DE112012002333B9

DE112012002333B9 - Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für eine antriebsmaschine

Info

Publication number: DE112012002333B9
Application number: DE112012002333.1T
Authority: DE
Inventors: Kenji Shimoda; Hidetoshi Ikeda; Hiroyuki Sekiguchi; Takashi Isoda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: WO2012165011A1; DE112012002333T5; KR20140005347A; CN103563245A; TWI481838B; JPWO2012165011A1; CN103563245B; US9124212B2; DE112012002333B4; TW201303277A; US20140197770A1; KR101489116B1; JP5591400B2

Abstract

Belastungscharakteristikschätzvorrichtung (200) für eine Antriebsmaschine (3), Folgendes umfassend:eine Maßnahmenbefehlsgenerierungseinheit (5), die dazu ausgelegt ist, einen Maßnahmenbefehl zu generieren, der einen Befehl für eine Maßnahme zur Steuerung einer Position der Antriebsmaschine (3) und einen Befehl für eine Maßnahme zur Steuerung einer Drehzahl der Antriebsmaschine (3) umfasst;eine Antriebskraftbefehlsgenerierungseinheit (1), die dazu ausgelegt ist, einen Antriebskraftbefehl zu generieren, um eine Maßnahme der Antriebsmaschine (3) zu bewirken, um den Maßnahmenbefehl zu befolgen;eine Antriebseinheit (2), die dazu ausgelegt ist, eine Antriebskraft entsprechend dem Antriebskraftbefehl zu erzeugen und die Antriebsmaschine (3) anzutreiben;eine Vorzeichenbestimmungseinheit (101), die dazu ausgelegt ist, auf Grundlage einer Antriebsdrehzahl der Antriebsmaschine (3) zu bestimmen, ob sich die Antriebsmaschine (3) in einem Normaldrehungsmaßnahmenzustand, einem Rückwärtsdrehungsmaßnahmenzustand oder einem Stoppzustand befindet;eine Belastungsantriebskraftschätzeinheit (102), die dazu ausgelegt ist, auf Grundlage des Antriebskraftbefehls oder eines die Antriebskraft darstellenden Signals ein Belastungsantriebskraftsignal zu berechnen, bei dem es sich um einen Schätzwert einer an die Antriebsmaschine (3) angelegten Belastungsantriebskraft handelt;eine Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit (106), die dazu ausgelegt ist, auf Grundlage der Antriebsdrehzahl, eines Ergebnisses der Bestimmung der Vorzeichenbestimmungseinheit (101), eines ersten Drehzahlschwellenwerts im Normaldrehungsmaßnahmenzustand der Antriebsmaschine (3) und eines zweiten Drehzahlschwellenwerts im Rückwärtsdrehungsmaßnahmenzustand der Antriebsmaschine (3) zu bestimmen, in welchem Zustand mehrerer Maßnahmenabschnitte, die entsprechend einem Höhenverhältnis der Antriebsdrehzahl unterteilt sind, sich die Antriebsmaschine (3) befindet; undeine Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit (107), die dazu ausgelegt ist, auf Grundlage eines Ergebnisses der Bestimmung der Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit (106) einen sequentiellen Mittelwert des Belastungsantriebskraftsignals für jeden der Maßnahmenabschnitte zu berechnen, und auf Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung der Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit (106) einen sequentiellen Mittelwert der Antriebsdrehzahl für jeden der Maßnahmenabschnitte zu berechnen.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für eine Antriebsmaschine, die für eine Antriebsmaschine, in der eine Antriebseinrichtung wie etwa ein Motor verwendet wird, wie etwa eine Werkzeugmaschine oder ein Roboter, eine Schätzung einer Belastung wie etwa einer Reibung durchführt.
Hintergrund
Bei einer Antriebsmaschine, bei der eine Antriebseinrichtung wie etwa ein Servomotor in einer Werkzeugmaschine oder einem Roboter für eine Diagnose eines Maschinensystems betreffend alterungsbedingter Herabsetzung und Ausfall und einer Erfassung einer Kennwertveränderung verwendet wird, ist es denkbar, eine Belastungscharakteristik wie etwa Reibung der Antriebsmaschine zu schätzen und zu verwenden.
Eines der Verfahren aus dem verwandten Stand der Technik zum Durchführen einer Erfassung einer Kennlinienschwankung eines Maschinensystems wurde erläutert (siehe Patentschrift 1). Im verwandten Stand der Technik wird ein Drehzahl-Trapezwellenbefehl vorab für eine Maßnahme einer Abtriebsmaschine geschaffen, ein Motor wird dazu veranlasst, auf Grundlage des Drehzahlbefehls zu arbeiten, und eine Motordrehzahl und ein Drehmomentbefehl zum Zeitpunkt der maximalen Motordrehzahl (d.h. zum Zeitpunkt konstanter Drehzahl) für den Befehl werden gespeichert. Nachdem die Motordrehzahl und der Drehmomentbefehl unter Verwendung einer Vielzahl von Drehzahl-Trapezwellen mit unterschiedlichen maximalen Drehzahlen gespeichert sind, werden die Motordrehzahl und der Drehmomentbefehl auf einem Monitor angezeigt. Ein Viskositätskoeffizient und statische Reibung der Antriebsmaschine werden unter Verwendung einer gespeicherten Vielzahl von Motordrehzahlen ω und einer gespeicherten Vielzahl von Drehmomentbefehlen Tr identifiziert und als Indices verwendet, die Kennwerte des Maschinensystems darstellen.
Der verwandte Stand der Technik gibt ein Verfahren zum periodischen Speichern, eine Woche oder einen Monat nach einem Anfangsbetrieb, von Daten der Motordrehzahlen ω und der Drehmomentbefehle Tr an, die unter Verwendung der Drehzahl-Trapezwellen mit den unterschiedlichen maximalen Motordrehzahlen und des Viskositätskoeffizienten und der statischen Reibung, die ausgehend von den Daten geschätzt wurden, und des Vergleichens von Werten des Viskositätskoeffizienten und der statischen Reibung und Werten, die durch einen Hersteller konzipiert wurden, um eine Schwankung bei den Kennwerten der Antriebsmaschine zu erfassen und zu bestimmen, ob die Kennwerte normal sind oder von der Norm abweichen.
Eines der Verfahren aus dem verwandten Stand der Technik zum sequentiellen Schätzen der Reibung einer Antriebsmaschine wurde erläutert (siehe Patentschrift 2). Im verwandten Stand der Technik umfasst eine Schätzvorrichtung eine Störungsbeobachtungseinheit, die dazu ausgelegt ist, einen Drehmomentbefehl Tr und eine Motordrehzahl ω der Antriebsmaschine zu empfangen und einen Störungsschätzwert Td^ auszugeben, der ein geschätzter Wert des Störungsdrehmoments Td (in dieser Anmeldung dem Lastmoment äquivalent) ist, bei dem es sich um ein von außen an den Motor angelegtes Drehmoment handelt, eine Störungsdrehmomentschätzeinheit, die dazu ausgelegt ist, den Störungsschätzwert Td^ und die Motordrehzahl ω zu empfangen und einen Viskositätskoeffizienten D und einen konstanten Term C eines Störungsdrehmomentmodells Tdm zu berechnen, der erhalten wird, wenn das Störungsdrehmoment Td durch ein drehzahlabhängiges, lineares Ausdrucksmodell wie durch Formel (1) angegeben approximiert wird, und eine Trägheitsidentifizierungseinheit, die dazu ausgelegt ist, einen Ausgang der Störungsdrehmomentschätzeinheit, den Drehmomentbefehl Tr und die Motordrehzahl ω zu empfangen und die Trägheit Jn zu identifizieren. $T_{d m} = D \cdot ω + C {\begin{matrix} D = D_{p} & C = C_{P (ω \geq 0)} \\ D = D_{n} & C = C_{n (ω \leq 0)} \end{matrix}$
Die Störungsbeobachtungseinheit entfernt auf Grundlage des durch die Trägheitsidentifizierungseinheit identifizierten Trägheitsidentifizierungswerts Jn und einer Motorbeschleunigung „a“, bei der es sich um einen Zeitdifferenzwert der Motordrehzahl ω handelt, eine für eine Trägheitsbeschleunigung und -verlangsamung erforderliche Drehmomentkomponente aus einem Drehmomentbefehl und gibt den Störungsschätzwert Td^ aus, bei dem es sich um einen Schätzwert einer an die Antriebsmaschine angelegten Störung handelt, wie etwa eine Reibung und eine Gewichtslast. Wenn ein Fehler zwischen dem Ist-Wert J der Trägheit und dem Trägheitsschätzwert Jn besteht, wird der Störungsschätzwert Td^ durch die nachstehend gezeigte Formel (2) dargestellt und weist eine Trägheitsfehlerstörung in einem zweiten Term auf. Wenn es sich bei der Antriebsmaschine nicht nur um einen einfachen starren Körper handelt, tritt auch ein Fehler in Td^ auf. $Td \hat{} = Td + (J - Jn) \cdot a$
Die Störungsdrehmomentschätzeinheit wendet eine adaptive Identifizierungsregel auf das Störungsdrehmomentmodell Tdm an, das erhalten wird, indem das Störungsdrehmoment Td mit dem wie durch Formel (1) angegebenen drehzahlabhängigen Linearausdruck approximiert wird, und berechnet und schätzt sequentiell jeweils einen Viskositätskoeffizienten Dp und einen konstanten Term Cp, die erhalten werden, wenn die Motordrehzahl ω positiv ist, und einen Viskositätskoeffizienten Dn und einen konstanten Term Cn, die erhalten werden, wenn die Motordrehzahl negativ ist. Der konstante Term C wird erhalten, indem eine Drehmomentkomponente mit einer stationären Schwerkraftbelastung und eine Drehmomentkomponente mit Coulomb-Reibung kombiniert werden, die von einer Betriebsrichtung des Motors abhängt.
Die Schätzvorrichtung, die einen Viskositätsterm und einen konstanten Term gemäß der vorstehend erläuterten Vorgehensweise schätzt, wurde bereits vorgeschlagen. Was die Drehzahl der Schätzung im verwandten Stand der Technik betrifft, wird, weil die Schätzung eines Kennwerts einer Veränderung bei einer Störung im Hinblick auf eine Veränderung bei der Motordrehzahl ω durchgeführt wird, die Schätzung normalerweise bei einer Drehzahl durchgeführt, die einer Drehzahlveränderung des Motors entspricht, d.h. einer Zeitkonstanten, die gleich einer oder kürzer als eine Beschleunigungs- und Verlangsamungszeitkonstante ist. Falls ein Fehler im Trägheitsschätzwert Jn besteht, tritt wie vorstehend erläutert ein Fehler im Störungsschätzwert Td^ auf. Deshalb tritt auch ein Fehler in einem Schätzergebnis des Störungsdrehmomentbefehlsmodells Tdm auf, der durch den Viskositätsterm D und den konstanten Term C dargestellt wird. Um mit einem derartigen Problem fertig zu werden, wird im verwandten Stand der Technik, weil entsprechend Formel (2) ein Fehler des Störungsschätzwerts Td^ größer ist, wenn die Beschleunigung „a“ größer ist, eine Verbesserung vorgeschlagen, die Schätzung des Viskositätsterms D und des konstanten Terms C des Störungsdrehmomentmodells nur dann durchzuführen, wenn die Beschleunigung „a“ kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, um einen Schätzfehler zu reduzieren.
Anführungsliste
Patentliteratur

Patentschrift 1: JP 2009-68 950 A
Patentschrift 2: JP 2007-129 789 A

Zusammenfassung
Technisches Problem
In dem verwandten Stand der Technik, der in der Patentschrift 1 beschrieben ist, wird jedoch die Reibung einer Antriebsmaschine durch eine Offline-Verarbeitung anhand von Informationen geschätzt, welche die maximalen Drehzahlen einer Vielzahl von Drehzahl-Trapezwellen der Antriebsmaschine, das heißt, Motordrehzahlen und Drehmomentbefehle in einer Vielzahl unterschiedlicher konstanter Drehzahlzustände der Antriebsmaschine betreffen, und für eine Erfassung einer Kennwertveränderung des Maschinensystems verwendet. Jedoch ist es notwendig, die Maschine einmal anzuhalten und sie eine Vielzahl vorbestimmter Maßnahmen durchführen zu lassen. Deshalb besteht insofern ein Problem, als Mühe und Zeit erforderlich sind, um die Antriebsmaschine eine exklusive Betriebsmaßnahme durchführen zu lassen, und Gebrauchsanwendungen eingeschränkt sind.
