專利名稱：控制常數(shù)調(diào)整裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制常數(shù)調(diào)整裝置，特別是涉及在機(jī)器人或工作機(jī)械等的控制裝置中在其動(dòng)作中負(fù)載的慣量發(fā)生變化的情況下，具有對(duì)該慣量的辨識(shí)以及與其相關(guān)的所必需的控制系統(tǒng)的增益進(jìn)行調(diào)整的功能的控制常數(shù)調(diào)整裝置。
背景技術(shù)：
以往，在作為電動(dòng)機(jī)動(dòng)作時(shí)，在作為控制對(duì)象的負(fù)載的慣量發(fā)生變化的情況下，作為辨識(shí)該慣量的裝置，例如有本申請(qǐng)人在專利3185857號(hào)中所提出的控制常數(shù)調(diào)整裝置。
該裝置的特征在于，具有速度控制部，其決定轉(zhuǎn)矩指令并控制電動(dòng)機(jī)速度，使實(shí)際的電動(dòng)機(jī)速度與所輸入的速度指令一致；推斷部，其對(duì)速度控制部進(jìn)行仿真，使模型速度與上述電動(dòng)機(jī)速度一致；辨識(shí)部，其利用將上述轉(zhuǎn)矩指令通過(guò)規(guī)定的高通濾波器所得的值的絕對(duì)值在規(guī)定的區(qū)間內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分所得的值，與將推斷部的模型轉(zhuǎn)矩指令通過(guò)規(guī)定的高通濾波器所得的值的絕對(duì)值在相同的區(qū)間內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分所得的值之比，來(lái)辨識(shí)慣量；只有在速度控制部?jī)?nèi)的電動(dòng)機(jī)速度與推斷部?jī)?nèi)的模型速度的值不為零且一致的情況下，才會(huì)在辨識(shí)部?jī)?nèi)進(jìn)行慣量的辨識(shí)。
該裝置由于對(duì)任意的速度指令都能實(shí)時(shí)辨識(shí)，所以，即使負(fù)載的慣量隨時(shí)變化，也能對(duì)其進(jìn)行辨識(shí)。
但是，在上述以往的控制常數(shù)調(diào)整裝置中存在如下問(wèn)題在速度控制部由比例積分控制(以下稱為PI控制)構(gòu)成的情況下，由于正常狀態(tài)下重力等的固定干擾可以由速度控制部?jī)?nèi)的積分器補(bǔ)償，所以對(duì)于為了進(jìn)行實(shí)際驅(qū)動(dòng)所必需的轉(zhuǎn)矩可用速度偏差來(lái)代替，這時(shí)沒(méi)有問(wèn)題的，但在速度控制部由積分比例控制(以下稱為IP控制)的情況下，由于用于補(bǔ)償干擾的必需的轉(zhuǎn)矩成分與用于實(shí)際驅(qū)動(dòng)的必需的轉(zhuǎn)矩成分不能分離，所以，在該IP控制中，不能進(jìn)行慣量的辨識(shí)。
另外，在上述以往的控制常數(shù)調(diào)整裝置中還存在如下問(wèn)題由于將電動(dòng)機(jī)速度作為模型速度控制部的速度指令，所以，使模型速度控制系統(tǒng)產(chǎn)生延遲，由于電動(dòng)機(jī)速度和模型電動(dòng)機(jī)速度很難達(dá)到一致，所以，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能進(jìn)行辨識(shí)。另外，在存在機(jī)械振動(dòng)或摩擦等的負(fù)載干擾的情況下，雖然可以將實(shí)際的速度控制部?jī)?nèi)的速度積分值乘以負(fù)載干擾補(bǔ)償部分，但該負(fù)載干擾補(bǔ)償部分很難在模型中反映出來(lái)。另外在以往的技術(shù)中還存在以下問(wèn)題通過(guò)高通濾波器并進(jìn)行乘以轉(zhuǎn)矩指令這樣的處理，但是，在因干擾的頻率而不能使高通濾波器有效工作的情況下，辨識(shí)精度惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種控制常數(shù)調(diào)整裝置，該控制常數(shù)調(diào)整裝置無(wú)論速度控制是PI控制還是IP控制，都能可靠地進(jìn)行慣量的辨識(shí)，即使在如二慣性系統(tǒng)的振動(dòng)系統(tǒng)中，也能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的辨識(shí)精度高的調(diào)整。
