位置控制裝置的慣性估算方法和慣性估算裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種位置控制設(shè)備的慣性估算方法和慣性估算裝置。當(dāng)驅(qū)動部分受加速/減速驅(qū)動時，將力矩命令值和加速度檢測值進行累加，并根據(jù)二者之間的比率計算可移動部分的慣性。通過圍繞重力力矩的影響為零的位置執(zhí)行加速/減速驅(qū)動，在經(jīng)過中心位置之前和之后的、包含在力矩命令值中的重力力矩的影響被抵消了，借此，即使是利用重力影響根據(jù)電機位置而不同的機器結(jié)構(gòu)，仍可以準(zhǔn)確地估算慣性。
【專利說明】位置控制裝置的慣性估算方法和慣性估算裝置
[0001]優(yōu)先權(quán)信息
本申請要求2013年4月25日提交的日本專利申請N0.2013-092615的優(yōu)先權(quán)，該申請以引用的方式并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及機床等的位置控制裝置。更具體地，本發(fā)明涉及用在施加重力的軸線上的改進的慣性估算方法和改進的慣性估算裝置。

【背景技術(shù)】
[0003]為利用伺服電機來驅(qū)動機床等的送料軸，將位置和速度控制系統(tǒng)配置為基于來自數(shù)控裝置的命令，對連接到電機的負載的位置和速度進行控制。為正確地控制電機和負載的位置和速度，有必要基于電機和負載的慣性來確定控制參數(shù)。由于負載的慣性隨各工件而改變，因此，提出了多種慣性估算方法。
[0004]圖13展示了由JP08-140386A公開的技術(shù)。在該技術(shù)中，對于多種不同速度，以恒定的速度驅(qū)動電機(步驟I )，而對于每一速度，測量要抵消摩擦力所需的力矩和要抵消重力所需的力矩(步驟2和3)。接著，對該伺服電機進行加速/減速驅(qū)動(步驟4)，借此確定速度和力矩間的關(guān)系，以及速度和加速度間的關(guān)系(步驟5到7)。從速度和力矩間的關(guān)系中減去要抵消先前測量的摩擦力分量所需的力矩和要抵消重力分量所需的力矩。在計算了要加速慣性所需的力矩后(步驟8)，將計算結(jié)果除以加速/減速驅(qū)動過程中測得的加速度(步驟9)。
[0005]圖14展示了由JP2005-172788A公開的技術(shù)。在該技術(shù)中，當(dāng)獲取了估算慣性所需的信息時，對于多次測量，電機的位置不改變。因此，甚至可利用這樣的機器結(jié)構(gòu)來計算慣性:其中重力的影響取決于電機位置。
[0006]圖15展示了 JP2005-172788A中用于估算慣性的控制結(jié)構(gòu)。速度控制器11根據(jù)速度命令值Vc和速度檢測值Vd間的誤差生成用于電機12的力矩命令值Tc。同時，電機模型15為力矩命令和旋轉(zhuǎn)速度間的關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式，用I質(zhì)量系統(tǒng)或2慣性共振系統(tǒng)所表達。速度控制器14具有等同于速度控制器11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，且生成力矩命令T’c，并將其提供給電機模型15。該電機模型15生成速度檢測值V’ d，以計算速度命令值Vc和速度檢測值V’ d間的誤差，并提供該誤差作為速度控制器14的輸入。
[0007]假定速度命令值Vc具有圖14的步驟12所述的速度波形，其中，第一操作為往復(fù)運動，第二操作為具有反向的速度形跡的逆序往復(fù)運動。通過提供將位置移動ΘI的過程，在相同的位置執(zhí)行該第一和第二操作。當(dāng)給定速度命令值Vc時，力矩命令值Tc和T’ c分別從速度控制器11和14中輸出。積分器13和16分別對圖14的步驟12中的積分部分中的輸出值進行積分。當(dāng)積分部分結(jié)束，通過下式(I)計算慣性。在式(I)中，J表示慣性估算值，J’表示在電機模型15中確定的慣性值。
[0008]J = {[ (Tc) dt / / (T，c) dt} X J，■■■式(I) 在JP08-140386A的技術(shù)中，從要進行加速/減速驅(qū)動所需的力矩中減去要抵消摩擦力分量和重力分量所需的力矩。因此，如果該力矩相對于速度是固定的，則正確地計算慣性是有可能的。然而，因為需要以不同的固定比率將電機驅(qū)動至不同的運動方向，以便測量要抵消摩擦力分量所需的力矩和要抵消重力分量所需的力矩，因此，估算慣性是耗時的。并且，要抵消重力分量所需的力矩被假設(shè)為在電機的任何位置都是不變的，而這導(dǎo)致一個問題，即對于重力的影響取決于電機位置而有所不同的機器結(jié)構(gòu)，難以準(zhǔn)確地估算慣性，如圖16所示。
