專利名稱：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置與其辨識(shí)方法以及具備該辨識(shí)裝置的馬達(dá)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置與其辨識(shí)方法以及具備該辨識(shí)裝置的馬 達(dá)控制裝置，其辨識(shí)半導(dǎo)體制造裝置、機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等一般工業(yè)用機(jī)械中 的連接有負(fù)載的馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置是利用正負(fù)對(duì)稱的速度指令、作為正負(fù)對(duì)稱
的梯形波的第1速度指令與只放大所述第1速度指令的振幅的第2速度指令來(lái) 辨識(shí)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置(例如，參照專利文獻(xiàn)l)。
圖4是現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置。在圖中，401是速度指令發(fā)生部，4 02是速度控制部，403是模型速度控制部，404是辨識(shí)部，405是調(diào)節(jié)部。
以下，利用圖4說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)的馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置的構(gòu)成以及動(dòng)作。 速度指令發(fā)生部401輸出速度指令。速度控制部402輸入所述速度指令與速度 控制變量，輸出轉(zhuǎn)矩指令。模型速度控制部403輸入所述速度指令與調(diào)節(jié)信號(hào)， 輸出轉(zhuǎn)矩指令估計(jì)值。辨識(shí)部404輸入所述轉(zhuǎn)矩指令與所述轉(zhuǎn)矩指令估計(jì)值， 根據(jù)所述轉(zhuǎn)矩指令的1次時(shí)間積分值與所述轉(zhuǎn)矩指令估計(jì)值的1次時(shí)間積分值 之比來(lái)辨識(shí)慣量而輸出，通過(guò)相對(duì)于正負(fù)對(duì)稱的所述速度指令的正轉(zhuǎn)時(shí)與反轉(zhuǎn) 時(shí)的所述轉(zhuǎn)矩指令的差來(lái)算出恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)，利用分別對(duì)應(yīng)于作為正負(fù)對(duì)稱的 梯形波的第1速度指令與作為只放大所述第1速度指令振幅的速度指令的第2 速度指令的轉(zhuǎn)矩指令的第1轉(zhuǎn)矩指令、第2轉(zhuǎn)矩指令、所述恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)而算 出庫(kù)侖阻尼，利用所述第1轉(zhuǎn)矩指令、所述第2轉(zhuǎn)矩指令、所述第1速度指令、 所述第2速度指令而算出粘性摩擦。調(diào)節(jié)部405輸入所述慣量，輸出所述速度 控制變量與所述調(diào)節(jié)信號(hào)。
專利文獻(xiàn)l:日本國(guó)特開(kāi)平11-46489號(hào)公報(bào)(第3-5頁(yè)，第1圖)

發(fā)明內(nèi)容
但是，現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置，在可動(dòng)范圍被局限的連接有負(fù)載的 馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)中存在摩擦或恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)的情況下，因?yàn)槲茨艿玫匠浞?的加速度而存在辨識(shí)精度下降的問(wèn)題。
本發(fā)明是基于上述問(wèn)題而進(jìn)行的，其目的在于提供一種在摩擦或恒定轉(zhuǎn)矩 擾動(dòng)存在的情況下，只用微小動(dòng)作便可精度良好地辨識(shí)連接有負(fù)載的馬達(dá)的轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置與其辨識(shí)方法以及具備該辨識(shí)裝置的馬達(dá)控制裝 置。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明如以下構(gòu)成。
技術(shù)方案1所述的發(fā)明為一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置，其具備發(fā)生位置指令 的位置指令發(fā)生器；檢測(cè)馬達(dá)位置的位置檢測(cè)器；根據(jù)所述位置指令與所述馬 達(dá)位置而運(yùn)算速度指令的位置控制器；根據(jù)所述速度指令而運(yùn)算轉(zhuǎn)矩指令的速 度控制器；及辨識(shí)連接有負(fù)載的馬達(dá)即控制對(duì)象的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器， 其為，所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器根據(jù)所述位置指令與所述馬達(dá)位置的相位差而辨識(shí) 所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
