具有同时推定惯量、摩擦和弹性的功能的电动机控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种具有同时推定惯量、摩擦和弹性的功能的电动机控制装置。对控制装置的转矩指令相加正弦波状指令，取得电动机的速度以及电流值。根据电流值和电动机的转矩常数计算输入转矩值，并且根据速度的差分和电动机惯量和输入转矩计算耦合转矩值，计算推定耦合转矩值。然后，根据这些推定耦合转矩值和耦合转矩值计算推定转矩误差，根据该推定转矩误差、速度和耦合转矩值，推定惯量、摩擦、弹性常数。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及使用电动机来驱动控制机床或者工业机械的被驱动体的电动机控制装置，特别涉及具有同时推定该被驱动体的惯量、摩擦和弹性的功能的电动机控制装置。
技术介绍
了解通过电动机驱动的被驱动体的惯量和摩擦的大小，在决定机床等的加工条件方面，以及在高精度地控制驱动上述被驱动体的驱动轴方面十分重要。例如，作为加工条件，在决定指令的加减速时间常数时，为充分发挥电动机的加速能力，需要正确地了解惯量和摩擦的大小。另外，在控制中，为了计算用于决定速度控制的响应性的增益，需要正确地了解惯量和摩擦的大小。并且，使用惯量和摩擦的值构成干扰观 察器，还能够提高伺服机构的强壮性。具有同时推定惯量和摩擦的功能的电动机控制装置在日本特开2011 — 072178号公报中公开。该控制装置特别推定包含非线性摩擦的控制对象的参数。该专利文献公开的技术，把假定控制对象是刚体的所谓的一惯量系作为对象，但是没有公开具有弹性特性的控制对象。机床或者工业机械的被驱动体大多不能作为完全的刚体对待，在像在上述专利文献中公开的技术那样把控制对象推定为刚体的情况下，在该控制对象不限于刚体或者不是刚体时，存在推定精度恶化这样的问题。在日本特开2008 - 228360号公报中公开了假定控制对象是共振模型，使用逐次最小二乘法推定其参数的技术。在该专利文献中公开的技术推定的摩擦是线性的，存在无法推定非线性摩擦这样的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种电动机控制装置，其能够同时实时地推定控制对象具有的惯量、非线性摩擦以及弹性。本专利技术的电动机控制装置具有同时推定惯量、摩擦和弹性的功能，作为其控制对象的电动机驱动机床或工业机械的被驱动体，上述电动机和上述被驱动体通过具备具有弹性的共振特性的耦合轴耦合。所述控制装置具有指令部，其对上述控制装置的位置指令、速度指令、或转矩指令添加M系列或正弦波状的指令；电流值取得部，其在每一采样周期取得流过上述电动机的电流值；输入转矩计算部，其根据上述电流值和上述电动机的转矩常数计算向上述被驱动体的输入转矩值；速度取得部，其在每一采样周期取得上述电动机的速度；耦合转矩计算部，其根据上述速度取得部在此次采样时取得的速度和在上次采样时取得的速度的差分、上述电动机的惯量和上述输入转矩计算部计算出的输入转矩值，计算对上述电动机施加的耦合转矩值；推定耦合转矩计算部，其根据上述电动机的速度和上述耦合转矩值，推定上述被驱动体的惯量、粘性摩擦、库仑摩擦、以及上述耦合轴的弹性的弹性常数，根据这些推定出的上述被驱动体的推定惯量、推定粘性摩擦、推定库仑摩擦以及推定弹性常数推定上述耦合转矩值；推定转矩误差计算部，其从上述耦合转矩计算部计算出的耦合转矩值减去推定耦合转矩计算部推定出的推定耦合转矩值，来计算推定转矩误差；和修正部，其在每一采样周期修正上述推定惯量、上述推定粘性摩擦、上述推定库仑摩擦以及上述推定弹性常数，以使上述推定转矩误差计算部计算的推定转矩误差成为最小。