[0009]在圖16中，工作臺23繞著電機的軸旋轉(zhuǎn)，該工作臺23通過臂22被牢牢地固定在電機21上。假設(shè)電機的軸的中心與工作臺23的重心位置的距離用LO表示，施加到重心位置的重力用Fg表示，圍繞Fg的、垂直于電機軸心方向的力的分量用Fr表示，要抵消重力分量的力矩用Tg表不，電機21的旋轉(zhuǎn)角度用Θ表不,則Fr和Tg由以下式(2)和式(3)所表達。
[0010]Fr = Fg X sin Θ …式(2)
Tg = Fr X LO = Fg X LO X sinΘ ■■■式(3)
具體地，要抵消重力分量所需的力矩Tg基于電機21的旋轉(zhuǎn)角Θ以正弦方式改變。因此，由于變化的力矩的影響，即使以恒定速度驅(qū)動電機，仍不能準(zhǔn)確地計算慣性。
[0011]同時，在JP2005-172788A公開的技術(shù)中，力矩命令值Tc和T’ c通常在相同段累積，從而可以在多次測量中提供要抵消重力分量所需的相同的Tg。然而，要積累的力矩命令值Tc同時包括要抵消摩擦力分量所需的力矩和要抵消重力分量所需的力矩。因此，存在這樣一個問題:要計算的慣性的估算值將包括對應(yīng)這種力矩的誤差。
[0012]本發(fā)明要解決的問題是，在重力影響根據(jù)電機位置而不同的機器結(jié)構(gòu)中，不能正確地估算慣性。因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種慣性估算方法和裝置，即便在重力影響根據(jù)電機位置而不同的機器結(jié)構(gòu)中，也能正確估算慣性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種慣性估算方法，其用于估算可移動部分的慣性，該可移動部分包括電機和安裝在裝置上的驅(qū)動部分，所述裝置根據(jù)力矩命令值而驅(qū)動所述電機。所述力矩命令值是基于所述電機或連接到該電機的該驅(qū)動部分的位置命令值和位置檢測值計算的。該方法包括:當(dāng)所述可移動部分被驅(qū)動時，確定加速/減速條件，以確定至少一個加速驅(qū)動條件和減速驅(qū)動條件，從而使重力力矩或可移動部分的加速度的累加值具有關(guān)于一位置的對稱特性，在該位置處抵消重力影響的重力力矩為零。所述方法還包括計算慣性，以從在根據(jù)所述確定的加速或減速條件驅(qū)動電機時獲得的力矩命令值的累加值與所述電機或所述驅(qū)動部分的加速度檢測值的累加值之間的比率計算可移動部分的慣性。
[0014]在優(yōu)選地實施例中，從在以恒定速度驅(qū)動所述驅(qū)動部分時當(dāng)所述力矩命令值的極性反轉(zhuǎn)的時刻獲得的所述位置檢測值來識別所述重力力矩為零的位置。在另一個優(yōu)選實施例中，當(dāng)所述驅(qū)動部分經(jīng)受加速驅(qū)動或減速驅(qū)動時，以使所述重力力矩的累加值在經(jīng)過重力力矩為零的位置之前和之后是相同的的方式來調(diào)節(jié)加速時間或減速時間。
[0015]在另一個優(yōu)選實施例中，確定所述加速/減速條件的步驟包括當(dāng)所述驅(qū)動部分以恒定速度被往復(fù)驅(qū)動時，監(jiān)視力矩命令值。從介于當(dāng)所述力矩命令值的極性在前進路徑中反轉(zhuǎn)的時刻獲得的位置檢測值與當(dāng)所述力矩命令值的極性在返回路徑中反轉(zhuǎn)的時刻獲得的位置檢測值之間的中間點，識別重力力矩為零的位置。
[0016]在另一優(yōu)選的實施例中，確定加速/減速條件的步驟包括確定加速驅(qū)動條件和減速驅(qū)動條件，以使重力力矩或加速度的累加值的大小的改變是關(guān)于重力力矩為零的位置線性對稱的。計算慣性的步驟包括當(dāng)根據(jù)確定的加速和減速條件驅(qū)動電機時，監(jiān)視力矩命令值和加速度檢測值。從加速驅(qū)動過程中所述力矩命令值的累加值與所述加速度檢測值的累加值之間的比率和減速驅(qū)動過程中所述力矩命令值的累加值與所述加速度檢測值的累加值之間的比率的平均值，計算可移動部分的慣性。
[0017]在另一個優(yōu)選實施例中，確定加速/減速條件的步驟包括確定所述加速驅(qū)動條件和所述減速驅(qū)動條件，以使重力力矩或加速度的累加值的大小的改變是關(guān)于重力力矩為零的位置線性對稱的。計算慣性的步驟包括當(dāng)根據(jù)確定的加速條件和減速條件驅(qū)動電機時，監(jiān)視力矩命令值和加速度檢測值。從通過分別對加速驅(qū)動過程和減速驅(qū)動過程中的力矩命令值的累加值求和獲得的求和值與通過分別對加速驅(qū)動過程和減速驅(qū)動過程中的加速度檢測值的累加值求和獲得的求和值之間的比率，計算可移動部分的慣性。