CN108238096B - 转矩控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及转矩控制装置，其目的在于，在切换使用多个转矩传感器的情况下，在最小化LPF带来的延迟的影响的同时正确地进行利用转矩传感器的转矩控制。转矩指令输出部包括用第1频率截止转矩指令值而向电流控制器输出的第1低通滤波器，转矩控制装置具有切换部，该切换部在由多个转矩传感器中的第1转矩传感器检测出的第1转矩值满足预定条件的情况下，切换成将由第2转矩传感器检测的第2转矩值向转矩指令输出部输出。切换部包括用第2频率截止第2转矩值而向转矩指令输出部输出的第2低通滤波器，在从切换时起经过预定时间的期间使用第2低通滤波器，在经过了该预定时间后，不使用第2低通滤波器地将第2转矩值向转矩指令输出部输出，第2频率高于第1频率。

Description

转矩控制装置
技术领域
本发明涉及转矩控制装置。
背景技术
在日本特开2004－352164号公报中公开了如下的控制装置：在对于特定的信号而向马达输出指令值时，为了抑制向马达输入的输入值发生急剧的变动，作为信号处理单元，具有2种运算单元，通过适当地切换使用2种运算单元来处理信号。并且，在2种运算单元之后且算出向马达的指令值之前的步骤，具有低通滤波器(LPF)。
发明内容
根据日本特开2004－352164号公报的技术，即使在多个转矩传感器中的一个转矩传感器发生了故障时采用其它转矩传感器的情况下，由于在切换了使用的传感器状态后存在LPF，所以，能够减少每个传感器的输出值之差。此外，除了转矩传感器值以外，为了采用转矩传感器来进行正确的控制(除去由转矩传感器连接的设备彼此的谐振等)，有时还会采用LPF。
但是，由于LPF的处理后的信号会比原来的信号延迟，所以，作为整个控制系统的处理速度会降低。因此，即使在切换使用多个转矩传感器的情况下，也很难在最小化LPF带来的延迟的影响的同时正确地进行利用转矩传感器的转矩控制。
本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于提供一种转矩控制装置，用于在切换使用多个转矩传感器的情况下，在最小化LPF带来的延迟的影响的同时正确地进行利用转矩传感器的转矩控制。
本发明的转矩控制装置具有：马达，该马达在末端配置负载，并基于输入的电流来输出转矩；多个转矩传感器，该多个转矩传感器检测所述马达输出了的转矩的输出值；转矩指令输出部，该转矩指令输出部基于所述负载的目标位置和所述多个转矩传感器的某一个检测出的转矩的输出值来算出转矩指令值；以及电流控制器，该电流控制器基于所述转矩指令值来控制所述电流。所述转矩指令输出部包括第1低通滤波器，该第1低通滤波器用第1频率截止所述转矩指令值而向所述电流控制器输出；所述转矩控制装置还具有切换部，该切换部在由所述多个转矩传感器中的第1转矩传感器检测出的第1转矩值满足预定条件的情况下，切换成将由第2转矩传感器检测出的第2转矩值向所述转矩指令输出部输出；所述切换部包括第2低通滤波器，该第2低通滤波器用第2频率截止所述第2转矩值而向所述转矩指令输出部输出；在从所述切换时起经过预定时间的期间使用所述第2低通滤波器，在经过了该预定时间后，不使用所述第2低通滤波器地将所述第2转矩值向所述转矩指令输出部输出；所述第2频率高于所述第1频率。
根据本发明，能够提供一种转矩控制装置，用于在切换使用多个转矩传感器的情况下，在最小化LPF带来的延迟的影响的同时正确地进行利用转矩传感器的转矩控制。
本发明的上述和其它目的、特征和优点将通过作为例示性的以下给出的详细说明和附图而更加易于理解，并且以下的说明和附图并非用来限制本发明。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的转矩控制装置的构成的框图。
图2是表示本发明的实施方式1的转矩控制装置的内部构成的框图。
图3是表示本发明的实施方式1的转矩传感器切换处理的流程的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图对包括上述的各方式在内的适用了本发明的具体实施方式进行详细地说明。在各附图中，对相同要素赋予相同的附图标记，为了明确说明，根据需要，会省略重复说明。
＜发明的实施方式1＞
在上述的日本特开2004－352164号公报中，在切换了2个控制运算单元的输出后接入低通滤波器(LPF)，从而抑制向后阶段的马达驱动机的输入的急剧变化。在此，在切换控制运算单元的输出时会产生信号的急剧变化。为了对此进行抑制，在控制运算单元的输出中总是接入特定的截止频率的LPF。但是，在不切换输出的通常时也总是接入LPF，所以，总是会在输出信号中产生延迟。
而与之相对地，本发明在切换多个转矩传感器值来进行反馈时，仅在切换时通过低通滤波器，由此在通常时得到快速的转矩传感器信号，在切换时抑制转矩传感器信号的急剧变化。
