項１０に記載の発明によると、ハンチング現象が起こりにくくし、ＰＩＤパラメータの調整を容易にし、ロバスト性の高い動作制御を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明の第１実施例におけるむだ時間同定装置の構成を示す概略ブロック図である。図において、１０１は速度指令発生器、１０２は速度制御器、１０３はむだ時間要素、１０４は制御対象、１０５はむだ時間同定装置、１０６は発振検出器、１０７はメカ同定器、１０８は制御ゲイン調整器、１０９は臨界周波数演算器、１１０はむだ時間同定器である。
【００１１】
速度指令発生器１０１は、モータ速度の目標値である速度指令を生成し出力する。速度制御器１０２は、前記速度指令と前記モータ速度と制御ゲインを入力し、前記モータ速度が前記速度指令に追従するような速度制御器出力信号を生成し出力する。前記速度制御器出力信号は、むだ時間要素１０３において一定時間おくれ、トルク指令となる。制御対象１０４は、負荷と速度検出器の連結したモータであり、前記トルク指令により駆動され、その前記モータ速度は前記速度検出器により検出され出力される。
ここで、むだ時間要素１０３は、例えば制御演算遅れである。
【００１２】
むだ時間同定装置１０５は、前記モータ速度を入力し、前記制御ゲインとむだ時間同定値を出力する。むだ時間同定装置１０５において、発振検出器１０６は、前記モータ速度を入力し、前記速度指令と前記モータ速度にＦＦＴ（高速フーリエ変換）を適用し、前記モータ速度の含む周波数成分のうち前記速度指令の含まないものの振幅が単調増加する場合、前記モータ速度が発振したと判断し、それ以外の場合には発振していないと判断し、その判断結果である発振検出信号を出力する。メカ同定器１０７は、前記モータ速度を入力し、その入力信号にＦＦＴを適用して、抽出した複数の周波数成分に基づいて制御対象１０４の慣性モーメントと粘性摩擦であるメカパラメータを同定し出力する（例えば、特開２００７−０２０２９７に記載の手段を用いる）。制御ゲイン調整器１０８は、前記振動検出信号を入力し、前記モータ速度が発振していないと判断した場合には、速度制御器１０２のパラメータ（例えば、速度比例制御ゲイン）の現在の値より大きな前記制御ゲインを出力し速度制御器１０２に設定する。一方、前記モータ速度が発振していると判断した場合には、速度制御器１０２の前記パラメータの現在の値より小さな前記制御ゲインを出力し速度制御器１０２に設定する。臨界周波数演算器１０９は、前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記制御ゲインを入力し、前記モータ速度が発振していると判断した場合に、むだ時間要素１０３と制御対象１０４を合わせた系のゲイン交差周波数である臨界周波数を算出し出力する。むだ時間同定器１１０は、前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記制御ゲインと前記臨界周波数を入力し、その入力信号に基づいてむだ時間要素１０３のむだ時間を同定し、前記むだ時間同定値として出力する。
このように、むだ時間同定装置１０５は、前記発振検出器１０６、前記メカ同定器１０７、制御ゲイン調整器１０８、前記臨界周波数演算器１０９、むだ時間同定器１１０、で構成されるものである。
【００１３】
以下、むだ時間同定装置１０５が、むだ時間同定値を算出する仕組みの詳細を説明する。図１の速度制御器１０２は速度ＰＩ制御であるとすると、制御対象１０４と速度制御器１０２の伝達関数は、それぞれ式（１）と式（２）のように表される。
【００１４】
【数１】
【００１５】
ただし、Ｊは制御対象１０４の慣性モーメント、Ｄは粘性摩擦、Ｋｖｊは速度制御器１０２の速度比例制御ゲイン、Ｔｉは速度制御積分時定数である。速度比例制御ゲインＫｖｊは、正規化速度比例制御ゲインＫｖと慣性モーメントＪにより、Ｋｖｊ＝Ｋｖ＊Ｊと表される。むだ時間要素１０３を除いた図１の開ループ伝達関数は式（３）で表される。
