KR101489116B1

KR101489116B1 - 구동 기계의 부하 특성 추정 장치

Info

Publication number: KR101489116B1
Application number: KR1020137031654A
Authority: KR
Inventors: 겐지 시모다; 히데토시 이케다; 히로유키 세키구치; 다카시 이소다
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2015-02-02
Also published as: JPWO2012165011A1; WO2012165011A1; DE112012002333B9; DE112012002333B4; JP5591400B2; DE112012002333T5; CN103563245B; KR20140005347A; TW201303277A; US9124212B2; US20140197770A1; CN103563245A; TWI481838B

Abstract

실시예에 따른 구동 기계의 부하 특성 추정 장치는, 구동 기계(3)의 위치, 속도에 대한 동작 지령을 생성하는 동작 지령 생성부(5)와, 동작 지령에 구동 기계의 동작이 추종하도록 구동력 지령을 생성하는 구동력 지령 생성부(1)와, 구동력 지령에 대응한 구동력을 발생시켜서 구동 기계를 구동하는 구동부(2)와, 구동 기계의 구동 속도에 기초해서, 구동 기계가, 정회전 동작, 역회전 동작, 또는 정지 중 어느 상태인지를 판정하는 부호 판정부(101)와, 구동력 지령에 기초해서, 구동 기계에 가해지는 부하 구동력의 추정치인 부하 구동력 신호를 산출하는 부하 구동력 추정부(102)와, 판정 결과가 정회전 동작일 때, 부하 구동력 신호의 축차적인 평균치를 산출하는 정회전 평균치 연산부(103)와, 판정 결과가 역회전 동작일 때, 부하 구동력 신호의 축차적인 평균치를 산출하는 역회전 부하 연산부(104)를 구비한다.

Description

구동 기계의 부하 특성 추정 장치{LOAD CHARACTERISTIC ESTIMATING APPARATUS FOR DRIVING MACHINE}

본 발명은 공작 기계나 로보트 등, 모터 등의 구동 장치를 이용한 구동 기계에 대해, 마찰 등의 부하의 특성의 추정을 행하는 구동 기계의 부하 특성 추정 장치에 관한 것이다.

공작 기계나 로보트에 있어서의 서보 모터 등의 구동 장치를 이용한 구동 기계에 있어서, 경년 열화나 고장 등의 기계계의 진단이나 특성 변화의 파악을 위해, 구동 기계의 마찰 등, 부하 특성을 추정해서 이용하는 것을 생각할 수 있다.

기계계의 특성 변동의 파악을 행하는 종래 기술 중 하나에 대해서 설명한다(특허문헌 1 참조). 그 종래 기술로서는, 구동 기계의 동작에 대해 속도 사다리꼴파(trapezoidal wave) 지령을 미리 작성하고, 이 속도 지령에 기초해서 모터를 동작시키며, 지령에 대한 최대 모터 속도시(즉 일정 속도시)의 모터 속도와 토크 지령을 저장한다. 이 모터 속도와 토크 지령을 최대 속도가 다른 복수의 속도 사다리꼴파를 이용해서 보존한 후, 모니터에 표시한다. 또한 보존된 복수의 모터 속도 ω와 토크 지령 Tr을 이용해서, 구동 기계의 점성 계수와 정지 마찰을 동정해서(identify), 기계계의 특성을 나타내는 지표로서 이용한다.

이 최대 모터 속도가 다른 복수의 속도 사다리꼴파를 이용해서 측정한 복수의 모터 속도 ω 및 토크 지령 Tr의 데이터와, 이들 데이터로부터 추정한 점성 계수와 정지 마찰을, 초기 운전 후, 그 일주일 후, 1개월 후에 정기적으로 저장하고, 점성 계수와 정지 마찰의 값과 제조사 지정의 값을 비교함으로써, 구동 기계의 특성의 변동을 파악하여, 정상, 이상(異常)을 판정하는 방법이 개시되어 있다.

다음으로 구동 기계의 마찰을 축차적으로 추정하는 종래 기술 중 하나에 대해서 설명한다(특허문헌 2 참조). 그 종래 기술로서는, 구동 기계의 토크 지령 Tr와 모터 속도 ω를 입력하고, 모터에 외부로부터 가해지는 토크인 외란 토크 Td(본 발명로서는 부하 토크에 상당)의 추정치인 외란 추정치 Td^를 출력하는 외란 옵저버부와, 외란 추정치 Td^와 모터 속도 ω를 입력하고, 외란 토크 Td를 이하에 나타내는 식 (1)과 같이, 속도 의존의 일차식 모델로 근사했을 때의 외란 토크 모델 Tdm의 점성 계수 D와 정수항 C을 연산하는 외란 토크 추정부와, 외란 토크 추정부의 출력과 토크 지령 Tr와 모터 속도 ω를 입력하고, 이너셔(inertia) Jn을 동정하는 이너셔 동정부로 구성되어 있다.

외란 옵저버부에서는, 이너셔 동정부에서 동정된 이너셔 동정치 Jn과 모터 속도 ω의 시간 차분치인 모터 가속도 a에 기초해서, 토크 지령으로부터 이너셔의 가감속에 필요한 토크 성분을 제거하고, 마찰이나 중량 부하 등, 구동 기계에 가해지는 외란의 추정치인 외란 추정치 Td^를 출력한다. 여기서, 이너셔의 실제 값 J와 이너셔 추정치 Jn 사이에 오차가 있으면, 외란 추정치 Td^는 이하의 식 (2)로 표현되며, 제 2 항의 이너셔 오차 외란을 갖는다. 또한, 구동 기계가 단순한 강체가 아닌 경우에도 마찬가지로 Td^에는 오차가 발생한다.

