JP3230616B2 - 電動機駆動系の慣性負荷測定方式 - Google Patents
電動機駆動系の慣性負荷測定方式Info
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- JP3230616B2 JP3230616B2 JP2986993A JP2986993A JP3230616B2 JP 3230616 B2 JP3230616 B2 JP 3230616B2 JP 2986993 A JP2986993 A JP 2986993A JP 2986993 A JP2986993 A JP 2986993A JP 3230616 B2 JP3230616 B2 JP 3230616B2
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- Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電動機駆動系の慣性負
荷測定方法に関するものである。
荷測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電動機の慣性負荷測定方式としては幾つ
かの方法が行われていた。 （１）電動機に速度指令として正弦波を加え、正弦波の
周波数を変化させながら繰り返し運転し、その周波数応
答より慣性負荷を計算する。 （２）速度のステップ応答により、その立ち上がりの応
答時間から速度ループの時定数を求め、それより慣性負
荷を計算する。 （３）電動機の発生トルクを積分し、その値と回転速度
差との比から慣性負荷を求める（例えば、特開昭６１−
８８７８０号公報）。
かの方法が行われていた。 （１）電動機に速度指令として正弦波を加え、正弦波の
周波数を変化させながら繰り返し運転し、その周波数応
答より慣性負荷を計算する。 （２）速度のステップ応答により、その立ち上がりの応
答時間から速度ループの時定数を求め、それより慣性負
荷を計算する。 （３）電動機の発生トルクを積分し、その値と回転速度
差との比から慣性負荷を求める（例えば、特開昭６１−
８８７８０号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記（１）の方法で
は、ＮＣ工作機等には電動機と負荷の間にボールねじ等
の減速機によるバックラッシュが存在するため、速度指
令として前記の正弦波を与えるのは機械の減速機を破壊
する等の問題がある。また前記（２）の方法では、サー
ボアンプにおける電流出力の遅れや静止摩擦などの影響
により、無駄時間が生じたり、応答中における動摩擦の
影響により速度指令に応じたトルクが出力できずに立ち
上がり時間が長くなる等の問題により、正確な時定数を
求めることができず、よって正確な慣性負荷を求めるこ
とができなかった。また前記（３）の方法では、駆動系
に慣性負荷以外の一定負荷がかかっている場合、トルク
積分値に慣性負荷以外の負荷トルクの積分値が含まれる
ことになり純粋に慣性負荷を駆動するのに要した電動機
のトルクの積分値が使用されないため慣性負荷の計算値
に多大な誤差を含むことになる。さらに前記（３）の方
法では、一定の加減速レート及び回転速度変化幅で加減
速を行い、加速時および減速時における電動機発生トル
クに比例する信号の積分量の差と回転速度の変化幅を演
算することにより、負荷イナーシャを推定する方法を上
げているが、加速時と減速時では静止摩擦および動摩擦
による影響が異なるため、静止摩擦および動摩擦の大き
な駆動系では同様に正確な慣性負荷を求めることはでき
なかった。本発明の目的は、電動機駆動系において、機
械系のバックラッシュや静止摩擦、動摩擦等の影響を受
けず、かつ電動機の制御方式によらずに簡単に負荷を測
定できる電動機駆動系の慣性負荷測定方式を提供するこ
とにある。
は、ＮＣ工作機等には電動機と負荷の間にボールねじ等
の減速機によるバックラッシュが存在するため、速度指
令として前記の正弦波を与えるのは機械の減速機を破壊
する等の問題がある。また前記（２）の方法では、サー
ボアンプにおける電流出力の遅れや静止摩擦などの影響
により、無駄時間が生じたり、応答中における動摩擦の
影響により速度指令に応じたトルクが出力できずに立ち
上がり時間が長くなる等の問題により、正確な時定数を
求めることができず、よって正確な慣性負荷を求めるこ
とができなかった。また前記（３）の方法では、駆動系
に慣性負荷以外の一定負荷がかかっている場合、トルク
積分値に慣性負荷以外の負荷トルクの積分値が含まれる
ことになり純粋に慣性負荷を駆動するのに要した電動機
のトルクの積分値が使用されないため慣性負荷の計算値
に多大な誤差を含むことになる。さらに前記（３）の方
法では、一定の加減速レート及び回転速度変化幅で加減
速を行い、加速時および減速時における電動機発生トル
クに比例する信号の積分量の差と回転速度の変化幅を演
算することにより、負荷イナーシャを推定する方法を上
