DE112016004110T5

DE112016004110T5 - Methode zur automatischen Abschätzung von Trägheit, Coulomb-Reibung und viskoser Reibung in einem mechanischen System

Info

Publication number: DE112016004110T5
Application number: DE112016004110.1T
Authority: DE
Inventors: Gang Tian
Original assignee: Linestream Technologies Inc
Current assignee: Linestream Technologies Inc
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-05-30
Also published as: CN108027651A; WO2017044537A1; CN108027651B; US10126202B2; US20170074753A1

Abstract

Systeme und Methoden zum Abschätzen einer Trägheit, eines Coulomb-Reibungskoeffizienten und eines viskosen Reibungskoeffizienten für ein geregeltes System sind bereitgestellt. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann ein Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem ein Drehmomentbefehlssignal erzeugen, das kontinuierlich über einen Zeitraum während einer Testsequenz variiert. Die Geschwindigkeit des Bewegungssystems in Antwort auf das zeitveränderliche Drehmomentbefehlssignal wird während der Testsequenz gemessen und aufgezeichnet. Das Abschätzungssystem schätzt dann die Trägheit und die Reibungskoeffizienten des Bewegungssystems basierend auf den an das Bewegungssystem gesendeten Drehmomentbefehlsdaten und der gemessenen Geschwindigkeitsdaten ab. In einigen Ausführungsformen schätzt das Abschätzungssystem die Trägheit und die Reibungskoeffizienten basierend auf Integralen der Drehmomentbefehlssignaldaten und der Geschwindigkeitsdaten ab.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft allgemein auf eine Bewegungssteuerung und insbesondere auf eine Abschätzung von Trägheiten und Reibungskoeffizienten zur Verwendung als Parameter in einem Bewegungssteuerungssystem.
Hintergrund
Viele Automatisierungsanwendungen verwenden Bewegungssteuerungssysteme zum Steuern der Maschinenposition und -geschwindigkeit. Solche Bewegungssteuerungssysteme enthalten typischerweise einen oder mehrere Motoren oder ähnliche Betätigungsvorrichtungen, welche unter der Führung eines Reglers arbeiten, welcher Positions- und Geschwindigkeitssteuerungsanweisungen an den Motor in Übereinstimmung mit einem benutzerdefinierten Steuerungsalgorithmus sendet. Einige Bewegungssteuerungssysteme arbeiten in einer geschlossenen Schleifenkonfiguration, wobei der Regler den Motor anweist, sich zu einer Zielposition zu bewegen oder zu einer Zielgeschwindigkeit (einem Soll-Zustand) überzugehen und Rückmeldeinformationen empfängt, welche einen Ist-Zustand des Motors anzeigen. Der Regler überwacht die Rückmeldeinformationen, um zu bestimmen, ob der Motor die Zielposition oder -geschwindigkeit erreicht hat und passt das Steuerungssignal an, um Fehler zwischen dem Ist-Zustand und dem Soll-Zustand zu korrigieren.
Die Entwickler von Bewegungssteuerungssystemen versuchen einen optimalen Kompromiss zwischen Bewegungsgeschwindigkeit und Systemstabilität zu erreichen. Wenn der Regler beispielsweise den Motor anweist, mit einem hohen Drehmoment eine mechanische Komponente in eine Zielposition zu überführen, dann kann die Maschine zunächst den Abstand zwischen der aktuellen Position und der gewünschten Position mit hoher Geschwindigkeit (und somit auf zeitsparende Weise) schließen, aber ein Überschreiten der gewünschten Position ist aufgrund des hohen Drehmoments wahrscheinlich. Folglich muss der Regler ein Korrektursignal anlegen, um die Maschine in die gewünschte Position zurückzubringen. Es kann einige solcher Wiederholungen dauern, bevor das Bewegungssystem an der gewünschten Position konvergiert, was zu unerwünschten Maschinenoszillationen führt. Wird der Motor dagegen angewiesen, sich mit einem niedrigeren Drehmoment zu bewegen, kann die Genauigkeit des anfänglichen Zustandsübergangs erhöht werden und die Maschinenoszillationen reduziert oder eliminiert werden, aber die Zeitdauer, welche benötigt wird, um die Maschine an der gewünschten Position zu platzieren, wird erhöht. Idealerweise sollten die Reglerverstärkungskoeffizienten ausgewählt werden, um den Kompromiss zwischen Geschwindigkeit des Zustandsübergangs und Systemstabilität zu optimieren. Das Auswahlverfahren für geeignete Verstärkungskoeffizienten für den Regler wird als Abstimmung bezeichnet.
Die Antwort eines geregelten mechanischen Systems auf ein Signal eines Reglers mit einem gegebenen Satz an Reglerverstärkungskoeffizienten hängt von physikalischen Eigenschaften des mechanischen Systems, einschließlich der Trägheit und Reibung ab. Die Trägheit stellt den Beschleunigungswiderstand oder Verzögerungswiderstand des Bewegungssystems dar. Die Reibung ist eine Widerstandskraft, die aus dem Gleitkontakt zwischen physikalischen Komponenten des Systems resultiert, wie beispielsweise der Kontakt zwischen dem Rotor und der Welle. Die Gesamtreibung des Systems kann als eine Kombination seiner Coulomb-Reibung und seiner viskosen Reibung modelliert werden. 1 ist ein vereinfachtes Modell 100 der kombinierten Coulomb- und viskosen Reibung eines Systems als eine Funktion der Geschwindigkeit. Die Coulomb-Reibung des Systems hat eine verhältnismäßig konstante Größenordnung, welche durch die Größenordnung der Reibung dargestellt wird, wenn das System beginnt sich aus einem Ruhezustand zu bewegen. Die Coulomb-Reibung kann durch Punkt 102a, wenn sich das System in Vorwärtsrichtung bewegt und durch Punkt 102b, wenn es sich in Rückwärtsrichtung bewegt, dargestellt werden. Die viskose Reibung, welche eine Reibungskraft darstellt, die eine Funktion der Schmierung zwischen beweglichen Teilen des Systems sein kann, hat eine Größenordnung, welche typischerweise mit der Größenordnung der Geschwindigkeit zunimmt und durch die Steigungen 104a und 104b in dem vereinfachten Modell 100 dargestellt wird.
Genaue Schätzungen für die Trägheit und Reibung eines geregelten mechanischen Systems können den Abstimmvorgang vereinfachen und die Leistung des Systems verbessern. Dennoch kann das Ermitteln genauer Werte dieser Parameter für ein gegebenes mechanisches System schwierig sein. In manchen Fällen wird die Trägheit durch Anwendung manueller Berechnungen basierend auf den Motornenndaten und den physikalischer Daten (Gewicht, Abmessungen, etc.) der die Last umfassenden Komponenten abgeschätzt. Solche Berechnungen können umständlich und zeitaufwendig sein und ergeben möglicherweise keine genauen Werte für diese wichtigen Parameter.
Kurzbeschreibung
Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen Systeme und Methoden zum automatischen Abschätzen der Trägheit, des viskosen Reibungskoeffizienten und des Coulomb-Reibungskoeffizienten für geregelte mechanische Systeme. Zu diesem Zweck kann ein Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem einen Regler anweisen, ein Drehmomentsteuerungssignal an einen Motor zu senden, wobei das Drehmomentsteuerungssignal kontinuierlich über einen Zeitraum variiert. Dieses Drehmomentsteuerungssignal kann basierend auf einer durch das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystems definierten Testsequenz geregelt werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Testsequenz festlegen, dass das Drehmomentsteuerungssignal schrittweise bei einer definierten Steigerungsrate erhöht wird, was eine Beschleunigung des Motors bewirkt. In Antwort auf die Geschwindigkeit des Bewegungssystems, welche ein definiertes Kriterium erfüllt, wird das Drehmomentsteuerungssignal dann schrittweise verringert, was eine Verzögerung des Motors in einen Ruhezustand bewirkt.
Während dieser Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen misst und zeichnet das Trägheitsabschätzungssystem über einen Zeitraum die Geschwindigkeit des Motors in Antwort auf das Drehmomentsteuerungssignal auf. Das Abschätzungssystem kann dann eine geschätzte Trägheit, einen geschätzten viskosen Reibungskoeffizienten und einen geschätzten Coulomb-Reibungskoeffizienten für das mechanische System bestimmen, welche auf dem zeitveränderlichen Drehmomentsignal und der gemessenen Geschwindigkeitskurve basieren. Diese abgeschätzte Trägheit und abgeschätzten Reibungskoeffizienten können vom Systementwickler in Verbindung mit der Bestimmung geeigneter Steuerungs-Parameter für das Bewegungssystem verwendet werden. Zum Beispiel können die abgeschätzte Trägheit und/oder die abgeschätzten Reibungskoeffizienten von dem Regler verwendet werden, um die Identifizierung geeigneter Reglerverstärkungen für das System zu erleichtern.
Figurenliste

1 ist ein vereinfachtes Modell der kombinierten Coulomb- und viskosen Reibung eines Systems als eine Funktion der Geschwindigkeit.
2 ist ein vereinfachtes Diagramm einer Bewegungssteuerungsarchitektur mit geschlossenem Regelkreis.
3 ist ein Blockdiagramm eines exemplarischen Trägheits- und Reibungsabschätzungssystems, das in der Lage ist, abgeschätzte Werte der Trägheit, des viskosen Reibungskoeffizienten und des Coulomb-Reibungskoeffizienten eines mechanischen Systems zu erzeugen.
4 ist ein Blockdiagram, das die mit einem Trägheits- und Reibungsabschätzungssystems verbundenen Eingaben und Ausgaben darstellt.
5 ist ein Diagramm, das Wechselwirkung zwischen einem Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem und einem Bewegungssteuerungssystem während einer exemplarischen Testsequenz veranschaulicht.
6 ist ein Graph eines exemplarischen Drehmomentbefehlssignals u(t) und ein Graph einer entsprechenden Geschwindigkeitsrückführung υ(t) aufgetragen über der Zeit.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem zeigt, das Trägheits- und Reibungskoeffizientenabschätzungen für eine Bewegungssteuerung bereitstellt.
8 ist ein Diagramm einer Architektur, in welcher ein Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem als eine unabhängige Komponente arbeitet, welche von einem Bewegungsregler getrennt ist.
9 ist ein Diagramm, das eine exemplarische Bewegungssteuerungsabstimmungsanwendung veranschaulicht, welche die abgeschätzte Trägheit und Reibungskoeffizienten verwendet, welche von einem Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem erzeugt werden.
10 ist ein Flussdiagramm einer exemplarischen Methodik zum Abschätzen einer Trägheit, eines Coulomb-Reibungskoeffizienten und eines viskosen Reibungskoeffizienten für ein geregeltes mechanisches System.
11A und 11B sind Flussdiagramme einer exemplarischen Methodik zum Ausführen einer Testsequenz an einem Bewegungssystem, um die Trägheit, viskose Reibung und Coulomb-Reibung des Systems abzuschätzen.
12 ist ein Blockdiagramm, das eine exemplarische vernetzte oder verteilte Computerumgebung zum Implementieren einer oder mehrerer hierin beschriebener Ausführungsformen darstellt.
13 ist ein Blockdiagramm, das ein exemplarisches Computersystem oder eine Betriebsumgebung zum Implementieren einer oder mehrerer hierin beschriebener Ausführungsformen darstellt.

Detaillierte Beschreibung
Die hierin beschriebenen Systeme und Methoden betreffen Techniken zur Erzeugung der abgeschätzten Trägheit, des viskosen Reibungskoeffizienten und des Coulomb-Reibungskoeffizienten für geregelte mechanische Systeme. Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können diese Parameter in einer wesentlich automatisierten Art und Weise abschätzen, indem das mechanische System durch eine Testsequenz läuft, welche hierin näher zu definieren ist. Die Ergebnisse dieser Testsequenz können verwendet werden, um genaue Abschätzungen der Trägheit, des viskosen Reibungskoeffizienten und des Coulomb-Reibungskoeffizienten für das System zu erzeugen. Diese abgeschätzten Parameter können anschließend verwendet werden, um eine vereinfachte und genaue Abstimmung und Steuerung des Bewegungssystems zu erleichtern.
2 ist ein vereinfachtes Diagramm einer Bewegungssteuerungsarchitektur mit geschlossenem Regelkreis. Der Regler 202 ist programmiert, um Motor 204 zu steuern, welcher die mechanische Last 206 antreibt. Der Regler 202, der Motor 204 und die Last 206 umfassen Hauptkomponenten eines exemplarischen Bewegungssteuerungssystems. In einer Beispielanwendung kann die Last 206 eine Achse eines ein- oder mehrachsigen Roboters oder Positionierungssystems darstellen. In solchen Anwendungen sendet der Regler 202 ein Steuerungssignal 208, welches den Motor 204 anweist, die Last 106 mit einer gewünschten Geschwindigkeit in eine gewünschte Position zu bewegen. Das Steuerungssignal 208 kann direkt an den Motor 204 oder an einen Motorantrieb (nicht gezeigt) geliefert werden, welcher die an den Motor 204 gelieferte Leistung (und folglich die Geschwindigkeit und Richtung des Motors) steuert. Das Rückmeldungssignal 210 zeigt einen aktuellen Zustand (z.B. Position, Geschwindigkeit, etc.) des Motors 204 und/oder der Last 206 im Wesentlichen in Echtzeit an. In servoangetriebenen Systemen kann das Rückmeldungssignal 210 beispielsweise durch einen Codierer oder Koordinatenwandler (nicht gezeigt) erzeugt werden, welcher eine absolute oder relative Position des Motors verfolgt. In sensorfreien Systemen ohne Geschwindigkeitssensor kann das Rückmeldungssignal durch einen Geschwindigkeits-/Positionsschätzer geliefert werden. Während eines Bewegungsvorgangs überwacht der Regler das Rückmeldungssignal 210, um sicherzustellen, dass die Last 206 die Zielposition genau erreicht hat. Der Regler 202 vergleicht die Ist-Position der Last, wie sie durch das Rückmeldungssignal 210 angegeben wird, mit der Soll-Position und passt das Steuerungssignal 208 wie benötigt an, um den Fehler zwischen den Ist- und den Soll-Positionen zu reduzieren oder zu beseitigen.
In einer anderen Beispielanwendung kann die Last 206 eine durch den Motor 204 angetriebene Spinnlast (z.B. eine Pumpe, eine Waschmaschine, eine Zentrifuge, etc.) darstellen, in welcher der Regler 202 die Rotationsgeschwindigkeit der Last steuert. In diesem Beispiel liefert der Regler 202 eine Anweisung an den Motor 204 (über das Steuerungssignal 208), um von einer ersten Geschwindigkeit in eine zweite Geschwindigkeit überzugehen und führt notwendige Anpassungen an dem Steuerungssignal 208 basierend auf dem Rückmeldungssignal 210 durch. Es ist zu berücksichtigen, dass die Parameterabschätzungstechniken der vorliegenden Anmeldung nicht auf die Verwendung mit den oben beschriebenen exemplarischen Arten von Bewegungssteuerungssystemen beschränkt sind, sondern vielmehr für im Wesentlichen jede Art von Bewegungssteuerungsanwendung anwendbar sind.
