CN107866738A - 控制装置、控制程序及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制装置、控制程序及控制方法，对包含运动体及驱动该运动体的驱动源的控制系统进行控制。控制装置包括：实际值取得部，取得转矩实际值及速度实际值，所述转矩实际值表示驱动源为了驱动运动体而产生的转矩，所述速度实际值表示运动体的速度；推断部，使用表示运动体的驱动的预先规定的模型的运算式，基于转矩实际值，每隔运算周期算出外力推断值及速度推断值，所述外力推断值表示控制系统产生的外力，所述速度推断值与该外力推断值对应，表示运动体的速度；以及输出部，若推断部算出外力推断值，便基于一并算出的速度推断值，评价外力推断值的可靠度，且当判断有指定的可靠度时，将该外力推断值有效地输出。

Description

控制装置、控制程序及控制方法
技术领域
本发明涉及一种推断对象物的特性的控制装置、控制程序及控制方法。
背景技术
作为产业用装置的一个例子，有如下构成：通过使两个物体相对移动，利用两者之间产生的摩擦力等。例如，存在如下压印器等：通过将工具按压在对象物，并使对象物与工具的位置关系时间性变化，从而在对象物的表面上形成任意的文字及数字。作为这种利用摩擦力的构成，还列举各种机床或车床装置等。
这种利用摩擦力的构成中，有如下问题：因产生摩擦力的工具等磨耗，产生的摩擦力下降，工具对对象物的削入量减少。为了实现稳定的压印动作，重要的是削入量的管理。
日本专利特开2014-195847号公报(专利文献1)中，公开了一种检测这种工具的磨耗的方法。具体来说，专利文献1公开了如下构成：当旋转驱动研磨台的旋转转矩的值的变化量超过指定值时，便向使用者发出警报。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]：日本专利特开2014-195847号公报
发明内容
[发明欲解决的课题]
所述专利文献1中公开的构成虽然能应用于比如反复实施预先规定的动作的构成，但难以应用于根据要求或处理而动作不同的构成。例如，在压印器等中，需要按照A、B、C、…的顺序形成不同文字，仅靠旋转转矩的值的变化量，无法检测工具的磨耗等。
因此，期望有一种能精度良好地推断包含如上所述的摩擦力等在内的外力的构成。
[解决课题的手段]
根据本发明的一实施方式，提供一种控制装置，对包含运动体及驱动该运动体的驱动源的控制系统进行控制。控制装置包括：实际值取得部，取得转矩实际值及速度实际值，所述转矩实际值表示驱动源为了驱动运动体而产生的转矩，所述速度实际值表示运动体的速度；以及推断部，使用表示运动体的驱动的预先规定的模型的运算式，基于转矩实际值，每隔运算周期算出外力推断值及速度推断值，所述外力推断值表示控制系统产生的外力，所述速度推断值与该外力推断值对应，表示运动体的速度。运算式包含对速度推断值及外力推断值进行更新的项，以便使速度实际值与速度推断值一致。控制装置包括输出部，若推断部算出外力推断值，便基于一并算出的速度推断值，评价外力推断值的可靠度，且当判断有指定的可靠度时，将该外力推断值有效地输出。
优选为，在速度推断值与对应的速度实际值之间的差小于预先规定的值时，输出部判断有指定的可靠度。
优选为，在判断没有指定的可靠度时，输出部输出零作为外力推断值。
优选为，在判断没有指定的可靠度时，输出部维持前次输出的外力推断值的输出值。
优选为，运算式包含运动体的质量系数及运动体的粘性阻力作为参数。
优选为，控制装置还包括统计部，所述统计部针对输出部输出的指定期间内的外力推断值，将该指定期间分割成多个期间，且输出各分割期间内外力推断值的产生概率的分布。
根据本发明的一实施方式，提供一种控制程度，对包含运动体及驱动该运动体的驱动源的控制系统进行控制。控制程序使计算机执行以下步骤：取得转矩实际值及速度实际值，所述转矩实际值表示驱动源为了驱动运动体而产生的转矩，所述速度实际值表示运动体的速度；以及使用表示运动体的驱动的预先规定的模型的运算式，基于转矩实际值，每隔运算周期算出外力推断值及速度推断值，所述外力推断值表示控制系统产生的外力，所述速度推断值与该外力推断值对应，表示运动体的速度。运算式包含对速度推断值及外力推断值进行更新的项，以便使速度实际值与速度推断值一致。控制程序使计算机执行以下步骤：若算出外力推断值，便基于一并算出的速度推断值，评价外力推断值的可靠度，且当判断有指定的可靠度时，将该外力推断值有效地输出。