技術(shù)方案2所述的發(fā)明為，技術(shù)方案1所述的所述速度控制器具有作為第1 以及第2速度比例控制增益的第1速度比例控制增益以及第2速度比例控制增 益，在轉(zhuǎn)換所述第1速度比例控制增益以及第2速度比例控制增益而驅(qū)動(dòng)所述 控制對(duì)象時(shí)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器算出作為所述第1速度比例控制增益中的所 述馬達(dá)位置的相位的第1馬達(dá)位置相位與作為所述第2速度比例控制增益中的 所述馬達(dá)位置的相位的第2馬達(dá)位置相位，根據(jù)所述第1馬達(dá)位置相位與所述 第2馬達(dá)位置相位辨識(shí)所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以便不包含所述控制對(duì)象的粘性摩擦或 者恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)。
技術(shù)方案3所述的發(fā)明為，技術(shù)方案1所述的所述速度控制器具有作為第1 以及第2速度比例控制增益的第1速度比例控制增益以及第2速度比例控制增 益，所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器具有在由所述第1速度比例控制增益驅(qū)動(dòng)所述控制 對(duì)象時(shí)輸出第1馬達(dá)位置，在由所述第2速度比例控制增益驅(qū)動(dòng)所述控制對(duì)象 時(shí)輸出第2馬達(dá)位置的轉(zhuǎn)換器；存儲(chǔ)所述第1馬達(dá)位置設(shè)定長(zhǎng)度并輸出第1馬達(dá)位置存儲(chǔ)值的第1馬達(dá)位置存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)所述第2馬達(dá)位置設(shè)定長(zhǎng)度并輸出 第2馬達(dá)位置存儲(chǔ)值的第2馬達(dá)位置存儲(chǔ)器；根據(jù)所述位置指令與所述第1馬 達(dá)位置存儲(chǔ)值的相位差而運(yùn)算并輸出第1馬達(dá)位置相位的第1馬達(dá)位置相位運(yùn)
算器；根據(jù)所述位置指令與所述第2馬達(dá)位置存儲(chǔ)值的相位差而運(yùn)算并輸出第2 馬達(dá)位置相位的第2馬達(dá)位置相位運(yùn)算器；及根據(jù)所述第1馬達(dá)位置相位與所 述第2馬達(dá)位置相位而運(yùn)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)值的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量運(yùn)算器。
技術(shù)方案4所述的發(fā)明為，技術(shù)方案3所述的所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器把所述 第2速度比例控制增益與所述第1速度比例控制增益之差和所述位置指令的頻 率的位置指令頻率的乘積；與所述第2速度比例控制增益與所述第2馬達(dá)位置 相位的正切的乘積，及所述第1速度比例控制增益與所述第1馬達(dá)位置相位的 之差和位置比例控制增益的乘積之和除以，所述第2馬達(dá)位置相位 的正切與所述第1馬達(dá)位置相位的正切之差乘以所述位置指令頻率的平方而運(yùn) 算所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)值。
技術(shù)方案5所述的發(fā)明為一種馬達(dá)控制裝置，其為控制向所述馬達(dá)供電的 馬達(dá)控制裝置，其具備權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置。
技術(shù)方案6所述的發(fā)明為一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)方法，其為具備發(fā)生位置指 令的位置指令發(fā)生器；檢測(cè)馬達(dá)位置的位置檢測(cè)器；根據(jù)所述位置指令與所述 馬達(dá)位置而運(yùn)算速度指令的位置控制器；根據(jù)所述速度指令而運(yùn)算轉(zhuǎn)矩指令的 速度控制器；及辨識(shí)連接有負(fù)載的馬達(dá)即控制對(duì)象的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí) 器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)方法，其采用，轉(zhuǎn)換所述速度控制器中 的作為第1以及第2速度比例控制增益的第1速度比例控制增益以及第2速度 比例控制增益而驅(qū)動(dòng)所述控制對(duì)象，算出作為所述第1速度比例控制增益中的 所述馬達(dá)位置的相位的第1馬達(dá)位置相位與作為所述第2速度比例控制增益中 的所述馬達(dá)位置的相位的第2馬達(dá)位置相位，根據(jù)所述位置指令、所述第1馬 達(dá)位置相位、所述第2馬達(dá)位置相位的相位差運(yùn)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)值，以便不包 含所述控制對(duì)象的粘性摩擦或者恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)的步驟。
技術(shù)方案7所述的發(fā)明為，技術(shù)方案6所述的所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)值是把所 述第2速度比例控制增益與所述第1速度比例控制增益之差和位置指令頻率的 乘積；與所述第2速度比例控制增益與所述第2馬達(dá)位置相位的正切的乘積，
7及所述第1速度比例控制增益與所述第1馬達(dá)位置相位的正切的乘積之差和位 置比例控制增益的乘積之和除以，所述第2馬達(dá)位置相位的正切與所述第1馬 達(dá)位置相位的正切之差乘以所述位置指令的頻率的位置指令頻率的平方而算 出。