In dem verwandten Stand der Technik, der in der Patentschrift 2 beschrieben ist, wird eine Reibungsbelastungscharakteristik o. dgl. in der Antriebsmaschine sequentiell als Viskositätskoeffizient eines zur Drehzahl proportionalen Viskositätsterms und als ein konstanter Term berechnet, der nur von einem Vorzeichen der Drehzahl abhängt. Wenn allerdings berücksichtigt wird, dass der verwandte Stand der Technik für eine Erfassung einer Kennwertveränderung des Maschinensystems wie etwa alterungsbedingter Herabsetzung und Ausfall der Antriebsmaschine verwendet wird, bestehen mehrere Probleme, wie nachstehend erörtert wird.
Im verwandten Stand der Technik wird eine Beziehung zwischen einer Drehzahlveränderung und Reibung sequentiell unter Verwendung eines Störungsschätzwerts, der auf Grundlage eines Drehmomentbefehls und einer Motorbeschleunigung des Motors berechnet wird, und eines Trägheitsschätzwerts des Maschinensystems geschätzt. Deshalb besteht insofern ein Problem, als ein Schätzfehler insbesondere während einer Hochbeschleunigungsmaßnahme zunimmt und eine stabile Schätzung wegen eines Fehlers des Trägheitsschätzwerts schwierig ist, oder, wenn es sich bei der Antriebsmaschine um keinen starren Körper handelt und die Steifigkeit der Antriebsmaschine gering ist, ein Modellierungsfehler der Antriebsmaschine zunimmt. Um dieses Problem zu umgehen, ist in der Patentschrift 2 auch ein verbessertes Verfahren beschrieben, um eine Schätzung nur in dem Fall durchzuführen, dass eine Beschleunigung gleich einem oder geringer als ein Schwellenwert ist, um den Schätzfehler zu reduzieren. Jedoch kann in diesem Fall keine zufrieden stellende Schätzung erfolgen, es sei denn, der Schwellenwert wird angemessen entsprechend eines Betriebszustands der Antriebsmaschine angesetzt. Deshalb besteht insofern ein Problem, als es schwierig ist, eine dem Maschinensystem eigene Belastungscharakteristik wie etwa Reibung entsprechend verschiedener Betriebsbedingungen stabil zu schätzen.
Im verwandten Stand der Technik wird eine Belastungscharakteristik der Antriebsmaschine durch das drehzahlabhängige lineare Ausdrucksmodell approximiert, und ein Viskositätskoeffizient und ein konstanter Term werden unter Verwendung der adaptiven Identifizierungsregel berechnet. Es besteht jedoch ein Fehler zwischen einer Ist-Belastungscharakteristik und einem durch den drehzahlabhängigen linearen Ausdruck approximierten Modell. Insbesondere wird während eines Betriebs bei niedriger Drehzahl die Genauigkeit der Approximation durch das lineare Ausdruckmodell herabgesetzt, und der Fehler wird größer. Als Ergebnis verändert sich ein Schätzergebnis der Belastungscharakteristik entsprechend einer Veränderung wie etwa der Drehzahlhöhe oder unter einer Betriebsbedingung, in der ein Betrieb bei niedriger Drehzahl und ein Betrieb bei hoher Drehzahl gemischt sind. Auf diese Weise besteht im verwandten Stand der Technik insofern ein Widerspruch, als, obwohl die Maschine dieselbe ist, sich eine geschätzte Belastungscharakteristik entsprechend einer Betriebsbedingung verändert. Ein Schätzergebnis für Reibung, die ursprünglich eine dem Maschinensystem eigene Belastungscharakteristik sein sollte, schwankt zusammen mit der Betriebsbedingung. Es ist schwierig, die Reibung stabil so zu schätzen, dass eine Schwankung im Zeitablauf der Reibung erfasst werden kann. Deshalb besteht insofern ein Problem, als der verwandte Stand der Technik nicht für Anwendungen wie etwa eine Diagnose des Maschinensystems und eine Erfassung einer Kennwertveränderung verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der Probleme entwickelt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine für einen weiten Bereich von Anwendungen nützliche Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für eine Antriebsmaschine bereitzustellen, die bei einer Antriebsmaschine, in der ein Motor o. dgl. verwendet wird, während gleichzeitig verschiede Betriebsbedingungen wie etwa die Drehzahlhöhe und die Länge einer Beschleunigungs- und Verlangsamungszeit und Veränderungen unter den Betriebsbedingungen bewältigt werden, eine einem Maschinensystem eigene Belastungscharakteristik wie etwa die Reibung einer Antriebsmaschine stabil quantifiziert und schätzt, um eine Erfassung einer Schwankung im Zeitablauf der Belastungscharakteristik zu ermöglichen, und die zur Diagnose der Antriebsmaschine und zur Erfassung einer Kennwertveränderung verwendet werden kann.
Lösung für das Problem
Um die zuvor erwähnten Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erfüllen, ist eine Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für eine Antriebsmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung so ausgelegt, dass sie umfasst:

eine Maßnahmenbefehlsgenerierungseinheit, die dazu ausgelegt ist, einen Maßnahmenbefehl zu generieren, der einen Befehl für eine Maßnahme zur Steuerung einer Position der Antriebsmaschine und einen Befehl für eine Maßnahme zur Steuerung einer Drehzahl der Antriebsmaschine umfasst; eine Antriebskraftbefehlsgenerierungseinheit, die dazu ausgelegt ist, einen Antriebskraftbefehl zu generieren, um eine Maßnahme der Antriebsmaschine zu bewirken, um den Maßnahmenbefehl zu befolgen; eine Antriebseinheit, die dazu ausgelegt ist, eine Antriebskraft entsprechend dem Antriebskraftbefehl zu erzeugen und die Antriebsmaschine anzutreiben; eine Vorzeichenbestimmungseinheit, die dazu ausgelegt ist, auf Grundlage einer Antriebsdrehzahl der Antriebsmaschine zu bestimmen, ob sich die Antriebsmaschine in einem Normaldrehungsmaßnahmenzustand, einem Rückwärtsdrehungsmaßnahmenzustand oder einem Stoppzustand befindet; eine Belastungsantriebskraftschätzeinheit, die dazu ausgelegt ist, auf Grundlage des Antriebskraftbefehls oder eines die Antriebskraft darstellenden Signals ein Belastungsantriebskraftsignal zu berechnen, bei dem es sich um einen Schätzwert einer an die Antriebsmaschine angelegten Belastungsantriebskraft handelt; eine Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit, die dazu ausgelegt ist, auf Grundlage der Antriebsdrehzahl, eines Ergebnisses der Bestimmung der Vorzeichenbestimmungseinheit, eines ersten Drehzahlschwellenwerts im Normaldrehungsmaßnahmenzustand der Antriebsmaschine und eines zweiten Drehzahlschwellenwerts im Rückwärtsdrehungsmaßnahmenzustand der Antriebsmaschine zu bestimmen, in welchem Zustand mehrerer Maßnahmenabschnitte, die entsprechend einem Höhenverhältnis der Antriebsdrehzahl unterteilt sind, sich die Antriebsmaschine befindet; und eine Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit, die dazu ausgelegt ist, auf Grundlage eines Ergebnisses der Bestimmung der Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit einen sequentiellen Mittelwert des Belastungsantriebskraftsignals für jeden der Maßnahmenabschnitte zu berechnen, und auf Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung der Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit einen sequentiellen Mittelwert der Antriebsdrehzahl für jeden der Maßnahmenabschnitte zu berechnen.

In der folgenden Beschreibung sind die Begriffe „Ausführungsform“, „Erfindung“ oder „Aspekt der Erfindung“ können für Gegenstände verwendet werden, die nicht Teil der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, sind. Nur diejenigen Beispiele die alle Merkmale der unabhängigen Ansprüche aufweisen sind ein Teil der Erfindung und damit ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Teile der Gegenstände der Beschreibung die nicht durch die Ansprüche gedeckt sind stellen Hintergrundinformation oder Beispiele dar, die hilfreich sind, um die Erfindung zu verstehen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Mit der Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für die Antriebsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt sich eine Wirkung, dass es möglich ist, einen Kennwert einer an die Antriebsmaschine angelegten Belastung bei einer normalen Betriebsmaßnahme stabil zu schätzen, ohne die Antriebsmaschine dazu zu veranlassen, eine exklusive Maßnahme durchzuführen. Das Ergebnis der Schätzung kann auf einen weiten Bereich von Anwendungen wie etwa eine Diagnose der Antriebsmaschine und eine Erfassung einer Kennwertveränderung angewendet werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockschema der Auslegung einer Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für eine Antriebsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockschema der Auslegung einer in 1 gezeigten Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit.
3 ist ein Blockschema der Auslegung einer in 1 gezeigten Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit.
4 ist ein Schaubild einer Wellenform, die eine Beziehung zwischen einer Antriebsdrehzahl vm und einer zeitlichen Veränderung eines Lastmoments Td anzeigt.
5 ist ein Schaubild einer Wellenform, die eine Beziehung zwischen der Antriebsdrehzahl vm und einer zeitlichen Veränderung eines Lastmomentsignals Td^ anzeigt.
6 ist ein Schaubild eines Beispiels eines Schätzergebnisses eines Viskositätskoeffizienten und eines konstanten Terms gemäß einer adaptiven Identifizierungsregel.
7 ist ein Schaubild eines Beispiels eines Schätzergebnisses durch die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Schaubild eines Bestimmungsbeispiels eines Schätzergebnisses durch eine Ausgangsergebnisbestimmungseinheit in der ersten Ausführungsform.
9 ist ein Blockschema der Auslegung einer Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für eine Antriebsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Schaubild von Zuständen von Schätzabschnitten, die erhalten werden, indem eine Antriebsdrehzahl durch einen Drehzahlschwellenwert dividiert wird.
11 ist ein Schaubild eines Zustands, in dem durch den Drehzahlschwellenwert dividierte Schätzergebnisse in den Schätzabschnitten durch ein lineares Ausdruckmodell approximiert werden.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen einer Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für eine Antriebsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Einzelnen auf Grundlage der Zeichnungen erläutert. Die vorliegende Erfindung ist durch die Ausführungsformen nicht eingeschränkt.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockschema der Auslegung einer Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 für eine Antriebsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 generiert eine Maßnahmenbefehlsgenerierungseinheit 5 einen Maßnahmenbefehl Ipv für die Position und die Drehzahl einer Antriebsmaschine 3 wie etwa eine Werkzeugmaschine oder einen Roboter. Der Maßnahmenbefehl Ipv enthält einen Befehl zu einer Maßnahme für die Position der Antriebsmaschine 3, einen Befehl zu einer Maßnahme für die Drehzahl der Antriebsmaschine 3 oder einen Befehl zu einer Maßnahme für die Position und die Drehzahl der Antriebsmaschine 3. Eine Drehmomentbefehlsgenerierungseinheit 1 (eine Antriebskraftbefehlsgenerierungseinheit) generiert einen Drehmomentbefehl Tr (einen Antriebskraftbefehl), um die Antriebsmaschine 3 dazu zu veranlassen, den Maßnahmenbefehl Ipv zu befolgen.
Eine Antriebseinheit 2 ist durch eine Antriebseinrichtung wie etwa einen Motor gebildet und generiert ein Antriebsdrehmoment Tm (Antriebskraft) entsprechend dem Drehmomentbefehl Tr, um die Antriebsmaschine 3 anzutreiben. Ein Drehzahldetektor 4 erfasst die Antriebsdrehzahl vm der Antriebsmaschine 3 und gibt sie aus. Was die Antriebsdrehzahl vm betrifft, so wird in der ersten Ausführungsform die Drehzahl der Antriebsmaschine 3 erfasst und verwendet. Jedoch kann die Antriebsdrehzahl vm auch nur ein Signal sein, das die Drehzahl der durch einen Motor o. dgl. gebildeten Antriebsmaschine angibt. Beispielweise kann die Drehzahl der Antriebseinheit 2 direkt erfasst und verwendet werden.
Die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 hat eine Auslegung, die eine Vorzeichenbestimmungseinheit 101, eine Lastmomentschätzeinheit 102 (eine Belastungsantriebskraftschätzeinheit), eine Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103, eine Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 und eine Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 umfasst. Die Antriebsdrehzahl vm und der Drehmomentbefehl Tr werden in die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 eingegeben. Die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 gibt ein Diagnoseergebnis R aus, das erhalten wird, indem bestimmt wird, ob ein Betriebszustand der Antriebsmaschine 3 normal ist oder von der Norm abweicht, wie nachstehend noch erläutert wird.
