[发明专利]具有同时推定惯量、摩擦和弹性的功能的电动机控制装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

因此，本发明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。

本发明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。

根据本发明，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，本发明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1是表示控制系统的结构的框图；

图2是说明图1表示的伺服控制装置的结构的框图；