根據(jù)本發(fā)明的第1形式，控制常數(shù)調(diào)整裝置具有指令產(chǎn)生單元，其輸出速度指令Vref；速度控制單元，其決定轉(zhuǎn)矩指令Tref并根據(jù)該轉(zhuǎn)矩指令控制電動(dòng)機(jī)速度，使實(shí)際的電動(dòng)機(jī)速度Vfb與速度指令Vref一致；推斷單元，其對(duì)上述速度控制單元進(jìn)行仿真，使模型的速度Vfb’與電動(dòng)機(jī)速度Vfb一致；辨識(shí)單元，其只在上述速度控制單元內(nèi)的電動(dòng)機(jī)速度Vfb與上述推斷單元內(nèi)的模型的速度Vfb’的值不為零且一致的情況下，對(duì)通過(guò)將速度控制單元的轉(zhuǎn)矩指令Tref通過(guò)規(guī)定的高通濾波器所得的值FTr的絕對(duì)值|FTr|在規(guī)定的區(qū)間[a，b]內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分所得的值|SFTr|，和將上述推斷單元的模型轉(zhuǎn)矩指令Tref’通過(guò)規(guī)定的高通濾波器所得的值FTr’的絕對(duì)值|FTr’|在相同的區(qū)間內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分所得的值|SFTr’|的比所求得的慣量J進(jìn)行辨識(shí)；
調(diào)整單元，其根據(jù)在上述辨識(shí)單元中被辨識(shí)的慣量J和上述推斷單元中的慣量J’的比J/J’，對(duì)控制增益進(jìn)行調(diào)整。
只在速度控制單元內(nèi)的電動(dòng)機(jī)速度Vfb與推斷單元內(nèi)的模型的速度Vfb’的值不為零且一致的情況下，對(duì)利用將速度控制單元的轉(zhuǎn)矩指令Tref通過(guò)規(guī)定的高通濾波器所得的值FTr的絕對(duì)值|FTr|在規(guī)定的區(qū)間[a，b]內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分所得的值|SFTr|，和將上述推斷單元的模型轉(zhuǎn)矩指令Tref’通過(guò)規(guī)定的高通濾波器所得的值FTr’的絕對(duì)值|FTr’|在相同的區(qū)間內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分所得的值|SFTr’|的比所求得的慣量J進(jìn)行辨識(shí)。由此，無(wú)論速度控制是PI控制還是IP控制，都能夠可靠地進(jìn)行慣量的辨識(shí)，而且，即使在二慣性系統(tǒng)這樣的振動(dòng)系統(tǒng)中，也不僅能進(jìn)行穩(wěn)定的調(diào)整，并且由于不受固定干擾的影響，所以可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的辨識(shí)精度高的調(diào)整。
根據(jù)本發(fā)明的第2形式，控制常數(shù)調(diào)整裝置具有指令產(chǎn)生單元，其輸出速度指令Vref；速度控制單元，其輸入速度指令Vref和實(shí)際的電動(dòng)機(jī)速度Vfb，從速度指令Vref中減去實(shí)際的電動(dòng)機(jī)速度Vfb來(lái)計(jì)算出速度偏差Ve，利用積分時(shí)間常數(shù)Ti對(duì)該速度偏差Ve進(jìn)行積分，將算出速度積分值的積分項(xiàng)與從速度指令Vref乘以規(guī)定的常數(shù)α(α≥0)所得的值中減去發(fā)動(dòng)機(jī)速度Vfb而算出的速度比例項(xiàng)相加，來(lái)計(jì)算速度比例積分值，該速度比例積分值乘以推斷了電動(dòng)機(jī)慣量值Jm和負(fù)載慣量值JL的合計(jì)值的慣量推斷值J，來(lái)決定轉(zhuǎn)矩指令Tref，并根據(jù)該轉(zhuǎn)矩指令，對(duì)電動(dòng)機(jī)速度進(jìn)行控制；推斷單元，其對(duì)上述速度控制單元進(jìn)行仿真，使模型的速度Vfb’與上述電動(dòng)機(jī)速度Vfb一致；辨識(shí)單元，其具有將在速度控制單元中的速度比例積分值與上述推斷單元中以同樣的方法計(jì)算出的模型速度比例積分值相加，將其作為新的模型速度比例積分值的前饋補(bǔ)償功能，對(duì)利用將速度控制單元的轉(zhuǎn)矩指令Tref通過(guò)規(guī)定的高通濾波器所得的值FTr的絕對(duì)值|FTr|在規(guī)定的區(qū)間[a，b]內