Die Komponenten der Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 werden nun erläutert.
Die Vorzeichenbestimmungseinheit 101 empfängt die Antriebsdrehzahl vm als Eingang, bestimmt, in welchem Maßnahmezustand unter einem Normaldrehungsmaßnahmenzustand, einem Rückwärtsdrehungsmaßnahmenzustand und einem Stoppzustand sich die Antriebsmaschine 3 befindet, und gibt ein Vorzeichenbestimmungssignal sgn(vm) aus, das Maßnahmeninformationen enthält, die angeben, in welchem Zustand der drei Maßnahmenzustände sich die Antriebsmaschine 3 befindet. Beispielweise wird als Ausgangswert von sgn(vm) ein numerischer Wert 1 dem Normaldrehungsmaßnahmenzustand zugeteilt, ein numerischer Wert -1 wird dem Rückwärtsdrehungsmaßnahmenzustand zugeteilt, und ein numerischer Wert 0 wird dem Stoppzustand zugeteilt.
Die Lastmomentschätzeinheit 102 empfängt den Drehmomentbefehl Tr und die Antriebsdrehzahl vm als einen Eingang und gibt ein Lastmomentsignal (ein Belastungsantriebskraftsignal) Td^ aus, bei dem es sich um einen Schätzwert des Lastmoments Td handelt, das ein Drehmoment ist, das einer Belastung wie etwa einer von außen an die Antriebsmaschine 3 angelegten Reibung entspricht. Wie durch die nachstehend gezeigte Formel (3) angegeben wird, gibt die Lastmomentschätzeinheit 102 als Lastmomentsignal Td^ eine Drehmomentkomponente aus, die erhalten wird, indem eine für eine Beschleunigungs- und Verlangsamungsmaßnahme erforderliche Drehmomentkomponente aus dem Drehmomentbefehl Tr entfernt wird. $Td \hat{} =Tr - Jn \cdot s \cdot vm$
In der Formel stellt Jn einen Trägheitsschätzwert der Antriebsmaschine 3 dar, s stellt einen Laplace-Operator dar, und s·vm stellt eine Antriebsbeschleunigung dar, die erhalten wird, indem die Antriebsdrehzahl vm mit dem Laplace-Operator differenziert wird. Was den Trägheitsschätzwert Jn betrifft, braucht in dieser Ausführungsform nur ein Trägheitsschätzwert, der vorab durch ein Verfahren der kleinsten Quadrate o. dgl. geschätzt wird, bevor die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform in Aktion tritt, oder ein Trägheitsschätzwert verwendet werden, der sequentiell parallel zu dieser Operation geschätzt wird. Der Drehmomentbefehl Tr, der in die Lastmomentschätzeinheit 102 eingegeben wird, braucht nur ein Signal zu sein, das dem Antriebsdrehmoment Tm entspricht, und kann durch ein Signal wie etwa einen Erfassungswert des Antriebsdrehmoments Tm oder einen Motorstrom in der Antriebseinheit 2 ersetzt werden.
Die Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 gibt auf Grundlage des Vorzeichenbestimmungssignals sgn(vm), der Antriebsdrehzahl vm und des Lastmoments Td^ einen Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp, bei dem es sich um ein Ergebnis handelt, das erhalten wird, indem eine sequentielle Mittelwertberechnung auf die Antriebsdrehzahl vm in einem Zeitabschnitt angewendet wird, in dem sich die Antriebsmaschine 3 in Normaldrehung (einem Normaldrehungsmaßnahmenabschnitt) befindet, und einen Normaldrehungsbelastungsschätzwert Tdp aus, bei dem es sich um ein Ergebnis handelt, das erhalten wird, indem die sequentielle Mittelwertberechnung auf das Lastmomentsignal Td^ im Normaldrehungsmaßnahmenabschnitt angewendet wird. Die Berechnung wird nachstehend erläutert.
Die Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 gibt auf Grundlage des Vorzeichenbestimmungssignals sgn(vm), der Antriebsdrehzahl vm und des Lastmoments Td^ einen Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn, bei dem es sich um ein Ergebnis handelt, das erhalten wird, indem eine sequentielle Mittelwertberechnung auf die Antriebsdrehzahl vm in einem Zeitabschnitt angewendet wird, in dem sich die Antriebsmaschine in Rückwärtsdrehung (einem Rückwärtsdrehungsmaßnahmenabschnitt) befindet, und einen Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwert Tdn aus, bei dem es sich um ein Ergebnis handelt, das erhalten wird, indem die sequentielle Mittelwertberechnung auf das Lastmomentsignal Td^ im Rückwärtsdrehungsmaßnahmenabschnitt angewendet wird. Die Berechnung wird nachstehend erläutert.
Der Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp und der Normaldrehungsbelastungsschätzwert Tdp, bei denen es sich um die Ausgänge der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 handelt, und der Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn und der Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwert Tdn, bei denen es sich um die Ausgänge der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 handelt, werden in die Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 eingegeben. Die Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 bestimmt eine Normabweichung und Herabsetzung der Antriebsmaschine 3 aus diesen Eingängen und gibt ein Diagnoseergebnissignal R der Bestimmung aus.
Die Berechnungen der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 und der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 werden mit Bezug auf 2 und 3 erörtert.
2 ist ein Schaubild der Auslegung der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103. In der Figur werden das Vorzeichenbestimmungssignal sgn(vm) und die Antriebsdrehzahl vm in die Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a eingegeben. Die Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a führt unter Verwendung eines Mittelungsfilters F(s), in dem eine Mittelungszeitkonstante T, bei der es sich um eine ausreichend lange Zeitkonstante handelt, beispielsweise in eine Transferfunktion eingesetzt wird, die durch die nachstehend gezeigte Formel (4) angegeben wird, eine Berechnung durch, um die Antriebsdrehzahl vm in einem Normaldrehungsmaßnahmenabschnitt der Antriebsmaschine 3 sequentiell zu mitteln, der auf Grundlage des Vorzeichenbestimmungssignals sgn(vm) bestimmt wird, und gibt ein Ergebnis der Berechnung als Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp aus. $F (s) = 1 / (T \cdot s + 1)$
Die Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a stoppt die Verarbeitung und behält den Wert des Normaldrehungsdrehzahlmittelwerts vmp in anderen Zeitabschnitten bei. Die Mittelungszeitkonstante T wird auf einen ausreichend hohen Wert gesetzt, wie etwa das Zehn- oder Zwanzigfache der Zeit, die die Antriebsmaschine 3 braucht, um eine Maßnahme vom Beginn bis zum Ende (eine Maßnahmenzeit) einmal durchzuführen.
Das Vorzeichenbestimmungssignal sgn(vm) und das Lastmomentsignal Td^ werden in eine Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit 103b eingegeben. Die Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit 103b führt unter Verwendung des durch Formel (4) dargestellten Mittelungsfilters F(s) mit einem Kennwert, bei dem es sich um denselben wie demjenigen der Formel (4) in der Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a handelt, eine Berechnung durch, um sequentiell das Lastmomentsignal Td^ im Normaldrehungsmaßnahmenabschnitt der Antriebsmaschine 3 zu mitteln, derauf Grundlage des Vorzeichenbestimmungssignals sgn(vm) bestimmt wird, und gibt ein Ergebnis der Berechnung als Normaldrehungsbelastungsschätzwert Tdp aus. Die Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit 103b stoppt die Verarbeitung und behält den Wert des Normaldrehungsbelastungsschätzwerts Tdp in den anderen Zeitabschnitten bei.
3 ist ein Schaubild der Auslegung der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104. In der Figur werden das Vorzeichenbestimmungssignal sgn(vm) und die Antriebsdrehzahl vm in die Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a eingegeben. Die Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a führt unter Verwendung des Mittelungsfilters F(s), welches dasselbe wie das in der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 ist, eine Berechnung durch, um sequentiell die Antriebsdrehzahl vm in einem Rückwärtsdrehungsmaßnahmenabschnitt der Antriebsmaschine 3 zu mitteln, der auf Grundlage des Vorzeichenbestimmungssignals sgn(vm) bestimmt wird, und gibt ein Ergebnis der Berechnung als Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn aus. Die Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a stoppt die Verarbeitung und behält den Wert des Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwerts vmn in anderen Zeitabschnitten bei.
Das Vorzeichenbestimmungssignal sgn(vm) und das Lastmomentsignal Td^ werden in eine Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit 104b eingegeben. Die Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit 104b führt unter Verwendung des durch Formel (4) dargestellten Mittelungsfilters F(s) mit einem Kennwert, bei dem es sich um denselben wie demjenigen der Formel (4) in der Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a handelt, eine Berechnung durch, um sequentiell das Lastmomentsignal Td^ im Rückwärtsdrehungsmaßnahmenabschnitt der Antriebsmaschine 3 zu mitteln, der auf Grundlage des Vorzeichenbestimmungssignals sgn(vm) bestimmt wird, und gibt ein Ergebnis der Berechnung als Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwert Tdn aus. Die Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit 104b stoppt die Verarbeitung und behält den Wert des Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwerts Tdn in den anderen Zeitabschnitten bei.
Ein der Antriebsmaschine 3 eigener Belastungskennwert kann stabil als ein Satz von Werten aus mittlerer Drehzahl und Lastmoment auf Grundlage der Ausgangsergebnisse der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 und der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 geschätzt werden. Dies wird mit Bezug auf 4 bis 8 erläutert.
4 ist ein Schaubild eine Zeitansprechwellenform, die erhalten wird, indem die Antriebsmaschine 3 dazu veranlasst wird, eine bestimmte vorbestimmte Maßnahme durchzuführen, und dabei die Position und die Drehzahl der Antriebsmaschine 3 angemessen gesteuert wird. In 4(a) gibt eine durchgezogene Linie eine Wellenform der Antriebsdrehzahl vm der Antriebsmaschine 3 an, eine Strichlinie gibt eine Wellenform des Normaldrehungsdrehzahlmittelwerts vmp an, welcher der Ausgang der Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a ist, und eine Punktlinie gibt eine Wellenform des Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwerts vmn an, welcher der Ausgang der Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a ist. In 4(b) gibt eine durchgezogene Linie eine Wellenform des Lastmoments Td der Antriebsmaschine 3 an, eine Strichlinie gibt eine Wellenform des Normaldrehungsbelastungsschätzwerts Tdp an, welcher der Ausgang der Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit 103b ist, und eine Punktlinie gibt eine Wellenform des Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwerts Tdn an, welcher der Ausgang der Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit 104b ist. Zur Vereinfachung der Erläuterung ist das Lastmoment Td als einer Kennlinie eines linearen Ausdruckmodells approximiert angezeigt.
Wie durch die durchgezogene Linie in 4(b) angegeben ist, kann, wenn das Lastmoment Td durch ein drehzahlabhängiges lineares Ausdruckmodell approximiert wird, das Lastmoment Td durch die nachstehend gezeigte Formel (5) dargestellt werden. In der Formel stellt D einen zur Drehzahl proportionalen Viskositätskoeffizienten dar, C stellt eine von einer Wirkrichtung abhängige Coulomb-Reibung dar, und g stellt eine Schwerkraftbelastung aufgrund der auf die Antriebsmaschine 3 wirkenden Schwerkraft dar. $Td = D \cdot vn + C \cdot sgn (vm) + g$
Das in Formel (5) gezeigte Lastmoment Td wird durch die nachstehende Formel (5a) oder (5b) entsprechend einem Vorzeichen der Antriebsdrehzahl vm der Antriebsmaschine 3 dargestellt. $\begin{matrix} Td = Dp \cdot vm + Cp & (vm > 0) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Td = Dn \cdot vm + Cn & (vm < 0) \end{matrix}$
In der Formel stellen Dp und Cp einen Viskositätskoeffizienten bzw. konstanten Term dar, die erhalten werden, wenn das Vorzeichen der Antriebsdrehzahl vm plus ist, und Dn und Cn stellen einen Viskositätskoeffizienten bzw. konstanten Term dar, die erhalten werden, wenn das Vorzeichen der Antriebsdrehzahl vm minus ist. Die konstanten Terme Cp und Cn geben eine Summe der Coulomb-Reibung bzw. eine Schwerkraftbelastung an, die erhalten wird, wenn das Vorzeichen der Antriebsdrehzahl plus ist, und eine Summe der Coulomb-Reibung bzw. eine Schwerkraftbelastung an, die erhalten wird, wenn das Vorzeichen der Antriebsdrehzahl minus ist. Die konstanten Termen Cp und Cn stellen zusammen einen der Antriebsmaschine 3 eigenen Belastungskennwert dar. In der folgenden Erläuterung wird in manchen Fällen der Belastungskennwert als Reibungskennwert bezeichnet.