Die Steuerungssignalausgabe, welche durch den Regler 202 in Antwort auf einen Fehler zwischen der gewünschten Position oder Geschwindigkeit und der Zielposition oder Geschwindigkeit (wie durch das Rückmeldungssignal 210 berichtet) erzeugt wird, hängt von den Verstärkungskoeffizient für die Regelschleife ab. Entwicklungsingenieure müssen häufig einen Versuch-und-Irrtum Ansatz verwenden, um geeignete Verstärkungskoeffizienten zu ermitteln (d.h. Abstimmung des Regelkreises), da eine geeignete Verstärkungsauswahl von physikalischen Eigenschaften des gesteuerten mechanischen Systems abhängt. Mechanische Systeme mit einer hohen Trägheit (Beschleunigungs- oder Verzögerungswiderstand) können beispielsweise ein relativ hohes Anfangsdrehmoment erfordern, um eine Bewegung zu einer neuen Position oder Geschwindigkeit einzuleiten, insbesondere wenn die Anwendung eine schnelle Konvergenz an der Zielposition/-geschwindigkeit erfordert. Dennoch erhöhen Befehle mit hohem Drehmoment die Möglichkeit einer Überschreitung, was eine umgekehrte Korrektur erforderlich macht, um das System zurück zum Ziel zu bringen. Nicht optimale Verstärkungseinstellungen können zu unerwünschten mechanischen Oszillationen führen, da das System mehrere Korrekturwiederholungen durchführt, bevor es sich auf die Zielposition oder -geschwindigkeit einstellt. Solche Oszillationen können Instabilität hervorrufen, zu Systemverzögerungen führen und als Folge der zusätzlichen Arbeit, welche benötigt wird, um das System in einen stabilen Zustand zu bringen, übermäßige Energie verbrauchen. Die Reibung des Motors oder anderer beweglicher Teile kann auch die Reaktion des mechanischen Systems auf ein gegebenes Steuerungssignal beeinflussen und ist daher ein Faktor, der bei der Abstimmung des Steuerungssystems berücksichtigt werden muss.
Die Abstimmung des Steuerungssystems kann vereinfacht werden, wenn genaue Abschätzungen der Trägheit und Reibungskoeffizienten des mechanischen Systems bekannt sind. Die Kenntnis dieser Parameter kann auch die Leistung des geregelten Systems während des Betriebs verbessern. Zum Beispiel können genaue Abschätzungen der Coulomb- und viskosen Reibungskoeffizienten eines mechanischen Systems einen Ingenieur bei der Entwicklung des Steuerungssystems unterstützen, um diese Faktoren effektiver zu kompensieren. Das Identifizieren der genauen Trägheit und Reibungskoeffizienten für ein mechanisches System kann jedoch schwierig sein. Entsprechend stellen eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Technik zur genauen Abschätzung einer Trägheit, eines viskosen Reibungskoeffizienten und eines Coulomb-Reibungskoeffizienten eines geregelten mechanischen Systems auf eine im Wesentlichen automatisierte Art und Weise bereit.
3 ist ein Blockdiagramm eines exemplarischen Trägheits- und Reibungsabschätzungssystems, das in der Lage ist, abgeschätzte Werte der Trägheit, viskosen Reibungskoeffizienten und Coulomb-Reibungskoeffizienten zu erzeugen. Das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 kann einen Drehmomentbefehlsgenerator 304, eine Geschwindigkeitsüberwachungskomponente 306, eine Koeffizientenabschätzungskomponente 308, eine Schnittstellenkomponente 312, einen oder mehrere Prozessoren 314 und einen Speicher 316 enthalten. In verschiedenen Ausführungsformen können einer oder mehrere aus dem Drehmomentbefehlsgenerator 304, der Geschwindigkeitsüberwachungskomponente 306, der Koeffizientenabschätzungskomponente 308, der Schnittstellenkomponente 312, der einen oder mehreren Prozessoren 314 und der Speicher 318 elektrisch und/oder kommunikativ miteinander gekoppelt sein, um eine oder mehrere Funktionen des Trägheits- und Reibungsabschätzungssystems 302 zu auszuüben. In einigen Ausführungsformen können die Komponenten 304, 306, 308 und 312 Softwareanweisungen enthalten, die in dem Speicher 316 gespeichert sind und von dem/den Prozessor(en) 314 ausgeführt werden. Das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 kann auch mit anderen Hardware- und/oder Softwarekomponenten wechselwirken, welche in 3 nicht abgebildet sind. Zum Beispiel kann/können der/die Prozessor(en) 314 mit einer oder mehreren externen Benutzerschnittstellenvorrichtungen, wie etwa einer Tastatur, einer Maus, einem Anzeigemonitor, einem Touchscreen und anderen solchen Schnittstellenvorrichtungen wechselwirken.
Die Schnittstellenkomponente 312 kann so konfiguriert sein, dass sie Benutzereingaben empfängt und die Ausgabe an den Benutzer in jedem geeigneten Format (z.B. visuell, akustisch, taktil, etc.) wiedergibt. Benutzereingaben können beispielsweise vom Benutzer eingegebene Parameter sein, welche von dem Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 verwendet werden, wenn eine Abschätzungssequenz (welche nachstehend detaillierter beschrieben wird) ausgeführt wird. Der Drehmomentbefehlsgenerator 304 kann so konfiguriert sein, dass er einen Drehmomentsteuerungsbefehl ausgibt, der über einen Zeitraum entsprechend einer definierten Testsequenz kontinuierlich variiert. Die Geschwindigkeitsüberwachungskomponente 304 kann Geschwindigkeitsdaten für das mechanische System zur Verwendung bei der Berechnung der Trägheit und Reibungskoeffizienten empfangen. In einigen Ausführungsformen kann die Geschwindigkeitsüberwachungskomponente 306 die Geschwindigkeit des Motors über einen Zeitraum in Antwort auf den von dem Drehmomentbefehlsgenerator 304 erzeugten angelegten Drehmomentsteuerungsbefehl messen und aufzeichnen. Alternativ kann die Geschwindigkeitsüberwachungskomponente 306 die gemessenen Geschwindigkeitsdaten von separaten Messinstrumenten empfangen.
Die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 kann konfiguriert sein, um Abschätzungen der Trägheit, des viskosen Reibungskoeffizienten und des Coulomb-Reibungskoeffizienten eines Bewegungssystems zu erzeugen. Die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 bestimmt diese abgeschätzten Parameter basierend auf dem durch den Drehmomentbefehlsgenerator 304 erzeugten zeitveränderlichen Drehmomentbefehl und der durch die Geschwindigkeitsüberwachungskomponente 306 erfassten gemessenen Geschwindigkeitskurve, nach einem Modell, welches nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Der eine oder die mehreren Prozessoren 314 können eine oder mehrere Funktionen, mit Bezug auf die hierin offenbarten Systeme und/oder Methoden, durchführen. Der Speicher 316 kann ein computerlesbares Speichermedium sein, welches Computer-ausführbare Anweisungen und/oder Informationen zur Ausführung der hierin beschriebenen Funktionen in Bezug auf die offenbarten Systeme und/oder Methoden speichert.
Das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 kann Abschätzungen für die Trägheit und Reibungskoeffizienten eines mechanischen Systems erzeugen, indem es das System durch eine Testsequenz führt und die Abschätzungen auf der Grundlage der Ergebnisse berechnet. 4 ist ein Blockdiagramm, das die Eingaben und Ausgaben in Verbindung mit dem Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 veranschaulicht. Das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 kann ein Drehmomentbefehlssignal 410 erzeugen (z.B. ein analoges Spannungssignal wie ein 0-10 V Gleichstromsignal, ein analoges Stromsignal wie ein 4-20 mA Signal, ein digitales Signal, eine Softwareanweisung oder irgendeine andere geeignete Art von Steuerungssignal), welches einen das Bewegungssystem antreibenden Motor anweist, sich mit einem gegebenen Drehmoment in einer bestimmten Richtung zu drehen. Anstatt einen oder mehrere konstante Drehmomentbefehle auszugeben, welche in plötzlichen Schritten zwischen konstanten Drehmomentwerten übergehen (was zu einer stufenförmigen Drehmomentausgabe führt), kann das Trägheit- und Reibungsabschätzungssystem 302 das Drehmomentbefehlssignal 410 so steuern, dass der Drehmomentwert kontinuierlich über einen Zeitraum zwischen einem maximalen und minimalen Drehmomentwert variiert. Das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 steuert den Drehmomentwert, der über das Drehmomentbefehlssignal 410 ausgegeben wird, in Übereinstimmung mit einer Testsequenz, welche benutzerdefinierte Parameter aufweist, wie nachfolgend detaillierter erläutert wird.
Das Bewegungssystem beschleunigt oder verzögert entsprechend dem vom Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 ausgegeben Drehmomentbefehlssignal 410 und die Geschwindigkeitsrückmeldung 404 von dem Bewegungssteuerungssystem wird dem Abschätzungssystem 302 bereitgestellt. Die Geschwindigkeitsrückmeldung 404 stellt die Geschwindigkeit des Bewegungssystems über einen Zeitraum in Antwort auf die Anwendung des Drehmomentbefehlssignals 410 dar. In einer exemplarischen Testsequenz kann das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 das Drehmomentbefehlssignal 410 als eine Funktion der Geschwindigkeitsrückmeldung 404 und eines oder mehrerer benutzerdefinierter Sollwerte steuern. Die benutzerdefinierten Sollwerte können Drehmomentgrenzen 406, die die oberen und unteren Grenzen des Drehmomentbefehlssignals 410 bestimmen, und Geschwindigkeitsgrenzen 408 enthalten, die Prüfpunktgeschwindigkeitsventile bestimmen, die zum Steuern des Drehmomentbefehlssignal 410 und zum Erzeugen der Abschätzungen verwendet werden.
Nach Abschluss der Testsequenz erzeugt das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 Abschätzungen der Trägheit 412, des viskosen Reibungskoeffizienten 414 und des Coulomb-Reibungskoeffizienten 416 des Bewegungssystems. Das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 bestimmt diese Abschätzungen basierend auf dem Drehmomentbefehlssignal 410, das an das Bewegungssystem und die entsprechende Geschwindigkeitsrückmeldung 404 ausgegeben wurde. In einer oder mehrerer Ausführungsformen kann das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 ausgewählte Teile der Drehmomentkurve (entsprechend dem Drehmomentbefehlssignal) und der Geschwindigkeitskurve (entsprechend der Geschwindigkeitsrückmeldung 404) über einen Zeitraum integrieren und die Trägheitsabschätzung 412, die viskose Reibungsabschätzung 414 und die Coulomb-Reibungsabschätzung 416 als Funktionen dieser Integrale berechnen.
5 ist ein Diagramm, das Wechselwirkungen zwischen dem Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 und eines Bewegungssteuerungssystem während einer exemplarischen Testsequenz veranschaulicht. In diesem Beispiel umfasst das Bewegungssystem 524 einen Motor 526, welcher auf die Steuerungssignalumgebung 520 antwortet, die von dem Regler 518 bereitgestellt wird. Der Motor 526 wird verwendet, um eine Last (nicht gezeigt) anzutreiben, so wie eine Positionsachse, eine Rotationskomponente der Maschine oder anderer motorgetriebener Lasten. Regler 518 überwacht auch Rückmeldung 522, welche im Wesentlichen Echtzeit-Zustandsdaten für den Motor 526 (z.B. Position, Geschwindigkeit, etc.) bereitstellt. In einigen Szenarien kann der Regler 518 ein Hardwareregler, wie etwa ein programmierbarer Logikregler, ein Motorantrieb oder andere Arten von Hardwarereglern sein. Der Regler 518 kann in einigen Implementierungen auch ein Ein-Chip-System oder eine andere Art von siliziumbasierten oder Mikrochip-Reglern sein.
In dem veranschaulichten Beispiel ist das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 518 aus Klarheit als ein separates Element des Reglers dargestellt. Für solche Konfigurationen kann das Reibungsabschätzungssystem 302 Daten mit dem Regler 518 oder anderen Elementen des Bewegungssystems 524 über ein geeignetes Kommunikationsmittel austauschen, einschließlich aber nicht begrenzt auf drahtgebundene oder drahtlose Netzwerke, festverdrahtete Datenverbindungen oder andere Kommunikationsmittel. In anderen Ausführungsformen kann das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 eine integrierte Komponente des Reglers 518 sein. Zum Beispiel kann das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 eine funktionale Komponente des Betriebssystems und/oder der Steuerungssoftware des Reglers sein, die von einem oder mehreren Prozessoren innerhalb des Reglers ausgeführt werden. Das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 kann auch eine Hardwarekomponente innerhalb des Reglers sein, so wie eine Leiterplatte oder eine integrierte Schaltung, welche Daten mit anderen funktionalen Elementen des Reglers 518 austauschen. Andere geeignete Implementierungen des Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 sind im Umfang bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Vor dem Testen werden ein oder mehrere benutzerdefinierte Parameter 512 dem Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 über die Schnittstellenkomponente 312 bereitgestellt. Diese Parameter können ein maximales Drehmoment Umax und ein minimales Drehmoment Umin beinhalten, welche die obere und untere Grenze des Drehmomentbefehlssignals bestimmen, welcher durch den Drehmomentbefehlsgenerator 304 erzeugt wird. In einigen Ausführungsformen kann das Abschätzungssystem 302 nur das maximale Drehmoment Umax erfordern, welches durch den Benutzer definiert wird, und kann die Größenordnung des definierten maximalen Drehmoments als einen Grenzwert für die Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen verwenden. In anderen Ausführungsformen kann das Abschätzungssystem 302 Werte sowohl für Umax und Umin akzeptieren, was unterschiedliche Drehmomentsollwerte für die Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung ermöglicht. Die für Umax und Umin ausgewählten Werte können den erwarteten Betriebsgrenzen des Bewegungssystems 524 entsprechen, wodurch es ermöglicht wird, dass die Trägheits- und Reibungskoeffizienten auf der Grundlage der Eigenschaften des Bewegungssystem 524 über das gesamte Drehmomentprofil des Systems bestimmt werden. Die benutzerdefinierten Parameter 512 können auch eine maximale Geschwindigkeit Vmax und eine minimale Geschwindigkeit Vmin enthalten, welche kritische Geschwindigkeiten darstellen, die zum Definieren von Zuständen der Testsequenz verwendet werden, wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Es versteht sich, dass die definierten maximalen und minimalen Geschwindigkeiten nicht notwendigerweise den maximalen und minimalen Betriebsgeschwindigkeiten des Motors oder den maximalen und minimalen Geschwindigkeiten, die der Motor während der Testsequenz erreicht, entsprechen, sondern vielmehr Schlüsselprüfpunktgeschwindigkeiten definieren, die wenn diese während der Testsequenz erreicht werden, eine neue Phase der Testsequenz auslösen werden.