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，提供了一種慣性估算裝置，其用于估算可移動部分的慣性，該可移動部分包括電機和驅(qū)動部分，該驅(qū)動部分安裝在一裝置上，該裝置根據(jù)力矩命令值驅(qū)動所述電機。力矩命令值是基于電機或連接到該電機的驅(qū)動部分的位置命令值和位置檢測值來計算。所述裝置包括加速/減速條件確定單元，其用于當(dāng)所述可移動部分被驅(qū)動時，確定至少一個加速驅(qū)動條件和減速驅(qū)動條件，以使可移動部分的重力力矩或加速度的累加值具有關(guān)于一位置的對稱特性，在該位置處抵消重力影響的重力力矩為零。該裝置還包括慣性計算單元，其用于從當(dāng)電機按照所述確定的加速條件或確定的減速條件被驅(qū)動時獲得的力矩命令值的累加值與所述電機或所述驅(qū)動部分的加速度檢測值的累加值之間的比率，計算所述可移動部分的慣性。在經(jīng)過所述重力力矩為零的位置之前和之后、在包含在所述力矩命令值中的重力力矩被抵消之后，計算慣性。
[0019]通過本發(fā)明，在累加力矩命令值以估算慣性的過程中，驅(qū)動部分受到加速/減速驅(qū)動以抵消重力力矩的影響，借此，即使對于重力影響根據(jù)電機位置而不同的機器結(jié)構(gòu)，仍可正確估算慣性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的一個實施例的框圖；
圖2為本發(fā)明的一個應(yīng)用中的位置命令和力矩命令的特性曲線圖；
圖3為當(dāng)驅(qū)動部分的重力中心位置偏離時重力力矩的特性曲線圖；
圖4為本發(fā)明中調(diào)節(jié)加速/減速時間的方法的示意圖；
圖5為本發(fā)明的一個應(yīng)用中的位置命令和力矩命令的特性曲線圖；
圖6展示了本發(fā)明的處理過程的流程圖；
圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的處理過程的流程圖；
圖8為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的處理過程的流程圖；
圖9為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的處理過程的流程圖； 圖10為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的處理過程的流程圖；
圖11為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的處理過程的流程圖；
圖12為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的處理過程的流程圖；
圖13為傳統(tǒng)技術(shù)的處理過程的流程圖；
圖14為傳統(tǒng)技術(shù)的處理過程的流程圖；
圖15為傳統(tǒng)技術(shù)的框圖；
圖16為展示重力力矩根據(jù)電機的位置而改變的示意圖。

【具體實施方式】
[0021]以下描述本發(fā)明的一個實施例。與傳統(tǒng)例子中所述的相類似的組成組件用相同編號的標(biāo)示，并且不再重復(fù)描述。
[0022]圖1為本發(fā)明的一個實施例的框圖。位置命令計算器31生成位置命令值Pc，位置檢測器37檢測電機35或負載的位置檢測值Pd。Pc和Pd間的偏差被輸入位置控制器32，該位置控制器32生成速度命令值Vc作為輸出。同時，微分器38求出位置檢測值Pd的微分，以生成速度檢測值Vd作為輸出。速度命令值Vc和速度檢測值Vd間的偏差被輸入速度控制器33，該速度控制器33生成力矩命令值Tc作為輸出。電流控制器34根據(jù)力矩命令值Tc，通過連接到該電機35上的負載36驅(qū)動該電機35。
[0023]在圖1中，位置控制裝置進一步包括慣性估算單元41，該慣性估算單元41允許對可移動部分的慣性進行估算。該慣性估算單元41包括確定計算可移動部分的加速/減速條件的加速/減速條件確定單元39，和計算可移動部分的慣性的慣性計算器40。
[0024]圖6為本發(fā)明的處理過程的流程圖。在通過加速/減速條件確定單元39確定了用于計算可移動部分慣性的加速/減速條件后，通過慣性計算器40計算可移動部分的慣性。加速/減速條件確定單元39和慣性計算器40，以及每個處理過程，將通過參照圖7-12所示的流程圖的實施例進行描述。
[0025]實施例一
首先，參見圖2，將描述加速/減速條件確定單元39的操作。對于重力影響根據(jù)電機位置而不同的機器結(jié)構(gòu)，要抵消重力分量的力矩(重力力矩)Tg響應(yīng)旋轉(zhuǎn)角Θ而發(fā)生改變，如圖2最上行所示。
