CN104167973A - 位置控制装置的惯性估算方法和惯性估算装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位置控制设备的惯性估算方法和惯性估算装置。当驱动部分受加速/减速驱动时，将力矩命令值和加速度检测值进行累加，并根据二者之间的比率计算可移动部分的惯性。通过围绕重力力矩的影响为零的位置执行加速/减速驱动，在经过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响被抵消了，借此，即使是利用重力影响根据电机位置而不同的机器结构，仍可以准确地估算惯性。

Description

位置控制装置的惯性估算方法和惯性估算装置

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。

本发明要解决的问题是，在重力影响根据电机位置而不同的机器结构中，不能正确地估算惯性。因此，本发明的目的在于，提供一种惯性估算方法和装置，即便在重力影响根据电机位置而不同的机器结构中，也能正确估算惯性。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种惯性估算方法，其用于估算可移动部分的惯性，该可移动部分包括电机和安装在装置上的驱动部分，所述装置根据力矩命令值而驱动所述电机。所述力矩命令值是基于所述电机或连接到该电机的该驱动部分的位置命令值和位置检测值计算的。该方法包括：当所述可移动部分被驱动时，确定加速/减速条件，以确定至少一个加速驱动条件和减速驱动条件，从而使重力力矩或可移动部分的加速度的累加值具有关于一位置的对称特性，在该位置处抵消重力影响的重力力矩为零。所述方法还包括计算惯性，以从在根据所述确定的加速或减速条件驱动电机时获得的力矩命令值的累加值与所述电机或所述驱动部分的加速度检测值的累加值之间的比率计算可移动部分的惯性。

在优选地实施例中，从在以恒定速度驱动所述驱动部分时当所述力矩命令值的极性反转的时刻获得的所述位置检测值来识别所述重力力矩为零的位置。在另一个优选实施例中，当所述驱动部分经受加速驱动或减速驱动时，以使所述重力力矩的累加值在经过重力力矩为零的位置之前和之后是相同的的方式来调节加速时间或减速时间。

在另一个优选实施例中，确定所述加速/减速条件的步骤包括当所述驱动部分以恒定速度被往复驱动时，监视力矩命令值。从介于当所述力矩命令值的极性在前进路径中反转的时刻获得的位置检测值与当所述力矩命令值的极性在返回路径中反转的时刻获得的位置检测值之间的中间点，识别重力力矩为零的位置。

在另一优选的实施例中，确定加速/减速条件的步骤包括确定加速驱动条件和减速驱动条件，以使重力力矩或加速度的累加值的大小的改变是关于重力力矩为零的位置线性对称的。计算惯性的步骤包括当根据确定的加速和减速条件驱动电机时，监视力矩命令值和加速度检测值。从加速驱动过程中所述力矩命令值的累加值与所述加速度检测值的累加值之间的比率和减速驱动过程中所述力矩命令值的累加值与所述加速度检测值的累加值之间的比率的平均值，计算可移动部分的惯性。

在另一个优选实施例中，确定加速/减速条件的步骤包括确定所述加速驱动条件和所述减速驱动条件，以使重力力矩或加速度的累加值的大小的改变是关于重力力矩为零的位置线性对称的。计算惯性的步骤包括当根据确定的加速条件和减速条件驱动电机时，监视力矩命令值和加速度检测值。从通过分别对加速驱动过程和减速驱动过程中的力矩命令值的累加值求和获得的求和值与通过分别对加速驱动过程和减速驱动过程中的加速度检测值的累加值求和获得的求和值之间的比率，计算可移动部分的惯性。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种惯性估算装置，其用于估算可移动部分的惯性，该可移动部分包括电机和驱动部分，该驱动部分安装在一装置上，该装置根据力矩命令值驱动所述电机。力矩命令值是基于电机或连接到该电机的驱动部分的位置命令值和位置检测值来计算。所述装置包括加速/减速条件确定单元，其用于当所述可移动部分被驱动时，确定至少一个加速驱动条件和减速驱动条件，以使可移动部分的重力力矩或加速度的累加值具有关于一位置的对称特性，在该位置处抵消重力影响的重力力矩为零。该装置还包括惯性计算单元，其用于从当电机按照所述确定的加速条件或确定的减速条件被驱动时获得的力矩命令值的累加值与所述电机或所述驱动部分的加速度检测值的累加值之间的比率，计算所述可移动部分的惯性。在经过所述重力力矩为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，计算惯性。

