DE102006046388B4

DE102006046388B4 - Verfahren und Vorrichtung für ein Bewegungssteuerungssystem

Info

Publication number: DE102006046388B4
Application number: DE102006046388.9A
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Nagura; Hironori Ohashi; Yuri Takano; Tetsuo Yanada
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2026-09-30
Also published as: CN101034865A; DE102006046388A1; JP2007244053A; CN101034865B; JP4602921B2

Abstract

Motorsteuerungsvorrichtung mit: einem Motor (1), der über eine Kopplungswelle mit einer Last (2) gekoppelt ist; einem Leistungswandler (4) zum Treiben des Motors; einer Stromsteuerung (8) zum Einstellen eines Ausgabestroms (Iq) des Leistungswandler nach Maßgabe einer Differenz (Ie) zwischen einem Drehmomentstromanweisungswert (Iq*) und einem Erfassungswert (Iq) des dem Motor zugeführten Drehmomentstroms; einem Geschwindigkeitsdetektor (5) zum Erfassen einer Geschwindigkeit des Motors und Ausgeben der Geschwindigkeit als Geschwindigkeitserfassungswert (ωM); einer Beschleunigungsberechnungseinheit (11) zum Differenzieren des Geschwindigkeitserfassungswerts und dadurch Ausgeben eines Beschleunigungserfassungswerts (αM); einem Lastparameterschätzabschnitt (14) zum Schätzen des Trägheitsmoments (J) der Last; und einer Geschwindigkeitssteuerung (501) zum Ausgeben des Drehmomentstromanweisungswerts, wobei: der Lastparameterschätzabschnitt (14) als Eingaben einen Drehmomentanweisungswert (τM*) oder einen Drehmomenterfassungswert (τM), der durch Multiplizieren des Drehmomentstromanweisungswerts (Iq*) oder des Drehmomentstromerfassungswerts (Iq) mit einer Drehmomentkonstante (kt) berechnet wird, den Geschwindigkeitserfassungswert vom Geschwindigkeitsdetektor (5) und den Beschleunigungserfassungswert von der Beschleunigungsberechnungseinheit (11) empfängt, während einer Beschleunigung zwei Arbeitspunkte des Motors über der Zeit bestimmt, die zueinander im Wesentlichen gleiche Beschleunigungserfassungswerte (αM2), aber unterschiedliche Geschwindigkeitserfassungswerte (ωM2L, ωM2H) haben, einen Viskosekoeffizienten-Schätzwert (D) durch Dividieren einer Differenz der Drehmomentanweisungswerte oder der Drehmomenterfassungswerte an den beiden Arbeitspunkten durch eine Differenz der Geschwindigkeitserfassungswerte an den beiden Arbeitspunkten berechnet und das Trägheitsmoment unter Verwendung des Viskosekoeffizienten-Schätzwerts schätzt; und die Geschwindigkeitssteuerung (501) eine Steuerungsverstärkung nach Maßgabe des durch den Lastparameterschätzabschnitt geschätzten Trägheitsmoments korrigiert und dadurch den Drehmomentstromanweisungswert einstellt, wobei der Lastparameter-Schätzabschnitt dazu ausgelegt ist, von dem Drehmomentanweisungswert oder ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein Bewegungssteuerungssystem, beispielsweise eine industrielle Einrichtung, eine Halbleiterfertigungsmaschine, eine Werkzeugmaschine oder eine Spritzgießmaschine, und insbesondere ein Verfahren für ein Bewegungssteuerungssystem zum Verbessern der Steuerungsleistung durch das Schätzen von Online-Lastparametern.
Für Vorrichtungen für ein Bewegungssteuerungssystem zur Steuerung von Motoren in industriellen Maschinen, wie etwa einer Halbleiterfertigungsmaschine, einer Werkzeugmaschine und einer Spritzgießmaschine, ist ein Schema vorgeschlagen worden, in dem das Trägheitsmoment und das Gravitationsmoment einer Maschine bei tatsächlichem Betrieb geschätzt werden, um Ergebnisse der Schätzung zum automatischen Korrigieren von Steuerkonstanten in einem Geschwindigkeitssteuerungsabschnitt zu verwenden.
JP 2001-352773 A beschreibt eine Technik, bei der ein Drehmomentanweisungswert in einem Beschleunigungs- oder Verlangsamungsbetrieb durch einen erfassten Wert der Beschleunigung dividiert wird, um das Trägheitsmoment zu schätzen.
Gemäß einer in JP 2001-352773 A beschriebenen Technik wird ein Motor mit mehreren zueinander unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder Drehzahlen (Umdrehungen pro Sekunde) angetrieben, um das Reibungsdrehmoment (das der Gesamtsumme aus viskosem Reibungsdrehmoment und kinetischem Reibungsdrehmoment entspricht) direkt zu messen. Das ermittelte Reibungsdrehmoment wird von dem Drehmoment subtrahiert, das zur Beschleunigung oder Verlangsamung des Motors erforderlich ist, um ein Drehmoment zu erzielen, das für die Beschleunigung oder Verlangsamung entsprechend dem Trägheitsmoment erforderlich ist. Das resultierende Drehmoment wird durch die Beschleunigung dividiert, um das Trägheitsmoment zu schätzen. Für eine durch die Schwerkraft beeinträchtigte vertikale Achse oder Spindel bzw. Welle wird das jeder Geschwindigkeit entsprechende Reibungsdrehmoment als Durchschnittswert ermittelt, d. h. „das Drehmoment, das erforderlich ist, wenn der Motor mit einer festen Geschwindigkeit angetrieben wird, die gleich der ursprünglichen Geschwindigkeit ist und die der ursprünglichen Drehung oder Drehrichtung entgegengesetzt ist”. Auch wird das Drehmoment zum Kompensieren der Schwerkraft entsprechend jeder Geschwindigkeit als eine Hälfte der Differenz zwischen „dem Durchschnittswert und dem Wert des Drehmoments, das erforderlich ist, wenn der Motor mit einer festen Geschwindigkeit angetrieben wird, die gleich der ursprünglichen Geschwindigkeit ist und die entgegengesetzt der ursprünglichen Drehrichtung ist” erzielt wird. Das Drehmoment zum Kompensieren des Reibungsdrehmoments und das Drehmoment zum Kompensieren der Schwerkraft werden von dem Drehmoment subtrahiert, das zum Beschleunigen oder Verlangsamen des Motors erforderlich ist, um das Drehmoment zu ermitteln, das für die mit dem Trägheitsmoment verbundene Beschleunigung oder Verlangsamung erforderlich ist. Danach wird das ermittelte Drehmoment durch die Beschleunigung dividiert, um das Trägheitsmoment zu schätzen.
In der Technik der JP 2001-352773 A besteht, da der Einfluss des viskosen Reibungsdrehmoments, das proportional zur Motorgeschwindigkeit größer wird, vernachlässigt wird, das Problem, dass das Schätzergebnis des Trägheitsmoments für eine Vorrichtung mit einem großen viskosen Reibungskoeffizienten oder für eine Vorrichtung während eines Hochgeschwindigkeitsbetriebs ein wenig größer als das tatsächliche Trägheitsmoment ist.
In der Technik der JP H06-298074 A wird das für einen Betrieb bei fester Geschwindigkeit erforderliche Drehmoment von demjenigen für die Motorbeschleunigung oder -verlangsamung subtrahiert, um das Drehmoment für die mit dem Trägheitsmoment verbundene Beschleunigung oder Verlangsamung zu erzielen. Das Drehmoment wird dann durch die Beschleunigung dividiert, um das Trägheitsmoment zu schätzen. Anders als die Technik der JP 2001-352773 A ermöglicht es daher diese Technik, das Trägheitsmoment mit hoher Präzision zu schätzen. Jedoch ist es erforderlich, den Motor tatsächlich mit mehreren gegenseitig unterschiedlichen festen Geschwindigkeiten anzutreiben. Insbesondere ist es für eine vertikale Achse erforderlich, die Drehrichtung des Motors umzukehren, und die Anzahl der Betätigungen verdoppelt sich. Daher erfordert dies eine längere Zeitdauer für die Schätzung des Trägheitsmoments. Auch besteht das Problem, dass die Technik für die Schätzung des Trägheitsmoments unter Verwendung eines beliebigen Motorbetriebsmusters während des tatsächlichen Betriebs nicht geeignet ist.
Der Artikel Yang et al.: ”Observer-Based inertial identification for auto-tuning servomotor drives” in Industry Applications Conference, Fourtieth IAS Annual Meeting, 2005, S. 968 ff beschreibt die automatische Abstimmung für di Motorsteuerung mittels eines Beobachters. Vorgesehen sind eine Zustandsabschätzung und zwei adaptive Steuerungen zur separaten Anpassung an Trägheit und Reibung.
Die JP 2005-086841 A beschreibt eine Motorsteuerungsvorrichtung zur Ermittlung der Trägheit und Reibung auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls und der Motorgeschweindigkeit.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung für ein Bewegungssteuerung bereitzustellen, die in einem beliebigen Motorbetriebsmuster während des tatsächlichen Betriebs anwendbar sind und die die Steuerungsleistung durch eine automatische Korrektur von Steuerkonstanten in einem Geschwindigkeitssteuerungsabschnitt verbessern.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Beseitigung der Probleme wird bei zwei Bedingungen eines Motors, in denen die Motorbeschleunigung unverändert gehalten wird und nur die Motorgeschwindigkeit variiert, eine Drehmomentanweisungswertdifferenz oder eine Drehmomenterfassungswertdifferenz durch eine Geschwindigkeitserfassungswertdifferenz dividiert, um einen viskosen Reibungskoeffizienten zu berechnen. Der viskose Reibungskoeffizient wird durch den Geschwindigkeitserfassungswert multipliziert, um das viskose Reibungsmoment indirekt zu schätzen. Das so geschätzte viskose Reibungsmoment wird von dem Drehmoment, das zum Beschleunigen oder Verlangsamen des Motors erforderlich ist, subtrahiert, um dadurch das für die Beschleunigung oder Verlangsamung des Motors erforderliche Drehmoment zu berechen, indem lediglich der Einfluss der viskosen Reibung entfernt wird. Auf diese Weise werden für mehrere gegenseitig unterschiedliche Beschleunigungswerte die Drehmomentwerte ermittelt, die für die Beschleunigung oder Verlangsamung des Motors erforderlich sind, indem lediglich der Einfluss der viskosen Reibung entfernt wird. Im Ergebnis wird das Trägheitsmoment als Verhältnis einer Variation in dem Drehmoment, das für die Beschleunigung oder Verlangsamung des Motors erforderlich ist, indem lediglich der Einfluss der viskosen Reibung entfernt wird, zu einer Variation in der Beschleunigung geschätzt.
