專利名稱：馬達控制裝置及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可推算機械模型的馬達控制裝置。
背景技術：
以往在整定機械的轉動慣量時，以規(guī)定模式的動作實際驅動一定程度的范 圍，根據(jù)此時輸出的轉矩指令及速度來求得轉動慣量(專利文獻l)。
另外，也有的是根據(jù)頻率特性的低頻斜率來求得轉動慣量(專利文獻2、 3)。 通過利用該轉動慣量的值，能夠最佳地調(diào)整馬達控制裝置的參數(shù)，通過使 用于進行減振控制的前饋控制器或觀測器的模型能夠使機械特性提高。 專利文獻1:日本國特開平9-182479號公報 專利文獻2:日本國特開2002-304219號公報 專利文獻3:日本國特開2003-79174號公報

發(fā)明內(nèi)容
在現(xiàn)有的機械模型推算裝置中，對于專利文獻1的現(xiàn)有技術的情況，由于 以規(guī)定模式的動作實際驅動一定程度的范圍，所以在無法確保機械的動作范圍 時，存在無法實施整定動作的情況。另外，在專利文獻2、 3的現(xiàn)有技術中，由 于采用通過頻率特性的低頻斜率來求得轉動慣量的方法，所以在因摩擦或控制 的影響而低頻斜率不固定時，存在無法得到足夠的整定精度的情況。
本發(fā)明是鑒于上述問題而進行的，目的在于提供一種馬達控制裝置及其控 制方法，即使在較小的運轉區(qū)域內(nèi)，因摩擦或控制的影響而低頻斜率不固定時， 也能夠高精度地推斷轉動慣量。
為了解決上述問題，本發(fā)明是如下構成的。
方案1所述的發(fā)明提供一種馬達控制裝置，是具備由位置信號生成速度信 號的速度信號生成部及根據(jù)轉矩指令控制馬達電流的電流控制部的馬達控制裝
4置，其特征在于，具備測試轉矩指令生成部，生成包括多個頻率成分的測試 轉矩指令；實機頻率特性計算部，由針對所述測試轉矩指令的所述速度信號的 響應計算出實機頻率特性；及機械部，通過所述實機頻率特性生成機械參數(shù)。
方案2所述的發(fā)明的特征為，在方案1所述的馬達控制裝置中，具備位 置控制部，由位置指令和所述位置信號生成速度指令；及速度控制部，由所述 速度指令和所述速度信號生成所述轉矩指令。
方案3所述的發(fā)明的特征為，在方案1所述的馬達控制裝置中，所述實機 頻率特性包括共振頻率及其振幅以及反共振頻率及其振幅。
方案4所述的發(fā)明的特征為，在方案1及2所述的馬達控制裝置中，機械 參數(shù)生成部使二慣性公式模型的總轉動慣量和阻尼系數(shù)反復微小變化，使二慣 性公式模型頻率特性與實機頻率特性大致一致，將所述總轉動慣量和所述阻尼 系數(shù)作為參數(shù)確定。
方案5所述的發(fā)明的特征為，在方案4所述的馬達控制裝置中，由式(1) 表示所述二慣性系公式模型，由式(2)表示反共振頻率和共振頻率的中頻增益。 (式1)
<formula>formula see original document page 5</formula>這里，J是總轉動慣量，COH是共振頻率，①L是反共振頻率，W是測試頻率， ^是阻尼系數(shù)，S是拉普拉斯算子。
方案6所述的發(fā)明的特征為，在方案5所述的馬達控制裝置中，機械參數(shù)
生成部比較所述實機頻率特性與所述二慣性系公式模型頻率特性的反共振頻率 至共振頻率的范圍的增益，如果所述實機頻率特性的增益較大，則使二慣性系 公式模型的總轉動慣量微小增加，如果較小則微小減少，反復進行至大致一致 為止。
方案7所述的發(fā)明的特征為，在方案6所述的馬達控制裝置中，所述增益 的大小通過比較反共振頻率至共振頻率的增益面積來確定。方案8所述的發(fā)明的特征為，在方案6所述的馬達控制裝置中，所述總轉 動慣量的初始值為式(3)。 (式3)
<formula>formula see original document page 6</formula>
但是，YL是實機頻率特性的反共振頻率的db換算增益，Yh是共振頻率的 db換算增益。
方案9所述的發(fā)明的特征為，在方案6所述的馬達控制裝置中，所述總轉 動慣量的初始值為式(5)。