げているが、加速時と減速時では静止摩擦および動摩擦
による影響が異なるため、静止摩擦および動摩擦の大き
な駆動系では同様に正確な慣性負荷を求めることはでき
なかった。本発明の目的は、電動機駆動系において、機
械系のバックラッシュや静止摩擦、動摩擦等の影響を受
けず、かつ電動機の制御方式によらずに簡単に負荷を測
定できる電動機駆動系の慣性負荷測定方式を提供するこ
とにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明は、２つの異なる速度指令を電動機の駆動装
置に指令し、第１および第２の速度指令に対する定常状
態における前記電動機の速度差と前記駆動装置の出力ト
ルク差の比より粘性摩擦係数を求め、前記第１および第
２の速度指令における停止状態から定常状態に至るまで
の前記駆動装置の出力トルクの積分値の差と、前記第１
および第２の速度指令における停止状態から定常状態に
至るまでの間の移動距離の差と、前記第１および第２の
速度指令の定常状態における電動機の速度差、および前
記粘性摩擦係数とから慣性負荷を求めるものである。
め、本発明は、２つの異なる速度指令を電動機の駆動装
置に指令し、第１および第２の速度指令に対する定常状
態における前記電動機の速度差と前記駆動装置の出力ト
ルク差の比より粘性摩擦係数を求め、前記第１および第
２の速度指令における停止状態から定常状態に至るまで
の前記駆動装置の出力トルクの積分値の差と、前記第１
および第２の速度指令における停止状態から定常状態に
至るまでの間の移動距離の差と、前記第１および第２の
速度指令の定常状態における電動機の速度差、および前
記粘性摩擦係数とから慣性負荷を求めるものである。
【０００５】
【作用】本発明は、電動機を２回異なる速度まで加速さ
せ、２つの定常状態中の時刻ｔにおける速度差と出力ト
ルク差の比より粘性摩擦係数を求め、次に２つの定常状
態中の時刻ｔにおける速度差と、加速開始点からの時刻
ｔまでの移動距離の差と、加速開始点から時刻ｔまでの
出力トルクの積分値の差と先に求めた粘性摩擦係数より
慣性負荷を求めるものである。以下にその根拠を説明す
る。一般に、電動機の駆動系は、図２のようなブロック
図で表され、電動機の負荷として角速度に比例する粘性
摩擦、静止摩擦および動摩擦、そして慣性負荷を考え
る。電動機出力トルクと負荷の力の釣合は、次の数式１
で表される。
せ、２つの定常状態中の時刻ｔにおける速度差と出力ト
ルク差の比より粘性摩擦係数を求め、次に２つの定常状
態中の時刻ｔにおける速度差と、加速開始点からの時刻
ｔまでの移動距離の差と、加速開始点から時刻ｔまでの
出力トルクの積分値の差と先に求めた粘性摩擦係数より
慣性負荷を求めるものである。以下にその根拠を説明す
る。一般に、電動機の駆動系は、図２のようなブロック
図で表され、電動機の負荷として角速度に比例する粘性
摩擦、静止摩擦および動摩擦、そして慣性負荷を考え
る。電動機出力トルクと負荷の力の釣合は、次の数式１
で表される。
【０００６】
【数１】
【０００７】ここで、Ｔは電動機の出力トルク、Ｄは静
止摩擦および動摩擦トルク、Ｒは粘性摩擦係数、Ｊは慣
性負荷、ωは角速度である。ただし、電動機自身の慣性
はＪに含まれるものとする。定常状態においては、d ω
/dt=0 であるから数式１は次の数式２となる。
止摩擦および動摩擦トルク、Ｒは粘性摩擦係数、Ｊは慣
性負荷、ωは角速度である。ただし、電動機自身の慣性
はＪに含まれるものとする。定常状態においては、d ω
/dt=0 であるから数式１は次の数式２となる。
【０００８】
【数２】
【０００９】ここで、２つの定常状態における入力トル
クをＴ1 、Ｔ2 、角速度をω1 、ω2 とすると、二つの
定常状態は、次の数式３、数式４となる。
クをＴ1 、Ｔ2 、角速度をω1 、ω2 とすると、二つの
定常状態は、次の数式３、数式４となる。
【００１０】
【数３】
【００１１】
【数４】
【００１２】従って、数式３、数式４より、数式５に示
すように粘性摩擦係数Ｒを求めることができる。
すように粘性摩擦係数Ｒを求めることができる。
【００１３】
【数５】
【００１４】つづいて、数式１を時刻０からｔまで積分
すると次の数式６が得られる。
すると次の数式６が得られる。
【００１５】
【数６】
【００１６】ここで、図３に示すように、定常状態中の
時刻ｔにおける角速度ω1 、ω2 、時刻０からｔまでの
移動距離Ｌ1 、Ｌ2 および時刻０からｔまでの出力トル
クの積分値Ｅ1 、Ｅ2 が測定されたとすると、次の数式
７、数式８が成り立つ。
時刻ｔにおける角速度ω1 、ω2 、時刻０からｔまでの
移動距離Ｌ1 、Ｌ2 および時刻０からｔまでの出力トル
クの積分値Ｅ1 、Ｅ2 が測定されたとすると、次の数式
７、数式８が成り立つ。
【００１７】
【数７】
【００１８】
【数８】
【００１９】したがって、２つの定常状態において、数
式６は次の数式９、数式１０となる。