Das heißt, gemäß einem Aspekt der Vorrichtung für ein Bewegungssteuerungssystem beinhaltet die Vorrichtung einen Motor, der über eine Kupplungswelle mit einer Last gekoppelt ist, einen Leistungswandler zum Treiben des Motors, eine Stromsteuerung zum Einstellen eines Ausgabestroms von dem Leistungswandler nach Maßgabe einer Differenz zwischen einem Drehmomentstromanweisungswert und einem dem Motor zugeführten Drehmomentstromerfassungswert, einen Geschwindigkeitsdetektor zum Erfassen einer Geschwindigkeit des Motors und Ausgeben der Geschwindigkeit als Geschwindigkeitserfassungswert, eine Beschleunigungsberechnungseinheit zum Differenzieren des Geschwindigkeitserfassungswerts und dadurch Ausgeben eines Beschleunigungserfassungswerts, einen Lastparameterschätzabschnitt zum Schätzen des Trägheitsmoments der Last und eine Geschwindigkeitssteuerung zum Ausgeben des Drehmomentstromanweisungswerts. Der Lastparameterschätzabschnitt empfängt als Eingaben dazu einen Drehmomentanweisungswert, der durch Multiplizieren des Drehmomentstromanweisungswerts durch eine Drehmomentkonstante berechnet wird, den Geschwindigkeitserfassungswert und den Beschleunigungserfassungswert; berechnet unter Verwendung einer Bedingung von zwei Punkten, die einander im Beschleunigungserfassungswert im Wesentlichen gleich sind und die sich im Geschwindigkeitserfassungswert voneinander unterscheiden, einen viskosen Koeffizientenschätzwert durch Dividieren einer Differenz im Drehmomentanweisungswert zwischen den beiden Punkten durch eine Differenz in dem Geschwindigkeitserfassungswert zwischen ihnen; und schätzt das Trägheitsmoment unter Verwendung des viskosen Koeffizientenschätzwerts. Die Geschwindigkeitssteuerung korrigiert automatisch Steuerkonstanten nach Maßgabe des durch den Lastparameterschätzabschnitt geschätzten Trägheitsmoments und stellt dadurch den Drehmomentstromanweisungswert ein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es selbst in einer Vorrichtung wie etwa einer industriellen Maschine mit einem großen viskosen Reibungskoeffizienten möglich, das Trägheitsmoment ohne Erfahren des Einflusses viskoser Reibungskraft zu schätzen. Auch kann das Trägheitsmoment für ein Betriebs- bzw. Betätigungsmuster, das ein Intervall fester Geschwindigkeit nicht einschließt, und/ein Betätigungsmuster mit lediglich einer eindirektionalen Betätigung geschätzt werden. Daher können auch in einer Vorrichtung im Stand der Technik, bei der es schwierig ist, das Trägheitsmoment zu schätzen, das Trägheitsmoment, der viskose Reibungskoeffizient und das Lastdrehmoment mit hoher Präzision während des tatsächlichen Betriebs geschätzt werden. Daher kann die Steuerungsleistung durch eine automatische Korrektur von Steuerkonstanten im Geschwindigkeitssteuerungsabschnitt verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung für ein Bewegungssteuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das Last als ein Schätzobjekt der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 enthält graphische Darstellungen, die Wellenformen der Beschleunigung, Geschwindigkeit und des Drehmoments bei der Beschleunigung eines Motors zeigen.
4A ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen Beschleunigung und Motorgeschwindigkeit zeigt.
4B ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen Beschleunigung und Motordrehmoment zeigt.
5 ist eine Tabelle, die Datenformate erfasster Datenanordnungen zeigt.
6 ist ein Zustandsübergangsdiagramm eines Datenerfassungsabschnitts.
7 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb im Datenerfassungsabschnitt zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, das im Wesentlichen die Gesamtverarbeitung im Datenerfassungsabschnitt zeigt.
9 ist ein Flussdiagramm, das im Wesentlichen die Gesamtverarbeitung in einem Datenanalyseabschnitt zeigt.
10 ist ein Flussdiagramm, das im Detail die Verarbeitung der Datenanalyse im Datenanalyseabschnitt zeigt.
11 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorsteuerung in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorsteuerung in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Motorsteuerung in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen folgt eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt eine Konfiguration einer Vorrichtung für ein Bewegungssteuerungssystem in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Blockdiagramm. Die erste Ausführungsform ist eine Vorrichtung für ein Bewegungssteuerungssystem, das für die Geschwindigkeitssteuerung gesetzte optimale Verstärkungswerte nach Maßgabe von sich nacheinander ändernden Werten des Trägheitsmoments der Last unter Verwendung einer Online-Lastparameterschätzeinheit setzt.
Normalerweise ist es in einem Fall, in dem sich der Wert des Trägheitsmoments der Last ändert und mit N multipliziert wird, um die Steuerkenngröße äquivalent zu derjenigen vor der Änderung im Trägheitsmoment zu halten, erforderlich, die Ausgabe aus der Geschwindigkeitssteuerung mit N zu verstärken oder zu multiplizieren. Zur Umsetzung der Korrektur muss jedoch zwangsläufig eine Einheit angebracht werden, die den Gesamtwert des Trägheitsmoments der Last mit hoher Präzision in Echtzeit schätzt.
In der Konfiguration der Ausführungsform empfängt ein Online-Lastparameterschätzabschnitt 14 während einer Positionierungsbetätigung eines Motors als Eingabewerte dazu einen Beschleunigungserfassungswert, einen Drehmomentanweisungswert und einen Geschwindigkeitserfassungswert des Motors, um die Betätigung für das Schätzen des Gesamtwert des Trägheitsmoments der Last auszuführen. Die Ergebnisse der Schätzung spiegeln sich unmittelbar in der Verstärkungseinstellung der Geschwindigkeitssteuerung wider. Zur Entfernung einer im Eingabesignal an den Online-Lastparameterschätzabschnitt 14 enthaltenen Rauschkomponente und zur Minimierung ihres Einflusses auf die Schätzpräzision werden Tiefpassfilter mit ein und derselben Kenngröße verwendet. Im Ergebnis können die Variationen in der Amplitude und der Phase aufgrund der Hinzufügung der Tiefpassfilter für im Wesentlichen alle Eingabesignale eingestellt werden, um den negativen Einfluss auf das Schätzergebnis endgültig zu beseitigen. Als Nächstes wird die erste Ausführungsform detailliert beschrieben.
In 1 steht das Bezugszeichen 1 für einen Motor, 2 steht für eine Last als ein durch den Motor 1 anzutreibendes Antriebsobjekt, eine Kupplungsspindel oder -welle 3, um den Motor 1 mit der Last 2 zu koppeln, ein Leistungswandler 4 zum Treiben des Motors 1 und ein an einer Drehspindel des Motors 1 angebrachter Geschwindigkeitsdetektor 5 zum Ausgeben eines Geschwindigkeitserfassungswerts ω_M der Drehspindel des Motors 1. Zusätzlich steht 6 für einen Stromdetektor, um einen dem Motor 1 zugeführten Drehmomentstromerfassungswert I_q zu erfassen, ein Subtrahierer 7, um einen Wert der Stromabweichung I_e zwischen einem Drehmomentstromanweisungswert I_q* und den Drehmomentstromerfassungswert I_q zu berechnen, und 8 steht für eine Stromsteuerung, um einen Ausgabestrom von dem Leistungswandler 4 gemäß der Stromabweichung I_e einzustellen.
Ebenfalls steht 501 für eine Geschwindigkeitssteuerung, um den Drehmomentstromanweisungswert I_q* auszugeben. Die Geschwindigkeitssteuerung 501 ändert die Steuerungsverstärkung unter Verwendung eines Schätzwerts J^ des Gesamtträgheitsmoments des Motors 1 und der Last 2, die später beschrieben werden. 502 steht für einen Subtrahierer, um einen Geschwindigkeitsabweichungswert ω_e zwischen einem Geschwindigkeitsanweisungswert ω_M* und dem Geschwindigkeitserfassungswert ω_M zu berechnen.
Des Weiteren steht 9 für einen Multiplizierer, der den Drehmomentstromanweisungswert I_q* mit der Drehmomentkonstante kt multipliziert, um einen Drehmomentanweisungswert τ_M* zu erhalten. 10 steht für ein Rauschen entfernendes Tiefpassfilter, das den Drehmomentanweisungswert τ_M* als Eingabe dazu empfängt, um davon einen gefilterten Drehmomentanweisungswert τ_MF* auszugeben. 11 steht für einen Differenzierer, der den Geschwindigkeitserfassungswert ω_M als Eingabe dazu empfängt und der davon einen Beschleunigungserfassungswert α_M ausgibt. 12 steht für ein Rauschen entfernendes Tiefpassfilter, das den Beschleunigungserfassungswert α_M als eine Eingabe dazu empfängt, um davon einen gefilterten Beschleunigungserfassungswert α_MF auszugeben. 13 steht für ein Rauschen entfernendes Tiefpassfilter, das den Geschwindigkeitserfassungswert ω_M als Eingabe dazu empfängt und davon einen gefilterten Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF ausgibt.
Der Online-Lastparameterschätzabschnitt 14 empfängt als Eingabewerte dazu den gefilterten Beschleunigungserfassungswert α_MF, den gefilterten Drehmomentanweisungswert τ_MF* und den gefilterten Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF. Der Schätzabschnitt 14 gibt davon den Schätzwert des Gesamtträgheitsmoments des Motors und der Last J^, einen viskosen Reibungskoeffizientenschätzwert D^, einen Lastdrehmomentschätzwert τ_L^ und einen Gravitationsdrehmomentschätzwert τ_G^ sowie einen Schätzwert τ_G^ der Größe des kinetischen Reibungsdrehmoments aus. Der Schätzabschnitt 14 schließt einen Datenerfassungsabschnitt 15 ein, um den gefilterten Beschleunigungserfassungswert α_MF, den gefilterten Drehmomentanweisungswert τ_MF* und den gefilterten Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF gemäß einer vorgegebenen Regel gleichzeitig zu erfassen. Der Schätzabschnitt 14 weist weiterhin einen Datenanalyseabschnitt 16 auf, um nach Maßgabe von durch den Datenerfassungsabschnitt 15 erfassten Daten den Schätzwert des Gesamtträgheitsmoments des Motors und der Last J^, einen viskosen Reibungskoeffizientenschätzwert D^, einen Lastdrehmomentschätzwert T_L^ und einen Gravitationsdrehmomentschätzwert τ_G^ sowie einen Schätzwert τ_kC^ der Größe des kinetischen Reibungsdrehmoments zu berechnen.