Die Schnittstellenkomponente 312 versorgt den Drehmomentbefehlsgenerator 304 mit den benutzerdefinierten Parametern 512. Wenn das Testen eingeleitet wird, gibt der Drehmomentbefehlsgenerator 304 ein Drehmomentbefehlssignal 410 an das Bewegungssystem 524 aus. Das Drehmomentbefehlssignal 410 wird als u (t) dargestellt, da der Drehmomentbefehlsgenerator 304 den Drehmomentbefehl kontinuierlich über einen Zeitraum variiert. In der in 5 abgebildeten Konfiguration sendet das Abschätzungssystem 302 das Drehmomentbefehlssignal 410 an den Regler 518, welcher wiederum den Motor 526 (über die Steuerungssignalumgebung 520) anweist, sich in die angegebene Richtung mit dem angegeben Drehmoment zu rotieren. Wenn der Motor rotiert, liest die Geschwindigkeitsüberwachungskomponente 306 die Geschwindigkeitsrückmeldung 404 vom Regler 518 (welcher selbst die Geschwindigkeit des Motors 526 über die Rückmeldung 522 misst). Die gemessene Geschwindigkeitsrückmeldung 404 über die Zeit wird als v (t) dargestellt. Wenn das Testen fortschreitet, kann der Drehmomentbefehlsgenerator 304 das Drehmomentbefehlssignal 410 entsprechend einer vordefinierten Testsequenz variieren, wobei Phasen der Testsequenz durch die Geschwindigkeitsrückmeldung 404 relativ zu den benutzerdefinierten Parametern 512 ausgelöst werden.
Eine exemplarische Testsequenz wird nun mit Bezug auf 6 erläutert, welche ein exemplarisches Drehmomentbefehlssignal u (t) und eine entsprechende über die Zeit aufgetragene Geschwindigkeitsrückmeldung v (t) veranschaulicht. Wie in dem Drehmomentgraphen 602 gezeigt, ist das Drehmomentbefehlssignal u (t) durch Umax und Umin begrenzt. Die in dem Geschwindigkeitsgraphen 604 gezeigten Geschwindigkeitsparameter Vmax und Vmin bestimmen die Phasenübergänge der Testsequenz. Die Werte von Umax, Umin, Vmax und Vmin können vom Benutzer vor dem Testen (z.B. als benutzerdefinierte Parameter 512 der 5) definiert werden. Im Allgemeinen wird das Abschätzungssystem 302 ein kontinuierliches Drehmomentsignal anwenden, welches das Bewegungssystem entsprechend einer definierten Sequenz beschleunigt und dann verzögert, die kontinuierlich gemessene Geschwindigkeit des Bewegungssystem in Antwort auf das angewendete Drehmomentsignal erhalten und die Trägheitsverhältnis, Coulomb-Reibungskoeffizienten und viskose Reibungskoeffizienten des Bewegungssystems basierend auf dem Drehmomentsignal, der Geschwindigkeitsrückmeldedaten und einem Berechnungsmodell, das nachfolgend detaillierter beschrieben wird, berechnen.
In dem in 6 veranschaulichten Beispiel sind, wenn das Testen zum Zeitpunkt t = 0 beginnt, das angewendete Drehmomentsignal u (t) und die Motorgeschwindigkeit v (t) beide anfangs Null, wenn das Testen zum Zeitpunkt t = 0 beginnt. In einigen Szenarien kann die Testsequenz jedoch zu einem Zeitpunkt beginnen, an dem die Geschwindigkeit des Bewegungssystems nicht Null ist. Das heißt, dass das Bewegungssystem nicht notwendigerweise in Ruhe sein muss, wenn die Testsequenz beginnt.
Wenn die Testsequenz zum Zeitpunkt t = 0 beginnt, wendet der Drehmomentbefehlsgenerator 304 ein positives Rampendrehmoment an, das ein Beschleunigen des Bewegungssystem bewirkt. Wie in 6 gezeigt, wird das Drehmomentbefehlssignal u (t) kontinuierlich mit einer im Wesentlichen konstanten Rate beginnend bei t = 0 erhöht. In einer oder mehreren Ausführungsformen ist die Rate, mit der das Drehmomentbefehlssignal erhöht wird (d.h. die Steigung von u (t)) kann als ein benutzerdefinierter Parameter des Abschätzungssystems 302 (z.B. über die Schnittstellenkomponente 312) konfiguriert werden. Während dieser ersten Phase der Testsequenz nimmt das Drehmomentbefehlssignal u (t) weiter zu, bis entweder die Geschwindigkeit des Bewegungssystems v (t) Vmax erreicht oder das Drehmomentbefehlssignal u (t) Umax erreicht. In dem veranschaulichten Beispiel erreicht das Drehmomentbefehlssignal Umax kurz bevor die Geschwindigkeit des Bewegungssystems Vmax erreicht. Dementsprechend hält der Drehmomentbefehlsgenerator 304 das Drehmomentbefehlssignal bei Umax, während die Geschwindigkeit des Bewegungssystems in Antwort auf das angewendete Drehmomentbefehlssignal weiter zunimmt. Wenn die Geschwindigkeit v (t) Vmax zum Zeitpunkt t = tc erreicht, beginnt das Abschätzungssystem die zweite Phase der Testsequenz. Wenn in einigen Ausführungsformen die Geschwindigkeit v (t) Vmax innerhalb einer definierten Zeitüberschreitungsperiode nicht erreicht, nachdem das Drehmomentbefehlssignal Umax erreicht hat (z.B. wenn Vmax versehentlich höher als die physikalische Geschwindigkeitsgrenze des Bewegungssystems gesetzt wurde), kann das Abschätzungssystem 302 eine geeignete Zeitablaufbehandlungsroutine einleiten. Diese Zeitablaufbehandlungsroutine kann beispielsweise ein Abbrechen der Testsequenz und ein Anzeigen einer Fehlermeldung über die Schnittstellenkomponente 312 beinhalten.
Wenn die Geschwindigkeit v (t) Vmax zum Zeitpunkt = tc erreicht, beginnt der Drehmomentbefehlsgenerator 304 die zweite Phase der Testsequenz durch Herunterdämpfen des Drehmomentbefehlssignals u (t) in Richtung Umin, was ein Verzögern des Bewegungssystem bewirkt. Ähnlich zu der ersten Phase des Tests kann die Rate, mit der das Drehmomentbefehlssignal u (t) verringert wird, durch den Benutzer in einer oder mehreren Ausführungsformen eingestellt werden. Wenn der Drehmomentbefehl u (t) verringert wird, wird der Motor für eine kurze Zeit (zwischen dem Zeitpunkt t = tc bis td) weiter beschleunigen, jedoch mit einer verringerten Beschleunigungsrate, bis der Wert des Drehmomentbefehls u (t) kleiner als die Reibungskraft des Bewegungssystems wird, zu welchem Zeitpunkt der Motor beginnt abzubremsen (zum Zeitpunkt t = td). Da der Motor bei Erreichen der Geschwindigkeit v (t) von Vmax zum Zeitpunkt t = tc noch beschleunigte, wird die Geschwindigkeit für einige Zeit über Vmax hinaus fortgesetzt, nachdem der Drehmomentbefehl beginnt sich zu verringern, wie in 6 gezeigt.
Für diese zweite Phase der Testsequenz dämpft der Drehmomentbefehlsgenerator 304 das Drehmomentbefehlssignal u (t) weiter herunter, bis entweder das Drehmomentbefehlssignal Umin erreicht oder sich die Geschwindigkeit des Bewegungssystem v (t) auf Vmin verlangsamt wird. In dem veranschaulichten Beispiel verringert sich das Drehmomentbefehlssignal u (t) auf Umin, bevor die Geschwindigkeit v (t) Vmin erreicht. Dementsprechend hält der Drehmomentbefehlsgenerator 304 das Drehmomentbefehlssignal bei Umin u (t), während sich die Geschwindigkeit weiter in Richtung Vmin verlangsamt wird. Wie in der ersten Phase der Testsequenz kann das Abschätzungssystem konfiguriert sein, um eine Fehlerbehandlungsroutine einzuleiten, wenn sich die Geschwindigkeit v (t) nicht auf Vmin innerhalb einer definierten Zeitperiode verlangsamt, nachdem das Drehmomentbefehlssignal abzunehmen beginnt. Da Umin in dieser exemplarischen Sequenz auf weniger als Null gesetzt wird, nimmt das Drehmomentbefehlssignal u (t) zum Zeitpunkt t = td auf Null ab und nimmt als negativer Drehmomentwert mit zunehmender Größenordnung weiter ab, bis Umin erreicht ist. Dieser negative Drehmomentwert bewirkt ein Verzögern des Bewegungssystems bei einer schnelleren Rate relativ zu der Beschleunigung der ersten Phase.
Wenn die Geschwindigkeit des Bewegungssystem v (t) Vmin zum Zeitpunkt t = tf erreicht, beginnt der Drehmomentbefehlsgenerator 304 das Drehmomentbefehlssignal auf Null zurück zu rampen, wodurch das Bewegungssystem in einen Ruhezustand auslaufen kann, wie dies durch das sich verjüngende Ende der v (t)-Kurve in 6 angezeigt wird. An diesem Punkt hat das Abschätzungssystem 302 die benötigten Daten, um Abschätzungen für die Trägheit und Reibungskoeffizienten des mechanischen Systems zu berechnen.
Die oben in Verbindung mit 6 beschriebene Testsequenz ist nur als eine exemplarische nicht einschränkende Testsequenz gedacht. Es versteht sich, dass jede geeignete Testsequenz, welche den Drehmomentbefehl u (t) kontinuierlich über einen Zeitraum variiert und ein entsprechendes Geschwindigkeitsprofil v (t) für das Bewegungssystem misst, innerhalb des Umfangs bestimmter Ausführungsformen dieser Offenbarung liegt. Zum Beispiel kann, obwohl das vorhergehende Beispiel den Drehmomentbefehl u (t) als Richtungsänderung in Antwort darauf beschreibt, dass die Geschwindigkeit v (t) die jeweiligen Geschwindigkeitsprüfpunkte erreicht, können einige Testsequenzen Phasen enthalten, in welchen sich der Drehmomentbefehl u (t) nur in seiner Anstiegs- oder Abnahmerate ändert, wenn der Geschwindigkeitsprüfpunkt erreicht ist, ohne die Richtung des Drehmomentbefehls zu ändern (z.B. kann ein zunehmender Drehmomentbefehl in Antwort darauf, dass v (t) einen Phasenprüfpunkt erreicht, jedoch mit einer niedrigeren Rate, weiter zunehmen).
Wenn die vorstehende Testsequenz durchgeführt wird, zeichnet das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 402 sowohl das von dem Drehmomentbefehlsgenerator 304 erzeugte Drehmomentbefehlssignal u (t) als auch die entsprechende durch die Geschwindigkeitsüberwachungskomponente 306 gelesene Motorgeschwindigkeit v (t) auf. Diese Drehmoment- und Geschwindigkeitskurven charakterisieren das Bewegungssystem 524 so, dass aus den Kurven genaue Abschätzungen der Trägheit, des Coulomb-Reibungskoeffizienten und des viskosen Reibungskoeffizienten bestimmt werden können. In einer oder mehreren Ausführungsformen berechnet die Koeffizientenabschätzungskomponente 308, nachdem die oben beschriebene Testsequenz ausgeführt wurde und die Daten, die u (t) und v (t) darstellen, erhalten wurden, Abschätzungen von J, B_v und B_c basierend auf den Integralen von u (t) und v (t) über bestimmte Zeitbereiche der Testsequenz. Im Folgenden wird eine exemplarische Technik zum Nutzen von Integralen von u (t) und v (t) dargestellt, um Abschätzungen für die Trägheit und Reibungskoeffizienten für ein Bewegungssystem abzuleiten.
Ein Bewegungssystem kann durch die Differentialgleichung:
$J \dot{v} (t) = - B_{v} v (t) - B_{c} s i g n (v (t)) + u (t)$
beschrieben werden, wobei J die Trägheit, B_c der Coulomb-Reibungskoeffizient, B_v der viskose Reibungskoeffizient, u (t) das Drehmomentbefehlssignal, v (t) die entsprechende Geschwindigkeit des Bewegungssystems in Antwort auf das Drehmomentsignal u (t) ist (z.B. u (t) und v (t), die in Verbindung mit 5 und 6 oben beschrieben wurden und
$s i g n (x) = {\begin{matrix} 1, x > 0 \\ 0, x = 0 \\ - 1, x < 0 \end{matrix}$
Bezogen auf die Drehmoment- und Geschwindigkeitsgraphen 602 und 604 in 6, wird die Zeitspanne, in der das Drehmomentbefehlssignal positiv ist (von Zeitpunkt t = 0 bis td) als Beschleunigungsstufe bezeichnet und die Zeitspanne, in der das Drehmomentbefehlssignal negativ ist (von Zeitpunkt t = td bis zum Verzögern des Bewegungssystems in einen Ruhezustand) als Verzögerungsstufe bezeichnet.
Für die Bestimmung von Abschätzungen der Trägheit und Reibungskoeffizienten, bezeichnet die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 mehrere Perioden innerhalb der Beschleunigungs- und Verzögerungsstufen in Bezug auf die vordefinierten Geschwindigkeitsprüfpunkte Vmin und Vmax. Insbesondere, da das System für drei Variablen (J, Bv und Bc) gelöst wird, bestimmt die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 mindestens drei Perioden innerhalb der Beschleunigungs- und Verzögerungsstufen, um basierend auf obiger Gleichung (1) für J, B_v und B_c zu lösen. In dem vorliegenden Beispiel sind nur drei Perioden bezeichnet. In einigen Ausführungsformen kann die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 jedoch so konfiguriert sein, dass sie mehr als drei Perioden bezeichnet.
Um die erste und zweite Periode zu bestimmen, bestimmt die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 zuerst den Teil der Beschleunigungsstufe, in dem die Geschwindigkeit zwischen Vmin und Vmax liegt. Dieser Teil der Beschleunigungsstufe ist in 6 als die Periode zwischen den Zeitpunkten t = ta und tc dargestellt. Die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 teilt dann diesen Teil der ersten Beschleunigungsstufe in zwei Perioden auf. In den Beispielkurven in 6 ist die erste auf diese Weise bestimmte Periode die Dauer zwischen dem Zeitpunkt t = ta und tb und die zweite Periode die Dauer zwischen dem Zeitpunkt t = tb und tc. Jedes geeignetes Kriterium kann verwendet werden, um eine Übergangszeit tb zwischen der ersten und der zweiten Periode auszuwählen, vorausgesetzt, der Zeitpunkt t = tb ist ein Zeitpunkt zwischen den Zeitpunkten t = ta und tc. Zum Beispiel können einige Ausführungsformen des Abschätzungssystems so konfiguriert sein, dass sie den Zeitpunkt t = tb als den Mittelpunkt zwischen dem Zeitpunkt t = ta (der Zeitpunkt an dem die Geschwindigkeit des Bewegungssystems Vmin erreicht wird) und dem Zeitpunkt t = tc (der Zeitpunkt an dem die Geschwindigkeit Vmax erreicht hat) bestimmen. In einer anderen exemplarischen Ausführungsform kann das Abschätzungssystem konfiguriert sein, um den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem die Geschwindigkeit des Bewegungssystem den Mittelpunkt zwischen Vmax und Vmin während der Beschleunigungsstufe erreicht und diesen Zeitpunkt als Zeitpunkt t = tb bezeichnet. Andere Techniken zum Auswählen des Zeitpunkts t = tb liegen ebenfalls innerhalb des Umfangs einer oder mehrerer Ausführungsformen dieser Offenbarung.