<formula>formula see original document page 6</formula> 但是，YM是實機頻率特性的a^W((oh'coO時的增益。
方案IO所述的發(fā)明提供一種馬達控制裝置的控制方法，是具備由位置信號 生成速度信號的速度信號生成部及根據(jù)轉矩指令控制馬達電流的電流控制部的
馬達控制裝置的控制方法，其特征在于，具備向電流控制部輸入包括多個頻 率成分的測試轉矩指令并求出實機頻率特性的步驟；比較所述實機頻率特性與 二慣性系公式模型頻率特性的步驟；反復微小修正總轉動慣量及阻尼系數(shù)以便 所述實機頻率特性與所述二慣性系公式模型頻率特性的增益一致的步驟；及在 所述增益大致一致后將總轉動慣量及阻尼系數(shù)作為參數(shù)確定的步驟。
根據(jù)方案1所述的發(fā)明，能夠提供一種馬達控制裝置，在使用開環(huán)中的頻 率解析結果整定轉動慣量時，即使針對因粘性摩擦或控制器的影響而低頻區(qū)域 的頻率特性下降這樣的對象，也可高精度地進行整定。
根據(jù)方案2所述的發(fā)明，能夠提供一種馬達控制裝置，在使用由控制器控 制的閉環(huán)結構中的頻率解析結果整定轉動慣量時，即使針對因粘性摩擦或控制 器的影響而低頻區(qū)域的頻率特性下降這樣的對象，也可高精度地進行整定。
根據(jù)方案3至9所述的發(fā)明，能夠提供一種馬達控制裝置，即使在較小的 運轉區(qū)域內(nèi)，因摩擦或控制的影響而低頻斜率不固定時，也可高精度地推斷轉 動慣量。
根據(jù)方案10所述的發(fā)明，能夠提供一種馬達控制裝置的控制方法，即使在 較小的運轉區(qū)域內(nèi)，因摩擦或控制的影響而低頻斜率不固定時，也可高精度地200780040459.2
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推斷轉動慣量。


圖1是表示本發(fā)明的構成的框圖。
圖2是表示本發(fā)明的構成的框圖。
圖3是表示本發(fā)明的方法的流程圖。
圖4是表示本發(fā)明的曲線擬合方法的圖。
圖5是表示基于現(xiàn)有方法的整定結果的圖。
圖6是表示基于本發(fā)明的整定結果的圖。
符號說明
l-電流控制部；2-速度信號生成部；3-測試轉矩指令生成部；4-頻率特性計 算部；5-機械參數(shù)計算部；6-機械參數(shù)；7-位置控制部；8-速度控制部；ll-馬達； 12-位置檢測器；13-機械；21-測定而得的頻率響應；22-二慣性系模型的頻率響 應；23-評價開始點；24-評價結束點；25-剛體系模型的頻率特性。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的具體實施例進行說明。 實施例l
圖1是表示本發(fā)明第1實施例的構成的框圖。圖中，1是電流控制部，2是 速度信號生成部，3是測試轉矩指令生成部，4是頻率特性計算部，5是機械模 型計算部，6是機械模型，ll是馬達，12是位置檢測器，13是機械。電流控制 部1將轉矩指令轉換成電流指令，對電流指令和馬達電流的電流偏差進行PID 控制處理并生成電壓指令，對電壓指令進行脈寬調(diào)制(PWM)并驅動功率轉換 器向馬達供給電力。速度信號生成部2獲取與馬達結合的位置檢測器的位置信 號的時間差分生成速度信號。測試轉矩指令生成部3在馬達控制裝置未處于通 常運轉模式而是測試模式時生成包括多個頻率成分的轉矩指令并向電流控制部 1輸入。頻率特性計算部計測測試轉矩指令被輸入至電流控制部1時的速度信號 并計算出頻率特性。機械模型計算部5從頻率特性的波峰波谷的頻率推算共振頻率、反共振頻率的組合，抽出幾個候補，判別希望模型化的2慣性系。