根据本发明的一实施方式，提供一种控制方法，对包含运动体及驱动该运动体的驱动源的控制系统进行控制。控制方法包括以下步骤：取得转矩实际值及速度实际值，所述转矩实际值表示驱动源为了驱动运动体而产生的转矩，所述速度实际值表示运动体的速度；以及使用表示运动体的驱动的预先规定的模型的运算式，基于转矩实际值，每隔运算周期算出外力推断值及速度推断值，所述外力推断值表示控制系统产生的外力，所述速度推断值与该外力推断值对应，表示运动体的速度。运算式包含对速度推断值及外力推断值进行更新的项，以便使速度实际值与速度推断值一致。控制方法包括以下步骤：若算出外力推断值，便基于一并算出的速度推断值，评价外力推断值的可靠度，且当判断有指定的可靠度时，将该外力推断值有效地输出。
[发明的效果]
根据本发明的实施方式，能精度良好地推断对象的控制系统产生的外力。
附图说明
图1是表示本实施方式的加工装置的一个例子的示意图。
图2是概略表示本实施方式的加工装置包含的控制装置的关联构成的示意图。
图3是概略表示图2所示的控制装置的运算处理单元的构成的示意图。
图4(a)、图4(b)是用于对图1所示的加工装置中前端部磨耗时的影响进行说明的示意图。
图5是表示用于评价外力的试验装置的概要的示意图。
图6(a)、图6(b)是表示图5所示的试验装置中测定的速度实际值及转矩实际值的时间变化的一个例子的曲线图。
图7是表示本实施方式的控制方法中采用的扰动观测器的概略构成的框图。
图8(a)、图8(b)及图8(c)是表示根据图6所示的速度实际值及转矩实际值算出的外力推断值的时间变化的一个例子的曲线图。
图9是表示依照(4)式所示的运算式每隔运算周期算出的外力推断值的时间变化的一个例子的图。
图10(a)、图10(b)是将对(4)式所示的运算式附加输出限制功能时获得的外力推断值的一个例子，与不存在输出限制功能的情况进行比较而表示的图。
图11是表示应用本实施方式的输出限制功能的扰动观测器的运算处理的框图。
图12是表示本实施方式的控制方法包含的外力推断处理的处理次序的流程图。
图13是表示用于在用户程序上定义本实施方式的控制方法的执行的功能块的一个例子的图。
图14(a)、图14(b)是针对图10(a)及图10(b)的统计处理的结果的一个例子。
图15是表示拾取与放置装置的概要的示意图。
[符号的说明]
1：加工装置
2：对象物
4：保持部
6：工具
8：压印
10：驱动源
11：马达
12：伺服驱动器
14：计数器
20：试验装置
22：轨道
24：运动体
26：铅笔
28：研磨板
32：工件
34：移载装置
36：臂
100：控制装置
102：运算处理单元
104：功能单元
110：处理器
112：主存储器
114：二次存储装置
116：用户程序
118：顺序程序
120：运动程序
122：系统程序
124：总线主控电路
126：本地接口电路
128：网络主控电路
200：扰动观测器
210：装置模型
220：粘性阻力运算块
222、232、242：加算器
224、234、244：系数块
236、246：乘算器
250、262：差量块
252：延迟块
260：切换块
具体实施方式
一边参照附图，一边详细说明本发明的实施方式。另外，对于图中相同或相当部分，附加相同符号，不重复其说明。
<A.加工装置的构成例>
首先，说明本实施方式的加工装置的一个例子。图1是表示本实施方式的加工装置1的一个例子的示意图。作为一个例子，图1所示的加工装置1具有与压印器类似的构成。
参照图1，加工装置1包含形成有文字的作为对象的对象物2及保持部4。在保持部4的前端，安装有切削用工具6，从保持部4对对象物2赋予按压力，同时改变对象物2与保持部4之间的相对位置，由此在对象物2的表面形成压印8。在图1所示的构成中，表示的是保持部4为运动体的例子。也就是说，利用驱动源10驱动保持部4，由此保持部4相对于对象物2的位置依次变更，随之在对象物2的表面依次形成压印。加工装置1相当于包含作为运动体的对象物2及驱动对象物2的驱动源10的控制系统。所述加工装置1由如下所述的控制装置控制。
<B.控制装置的构成>
接着，说明用于控制图1所示的驱动源10的控制装置的构成例。图2是概略表示本实施方式的加工装置1包含的控制装置100的关联构成的示意图。
参照图2，加工装置1包含主要负责对驱动源10的控制的控制装置100。控制装置100使用任意的计算机或硬件逻辑等安装即可，在以下说明中，典型的，说明使用作为工业用计算机的一个例子的PLC(可编程控制器)的情况。
控制装置100包含运算处理单元102、一个或多个功能单元104-1、104-2、104-3、104-4、…(以下也统称为“功能单元104”)。
图3是概略表示图2所示的控制装置100的运算处理单元102的构成的示意图。参照图3，在运算处理单元102中，处理器110通过执行系统程序122及用户程序116，提供包含本实施方式的控制方法的各种处理。
具体来说，运算处理单元102中，作为主要组件，包含处理器110、主存储器112、二次存储装置114、总线主控电路124、本地接口电路126及网络主控电路128。