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分所得的值|SFTr|，和將推斷單元的模型轉(zhuǎn)矩指令Tref’通過(guò)規(guī)定的高通濾波器所得的值FTr’的絕對(duì)值|FTr’|在相同的區(qū)間內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分所得的值|SFTr’|的比所求得的慣量J進(jìn)行辨識(shí)；調(diào)整單元，其根據(jù)在辨識(shí)單元中被辨識(shí)的慣量J和推斷單元中的慣量J’之比J/J’，對(duì)控制增益進(jìn)行調(diào)整。
通過(guò)將前饋信號(hào)從速度控制單元輸入給推斷單元，不僅使實(shí)際速度與模型速度容易變得一致，而且在即使有負(fù)載干擾的情況下也能考慮其影響。因此，由于辨識(shí)誤差小且收斂到真值的時(shí)間短，所以可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的辨識(shí)精度高的調(diào)整。


圖1是本發(fā)明1實(shí)施方式的控制常數(shù)調(diào)整裝置的方框圖。
圖2是詳細(xì)表示圖1中的速度控制部、推斷部、辨識(shí)部、以及調(diào)整部的方框圖。
圖3是更詳細(xì)地表示圖1中的速度控制部和推斷部的方框圖。
圖4是表示實(shí)現(xiàn)使用本發(fā)明一實(shí)施例的仿真結(jié)果的圖。
圖5是表示以往技術(shù)的仿真結(jié)果的圖。
圖6是表示使用本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的方框圖。
圖7是詳細(xì)表示速度控制部、推斷部、辨識(shí)部、以及調(diào)整部的方框圖。
圖8是更詳細(xì)地表示速度控制部和推斷部的方框圖。
圖9是表示用PI控制實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的仿真結(jié)果的圖。
圖10是表示用IP控制實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的仿真結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，本發(fā)明第1實(shí)施方式的控制常數(shù)調(diào)整裝置包含指令產(chǎn)生部11、速度控制部12、推斷部13、辨識(shí)部14和調(diào)整部15。
指令產(chǎn)生部11向速度控制部12輸出速度指令Vref。
速度控制部12進(jìn)行速度控制，使電動(dòng)機(jī)速度Vfb與所輸入的速度指令Vref一致，并將轉(zhuǎn)矩指令Tref和電動(dòng)機(jī)速度Vfb輸出給辨識(shí)部14，同時(shí)，將電動(dòng)機(jī)速度Vfb輸出給推斷部13。
推斷部13進(jìn)行速度控制，使在該推斷部13中使用電動(dòng)機(jī)模型推斷的模型速度Vfb’與作為目標(biāo)指令輸入的電動(dòng)機(jī)速度Vfb一致，并將模型轉(zhuǎn)矩指令Tref’和模型速度Vfb’輸出給辨識(shí)部14。
辨識(shí)部14使用由速度控制部12輸入的轉(zhuǎn)矩指令Tref和電動(dòng)機(jī)速度Vfb、以及由推斷部13輸入的模型轉(zhuǎn)矩指令Tref’和模型速度Vfb’，求得電動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)模型的慣量比J/J’，并將該慣量比J/J’輸出給調(diào)整部15。
調(diào)整部15接收該慣量比J/J’，根據(jù)通過(guò)規(guī)定的濾波器的值，決定速度控制部12內(nèi)的比例增益Kv和積分增益Ki，同時(shí)，調(diào)節(jié)速度控制部12內(nèi)的積分器12c的值，以便能夠?qū)?yīng)上述慣量的變動(dòng)。
圖2是更加詳細(xì)地表示速度控制部12、推斷部13、辨識(shí)部14、調(diào)整部15各部分結(jié)構(gòu)的圖。
如果從指令產(chǎn)生部11輸入速度指令Vref，則速度控制部12通過(guò)圖示的速度控制器12a和電流控制器12b對(duì)規(guī)定的速度進(jìn)行控制，使實(shí)際的電動(dòng)機(jī)速度Vfb與該速度指令Vref一致。另外，在電動(dòng)機(jī)上安裝負(fù)載JL，假設(shè)其檢測(cè)實(shí)際的電動(dòng)機(jī)速度Vfb并從電動(dòng)機(jī)輸出。