다음으로 외란 토크 추정부에서는, 식 (1)과 같이 외란 토크 Td를 속도에 의존하는 일차식에 근사한 외란 토크 모델 Tdm에 대해 적응 동정칙(adaptive identification rule)을 적용하여, 모터 속도 ω가 양(正)인 경우의 점성 계수 Dp와 정수항 Cp, 모터 속도가 음(負)인 경우의 점성 계수 Dn과 정수항 Cn을 각각 축차적으로(sequentially) 연산하여 추정한다. 여기서 정수항 C은 정상적인 중력 부하에 의한 토크 성분과, 모터의 동작 방향에 의존하는 쿨롱 마찰에 의한 토크 성분을 합한 것이다.

이상으로 설명한 바와 같은 순서로 점성항과 정수항을 추정하는 것이 이미 제안되어 있다. 여기서, 상기 종래 기술에 있어서의 추정의 속도에 대해서는, 모터 속도 ω의 변화에 대한 외란의 변화의 특성의 추정을 행하기 때문에, 모터의 속도 변화에 대응한 속도, 즉 가감속의 시정수와 동등 이하로 짧은 시정수로 추정을 행하는 것이 통상이다. 또한, 이너셔 추정치 Jn에 오차가 있으면 상술한 바와 같이 외란 추정치 Td^에 오차가 발생하기 때문에, 점성항 D와 정수항 C에서 나타내는 외란 토크 모델 Tdm의 추정 결과에도 오차를 발생시킨다. 이러한 문제에 대해서 종래 기술에 있어서는, 식 (2)보다 가속도 a가 클수록 외란 추정치 Td^의 오차가 커지기 때문에, 가속도 a가 소정의 임계값보다 작은 경우에만 외란 토크 모델 Tdm의 점성항 D와 정수항 C의 추정을 실행함으로써 추정 오차를 작게 하는 개량도 제안되어 있다.

일본 특허 공개 제 2009-68950 호 공보 일본 특허 공개 제 2007-129789 호 공보

그러나 상기 특허문헌 1에 기재된 종래 기술에서는, 구동 기계의 복수의 속도 사다리꼴파의 최고 속도, 즉 구동 기계의 복수의 서로 다른 일정 속도 상태의 모터 속도와 토크 지령의 정보를 이용한 오프라인 처리에 의해, 구동 기계의 마찰을 추정하여 기계계의 특성 변화의 파악에 이용하고 있다. 그러나 기계를 일단 정 지시켜서, 복수의 소정의 동작을 시킬 필요가 있기 때문에, 전용의 운전 동작을 시키기 위한 수고나 시간이 필요해서, 사용 용도가 한정되는 등의 문제가 있다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 종래 기술에 있어서는, 구동 기계에 있어서의 마찰 등의 부하 특성을, 속도에 비례하는 점성항의 점성 계수와 속도의 부호에만 의존하는 정수항으로서 축차적으로 구하는 것이다. 그러나 이 종래 기술을, 구동 기계의 경년 열화나 고장 등의, 기계계의 특성 변화의 파악에 이용하는 것을 생각한 경우, 아래와 같이 몇 가지 문제점이 있다.

이 종래 기술에 있어서는, 모터의 토크 지령과 모터 가속도와 기계계의 이너셔 추정치에 기초해서 계산한 외란 추정치를 이용해서, 속도 변화와 마찰과의 관계를 축차적으로 추정한다. 이 때문에 이너셔 추정치의 오차, 또한 구동 기계가 강체가 아니여서, 그 강성이 낮은 경우에는, 그 모델화 오차에 기인해서, 특히 고가속도 동작시에 추정 오차가 커져서, 안정된 추정이 곤란하게 된다는 문제가 있다. 이 문제를 회피하기 위해서, 임계값 이하의 가속도의 경우에만 추정을 실행함으로써 추정 오차를 작게 하는 개량 방법도, 특허문헌 2에 기재되어 있다. 그러나 이 경우, 구동 기계의 운전 조건에 따라 임계값을 적절하게 설정하지 않으면 양호한 추정을 행할 수 없다. 따라서, 마찰 등의 기계계 고유의 부하 특성을, 다양한 운전 조건에 대응하여 안정되게 추정하는 것이 곤란하다는 문제가 있다.

