JPH0651037A - 電動機の負荷イナーシャ同定方法 - Google Patents
電動機の負荷イナーシャ同定方法Info
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- JPH0651037A JPH0651037A JP22478992A JP22478992A JPH0651037A JP H0651037 A JPH0651037 A JP H0651037A JP 22478992 A JP22478992 A JP 22478992A JP 22478992 A JP22478992 A JP 22478992A JP H0651037 A JPH0651037 A JP H0651037A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- waveform
- cogging torque
- load inertia
- motor
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- Prior art date
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- Granted
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- Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)
- Complex Calculations (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 加速度波形に含まれる電動機のコギングトル
クによるリップル成分の影響を受けることなく、低速度
すなわち低回転時でも負荷イナーシャを正確に同定する
ことを目的とする。 【構成】 制御対象の応答波形を用いて電動機の負荷イ
ナーシャ同定する方法において、コギングトルクの１周
期に対するモータ軸中心角をｎ等分し、前記中心角のｎ
分の１づつ回転開始角を移動しながら応答波形をｎ回観
測し、ｎ個の応答波形の回転開始時間から数えて同一観
測時間におけるｎ個の観測値を平均することによって観
測波形に含まれるコギングトルクによる影響を除去する
ようにした。
クによるリップル成分の影響を受けることなく、低速度
すなわち低回転時でも負荷イナーシャを正確に同定する
ことを目的とする。 【構成】 制御対象の応答波形を用いて電動機の負荷イ
ナーシャ同定する方法において、コギングトルクの１周
期に対するモータ軸中心角をｎ等分し、前記中心角のｎ
分の１づつ回転開始角を移動しながら応答波形をｎ回観
測し、ｎ個の応答波形の回転開始時間から数えて同一観
測時間におけるｎ個の観測値を平均することによって観
測波形に含まれるコギングトルクによる影響を除去する
ようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電動機の負荷イナーシ
ャ、特に工作機械の主軸等を駆動する電動機の負荷イナ
ーシャを同定する方法に関する。
ャ、特に工作機械の主軸等を駆動する電動機の負荷イナ
ーシャを同定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、電動機制御系の特性が電動機の
動作に直接影響するため、制御系のパラメータの調整は
極めて重要である。図２は電動機制御系のブロック線図
で、1のKvは速度ループゲイン、２は電動機、３は速度
フィードバック、４のTiは積分ゲイン、５のKpは位置ル
ープゲイン、７は位置フィードバック、J は電動機の負
荷イナーシャ、Ｓはラプラス演算子である。このブロッ
ク線図で、1 の速度ループゲインＫｖ、４の積分ゲイン
Ｔｉ、５のは位置ループゲインＫｐが調整すべき制御系
のパラメータである。しかし、一般にJ （電動機の負荷
イナーシャ；正確には電動機回転イナーシャに機械側負
荷イナーシャを加えたもの）の値は未知である場合が非
常に多いので、パラメータの自動調整を行なうために
は、先ず、負荷イナーシャJ の値を同定する必要があ
る。従来、負荷イナーシャを同定する方法として、速度
ループゲインのみが機能する状態にしてステップ状の速
度指令を入力し、その入力指令に対する応答波形の立ち
下がり時の適当な２時点における加速度を観測し、既知
の速度ループゲインに前記２時点の時間差を乗じた値か
ら、前記２時点における加速度の自然対数比で除したも
のを電動機の負荷イナーシャとして同定する方法が採用
されていた。
動作に直接影響するため、制御系のパラメータの調整は
極めて重要である。図２は電動機制御系のブロック線図
で、1のKvは速度ループゲイン、２は電動機、３は速度
フィードバック、４のTiは積分ゲイン、５のKpは位置ル
ープゲイン、７は位置フィードバック、J は電動機の負
荷イナーシャ、Ｓはラプラス演算子である。このブロッ
ク線図で、1 の速度ループゲインＫｖ、４の積分ゲイン
Ｔｉ、５のは位置ループゲインＫｐが調整すべき制御系
のパラメータである。しかし、一般にJ （電動機の負荷
イナーシャ；正確には電動機回転イナーシャに機械側負
荷イナーシャを加えたもの）の値は未知である場合が非
常に多いので、パラメータの自動調整を行なうために
は、先ず、負荷イナーシャJ の値を同定する必要があ
る。従来、負荷イナーシャを同定する方法として、速度
ループゲインのみが機能する状態にしてステップ状の速