通过本发明，在累加力矩命令值以估算惯性的过程中，驱动部分受到加速/减速驱动以抵消重力力矩的影响，借此，即使对于重力影响根据电机位置而不同的机器结构，仍可正确估算惯性。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的框图；

图2为本发明的一个应用中的位置命令和力矩命令的特性曲线图；

图3为当驱动部分的重力中心位置偏离时重力力矩的特性曲线图；

图4为本发明中调节加速/减速时间的方法的示意图；

图5为本发明的一个应用中的位置命令和力矩命令的特性曲线图；

图6展示了本发明的处理过程的流程图；

图7为根据本发明的一个实施例的处理过程的流程图；

图8为根据本发明的一个实施例的处理过程的流程图；

图9为根据本发明的一个实施例的处理过程的流程图；

图10为根据本发明的一个实施例的处理过程的流程图；

图11为根据本发明的一个实施例的处理过程的流程图；

图12为根据本发明的一个实施例的处理过程的流程图；

图13为传统技术的处理过程的流程图；

图14为传统技术的处理过程的流程图；

图15为传统技术的框图；

图16为展示重力力矩根据电机的位置而改变的示意图。

具体实施方式

以下描述本发明的一个实施例。与传统例子中所述的相类似的组成组件用相同编号的标示，并且不再重复描述。

图1为本发明的一个实施例的框图。位置命令计算器31生成位置命令值Pc，位置检测器37检测电机35或负载的位置检测值Pd。Pc和Pd间的偏差被输入位置控制器32，该位置控制器32生成速度命令值Vc作为输出。同时，微分器38求出位置检测值Pd的微分，以生成速度检测值Vd作为输出。速度命令值Vc和速度检测值Vd间的偏差被输入速度控制器33，该速度控制器33生成力矩命令值Tc作为输出。电流控制器34根据力矩命令值Tc，通过连接到该电机35上的负载36驱动该电机35。

在图1中，位置控制装置进一步包括惯性估算单元41，该惯性估算单元41允许对可移动部分的惯性进行估算。该惯性估算单元41包括确定计算可移动部分的加速/减速条件的加速/减速条件确定单元39，和计算可移动部分的惯性的惯性计算器40。

图6为本发明的处理过程的流程图。在通过加速/减速条件确定单元39确定了用于计算可移动部分惯性的加速/减速条件后，通过惯性计算器40计算可移动部分的惯性。加速/减速条件确定单元39和惯性计算器40，以及每个处理过程，将通过参照图7-12所示的流程图的实施例进行描述。

实施例一

    首先，参见图2，将描述加速/减速条件确定单元39的操作。对于重力影响根据电机位置而不同的机器结构，要抵消重力分量的力矩（重力力矩）Tg 响应旋转角θ而发生改变，如图2最上行所示。

此时，加速/减速条件确定单元39确定加速命令值Ac，如图2第二行所示。具体地，该加速命令设置成驱动部分（如电机35和负载36）的加速度的变化是关于Tg为零的位置线性对称的。例如，如图2所示，加速度从t2期间的零增至恒定加速度，其中驱动部分在t1期间是被驱动的，以到达Tg为零的位置。在t1期间持续恒定加速度的驱动，接着在t2期间加速度减小至零，在所述t2期间加速结束。假定根据机器结构等能够预先确定Tg为零的位置。

对上面确定的加速命令值Ac进行累积，获得图2第三行所示的速度命令值Vc。通过对速度命令值Vc进行积分，可以获得图2第四行所示的位置命令值Pc。

当原点处在Tg为零的位置时，位置命令值Pc设置为使得加速的起点位于先于原点0以θs的位置。可以通过对从加速起点到Tg为零的位置的速度命令值Vc进行积分而确定θs的大小。