【００１６】
【数２】
【００１７】
式（３）より、前記開ループ伝達関数の振幅は式（４）と求められる。
【００１８】
【数３】
【００１９】
ゲイン交差周波数ωｇは、前記開ループ伝達関数の振幅が１となる周波数ωであって、これについて解くことにより、式（５）と求められる。
【００２０】
【数４】
【００２１】
ただし、平方根項の前の＋の符号は、前記ゲイン交差周波数が実数となるように選択した。前記開ループ伝達関数の位相は、式（３）より式（６）と求められる。
【００２２】
【数５】
【００２３】
速度比例制御ゲインＫｖｊを増加させ、速度制御積分時定数Ｔｉは、制御対象１０４が剛体系である場合に前記モータ速度がオーバーシュートしない条件からＴｉ＝４／Ｋｖと設定すると、前記開ループ伝達関数の前記ゲイン交差周波数は単調に増加し、位相交差周波数は前記ゲイン交差周波数よりもゆるやかに減少する。速度比例制御ゲインＫｖｊが低い値では、前記ゲイン交差周波数は前記位相交差周波数より低い値を持ち、速度比例制御ゲインＫｖｊを増加させるにつれ両者は近づき、一致した時に前記モータ速度が発振する。したがって、前記モータ速度が発振したときの前記ゲイン交差周波数である臨界周波数は、
式（５）にその時の速度比例制御ゲインＫｖｊと速度制御積分時定数Ｔｉを代入して求められ、その時式（６）の位相は−π［ｒａｄ］となるので、むだ時間は式（７）と求められる。
【００２４】
【数６】
【００２５】
ただし、ωｃは前記臨界周波数である。
よって、むだ時間同定装置１０５におけるむだ時間同定器１１０は、式（７）を用いて前記むだ時間同定値を算出する。
【００２６】
以下、本実施例のシミュレーションを示す。シミュレーションに用いた数値は以下のとおりである。
Ｊ＝５＊０．１１６×１０＾−４［ｋｇ・ｍ］、Ｄ＝０．００１［Ｎ・ｍ・ｓ／ｒａｄ］、Ｔｄ＊＝５００×１０＾−６［ｓ］、Ｋｖｍｉｎ＝４０（２π）［ｒａｄ／ｓ］、Ｋｖｍａｘ＝１０００（２π）［ｒａｄ／ｓ］、Ｋｖｊ＝Ｋｖ＊Ｊ、Ｔｉ＝４／Ｋｖ
ただし、Ｊは慣性モーメント、Ｄは粘性摩擦、Ｔｄ＊はむだ時間真値、ＫｖｍｉｎとＫｖｍａｘは正規化速度比例制御ゲインＫｖの最小値と最大値、Ｋｖｊは速度比例制御ゲイン、Ｔｉは速度制御積分時定数である。本シミュレーションでは正規化速度比例制御ゲインＫｖをＫｖｍｉｎからＫｖｍａｘまで増加させ、前記ゲイン交差周波数と前記位相交差周波数が一致して前記臨海周波数となるときの正規化速度比例制御ゲインＫｖにおいて式（７）を用いてむだ時間Ｔｄを同定した。
図２は、本発明の第１実施例におけるむだ時間要素と制御対象を合わせたボード線図を示す。図２は前記正規化速度比例制御ゲインをＫｖ＝４８７．５（２π）［ｓ＾−１］とした場合であり、このとき前記ゲイン交差周波数と前記位相交差周波数は一致する。式（７）によって求められたむだ時間同定値Ｔｄは、Ｔｄ＝５００×１０＾−６［ｓ］となり、むだ時間真値Ｔｄ＊に対する同定誤差は、式（８）より０［％］となった。
【００２７】
【数７】
【００２８】
このように、本発明によると、容易にかつ確実に正確に制御系のむだ時間を同定することができる。
【実施例２】
【００２９】
本実施例は、速度制御器１０２を速度Ｐ制御とするほかは第１実施例と同じ構成の制御系を用いるので、重複する部分の説明は省略する。
以下、本実施例のむだ時間同定装置１０５が、むだ時間同定値を算出する仕組みの詳細を説明する。
速度制御器１０２の伝達関数は、式（９）で表される。
【００３０】
【数８】
【００３１】
ただし、Ｋｖｊは、速度比例制御ゲインである。式（１）と式（９）よりむだ時間要素１０３を除いた図１の開ループ伝達関数は、式（１０）で表される。
【００３２】
【数９】
【００３３】
式（１０）の振幅は、式（１１）と求められる。
