CN105814506A - 摩擦辨识方法以及摩擦辨识装置 - Google Patents

Abstract

实施方式的摩擦辨识方法具有下述步骤：对被驱动体的位置和驱动力的关系进行测量；根据位置和驱动力的关系，对与位置相关的摩擦模型的参数进行辨识；对从运动方向反转位置起的位移和驱动力的关系进行测量；使用位移和驱动力的关系、以及与位置相关的摩擦模型，对与位移相关的摩擦模型的参数进行辨识；对速度和驱动力的关系进行测量；使用速度和驱动力的关系、与位置相关的摩擦模型、以及与位移相关的摩擦模型，对与速度相关的摩擦模型的参数进行辨识；对加速度和驱动力的关系进行测量；以及使用加速度和驱动力的关系、与位置相关的摩擦模型、与位移相关的摩擦模型、以及与速度相关的摩擦模型，对与加速度相关的摩擦模型的参数进行辨识。

Description

摩擦辨识方法以及摩擦辨识装置

技术领域

本发明涉及一种使用装置的模型而对摩擦进行校正的功能，特别是涉及对摩擦模型的参数进行辨识的摩擦辨识方法以及摩擦辨识装置，其中，该装置是指机器人或者工作机械等高精度地对位置以及速度进行控制的装置，该摩擦模型以装置的多个状态量为输入变量。

背景技术

工作机械具有多个进给轴，它们由线性电动机以及伺服电动机驱动。关于各进给轴，进行下述反馈控制，即，使用位置检测器对被驱动体的位置进行检测，对检测出的被驱动体的位置和指令位置之间的误差进行校正，以使得固定有加工对象物的工作台之类的被驱动体的实际的位置与指令位置一致。在反馈控制中，以即使输入了未知的干扰，也将干扰消除的方式对驱动力进行控制，但如果检测出误差，则将与误差相对应的驱动力输入，因此存在进给轴的响应迟缓的问题。

作为干扰力之一的摩擦力给轮廓运动的精度带来的影响是众所周知的。例如，在使用XY平面内正交的两个轴进行圆弧轨迹的运动的情况下，对两个轴分别施加相位错开90度的正弦波状的运动指令。并且，在圆弧的象限进行切换的点，某进给轴的运动方向反转。此时，在作为进给轴的结构要素的滚珠丝杠或者轴承之类的接触部所产生的摩擦扭矩以及摩擦力的方向也反转，因此反转轴的控制系统延迟一定时间才进行响应。因此，响应轨迹产生追随误差，实际的轨道从指令轨迹的稍微外侧通过。该现象被称为象限凸起，成为使运动精度下降的主要原因。

此外，旋转系统的摩擦扭矩与直线运动系统的摩擦力能够通过由机械系统的结构所确定的常量而进行等价换算，因此，在本说明书中，不对摩擦扭矩和摩擦力进行区分，同样地，也不对直线运动电动机的电动机推力和旋转电动机的电动机扭矩进行区分。

已知下述基于模型的干扰校正方式，即，为了解决运动精度由于包含摩擦在内的干扰的影响而恶化的问题，使用模型而对干扰进行预测，将为了消除干扰的影响所需的校正力输入至电动机的控制系统。例如存在专利文献1所示的、在检测出运动方向的反转时将预定的时间和振幅的脉冲波状的电流校正指令输出的方式，或者专利文献2所示的、将通过以被驱动体位置作为输入的非线性函数而表现出的校正力输出的方式等。在专利文献3中，摩擦模型同时使用库伦摩擦和与速度成比例的粘性摩擦这两个模型。

在具有基于模型的干扰校正功能的装置中，需要事先对在装置产生的干扰力进行测量，对在校正中使用的模型的参数进行辨识。在专利文献1中，根据预先测量的运动误差量对校正指令的脉冲宽度和脉冲时间进行确定。在专利文献2中，将运动方向反转时的位置和电动机电流的关系辨识作为1输入1输出的函数。在专利文献3中，使用辨识算法对库伦摩擦系数和粘性摩擦系数这两个常量进行辨识。

如以下示出的背景技术文献那样，在应当辨识的干扰模型的要素少的情况下或者使用线性的模型的情况下，能够以相对简单的测量进行干扰模型的参数辨识。

专利文献1：日本特开昭60-116004号公报

专利文献2：日本特开2008-210273号公报

专利文献3：日本特开2006-20487号公报

发明内容

然而，根据上述现有的技术，在应当辨识的模型的参数多的情况下、考虑了多个状态量的输入的情况下、或者考虑了非线性特性的情况下，存在下述问题，即，难以利用单纯的处理对模型的参数进行辨识。

关于实际的摩擦现象，已知会根据与原点等预定的基准点的距离(下面，简单地表述为位置)、从运动方向反转位置起的移动量(以下，简单地表述为位移)、速度、加速度而出现变动，分别相对于位置、位移、速度、加速度显示出非线性的特性。例如，关于摩擦的位移相关性，已知在微小位移区域具有由位移量和摩擦的关系示出的迟滞环特性，在大位移区域具有库伦摩擦特性。另外，关于摩擦的速度相关性，广为知晓由速度和摩擦力的关系示出的斯特里贝克曲线。