Die dritte Periode ist als der Teil der Verzögerungsstufe definiert, in der die Geschwindigkeit des Bewegungssystems zwischen Vmax und Vmin liegt. In den Beispielkurven von 6 ist diese dritte Periode als die Periode zwischen den Zeitpunkten t = te und tf dargestellt. Diese Periode wird nicht unterteilt, sondern wird als eine einzelne Periode beibehalten.
Nachdem die Testdaten gesammelt wurden und die drei oben beschriebenen Perioden identifiziert wurden, erzeugt die Koeffizientenabstimmungskomponente 308 Abschätzungen von J, B_v und B_c entsprechend dem folgenden Verfahren. Zuerst integriert die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 beide Seiten der obigen Gleichung (1) für jede der drei bezeichneten Zeitperioden. Für die erste Zeitspanne (Zeitpunkt t = ta bis tb) ergibt das Integrieren beider Seiten der Gleichung (1):
$J (v (t_{b}) - v (t_{a})) = - B_{v} \int_{t_{a}}^{t_{b}} v (t) d t - B_{c} (t_{b} - t_{a}) + \int_{t_{a}}^{t_{b}} u (t) d t$
Für die zweite Zeitspanne (Zeitpunkt t = tb bis tc) ergibt das Integrieren beider Seiten der Gleichung (1):
$J (v (t_{c}) - v (t_{b})) = - B_{v} \int_{t_{b}}^{t_{c}} v (t) d t - B_{c} (t_{c} - t_{b}) + \int_{t_{b}}^{t_{c}} u (t) d t$
Für die dritte Zeitspanne (Zeitpunkt t = te bis tf) ergibt das Integrieren beider Seiten der Gleichung (1):
$J (v (t_{f}) - v (t_{e})) = - B_{v} \int_{t_{e}}^{t_{f}} v (t) d t - B_{c} (t_{f} - t_{e}) + \int_{t_{e}}^{t_{f}} u (t) d t$
Die Gleichungen (3), (4) und (5) können in vereinfachter Form dargestellt werden, indem die folgenden Substitutionen vorgenommen werden:
$Δ v_{1} = v (t_{b}) - v (t_{a})$
$Δ v_{2} = v (t_{c}) - v (t_{b})$
$Δ v_{3} = v (t_{f}) - v (t_{e})$
$V_{1} = \int_{t_{a}}^{t_{b}} v (t) d t$
$V_{2} = \int_{t_{b}}^{t_{c}} v (t) d t$
$V_{3} = \int_{t_{e}}^{t_{f}} v (t) d t$
$Δ t_{1} = t_{b} - t_{a}$
$Δ t_{2} = t_{c} - t_{b}$
$Δ t_{3} = t_{f} - t_{e}$
$U_{1} = \int_{t_{a}}^{t_{b}} u (t) d t$
$U_{2} = \int_{t_{b}}^{t_{c}} u (t) d t$
$U_{3} = \int_{t_{e}}^{t_{f}} u (t) d t$
In 6 stellen die durch die obigen Gleichungen (9) - (11) gegebenen Integrale V₁, V₂ und V₃, die entsprechenden schattierten Regionen unter der Geschwindigkeitskurve v (t) für jede der drei oben definierten Perioden dar. In ähnlicher Weise stellen die durch die obigen Gleichungen (15) - (17) gegebenen Integrale U₁, U₂ und U₃, die entsprechenden schattierten Regionen unter der Drehmomentkurve u (t) für die drei Perioden dar. Die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 bestimmt Abschätzungen für die Trägheit J, den Coulomb-Reibungskoeffzienten B_c und den viskosen Reibungskoeffizienten B_v als eine Funktion dieser Integrale, wie nachfolgend beschrieben wird.
Die durch die Gleichungen (6), (7) und (8) gegebenen Werte Δυ₁, Δυ₂, und Δυ₃ stellen die Geschwindigkeitsänderung des Bewegungssystems zwischen dem Beginn und dem Ende jeder der drei Perioden dar. Die durch die Gleichungen (12), (13) und (14) gegebenen Werte Δt₁, Δt₂, und Δt₃, stellen die Dauer jeder der drei Perioden dar.
Einsetzen der Terme, die durch die Gleichungen (6) - (17) gegeben sind in die Gleichungen (3) - (5) ergibt Folgendes:
$Δ v_{1} J + V_{1} B_{v} + Δ t_{1} B_{c} = U_{1}$
$Δ v_{2} J + V_{2} B_{v} + Δ t_{2} B_{c} = U_{2}$
$Δ v_{3} J + V_{3} B_{v} + Δ t_{3} B_{c} = U_{3}$
Da die Gleichungen (18) - (20) lineare algebraische Gleichungen mit vollem Rang sind, kann jede Methode zur Lösung von J, B_v und B_c verwendet werden. Dementsprechend kann die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 so konfiguriert sein, dass sie die Gleichungen (18) - (20) für einen gegebenen Satz von Testdaten, welche u (t) und v (t) unter Verwendung irgendeiner geeigneten Methode darstellen, löst. Zum Beispiel kann in einer oder mehreren Ausführungsformen die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 so konfiguriert sein, dass sie die Gleichungen (18) - (20) unter Verwendung einer Lösungsmatrix löst. In solchen Ausführungsformen können die Gleichungen (18) - (20) in der Matrixform:
$A x = b$
angeordnet sein, wobei
$A = [\begin{matrix} Δ v_{1} & V_{1} & Δ t_{1} \\ Δ v_{2} & V_{2} & Δ t_{2} \\ Δ v_{3} & V_{3} & Δ t_{3} \end{matrix}]$
$b = [\begin{array}{l} U_{1} \\ U_{2} \\ U_{3} \end{array}]$
$x = [\begin{array}{l} J \\ B_{v} \\ B_{c} \end{array}]$
Die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 kann die Gleichungen (22) - (24) für J, B_v und B_c unter Verwendung der Lösung
$x = A^{- 1} b$
lösen, wobei A^-1 die inverse Matrix von A ist, wodurch Abschätzungen für J, B_v und B_c erhalten werden.
Wie oben erwähnt, bezeichnen die oben beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen zwar drei Zeitspannen, über die u (t) und v (t) zu integrieren sind, um drei Gleichungen (3), (4) und (5) zu erhalten (dargestellt als Gleichungen (18), (19) und (20) in alternativer Form), aber einige Ausführungsformen des Abschätzungssystems können mehr als drei Perioden bezeichnen, was eine entsprechende Anzahl an Gleichungen ergibt, welche für J, B_v und B_c gelöst werden können. Wenn die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 so konfiguriert ist, dass mehr als drei Gleichungen, die auf der Bezeichnung von mehr als drei Zeitperioden beruhen, erhalten werden, können solche Ausführungsformen der Koeffizientenabschätzungskomponente 308, um für J, B_v und B_c zu lösen, die Methode der kleinsten Fehlerquadrate als eine Alternative zur oben beschriebenen Lösungsmatrix anwenden.
Die Gleichungen (21) - (25) sind Beispielformeln zum Berechnen der abgeschätzten Trägheit und Reibungskoeffizienten für ein Bewegungssystem basierend auf kontinuierlichen Drehmoment- und Geschwindigkeitsdaten. Es ist jedoch zu beachten, dass jede geeignete Formel zum Berechnen dieser Parameter durch Integration eines kontinuierlichen Drehmomentsignals und einer entsprechenden Geschwindigkeitskurve innerhalb des Umfangs bestimmter Ausführungsformen dieser Offenbarung liegt.
Obwohl die oben beschriebenen Beispiele eine Integration des von dem Bewegungsregler ausgegebenen Drehmomentbefehlssignal u (t) zum Abschätzen der Werte für J, B_v und B_c durchführen, können einige Ausführungsformen des Abschätzungssystems 302 so konfiguriert sein, dass eine tatsächliche Drehmomentmessung für die Integration anstelle von oder zusätzlich zum ausgegebenen Drehmomentbefehlssignal verwendet wird. In einer Variation einer solchen Ausführungsform kann das Abschätzungssystem so konfiguriert sein, dass die Abweichung des tatsächlichen (gemessenen oder abgeschätzten) Drehmoments des Bewegungssystems von dem ausgegebenen Drehmomentbefehlssignals bestimmt und diese Abweichung bei dem Abschätzen von J, B_v und B_c berücksichtigt wird.
7 ist ein Blockdiagramm, das die Erzeugung von Trägheits- und Reibungskoeffizienten durch das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 entsprechend einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Im Allgemeinen erzeugt das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 Abschätzungen der Trägheit J, des viskosen Reibungskoeffizienten B_v und des Coulomb-Reibungskoeffizienten B_c für ein Bewegungssystem entsprechend des folgenden Verfahrens. Zuerst führt das Abschätzungssystem 302 die oben in Verbindung mit 5 und 6 beschriebene Testsequenz aus, um Daten zu erhalten, die die Drehmoments- und Geschwindigkeitskurven u (t) und v (t) darstellen. Der Drehmomentbefehlsgenerator 304 und die Geschwindigkeitsüberwachungskomponente liefern die Daten für u (t) und v (t) an die Koeffizientenabschätzungskomponente 308. Als Nächstes kann die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 die drei (oder mehr) Zeitspannen entsprechend der Teile der Drehmoment- und Geschwindigkeitskurven auswählen, welche als Basis für die Analyse verwendet werden. Zum Beispiel kann die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 die Beschleunigungs- und Verzögerungsstufen der Geschwindigkeitskurve ermitteln, den Teil der Beschleunigungsstufe ermitteln, in dem die Geschwindigkeit zwischen Vmin und Vmax liegt und dieses Zeitsegment in zwei Zeitsegmente unterteilen, um die ersten beiden Perioden zu erhalten. Die dritte Periode kann als der Teil der Verzögerungsstufe ermittelt werden, in dem die Geschwindigkeit zwischen Vmax und Vmin liegt. Die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 analysiert dann die Drehmoment- und Geschwindigkeitsdaten, um die Integrale, Geschwindigkeitsunterschiede und Zeitdauern zu bestimmen, welche durch die Gleichungen (6) - (17) dargestellt sind, basierend auf den drei ausgewählten Zeitperioden und erzeugt die Gleichungen (18), (19) und (20) durch Verwenden dieser Werte. Die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 löst dann diese Gleichungen für J, B_v und B_c (z.B. unter Verwendung einer Lösungsmatrix oder einer anderen Technik), um Abschätzungen der Trägheit und Reibungskoeffizienten zu erhalten, welche dann durch das Abschätzungssystem 302 ausgegeben werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 die abgeschätzte Trägheit und abgeschätzten Reibungskoeffizienten in Übereinstimmung mit den Anforderungen einer bestimmten Anwendung, in welcher das System arbeitet, ausgeben. Zum Beispiel, wie in 7 dargestellt, kann das Abschätzungssystem 302 die Abschätzungen von J, B_v und B_c an einen Bewegungsregler 714 liefern, welcher die Abschätzungen der Trägheit und Reibungskoeffizienten verwenden kann, um das Abstimmen eines oder mehrerer Verstärkungskoeffizienten zu erleichtern. Zusätzlich oder alternativ kann das Abschätzungssystem 302 die abgeschätzten Werte von J, B_v und B_c an eine Anzeigevorrichtung (z.B. über eine Schnittstellenkomponente 312) ausgeben, so dass die Werte angezeigt und manuell in einer separaten Bewegungssteuerung oder Abstimmungsanwendung eingegeben werden können. Genaue Abschätzungen der Trägheit und Reibungskoeffizienten des Bewegungssystem können den Abstimmungsprozess vereinfachen und die Abstimmung genauer Parameter erleichtern, was zu einer präzisen und energieeffizienten Maschinenbewegung führt. Da das Abschätzungssystem die Trägheit und Reibungskoeffizienten basierend auf den über das gesamte Drehmomentprofil des Bewegungssystems gesammelten Daten abschätzt (anstatt basierend auf der Antwort des Systems an einen oder mehrere konstante Drehmomentbefehle zu extrapolieren), ist es wahrscheinlicher, dass die durch das Abschätzungssystem 302 abgeleiteten Abschätzungen der Trägheit und Reibungskoeffizienten über den gesamten Betriebsbereich des Bewegungssystems genau sind.
Während die vorhergehenden Beispiele beschrieben haben, dass das Abschätzungssystem 302 den Drehmomentbefehl u (t) ausgibt und die Geschwindigkeitsrückmeldung v (t) über den Bewegungsregler (z.B. Regler 518 in 5) empfängt, entweder als eine separate durch den Regler betriebene Komponente oder als eine integrierte Komponente des Reglers, liegen andere Konfigurationen innerhalb des Umfangs bestimmter Ausführungsformen dieser Offenbarung. Zum Beispiel stellt 8 eine Architektur dar, in welcher das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 als eine unabhängige Komponente arbeitet, die von dem Bewegungsregler 802 getrennt ist. In dieser Beispielarchitektur ist das Abschätzungssystem 302 in der Lage, sein eigenes Drehmomentbefehlssignal unabhängig vom Regler 802 zu erzeugen. Ein getesteter und gesteuerter Motor 804 kann sein Drehmomentbefehlssignal 808 entweder vom Regler 802 oder Abschätzungssystem 302, abhängig von dem Zustand des Schalters 812, erhalten. Die Geschwindigkeitsrückmeldung 810 des Motors 804 kann sowohl dem Regler 802 als auch dem Abschätzungssystem 302 bereitgestellt werden. Während der Testsequenz kann der Schalter 812 so eingestellt werden, dass er das von dem Abschätzungssystem 302 erzeugte Drehmomentbefehlssignal u (t) anstelle des vom Regler 802 überträgt. Das Testen kann wie in den vorherigen Beispielen beschrieben fortgeführt werden, so dass das Abschätzungssystem 302 abgeschätzte Werte für die Trägheit J und Reibungskoeffizienten B_c und B_v für das Bewegungssystem erzeugt. Das Abschätzungssystem 302 kann dann die abgeschätzten Werte für J, B_v und B_can den Regler 802 liefern, welcher diese Werte verwenden kann, um geeignete Reglerverstärkungskoeffizienten oder andere Steuerungsparameter zu bestimmen. Sobald die Steuerungsparameter eingestellt worden sind, kann der Schalter 812 umgeschaltet werden, um den Motor 804 mit dem durch den Regler 802 erzeugten Drehmomentbefehlssignal 808 anstelle des Abschätzungssystem 302 zu verbinden, und der Normalbetrieb des Bewegungssystems kann unter Verwendung der abgeleiteten Reglerverstärkungskoeffizienten basierend auf J, B_v und B_c ausgeführt werden.