此處，本實(shí)施方式的速度控制器的控制狀態(tài)可以是PI(比例積分)控制，也可以是上述的IP(積分比例)控制，速度控制器12a將轉(zhuǎn)矩指令輸出給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流控制器12b。
即，在更加詳細(xì)地表示速度控制部12和推斷部13的圖3中，如果將速度控制部12的α設(shè)定為1，則為PI控制，如果將α設(shè)定為0，則為IP控制。
并且，如圖2所示，速度控制部12將電動(dòng)機(jī)速度Vfb輸出給推斷部13，同時(shí)，將轉(zhuǎn)矩指令Tref和電動(dòng)機(jī)速度Vfb輸出給辨識(shí)部14。
推定部13將從速度控制部12中輸入的電動(dòng)機(jī)速度Vfb作為指令，通過(guò)如圖所示的模型速度控制器13a和模型電流控制器13b，進(jìn)行使模型速度Vfb’與電動(dòng)機(jī)速度Vfb一致的速度控制。另外，該模型速度控制器13a的制造方法可以與速度控制部12中的速度控制器12a相同，也可以進(jìn)行P(比例)控制。
模型速度控制部13a將模型轉(zhuǎn)矩指令Tref’輸出給模型電流控制部13b，利用該模型電流控制器13b驅(qū)動(dòng)被模型化的電動(dòng)機(jī)模型13c(1/J’s)。另外，電動(dòng)機(jī)模型13c的慣量值J’是已知的值，假設(shè)從電動(dòng)機(jī)模型13c輸出模型速度Vfb’。并且推斷部13將模型轉(zhuǎn)矩指令Tref’和模型速度Vfb’輸出給辨識(shí)部14。
辨識(shí)部14輸入從速度控制部12輸出的轉(zhuǎn)矩指令Tref和速度Vfb、以及從推斷部13輸出的模型轉(zhuǎn)矩指令Tref’和模型速度Vfb’，并取將轉(zhuǎn)矩指令Tref和模型轉(zhuǎn)矩指令Tref’通過(guò)時(shí)間常數(shù)Tk的高通濾波器所得的值、即FTr和FTr’的絕對(duì)值。
如圖3所示，該高通濾波器只要實(shí)現(xiàn)在速度控制部12中，事先從轉(zhuǎn)矩指令Tref中減掉轉(zhuǎn)矩指令通過(guò)時(shí)間常數(shù)Tk的低通濾波器所得的值即可，在推斷部13中，對(duì)于通過(guò)模型轉(zhuǎn)矩指令的高通濾波器也可以同樣地實(shí)現(xiàn)。
接著，取來(lái)自高通濾波器的各輸出的絕對(duì)值|FTr|和|FTr’|，使用各自的絕對(duì)值|FTr|或|FTr’|，在規(guī)定的區(qū)間[a，b]內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分，通過(guò)所求得的時(shí)間積分值|SFTr|和|SFTr’|、以及已知的值、即推斷部的慣量J’，利用下述的式子(1)可以計(jì)算出速度控制部12的慣量J。
J＝(|SFTr|/|SFTr’|)×J’ (1)此處，對(duì)慣量辨識(shí)原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的說(shuō)明。
要想確切地求出通過(guò)轉(zhuǎn)矩指令或者電動(dòng)機(jī)電流的各自的時(shí)間積分的慣量，在只用慣量來(lái)表示從轉(zhuǎn)矩指令或者電動(dòng)機(jī)電流到速度的傳遞函數(shù)，并且速度不為零的情況下，可以通過(guò)轉(zhuǎn)矩指令或者電動(dòng)機(jī)電流的各自的時(shí)間積分值與速度之比，簡(jiǎn)單地求出慣量。
利用該關(guān)系，將與實(shí)際的速度控制部12和其模型上輸入相同的速度指令，在電動(dòng)機(jī)速度和模型速度是不為零的值且一致的狀態(tài)下，可根據(jù)該狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩指令或者電動(dòng)機(jī)電流的時(shí)間積分和速度，求得慣量。
但是，上述轉(zhuǎn)矩指令或者電動(dòng)機(jī)電流除了指令響應(yīng)成分之外，還包含機(jī)械部分的摩擦和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等的干擾補(bǔ)償部分，所以，這些影響也被蓄積在速度控制器的積分器中。
因此，為了除去所蓄積的該補(bǔ)償部分，必須將轉(zhuǎn)矩指令或者電動(dòng)機(jī)電流的信號(hào)通過(guò)高通濾波器。因此，優(yōu)選將高通濾波器的時(shí)間常數(shù)設(shè)定為與速度控制部12的積分時(shí)間常數(shù)相同的值。
