[发明专利]位置控制装置的惯性估算方法和惯性估算装置

说明书

优先权信息

本申请要求2013年4月25日提交的日本专利申请No. 2013-092615的优先权，该申请以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及机床等的位置控制装置。更具体地，本发明涉及用在施加重力的轴线上的改进的惯性估算方法和改进的惯性估算装置。

背景技术

为利用伺服电机来驱动机床等的送料轴，将位置和速度控制系统配置为基于来自数控装置的命令，对连接到电机的负载的位置和速度进行控制。为正确地控制电机和负载的位置和速度，有必要基于电机和负载的惯性来确定控制参数。由于负载的惯性随各工件而改变，因此，提出了多种惯性估算方法。

图13展示了由JP08-140386A公开的技术。在该技术中，对于多种不同速度，以恒定的速度驱动电机（步骤1），而对于每一速度，测量要抵消摩擦力所需的力矩和要抵消重力所需的力矩（步骤2和3）。接着，对该伺服电机进行加速/减速驱动（步骤4），借此确定速度和力矩间的关系，以及速度和加速度间的关系（步骤5到7）。从速度和力矩间的关系中减去要抵消先前测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。在计算了要加速惯性所需的力矩后（步骤8），将计算结果除以加速/减速驱动过程中测得的加速度（步骤9）。

图14展示了由JP2005-172788A公开的技术。在该技术中，当获取了估算惯性所需的信息时，对于多次测量，电机的位置不改变。因此，甚至可利用这样的机器结构来计算惯性：其中重力的影响取决于电机位置。

图15展示了JP2005-172788A中用于估算惯性的控制结构。速度控制器11根据速度命令值Vc和速度检测值Vd间的误差生成用于电机12的力矩命令值Tc。同时，电机模型15为力矩命令和旋转速度间的关系的数学表达式，用1质量系统或2惯性共振系统所表达。速度控制器14具有等同于速度控制器11的内部结构，且生成力矩命令T’c，并将其提供给电机模型15。该电机模型15生成速度检测值V’d，以计算速度命令值Vc和速度检测值V’d间的误差，并提供该误差作为速度控制器14的输入。

假定速度命令值Vc具有图14的步骤12所述的速度波形，其中，第一操作为往复运动，第二操作为具有反向的速度形迹的逆序往复运动。通过提供将位置移动θI的过程，在相同的位置执行该第一和第二操作。当给定速度命令值Vc时，力矩命令值Tc和T’c分别从速度控制器11和14中输出。积分器13和16分别对图14的步骤12中的积分部分中的输出值进行积分。当积分部分结束，通过下式（1）计算惯性。在式（1）中，J表示惯性估算值，J’表示在电机模型15中确定的惯性值。

J = {[ (Tc) dt / ∫ (T’c) dt} × J’ ･･･ 式（1）

在JP08-140386A的技术中，从要进行加速/减速驱动所需的力矩中减去要抵消摩擦力分量和重力分量所需的力矩。因此，如果该力矩相对于速度是固定的，则正确地计算惯性是有可能的。然而，因为需要以不同的固定比率将电机驱动至不同的运动方向，以便测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，估算惯性是耗时的。并且，要抵消重力分量所需的力矩被假设为在电机的任何位置都是不变的，而这导致一个问题，即对于重力的影响取决于电机位置而有所不同的机器结构，难以准确地估算惯性，如图16所示。

在图16中，工作台23绕着电机的轴旋转，该工作台23通过臂22被牢牢地固定在电机21上。假设电机的轴的中心与工作台23的重心位置的距离用L0表示，施加到重心位置的重力用Fg表示，围绕Fg的、垂直于电机轴心方向的力的分量用Fr表示，要抵消重力分量的力矩用Tg表示，电机21的旋转角度用θ表示，则Fr和Tg由以下式（2）和式（3）所表达。

Fr = Fg × sinθ ･･･ 式（2）

Tg = Fr × L0 = Fg × L0 × sinθ ･･･ 式（3）

具体地，要抵消重力分量所需的力矩Tg基于电机21的旋转角θ以正弦方式改变。因此，由于变化的力矩的影响，即使以恒定速度驱动电机，仍不能准确地计算惯性。

同时，在JP2005-172788A公开的技术中，力矩命令值Tc和T’c通常在相同段累积，从而可以在多次测量中提供要抵消重力分量所需的相同的Tg。然而，要积累的力矩命令值Tc同时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，存在这样一个问题：要计算的惯性的估算值将包括对应这种力矩的误差。