CN113742880A - 进给系统的摩擦力预测与补偿方法及电脑可读取存储媒体 - Google Patents

Abstract

一种进给系统的摩擦力预测与补偿方法及电脑可读取存储媒体，其中进给系统的摩擦力预测与补偿方法包括下列步骤：于进给系统启动后，通过马达驱动器持续获取马达转动时的电流信号及角位置信号；依据电流信号及角位置信号估算马达在各个转动位置上时的摩擦力，并产生多笔摩擦力数据；依据所估算的多笔摩擦力数据以及各个对应的角位置信号建立摩擦力模型；将马达当前的角位置信号汇入摩擦力模型，以预测进给系统的预测摩擦力；基于预测摩擦力计算补偿电流；以及控制马达驱动器额外施加补偿电流给马达，以令马达克服摩擦力。

Description

进给系统的摩擦力预测与补偿方法及电脑可读取存储媒体

技术领域

本发明涉及一种进给系统，尤其涉及一种进给系统的摩擦力预测与补偿方法。

背景技术

一般来说，进给系统(例如自动化设备)内部采用的马达在反转的瞬间会因为没有足够的动力克服因机械组件所生的最大静摩擦力而发生速度不连续的现象，因而在马达的换向处产生加工纹路，影响进给系统的加工品质与精密度。

参阅图1，为进给系统与摩擦力示意图。如图1(a)所示，进给系统1上一般配置有一或多组的机械组件11，于进给系统1启动后，可以控制马达(图未标示)转动，并且通过马达的转动来带动机械组件11朝向上、下、左、右、前、后等方向反复移动，进而实现加工的目的。

若要带动机械组件11朝反方向移动，则马达必须进行反转。如前文所述，马达在反转的瞬间会因为动力不足而无法克服机械组件11带来的静摩擦力，因此将会形成如图1(b)所示的循圆轨迹2。如图1(b)所示，进给系统1在马达的换向处20将会出现换向尖角，代表马达在换向处20的动力不足以应付对应的摩擦力。

为解决上述问题，本技术领域的技术人员确实需要一套新颖的系统与方法，可以通过对进给系统的马达进行分析，以预测马达为了克服在各个转动位置上的摩擦力所需的动力并且加以补偿，并借此提高进给系统的加工品质与精密度。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种进给系统的摩擦力预测与补偿方法以及电脑可读取存储媒体，是可在进给系统启动后进行摩擦力的预测动作，并且通过提供马达额外的补偿电流，以克服所预测的摩擦力。

为了实现上述的目的，本发明的进给系统的摩擦力预测与补偿方法是应用于一进给系统，进给系统具有至少一组机械组件、导引机械组件作动的一马达、以及电性连接马达并控制马达转动的一马达驱动器，并且进给系统的摩擦力预测与补偿方法至少包括下列步骤：

a)由马达驱动器持续获取马达转动时的一电流信号及一角位置信号；

b)依据电流信号及角位置信号估算马达在各个转动位置上的一摩擦力，并产生多笔摩擦力数据；

c)依据多笔摩擦力数据以及对应各摩擦力数据的角位置信号进行运算，以针对马达建立一摩擦力模型；

d)将马达当前的角位置信号汇入该摩擦力模型中以预测该进给系统的一预测摩擦力；

e)基于预测摩擦力计算一补偿电流；及

f)控制马达驱动器额外施加补偿电流于马达。

为了实现上述的目的，本发明的电脑可读取存储媒体中记录有电脑可以执行的程序码，并且程序码于被执行后可以执行下列步骤：

a)由一进给系统的一马达驱动器持续获取进给系统的一马达转动时的一电流信号及一角位置信号；

b)依据电流信号及角位置信号估算马达在各个转动位置上的一摩擦力，并产生多笔摩擦力数据；

c)依据多笔摩擦力数据以及对应各摩擦力数据的角位置信号进行运算，以针对马达建立一摩擦力模型；

d)将马达当前的角位置信号汇入摩擦力模型中以预测进给系统的一预测摩擦力；

e)基于预测摩擦力计算一补偿电流；及

f)控制马达驱动器额外施加补偿电流于马达。

相较于相关技术，本发明的进给系统可以通过提供额外的补偿电流给马达，以令马达在运转时克服进给系统上的摩擦力，借此克服马达在反转时动力不足的问题，进而提高进给系统所能提供的加工品质以及精密度。