如前所示，摩擦力相对于各个状态量的变化显示出非线性的行迹，但存在摩擦力分别相对于位置、位移、速度、加速度的变化以何种方式变化之类的关联性不明确的课题，以及未建立以这些影响摩擦特性的状态量为单位而分离开进行辨识的摩擦辨识方法的问题。例如，在专利文献1中，仅能够以脉冲宽度和脉冲时间这两个参数对摩擦模型进行辨识，即使摩擦由于速度或者位移的变化而发生变化，也无法应对。另外，在专利文献2中，相对于位置利用非线性函数对摩擦进行辨识，但关于必然同时存在的、会由于速度的影响而发生变化的摩擦力却未提及。在专利文献3中，考虑了根据位移和速度而发生变化的库伦摩擦或者粘性摩擦，但未考虑这些摩擦均为非线性特性这一点。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供如下的摩擦辨识方法以及摩擦辨识装置，即，针对与位置、位移、速度、加速度分别相关联而变动的摩擦特性，将各状态量的变化对摩擦特性造成的影响分离开，对以每个状态量为单位独立的非线性摩擦模型的参数进行辨识。

为了解决上述课题、实现目的，本发明的特征在于，具有下述步骤：对被驱动体的位置和驱动力的关系进行测量；根据所述被驱动体的位置和驱动力的关系，对与位置相关的摩擦模型的参数进行辨识；对所述被驱动体的从运动方向反转位置起的位移和驱动力的关系进行测量；使用所述被驱动体的位移和驱动力的关系、以及所述与位置相关的摩擦模型，对与位移相关的摩擦模型的参数进行辨识；对所述被驱动体的速度和驱动力的关系进行测量；使用所述被驱动体的速度和驱动力的关系、所述与位置相关的摩擦模型、以及所述与位移相关的摩擦模型，对与速度相关的摩擦模型的参数进行辨识；对所述被驱动体的加速度和驱动力的关系进行测量；以及使用所述被驱动体的加速度和驱动力的关系、所述与位置相关的摩擦模型、所述与位移相关的摩擦模型、以及所述与速度相关的摩擦模型，对与加速度相关的摩擦模型的参数进行辨识。

发明的效果

根据本发明，实现下述效果，即，通过针对根据多个状态量而变动的摩擦力执行规定的测量步骤，从而能够在短时间针对各个状态量的每一个，对1输入1输出系统的摩擦模型的参数进行辨识。并且，通过使用所得到的模型，从而能够应对状态量的变化，能够得到容易进行微调的摩擦校正模型。

附图说明

图1是表示伺服控制装置、电动机以及被驱动体的结构的例子的框图，其中，该伺服控制装置应用了本发明的实施方式1～3涉及的摩擦辨识装置。

图2是表示实施方式1～3中应用本发明的伺服控制部的结构的框图。

图3是表示实施方式1～3中应用本发明的机械模型部的结构的框图。

图4是表示实施方式1～3中所辨识的摩擦模型的结构的框图。

图5是表示实施方式1以及2涉及的摩擦模型的内容的表。

图6是表示实施方式1涉及的摩擦辨识装置的结构的框图。

图7是表示实施方式1涉及的摩擦辨识方法的流程图。

图8是表示实施方式1～3涉及的对位置相关摩擦以及位移相关摩擦进行测量时的位置指令的一个例子的图。

图9是表示实施方式1涉及的对速度相关摩擦进行测量时的位置指令的一个例子的图。

图10是表示实施方式2涉及的摩擦辨识装置的结构的框图。

图11是表示实施方式2涉及的摩擦辨识方法的流程图。

图12是表示在实施方式2涉及的速度相关摩擦和加速度相关摩擦的辨识中使用的运动模式的例子的图。

图13是表示实施方式3涉及的摩擦辨识装置的结构的框图。

图14是表示实施方式4涉及的摩擦辨识装置的结构的一部分的框图。

具体实施方式

下面，基于附图详细地说明本发明涉及的摩擦辨识方法以及摩擦辨识装置的实施方式。此外，本发明并不限定于本实施方式。

实施方式1.