9 veranschaulicht eine exemplarische Bewegungssteuerungsabstimmungsanwendung, welche die durch das Abschätzungssystem 302 erzeugten abgeschätzten Trägheit und Reibungskoeffizienten verwendet. In diesem Beispiel wird eine Abstimmungsanwendung 904 verwendet, um die Reglerverstärkungen für den Regler 906 abzustimmen, wobei der Regler den Betrieb des motorbetriebenen Bewegungssystems (nicht gezeigt) steuert. Das Abschätzungssystem 302 kann unter Verwendung der oben beschriebenen Techniken Abschätzungen der Trägheit J, des viskosen Reibungskoeffizienten B_v und des Coulomb-Reibungskoeffizienten B_c des Bewegungssystems erzeugen. Insbesondere weist das Abschätzungssystem 302 den Regler 906 an, einen kontinuierlichen Drehmomentbefehl an den Motor des Bewegungssystem zu senden, wobei der Drehmomentbefehl kontinuierlich über einen Zeitraum entsprechend einer vordefinierten Testsequenz variiert. Alternativ kann das Abschätzungssystem 302 für Ausführungsformen, in welchen das Abschätzungssystem 302 unabhängig vom Regler 906 arbeitet (wie in der Beispielkonfiguration in 8 dargestellt), seinen eignen kontinuierlichen Drehmomentbefehl an das Bewegungssystem erzeugen und senden. Die Testsequenz kann Beschleunigungs- und Verzögerungsstufen enthalten, während diesen das Abschätzungssystem 302 die Geschwindigkeit des Bewegungssystems in Antwort auf den angewendeten Drehmomentbefehl überwacht und aufzeichnet. Am Ende der Testsequenz kann das Abschätzungssystem 302 Abschätzungen von J, B_v und B_c zumindest teilweise basierend auf ausgewählten Integralen des zeitveränderlichen Drehmomentbefehlssignals und der entsprechenden zeitveränderlichen Geschwindigkeit des Bewegungssystem berechnen (z.B. basierend auf den Gleichungen (18), (19) und (20)).
Das Abschätzungssystem 302 kann dann die abgeschätzten Werte der Trägheit und Reibungskoeffizienten an die Abstimmungsanwendung 904 liefern. Alternativ kann das Abschätzungssystem 302 die Werte von J, B_v und B_c auf einer Benutzerschnittstelle wiedergeben, die dem Benutzer erlaubt die abgeschätzte Trägheit und Reibungskoeffizienten manuell in die Abstimmungsanwendung 904 einzugeben. Die Kenntnis von J, B_v und B_c kann der Abstimmungsanwendung 904 erlauben, geeignete Abschätzungen für einen oder mehrere Reglerverstärker 912 basierend auf den mechanischen Eigenschaften des Bewegungssystem zu erzeugen, welche durch die abgeschätzte Trägheit und Reibungskoeffizienten dargestellt werden. Die Abstimmungsanwendung 904 kann geeignete Werte für die Reglerverstärker 912 als eine Funktion der Trägheit J, des viskosen Reibungskoeffizienten B_v und des Coulomb-Reibungskoeffizienten B_c, wie auch der Steuerungssystembandbreite (z. B. Übergangsfrequenz) 914 erzeugen, welche manuell durch den Benutzer über die Schnittstelle 916 eingestellt werden können, um die gewünschten Bewegungseigenschaften zu erreichen.
In typischen Anwendungen kann das hierin beschriebene Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem verwendet werden, um zuverlässige Abschätzungen der Trägheit J, des viskosen Reibungskoeffizienten B_v und des Coulomb-Reibungskoeffizienten B_c des Bewegungssystems während eines anfänglichen Einsatzes eines Bewegungssteuerungssystem vor dem Normalbetrieb zu erzeugen. Insbesondere kann das Abschätzungssystem in Verbindung mit dem Konfigurieren und Abstimmen der Reglerparameter (z.B. Reglerverstärkungskoeffizienten) vor der Laufzeit verwendet werden. Einmal gesetzt, bleiben diese Parameter typischerweise nach dem Systemstart festgelegt, außer es wird entschieden das System zu einem späteren Zeitpunkt neu abzustimmen. In einigen Ausführungsformen kann das Abschätzungssystem jedoch so konfiguriert sein, dass automatisch Werte für J, B_v und B_c während des normalen Regelbetriebs des Bewegungssystems regelmäßig oder kontinuierlich neu berechnet werden. In solchen Ausführungsformen kann das Abschätzungssystem die durch den Regler ausgegebenen Drehmomentbefehlsausgabesignale gemäß den benutzerdefinierten Steuerungsroutinen, die während des normalen Laufzeitbetriebs (im Gegensatz zu der oben beschriebenen Testsequenz) ausgeführt werden, sowie auch die Geschwindigkeit des Bewegungssystem während der Beschleunigung und Verzögerung in Antwort auf diese Drehmomentbefehlssignale überwachen. Unter Verwendung dieser Laufzeitdaten kann das Abschätzungssystem die oben beschriebenen Integrationen - entweder regelmäßig, kontinuierlich oder halbkontinuierlich - leisten, um aktualisierte Abschätzungen von J, B_v und B_c zu erzeugen. Unter Verwendung solcher Konfigurationen können Reglerverstärkungen, die auf Abschätzungen von J, B_v und B_c basieren, dynamisch während des Normalbetriebs im Wesentlichen in Echtzeit angepasst werden, um die allmähliche Änderungen der mechanischen Eigenschaften des Bewegungssystems zu kompensieren (z.B. als Ergebnis eines mechanischen Verschleiß, Änderungen der Belastung durch einen Motor, Zusatz oder Erosion von Schmierstoffen, welche im Bewegungssystem verwendet werden, etc.).
In den in 5, 7 und 9 veranschaulichten Beispielen ist das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 als ein separates Element des Bewegungsreglers abgebildet. Für solche Konfigurationen kann jede der Komponenten 304, 306 oder 308 mit dem Regler oder anderen Elementen des Bewegungssystem über jedes geeignete Kommunikationsmittel Daten austauschen, einschließlich aber nicht begrenzt auf verdrahtete oder drahtlose Netzwerke, festverdrahtete Datenverbindungen oder anderer solcher Kommunikationsmittel. In anderen Ausführungsformen können eine oder mehrere der Komponenten 304, 306, oder 308 integrierte Komponenten eines Bewegungsreglers sein (z.B. ein industrieller Regler, wie ein programmierbarer Logikregler, ein Ein-Chip-System oder andere Art von Mikroregler, etc.). Zum Beispiel können eine oder mehrere der Komponenten 304, 306 oder 308 funktionale Komponenten des Betriebssystem und/oder Steuerungssoftware des Reglers sein, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden, die sich in dem Regler befinden. Die Komponenten 304, 306 oder 308 können auch Hardwarekomponenten sein, die sich innerhalb des Reglers befinden, so wie eine Leiterplatte, eine integrierte Schaltung, die Daten mit anderen funktionalen Elementen des Reglers austauscht. In einigen Ausführungsformen kann das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 auch ein integriertes Untersystem eines Motorantriebs sein (z.B. ein Frequenzumrichter oder ein anderer Motorantrieb). Andere geeignete Implementierungen liegen ebenfalls innerhalb des Umfangs bestimmter Ausführungsformen dieser Offenbarung.
Das Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 kann in Verbindung mit im Wesentlichen jeder Art von Bewegungssteuerungsanwendung verwendet werden, einschließlich aber nicht begrenzt auf Fördersteuerungssysteme, Industrieroboter, Waschmaschinen, Zentrifugen, Pumpen, Materialhandhabungssysteme, Kraftfahrzeugsysteme oder andere solche Bewegungssteuerungsanwendungen.
Die 10 - 11 veranschaulichen verschiedene Methodiken in Übereinstimmung mit bestimmten offenbarten Aspekten. Während zum Zweck der Einfachheit der Erläuterung die Methodiken als eine Serie von Handlungen gezeigt und beschrieben werden, ist es zu verstehen und zu würdigen, dass die offenbarten Aspekte nicht durch die Reihenfolge von Handlungen begrenzt sind, da einige Handlungen in unterschiedlichen Reihenfolgen auftreten können und/oder gleichzeitig mit anderen Handlungen von den hier gezeigten und beschriebenen konkurrieren können. Zum Beispiel wird der Fachmann verstehen und würdigen, dass eine Methodik alternativ als eine Serie von miteinander in Beziehung stehenden Zuständen und Ereignissen dargestellt werden kann, so wie in einem Zustandsdiagramm. Darüber hinaus können nicht alle dargestellten Handlungen erfordern, eine Methodik in Übereinstimmung mit bestimmten offenbarten Aspekten zu implementieren. Zusätzlich ist es weiterhin zu würdigen, dass die im Folgenden und in dieser gesamten Offenbarung offenbarten Methodiken in der Lage sind auf einem Artikel oder Herstellungsartikel gespeichert zu werden, um das Transportieren und das Übertragen solcher Methodiken auf Computer zu erleichtern.
10 veranschaulicht eine Beispielmethodik 1000 zum Abschätzen einer Trägheit, eines Coulomb-Reibungskoeffizienten und eines viskosen Reibungskoeffizienten für ein geregeltes mechanisches System. Zu Beginn wird bei 1002 ein kontinuierliches Drehmomentbefehlssignal u (t) an den Regler des Bewegungssystems gesendet, wobei das Drehmomentbefehlssignal u (t) über einen Zeitraum zwischen definierten maximalen und minimalen Drehmomentsollwerten variiert. In einer oder mehrerer Ausführungsformen kann das Drehmomentbefehlssignal u (t) einer vordefinierten Testsequenz entsprechen, so dass die Ausgabe von u (t) von der Phase der Testsequenz und der Antwort des mechanischen Systems relativ zu einem oder mehreren benutzerdefinierten Sollwerten abhängt. Die Testsequenz kann sowohl Beschleunigungs- als auch Verzögerungsstufen umfassen, die jeweils der entsprechenden zunehmenden und abnehmenden Motorgeschwindigkeit entsprechen.
Bei 1004 wird die Geschwindigkeit v (t) des Bewegungssystems in Antwort auf das Drehmomentbefehlssignal u (t) aufgezeichnet. Somit werden nach Beendigung der Testsequenz Datenkurven für das angesetzte Drehmomentbefehlssignal u (t) und der resultierenden Bewegungssystemgeschwindigkeit v (t) für die Dauer der Testsequenz erhalten.
Bei 1006 werden Abschätzungen für zumindest eines der Trägheit, des viskosen Reibungskoeffizienten oder des Coulomb-Reibungskoeffizienten des Bewegungssystems basierend auf Integralen des Drehmomentkurve u (t) und der Geschwindigkeitskurve v (t) berechnet. In einer oder mehreren Ausführungsformen können drei Zeitspannen innerhalb der Dauer der Testsequenz ausgewählt werden, und Gleichungen, welche eine Beziehung zwischen der Trägheit, des Coulomb-Reibungskoeffizienten und des viskosen Reibungskoeffizienten definieren, können basierend auf den Integralen der Drehmoments- und Geschwindigkeitskurven über die drei Zeitsegmente erhalten werden (z.B. unter Verwendung der obigen Gleichungen (18), (19) und (29) oder anderer geeigneter Gleichungen). Die drei Gleichungen können dann für die Trägheit, Coulomb-Reibungskoeffizienten und viskosen Reibungskoeffizienten gelöst werden, um Abschätzung dieser drei Parameter zu erhalten. Bei 1008 werden ein oder mehrere Parameter für das Bewegungssystem als eine Funktion der in dem Schritt 1006 berechneten abgeschätzten Trägheit und/oder Reibungskoeffizienten eingestellt. In einem nicht einschränkenden Beispiel können einer oder mehrere Reglerverstärkungskoeffizienten basierend auf der abgeschätzten Trägheit und/oder dem Reibungskoeffizienten gemäß der Schritte 1002-1006 eingestellt werden.
11A veranschaulicht einen ersten Teil einer Beispielmethodik 1100A zum Ausführen einer Testsequenz an einem Bewegungssystem, um die Trägheit, den viskosen Reibungskoeffizienten und den Coulomb-Reibungskoeffizienten des Systems abzuschätzen. Zu Beginn wird bei 1102 eine Bestimmung durchgeführt, ob ein an ein Bewegungssystem gesendetes Drehmomentbefehlssignal (z.B. ein Drehmomentbefehlssignal, das an einen Regler gesendet wird, der die Geschwindigkeit und/oder Position des Bewegungssystems steuert) größer oder gleich einer oberen Drehmomentgrenze Umax ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann diese obere Drehmomentgrenze eine benutzerdefinierte Grenze sein, welche über eine Benutzerschnittstelle bereitgestellt wird. Wenn das Drehmomentbefehlssignal nicht größer oder gleich Umax ist, schreitet die Methodik zu Schritt 1104 fort, wobei das Drehmomentbefehlssignal u (t) kontinuierlich erhöht wird und die Geschwindigkeit v (t) des Bewegungssystems in Antwort auf das angelegte Drehmomentbefehlssignal aufgezeichnet wird.
Bei 1108 wird eine Bestimmung durchgeführt, ob die Geschwindigkeit des Bewegungssystems größer oder gleich einem Geschwindigkeitsprüfpunktwerts Vmax ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann dieser Prüfpunktwert durch einen Benutzer über eine Benutzerschnittstelle eingestellt werden. Wenn die Geschwindigkeit nicht größer oder gleich Vmax ist, kehrt die Methodik zu Schritt 1102 zurück, wobei erneut bestimmt wird, ob das Drehmomentbefehlssignal größer oder gleich Umax ist. Die Schritte 1102, 1104 und 1108 werden kontinuierlich wiederholt, bis entweder das Drehmomentbefehlssignal bei Schritt 1102 Umax erreicht oder die Geschwindigkeit des Bewegungssystems bei Schritt 1108 Vmax erreicht. Wenn das Drehmomentbefehlssignal bei Schritt 1102 Umax erreicht, bevor die Geschwindigkeit Vmax erreicht, bewegt sich die Methodik zu Schritt 1106, wobei das Drehmomentbefehlssignal konstant gehalten wird, während das Bewegungssystem weiter beschleunigt. In einer oder mehreren Ausführungsformen kann eine geeignete Fehlerbehandlungsroutine ausgeführt werden, wenn die Geschwindigkeit in Schritt 1108 nicht innerhalb einer definierten Zeitperiode Vmax erreicht (z.B. kann die Methodik die Testsequenz anhalten und eine Fehlermeldung an eine Schnittstellenanzeige ausgeben).
Wenn die Geschwindigkeit des Bewegungssystems bei Schritt 1108 Vmax erreicht, schreitet die Methodik zu Schritt 1110 fort, wobei eine Bestimmung durchgeführt wird, ob das Drehmomentbefehlssignal kleiner oder gleich einer unteren Drehmomentgrenze Umin ist. Wie bei Umax kann diese untere Drehmomentgrenze durch einen Benutzer über eine Benutzerschnittstelle eingestellt werden. In einigen Szenarien kann die untere Drehmomentgrenze Umin kleiner als Null sein. Wenn das Drehmomentbefehlssignal bei Schritt 1110 nicht kleiner oder gleich Umin ist, bewegt sich die Methodik zu Schritt 1112, wobei das Drehmomentbefehlssignal an das Bewegungssystem kontinuierlich verringert wird und die Geschwindigkeit des Bewegungssystems in Antwort auf das Drehmomentbefehlssignal weiterhin aufgezeichnet wird.