式６は次の数式９、数式１０となる。
【００２０】
【数９】
【００２１】
【数１０】
【００２２】摩擦トルクは一般に速度に依存しないた
め、数式９、数式１０よりＤの積分値を消去し、Ｊを求
めれば、次の数式１１となる。
め、数式９、数式１０よりＤの積分値を消去し、Ｊを求
めれば、次の数式１１となる。
【００２３】
【数１１】
【００２４】従って、すでに求めたＲと測定値ω1 、ω
2 、Ｌ1 、Ｌ2 、Ｅ1 、Ｅ2 より慣性負荷Ｊは求められ
る。
2 、Ｌ1 、Ｌ2 、Ｅ1 、Ｅ2 より慣性負荷Ｊは求められ
る。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて
説明する。図１は実施例の構成図である。１は電動機、
２は電動機１に加わる負荷、３は電動機１の回転量およ
び回転速度を検出するパルスジェネレータ、４は位置指
令を出力する上位コントローラ、５は上位コントローラ
４からの位置指令とパルスジェネレータ３からのフィー
ドバックパルスから電動機１に駆動電流を出力するサー
ボコントローラである。まず初めに、上位コントローラ
４は速度がω1 一定になるような等加速度の速度指令を
サーボコントローラ５に出力する。サーボコントローラ
５は速度指令とフィードバックパルスをもとに、トルク
に比例した駆動電流を計算し電動機１に出力する。上位
コントローラ４はサーボコントローラ５を通して返され
る速度ω1 とトルクＴ1 を測定し、かつそれぞれを一定
時間ｔについて積算して、一時記憶バッファ４１に記憶
する。同じ静止摩擦等の条件が得られるよう、ある程度
の時間をおいてから同様にして、上位コントローラ４は
速度がω2 一定になるような等加速度の速度指令をサー
ボコントローラ５に出力し、サーボコントローラ５から
返される速度ω2 とトルクＴを2 測定し、かつ、それぞ
れを一定時間ｔについて積算して一時記憶バッファ４１
に記憶する。以上の処理から、一時記憶バッファ４１に
記憶されたデータは、トルクＴ1 、Ｔ2 、速度ω1 、ω
2 、そしてそれぞれの積算値を出力トルクの積分値Ｅ
1 、Ｅ2 、移動距離Ｌ1 、Ｌ2 として、最初に上位コン
トローラ４の演算器４２により前記の数式５に代入して
粘性摩擦係数Ｒを計算し、つぎに数式１１により演算器
４３から慣性負荷Ｊを計算して出力する。
説明する。図１は実施例の構成図である。１は電動機、
２は電動機１に加わる負荷、３は電動機１の回転量およ
び回転速度を検出するパルスジェネレータ、４は位置指
令を出力する上位コントローラ、５は上位コントローラ
４からの位置指令とパルスジェネレータ３からのフィー
ドバックパルスから電動機１に駆動電流を出力するサー
ボコントローラである。まず初めに、上位コントローラ
４は速度がω1 一定になるような等加速度の速度指令を
サーボコントローラ５に出力する。サーボコントローラ
５は速度指令とフィードバックパルスをもとに、トルク
に比例した駆動電流を計算し電動機１に出力する。上位
コントローラ４はサーボコントローラ５を通して返され
る速度ω1 とトルクＴ1 を測定し、かつそれぞれを一定
時間ｔについて積算して、一時記憶バッファ４１に記憶
する。同じ静止摩擦等の条件が得られるよう、ある程度
の時間をおいてから同様にして、上位コントローラ４は
速度がω2 一定になるような等加速度の速度指令をサー
ボコントローラ５に出力し、サーボコントローラ５から
返される速度ω2 とトルクＴを2 測定し、かつ、それぞ
れを一定時間ｔについて積算して一時記憶バッファ４１
に記憶する。以上の処理から、一時記憶バッファ４１に
記憶されたデータは、トルクＴ1 、Ｔ2 、速度ω1 、ω
2 、そしてそれぞれの積算値を出力トルクの積分値Ｅ
1 、Ｅ2 、移動距離Ｌ1 、Ｌ2 として、最初に上位コン
トローラ４の演算器４２により前記の数式５に代入して
粘性摩擦係数Ｒを計算し、つぎに数式１１により演算器
４３から慣性負荷Ｊを計算して出力する。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、電動機
の運転中の２つの定常状態中のある時刻における速度、
トルクを測定し、その積分値を求めることによって、慣
性負荷を求めているので、機械系のバックラッシュや静
止摩擦、動摩擦等の影響を受けず、かつ電動機の制御方
式によらずに簡単に負荷を測定できる効果がある。
の運転中の２つの定常状態中のある時刻における速度、
トルクを測定し、その積分値を求めることによって、慣
性負荷を求めているので、機械系のバックラッシュや静
止摩擦、動摩擦等の影響を受けず、かつ電動機の制御方
式によらずに簡単に負荷を測定できる効果がある。
【図１】本発明の実施例を示す構成図。
【図２】電動機の出力トルクと負荷トルクの釣合を示す
ブロック線図
ブロック線図
【図３】負荷イナーシャの測定方法の原理を示す説明
図。
図。
