台湾专利TW201303277A 驅動機械之負荷特性推定裝置

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专利摘要:
實施形態的驅動機械之負荷特性推定裝置，係具備：動作指令產生部5，係產生相對於驅動機械3的位置及速度之動作指令；驅動力指令產生部1，以驅動機械的動作追隨於動作指令之方式產生驅動力指令；驅動部2，係產生對應於驅動力指令之驅動力並驅動驅動機械；符號判定部101，係依據驅動機械的驅動速度，而判定驅動機械係屬於正轉動作、逆轉動作、或停止之哪個狀態；負荷驅動力推定部102，依據驅動力指令，來算出施加於驅動機械之屬於負荷驅動力的推定值之負荷驅動力訊號；正轉負荷演算部103，在判定結果為正轉動作時，算出負荷驅動力訊號的逐次性的平均值；以及逆轉負荷演算部104，在判定結果為逆轉動作時，算出負荷驅動力訊號的逐次性的平均值。
公开号:TW201303277A
申请号:TW101112744
申请日:2012-04-11
公开日:2013-01-16
发明作者:Kenji Shimoda；Hidetoshi Ikeda；Hiroyuki Sekiguchi；Takashi Isoda
申请人:Mitsubishi Electric Corp；
IPC主号:H02P31-00

专利说明:
驅動機械之負荷特性推定裝置
本發明係有關於驅動機械之負荷特性推定裝置，係對於工作機械及機器人(robot)等使用馬達(motor)等驅動裝置之驅動機械，進行推定摩擦等負荷之特性。
在工作機械及機器人之使用伺服(servo)馬達等驅動裝置之驅動機械中，為了掌握所謂經年劣化及故障之機械系統的診斷及特性變化，可考慮利用推定驅動機械的摩擦等負荷特性。
針對進行機械系統的特性變動之掌握之一個先前技術(參照專利文獻1)進行說明。就該先前技術而言，係對於驅動機械的動作預先作成速度梯形波指令，且依據該速度指令使馬達動作，並保存相對於指令之最大馬達速度時(亦即一定速度時)的馬達速度及轉矩(torque)指令。在使用最大速度不同之複數個速度梯形波來保存該馬達速度及轉矩指令之後，係顯示於監視器(monitor)。並使用所保存之複數個馬達速度ω及轉矩指令Tr，來辨認驅動機械的黏性係數及靜止摩擦，而作為顯示機械系統的特性之指標予以利用。
專利文獻1係顯示有將使用該最大馬達速度不同之複數個速度梯形波所測定之複數個馬達速度ω及轉矩指令Tr之資料(data)、及依據該等資料所推定之黏性係數及靜止摩擦，在初始運轉後、其初始運轉之一週後、或一個月後定期性地予以保存，且藉由將黏性係數及靜止摩擦之值與製造商(maker)所指定之值進行比較，而掌握驅動機械的特性之變動並判定為正常、異常之方法。
接著，針對逐次推定驅動機械的摩擦之一個先前技術(專利文獻2)進行說明。就該先前技術而言，係包含有：外擾觀測器(observer)部，係輸入驅動機械的轉矩指令Tr及馬達速度ω，並對馬達輸出屬於由外部施加之轉矩之屬於外擾轉矩Td(相當於本專利之負荷轉矩)的推定值之外擾推定值Td^；外擾轉矩推定部，係輸入外擾推定值Td^及馬達速度ω，且如以下述所示之式(1)對外擾轉矩Td藉由依存速度之一次式模型(model)來演算逼近時之外擾轉矩模型(torque model)Tdm的黏性係數D及常數項C；以及慣量(inertia)辨認部，係輸入外擾轉矩推定部的輸出、轉矩指令Tr及馬達速度ω，並辨認慣量(inertia)Jn。
就外擾觀測器部而言，係依據慣量辨認部所辨認之慣量辨認值Jn及屬於馬達速度ω的時間差分值之馬達加速度a，來從轉矩指令中去除慣量的加減速所需之轉矩成分，並輸出摩擦及重量負荷等，施加於驅動機械之屬於外擾的推定值之外擾推定值Td^。在此，若在慣量的實際值J與慣量推定值Jn之間存有誤差，則外擾推定值Td^係由下述式(2)所顯示，具有第二項之慣量誤差外擾。再者，在驅動機械並非單純的剛體時，亦同樣地會於Td^產生誤差。
Td^=Td+(J-Jn)‧a………(2)
接著在外擾轉矩推定部中，如式(1)所示，對於由依存於速度之一次式近於外擾轉矩Td之外擾轉矩模型Tdm適用適應辨認法，且分別逐次演算並推定在馬達速度ω為正時之黏性係數Dp及常數項Cp、馬達速度為負時之黏性係數Dn及常數項Cn。在此常數項C係為組合來自固定的重力負荷之轉矩成分、及來自依存於馬達動作方向之庫侖(coulomb)摩擦之轉矩成分者。
已提案有以上述所說明之手續來推定黏性項及常數項之技術。在此，針對上述先前技術之推定的速度，由於係進行相對於馬達速度ω的變化之外擾變化的特性之推定，故一般而言係藉由對應於馬達的速度變化之速度，亦即藉由與加減速度的時間常數同等或以下之較短的時間常數來進行推定。再者，由於在慣量推定值Jn存有誤差時係如上述會於外擾推定值Td^產生誤差，故於由黏性項D及常數項C所顯示之外擾轉矩模型Tdm之推定結果亦會產生誤差。對於如此之問題，在先前技術中亦提案有，由於式(2)而加速度a愈大則外擾推定值Td^的誤差愈大，故僅在加速度a比預定的臨限值更小時才執行外擾轉矩模型Tdm的黏性項D及常數項C之推定，藉此使推定誤差變小之改良。 (先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2009-68950號公報
專利文獻2：日本特開2007-129789號公報
然而，在上述專利文獻1所記載之先前技術中，係藉由使用驅動機械的複數個速度梯形波的最高速度，亦即使用驅動機械的複數個不同之一定速度狀態的馬達速度及轉矩指令的資訊之離線(off-line)處理，而推定驅動機械的摩擦並利用於掌握機械系統的特性變化。然而由於必須暫時使機械停止，並進行複數個預定的動作，故需要用以進行專用的運轉動作之工序及時間，而有使用用途受到限定之問題。
再者，在專利文獻2所記載之先前技術中，係屬於將驅動機械之摩擦等負荷特性作為僅依存於與速度成比例之黏性項的黏性係數及速度的符號之常數項，而逐次求得者。然而在考量將該先前技術利用於掌握所謂驅動機械的經年劣化及故障之機械系統的特性變化時，係有下述各種問題點。
於該先前技術中，係使用依據馬達的轉矩指令及馬達加速度及機械系統的慣量推定值所計算之外擾推定值，而逐次地推定速度變化與摩擦之間的關係。因此，由於慣量推定值之誤差，或在驅動機械並非剛體而其剛性較低時，由於其模型化誤差引起，且尤其在高加速度動作時推定誤差係變大，而有難以穩定地進行推定之問題。為了避免該問題，專利文獻2亦記載有藉由僅在臨限值以下的加速度之情形才執行推定，而縮小推定誤差之改良方法。然而在該情形下，若未因應驅動機械的運轉條件來適當的設定臨限值，則無法進行良好的推定。因此，係有難以將所謂摩擦之機械系統固有之負荷特性對應於各種運轉條件來穩定地進行推定之問題。