图1是表示伺服控制装置10、电动机16以及被驱动体18的结构的例子的框图，其中，该伺服控制装置10应用了本发明的实施方式1～3涉及的摩擦辨识装置6。为了进行摩擦校正，摩擦辨识装置6根据在装置产生的摩擦的测量数据而对摩擦模型的参数进行辨识。

图1示出：伺服控制装置10；电动机16，其由伺服控制装置10对动作进行控制；位置检测器20，其与电动机16连接；以及被驱动体18，其被电动机16驱动。伺服控制装置10具有指令值输入部12、伺服控制部14、机械模型部22、干扰模型部24和摩擦辨识装置6。

指令值输入部12根据所输入的被驱动体18的目标位置，将位置指令输出至伺服控制部14以及机械模型部22。

伺服控制部14使用来自指令值输入部12的位置指令、来自位置检测器20的检测器信号(检测位置)、来自干扰模型部24的干扰校正值而进行反馈控制，将电动机电流(驱动电流)输出至电动机16，由此对被驱动体18的运动进行控制。

图2是表示伺服控制部14的结构的框图。伺服控制部14具有P(Proportional：比例)控制器30a、PI(Proportional-Integral：比例积分)控制器32a和微分器34a，具有由P控制器30a进行补偿的位置环、和由PI控制器32a进行补偿的速度环。

机械模型部22模拟包含伺服控制部14、电动机16以及被驱动体18的系统，基于由指令值输入部12输出的位置指令而对被驱动体18的位置、位移、速度以及加速度这四个状态量进行推定，并输出至干扰模型部24。

图3是表示机械模型部22的结构的框图。机械模型部22具有P控制器30b、PI控制器32b、扭矩常量乘法器38、进给轴惯量乘法器40、积分器36a、积分器36b和反转后位移推定器42。

来自指令值输入部12的位置指令以及积分器36b的输出被输入至P控制器30b。P控制器30b的输出以及积分器36a的输出被输入至PI控制器32b。PI控制器32b的输出被输入至扭矩常量乘法器38，该扭矩常量乘法器38根据电动机电流指令值对电动机的扭矩进行计算并输出。

扭矩常量乘法器38的输出被输入至进给轴惯量乘法器40。进给轴惯量乘法器40的输出是作为状态量之一而从机械模型部22输出的“加速度”。此外，惯量是预先计算得出的。进给轴惯量乘法器40的输出被输入至积分器36a。

积分器36a的输出是作为状态量之一而从机械模型部22输出的“速度”。积分器36a的输出被输入至积分器36b。积分器36b的输出是作为状态量之一而从机械模型部22输出的“位置”。积分器36a、36b的输出即“速度”和“位置”被输入至反转后位移推定器42。反转后位移推定器42的输出是作为状态量之一而从机械模型部22输出的“位移”。

由此，在机械模型部22中，通过对输入了位置指令时的进给轴运动进行模拟，从而计算进给轴的“位置”、“速度”以及“加速度”。另外，在反转后位移推定器42中，将速度和位置作为输入，输出从检测出速度的符号反转的位置起的位移量。

干扰模型部24根据由机械模型部22推定出的4个状态量而对干扰力进行推定，将推定出的干扰力作为干扰校正值而输出至伺服控制部14。另外，根据需要从摩擦辨识装置6接收干扰模型的数据。

图4是表示干扰模型部24的结构的框图。干扰模型部24具有：加速度相关干扰模型46、速度相关干扰模型48、位移相关干扰模型50、位置相关干扰模型52、将上述模型的输出相加的加法器54、将加法器54的输出作为干扰力而输入并将干扰校正值输出的扭矩常量除法器56。

图5表示干扰模型部24的模型参数的例子。对于该模型，以分别针对位置、位移、速度以及加速度这些状态量的输入将唯一对应的电流校正值输出的数据表的形式提供。由此，通过不进行任何近似计算，将表格数据作为模型的参数而输出，从而能够得到精度高的摩擦模型。在输入所取的是数据表的中间值的情况下，将插补后的干扰校正值输出。例如，如果状态量输入y处于由数据表规定的值Y_i和Y_i+1之间，则在该模型中，与状态量Y相关的干扰校正值I_Y(y)由下面的式(1)表示。这里，通过线性插补而计算出干扰校正值，但也可以以样条插补之类的其他方式进行插补。

【算式1】

$I_Y\left(y\right)=\frac{I\left(Y_{i+1}\right)-1\left(Y_i\right)}{Y_{i+1}-Y_i}(y-Y_i)+I\left(Y_i\right)\mathrm{...}\left(1\right)$

由此，针对各个状态量的输入，计算干扰校正值，利用加法器54对总电流校正值进行计算，利用扭矩常量除法器56变换为电动机的电流指令。

图6是表示摩擦辨识装置6的结构的框图，该摩擦辨识装置6对上述摩擦模型的参数进行辨识并将模型参数发送至干扰模型部24。在摩擦辨识装置6中，从机械模型部22输入位置、位移、速度以及加速度，从伺服控制部14输入电动机电流。位置相关摩擦测量部61测量以特定的运动模式对伺服控制装置10进行了驱动时的位置和电流的关系。

位置相关摩擦辨识部62根据测量出的位置和电流的关系对位置相关摩擦进行辨识，并输出至位移相关摩擦辨识部64、速度相关摩擦辨识部66、加速度相关摩擦辨识部68、模型发送部69。位移相关摩擦测量部63测量以特定的运动模式对伺服控制装置10进行了驱动时的位移和电流的关系。