另外，通过摩擦力的持续预测与监控，本发明还可依据不同时间点的摩擦力相关参数来判断进给系统当前的健康状态，进而判断进给系统是否需要进行维护或更换。

附图说明

图1为进给系统与摩擦力示意图。

图2为本发明的进给系统的方框图的第一具体实施例。

图3为本发明的预测与补偿方法流程图的第一具体实施例。

图4为本发明的摩擦力比对示意图的第一具体实施例。

图5为本发明的摩擦力模型更新流程图的第一具体实施例。

图6为本发明的健康状态评估流程图的第一具体实施例。

附图标记说明：

1、3…进给系统

11、33…机械组件

2…循圆轨迹

20…换向处

31…马达驱动器

311…应用程序

312…摩擦力模型

32…马达

331…床身

332…滑轨

333…载台

41…补偿前循圆轨迹

42…补偿后循圆轨迹

S10～S26…补偿步骤

S30～S50…更新步骤

S60～S82…评比步骤

具体实施方式

兹就本发明的一优选实施例，配合附图，详细说明如后。

本发明公开了一种进给系统的摩擦力预测与补偿方法，主要用以预测进给系统在运转过程中的摩擦力，并且适时地对进给系统内部的马达进行补偿，借此避免因为马达的动力不足以克服进给系统的摩擦力而影响所提供的加工品质以及精密度的问题。

首请参阅图2，为本发明的进给系统的方框图的第一具体实施例。本发明的摩擦力预测与补偿方法(下面将于说明书中简称为补偿方法)主要是应用于如图2所示的进给系统3中。于图2的实施例中，进给系统3主要具备有马达驱动器31、与马达驱动器31电性连接并受马达驱动器31控制的马达32、以及受到马达32转动的牵引而进行相对作动的至少一组机械组件33。

于图2的实施例中，进给系统3为一种自动化设备，所述机械组件33包括床身331、设置于床身331上的多条滑轨332、以及设置于滑轨332上的载台333，其中，载台333可受马达32转动的牵引而沿着滑轨332在床身331上来回移动。而，上述说明仅为本发明的其中一种具体实施例，但并不以上述者为限。

本实施例中，马达驱动器31中存储有应用程序311，马达驱动器31可以通过应用程序311的执行而实现本发明的补偿方法。具体地，本发明的补偿方法主要是通过马达驱动器31来监控并获取马达32的转动数据，并且基于这些转动数据估算马达32在各个转动位置上时，进给系统3上的摩擦力(例如由机械组件33带来的最大静摩擦力)。基于所估算的摩擦力，应用程序311可以进一步针对马达32的状态建立一个摩擦力模型312。

本发明中，所述摩擦力模型312主要是一种摩擦力与位置的函数(容后详述)。上述摩擦力指的是马达32在进给系统3的运转过程中所需要克服的摩擦力，而上述位置指的是马达32的各个转动位置。

通过所建立的摩擦力模型312，应用程序311可以在进给系统3的运转过程中轻易地预测出进给系统3即将面临的摩擦力，并且控制马达驱动器31对马达32的转动进行补偿，以令马达32克服符合预测的实际摩擦力。通过本发明的补偿方法，进给系统3可以有效消除马达32在换向处的换向尖角，通过适时地提供马达32足够的动力以克服不同时间点的摩擦力，以提高进给系统3所能提供的加工品质以及精密度。

于图2的实施例中，马达驱动器31内部至少配置有一个电脑可读取存储媒体(图未标示)，例如为硬盘、非易失性存储器、快闪存储器或只读存储器等，不加以限定。所述电脑可读取存储媒体中记载有电脑可以执行的程序码，并且由所述程序码构成前述的应用程序311。当马达驱动器31执行了应用程序311中的相关程序码后，即可执行本发明的补偿方法中的各个步骤。

于其他实施例中，所述电脑可读取存储媒体亦可独立存在于与进给系统3连接的控制器、个人电脑、笔记本电脑或服务器等外部装置中。于此实施例中，所述程序码(即，应用程序311)可由与进给系统3连接的控制器、个人电脑、笔记本电脑或服务器等外部装置来执行，并且于被执行后对进给系统3进行控制，以通过进给系统3执行本发明的补偿方法中的各个步骤，而不以图2所示的结构为限。

续请同时参阅图3，为本发明的预测与补偿方法流程图的第一具体实施例。图3公开了本发明的补偿方法的各个详细步骤，并且本发明的补偿方法主要应用于如图2所示的进给系统3，但不加以限定。

首先，使用者于需要时启动进给系统3(步骤S10)。进给系统3启动后，随即由马达驱动器31或前述与进给系统3连接的控制器、个人电脑、笔记本电脑或服务器等装置执行所述应用程序311，以通过应用程序311的执行来控制进给系统3实现本发明的补偿方法。为便于说明，下面将以由进给系统3中的马达驱动器31执行应用程序311为例，进行说明。

步骤S10后，马达驱动器31控制马达32进行转动，并且持续获取马达32转动时的电流信号及角位置信号(步骤S12)。具体地，所述电流信号用以指出马达32位于各个转动位置时所接收的电流大小，所述角位置信号用以指出马达32当前的转动位置。