또 상기 종래 기술에서는, 구동 기계의 부하 특성을 속도 의존의 일차식 모델로 근사하여, 적응 동정칙을 이용해서 점성 계수와 정수항을 산출하고 있다. 그러나, 실제 부하 특성과 속도 의존의 일차식에 근사한 모델에는 오차가 있어, 특별히 저속 운전시에는 일차식 모델에 의한 근사의 정밀도는 나빠지고 오차는 커진다. 그 결과, 속도의 대소 등의 변화나, 저속 운전과 고속 운전과가 혼재하는 것 같은 운전 조건에 있어서, 부하 특성의 추정 결과가 변화된다. 이와 같이 종래 기술에 있어서는 같은 기계임에도 불구하고, 운전 조건에 따라서 추정되는 부하 특성이 변화된다고 하는 모순이 있다. 원래는 기계계에 고유한 부하 특성일 것인 마찰의 추정 결과가, 운전 조건과 함께 변동해 버려서, 그 경시적인 변동을 파악할 수 있도록 안정되게 추정하는 것은 곤란하다. 따라서, 기계계의 진단이나 특성 변화의 파악 등의 용도에 이용하는 것은 불가능하다는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안해서 이루어진 것으로, 모터 등을 이용한 구동 기계에 있어서, 속도의 대소나 가감속 시간의 대소 등의, 다양한 운전 조건이나, 그 변화에도 대응하면서, 구동 기계의 마찰 등의 기계계 고유의 부하 특성을 그 경시적인 변동도 파악할 수 있도록 안정되게 정량화해서 추정을 행하여, 구동 기계의 진단이나 특성 변화의 파악에도 사용할 수 있으며, 폭넓은 용도에 이용 가능한, 구동 기계의 부하 특성 추정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결해서, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 구동 기계의 위치에 대한 동작의 지령 혹은 속도에 대한 동작의 지령을 포함하는 동작 지령을 생성하는 동작 지령 생성부와, 상기 동작 지령에 상기 구동 기계의 동작이 추종하 도록 구동력 지령을 생성하는 구동력 지령 생성부와, 상기 구동력 지령에 대응한 구동력을 발생시켜서 상기 구동 기계를 구동하는 구동부와, 상기 구동 기계의 구동 속도에 기초해서, 상기 구동 기계가, 정회전 동작 상태, 역회전 동작 상태, 또는 정지 상태 중 어느 상태인지를 판정하는 부호 판정부와, 상기 구동력 지령 또는 상기 구동력을 나타내는 신호에 기초해서, 상기 구동 기계에 가해지는 부하 구동력의 추정치인 부하 구동력 신호를 산출하는 부하 구동력 추정부와, 상기 부호 판정부의 판정의 결과가 정회전 동작 상태인 경우에, 상기 부하 구동력 신호의 축차적인 평균치를 산출하는 정회전 부하 연산부와, 상기 부호 판정부의 판정의 결과가 역회전 동작 상태인 경우에, 상기 부하 구동력 신호의 축차적인 평균치를 산출하는 역회전 부하 연산부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구동 기계의 부하 특성 추정 장치에 의하면, 구동 기계에 전용의 동작을 시키지 않고, 통상의 운전 동작에 있어서 구동 기계에 가해지는 부하의 특성을 안정되게 추정할 수 있다고 하는 효과를 내다. 또한, 그 추정 결과는 구동 기계의 진단이나 특성 변화의 파악 등 폭넓은 용도에 응용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 구동 기계의 부하 특성 추정 장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 2는, 도 1에 기재한 정회전 평균치 연산부의 구성을 나타낸 블록도,
도 3은, 도 1에 기재한 역회전 평균치 연산부의 구성을 나타낸 블록도,
도 4는 구동 속도 vm과 부하 토크 Td의 시간 변화의 관계를 나타내는 파형을 나타낸 도면,
도 5는 구동 속도 vm과 부하 토크 신호 Td^의 시간 변화의 관계를 나타내는 파형을 나타낸 도면,
도 6은 적응 동정칙에 의한 점성 계수와 정수항의 추정 결과의 예를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 실시예 1의 부하 특성 추정 장치에 의한 추정 결과의 예를 나타낸 도면,
도 8은 실시예 1의 출력 결과 판정부에 의한 추정 결과의 판정예를 나타낸 도면,
도 9는, 본 발명의 실시예 2의 구동 기계의 부하 특성 추정 장치의 구성을 나타낸 블록도,
도 10은 구동 속도를 속도 임계값에 의해 분할한 각 추정 구간의 모양을 나타낸 도면,
도 11은 속도 임계값에 의해 분할된 각 추정 구간에서의 추정 결과를, 일차식 모델로 근사한 모양을 나타낸 도면이다.

이하에, 본 발명에 따른 구동 기계의 부하 특성 추정 장치의 실시예를 도면에 기초해서 구체적으로 설명한다. 한편, 이 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 구동 기계의 부하 특성 추정 장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 1에 있어서, 동작 지령 생성부(5)는, 공작 기계나 로보트 등의 구동 기계(3)의 위치나 속도에 대한 동작 지령 Ipv를 생성한다. 동작 지령 Ipv는, 구동 기계(3)의 위치에 대한 동작의 지령, 속도에 대한 동작의 지령, 혹은 위치 및 속도에 대한 동작의 지령을 포함하고 있다. 토크 지령 생성부(1)(구동력 지령 생성부)는, 구동 기계(3)가 동작 지령 Ipv에 추종하는 토크 지령 Tr(구동력 지령)을 생성한다.

구동부(2)는 예컨대, 모터 등의 구동 장치로 구성되며, 토크 지령 Tr에 따른 구동 토크 Tm(구동력)을 발생시키는 것으로 구동 기계(3)를 구동한다. 속도 검출기(4)는, 구동 기계(3)의 구동 속도 vm을 검출해서 출력한다. 구동 속도 vm에 대해서는, 본 실시예 1에서는 구동 기계(3)의 속도를 검출해서 이용하지만, 이것은 모터 등으로 구성되는 구동 기계(3)의 속도를 나타내는 신호면 되고, 예컨대 구동부(2)의 회전 속도를 직접 검출해서 사용할 수 있다.

부하 특성 추정 장치(100)는, 부호 판정부(101), 부하 토크 추정부(102)(부하 구동력 추정부), 정회전 평균치 연산부(103), 역회전 평균치 연산부(104), 및 출력 결과 판정부(105)를 포함한 구성이다. 부하 특성 추정 장치(100)에는, 구동 속도 vm과 토크 지령 Tr이 입력되고, 후술하는 바와 같이 구동 기계(3)의 운전 상태의 정상, 이상을 판정한 진단 결과 R를 출력한다.