再者，在上述之先前技術中，係以依存速度之一次式模型來逼近驅動機械的負荷特性，並使用適應辨認法算出黏性係數及常數項。然而，實際的負荷特性與以依存速度之一次式來逼近模型係有誤差，尤其在低速運轉時由一次式所逼近之精密度係變差而誤差變大。結果，在有所謂速度大小之變化，及混和有低速運轉和高速運轉之運轉條件中，負荷特性的推定結果係變化。在如此之先前技術中，僅管是相同機器，會有因運轉條件使所推定之負荷特性變化之矛盾。原本應該為機械系統固有之負荷特性之摩擦的推定結果係隨著運轉條件而變動，而難以以可掌握該隨著時間的變動之方式進行穩定地推定。因此，係有無法利用於所謂機械系統的診斷或特性變化的掌握之用途之問題。
本發明為有鑑於如此之問題所研創者，目的在於提供一種驅動機械之負荷特性推定裝置，係在使用馬達等驅動機械中，一面對應所謂速度的大小及加減速時間的大小之各種運轉條件以及其變化，一面對所謂驅動機械的摩擦之機械系統固有的負荷特性以可掌握其隨時間的變動之方式而穩定且定量化地進行推定，且可使用於驅動機械的診斷及特性變化的掌握，而可利用於廣泛用途。
為了解決上述課題而達成目的，本發明之特徵在於具備：動作指令產生部，係產生包含有相對於驅動機械之位置之動作的指令或相對於速度之動作的指令之動作指令；驅動力指令產生部，以前述驅動機械的動作追隨於前述動作指令之方式產生驅動力指令；驅動部，係產生對應於前述驅動力指令之驅動力並驅動前述驅動機械；符號判定部，係依據前述驅動機械的驅動速度，而判定前述驅動機械係屬於正轉動作狀態、逆轉動作狀態、或停止狀態之哪個狀態；負荷驅動力推定部，依據前述驅動力指令或顯示前述驅動力之訊號，來算出施加於前述驅動機械之屬於負荷驅動力的推定值之負荷驅動力訊號；正轉負荷演算部，在前述符號判定部的判定結果為正轉動作狀態時，算出前述負荷驅動力訊號的逐次性的平均值；以及逆轉負荷演算部，在前述符號判定部的判定結果為逆轉動作狀態時，算出前述負荷驅動力訊號的逐次性的平均值。
依據本發明之驅動機械的負荷特性推定裝置，可發揮不使驅動機械進行專用的動作，而在通常的運轉動作中可穩定地推定施加於驅動機械之負荷的特性之功效。再者，該推定之結果係可應用於驅動機械的診斷及特性變化的掌握等廣泛的用途。
於下述係依據圖式詳細說明本發明之驅動機械之負荷特性推定裝置的實施形態。並且，本發明並非受本實施形態所限定者。 (實施形態1)
第1圖係為顯示本發明實施形態1之驅動機械之負荷特性推定裝置100的構成之方塊圖。
於第1圖中，動作指令產生部5係產生相對於工作機械或機器人等驅動機械3的位置及速度之動作指令Ivp。動作指令Ivp係包含有相對於驅動機械3的位置之動作指令、相對於速度之動作指令、或相對於位置及動作之動作指令。轉矩指令產生部1(驅動力指令產生部)係生成使驅動機械3追隨於動作指令Ivp之轉矩指令Tr(驅動力指令)。
驅動部2係例如包含有馬達等驅動裝置，並藉由產生因應轉矩指令Tr之驅動轉矩Tm(驅動力)而驅動驅動機械3。速度檢測器4係檢測並輸出驅動機械3的驅動速度vm。關於驅動速度vm，雖於本實施形態1中係檢測並使用驅動機械3的速度，惟該速度係只要為顯示包含有馬達等驅動機械3的速度之訊號即可，例如亦可直接檢測並使用驅動部2的旋轉速度。
負荷特性推定裝置100係為包含有符號判定部101、負荷轉矩推定部102(負荷驅動力推定部)、正轉平均值演算部103、逆轉平均值演算部104、及輸出結果判定部105之構成。驅動速度vm及轉矩指令Tr係輸入至負荷特性推定裝置100，並以後述之方式輸出判定驅動機械3的運轉狀態的正常、異常之診斷結果R。
接著，針對負荷特性推定裝置100的各構成部進行說明。
符號判定部101係接收驅動速度vm作為輸入，且判定驅動機械3係屬於正轉動作狀態、逆轉動作狀態、或停止狀態的哪個動作狀態，並輸出包含顯示屬於該等三個動作狀態的哪個狀態之動作資訊之符號判定訊號sgn(vm)。例如，對於正轉動作狀態係分配1、對於逆轉動作狀態係分配-1、而對於停止狀態則分配0之數值作為sgn(vm)之輸出值。
負荷轉矩推定部102係接收轉矩指令Tr及驅動速度vm作為輸入，並輸出屬於由外部施加於驅動機械3的摩擦等負荷份的轉矩之屬於負荷轉矩Td的推定值之負荷轉矩訊號(負荷驅動力訊號)Td^。如下述式(3)所示，輸出從轉矩指令Tr將加減速動作所需之轉矩成分予以去除之轉矩成分作為負荷轉矩訊號Td^。
Td=Tr-Jn‧s‧vm………(3)
在此，Jn係顯示驅動機械3的慣量推定值，s係顯示拉普拉斯(Laplace)算子，而s‧vm係顯示將驅動速度vm以拉布拉斯算子進行微分之驅動加速度。關於慣量推定值Jn，只要使用在本實施形態之負荷特性推定裝置100動作前，事先以最小平方法等推定者，或與本實施形態的動作並列且逐次地推定者即可。並且，關於輸入至負荷轉矩推定部102之轉矩指令Tr，只要為對應於驅動轉矩Tm之訊號即可，例如可藉由所謂驅動轉矩Tm的檢測值或驅動部2之馬達電流之訊號來代用。
正轉平均值演算部103係依據符號判定訊號sgn(vm)、驅動速度vm及負荷轉矩訊號Td^，而輸出屬於對於驅動機械3在正轉時之時間區間(正轉動作區間)之驅動速度vm逐次地進行平均化演算之結果之正轉速度平均值vmp、及屬於對於正轉動作區間之負荷轉矩訊號Td^逐次地進行平均化演算之結果之正轉負荷推定值Tdp。關於該演算將於後述。
逆轉平均值演算部104係依據符號判定訊號sgn(vm)、驅動速度vm及負荷轉矩訊號Td^，而輸出屬於對於驅動機械3在逆轉時之時間區間(逆轉動作區間)之驅動速度vm逐次地進行平均化演算之結果之逆轉速度平均值vmn、及屬於對於逆轉動作區間之負荷轉矩訊號Td^逐次地進行平均化演算之結果之逆轉負荷推定值Tdn。關於該演算將於後述。
屬於正轉平均值演算部103的輸出之正轉速度平均值vmp、正轉負荷推定值Tdp、及屬於逆轉平均值演算部104的輸出之逆轉速度平均值vmn、逆轉負荷推定值Tdn係輸入至輸出結果判定部105，且依據該等輸入進行驅動機械3的異常及劣化之判定，並輸出該診斷結果訊號R。
接著使用第2圖、第3圖針對正轉平均演算部103、及逆轉平均值演算部104之演算。
首先，第2圖係為顯示正轉平均值演算部103的構成之示意圖。於該圖中，於正轉速度演算部103a係輸入有符號判定訊號sgn(vm)及驅動速度vm，且於下述(4)式所示之傳達函數中，使用設定了屬於充分長的時間常數之平均化時間常數T之平均化濾波器(filter)F(s)，並在依據符號判定訊號sgn(vm)所判斷之驅動機械3的正轉動作區間，對驅動速度vm進行逐次地平均化之演算，而輸出該結果作為正轉速度平均值vmp。
F(s)=1/(T‧s+1)………(4)