于一实施例中，马达驱动器31可以在进给系统3启动后持续控制马达32进行转动，并且持续获取马达32的电流信号及角位置信号。于另一实施例中，马达驱动器31可以在进给系统3启动后先控制马达32执行一循圆动作，并且于循圆动作中依序获取马达32位于各个转动位置上时的电流信号以及角位置信号，直到循圆动作完成为止。而，上述仅为本发明中的部分具体实施范例，但并不以上述为限。

当马达驱动器31取得足够的数据后(例如电流信号与角位置信号的数量大于门限值)，马达驱动器31即可依据马达32在各个转动位置上时的电流信号以及角位置信号，分别估算马达32在各个转动位置上的摩擦力，并产生多笔摩擦力数据(步骤S14)。具体地，马达驱动器31在步骤S14中是估算马达32在各个转动位置上时进给系统3所面临的摩擦力，并记录为多笔的摩擦力数据。

于一实施例中，马达驱动器31主要可依据下列两组公式来计算马达32在各个转动位置上的摩擦力：

公式一：C_m＝J×α+sgn(ω)×f_c+ω×B+C_g。

公式二：C_f＝C_m-J×α-ω×B-C_g。

于上述公式一及公式二中，C_m为电流信号、J为马达32的转动惯量、α为马达32的角加速度、ω为马达32的角速度、sgn()代表马达32的正反转信息、f_c为库伦摩擦力、B为粘滞摩擦系数、C_g为常数、C_f为进给系统3的摩擦力。

于公式一中，马达驱动器31可先依据马达32在各个转动位置上的角位置信号以及对应的时间来计算马达32的角加速度α以及角速度ω，并且再通过最小平方法估算出上述转动惯量J、粘滞摩擦系数B、库伦摩擦力f_c及常数C_g。所述最小平方法为本技术领域的常用技术手段，于此不再赘述。

在马达32的电流信号C_m、角加速度α以及角速度ω已知(于部分硬件架构下，所述电流信号C_m、角加速度α以及角速度ω可能直接从马达驱动器31中取得)，且已经算出所述转动惯量J、粘滞摩擦系数B及常数C_g的情况下，马达驱动器31即可依据上述公式二来计算马达32在各个转动位置上时，进给系统3的摩擦力C_f。

步骤S14后，马达驱动器31进一步依据估算所得的多笔摩擦力数据(分别对应至马达32的不同转动位置)以及对应至各笔摩擦力数据的角位置信号来进行运算，以针对马达32建立一个摩擦力模型312(步骤S16)。

具体地，马达驱动器31于步骤16中主要是依据下述公式来建立摩擦力模型312：

公式三：

于上述公式三中，u为步阶函数、a_i为第一模型参数、b_i为第二模型参数、c_i为第三模型参数、d为第四模型参数。

于一实施例中，马达驱动器31主要是基于上述公式三对马达32在各个转动位置上的摩擦力进行曲线拟合(curve fitting)运算，以分别获得第一模型参数、第二模型参数、第三模型参数及第四模型参数。当第一模型参数、第二模型参数、第三模型参数及第四模型参数已知后，马达驱动器31即可建立所述摩擦力模型312。

如前文中所述，本发明中的摩擦力模型312为摩擦力－位置函数，意即，在进给系统3的运转期间时，只要将马达32当前的转动位置(即，角位置信号)汇入摩擦力模型312中，即可直接得出进给系统3当前的摩擦力，并且可预测进给系统3即将面临的摩擦力(即，对应至马达32的下一个转动位置)。

于本发明的其中一个实施例中，步骤S14的摩擦力估算程序以及步骤16的摩擦力模型建立程序可以在背景持续执行。换句话说，马达驱动器31可在进给系统3被启动后，通过应用程序311的执行而持续估算马达32在各个转动位置上的摩擦力，并且持续建立/更新摩擦力模型312，但不加以限定。

具体地，马达32的状态可能会随着进给系统3的运转时间而改变(例如磨损、润滑油不足等)，导致整体摩擦力的改变。有鉴于此，通过在背景中持续执行所述步骤S14与步骤S16，可以令摩擦力模型312更贴近于马达32当前的状态，进而令摩擦力模型312所预测的摩擦力更为精准。

步骤S16后，马达驱动器31取得马达32当前的角位置信号(步骤S18)，并且将角位置信号汇入摩擦力模型312中，以通过摩擦力模型312直接获得对应的预测摩擦力(步骤S20)。本实施例中，马达驱动器31主要是将马达32当前的角位置信号汇入摩擦力模型312中，以获得在马达32到达下一个转动位置时，进给系统3的摩擦力(即，所述预测摩擦力)。如此一来，马达驱动器31可以提前对进给系统3即将面临的摩擦力进行补偿。