根據(jù)技術(shù)方案1至7所述的發(fā)明，即使在摩擦或恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)存在的情況 下，也可以只用微小動(dòng)作(例如1/1000旋轉(zhuǎn)程度)來(lái)精度良好地辨識(shí)連接有負(fù) 載的馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
另外，根據(jù)技術(shù)方案5所述的發(fā)明，即使在摩擦或恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)存在的情 況下，因?yàn)榫邆渲挥梦⑿?dòng)作便可辨識(shí)連接有負(fù)載的馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量辨識(shí)裝置，因此可以根據(jù)其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)值而高精度地進(jìn)行響應(yīng)性高的馬達(dá) 控制。


圖1是本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置。
圖2是在本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置中粘性摩擦變化時(shí)的模擬結(jié)果。
圖3是在本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置中恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)變化時(shí)的模擬結(jié)果。
圖4是現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置。
符號(hào)說(shuō)明
101-位置指令發(fā)生器；102-位置控制器；103-速度控制器；104-轉(zhuǎn)矩控制器； 105-控制對(duì)象；106-位置檢測(cè)器；107-微分器；108-轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器；109-轉(zhuǎn)換
器；110-第1馬達(dá)位置存儲(chǔ)器；111-第1馬達(dá)位置相位運(yùn)算器；112-第2馬達(dá)位 置存儲(chǔ)器；113-第2馬達(dá)位置相位運(yùn)算器；114-轉(zhuǎn)動(dòng)慣量運(yùn)算器；401-速度指令 發(fā)生部；402-速度控制部；403-模型速度控制部；404-辨識(shí)部；405-調(diào)節(jié)部。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。 實(shí)施例l
圖l是本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置。在圖中，IOI是位置指令發(fā)生器，102是
8位置控制器，103是速度控制器，104是轉(zhuǎn)矩控制器，105是控制對(duì)象，106是位 置檢測(cè)器，107是微分器，108是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器，109是轉(zhuǎn)換器，110是第1馬達(dá) 位置存儲(chǔ)器，lll是第l馬達(dá)位置相位運(yùn)算器，112是第2馬達(dá)位置存儲(chǔ)器，113是 第2馬達(dá)位置相位運(yùn)算器，114是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量運(yùn)算器。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的不同之
處在于，具備具有轉(zhuǎn)換器109;第1馬達(dá)位置存儲(chǔ)器110;第l馬達(dá)位置相位運(yùn) 算器lll;第2馬達(dá)位置存儲(chǔ)器112;第2馬達(dá)位置相位運(yùn)算器113;及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量運(yùn)
算器114的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器108。
在圖中，位置指令發(fā)生器101輸出位置指令。位置控制器102輸入所述位置 指令與馬達(dá)位置，輸出速度指令。速度控制器103輸入所述速度指令與馬達(dá)速度， 輸出轉(zhuǎn)矩指令。轉(zhuǎn)矩控制器104輸入所述轉(zhuǎn)矩指令，輸出馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)?？刂茖?duì) 象105為連接有負(fù)載的馬達(dá)，由所述馬達(dá)驅(qū)動(dòng)信號(hào)所驅(qū)動(dòng)，所述馬達(dá)位置由位置 檢測(cè)器106檢測(cè)、輸出。微分器107輸入所述馬達(dá)位置，輸出所述馬達(dá)速度。
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器108輸入所述位置指令與所述馬達(dá)位置，算出、輸出作為控 制對(duì)象105的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)值。在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器108中，轉(zhuǎn)換器109 輸入所述馬達(dá)位置，把速度控制器103的增益為第1速度控制增益時(shí)的所述馬達(dá) 位置作為第l馬達(dá)位置而輸出，把速度控制器103的增益與所述第1速度控制增益 不同的第2速度控制增益時(shí)的所述馬達(dá)位置作為第2馬達(dá)位置而輸出。第l馬達(dá)位 置存儲(chǔ)器110輸入所述第1馬達(dá)位置，存儲(chǔ)該輸入信號(hào)用于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)的周期 部分(例如5周期)并作為第l馬達(dá)位置存儲(chǔ)值來(lái)輸出。