在其他時間區間係停止處理並保持正轉速度平均值vmp。在此，關於上述平均化時間常數T，係設定為從驅動機械3的啟動開始至停止為止之一次的動作所需之時間(動作時間)之例如動作時間之10倍或20倍之充分長之值。
再者，於正轉負荷演算部103b係輸入有符號判定訊號sgn(vm)及負荷轉矩訊號Td^，且使用具有與正轉速度演算部103a相同特性，之以(4)式所示之平均化濾波器F(s)，並在依據符號判定訊號sgn(vm)所判斷之驅動機械3的正轉動作區間，對負荷轉矩訊號Td^進行逐次地平均化之演算，而輸出該結果作為正轉負荷推定值Tdp。在其他時間區間係停止處理並保持正轉負荷推定值Tdp。
第3圖係為顯示逆轉平均值演算部104的構成之示意圖。於該圖中，於逆轉速度演算部104a係輸入有符號判定訊號sgn(vm)及驅動速度vm，且使用與正轉平均值演算部103所使用者同樣之平均化濾波器F(s)，並在依據符號判定訊號sgn(vm)所判斷之驅動機械3的逆轉動作區間，對驅動速度vm進行逐次地平均化之演算，而輸出該結果作為逆轉速度平均值vmn。在其他時間區間係停止處理並保持逆轉速度平均值vmn。
再者，於逆轉負荷演算部104b係輸入有符號判定訊號sgn(vm)及負荷轉矩訊號Td^，且使用具有與逆轉速度演算部104a相同特性之平均化濾波器F(s)，並在依據符號判定訊號sgn(vm)所判斷之驅動機械3的逆轉動作區間，對負荷轉矩訊號Td^進行逐次地平均化之演算，而輸出該結果作為逆轉負荷推定值Tdn。在其他時間區間係停止處理並保持逆轉負荷推定值Tdn。
接著，使用第4圖至第8圖說明依據正轉平均值演算部103及逆轉平均值演算部104的輸出結果，可將驅動機械3所固有之負荷特性穩定地推定作為平均地速度及負荷轉矩之值的組合。
第4圖係顯示一面適當地控制驅動機械3的位置及速度，一面使其進行某個預定的動作時之時間回應波形之示意圖。第4圖(a)之實線係驅動機械3的驅動速度vm的波形，虛線係屬於正轉速度演算部103a的輸出之正轉速度平均值vmp，點線係屬於逆轉速度演算部104a的輸出之逆轉速度平均值vmn的波形。第4圖(b)之實線係驅動機械3的負荷轉矩Td的波形，而虛線係屬於正轉負荷演算部103b的輸出之正轉負荷推定值Tdp，點線係屬於逆轉負荷演算部104b的輸出之逆轉負荷推定值Tdn的波形。在此為了簡化負荷轉矩Td之說明，係使其逼近(approach)於後述之一次式模型的特性來進行顯示。
如第4圖(b)之實線，藉由依存速度之一次式模型來逼近了負荷轉矩Td時，可藉由下述所示之式(5)來顯示。在此D係為與速度成比例之黏性係數、C係依存於動作方向之庫侖摩擦、g係施加於驅動機械3之重力所帶來之重力負荷。
Td=D‧vm+C‧sgn(vm)+g………(5)
式(5)所示之負荷轉矩Td係因應驅動機械3的驅動速度vm的符號而藉由下述所示之式(5a)或式(5b)予以顯示。
Td=Dp‧vm+Cp(vm>0)………(5a)
Td=Dn‧vm+Cn(vm<0)………(5b)
在此，Dp及Cp係分別為驅動速度vm的符號為正時之黏性係數及常數項，而Dn及Cn係分別為驅動速度vm的符號為負時之黏性係數及常數項。常數項Cp及Cn係分別顯示驅動速度的符號為正時之庫侖摩擦及重力負荷的和，及驅動速度的符號為負時之庫侖摩擦及重力負荷的和，且一併顯示為驅動機械3所固有之負荷特性。於下述係因應情況將該負荷特性稱為摩擦特性。
在此，關於輸入於正轉負荷演算部103b及逆轉負荷演算部104b之負荷轉矩訊號Td^，於下述為了簡化說明，而假設該負荷轉矩訊號Td^與驅動機械3的負荷轉矩Td為一致時，係藉由使平均化濾波器F(s)作用於上述之式(5a)及(5b)，而將屬於正轉負荷演算部103b的輸出之正轉負荷推定值Tdp及屬於逆轉負荷演算部104b的輸出之逆轉負荷推定值Tdn，藉由下述所示之式(6a)及式(6b)予以顯示。
Tdp=F(s)‧Dp‧vm+F(s)‧Cp(vm>0)………(6a)
Tdn=F(s)‧Dn‧vm+F(s)‧Cn(vm<0)………(6b)
再者，屬於正轉速度演算部103a的輸出之正轉速度平均值vmp及屬於逆轉速度演算部104a的輸出之逆轉速度平均值vmn係由下述式(7a)及(7b)予以顯示。
vmp=F(s)‧vm(vm>0)………(7a)
vmn=F(s)‧vm(vm<0)………(7b)
顯示式(6a)及(6b)之演算波形者係為第4圖(b)之虛線及點線，顯示式(7a)及(7b)之演算波形者係為第4圖(a)之虛線及點線。
式(6a)及(5b)的右邊第一項之Dp、Dn係相對於驅動速度vm之比例係數，再者第二項之常數項Cp、Cn為固定值。除此之外，如前述，正轉速度演算部103a及正轉負荷演算部103b係具有相同平均化濾波器F(s)，而逆轉速度演算部104a及逆轉負荷演算部104b係具有相同平均化濾波器F(s)。因此，對於正轉負荷推定值Tdp、逆轉負荷推定值Tdn、正轉速度平均值vmp、及逆轉速度平均值vmn，下述所示之式(8a)、(8b)之關係係成立。
Tdp=Dp‧vmp+Cp(vm>0)………(8a)
Tdn=Dp‧vmn+Cn(vm<0)………(8b)
亦即，藉由相同平均化濾波器F(s)來進行全部的驅動速度vm及負荷轉矩Td^之演算之效果，而在驅動機械3藉由驅動速度vm進行動作時，驅動機械3的負荷轉矩訊號Td^的平均值可藉由使用驅動機械3的驅動速度vm的平均值之一次式來予以顯示，而可導出與藉由式(5a)及(5b)顯示之驅動機械3的摩擦特性相同之關係。
在此，於負荷轉矩訊號Td^係在驅動機械3的剛性較低時，該模型化誤差所導致之振動成分係重疊，且在高加減速動作時該成分係更為增大。除此之外，白色性的雜訊(noise)亦重疊。然而，由於藉由前述之平均化時間常數T之設定，而以第4圖所示之各演算波形之方式來漸漸平均化，故可抑制該等雜訊等的影響而穩定地演算依據與式(5)的摩擦特性相同關係而來之正轉負荷推定值Tdp、逆轉負荷推定值Tdn、正轉速度平均值vmp、逆轉速度平均值vmn。再者，由於藉由符號判定訊號sgn(vm)，係自動地判定驅動機械3的正轉、逆轉動作，故可藉由驅動機械3的實際的運作中的通常運轉動作來進行推定。
接著，說明針對在慣量推定值Jn存在有誤差時，亦藉由上述演算而不容易受到該誤差影響可穩定地推定負荷特性。
於上述雖設為負荷轉矩訊號Td^一致於負荷轉矩Td來進行說明，惟在式(3)之慣量推定值Jn存在有推定誤差時，式(9)的右邊第二項所示之慣量誤差外擾係重疊於於負荷轉矩訊號Td^。在此J係顯示驅動機械3的慣量。
Td^=Td+(J-Jn)‧s‧vm………(9)
第5圖係顯示使驅動部2朝正轉動作方向進行加減速時之驅動機械3的驅動速度vm(第5圖(a))及負荷轉矩訊號Td^(第5圖(b))之關係之時間回應波形。如該第5圖(b)所示，在慣量推定值Jn存在有誤差時，慣量誤差外擾係重疊於負荷轉矩訊號Td^。