[0026]此時，加速/減速條件確定單元39確定加速命令值A(chǔ)c，如圖2第二行所示。具體地，該加速命令設(shè)置成驅(qū)動部分(如電機35和負載36)的加速度的變化是關(guān)于Tg為零的位置線性對稱的。例如，如圖2所示，加速度從t2期間的零增至恒定加速度，其中驅(qū)動部分在tl期間是被驅(qū)動的，以到達Tg為零的位置。在tl期間持續(xù)恒定加速度的驅(qū)動，接著在t2期間加速度減小至零，在所述t2期間加速結(jié)束。假定根據(jù)機器結(jié)構(gòu)等能夠預(yù)先確定Tg為零的位置。
[0027]對上面確定的加速命令值A(chǔ)c進行累積，獲得圖2第三行所示的速度命令值Vc。通過對速度命令值Vc進行積分，可以獲得圖2第四行所示的位置命令值Pc。
[0028]當(dāng)原點處在Tg為零的位置時，位置命令值Pc設(shè)置為使得加速的起點位于先于原點O以Θ s的位置?？梢酝ㄟ^對從加速起點到Tg為零的位置的速度命令值Vc進行積分而確定Θ s的大小。
[0029]加速/減速條件確定單元39向位置命令計算器31告知加速/減速條件，如加速起點-Θ s，加速/減速時間tl、t2等，以便從位置命令計算器31輸出位置命令值Pc。
[0030]當(dāng)如圖2第四行所示的位置命令值Pc從位置命令計算器31輸出時，通過位置控制器32、速度控制器33和電流控制器34驅(qū)動電機35。
[0031]此時,從速度控制器33輸出的力矩命令值Tc如圖2最下行所示變化。在沒有重力影響的條件下，力矩命令值Tc與加速度命令值A(chǔ)c成比例，如圖2最下行中的點劃線所示。然而，當(dāng)存在重力影響時，力矩命令值Tc具有如圖2最下行中的實線所示的特性，該力矩命令值包括要加速驅(qū)動部分所需的加速力矩和要抵消重力分量所需的力矩。
[0032]由圖2最下行中的陰影表示的力矩等于要抵消重力分量所需的力矩Tg，其中，等于Tg的力矩在通過原點O的時刻變?yōu)榱恪?br> [0033]接著，描述慣性計算器40的操作。該慣性計算器40根據(jù)位置命令值Pc確定加速/減速狀態(tài)，并對在加速/減速狀態(tài)中時的力矩命令值Tc以及通過由二階微分得到的加速度檢測值A(chǔ)d進行累積?？梢酝ㄟ^在電機或驅(qū)動部分設(shè)置加速度傳感器而得到加速度檢測值A(chǔ)d。在加速/減速后，力矩命令值Tc的累加值除以加速度檢測值A(chǔ)d的累加值，以給出代表可移動部分慣性的計算結(jié)果。
[0034]累加的力矩命令值Tc包括要抵消重力分量所需的力矩Tg,當(dāng)通過原點O時Tg的形跡反向，如圖2最下行中的陰影所示。因此，當(dāng)在加速過程中累加力矩命令值Tc時，要抵消重力分量所需的力矩Tg在通過原點O之前和之后被抵消，借此，力矩命令值Tc的累加值為大致等于需要加速驅(qū)動部分的加速力矩的累加值。于是，由于要加速度所需的加速力矩的累加值除以加速度檢測值A(chǔ)d的累加值，可以計算出消除可重力影響的可移動部分的慣性。
[0035]在上述實施例中，參照圖2所示的例子已經(jīng)對加速度操作進行了描述，然而，慣性計算不限于此。例如，圖2展示了從位置-Θ s到位置0e的加速度操作，但是，可能通過，例如，從位置Θ s到位置-0e的加速，倒轉(zhuǎn)操作的方向?？蛇x地，也可能通過，例如，從位置Θ e到位置-Θ s或從位置-Θ e到位置Θ s的減速，用減速操作代替加速操作計算慣性。
[0036]圖7為概述了加速/減速條件確定單元39和慣性計算器40的處理過程的流程圖。
[0037]首先，在步驟Al，加速/減速條件確定單元39確定用于圍繞Tg為零的位置的加速/減速的加速命令值A(chǔ)c。在步驟A2，通過對加速命令值A(chǔ)c進行積分來確定位置命令值Ne。接著，在步驟A3，通過對速度命令值Ne進行積分來確定位置命令值Pc，借此，確定用在位置命令計算器31中的加速/減速條件。于是，根據(jù)步驟A3確定的加速/減速條件驅(qū)動電機35。
[0038]同時，在步驟BI，根據(jù)位置命令值Pc，檢測加速/減速狀態(tài)。在步驟B2，在加速/減速過程中，累加力矩命令值Tc和加速檢測值A(chǔ)d。在加速/減速之后，在步驟B3，力矩命令值Tc的累加值除以加速度檢測值A(chǔ)d的累加值，以計算出可移動部分的慣性J。
[0039]因此，在本發(fā)明的慣性估算方法中，在累加力矩命令值以估算慣性的過程中，驅(qū)動部分受到加速/減速驅(qū)動以抵消重力力矩的影響，借此，即使對于重力影響根據(jù)電機位置而不同的機器結(jié)構(gòu)，仍可以正確估算慣性。
[0040]實施例二接著，描述一個相對實施例一有所變化的實施例。相比實施例一，在如下的實施例中，擴展了加速/減速條件確定單元39的功能。
[0041]在實施例一中，可以根據(jù)機器結(jié)構(gòu)等預(yù)先確定要抵消重力分量所需的力矩Tg為零的位置。然而，如果使得重力的中心位置偏離，例如以一種不平衡的方式在工作臺23上放置工件24，如圖3所示，要抵消重力分量所需的力矩Tg為零的位置也將偏離。