能够根据在上述每一采样周期取得的电动机的速度的差分和上述推定惯量的积、在上述每一采样周期取得的速度和被驱动体的推定粘性摩擦的积、在上述每一采样周期取得的速度的极性和负荷的推定库仑摩擦的积、上述耦合转矩值的二阶差分和推定弹性常数的倒数的积以及上述耦合转矩值的差分和上述推定惯量的倒数和推定粘性摩擦和推定弹性常数的积来求出上述推定耦合转矩值。上述修正部能够使用上述电动机的速度、上述耦合转矩值和适应系数，在每一采样周期修正推定惯量、推定粘性摩擦、推定库仑摩擦和推定弹性常数，以使上述推定转矩误差计算部计算的推定转矩误差成为最小，上述适应系数与上述速度和上述耦合转矩的值的大小成反比，具有在上述速度在规定值以下时成为零那样的死区。上述推定耦合转矩计算部能够根据被驱动体的推定速度、上述电动机的速度、上 述耦合转矩值、上述被驱动体的推定惯量、被驱动体的推定粘性摩擦、被驱动体的推定库仑摩擦和推定弹性常数，计算推定耦合转矩值。能够使用在每一采样周期取得的上述电动机的速度、上述耦合转矩值、和上次采样时的上述推定弹性常数来求出上述被驱动体的推定速度。根据本专利技术，能够提供能够同时实时地推定惯量、非线性摩擦、以及弹性的具有同时推定惯量、摩擦和弹性的功能的电动机控制装置。附图说明通过参照附图对以下的实施例进行说明，本专利技术的上述以及其他的目的以及特征将会变得明确。在这些图中图I是表示控制系统的结构的框图；图2是说明图I表示的伺服控制装置的结构的框图；图3把控制对象模型化来进行说明；图4是说明图3表示的推定部的结构的框图；图5A以及图5B说明通过正弦波状指令部对位置指令相加正弦波状指令(图5A)或者对速度指令相加正弦波状指令(图5B)，图5C和图2相同，说明通过正弦波状指令部对转矩指令相加正弦波状指令；图6A 图6C说明通过M系列指令发生部对位置指令相加M系列指令(图6A)、对速度指令相加M系列指令(图6B)、或者对转矩指令相加M系列指令(图6C)；图7说明在设置有速度的死区的情况下和不设置的情况下的(I)式的系数变化；图8是包含推定部的伺服控制部的惯量·摩擦·弹性常数的推定处理的流程图；图9是说明机械模型的框图；图10说明简化的机械模型的框图；图11说明具有非线性特性的简化的摩擦模型。具体实施方式图I是表示控制系统的结构的框图。由本专利技术的控制装置控制的对象，如图I所示，是直接使被驱动体4动作的电动机2。电动机2例如在机床或者工业机械中作为使保持工件的工作台的位置或者姿势改变的驱动源使用，或者作为用于旋转驱动机器人的手臂的驱动源使用。用耦合轴6将电动机2和被驱动体4耦合。耦合轴6具备具有弹性的共振特性，例如是把旋转运动变换为直线运动的、由滚珠螺杆和螺母构成的机构，还包含减速器。在包含被驱动体4的控制对象I中，例如包含在机床或者工业机械中保持工件的工作台或机器人的手臂或在工作台或手臂上装卸的工件等，另外还包含耦合轴6或电动机2自身的动作部分。以后，把电动机2的动作部分、耦合轴6、以及被驱动体4总称为控制对象I。包含被驱动体4的控制对象I具有由粘性摩擦和库仑摩擦构成的摩擦特性以及弹性特性。此外，使用图2将控制对象I模型化，并以后说明。电动机2由伺服控制装置10控制其位置或速度或转矩。伺服控制装置10与根据作业工序输出电动机2的位置或速度或者转矩的指令的CNC (数值控制装置)等的上位控制装置20连接。此外，也可以在上位控制装置20上连接多个伺服控制装置10。上位控制装置20具有向伺服控制装置10的正弦波状指令发生部40 (参照图2以及图5A —图5C)或者M系列指令发生部41 (参照图6A —图6C)、以及推定部30发送开始信号的功能。图2是更详细地说明图I表示的伺服控制装置10的结构的框图。