以下，對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行敘述，例如，存在固定干擾Fd的情況下，如果速度控制部12是P控制，則該速度偏差E(∞)如下式給出的那樣，利用極限定理，產(chǎn)生固定的速度偏差。
E(∞)=lims→0sE(s)=lims→0s1Js+kvFds=Fdkv]]>另一方面，如果速度控制器部12是PI控制，則，速度偏差E(∞)同樣如下式給出的那樣，不會(huì)產(chǎn)生速度偏差。
E(∞)=lims→0sE(s)=lims→0sTisJTis2+kvTis+kvFds=0]]>即，固定干擾Fd由速度控制部12的積分器來(lái)補(bǔ)償，將其補(bǔ)償量作為轉(zhuǎn)矩指令從速度控制部12輸出。
該補(bǔ)償部分的轉(zhuǎn)矩由于僅使慣量動(dòng)作，所以不是必需的轉(zhuǎn)矩，因此，在辨識(shí)慣量時(shí)，必需除去。所以，在該實(shí)施方式中，為了除去由該積分器補(bǔ)償?shù)墓潭ǜ蓴_轉(zhuǎn)矩，通過(guò)高通濾波器，并且，通過(guò)將該時(shí)間常數(shù)設(shè)定為與積分時(shí)間常數(shù)相同，也可以除去由積分器過(guò)度補(bǔ)償?shù)母蓴_轉(zhuǎn)矩(固定干擾之外的粘性摩擦等)。
另外，將電動(dòng)機(jī)速度作為推斷部13的速度指令，使電動(dòng)機(jī)速度和模型速度盡量滿足不為零且相互一致的條件。
另一方面，調(diào)整部15根據(jù)在辨識(shí)部14中求得的慣量之比J/J’通過(guò)規(guī)定的濾波器所得的值，進(jìn)行速度控制部12中的比例增益Kv和積分時(shí)間常數(shù)Ti的更新，同時(shí)，對(duì)速度控制部12內(nèi)的積分器12c的值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)矩指令變得連續(xù)。
接著，圖4和圖5表示了使用上述實(shí)施方式的仿真結(jié)果。
圖4是由PI控制構(gòu)成速度控制部12的情況，是將負(fù)載慣量設(shè)為電動(dòng)機(jī)慣量(Jm＝0.000019kgm2)的10倍、將力學(xué)系統(tǒng)用二慣性系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行模型化、將諧振頻率設(shè)為270Hz、將反諧振頻率設(shè)為80Hz、將粘性摩擦常數(shù)設(shè)為0.00005Nms/rad、將固定干擾設(shè)定為0.005Nm的仿真結(jié)果。另外，將模型慣量J’設(shè)定為與電動(dòng)機(jī)慣量Jm相同，并且，慣量辨識(shí)值在調(diào)整部16內(nèi)，通過(guò)時(shí)間常數(shù)為50ms的低通濾波器。
從圖中可知，在調(diào)整開始350ms之后，慣量辨識(shí)值J被辨識(shí)為模型慣量J’的11.0倍，根據(jù)該辨識(shí)值，對(duì)速度控制部12內(nèi)的Kv、Ti、積分器的值進(jìn)行修正，結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)速度指令非常平滑穩(wěn)定的響應(yīng)。
另外，圖5是由IP控制構(gòu)成速度控制部12的情況，其他條件與圖4的PI控制的情況相同。從圖上可知，即使是由IP控制構(gòu)成的情況，也與由PI控制構(gòu)成的情況同樣，可以進(jìn)行高精度的調(diào)整。
參照?qǐng)D6，本發(fā)明第2實(shí)施方式的控制常數(shù)調(diào)整裝置與圖1所示的第1實(shí)施方式的控制常數(shù)調(diào)整裝置之間只有速度控制部12’、推斷部13’的處理這一處不同，其他的與第1實(shí)施方式的控制常數(shù)調(diào)整裝置相同。
速度控制部12’進(jìn)行速度控制，使電動(dòng)機(jī)速度Vfb與所輸入的速度指令Vref一致，將轉(zhuǎn)矩指令Tref和電動(dòng)機(jī)速度Vfb輸出給辨識(shí)部14，同時(shí)，將電動(dòng)機(jī)速度Vfb和前饋信號(hào)FFa輸出給推斷部13’。