加速/减速条件确定单元39向位置命令计算器31告知加速/减速条件，如加速起点-θs，加速/减速时间t1、t2等，以便从位置命令计算器31输出位置命令值Pc。

当如图2第四行所示的位置命令值Pc从位置命令计算器31输出时，通过位置控制器32、速度控制器33和电流控制器34驱动电机35。

此时，从速度控制器33输出的力矩命令值Tc如图2最下行所示变化。在没有重力影响的条件下，力矩命令值Tc与加速度命令值Ac成比例，如图2最下行中的点划线所示。然而，当存在重力影响时，力矩命令值Tc具有如图2最下行中的实线所示的特性，该力矩命令值包括要加速驱动部分所需的加速力矩和要抵消重力分量所需的力矩。

由图2最下行中的阴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的力矩在通过原点0的时刻变为零。

接着，描述惯性计算器40的操作。该惯性计算器40根据位置命令值Pc确定加速/减速状态，并对在加速/减速状态中时的力矩命令值Tc以及通过由二阶微分得到的加速度检测值Ad进行累积。可以通过在电机或驱动部分设置加速度传感器而得到加速度检测值Ad。在加速/减速后，力矩命令值Tc的累加值除以加速度检测值Ad的累加值，以给出代表可移动部分惯性的计算结果。

累加的力矩命令值Tc包括要抵消重力分量所需的力矩Tg，当通过原点0时Tg的形迹反向，如图2最下行中的阴影所示。因此，当在加速过程中累加力矩命令值Tc时，要抵消重力分量所需的力矩Tg 在通过原点0之前和之后被抵消，借此，力矩命令值Tc的累加值为大致等于需要加速驱动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检测值Ad的累加值，可以计算出消除可重力影响的可移动部分的惯性。

在上述实施例中，参照图2所示的例子已经对加速度操作进行了描述，然而，惯性计算不限于此。例如，图2展示了从位置-θs到位置θe的加速度操作，但是，可能通过，例如，从位置θs到位置-θe的加速，倒转操作的方向。可选地，也可能通过，例如，从位置θe到位置–θs或从位置-θe到位置θs的减速，用减速操作代替加速操作计算惯性。

图7为概述了加速/减速条件确定单元39和惯性计算器40的处理过程的流程图。

首先，在步骤A1，加速/减速条件确定单元39确定用于围绕Tg为零的位置的加速/减速的加速命令值Ac。在步骤A2，通过对加速命令值Ac进行积分来确定位置命令值Vc。接着，在步骤A3，通过对速度命令值Vc进行积分来确定位置命令值Pc，借此，确定用在位置命令计算器31中的加速/减速条件。于是，根据步骤A3确定的加速/减速条件驱动电机35。

同时，在步骤B1，根据位置命令值Pc，检测加速/减速状态。在步骤B2，在加速/减速过程中，累加力矩命令值Tc和加速检测值Ad。在加速/减速之后，在步骤B3，力矩命令值Tc的累加值除以加速度检测值Ad的累加值，以计算出可移动部分的惯性J。

因此，在本发明的惯性估算方法中，在累加力矩命令值以估算惯性的过程中，驱动部分受到加速/减速驱动以抵消重力力矩的影响，借此，即使对于重力影响根据电机位置而不同的机器结构，仍可以正确估算惯性。

实施例二

接着，描述一个相对实施例一有所变化的实施例。相比实施例一，在如下的实施例中，扩展了加速/减速条件确定单元39的功能。

在实施例一中，可以根据机器结构等预先确定要抵消重力分量所需的力矩Tg为零的位置。然而，如果使得重力的中心位置偏离，例如以一种不平衡的方式在工作台23上放置工件24，如图3所示，要抵消重力分量所需的力矩Tg为零的位置也将偏离。

例如，当没有放置工件24时，假定要抵消重力分量所需的力矩Tg的特性由图3下半部分中的虚线表示，在放置工件24时要平衡的机器姿态是位于从电机21的旋转角偏移了θr的位置。于是，Tg的特性将由图3下半部分中的实线表示，其中，Tg大小为零的位置相对没有放置工件24状态下的位置偏离了θr。

由于引入了这样的偏差，在实施例一所述的惯性估算的力矩命令值累加过程中的重力力矩的影响难以抵消。也就是说，必须校正该偏差以正确估算惯性。因此，在本实施例中，向实施例一的加速/减速条件确定单元39加入了以下功能。

要抵消相对于电机21的旋转角θ的重力分量所需的力矩Tg的大小大致等于当电机以恒定速度驱动时的力矩命令值Tc，并且可以通过测量相对旋转角θ的Tc确定。因此，当电机以恒定速度驱动时，要用加速/减速条件确定单元39监视Tc，并且，当Tc为零时，基于位置检测值Pd，识别Tg为零的位置。