处理器110是依次执行各种程序中描述的命令的运算部，典型的，包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)或图形处理单元(Graphical Processing Unit，GPU)等。作为处理器110，可以采用多核构成、多处理器构成或两者并用构成中的任一种。
主存储器112是在处理器110执行程序时提供工作区域的存储装置。作为主存储器112，使用动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)或静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)等易失性存储器。
二次存储装置114中，存储处理器110执行的各种程序、各种配置(configuration)。作为二次存储装置114，使用硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)或固态驱动器(Solid State Drive，SSD)等非易失性存储器。更具体来说，二次存储装置114中，存储系统程序122及用户程序116。系统程序122及用户程序116是一种控制程序。此控制程序控制加工装置1包含的控制系统。
系统程序122是相当于一种操作系统(Operating System)的程序，提供运算处理单元102提供的基本系统上的功能或用于执行用户程序116的环境。用户程序116根据控制装置100的控制对象而任意生成，典型的，包含以逻辑运算为主的顺序程序(sequenceprogram)118、以位置控制、速度控制等数值运算为主的运动程序(motion program)120。本实施方式的控制方法也可以作为运动程序120的一部分而安装。
总线主控电路124管理在与功能单元104(参照图2)之间交换数据的内部总线上的数据传输。
本地接口电路126是和支援装置或其它外部装置之间交换数据的接口，例如采用通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)等传输规格。
网络主控电路128管理在和配置在离开控制装置100的位置上的功能单元或其它控制装置之间交换数据的现场网络(field network)上的数据传输。作为这种现场网络，使用EtherCAT(注册商标)、EtherNet/IP(注册商标)、DeviceNet(注册商标)、CompoNet(注册商标)等固定周期网络。
再次参照图2，连接于运算处理单元102的功能单元104，提供用于实现控制装置100对控制对象的任意控制的各种功能。典型的，各功能单元104具有从作为控制对象的机械或设备等收集现场信息的功能(数据收集功能)和/或对控制对象机械或设备等输出指令信号的功能(数据输出功能)等。
在图2所示的构成中，功能单元104-4作为伺服控制单元发挥功能，将运算处理单元102通过执行程序(主要为图3所示的运动程序120)每隔指定周期算出的指令值(典型的是速度指令值或位置指令值)，提供给伺服驱动器12。
作为与图1所示的驱动源10对应的构成，图2中表示采用由伺服驱动器12驱动的马达11的构成。伺服驱动器12依照来自控制装置100的指令值，驱动马达11(图2所示的例子中，为伺服马达)。典型的，伺服驱动器12将与来自控制装置100的指令值相应的数量的脉冲输出至马达11，马达11根据收到的脉冲数，改变旋转位置。通过采用这种构成，适当地调整赋予给马达11的脉冲数，由此可控制马达11的旋转位置、旋转速度、转矩等。
伺服驱动器12将驱动马达11所需的实际转矩的大小(以下也称为“转矩实际值”)，输入至功能单元104-3。而且，配置有用来将马达11的旋转举动反馈的计数器14，将计数器14检测的计数值，输入至功能单元104-2。根据此计数值，算出马达11的实际的旋转速度(以下也称为“速度实际值”)或马达11的旋转位置或作为运动体的保持部4的位置。
控制装置100作为取得表示驱动源10为了驱动作为运动体的对象物2而产生的转矩的转矩实际值的器件，具有与伺服驱动器12的接口。此外，控制装置100作为取得表示作为运动体的对象物2的速度的速度实际值的器件，具有与计数器14的接口。
本实施方式的控制装置100使用从驱动源10获得的转矩实际值及速度实际值，算出控制系统产生的外力。使用算出的外力，实施加工装置1的动作状态或劣化状态的监视、消耗零件的更换时序的决定等附加处理。
<C.外力>
说明本实施方式的加工装置1构成的控制系统产生的外力及此外力的测定或算出。
(c1：概要)
首先，说明图1所示的加工装置1产生的外力。图4(a)、图4(b)是用于对图1所示的加工装置1中前端部磨耗时的影响进行说明的示意图。
如图4(a)所示，通过使保持部4及其前端配置的工具6，相对于对象物2相对移动，在工具6与对象物2之间产生摩擦力，反映此摩擦力的外力会作用于对象物2。但，若位于前端部的工具6磨耗，工具6与对象物2之间产生的摩擦力下降或实质上变成零，则作用于对象物2的外力也会下降或实质上变成零。