第l馬達(dá)位置相位運(yùn)算器 lll輸入所述位置指令與所述第l馬達(dá)位置存儲(chǔ)值，把該輸入信號(hào)的相位差作為 第l馬達(dá)位置相位來(lái)輸出。第2馬達(dá)位置存儲(chǔ)器112輸入所述第2馬達(dá)位置，存儲(chǔ) 該輸入信號(hào)用于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)的周期部分并作為第2馬達(dá)位置存儲(chǔ)值來(lái)輸出。第 2馬達(dá)位置相位運(yùn)算器113輸入所述位置指令與所述第2馬達(dá)位置存儲(chǔ)值，把該輸 入信號(hào)的相位差作為第2馬達(dá)位置相位來(lái)輸出。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量運(yùn)算器114輸入第1馬達(dá) 位置相位與第2馬達(dá)位置相位，算出、輸出所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)值。
在此，所述第1速度控制增益以及所述第2速度控制增益，取不損壞圖l的閉 環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的范圍內(nèi)充分分開(kāi)的值的作為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)專用的速度控制增 益，不同于所述閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)性以及擾動(dòng)特性滿足要求規(guī)格地設(shè)定的常規(guī)控 制用速度控制增益。在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)中所述馬達(dá)位置的振幅不超過(guò)控制對(duì)象105的可動(dòng)范圍地轉(zhuǎn)換所述第1速度控制增益與所述第2速度控制增益。轉(zhuǎn)換器109在
所述速度控制增益為所述第l速度控制增益期間，轉(zhuǎn)換為第i馬達(dá)位置存儲(chǔ)器iio 一側(cè)，所述速度控制增益為所述第2速度控制增益期間，轉(zhuǎn)換為第2馬達(dá)位置存 儲(chǔ)器112—側(cè)。
以下，對(duì)于在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器108中算出控制對(duì)象105的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法進(jìn) 行詳細(xì)說(shuō)明。
當(dāng)位置控制器102為位置比例控制增益為Kp的比例控制，速度控制器103為 速度比例控制增益為Kvj的比例控制，貝抱含位置控制器102、速度控制器103、 轉(zhuǎn)矩控制器104、控制對(duì)象105、位置檢測(cè)器106、微分器107的閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方 程式為式(1)。
+ + "》+仏,=V, + w (1)
但，J為控制對(duì)象105的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，D為粘性摩擦，e為馬達(dá)位置，r為位置指 令，w為恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)。在使位置指令r為位置指令振幅為r。，位置指令頻率為"
的正弦波時(shí)，馬達(dá)位置e為振幅及相位與所述位置指令不同而頻率相同的正弦
波，由式(2)與式(3)表示所述位置指令與所述馬達(dá)位置。 r = f (2)
6> = ^.(—)+_^^ (3) K入
但，A為馬達(dá)位置振幅，O為馬達(dá)位置相位。把式(2)與式(3)代入式(1): 對(duì)馬達(dá)相位①求解得式(4)。
——to"-1~^——^ (4) 式(4)可以另寫為式(5)。
w V _〖入=豐^ + Z)) ( 5)
以下，在分別把所述速度比例控制增益設(shè)定為Kvj二Kvj" Kvj2的兩個(gè)值時(shí)，式<formula>formula see original document page 11</formula>但，^為Kvj-K^時(shí)的所述馬達(dá)位置相位的第l馬達(dá)位置相位，0)^Kvj=KVj2 時(shí)的所述馬達(dá)位置相位的第2馬達(dá)位置相位。從式(6)與式(7)中清除粘性摩 擦D，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J求解得式(8)。
<formula>formula see original document page 11</formula>
其次，示出式(8)中的tan^與tan①2的算法。首先，位置指令振幅r。為l 時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)化位置指令與通過(guò)傅里葉變換從所述馬達(dá)位置只抽出頻率"的成分， 馬達(dá)位置振幅A為1的標(biāo)準(zhǔn)化馬達(dá)位置的差，從式(2)與式(3)表示成式(9),
<formula>formula see original document page 11</formula>
式(9)的振幅Ao可以求得為式(10)'
<formula>formula see original document page 11</formula>式(10)的平方成為式(11)。 ^<formula>formula see original document page 11</formula>