推斷部13’輸入電動(dòng)機(jī)速度Vfb和前饋信號(hào)FFa，進(jìn)行速度控制，使在該推斷部13’中利用電動(dòng)機(jī)模型所推斷的模型速度Vfb’與作為目標(biāo)指令輸入的電動(dòng)機(jī)速度Vfb一致，將模型轉(zhuǎn)矩指令Tref’和模型速度Vfb’輸出給辨識(shí)部14。
接著，圖7對(duì)速度控制部12’、推斷部13’、辨識(shí)部14、調(diào)整部15的各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
如果從指令產(chǎn)生部11輸入速度指令Vref，則速度控制部12’通過(guò)圖示的速度控制器12a和電流控制器12b對(duì)規(guī)定的速度進(jìn)行控制，使實(shí)際的電動(dòng)機(jī)速度Vfb與該速度指令Vref一致。另外，在電動(dòng)機(jī)上安裝負(fù)載JL，假設(shè)從電動(dòng)機(jī)檢測(cè)出實(shí)際的速度Vfb并從電動(dòng)機(jī)輸出。
此處，在本實(shí)施方式的速度控制部12’的控制方法中，可以是PI(比例積分)控制，也可以是上述的IP(積分比例)控制，速度控制器12a將轉(zhuǎn)矩指令輸出給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電流控制器12b。
即，圖8更加詳細(xì)地示出了速度控制部12’和推斷部13’，圖中，如果將速度控制部12’和推斷部13’的α設(shè)定為1，則為PI控制，如果將α設(shè)定為0，則為IP控制。
并且，如圖7所示，速度控制部12’將電動(dòng)機(jī)速度Vfb和前饋信號(hào)FFa輸出給推斷部13’，同時(shí)，將轉(zhuǎn)矩指令Tref和電動(dòng)機(jī)速度Vfb輸出給辨識(shí)部14。
推斷部13’將來(lái)自速度控制部12’的電動(dòng)機(jī)速度Vfb和前饋信號(hào)Ffa輸入，將電動(dòng)機(jī)速度Vfb作為指令，通過(guò)如圖所示的模型速度控制器13a和電流控制器13b，進(jìn)行使模型速度Vfb’與電動(dòng)機(jī)速度Vfb一致的速度控制。
模型速度控制部13a將模型轉(zhuǎn)矩指令Tref’輸出給模型電流控制部13b，利用該模型電流控制器13b驅(qū)動(dòng)被模型化的電動(dòng)機(jī)模型13c(1/J’s)。此處，電動(dòng)機(jī)模型13c的慣量值J’是已知的值，假設(shè)從電動(dòng)機(jī)模型13c輸出模型速度Vfb’。并且推斷部13’將模型轉(zhuǎn)矩指令Tref’和模型速度Vfb’輸出給辨識(shí)部14。另外，優(yōu)選模型速度控制器13a內(nèi)的比例增益Kv’和積分時(shí)間常數(shù)Ti’與速度控制器12內(nèi)的比例增益Kv和積分時(shí)間常數(shù)Ti為相同值。
辨識(shí)部14輸入從速度控制部12’輸出的轉(zhuǎn)矩指令Tref和速度Vfb、以及從推斷部13’輸出的模型轉(zhuǎn)矩指令Tref’和模型速度Vfb’，并取轉(zhuǎn)矩指令Tref和模型轉(zhuǎn)矩指令Tref’通過(guò)時(shí)間常數(shù)為Tk的高通濾波器所得的值、即FTr和FTr’的絕對(duì)值。
如圖8所示，該高通濾波器只要實(shí)現(xiàn)在速度控制部12’中，事先從轉(zhuǎn)矩指令Tref中減掉轉(zhuǎn)矩指令通過(guò)時(shí)間常數(shù)為Tk的低通濾波器的值即可，在推斷部13’中，對(duì)于通過(guò)模型轉(zhuǎn)矩指令的高通濾波器也可以同樣地實(shí)現(xiàn)。
接著，取來(lái)自高通濾波器的各輸出的絕對(duì)值|FTr|和|FTr’|，使用各自的絕對(duì)值|FTr|或|FTr’|，在規(guī)定的區(qū)間[a，b]內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分，通過(guò)所求得的時(shí)間積分值|SFTr|和|SFTr’|、以及已知的值、即推斷部13’的慣量J’，可以計(jì)算出速度控制部12’的慣量J。
在本實(shí)施方式中，通過(guò)將速度控制部12’內(nèi)的速度比例積分項(xiàng)作為前饋信號(hào)輸入給推斷部13’，可以抑制因未被高通濾波器除去的干擾成分所受的影響，同時(shí)，通過(guò)輸入前饋信號(hào)，與以往技術(shù)相比，使電動(dòng)機(jī)速度和模型速度更容易變得一致。
接著，圖9和圖10示出了使用本實(shí)施方式的仿真結(jié)果。