然而，該慣量誤差外擾係只要在驅動機械3的開始至停止為止的動作區間取得平均值，即可在加速區間及減速區間抵銷。因此，在正轉平均值演算部103及逆轉平均值演算部104，係藉由使用具備前述之足夠長之平均化時間常數T之平均化濾波器F(s)，而藉由平均化，驅動速度vm及負荷轉矩訊號Td^的最終的演算值係收斂至式(8a)、(8b)之值。
再者，針對在驅動機械3的運轉動作中，加速時間與減速時間不相同時之慣量誤差外擾進行檢討。慣量誤差外擾係如式(9)所示，屬於與驅動加速度s‧vm成比例之誤差外擾。由於該驅動加速度s‧vm係顯示驅動速度之變化率者，故如驅動機械3的正轉動作區間及逆轉動作區間，在機械開始動作至停止為止之區間，屬於驅動速度vm的變化率之驅動加速度s‧vm的平均值亦當然成為0。因此，即便在加速時間、減速時間不相同時，藉由前述之本實施形態的平均化之效果，慣量誤差外擾係在加速區間及減速區間抵銷。
依據上述，正轉平均值演算部103所演算之正轉速度平均值vmp與正轉負荷推定值Tdp的值之組合、以及逆轉平均值演算部104所演算之逆轉速度平均值vmn與逆轉負荷推定值Tdn的值之組合，係成為驅動機械3所固有之負荷特性因應其動作速度而定量地顯示者，且藉由前述平均化時間常數T之設定係可得到穩定的演算結果。
並且，依據該演算處理，就正轉負荷演算部103b及逆轉負荷演算部104b的輸入而言，即便在直接使用轉矩指令Tr而並非負荷轉矩訊號Td^時，依據使用第5圖所說明之前述內容，正轉負荷推定值Tdp及逆轉負荷推定值Tdn係收斂至式(8a)、(8b)的右邊之值。因此，能得知可省略由負荷轉矩推定部102所進行之負荷轉矩訊號Td^的推定處理。
接著，針對在驅動機械3的摩擦特性、與藉由速度比例之一次式來逼近該摩擦特性之模型之間所產生之非線性的誤差之影響進行說明。
第6圖係為詳細顯示驅動機械3的摩擦特性之一例者，且橫軸係顯示驅動速度，而縱軸係顯示負荷轉矩Td。亦即，第6圖係顯示因應驅動速度vm之負荷特性。於第6圖中，係如實線所示，驅動機械3的摩擦特性在嚴格上來說係對於速度呈現曲線之特性而並非成比例之直線，而在與式(5a)、(5b)所示之一次式模型相比較時係具有誤差。
因此，在對如此之驅動機械3的摩擦特性使用例如適應辨認法，來對將負荷轉矩Td作為速度比例之一次式進行逼近之模型的黏性係數及常數項進行推定時，如第6圖的虛線及點線所示，係因應驅動機械3的動作狀況而得到不同之結果。虛線的結果係在持續低速運轉之狀態下(低速運轉條件)之推定結果，而點線係在持續高速運轉之狀態下(高速運轉條件)之推定結果。
在第6圖所示之摩擦特性之例之情形，由於在低速運轉條件之情形係由速度較低之區間的摩擦特性的資訊所推定，故顯示虛線的斜率之黏性係數較大，而屬於虛線與縱軸(Td軸)的交點之常數項的絕對值較小。相對於此，由於在高速運轉條件之情形係藉由速度較高之區間的摩擦特性的資訊進行推定，故點線的黏性係數係比低速運轉條件更小，而點線與縱軸的交點之常數項的絕對值係變得較大。如此之由於摩擦特性呈現從一次式的直線之模型僅有稍微偏離之曲線特性，即有因所謂低速、高速之動作點之不同，而導致逼近於一次式的直線時之黏性係數及常數項大為不同，而無關乎其為對於相同機械之推定，係產生因應運轉條件導致所推定之摩擦特性大大的變化之矛盾。
相對於此，於本實施形態中，係如前述在正轉速度演算部103a及正轉負荷演算部103b使用相同平均化濾波器，且在逆轉速度演算部104a及逆轉負荷平均值104b使用相同平均化濾波器。並且，對於驅動速度vm及負荷轉矩訊號Td^係以足夠長之時間常數進行平均化之演算，並將機械系統所固有之負荷特性作為將速度及負荷轉矩平均化之值之組合來利用，藉此可得到下述之功效。
第7圖係顯示由本實施形態之驅動機械之負荷特性推定裝置100所作成之推定結果之一例。於該圖中，實線係顯示驅動機械3的詳細的摩擦特性者，而黑色圓形之標示(plot)點係顯示於正轉動作區間中，在高速運轉條件下之正轉速度平均值vmp及正轉負荷推定值Tdp的值之組合，黑色四方形之標示點係顯示於正轉動作區間中，在低速運轉條件下之正轉速度平均值vmp及正轉負荷推定值Tdp的值之組合，白色圓形之標示點係顯示於逆轉動作區間中，在高速運轉條件下之逆轉速度平均值vmn及逆轉負荷推定值Tdn的值之組合，白色四方形之標示點係顯示於逆轉動作區間中，在低速運轉條件下之逆轉速度平均值vmn及逆轉負荷推定值Tdn的值之組合。
依據本實施形態，藉由在低速運轉條件下係將速度較低之區間之曲線的摩擦特性的資訊作為經過平均化之速度及負荷轉矩的值之組合，而在高速運轉條件下係將速度較高之區間之摩擦特性的資訊作為經過平均化之速度及負荷轉矩的值之組合而穩定地予以推定。結果，如第7圖所示，係在驅動機械3的詳細的摩擦特性之曲線上，以幾乎一致之方式獲得因應所謂低速運轉條件、高速運轉條件之各種運轉條件所推定之將速度及負荷轉矩平均化的值之組合。再者，在均等地反覆進行低速運轉及高速運轉時，係可將該等平均的速度及平均的負荷轉矩之組合作為負荷特性而穩定地予以推定。
再者，使正轉速度演算部103a及正轉負荷演算部103b的平均化濾波器F(s)的特性及平均化時間常數T相等，並使逆轉速度演算部104a及逆轉負荷演算部104b的平均化濾波器F(s)的特性及平均化時間常數T相等，藉此由正轉平均值演算部103所演算之正轉速度平均值vmp、正轉負荷推定值Tdp的值之組合，及由逆轉平均值演算部104所演算之逆轉速度平均值vmn、逆轉負荷推定值Tdn的值之組合，係即便在例如從低速運轉條件至高速運轉條件之運轉條件變化時，亦不會自驅動機械3的詳細的摩擦特性之線上大大偏離。
亦即，如此在運轉條件變化之情形，在依據第7圖所示之屬於在低速運轉條件下之推定結果之四角形標示點，往屬於在高速運轉條件下之推定結果之圓形標示點，其推定結果係不會從驅動機械3的詳細的摩擦特性之線上大大的偏離而進行移動。
因此，如第7圖所示，在驅動機械3的摩擦特性與藉由速度比例之一次式來逼近該摩擦特性之模型之間，即便產生有非線性之誤差時，亦不會受到單純的來回動作及組合低速、高速動作之動作等各種運轉條件所影響，而藉由較小之誤差且穩定並定量的檢測摩擦特性，亦即驅動機械3所固有的負荷特性。
接著，使用第8圖針對由輸出結果判定部105所進行之驅動機械3的異常及劣化之判定處理的詳細內容進行說明。
於輸出結果判定部105係如第1圖所示分別輸入有屬於正轉平均值演算部103及逆轉平均值演算部104的輸出結果之正轉速度平均值vmp、正轉負荷推定部Tdp、逆轉速度平均值vmn、逆轉負荷推定值Tdn。再者，於輸出結果判定部105係儲存有驅動機械3之負荷的正常範圍作為資料。輸出結果判定部105係對該所儲存之正常範圍與所輸入之正轉速度平均值vmp、正轉負荷推定值Tdp的值之組合，以及與逆轉速度平均值vmn、逆轉負荷推定值Tdn的值之組合進行比較，並輸出判定驅動機械3的正常、異常之診斷結果訊號R。