结果，如图4(b)所示，形成于对象物2的压印的槽变浅，形成的压印的视认性下降。因此，在如图1所示的加工装置1中，重要的是时刻监视作用于对象物2的外力。
(c2：外力的算出)
如上所述的外力无法直接观测，所以就基于驱动源10驱动保持部4时需要的转矩、力等的大小的绝对值或大小的变化量等，来算出外力。关于这种外力的算出，表示本申请发明人等的测定结果的一个例子。图5是表示用于评价外力的试验装置的概要的示意图。图6(a)、图6(b)是表示图5所示的试验装置中测定的速度实际值及转矩实际值的时间变化的一个例子的曲线图。
在图5所示的试验装置20中，使能沿着轨道22移动地配置的运动体24往返运动，由此使配置在运动体24前端的铅笔26在研磨板28上磨耗。图6(a)、图6(b)中，表示使运动体24往返运动的驱动源(未示出的线性马达及伺服驱动器等)中测定的运动体24的速度(图6(a)所示的速度)及驱动运动体24所需的转矩(图6(b)所示的转矩)的大小的时间变化。
实际上，铅笔26的前端会逐步磨耗，所以对研磨板28产生的外力会因铅笔26的移动而随着时间经过不断减少，但仅靠图6(a)及图6(b)所示的速度及转矩的时间变化，无法算出这种外力的时间变化。
(c3：外力的逻辑探讨)
接下来，说明如图1所示的加工装置1中难以算出外力的理由。
如图4(a)所示的运动体即保持部4及工具6产生的运动方程式为以下所示的(1)式。
Mx”+Dx’＝F-d…(1)
其中，
x：运动体的位置
x’：运动体的速度
x”：运动体的加速度
M：装置的质量系数
D：装置的粘性阻力
F：马达11的转矩实际值(马达11的平移力)
d：外力(依赖于磨耗程度)与库仑摩擦的合计(Csign(x’))
对(1)式进行式变形，导出外力(依赖于磨耗程度)的式，为以下所示的(2)式。
外力(依赖于磨耗程度)＝F-Csign(x’)-(Mx”+Dx’)…(2)
其中，sign()为符号函数
(2)式中，Csign(x’)的项为固定因素，(Mx”+Dx’)的项为变动因素。当作为对象的控制系统反复实施相同动作时，每一周期的变动因素的变化程度在各周期之间是相同的，所以，通过对比某个周期的马达11的转矩实际值F(相当于马达11的平移力)、与对象周期的转矩实际值，能够相互抵消变动因素，从而可不受变动因素影响地，取得目标外力(依赖于磨耗程度)的变化程度。
另一方面，若作为对象的控制系统并非反复实施相同动作，便无法用在其它周期取得的实际值来抵消变动因素，所以，转矩实际值与外力(依赖于磨耗程度)的关系会受到变动因素影响。这意味着，仅靠转矩实际值无法算出外力(依赖于磨耗程度)。
结果，如所述图6(a)所示，当运动体的速度没有规则性时，转矩实际值也没有规则性，这样一来就无法恰当地算出外力。
<D.利用扰动观测器推断外力>
(d1：导入扰动观测器)
针对如上所述的课题，在本实施方式的控制方法中，通过导入扰动观测器，来推断产生的外力。图7是表示本实施方式的控制方法中采用的扰动观测器200的概略构成的框图。
在观测器中，为了推断从外部无法观测的状态变量，准备了表示观测对象的数值模型。通过将输入至观测对象的可观测状态变量，输入至该数值模型，且以来自所述数值模型的输出与从观测对象输出的可观测状态变量一致的方式进行收敛计算，从而使用该数值模型中使用的对应的状态变量的值，来推断观测对象的无法观测的状态变量。
在图7所示的扰动观测器200中，模拟对象的加工装置1的装置的装置模型210为数值模型，相当于表示运动体(图1所示的例子中，为保持部4)的驱动的预先规定的模型的运算式。在所述数值模型中，作为实际值(观测值)，使用速度实际值y及转矩实际值F。输出表示装置模型210内部用于运算的外力的状态变量，作为外力推断值d。
于此，说明装置模型210的具体运算式。所述(1)式可以表示为如以下(3)式所示的状态方程式。
其中，表示速度推断值。
将所述状态方程式代入同维观测器的式，然后作为使用欧拉近似算出各运算周期内的速度推断值及外力推断值的运算式展开时，(3)式可以表示为如以下(4)式的递推式。
其中，Δt表示运算周期。
所述(4)式中作为状态变量的d是作为外力推断值而每隔运算周期算出的。乘以(4)式的运算周期Δt的括号内的第一项，是装置的质量系数M及粘性阻力D相关的项。也就是说，(4)式所示的运算式包含运动体的质量系数M及运动体的粘性阻力D作为参数。第二项是马达11提供的平移力(转矩的转矩实际值F)相关的项。第三项是用于基于速度实际值与速度推断值的误差进行收敛的项。第三项的矩阵[G1、G2]表示用于以速度推断值与速度实际值一致的方式使(4)式收敛的收敛参数，根据稳定性及收敛性决定其值。