Wenn das Drehmomentbefehlssignal weiter abnimmt, wird in Schritt 1116 eine Bestimmung durchgeführt, ob die Geschwindigkeit des Bewegungssystems auf einen Wert kleiner oder gleich eines anderen Geschwindigkeitsprüfpunktwerts Vmin verringert ist, welcher so eingestellt ist, das er kleiner als der Prüfpunktwert Vmax ist. Wenn die Geschwindigkeit nicht kleiner oder gleich Vmin ist, kehrt die Methodik zu Schritt 11110 zurück, wobei erneut eine Bestimmung durchgeführt wird, ob das Drehmomentbefehlssignal kleiner oder gleich Umin ist. Die Schritte 1110, 1112 und 1116 werden kontinuierlich wiederholt, bis entweder das Drehmomentbefehlssignal bei Schritt 1110 kleiner oder gleich Umin wird oder die Geschwindigkeit des Bewegungssystems bei Schritt 1116 kleiner oder gleich Vmin wird.
Wenn das Drehmomentbefehlssignal bei Schritt 1110 kleiner oder gleich Umin wird, bevor die Geschwindigkeit des Bewegungssystem kleiner oder gleich Vmin wird, bewegt sich die Methodik zu Schritt 1114, wobei das Drehmomentbefehlssignal konstant gehalten wird, während das Bewegungssystem weiter verlangsamt. Das Drehmomentbefehlssignal wird weiter konstant gehalten, bis die Geschwindigkeit in Schritt 1116 kleiner oder gleich Vmin wird.
Der zweite Teil der Beispielmethodik 1100B setzt sich in 11B fort. Am Ende der durch die Methodik 1100A beschriebene Testsequenz weist das System eine Aufzeichnung von Daten auf, welche das zeitveränderliche Drehmomentbefehlssignal u (t), das während der Testsequenz an das Bewegungssystem gesendet wurden, wie auch die gemessene Geschwindigkeit v (t) des Bewegungssystem über einen Zeitraum in Antwort auf das angesetzte Drehmomentbefehlssignal beschreiben. Bei 1118 werden die Drehmoment- und Geschwindigkeitskurven u (t) und v (t) über drei ausgewählte Zeitspannen basierend auf den Geschwindigkeitsprüfpunktwerten Vmax und Vmin integriert. Zum Beispiel kann in einer oder mehreren Ausführungsformen das Zeitsegment, das zu dem Zeitpunkt beginnt, wenn die Geschwindigkeit des Bewegungssystem zuerst während der Beschleunigung Vmin erreicht und zu dem Zeitpunkt endet, bevor die Geschwindigkeit zuerst Vmax erreicht, als die erste Zeitspanne bezeichnet werden und das Zeitsegment, das am Ende der ersten Zeitspanne beginnt und zu einem Zeitpunkt endet, wenn die Geschwindigkeit zuerst während der Beschleunigung Vmax erreicht, kann als die zweite Zeitspanne bezeichnet werden. Die dritte Zeitspanne kann als das Zeitsegment bezeichnet werden, das beginnt, wenn die Geschwindigkeit des Verzögerungsbewegungssystems zu Vmax zurückkehrt und endet, wenn die Geschwindigkeit auf Vmin zurückkehrt. Diese bezeichneten Zeitspannen sollen nur beispielhaft sein und es ist zu beachten, dass andere Kriterien für die ausgewählten drei Zeitsegmente, über welche die Drehmoment- und Geschwindigkeitskurven integriert werden, innerhalb des Schutzumfang einer oder mehrerer Ausführungsformen dieser Offenbarung liegen. In Schritt 1118 werden sechs Integralresultate abgeleitet - drei Integralresultate U₁, U₂ und U₁ die durch Integration der Drehmomentkurve über die entsprechenden drei Zeitperioden abgeleitet werden und drei Ergebnisintegrale V₁, V₂ und V₃ die durch Integration der Geschwindigkeitskurve über die entsprechenden drei Zeitperioden abgeleitet werden.
Bei 1120 werden drei Gleichungen basierend auf den in Schritt 1118 erhaltenen Integralresultaten erzeugt, wobei jede der drei Gleichungen eine Beziehung zwischen Trägheit J, Coulomb-Reibungskoeffizienten B_c und viskosen Reibungskoeffizienten B_v definiert. Zum Beispiel können die Gleichungen durch Einsetzen der Intergrale U₁, U₂, U₁, V₁, V₂ und V₃ in die oben beschriebenen Gleichungen (18), (19) und (20) abgeleitet werden.
Bei 1122 werden die in Schritt 1120 erzeugten drei Gleichungen gelöst, um Abschätzungen für J, B_v und B_c zu erhalten. Zum Beispiel können die drei Gleichungen durch Verwenden einer Lösungsmatrix basierend auf den obigen Gleichungen (21) - (25) gelöst werden. Andere geeignete Techniken können jedoch verwendet werden, um die drei Variablen zu lösen, ohne vom Schutzumfang einer oder mehrerer Ausführungsformen dieser Offenbarung abzuweichen. Bei 1124 werden die bei Schritt 1122 abgeleiteten Abschätzungen von J, B_v und B_c entweder an eine Anzeigevorrichtung, an das Bewegungssteuerungssystem oder an ein anderes externes System ausgegeben, das die abgeschätzte Trägheit und Reibungskoeffizienten in Verbindung mit dem Entwerfen oder Abstimmen des Bewegungssystems verwendet werden.
Exemplarisch vernetzte und verteilte Umgebungen
Ein Durchschnittsfachmann kann erkennen, dass die verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsformen in Verbindungen mit irgendeinem Computer oder einer anderen Client- oder Servervorrichtung implementiert werden können, welche als Teil eines Computernetzwerks oder in einer verteilten Computerumgebung eingesetzt werden können und können mit jeder Art von Datenspeicher verbunden sein, in dem Medien gefunden werden können. In diesem Zusammenhang können verschiedene Ausführungsformen des hierin beschriebenen Videobearbeitungssystems in jedes Computersystem oder jede Umgebung, welche eine beliebige Anzahl an Speicher- und Speichereinheiten (z.B. Speicher 316 in 3) und eine beliebige Anzahl an Anwendungen oder Prozessen, die auf einer beliebigen Anzahl der Speichereinheiten auftreten, implementiert werden. Dies beinhaltet, ist aber nicht begrenzt auf, eine Umgebung mit Servercomputern und Clientcomputern, die in einer Netzwerkumgebung oder einer verteilten Computerumgebung mit Remote- oder lokalem Speicher bereitgestellt werden. Zum Beispiel in Bezug auf 3 können der Drehmomentbefehlsgenerator 304, Geschwindigkeitsüberwachungskomponente 306, Koeffizientenabschätzungskomponente 308 und Schnittstellenkomponente 312 in einem einzelnen Speicher 316 gespeichert sein, der einer einzelnen Vorrichtung zugeordnet ist, oder können auf mehreren Speichern verteilt sein, die entsprechend mehreren Vorrichtungen zugeordnet sind. Ähnlich können der Drehmomentbefehlsgenerator 304, die Geschwindigkeitsüberwachungskomponente 306, die Koeffizientenabschätzungskomponente 308 und die Schnittstellenkomponente 312 durch einen einzelnen Prozessor 314 ausgeführt werden oder durch mehrere verteilte ausgeführt werden, die mehreren Vorrichtungen zugeordnet werden.
Verteiltes Rechnen stellt die gemeinsame Nutzung von Computerressourcen und -diensten durch Kommunikationsaustausch zwischen Computervorrichtungen und -systemen bereit. Diese Ressourcen und Dienste schließen den Austausch von Informationen, Cache-Speicher und Plattenspeicher für Objekte ein. Diese Ressourcen und Dienste können ebenfalls die gemeinsame Nutzung von Verarbeitungsleistung über mehrere Verarbeitungseinheiten zum Lastausgleich, zur Erweiterung von Ressourcen, zur Spezialisierung der Verarbeitung und so weiter einschließen. Verteiltes Rechnen nutzt den Vorteil einer Netzwerkkonnektivität, die den Clients erlaubt ihre kollektive Kraft teilen zu können, um das gesamte Unternehmen zu unterstützen. In diesem Zusammenhang kann eine Vielzahl an Vorrichtungen Anwendungen, Objekte oder Ressourcen aufweisen, welche an den verschiedenen Ausführungsformen dieser Offenbarungen teilnehmen können.
12 stellt ein schematisches Diagramm einer exemplarischen vernetzten oder verteilten Computerumgebung bereit. Die verteilte Computerumgebung schließt Rechenobjekte 1210, 1212, etc. und Rechenobjekte oder -vorrichtungen 1220, 1222, 1224, 1226, 1228, etc. ein, welche Programme, Methoden, Datenspeicher, programmierbare Logik etc. einschließen können, wie dargestellt durch die Anwendungen 1230, 1232, 1234, 1236, 1238. Es kann erkannt werden, dass Rechenobjekte 1210, 1212, etc. und Rechenobjekte oder -vorrichtungen 1220, 1222, 1224, 1226, 1228, etc. verschiedene Vorrichtungen umfassen können, solche wie digitale Personalassistenten (PDAs), Audio-/ Videovorrichtungen, Mobiltelefone, MP3-Spieler, Personalcomputer (PCs), Laptops, Tablet-PCs, etc. wobei Ausführungsformen der hierin beschriebenen Trägheitsabschätzung sich auf solchen Vorrichtungen befindet oder mit diesen wechselwirkt.
Jedes Rechenobjekt 1210, 1212, etc. und Rechenobjekte oder -vorrichtungen 1220, 1222, 1224, 1226, 1228, etc. können mit einem oder mehreren anderen Rechenobjekten 1210, 1212, etc und Rechenobjekte oder -vorrichtungen 1220, 1222, 1224, 1226, 1228, etc. über das Kommunikationsnetzwerks 1240 entweder direkt oder indirekt kommunizieren. Obwohl Kommunikationsnetzwerk 1240 in 12 als ein einzelnes Element veranschaulicht ist, kann es andere Rechenobjekte und Rechenvorrichtungen umfassen, welche Dienste für das System aus 12 bereitstellen und/oder können mehrere miteinander verbundene Netzwerke darstellen, die nicht gezeigt sind. Jedes Rechenobjekt 1210, 1212, etc. oder Rechenobjekte oder -vorrichtungen 1220, 1222, 1224, 1226, 1228, etc können ebenfalls eine Anwendung enthalten, wie Anwendungen 1230, 1232, 1234, 1236, 1238 (z.B. Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 oder Komponenten daovn), die eine Programmierschnittstelle oder anderes Objekt, Software, Firmware und/oder Hardware verwenden kann, welche für die Kommunikation mit oder die Implementierung verschiedener Ausführungsformen dieser Offenbarung geeignet ist.
Es gibt eine Vielzahl von Systemen, Komponenten und Netzwerkkonfigurationen, die verteilte Computerumgebungen unterstützen. Zum Beispiel können Computersysteme verdrahtete oder drahtlose Systeme, durch lokale Netzwerke oder weit verteilte Netzwerke miteinander verbunden sein. Gegenwärtig sind viele Netzwerke mit dem Internet verbunden, welches eine Infrastruktur für weit verbreitetes Rechnen bereitstellt und viele verschiedene Netzwerke beinhaltet, obwohl jede geeignete Netzwerkinfrastruktur für exemplarische Kommunikationen verwendet werden kann, welche auf die Systeme einwirkt, wie in hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen.
Somit kann ein Host von Netzwerktopologien und Netzwerkinfrastrukturen, wie ein Client/Server-, Peer-to-Peer- oder Hybridarchitekturen verwendet werden. Der „Client“ ist ein Mitglied einer Klasse oder Gruppe, welches die Dienste einer anderen Klasse oder Gruppe verwendet. Ein Client kann ein Computerprozess sein, z.B. grob ein Satz von Anweisungen oder Aufgaben, welcher einen Dienst anfordert, der durch ein anderes Programm oder Prozess bereitgestellt wird. Ein Clientprozess kann den angeforderten Dienst benutzen ohne alle Arbeitsdetails über das andere Programm oder den Dienst selbst zu „kennen“ zu müssen.
In einer Client/Serverarchitektur, insbesondere einem Netzwerksystem, kann ein Client ein Computer sein, der auf gemeinsam genutzte Netzwerkressourcen zugreift, die von einem anderen Computer, z.B. einem Server bereitgestellt werden. In der Veranschaulichung von 12, können als ein nicht einschränkendes Beispiel, die Rechenobjekte oder -vorrichtungen 1220, 1222, 1224, 1226, 1228, etc. als Clients betrachtet werden und Rechenobjekte 1210, 1212, etc. können als Server betrachtet werden, wobei Rechenobjekte 1210, 1212, etc. Datendienste bereitstellen, so wie Empfangen von Daten von Clientrechenobjekten oder -vorrichtungen 1220, 1222, 1224, 1226, 1228, etc., Speichern von Daten, Verarbeiten von Daten, Übertragen von Daten an Clientrechenrobjekte oder -vorrichtungen 1220, 1222, 1224, 1226, 1228, etc., obwohl jeder Computer abhängig von den Umständen als Client, Server oder beides betrachtet werden kann. Jedes dieser Rechenvorrichtungen kann Daten verarbeiten oder Transaktionsdienste oder Aufgaben anfordern, welche Techniken für Systeme beinhalten können, wie hierin beschrieben für eine oder mehrere Ausführungsformen.
Ein Server ist typischerweise ein Remotecomputersystem, das über ein Remote oder lokales Netzwerk zugänglich ist, wie über das Internet oder drahtlose Netzwerkinfrastrukturen. Der Clientprozess kann in einem ersten Computersystem aktiv sein und der Serverprozess kann in einem zweiten Computersystem aktiv sein, und über ein Kommunikationsmittel miteinander kommunizieren, wodurch eine verteilte Funktionalitäten bereitgestellt wird und mehrere Clients ermöglichen, den Vorteil der Informationsgewinnung und Fähigkeiten des Servers nutzen zu können. Jedes Softwareobjekt das gemäß den hierin beschriebenen Techniken verwendet wird, kann als eigenständig bereitgestellt werden oder über mehrere Rechnervorrichtung oder -objekte verteilt sein.
In einer Netzwerkumgebung, in welcher das Kommunikationsnetzwerk/ der -bus 1240 zum Beispiel das Internet ist, können die Rechenobjekte 1210, 1212, etc. Webserver, Dateiserver, Medienserver, etc. sein, mit welchen die Clientrechnerobjekte oder -vorrichtungen 1220, 1222, 1224, 1226, 1228, etc. über irgendeine Anzahl von bekannten Protokollen kommunizieren können, wie das Hypertexttransferprotokoll (HTTP). Rechenobjekte 1210, 1212, etc. können ebenfalls als Clientrechenobjekte oder -vorrichtungen 1220, 1222, 1224, 1226, 1228, etc. dienen, wie es für eine verteilte Computerumgebung charakteristisch sein kann.