【００３４】
【数１０】
【００３５】
ゲイン交差周波数ωｇは、式（１１）の振幅が１となる場合の周波数ωであり、式（１２）と求められる。
【００３６】
【数１１】
【００３７】
一方、式（１０）の位相は式（１３）と表される。
【００３８】
【数１２】
【００３９】
周波数ωが位相交差周波数ωｐの時、式（１３）の位相は−π[ｒａｄ]であるので、むだ時間Ｔｄは式（１４）と表される。
【００４０】
【数１３】
【００４１】
第１実施例と同様に、速度比例制御ゲインＫｖｊを上げるとゲイン交差周波数ωｇと位相交差周波数ωｐが近づき、両者が臨界周波数ωｃとなった時に前記モータ速度が発振する。前記モータ速度が発振したときの速度比例制御ゲインＫｖｊに対して式（１５）が成り立つ。
【００４２】
【数１４】
【００４３】
よって、むだ時間同定装置１０５におけるむだ時間同定器１１０は、式（１５）を用いて前記むだ時間同定値を算出する。
このように、実施例１または実施例２における本発明は、発振検出信号とメカパラメータと制御ゲインを入力し、モータ速度が発振していると判断した場合にむだ時間要素１０３と制御対象１０４を合わせた系のゲイン交差周波数である臨界周波数を算出し出力する臨界周波数演算器１０９と、前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記制御ゲインと前記臨界周波数を入力し、その入力信号に基づいてむだ時間要素１０３のむだ時間を同定し前記むだ時間同定値として出力するむだ時間同定器１１０と、を備えるので、制御対象の特性によらず、容易にかつ確実に正確にむだ時間を同定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
制御ゲインを上げ制御系が発振したときの前記制御ゲインに基づいて、むだ時間を同定することにより、制御対象の特性によらず、容易にかつ確実に高精度にむだ時間同定が実施できるので、一般産業用機械のむだ時間同定という用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施例におけるむだ時間同定装置の構成を示す概略ブロック図
【図２】本発明の第1実施例におけるむだ時間要素と制御対象を合わせたボード線図
【図３】第１の従来技術のむだ時間同定装置の構成を示す概略ブロック図
【図４】第２の従来技術のむだ時間同定装置の構成を示す概略ブロック図
【符号の説明】
【００４６】
１０１ 速度指令発生器
１０２ 速度制御器
１０３ むだ時間要素
１０４ 制御対象
１０５ むだ時間同定装置
１０６ 発振検出器
１０７ メカ同定器
１０８ 制御ゲイン調整器
１０９ 臨界周波数演算器
１１０ むだ時間同定器
３０１ 主制御部
３０２ スミス法プロセスモデル部
３０３ 実プロセス
３０４ 第１の実プロセス特性学習手段
３０５ 実プロセスむだ時間同定手段
３０６ 遅延手段
３０７ 第２の実プロセス特性学習手段
４０１ ＰＩＤ制御手段
４０２ ステップ操作量出力手段
４０３ リミットサイクル操作量出力手段
４０４ 制御対象
４０５ 同定手段
４０６ 同定結果判定手段
４０７ 制御系切替手段
４０８ 設定手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械負荷の連結したモータである制御対象のモータ速度が速度指令に追従するように制御し、前記モータ速度に基づいて制御系のむだ時間を同定するむだ時間同定装置において、
前記むだ時間同定装置は、前記モータ速度を入力し前記モータ速度が発振しているかどうかを判定した結果を示す発振検出信号を出力する発振検出器と、
前記モータ速度を入力しその入力信号に基づいて前記制御対象のメカパラメータを同定し出力するメカ同定器と、
前記発振検出信号を入力し前記モータ速度は発振していなければ速度制御器に設定するパラメータである制御ゲインをさらに大きい値として出力する制御ゲイン調整器と、
