[發明專利]具有同時推定慣量和摩擦的功能的電動機的控制裝置

有效

• 申請號: 201010266210.7
• 申請日: 2010-08-27
• 公開（公告）號: CN102006011A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 置田肇;豐澤雪雄;園田直人
• 申請（專利權）人: 發那科株式會社
• 主分類號: H02P29/00
• 分類號: H02P29/00
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 許靜

技術領域

本發明涉及對驅動機床或工業機械的驅動軸的電動機進行控制的電動機的控制裝置，尤其涉及具有同時推定該驅動軸的慣量(inertia)和摩擦的功能的電動機的控制裝置。

背景技術

知道通過電動機驅動的機床等中的被驅動體的慣量和粘性摩擦或庫侖摩擦的大小，在決定該機床等的加工條件等方面是重要的，在高精度地控制通過該電動機驅動的驅動軸方面也是重要的。

例如，當作為加工條件而決定加減速指令的時間常數時，為了能夠進行穩定的控制、并且充分地發揮電動機的加減速的能力，需要準確地知道慣量和摩擦。另外，在控制中，在計算決定速度控制的響應性的增益方面也需要準確得知慣量和摩擦。而且，可以使用慣量或摩擦來構成干擾觀測器(disturbanceobserver)，提高伺服的魯棒性。

作為推定慣量的技術，在JP特開平8-140386號公報中公開了以下技術：根據電動機的動作中的電流反饋I、根據速度反饋求出的加速度a、和電動機的轉矩常數Kt，通過J＝I·Kt/a的式子求出慣量。

另外，作為推定摩擦的技術，在JP特開平8-15058號公報中公開了以下技術：通過不同的兩個速度驅動電動機，根據達到穩定狀態時的轉矩求出粘性摩擦和庫侖摩擦。

如上所述，推定慣量或摩擦的技術一般根據電動機的動作中的電流反饋I、和根據速度反饋而求出的加速度a來進行計算，但與此不同還存在以下技術：定義控制對象的內部模型，推定模型的常數、即慣量和摩擦，以便減小從對其給予轉矩指令時的模型輸出的速度和實際速度之間的誤差。

例如在JP特開平8-249031號公報中公開了以下技術：根據對給予加速指令時的速度和模型速度進行比較的關系式，使用最小二乘法計算慣量和摩擦。該技術在預定時間內對加速中的電流和速度進行采樣，根據該存儲的數據通過最小二乘法計算慣量和摩擦。

但是，像重力軸等那樣存在施加恒定力的轉矩偏置(torque?offset)或較大的庫侖摩擦時，慣量的推定精度惡化。作為該對策，在JP特開2006-074896號公報中公開了以下技術：通過在關系式上乘以速度反饋的微分然后進行積分，或者對關系式進行微分，進而乘以速度反饋的微分然后進行積分這樣的計算，來推定慣量和粘性摩擦。

另外，動作范圍受限制的機械中，作為推定慣量和摩擦的技術，在JP特開2007-295678號公報中公開了以下技術：根據轉矩指令的傅立葉系數和電動機位置的傅立葉系數推定系統常數(慣量或摩擦)。

在JP特開2000-172341號公報中公開了使用M系列進行慣量推定的技術。

在被驅動體的構造復雜的情況下，準確得知被驅動體的慣量和摩擦并不容易。另外，在由于工件的裝卸等，被驅動體的慣量或摩擦變化的情況下，需要每次掌握慣量或摩擦，準確且短時間地進行掌握并不容易。

所述JP特開平8-140386號公報中公開的技術中，由于需要穩定加減速轉矩，因此需要使電動機在比較寬的驅動范圍內動作，推定時間會延長。

所述JP特開平8-15058號公報中公開的技術中，需要在第一速度的穩定狀態下求出轉矩，加速后求出此時的加速轉矩，進而在第二速度的穩定狀態下求出轉矩的步驟，需要較寬的動作范圍，不容易應用于動作范圍受限制的機床等中。

所述JP特開平8-249031號公報中公開的技術中，要求較寬的動作范圍，需要用于進行數據存儲的大量的數據存儲器。另外，雖然粘性摩擦可以推定，但庫侖摩擦無法推定。

所述JP特開2006-074896號公報中公開的技術中，與所述JP特開平8-249031號公報中公開的技術同樣，需要用于數據存儲的大量存儲器。

所述JP特開2007-295678號公報中公開的技術中，為了求出傅立葉系數，需要進行傅立葉變換，需要以某種程度存儲位置以及轉矩的數據，需要大量數據存儲器。

與此對應，本申請的申請人在2008年12月16日在日本申請的JP特愿2008-320088號專利申請中記載了以下發明：在控制裝置的轉矩指令上加上適當頻率的正弦波狀指令來推定慣量。在該發明中，電動機的動作成為微小的范圍，不受驅動范圍的制約。另外，通過提高頻率可以縮短推定時間。但是，當摩擦較大時，存在慣量的推定精度惡化的問題。

發明內容

因此，本發明的目的在于，鑒于上述現有技術的問題，提供一種具有同時推定慣量和摩擦、并提高慣量的推定精度的功能的電動機的控制裝置。