作为收敛参数的决定方法的一个例子，可以使用阿克曼(Ackerman)的极点配置法等。典型的，在(4)式的收敛过程中，以变成临界衰减的方式决定收敛参数。这种收敛参数的决定方法为公知方法，所以这里不再进行详细说明。
如所述(4)式所示，在扰动观测器200中，基于转矩实际值F，每隔运算周期Δt算出表示控制系统产生的外力的外力推断值d及与外力推断值d对应的表示运动体的速度的速度推断值。于此，在(4)式所示的运算式中，包含对速度推断值及外力推断值进行更新的项，以便使速度实际值与速度推断值一致(也就是说，乘以运算周期At的括号内的第三项)。
(d2：扰动观测器及去噪滤波器)
接着，通过使用如上所述的扰动观测器，就能推断控制系统产生的外力。
图8(a)、图8(b)及图8(c)是表示根据图6(a)、图6(b)所示的速度实际值及转矩实际值算出的外力推断值的时间变化的一个例子的曲线图。在图8(a)及图8(b)中，分别表示图6(a)所示的速度实际值及图6(b)所示的转矩实际值。图8(c)表示根据这些实际值，依照所述(4)式所示的运算式算出的外力推断值的时间变化。
图8(c)所示的外力推断值表示对依照所述(4)式所示的运算式每隔运算周期算出的外力推断值施加去噪滤波器后的结果。通过应用恰当的去噪滤波器，可知控制系统产生的外力随着时间经过而不断变低。所述外力随着时间经过而变低，充分对应于图5所示的试验装置产生的现象，可知通过使用扰动观测器与最佳的去噪滤波器的组合，就能精度良好地推断控制系统产生的外力。
(d3：扰动观测器及输出限制功能)
为了取得如所述图8(c)所示的外力推断值的时间变化，需要将去噪滤波器的设定最佳化。然而，设定去噪滤波器时，需要技术知识及经验，无法恰当地去除噪声成分时，便无法恰当地获得外力推断值。
图9是表示依照(4)式所示的运算式每隔运算周期算出的外力推断值的时间变化的一个例子的图。如图9所示，每隔运算周期算出的外力推断值中，包含很多噪声成分，结果，有时就无法一下子把握控制系统产生的外力的时间变化。仔细查看图9所示的时间变化，会发现外力随着时间经过而变低的趋势，但一下子把握则并不容易。
这是因为，扰动观测器输出的推断值并不是一直具有高可靠度。也就是说，所述(4)式所示的运算式中，虽然根据速度实际值与速度推断值的误差修正推断值来收敛计算，但在此收敛过程中，会存在速度实际值与速度推断值的差大而可靠度不高的区间。因此，基于本申请发明人等的以上见解，采用以下功能：从扰动观测器200输出外力推断值时，评价其外力推断值的可靠度，只有在可靠度超过指定值时，才将算出的外力推断值有效地输出。
在本实施方式的控制方法中，基于扰动观测器200在算出外力推断值的运算过程中获得的值，评价可靠度，若表示此可靠度的值小于等于指定值，便输出零作为外力推断值。通过在扰动观测器中组合这种输出限制功能，能排除可靠度低的外力推断值，恰当地评价外力推断值。
这样，输出限制功能如下：若扰动观测器200算出外力推断值，便基于一并算出的速度推断值，评价外力推断值的可靠度，且当判断有指定的可靠度时，将该外力推断值有效地输出。
图10(a)、图10(b)是表示对在(4)式所示的运算式附加输出限制功能时获得的外力推断值的一个例子、与不存在输出限制功能的情况进行比较而表示的图。在图10(a)中，表示图9(a)所示的外力推断值的时间波形，在图10(b)中，表示应用了输出限制功能时的外力推断值的时间波形。
比较图10(a)与图10(b)，可知通过应用本实施方式的输出限制功能，能排除可靠度低、即噪声成分的外力推断值，由此能更容易地把握输出的外力推断值的时间变化等。
图11是表示应用了本实施方式的输出限制功能的扰动观测器的运算处理的框图。参照图11，扰动观测器200包含质量·粘性阻力运算块220。质量·粘性阻力运算块220中，执行相当于所述(4)式的乘以运算周期Δt的括号内的第一项的运算。质量·粘性阻力运算块220中，分别输入有前次运算周期的速度推断值及外力推断值的值。质量·粘性阻力运算块220输出与速度推断值相关的值及与外力推断值相关的值。
在来自质量·粘性阻力运算块220的与速度推断值相关的值上，通过加算器222，将系数块224在转矩实际值F上乘以“1/M”所得的值相加。而且，通过加算器232，将系数块234在速度实际值与速度推断值的差量上乘以“G1”所得的值相加。利用乘算器236，在加算器232的加算结果上乘以运算周期Δt，最终将前次运算周期的速度推断值相加，从而作为本次速度推断值输出。
另一方面，在来自质量·粘性阻力运算块220的与外力推断值相关的值上，通过加算器242，将系数块244在速度实际值与速度推断值的差量上乘以“G2”所得的值相加。通过乘算器246，在加算器242的加算结果上乘以运算周期Δt，最终将前次运算周期的外力推断值相加，从而作为本次外力推断值输出。
将最终的速度推断值及外力推断值输入至赋予与运算周期对应的延迟的延迟块252及延迟块254，用于下次运算周期。也就是说，所述说明的前次速度推断值及外力推断值使用来自延迟块252及254的输出。