步骤S20后，马达驱动器31进一步基于所得的预测摩擦力执行特定演算法或查表法(图未标示)，以计算取得对应的补偿电流(步骤S22)。接着，马达驱动器31额外施加所述补偿电流给马达32(步骤S24)，以令马达32具备能够克服符合预测的实际摩擦力的充足动力。具体地，所述补偿电流的大小对应至预测摩擦力的大小，当马达32接收所述补偿电流后，其转动力量足够克服进给系统3的摩擦力而能平稳地转动。

步骤S24后，马达驱动器31判断进给系统3是否被关闭(步骤S26)，并且于进给系统3尚未被关闭前持续执行步骤S18至步骤S24，借此持续依据马达32的当前转动位置来获得预测摩擦力，并且持续依据预测摩擦力来提供额外的补偿电流给马达32。

于一实施例中，马达驱动器31会在进给系统3的运行期间持续输出电流至马达32，以令马达32进行转动。而如前文中所述，在马达32反转的瞬间(例如要控制机械组件33往反方向移动时)，马达32将会没有足够的动力可以克服进给系统3的摩擦力，因而在马达32的换向处产生速度不连续的现象。因此，于前述步骤S24中，马达驱动器31额外施加所述补偿电流给马达32，以令马达32具备可以克服即将面临的实际摩擦力的充足动力。

而，以上所述仅为本发明的其中一个具体实施范例，本发明的补偿方法并不仅限于应用在马达的换向处，而是可以在进给系统3的运行期间内被持续应用。

请同时参阅图4，为本发明的摩擦力比对示意图的第一具体实施例。图4公开了马达32的补偿前循圆轨迹41以及补偿后循圆轨迹42。具体地，补偿前循圆轨迹41记录了在未采用本发明的补偿方法时，控制马达32进行循圆动作所产生的轨迹，而补偿后循圆轨迹42则记录了在采用了本发明的补偿方法后，控制马达32进行循圆动作所产生的轨迹。

从图4中可清楚看出，在未采用本发明的补偿方法前(即，无论摩擦力为何，马达驱动器31都不会提供额外的补偿电流给马达32)，马达32在换向处会出现明显的换向尖角，这说明了马达32在反转时确实会因为动力不足以克服摩擦力而发生速度不连续的现象。相较之下，在采用了本发明的补偿方法后，马达32在换向处的象限误差已经大幅下降，这是因为马达32在反转时的动力已经提前被马达驱动器31额外提供的补偿电流所补偿，因此马达32的补偿后循圆轨迹42比起补偿前循圆轨迹41，会更加平稳。

如前文中所述，为了令摩擦力模型312更符合马达32当前的状态，进而令预测摩擦力更精准，本发明可令马达驱动器31通过应用程序311的执行而持续地对摩擦力模型312进行更新。然而，持续更新摩擦力模型312将会耗费马达驱动器31较多的运算资源，因此在另一实施例中，马达驱动器31可于必要时再对摩擦力模型312进行更新。

参阅图5，为本发明的摩擦力模型更新流程图的第一具体实施例。本实施例中，使用者首先于需要使用时控制进给系统3启动(步骤S30)。于进给系统3启动后，马达驱动器31即控制马达32进行转动，并且马达驱动器31(或与进给系统3连接的外部装置)可执行所述应用程序311，以持续获取马达32的电流信号以及角位置信号(步骤S32)，基于所获取的电流信号以及角位置信号来估算马达32在各个转动位置上的摩擦力，进而建立摩擦力模型312(步骤S34)。

本实施例中，马达驱动器31于步骤S34中建立的摩擦力模型312为第一摩擦力模型，并且马达驱动器31将第一摩擦力模型视为进给系统3的一个估测摩擦力模型(步骤S36)。于估测摩擦力模型建立完成后，马达驱动器31即可将马达32当前的角位置信号汇入估测摩擦力模型中，以执行如前文中所述的摩擦力补偿动作(即，基于预测摩擦力来提供额外的补偿电流给马达32)。

步骤S36后，马达驱动器31仍然持续获取马达32的电流信号以及角位置信号(步骤S38)，并且重新估算马达32在各个转动位置上的摩擦力，并产生多笔摩擦力数据，接着再依据重新估算的多笔摩擦力数据以及分别对应各摩擦力的角位置信号来进行运算，以建立第二摩擦力模型(步骤S40)，上述第二摩擦力模型的建立，是指控制马达32至少完成执行一次循圆动作，并且于循圆动作中依序获取马达32位于各个转动位置上时的电流信号以及角位置信号。本实施例中，马达驱动器31是基于相同的方式建立估测摩擦力模型(即，第一摩擦力模型)以及第二摩擦力模型，但是建立第二摩擦力模型的时间点晚于建立估测摩擦力模型的时间点，因此基于第二摩擦力模型所得的预测摩擦力相较于基于估测摩擦力模型所得的预测摩擦力，会更贴近马达32的当前状态。