位移相关摩擦辨识部64接收来自位置相关摩擦辨识部62和位移相关摩擦测量部63的输入，对位移相关摩擦进行辨识并输出至速度相关摩擦辨识部66、加速度相关摩擦辨识部68、模型发送部69。速度相关摩擦测量部65测量以特定的运动模式对伺服控制装置10进行了驱动时的速度和电流的关系。

速度相关摩擦辨识部66接收位置相关摩擦辨识部62、位移相关摩擦辨识部64、速度相关摩擦测量部65的输入，对速度相关摩擦进行辨识并输出至加速度相关摩擦辨识部68、模型发送部69。加速度相关摩擦测量部67测量以特定的运动模式对伺服控制装置10进行了驱动时的加速度和电流的关系。

加速度相关摩擦辨识部68接收位置相关摩擦辨识部62、位移相关摩擦辨识部64、速度相关摩擦辨识部66、加速度相关摩擦测量部67的输出，对加速度相关摩擦进行辨识并输出至模型发送部69。模型发送部69将模型的参数发送至干扰模型部24。

下面说明对由数据表表现出的摩擦模型的参数进行辨识的方法。在伺服控制部14，在将干扰模型部24的输出设为无效的状态下，即，使得干扰校正值为零的状态下，进行摩擦力的测量和摩擦模型的参数的辨识。使用电动机的驱动力f和被驱动体质量m、加速度a，利用下面的式(2)对施加于装置的总摩擦力F进行定义。

【算式2】

F＝f-ma…(2)

另外，电动机的驱动力f能够利用电动机的电流反馈值I_m和扭矩常量K_t，如下面的式(3)所示来计算。

【算式3】

f＝K_tI_m…(3)

然后，使用总摩擦力F、电动机的电流反馈值I_m和此时的电动机位置X、位移d、速度v、加速度a的测量结果而分阶段地对与各个状态量相关的摩擦模型的参数进行辨识。图7中示出辨识的流程图。在该辨识处理中，假设在装置产生的总摩擦力F如式(4)所示那样根据位置X、位移d、速度v、加速度a这四个状态量而变动。并且，如式(5)所示那样，将总摩擦力F分别分离为与位置X相关的摩擦F_x、与位移d相关的摩擦F_d、与速度v相关的摩擦F_v、与加速度a相关的摩擦F_a。

【算式4】

F＝F(X，d，v，a)…(4)

【算式5】

F＝F_X(X)+F_d(d)+F_v(v)+F_a(a)…(5)

在对位置和摩擦力的关系进行测量的步骤S1中，一边反复进行微小移动和停止，一边对作为被驱动体18的工作台进行驱动，对根据此时的位置和电动机的电流反馈值而计算出的摩擦力进行测量。图8中示出所指示的位置指令的一个例子。所指示的步进幅度和停止时间的最佳值根据作为测量对象的装置的结构而不同，通常对于与位置相关而变动的摩擦力的发生原因，已知是由于引导面或者滚珠丝杠的振摆回转而产生的，以几mm左右的周期进行变动，因此，优选指示出0.5mm～5mm左右的预定的移动幅度。停止时间是直至摩擦力稳定为止所需的时间，根据控制系统的稳定时间或者引导面的润滑状态而变化。根据经验，优选设定大于或等于100ms的停止时间。即，在被驱动体18的驱动范围内以预定的移动幅度反复进行移动和停止，对此时的被驱动体18的位置和驱动力同步进行测量。通过在该运动模式下执行测量，从而能够得到摩擦力的测量数据，该测量数据包含下述期间的数据，在该期间能够对仅位置相关摩擦的影响、或者仅位移相关摩擦的影响进行提取。

使用在步骤S1测量到的结果，在步骤S2中对与位置相关而变动的摩擦力进行辨识。在步骤S1，在作为被驱动体18的工作台停止的状态下、或者速度v小于或等于零附近的预定的阈值时，能够将速度v、加速度a均视为零。因此，只要对工作台的速度小于或等于阈值的期间进行检测，就能够在该期间将速度相关摩擦力F_v和加速度相关摩擦F_a一起忽略。于是，第i个停止点X_i时的总摩擦力F所包含的摩擦分量如下面的式(6)所示。

【算式6】

F＝F_X(X_i)+F_csgn(x)…(6)

这里，sgn表示符号函数。通常，在从运动方向反转位置起大于或等于几百μm的位移区域，位移相关摩擦能够视为恒定的库伦摩擦力F_c。这里，由于在回程，位移的绝对值为负，因此得到下面的式(7)。

【算式7】

F＝F_X(X_i)+F_csgn(-x)＝F_X(X_i)-F_c…(7)

即，通过根据式(6)和式(7)取往程和回程的总摩擦力F的平均值，从而能够对X_i时的位置相关摩擦力F_x(X_i)进行辨识。即，通过在各测量点进行相同的计算，从而得到位置摩擦模型F_x(X)，该位置摩擦模型F_x(X)将与位置一一对应的摩擦力输出。利用该辨识方法，能够将位置相关摩擦与其他摩擦分量分离开进行辨识。