此外，速度实际值与速度推断值的差量，是通过差量块250在速度实际值与速度推断值之间进行差量运算而算出的。
在图11所示的扰动观测器200中，在作为内部状态值的dn+1作为外力推断值输出的过程中，配置切换块260。切换块260可以选择算出的内部状态值dn+1与“0”。更具体来说，切换块260在速度实际值与速度推断值的差量小于预先规定的阈值Th时，将扰动观测器200算出的dn+1作为外力推断值输出，若并非如此，则输出“0”作为外力推断值。速度实际值与速度推断值的差量，是通过差量块262在速度实际值与速度推断值之间进行差量运算而算出的。
也就是说，若速度实际值与速度推断值之间的差接近零，便可判断扰动观测器200输出的外力推断值为推断精度高的值，若差不接近零，便可判断推断精度差。在应用本实施方式的输出限制功能的扰动观测器200中，将速度实际值与速度推断值之间的差量的倒数视作表示可靠度的值。若可靠度小于等于指定的阈值，此时算出的扰动推断值的可靠度不高，所以不会作为有效值输出，而是输出例如“0”。这样，本实施方式的输出限制功能下，若速度推断值与对应的速度实际值之间的差小于预先规定的值，便判断有指定的可靠度。并且，输出限制功能下，当判断没有指定的可靠度时，便输出“0”作为外力推断值。
作为更具体的处理，可以评价表示可靠度的值、即速度实际值与速度推断值之间的差量的倒数，如图11所示，还可以评价表示可靠度的值的倒数、即速度实际值与速度推断值之间的差量本身。当评价速度实际值与速度推断值之间的差量时，其差量的大小小于指定的阈值Th，便可视作有足够的可靠度。
通过提供这种输出限制功能，可以获得如图10(b)所示的外力推断值的时间波形。
另外，图11中例示了选择性输出扰动观测器200输出的外力推断值dn+1与“0”的情况，但并不限定于此，只要采用能区别有效的外力推断值与无效的外力推断值的输出形态即可。例如，当判断可靠度高时，便输出本次运算周期内算出的外力推断值，若并非如此，便直接输出前次输出的外力推断值、即不改变外力推断值。也就是说，输出限制功能下，当判断没有指定的可靠度时，维持前次输出的外力推断值的输出值。
关于阈值Th，可以由用户任意设定，或者也可以根据扰动观测器200的设定等而动态地决定。例如，收敛参数[G1、G2]用来决定扰动观测器200进行收敛运算时的稳定性及收敛性，收敛参数的值规定速度推断值中产生的超调量(overshoot)等，所以可根据收敛参数的值规定阈值Th的大小。
<E.处理次序>
接着，说明本实施方式的控制方法包含的外力推断处理。
图12是表示本实施方式的控制方法包含的外力推断处理的处理次序的流程图。图12所示的各步骤典型来说是由控制装置100的运算处理单元102的处理器110执行系统程序122及用户程序116而实现。
参照图12，处理器110进行外力推断处理所需的参数的读取等的设置(setup)(步骤S100)。同时，处理器110针对前次速度推断值及前次外力推断值分别设定指定的初始值(典型的，均为零)(步骤S102)。
然后，若触发推断处理的开始(步骤S104中，是)，处理器110取得表示驱动源10为了驱动运动体而产生的转矩的转矩实际值及表示运动体的速度的速度实际值(步骤S106)。而且，处理器110使用前次速度推断值及前次外力推断值，算出本次速度推断值及本次外力推断值(步骤S108)。也就是说，处理器110使用表示运动体的驱动的预先规定的模型的运算式，基于转矩实际值，每隔运算周期算出表示控制系统产生的外力的外力推断值及与该外力推断值对应的表示运动体的速度的速度推断值。
然后，处理器110判断速度实际值与算出的本次速度推断值的差量是否小于预先规定的阈值(步骤S110)。若速度实际值与算出的本次速度推断值的差量小于预先规定的阈值(步骤S110中，是)，处理器110直接输出步骤S108中算出的外力推断值(步骤S112)。相对于此，若速度实际值与算出的本次速度推断值的差量不小于预先规定的阈值(步骤S110中，否)，处理器110输出“0”作为外力推断值(步骤S114)。
在步骤S110～步骤S114中，处理器110在算出外力推断值后，基于一并算出的速度推断值，评价外力推断值的可靠度，且在判断有指定的可靠度时，将该外力推断值有效地输出。
处理器110判断是否指示了结束推断处理(步骤S116)。若未指示结束推断处理(步骤S116中，否)，处理器110将步骤S108中算出的速度推断值及外力推断值，设定为前次速度推断值及前次外力推断值(步骤S118)，并反复执行步骤S106以下的处理。
若指示结束推断处理(步骤S116中，是)，则结束处理。
<F.安装例>
接着，说明在用户程序116上安装本实施方式的控制方法包含的外力推断处理时的构成例。