다음으로 부하 특성 추정 장치(100)의 각 구성부에 대해서 설명한다.

부호 판정부(101)는, 구동 속도 vm을 입력으로서 수취하고, 구동 기계(3)가 정회전 동작 상태, 역회전 동작 상태, 또는 정지 상태 중 어느 동작 상태에 있는지를 판정하여, 이들 3개의 동작 상태 중 어느 상태인지를 나타내는 동작 정보를 포함하는 부호 판정 신호 sgn(vm)를 출력한다. 예컨대, 정회전 동작 상태에 대해서는 1, 역회전 동작 상태에 대해서는 -1, 정지 상태에 대해서는 0의 수치를 sgn(vm)의 출력치로서 할당한다.

부하 토크 추정부(102)는, 토크 지령 Tr와 구동 속도 vm을 입력으로서 수취하고, 구동 기계(3)에 외부로부터 가해지는 마찰 등의 부하분의 토크인 부하 토크 Td의 추정치인 부하 토크 신호(부하 구동력 신호) Td^를 출력한다. 이하의 식 (3)에 나타낸 바와 같이 토크 지령 Tr에서 가감속 동작에 필요한 토크 성분을 제거한 토크 성분을 부하 토크 신호 Td^로서 출력한다.

여기서, Jn은 구동 기계(3)의 이너셔 추정치, s는 라플라스 연산자, s·vm은 구동 속도 vm을 라플라스 연산자로 미분한 구동 가속도를 나타낸다. 이너셔 추정치 Jn에 대해서는, 본 실시예의 부하 특성 추정 장치(100)가 동작하기 전에, 사전에 최소 제곱법 등으로 추정한 것이나, 본 실시예의 동작과 병행해서 축차적으로 추정한 것을 이용하면 된다. 한편, 부하 토크 추정부(102)에의 입력의 토크 지령 Tr에 관해서는, 구동 토크 Tm에 대응하는 신호면 되고, 예컨대 구동 토크 Tm의 검출치나 구동부(2)에 있어서의 모터 전류 등의 신호로 대용해도 된다.

정회전 평균치 연산부(103)는, 부호 판정 신호 sgn(vm)와, 구동 속도 vm와, 부하 토크 신호 Td^에 기초해서, 구동 기계(3)가 정회전하고 있는 시간 구간(정회전 동작 구간)에 있어서의 구동 속도 vm에 대해서 축차적인 평균화 연산을 행한 결과인 정회전 속도 평균치 vmp와, 정회전 동작 구간에 있어서의 부하 토크 신호 Td^에 대해서 축차적인 평균화 연산을 행한 결과인 정회전 부하 추정치 Tdp를 출력한다. 이 연산에 대해서는 후술한다.

역회전 평균치 연산부(104)는, 부호 판정 신호 sgn(vm)와, 구동 속도 vm과, 부하 토크 신호 Td^에 기초해서, 구동 기계(3)가 역회전하고 있는 시간 구간(역회전 동작 구간)에 있어서의 구동 속도 vm에 대해서 축차적인 평균화 연산을 행한 결과인 역회전 속도 평균치 vmn과, 역회전 동작 구간에서의 부하 토크 신호 Td^에 대해서 축차적인 평균화 연산을 행한 결과인 역회전 부하 추정치 Tdn을 출력한다. 이 연산에 대해서는 후술한다.

출력 결과 판정부(105)에는, 정회전 평균치 연산부(103)의 출력인 정회전 속도 평균치 vmp, 정회전 부하 추정치 Tdp와, 역회전 평균치 연산부(104)의 출력인 역회전 속도 평균치 vmn, 역회전 부하 추정치 Tdn이 입력되고, 이들 입력으로부터 구동 기계(3)의 이상이나 열화의 판정을 행하고, 그 진단 결과 신호 R를 출력한다.

다음으로 정회전 평균치 연산부(103)와 역회전 평균치 연산부(104)의 연산에 대해서 도 2, 도 3을 이용해서 설명한다.

우선 도 2는, 정회전 평균치 연산부(103)의 구성을 나타내는 도면이다. 이 도면에 있어서 정회전 속도 연산부(103a)에는 부호 판정 신호 sgn(vm)와, 구동 속도 vm가 입력되고, 예컨대 이하의 (4) 식에 나타내는 전달 함수에서, 충분히 긴 시정수인 평균화 시정수 T를 설정한 평균화 필터 F(s)를 이용하여, 부호 판정 신호 sgn(vm)에 기초해서 판단한 구동 기계(3)의 정회전 동작 구간 그래서 구동 속도 vm에 대해 축차적으로 평균화하는 연산을 행하고, 그 결과를 정회전 속도 평균치 vmp로서 출력한다.

그 외의 시간 구간에서는 처리를 정지하고 정회전 속도 평균치 vmp의 값을 유지한다. 여기서, 상기 평균화 시정수 T에 관해서는, 구동 기계(3)의 시동부터 정지까지의 한번의 동작에 필요한 시간(동작 시간), 예컨대 동작 시간의 10배 또는 20배 등의 충분히 긴 값으로 설정해 둔다.