Was das Lastmomentsignal Td^ betrifft, das in die Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit 103b und die Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit 104b eingegeben wird, so wird zur Vereinfachung der folgenden Erläuterung angenommen, dass das Lastmomentsignal Td^ und das Lastmoment Td der Antriebsmaschine 3 miteinander koinzidieren. Dann werden der Normaldrehungsbelastungsschätzwert Tdp, welcher der Ausgang der Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit 103b ist, und der Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwert Tdn, welcher der Ausgang der Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit 104b ist, durch die nachstehend gezeigten Formeln (6a) und (6b) dargestellt, wobei das Filter F(s) dazu veranlasst wird, auf die Formeln (5a) und (5b) einzuwirken. $\begin{matrix} Tdp = F (s) \cdot Dp \cdot vm + F (s) \cdot Cp & (vm > 0) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Tdn = F (s) \cdot Dn \cdot vm + F (s) \cdot Cn & (vm < 0) \end{matrix}$
Der Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp, welcher der Ausgang der Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a ist, und der Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn, welcher der Ausgang der Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a ist, werden durch die nachstehend gezeigten Formeln (7a) und (7b) dargestellt. $\begin{matrix} vmp = F (s) \cdot vm & (vm > 0) \end{matrix}$
$\begin{matrix} vmn = F (s) \cdot vm & (vm < 0) \end{matrix}$
Die Strichlinie und die Punktlinie in 4(b) geben Berechnungswellenformen der Formeln (6a) und (6b) an. Die Strichlinie und die Punktlinie in 4(a) geben Berechnungswellenformen der Formeln (7a) und (7b) an.
In den Formeln (6a) und (6b) handelt es sich bei Dp und Dn der ersten Terme auf der rechten Seite um Proportionalitätskoeffizienten im Hinblick auf die Antriebsdrehzahl vm, und bei den konstanten Termen Cp und Cn eines zweiten Terms um feste Werte. Zusätzlich haben, wie vorstehend erläutert, die Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a und die Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit 103b dasselbe Mittelungsfilter F(s), und die Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a und die Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit 104b haben dasselbe Mittelungsfilter F(s). Folglich gelten die Beziehungen der nachstehend gezeigten Formeln (8a) und (8b) auch für den Normaldrehungsbelastungsschätzwert Tdp, den Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwert Tdn, den Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp und den Rückwärtsdrehungsmittelwert vmn. $\begin{matrix} Tdp = Dp \cdot vmp + Cp & (vm > 0) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Tdn = Dn \cdot vmn + Cn & (vm < 0) \end{matrix}$
Das heißt, entsprechend der Maßnahme, die erhalten wird, indem alle Berechnungen der Antriebsdrehzahl vm und des Lastmomentsignals Td^ unter Verwendung desselben Mittelungsfilters F(s) durchgeführt werden, kann, wenn die Antriebsmaschine 3 mit der Antriebsdrehzahl vm arbeitet, ein Mittelwert des Lastmomentsignals Td^ der Antriebsmaschine 3 durch einen linearen Ausdruck dargestellt werden, in dem ein Mittelwert der Antriebsdrehzahl vm der Antriebsmaschine 3 verwendet wird, und es wird ermöglicht, eine Beziehung abzuleiten, bei der es sich um dieselbe wie die Beziehung der Reibungskennlinie der Antriebsmaschine 3 handelt, die durch die Formeln (5a) und (5b) dargestellt ist.
Wenn die Steifigkeit der Antriebsmaschine 3 gering ist, legt sich eine Schwingungskomponente, die von einem Modellierungsfehler der Antriebsmaschine 3 herrührt, über das Lastmomentsignal Td^. Die Komponente nimmt während eines Vorgangs mit hoher Beschleunigung und Verlangsamung noch weiter zu. Zusätzlich überlagert sich auch weißes Rauschen. Jedoch werden entsprechend der Einstellung der Mittelungszeitkonstanten T die Schwingungskomponente und das Rauschen wie die in 4 gezeigten Berechnungswellenformen graduell gemittelt. Deshalb ist es möglich, den Einfluss des Rauschens u. dgl. zu unterdrücken und den Normaldrehungsbelastungsschätzwert Tdp, den Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwert Tdn, den Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp und den Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn stabil zu berechnen, die der Beziehung entsprechen, welche dieselbe ist wie die Beziehung der Reibungskennlinie von Formel (5). Darüber hinaus werden Normal- und Rückwärtsdrehungsmaßnahmen der Antriebsmaschine 3 automatisch entsprechend dem Vorzeichenbestimmungssignal sgn(vm) bestimmt. Deshalb ist es möglich, eine Schätzung in einer Normalbetriebsmaßnahme während eines Ist-Betriebs der Antriebsmaschine 3 durchzuführen.
Selbst wenn ein Fehler im Trägheitsschätzwert Jn entsprechend der Berechnung besteht, kann ein Belastungskennwert stabil geschätzt werden, ohne einfach durch den Fehler beeinträchtigt zu werden.
In der vorstehenden Erläuterung koinzidiert das Lastmomentsignal Td^ mit dem Lastmoment Td. Wenn jedoch ein Schätzfehler im Trägheitsschätzwert Jn von Formel (3) besteht, überlagert eine Trägheitsfehlerstörung, die in einem zweiten Term auf der rechten Seite von Formel (9) gezeigt ist, das Lastmomentsignal Td^. In der Formel gibt J die Trägheit der Antriebsmaschine 3 an. $Td \hat{} = Td + (J - Jn) \cdot s \cdot vm$
5 ist eine Zeitansprechwellenform, die eine Beziehung zwischen der Antriebsdrehzahl (5(a)) und dem Lastmomentsignal Td^ (5(b)) der Antriebsmaschine 3angibt, die erhalten wird, wenn die Antriebseinheit 2 in einer Normaldrehungsvorgangsrichtung beschleunigt und verlangsamt wird. Wenn, wie in 5(b) gezeigt, ein Fehler im Trägheitsschätzwert Jn besteht, überlagert eine Trägheitsfehlerstörung das Lastmomentsignal Td.
Jedoch wird die Trägheitsfehlerstörung in einem Beschleunigungsabschnitt und einem Verlangsamungsabschnitt aufgehoben, wenn sie im Maßnahmenabschnitt ab dem Start bis zum Stopp der Antriebsmaschine 3 gemittelt wird. Indem das Mittelungsfilter F(s) mit der ausreichend langen Mittelungszeitkonstanten T für die Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 und die Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 verwendet wird, laufen deshalb die endgültigen Berechnungswerte der Antriebsdrehzahl vm und des Lastmomentsignals Td^ entsprechend der Mittelwertbildung auf Werte der Formeln (8a) und (8b) hinaus.
Eine Trägheitsfehlerstörung wird nun untersucht, die auftritt, wenn sich eine Beschleunigungszeit und eine Verlangsamungszeit im Betriebsvorgang der Antriebsmaschine 3 unterscheiden. Die Trägheitsfehlerstörung ist eine zur Antriebsbeschleunigung s·vm proportionale Fehlerstörung, wie durch Formel (9) angegeben ist. Die Antriebsbeschleunigung s·vm gibt eine Veränderungsrate der Antriebsdrehzahl vm an. Deshalb versteht es sich von selbst, dass ein Mittelwert der Antriebsbeschleunigung s·vm, bei dem es sich um die Veränderungsrate der Antriebsdrehzahl vm handelt, in Abschnitten vom Start zum Stopp der Antriebsmaschine 3, wie etwa einem Normaldrehungsvorgangsabschnitt, und einem Rückwärtsdrehungsvorgangsabschnitt der Antriebsmaschine 3, Null beträgt. Deshalb wird, selbst wenn sich die Beschleunigungszeit und die Verlangsamungszeit unterscheiden, die Trägheitsfehlerstörung im Beschleunigungsabschnitt und Verlangsamungsabschnitt entsprechend der Wirkung der vorstehend erläuterten Mittelwertbildung in dieser Ausführungsform aufgehoben.
Folglich stellen ein Satz von Werten des Normaldrehungsdrehzahlmittelwerts vmp und des Normaldrehungsbelastungsschätzwerts Tdp, die durch die Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 berechnet sind, und ein Satz von Werten des Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwerts vmn und des Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwerts Tdn, die durch die Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 berechnet sind, quantitativ einen der Antriebsmaschine 3 eigenen Belastungskennwert entsprechend einer Maßnahmendrehzahl der Antriebsmaschine 3 dar. Es ist möglich, ein stabiles Berechnungsergebnis entsprechend der Einstellung der Mittelungszeitkonstanten T zu erhalten.
Je nach der Berechnungsverarbeitung laufen gemäß dem vorstehend mit Bezug auf 5 erläuterten Inhalt, selbst wenn der Drehmomentbefehl Tr direkt als Eingang in die Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit 103b und die Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit 104b anstelle des Lastmomentsignals Td^ eingegeben wird, der Normaldrehungsbelastungsschätzwert Tdp und der Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwert Tdn auf Werte auf den rechten Seiten der Formeln (8a) und (8b) hinaus. Deshalb ist zu sehen, dass die Schätzverarbeitung für das Lastmomentsignal Td^ durch die Lastmomentschätzeinheit 102 entfallen kann.
Es wird der Einfluss eines nichtlinearen Fehlers erläutert, der zwischen dem Reibungskennwert der Antriebsmaschine 3 und einem Modell auftritt, das durch Approximieren der Reibungskennlinie mit einem drehzahlproportionalen linearen Ausdruck erhalten wird.
6 zeigt ein Beispiel, in dem die Reibungskennlinie der Antriebsmaschine 3 im Detail dargestellt ist. Die Abszisse stellt die Antriebsdrehzahl vm und die Ordinate das Lastmoment Td dar. Das heißt, 6 zeigt eine Belastungscharakteristik, die der Antriebsdrehzahl vm entspricht. Wie durch eine durchgezogene Linie in 6 dargestellt ist, ist genau genommen der Reibungskennwert der Antriebsmaschine 3 ein Kennwert mit einer gekrümmten Linie und keine zur Drehzahl proportionale gerade Linie. Der Reibungskennwert weist im Vergleich zu dem durch die Formeln (5a) und (5b) angegebenen linearen Ausdruckmodell einen Fehler auf.
Deshalb wird, wenn ein Viskositätskoeffizient und ein konstanter Term eines Modells, das erhalten wird, indem ein solcher Reibungskennwert der Antriebsmaschine 3 unter Verwendung des Lastmoments Td als drehzahlproportionaler linearer Ausdruck unter Verwendung beispielsweise der adaptiven Identifizierungsregel geschätzt wird, wie durch eine Strichlinie und eine Punktlinie in 6 gezeigt ist, je nach einem Maßnahmenzustand der Antriebsmaschine 3 ein anderes Ergebnis erhalten. Das Ergebnis der Strichlinie ist eine Schätzergebnis in einem Zustand, in dem ein Betrieb bei niedriger Drehzahl (eine Betriebsbedingung niedriger Drehzahl) anhält. Das Ergebnis der Strichlinie ist ein Schätzergebnis in einem Zustand, in dem ein Betrieb bei hoher Drehzahl (eine Betriebsbedingung hoher Drehzahl) anhält.
Bei dem in 6 gezeigten Reibungskennwert werden im Falle der Betriebsbedingung niedriger Drehzahl der Viskositätskoeffizient und der konstante Term unter Verwendung von Informationen geschätzt, die einen Reibungskennwert in einem Abschnitt betreffen, in dem die Drehzahl gering ist. Deshalb ist der Viskositätskoeffizient groß, der eine Neigung der Strichlinie darstellt. Ein Absolutwert des konstanten Terms, der ein Achsenabschnitt mit der Ordinate (eine Td-Achse) ist, ist klein. Andererseits werden im Falle der Betriebsbedingung hoher Drehzahl der Viskositätskoeffizient und der konstante Term unter Verwendung von Informationen geschätzt, die einen Reibungskennwert in einem Abschnitt betreffen, in dem die Drehzahl hoch ist. Deshalb ist der Viskositätskoeffizient der Punktlinie kleiner als derjenige im Falle der Betriebsbedingung niedriger Drehzahl. Der Absolutwert des konstanten Terms des Achsenabschnitts mit der Ordinate ist größer als derjenige in Falle der Betriebsbedingung niedriger Drehzahl. Auf diese Weise sind, weil der Reibungskennwert der Kennwert mit der gekrümmten Linie ist, die etwas vom linearen Modell des linearen Ausdrucks abweicht, der Viskositätskoeffizient und der konstante Term, die auf die gerade Linie des linearen Ausdrucks approximiert sind, je nach einer Differenz bei einem Maßnahmepunkt wie etwa geringe Drehzahl oder hohe Drehzahl sehr unterschiedlich. Es tritt insofern ein Widerspruch auf, als, obwohl die Schätzung für dieselbe Maschine erfolgt, sich ein Reibungskennwert je nach der Betriebsbedingung stark verändert.