度指令を入力し、その入力指令に対する応答波形の立ち
下がり時の適当な２時点における加速度を観測し、既知
の速度ループゲインに前記２時点の時間差を乗じた値か
ら、前記２時点における加速度の自然対数比で除したも
のを電動機の負荷イナーシャとして同定する方法が採用
されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、例えば速度制御系（比例制御）の速度のステップ応
答波形を差分した加速度波形の減衰率から負荷イナーシ
ャを推定している。現実の電動機制御系では、前記加速
度波形に電動機のコギングトルクによるリップル成分が
付加されるため、低速度すなわち低回転時に負荷イナー
シャの推定誤差が大きくなる。工作機械等では負荷イナ
ーシャの推定は出来るだけ低速度で行ないたいという要
求が強い。従って、加速度波形から前記コギングトルク
成分を除去することが必要不可欠である。観測した加速
度波形を低域通過フィルタに通すことによってリップル
を除去することが考えられるが、リップルの周波数が低
く、これを除去しようとすると加速度波形そのものが変
化してしまい、負荷イナーシャを同定することが出来な
かった。そこで、本発明は上述した問題点を解決する電
動機の負荷イナーシャ同定方法を提供することを目的と
する。
は、例えば速度制御系（比例制御）の速度のステップ応
答波形を差分した加速度波形の減衰率から負荷イナーシ
ャを推定している。現実の電動機制御系では、前記加速
度波形に電動機のコギングトルクによるリップル成分が
付加されるため、低速度すなわち低回転時に負荷イナー
シャの推定誤差が大きくなる。工作機械等では負荷イナ
ーシャの推定は出来るだけ低速度で行ないたいという要
求が強い。従って、加速度波形から前記コギングトルク
成分を除去することが必要不可欠である。観測した加速
度波形を低域通過フィルタに通すことによってリップル
を除去することが考えられるが、リップルの周波数が低
く、これを除去しようとすると加速度波形そのものが変
化してしまい、負荷イナーシャを同定することが出来な
かった。そこで、本発明は上述した問題点を解決する電
動機の負荷イナーシャ同定方法を提供することを目的と
する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、制御対象の応答波形を用いて電動機の負
荷イナーシャを同定する方法において、コギングトルク
の１周期に対するモータ軸中心角をｎ等分し、前記中心
角のｎ分の１づつ回転開始角を移動しながら応答波形を
ｎ回観測し、ｎ個の応答波形の回転開始時間から数えて
同一観測時間におけるｎ個の観測値を平均することによ
って観測波形に含まれるコギングトルクによる影響を除
去するようにするものである。
め、本発明は、制御対象の応答波形を用いて電動機の負
荷イナーシャを同定する方法において、コギングトルク
の１周期に対するモータ軸中心角をｎ等分し、前記中心
角のｎ分の１づつ回転開始角を移動しながら応答波形を
ｎ回観測し、ｎ個の応答波形の回転開始時間から数えて
同一観測時間におけるｎ個の観測値を平均することによ
って観測波形に含まれるコギングトルクによる影響を除
去するようにするものである。
【０００５】
【作用】本発明は、コギングトルクが軸の回転位置に依
存することを利用するもので、以下にその原理を説明す
る。本発明の原理を図１のステップ１〜５に示してい
る。すなわち、先ずコギングトルクの1 周期に対するモ
ータ軸中心角をｎ等分し（ステップ１）、前記中心角の
ｎ分の１ずつ回転開始角を移動しながらスッテプ入力に
対する応答波形をｎ回観測し、（ステップ２、３）ｎ個
の応答波形の回転開始時間から数えて同一観測時間にお
けるｎ個の観測値を平均することによって観測波形に含
まれるコギングトルクによる影響を除去し（ステップ
４）コギングトルクの影響を除去した観測波形を用いて
正確な負荷イナーシャを同定する（ステップ５）。この
ようにして得られた推定慣性モーメントを用いて、制御
系のパラメータを設定する（ステップ６）。図１のステ
ップ４でコキングトルクが相殺されることを以下に説明
する。図３にモータ回転角に対するコギングトルク波形
の１例を示す。図３の場合、コギングトルクを正弦波と
して近似し、その周期はモータ回転角βに対して１周期
である。よってモータ回転角速度をωとするとコギング
トルクＣ（ｔ）は
存することを利用するもので、以下にその原理を説明す
る。本発明の原理を図１のステップ１〜５に示してい
る。すなわち、先ずコギングトルクの1 周期に対するモ
ータ軸中心角をｎ等分し（ステップ１）、前記中心角の
ｎ分の１ずつ回転開始角を移動しながらスッテプ入力に
対する応答波形をｎ回観測し、（ステップ２、３）ｎ個
の応答波形の回転開始時間から数えて同一観測時間にお
けるｎ個の観測値を平均することによって観測波形に含
まれるコギングトルクによる影響を除去し（ステップ
４）コギングトルクの影響を除去した観測波形を用いて
正確な負荷イナーシャを同定する（ステップ５）。この
ようにして得られた推定慣性モーメントを用いて、制御
系のパラメータを設定する（ステップ６）。図１のステ
ップ４でコキングトルクが相殺されることを以下に説明
する。図３にモータ回転角に対するコギングトルク波形
の１例を示す。図３の場合、コギングトルクを正弦波と
して近似し、その周期はモータ回転角βに対して１周期
である。よってモータ回転角速度をωとするとコギング
トルクＣ（ｔ）は
【０００６】
【数１】