[0042]例如，當(dāng)沒有放置工件24時，假定要抵消重力分量所需的力矩Tg的特性由圖3下半部分中的虛線表示，在放置工件24時要平衡的機器姿態(tài)是位于從電機21的旋轉(zhuǎn)角偏移了 ΘΓ的位置。于是，Tg的特性將由圖3下半部分中的實線表示，其中，Tg大小為零的位置相對沒有放置工件24狀態(tài)下的位置偏離了 ΘΓ。
[0043]由于引入了這樣的偏差，在實施例一所述的慣性估算的力矩命令值累加過程中的重力力矩的影響難以抵消。也就是說，必須校正該偏差以正確估算慣性。因此，在本實施例中，向?qū)嵤├坏募铀?減速條件確定單元39加入了以下功能。
[0044]要抵消相對于電機21的旋轉(zhuǎn)角Θ的重力分量所需的力矩Tg的大小大致等于當(dāng)電機以恒定速度驅(qū)動時的力矩命令值Tc，并且可以通過測量相對旋轉(zhuǎn)角Θ的Tc確定。因此，當(dāng)電機以恒定速度驅(qū)動時，要用加速/減速條件確定單元39監(jiān)視Tc，并且，當(dāng)Tc為零時，基于位置檢測值Pd，識別Tg為零的位置。
[0045]在這種情況下，如實施例一所述，設(shè)置位置命令值Pc，通過慣性計算器40計算慣性。因此，可以在消除了重力影響下計算可移動部分的慣性。
[0046]圖8為概述了加速/減速條件確定單元39的處理過程的流程圖。
[0047]首先，在步驟Cl，檢測到電機以恒定速度驅(qū)動，并且，在步驟C2，測量和監(jiān)視恒定速度驅(qū)動過程中的力矩命令值Tc。在步驟C3，當(dāng)力矩命令值Tc的極性反轉(zhuǎn)時(即，Tc為零)，根據(jù)位置檢測值Pd，識別Tg為零的位置。之后，執(zhí)行步驟Al到步驟A3，確定用在位置命令計算器31中的加速/減速條件。
[0048]如上所述，在本發(fā)明的慣性估算方法中，盡管當(dāng)驅(qū)動部分的重力中心位置偏離了，通過測量Tg為零的位置。在累加力矩命令值的過程中，驅(qū)動部分受到加速/減速驅(qū)動，以抵消重力力矩的影響，借此，即使對于重力影響根據(jù)電機位置而不同的機器結(jié)構(gòu)，仍可以正確估算慣性。
[0049]實施例三
接著，描述另一個相對實施例一變化的實施例。相比實施例一，在如下的實施例中，擴展了加速/減速條件確定單元39的功能。
[0050]在實施例一中，已經(jīng)描述了用于使驅(qū)動部分如電機35或負載36圍繞要抵消重力分量所需的力矩Tg為零的位置加速、從而從位置-Θ s加速到位置0e的指令。然而，隨著在加速過程中速度逐漸增加，相同時期的運動量隨著時間的增加而增加。
[0051]也就是說，如圖4所示，加速起點-Θ s和加速終點Θ e間的大小關(guān)系為Θ s〈 Θ e，要抵消重力分量所需的力矩Tg的大小由I Tg (-0S) I < I Tg (θβ) I表示。于是，在Tg為零的位置之前和之后難以完全抵消重力的影響，而慣性估算的結(jié)果包括重力力矩輕微的影響。因此，在本實施例中，相比于實施例一，向?qū)嵤├坏募铀?減速條件確定單元39加入了以下功能。
[0052]如在實施例一中，在設(shè)置位置命令值Pc后，根據(jù)要抵消相對電機21的旋轉(zhuǎn)角Θ的重力分量所需的力矩Tg的特性，計算相對一段間隔時間的Tg特性，如圖4第四行所示。
[0053]接著，確定在穿過要抵消重力分量的力矩Tg為零的位置(原點O)之前和之后何時提供相同大小的Tg的累加值(即，通過在加速度的起點開始累加Tg，當(dāng)累加值返回到零的時刻)。
[0054]因此，如圖4最下行所示，確定具有縮短的加速時間的加速命令值A(chǔ)c，以使加速度在上述時刻結(jié)束。在圖4中，確定了縮短時間t0，并且提供恒定加速度的時間tl被縮短并被tl’所取代。這樣的加速命令值A(chǔ)c可以被認為是要提供關(guān)于Tg為零的位置具有對稱特性的重力力矩Tg的命令。
[0055]因此，具有調(diào)整了加速/減速時間的加速命令值A(chǔ)c經(jīng)過二階微分重新組成位置命令值Pc。基于重新組成的位置命令值Pc，通過如實施例一中的慣性計算器40執(zhí)行加速/減速驅(qū)動以計算慣性。
[0056]通過上述操作，在穿過原點O之前和之后要抵消重力分離的力矩Tg可以更準(zhǔn)確地抵消，得到對消除重力影響的可移動部分的慣性估算。
[0057]圖9為概述了加速/減速條件確定單元39的處理過程的流程圖。
[0058]首先，通過執(zhí)行步驟Al到步驟A3確定位置命令值Pc。在步驟D1，確定了相對于時間t的Tg特性。接著，在步驟D2，確定在穿過力矩Tg為零的位置之前和之后Tg的累加值的大小相同的時間。在步驟D3，再次確定要用在位置命令計算器31中的加速/減速條件，這樣基于位置命令值Pc的加速/減速在這個時間結(jié)束。