步骤S40后，马达驱动器31将所述估测摩擦力模型与第二摩擦力模型进行比对(步骤S42)，以判断估测摩擦力模型与第二摩擦力模型间的差异是否小于第一门限值(步骤S44)。本实施例中，马达驱动器31是依据估测摩擦力模型与第二摩擦力模型间的差异来决定在接下来的运转期间中，要使用哪一个摩擦力模型来进行摩擦力的预测。

如图5所示，若估测摩擦力模型与第二摩擦力模型间的差异小于第一门限值，代表较早建立的估测摩擦力模型仍然符合马达32的当前状态，因此马达驱动器31直接舍弃较晚建立的第二摩擦力模型(步骤S46)，并且维持采用估测摩擦力模型来预测进给系统3的摩擦力。

若估测摩擦力模型与第二摩擦力模型间的差异不小于第一门限值，代表估测摩擦力模型所预测的摩擦力已经不符合马达32的当前状态，因此马达驱动器31直接以较晚建立的第二摩擦力模型来更新较早建立的估测摩擦力模型(或直接取代估测摩擦力模型)，意即，以第二摩擦力模型做为新的估测摩擦力模型(步骤S48)。

步骤S46及步骤S48后，马达驱动器31判断进给系统3是否被关闭(步骤S50)，并且在进给系统3尚未被关闭前重复执行步骤S38至步骤S48，以持续建立第二摩擦力模型、持续更新估测摩擦力模型、并持续以估测摩擦力模型来预测进给系统3的摩擦力，直到进给系统3被关闭为止。

通过图5公开的技术方案，马达驱动器31会持续监测马达32转动时的电流信号及角位置信号，但是不需要频繁地更新用来预测进给系统3的摩擦力的估测摩擦力模型，因而可以适度节省马达驱动器31的效能。

值得一提的是，于上述步骤S42中，马达驱动器31主要是将估测摩擦力模型中的多个模型参数与第二摩擦力模型中的多个模型参数进行相对误差的运算，以判断估测摩擦力模型与第二摩擦力模型间的差异是否小于所述第一门限值。

于一实施例中，所述估测摩擦力模型与第二摩擦力模型皆为前文中所公开的公式三：

然而，因为建立模型时所采用的数据(即，电流信号、角位置信号)不同，因此估测摩擦力模型与第二摩擦力模型中的模型参数(例如公式三中的a_i、b_i、c_i、d)的数值会所有不同。

本实施例中，马达驱动器31主要是对估测摩擦力模型中的多个模型参数与第二摩擦力模型中的多个模型参数进行相对误差的运算(例如，

以此类推)，并且判断该些模型参数的相对误差是否分别小于所述第一门限值。上述相对误差的运行属于本技术领域的常用技术手段，于此不再赘述。

本实施例中，马达驱动器31会在该些模型参数的相对误差分别小于第一门限值时直接舍弃第二摩擦力模型，并维持以估测摩擦力模型进行进给系统3的摩擦力预测动作。并且，马达驱动器31会在一或多个模型参数的相对误差不小于第一门限值时，以较晚建立的第二摩擦力模型来直接取代较早建立的估测摩擦力模型，并改用第二摩擦力模型来进行进给系统3的摩擦力预测动作。

通过上述技术方案，本发明的补偿方法可以通过摩擦力模型312来预测进给系统3的摩擦力，进而提供额外的补偿电流对进给系统3的马达32以对摩擦力进行补偿。如此一来，可以有效提升进给系统3的加工品质与精密度。

本发明的另一个技术方案在于，通过对摩擦力模型312中的多个模型参数进行长时间的监控，本发明的补偿方法还可进一步判断进给系统3(以及马达32)当前的健康状态。

参阅图6，为本发明的健康状态评估流程图的第一具体实施例。如图6所示，使用者首先启动进给系统3(步骤S60)，进给系统3启动后，马达驱动器31即控制马达32进行转动，并且持获取马达32于转动时的电流信号以及角位置信号(步骤S62)。并且，马达驱动器31基于所获取的电流信号以及角位置信号估算马达32在各个转动位置上的摩擦力，并借此建立摩擦力模型312(步骤S64)。

值得一提的是，于上述步骤S64中所建立的摩擦力模型312，指的是在马达32的最佳状态下(例如刚更换新的马达，或刚完成马达的维护动作)获取马达32的电流信号以及角位置信号，并依据这些电流信号及角位置信号所建立的一个参考摩擦力模型。更具体地说，由参考摩擦力模型所预测出来的摩擦力，将会对应至马达32于最佳状态下进行转动时，在各个转动位置上的摩擦力。