Der Datenerfassungsabschnitt 15 führt dem Datenanalyseabschnitt 16 eine ermittelte Datenanordnung data_atv[][] mit gespeicherten erfassten Daten zu, die durch den Datenerfassungsabschnitt 15 erfasst wurden. Außerdem werden state_acc_MaxhoLd, das eine Variable ist, die einen Maximalwert eines Beschleunigungszustands, der später beschrieben wird, gespeichert hat, und ein Datenanalyseanforderungsmerker ID_REQ, der ein Merker ist, um den Datenanalyseabschnitt 16 zum Durchführen einer Datenanalyse nach dem Abschluss der Datenerfassung aufzufordern, an den Datenanalyseabschnitt 16 gesendet. In Ansprechung darauf führt der Datenanalyseabschnitt 16 dem Datenerfassungsabschnitt 15 einen Datenanalyseabschlussmerker ID_DONE zu, der ein Merker ist, der den Abschluss der Datenanalyse meldet. Als Ergebnis kann nach dem Datenanalyseabschluss der Datenerfassungsabschnitt 15 die erfassten Daten löschen, die wie vorstehend bereits empfangen worden sind, um den Datenerfassungsbetrieb für neue oder nächste Daten zu starten.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung der Last als Schätzobjekt. 2 zeigt ein Modell der Last als dem Schätzobjekt in einem Blockdiagramm. Parameter der jeweiligen Elemente des Blockdiagramms werden unter Verwendung des Motordrehmoments τ_M und der Motorgeschwindigkeit ω_M geschätzt.
In 2 ist ein Block 40 ein Block, der das Verhalten des Gesamtträgheitsmoments J des Motors und der Last darstellt. Der Block 40 empfängt als Eingabe dazu ein Beschleunigungsdrehmoment τ_a, integriert das Beschleunigungsdrehmoment τ_a und dividiert das Ergebnis der Integrierung durch das Gesamtdrehmoment J des Motors und der Last, um das Ergebnis auszugeben, d. h. den Quotienten als Motorgeschwindigkeit ω_M davon. Ein Integrator 41 empfängt die Motorgeschwindigkeit ω_M als Eingabe dazu und gibt davon eine Motorposition θ_M aus. Ein Block 42 ist eine viskose Reibungskoeffizientenverstärkungseinheit, die die Motorgeschwindigkeit ω_M als Eingabe dazu empfängt und die die Motorgeschwindigkeit ω_M mit einem viskosen Reibungskoeffizienten D multipliziert, um das Ergebnis, d. h. das Produkt, als viskoses Reibungsdrehmoment τ_D davon auszugeben.
Ein kinetischer Reibungsdrehmomentblock 43 empfängt die Motorgeschwindigkeit ω_M als eine Eingabe dazu und gibt, wenn die Motorgeschwindigkeit ω_M eine positive Rotations- oder Drehrichtung hat, einen festen Wert τ_kC, der die Größe des kinetischen Reibungskoeffizienten darstellt, als den kinetischen Reibungskoeffizienten τk aus. Wenn die Motorgeschwindigkeit ω_M eine negative Drehrichtung aufweist, kehrt der Block 43 das Signal des festen Werts τ_kC um, um –τ_kC als das kinetische Reibungsdrehmoment τ_k auszugeben. Ein Addierer 44 addiert, wenn die Lastantriebsrichtung eine vertikale Komponente einschließt, das Gravitationsdrehmoment τ und das kinetische Reibungsdrehmoment τ_k hinzu, die auf die Last wirken, um das Ergebnis, die Summe, als Lastdrehmoment τ_L davon auszugeben. Ein Subtrahierer 45 subtrahiert das Lastdrehmoment τ_L und das viskose Reibungsdrehmoment τ_D von dem Motordrehmoment τ_M, um das Beschleunigungsdrehmoment τ_a als Ergebnis auszugeben.
In der ersten Ausführungsform werden Parameter und Zustandsvariablen geschätzt, die unter Verwendung des Gesamtträgheitsmoments J der Last des Motors und der Last, d. h. des viskosen Reibungskoeffizienten D, des Lastdrehmoments τ_L, des Gravitationsdrehmoments τ_G und des die Größe des in 2 gezeigten kinetischen Reibungsdrehmoments darstellenden festen Werts τ_kC, dargestellt werden. Als für die Schätzung zu verwendendes Motordrehmoment τ_M werden als äquivalenter Wert ein Drehmomentanweisungswert τ_M*, der durch Multiplizieren des Drehmomentstromanweisungswerts I_q* durch die Drehmomentkonstante kt erhalten wird, oder der Drehmomenterfassungswert τ_M, der durch Multiplizieren des Drehmomentstromerfassungswerts I_q mit der Drehmomentkonstanten kt erhalten wird, verwendet.
3 zeigt Variationen bezüglich der Zeit der Motorgeschwindigkeit und der Motorposition und der jeweiligen Parameter bei Motorbeschleunigung. Unter Bezugnahme auf das Blockdiagramm der 2 und der Wellenformen der 3 erfolgt eine Beschreibung des Prinzips der Ableitung des viskosen Reibungskoeffizientenschätzwerts D^.
In 3 stellt die oberste Kurve die Motorposition θ_M bei Motorbeschleunigung dar, die zweitoberste Kurve stellt die Motorgeschwindigkeit ω_M bei Motorbeschleunigung dar und die drittoberste Kurve stellt das Motordrehmoment τ_M, das Beschleunigungs-/Verlangsamungsdrehmoment τ_a, das viskose Reibungsdrehmoment τ_D und das Lastdrehmoment τ_L bei Motorbeschleunigung dar. Die unterste Kurve stellt die Motorbeschleunigung α_M bei Motorbeschleunigung dar.
Der Online-Lastparameterschätzabschnitt 14 beobachtet die Motorgeschwindigkeit ω_M als den aus dem Geschwindigkeitsdetektor 5 ausgegebenen Geschwindigkeitserfassungswert ω_M und berechnet die Motorbeschleunigung α_M als den Differentialwert der Motorgeschwindigkeit ω_M. Für das Motordrehmoment τ_M werden der Drehmomentanweisungswert τ_M*, der durch Multiplizieren des Drehmomentstromanweisungswerts I_q* mit der Drehmomentkonstante kt erhalten wird, und der Drehmomenterfassungswert τ_M, der durch Multiplizieren des Drehmomenterfassungswerts I_q mit der Drehmomentkonstanten kt erhalten wird, als äquivalente Werte davon verwendet. Obwohl das Beschleunigungs-/Verlangsamungsdrehmoment τ_a, das viskose Reibungsdrehmoment τ_D und das Lastdrehmoment τ_L nicht die Zustandsmengen sind, die in Verbindung mit der Ableitung des viskosen Reibungskoeffizientenschätzwerts D^ zu erfassen sind, werden diese Elemente zur bequemeren Beschreibung beschrieben.
Aus den Eingangs- und Ausgangselementen in den und aus dem in 2 gezeigten Subtrahierer 45 wird eine Beziehung des Ausdrucks (1) abgeleitet, der das Motordrehmoment τ_M als die Summe des Beschleunigungs-/Verlangsamungsdrehmoments τ_a, des Lastdrehmoments τ_L und des viskosen Reibungskoeffizienten τ_D darstellt. τ_M = τ_a + τ_L + τ_D (1)
Ebenfalls gilt gemäß den Eingabe- und Ausgabeelementen in den und aus dem Block 40, der das Verhalten des Gesamtträgheitsmoments von Motor und Last J darstellt, eine Beziehung des Ausdrucks (2). Gemäß den Eingabe- und Ausgabeelemente in die und aus der viskosren Reibungskoeffizientenverstärkungseinheit 42 gilt eine Beziehung des Ausdrucks (3). τ_a = J·s·ω_M = J·α_M (2) τ_D = D·ω_M (3)
Durch Einsetzen des Ausdrucks (2) und (3) für den Ausdruck (1) wird eine Beziehung des Ausdrucks (4) erhalten. τ_M = J·α_M + τ_L + D·ω_M (4)
Im Ausdruck (4) steht die linke Seite für das Motordrehmoment τ_M. Auf der rechten Seite steht der erste Term für einen Wert, der durch Multiplizieren des unbekannten „Gesamtträgheitsmoments J von Motor und Last mit der Motorbeschleunigung α_M erhalten wird. Der zweite Term steht für einen Wert, der durch Addieren des Gravitationsdrehmoments τ_G mit dem kinetischen Reibungsdrehmoment τ_k erhalten wird, und ist ein fester Wert, wenn die Motordrehrichtung fest ist. Der dritte Term ist ein Wert, der durch Multiplizieren des unbekannten viskosen Reibungskoeffizienten D mit der Motorgeschwindigkeit ω_M erhalten wird.
Dies zeigt, dass, da der erste und der zweite Term unverändert gehalten werden, die Veränderung im Motordrehmoment τ_M zu den beiden Bedingungen einschließlich einer Bedingung, dass die Motorbeschleunigung α_M unverändert gehalten wird, und einer Bedingung, dass sich die Motorgeschwindigkeit ändert, gleich dem Wert ist, der durch Multiplizieren der Veränderung in der Motorgeschwindigkeit ω_M mit dem viskosen Reibungskoeffizienten D erhalten wird.
Die vorstehende Beziehung wird durch Verwendung der Wellenformen der 3 und Ausdrücke beschrieben. Unter Beachtung der Wellenform der Motorbeschleunigung α_M der 3 tritt der Wert von α_M in jedem Fall nach der zunehmenden Phase bei Motorbeschleunigung in eine abnehmende Phase ein. Dies bedeutet, dass ein Zustand existiert, in dem die Motorbeschleunigung α_M ein und denselben Wert in jeder der zunehmenden und abnehmenden Phasen nimmt. Beispielsweise gibt 51 eine viskose Reibungsmessbeschleunigung α_M1 an. Der Zustand für α_M1 existiert an zwei Zeitpunkten, wie durch gestrichelte Linien 52 und 53 angegeben ist.
Als Nächstes wird nach der Bestätigung, dass sich das Beschleunigungs-/Verlangsamungsdrehmoment τ_a und das Lastdrehmoment τ_L jeweils an den beiden Zeitpunkten an jeweils denselben Werten befinden, das Motordrehmoment τ_M und die Motorgeschwindigkeit ω_M an den beiden Zeitpunkten betrachtet. Es wird angenommen, dass an dem durch die gestrichelte Linie 52 angegebenen Zeitpunkt das Motordrehmoment τ_M1L und die Motorgeschwindigkeit ω_M1L ist und dass an dem durch die gestrichelte Linie 53 angegebenen Zeitpunkt das Motordrehmoment τ_M1H und die Motorgeschwindigkeit ω_M1H ist. In dieser Situation werden durch Zuordnen dieser Elemente zum Ausdruck (4) die Ausdrücke (5) und (6) erhalten. τ_M1L = J·α_M1 + τ_L + D·ω_M1L (5) τ_M1H = J·α_M1 + τ_L + D·ω_M1H (6)
Als Nächstes wird die Differenz jeweils zwischen beiden Seiten der Ausdrücke (5) und (6) ermittelt, um das Ergebnis bezüglich des viskosen Reibungskoeffizienten D zu lösen, um schließlich den Ausdruck (7) zu erhalten.