Andererseits wird in dieser Ausführungsform, wie vorstehend erläutert, dasselbe Mittelungsfilter für die Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a und die Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit 103b und dasselbe Mittelungsfilter für die Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a und die Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit 104b verwendet. Die Berechnung zur Mittelwertbildung wird auf die Antriebsdrehzahl vm und das Lastmomentsignal Td^ mit einer ausreichend langen Zeitkonstanten angewendet. Die dem Maschinensystem eigene Belastungscharakteristik wird als Satz von Werten verwendet, die erhalten werden, indem Drehzahl und Lastmoment gemittelt werden. Deshalb werden die nachstehend erläuterten Wirkungen erzielt.
7 ist ein Beispiel eines Schätzergebnisses durch die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 für die Antriebsmaschine gemäß dieser Ausführungsform. In der Figur gibt eine durchgezogene Linie einen detaillierten Reibungskennwert der Antriebsmaschine 3 an. Ein Kurvenpunkt mit einem schwarzen Kreis gibt einen Satz von Werten des Normaldrehungsdrehzahlmittelwerts vmp und des Normaldrehungsbelastungsschätzwerts Tdp unter der Betriebsbedingung hoher Drehzahl im Normaldrehungsmaßnahmenabschnitt an. Ein Kurvenpunkt mit einem schwarzen Quadrat gibt einen Satz von Werten des Normaldrehungsdrehzahlmittelwerts vmp und des Normaldrehungsbelastungsschätzwerts Tdp unter der Betriebsbedingung niedriger Drehzahl im Normaldrehungsmaßnahmenabschnitt an. Ein Kurvenpunkt mit einem weißen Kreis gibt einen Satz von Werten des Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwerts vmn und des Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwerts Tdn unter der Betriebsbedingung hoher Drehzahl im Rückwärtsdrehungsmaßnahmenabschnitt an. Ein Kurvenpunkt mit einem weißen Quadrat gibt einen Satz von Werten des Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwerts vmn und des Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwerts Tdn unter der Betriebsbedingung niedriger Drehzahl im Rückwärtsdrehungsmaßnahmenabschnitt an.
Gemäß dieser Ausführungsform werden ein Satz von Werten der Drehzahl und des Lastmoments, die erhalten werden, indem Informationen betreffend eines Reibungskennwerts mit einer gekrümmten Linie in einem Abschnitt gemittelt werden, in dem die Drehzahl gering ist, stabil als Belastungskennwert unter der Betriebsbedngung niedriger Drehzahl geschätzt, und ein Satz von Werten der Drehzahl und des Lastmoments, die erhalten werden, indem Informationen betreffend eines Reibungskennwerts in einem Abschnitt gemittelt werden, in dem die Drehzahl hoch ist, stabil als Belastungscharakteristik unter der Betriebsbedingung hoher Drehzahl geschätzt. Als Ergebnis werden, wie in 7 gezeigt, Sätze von Werten, die erhalten werden, indem die Drehzahl und das Lastmoment entsprechend verschiedener Betriebsbesingungen wie etwa der Betriebsbedingung niedriger Drehzahl und der Betriebsbedingung hoher Drehzahl gemittelt werden,so erhalten, dass sie im Wesentlichen mit einer gekrümmten Linie des detaillierten Reibungskoeffizienten der Antriebsmaschine 3 koinzidieren. Wenn die Betriebsbedingung niedriger Drehzahl und die Betriebsbedingung hoher Drehzahl in gleichem Maße wiederholt werden, werden Sätze mittlerer Drehzahl und mittleren Lastmoments der Betriebsbedingung niedriger Drehzahl und der Betriebsbedingung hoher Drehzahl stabil als Belastungscharakteristik geschätzt.
Die Kennwerte und die Mittelungszeitkonstanten T der Mittelungsfilter F(s) der Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a und der Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit 103b sind gleich eingestellt. Die Kennwerte und die Mittelungszeitkonstanten T der Mittelungsfilter F(s) der Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a und der Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit 104b sind gleich eingestellt. Deshalb weichen ein Satz von Werten des Normaldrehungsdrehzahlmittelwerts vmp und des Normaldrehungsbelastungsschätzwerts Tdp, die durch die Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 berechnet werden, und ein Satz von Werten des Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwerts vmn und des Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwerts Tdn, die durch die Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 berechnet werden, selbst dann nicht stark von der Linie des detaillierten Reibungskennwerts der Antriebsmaschine 3 ab, wenn beispielsweise eine Betriebsbedingung von der Betriebsbedingung niedriger Drehzahl zur Betriebsbedingung hoher Drehzahl wechselt.
Das heißt, selbst wenn sich die Betriebsbedingung auf diese Weise verändert, bewegt sich ein Schätzergebnis vom Kurvenpunkt mit dem Quadrat, bei dem es sich um das Schätzergebnis unter der Betriebsbedingung niedriger Drehzahl handelt, zum Kurvenpunkt mit dem Kreis, bei dem es sich um das Schätzergebnis unter der Betriebsbedingung hoher Drehzahl handelt, wie in 7 gezeigt ist, ohne stark von der Linie des detaillierten Reibungskennwerts der Antriebsmaschine 3 abzuweichen.
Deshalb ist es, wie in 7 gezeigt, selbst wenn ein nicht linearer Fehler zwischen dem Reibungskennwert der Antriebsmaschine 3 und dem Modell auftritt, das durch Approximieren des Reibungskennwerts mit einem drehzahlproportionalen linearen Ausdruck erhalten wird, möglich, den Reibungskennwert, d.h. die der Antriebsmaschine 3 eigene Belastungscharakteristik mit einem kleinen Fehler stabil und quantitativ zu erfassen, ohne durch verschiedene Betriebsbedingungen wie etwa eine einfache Pendelmaßnahme und eine kombinierte Maßnahme aus Maßnahmen niedriger Drehzahl und hoher Drehzahl negativ beeinflusst zu werden.
Details einer Bestimmungsverarbeitung durch die Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 für eine Normabweichung und Herabsetzung der Antriebsmaschine 3 werden mit Bezug auf 8 erläutert.
Wie in 1 gezeigt, werden der Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp, der Normaldrehungsbelastungsschätzwert Tdp, der Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn und der Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwert Tdn, welche die Ausgangsergebnisse der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 und der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 sind, in die Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 eingegeben. Ein Normalbereich einer Belastung der Antriebsmaschine 3 ist in Form von Daten in der Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 gespeichert. Die Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 vergleicht den gespeicherten Normalbereich und einen Satz von Werten des Normaldrehungsdrehzahlmittelwerts vmp und des Normaldrehungsbelastungsschätzwerts Tdp und einen Satz von Werten des Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwerts vmn und des Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwerts Tdn, die in sie eingegeben wurden, und gibt das Diagnoseergebnissignal R aus, das erhalten wird, indem bestimmt wird, ob die Antriebsmaschine 3 normal ist oder von der Norm abweicht.
8 ist ein Schaubild eines Beispiels der Bestimmung einer Normabweichung und Herabsetzung der Antriebsmaschine 3 durch die Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105. In 8 gibt eine durchgezogene Linie einen Reibungskennwert an, der erhalten wird, indem der durch eine Strichlinie angegebene detaillierte Reibungskennwert der Antriebsmaschine 3 mit zwei drehzahlabhängigen linearen Ausdrucksmodellen approximiert wird, die der Normaldrehungsmaßnahme bzw. der Rückwärtsdrehungsmaßnahme entsprechen. Ein lineares Ausdrucksmodell der durchgezogenen Linie kann beispielsweise durch eine Messung aus von der Antriebsmaschine 3 zusammengetragenen Antriebsdaten in einem weiten Maßnahmenbereich vom Betrieb bei niedriger Drehzahl bis zum Betrieb bei hoher Drehzahl erhalten werden. Ein in 8 gezeigter schraffierter Bereich mit einer Randbreite, die angemessen mit der durchgezogenen Linie als Referenz angesetzt ist, ist in der Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 als Normalbereich einer Belastung der Antriebsmaschine 3 gespeichert.
Ein Satz von Werten des Normaldrehungsdrehzahlmittelwerts vmp und des Normaldrehungsbelastungsschätzwerts Tdp und ein Satz von Werten des Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwerts vmn und des Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwerts Tdn, die durch die Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 und die Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 geschätzt wurden, werden in die Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 eingegeben, in der ein solcher Normalbereich gespeichert ist. Dann sind, wenn die Antriebsmaschine 3 normal ist, diese Sätze nahe der Strichlinie und innerhalb des grauen Normalbereichs in 8 entsprechend der Charakteristik der Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform vorhanden.
Wenn jedoch eine Normabweichung, Herabsetzung o. dgl. in der Antriebsmaschine 3 auftritt und eine Belasting wie etwa Reibung wegen der Normanweichung, der Herabsetzung o. dgl. auftritt, weicht ein Satz von Werten, die durch Mitteln von Drehzahl und Lastmoment erhalten wurden, stark von der unmittelbaren Nähe der Strichlinie und vom schraffierten Normalbereich in 8 ab. Deshalb wird, wenn ein Satz von in die Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 eingegebenen Werten, die durch Mitteln von Drehzahl und Lastmoment erhalten wurden, von dem wie in 8 gezeigten schraffierten Bereich abweicht, bestimmt, dass eine Normabweichung, Herabsetzung o. dgl. in einem Antriebszustand der Antriebsmaschine 3 aufgetreten ist.
In der vorstehenden Erläuterung sind die Mittelungsfilter F(s) der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 und der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 als über dieselbe Charakteristik verfügend erläutert. Jedoch versteht es sich von selbst, dass beispielsweise selbst, wenn die Größenordnungen der Mittelungsfilter F(s) unterschiedlich sind, dieselbe Charakteristik erhalten werden kann, solange die Mittelungszeitkonstanten T im Wesentlichen dieselben sind. Es versteht sich von selbst, dass in etwa dieselbe Charakteristik erhalten werden kann, auch wenn die Mittelungszeitkonstanten T in den Mittelungsfiltern F(s) nicht ganz dieselben sind und beispielsweise eine Differenz von ca. 30% vorhanden ist. Wenn die Antriebsmaschine 3 so wirkt, dass sie dasselbe Muster wiederholt, laufen, wenn die Mittelungszeitkonstante T ausreichend lang ist, der Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp, der Normaldrehungsbelastungsschätzwert Tdp, der Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn und der Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwert Tdn, welche die Ausgänge der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 und der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104sind, auf dieselben Werte hinaus. Deshalb braucht die Mittelungszeitkonstante nicht strikt denselben Wert zu haben.
In der vorstehenden Erläuterung umfasst die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 die Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a und die Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a. Die Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 ist dazu ausgelegt, das Diagnoseergebnissignal R auf Grundlage des Normaldrehungsdrehzahlmittelwerts vmp und des Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwerts vmn zu bestimmen, die durch die Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a und die Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a berechnet wurden. Wenn beispielsweise die Antriebsmaschine 3 jedoch eine Komponentenmontagemaschine ist, wird bei der Normalbetriebsmaßnahme der Maßnahmenbefehl Ipv der Maßnahmenbefehlsgenerierungseinheit 5 oftmals als Wiederholung einer Vielzahl von Maßnahmenmustern generiert. In einem solchen Fall verändern sich die Werte des Normaldrehungsdrehzahlmittelwerts vmp und des Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwerts vmn nicht stark. Die Werte können vorab erfasst werden. Deshalb ist es in einem solchen Fall, selbst wenn die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 die Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a und die Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a nicht umfasst, möglich, die der Antriebsmaschine 3 eigene Belastungscharakteristik nur auf Grundlage des Normaldrehungsbelastungsschätzwerts Tdp und des Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwerts Tdn zu erfassen. Indem Veränderungen bei den Werten in der Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 überwacht werden, ist es möglich, zu bestimmen, ob eine Normabweichung oder Herabsetzung im Antriebszustand der Antriebsmaschine 3 aufgetreten ist.