【０００７】となる。ここでモータの運転・観測開始角
の刻み幅αを
の刻み幅αを
【０００８】
【数２】
【０００９】とする。ここでｎは以下で述べる移動平均
を採る際の運転・観測の回数である。したがって、第ｉ
回目の観測のコギングトルクをＣ（t,i)とすると
を採る際の運転・観測の回数である。したがって、第ｉ
回目の観測のコギングトルクをＣ（t,i)とすると
【００１０】
【数３】
【００１１】となる。よってｎ個のコギングトルク波形
の移動平均値Cavg（ｔ）は
の移動平均値Cavg（ｔ）は
【００１２】
【数４】
【００１３】となり、コギングトルクは相殺されてゼロ
になる。
になる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図にもとづいて説明
する。図４は本発明の実施例の構成を示す図で、８は電
動機、９は負荷イナーシャ、１０は電動機の軸回転量に
比例したパルスを発生するパルスジェネレータ、１１は
位置指令を発生する上位コントローラ、１２は位置指令
とパルスジュネレータからのフィードバックパルスを用
いて電動機にトルク電流を出力するサーボコントローラ
である。上位コントローラは位置のランプ指令をサーボ
コントローラに出力し、サーボコントローラは位置指令
を１回微分して得られる速度のステップ指令を用いる。
速度の出力を１回微分することにより加速度を得ること
ができる。実施例に用いたモータでは、コギングトルク
の１周期はモータ軸に対してπ/3の角をなしている。つ
まり
する。図４は本発明の実施例の構成を示す図で、８は電
動機、９は負荷イナーシャ、１０は電動機の軸回転量に
比例したパルスを発生するパルスジェネレータ、１１は
位置指令を発生する上位コントローラ、１２は位置指令
とパルスジュネレータからのフィードバックパルスを用
いて電動機にトルク電流を出力するサーボコントローラ
である。上位コントローラは位置のランプ指令をサーボ
コントローラに出力し、サーボコントローラは位置指令
を１回微分して得られる速度のステップ指令を用いる。
速度の出力を１回微分することにより加速度を得ること
ができる。実施例に用いたモータでは、コギングトルク
の１周期はモータ軸に対してπ/3の角をなしている。つ
まり
【００１５】
【数５】
【００１６】である。移動平均を採るサンプル数ｎを10
とすると
とすると
【００１７】
【数６】
【００１８】となる。図５はコギングが存在する場合の
加速度応答波形を示す図で、コギングトルクの影響が波
形の歪みとして現れている。図６は図５に示す波形に対
して１０回の移動平均をとった加速度波形を示してお
り、コギングの影響が相殺されている。図７は実施例を
示すフロー図で、図１におけるステップ１のｎ等分を１
０等分、ステップ３における観測回数ｎを１０回にした
場合のフロー図である。
加速度応答波形を示す図で、コギングトルクの影響が波
形の歪みとして現れている。図６は図５に示す波形に対
して１０回の移動平均をとった加速度波形を示してお
り、コギングの影響が相殺されている。図７は実施例を
示すフロー図で、図１におけるステップ１のｎ等分を１
０等分、ステップ３における観測回数ｎを１０回にした
場合のフロー図である。
【００１９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば慣性
モーメントを推定するための加速度波形に含まれるコギ
ングトルクにより生じる外乱成分を除去することがで
き、低速度で電動機を回転させて慣性モーメントを同定
する場合であっても、慣性モーメントの高精度な同定値
が得られる。すなわち、従来技術では不可能であった低
回転で電動機を回転させても電動機制御系のパラメータ
を最適値に設定することが可能となった。
モーメントを推定するための加速度波形に含まれるコギ
ングトルクにより生じる外乱成分を除去することがで
き、低速度で電動機を回転させて慣性モーメントを同定
する場合であっても、慣性モーメントの高精度な同定値
が得られる。すなわち、従来技術では不可能であった低
回転で電動機を回転させても電動機制御系のパラメータ
を最適値に設定することが可能となった。
【図１】本発明の原理を示すフロー図
【図２】電動機制御系のブロック図
【図３】コギングトルク波形図
【図４】本発明の実施例の構成を示す図
【図５】コギングトルクが存在する場合の加速度応答波
形を示す図
形を示す図
【図６】移動平均を採った加速度応答波形を示す図
【図７】本発明の実施例のフロー図
１ 速度ループゲイン ２ 制御対象 ３ 速度フィードバック ４ 速度ループ積分器 ５ 位置ループゲイン ６ 積分器 ７ 位置フィードバック ８ 電動機 ９ 負荷イナーシャ １０ パルスジェネレータ １１ 上位コントローラ １２ サーボコントローラ
Claims (1)
- 【請求項１】 制御対象の応答波形を用いて電動機の負
荷イナーシャを同定する方法において、コギングトルク
の１周期に対するモータ軸中心角をｎ等分し、前記中心
角のｎ分の１づつ回転開始角を移動しながら応答波形を
ｎ回観測し、ｎ個の応答波形の回転開始時間から数えて
同一観測時間におけるｎ個の観測値を平均することによ
って観測波形に含まれるコギングトルクによる影響を除