在这种情况下，如实施例一所述，设置位置命令值Pc，通过惯性计算器40计算惯性。因此，可以在消除了重力影响下计算可移动部分的惯性。

图8为概述了加速/减速条件确定单元39的处理过程的流程图。

首先，在步骤C1，检测到电机以恒定速度驱动，并且，在步骤C2，测量和监视恒定速度驱动过程中的力矩命令值Tc。在步骤C3，当力矩命令值Tc的极性反转时（即，Tc为零），根据位置检测值Pd，识别Tg为零的位置。之后，执行步骤A1到步骤A3，确定用在位置命令计算器31中的加速/减速条件。

如上所述，在本发明的惯性估算方法中，尽管当驱动部分的重力中心位置偏离了，通过测量Tg为零的位置。在累加力矩命令值的过程中，驱动部分受到加速/减速驱动，以抵消重力力矩的影响，借此，即使对于重力影响根据电机位置而不同的机器结构，仍可以正确估算惯性。

实施例三

接着，描述另一个相对实施例一变化的实施例。相比实施例一，在如下的实施例中，扩展了加速/减速条件确定单元39的功能。

在实施例一中，已经描述了用于使驱动部分如电机35或负载36围绕要抵消重力分量所需的力矩Tg为零的位置加速、从而从位置-θs加速到位置θe的指令。然而，随着在加速过程中速度逐渐增加，相同时期的运动量随着时间的增加而增加。

也就是说，如图4所示，加速起点-θs和加速终点θe间的大小关系为θs < θe，要抵消重力分量所需的力矩Tg的大小由| Tg (-θs) | < | Tg (θe) |表示。于是，在Tg为零的位置之前和之后难以完全抵消重力的影响，而惯性估算的结果包括重力力矩轻微的影响。因此，在本实施例中，相比于实施例一，向实施例一的加速/减速条件确定单元39加入了以下功能。

如在实施例一中，在设置位置命令值Pc后，根据要抵消相对电机21的旋转角θ的重力分量所需的力矩Tg的特性，计算相对一段间隔时间的Tg特性，如图4第四行所示。

接着，确定在穿过要抵消重力分量的力矩Tg为零的位置（原点0）之前和之后何时提供相同大小的Tg的累加值（即，通过在加速度的起点开始累加Tg，当累加值返回到零的时刻）。

因此，如图4最下行所示，确定具有缩短的加速时间的加速命令值Ac，以使加速度在上述时刻结束。在图4中，确定了缩短时间t0，并且提供恒定加速度的时间t1被缩短并被t1’所取代。这样的加速命令值Ac可以被认为是要提供关于Tg为零的位置具有对称特性的重力力矩Tg的命令。

因此，具有调整了加速/减速时间的加速命令值Ac经过二阶微分重新组成位置命令值Pc。基于重新组成的位置命令值Pc，通过如实施例一中的惯性计算器40执行加速/减速驱动以计算惯性。

通过上述操作，在穿过原点0之前和之后要抵消重力分离的力矩Tg可以更准确地抵消，得到对消除重力影响的可移动部分的惯性估算。

图9为概述了加速/减速条件确定单元39的处理过程的流程图。

首先，通过执行步骤A1到步骤A3确定位置命令值Pc。在步骤D1，确定了相对于时间t的Tg特性。接着，在步骤D2，确定在穿过力矩Tg为零的位置之前和之后Tg的累加值的大小相同的时间。在步骤D3，再次确定要用在位置命令计算器31中的加速/减速条件，这样基于位置命令值Pc的加速/减速在这个时间结束。

如上所述，在本发明的惯性估算方法中，调整加速/减速时间以更准确地抵消重力力矩的影响，借此，即使对于重力影响根据电机位置而不同的机器结构，仍可以更准确地估算惯性。

实施例四

    接着，描述一个相对实施例二变化的实施例。相比实施例二，在如下的实施例中，扩展了加速/减速条件确定单元39的功能。

当通过测量恒定速度驱动过程中的力矩命令值Tc来确定要抵消重力分量所需的力矩Tg的大小时，只要摩擦力矩的影响包含在Tc中，则将形成图5最上行所示的波形。具体地，对于由实线表示的Tg的真值，当电机21在正方向选择时，将得到由虚线表示的测量结果，而当电机21在负方向旋转，将得到由点划线表示的测量结果。