改變式(11)，用式(12)表示tan①<formula>formula see original document page 11</formula>度比例控制增益Kvj分別為K^與Kvj2時(shí)算出式 (12)，代入式(8)算出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，作為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)值來(lái)輸出。
因?yàn)槭?8)與式(12)不包含粘性摩擦D以及恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)W，因此可以 不受粘性摩擦D與恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)的影響而辨識(shí)控制對(duì)象105的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。另外， 因?yàn)椴捎盟鰳?biāo)準(zhǔn)化位置指令與所述標(biāo)準(zhǔn)化馬達(dá)位置的差的振幅A。，因此即使 在位置指令振幅ro以及馬達(dá)位置振幅A同時(shí)小的情況下，也可以高精度地算出轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量J，能適用于可動(dòng)范圍被局限的控制對(duì)象105。
以下，表示在所述的實(shí)施例中使用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置時(shí)的模擬結(jié)果。在本 實(shí)施例的模擬中采用的數(shù)值為如下。<formula>formula see original document page 12</formula>
但，Jm為馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Jt為負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，P為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量真值，Do為公稱 粘性摩擦，w。為公稱恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)，Kp為位置比例控制增益，K^為第l標(biāo)準(zhǔn)化 速度比例控制增益，K^為第l速度比例控制增益，Kv2為第2標(biāo)準(zhǔn)化速度比例控制 增益，K力2為第2速度比例控制增益，T為控制周期，T^為額定轉(zhuǎn)矩，r。為位置指 令振幅，"為位置指令頻率，b為位置檢測(cè)器106的分辨率。
在此，公稱粘性摩擦Do為下面所示的在變換恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)w的模擬中的粘性 摩擦D的值，公稱恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)Wo為在變換粘性摩擦D的模擬中的恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng) w的值。
圖2為本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置中的粘性摩擦D變化時(shí)的模擬結(jié)果。在圖 中，恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)w為公稱恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)W()。圖2中所示的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)誤差 (%)，使用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量真值P與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)值J由式(13)算出。
^ = J —J x100 (13)
在圖中，在把粘性摩擦D從O[N m s/rad]變化到0.01[N m s/rad]時(shí)， 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)誤差eJ為2[y。]以下并大致一定。該2[%]以下的誤差為由式(1) 所未考慮的位置檢測(cè)器106的分辨率等引起的。根據(jù)式(8)以及式(12)，表示粘性摩擦D不影響轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)誤差eJ。此時(shí)，馬達(dá)位置振幅A為0.006[rad](位 置檢測(cè)器106的分辨率為17[bit]時(shí)120[pulse]左右)以下，轉(zhuǎn)矩指令振幅為額定 轉(zhuǎn)矩1^的0.3[%]左右。
因此，這表示根據(jù)本發(fā)明只用微小動(dòng)作便可精度良好地辨識(shí)控制對(duì)象105的 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，而且對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的控制對(duì)象也可以適用。