[0059]如上所述，在本發(fā)明的慣性估算方法中，調(diào)整加速/減速時間以更準(zhǔn)確地抵消重力力矩的影響，借此，即使對于重力影響根據(jù)電機位置而不同的機器結(jié)構(gòu)，仍可以更準(zhǔn)確地估算慣性。
[0060]實施例四
接著，描述一個相對實施例二變化的實施例。相比實施例二，在如下的實施例中，擴展了加速/減速條件確定單元39的功能。
[0061]當(dāng)通過測量恒定速度驅(qū)動過程中的力矩命令值Tc來確定要抵消重力分量所需的力矩Tg的大小時，只要摩擦力矩的影響包含在Tc中，則將形成圖5最上行所示的波形。具體地，對于由實線表示的Tg的真值，當(dāng)電機21在正方向選擇時，將得到由虛線表示的測量結(jié)果，而當(dāng)電機21在負方向旋轉(zhuǎn)，將得到由點劃線表示的測量結(jié)果。
[0062]換言之，要抵消重力分量所需的力矩Tg為零的位置將偏離真值。這是由于取決于運行方向、具有不同反應(yīng)方向的摩擦力矩的影響。
[0063]隨著引入這樣的偏差，難以去除要慣性估算的力矩命令值累加過程中的重力力矩的影響。也就是說，為了正確估算慣性，必須校正該偏差。因此，在本實施例中，向?qū)嵤├募铀?減速條件確定單元39加入了以下功能。
[0064]為了測量要抵消關(guān)于電機21的旋轉(zhuǎn)角Θ的重力分量所需的力矩Tg的大小，分別測量當(dāng)電機在恒定速度下在正方向和負方向上驅(qū)動時相對旋轉(zhuǎn)角Θ的力矩命令值Tc。在每一種情況下，識別Tc為零的位置檢測值Pd，并且其中點被當(dāng)作Tg為零的位置。
[0065]隨后，類似于實施例二配置位置命令值Pc，并通過慣性計算器40計算慣性。因此，可以計算消除重力影響的可移動部分的慣性。
[0066]圖10為概述了加速/減速條件確定單元39的處理過程的流程圖。
[0067]首先，在步驟El檢測電機在恒定速度以正方向驅(qū)動的狀態(tài)，并且，在步驟E2，在以正方向恒定速度驅(qū)動的時間下測量和監(jiān)視力矩命令值Tc。在步驟E3，當(dāng)力矩命令值Tc的極性反轉(zhuǎn)時(Tc為零)識別位置方向值Pd。
[0068]隨后，在步驟E4檢測電機在恒定速度以負方向驅(qū)動的狀態(tài)，并且，在步驟E5，在以負方向恒定速度驅(qū)動的時間下測量和監(jiān)視力矩命令值Tc。在步驟E6，當(dāng)力矩命令值Tc的極性反向時(Tc為零)識別位置方向值Pd。
[0069]隨后，在步驟E7，將介于步驟E3中識別的位置(Pd)與步驟E6中識別的位置(Pd)之間的中點識別為Tg為零的位置。在這種狀態(tài)下，執(zhí)行步驟Al到步驟A3，以確定使用在位置命令計算器31中的加速/減速條件。
[0070]步驟El到步驟E3可與步驟E4到步驟E6交換。也就是說，如果在執(zhí)行步驟E4到步驟E6后執(zhí)行步驟El到步驟E3不會出現(xiàn)問題。
[0071]因此，在本發(fā)明的慣性估算方法中，即使存在非常大的摩擦力矩影響，仍可以識別出重力力矩的影響為零的位置，借此，驅(qū)動部分經(jīng)過加速/減速驅(qū)動以抵消在力矩命令值累加的過程中重力力矩的影響。于是，即使對于重力影響根據(jù)電機位置而不同的機器結(jié)構(gòu)，仍可以正確估算慣性。
[0072]實施例五
接著，描述另一個相對實施例四變化的實施例。相比實施例四，在如下的實施例中，擴展了慣性計算器40的功能。
[0073]當(dāng)包含在力矩命令值Tc中的摩擦力矩的影響很大以致不能忽略相對加速/減速所必需的加速力矩時，通過累加的Tc計算慣性過程中，由于摩擦力矩的影響，慣性的估算值將存在誤差。因此，在本實施例中，向?qū)嵤├牡膽T性計算器40加入了以下功能。
[0074]在不能忽略摩擦力矩影響的條件下，如圖5最下行所示，力矩命令值Tc包括加速/減速力矩Ta，要抵消重力分量的力矩Tg，以及要抵消摩擦力分量的力矩Tf。在圖5最下行中，點劃線表示已經(jīng)考慮了 Ta和Tg的Tc，實線表示除了 Ta和Tg還已經(jīng)考慮了 Tf的Tc。相對于由實線表示的特性，由陰影所示的等于Tf的力矩，是驅(qū)動軸所必需的。力矩間的慣性可以用電機21的旋轉(zhuǎn)角Θ通過下式概括:
Tc = Ta + Tg ( Θ ) +Tf [加速(正方向運動)]
-Ta + Tg (Θ) +Tf [減速(正方向運動)]
-Ta + Tg (Θ) - Tf [加速(負方向運動)]
Ta + Tg (Θ) - Tf [減速(負方向運動)]
…式⑷
加速/減速力矩Ta的形跡在加速和減速之間反轉(zhuǎn)且不同。加速度的方向也在正方向運動和負方向運動間反轉(zhuǎn)且不同。同時，因為要抵消重力分量所需的力矩Tg是由位置確定的，因此只要其位置相同且形跡也相同，則既不通過加速/減速也不通過運動方向來改變力矩Tg。由于要抵消摩擦力分量所需的力矩Tf對抗軸向移動，因此，根據(jù)運動方向確定其形跡。
