具有同時推定慣量、摩擦和彈性的功能的電動機控制裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種具有同時推定慣量、摩擦和彈性的功能的電動機控制裝置。對控制裝置的轉矩指令相加正弦波狀指令，取得電動機的速度以及電流值。根據電流值和電動機的轉矩常數計算輸入轉矩值，并且根據速度的差分和電動機慣量和輸入轉矩計算耦合轉矩值，計算推定耦合轉矩值。然后，根據這些推定耦合轉矩值和耦合轉矩值計算推定轉矩誤差，根據該推定轉矩誤差、速度和耦合轉矩值，推定慣量、摩擦、彈性常數。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及使用電動機來驅動控制機床或者工業機械的被驅動體的電動機控制裝置，特別涉及具有同時推定該被驅動體的慣量、摩擦和彈性的功能的電動機控制裝置。
技術介紹
了解通過電動機驅動的被驅動體的慣量和摩擦的大小，在決定機床等的加工條件方面，以及在高精度地控制驅動上述被驅動體的驅動軸方面十分重要。例如，作為加工條件，在決定指令的加減速時間常數時，為充分發揮電動機的加速能力，需要正確地了解慣量和摩擦的大小。另外，在控制中，為了計算用于決定速度控制的響應性的增益，需要正確地了解慣量和摩擦的大小。并且，使用慣量和摩擦的值構成干擾觀 察器，還能夠提高伺服機構的強壯性。具有同時推定慣量和摩擦的功能的電動機控制裝置在日本特開2011 — 072178號公報中公開。該控制裝置特別推定包含非線性摩擦的控制對象的參數。該專利文獻公開的技術，把假定控制對象是剛體的所謂的一慣量系作為對象，但是沒有公開具有彈性特性的控制對象。機床或者工業機械的被驅動體大多不能作為完全的剛體對待，在像在上述專利文獻中公開的技術那樣把控制對象推定為剛體的情況下，在該控制對象不限于剛體或者不是剛體時，存在推定精度惡化這樣的問題。在日本特開2008 - 228360號公報中公開了假定控制對象是共振模型，使用逐次最小二乘法推定其參數的技術。在該專利文獻中公開的技術推定的摩擦是線性的，存在無法推定非線性摩擦這樣的問題。
技術實現思路
因此，本專利技術的目的在于提供一種電動機控制裝置，其能夠同時實時地推定控制對象具有的慣量、非線性摩擦以及彈性。本專利技術的電動機控制裝置具有同時推定慣量、摩擦和彈性的功能，作為其控制對象的電動機驅動機床或工業機械的被驅動體，上述電動機和上述被驅動體通過具備具有彈性的共振特性的耦合軸耦合。所述控制裝置具有指令部，其對上述控制裝置的位置指令、速度指令、或轉矩指令添加M系列或正弦波狀的指令；電流值取得部，其在每一采樣周期取得流過上述電動機的電流值；輸入轉矩計算部，其根據上述電流值和上述電動機的轉矩常數計算向上述被驅動體的輸入轉矩值；速度取得部，其在每一采樣周期取得上述電動機的速度；耦合轉矩計算部，其根據上述速度取得部在此次采樣時取得的速度和在上次采樣時取得的速度的差分、上述電動機的慣量和上述輸入轉矩計算部計算出的輸入轉矩值，計算對上述電動機施加的耦合轉矩值；推定耦合轉矩計算部，其根據上述電動機的速度和上述耦合轉矩值，推定上述被驅動體的慣量、粘性摩擦、庫侖摩擦、以及上述耦合軸的彈性的彈性常數，根據這些推定出的上述被驅動體的推定慣量、推定粘性摩擦、推定庫侖摩擦以及推定彈性常數推定上述耦合轉矩值；推定轉矩誤差計算部，其從上述耦合轉矩計算部計算出的耦合轉矩值減去推定耦合轉矩計算部推定出的推定耦合轉矩值，來計算推定轉矩誤差；和修正部，其在每一采樣周期修正上述推定慣量、上述推定粘性摩擦、上述推定庫侖摩擦以及上述推定彈性常數，以使上述推定轉矩誤差計算部計算的推定轉矩誤差成為最小。