Exemplarische Rechenvorrichtung
Wie erwähnt, können die hierin beschriebenen Techniken vorteilhafterweise auf jede geeignete Vorrichtung angewendet werden. Es ist daher zu verstehen, dass tragbare, portable und andere Rechenvorrichtungen und Rechenobjekte jeglicher Art zur Verwendung in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen in Betracht gezogen werden. Dementsprechend ist der unten beschriebene Computer unten in 13 ein Beispiel für eine Rechenvorrichtung. Zusätzlich kann ein geeigneter Server einen oder mehrere Aspekte des unteren Computers beinhalten, so wie einen Medienserver oder andere Medienverwaltungsserverkomponenten.
Obwohl es nicht erforderlich ist, können Ausführungsformen für die Verwendung durch einen Dienstentwickler für eine Vorrichtung oder Objekt teilweise über ein Betriebssystem implementiert werden und/oder in einer Anwendungssoftware enthalten sein, die einen oder mehrere funktionale Aspekte der hierin beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen ausführen kann. Software kann im allgemeinen Kontext einer computerausführbaren Anweisungen beschrieben werden, so wie Programmmodule, welche von einem oder mehreren Computern ausgeführt werden, so wie Client-Arbeitsstationen, Server oder anderer Vorrichtungen. Der Fachmann wird erkennen, dass Computersysteme eine Vielzahl an Konfigurationen und Protokollen aufweisen, die als Kommunikationsdaten verwendet werden können und daher ist keine bestimmte Konfiguration oder Protokoll als einschränkend zu betrachten.
13 veranschaulicht ein Beispiel einer geeigneten Computersystemumgebung 1300, in welcher ein oder mehr Aspekte der hierin beschriebenen Ausführungsformen implementiert werden können, obwohl, wie oben erläutert, die Computersystemumgebung 1300 nur ein Beispiel einer geeigneten Computerumgebung ist und nicht beabsichtigt ist, um irgendwelche Einschränkungen des Verwendungsumfangs oder Funktionalität vorzuschlagen. Die Computersystemumgebung 1300 wird auch nicht dahingehend interpretiert, dass diese irgendeine Abhängigkeit oder Anforderung bezüglich irgendeiner oder einer Kombinationen von Komponenten aufweist, die in der exemplarischen Computersystemumgebung 1300 veranschaulicht sind.
Mit Bezug auf 3 ist eine exemplarische Rechenvorrichtung zum Implementieren einer oder mehrerer Ausführungsformen in Form eines Computers 1310 abgebildet. Komponenten des Computers 1210 können eine Verarbeitungseinheit 1320, einen Systemspeicher 1330 und einem Systembus 1322 enthalten, welcher verschiedene Systemkomponenten einschließlich des Systemspeichers mit der Verarbeitungseinheit 1320 verbindet, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Verarbeitungseinheit 1320 kann beispielsweise Funktionen ausführen, welche Prozessor(en) 314 des Abschätzungssystem 302 zugeordnet sind, während der Systemspeicher 1330 Funktionen ausführen kann, die dem Speicher 316 zugeordnet sind.
Der Computer 1310 enthält typischerweise eine Vielzahl an computerlesbaren Medien und kann ein beliebiges zugängliches Medium sein, auf welches der Computer zugreifen kann. Der Systemspeicher 1330 kann Computerspeichermedien in Form von flüchtigem und/oder nichtflüchtigem Speicher, so wie ein nur lesender Speicher (ROM) und/oder Arbeitsspeicher (RAM) beinhalten. Als Beispiel und nicht als Einschränkung kann der Systemspeicher 1330 auch ein Betriebssystem, Anwendungsprogramme, andere Programmmodule und Programmdaten enthalten.
Ein Benutzer kann Befehle und Informationen über Eingabevorrichtungen 1340 in den Computer 1310 eingeben, von denen nicht einschränkende Beispiele eine Tastatur, ein Tastenfeld, eine Zeigevorrichtung, eine Maus, ein Stift, ein Berührungsfeld, ein Berührungsbildschirm, ein Trackball, ein Bewegungsmelder, eine Kamera, ein Mikrofon, ein Joystick, ein Gamepad, ein Scanner oder irgendeine andere Vorrichtung einschließen, welche es dem Benutzer ermöglicht, mit dem Computer 1310 zu interagieren. Ein Monitor oder eine andere Art von Anzeigevorrichtung ist ebenfalls mit dem Systembus 1322 über eine Schnittstelle wie die Ausgabeschnittstelle 1350 verbunden. Zusätzlich zu einem Monitor können Computer ebenfalls andere periphere Ausgabevorrichtungen wie Lautsprecher und einen Drucker enthalten, welche über eine Ausgabeschnittstelle 1350 verbunden sein können. In einer oder mehreren Ausführungsformen können Eingabevorrichtungen 1340 Benutzereingaben an die Schnittstellenkomponente 312 bereitstellen, während die Ausgabeschnittstelle 1350 Informationen bezüglich des Betrieb des Trägheits- und Reibungsabschätzungssystem 302 von der Schnittstellenkomponente 312 erhalten kann.
Der Computer 1310 kann in einer vernetzten oder verteilten Umgebung unter Verwendung logischer Verbindungen zu einem oder mehreren anderen Remotecomputern, wie Remotecomputer 1370 arbeiten. Der Remotecomputer 1370 kann ein Personalcomputer, ein Server, ein Router, ein Netzwerk-PC, eine Peer-Vorrichtung oder ein anderer gebräuchlicher Netzwerkknoten oder irgendeine andere Remotemedienverbrauchs- oder Übertragungsvorrichtung sein und kann irgendeines oder alle der oben beschrieben Elemente relativ zu dem Computer 1310 enthalten. Die in 13 abgebildeten logischen Verbindungen enthalten ein Netzwerk 1372, sowie ein lokales Flächennetzwerk (LAN) oder weites Flächennetzwerk (WAN), können jedoch auch andere Netzwerke/Busse z.B. zelluläre Netzwerke enthalten.
Wie oben erwähnt, können, während exemplarische Ausführungsformen in Verbindungen mit verschiedenen Rechenvorrichtungen und Netzwerkarchitekturen beschrieben wurden, die zugrundeliegenden Konzepte auf jedes Netzwerksystem und jede Rechenvorrichtung oder -system angewendet werden, in welchen gewünscht ist, dass Medien in einer flexiblen Weise veröffentlich oder konsumiert werden.
Es gibt auch mehrere Wege, die gleiche oder ähnliche Funktionalität zu implementieren, z.B. eine geeignete Programmierschnittstelle, Toolkit, Treibercode, Betriebssystemsteuerung, eigenständige oder herunterladbare Softwareobjekte, etc. welche Anwendungen und Dienste befähigen, die Vorteile der hierin beschriebenen Techniken zu Nutzen. Somit werden hier Ausführungsformen von dem Standpunkt einer Programmierschnittstelle (oder anderer Softwareobjekte), wie auch von Software oder Hardwareobjekten betrachtet, die einen oder mehrere hierin beschriebene Aspekte implementieren. Somit können verschiedene hierin beschriebene Ausführungsformen Aspekte aufweisen, welche vollständig in Hardware, teilweise in Hardware und teilweise in Software, wie auch in Software sind.
Der Ausdruck „exemplarisch“ wird hierin so verwendet, dass es als ein Beispiel, Fall oder Veranschaulichung dient. Zur Vermeidung von Zweifeln sind die hierin offenbarten Aspekte nicht auf solche Beispiele eingeschränkt. Zusätzlich ist jeder hierin als „exemplarisch“ beschriebene Aspekt oder Entwurf nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderer Aspekte oder Entwürfe auszulegen, noch soll er äquivalente exemplarische Strukturen und Techniken ausschließen, welche dem Durchschnittsfachmann bekannt sind. In dem Umfang in dem die Begriffe „einschließen“ „aufweisen“ „enthält“ und andere ähnlicher Begriffe weiterhin entweder in der detaillierten Beschreibung oder der Ansprüche verwendet werden, sind solche Begriffe zur Vermeidung von Zweifeln, ähnlich wie der Begriff „umfassen“ als ein offener Übergangsbegriff beabsichtigt, ohne irgendwelche zusätzlichen oder anderen Elemente auszuschließen
Rechenvorrichtungen enthalten typischerweise eine Vielzahl an Medien, welche computerlesbare Speichermedien (z.B. Speicher 316) und/oder Kommunikationsmedien, in welchen diese zwei Begriffe hierin unterschiedlich voneinander wie folgt verwendet werden. Computerlesbare Speichermedien können irgendwelche verfügbaren Speichermedien sein, auf welche der Computer zugreifen kann, ist typischerweise von nicht-flüchtiger Natur und kann sowohl flüchtige als auch nichtflüchtige Medien, entfernbare und nicht-entfernbare Medien enthalten. Als Beispiel und nicht als Einschränkung können computerlesbare Speichermedien in Verbindung mit jeder Methode oder Technologie für Informationsspeicherung wie computerlesbaren Anweisungen, Programmmodulen, strukturierten Daten oder unstrukturierten Daten, implementiert werden. Computerlesbare Speichermedien können RAM, ROM, EEPROM, Flashspeicher oder andere Speichertechnologie, CD-ROM, Digitale vielseitige Scheibe (DVD) oder andere optische Plattenspeicher, Magnetkassetten, Magnetband, Magnetplatte oder andere magnetischer Speichervorrichtungen oder andere materielle und/oder nicht-flüchtige Medien, welche verwendet werden können, um gewünschte Informationen zu speichern, enthalten, sind aber nicht auf diese beschränkt. Auf computerlesbare Medien kann von einem oder mehreren lokalen oder Remoterechenvorrichtungen für zugegriffen werden, z.B. über Zugriffsanforderungen, Abfragen oder anderer Datenwiedergewinnungsprotokolle für eine Vielzahl von Vorgängen in Bezug auf die von dem Medium gespeicherten Informationen.
Andererseits verkörpern Kommunikationsmedien typischerweise computerlesbare Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodule oder andere strukturierte oder unstrukturierte Daten in einem Datensignal, so wie ein moduliertes Datensignal z.B. einer Trägerwelle oder andere Transportmechanismen und enthält alle Informationsliefer- oder Transportmedien. Der Begriff „moduliertes Datensignal“ oder Signale bezieht sich auf ein Signal, bei dem eine oder mehrere seiner Eigenschaften in einer solchen Weise eingestellt oder geändert sind, dass Informationen in einem oder mehreren Signale kodiert werden. Als Beispiel und nicht als Einschränkung enthalten Kommunikationsmedien drahtgebundene Medien, so wie ein drahtgebundenes Netzwerk oder direkt verdrahtete Verbindung und drahtlose Medien, so wie akustische, RF, Infrarot- und andere drahtlose Medien.
Wie erwähnt, können die verschiedenen hierin beschriebenen Techniken in Verbindung mit Hardware oder Software oder gegebenenfalls mit einer Kombination von beidem implementiert werden. Wie hierin verwendet, sollen sich die Begriffe „Komponente“, „System“ und dergleichen auf eine computerbezogene Einheit beziehen, entweder Hardware, eine Kombination von Hardware und Software, Software oder Software in Ausführung. Zum Beispiel kann eine Komponente ein laufender Prozess auf einem Prozessor, ein Prozessor, ein Objekt, eine ausführbare Datei, ein Ausführungsthread, ein Programm und/oder ein Computer sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Zum Zweck der Veranschaulichung können sowohl eine auf dem Computer laufende Anwendung als auch der Computer eine Komponente sein. Eine oder mehrere Komponenten können sich innerhalb eines Prozess und/oder Ausführungsthread befinden und eine Komponente kann auf einem Computer lokalisiert sein und/oder zwischen zwei oder mehr Computer verteilt sein. Ferner kann eine „Vorrichtung“ in Form einer speziell entworfenen Hardware vorliegen; verallgemeinerte Hardware, die durch Ausführung von Software darauf spezialisiert ist, die es der Hardware ermöglicht, spezifische Funktionen auszuführen (z.B. Kodieren und/oder Dekodieren); Software, die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert ist; oder eine Kombination davon.
Die zuvor genannten Systeme wurden in Bezug auf die Wechselwirkung zwischen verschiedenen Komponenten beschrieben. Es kann erkannt werden, dass solche Systeme und Komponenten diese Komponenten oder spezifizierte Unterkomponenten, einige der spezifizierten Komponenten oder Unterkomponenten und/oder zusätzliche Komponenten und entsprechend verschiedener Permutationen und Kombinationen des Vorhergehenden enthalten können. Unterkomponenten können auch als Komponenten implementiert werden, die kommunikativ mit anderen Komponenten verbunden sind, anstatt innerhalb von übergeordneten Komponenten (hierarchisch) enthalten zu sein. Zusätzlich ist anzumerken, dass eine oder mehrere Komponenten zu einer einzelnen Komponente kombiniert werden können, die eine Aggregatfunktionalität bereitstellt oder in einige separate Unterkomponenten aufgeteilt ist, und dass eine oder mehrere mittige Schichten, wie eine Verwaltungsschicht, bereitgestellt werden können, um solche Unterkomponenten kommunikativ zu verbinden, um eine integrierte Funktionalität bereitzustellen. Alle hierin beschriebenen Komponenten können auch mit einer oder mehreren Komponenten, welche hierin nicht speziell beschrieben sind aber dem Fachmann allgemein bekannt sind, wechselwirken.
Um die zahlreichen hierin beschriebenen Schlussfolgerungen (z.B. Ableiten von Audiosegmenten) bereitzustellen oder zu unterstützen, können die hierin beschriebenen Komponenten die Gesamtheit oder eine Teilmenge der Daten, zu denen Zugriff erteilt wird, untersuchen und eine Beurteilung oder Schlussfolgerung der Zustände des Systems, der Umgebung, etc. aus einer Reihe von Beobachtungen, die über Ereignisse und/oder Daten erfasst werden, bereitstellen. Die Schlussfolgerung kann verwendet werden, um einen spezifischen Kontext oder eine Handlung zu identifizieren oder kann zum Beispiel eine Wahrscheinlichkeitsverteilung über die Zustände erzeugen. Die Schlussfolgerung kann wahrscheinlich sein - das heißt, die Berechnung einer Wahrscheinlichkeitsverteilung über Zustände von Interesse basierend auf einer Berücksichtigung von Daten und Ereignissen. Die Schlussfolgerung kann sich auch auf Techniken beziehen, die zum Erstellen von Ereignissen auf höherer Ebenen aus einem Satz von Ereignissen und/oder Daten verwendet werden.
Eine solche Schlussfolgerung kann zur Konstruktion neuer Ereignisse oder Handlungen aus einem Satz beobachteter Ereignisse und/oder gespeicherter Ereignisdaten führen, unabhängig davon, ob die Ereignisse in enger zeitlicher Nähe korreliert sind und ob die Ereignisse und Daten von einer oder einigen Ereignis- und Datenquellen stammen. Verschiedene Klassifikationsschemata und/oder -systeme (explizit und/oder implizit trainiert) (z.B. Unterstützungsvektormaschinen, neuronale Netzwerke, Expertensysteme, Bayessche Glaubensnetzwerke, unscharfe Logik, Datenfusionsmaschinen, etc.) können in Verbindung mit dem Durchführen von automatisch und/oder abgeleiteten Handlungen in Verbindungen mit dem beanspruchten Gegenstand verwendet werden.