第8圖係顯示輸出結果判定部105之驅動機械3的異常/劣化之判定之一例之示意圖。於第8圖中，實線係以分別對應於驅動機械3的正轉動作、逆轉動作之二個依存速度之一次式模型來逼近虛線所示之驅動機械3的詳細摩擦特性者。該實線的一次式模型係只要依據例如從驅動機械3採取之從低速運轉至高速運轉為止之寬廣動作範圍的驅動資料來進行實測測定而求得即可。於輸出結果判定部105係儲存有具有以該實線為基準而適當設定之裕度(margin)寬之第8圖所示之附加陰影(hatching)之範圍作為驅動機械3的負荷之正常範圍。
在將由正轉平均值演算部103及逆轉平均值演算部104所推定之正轉速度平均值vmp與正轉負荷推定值Tdp的值之組合，以及逆轉速度平均值vmn與逆轉負荷推定值Tdn的值之組合輸入於儲存有如此之正常範圍之輸出結果判定部105時，在驅動機械3為正常時，該等組合係依據本實施形態之負荷特性推定裝置100的特性而存在於第8圖的虛線上附近且位於灰色的正常範圍內。
然而，在驅動機械3發生有異常或劣化等，且因此導致摩擦等負荷之增加時，將速度及負荷轉矩平均化之值之組合係從虛線上附近大大的偏離，且從第8圖的附加陰影之正常範圍脫離。因此如第8圖所示，在將輸入於輸出結果判定部105之速度及負荷轉矩平均化之值之組合從附加陰影之正常範圍脫離時，可判定為於驅動機械3的驅動狀態發生有異常/劣化。
於上述說明中，雖以正轉平均值演算部103及逆轉平均值演算部104的平均化濾波器F(s)屬於相同特性來進行說明，惟例如即便平均化濾波器F(s)的次數不同時，只要平均化時間常數T幾乎相同，則當然可得到同樣的性質。再者，濾波器的平均化時間常數T即便在各平均化濾波器F(s)並非完全相同，而有例如30%左右之不同，在近似性上亦當然可得到相同特性。在者，驅動機械3以反覆進行相同模式(pattern)而動作時，只要平均化時間常數T充分的長，則屬於正轉平均值演算部103及逆轉平均值演算部104的輸出之正轉速度平均值vmp、正轉負荷推定值Tdp、逆轉速度平均值vmn、逆轉負荷推定值Tdn係收斂至相同之值，故平均化時間常數在嚴格上來說亦可並非為相同值。
再者，就上述說明而言，係作成具備正轉速度演算部103a及逆轉速度演算部104a，且依據由該等所演算之正轉速度平均值vmp及逆轉速度平均值vmn，而由輸出結果判定部105進行診斷結果訊號R之判定之構成。然而，在驅動機械3屬於零件安裝裝置等時，於通常運轉動作中，動作指令產生部5的動作指令Ipv設為反覆進行複數個動作模式而產生之情形亦較多。在如此之情形，正轉速度平均值vmp及逆轉速度平均值vmn之值係不會有較大變化，而可預先掌握該值。因此在如此之情形，即便未具備正轉速度演算部103a及逆轉速度演算部104a，亦可僅依據正轉負荷推定值Tdp及逆轉負荷推定值Tdn來掌握驅動機械3所固有之負荷特性。並且，藉由於輸出結果判定部105監視該等之變化，係可判定在驅動機械3的驅動狀態是否發生異常/劣化。
並且，本實施形態之驅動機械之負荷特性推定裝置100雖記載為作成於內部具備有輸出結果判定部105，並輸出判定驅動機械3的正常、異常之診斷結果訊號R之構成，惟由於輸出結果判定部105的動作係與其他構成要素相比可藉由非常長的時間間隔來動作，故輸出結果判定部105係可作為與其他構成要素不同之外部的上位裝置之功能來予以實現。
再者，只要可取得屬於本實施形態之負荷特性推定裝置100中最具特徵性的訊號之正轉速度平均值vmp、正轉負荷推定值Tdp、逆轉速度平均值vmn、逆轉負荷推定值Tdn，則例如亦可將與輸出結果判定部105的動作同等之作業定期性地藉由人力來判斷並執行。亦即，負荷特性推定裝置100係可作成為由負荷特性推定裝置輸出正轉速度平均值vmp、正轉負荷特性推定值Tdp、逆轉速度平均值vmn、逆轉負荷推定值Tdn之構成。
並且，就本實施形態而言，雖設想為將產生旋轉力、亦即產生轉矩作為驅動力之一般的馬達作為驅動部2，惟關於如線性馬達之產生直線性的推力作為驅動力之驅動部，當然亦同樣地可予以實施。
本實施形態之負荷特性裝置100係如上述所說明，係構成為即便在不限定於特別的動作模式之一般的運轉條件下使驅動機械動作時，亦可不追加特別的操作而可穩定地輸出含有摩擦等資訊之數值。具體而言，負荷特性推定裝置100係具有具備符號判定部101、正轉負荷演算部103b、逆轉負荷演算部104b，且在正轉區間及逆轉區間個別地以足夠長之時間常數，來進行負荷轉矩訊號Td^之逐次地平均化，而進行正轉負荷推定值Tdp及逆轉負荷推定值Tdn之演算之構成。藉此，即便在混和有正轉及逆轉之不同移動距離的加減速模式之一般的運轉動作條件中，亦去除慣量推定誤差及雜訊等影響，並安定地取得含有驅動機械3的摩擦等之顯示負荷特性之數值，而可提供可利用於所謂驅動機械的診斷及特性變化之掌握之廣泛的用途之驅動機械之負荷特性推定裝置。
再者，由於係具備正轉速度演算部103a及逆轉速度演算部104a來進行正轉速度平均值vmp及逆轉速度平均值vmn之演算，故即便在如所謂持續低速運轉之狀態或持續高速運轉之狀態之運轉條件變化之情形，亦能以速度平均值及負荷推定值之組合來因應運轉條件安定地取得顯示驅動機械3的負荷特性之數值。因此，可提供能利用於更廣泛用途之驅動機械之負荷特性推定裝置。 (實施形態2)
第9圖係顯示本發明實施形態2之驅動機械之負荷特性推定裝置200的構成之方塊圖。
如第9圖所示，本實施形態2之負荷特性推定裝置200係在第1圖所示之驅動機械之負荷特性推定裝置100的內部構成中追加動作區間判別部106及分割區間平均值演算部107，且具備有摩擦係數推定部205來代替輸出結果判定部105者。
於第9圖中，關於轉矩指令產生部1、驅動部2、驅動機械3、速度檢測器4、動作指令產生部5、符號判定部101、負荷轉矩推定部102、正轉平均值演算部103、及逆轉平均值演算部104，由於與實施形態1之情形在輸入、輸出、功能及動作等係相同故省略說明。
於動作區間判定部106係輸入有屬於速度檢測器4的輸出之驅動機械3的驅動速度vm、屬於正轉速度演算部103a的輸出之正轉速度平均值vmp、屬於逆轉速度演算部104a的輸出之逆轉速度平均值vmn。
動作區間判定部106係在驅動機械3的正轉動作區間中，將正轉速度平均值vmp作為臨限值，且將驅動速度vm比臨限值vmp更大之高速動作區間判定為區間1，並將驅動速度vm比臨限值vmp更小之低速動作區間判定為區間2。再者，動作區間判定部106係於驅動機械3的逆轉動作區間中，將逆轉速度平均值vmn的絕對值作為臨限值，且將驅動速度vm的絕對值比臨限值(vmn的絕對值)更大之高速動作區間判定為區間3，並將驅動速度vm的絕對值比臨限值(vmn的絕對值)更小之低速動作區間判定為區間4。