能夠根據在上述每一采樣周期取得的電動機的速度的差分和上述推定慣量的積、在上述每一采樣周期取得的速度和被驅動體的推定粘性摩擦的積、在上述每一采樣周期取得的速度的極性和負荷的推定庫侖摩擦的積、上述耦合轉矩值的二階差分和推定彈性常數的倒數的積以及上述耦合轉矩值的差分和上述推定慣量的倒數和推定粘性摩擦和推定彈性常數的積來求出上述推定耦合轉矩值。上述修正部能夠使用上述電動機的速度、上述耦合轉矩值和適應系數，在每一采樣周期修正推定慣量、推定粘性摩擦、推定庫侖摩擦和推定彈性常數，以使上述推定轉矩誤差計算部計算的推定轉矩誤差成為最小，上述適應系數與上述速度和上述耦合轉矩的值的大小成反比，具有在上述速度在規定值以下時成為零那樣的死區。上述推定耦合轉矩計算部能夠根據被驅動體的推定速度、上述電動機的速度、上 述耦合轉矩值、上述被驅動體的推定慣量、被驅動體的推定粘性摩擦、被驅動體的推定庫侖摩擦和推定彈性常數，計算推定耦合轉矩值。能夠使用在每一采樣周期取得的上述電動機的速度、上述耦合轉矩值、和上次采樣時的上述推定彈性常數來求出上述被驅動體的推定速度。根據本專利技術，能夠提供能夠同時實時地推定慣量、非線性摩擦、以及彈性的具有同時推定慣量、摩擦和彈性的功能的電動機控制裝置。附圖說明通過參照附圖對以下的實施例進行說明，本專利技術的上述以及其他的目的以及特征將會變得明確。在這些圖中圖I是表示控制系統的結構的框圖；圖2是說明圖I表示的伺服控制裝置的結構的框圖；圖3把控制對象模型化來進行說明；圖4是說明圖3表示的推定部的結構的框圖；圖5A以及圖5B說明通過正弦波狀指令部對位置指令相加正弦波狀指令(圖5A)或者對速度指令相加正弦波狀指令(圖5B)，圖5C和圖2相同，說明通過正弦波狀指令部對轉矩指令相加正弦波狀指令；圖6A 圖6C說明通過M系列指令發生部對位置指令相加M系列指令(圖6A)、對速度指令相加M系列指令(圖6B)、或者對轉矩指令相加M系列指令(圖6C)；圖7說明在設置有速度的死區的情況下和不設置的情況下的(I)式的系數變化；圖8是包含推定部的伺服控制部的慣量·摩擦·彈性常數的推定處理的流程圖；圖9是說明機械模型的框圖；圖10說明簡化的機械模型的框圖；圖11說明具有非線性特性的簡化的摩擦模型。具體實施方式圖I是表示控制系統的結構的框圖。由本專利技術的控制裝置控制的對象，如圖I所示，是直接使被驅動體4動作的電動機2。電動機2例如在機床或者工業機械中作為使保持工件的工作臺的位置或者姿勢改變的驅動源使用，或者作為用于旋轉驅動機器人的手臂的驅動源使用。用耦合軸6將電動機2和被驅動體4耦合。耦合軸6具備具有彈性的共振特性，例如是把旋轉運動變換為直線運動的、由滾珠螺桿和螺母構成的機構，還包含減速器。在包含被驅動體4的控制對象I中，例如包含在機床或者工業機械中保持工件的工作臺或機器人的手臂或在工作臺或手臂上裝卸的工件等，另外還包含耦合軸6或電動機2自身的動作部分。以后，把電動機2的動作部分、耦合軸6、以及被驅動體4總稱為控制對象I。包含被驅動體4的控制對象I具有由粘性摩擦和庫侖摩擦構成的摩擦特性以及彈性特性。此外，使用圖2將控制對象I模型化，并以后說明。電動機2由伺服控制裝置10控制其位置或速度或轉矩。伺服控制裝置10與根據作業工序輸出電動機2的位置或速度或者轉矩的指令的CNC (數值控制裝置)等的上位控制裝置20連接。此外，也可以在上位控制裝置20上連接多個伺服控制裝置10。上位控制裝置20具有向伺服控制裝置10的正弦波狀指令發生部40 (參照圖2以及圖5A —圖5C)或者M系列指令發生部41 (參照圖6A —圖6C)、以及推定部30發送開始信號的功能。圖2是更詳細地說明圖I表示的伺服控制裝置10的結構的框圖。