前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記制御ゲインを入力し、前記モータ速度が発振している場合の前記制御ゲインと前記メカパラメータに基づいて臨界周波数を算出し出力する臨界周波数演算器と、
前記制御ゲインと前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記臨界周波数を入力しその入力信号に基づいてむだ時間同定値を算出するむだ時間同定器と、を備えたことを特徴とするむだ時間同定装置。
【請求項２】
前記メカパラメータは、前記制御対象の慣性モーメントと粘性摩擦であることを特徴とする請求項１記載のむだ時間同定装置。
【請求項３】
前記速度制御器は、ＰＩ制御あるいはＰ制御のいずれか一方であることを特徴とする請求項１記載のむだ時間同定装置。
【請求項４】
前記臨界周波数演算器は、速度比例制御ゲインの２乗と前記制御対象の粘性摩擦の２乗の差の２乗と速度制御積分時定数の２乗の積と、前記速度比例制御ゲインの２乗と前記制御対象の慣性モーメントの２乗の積の４倍との和の平方根の、前記速度制御積分時定数と前記慣性モーメントの２乗の積の２倍による商と、前記速度比例制御ゲインの２乗と前記粘性摩擦の２乗の差の前記慣性モーメントの２乗の２倍による商との和の平方根に基づいて前記臨界周波数を算出することを特徴とする請求項１記載のむだ時間同定装置。
【請求項５】
前記むだ時間同定器は、πの前記臨界周波数による商と、前記臨界周波数と前記速度制御積分時定数の積の逆正接の前記臨界周波数による商と、前記粘性摩擦の前記臨界周波数と前記慣性モーメントの積による商の逆正接の前記臨界周波数による商と、の和に基づいて前記むだ時間同定値を算出することを特徴とする請求項１または４記載のむだ時間同定装置。
【請求項６】
前記臨界周波数演算器は、速度比例制御ゲインの２乗と前記制御対象の粘性摩擦の２乗の差の平方根の前記制御対象の慣性モーメントによる商に基づいて前記臨界周波数を算出することを特徴とする請求項１記載のむだ時間同定装置。
【請求項７】
前記むだ時間同定器は、πの前記臨界周波数による商と、前記臨界周波数と前記慣性モーメントの積の前記粘性摩擦による商の逆正接の前記臨界周波数による商と、の差に基づいて前記むだ時間同定値を算出することを特徴とする請求項１または６記載のむだ時間同定装置。
【請求項８】
前記発振検出器は、前記速度指令と前記モータ速度にＦＦＴ（高速フーリエ変換）を適用し、前記モータ速度の含む周波数成分のうち前記速度指令の含まないものの振幅が単調増加する場合、前記モータ速度が発振したと判断し、それ以外の場合には発振していないと判断し、その判断結果である前記発振検出信号を出力することを特徴とする請求項１記載のむだ時間同定装置。
【請求項９】
前記メカ同定器は、前記モータ速度にＦＦＴを適用して抽出した複数の周波数成分に基づいて前記制御対象の慣性モーメントと粘性摩擦である前記メカパラメータを算出することを特徴とする請求項１記載のむだ時間同定装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のむだ時間同定装置を備えたモータ制御装置。
【請求項１】
機械負荷の連結したモータである制御対象のモータ速度が速度指令に追従するように制御し、前記モータ速度に基づいて制御系のむだ時間を同定するむだ時間同定装置において、
前記むだ時間同定装置は、前記モータ速度を入力し前記モータ速度が発振しているかどうかを判定した結果を示す発振検出信号を出力する発振検出器と、
前記モータ速度を入力しその入力信号に基づいて前記制御対象のメカパラメータを同定し出力するメカ同定器と、
前記発振検出信号を入力し前記モータ速度は発振していなければ速度制御器に設定するパラメータである制御ゲインをさらに大きい値として出力する制御ゲイン調整器と、