于所述参考摩擦力模型建立完成后，马达驱动器31即可通过参考摩擦力来进行进给系统3的摩擦力补偿动作(步骤S66)。本实施例中的摩擦力补偿动作相似于图3所示的步骤S18至步骤S24(即，将马达32的角位置信号汇入参考摩擦力模型12以获得预测摩擦力，并且基于预测摩擦力计算并提供对应的补偿电流)，于此不再赘述。

在进给系统3的运行过程中，马达驱动器31持续记录进给系统3的运转时间，并且判断预设的检查周期是否经过(步骤S68)。在图6所公开的技术方案中，马达驱动器31主要是基于所述检查周期经过与否，决定是否要进行进给系统3的健康状态的评估动作。更具体地，马达驱动器31是于进给系统3的运转时间大于检查周期时，对进给系统3的马达32的当前健康状态进行评估。

于一实施例中，所述检查周期为进给系统3被启动、马达32被更换或是马达32完成维护时起算的二至四周的时间，但不以此为限。

若于步骤S68中判断检查周期尚未经过，代表目前尚不需要评估进给系统3的健康状态，因此马达驱动器31会再次执行进步骤S66，以持续依据参考摩擦力模型(或是如图5的实施例中所述的估测摩擦力)对进给系统3的摩擦力进行预测及补偿。

若于步骤S68中判断检查周期已经超过，代表目前需要评估进给系统3的健康状态，因此马达驱动器31实时依据马达32的电流信号以及角位置信号估算马达32当前在各个转动位置上的摩擦力，并且依据多笔摩擦力以及对应的角位置信号建立另一个摩擦力模型312(步骤S70)。

于上述步骤S70中，马达驱动器31可例如控制马达32再次执行循圆动作，并且于循圆动作中依序记录马达32的电流信号以及角位置信号，以估算于马达32的当前状态下，在各个转动位置上的摩擦力。

于步骤S70中所建立的摩擦力模型312，指的是获取马达32当前(即，已经转动了相当于前述检查周期的一段时间后)的电流信号以及角位置信号，并依据这些电流信号及角位置信号所建立的一个测试摩擦力模型。更具体地说，由测试摩擦力模型所预测出来的摩擦力，会符合马达32于当前状态下进行转动时，在各个转动位置上的摩擦力。

步骤S70后，马达驱动器31将所述参考摩擦力模型与测试摩擦力模型进行比对(步骤S72)，以判断参考摩擦力模型与测试摩擦力模型间的差异是否小于第二门限值(步骤S74)。本实施例中，马达驱动器31是依据参考摩擦力模型与测试摩擦力模型间的差异来评估进给系统3/马达32当前的健康状态。

若参考摩擦力模型与测试摩擦力模型间的差异小于第二门限值，代表进给系统3/马达32的状态的变化不大，因此马达驱动器31会认定进给系统3目前仍处于健康状态(步骤S76)，因而尚不需要维护或更换。

接着，马达驱动器31判断进给系统3是否被关闭(步骤S82)，并且在进给系统3尚未被关闭前重复执行步骤S66至步骤S80，以持续建立测试摩擦力模型、持续对参考摩擦力模型与测试摩擦力模型进行比对、并持续确认进给系统3处于健康状态，直到进给系统3被关闭为止。

若参考摩擦力模型与测试摩擦力模型间的差异不小于第二门限值，代表进给系统3/马达32自启动/更换/维护至今的状态的变化已经超过一个可容忍范围，因此马达驱动器31会认定进给系统3目前处于不健康状态(步骤S78)，而需要进行维护或更换。并且，为了提醒相关人员确实地对进给系统3或马达32进行维护、更换，马达驱动器31还可进一步发出警示信号(步骤S80)。于一实施例中，马达驱动器31可通过进给系统3上的显示器或蜂鸣器(图未标示)以文字、图像或声音等方式发出警示信号，或是将警示信号传递至与进给系统3有线或无线连接的外部装置上进行显示，不加以限定。

于上述步骤72中，马达驱动器31主要是将参考摩擦力模型中的多个模型参数与测试摩擦力模型中的多个模型参数进行相对误差的运算，以判断参考摩擦力模型与测试摩擦力模型间的差异是否小于所述第二门限值。其中，步骤S72中采用的比对方式相似于前文中所述的图5的步骤S42中所采用的比对方式，于此不再赘述。

值得一是的是，马达驱动器31除了可基于摩擦力模型312中的多个模型参数(例如前述公式三的a_i、b_i、c_i、d)来进行比对之外，亦可通过前述公式一及公式二中的多个模型参数来进行参考摩擦力模型与测试摩擦力模型的相似度比对。