在圖3中表示本發(fā)明方法的流程圖。如圖所示，本發(fā)明的方法通過步驟l 7的7個步驟進行處理。在步驟1中，將包括多個頻率成分的測試轉矩指令輸入 電流控制部，計測速度信號的響應。在步驟2中，根據(jù)輸入的測試轉矩指令及 計測的速度信號的響應運算機械的頻率特性。在步驟3中，針對頻率特性運算 的結果，進行波峰波谷的檢測。推算作為二慣性系模型的共振頻率及反共振頻 率的組合，抽出幾個候補。在步驟4中，根據(jù)目的，判別希望模型化的二慣性 系的組。例如，在求出系統(tǒng)整體的剛體模式的轉動慣量時，選擇最低的頻率。 另外，在以調(diào)整針對高頻振動的減振控制為目的時，選擇成為問題的共振頻率 及與其對應的反共振頻率。當存在多個共振頻率，自動判別較難時，或希望直 接設定對象即頻率時，通過步驟5手動選擇共振頻率及反共振頻率。在步驟6 中，通過對于所選擇的共振頻率及反共振頻率的組合進行二慣性系模型的曲線 擬合來調(diào)整模型。在步驟7中，根據(jù)該評價后的模型，整定共振頻率、反共振 頻率、轉動慣量及振動的阻尼。另外，虛線部8是相當于專利文獻3的部分。
下面，對步驟6及步驟7進行詳細說明。
如果設定共振頻率coH、反共振頻率coL、阻尼C、總轉動慣量J，則二慣性 系模型的轉矩至速度的傳遞函數(shù)由式(1)表示。
將頻率區(qū)域的振幅作為db換算增益H (co)來表示時，作為頻率0)的函數(shù) 由式(2)對其進行表示。這里如果阻尼；足夠小，則共振頻率coH、反共振頻 率coL的中間點近似地如式(5)所示。 (式4)
<formula>formula see original document page 8</formula>
如果通過頻率響應運算求出的反共振頻率的增益為YL，共振頻率的增益為 YH，則總轉動慣量J可通過式(3)計算出來。增益采用周邊數(shù)點的平均值即可。
通過將由式(5)近似地求出的J及^0作為初始值，對采用式(2)的模型 及由測定得到的頻率響應運算結果進行曲線擬合，來整定參數(shù)。在曲線擬合中， 可以應用最小二乘法或遺傳算法等各種方法，這里對如圖4所示的反共振頻率-共振頻率間的面積比較及中間點比較進行說明。圖中表示由測定得到的實機頻率特性l、 二慣性系公式模型頻率特性2、評價開始點3、評價結束點4。 3對應 于反共振頻率，4對應于共振頻率。如果表示調(diào)整條件則如下所示。首先，針對阻尼系數(shù)；，如果由頻率特性運算得到的增益為Y (o))，則以式 (6)的條件進行調(diào)整。 (式5)廣 / 、 / 、叫,、 U = -5 |^(w)<2>( ) (6)這里，5為任意的調(diào)整值，另外，針對總轉動慣量J，以下面的條件進行調(diào)整。(式6)/ = ■/ + (7 〖,、 / = J _ cr這里，C7為任意的調(diào)整值。由于在將模型限定于二慣性系時，總轉動慣量通過式(7)的條件很容易求出，所以阻尼系數(shù)可以通過模型與由測定得到的頻率特性的一致度判定來求出。在圖3、圖4中表示求出系統(tǒng)整體的剛體模式的轉動慣量時的具體的整定結 果的例子。圖3是表示基于現(xiàn)有方法的整定結果的圖。圖6是表示基于本發(fā)明 的整定結果的圖。相對于測定的頻率特性l，通過曲線擬合整定的模型為，現(xiàn)有 例為5，基于本發(fā)明的模型為2。對于剛體模式的轉動慣量準確值60倍的機械， 與在現(xiàn)有的方法中，由低頻區(qū)域的斜率的平均值整定為70倍相對，通過采用本 方法，整定值為55.5倍，可知與現(xiàn)有的方法相比可高精度地整定轉動慣量。 實施例2圖2是表示本發(fā)明第2實施例的構成的框圖。在第1實施例中追加了位置 控制部7和速度控制部8。另外，為了整定總轉動慣量，也可以將共振頻率與反共振頻率的中間點的頻率選定為COM=/"(COL*COH)。C=0時的頻率COM的二慣性系模型的增益H，(co)由式(8)表示。H,(a))=|G，(j(0)|=(l/J/Q)L)*:(a)H/o)L)另外，如果使實機頻率特性的中間點的增益為YM，則總轉動慣量J由式(9)將其作為初始值使用來進行整定即可。由于求出的轉動慣量使用共振點及反共振點的頻率和增益，所以即使在多 慣性機械的建模中，也可求出各自的彈簧單元的彈簧常數(shù)及轉動慣量，因此， 可以應用于與此對應的濾波器的最佳設定。由于本發(fā)明的馬達控制裝置即使在較小的運轉區(qū)域內(nèi)，當摩擦或控制的影 響較大時也可以高精度地推斷轉動慣量，所以可期待應用于以機器人或機床為 主的一般工業(yè)機械等。另外，雖然本發(fā)明以安裝在馬達控制裝置中為前提，但 是也可以作為轉動慣量推斷裝置來應用。
權利要求