图13是表示用于在用户程序上定义本实施方式的控制方法的执行的功能块的一个例子的图。在图13所示的功能块中，将成为对象的伺服驱动器12及马达11(对象轴)建立关联，且设定构成扰动观测器200所需的参数。具体来说，将质量系数M、粘性阻力D、收敛参数、运算周期、可靠度阈值(图11所示的阈值Th)等输入至功能块。
另外，作为收敛参数，也可以不直接指定(4)式所示的收敛参数G1、G2，而是输入利用阿克曼的极点配置法在重根条件下决定的极点(Pole)的值。
输入至图13所示的功能块的额定转矩及节距(pitch)是成为对象的伺服驱动器12及马达11的设定值。
从图13所示的功能块，会输出依照(4)式每隔运算周期算出的维持原样的外力推断值及利用所述输出限制功能选择性输出的外力推断值(反映可靠度)。并且，图13所示的功能块还可以利用表示观测器的外力推断值的算出处理是否正为执行中的执行中标记。
通过采用如图13所示的功能块，用户即便不理解外力推断处理的具体算法，也能在用户程序上使用外力推断值，从而可以容易地安装判断工具6的更换时期等附加处理。
<G.统计处理>
所述应用例中推断外力是为了决定作为消耗品的工具等的更换时期。在此类决定更换时期的用途中，不仅利用如图10(b)所示的时间波形，还可以利用对时间波形进行统计处理后的结果。
作为一个例子，可以对如图10(b)所示的外力推断值的时间波形，分别设定预先规定的长度的评价期间，算出各评价期间的分布。具体来说，为(1)设定成为评价对象的多个时间期间、(2)对各时间期间产生的外力推断值进行统计处理之类的次序。
图14(a)及图14(b)是对图10(a)及图10(b)的统计处理的结果的一个例子。图14(a)中，表示直接利用从观测器输出的外力推断值(参照图10(a))时的统计结果的一个例子，图14(b)中，表示利用对从观测器输出的外力推断值应用输出限制功能的结果(参照图10(b))时的统计结果的一个例子。
图14(a)及图14(b)中，表示分别对评价期间1(时刻t1～时刻t2)、评价期间2(时刻t2～时刻t3)、评价期间3(时刻t2～时刻t3)算出的外力推断值的产生概率的分布。
生成及输出如图14(a)、图14(b)所示的统计处理的结果的功能可以由控制装置100提供，也可以由从控制装置100取得外力推断值并执行各种处理的外部的信息处理装置来提供。由控制装置100提供时，例如可以作为用户程序116(图3)包含的功能模块等安装。
这种情况下，作为用户程序116包含的功能模块，包含统计功能，对指定期间内的外力推断值，将该指定期间分割成多个期间，且输出各分割期间内外力推断值的产生概率的分布。另外，关于成为统计对象的期间的长度等，可以由用户任意设定，也可以自动分割进行设定。
这种统计分布可以作为用于使切削用工具的更换基准明确化的手段使用。例如，设定以下规则：对外力推断值设定某一更换阈值，当产生的外力小于等于其更换阈值时，便更换工具。于此，更换阈值根据某个作业者的专门技能或经验等适当地设定。
设定了这种规则的作业者会凭感觉获知工具应更换时序，但经验少的作业者无法凭感觉获知工具应更换时序，还是要依赖于实际输出的外力推断值。在图14(a)所示的例子中分布范围大，无法明确获知在哪个评价期间、即经过时间应更换工具。相对于此，在应用了本实施方式的输出限制功能时，外力推断值的产生分布窄，一下子就能把握哪种大小的外力推断值存在峰值。也就是说，一下子就能把握：评价期间1(时刻t1～时刻t2)中产生更换阈值以上的外力，经过评价期间2(时刻t2～时刻t3)时，产生的外力变成更换阈值。因此，即便是经验少的作业者，也能容易地判断出在评价期间2(时刻t2～时刻t3)应更换工具。
如上所述，针对每隔运算周期输出的外力推断值，使用产生的值的分布等，由此可以更容易地把握因工具磨耗产生的外力的减小，从而可以使工具的更换时序等预先规定的规则化地运用，而不用依赖于作业者。
<H.应用例·变形例>
在所述实施方式中，是以应用于如图1所示的类似压印器的加工装置为前提来说明处理及功能，但并不限定于这种加工装置，也能应用于任意系统。这种情况下，只要根据作为应用对象的系统适当地选择或设计表示观测对象的数值模型即可。
作为如图1所示的加工装置以外的应用例，例如列举将工件等上拉然后搬送到其它场所的装置(以下也称为“拾取与放置装置”)。
图15是表示拾取与放置装置的概要的示意图。参照图15，移载装置34具有两个以上的臂(arm)36，通过将这些臂36按压于工件32而产生摩擦力，将工件32上拉并搬送至目标场所。作为这种移载装置34的课题，列举搬送中工件32落下、无法完美地抓住工件32等。
一般是使用监视相机(camera)等来判断是否产生这种异常动作。理由是，移载装置34中，将工件32固持(拾取)的位置及将工件32放置的位置每次都不同，实际上即便是相同举动，在搬送样式之间多少也会产生不同。