圖9是使用本發(fā)明的情況，是將負(fù)載慣量設(shè)為電動(dòng)機(jī)慣量(Jm＝0.000019kgm2)的10倍、將力學(xué)系統(tǒng)用二慣性系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行模型化、將諧振頻率設(shè)為270Hz、將反諧振頻率設(shè)為80Hz、將粘性摩擦常數(shù)設(shè)為0.00005Nms/rad、將固定干擾設(shè)定為0.005Nm的仿真結(jié)果。此處，將模型慣量J’設(shè)定為與電動(dòng)機(jī)慣量Jm相同，將閾值β設(shè)為零。并且，慣量辨識(shí)值在調(diào)整部15內(nèi)，通過(guò)時(shí)間常數(shù)為10ms的低通濾波器。另外，可以在額定轉(zhuǎn)矩以內(nèi)(servo lock)希望除去高頻的細(xì)微振動(dòng)的情況下設(shè)定閾值。
從圖中可知，在辨識(shí)開始后50ms之內(nèi)，慣量辨識(shí)值J被辨識(shí)為模型慣量J’的11.0倍，根據(jù)該辨識(shí)值，對(duì)速度控制部12內(nèi)的Kv、Ti、積分器12c的值進(jìn)行修正，結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)速度指令的非常平滑穩(wěn)定的響應(yīng)。
另一方面，圖10是使用以往技術(shù)的情況，其他條件與圖9的情況相同。從圖中可知在不輸入作為本方法的特征的前饋信號(hào)的情況下，達(dá)到辨識(shí)值的真值的時(shí)間長(zhǎng)，而且，即使在1.5秒之后也會(huì)產(chǎn)生辨識(shí)誤差。
權(quán)利要求
1.一種控制常數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，具有指令產(chǎn)生單元，其輸出速度指令(Vref)；速度控制單元，其決定轉(zhuǎn)矩指令(Tref)并根據(jù)該轉(zhuǎn)矩指令控制電動(dòng)機(jī)速度，使實(shí)際的電動(dòng)機(jī)速度(Vfb)與上述速度指令(Vref)一致；推斷單元，其對(duì)上述速度控制單元進(jìn)行仿真，使模型的速度(Vfb’)與上述電動(dòng)機(jī)速度(Vfb)一致；辨識(shí)單元，其只在上述速度控制單元內(nèi)的電動(dòng)機(jī)速度(Vfb)與上述推斷單元內(nèi)的模型的速度(Vfb’)的值不為零且一致的情況下，對(duì)利用將上述速度控制單元的轉(zhuǎn)矩指令(Tref)通過(guò)規(guī)定的高通濾波器所得的值(FTr)的絕對(duì)值(|FTr|)在規(guī)定的區(qū)間[a，b]內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分所得的值(|SFTr|)，和將上述推斷單元的模型轉(zhuǎn)矩指令(Tref’)通過(guò)規(guī)定的高通濾波器所得的值(FTr’)的絕對(duì)值(|FTr’|)在相同的區(qū)間內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分所得的值(|SFTr’|)之比而所求得的慣量J進(jìn)行辨識(shí)；調(diào)整單元，其根據(jù)在上述辨識(shí)單元中被辨識(shí)的慣量(J)和上述推斷單元中的慣量(J’)之比(J/J’)，對(duì)控制增益進(jìn)行調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，將上述推斷單元構(gòu)成為，通過(guò)使上述推斷單元的速度控制器采用比例控制，并且將作為比例增益的環(huán)路增益設(shè)定為是上述速度控制單元中的速度環(huán)路增益的X(X是大于等于1的整數(shù))倍，使上述速度與上述模型速度一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，使上述轉(zhuǎn)矩指令(Tref)和上述模型轉(zhuǎn)矩指令(Tref’)通過(guò)的高通濾波器的時(shí)間常數(shù)是上述速度控制單元內(nèi)的速度積分時(shí)間常數(shù)。