또한, 정회전 부하 연산부(103b)에는 부호 판정 신호 sgn(vm)와, 부하 토크 신호 Td^가 입력되고, 정회전 속도 연산부(103a)와 같은 특성을 갖는, (4) 식으로 나타내는 평균화 필터 F(s)를 이용해서, 부호 판정 신호 sgn(vm)에 기초해서 판단한 구동 기계(3)의 정회전 동작 구간에서, 부하 토크 신호 Td^에 대해 축차적으로 평균화하는 연산을 행하고, 그 결과를 정회전 부하 추정치 Tdp로서 출력한다. 그 외의 시간 구간에서는 처리를 정지하고 정회전 부하 추정치 Tdp의 값을 유지한다.

도 3은 역회전 평균치 연산부(104)의 구성을 나타내는 도면이다. 이 도면에 있어서 역회전 속도 연산부(104a)에는 부호 판정 신호 sgn(vm)와, 구동 속도 vm가 입력되고, 정회전 평균치 연산부(103)에서 이용한 것과 동일한 평균화 필터 F(s)를 이용해서, 부호 판정 신호 sgn(vm)에 기초해서 판단한 구동 기계(3)의 역회전 동작 구간에서, 구동 속도 vm을 축차적으로 평균화하는 연산을 행하고, 그 결과를 역회전 속도 평균치 vmn으로서 출력한다. 그 외의 시간 구간에서는 처리를 정지하고 역회전 속도 평균치 vmn의 값을 유지한다.

또한, 역회전 부하 연산부(104b)에는 부호 판정 신호 sgn(vm)와, 부하 토크 신호 Td^가 입력되고, 역회전 속도 연산부(104a)와 동일한 특성을 가지는 평균화 필터 F(s)를 이용해서, 부호 판정 신호 sgn(vm)에 기초해서 판단한 구동 기계(3)의 역회전 동작 구간에서, 부하 토크 신호 Td^를 축차적으로 평균화하는 연산을 행하고, 그 결과를 역회전 부하 추정치 Tdn으로서 출력한다. 그 외의 시간 구간에서는 처리를 정지하고 역회전 부하 추정치 Tdn의 값을 유지한다.

다음으로, 정회전 평균치 연산부(103)와 역회전 평균치 연산부(104)의 출력 결과에 기초해서, 구동 기계(3)에 고유의 부하 특성을, 평균적인 속도와, 부하 토크의 값의 세트로서 안정되게 추정 가능하다는 것을 도 4~도 8를 이용해서 설명한다.

도 4는 구동 기계(3)의 위치나 속도를 적절하게 제어하면서, 어떤 소정의 동작을 시킨 경우의 시간 응답 파형을 나타내는 도면이다. 도 4(a)에 있어서의 실선은 구동 기계(3)의 구동 속도 vm의 파형이고, 파선은 정회전 속도 연산부(103a)의 출력인 정회전 속도 평균치 vmp, 점선은 역회전 속도 연산부(104a)의 출력인 역회전 속도 평균치 vmn의 파형이다. 도 4(b)에 있어서의 실선은 구동 기계(3)의 부하 토크 Td의 파형이고, 파선은 정회전 부하 연산부(103b)의 출력인 정회전 부하 추정치 Tdp, 점선은 역회전 부하 연산부(104b)의 출력인 역회전 부하 추정치 Tdn의 파형이다. 여기서 부하 토크 Td는 설명을 간단하게 하기 위해서, 후술하는 일차식 모델의 특성과 근사해서 표시한다.

도 4(b)에 있어서의 실선과 같이, 부하 토크 Td를 속도 의존의 일차식 모델로 근사한 경우에, 이하에 나타내는 식 (5)로 나타낼 수 있다. 여기서 D는 속도에 비례하는 점성 계수, C는 동작 방향에 의존하는 쿨롱 마찰, g는 구동 기계(3)에 걸리는 중력에 기인하는 중력 부하이다.

식 (5)에 나타내는 부하 토크 Td는, 구동 기계(3)의 구동 속도 vm의 부호에 따라 이하에 나타내는 식 (5a) 또는 식 (5b)로 표된다.

여기서, Dp와 Cp는 각각 구동 속도 vm의 부호가 양인 경우의 점성 계수와 정수항이고, Dn과 Cn은 각각 구동 속도 vm의 부호가 음인 경우의 점성 계수와 정수항이다. 정수항 Cp 및 Cn은 각각, 구동 속도의 부호가 양일 때의 쿨롱 마찰과 중력 부하의 합과, 구동 속도의 부호가 음일 때의 쿨롱 마찰과 중력 부하의 합을 나타내고 있으며, 더불어 구동 기계(3)에 고유의 부하 특성을 나타낸다. 이하에서는 경우에 따라, 이 부하 특성을 마찰 특성이라고 부른다.

여기서, 정회전 부하 연산부(103b)와 역회전 부하 연산부(104b)에 입력되는 부하 토크 신호 Td^에 관해서, 이하의 설명을 간단하게 하기 위해서, 이 부하 토크 신호 Td^와 구동 기계(3)의 부하 토크 Td가 일치하는 것으로 가정하면, 정회전 부하 연산부(103b)의 출력인 정회전 부하 추정치 Tdp와 역회전 부하 연산부(104b)의 출력인 역회전 부하 추정치 Tdn은 상기 식 (5a) 및 (5b)에 평균화 필터 F(s)를 작용시킴으로써, 이하에 나타내는 식 (6a) 및 (6b)으로 표현된다.

또한, 정회전 속도 연산부(103a)의 출력인 정회전 속도 평균치 vmp와 역회전 속도 연산부(104a)의 출력인 역회전 속도 평균치 vmn은 이하의 식 (7a) 및 (7b)으로 표현된다.