[0075]摩擦力矩的影響可以通過在相同位置執(zhí)行加速操作和減速操作予以抵消。例如，在加速(在正方向運動)和減速(在負方向運動)間計算差值，包含在力矩命令值Tc或其累加值中的要抵消摩擦力分量的力矩Tf可以被抵消。
[0076]類似地，要抵消摩擦力分量所需的力矩Tf也可以通過加速(在正方向運動)和減速(在負方向運動)間的加法、加速(在負方向運動)和減速(在負方向運動)間的減法，以及加速(在負方向運動)和減速(在正方向運動)間的加法抵消。
[0077]然而，在組合加速(在正方向運動)和減速(在正方向運動)，以及加速(在負方向運動)和減速(在負方向運動)時，由于在相同點處具有不同的通過速度，因此，即使當(dāng)加速/減速段是相同的時，對于相同時間周期，移動量將存在差異。于是，要抵消重力分量所需的力矩Tg為零的位置以及Tg改變的方式將不同。因此，當(dāng)計算慣性時重力力矩的影響保持在一定程度。優(yōu)選地，建議使用加速(在正方向運動)和減速(在負方向運動)，以及加速(在負方向運動)和減法(在正方向運動)的組合來抵消要抵消摩擦力分量所需的力矩Ti.。
[0078]為了抵消要抵消摩擦力分量的力矩Tf，位置控制裝置在由加速/減速條件確定單元39確定的要抵消重力分量的力矩Tg為零的位置執(zhí)行加速/減速操作。慣性計算器40分別為加速和減速操作累加力矩命令值Tc和加速度檢測值A(chǔ)d。
[0079]在加速和減速操作之后，分別為加速和減速操作將力矩命令值Tc的累加值除以加速度檢測值A(chǔ)d的累加值，并且，以此根據(jù)這二者的均值計算可移動部分的慣性。在這種情況下，根據(jù)加速操作計算的可移動部分的慣性由于摩擦力矩的影響增大了，而根據(jù)減速操作計算的可移動部分的慣性由于摩擦力矩的影響減小了。通過取這二者的均值，可以計算出抵消了摩擦力矩影響的可移動部分的慣性。
[0080]可選地，力矩命令值Tc的累加值和加速度檢測值A(chǔ)d的累加值可以為加速和減速操作加起來，以計算力矩命令加起來的累加值和加速度檢測加起來的累加值。力矩命令的總和累加值除以加速度檢測的總和累加值，得到可移動部分的慣性。在這種情況下，在計算力矩命令加起來的累加值的過程中，可以分別在加速操作和減速操作中抵消包含在力矩命令值Tc的累加值中的摩擦力矩分量。
[0081]圖11或圖12所示的流程圖概述了圖6的慣性計算器40的處理過程。
[0082]首先，在圖11中，在步驟Fl，根據(jù)位置命令值Pc檢測加速狀態(tài)，在步驟F2中，在加速過程中，分別累加力矩命令值Tc和加速度檢測值A(chǔ)d。在步驟F3，加速之后，力矩命令值Tc的累加值除以加速度檢測值A(chǔ)d的累加值，以計算加速慣性Ja。
[0083]同時，在步驟F4，根據(jù)位置命令值Pc檢測減速狀態(tài)，在步驟F5中，在減速過程中，分別累加力矩命令值Tc和加速度檢測值A(chǔ)d。在步驟F6，減速之后，力矩命令值Tc的累加值除以加速度檢測值A(chǔ)d的累加值，以計算減速慣性Jd。
[0084]隨后，在步驟F7，通過取加速慣性Ja和減速慣性Jd的均值，計算可移動部分的慣性J。
[0085]在圖12中，在步驟G1，根據(jù)位置命令值Pc，檢測加速狀態(tài)，在步驟G2，在加速過程中，分別累加力矩命令值Tc和加速度檢測值A(chǔ)d。之后，在步驟G3，根據(jù)位置命令值Pc，檢測減速狀態(tài)，在步驟G4，在減速過程中，分別累加力矩命令值Tc和加速度檢測值A(chǔ)d。
[0086]隨后，在步驟G5，對加速和減速過程中各自的力矩命令值Tc的累加值求和，以計算力矩命令的總和累加值。在步驟G6，加速度檢測值A(chǔ)d的累加值在加速和減速過程中分別加到一起，以計算加速度檢測值加起來的累加值。在這種情況下，力矩命令加起來的累積值除以加速度檢測加起來的累加值，以計算可移動部分的慣性J。
[0087]如上所述，在本發(fā)明的慣性估算方法中，在為估算慣性而累加力矩命令值的過程中，抵消了重力力矩的影響，并且，通過加速和減速的組合抵消了摩擦力矩的影響。于是，即使對于重力影響根據(jù)電機位置而不同的機器結(jié)構(gòu)以及不能忽略摩擦力矩影響的情況下，仍可以準(zhǔn)確地估算慣性。
[0088]值得注意的是，在如上所述的實施例一至五中，累加的力矩命令值Tc用于計算慣性，然而，本發(fā)明不限于此。例如，可以通過，例如從電流控制器34中的力矩命令值Tc轉(zhuǎn)換得到的電流命令值和代表施加到電機35上的檢測電流的電流檢測值的累加值，計算慣性。結(jié)果累加的值乘以力矩常數(shù)或類似等，以將其轉(zhuǎn)換成等同于力矩命令值Tc的值。
【權(quán)利要求】