4.一種控制常數(shù)調(diào)整裝置，其特征在于，具有指令產(chǎn)生單元，其輸出速度指令(Vref)；速度控制單元，其輸入上述速度指令(Vref)和實(shí)際的電動(dòng)機(jī)速度(Vfb)，從上述速度指令(Vref)中減去實(shí)際的電動(dòng)機(jī)速度(Vfb)來(lái)計(jì)算出速度偏差(Ve)，利用積分時(shí)間常數(shù)(Ti)對(duì)該速度偏差(Ve)進(jìn)行積分，將算出速度積分值的積分項(xiàng)與從上述速度指令(Vref)乘以規(guī)定的常數(shù)(α)(α≥0)所得的值中減去發(fā)動(dòng)機(jī)速度(Vfb)而算出的比例項(xiàng)相加，來(lái)計(jì)算速度比例積分值，該速度比例積分值乘以推斷了電動(dòng)機(jī)慣量值(Jm)和負(fù)載慣量值JL的合計(jì)值的慣量推斷值(J)，來(lái)決定轉(zhuǎn)矩指令(Tref)，并根據(jù)該轉(zhuǎn)矩指令，對(duì)電動(dòng)機(jī)速度進(jìn)行控制；推斷單元，其對(duì)上述速度控制單元進(jìn)行仿真，使模型的速度(Vfb’)與上述電動(dòng)機(jī)速度(Vfb)一致；辨識(shí)單元，其具有將在上述速度控制單元中的速度比例積分值與上述推斷單元中以同樣的方法計(jì)算出的模型速度比例積分值相加，將其作為新的模型速度比例積分值的前饋補(bǔ)償功能，對(duì)利用將上述速度控制單元的轉(zhuǎn)矩指令(Tref)通過(guò)規(guī)定的高通濾波器所得的值(FTr)的絕對(duì)值(|FTr|)在規(guī)定的區(qū)間[a，b]內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分所得的值(|SFTr|)，和將上述推斷單元的模型轉(zhuǎn)矩指令(Tref’)通過(guò)規(guī)定的高通濾波器所得的值(FTr’)的絕對(duì)值(|FTr’|)在相同的區(qū)間內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分的所得的值|SFTr’|的比所求得的慣量(J)進(jìn)行辨識(shí)；調(diào)整單元，其根據(jù)在上述辨識(shí)單元中被辨識(shí)的慣量(J)和上述推斷單元中的慣量(J’)之比(J/J’)，對(duì)控制增益進(jìn)行調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，上述推斷單元的模型速度控制器是與上述速度控制單元的速度控制器相同的控制結(jié)構(gòu)，上述模型速度控制器內(nèi)的速度環(huán)路增益和積分時(shí)間常數(shù)與上述速度控制單元內(nèi)的速度環(huán)路增益和積分時(shí)間常數(shù)相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，在通過(guò)上述高通濾波器之后的轉(zhuǎn)矩指令的絕對(duì)值(|FTr|)和通過(guò)上述高通濾波器之后的模型轉(zhuǎn)矩指令的絕對(duì)值(|FTr’|)大于事先設(shè)定的閾值(β)的情況下，進(jìn)行對(duì)上述轉(zhuǎn)矩指令和上述模型轉(zhuǎn)矩指令的絕對(duì)值的乘積運(yùn)算。
全文摘要
本發(fā)明提供一種機(jī)器人或工作機(jī)械等的控制裝置中的控制常數(shù)調(diào)整裝置。該控制常數(shù)調(diào)整裝置包含速度控制部(12)、推斷部(13)、辨識(shí)部(14)、調(diào)整部(15)。辨識(shí)部(14)只在速度控制部(12)內(nèi)的電動(dòng)機(jī)速度(Vfb)與推斷部(13)內(nèi)的模型的速度(Vfb′)的值不為零且一致的情況下，對(duì)利用將速度控制部(12)的轉(zhuǎn)矩指令Tref通過(guò)規(guī)定的高通濾波器所得的值(FTr)的絕對(duì)值|FTr|在規(guī)定的區(qū)間[a，b]內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分所得的值|SFTr|，和將推斷部(13)的模型轉(zhuǎn)矩指令Tref′通過(guò)規(guī)定的高通濾波器所得的值(FTr′)的絕對(duì)值(|FTr′|)在相同的區(qū)間內(nèi)進(jìn)行時(shí)間積分所得的值(|SFTr′|)的比所求得的慣量(J)進(jìn)行辨識(shí)。
文檔編號(hào)H02P23/00GK1623273SQ0282858
公開日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月20日
發(fā)明者鶴田和寬, 梅田信弘, 豬木敬生 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)