식 (6a) 및 (6b)의 연산 파형을 나타낸 것이 도 4(b)에 있어서의 파선과 점선이며, 식 (7a) 및 (7b)의 연산 파형을 나타낸 것이 도 4(a)에 있어서의 파선과 점선이 된다.

식 (6a) 및 (6b)의 우변 제 1 항의 Dp, Dn은 구동 속도 vm에 대한 비례 계수 이고, 또한 제 2 항의 정수항 Cp, Cn은 일정치이다. 나아가, 상술한 바와 같이 정회전 속도 연산부(103a)와 정회전 부하 연산부(103b)는 같은 평균화 필터 F(s)를 갖고, 역회전 속도 연산부(104a)와 역회전 부하 연산부(104b)는 같은 평균화 필터 F(s)를 갖는다. 이로부터, 정회전 부하 추정치 Tdp, 역회전 부하 추정치 Tdn, 정회전 속도 평균치 vmp, 역회전 속도 평균치 vmn에는, 이하에 나타내는 식 (8a), (8b)의 관계가 성립된다.

즉, 구동 속도 vm과 부하 토크 신호 Td^의 연산을 모두 동일한 평균화 필터 F(s)로 행하는 효과에 의해, 구동 기계(3)가 구동 속도 vm로 동작했을 때, 구동 기계(3)의 부하 토크 신호 Td^의 평균치는 구동 기계(3)의 구동 속도 vm의 평균치를 이용한 일차식으로 나타낼 수 있고, 식 (5a) 및 (5b)에 나타낸 구동 기계(3)의 마찰 특성과 마찬가지의 관계를 도출하는 것이 가능하다.

여기서 부하 토크 신호 Td^에는, 구동 기계(3)의 강성이 낮은 경우에는, 그 모델화 오차에 기인한 진동 성분이 중첩하고, 고가 감속 동작시에는 이 성분은 더욱 증대한다. 이것에 가하여, 백색성의 노이즈도 중첩하고 있다. 그러나, 상술한 평균화 시정수 T의 설정에 의해, 도 4에 나타낸 각 연산 파형과 같이 서서히 평균화되기 때문에, 이들 노이즈 등의 영향을 억제하여 안정되게, 식 (5)의 마찰 특성과 같은 관계에 따른 정회전 부하 추정치 Tdp, 역회전 부하 추정치 Tdn, 정회전 속도 평균치 vmp, 역회전 속도 평균치 vmn을 연산할 수 있다. 또한, 부호 판정 신호 sgn(vm)에 의해 구동 기계(3)의 정회전, 역회전 동작은 자동적으로 판정되기 때문에, 구동 기계(3)의 실제 가동중인 통상의 운전 동작으로 추정할 수 있다.

다음으로, 이너셔 추정치 Jn에 오차가 있던 경우에 대해서도, 상기 연산에 의해 그 오차의 영향을 거의 받지 않아서 안정되게 부하 특성을 추정할 수 있는 것을 설명한다.

상기에서는 부하 토크 신호 Td^가 부하 토크 Td에 일치하는 것으로 해서 설명했지만, 식 (3)의 이너셔 추정치 Jn에 추정 오차가 있으면, 부하 토크 신호 Td^에는 식 (9)의 우변 제 2 항에 나타내는 이너셔 오차 외란이 중첩한다. 여기서 J는 구동 기계(3)의 이너셔를 나타낸다.

도 5는, 구동부(2)를 정회전 동작 방향으로 가감속시킬 때의 구동 기계(3)의 구동 속도 vm(도 5(a))와, 부하 토크 신호 Td^(도 5(b))의 관계를 나타낸 시간 응답 파형이다. 이 도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 이너셔 추정치 Jn에 오차가 있으면 부하 토크 신호 Td^에 이너셔 오차 외란이 중첩한다.

그러나, 이 이너셔 오차 외란은 구동 기계(3)의 시동부터 정지하기까지의 동작 구간에서 평균치를 취하면, 가속 구간과 감속 구간에서 상쇄된다. 따라서 정회전 평균치 연산부(103)와 역회전 평균치 연산부(104)에, 상술한 충분히 긴 평균화 시정수 T를 구비하는 평균화 필터 F(s)를 이용함으로써, 평균화에 의해서, 구동 속도 vm과 부하 토크 신호 Td^의 최종적인 연산치는 식 (8a), (8b)의 값으로 수속한다.

또한, 구동 기계(3)의 운전 동작에 있어서 가속 시간과 감속 시간이 다른 경우의 이너셔 오차 외란에 대해서 검토한다. 이너셔 오차 외란은 식 (9)에 나타낸 바와 같이 구동 가속도 s·vm에 비례하는 오차 외란이다. 이 구동 가속도 s·vm은 구동 속도 vm의 변화율을 나타낸 것이기 때문에, 구동 기계(3)의 정회전 동작 구간이나 역회전 동작 구간과 같이, 기계가 동작을 처음부터 정지하기까지의 구간에서, 구동 속도 vm의 변화율인 구동 가속도 s·vm의 평균치는 제로가 된다는 것을 말할 필요도 없다. 따라서, 가속 시간, 감속 시간이 다른 경우에도, 상술한 바와 같은 본 실시예의 평균화의 효과에 의해, 이너셔 오차 외란은 가속 구간과 감속 구간에서 상쇄된다.