圖3是在本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置中恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)w變化時(shí)的模擬結(jié)果。 圖3中粘性摩擦D為公稱粘性摩擦Do。在圖3中，把恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)w從額定轉(zhuǎn)矩T^ 的0[%]變換到50[%]時(shí)，通過(guò)式(13)算出的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)誤差eJ為2[。/。]以下 并大致一定。該2[%]以下的誤差為由式(1)所未考慮的位置檢測(cè)器106的分辨 率等引起的。根據(jù)式(8)以及式(12)，表示恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)w不影響轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨 識(shí)誤差eJ。此時(shí)，馬達(dá)位置振幅A為0.006[md](位置檢測(cè)器106的分辨率為17[bit] 時(shí)120[pulse]左右)以下，轉(zhuǎn)矩指令振幅為額定轉(zhuǎn)矩1^的0.3[%]左右。
因此，這表示根據(jù)本發(fā)明只用微小動(dòng)作便可精度良好地辨識(shí)控制對(duì)象105的 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，而且對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的控制對(duì)象也可以適用。
這樣，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器108為具備輸入馬達(dá)位置并輸出第l馬達(dá)位置 與第2馬達(dá)位置的轉(zhuǎn)換器109;輸入所述第l馬達(dá)位置并輸出第l馬達(dá)位置存儲(chǔ)值 的第1馬達(dá)位置存儲(chǔ)器110;輸入位置指令與所述第1馬達(dá)位置存儲(chǔ)值并輸出第1 馬達(dá)位置相位的第l馬達(dá)位置相位運(yùn)算器lll;輸入所述第2馬達(dá)位置并輸出第2 馬達(dá)位置存儲(chǔ)值的第2馬達(dá)位置存儲(chǔ)器112;輸入所述位置指令與所述第2馬達(dá)位 置存儲(chǔ)值并輸出第2馬達(dá)位置相位的第2馬達(dá)位置相位運(yùn)算器113;及輸入所述第 l馬達(dá)位置相位與所述第2馬達(dá)位置相位并輸出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)值的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量運(yùn)算 器114的構(gòu)成，因此能夠抑制摩擦或恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)的影響，只用微小動(dòng)作便可精 度良好地辨識(shí)控制對(duì)象105的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
因?yàn)橹挥梦⑿?dòng)作便可辨識(shí)連接有負(fù)載的馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因此可以廣泛 地應(yīng)用于半導(dǎo)體制造裝置、機(jī)床、工業(yè)用機(jī)器人等一般工業(yè)用機(jī)械中。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置，其具備發(fā)生位置指令的位置指令發(fā)生器；檢測(cè)馬達(dá)位置的位置檢測(cè)器；根據(jù)所述位置指令與所述馬達(dá)位置而運(yùn)算速度指令的位置控制器；根據(jù)所述速度指令而運(yùn)算轉(zhuǎn)矩指令的速度控制器；及辨識(shí)連接有負(fù)載的馬達(dá)即控制對(duì)象的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器，其特征為，所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器根據(jù)所述位置指令與所述馬達(dá)位置的相位差而辨識(shí)所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置，其特征為，所述速度控制器 具有作為第1以及第2速度比例控制增益的第1速度比例控制增益以及第2速 度比例控制增益，在轉(zhuǎn)換所述第1速度比例控制增益以及第2速度比例控制增 益而驅(qū)動(dòng)所述控制對(duì)象時(shí)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器算出作為所述第1速度比例控制增益中的所述馬達(dá)位 置的相位的第1馬達(dá)位置相位與作為所述第2速度比例控制增益中的所述馬達(dá) 位置的相位的第2馬達(dá)位置相位，根據(jù)所述第1馬達(dá)位置相位與所述第2馬達(dá) 位置相位辨識(shí)所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以便不包含所述控制對(duì)象的粘性摩擦或者恒定轉(zhuǎn) 矩?cái)_動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置，其特征為， 所述速度控制器具有作為第1以及第2速度比例控制增益的第1速度比例控制增益以及第2速度比例控制增益，所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器具有在由所述第1速度比例控制增益驅(qū)動(dòng)所述控制 對(duì)象時(shí)輸出第1馬達(dá)位置，在由所述第2速度比例控制增益驅(qū)動(dòng)所述控制對(duì)象 時(shí)輸出第2馬達(dá)位置的轉(zhuǎn)換器；存儲(chǔ)所述第1馬達(dá)位置設(shè)定長(zhǎng)度并輸出第1馬達(dá)位置存儲(chǔ)值的第1馬達(dá)位 置存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)所述第2馬達(dá)位置設(shè)定長(zhǎng)度并輸出第2馬達(dá)位置存儲(chǔ)值的第2 