亦即，動作區間判定部106係判定驅動機械3係於上述四個區間的哪個區間動作中，並輸出具有該等四個區間的資訊之動作區間分割訊號S。動作區間分割訊號S係例如分別分配1至區間1、分配2至區間2、分配3至區間3、分配4至區間4，而分配0之數值至停止狀態即可。關於該區間之分割，係於後述使用第10圖說明。
於分割區間平均值演算部107係輸入有動作區間分割訊號S、驅動速度vm及負荷轉矩訊號Td^。分割區間平均值演算部107係分別對應於依據動作區間分割訊號S所分割之四個區間k(k=1、2、3、4)，而輸出四個區間速度平均值va(k)、及四個區間負荷推定值Ta(k)。
在此，區間速度平均值va(k)係對驅動速度vm於區間k中進行逐次地平均化之演算者，且區間負荷推定值Ta(k)係對負荷轉矩訊號Td^於區間k中進行逐次地平均化之演算者。並且，第9圖所示之分割區間平均值演算部107的區間速度平均值va(k)及區間負荷推定值Ta(k)之二個輸出，係具有在該四個區間k所平均化之各四個值之資訊之向量(vector)訊號。
在此，使用第10圖針對藉由追加於分割區間平均值演算部107之演算以及動作區間判定部106及分割區間平均值演算部107，係可更加詳細地掌握機械系統所固有之負荷特性進行說明。
第10圖係於本實施形態中，顯示有一面適當地控制驅動機械的位置及速度，一面顯示進行某個預定動作時之驅動速度vm(第10圖(a))及負荷轉矩訊號Td^(第10圖(b))的時間回應之一例。於第10圖係以虛線顯示屬於正轉速度演算部103a的輸出之正轉速度平均值vmp，且以點線顯示屬於逆轉速度演算部104a的輸出之逆轉速度平均值vmn。再者，依據以該等正轉速度平均值vmp及逆轉速度平均值vmn作為臨限值之判定，來顯示分割為因應前述之區間1、區間2、區間3、區間4之四個動作狀態之區間之時間區間。
例如，於第10圖所示之區間1中，分割區間平均值演算部107係依據由動作區間判定部106所輸入之動作區間分割訊號S，於驅動機械3在該區間1動作之時間區間中，將對於驅動速度vm進行逐次地平均化演算之結果作為第一區間速度平均值va(1)，將對於負荷轉矩訊號Td^進行逐次地平均化演算之結果作為第一區間負荷推定值Ta(1)予以輸出。此時，在k=1以外，亦即對於k=2、3、4之第k區間速度平均值va(k)及第k區間負荷推定值Ta(k)係不更新該值而加以保持。
在驅動機械3於其他各區間n動作之時間區間中亦進行同樣的動作，且分割區間平均值演算部107係依據動作區間訊號S，而在驅動機械3於區間n動作之時間區間中，將對於驅動速度vm進行逐次地平均化演算之結果作為第n區間速度平均值va(n)，將對於負荷轉矩訊號Td^進行逐次地平均化演算之結果作為第n區間負荷推定值Ta(n)予以輸出。此時，對於在k=n以外之第k區間速度平均值va(k)及第k區間負荷推定值Ta(k)係不更新該值而加以保持。
在分割區間平均值演算部107中用於各區間k的驅動速度vm及負荷轉矩訊號Td^5之各個平均值的演算之平均化濾波器的傳達特性係為相同，且如正轉平均值演算部103及逆轉平均值演算部104所使用者，係具有比從驅動機械3之啟動開始至停止為止之一次的動作所需要之時間更加足夠長之平均化時間常數T之式(4)所示之平均化濾波器F(s)。
於本實施形態之驅動機械之負荷特性推定裝置200中，與實施形態1同樣地，算出正轉平均值演算部103所輸出之正轉速度平均值vmp及正轉負荷推定值Tdp，以及逆轉平均值演算部104所輸出之逆轉速度平均值vmn及逆轉負荷推定值Tdn。於本實施形態之負荷特性推定裝置200中，進一步藉由所追加之動作區間判定部106，而在正轉及逆轉動作區間對於分別分割為高速動作區間及低速動作區間之合計四個分割區間k，藉由同樣為所追加之分割區間平均值演算部107來進行區間速度平均值va(k)及區間負荷推定值Ta(k)之演算。如此，於所分割之各個動作區間中，藉由將驅動速度及負荷轉矩平均化，而可取得顯示機械系統所固有之負荷特性之更多的不同之經過平均化之驅動速度及負荷轉矩之組合，而可得到速度及負荷驅動力的二維性的關係。
再者，就分割區間平均值演算部107而言，係於區間速度平均值va(k)之各者的演算及區間負荷推定值Ta(k)之各者的演算中，於正轉平均值演算部103及逆轉平均值演算部104中，使用具有足夠長之平均化時間常數T之同樣的平均化濾波器F(s)來進行演算，故可去除由白色性雜訊及驅動機械的剛性而導致之振動成分等影響，而將機械系統所固有之負荷特性安定地定量化。
關於由慣量推定值Jn的誤差所導致之慣量誤差外擾，亦藉由充分的平均化演算而將加速時的誤差及減速時的誤差分別抵銷，而可作為去除慣量誤差外擾之負荷轉矩訊號Td^來計算區間負荷推定值Ta(k)。並且，由於將正轉速度平均值vmp及逆轉速度平均值vmn作為推定區間分割時之速度臨限值來予以使用，故可因應所謂低速運轉及高速運轉之各種運轉條件而自動地分割推定區間。
第11圖係為標示屬於正轉平均值演算部103及逆轉平均值演算部104及分割區間平均值演算部107之輸出，即標示正轉速度平均值vmp與正轉轉矩平均值Tdp的值之組合、逆轉速度平均值vmn與逆轉轉矩平均值Tdn的值之組合、及區間速度平均值va(k)與區間轉矩平均值Ta(k)的值之各組的演算結果者。該等結果係依據前述內容，於圖中在虛線所示之顯示驅動機械3的詳細的摩擦特性之曲線上附近，以較小的誤差範圍所推定。針對實線係於後述。
如上述，藉由具備第9圖所示之構成之驅動機械之負荷特性推定裝置200，係一面以任意的動作模式運轉一面對於複數個速度將負荷特性作為安定的數值進行演算，藉此可掌握更加詳細的機械系統所固有之負荷特性。
接著，針對摩擦係數推定部205的動作進行說明。摩擦係數推定部205係如下述說明，為推定藉由依存於速度之一次式模型來逼近驅動機械的詳細的摩擦特性時之黏性係數及常數項者。
於摩擦係數推定部205係輸入有，屬於正轉平均值演算部103及逆轉平均值演算部104及分割區間平均值演算部107的演算結果，之相對於由第11圖所示之驅動速度vm為正、負之各者時之各三個標示之值(經過平均化之驅動速度及負荷轉矩的值之組合)。摩擦係數推定部205在依據該等值而以如式(5a)、(5b)之一次式來逼近驅動機械3的詳細摩擦特性時，之進行正轉動作時之黏性係數Dp^及常數項Cp^、逆轉動作時之黏性係數Dn^及常數項Cn^之推定演算。就其演算方法而言，只要對於正轉、逆轉之各個情形使用三個驅動速度之值及三個負荷轉矩之值，並適用例如集中型最小平方法等即可。