이상으로부터, 정회전 평균치 연산부(103)에서 연산되는 정회전 속도 평균치 vmp와 정회전 부하 추정치 Tdp의 값의 세트와, 역회전 평균치 연산부(104)로 연산되는 역회전 속도 평균치 vmn과 역회전 부하 추정치 Tdn의 값의 세트는, 구동 기계(3)에 고유의 부하 특성을 그 동작 속도에 따라 정량적으로 나타낸 것이 되고 있고, 또한 상술한 평균화 시정수 T의 설정에 의해 안정된 연산 결과를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 이 연산 처리에 의하면, 정회전 부하 연산부(103b)와 역회전 부하 연산부(104b)의 입력으로서, 부하 토크 신호 Td^가 아닌 토크 지령 Tr를 직접 이용하도록 한 경우에도, 도 5를 이용해서 설명한 전술한 내용으로부터, 정회전 부하 추정치 Tdp와 역회전 부하 추정치 Tdn은 식 (8a), (8b)의 우변의 값으로 수속한다. 따라서 부하 토크 추정부(102)에 의한 부하 토크 신호 Td^의 추정 처리는 생략해도 된다는 것을 알 수 있다.

다음으로 구동 기계(3)의 마찰 특성과, 이를 속도 비례의 일차식에 근사한 모델 사이에 생기는 비선형인 오차의 영향에 대해서 설명한다.

도 6은 구동 기계(3)의 마찰 특성을 구체적으로 나타낸 일례를 나타낸 것으로, 가로축은 구동 속도 vm을, 세로축은 부하 토크 Td를 나타내고 있다. 즉, 도 6은 구동 속도 vm에 따른 부하 특성을 나타내고 있다. 도 6에 있어서 실선으로 나타낸 바와 같이, 구동 기계(3)의 마찰 특성은 엄밀하게는 속도에 대해 비례한 직선이 아니라 곡선의 특성이 되고 있고, 식 (5a), (5b)에 나타낸 일차식 모델과 비교하면 오차를 가진다.

따라서, 이러한 구동 기계(3)의 마찰 특성을, 예컨대 적응 동정칙을 이용해서, 부하 토크 Td를 속도 비례의 일차식으로서 근사한 모델의 점성 계수와 정수항을 추정하면, 도 6의 파선이나 점선과 같이, 구동 기계(3)의 동작 상황에 따라서 다른 결과를 얻는다. 파선의 결과는 저속 운전이 계속되는 상태(저속 운전 조건)에서의 추정 결과이고, 점선은 고속 운전이 계속되는 상태(고속 운전 조건)에서의 추정 결과이다.

도 6에 나타낸 마찰 특성의 예의 경우에는, 저속 운전 조건의 경우에는 속도가 낮은 구간의 마찰 특성의 정보로 추정되기 때문에, 파선의 기울기를 나타내는 점성 계수는 크고, 세로축(Td 축)과의 절편(切片:intercept)인 정수항의 절대치는 작다. 이에 반해서 고속 운전 조건의 경우에는 속도가 높은 구간의 마찰 특성의 정보로 추정하기 때문에, 점선의 점성 계수는 저속 운전 조건보다 작고, 세로축과의 절편인 정수항의 절대치는 커진다. 이와 같이 마찰 특성이 일차식의 직선인 모델로부터 조금 어긋난 곡선의 특성으로 되어 있을 뿐이고, 저속, 고속 등의 동작점의 차이에 의해, 일차식의 직선에 근사한 경우의 점성 계수와 정수항이 크게 달라서, 동일한 기계에 대한 추정임에도 불구하고, 운전 조건에 의해서 추정되는 마찰 특성이 크게 변화되는 모순이 생긴다.

이에 반해서 본 실시예에 있어서는, 상술한 바와 같이 정회전 속도 연산부(103a)와 정회전 부하 연산부(103b)에 동일한 평균화 필터를, 역회전 속도 연산부(104a)와 역회전 부하 연산부(104b)에 동일한 평균화 필터를 이용한다. 그리고, 구동 속도 vm과 부하 토크 신호 Td^에 대해서 충분히 긴 시정수로 평균화의 연산을 행하고, 기계계에 고유한 부하 특성을 속도와 부하 토크를 평균화한 값의 세트로서 이용하기 때문에, 이하와 같은 효과가 얻어진다.

도 7은 본 실시예에 따른 구동 기계의 부하 특성 추정 장치(100)에 의한 추정 결과를 나타낸 일례이다. 이 도면에 있어서, 실선은 구동 기계(3)의 상세한 마찰 특성을 나타낸 것이고, 검은 원의 플롯점은 정회전 동작 구간에서 고속 운전 조건에서의 정회전 속도 평균치 vmp와 정회전 부하 추정치 Tdp의 값의 세트, 검은 사각형의 플롯점은 정회전 동작 구간에 있어서 저속 운전 조건에서의 정회전 속도 평균치 vmp와 정회전 부하 추정치 Tdp의 값의 세트, 흰 원의 플롯점은 역회전 동작 구간에서의 고속 운전 조건에서의 역회전 속도 평균치 vmn과 역회전 부하 추정치 Tdn의 값의 세트, 흰 사각형의 플롯점은 역회전 동작 구간에서의 저속 운전 조건에서의 역회전 속도 평균치 vmn과 역회전 부하 추정치 Tdn의 값의 세트를 각각 나타내고 있다.