图1是表示本发明的实施方式1的转矩控制装置10的构成的框图。另外，图2是表示本发明的实施方式1的转矩控制装置的内部构成的框图。在以下的说明中，主要参照图1来进行说明，根据需要，会参照图2。
转矩控制装置10至少具有位置控制器11、转矩控制器12、电流控制器13、马达14、转矩传感器151、152、机械手16、转矩传感器切换判断器17和转矩传感器切换器18。
位置控制器11从外部接受位置指令Pm，从马达14接受机械手16的当前位置P，以使位置P接近位置指令Pm的方式生成转矩指令Um并向转矩控制器12输出。
转矩控制器12是转矩指令输出部的一个例子，接受转矩指令Um和转矩值，生成马达转矩指令τ并向电流控制器13输出。换言之，转矩控制器12基于机械手16的目标位置和多个转矩传感器的某一个检测出的转矩值来算出转矩指令值(马达转矩指令τ)。另外，转矩控制器12包括第1低通滤波器(LPF1_121)，该第1低通滤波器(LPF1_121)用第1频率截止已算出的转矩指令值而向电流控制器13输出。此外，LPF1_121也可以配置于转矩控制器12与电流控制器13之间。
电流控制器13基于马达转矩指令τ来控制向马达14输入的电流i。具体地说，电流控制器13将对马达转矩指令τ乘以预定系数而成的值作为电流i而向马达14输出。
马达14在末端配置有机械手16，基于输入的电流i来输出转矩τt。机械手16是配置于马达14的末端的负载的一个例子。因此，也可以采用机械臂、腿等来代替机械手16。
转矩传感器151、152是第1和第2转矩传感器的一个例子，将马达14输出的转矩τt分别作为计测转矩值τt1和τt2而检测出来。此外，本发明的多个转矩传感器也可以是3以上。
转矩传感器切换判断器17和转矩传感器切换器18是切换部的一个例子。转矩传感器切换判断器17监视来自转矩传感器151、152的输出，在当前检测出作为输出而选择了的转矩传感器值(例如计测转矩值τt1)的异常的情况下，控制转矩传感器切换器18(的开关部181)以选择其它转矩传感器值(例如计测转矩值τt2)。在此，异常的检测指的是：例如，比较作为转矩传感器151、152的输出的计测转矩值τt1、τt2，差值为阈值以上的情况；仅计测转矩值τt1的输出持续为零值的情况；计测转矩值τt1持续为上限值或下限值的情况；或者，与转矩传感器151的通信切断的情况；等等。
转矩传感器切换器18基于转矩传感器切换判断器17对转矩传感器的输出的选择指示，来选择切换转矩传感器的输出。另外，转矩传感器切换器18包括第2低通滤波器(LPF2_183)，该第2低通滤波器(LPF2_183)用第2频率截止转矩值而向转矩控制器12输出。在此，第2低通滤波器中的第2频率设为比上述的第1低通滤波器中的第1频率高。由此，第2低通滤波器带来的信号的延迟小，所以，能够减小转矩控制器12中的信号的延迟的影响。
转矩传感器切换器18在从转矩传感器的切换(即开关部181的切换)时起经过预定时间的期间，采用LPF2_183来对计测转矩进行滤波。并且，转矩传感器切换器18在经过了预定时间后，不采用LPF2_183地向转矩控制器12输出计测转矩。例如，转矩传感器切换器18对于开关部182和开关部184设定为，在从转矩传感器的切换时起经过预定时间的期间采用LPF2_183而在经过了预定时间后不采用LPF2_183。此外，转矩传感器切换器18在没有开关部181的切换的情况下，对于开关部182和开关部184设定成，不采用LPF2_183并维持该状态。此外，预定时间被设为根据LPF2_183的时间常数算出的值。
图3是表示本发明的实施方式1的转矩传感器切换处理的流程的流程图。首先，转矩传感器切换判断器17判定转矩传感器值是否异常(S11)。在判定转矩传感器值为异常的情况下，转矩传感器切换判断器17对转矩传感器切换器18进行指示以切换转矩传感器。与之相应地，转矩传感器切换器18的开关部181进行转矩传感器的输出的切换(S12)。例如，在开关部181选择了转矩传感器151的输出的情况下，转矩传感器切换器18在由转矩传感器151检测出的第1转矩值(例如计测转矩值τt1)满足预定条件的情况下切换开关部181，以向开关部182输出由转矩传感器152检测出的第2转矩值(例如计测转矩值τt2)。
另外，在步骤S11中判定转矩传感器值为异常的情况下，转矩传感器切换器18与步骤S12并行地切换开关部182、184以通过LPF2_183(S13)。然后，转矩传感器切换器18判定是否经过了预定时间(S14)。在经过了预定时间后，转矩传感器切换器18切换开关部182、184以使得不通过LPF2_183(S15)。
此外，作为步骤S14的代替，转矩传感器切换器18也可以将转矩传感器值在LPF2_183的通过前后是否大致一致作为判定条件。或者可以是，在步骤S13之前，转矩传感器切换器18中，若开关部181的切换时输出的转矩传感器值的变化的大小为阈值以下，则不进行步骤S13至S15，而将开关部182、184设定为不采用LPF2_183并维持该状态。