1. 一種馬達控制裝置，是具備由位置信號生成速度信號的速度信號生成部及根據(jù)轉矩指令控制馬達電流的電流控制部的馬達控制裝置，其特征在于，具備測試轉矩指令生成部，生成包括多個頻率成分的測試轉矩指令；實機頻率特性計算部，由針對所述測試轉矩指令的所述速度信號的響應計算出實機頻率特性；及機械參數(shù)生成部，通過所述實機頻率特性生成機械參數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求l所述的馬達控制裝置，其特征在于，具備位置控制部， 由位置指令和所述位置信號生成速度指令；及速度控制部，由所述速度指令和 所述速度信號生成所述轉矩指令。
3. 根據(jù)權利要求1所述的馬達控制裝置，其特征在于，所述實機頻率特性 包括共振頻率及其振幅以及反共振頻率及其振幅。
4. 根據(jù)權利要求1及2所述的馬達控制裝置，其特征在于，機械參數(shù)生成部使二慣性公式模型的總轉動慣量和阻尼系數(shù)反復微小變化，使二慣性公式模 型頻率特性與實機頻率特性大致一致，將所述總轉動慣量和所述阻尼系數(shù)作為
5.根據(jù)權利要求4所述的馬達控制裝置，其特征在于，由式(1)表示所 述二慣性系公式模型，由式(2)表示反共振頻率和共振頻率的中頻增益。<formula>formula see original document page 2</formula>(2)這里，J是總轉動慣量，COh是共振頻率，Q)l是反共振頻率，co是測試頻率， ^是阻尼系數(shù)，s是拉普拉斯算子。
6.根據(jù)權利要求5所述的馬達控制裝置，其特征在于，機械參數(shù)生成部比 較所述實機頻率特性與所述二慣性系公式模型頻率特性的反共振頻率至共振頻 率的范圍的增益，如果所述實機頻率特性的增益較大，則使二慣性系公式模型 的總轉動慣量微小增加，如果較小則微小減少，反復進行至大致一致為止。
7. 根據(jù)權利要求6所述的馬達控制裝置，其特征在于，所述增益的大小通 過比較反共振頻率至共振頻率的增益面積來確定。
8. 根據(jù)權利要求6所述的馬達控制裝置，其特征在于，所述總轉動慣量的初始值為式(3)，<formula>formula see original document page 3</formula>但是，YL是實機頻率特性的反共振頻率的db換算增益，Yh是共振頻率的 db換算增益。
9. 根據(jù)權利要求6所述的馬達控制裝置，其特征在于，所述總轉動慣量的 初始值為式(5)，<formula>formula see original document page 3</formula>但是，YM是實機頻率特性的CO^T(COpTCOL)時的增益。
10. —種馬達控制裝置的控制方法，是具備由位置信號生成速度信號的速度信號生成部及根據(jù)轉矩指令控制馬達電流的電流控制部的馬達控制裝置的控制方法，其特征在于，具備向電流控制部輸入包括多個頻率成分的測試轉矩指令并求出實機頻率特性的步驟；比較所述實機頻率特性與所述二慣性系公式模型頻率特性的步驟； 反復微小修正總轉動慣量及阻尼系數(shù)以便所述實機頻率特性與所述二慣性 系公式模型頻率特性的增益一致的步驟；及在所述增益大致一致后將總轉動慣量及阻尼系數(shù)作為參數(shù)確定的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種馬達控制裝置及其控制方法，即使在較小的運轉區(qū)域內(nèi)，因摩擦或控制的影響而低頻斜率不固定時，也能夠高精度地推斷轉動慣量。具體為，具備由位置信號生成速度信號的速度信號生成部(2)及根據(jù)轉矩指令控制馬達電流的電流控制部(1)的馬達控制裝置，其為，具備測試轉矩指令生成部(3)，生成包括多個頻率成分的測試轉矩指令；頻率特性計算部(4)，由針對測試轉矩指令的速度信號的響應計算出頻率特性；及機械參數(shù)計算部(6)，通過頻率特性計算出機械參數(shù)。
文檔編號H02P29/00GK101536305SQ200780040459
公開日2009年9月16日 申請日期2007年10月25日 優(yōu)先權日2006年11月1日
發(fā)明者梅田信弘 申請人:株式會社安川電機