第11圖實線所示者係顯示使用正轉平均值演算部103、逆轉平均值演算部104及分割區間平均值言算部107之演算結果，來進行最小平方推定之摩擦特性之直線。於第11圖中，驅動速度vm在正區域之實線的斜率係對應於黏性係數Dp^，與縱軸(負荷轉矩軸)之交點係對應於常數項Cp^，驅動速度vm在負區域之實線的斜率係對應於黏性係數Dn^，與縱軸(負荷轉矩軸)之交點係對應於常數項Cn^。
接著，針對於實施形態2中所得到之效果特徵進行說明。例如，如專利文獻2所記載之技術，依據驅動速度vm及負荷轉矩訊號Td^，藉由直接進行逐次最小平方法等方法來進行常數項C及黏性係數D之推定時，係如前述，由於驅動速度vm的大小及運轉模式之變化，係有黏性係數及常數項的推定結果會變動之問題。
相對於此，依據本實施形態，係在對於驅動機械3的正轉動作區間及逆轉動作區間之二個動作區間，加上依據設定於驅動速度vm之臨限值來進行分割之驅動機械3的正轉動作狀態的高速動作區間及低速動作區間、及驅動機械3的逆轉動作狀態的高速動作區間及低速動作區間之四個動作區間之合計六個動作區間中，能以上述方式穩定地推定顯示機械系統所固有之負荷特性之將驅動速度及負荷轉矩平均化的值之組合。再者，藉由一併的使用該安定地推得之複數個組合之演算，則對於所謂速度的大小之條件變化亦可穩定地推定逼近驅動機械的摩擦特性之一次式模型的黏性係數及常數項。
於實施形態1中，經過平均化之驅動速度vm及負荷轉矩Td的值之組合，係藉由相對於驅動速度vm的正負之各一個點來顯示驅動機械3所固有之負荷特性。相對於此，於本實施形態2中，係藉由使用正轉平均值演算部103、逆轉平均值演算部101及分割區間平均值演算部107的演算結果，而能以所謂對應於速度之一次式模型的黏性係數及常數項之二個參數(parameter)來簡單顯示驅動機械3的詳細的摩擦特性，亦即能夠作為直線而穩定地進行推定，並更加詳細的掌握負荷特性。
並且，與實施形態1同樣地，藉由監視本實施形態2的推定結果隨時間之變動，而可監視驅動機械3的異常，再者，雖不需要詳細說明，惟藉由利用本實施形態2的推定結果作為控制驅動機械3的位置及速度時之摩擦補償，則亦可為控制精度帶來幫助。
於實施形態2中，動作區間判定部106雖將所輸入之正轉速度平均值vmp及逆轉速度平均值vmn作為推定區間分割時之臨限值來進行輸入，惟關於該臨限值係亦可為由外部設定一個以上之適當的臨限值，且由於藉由一個以上之臨限值將推定區間更進一步細分化亦可穩定地導出各區間的速度及負荷轉矩的平均值之組合，故可更詳細地掌握機械系統所固有之負荷特性。
亦即，依據由外部所設定之臨限值來將推定區間細分化時，即便將正轉平均值演算部103及逆轉平均值演算部104從本實施形態2的構成要素中刪除，當然亦可僅藉由分割區間平均值演算部107的演算結果，來藉由因應所謂速度之一次式模型的黏性係數及常數項之二個參數顯示驅動機械3的詳細的摩擦特性。
於實施形態2中，藉由以上述所說明之方式來構成驅動機械之負荷特性推定裝置200，係可一面抑制雜訊及慣量推定值的誤差等影響，且因應所謂速度大小及加減速時間的大小之各種運轉條件及其變化，一面更加詳細且安定地逐次推定驅動機械3所固有之負荷特性，而可提供可利用於更廣泛用途之驅動機械之負荷特性推定裝置。亦即，在通常的運轉動作下，可穩定地線性逼近施加於驅動機械3之負荷的特性，藉此可將該推定結果應用於驅動機械3的變化特性之掌握及控制驅動機械3時之摩擦補償等廣泛的用途。
於實施形態1及2中，係可穩定地推定於通常的運轉動作中施加於驅動機械3之負荷的特性。再者，該推定結果係可用於驅動機械3之診斷及特性變化之掌握等廣泛之用途。再者，即便在驅動機械3的運轉中變更動作指令時，係可穩定地推定施加驅動機械3之負荷的特性，且對於高速運轉、低速運轉等動作條件的過渡性之變化，亦可穩定地推定施加於驅動機械3之負荷的特性。再者，藉由將算出逐次性的平均值之演算時間常數設定為，比從動作指令開始至停止為止之一次的動作所需之時間更長之值，係可抑制慣量推定值的因誤差所導致之誤差外擾，並可抑制雜訊及振動成分等。再者，藉由使用正轉平均值演算部103及逆轉平均值演算部104的演算結果，係可判定驅動機械3的運轉狀態的正常/異常。
再者，本發明並非被上述實施形態所限定者，在實施階段時只要在不脫離該要旨之範圍內即可有各種變形。再者，上述實施形態係包含有各種階段之發明，藉由開示出之複數個構成要件之適當的組合係可抽出各種發明。
例如，即便從上述實施形態1及2所分別揭示之全部構成要素中將若干個構成要件刪除，只要在可解決在本發明所欲解決之課題欄中所述之課題，且可得到發明的效果欄所述之效果時，即可將該刪除構成要件之構成抽出作為發明。再者，亦可將上述實施形態1及2所述之構成要件適當地予以組合。 (產業上之可利用性)
如上述，本發明之驅動機械之負荷特性推定裝置，在使用工作機械及機器人之伺服馬達(servo motor)等驅動裝置之驅動機械之負荷特性推定裝置上係為有用，尤其，適用於一面對應各種運轉條件及其變化，一面以可掌握所謂驅動機械的摩擦之機械系統固有之負荷特性及其隨時間之變化之方式，來安定地定量化之驅動機械之負荷特性推定裝置。
1‧‧‧轉矩指令產生部
2‧‧‧驅動部
3‧‧‧驅動機械
4‧‧‧速度檢測器
5‧‧‧動作指令產生部
100、200‧‧‧驅動機械之負荷特性推定裝置
101‧‧‧符號判定部
102‧‧‧負荷轉矩推定部
103‧‧‧正轉平均值演算部
103a‧‧‧正轉速度演算部
103b‧‧‧正轉負荷演算部
104‧‧‧逆轉平均值演算部
104a‧‧‧逆轉速度演算部
104b‧‧‧逆轉負荷演算部
105‧‧‧輸出結果判定部
106‧‧‧動作區間判定部
107‧‧‧分割區間平均值演算部
205‧‧‧摩擦係數推定部
第1圖係為顯示本發明實施形態1之驅動機械之負荷特性推定裝置的構成之方塊(block)圖。
第2圖係為顯示第1圖所記載之正轉平均值演算部的構成之方塊圖。
第3圖係為顯示第1圖所記載之逆轉平均值演算部的構成之方塊圖。
第4圖係為顯示驅動速度vm及負荷轉矩Td的時間變化之關係之波形之示意圖。
第5圖係為顯示驅動速度vm及負荷轉矩訊號Td^的時間變化之關係之波形之示意圖。
第6圖係為顯示由適應辨認法所作之黏性係數及常數項的推定結果之例之示意圖。
第7圖係為顯示由本發明實施形態1之負荷特性推定裝置所作之推定結果之例之示意圖。
第8圖係為顯示由實施形態1之輸出結果判定部所作之判定結果的判定例之示意圖。
第9圖係為顯示本發明實施形態2之驅動機械的負荷特性推定裝置的構成之方塊圖。
第10圖係為顯示依據速度臨限值分割驅動速度之各推定區間的態樣之示意圖。
第11圖係為顯示以一次式模型近似依據速度臨限值所分割之各推定區間的推定結果之態樣之示意圖。