In der vorstehenden Erläuterung umfasst die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 für die Antriebsmaschine gemäß dieser Ausführungsform die Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 und ist dazu ausgelegt, das Diagnoseergebnissignal R auszugeben, das erhalten wird, indem bestimmt wird, ob die Antriebsmaschine 3 normal ist oder von der Norm abweicht. Jedoch kann die Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 im Vergleich zu anderen Komponenten in einem extrem langen Zeitintervall arbeiten. Deshalb kann die Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 im Unterschied zu den anderen Komponenten als eine Funktion einer externen Host-Vorrichtung realisiert sein.
Wenn der Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp, der Normaldrehungsbelastungsschätzwert Tdp, der Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn und der Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwert Tdn, bei denen es sich um höchst charakteristische Signale in der Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform handelt, erhalten werden können, kann auch beispielsweise die Arbeit, die dem Betrieb der Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105 entspricht, periodisch manuell bestimmt und ausgeführt werden. Das heißt, die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 kann dazu ausgelegt sein, den Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp, den Normaldrehungsbelastungsschätzwert Tdp, den Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn und den Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwert Tdn auszugeben.
In dieser Ausführungsform ist ein allgemeiner Motor, der eine Drehkraft, d.h. ein Drehmoment als Antriebskraft erzeugt, als Antriebseinheit 2 angenommen. Jedoch versteht es sich von selbst, dass eine Antriebseinheit, die einen linearen Schub als Antriebskraft erzeugt, wie etwa ein Linearmotor, auf ganz dieselbe Weise implementiert sein kann.
Wie vorstehend erläutert, ist die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 gemäß dieser Ausführungsform dazu ausgelegt, einem numerischen Wert einschließlich Reibung u. dgl. enthaltenden Informationen ohne einen speziellen Betrieb hinzuzufügen selbst dann stabil auszugeben, wenn die Antriebsmaschine dazu veranlasst wird, unter einer normalen Betriebsbedingung zu arbeiten, bei der es sich nicht immer um ein spezielles Maßnahmenmuster handelt. Speziell umfasst die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 die Vorzeichenbestimmungseinheit 101, die Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit 103b und die Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit 104b und ist dazu ausgelegt, sequentiell das Lastmomentsignal Td^ mit einer ausreichend langen Zeitkonstante einzeln für einen Normaldrehungsabschnitt und einen Rückwärtsdrehungsabschnitt zu mitteln und den Normaldrehungsbelastungsschätzwert Tdp und den Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwert Tdn zu berechnen. Folglich ist es möglich, eine Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für eine Antriebsmaschine bereitzustellen, die selbst unter einer Bedingung einer Normalbetriebsmaßnahme, in der Normaldrehung, Rückwärtsdrehung und Beschleunigungs- und Verlangsamungsmuster verschiedener Bewegungsdistanzen gemischt sind, den Einfluss eines Trägheitsschätzfehlers, Rauschens usw. beseitigt, stabil einen numerischen Wert ermittelt, der einen Belastungskennwert einschließlich Reibung u. dgl. der Antriebsmaschine 3 darstellt, und für einen weiten Bereich von Anwendungen verwendet werden kann wie etwa eine Diagnose der Antriebsmaschine und eine Erfassung einer Kennwertveränderung.
Ferner umfasst die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 die Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a und die Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a und berechnet den Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp und den Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn. Deshalb kann, selbst wenn sich Betriebsbedingungen wie etwa ein Zustand in dem der Betrieb bei niedriger Drehzahl anhält, oder ein Zustand, in dem der Betrieb bei hoher Drehzahl anhält, verändern, als eine Kombination aus einem Drehzahlmittelwert und einem Belastungsschätzwert ein numerischer Wert, der einen Belastungskennwert der Antriebsmaschine 3 darstellt, entsprechend einer Betriebsbedingung stabil erhalten werden. Deshalb ist es möglich, die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für die Antriebsmaschine bereitzustellen, die für einen weiten Bereich von Anwendungen verwendet werden kann.
Zweite Ausführungsform
9 ist ein Blockschema der Auslegung einer Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 200 für eine Antriebsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 9 gezeigt ist, sind in der Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform eine Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit 106 und eine Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 zur internen Auslegung der in 1 gezeigten Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 100 für die Antriebsmaschine hinzugekommen. Die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 200 umfasst eine Reibungskoeffizientenschätzeinheit 205 anstelle der Ausgangsergebnisbestimmungseinheit 105.
In 9 unterbleibt eine Erläuterung der Drehmomentbefehlsgenerierungseinheit 1, der Antriebseinheit 2, der Antriebsmaschine 3, des Drehzahldetektors 4, der Maßnahmenbefehlsgenerierungseinheit 5, der Vorzeichenbestimmungseinheit 101, der Lastmomentschätzeinheit 102, der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 und der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104, weil deren Eingänge, Ausgänge, Funktionen, Operationen u. dgl. dieselben wie in der ersten Ausführungsform sind.
Die Antriebsdrehzahl vm der Antriebsmaschine 3, welche der Ausgang des Drehzahldetektors 4 ist, der Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp, welcher der Ausgang der Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a ist, und der Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn, welcher der Ausgang der Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a ist, werden in die Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit 106 eingegeben.
Im Normaldrehungsmaßnahmenabschnitt der Antriebsmaschine 3 setzt die Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit 106 den Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp als Schwellenwert an, bestimmt einen Maßnahmenabschnitt hoher Drehzahl, in dem die Antriebsdrehzahl vm höher ist als der Schwellenwert vmp, als Abschnitt 1, und bestimmt einen Maßnahmenabschnitt niedriger Drehzahl, in dem die Antriebsdrehzahl vm niedriger ist als der Schwellenwert vmp, als Abschnitt 2. Im Rückwärtsdrehungsmaßnahmenabschnitt der Antriebsmaschine 3 setzt die Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit 106 einen Absolutwert des Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwerts vmn als Schwellenwert an, bestimmt einen Maßnahmenabschnitt hoher Drehzahl, in dem ein Absolutwert der Antriebsdrehzahl vm höher ist als der Schwellenwert (ein Absolutwert von vmn), als Abschnitt 3, und bestimmt einen Maßnahmenabschnitt niedriger Drehzahl, in dem der Absolutwert der Antriebsdrehzahl vm niedriger ist als der Schwellenwert (der Absolutwert von vmn), als Abschnitt 4.
Das heißt, die Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit 106 bestimmt, in welchen von den vier Abschnitten die Antriebsmaschine 3 agiert, und gibt ein Maßnahmenabschnittunterteilungssignal S mit Informationen aus, welche die vier Abschnitte betreffen. Im Maßnahmenabschnittunterteilungssignal S brauchen beispielsweise numerische Werte 1, 2, 3, 4 und 0 jeweils nur dem Abschnitt 1, dem Abschnitt 2, dem Abschnitt 3, dem Abschnitt 4 und einem Stoppzustand zugeteilt zu werden. Die Unterteilung der Abschnitte wird nachstehend mit Bezug auf 10 erläutert.
Das Maßnahmenabschnittunterteilungssignal S, die Antriebsdrehzahl vm, das Lastmomentsignal Td^ werden in die Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 eingegeben. Die Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 gibt vier Abschnittsdrehzahlmittelwerte va(k) und vier Abschnittsbelastungsschätzwerte Ta(k) den jeweiligen Abschnitten k (k = 1, 2, 3 und 4) entsprechend aus, die gemäß dem Maßnahmenabschnittunterteilungssignal S unterteilt sind.
Der Abschnittsdrehzahlmittelwert va(k) ist ein Wert, der erhalten wird, indem sequentiell eine Mittelwertberechnung auf die Antriebsdrehzahl vm im Abschnitt k angewendet wird. Der Abschnittsbelastungsschätzwert Ta(k) ist ein Wert, der erhalten wird, indem sequentiell die Mittelwertberechnung auf das Lastmomentsignal Td^ im Abschnitt k angewendet wird. Zwei Ausgänge des Abschnittsdrehzahlmittelwerts va(k) und des Abschnittsbelastungsschätzwerts Ta(k) der Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107, die in 9 gezeigt sind, sind Vektorsignale mit Informationen, die vier jeweils in den vier Abschnitten (k) gemittelte Werte betreffen.
Weil die Berechnungen in der Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 und der Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit 106 und der Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 addiert werden, ist es möglich, die dem Maschinensystem eigene Belastungscharakteristik detaillierter zu erfassen. Dies wird mit Bezug auf 10 erläutert.
10 ist ein Beispiel, das Zeitansprechverhaltensweisen der Antriebsdrehzahl vm (10(a)) und des Lastmomentsignals Td^ (10(b)) zeigt, die erhalten werden, indem die Antriebsmaschine dazu veranlasst wird, eine bestimmte vorbestimmte Maßnahme durchzuführen, und dabei die Position und die Drehzahl der Antriebsmaschine angemessen gesteuert wird. In 10 ist der Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp, welcher der Ausgang der Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit 103a ist, durch eine Strichlinie angegeben, und der Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn, welcher der Ausgang der Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit 104a ist, durch eine Punktlinie angegeben. Ein Zeitabschnitt ist gezeigt, der in Abschnitte, die den vier Maßnahmenzuständen im Abschnitt 1, Abschnitt 2, Abschnitt 3 und Abschnitt 4 entsprechen, auf Grundlage der Bestimmung unterteilt ist, die durch Ansetzen des Normaldrehungsdrehzahlmittelwerts vmp und Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwerts vmn als Schwellenwerte erfolgt.
Beispielweise gibt in dem in 10 gezeigten Abschnitt 1 die Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 auf Grundlage des durch die Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit 106 eingegebenen Maßnahmenabschnittunterteilungssignals S als einen ersten Abschnittdrehzahlmittelwert va(1) ein Ergebnis aus, das erhalten wird, indem eine sequentielle Mittelwertberechnung auf die Antriebsdrehzahl vm angewendet wird, und gibt als ersten Abschnittbelastungsschätzwert Ta(1) ein Ergebnis aus, das erhalten wird, indem die sequentielle Mittelwertberechnung auf das Lastmomentsignal Td^ in einem Zeitabschnitt angewendet wird, in dem die Antriebsmaschine 3 im Abschnitt 1 agiert. Dabei behält die Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 k-te Abschnittdrehzahlmittelwerte va(k) und k-te Abschnittsbelastungsschätzwerte Ta(k) von k anderen als k = 1, d.h. k = 2, 3, und 4 bei, ohne die Werte zu aktualisieren.
Die Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 führt dieselbe Maßnahme in Zeitabschnitten durch, in denen die Antriebsmaschine 3 in den anderen Abschnitten n agiert. Auf Grundlage des Maßnahmenabschnittunterteilungssignals S gibt die Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 als n-ten Abschnittdrehzahlmittelwert va(n) ein Ergebnis aus, das erhalten wird, indem sequentiell eine Mittelwertberechnung auf die Antriebsdrehzahl vm angewendet wird, und als n-ten Abschnittbelastungsschätzwert Ta(n) ein Ergebnis aus, das erhalten wird, indem sequentiell die Mittelwertberechnung auf das Lastmomentsignal Td^ in einem Zeitabschnitt angewendet wird, in dem die Antriebsmaschine 3 im Abschnitt n agiert. Dabei behält die Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 k-te Abschnittdrehzahlmittelwerte va(k) und k-te Abschnittsbelastungsschätzwerte Ta(k) von k anderen als k = n bei, ohne die Werte zu aktualisieren.
Die Transferkennwerte der zur Berechnung der Mittelwerte der Antriebsdrehzahl vm und des Lastmomentsignals Td^ in den Abschnitten k in der Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 verwendeten Mittelungsfilter sind dieselben. Wie in der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 und der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104handelt es sich bei den Mittelungsfiltern um die durch Formel (4) angegebenen Mittelungsfilter F(s) mit der Mittelungszeitkonstanten T, die ausreichend länger ist als die Zeit, die Antriebsmaschine 3 braucht, um eine Maßnahme vom Beginn bis zum Ende einmal durchzuführen.