如前文中所述，本发明的补偿方法主要可通过公式一：C_m＝J×α+sgn(ω)×f_c+ω×B+C_g以及公式二：C_f＝C_m-J×α-ω×B-C_g来估算马达32在各个转动位置上的摩擦力。于本实施例中，马达驱动器31可同时将上述公式中的库伦摩擦力f_c、粘滞摩擦系数B与常数C_g做为所述模型参数，并将参考摩擦力模型中的库伦摩擦力f_c、粘滞摩擦系数B与常数C_g分别与测试摩擦力模型中的库伦摩擦力f_c、粘滞摩擦系数B与常数C_g进行比对，如此一来，可以令比对结果更为精准。

本实施例中，马达驱动器31会在参考摩擦力模型与测试摩擦力模型的该些模型参数的相对误差分别小于第二门限值时，直接认定进给系统3目前仍然处于健康状态。并且，马达驱动器31会在一或多个模型参数的相对误差不小于第二门限值时，认定进给系统3目前处于不健康状态，而需要进行维护或更换。

通过上述技术方案，本发明的补偿方法可以在通过摩擦力模型312预测并补偿进给系统3的摩擦力的同时，通过摩擦力模型312来长时间监测摩擦力的变化，进而评估进给系统3的健康状态。如此一来，可以有效且适时地进行进给系统3的维护与更换，相当便利。

本发明的补偿方法主要可通过电脑可执行的程序码来实现，并且记录于电脑可读取存储媒体中。于前文的实施例中，所述电脑可读取存储媒体主要配置于进给系统3中，并且由进给系统3的马达驱动器31直接执行相关程序码以执行本发明的补偿方法的各个步骤。

于其他实施例中，所述电脑可读取存储媒体可配置于与进给系统3有线或无线连接的控制器、个人电脑、笔记本电脑或服务器等外部装置中，并且由这些外部装置来执行相关程序码，以代替马达驱动器31执行本发明的补偿方法的各个步骤。

更具体地，当所述马达驱动器31、控制器、个人电脑、笔记本电脑或服务器执行了所述电脑可读取存储媒体中记录的相关程序码后，至少可控制进给系统3执行如下的步骤：

(1)持续从进给系统3的马达驱动器31中获取进给系统3的马达32在转动时的电流信号及角位置信号；

(2)依据所获取的电流信号及角位置信号分别估算马达32在各个转动位置上的摩擦力，并产生多笔摩擦力数据；

(3)依据估算所得的多笔摩擦力数据以及对应各摩擦力的角位置信号进行运算，以针对马达32建立摩擦力模型312；

(4)将马达32当前的角位置信号汇入已经建立的摩擦力模型312中，以预测进给系统3的预测摩擦力；

(5)基于预测摩擦力计算对应的补偿电流；及

(6)控制马达驱动器31额外施加所述补偿电流于马达32，以令马达32具备可以克服符合预测的实际摩擦力的足够动力。

以上所述仅为本发明的优选具体实例，非因此即局限本发明的权利要求，故举凡运用本发明内容所为的等效变化，均同理皆包含于本发明的范围内，合予陈明。

Claims (14)

1.一种进给系统的摩擦力预测与补偿方法，应用于一进给系统，该进给系统具有至少一组机械组件、导引该机械组件作动的一马达、以及电性连接该马达并控制该马达转动的一马达驱动器，并且包括下列步骤：

a)由该马达驱动器持续获取该马达转动时的一电流信号及一角位置信号；

b)依据该电流信号及该角位置信号估算该马达在各个转动位置上的一摩擦力，并产生多笔摩擦力数据；

c)依据多笔该摩擦力数据以及对应各该摩擦力的该角位置信号进行运算，以针对该马达建立一摩擦力模型；

d)将该马达当前的该角位置信号汇入该摩擦力模型中以预测该进给系统的一预测摩擦力；

e)基于该预测摩擦力计算对应的一补偿电流；及

f)控制该马达驱动器以额外施加该补偿电流于该马达。

2.如权利要求1所述的进给系统的摩擦力预测与补偿方法，其中还包括下列步骤：

g)该步骤f后，判断该进给系统是否关闭；及

h)于该进给系统关闭前持续执行该步骤d至该步骤f。

3.如权利要求1所述的进给系统的摩擦力预测与补偿方法，其中该步骤a是由该马达驱动器控制该马达执行一循圆动作，并依序获取该马达位于各个转动位置上时的该电流信号以及该角位置信号。

4.如权利要求1所述的进给系统的摩擦力预测与补偿方法，其中该步骤b是依据一第一公式计算该马达在各个转动位置上的该摩擦力：C_f＝C_m-J×α-ω×B-C_g，其中C_f为该摩擦力、C_m为该电流信号、J为该马达的一转动惯量、α为该马达的一角加速度、ω为该马达的一角速度、B为一粘滞摩擦系数、C_g为一常数。