在步骤S3中，对位移和摩擦力的关系进行测量。在该步骤中，与步骤S1相同地，在图8所示的运动模式下以微小的移动幅度对工作台进行驱动而进行测量。与步骤S1的差异仅在于所指示的步进幅度微小。位移相关摩擦F_d在小于或等于几百μm的位移范围显示出非线性特性。由于在上述位移范围以上的位移区域，进入至库伦摩擦区域，因此摩擦力为恒定值。因此，为了对位移相关摩擦F_d的非线性特性进行辨识，优选设定几μm～几十μm的指令幅度。

在步骤S4中，对位移相关摩擦进行辨识。根据式(5)，在第i个停止点d_i，总摩擦力F如下面的式(8)所示。

【算式8】

F＝F_X(X)+F_d(d_i)…(8)

在步骤S3中，对位置相关摩擦力F_x进行辨识，因此以下面的式(9)所示的方法对停止位置时的摩擦力F_x(d_i)进行计算，从总摩擦力减去该摩擦力，从而得到位移相关摩擦力F_d。即，通过在所有的停止点进行相同的计算，从而得到位移相关摩擦模型F_d，该位移相关摩擦模型F_d将与位移d一一对应的摩擦力输出。利用该辨识方法，能够将位移相关摩擦与其他摩擦分量分离开进行辨识。

【算式9】

F_d(d_i)＝F-F_X(X)…(9)

在步骤S5中，对速度和摩擦力的关系进行测量。图9中示出所指示的位置指令的一个例子。在步骤S5中，一边使作为被驱动体18的工作台的指令速度变化，一边按预定的移动幅度，以预定的速度以及预定的加速度反复进行往返运动。对此时的总摩擦力F和工作台位置X、速度v进行测量。通常认为，速度相关摩擦力在指令速度小于或等于几百mm/min时显示出非线性行迹，在大于或等于几百mm/min时显示出接近于线性的行迹。因此，在小于或等于几百mm/min时优选以10mm/min左右为单位使指令速度变化而进行测量。另一方面，在大于或等于几百mm/min的区域，从缩短测量时间的角度出发，以100～1000mm/min的变化幅度进行测量即可。由此，使速度或加速度的某一个、或者速度和加速度这两者变化而反复进行上述往返运动，对此时的被驱动体18的位置和驱动力同步进行测量。通过在该运动模式下执行测量，从而能够得到摩擦力的测量数据，该测量数据包含下述瞬间的数据，即，能够对仅速度相关摩擦的影响、或者仅加速度相关摩擦的影响进行提取的瞬间。

关于图9所示的位置指令，将移动距离设定为使得以恒定速度移动中的测量时间相等。但是，在指令速度大的情况下，存在在驱动范围内未完成测量的可能性，因此在进行高指令速度下的测量的情况下，优选设定可指示的最大的加速度，在驱动范围整个区域进行测量。

在步骤S6中，对速度相关摩擦力F_v进行辨识。以恒定速度移动中的加速度为零，因此使用式(5)，针对作为第i个指令速度的v_i，通过下面的式(10)而求出速度相关摩擦力F_v。即，通过以所有的指令速度进行测量，从而得到速度相关摩擦模型F_v，该速度相关摩擦模型F_v将与速度v一一对应的摩擦力输出。

【算式10】

F_v(v_i)＝F-F_X(X)-F_d(d)…(10)

在步骤S7中，对加速度和摩擦力的关系进行测量。在该步骤中，一边使工作台的指令加速度变化，一边反复进行单纯的往返运动，对此时的总摩擦力F和工作台位置X、速度v、加速度a进行测量。通常，加速度相关摩擦力大多在小于或等于2G左右的加速度时会产生影响，因此优选以0.1G的变化幅度使指令加速度变化而进行测量。另外，相反，在加速度过小的情况下，有时加速度相关摩擦的影响小而难以进行辨识，因此指令加速度的下限可以为0.01G～0.05G左右。并且，由于指令速度越快，加速所需的时间越长，测量的精度越提高，因此优选以可指示的最高速度进行测量。

在步骤S8中，对加速度相关摩擦F_a进行辨识。即，对被驱动体18的加速度恒定的期间进行检测，基于该期间的总摩擦力F，根据式(5)，第i个指令加速度时的摩擦力能够如下面的式(11)那样来计算。由此，能够从测量出的摩擦力将加速度相关摩擦分离开而进行辨识。

【算式11】

F_a(a_i)＝F-F_X(X)-F_d(d)-F_v(v)…(11)

如以上说明所示，在具有下述功能的装置中，作为对在校正中使用的摩擦模型的参数进行辨识的摩擦辨识方法而使用上面的步骤，即，该功能是指，使用模型而对摩擦力等干扰力进行校正，以使得被驱动体的位置以及速度与目标位置以及目标速度一致。