Der Ausdruck (7) gibt an, dass, wenn das Motordrehmoment τ_M und die Motorgeschwindigkeit ω_M unter den zwei Bedingungen beobachtet werden können, d. h. die Motorbeschleunigung α_M wird unverändert gehalten und die Motorgeschwindigkeit ω_M ändert sich, kann der viskose Reibungskoeffizient D geschätzt werden. In der Online-Lastparameterschätzvorrichtung der ersten Ausführungsform wird der viskose Reibungskoeffizientenschätzwert D^ gemäß dem Ausdruck (7) berechnet.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung des Prinzips zur Ableitung des Schätzwerts J^ des Gesamtträgheitsmoments von Motor und Last. Die 4A und 4B sind graphische Darstellungen, die eine Beziehung zwischen der Beschleunigung und der Motorgeschwindigkeit bzw. eine Beziehung zwischen der Beschleunigung und dem Motordrehmoment zeigen. 4A zeigt die Beziehung zwischen der Motorbeschleunigung α_M und der Motorgeschwindigkeit ω_M bei Motorbeschleunigung. Eine Wellenform 70 wird durch Eintragen der Werte der Motorbeschleunigung α_M und derjenigen der in 3 gezeigten Motorgeschwindigkeit ω_M jeweils entlang der Abszisse und der Ordinate gezeichnet. 4B zeigt die Beziehung zwischen der Motorbeschleunigung α_M und des Motordrehmoments τ_M bei Motorbeschleunigung. Eine Wellenform 72 wird durch Eintragen der Werte der Motorbeschleunigung α_M und derjenigen des in 3 gezeigten Motordrehmoments τ_M entlang der Abszisse bzw. der Ordinate gezeichnet.
Es erfolgt nun unter Bezugnahme auf den Ausdruck (4) eine Beschreibung der in den 4A und 4B gezeigten graphischen Darstellungen. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird ein spezieller Fall angenommen, in dem der viskose Reibungskoeffizient D Null ist. In dieser Situation ist der dritte Term des Ausdrucks (4) Null und daher wird der Ausdruck (4) durch den Ausdruck (8) dargestellt. τ_M = J·α_M + τ_L (8)
Der Ausdruck 8 stellt eine gerade Linie dar, deren Gradient das Gesamtträgheitsmoment J von Motor und Last ist, und der Schnittpunkt ist das Lastdrehmoment τ_L. Die Linie ist durch eine gestrichelte Linie 71 in 4B angegeben. Wie aus dem Ausdruck (8) und der gepunkteten Linie 71 ersichtlich ist, ist es in einem Fall, in dem der viskose Reibungskoeffizient D Null ist, wenn beobachtete Datenelemente der Motorbeschleunigung α_M und des Motordrehmoments τ_M an mindestens zwei Punkten ermittelt werden können, möglich, den Gradienten und den Schnittpunkt für eine den beobachteten Datenelementen zugeordnete angenäherte gerade Linie zu berechnen. Dies bedeutet, dass der Schätzwert J^ des Gesamtträgheitsmoments von Motor und Last und der Lastdrehmomentschätzwert τ_L^ berechnet werden können.
Andererseits wird in einem allgemeinen Fall, in dem der viskose Reibungskoeffizient D etwas anderes als Null ist, der Term der viskosen Reibung des Ausdrucks (4) zur linken Seite gebracht, um den Ausdruck (9) zu erhalten. τ_M – D·ω_M = J·α_M + τ_L (9)
Die linke Seite des Ausdrucks (9) entspricht dem Motordrehmoment, das den Einfluss der viskosen Reibung nicht einschließt oder von dem der Einfluss der viskosen Reibung entfernt ist, und wird durch τ_{c ersetzt, um den Ausdruck (10) zu erhalten.} τ_C = τ_M – D ·ω_M (10)
Als Ergebnis kann der Ausdruck (9) durch den Ausdruck (11) dargestellt werden. τ_C = J·α_M + τ_L (11)
Der Ausdruck (11) gibt eine gerade Linie an, deren Gradient, wie im Fall des Ausdrucks (8), das Gesamtträgheitsmoment von Motor und Last J ist, und der Schnittpunkt ist das Lastdrehmoment τ_L. Wenn daher Datenelemente der Motorbeschleunigung α_M und des Motordrehmoments τ_c ohne Einschluss des Einflusses der viskosen Reibung für mindestens zwei Punkte ermittelt werden können, ist es möglich, den Schätzwert J^ des Gesamtträgheitsmoments von Motor und Last bzw. den Lastdrehmomentschätzwert τ_L^ als Gradienten und Schnittpunkt der den ermittelten Datenelementen zugeordneten angenäherten Linie zu berechnen.
Der Schätzwert τ_c^ des Motordrehmoments τ_c, dar den Einfluss der viskosen Reibung nicht einschließt, wird unter Verwendung des Ausdrucks (12) berechnet. Der viskose Reibungskoeffizient D des zweiten Terms auf der rechten Seite des Ausdrucks (10) wird erhalten, indem der Koeffizient D durch den viskosen Reibungskoeffizientenschätzwert D^ ersetzt wird. τ_C^ = τ_M – D^·ω_M (12)
Als Nächstes folgt eine Beschreibung eines spezifischen Beispiels einer Situation, in der der viskose Reibungskoeffizient D nicht Null ist und in dem der Schätzwert J^ des Gesamtträgheitsmoments von Motor und Last und der Lastdrehmomentschätzwert τ_L^ unter Verwendung von Datenelemente der Motorbeschleunigung α_M und des Schätzwerts τ_c^ des Motordrehmoments τ_c, das den Einfluss der viskosen Reibung nicht einschließt, für zwei Punkte berechnet wird. Jedoch wird ein Satz aus Motorbeschleunigung α_M, Motordrehmoment τ_M und der Motorgeschwindigkeit ω_M, die zur selben Zeit ermittelt werden, nachstehend in der Form von (α_M, τ_M, ω_M) ausgedrückt.
Es wird angenommen, dass Zwei-Punkt-Datenelemente der Motorbeschleunigung α_M α_M1 und α_M2 (α_M1 ≠ α_M2) an zwei Punkten sind. Wenn Daten für die jeweiligen Werte der Motorbeschleunigung α_M unter den zwei Bedingungen, in denen die Motorgeschwindigkeit ω_M variiert, ermittelt werden, werden Vier-Punkt-Datenelemente erhalten. Es wird angenommen, dass die Datenelemente (α_M1, τ_M1L, ω_M1L), (α_M1, τ_M1H, ω_M1H), (α_M2, τ_M2L, ω_M2L) und (α_M2, τ_M2H, ω_M2H) sind. In dieser Situation wird der viskose Reibungskoeffizientenschätzwert D^ unter Verwendung des Ausdrucks (13) oder (14) oder als Durchschnittswert der Ausdrücke (13) und (14) berechnet.
Als Nächstes wird der Schätzwert τ_c^ des Motordrehmoments τc, das den Einfluss der viskosen Reibung nicht einschließt, als τ_c1^ bzw. τ_c2^ für die Motorbeschleunigungswerte α_M1 und α_M2 berechnet. Unter Verwendung von D^ wird der Wert von τ_c1^ aus dem Ausdruck (15) oder (16) oder als Durchschnittswert der Ausdrücke (15) und (16) berechnet. τ ^_C1 = τ_M1L – D ^·ω_M1L (15) τ ^_C1 = τ_M1H – D ^·ω_M1H (16)
Gleichermaßen wird unter Verwendung von D^ der Wert von τ_c2^ aus dem Ausdruck (17) oder (18) oder als Durchschnittswert der Ausdrücke (17) und (18) berechnet. τ ^_C2 = τ_M2L – D ^·ω_M2L (17) τ ^_C2 = τ_M2H – D ^·ω_M2H (18)
In dieser Situation wird die gerade Linie, die durch zwei Punkte (α_M1, τ_c1^) und (α_M2, τ_c2^) hindurchgeht, durch den Ausdruck (19) dargestellt.
Daher wird als Gradient des Ausdrucks (19) der Schätzwert J^ des Gesamtträgheitsmoments von Motor und Last unter Verwendung des Ausdrucks (20) berechnet. Als Schnittpunkt des Ausdrucks (19) wird der Lastdrehmomentschätzwert τ_L^ unter Verwendung des Ausdrucks (21) berechnet.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung eines Verfahrens zur Berechnung des Gravitationsdrehmomentschätzwerts τ_G^ und des Schätzwerts τ_kC^ der Größe des kinetischen Reibungsdrehmoments. Wie in 2 gezeigt ist, ist das Lastdrehmoment τ_k als die Summe des Gravitationsdrehmoments τ_G und des kinetischen Reibungsdrehmoments τ_k dargestellt. Zusätzlich kehrt das kinetische Reibungsdrehmoment τ_k charakteristischerweise nur sein Vorzeichen nach Maßgabe der Motordrehrichtung um. Unter Verwendung des die Größe des kinetischen Reibungsdrehmoments darstellenden festen Werts τ_kC werden das Lastdrehmoment τ_L+ bei positiver Motordrehung und das Lastdrehmoment τ_L– bei negativer Motordrehung durch die Ausdrücke (22) bzw. (23) dargestellt. τ_L ⁺ = τ_G + τ_kC (22) τ_L ^– = τ_G – τ_kC (23)
Gemäß dem Ausdruck (22) und (23) ist das Gravitationsdrehmoment τ_G durch den Ausdruck (24) dargestellt, und der die Größe des kinetischen Reibungsdrehmoments darstellende feste Wert τ_kC ist durch den Ausdruck (25) dargestellt.
Für den Gravitationsdrehmomentschätzwert τ_G^ und den Schätzwert τ_kC^ der Größe des kinetischen Reibungsdrehmoments werden das Lastdrehmoment τ_L+ bei positiver Motordrehung und das Lastdrehmoment τ_L– bei negativer Motordrehung in den Ausdrücken (24) bzw. (25) ersetzt. Das heißt, die Schätzwerte τ_G^ und τ_kC^ werden aus den Ausdrücken (26) und (27) abgeleitet, die durch Einsetzen des Lastdrehmomentschätzwerts τ_L^+ bei positiver Motordrehung und des Lastdrehmomentschätzwerts τ_L^– bei negativer Motordrehung für das Lastdrehmoment τ_L+ bei positiver Motordrehung bzw. das Lastdrehmoment τ_L– bei negativer Motordrehung ermittelt werden.