Ein Klassifikator kann einen Eingabeattributvektor, x = (x1, x2, x3, x4, xn) auf eine Konfidenz abbilden, dass die Eingabe zu einer Klasse gehört, wie durch f (x) = Konfidenz(Klasse). Eine solche Klassifizierung kann eine wahrscheinliche und/oder statistikbasierte Analyse verwenden (z.B. Einbeziehen in die Analyseprogramme und -kosten), um eine Handlung vorauszusagen oder abzuleiten, die ein Benutzer wünscht automatisch durchzuführen. Eine Unterstützungsvektormaschine (SVM) ist ein Beispiel für einen Klassifikator, der verwendet werden kann. Die SVM arbeitet, indem sie eine Hyperfläche im Raum möglicher Eingaben findet, wobei die Hyperfläche versucht, die Auslösekriterien von den nicht auslösenden Ereignissen zu trennen. Intuitiv macht dies die Klassifizierung korrekt für das Testen von Daten, die nahe an aber nicht identisch mit Trainingsdaten sind. Andere gerichtete und ungerichtete Modellklassifizierungsansätze enthalten, z.B. Naive Bayes, Bayessche Netzwerke, Entscheidungsbäume, neuronale Netzwerke, unscharfe Logik-Modelle und wahrscheinliche Klassifikationsmodelle, die unterschiedliche Unabhängigkeitsmuster bereitstellen, können verwendet werden. Die Klassifizierung, wie sie hier verwendet wird, schließt auch eine statistische Regression ein, die verwendet wird, um Prioritätsmodelle zu entwickeln.
Im Hinblick auf die oben beschriebenen exemplarischen Systeme, werden Methodiken die in Übereinstimmung mit dem beschriebenen Gegenstand implementiert werden können, unter Bezugnahme auf die Flussdiagramme der verschiedenen Figuren (z.B. 10 und 11) besser verständlich. Während zum Zweck der Einfachheit der Erläuterung die Methodiken als eine Serie von Blöcken gezeigt und beschrieben werden, ist es verständlich und wird erkannt, dass der beanspruchte Gegenstand nicht durch die Reihenfolge der Blöcke beschränkt ist, da einige Blöcke in unterschiedlichen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Blöcken auftreten können, von dem was hierin dargestellt und beschrieben ist. Wenn ein nicht-sequentiell oder verzweigt, ist der Fluss über ein Flussdiagramm dargestellt, es kann erkannt werden, dass verschiedene andere Zweige, Flusswege und Reihenfolge der Blöcke implementiert werden können, die das gleiche oder ein ähnliches Ergebnis erzielen. Darüber hinaus können nicht alle dargestellten Blöcke erforderlich sein, um die nachfolgend beschriebenen Methodiken zu implementieren.

Claims

Eine Methode zum Abschätzen von Parametern eines Bewegungssystems, umfassend: Erzeugen eines über einen Zeitraum kontinuierlich variierenden Drehmomentbefehlssignals durch ein mindestens einen Prozessor umfassenden Systems, Messen von Geschwindigkeitsdaten für eine Bewegungsvorrichtung durch das System, welche eine Geschwindigkeit des Bewegungssystems in Antwort auf das Drehmomentbefehlssignal darstellen; Bestimmen von abgeschätzten Werten einer Trägheit, eines viskosen Reibungskoeffizienten und eines Coulomb-Reibungskoeffizienten des Bewegungssystems durch das System, die zumindest teilweise auf den Geschwindigkeitsdaten und dem Drehmomentbefehlssignal basieren; und Ausgeben der abgeschätzten Werte durch das System auf zumindest einem Anzeigegerät, einem Bewegungsregler oder einem externen System.
Die Methode nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen ein Bestimmen der Trägheit, des viskosen Reibungskoeffizienten und des Coulomb-Reibungskoeffizienten umfasst. Das zumindest teilweise auf Integralen der Geschwindigkeitsdaten über drei Zeitbereiche und auf Integralen des Drehmomentbefehlssignals über drei Zeitbereiche basiert.
Die Methode nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen des Drehmomentbefehlssignals ein Einstellen des Drehmomentbefehlssignals in Übereinstimmung mit einer vordefinierten Testsequenz umfasst und das Einstellen des Drehmomentbefehlssignals ein Ändern einer Richtung und/oder einer Änderungsrate des Drehmomentbefehlssignals in Antwort auf die Geschwindigkeit des Bewegungssystems, einen vordefinierten Geschwindigkeitskontrollpunkt erreichend, umfasst.
Die Methode nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen umfasst: Integrieren des Drehmomentbefehlssignals und der Geschwindigkeitsdaten über einen ersten Zeitbereich der drei Zeitbereiche zum Erhalt von U₁ bzw. V₁, wobei der erste Zeitbereich am Zeitpunkt t = ta beginnt und am Zeitpunkt t = tb endet; Integrieren des Drehmomentbefehlssignals und der Geschwindigkeitsdaten über einen zweiten Zeitbereich der drei Zeitbereiche zum Erhalt von U₂ bzw. V₂, wobei der zweite Zeitbereich am Zeitpunkt t = tb beginnt und am Zeitpunkt t = tc endet; Integrieren des Drehmomentbefehlssignals und der Geschwindigkeitsdaten über einen dritten Zeitbereich der drei Zeitbereiche zum Erhalt von U₃ bzw. V₃, wobei der dritte Zeitbereich am Zeitpunkt t = te beginnt und am Zeitpunkt t = tf endet; Bestimmen der abgeschätzten Werte der Trägheit, des viskosen Reibungskoeffizienten und des Coulomb-Reibungskoeffizienten als eine Funktion von U₁, V₁, U₂, V₂, U₃, und V₃, wobei: $U_{1} = \int_{t_{a}}^{t_{b}} u (t) d t,$
$V_{1} = \int_{t_{a}}^{t_{b}} v (t) d t,$
$U_{2} = \int_{t_{b}}^{t_{c}} u (t) d t,$
$V_{2} = \int_{t_{b}}^{t_{c}} v (t) d t,$
$U_{3} = \int_{t_{e}}^{t_{f}} u (t) d t,$
$V_{3} = \int_{t_{e}}^{t_{f}} v (t) d t$
u(t) das Drehmomentbefehlssignal als eine Funktion der Zeit ist, und υ(t) die Geschwindigkeitsdaten als eine Funktion der Zeit sind.
Die Methode nach Anspruch 4, wobei das Bestimmen der abgeschätzten Werte der Trägheit, des viskosen Reibungskoeffizienten und der Coulomb-Reibungskoeffizienten ein Lösen der Gleichungen $Δ v_{1} J + V_{1} B_{v} + Δ t_{1} B_{c} = U_{1},$
$Δ v_{2} J + V_{2} B_{v} + Δ t_{2} B_{c} = U_{2},$
und $Δ v_{3} J + V_{3} B_{v} + Δ t_{3} B_{c} = U_{3}$
für J, Bv und Bc umfasst, wobei: J die Trägheit ist, Bv der viskose Reibungskoeffizient ist, Bc der Coulomb-Reibungskoeffizient ist Δυ₁ eine Änderung der Geschwindigkeit des Bewegungssystems zwischen dem Zeitpunkt t = ta und dem Zeitpunkt t = tb ist, Δυ₂ eine Änderung der Geschwindigkeit des Bewegungssystems zwischen dem Zeitpunkt t= tb und dem Zeitpunkt t = tc ist, Δυ₃ eine Änderung der Geschwindigkeit des Bewegungssystems zwischen dem Zeitpunkt t= te und dem Zeitpunkt t = tf ist, Δt₁ eine Differenz zwischen dem Zeitpunkt t = ta und dem Zeitpunkt t = tb ist, Δt₂ eine Differenz zwischen dem Zeitpunkt t = tb und dem Zeitpunkt t = tc ist, und Δt₃ eine Differenz zwischen dem Zeitpunkt t = te und dem Zeitpunkt t = tf ist.
Die Methode nach Anspruch 5, wobei das Lösen die Gleichungen unter Verwendung einer Lösungsmatrix umfasst.
Die Methode nach Anspruch 1, weiterhin umfassend Bestimmen mindestens eines Reglerverstärkungskoeffizienten für das Bewegungssystem, der auf zumindest einem aus der Trägheit, des viskosen Reibungskoeffizienten oder des Coulomb-Reibungskoeffizienten basiert.
Ein System zur Abschätzung von Parametern eines Bewegungssystems, umfassend: einen Speicher; einen Prozessor, der zum Ausführen von in dem Speicher gespeicherten Computer-ausführbaren Komponenten konfiguriert ist, die Computerausführbaren Komponenten umfassend: einen Drehmomentbefehlsgenerator, der zum Erzeugen eines Drehmomentbefehlssignals, welches kontinuierlich über einen Zeitraum während einer Testsequenz variiert, konfiguriert ist; eine Geschwindigkeitsüberwachungskomponente, die zum Erhalt von Geschwindigkeitsdaten, welche eine Geschwindigkeit eines Bewegungssystems über einen Zeitraum in Antwort auf das Drehmomentbefehlssignal darstellen, konfiguriert ist; eine Koeffizienten-Abschätzungskomponente, die zum Abschätzen einer Trägheit, eines Coulomb-Reibungskoeffizienten und eines viskosen Reibungskoeffizienten des Bewegungssystems, das auf dem Drehmomentbefehlssignal und der Geschwindigkeitsdaten basiert, konfiguriert ist; und eine Schnittstellenkomponente, die zum Rendern von Werten von zumindest einem aus der Trägheit, des Coulomb-Reibungskoeffizienten oder des viskosen Reibungskoeffizienten konfiguriert ist.
Das System nach Anspruch 8, wobei die Koeffizienten-Abschätzungskomponente weiterhin zum Abschätzen der Trägheit, des Coulomb-Reibungskoeffizienten und des viskosen Reibungskoeffizienten konfiguriert ist, das zumindest teilweise auf Integralen der Geschwindigkeitsdaten über drei Zeitbereiche und auf Integralen des Drehmomentbefehlssignals über die drei Zeitbereiche basiert, wobei die drei Zeitbereiche entsprechende Zeitabschnitte der Testsequenz sind.
Das System nach Anspruch 8, wobei der Drehmomentbefehlsgenerator weiterhin zum Regeln des Drehmomentbefehlssignals in Übereinstimmung mit einer Drehmomentfunktion u(t) konfiguriert ist, wobei u(t) auf einem Satz vordefinierter Anweisungen, die zu entsprechenden Phasen der Testsequenz zugeordnet sind, basiert und die entsprechenden Phasen in Antwort auf die die definierte Geschwindigkeitskontrollpunktwerte erreichende Geschwindigkeit des Bewegungssystems ausgelöst werden.
Das System nach Anspruch 9, wobei die Koeffizienten-Abschätzungskomponente weiterhin zum Abschätzen der Trägheit, des Coulomb-Reibungskoeffizienten und des viskosen Reibungskoeffizienten als eine Funktion von U₁, V₁, U₂, V₂, U₃, und V₃ konfiguriert ist, wobei: $U_{1} = \int_{t_{a}}^{t_{b}} u (t) d t,$
$V_{1} = \int_{t_{a}}^{t_{b}} v (t) d t,$
$U_{2} = \int_{t_{b}}^{t_{c}} u (t) d t,$
$V_{2} = \int_{t_{b}}^{t_{c}} v (t) d t,$
$U_{3} = \int_{t_{e}}^{t_{f}} u (t) d t,$
$V_{3} = \int_{t_{e}}^{t_{f}} v (t) d t,$
υ(t) die Geschwindigkeit des Bewegungssystems als eine Funktion der Zeit ist, ta ein Wert der Zeit t am Beginn eines ersten Zeitbereichs der drei Zeitbereiche ist, tb ein Wert der Zeit t am Ende des ersten Zeitbereichs und am Beginn des zweiten Zeitbereichs der drei Zeitbereiche ist, tc ein Wert der Zeit t am Ende des zweiten Zeitbereichs ist, te ein Wert der Zeit t am Beginn eines dritten Zeitbereichs der drei Zeitbereiche ist, und tf ein Wert der Zeit t am Ende des dritten Zeitbereichs ist.
Das System nach Anspruch 11, wobei die Koeffizienten-Abschätzungskomponente weiterhin zum Abschätzen der Trägheit, des Coulomb-Reibungskoeffizienten und des viskosen Reibungskoeffizienten basierend auf den Gleichungen: $Δ v_{1} J + V_{1} B_{v} + Δ t_{1} B_{c} = U_{1},$
$Δ v_{2} J + V_{2} B_{v} + Δ t_{2} B_{c} = U_{2}, und$
$Δ v_{3} J + V_{3} B_{v} + Δ t_{3} B_{c} = U_{3},$
konfiguriert ist, wobei: J die Trägheit ist, Bv der viskose Reibungskoeffizient ist, B_c der Coulomb-Reibungskoeffizient ist, Δυ₁ eine Änderung der Geschwindigkeit des Bewegungssystems zwischen dem Zeitpunkt t = ta und dem Zeitpunkt t = tb ist, Δυ₂ eine Änderung der Geschwindigkeit des Bewegungssystems zwischen dem Zeitpunkt t= tb und dem Zeitpunkt t = tc ist, Δυ₃ eine Änderung der Geschwindigkeit des Bewegungssystems zwischen dem Zeitpunkt t= te und dem Zeitpunkt t = tf ist, Δt₁ eine Differenz zwischen dem Zeitpunkt t = ta und dem Zeitpunkt t = tb ist, Δt₂ eine Differenz zwischen dem Zeitpunkt t = tb und dem Zeitpunkt t = tc ist, und Δt₃ eine Differenz zwischen dem Zeitpunkt t = te und dem Zeitpunkt t = tf ist.
Das System nach Anspruch 12, wobei die Reibungskoeffizientenkomponente zum Lösen der Gleichungen unter Verwendung einer Lösungsmatrix konfiguriert ist.
Ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium mit darauf gespeicherten Computer-ausführbaren Anweisungen die, in Antwort auf die Ausführung, ein Computersystem zum Ausführen von Vorgängen veranlassen, umfassend: Erzeugen eines über einen Zeitraum kontinuierlich variierenden Drehmomentbefehlssignals; Aufzeichnen von Geschwindigkeitsdaten, welche eine Geschwindigkeit des Bewegungssystems in Antwort auf das Drehmomentbefehlssignals darstellen; Bestimmen von abgeschätzten Werten einer Trägheit, eines viskosen Reibungskoeffizienten und eines Coulomb-Reibungskoeffizienten des Bewegungssystems, die zumindest teilweise auf den Geschwindigkeitsdaten und des Drehmomentbefehlssignals basieren; und Ausgeben der abgeschätzten Werte auf zumindest einem aus Anzeigegerät, Bewegungsregler oder externem System.
Das nichtflüchtiges computerlesbare Medium nach Anspruch 14, wobei das Bestimmen ein Bestimmen der Trägheit, des viskosen Reibungskoeffizienten und des Coulomb-Reibungskoeffizienten umfasst, das zumindest teilweise auf Integralen der Geschwindigkeitsdaten über drei Zeitbereiche und auf Integrale des Drehmomentbefehlssignals über die drei Zeitbereiche basiert.