由此，使用能够从根据位置、位移、速度、加速度等多个状态量而变动的摩擦力仅将位置的摩擦力分离开的测量模式而对位置相关摩擦进行辨识，以相同的方式，能够按顺序对位移相关摩擦、速度相关摩擦、加速度相关摩擦进行测量以及分离，能够高效地对模型进行辨识。即，能够高效地分阶段对与位置、位移、速度、加速度相关而变化的摩擦力的模型的参数进行辨识。

即，通过使用本实施方式涉及的摩擦辨识方法，从而能够从由于多个状态量的变动而产生的被驱动体的总摩擦力依次提取与位置、位移、速度、加速度的单一状态量相关而变动的摩擦力的分量，对模型的参数进行辨识。由此，能够实现下述摩擦辨识装置，即，能够对位置相关摩擦、位移相关摩擦、速度相关摩擦、加速度相关摩擦进行辨识。

实施方式2.

在图10中示出表示本发明的实施方式2涉及的摩擦辨识装置6a的结构的框图。在图10中，速度及加速度相关摩擦测量部70具有图6的速度相关摩擦测量部65和加速度相关摩擦测量部67的功能，速度及加速度相关摩擦辨识部71具有图6的速度相关摩擦辨识部66和加速度相关摩擦辨识部68的功能，这与图6不同。

另外，图11中示出摩擦辨识方法的具体的流程图。图11中的步骤S1～S4与图7的步骤S1～S4相同。与实施方式1的差异在于以下方面，即，在图11的步骤S9以及步骤S10中，同时进行速度相关摩擦和加速度相关摩擦的测量以及辨识。

具体而言，在图11的步骤S9中，为了进行速度相关摩擦和加速度相关摩擦的同时测量以及辨识，使用正弦波状的运动指令。即，赋予正弦波状的运动指令，对使半径在R1～R30变化、使指令速度从10mm/min变化为10000mm/min为止时的摩擦力进行测量。通过对2个控制装置赋予相位相差了90度的正弦波指令，从而能够描绘圆弧轨迹，因此在工作机械经常使用正弦波指令。

图12中示出赋予了正弦波指令时的工作台的位置、速度、加速度的时间波形。圆弧运动轨迹下的加速度a根据圆弧的半径R和圆弧的旋转速度v而如下面的式(12)所示那样进行计算。

【算式12】

$a=\frac{v^2}{R}\mathrm{...}\left(12\right)$

通过使指令速度和圆弧半径变化，能够使速度v和加速度a独立地变化而对摩擦力进行测量。

关于正弦波指令，每次相位变化90度时，速度变为零的瞬间与加速度变为零的瞬间交替存在。图12中以虚线表示速度、或加速度变为零的瞬间。在图11的步骤S10中，在速度变为零的瞬间、即速度小于或等于预定的阈值的期间，能够根据测量到的摩擦力以式(10)所示的方式对速度相关摩擦模型F_v进行辨识。另外，在加速度变为零的瞬间、即加速度小于或等于预定的阈值的期间，能够根据下面的式(13)对加速度相关摩擦模型F_a进行辨识。

【算式13】

F_a(a_i)＝F-F_X(X)-F_d(d)…(13)

通过在该运动模式下执行测量，从而能够在每次正弦波的相位变化90度时，将仅速度相关摩擦的影响和仅加速度相关摩擦的影响交替地提取。也就是说，能够得到摩擦力的测量数据，该测量数据包含下述瞬间的数据，即，能够对仅速度相关摩擦的影响和仅加速度相关摩擦的影响交替地进行提取的瞬间。另外，能够从测量到的摩擦力将速度相关摩擦分离开并进行辨识。

在本实施方式中，能够同时进行加速度相关摩擦和速度相关摩擦的测量，即能够将与速度和加速度相关的摩擦力的影响同时进行测量以及辨识，因此，得到下述效果，即，以比实施方式1短的时间对摩擦模型的参数进行辨识。

实施方式3.

图13是表示本发明的实施方式3涉及的摩擦辨识装置6b的结构的框图。图13中不存在与图6中存在的位置相关摩擦测量部61、位置相关摩擦辨识部62、加速度相关摩擦测量部67、加速度相关摩擦辨识部68相当的功能模块。即，与实施方式1的差异在于以下方面：省略了位置相关摩擦和加速度相关摩擦的测量、辨识步骤。

对于已高精度地组装的装置，有时基本可以忽略位置相关摩擦的影响，在这种情况下，也可以省略位置相关摩擦的辨识处理。

在装置由滚动导轨和滚珠丝杠构成、或者由滚动导轨和线性电动机构成的情况下，加速度相关摩擦的影响小。因此，只要是上述结构的装置，就能够省略加速度相关摩擦的测量以及辨识。

即，在由已高精度组装的滚动导轨和滚珠丝杠、或者滚动导轨和线性电动机构成的伺服控制装置中，有时能够忽略位置相关摩擦和加速度相关摩擦。在这种情况下，仅执行位移相关摩擦的测量以及辨识处理和速度相关摩擦的测量以及辨识处理即可，由此得到下述效果，即，实现测量时间以及摩擦辨识时间的缩短。

实施方式4.