Wie vorstehend ist es gemäß der ersten Ausführungsform sogar in einer Vorrichtung mit einem großen viskosen Reibungskoeffizienten möglich, das τrägheitsmoment zu schätzen, ohne den Einfluss der viskosen Reibung zu empfangen. Auch können die Größe der kinetischen Reibung und das Gravitationsdrehmoment ebenfalls unter Verwendung des Lastdrehmomentschätzwerts bei positiver Motordrehung und des Lastdrehmomentwerts bei negativer Motordrehung geschätzt werden.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung des geringen Einflusses der in 1 gezeigten Tiefpassfilter 10, 12 und 13 auf die Schätzpräzision. Unter der Annahme, dass die Filter ein und dieselbe Ausbreitungsfunktion aufweisen, die als G(s) dargestellt ist, kann der gefilterte Drehmomentanweisungswert τ_MF* unter Verwendung des Drehmomentanweisungswerts τ_M* als τ_MF* = G(s)·τ_M* ausgedrückt werden. Gleichermaßen kann der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF unter Verwendung des Beschleunigungserfassungswerts α_M als α_MF = G(s)·α_M ausgedrückt werden und der gefilterte Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF kann unter Verwendung des Geschwindigkeitserfassungswerts ω_M als ω_MF = G(s)·ω_M ausgedrückt werden. Durch Multiplizieren beider Seiten des Ausdrucks (4) mit G(s) wird der Ausdruck (28) erhalten. G(s)·τ_M = J·G(s)·α_M + G(s)·τ_L + D·G(s)·ω_M (28)
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass der Drehmomentanweisungswert τ_M* angenähert wird, so dass er im Wesentlichen gleich dem Motordrehmoment τ_M ist und daher kann der Ausdruck (28) durch den Ausdruck (29) dargestellt werden τ_MF = J·α_MF + G(s)·τ_L + D·ω_MF (29)
Im Ausdruck (29) gibt der zweite Term auf der rechten Seite das Ausgabeergebnis an, das erhalten wird, wenn das Lastdrehmoment τ_L in das Tiefpassfilter eingegeben wird. Wenn angenommen wird, dass das Lastdrehmoment τ_L während der Schätzung im Wesentlichen fest ist, gilt eine Beziehung von τ_L = G(s)·τ_L. Infolgedessen wird der Ausdruck (29) durch den Ausdruck (30) dargestellt. τ_MF ≒ J·α_MF + τ_L + D·ω_MF (30)
Der Ausdruck 30 ist in der Form gleich dem Ausdruck (4), ausgenommen, dass das Motordrehmoment τ_M, die Motorbeschleunigung α_M und die Motorgeschwindigkeit ω_M durch die zugeordneten Werte nach dem Filtern ersetzt werden. Daher können, wenn die Annahme möglich ist, dass das Lastdrehmoment τ_L während der Schätzung im Wesentlichen fest ist und wenn die in den jeweiligen Erfassungsabschnitten verwendeten Filter ein und dieselbe Kenngröße haben, die nachstehenden Werte ungeachtet des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins des Filters wie unten geschätzt werden. Unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ist es möglich, den Schätzwert J^ des Gesamtträgheitsmoments des Motors und der Last, den viskosen Reibungskoeffizientenschätzwert D^, den Lastdrehmomentschätzwert τ_L^, den Gravitationsdrehmomentschätzwert τ_G^ und den Schätzwert τ_kC^ der Größe des kinetischen Reibungsdrehmoments zu schätzen.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung des in dem Datenerfassungsabschnitt 15 verwendeten Datenerfassungsverfahrens. Die vorstehende Beschreibung ist unter der Annahme erfolgt, dass der gefilterte Drehmomentanweisungswert τ_MF* und der gefilterte Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF ermittelbar sind, wenn der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF ein gewünschter Wert ist (der nachstehend als Sollbeschleunigung zu bezeichnen ist). Da jedoch der Datenerfassungsabschnitt 15 tatsächlich in einem Computer konfiguriert wird, werden die Daten nur in einem Intervall einer Probenahmezeitdauer erfasst. Daher ist es für den gefilterten Beschleunigungserfassungswert α_MF, welcher variiert und die durch die vorliegende Erfindung behandelt werden, nicht möglich, den gefilterten Drehmomentanweisungswert τ_MF* und den gefilterten Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF bei der Sollbeschleunigung zu erfassen.
In dieser Situation werden gemäß der vorliegenden Erfindung gleichzeitig der variable gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF in der Nähe der Sollbeschleunigung und weniger als die Sollbeschleunigung, der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF in der Nähe der Sollbeschleunigung und nicht weniger als die Sollbeschleunigung, der gefilterte Drehmomentanweisungswert τ_MF* und der gefilterte Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF für die Sollbeschleunigung erfasst. Danach wird unter Anwendung linearer Interpolation der gefilterte Drehmomentanweisungswert τ_MF* und der gefilterte Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF bei der Sollbeschleunigung berechnet.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung eines Schemas zur Datenerfassung unter zwei Bedingungen eines Motors, in dem der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF unverändert ist und der gefilterte Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF sich ändert, welche verwendet werden, um den viskosen Reibungskoeffizientenschätzwert D^ zu berechnen. In der Ausführungsform werden die Daten wie nachstehend erfasst, wenn der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF sich in der Zunahme befindet oder eine Tendenz zur Zunahme hat oder sich in der Abnahme befindet oder eine Tendenz zur Abnahme hat. Das heißt, für den variablen gefilterten Beschleunigungserfassungswert α_MF, den gefilterten Drehmomentanweisungswert τ_MF* und den gefilterten Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF werden gleichzeitig ein Wert in der Nähe der Sollbeschleunigung, wenn der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF weniger als die Sollbeschleunigung ist, und ein Wert in der Nähe der Sollbeschleunigung erfasst, wenn der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF nicht weniger als die Sollbeschleunigung ist.
Insbesondere wird der Betrieb gemäß der in 6 gezeigten Zustandsübergangskarte ausgeführt. In 6 sind 12 Datenerfassungszustände definiert, zwischen denen der Zustandsübergang nach Maßgabe der Größe des gefilterten Beschleunigungserfassungswerts α_MF stattfindet. Für jeden Datenerfassungszustand werden Daten, die weniger als die zugeordnete Sollbeschleunigung sind, und Daten, die nicht weniger als die zugeordnete Sollbeschleunigung sind, erfasst.
5 zeigt Sollbeschleunigungswerte, die jedem Datenerfassungszustand und Speicherstellen erfasster Datenelemente zugeordnet sind. 5 gibt das Datenformat der erfassten Datenanordnung an, d. h. data_atv[][], die im Blockdiagramm der 1 gezeigt ist. Insbesondere ist dies eine zweidimensionale Anordnung mit zehn Reihen und sechs Spalten. In einem Betrieb zur Bezugname auf die Datenanordnung data_atv[][] ist eine Reihe den Daten in den ersten Klammern zugeordnet und eine Spalte ist Daten in den zweiten Klammern zugeordnet.
Beispielsweise ist für den Datenerfassungszustand UP_ACC_3 die Sollbeschleunigung 8 × WT_ACC. Die Speicherstellen der Datenelemente sind wie unten angegeben. Unter der Bedingung „weniger als die Sollbeschleunigung 8 × WT_ACC” werden der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF, der gefilterte Drehmomentanweisungswert τ_MF* und der gefilterte Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF in data_atv[3][0] bzw. data_atv[3][1] bzw. data_atv[3][2] gespeichert. Unter der Bedingung „nicht weniger als die Sollbeschleunigung 8 × WT_ACC” werden der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF, der gefilterte Drehmomentanweisungswert τ_MF* und der gefilterte Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF in data_atv[3][3] bzw. data_atv[3][4] bzw. data_atv[3][5] gespeichert. Gleichermaßen können für jeden Datenerfassungszustand die Sollbeschleunigung, die Inhalte erfasster Datenelemente und deren Speicherstellen gemäß 5 bekannt sein.
In diesem Fall ist WT_ACC eine Konstante, um einen Minimalwert des Intervalls zwischen den zu ermittelnden gefilterten Beschleunigungserfassungswerten α_MF zu definieren. Die Konstante wird auf einen etwas großen Wert in einer Vorrichtung mit einem höheren Maximalbeschleunigungswert und einem etwas kleinen Wert in einer Vorrichtung mit einem niedrigeren Maximalbeschleunigungswert gesetzt. Unter der Annahme, dass n eine ganze Zahl ist, wird die Sollbeschleunigung so ermittelt, dass das Intervall zwischen den gefilterten Beschleunigungserfassungswerten α_MF die n-te Zweierpotenz ist. Dies sichert den dynamischen Bereich der verfügbaren gefilterten Beschleunigungserfassungswerte α_MF.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung des Zustandsübergangs der 6 in einem Abfolgeweg, der an einem durch START angegebenen Punkt beginnt. In einem Datenerfassungszustand UP_ACC_0 (100) wird die Datenerfassung begonnen. Wenn der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF gleich oder mehr als 1,5 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand UP_ACC_1 (101) auf. Wenn in diesem Zustand der Erfassungswert α_MF gleich oder mehr als 3 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand UP_ACC_2 (102) auf. Wenn der Erfassungswert α_MF weniger als 1,5 × WT_ACC wird, tritt ein Übergangszustand zu einem Erfassungszustand DN_ACC_0 (110) auf. Wenn in dem Zustand UP_ACC_2 (102) der Erfassungswert α_MF gleich oder mehr als 6 × WT_ACC wird, tritt ein Übergangszustand zu einem Erfassungszustand UP_ACC_3 (103) auf. Wenn der Erfassungswert α_MF weniger als 3 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand DN_ACC_1 (109) auf. Wenn in UP_ACC_3 (103) der Erfassungswert α_MF gleich oder mehr als 12 × WT_ACC wird, tritt ein Übergangszustand zu einem Erfassungszustand UP_ACC_4 (104) auf. Wenn der Erfassungswert α_MF weniger als 6 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand DN_ACC_2 (108) auf. Wenn im Zustand UP_ACC_4 (104) der Erfassungswert α_MF gleich oder mehr als 24 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand ACC_5 (105) auf. Wenn der Erfassungswert α_MF weniger als 12 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand DN_ACC_3 (107) auf.
Der Zustand ACC_5 ist ein Zustand, in dem die Datenerfassung nicht durchgeführt wird. Wenn der Erfassungswert α_MF weniger als 24 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand DN_ACC_4 auf. Wenn in diesem Zustand der Erfassungswert α_MF gleich oder mehr als 24 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand ACC_5 auf. Wenn der Erfassungswert α_MF weniger als 12 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand DN_ACC_3 auf. Wenn in DN_ACC_3 der Erfassungswert α_MF gleich oder mehr als 12 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand UP_ACC_4 auf. Wenn der Erfassungswert α_MF weniger als 6 × WT_ACC wird, tritt ein Übergangszustand zu einem Erfassungszustand DN_ACC_2 auf. Wenn im Zustand DN_ACC_2 der Erfassungswert α_MF gleich oder mehr als 6 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand UP_ACC_3 auf. Wenn der Erfassungswert α_MF weniger als 3 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand DN_ACC_1 auf. Wenn in diesem Zustand der Erfassungswert α_MF gleich oder mehr als 3 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand UP_ACC_2 auf. Wenn der Erfassungswert α_MF weniger als 1,5 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand DN_ACC_0 auf. Wenn in DN_ACC_0 der Erfassungswert α_MF gleich oder mehr als 1,5 × WT_ACC wird, tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand UP_ACC_1 auf.