去することを特徴とする電動機の負荷イナーシャ同定方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22478992A JP3625215B2 (ja) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | 電動機の負荷イナーシャ同定用データ収集方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22478992A JP3625215B2 (ja) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | 電動機の負荷イナーシャ同定用データ収集方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0651037A true JPH0651037A (ja) | 1994-02-25 |
| JP3625215B2 JP3625215B2 (ja) | 2005-03-02 |
Family
ID=16819229
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22478992A Expired - Fee Related JP3625215B2 (ja) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | 電動機の負荷イナーシャ同定用データ収集方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3625215B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6336266B1 (en) | 1999-03-17 | 2002-01-08 | Tdk Corporation | Electronic parts insertion head and electronic parts insertion device |
| JP2005172788A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-30 | Yaskawa Electric Corp | モータの負荷慣性モーメント推定方法 |
| JP2010148178A (ja) * | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Fanuc Ltd | イナーシャ推定を行う制御装置及び制御システム |
| CN104215371A (zh) * | 2014-08-27 | 2014-12-17 | 湖北开特汽车电子电器系统股份有限公司 | 一种汽车空调步进电机力矩输出特性的测量系统 |
| CN110007228A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-07-12 | 江苏吉泰科电气股份有限公司 | 一种基于扭矩和无功测量的永磁同步电机标定方法 |
-
1992
- 1992-07-31 JP JP22478992A patent/JP3625215B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6336266B1 (en) | 1999-03-17 | 2002-01-08 | Tdk Corporation | Electronic parts insertion head and electronic parts insertion device |
| JP2005172788A (ja) * | 2003-11-21 | 2005-06-30 | Yaskawa Electric Corp | モータの負荷慣性モーメント推定方法 |
| JP2010148178A (ja) * | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Fanuc Ltd | イナーシャ推定を行う制御装置及び制御システム |
| CN104215371A (zh) * | 2014-08-27 | 2014-12-17 | 湖北开特汽车电子电器系统股份有限公司 | 一种汽车空调步进电机力矩输出特性的测量系统 |
| CN110007228A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-07-12 | 江苏吉泰科电气股份有限公司 | 一种基于扭矩和无功测量的永磁同步电机标定方法 |
| CN110007228B (zh) * | 2019-04-04 | 2022-01-21 | 江苏吉泰科电气股份有限公司 | 一种基于扭矩和无功测量的永磁同步电机标定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3625215B2 (ja) | 2005-03-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041104 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041126 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
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Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071210 Year of fee payment: 3 |
|
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