图14是表示本发明的实施方式4涉及的摩擦辨识部的结构的一部分的框图。在实施方式4中，摩擦的测量以及辨识方法与实施方式1、2以及3相同。不同点在于下述方面，即，将从位置相关摩擦辨识部62、位移相关摩擦辨识部64、速度相关摩擦辨识部66、加速度相关摩擦辨识部68等输出的位置相关摩擦、位移相关摩擦、速度相关摩擦、以及加速度相关摩擦暂时输入至多项式近似部72，在多项式近似部72中将所得到的摩擦力的数据表利用多项式进行近似，并将得到的多项式模型作为摩擦模型而从模型发送部69c输出。

作为多项式近似的算法，已公开了使用最小二乘法的方法等多种方法，因此省略对多项式近似方法的详细说明。从计算时间这一角度出发，优选利用阶数小于或等于10阶左右的多项式进行近似。

根据该实施方式，与使用表格数据的情况相比，能够以更少的参数得到模型。因此，具有下述效果，即，与发送数据表相比，能够减少对干扰模型部24发送的参数。

由此，对于使用装置的模型而对摩擦力进行校正的功能，作为对在校正中使用的摩擦模型的参数进行辨识的摩擦辨识方法以及摩擦辨识装置，实施方式1～4中根据因位置、位移、速度、加速度等多个状态量而变动的摩擦力，依次测量以及分离由单一的状态量对摩擦力造成的影响，其中，上述装置以使得被驱动体的位置以及速度与目标位置以及目标速度一致的方式进行控制。由此，能够高效地对摩擦模型的参数进行辨识。

并且，本发明并不限定于上述实施方式，在实施阶段能够在不脱离其主旨的范围进行各种变形。另外，上述实施方式中包含各个阶段的发明，能够通过对所公开的多个结构要件进行适当的组合而提取出各种发明。例如，在即使从上述实施方式所示的全部结构要件中删除几个结构要件，也能够解决在发明内容一栏记述的课题、得到发明的效果一栏记述的效果的情况下，可以将删除了该结构要件后的结构作为发明而提取出来。此外，也能够适当地对不同实施方式中的结构要素进行组合。

工业实用性

如上所述，本发明涉及的摩擦辨识方法以及摩擦辨识装置能够用于通过数控装置等控制装置而驱动的工作机械或者机器人等的控制。特别是，能够在需要同时兼顾装置的负载能力和加工精度的进给系统中对摩擦模型的参数进行辨识时应用。

标号的说明

10伺服控制装置，12指令值输入部，14伺服控制部，16电动机，18被驱动体，20位置检测器，22机械模型部，24干扰模型部，30a、30bP控制器，32a、32bPI控制器，34a微分器，36a、36b积分器，38扭矩常量乘法器，40进给轴惯量乘法器，42反转后位移推定器，46加速度相关干扰模型，48速度相关干扰模型，50位移相关干扰模型，52位置相关干扰模型，54加法器，56扭矩常量除法器，6、6a、6b摩擦辨识装置，61、61a位置相关摩擦测量部，62、62a位置相关摩擦辨识部，63、63a、63b位移相关摩擦测量部，64、64a、64b位移相关摩擦辨识部，65、65b速度相关摩擦测量部，66、66b速度相关摩擦辨识部，67加速度相关摩擦测量部，68加速度相关摩擦辨识部，69、69a、69b、69c模型发送部，70速度及加速度相关摩擦测量部，71速度及加速度相关摩擦辨识部，72多项式近似部，S1～S10步骤。

Claims (11)

1.一种摩擦辨识方法，其特征在于，具有下述步骤：

对被驱动体的位置和驱动力的关系进行测量；

根据所述被驱动体的位置和驱动力的关系，对与位置相关的摩擦模型的参数进行辨识；

对所述被驱动体的从运动方向反转位置起的位移和驱动力的关系进行测量；

使用所述被驱动体的位移和驱动力的关系、以及所述与位置相关的摩擦模型，对与位移相关的摩擦模型的参数进行辨识；

对所述被驱动体的速度和驱动力的关系进行测量；

使用所述被驱动体的速度和驱动力的关系、所述与位置相关的摩擦模型、以及所述与位移相关的摩擦模型，对与速度相关的摩擦模型的参数进行辨识；

对所述被驱动体的加速度和驱动力的关系进行测量；以及

使用所述被驱动体的加速度和驱动力的关系、所述与位置相关的摩擦模型、所述与位移相关的摩擦模型、以及所述与速度相关的摩擦模型，对与加速度相关的摩擦模型的参数进行辨识。