前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記制御ゲインを入力し、前記モータ速度が発振している場合の前記制御ゲインと前記メカパラメータに基づいて臨界周波数を算出し出力する臨界周波数演算器と、
前記制御ゲインと前記発振検出信号と前記メカパラメータと前記臨界周波数を入力しその入力信号に基づいてむだ時間同定値を算出するむだ時間同定器と、を備えたことを特徴とするむだ時間同定装置。
【請求項２】
前記メカパラメータは、前記制御対象の慣性モーメントと粘性摩擦であることを特徴とする請求項１記載のむだ時間同定装置。
【請求項３】
前記速度制御器は、ＰＩ制御あるいはＰ制御のいずれか一方であることを特徴とする請求項１記載のむだ時間同定装置。
【請求項４】
前記臨界周波数演算器は、速度比例制御ゲインの２乗と前記制御対象の粘性摩擦の２乗の差の２乗と速度制御積分時定数の２乗の積と、前記速度比例制御ゲインの２乗と前記制御対象の慣性モーメントの２乗の積の４倍との和の平方根の、前記速度制御積分時定数と前記慣性モーメントの２乗の積の２倍による商と、前記速度比例制御ゲインの２乗と前記粘性摩擦の２乗の差の前記慣性モーメントの２乗の２倍による商との和の平方根に基づいて前記臨界周波数を算出することを特徴とする請求項１記載のむだ時間同定装置。
【請求項５】
前記むだ時間同定器は、πの前記臨界周波数による商と、前記臨界周波数と前記速度制御積分時定数の積の逆正接の前記臨界周波数による商と、前記粘性摩擦の前記臨界周波数と前記慣性モーメントの積による商の逆正接の前記臨界周波数による商と、の和に基づいて前記むだ時間同定値を算出することを特徴とする請求項１または４記載のむだ時間同定装置。
【請求項６】
前記臨界周波数演算器は、速度比例制御ゲインの２乗と前記制御対象の粘性摩擦の２乗の差の平方根の前記制御対象の慣性モーメントによる商に基づいて前記臨界周波数を算出することを特徴とする請求項１記載のむだ時間同定装置。
【請求項７】
前記むだ時間同定器は、πの前記臨界周波数による商と、前記臨界周波数と前記慣性モーメントの積の前記粘性摩擦による商の逆正接の前記臨界周波数による商と、の差に基づいて前記むだ時間同定値を算出することを特徴とする請求項１または６記載のむだ時間同定装置。
【請求項８】
前記発振検出器は、前記速度指令と前記モータ速度にＦＦＴ（高速フーリエ変換）を適用し、前記モータ速度の含む周波数成分のうち前記速度指令の含まないものの振幅が単調増加する場合、前記モータ速度が発振したと判断し、それ以外の場合には発振していないと判断し、その判断結果である前記発振検出信号を出力することを特徴とする請求項１記載のむだ時間同定装置。
【請求項９】
前記メカ同定器は、前記モータ速度にＦＦＴを適用して抽出した複数の周波数成分に基づいて前記制御対象の慣性モーメントと粘性摩擦である前記メカパラメータを算出することを特徴とする請求項１記載のむだ時間同定装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のむだ時間同定装置を備えたモータ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−４９３０７（Ｐ２０１０−４９３０７Ａ）
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１０４５１（Ｐ２００８−２１０４５１）
【出願日】平成２０年８月１９日（２００８．８．１９）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１９日（２００８．８．１９）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]