馬達(dá)位置存儲(chǔ)器；根據(jù)所述位置指令與所述第1馬達(dá)位置存儲(chǔ)值的相位差而運(yùn)算并輸出第1 馬達(dá)位置相位的第1馬達(dá)位置相位運(yùn)算器；根據(jù)所述位置指令與所述第2馬達(dá)位置存儲(chǔ)值的相位差而運(yùn)算并輸出第2馬達(dá)位置相位的第2馬達(dá)位置相位運(yùn)算器；及根據(jù)所述第1馬達(dá)位置相位與所述第2馬達(dá)位置相位而運(yùn)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨 識(shí)值的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量運(yùn)算器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置，其特征為， 所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器把所述第2速度比例控制增益與所述第1速度比例控制增益之差和所述位置指令的頻率的位置指令頻率的乘積；與所述第2速度比例控制增益與所述第2馬達(dá)位置相位的正切的乘積， 及所述第1速度比例控制增益與所述第1馬達(dá)位置相位的正切的乘積之差和位置比例控制增益的乘積之和除以，所述第2馬達(dá)位置相位的正切與所述第1馬達(dá)位置相位的正切之差乘以所述位置指令頻率的平方而運(yùn)算所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)值。
5. —種馬達(dá)控制裝置，其為控制向所述馬達(dá)供電的馬達(dá)控制裝置，其特征 為，具備權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置。
6. —種轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)方法，其為具備發(fā)生位置指令的位置指令發(fā)生器； 檢測(cè)馬達(dá)位置的位置檢測(cè)器；根據(jù)所述位置指令與所述馬達(dá)位置而運(yùn)算速度指 令的位置控制器；根據(jù)所述速度指令而運(yùn)算轉(zhuǎn)矩指令的速度控制器；及辨識(shí)連 接有負(fù)載的馬達(dá)即控制對(duì)象的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)方法，其特征為，轉(zhuǎn)換所述速度控制器中的作為第1以及第2速度比例控制增益的第1速度 比例控制增益以及第2速度比例控制增益而驅(qū)動(dòng)所述控制對(duì)象，算出作為所述第1速度比例控制增益中的所述馬達(dá)位置的相位的第1馬達(dá) 位置相位與作為所述第2速度比例控制增益中的所述馬達(dá)位置的相位的第2馬 達(dá)位置相位，根據(jù)所述位置指令、所述第1馬達(dá)位置相位、所述第2馬達(dá)位置相位的相 位差運(yùn)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)值，以便不包含所述控制對(duì)象的粘性摩擦或者恒定轉(zhuǎn)矩 擾動(dòng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)方法，其特征為， 所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)值是把所述第2速度比例控制增益與所述第1速度比例控制增益之差和位置指令頻率的乘積；與所述第2速度比例控制增益與所述第2馬達(dá)位置相位的正切的乘積， 及所述第1速度比例控制增益與所述第1馬達(dá)位置相位的正切的乘積之差和位置比例控制增益的乘積之和除以，所述第2馬達(dá)位置相位的正切與所述第1馬達(dá)位置相位的正切之差乘以所述位置指令的頻率的位置指令頻率的平方而算出。
全文摘要
本發(fā)明提供在摩擦或恒定轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)存在的情況下，只用微小動(dòng)作便可精度良好地辨識(shí)連接有負(fù)載的馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)裝置與其辨識(shí)方法以及具備該辨識(shí)裝置的馬達(dá)控制裝置。具體為，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)器(108)具備輸入馬達(dá)位置輸出第1馬達(dá)位置與第2馬達(dá)位置的轉(zhuǎn)換器(109)；輸入第1馬達(dá)位置輸出第1馬達(dá)位置存儲(chǔ)值的第1馬達(dá)位置存儲(chǔ)器(110)；輸入位置指令與第1馬達(dá)位置存儲(chǔ)值輸出第1馬達(dá)位置相位的第1馬達(dá)位置相位運(yùn)算器(111)；輸入第2馬達(dá)位置輸出第2馬達(dá)位置存儲(chǔ)值的第2馬達(dá)位置存儲(chǔ)器(112)；輸入位置指令與第2馬達(dá)位置存儲(chǔ)值輸出第2馬達(dá)位置相位的第2馬達(dá)位置相位運(yùn)算器(113)；及輸入第1馬達(dá)位置相位與第2馬達(dá)位置相位輸出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)值的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量運(yùn)算器(114)辨識(shí)器。
文檔編號(hào)H02P29/00GK101558554SQ20078004621
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月31日
發(fā)明者安藤玄 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)