１ 電動機 ２ 負荷 ３ パルスジェネレータ ４ 上位コントローラ ５ サーボコントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 5/00 G01R 31/34
Claims (1)
- 【請求項１】 ２つの異なる速度指令を電動機の駆動装
置に指令し、第１および第２の速度指令に対する定常状
態における前記電動機の速度差（ω1−ω2）と前記駆動
装置の出力トルク差（Ｔ1−Ｔ2）の比（（Ｔ1−Ｔ2）／
（ω1−ω2））を粘性摩擦係数Ｒとし、前記第１および
第２の速度指令における停止状態から定常状態に至るま
での前記駆動装置の出力トルクの積分値の差（Ｅ1−
Ｅ2）と、前記第１および第２の速度指令における停止
状態から定常状態に至るまでの間の移動距離の差（Ｌ1
−Ｌ2）と、前記第１および第２の速度指令の定常状態
における電動機の速度差（ω1−ω2）、および前記粘性
摩擦係数Ｒとから、慣性負荷Jを（Ｅ1−Ｅ2−Ｒ（Ｌ1−
Ｌ2））／（ω1−ω2）なる式で求めることを特徴とす
る電動機駆動系の慣性負荷測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2986993A JP3230616B2 (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 電動機駆動系の慣性負荷測定方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2986993A JP3230616B2 (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 電動機駆動系の慣性負荷測定方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06225565A JPH06225565A (ja) | 1994-08-12 |
| JP3230616B2 true JP3230616B2 (ja) | 2001-11-19 |
Family
ID=12287983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2986993A Expired - Fee Related JP3230616B2 (ja) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | 電動機駆動系の慣性負荷測定方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3230616B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3637597B2 (ja) * | 1995-05-17 | 2005-04-13 | 株式会社安川電機 | 制御定数同定装置 |
| CN101950000B (zh) * | 2010-08-14 | 2012-11-14 | 潮州市汇能电机有限公司 | 一种大中型水轮发电机特性试验运行的拖动装置 |
| US9690261B2 (en) * | 2013-06-25 | 2017-06-27 | Linestream Technologies | Method for automatically setting responsiveness parameters for motion control systems |
| JP5989694B2 (ja) * | 2014-03-07 | 2016-09-07 | 国立大学法人 東京大学 | 制御装置、制御方法及び制御プログラム |
| CN105182236A (zh) * | 2015-09-18 | 2015-12-23 | 卓越（苏州）自动化设备有限公司 | 乘用车雨刮电机性能测试装置 |
| CN106125675A (zh) * | 2016-08-04 | 2016-11-16 | 上海宇航***工程研究所 | 一种单轴高精度伺服控制***调测装置 |
| CN113096504B (zh) * | 2021-04-22 | 2022-06-24 | 杭州电子科技大学 | 一种速度控制***的模拟实验电路 |
| CN113985835B (zh) * | 2021-09-14 | 2023-09-29 | 北京无线电测量研究所 | 一种大天线雷达伺服***机械特性参数估计方法 |
-
1993
- 1993-01-25 JP JP2986993A patent/JP3230616B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06225565A (ja) | 1994-08-12 |
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Legal Events
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