2.根据权利要求1所述的摩擦辨识方法，其特征在于，

在对所述被驱动体的位置和驱动力的关系进行测量的步骤、以及对所述被驱动体的从运动方向反转位置起的位移和驱动力的关系进行测量的步骤中，

在所述被驱动体的驱动范围内，反复以预定的移动幅度进行所述被驱动体的移动和停止，对此时的所述被驱动体的位置和驱动力同步进行测量。

3.根据权利要求1所述的摩擦辨识方法，其特征在于，

在根据所述被驱动体的位置和驱动力的关系而对与位置相关的摩擦模型的参数进行辨识的步骤中，

对所述被驱动体的速度小于或等于预定的阈值的期间进行检测，将所述期间的摩擦力作为所述被驱动体的位置时的与位置相关的摩擦力而输出。

4.根据权利要求3所述的摩擦辨识方法，其特征在于，

在对所述与位移相关的摩擦模型的参数进行辨识的步骤中，

将从所述驱动力去除使用所述与位置相关的摩擦模型而计算出的在所述被驱动体的位置时的摩擦力后得到的值作为所述被驱动体的位移时的与位移相关的摩擦力而输出。

5.根据权利要求1所述的摩擦辨识方法，其特征在于，

同时执行对所述被驱动体的速度和驱动力的关系进行测量的步骤、以及对所述被驱动体的加速度和驱动力的关系进行测量的步骤。

6.根据权利要求1或5所述的摩擦辨识方法，其特征在于，

在对所述被驱动体的速度和驱动力的关系进行测量的步骤、以及对所述被驱动体的加速度和驱动力的关系进行测量的步骤中，

使所述被驱动体在所述被驱动体的驱动范围内，按预定的移动幅度，以预定的速度以及预定的加速度进行往返运动，使速度或者加速度的某一个、或者速度和加速度这两者变化而反复进行所述往返运动，对此时的所述被驱动体的位置和驱动力同步进行测量。

7.根据权利要求5所述的摩擦辨识方法，其特征在于，

在同时执行对所述被驱动体的速度和驱动力的关系进行测量的步骤、以及对所述被驱动体的加速度和驱动力的关系进行测量的步骤的情况下，

向所述被驱动体指示正弦波状的运动指令。

8.根据权利要求1或5所述的摩擦辨识方法，其特征在于，

在对所述与速度相关的摩擦模型的参数进行辨识的步骤中，

对所述被驱动体的加速度小于或等于预定的阈值的期间进行检测，将从所述期间的摩擦力去除下述摩擦力这两者后得到的值作为所述被驱动体的速度时的与速度相关的摩擦力而输出，即：使用所述与位置相关的摩擦模型而计算出的在所述被驱动体的位置时的摩擦力；以及使用所述与位移相关的摩擦模型而计算出的在所述被驱动体的位移时的摩擦力。

9.根据权利要求1或5所述的摩擦辨识方法，其特征在于，

在对所述与加速度相关的摩擦模型的参数进行辨识的步骤中，

对被驱动体的加速度恒定的期间进行检测，将从所述期间的摩擦力去除下述摩擦力后得到的值作为所述被驱动体的加速度时的与加速度相关的摩擦力而输出，即：使用所述与位置相关的摩擦模型而计算出的在所述被驱动体的位置时的摩擦力；使用所述与位移相关的摩擦模型而计算出的在所述被驱动体的位移时的摩擦力；以及使用所述与速度相关的摩擦模型而计算出的在所述被驱动体的速度时的摩擦力。

10.根据权利要求1所述的摩擦辨识方法，其特征在于，

还具有将所述摩擦模型的参数输出的步骤。

11.一种摩擦辨识装置，其特征在于，具有：

位置相关摩擦测量部，其对被驱动体的位置和驱动力的关系进行测量；

位置相关摩擦辨识部，其根据所述被驱动体的位置和驱动力的关系，对与位置相关的摩擦模型的参数进行辨识；

位移相关摩擦测量部，其对所述被驱动体的从运动方向反转位置起的位移和驱动力的关系进行测量；

位移相关摩擦辨识部，其使用所述被驱动体的位移和驱动力的关系、以及所述与位置相关的摩擦模型，对与位移相关的摩擦模型的参数进行辨识；

速度相关摩擦测量部，其对所述被驱动体的速度和驱动力的关系进行测量；

速度相关摩擦辨识部，其使用所述被驱动体的速度和驱动力的关系、所述与位置相关的摩擦模型、以及所述与位移相关的摩擦模型，对与速度相关的摩擦模型的参数进行辨识；

加速度相关摩擦测量部，其对所述被驱动体的加速度和驱动力的关系进行测量；

加速度相关摩擦辨识部，其使用所述被驱动体的加速度和驱动力的关系、所述与位置相关的摩擦模型、所述与位移相关的摩擦模型、以及所述与速度相关的摩擦模型，对与加速度相关的摩擦模型的参数进行辨识；以及

模型发送部，其将所述与位置相关的摩擦模型、所述与位移相关的摩擦模型、所述与速度相关的摩擦模型、以及所述与加速度相关的摩擦模型的参数输出。