5.如权利要求4所述的进给系统的摩擦力预测与补偿方法，其中该步骤b还执行一第二公式：C_m＝J×α+sgn(ω)×f_c+ω×B+C_g，其中sgn()代表该马达的正反转信息、f_c为一库伦摩擦力，其中该马达驱动器于该步骤b中依据该马达于各个位置上的该角位置信号以及时间计算该马达的该角加速度以及该角速度，并且通过最小平方法估算该转动惯量、该粘滞摩擦系数、该库伦摩擦力及该常数。

6.如权利要求1所述的进给系统的摩擦力预测与补偿方法，其中该步骤c是依据一第三公式建立该摩擦力模型：

其中u为一步阶函数、a_i为一第一模型参数、b_i为一第二模型参数、c_i为一第三模型参数、d为一第四模型参数。

7.如权利要求6所述的进给系统的摩擦力预测与补偿方法，其中该步骤c是基于该第三公式对该马达于各个转动位置上的所述多个摩擦力进行一曲线拟合运算，以分别获得该第一模型参数、该第二模型参数、该第三模型参数及该第四模型参数。

8.如权利要求1所述的进给系统的摩擦力预测与补偿方法，其中该摩擦力模型为一估测摩擦力模型，并且该摩擦力预测与补偿方法还包括下列步骤：

i)重新估算该马达在各个转动位置上的该摩擦力，并产生多笔摩擦力数据；

j)依据重新估算的多笔该摩擦力数据以及对应各该摩擦力的该角位置信号进行运算，以建立一第二摩擦力模型；

k)将该估测摩擦力模型与该第二摩擦力模型进行比对；

l)于该估测摩擦力模型与该第二摩擦力模型的差异小于一第一门限值时，舍弃该第二摩擦力模型；

m)于该估测摩擦力模型与该第二摩擦力模型的差异不小于该第一门限值时，以该第二摩擦力模型更新该估测摩擦力模型；及

n)于该进给系统关闭前，依据该估测摩擦力模型再次执行该步骤i至该步骤m。

9.如权利要求8所述的进给系统的摩擦力预测与补偿方法，其中该步骤k是将该估测摩擦力模型中的多个模型参数与该第二摩擦力模型中的多个模型参数进行相对误差的运算，并且判断各该模型参数的相对误差是否分别小于该第一门限值。

10.如权利要求1所述的进给系统的摩擦力预测与补偿方法，其中该摩擦力模型为一参考摩擦力模型，并且该摩擦力预测与补偿方法还包括下列步骤：

o)判断一运转时间是否超过一检查周期；

p)于该运转时间未超过该检查周期前再次执行该步骤d至该步骤f；

q)于该运转时间超过该检查周期后重新估算该马达在各个转动位置上的该摩擦力，并产生多笔摩擦力数据；

r)依据重新估算的多笔该摩擦力数据以及对应各该摩擦力的该角位置信号进行运算，以建立一测试摩擦力模型；

s)将该参考摩擦力模型与该测试摩擦力模型进行比对；

t)于该参考摩擦力模型与该测试摩擦力模型的差异小于一第二门限值时，判断该进给系统目前处于一健康状态；及

u)于该参考摩擦力模型与该测试摩擦力模型的差异不小于该第二门限值时，判断该进给系统目前处于一不健康状态，并发出一警示信号。

11.如权利要求10所述的进给系统的摩擦力预测与补偿方法，其中该步骤s是将该参考摩擦力模型中的多个模型参数与该测试摩擦力模型中的多个模型参数进行相对误差的运算，并且判断各该模型参数的相对误差是否分别小于该第二门限值。

12.如权利要求11所述的进给系统的摩擦力预测与补偿方法，其中该检查周期为2至4周。

13.一种电脑可读取存储媒体，记录有电脑可以执行的程序码，该程序码于被执行后执行下列步骤：

a)由一进给系统的一马达驱动器持续获取该进给系统的一马达在转动时的一电流信号及一角位置信号；

b)依据该电流信号及该角位置信号估算该马达在各个转动位置上的一摩擦力，并产生多笔摩擦力数据；

c)依据多笔该摩擦力数据以及对应各该摩擦力的该角位置信号进行运算，以针对该马达建立一摩擦力模型；

d)将该马达当前的该角位置信号汇入该摩擦力模型中以预测该进给系统的一预测摩擦力；

e)基于该预测摩擦力计算对应的一补偿电流；及

f)控制该马达驱动器额外施加该补偿电流于该马达。

14.如权利要求13所述的电脑可读取存储媒体，其中该程序码由该进给系统中的该马达驱动器所执行，或由与该进给系统连接的一控制器、一个人电脑、一笔记本电脑或一服务器所执行。

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