1‧‧‧轉矩指令產生部
2‧‧‧驅動部
3‧‧‧驅動機械
4‧‧‧速度檢測器
5‧‧‧動作指令產生部
100‧‧‧驅動機械之負荷特性推定裝置
101‧‧‧符號判定部
102‧‧‧負荷轉矩推定部
103‧‧‧正轉平均值演算部
104‧‧‧逆轉平均值演算部
105‧‧‧輸出結果判定部

权利要求:
Claims (14)
[1] 一種驅動機械之負荷特性推定裝置，係具備：動作指令產生部，係產生包含有相對於驅動機械之位置之動作的指令或相對於速度之動作的指令之動作指令；驅動力指令產生部，以前述驅動機械的動作追隨於前述動作指令之方式產生驅動力指令；驅動部，係產生對應於前述驅動力指令之驅動力並驅動前述驅動機械；符號判定部，係依據前述驅動機械的驅動速度，而判定前述驅動機械係屬於正轉動作狀態、逆轉動作狀態、或停止狀態之哪個狀態；負荷驅動力推定部，依據前述驅動力指令或顯示前述驅動力之訊號，來算出施加於前述驅動機械之屬於負荷驅動力的推定值之負荷驅動力訊號；正轉負荷演算部，在前述符號判定部的判定結果為正轉動作狀態時，算出前述負荷驅動力訊號的逐次性的平均值；以及逆轉負荷演算部，在前述符號判定部的判定結果為逆轉動作狀態時，算出前述負荷驅動力訊號的逐次性的平均值。
[2] 如申請專利範圍第1項所述之驅動機械之負荷特性推定裝置，其中，前述動作指令產生部係產生屬於預先決定之一個或複數個動作模式的反覆動作之前述動作指令。
[3] 如申請專利範圍第1項所述之驅動機械之負荷特性推定裝置，復具備：正轉速度演算部，在前述符號判定部的判定結果為正轉動作狀態時，算出前述驅動速度的逐次性的平均值；以及逆轉速度演算部，在前述符號判定部的判定結果為逆轉動作狀態時，算出前述驅動速度的逐次性的平均值。
[4] 如申請專利範圍第3項所述之驅動機械之負荷特性推定裝置，其中，前述正轉速度演算部係具有與前述正轉負荷演算部相同之傳達特性；且前述逆轉速度演算部係具有與前述逆轉負荷演算部相同之傳達特性。
[5] 如申請專利範圍第3項或第4項所述之驅動機械之負荷特性推定裝置，係具備：輸出結果判定部，係判斷前述正轉負荷演算部所算出之平均值與前述正轉速度演算部所算出之平均值的組合，以及前述逆轉負荷演算部所算出之平均值與前述逆轉速度演算部所算出之平均值的組合是否分別落在預定的正常範圍。
[6] 如申請專利範圍第5項所述之驅動機械之負荷特性推定裝置，其中，前述輸出結果判定部係依據顯示分別對應於前述驅動機械的正轉動作狀態、及逆轉動作狀態之前述驅動速度、及前述負荷驅動力的關係之二個一次式，來決定前述預定的正常範圍。
[7] 一種驅動機械之負荷特性推定裝置，係具備：動作指令產生部，係產生包含有相對於驅動機械之位置之動作的指令或相對於速度之動作的指令之動作指令；驅動力指令產生部，以前述驅動機械的動作追隨於前述動作指令之方式產生驅動力指令；驅動部，係產生對應於前述驅動力指令之驅動力並驅動前述驅動機械；符號判定部，係依據前述驅動機械的驅動速度，而判定前述驅動機械係屬於正轉動作狀態、逆轉動作狀態、或停止狀態之哪個狀態；負荷驅動力推定部，依據前述驅動力指令或顯示前述驅動力之訊號，來算出施加於前述驅動機械之屬於負荷驅動力的推定值之負荷驅動力訊號；動作區間判定部，係依據前述驅動速度、前述符號判定部的判定結果、在前述驅動機械的正轉動作狀態之第一速度臨限值、在前述驅動機械的逆轉動作狀態之第二速度臨限值，來判定前述驅動機械係屬於因應前述驅動速度的大小關係而分割之複數個動作區間的哪個狀態；以及分割區間平均值演算部，係依據前述動作區間判定部的判定結果，而按複數個前述動作區間的每一個算出前述負荷驅動力訊號之逐次性的平均值，且依據前述動作區間判定部的判定結果，而按複數個前述動作區間的每一個算出前述驅動速度之逐次性的平均值。
[8] 如申請專利範圍第7項所述之驅動機械之負荷特性推定裝置，復具備：摩擦係數推定部，藉由顯示分別對應於正轉動作狀態、及逆轉動作狀態之前述驅動速度、及前述負荷驅動力之關係之二個一次式，來逼近按複數個前述動作區間的每一個所算出之前述負荷驅動力訊號的逐次性的平均值、及前述驅動速度的逐次性的平均值之組合，藉此推定前述負荷驅動力的一次式模型之黏性係數及常數項。
[9] 如申請專利範圍第7項所述之驅動機械之負荷特性推定裝置，復具備：正轉速度演算部，在前述符號判定部的判定結果為正轉動作狀態時，算出前述驅動速度的逐次性的平均值；以及逆轉速度演算部，在前述符號判定部的判定結果為逆轉動作狀態時，算出前述驅動速度的逐次性的平均值；且將前述正轉速度演算部所算出之平均值設為前述第一速度臨限值；並將前述逆轉速度演算部所算出之平均值設為前述第二速度臨限值。
[10] 如申請專利範圍第7項所述之驅動機械之負荷特性推定裝置，其中，前述分割區間平均值演算部係設為按每個前述動作區間算出前述負荷驅動力訊號的逐次性的平均值之演算的傳達特性，與按每個前述動作區間算出前述驅動速度的逐次性的平均值之演算的傳達特性相同。
[11] 如申請專利範圍第8項所述之驅動機械之負荷特性推定裝置，復具備：正轉負荷演算部，在前述符號判定部的判定結果為正轉動作狀態時，算出前述負荷驅動力訊號的逐次性的平均值；逆轉負荷演算部，在前述符號判定部的判定結果為逆轉動作狀態時，算出前述負荷驅動力訊號的逐次性的平均值；正轉速度演算部，在前述符號判定部的判定結果為正轉動作狀態時，算出前述驅動速度的逐次性的平均值；以及逆轉速度演算部，在前述符號判定部的判定結果為逆轉動作狀態時，算出前述驅動速度的逐次性的平均值；且前述摩擦係數推定部係在前述黏性係數及前述常數項之推定上復使用：前述正轉負荷演算部所算出之平均值及前述正轉速度演算部所算出之平均值之組合，以及前述逆轉負荷演算部所算出之平均值及前述逆轉速度演算部所算出之平均值之組合。
[12] 如申請專利範圍第8項或第11項所述之驅動機械之負荷特性推定裝置，其中，前述逼近係以最小平方法進行。
[13] 如申請專利範圍第1項至第4項及第11項中任一項所述之驅動機械之負荷特性推定裝置，其中，前述正轉負荷演算部係將算出前述逐次性的平均值之演算的時間常數，設為比前述動作指令從開始至停止為止所需之時間更大之值；前述逆轉負荷演算部係將算出前述逐次性的平均值之演算的時間常數，設為比前述動作指令從開始至停止為止所需之時間更大之值。
[14] 如申請專利範圍第7項至第11項中任一項所述之驅動機械之負荷特性推定裝置，其中，前述分割區間平均值演算部係依據前述動作區間判定部的判定結果，將按複數個前述動作區間的每一個而算出前述負荷驅動力訊號的逐次性的平均值之演算的時間常數，設為比前述動作指令從開始至停止為止所需之時間更大之值。

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