1.慣性估算方法，其用于估算可移動部分的慣性，該可移動部分包括電機和安裝在裝置上的驅(qū)動部分，所述裝置根據(jù)力矩命令值而驅(qū)動所述電機，所述力矩命令值是基于所述電機或連接到該電機的該驅(qū)動部分的位置命令值和位置檢測值計算的，該方法包括以下步驟: 當(dāng)所述可移動部分被驅(qū)動時，確定加速/減速條件，以確定至少一個加速驅(qū)動條件和減速驅(qū)動條件，從而使重力力矩或可移動部分的加速度的累加值具有關(guān)于一位置的對稱特性，在該位置處抵消重力影響的重力力矩為零；以及 計算慣性，以從在根據(jù)所述確定的加速或減速條件驅(qū)動電機時獲得的力矩命令值的累加值與所述電機或所述驅(qū)動部分的加速度檢測值的累加值之間的比率，計算可移動部分的慣性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性估算方法，其特征在于:從在以恒定速度驅(qū)動所述驅(qū)動部分時當(dāng)所述力矩命令值的極性反轉(zhuǎn)的時刻獲得的所述位置檢測值來識別所述重力力矩為零的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性估算方法，其特征在于:當(dāng)所述驅(qū)動部分經(jīng)受加速驅(qū)動或減速驅(qū)動時，以使所述重力力矩的累加值在經(jīng)過重力力矩為零的位置之前和之后是相同的的方式來調(diào)節(jié)加速時間或減速時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性估算方法，其特征在于:確定所述加速/減速條件的步驟包括: 當(dāng)所述驅(qū)動部分以恒定速度被往復(fù)驅(qū)動時，監(jiān)視所述力矩命令值；以及 從介于當(dāng)所述力矩命令值的極性在前進路徑中反轉(zhuǎn)的時刻獲得的位置檢測值與當(dāng)所述力矩命令值的極性在返回路徑中反轉(zhuǎn)的時刻獲得的位置檢測值之間的中間點，識別重力力矩為零的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性估算方法，其特征在于:所述確定加速/減速條件的步驟包括確定加速驅(qū)動條件和減速驅(qū)動條件，以使重力力矩或加速度的累加值的大小的改變是關(guān)于重力力矩為零的位置線性對稱的， 所述計算慣性的步驟包括當(dāng)根據(jù)所述確定的加速條件和所述確定的減速條件驅(qū)動電機時，監(jiān)視所述力矩命令值和所述加速度檢測值，以及 從加速驅(qū)動過程中所述力矩命令值的累加值與所述加速度檢測值的累加值之間的比率和減速驅(qū)動過程中所述力矩命令值的累加值與所述加速度檢測值的累加值之間的比率的平均值，計算可移動部分的慣性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣性估算方法，其特征在于:所述確定加速/減速條件的步驟包括確定所述加速驅(qū)動條件和所述減速驅(qū)動條件，以使重力力矩或加速度的累加值的大小的改變是關(guān)于重力力矩為零的位置線性對稱的， 所述計算慣性的步驟包括當(dāng)根據(jù)所述確定的加速條件和減速條件驅(qū)動所述電機時，監(jiān)視所述力矩命令值和所述加速度檢測值，以及 從通過分別對加速驅(qū)動過程和減速驅(qū)動過程中的力矩命令值的累加值求和獲得的求和值與通過分別對加速驅(qū)動過程和減速驅(qū)動過程中的加速度檢測值的累加值求和獲得的求和值之間的比率，計算可移動部分的慣性。
7.慣性估算裝置，用于估算可移動部分的慣性，該可移動部分包括電機和驅(qū)動部分，該驅(qū)動部分安裝在一裝置上，該裝置根據(jù)力矩命令值驅(qū)動所述電機，所述力矩命令值是基于所述電機或連接到該電機的所述驅(qū)動部分的位置命令值和位置檢測值來計算的，所述慣性估算裝置包括: 加速/減速條件確定單元，其用于當(dāng)所述可移動部分被驅(qū)動時，確定至少一個加速驅(qū)動條件和減速驅(qū)動條件，以使所述可移動部分的重力力矩或加速度的累加值具有關(guān)于一位置的對稱特性，在該位置處抵消重力影響的重力力矩為零； 慣性計算單元，其用于從當(dāng)電機按照所述確定的加速條件或確定的減速條件被驅(qū)動時獲得的力矩命令值的累加值與所述電機或所述驅(qū)動部分的加速度檢測值的累加值之間的比率，計算所述可移動部分的慣性， 其中，在經(jīng)過所述重力力矩為零的位置之前和之后、在包含在所述力矩命令值中的重力力矩被抵消之后，計算慣性。
【文檔編號】H02P23/14GK104167973SQ201410170409
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月25日
【發(fā)明者】宮路匡 申請人:大隈株式會社