换言之，要抵消重力分量所需的力矩Tg为零的位置将偏离真值。这是由于取决于运行方向、具有不同反应方向的摩擦力矩的影响。

随着引入这样的偏差，难以去除要惯性估算的力矩命令值累加过程中的重力力矩的影响。也就是说，为了正确估算惯性，必须校正该偏差。因此，在本实施例中，向实施例二的加速/减速条件确定单元39加入了以下功能。

为了测量要抵消关于电机21的旋转角θ的重力分量所需的力矩Tg的大小，分别测量当电机在恒定速度下在正方向和负方向上驱动时相对旋转角θ的力矩命令值Tc。在每一种情况下，识别Tc为零的位置检测值Pd，并且其中点被当作Tg为零的位置。

随后，类似于实施例二配置位置命令值Pc，并通过惯性计算器40计算惯性。因此，可以计算消除重力影响的可移动部分的惯性。

图10为概述了加速/减速条件确定单元39的处理过程的流程图。

首先，在步骤E1检测电机在恒定速度以正方向驱动的状态，并且，在步骤E2，在以正方向恒定速度驱动的时间下测量和监视力矩命令值Tc。在步骤E3，当力矩命令值Tc的极性反转时（Tc为零）识别位置方向值Pd。

随后，在步骤E4检测电机在恒定速度以负方向驱动的状态，并且，在步骤E5，在以负方向恒定速度驱动的时间下测量和监视力矩命令值Tc。在步骤E6，当力矩命令值Tc的极性反向时（Tc为零）识别位置方向值Pd。

随后，在步骤E7，将介于步骤E3中识别的位置（Pd）与步骤E6中识别的位置（Pd）之间的中点识别为Tg为零的位置。在这种状态下，执行步骤A1到步骤A3，以确定使用在位置命令计算器31中的加速/减速条件。

步骤E1到步骤E3可与步骤E4到步骤E6交换。也就是说，如果在执行步骤E4到步骤E6后执行步骤E1到步骤E3不会出现问题。

因此，在本发明的惯性估算方法中，即使存在非常大的摩擦力矩影响，仍可以识别出重力力矩的影响为零的位置，借此，驱动部分经过加速/减速驱动以抵消在力矩命令值累加的过程中重力力矩的影响。于是，即使对于重力影响根据电机位置而不同的机器结构，仍可以正确估算惯性。

实施例五

接着，描述另一个相对实施例四变化的实施例。相比实施例四，在如下的实施例中，扩展了惯性计算器40的功能。

当包含在力矩命令值Tc中的摩擦力矩的影响很大以致不能忽略相对加速/减速所必需的加速力矩时，通过累加的Tc计算惯性过程中，由于摩擦力矩的影响，惯性的估算值将存在误差。因此，在本实施例中，向实施例四的惯性计算器40加入了以下功能。

在不能忽略摩擦力矩影响的条件下，如图5最下行所示，力矩命令值Tc包括加速/减速力矩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。在图5最下行中，点划线表示已经考虑了Ta和Tg的Tc，实线表示除了Ta和Tg还已经考虑了Tf的Tc。相对于由实线表示的特性，由阴影所示的等于Tf的力矩，是驱动轴所必需的。力矩间的惯性可以用电机21的旋转角θ通过下式概括：

Tc = Ta + Tg (θ) + Tf [加速 （正方向运动）]

 -Ta + Tg (θ) + Tf [减速 （正方向运动）]

 -Ta + Tg (θ) - Tf [加速（负方向运动）]

Ta + Tg (θ) - Tf [减速（负方向运动）]

... 式（4）

        加速/减速力矩Ta的形迹在加速和减速之间反转且不同。加速度的方向也在正方向运动和负方向运动间反转且不同。同时，因为要抵消重力分量所需的力矩Tg是由位置确定的，因此只要其位置相同且形迹也相同，则既不通过加速/减速也不通过运动方向来改变力矩Tg。由于要抵消摩擦力分量所需的力矩Tf对抗轴向移动，因此，根据运动方向确定其形迹。