In der Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 200 für die Antriebsmaschine gemäß dieser Ausführungsform werden wie in der ersten Ausführungsform der Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp und der Normaldrehungsbelastungsschätzwert Tdp, die von der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 ausgegeben werden, und der Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn und der Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwert Tdn berechnet, die von der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 ausgegeben werden. In der Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 200 gemäß dieser Ausführungsform erfolgt darüber hinaus für die vier Teilabschnitte k, die insgesamt in die Maßnahmenabschnitte hoher Drehzahl und die Maßnahmenabschnitte niedriger Drehzahl jeweils in die Normaldrehungs- und Rückwärtsdrehungsmaßnahmenabschnitte durch die hinzugekommene Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit 106 unterteilt wurden, die Berechnung der Abschnittdrehzahlmittelwerte va(k) und der Abschnittbelastungsschätzwerte Ta(k) durch die hinzugekommene Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107. Auf diese Weise werden die Antriebsdrehzahl und das Lastmoment in den Teilmaßnahmeabschnitten gemittelt. Folglich wird eine größere Anzahl von unterschiedlichen Sätzen aus gemittelter Antriebsdrehzahl und Lastmoment erhalten, welche die dem Maschinensystem eigene Belastungscharakteristik darstellen. Es ist möglich, eine zweidimensionale Beziehung zwischen Drehzahl und Lastantriebskraft zu erhalten.
Bei der Berechnung der jeweiligen Abschnittdrehzahlmittelwerte va(k) und der jeweiligen Abschnittbelastungsschätzwerte Ta(k) führt die Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 dieselbe Berechnung unter Verwendung der Mittelungsfilter F(s) mit der ausreichend langen Mittelungszeitkonstanten T in der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 und der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 durch. Deshalb ist es möglich, den Einfluss weißen Rauschens, einer von der Steifigkeit der Antriebsmaschine herrührenden Schwingungskomponente u. dgl. zu beseitigen und die dem Maschinensystem eigene Belastungscharakteristik stabil zu quantifizieren.
Was eine Trägheitsfehlerstörung aufgrund eines Fehlers des Trägheitsschätzwerts Jn anbelangt, so werden ein Fehler während einer Beschleunigung und ein Fehler während einer Verlangsamung jeweils durch eine ausreichende Mittelwertberechnung aufgehoben. Es ist möglich, den Abschnittbelastungsschätzwert Ta(k) als Lastmomentsignal Td^ zu berechnet, aus dem die Trägheitsfehlerstörung beseitigt ist. Der Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp und der Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn werden bei der Schätzabschnittunterteilung als Drehzahlschwellenwerte verwendet. Deshalb ist es möglich, einen Schätzabschnitt automatisch entsprechend verschiedener Betriebsbedingungen wie etwa einen Betrieb bei hoher Drehzahl und einen Betrieb bei niedriger Drehzahl zu unterteilen.
11 zeigt Ausgänge der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103, der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 und der Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107. In 11 sind Berechnungsergebnisse eines Satzes von Werten des Normaldrehungsdrehzahlmittelwerts vmp und des Normaldrehungsbelastungsschätzwerts Tdp, eines Satzes von Werten des Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwerts vmn und des Rückwärtsdrehungsbelastungsschätzwerts Tdn, und von Sätzen von Werten der Abschnittsdrehzahlmittelwerte va(k) und der Abschnittbelastungsschätzwerte Ta(k) aufgetragen sind. Entsprechend dem vorstehend erläuterten Inhalt sind diese Ergebnisse in einem Bereich mit geringem Fehler nahe einer gekrümmten Linie geschätzt, die eine detaillierte Reibungskennlinie der Antriebsmaschine 3 angibt, die in der Figur durch eine Strichlinie angegeben ist. Nachstehend wird eine durchgezogene Linie erläutert.
Wie vorstehend erläutert, berechnet die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 200 für die Antriebsmaschine mit der in 9 gezeigten Auslegung Belastungskennwerte für mehrere Drehzahlen als stabile numerische Werte, während die Antriebsmaschine in beliebigen Maßnahmenmustern arbeitet. Folglich ist es möglich, eine dem Maschinensystem eigene, detailliertere Belastungscharakteristik zu erfassen.
Nun wird der Betrieb der Reibungskoeffizientenschätzeinheit 205 erläutert. Wie nachstehend erläutert, schätzt die Reibungskoeffizientenschätzeinheit 205 einen Viskositätskoeffizienten und einen konstanten Term, die erhalten werden, wenn der detaillierte Reibungskennwert der Antriebsmaschine 3 durch ein drehzahlabhängiges lineares Ausdruckmodell approximiert wird.
Werte von drei grafischen Darstellungen (Sätze von Werten aus gemittelter Antriebsdrehzahl und Lastmoment), die jeweils den in 11 gezeigten positiven und negativen Werten der Antriebsdrehzahl vm entsprechen, bei denen es sich um Berechnungsergebnisse der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103, der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 und der Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 handelt, werden in die Reibungskoeffizientenschätzeinheit 205 eingegeben. Die Reibungskoeffizientenschätzeinheit 205 führt eine Schätzberechnung eines Viskositätskoeffizienten Dp^ und eines konstanten Terms Cp^ während der Normaldrehungsmaßnahme und eines Viskositätskoeffizienten Dn^ und eines konstanten Terms Cn^ während der Rückwärtsdrehungsmaßnahme durch, die erhalten werden, wenn der detaillierte Reibungskennwert der Antriebsmaschine 3 durch das lineare Ausdruckmodell wie die Ausdrücke (5a) und (5b) auf Grundlage dieser Werte approximiert wird. Als Verfahren der Berechnung braucht beispielsweise nur ein chargenartiges Verfahren der kleinsten Quadrate auf die jeweiligen Fälle von Normal- und Rückwärtsdrehung angewendet zu werden, das sich dreier Werte der Antriebsdrehzahl und dreier Werte des Lastmoments bedient.
Bei einer in 11 gezeigten durchgezogenen Linie handelt es sich um eine gerade Linie, die einen Reibungskennwert angibt, der durch kleinste Quadrate unter Verwendung der Berechnungsergebnisse der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103, der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 und der Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 geschätzt wurde. In 11 entspricht eine Neigung der durchgezogenen Linie in einem Bereich, in dem die Antriebsdrehzahl vm positiv ist, dem Viskositätskoeffizienten Dp^, ein Achsenabschnitt mit der Ordinate (eine Lastmomentachse) in dem Bereich entspricht dem konstanten Term Cp^, eine Neigung der durchgezogenen Linie in einem Bereich, in dem die Antriebsdrehzahl vm negativ ist, entspricht dem Viskositätskoeffizienten Dn^, und ein Achsenabschnitt mit der Ordinate (eine Lastmomentachse) in dem Bereich entspricht dem konstanten Term Cn^.
Nun werden Kennzeichen von Wirkungen erläutert, die in der zweiten Ausführungsform erzielt werden. Wenn beispielsweise der konstante Term C und der Viskositätskoeffizient D direkt aus der Antriebsdrehzahl vm und dem Lastmomentsignal Td^ durch ein Verfahren wie etwa das Verfahren kleinster Quadrate wie in der Technologie geschätzt werden, die in der wie vorstehend erläuterten Patentschrift 2 beschrieben ist, besteht insofern ein Problem, als ein Schätzergebnis eines Viskositätskoeffizienten und eines konstanten Terms je nach einer Veränderung bei der Höhe der Bewegungsdrehzahl vm oder eines Betriebsmusters schwankt.
Im Gegensatz dazu ist es gemäß dieser Ausführungsform in den sechs Maßnahmeabschnitten, die zusätzlich zu den zwei Maßnahmeabschnitten, d.h. dem Normaldrehungsmaßnahmenabschnitt und dem Rückwärtsdrehungsmaßnahmenabschnitt der Antriebsmaschine 3, die vier Maßnahmeabschnitte, d.h. den Maßnahmeabschnitt bei hoher Drehzahl und den Maßnahmeabschnitt bei niedriger Drehzahl des Normaldrehungsmaßnahmenzustands der Antriebsmaschine 3 und den Maßnahmeabschnitt bei hoher Drehzahl und den Maßnahmeabschnitt bei niedriger Drehzahl des Rückwärtsdrehungsmaßnahmenzustands der Antriebsmaschine 3 umfassen, die wie vorstehend erläutert auf Grundlage des für die Antriebsdrehzahl vm angesetzten Schwellenwerts unterteilt werden, möglich, stabil Sätze von Werten aus gemittelter Antriebsdrehzahl und Lastmoment zu schätzen, welche die dem Maschinensystem eigene Belastungscharakteristik darstellen. Darüber hinaus ist es gemäß einer Berechnung, die durchgeführt wird, indem mehrere stabil geschätzte Sätze kollektiv verwendet werden, möglich, selbst für eine Bedingungsänderung wie etwa die Drehzahlhöhe, einen Viskositätskoeffizienten und einen konstanten Term eines linearen Ausdrucksmodells stabil zu schätzen, das erhalten wird, indem ein Reibungskennwert der Antriebsmaschine approximiert wird.
In der ersten Ausführungsform stellt ein Satz von Werten aus gemittelter Antriebsdrehzahl vm und Lastmoment Td die der Antriebsmaschine 3 eigene Belastungscharakteristik als einen Punkt für jeweils Positiv und Negativ der Antriebsdrehzahl vm dar. Andererseits ist es in der zweiten Ausführungsform, weil die Berechnungsergebnisse der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103, der Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 und der Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 verwendet werden, möglich, den detaillierten Reibungskennwert der Antriebsmaschine 3 mühelos in Form von zwei Parametern, d.h. eines Viskositätskoeffizienten und eines konstanten Terms eines linearen Ausdrucksmodells darzustellen, das der Drehzahl entspricht. Das heißt, es ist möglich, eine Belastungscharakteristik stabil als gerade Linie zu schätzen und die Belastungscharakteristik detaillierter zu erfassen.
Wie in der ersten Ausführungsform ist es auch in der zweiten Ausführungsform möglich, eine Normabweichung der Antriebsmaschine 3 zu überwachen, indem eine Veränderung eines Schätzergebnisses im Zeitablauf überwacht wird. Obwohl es nicht speziell erläutert wurde, ist es möglich, zur Steuerungsgenauigkeit beizutragen, indem das Schätzergebnis in der zweiten Ausführungsform als Reibungskompensation beim Steuern der Position und der Drehzahl der Antriebsmaschine 3 verwendet wird.
In der zweiten Ausführungsform werden der Normaldrehungsdrehzahlmittelwert vmp und der Rückwärtsdrehungsdrehzahlmittelwert vmn in die Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit 106 als die Schwellenwerte bei der Schätzabschnittunterteilung eingegeben. Was die Schwellenwerte anbelangt, so kann ein geeigneter bzw. können mehrere geeignete Schwellenwert/e von außen eingegeben werden. Selbst wenn ein Schätzabschnitt durch einen oder mehrere Schwellenwert/e noch weiter unterteilt wird, werden Sätze von Drehzahl- und Lastmomentmittelwerten in den Abschnitten stabil abgeleitet. Deshalb ist es auch möglich, die dem Maschinensystem eigene Belastungscharakteristik detaillierter zu erfassen.
Das heißt, wenn der Schätzabschnitt durch die von außen angesetzten Schwellenwerte unterteilt wird, versteht es sich von selbst, dass, selbst wenn die Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 und die Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 aus den Komponenten in der zweiten Ausführungsform gestrichen werden, es möglich ist, den detaillierten Reibungskennwert der Antriebsmaschine 3 in Form von zwei Parametern, d.h. einen Viskositätskoeffizienten und einen konstanten Term eines linearen Ausdrucksmodells entsprechend einer Drehzahl nur unter Verwendung eines Berechnungsergebnisses der Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit 107 darzustellen.
Weil in der zweiten Ausführungsform die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung 200 für die Antriebsmaschine wie vorstehend erläutert ausgelegt ist, ist es auch möglich, die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für die Antriebsmaschine bereitzustellen, die stabil und sequentiell die der Antriebsmaschine 3 eigene Belastungscharakteristik detaillierter schätzen kann, während sie den Einfluss von Rauschen und einen Fehler eines Trägheitsschätzwerts unterbindet und verschiedene Betriebsbedingungen wie etwa die Drehzahlhöhe und die Länge einer Beschleunigungs- und Verlangsamungszeit und Veränderungen der Betriebsbedingungen bewältigt, und für einen weiteren Bereich von Anwendungen verwendet werden kann. Das heißt, weil ein Kennwert einer an die Antriebsmaschine 3 angelegten Belastung stabil gemäß dem Normalbetriebsvorgang linear approximiert werden kann, ist es möglich, ein Ergebnis der Schätzung auf einen weiten Bereich von Anwendungen anzuwenden wie etwa eine Erfassung einer Kennwertveränderung der Antriebsmaschine 3 und eine Reibungskompensation bei der Steuerung der Antriebsmaschine 3.