Wenn die gefilterten Beschleunigungserfassungswerte α_MF weniger als 0,5 × WT_ACC sind und ein maximaler Haltewert state_acc_MaxhoLd einer Datenerfassungszustandszahl, die später beschrieben wird, weniger als zwei ist, ist es nicht möglich, die für das Schätzen erforderlichen Daten zu erfassen, und daher tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand UP_ACC_0 auf. Wenn andererseits der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF weniger als 0,5 × WT_ACC ist und ein maximaler Haltewert state acc MaxhoLd einer Datenwerbungszustandszahl nicht weniger als zwei ist, ist es möglich, die für das Schätzen erforderlichen Daten zu erfassen, und daher tritt ein Zustandsübergang zu einem Erfassungszustand ACC_END 111 auf, um die Datenerfassung zu beenden.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung des Verarbeitungsvorgangs des Datenerfassungsabschnitts 15. 7 zeigt ein Flussdiagramm des Betriebs im Datenerfassungsabschnitt 15. Als Beispiel erfolgt eine Beschreibung eines Verfahrens, in dem der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF, der gefilterte Drehmomentanweisungswert τ_MF* und der gefilterte Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF gleichzeitig im Zustand UP_ACC_1 für die Bedingungen „weniger als die Sollbeschleunigung” und „nicht weniger als die Sollbeschleunigung” gleichzeitig ermittelt werden.
Der Vorgang des Flussdiagramms beginnt an dem mit START bezeichneten Punkt. Der Beurteilungsschritt 161 führt eine Überprüfung durch, um zu bestimmen, ob der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF weniger als 1,5 × WT_ACC ist oder nicht (161). Wenn dies zu dem Ergebnis „ja” führt, wird DN_ACC_0 für die Zustandsvariable state_acc eingesetzt, um den Datenerfassungszustand zu speichern, um im Ergebnis einen Zustandsübergang zu DN_ACC_0 durchzuführen (162). Wenn die Beurteilung im Beurteilungsschritt 164 „nein” lautet, geht die Steuerung zum Beurteilungsabschnitt 164, um zu bestimmen, ob der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF weniger als 2 × WT_ACC ist oder nicht.
Wenn die Beurteilung in Schritt 164 zu dem Ergebnis „ja” führt, geht die Steuerung zum Beurteilungsschritt 165, um zu bestimmen, ob der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF mehr als der Wert data_atv[1][0] des gefilterten Beschleunigungserfassungswerts α_MF für die Bedingung „die ermittelte Sollbeschleunigung ist weniger als 2 × WT_ACC” ist oder nicht (165). Wenn die Beurteilung in Schritt 165 zu dem Ergebnis „ja” führt, geht die Steuerung zu Schritt 166, der im Wesentlichen alle von dem gefilterten Beschleunigungserfassungswert α_MF, dem gefilterten Drehmomentanweisungswert τ_MF* und dem gefilterten Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF über die ermittelten Daten für die Bedingung „die ermittelte Sollbeschleunigung ist weniger als 2 × WT_ACC” überschreibt (160). Ms Ergebnis kommen die aktualisierten Daten der Sollbeschleunigung viel näher. Wenn andererseits die Beurteilung des Schritts 165 zu dem Ergebnis „nein” führt, geht die Steuerung zu dem mit ENDE bezeichneten Schritt 163, um die Verarbeitung zu beenden.
Wenn die Beurteilung in Schritt 164 zu dem Ergebnis „nein” führt, geht die Steuerung zum Beurteilungsschritt 167, um zu bestimmen, ob der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF weniger als 3 × WT_ACC” ist oder nicht (167). Wenn die Beurteilung des Schritts 164 zu dem Ergebnis „ja” führt, geht die Steuerung zum Beurteilungsschritt 168, um zu bestimmen, ob der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF weniger als der Wert data_atv[1][3] des gefilterten Beschleunigungserfassungswerts α_MF für die Bedingung „die ermittelte Sollbeschleunigung ist nicht weniger als 2 × WT_ACC” ist oder nicht.
Wenn die Beurteilung in Schritt 168 zu dem Ergebnis „ja” führt, geht die Steuerung zu Schritt 169, um im Wesentlichen alle von dem gefilterten Beschleunigungserfassungswert α_MF, dem gefilterten Drehmomentanweisungswert τ_MF* und dem gefilterten Geschwindigkeitserfassungswert ω_MF über die ermittelten Daten für die Bedingung „die ermittelte Sollbeschleunigung ist nicht weniger als 2 × WT_ACC” zu überschreiben. Als Ergebnis kommen die aktualisierten Daten der Sollbeschleunigung viel näher. Wenn andererseits die Beurteilung des Schritts 168 zu dem Ergebnis „nein” führt, geht die Steuerung zu dem mit ENDE bezeichneten Schritt 163, um die Verarbeitung zu beenden.
Wenn die Beurteilung in Schritt 167 „nein” lautet, geht die Steuerung zu Schritt 175, um UP_ACC_2 für die Zustandsvariable state_acc einzusetzen, um den Datenerfassungszustand zu speichern, um im Ergebnis einen Zustandsübergang zu UP_ACC_2 durchzuführen, um die Steuerung an Schritt 176 weiterzugeben. In Schritt 176 wird „2”, das den Namen des Übergangsbestimmungszustands angibt, dem maximalen Haltewert state_acc_MaxhoLd der Datenerfassungszustandszahl zugeordnet. Im Ergebnis geht die Steuerung zu ENDE, um dadurch die Verarbeitung zu beenden. Gleichermaßen wird die Verarbeitung auch in den anderen Datenerfassungszuständen ausgeführt.
Im Ergebnis werden in einem Zustand, in dem ein und dieselbe schließliche Zahl des Datenerfassungszustandsnamens existiert, Datenelemente erfasst, die im Wesentlichen gleich der Sollbeschleunigung sind. Jedoch entspricht dies den Datenelementen, die unter den beiden Bedingungen ermittelt werden, in denen der gefilterte Beschleunigungserfassungswert unverändert gehalten wird und der gefilterte Geschwindigkeitserfassungswert sich ändert.
Gemäß dem Datenerfassungsverfahren können nur, wenn der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF positiv ist, zum Schätzen der Lastparameter erforderliche Daten erfasst werden. In dieser Situation können unter Verwendung des Absolutwerts |α_MF| des gefilterten Beschleunigungserfassungswerts α_MF anstelle des gefilterten Beschleunigungserfassungswerts α_MF die zum Schätzen der Lastparameter erforderlichen Daten auch erfasst werden, wenn der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF negativ ist. Wenn jedoch der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF negativ ist, ist der für das Gesamtträgheitsmoment von Motor und Last berechnete Schätzwert J^ negativ, und daher wird das Vorzeichen in diesem Fall umgedreht.
8 zeigt den im Wesentlichen gesamten Betrieb des Datenerfassungsabschnitts in einem Flussdiagramm. Der Betrieb des Flussdiagramms beginnt an einer mit START bezeichneten Position. Im Vorgangsschritt 121 werden Variable initialisiert. Das Programm setzt die jeweiligen Elemente der erfassten Datenanordnung data_atv[][], der Zustandsvariablen state_acc, um darin den Datenerfassungszustand zu halten, und den maximalen Haltewert state_acc_MaxhoLd der Datenerfassungszustandszahl auf Null zurück. Insbesondere werden die Daten von 24 × WT_ACC in der dritten Spalte relativ zur 0-ten Spalte von data_atv[][] geschrieben. Dies verhindert das Auftreten des Problems, bei dem die Beurteilung in Schritt 168 immer zu dem Ergebnis „nein” im Flussdiagramm der 7 führt.
Wenn die Initialisierung abgeschlossen ist, geht die Steuerung zu Schritt 122. Der Datenanalyseanforderungsmerker ID_REQ wird auf Null zurückgesetzt und der Vorgang geht zum Beurteilungsschritt 123. Es wird eine Überprüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob der aus dem Datenanalyseabschnitt 16 ausgegebene Datenanalyseabschlussmerker ID_DONE Null ist. Wenn die Überprüfung zu dem Ergebnis „ja” führt, geht die Steuerung zu Schritt 124. Wenn die Überprüfung zu „Null” führt, führt die Steuerung wiederholt den Beurteilungsschritt 123 aus, bis die Überprüfung zu dem Ergebnis „ja” führt.
Im Beurteilungsschritt 124 wird eine Überprüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF auf weniger als 0,5 × WT_ACC gesenkt worden ist oder nicht. Wenn die Überprüfung zu dem Ergebnis „ja” führt, geht die Steuerung zu Schritt 125, um das Erfassen von Daten zu beginnen. Bei „nein” wird der Vorgang des Schritts 124 wiederholt ausgeführt, bis die Überprüfung zu dem Ergebnis „ja” führt. Der Vorgang des Schritts 125 ist der Beginn des Zustandsübergangs der 6, der an dem Datenerfassungszustand UP_ACC_0 beginnt. Nachdem der Vorgang begonnen hat, geht die Steuerung zum Beurteilungsschritt 126. Wenn in Schritt 126 der Datenerfassungszustand ACC_END ist, geht die Steuerung zu Schritt 127; ansonsten wird der Vorgang des Schritts 126 wiederholt ausgeführt, bis der Datenerfassungszustand ACC_END ist.
In Schritt 127 wird „1” auf den Datenanalyseanforderungsmerker ID_REQ gesetzt und die Steuerung geht zu Schritt 128. Wenn in Schritt 128 der Datenanalyseabschlussmerker ID_DONE „1” ist, geht die Steuerung zum Dateninitialisierungsschritt 121, um neue Daten zu erfassen. Wenn der Merker ID_DONE in Schritt 128 etwas anderes als „1” ist, wird der Vorgang des Schritts 128 wiederholt ausgeführt, bis der Merker ID_DONE „1” ist. Eine Beschreibung der Inhalte des durch den Datenerfassungsabschnitt 15 ausgeführten Vorgangs ist erfolgt.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung des Betriebs des Datenanalyseabschnitts 16. 9 zeigt den Betrieb des Datenanalyseabschnitts 16 in einem Flussdiagramm. Das Programm des Flussdiagramms beginnt an einem mit START bezeichneten Punkt. In Schritt 141 werden Variable initialisiert. Die in der Analyse verwendeten Variablen werden initialisiert und die Steuerung geht zum Beurteilungsschritt 142. In Schritt 142 wird eine Überprüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob der Datenanalyseanforderungsmerker Null ist oder nicht. Wenn die Überprüfung zu dem Ergebnis „ja” führt, geht die Steuerung zu Schritt 143; ansonsten wird der Vorgang des Schritts 142 wiederholt ausgeführt, bis die Überprüfung zu dem Ergebnis „ja” führt. In Schritt 143 wird der Datenanalyseabschlussmerker ID_DONE auf Null zurückgesetzt und die Steuerung geht zum Beurteilungsschritt 144.
In Schritt 144 wird eine Überprüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob der Datenanalyseanforderungsmerker ID_REQ „1” ist. Wenn der Merker „1” ist, geht die Steuerung zu Schritt 145. Wenn der Merker etwas anderes als „1” ist, wird der Vorgang des Beurteilungsschritts 144 wiederholt ausgeführt, bis der Merker „1” ist. In Schritt 145 beginnt das Programm die Datenanalyse und dann geht die Steuerung zum Beurteilungsschritt 146.