摩擦力矩的影响可以通过在相同位置执行加速操作和减速操作予以抵消。例如，在加速（在正方向运动）和减速（在负方向运动）间计算差值，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。

类似地，要抵消摩擦力分量所需的力矩Tf也可以通过加速（在正方向运动）和减速（在负方向运动）间的加法、加速（在负方向运动）和减速（在负方向运动）间的减法，以及加速（在负方向运动）和减速（在正方向运动）间的加法抵消。

然而，在组合加速（在正方向运动）和减速（在正方向运动），以及加速（在负方向运动）和减速（在负方向运动）时，由于在相同点处具有不同的通过速度，因此，即使当加速/减速段是相同的时，对于相同时间周期，移动量将存在差异。于是，要抵消重力分量所需的力矩Tg为零的位置以及Tg改变的方式将不同。因此，当计算惯性时重力力矩的影响保持在一定程度。优选地，建议使用加速（在正方向运动）和减速（在负方向运动），以及加速（在负方向运动）和减法（在正方向运动）的组合来抵消要抵消摩擦力分量所需的力矩Tf。

为了抵消要抵消摩擦力分量的力矩Tf，位置控制装置在由加速/减速条件确定单元39确定的要抵消重力分量的力矩Tg为零的位置执行加速/减速操作。惯性计算器40分别为加速和减速操作累加力矩命令值Tc和加速度检测值Ad。

在加速和减速操作之后，分别为加速和减速操作将力矩命令值Tc的累加值除以加速度检测值Ad的累加值，并且，以此根据这二者的均值计算可移动部分的惯性。在这种情况下，根据加速操作计算的可移动部分的惯性由于摩擦力矩的影响增大了，而根据减速操作计算的可移动部分的惯性由于摩擦力矩的影响减小了。通过取这二者的均值，可以计算出抵消了摩擦力矩影响的可移动部分的惯性。

可选地，力矩命令值Tc的累加值和加速度检测值Ad的累加值可以为加速和减速操作加起来，以计算力矩命令加起来的累加值和加速度检测加起来的累加值。力矩命令的总和累加值除以加速度检测的总和累加值，得到可移动部分的惯性。在这种情况下，在计算力矩命令加起来的累加值的过程中，可以分别在加速操作和减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。

图11或图12所示的流程图概述了图6的惯性计算器40的处理过程。

首先，在图11中，在步骤F1，根据位置命令值Pc检测加速状态，在步骤F2中，在加速过程中，分别累加力矩命令值Tc和加速度检测值Ad。在步骤F3，加速之后，力矩命令值Tc的累加值除以加速度检测值Ad的累加值，以计算加速惯性Ja。

同时，在步骤F4，根据位置命令值Pc检测减速状态，在步骤F5中，在减速过程中，分别累加力矩命令值Tc和加速度检测值Ad。在步骤F6，减速之后，力矩命令值Tc的累加值除以加速度检测值Ad的累加值，以计算减速惯性Jd。

随后，在步骤F7，通过取加速惯性Ja和减速惯性Jd的均值，计算可移动部分的惯性J。

在图12中，在步骤G1，根据位置命令值Pc，检测加速状态，在步骤G2，在加速过程中，分别累加力矩命令值Tc和加速度检测值Ad。之后，在步骤G3，根据位置命令值Pc，检测减速状态，在步骤G4，在减速过程中，分别累加力矩命令值Tc和加速度检测值Ad。

随后，在步骤G5，对加速和减速过程中各自的力矩命令值Tc的累加值求和，以计算力矩命令的总和累加值。在步骤G6，加速度检测值Ad的累加值在加速和减速过程中分别加到一起，以计算加速度检测值加起来的累加值。在这种情况下，力矩命令加起来的累积值除以加速度检测加起来的累加值，以计算可移动部分的惯性J。

如上所述，在本发明的惯性估算方法中，在为估算惯性而累加力矩命令值的过程中，抵消了重力力矩的影响，并且，通过加速和减速的组合抵消了摩擦力矩的影响。于是，即使对于重力影响根据电机位置而不同的机器结构以及不能忽略摩擦力矩影响的情况下，仍可以准确地估算惯性。