伺服控制装置10如图2所示，具有位置控制部11、速度控制部12、电流控制部13、和放大器14。该伺服控制装置10根据在位置控制部11以及速度控制部12中分别设定的位置增益Kp以及速度增益Kv，根据来自上位控制装置20的指令信号、和来自附属于电动机2的位置/速度检测器3的位置或速度的反馈信号进行动作。把电流控制部13的输出(PWM信号)输入给放大器14。放大器14根据从电流控制部13接收的PWM信号控制向电动机2供给的电力。 向推定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有同时推定惯量、摩擦和弹性的功能的电动机控制装置，该电动机用于驱动机床或工业机械的被驱动体，上述电动机和上述被驱动体通过具备具有弹性的共振特性的耦合轴耦合，上述控制装置的特征在于，具有：指令部，其对上述控制装置的位置指令、速度指令、或转矩指令添加M系列或正弦波状的指令；电流值取得部，其在每一采样周期取得流过上述电动机的电流值；输入转矩计算部，其根据上述电流值和上述电动机的转矩常数计算向上述被驱动体的输入转矩值；速度取得部，其在每一采样周期取得上述电动机的速度；耦合转矩计算部，其根据上述速度取得部在此次采样时取得的速度和在上次采样时取得的速度的差分、上述电动机的惯量和上述输入转矩计算部计算出的输入转矩值，计算对上述电动机施加的耦合转矩值；推定耦合转矩计算部，其根据上述电动机的速度和上述耦合转矩值，推定上述被驱动体的惯量、粘性摩擦、库仑摩擦、以及上述耦合轴的弹性的弹性常数，根据这些推定出的上述被驱动体的推定惯量、推定粘性摩擦、推定库仑摩擦以及推定弹性常数推定上述耦合转矩值；推定转矩误差计算部，其从上述耦合转矩计算部计算出的耦合转矩值减去推定耦合转矩计算部推定出的推定耦合转矩值，来计算推定转矩误差；和修正部，其在每一采样周期修正上述推定惯量、上述推定粘性摩擦、上述推定库仑摩擦以及上述推定弹性常数，以使上述推定转矩误差计算部计算的推定转矩误差成为最小。...

【技术特征摘要】
2011.07.27 JP 2011-164503;2011.11.14 JP 2011-24901.一种具有同时推定惯量、摩擦和弹性的功能的电动机控制装置，该电动机用于驱动机床或工业机械的被驱动体，上述电动机和上述被驱动体通过具备具有弹性的共振特性的耦合轴耦合，上述控制装置的特征在于，具有 指令部，其对上述控制装置的位置指令、速度指令、或转矩指令添加M系列或正弦波状的指令； 电流值取得部，其在每一采样周期取得流过上述电动机的电流值； 输入转矩计算部，其根据上述电流值和上述电动机的转矩常数计算向上述被驱动体的输入转矩值； 速度取得部，其在每一采样周期取得上述电动机的速度； 耦合转矩计算部，其根据上述速度取得部在此次采样时取得的速度和在上次采样时取得的速度的差分、上述电动机的惯量和上述输入转矩计算部计算出的输入转矩值，计算对上述电动机施加的耦合转矩值； 推定耦合转矩计算部，其根据上述电动机的速度和上述耦合转矩值，推定上述被驱动体的惯量、粘性摩擦、库仑摩擦、以及上述耦合轴的弹性的弹性常数，根据这些推定出的上述被驱动体的推定惯量、推定粘性摩擦、推定库仑摩擦以及推定弹性常数推定上述耦合转矩值； 推定转矩误差计算部，其从上述耦合转矩计算部计算出的耦合转矩值减去推定耦合转矩计算部推定出的推定耦合转矩值，来计算推定转矩误差；和 修正部，其在每一采样周期修正上述推定惯量、上述推定粘性摩擦、上述推定库仑摩擦以及上述推定弹性常数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：园田直人，丰泽雪雄，
申请(专利权)人：发那科株式会社，
类型：发明
国别省市：