这样，在本实施方式中，仅在转矩传感器的切换时信号产生了急剧变化的情况下采用LPF，所以，通常时难以产生不必要的延迟。另外，即使在转矩传感器的切换时信号产生了急剧变化的情况下，通过采用LPF2_183而能够防止向后阶段的转矩控制器12的信号输入的急剧变化，能够防止控制运算的饱和、振荡。
此外，如图2所示，转矩控制器12内置摩擦转矩推定观测器122。摩擦转矩推定观测器122用于消除转矩传感器的摩擦。并且，本实施方式的转矩控制装置10在转矩τt的后阶段配置转矩传感器切换器18，在转矩传感器151产生了异常的情况下切换为转矩传感器152，输出计测转矩值τt2。此时，从切换时起预定时间，输出通过了LPF2_183的信号。由此，在切换时能够抑制向摩擦转矩推定观测器122的输入的急剧变化，能够防止摩擦转矩推定观测器122的运算的饱和、振荡等。也就是说，也能够抑制转矩反馈信号(来自转矩传感器切换器18的输出信号)的急剧变化，所以，能够防止整个转矩控制系统的运算饱和、振荡等。
另外，在不进行转矩传感器的切换的通常时，转矩传感器值(计测转矩)不通过LPF2_183，所以，能够将转矩传感器本来的快速的信号输入摩擦转矩推定观测器122。因此，能够抑制摩擦转矩推定观测器122的推定误差。另外，由于也没有转矩反馈信号的延迟，所以，整个转矩控制系统的响应变快。
此外，在摩擦转矩推定观测器122内包括总是被利用的与LPF相当的装置。并且，该LPF的频率优选在第1频率与第2频率之间。由此，能够使转矩控制更稳定化。
此外，换言之，本实施方式的特征如下。也就是说，具有多个转矩传感器，具有第1LPF和第2LPF，该第1LPF在从转矩指令值换到电流指令值时使用，该第2LPF仅在一个转矩传感器发生了故障时等切换使用的转矩传感器的情况下使用，两个LPF中的切换时使用的第2LPF截止更高的频带。
这样，通过具有第1LPF，能够抑制设备发生谐振。另外，通过仅在切换时使用第2LPF，能够仅在需要时通过第2LPF，从而能够抑制不必要的由第2LPF进行的处理。
而且，第2LPF被构成为截止包含在转矩传感器输出中的电噪声成分，所以，即使在采用第2LPF的情况下也不会进行不必要的截止的处理。
综上所述，即使在切换使用多个转矩传感器的情况下，也能够在最小化第2LPF带来的延迟的影响的同时正确地进行利用转矩传感器的转矩控制。
＜发明的实施方式2＞
本发明的实施方式2是上述的实施方式1的变形例。在转矩传感器151、152双方都发生了故障的情况下，代替转矩传感器值而由采用了电流值的转矩推定值来进行转矩控制。例如，除了第1转矩传感器和第2转矩传感器的输出之外，切换部还接受采用电流值而算出转矩推定值的第3转矩传感器(未图示)的输出。并且，基于由第1至第3转矩传感器分别检测出的转矩传感器值来进行转矩传感器的切换。也就是说，在从第1或第2转矩传感器切换为第3转矩传感器的情况下，使转矩推定值在预定时间的期间通过第2LPF。由此，能够进一步抑制切换时的输出的急剧变化。尤其是，在从第1或第2转矩传感器切换为第3转矩传感器的情况下，值的急剧变化大，所以该方法是有效果的。
此外，本发明不限于上述实施方式，可在不脱离主旨的范围内进行适当地变更。
根据本发明以上的描述明确可知，本发明的实施方式可以进行各种改变。这种改变不应当被看做是脱离本发明的精神和范围，对于本领域的技术人员来说，所有的变形应当包含在权利要求书的范围内。

Claims (1)

1.一种转矩控制装置，具有：
马达，该马达在末端配置负载，基于输入的电流来输出转矩；
多个转矩传感器，该多个转矩传感器检测所述马达输出了的转矩的输出值；
转矩指令输出部，该转矩指令输出部基于所述多个转矩传感器的某一个检测出的转矩的输出值来算出转矩指令值；以及
电流控制器，该电流控制器基于所述转矩指令值来控制所述电流；
其特征在于，
所述转矩指令输出部包括第1低通滤波器，该第1低通滤波器用第1频率截止所述转矩指令值而向所述电流控制器输出；
所述转矩控制装置还具有切换部，该切换部在由所述多个转矩传感器中的第1转矩传感器检测出的第1转矩值满足预定条件的情况下，切换成将由第2转矩传感器检测出的第2转矩值向所述转矩指令输出部输出；
所述切换部包括第2低通滤波器，该第2低通滤波器用第2频率截止所述第2转矩值而向所述转矩指令输出部输出；
在从所述切换时起经过预定时间的期间使用所述第2低通滤波器，然后不使用所述第2低通滤波器地将所述第2转矩值向所述转矩指令输出部输出；或者，
在所述切换时输出的所述第2转矩值的变化的大小为阈值以下的情况下，不使用所述第2低通滤波器地将所述第2转矩值向所述转矩指令输出部输出；
所述第2频率高于所述第1频率。
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