值得注意的是，在如上所述的实施例一至五中，累加的力矩命令值Tc用于计算惯性，然而，本发明不限于此。例如，可以通过，例如从电流控制器34中的力矩命令值Tc转换得到的电流命令值和代表施加到电机35上的检测电流的电流检测值的累加值，计算惯性。结果累加的值乘以力矩常数或类似等，以将其转换成等同于力矩命令值Tc的值。

Claims (7)

1.惯性估算方法，其用于估算可移动部分的惯性，该可移动部分包括电机和安装在装置上的驱动部分，所述装置根据力矩命令值而驱动所述电机，所述力矩命令值是基于所述电机或连接到该电机的该驱动部分的位置命令值和位置检测值计算的，该方法包括以下步骤：

当所述可移动部分被驱动时，确定加速/减速条件，以确定至少一个加速驱动条件和减速驱动条件，从而使重力力矩或可移动部分的加速度的累加值具有关于一位置的对称特性，在该位置处抵消重力影响的重力力矩为零；以及

计算惯性，以从在根据所述确定的加速或减速条件驱动电机时获得的力矩命令值的累加值与所述电机或所述驱动部分的加速度检测值的累加值之间的比率，计算可移动部分的惯性。

2.根据权利要求1所述的惯性估算方法，其特征在于：从在以恒定速度驱动所述驱动部分时当所述力矩命令值的极性反转的时刻获得的所述位置检测值来识别所述重力力矩为零的位置。

3.根据权利要求1所述的惯性估算方法，其特征在于：当所述驱动部分经受加速驱动或减速驱动时，以使所述重力力矩的累加值在经过重力力矩为零的位置之前和之后是相同的的方式来调节加速时间或减速时间。

4.根据权利要求1所述的惯性估算方法，其特征在于：确定所述加速/减速条件的步骤包括：

当所述驱动部分以恒定速度被往复驱动时，监视所述力矩命令值；以及

从介于当所述力矩命令值的极性在前进路径中反转的时刻获得的位置检测值与当所述力矩命令值的极性在返回路径中反转的时刻获得的位置检测值之间的中间点，识别重力力矩为零的位置。

5.根据权利要求1所述的惯性估算方法，其特征在于：所述确定加速/减速条件的步骤包括确定加速驱动条件和减速驱动条件，以使重力力矩或加速度的累加值的大小的改变是关于重力力矩为零的位置线性对称的，

所述计算惯性的步骤包括当根据所述确定的加速条件和所述确定的减速条件驱动电机时，监视所述力矩命令值和所述加速度检测值，以及

从加速驱动过程中所述力矩命令值的累加值与所述加速度检测值的累加值之间的比率和减速驱动过程中所述力矩命令值的累加值与所述加速度检测值的累加值之间的比率的平均值，计算可移动部分的惯性。

6.根据权利要求1所述的惯性估算方法，其特征在于：所述确定加速/减速条件的步骤包括确定所述加速驱动条件和所述减速驱动条件，以使重力力矩或加速度的累加值的大小的改变是关于重力力矩为零的位置线性对称的，

所述计算惯性的步骤包括当根据所述确定的加速条件和减速条件驱动所述电机时，监视所述力矩命令值和所述加速度检测值，以及

从通过分别对加速驱动过程和减速驱动过程中的力矩命令值的累加值求和获得的求和值与通过分别对加速驱动过程和减速驱动过程中的加速度检测值的累加值求和获得的求和值之间的比率，计算可移动部分的惯性。

7.惯性估算装置，用于估算可移动部分的惯性，该可移动部分包括电机和驱动部分，该驱动部分安装在一装置上，该装置根据力矩命令值驱动所述电机，所述力矩命令值是基于所述电机或连接到该电机的所述驱动部分的位置命令值和位置检测值来计算的，所述惯性估算装置包括：

加速/减速条件确定单元，其用于当所述可移动部分被驱动时，确定至少一个加速驱动条件和减速驱动条件，以使所述可移动部分的重力力矩或加速度的累加值具有关于一位置的对称特性，在该位置处抵消重力影响的重力力矩为零； 

惯性计算单元，其用于从当电机按照所述确定的加速条件或确定的减速条件被驱动时获得的力矩命令值的累加值与所述电机或所述驱动部分的加速度检测值的累加值之间的比率，计算所述可移动部分的惯性，

其中，在经过所述重力力矩为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，计算惯性。