In Schritt 146 wird eine Überprüfung durchgeführt, ob die Datenanalyse abgeschlossen ist oder nicht. Wenn die Datenanalyse abgeschlossen ist, geht die Steuerung zum Vorgangsschritt 147; ansonsten wird der Vorgang des Beurteilungsschritts 146 wiederholt ausgeführt, bis die Datenanalyse abgeschlossen ist. In Schritt 147 wird „1” auf den Datenanalyseabschlussmerker gesetzt und dann geht die Steuerung zu Schritt 141. Die vorstehende Beschreibung ist über den Inhalt des durch den Datenanalyseabschnitt 16 ausgeführten Vorgangs erfolgt.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf das in 10 gezeigte Flussdiagramm folgt eine detaillierte Beschreibung der Datenanalyse, die im Vorgangsschritt 145 des Datenanalyseabschnitts 16 initiiert wird. Der Vorgang des Flussdiagramms beginnt an einem mit START bezeichneten Punkt. Zwei Punkte der Sollbeschleunigungswerte α_M1 und α_M2 werden im Vorgangsschritt 201 bestimmt. Die Werte können vorteilhaft bestimmt werden, wie unten angegeben. Aus der in der Datenerfassungsanordnung data_atv[][] tatsächlich erfassten Sollbeschleunigung werden die zwei größten Elemente ausgewählt. Wenn beispielsweise der maximale Haltwert state_acc_MaxhoLd der Datenerfassungszustandszahl 5 ist, wird 16 × WT-ACC als Sollbeschleunigung α_M2 ausgewählt und 8 × WT_ACC wird als Sollbeschleunigung α_M1 ausgewählt
Als Nächstes werden im Vorgangsschritt 202 ω_MF und τ_MF* in einer Beschleunigungszunahmephase für die Sollbeschleunigung α_M1 durch lineare Interpolation unter Verwendung von zwei Punkten von Datenelementen berechnet, einschließlich eines Datenelements, das weniger als die Sollbeschleunigung ist, und eines, das nicht weniger als die Sollbeschleunigung ist, und dann werden ω_MF und τ_MF* für ω_M1L bzw. τ_M1L* eingesetzt. Als Nächstes werden ω_MF und τ_MF* in Schritt 203 in einer Beschleunigungsabnahmephase für die Sollbeschleunigung α_M1 durch lineare Interpolation unter Verwendung von zwei Punkten von Datenelementen berechnet, einschließlich eines Datenelements, das weniger als die Sollbeschleunigung ist, und eines, das nicht weniger als die Sollbeschleunigung ist, und dann werden ω_MF und τ_MF* für ω_M1H bzw. τ_M1H* eingesetzt.
Als Nächstes werden im Vorgangsschritt 204 ω_MF und τ_MF* in der Beschleunigungszunahmephase für die Sollbeschleunigung α_M2 durch lineare Interpolation unter Verwendung von zwei Punkten von Datenelementen berechnet, einschließlich eines Datenelements, das weniger als die Sollbeschleunigung ist, und eines, das nicht weniger als die Sollbeschleunigung ist, und dann werden ω_MF und τ_MF* für ω_M2L bzw. τ_M2L* eingesetzt. Als Nächstes werden ω_MF und τ_MF* in Schritt 205 in der Beschleunigungsabnahmephase für die Sollbeschleunigung α_M2 durch lineare Interpolation unter Verwendung von zwei Punkten von Datenelementen berechnet, einschließlich eines Datenelements, das weniger als die Sollbeschleunigung ist, und eines, das nicht weniger als die Sollbeschleunigung ist, und dann werden ω_MF und τ_MF* für ω_M2H bzw. τ_M2H* eingesetzt.
Anschließend wird in Schritt 206 der viskose Reibungskoeffizientenschätzwert D^ unter Verwendung des Ausdrucks (13) oder (14) berechnet. Danach wird in Schritt 207 der Schätzwert τ_c1^ des Motordrehmoments ohne Einschluss des Einflusses der viskosen Reibung für die Sollbeschleunigung α_M1 unter Verwendung des Ausdrucks (15) oder (16) berechnet. Des Weiteren wird in Schritt 208 der Schätzwert τ_c2^ des Motordrehmoments ohne Einschluss des Einflusses der viskosen Reibung für die Sollbeschleunigung α_M2 unter Verwendung des Ausdrucks (17) oder (18) berechnet. Als Nächstes wird in Schritt 209 der Schätzwert J^ des Gesamtträgheitsmoments von Motor und Last unter Verwendung des Ausdrucks (20) berechnet.
Anschließend wird im Vorgangsschritt 210 der Lastdrehmomentschätzwert τ_L^ unter Verwendung des Ausdrucks (21) berechnet und dann geht die Steuerung zum Beurteilungsschritt 211. In Schritt 211 wird eine Überprüfung des Vorzeichens der Geschwindigkeitsdaten ω_M2H durchgeführt. Wenn das Vorzeichen positiv ist, geht die Steuerung zu Schritt 213. In Schritt 213 wird der in Schritt 210 berechnete Lastdrehmomentschätzwert τ_L^ für den Lastdrehmomentschätzwert τ_L^+ bei positiver Motordrehung eingesetzt und die Steuerung geht zu Schritt 214. Wenn andererseits das Vorzeichen der Geschwindigkeitsdaten ω_M2H negativ ist, geht die Steuerung zu Schritt 212. In Schritt 212 wird der in Schritt 210 berechnete Lastdrehmomentschätzwert τ_L^ für den Lastdrehmomentschätzwert τ_L^– bei negativer Motordrehung eingesetzt und die Steuerung geht zu Schritt 214. In Schritt 214 wird der Gravitationsdrehmomentschätzwert τ_G^ unter Verwendung des Ausdrucks (26) berechnet, der Schätzwert τ_kC^ der Größe des kinetischen Reibungsdrehmoments wird unter Verwendung des Ausdrucks (27) berechnet und dann geht die Steuerung zu Schritt 215, um die Datenanalyse vollständig abzuschließen.
Wie oben wird der Lastparameterschätzabschnitt 14 durch den Datenerfassungsabschnitt 15 und den Datenanalyseabschnitt 16 umgesetzt, die zusammenwirkend den Vorgang ausführen, indem sie ihre Vorgangszustände durch Verwendung des Datenanalyseanforderungsmerkers ID_REQ und des Datenanalyseabschlussmerkers ID_DONE gegenseitig überprüfen und bestätigen. In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die lineare Interpolation unter Verwendung von Datenelementen bei zwei Elementen ausgeführt. Jedoch kann der Datenerfassungsabschnitt 15 mehrere Datenelemente mit einem gleichen Intervall dazwischen erfassen. In der Situation wird die lineare Annäherung unter Anwendung der Methode der kleinsten Quadrate ausgeführt. Bezüglich Einzelheiten darüber, wie die Methode der kleinsten Quadrate in dieser Situation anzuwenden ist, wird auf „Adaptive Signal Processing Algorithm”, verfasst von Yoji Iikuni und veröffentlicht von Baifu-Kan, Bezug genommen.
[Zweite Ausführungsform]
Als Nächstes folgt eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 11 zeigt eine Konfiguration einer Vorrichtung für ein Bewegungssteuerungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform in einem Blockdiagramm. Die zweite Ausführungsform weicht von der ersten Ausführungsform in dem Verfahren der Erzeugung des gefilterten Beschleunigungserfassungswerts α_MF ab.
Wie in 11 gezeigt ist, wird der gefilterte Beschleunigungswert α_MF durch Differenzieren des gefilterten Geschwindigkeitserfassungswerts ω_MF durch einen Differenzierer 17 erhalten und in den Datenerfassungsabschnitt 15 eingegeben. In dieser Konfiguration ist es möglich, ein Tiefpassfilter zu entfernen.
[Dritte Ausführungsform]
Als Nächstes folgt eine Beschreibung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 12 zeigt eine Konfiguration einer Vorrichtung für ein Bewegungssteuerungssystem gemäß der dritten Ausführungsform in einem Blockdiagramm. Die dritte Ausführungsform weicht von der ersten Ausführungsform in der Verwendung des Drehmomentstromerfassungswerts I_q anstelle des Drehmomentstromanweisungswerts I_q* ab.
In 12 multipliziert ein Multiplizierer 18 den Drehmomentstromerfassungswert I_q mit der Drehmomentkonstante kt; um den Drehmomenterfassungswert τ_M zu berechnen. Zusätzlich wird der gefilterte Drehmomenterfassungswert τ_MF, der durch Eingeben des Drehmomenterfassungswerts τ_M in ein Tiefpassfilter 19 erhalten wird, in den Datenerfassungsabschnitt 15 eingegeben. In dieser Konfiguration kann, selbst wenn der Drehmomentstromerfassungswert I_q verwendet wird, ein Vorteil erhalten werden, der dem Vorteil der Verwendung des Drehmomentstromanweisungswerts entspricht.
[Vierte Ausführungsform]
Als Nächstes folgt eine Beschreibung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 13 zeigt eine Konfiguration einer Vorrichtung für ein Bewegungssteuerungssystem gemäß einer vierten Ausführungsform in einem Blockdiagramm. Die vierte Ausführungsform weicht von der dritten Ausführungsform in dem Verfahren der Erzeugung des gefilterten Beschleunigungserfassungswerts α_MF ab.
Wie in 13 gezeigt ist, wird der gefilterte Beschleunigungserfassungswert α_MF durch Differenzieren des gefilterten Geschwindigkeitserfassungswerts ω_MF durch einen Differenzierer 17 erhalten und in den Datenerfassungsabschnitt 15 eingegeben. In dieser Konfiguration ist es möglich, ein Tiefpassfilter aus der Konfiguration der dritten Ausführungsform zu entfernen.