伺服控制裝置10如圖2所示，具有位置控制部11、速度控制部12、電流控制部13、和放大器14。該伺服控制裝置10根據在位置控制部11以及速度控制部12中分別設定的位置增益Kp以及速度增益Kv，根據來自上位控制裝置20的指令信號、和來自附屬于電動機2的位置/速度檢測器3的位置或速度的反饋信號進行動作。把電流控制部13的輸出(PWM信號)輸入給放大器14。放大器14根據從電流控制部13接收的PWM信號控制向電動機2供給的電力。 向推定本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有同時推定慣量、摩擦和彈性的功能的電動機控制裝置，該電動機用于驅動機床或工業機械的被驅動體，上述電動機和上述被驅動體通過具備具有彈性的共振特性的耦合軸耦合，上述控制裝置的特征在于，具有：指令部，其對上述控制裝置的位置指令、速度指令、或轉矩指令添加M系列或正弦波狀的指令；電流值取得部，其在每一采樣周期取得流過上述電動機的電流值；輸入轉矩計算部，其根據上述電流值和上述電動機的轉矩常數計算向上述被驅動體的輸入轉矩值；速度取得部，其在每一采樣周期取得上述電動機的速度；耦合轉矩計算部，其根據上述速度取得部在此次采樣時取得的速度和在上次采樣時取得的速度的差分、上述電動機的慣量和上述輸入轉矩計算部計算出的輸入轉矩值，計算對上述電動機施加的耦合轉矩值；推定耦合轉矩計算部，其根據上述電動機的速度和上述耦合轉矩值，推定上述被驅動體的慣量、粘性摩擦、庫侖摩擦、以及上述耦合軸的彈性的彈性常數，根據這些推定出的上述被驅動體的推定慣量、推定粘性摩擦、推定庫侖摩擦以及推定彈性常數推定上述耦合轉矩值；推定轉矩誤差計算部，其從上述耦合轉矩計算部計算出的耦合轉矩值減去推定耦合轉矩計算部推定出的推定耦合轉矩值，來計算推定轉矩誤差；和修正部，其在每一采樣周期修正上述推定慣量、上述推定粘性摩擦、上述推定庫侖摩擦以及上述推定彈性常數，以使上述推定轉矩誤差計算部計算的推定轉矩誤差成為最小。...

【技術特征摘要】
2011.07.27 JP 2011-164503;2011.11.14 JP 2011-24901.一種具有同時推定慣量、摩擦和彈性的功能的電動機控制裝置，該電動機用于驅動機床或工業機械的被驅動體，上述電動機和上述被驅動體通過具備具有彈性的共振特性的耦合軸耦合，上述控制裝置的特征在于，具有 指令部，其對上述控制裝置的位置指令、速度指令、或轉矩指令添加M系列或正弦波狀的指令； 電流值取得部，其在每一采樣周期取得流過上述電動機的電流值； 輸入轉矩計算部，其根據上述電流值和上述電動機的轉矩常數計算向上述被驅動體的輸入轉矩值； 速度取得部，其在每一采樣周期取得上述電動機的速度； 耦合轉矩計算部，其根據上述速度取得部在此次采樣時取得的速度和在上次采樣時取得的速度的差分、上述電動機的慣量和上述輸入轉矩計算部計算出的輸入轉矩值，計算對上述電動機施加的耦合轉矩值； 推定耦合轉矩計算部，其根據上述電動機的速度和上述耦合轉矩值，推定上述被驅動體的慣量、粘性摩擦、庫侖摩擦、以及上述耦合軸的彈性的彈性常數，根據這些推定出的上述被驅動體的推定慣量、推定粘性摩擦、推定庫侖摩擦以及推定彈性常數推定上述耦合轉矩值； 推定轉矩誤差計算部，其從上述耦合轉矩計算部計算出的耦合轉矩值減去推定耦合轉矩計算部推定出的推定耦合轉矩值，來計算推定轉矩誤差；和 修正部，其在每一采樣周期修正上述推定慣量、上述推定粘性摩擦、上述推定庫侖摩擦以及上述推定彈性常數，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：園田直人，豐澤雪雄，
申請(專利權)人：發那科株式會社，
類型：發明
國別省市：