In der ersten und zweiten Ausführungsform ist es möglich, einen Kennwert einer an die Antriebsmaschine 3 angelegten Belastung im Normalbetriebsvorgang stabil zu schätzen. Es ist möglich, ein Ergebnis der Schätzung auf einen weiten Bereich von Anwendungen anzuwenden, wie etwa die Diagnose der Antriebsmaschine 3 und die Erfassung einer Kennwertveränderung. Darüber hinaus ist es möglich, einen Kennwert einer an die Antriebsmaschine 3 angelegten Last selbst dann stabil zu schätzen, wenn einen Maßnahmenbefehl während des Betriebs der Antriebsmaschine 3 verändert wird, und es ist möglich, einen Kennwert einer an die Antriebsmaschine 3 angelegten Last im Hinblick auf eine vorübergehende Veränderung einer Betriebsbedingung wie etwa einen Betrieb bei hoher Drehzahl oder einen Betrieb bei niedriger Drehzahl stabil zu schätzen. Darüber hinaus ist es möglich, indem eine Zeitkonstante einer Berechnung zum Berechnen eines sequentiellen Mittelwerts mit einem Wert angesetzt wird, der größer ist als die Zeit, die ein Maßnahmenbefehl braucht, um eine Maßnahme einmal vom Anfang bis zum Ende durchzuführen, eine Fehlerstörung aufgrund eines Fehlers eines Trägheitsschätzwerts zu unterbinden, und Rauschen, eine Schwingungskomponente u. dgl. zu unterbinden. Weil die Berechnungsergebnisse der Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit 103 und die Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit 104 verwendet werden, ist es möglich, zu bestimmen, ob ein Betriebszustand der Antriebsmaschine normal ist oder von der Norm abweicht.
Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt und kann in einem Implementierungsstadium verschiedentlich abgewandelt werden, ohne vom Aussagegehalt der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Ausführungsformen enthalten Erfindungen in verschiedenen Stadien. Es lassen sich verschiedene Erfindungen entsprechend geeigneter Kombinationen mehrerer hier offenbarter konstituierender Merkmale extrahieren.
Wenn beispielsweise die in der Zusammenfassung erläuterten Probleme gelöst werden können und die in den vorteilhaften Wirkungen der Erfindung erläuterten Wirkungen erzielt werden, kann, selbst wenn verschiedene konstituierende Merkmale aus allen in der jeweiligen ersten und zweiten Ausführungsform erläuterten konstituierenden Merkmalen gestrichen werden, eine Auslegung, aus der die konstituierenden Merkmale gestrichen sind, als eine Erfindung extrahiert werden. Ferner können die in der ersten und zweiten Ausführungsform erläuterten konstituierenden Merkmale wie jeweils angemessen kombiniert werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie vorstehend erläutert, ist die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für die Antriebsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich für eine Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für eine Antriebsmaschine, in der eine Antriebseinrichtung wie etwa ein Servomotor in einer Werkzeugmaschine oder einem Roboter verwendet wird. Insbesondere eignet sich die Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für die Antriebsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Belastungscharakteristikschätzvorrichtung für eine Antriebsmaschine, die, während sie verschiedene Betriebsbedingungen und Veränderungen bei den Betriebsbedingungen bewältigt, eine dem Maschinensystem eigene Belastungscharakteristik wie etwa eine Reibung der Antriebsmaschine stabil quantifiziert, so dass auch Schwankungen im Zeitablauf der Belastungscharakteristik erfasst werden können.
Bezugszeichenliste

1: Drehmomentbefehlsgenerierungseinheit
2: Antriebseinheit
3: Antriebsmaschine
4: Drehzahldetektor
5: Maßnahmenbefehlgenerierungseinheit
100, 200: Belastungscharakteristikschätzvorrichtungen für eine Antriebsmaschine
101: Vorzeichenbestimmungseinheit
102: Lastmomentschätzeinheit
103: Normaldrehungsmittelwertberechnungseinheit
103a: Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit
103b: Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit
104: Rückwärtsdrehungsmittelwertberechnungseinheit
104a: Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit
104b: Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit
105: Ausgangsergebnisbestimmungseinheit
106: Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit
107: Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit
205: Reibungskoeffizientenschätzeinheit

Claims

Belastungscharakteristikschätzvorrichtung (200) für eine Antriebsmaschine (3), Folgendes umfassend: eine Maßnahmenbefehlsgenerierungseinheit (5), die dazu ausgelegt ist, einen Maßnahmenbefehl zu generieren, der einen Befehl für eine Maßnahme zur Steuerung einer Position der Antriebsmaschine (3) und einen Befehl für eine Maßnahme zur Steuerung einer Drehzahl der Antriebsmaschine (3) umfasst; eine Antriebskraftbefehlsgenerierungseinheit (1), die dazu ausgelegt ist, einen Antriebskraftbefehl zu generieren, um eine Maßnahme der Antriebsmaschine (3) zu bewirken, um den Maßnahmenbefehl zu befolgen; eine Antriebseinheit (2), die dazu ausgelegt ist, eine Antriebskraft entsprechend dem Antriebskraftbefehl zu erzeugen und die Antriebsmaschine (3) anzutreiben; eine Vorzeichenbestimmungseinheit (101), die dazu ausgelegt ist, auf Grundlage einer Antriebsdrehzahl der Antriebsmaschine (3) zu bestimmen, ob sich die Antriebsmaschine (3) in einem Normaldrehungsmaßnahmenzustand, einem Rückwärtsdrehungsmaßnahmenzustand oder einem Stoppzustand befindet; eine Belastungsantriebskraftschätzeinheit (102), die dazu ausgelegt ist, auf Grundlage des Antriebskraftbefehls oder eines die Antriebskraft darstellenden Signals ein Belastungsantriebskraftsignal zu berechnen, bei dem es sich um einen Schätzwert einer an die Antriebsmaschine (3) angelegten Belastungsantriebskraft handelt; eine Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit (106), die dazu ausgelegt ist, auf Grundlage der Antriebsdrehzahl, eines Ergebnisses der Bestimmung der Vorzeichenbestimmungseinheit (101), eines ersten Drehzahlschwellenwerts im Normaldrehungsmaßnahmenzustand der Antriebsmaschine (3) und eines zweiten Drehzahlschwellenwerts im Rückwärtsdrehungsmaßnahmenzustand der Antriebsmaschine (3) zu bestimmen, in welchem Zustand mehrerer Maßnahmenabschnitte, die entsprechend einem Höhenverhältnis der Antriebsdrehzahl unterteilt sind, sich die Antriebsmaschine (3) befindet; und eine Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit (107), die dazu ausgelegt ist, auf Grundlage eines Ergebnisses der Bestimmung der Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit (106) einen sequentiellen Mittelwert des Belastungsantriebskraftsignals für jeden der Maßnahmenabschnitte zu berechnen, und auf Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung der Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit (106) einen sequentiellen Mittelwert der Antriebsdrehzahl für jeden der Maßnahmenabschnitte zu berechnen.
Belastungscharakteristikschätzvorrichtung (200) für die Antriebsmaschine (3) nach Anspruch 1, darüber hinaus eine Reibungskoeffizientenschätzeinheit (205) umfassend, die dazu ausgelegt ist, einen Viskositätskoeffizienten und einen konstanten Term in einem linearen Ausdruckmodell der Belastungsantriebskraft zu schätzen, und zwar durch Approximieren mittels zweier linearer Ausdrücke, die jeweils eine Beziehung zwischen der Antriebsdrehzahl und der Belastungsantriebskraft angeben und dem Normaldrehungsmaßnahmenzustand bzw. dem Rückwärtsdrehungsmaßnahmenzustand entsprechen, eines Satzes aus dem sequentiellen Mittelwert des Belastungsantriebskraftsignals und dem sequentiellen Mittelwert der Antriebsdrehzahl, die für jeden der Maßnahmenabschnitte berechnetet werden.
Belastungscharakteristikschätzvorrichtung (200) für die Antriebsmaschine (3) nach Anspruch 1, darüber hinaus umfassend: eine Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit (103a), die dazu ausgelegt ist, einen sequentiellen Mittelwert der Antriebsdrehzahl zu berechnen, wenn das Ergebnis der Bestimmung der Vorzeichenbestimmungseinheit (101) den Normaldrehungsmaßnahmenzustand ergibt; und eine Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit (104a), die dazu ausgelegt ist, einen sequentiellen Mittelwert der Antriebsdrehzahl zu berechnen, wenn das Ergebnis der Bestimmung der Vorzeichenbestimmungseinheit (101) den Rückwärtsdrehungsmaßnahmenzustand ergibt, wobei der durch die Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit (103a) berechnete Mittelwert als der erste Drehzahlschwellenwert angesetzt wird, und der durch die Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit (104a) berechnete Mittelwert als der zweite Drehzahlschwellenwert angesetzt wird.
Belastungscharakteristikschätzvorrichtung (200) für die Antriebsmaschine (3) nach Anspruch 1, wobei die Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit (107) einen Übertragungskennwert einer Berechnung zum Berechnen des sequentiellen Mittelwerts des Belastungsantriebskraftsignals für jeden der Maßnahmenabschnitte und einen Übertragungskennwert einer Berechnung zum Berechnen des sequentiellen Mittelwerts der Antriebsdrehzahl für jeden der Maßnahmenabschnitte auf denselben Übertragungskennwert einstellt.
Belastungscharakteristikschätzvorrichtung (200) für die Antriebsmaschine (3) nach Anspruch 2, darüber hinaus umfassend: eine Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit (103b), die dazu ausgelegt ist, einen sequentiellen Mittelwert des Belastungsantriebskraftsignals zu berechnen, wenn das Ergebnis der Bestimmung der Vorzeichenbestimmungseinheit (101) den Normaldrehungsmaßnahmenzustand ergibt; eine Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit (104b), die dazu ausgelegt ist, einen sequentiellen Mittelwert des Belastungsantriebskraftsignals zu berechnen, wenn das Ergebnis der Bestimmung der Vorzeichenbestimmungseinheit (101) den Rückwärtsdrehungsmaßnahmenzustand ergibt; eine Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit (103a), die dazu ausgelegt ist, einen sequentiellen Mittelwert der Antriebsdrehzahl zu berechnen, wenn das Ergebnis der Bestimmung der Vorzeichenbestimmungseinheit (101) den Normaldrehungsmaßnahmenzustand ergibt; und eine Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit (104a), die dazu ausgelegt ist, einen sequentiellen Mittelwert der Antriebsdrehzahl zu berechnen, wenn das Ergebnis der Bestimmung der Vorzeichenbestimmungseinheit (101) den Rückwärtsdrehungsmaßnahmenzustand ergibt, wobei die Reibungskoeffizientenschätzeinheit (205) darüber hinaus für die Schätzung des Viskositätskoeffizienten und des konstanten Terms einen Satz aus dem durch die Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit (103b) berechneten Mittelwert und dem durch die Normaldrehungsdrehzahlberechnungseinheit (103a) berechneten Mittelwert und einen Satz aus dem durch die Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit (104b) berechneten Mittelwert und dem durch die Rückwärtsdrehungsdrehzahlberechnungseinheit (104a) berechneten Mittelwert verwendet.
Belastungscharakteristikschätzvorrichtung (200) für die Antriebsmaschine (3) nach Anspruch 2 oder 5, wobei die Approximation durch ein Verfahren kleinster Quadrate erfolgt.
Belastungscharakteristikschätzvorrichtung (200) für die Antriebsmaschine (3) nach Anspruch 5, wobei die Normaldrehungsbelastungsberechnungseinheit (103b) eine Zeitkonstante einer Berechnung zum Berechnen des sequentiellen Mittelwerts auf einen Wert einstellt, der größer ist als die Zeit, die der Maßnahmenbefehl vom Beginn bis Ende braucht, und die Rückwärtsdrehungsbelastungsberechnungseinheit (104b) eine Zeitkonstante einer Berechnung zum Berechnen des sequentiellen Mittelwerts auf einen Wert einstellt, der größer ist als die Zeit, die der Maßnahmenbefehl vom Beginn bis Ende braucht.
Belastungscharakteristikschätzvorrichtung (200) für die Antriebsmaschine (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Teilabschnittmittelwertberechnungseinheit (107) auf Grundlage eines Ergebnisses der Bestimmung der Maßnahmenabschnittbestimmungseinheit (106) eine Zeitkonstante einer Berechnung zum Berechnen eines sequentiellen Mittelwerts des Belastungsantriebssignals für jeden der Maßnahmenabschnitte auf einen Wert einstellt, der größer ist als die Zeit, die der Maßnahmenbefehl vom Beginn bis Ende braucht.