Claims

Motorsteuerungsvorrichtung mit: einem Motor (1), der über eine Kopplungswelle mit einer Last (2) gekoppelt ist; einem Leistungswandler (4) zum Treiben des Motors; einer Stromsteuerung (8) zum Einstellen eines Ausgabestroms (I_q) des Leistungswandler nach Maßgabe einer Differenz (Ie) zwischen einem Drehmomentstromanweisungswert (I_q*) und einem Erfassungswert (Iq) des dem Motor zugeführten Drehmomentstroms; einem Geschwindigkeitsdetektor (5) zum Erfassen einer Geschwindigkeit des Motors und Ausgeben der Geschwindigkeit als Geschwindigkeitserfassungswert (ω_M); einer Beschleunigungsberechnungseinheit (11) zum Differenzieren des Geschwindigkeitserfassungswerts und dadurch Ausgeben eines Beschleunigungserfassungswerts (α_M); einem Lastparameterschätzabschnitt (14) zum Schätzen des Trägheitsmoments (J) der Last; und einer Geschwindigkeitssteuerung (501) zum Ausgeben des Drehmomentstromanweisungswerts, wobei: der Lastparameterschätzabschnitt (14) als Eingaben einen Drehmomentanweisungswert (τ_M*) oder einen Drehmomenterfassungswert (τ_M), der durch Multiplizieren des Drehmomentstromanweisungswerts (I_q*) oder des Drehmomentstromerfassungswerts (I_q) mit einer Drehmomentkonstante (kt) berechnet wird, den Geschwindigkeitserfassungswert vom Geschwindigkeitsdetektor (5) und den Beschleunigungserfassungswert von der Beschleunigungsberechnungseinheit (11) empfängt, während einer Beschleunigung zwei Arbeitspunkte des Motors über der Zeit bestimmt, die zueinander im Wesentlichen gleiche Beschleunigungserfassungswerte (α_M2), aber unterschiedliche Geschwindigkeitserfassungswerte (ω_M2L, ω_M2H) haben, einen Viskosekoeffizienten-Schätzwert (D) durch Dividieren einer Differenz der Drehmomentanweisungswerte oder der Drehmomenterfassungswerte an den beiden Arbeitspunkten durch eine Differenz der Geschwindigkeitserfassungswerte an den beiden Arbeitspunkten berechnet und das Trägheitsmoment unter Verwendung des Viskosekoeffizienten-Schätzwerts schätzt; und die Geschwindigkeitssteuerung (501) eine Steuerungsverstärkung nach Maßgabe des durch den Lastparameterschätzabschnitt geschätzten Trägheitsmoments korrigiert und dadurch den Drehmomentstromanweisungswert einstellt, wobei der Lastparameter-Schätzabschnitt dazu ausgelegt ist, von dem Drehmomentanweisungswert oder dem Drehmomenterfassungswert einen Viskosereibungsdrehmoment-Schätzwert zu subtrahieren, der als Produkt zwischen dem Geschwindigkeitserfassungswert, der zusammen mit dem Drehmomentanweisungswert oder dem Drehmomenterfassungswert ermittelt wird, und dem Viskosereibungskoeffizienten-Schätzwert (D^) berechnet wird, um dadurch einen Drehmomentanweisungswert (τ_M*) oder einen Drehmomenterfassungswert (τ_M) zu berechnen, aus dem der Einfluss von viskoser Reibung entfernt ist, und wobei der Lastparameterschätzabschnitt den Geschwindigkeitserfassungswert und den Drehmomentanweisungswert oder den Drehmomenterfassungswert für jeden von mehreren Beschleunigungserfassungswerten erfasst, annimmt, dass so erfasste Datenelemente jeweils auf einer graphischen Darstellung eingetragen werden, die eine die Beschleunigungserfassungswerte darstellende Abszisse und eine den Drehmomentanweisungswert oder den Drehmomentanweisungswert, aus dem der Einfluss von viskoser Reibung entfernt ist, darstellende Ordinate einschließt, einen Schätzwert des Trägheitsmoments (J^) als Gradienten der graphischen Darstellung berechnet und einen Lastdrehmomentschätzwert (τ_L^) als Schnittpunkt der graphischen Darstellung berechnet, oder wobei der Lastparameterschätzabschnitt Einrichtungen (15, 16) zum jeweiligen Erfassen eines Geschwindigkeitserfassungswerts (ω_M) und eines Drehmomentanweisungswerts (τ_M*) oder eines Drehmomenterfassungswerts (τ_M) für einen vorgegebenen Beschleunigungserfassungswert jeweils in einem Fall umfasst, in dem der Beschleunigungserfassungswert eine Tendenz zum Zunehmen in einem Fall aufweist, in dem der Beschleunigungserfassungswert eine Tendenz zum Abnehmen aufweist, wobei der Lastparameterschätzabschnitt den Geschwindigkeitserfassungswert und den Drehmomentanweisungswert oder den Drehmomenterfassungswert für einen Beschleunigungserfassungswert von weniger als dem vorgegebenen Beschleunigungserfassungswert und dem Geschwindigkeitserfassungswert und den Drehmomentanweisungswert oder den Drehmomentanweisungswert für einen Beschleunigungserfassungswert von mehr als dem vorgegebenen Beschleunigungserfassungswert erfasst; und einen Geschwindigkeitserfassungswert (ω_M) und einen Drehmomentanweisungswert (τ_M*) oder einen Drehmomenterfassungswert für den vorgegebenen Beschleunigungserfassungswert als linear geschätzten Wert nach Maßgabe der erfassten Datenelemente, die unter Verwendung einer Bedingung von zwei Punkten erfasst wurden, berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Drehmomentanweisungswert oder der Drehmomenterfassungswert, der Beschleunigungserfassungswert und der Geschwindigkeitserfassungswert jeweils in Tiefpassfilter (10, 12, 13) eingegeben werden, die jeweils Kenngrößen aufweisen, die einander im Wesentlichen gleich sind, um jeweils davon als Ausgaben jeweils einen gefilterten Drehmomentanweisungswert (τ_MF*) oder gefilterten Drehmomenterfassungswert (τ_MF), einen gefilterten Beschleunigungserfassungswert (α_MF) und einen gefilterten Geschwindigkeitserfassungswert (ω_MF) zu erhalten, und der gefilterte Drehmomentanweisungs- oder -erfassungswert, der gefilterte Beschleunigungserfassungswert und der gefilterte Geschwindigkeitserfassungswert in den Lastparameterschätzabschnitt eingegeben werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Lastparameterschätzabschnitt einen Gravitationsdrehmomentschätzabschnitt (τ_G^) als Durchschnittswert des Lastdrehmomentschätzwerts, der erhalten wird, wenn eine Drehrichtung des Motors eine positive Richtung ist, und des Lastdrehmomentschätzwerts, der erhalten wird, wenn eine Drehrichtung des Motors eine negative Richtung ist, berechnet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Lastparameterschätzabschnitt zum Erfassen großer Datenelemente mit einer möglichst kleinen Differenz zwischen nebeneinander liegenden Beschleunigungserfassungsdaten für eine unbekannte Maximalbeschleunigung eine Abfolge von Datenelementen erfasst, in denen die Differenz zwischen den nebeneinander liegenden Beschleunigungserfassungswerten eine n-te Zweierpotenz ist (n ist eine positive ganze Zahl), wobei die Abfolge der Daten als der vorgegebene Beschleunigungserfassungswert erfasst wird.
Motorsteuerverfahren zur Verwendung in einem System mit einem Leistungswandler (4) zum Treiben eines Motors (1), der über eine Kopplungswelle (4) mit einer Last (2) gekoppelt ist, einer Stromsteuerung (8) zum Einstellen eines Ausgabestroms (I_q) von dem Leistungswandler nach Maßgabe einer Differenz (Ie) zwischen einem Drehmomentstromanweisungswert (I_q*) und einem Erfassungswert (Ie) des dem Motor zugeführten Drehmomentstroms, einem Lastparameterschätzabschnitt zum Abschätzen des Trägheitsmoments (J) der Last, und einem Geschwindigkeitsdetektor (5) zum Ausgeben des Drehmomentstromanweisungswerts, wobei: der Lastparameterschätzabschnitt als Eingabe während des Betriebs des Motors einen Drehmomentanweisungswert (τ_M*) oder einen Drehmomenterfassungswert (τ_M), der durch Multiplizieren des Drehmomentstromanweisungswerts (I_q*) oder des Drehmomentstromerfassungswerts (I_q*) mit einer Drehmomentkonstante (kt) berechnet wird, den Geschwindigkeitserfassungswert vom Geschwindigkeitsdetektor (5) und den durch Differenzieren der erfassten Geschwindigkeit ermittelten Beschleunigungserfassungswert empfängt, während einer Beschleunigung zwei Arbeitspunkten des Motors über der Zeit bestimmt, die zueinander im Wesentlichen gleiche Beschleunigungserfassungswerte (α_M2), aber unterschiedliche Geschwindigkeitserfassungswerte (ω_M2L, ω_M2H) haben, einen Viskosekoeffizienten-Schätzwert (D) durch Dividieren einer Differenz der Drehmomentanweisungs- oder -erfassungswerte an den beiden Arbeitspunkten durch eine Differenz der Geschwindigkeitserfassungswerte an den beiden Arbeitspunkten berechnet; und das Trägheitsmoment unter Verwendung des Viskosekoeffizienten-Schätzwerts schätzt; und die Geschwindigkeitssteuerung eine Steuerungsverstärkung nach Maßgabe des durch den Lastparameterschätzabschnitt geschätzten Trägheitsmoments korrigiert und dadurch den Drehmomentstromanweisungswert einstellt, wobei der Lastparameter-Schätzabschnitt von dem Drehmomentanweisungswert oder dem Drehmomenterfassungswert einen Viskosereibungsdrehmoment-Schätzwert subtrahiert, der als Produkt zwischen dem Geschwindigkeitserfassungswert, der zusammen mit dem Drehmomentanweisungswert oder dem Drehmomenterfassungswert ermittelt wird, und dem Viskosereibungskoeffizienten-Schätzwert (D^) berechnet wird, um dadurch einen Drehmomentanweisungswert (τ_M*) oder einen Drehmomenterfassungswert (τ_M*) zu berechnen, aus dem der Einfluss von viskoser Reibung entfernt ist, und wobei der Lastparameterschätzabschnitt den Geschwindigkeitserfassungswert und den Drehmomentanweisungswert oder den Drehmomenterfassungswert für jeden von mehreren Beschleunigungserfassungswerten erfasst, annimmt, dass so erfasste Datenelemente jeweils auf einer graphischen Darstellung eingetragen werden, die eine die Beschleunigungserfassungswerte darstellende Abszisse und eine den Drehmomentanweisungswert oder einen Drehmomenterfassungswert, aus dem der Einfluss von viskoser Reibung entfernt ist, darstellende Ordinate einschließt, einen Schätzwert des Trägheitsmoments (J^) als Gradienten der graphischen Darstellung berechnet und einen Lastdrehmomentschätzwert (τ_L^) als Schnittpunkt der graphischen Darstellung berechnet, oder wobei der Lastparameterschätzabschnitt Einrichtungen (15, 16) zum jeweiligen Erfassen eines Geschwindigkeitserfassungswerts (ω_M) und eines Drehmomentanweisungswerts (τ_M*) oder eines Drehmomenterfassungswerts (τ_M) für einen vorgegebenen Beschleunigungserfassungswert jeweils in einem Fall umfasst, in dem der Beschleunigungserfassungswert eine Tendenz zum Zunehmen in einem Fall aufweist, in dem der Beschleunigungserfassungswert eine Tendenz zum Abnehmen aufweist, wobei der Lastparameterschätzabschnitt den Geschwindigkeitserfassungswert und den Drehmomentanweisungswert oder den Drehmomenterfassungswert für einen Beschleunigungserfassungswert von weniger als dem vorgegebenen Beschleunigungserfassungswert und dem Geschwindigkeitserfassungswert und den Drehmomentanweisungswert oder den Drehmomentanweisungswert für einen Beschleunigungserfassungswert von mehr als dem vorgegebenen Beschleunigungserfassungswert erfasst; und einen Geschwindigkeitserfassungswert (ω_M) und einen Drehmomentanweisungswert (τ_M*) oder einen Drehmomenterfassungswert (τ_M) für den vorgegebenen Beschleunigungserfassungswert als linear geschätzten Wert nach Maßgabe der erfassten Datenelemente, die unter Verwendung einer Bedingung von zwei Punkten erfasst wurden, berechnet.