也就是说，无法准备比如规范转矩模型，所以并不容易判断工件32是否完美地抓住。将移载装置34的臂36按压于工件32而产生摩擦力的构成，与所述图1所示的加工装置类似。也就是说，即便搬送样式每次都不同，但移载装置34的装置构成自身并无变化，所以，通过使用如上所述的扰动观测器，依次推断工件32与臂36之间产生的摩擦力等，便可防止移载装置34的工件32的拾取失误、放置失误或进行劣化倾向的监视等。
同样地，在包含无人搬送车辆等的系统中，也可以提供本实施方式的各种状态值的推断方法。
<I.优点>
根据本实施方式，只要能使对象装置模型化，便可高精度地推断无法直接观测的状态值。因此，即便是举动或动作等每次处理都微妙不同的应用程序，也能高准确度地检测装置的劣化、异常等。也就是说，根据本实施方式，能高精度地检测对象装置或系统拥有的特性发生了变化，由此可以提供更高精度的监视、异常侦测等处理。
应理解本次公开的实施方式所有方面均为例示而非限制。本发明的范围并非由所述说明表示，而是由权利要求表示，且包含与权利要求均等含义及范围内的所有变化。

Claims (8)

1.一种控制装置，对控制系统进行控制，所述控制系统包含运动体及驱动所述运动体的驱动源，所述控制装置的特征在于，包括：
实际值取得部，取得转矩实际值及速度实际值，所述转矩实际值表示所述驱动源为了驱动所述运动体而产生的转矩，所述速度实际值表示所述运动体的速度；
推断部，使用表示所述运动体的驱动的预先规定的模型的运算式，基于所述转矩实际值，每隔运算周期算出外力推断值及速度推断值，所述外力推断值表示所述控制系统产生的外力，所述速度推断值与所述外力推断值对应，表示所述运动体的速度，且所述运算式包含对所述速度推断值及所述外力推断值进行更新的项，以便使所述速度实际值与所述速度推断值一致；以及
输出部，若所述推断部算出所述外力推断值，便基于一并算出的所述速度推断值，评价所述外力推断值的可靠度，且当判断有指定的可靠度时，将所述外力推断值有效地输出。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，在所述速度推断值与对应的所述速度实际值之间的差小于预先规定的值时，所述输出部判断有指定的可靠度。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，在判断没有指定的可靠度时，所述输出部输出零作为外力推断值。
4.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，在判断没有指定的可靠度时，所述输出部维持前次输出的外力推断值的输出值。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其特征在于，所述运算式包含所述运动体的质量系数及所述运动体的粘性阻力作为参数。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置，其特征在于，还包括统计部，所述统计部针对所述输出部输出的指定期间内的外力推断值，将所述指定期间分割成多个期间，且输出各分割期间内外力推断值的产生概率的分布。
7.一种控制程序，对包含运动体及驱动所述运动体的驱动源的控制系统进行控制，其特征在于，所述控制程序使计算机执行以下步骤：
取得转矩实际值及速度实际值，所述转矩实际值表示所述驱动源为了驱动所述运动体而产生的转矩，所述速度实际值表示所述运动体的速度；
使用表示所述运动体的驱动的预先规定的模型的运算式，基于所述转矩实际值，每隔运算周期算出外力推断值及速度推断值，所述外力推断值表示所述控制系统产生的外力，所述速度推断值与所述外力推断值对应，表示所述运动体的速度，且所述运算式包含对所述速度推断值及所述外力推断值进行更新的项，以便使所述速度实际值与所述速度推断值一致；以及
若算出所述外力推断值，便基于一并算出的所述速度推断值，评价所述外力推断值的可靠度，且当判断有指定的可靠度时，将所述外力推断值有效地输出。
8.一种控制方法，对包含运动体及驱动所述运动体的驱动源的控制系统进行控制，其特征在于，包括以下步骤：
取得转矩实际值及速度实际值，所述转矩实际值表示所述驱动源为了驱动所述运动体而产生的转矩，所述速度实际值表示所述运动体的速度；
使用表示所述运动体的驱动的预先规定的模型的运算式，基于所述转矩实际值，每隔运算周期算出外力推断值及速度推断值，所述外力推断值表示所述控制系统产生的外力，所述速度推断值与所述外力推断值对应，表示所述运动体的速度，且所述运算式包含对所述速度推断值及所述外力推断值进行更新的项，以便使所述速度实际值与所述速度推断值一致；以及
若算出所述外力推断值，便基于一并算出的所述速度推断值，评价所述外力推断值的可靠度，且当判断有指定的可靠度时，将所述外力推断值有效地输出。
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