본 실시예에 의하면, 저속 운전 조건에서는 속도가 낮은 구간에서의 곡선의 마찰 특성의 정보를 평균화한 속도와, 부하 토크의 값의 세트가 부하 특성으로서 안정되게 추정되고, 고속 운전 조건에서는 속도가 높은 구간에서의 마찰 특성의 정보를 평균화한 속도와, 부하 토크의 값의 세트가 부하 특성으로서 안정되게 추정된다. 그 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이, 저속 운전 조건, 고속 운전 조건 등의 다양한 운전 조건에 따라, 추정되는 속도와, 부하 토크를 평균화한 값의 세트는, 구동 기계(3)의 상세한 마찰 특성의 곡선 상에 거의 일치하도록 얻어진다. 또한 저속 운전이나 고속 운전이 균등하게 반복되는 경우에는 이들의 평균적인 속도와 평균적인 부하 토크의 세트가 부하 특성으로서 안정되게 추정된다.

또한, 정회전 속도 연산부(103a)와 정회전 부하 연산부(103b)의 평균화 필터 F(s)의 특성 및 평균화 시정수 T를 동일하게 하고, 역회전 속도 연산부(104a)와 역회전 부하 연산부(104b)의 평균화 필터 F(s)의 특성 및 평균화 시정수 T를 동일하게 함으로써, 정회전 평균치 연산부(103)로 연산되는 정회전 속도 평균치 vmp, 정회전 부하 추정치 Tdp의 값의 세트와, 역회전 평균치 연산부(104)로 연산되는 역회전 속도 평균치 vmn, 역회전 부하 추정치 Tdn의 값의 세트는, 예컨대 저속 운전 조건으로부터 고속 운전 조건으로 운전 조건이 변화되는 경우에도, 구동 기계(3)의 상세한 마찰 특성의 선 상으로부터 크게 벗어나는 일은 없다.

즉, 이와 같이 운전 조건이 변화된 경우에도, 도 7에 나타낸 저속 운전 조건에서의 추정 결과인 사각형의 플롯점으로부터, 고속 운전 조건에서의 추정 결과인 공의 플롯점으로, 추정 결과는 구동 기계(3)의 상세한 마찰 특성의 선상으로부터 크게 벗어나는 일없이 이동한다.

따라서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 구동 기계(3)의 마찰 특성이, 이것을 속도 비례의 일차식에 근사한 모델과의 사이에 비선형인 오차를 발생시키는 경우에도, 단순한 왕복 동작이나 저속, 고속 동작이 조합되는 동작 등, 다양한 운전 조건에 좌우되는 일없이, 마찰 특성 즉, 구동 기계(3)에 고유한 부하 특성을 작은 오차로, 또한 안정되게 정량적으로 검출할 수 있다.

다음으로 출력 결과 판정부(105)에 의한 구동 기계(3)의 이상이나 열화의 판정 처리의 상세에 대해서 도 8을 이용해서 설명한다.

출력 결과 판정부(105)에는, 도 1에 나타낸 바와 같은 정회전 평균치 연산부(103)와 역회전 평균치 연산부(104)의 출력 결과인 정회전 속도 평균치 vmp, 정회전 부하 추정치 Tdp, 역회전 속도 평균치 vmn, 역회전 부하 추정치 Tdn이 각각 입력된다. 또한 출력 결과 판정부(105)에는, 구동 기계(3)의 부하의 정상 범위가 데이터로서 저장되어 있다. 이 저장되어 있는 정상 범위와, 입력되는 정회전 속도 평균치 vmp, 정회전 부하 추정치 Tdp의 값의 세트와, 역회전 속도 평균치 vmn, 역회전 부하 추정치 Tdn의 값의 세트를 비교해서, 구동 기계(3)의 정상, 이상을 판정한 진단 결과 신호 R를 출력한다.

도 8은 출력 결과 판정부(105)에 있어서의 구동 기계(3)의 이상·열화의 판정의 일례를 나타낸 도면이다. 도 8에 있어서, 실선은 파선으로 나타내는 구동 기계(3)의 상세한 마찰 특성을, 구동 기계(3)의 정회전 동작, 역회전 동작에 각각 대응한 2개의 속도 의존의 일차식 모델로 근사한 것이다. 이 실선의 일차식 모델은 예컨대, 구동 기계(3)로부터 채취한 저속 운전부터 고속 운전까지의 폭넓은 동작 범위의 구동 데이터로부터 실측 측정해서 구하면 된다. 출력 결과 판정부(105)에는, 이 실선을 기준으로 해서 적절하게 설정한 마진폭을 갖게 한, 도 8에 나타내는 빗금친 범위가 구동 기계(3)의 부하의 정상 범위로서 저장되어 있다.

이러한 정상 범위가 저장되어 있는 출력 결과 판정부(105)에, 정회전 평균치 연산부(103)와 역회전 평균치 연산부(104)에 의해 추정된 정회전 속도 평균치 vmp와 정회전 부하 추정치 Tdp의 값의 세트와, 역회전 속도 평균치 vmn과 역회전 부하 추정치 Tdn의 값의 세트가 입력되면, 구동 기계(3)가 정상일 때, 이들의 세트는 본 실시예의 부하 특성 추정 장치(100)의 특성에 의해 도 8의 파선상 부근 또한 회색의 정상 범위 내에 존재한다.

그러나, 구동 기계(3)에 이상이나 열화 등이 발생하고, 이에 기인해서 마찰 등의 부하가 증가하는 경우에는, 속도와, 부하 토크를 평균화한 값의 세트는 파선상 부근으로부터 크게 벗어나서 도 8의 빗금친 정상 범위로부터 벗어난다. 따라서 도 8에 나타낸 바와 같이, 출력 결과 판정부(105)에 입력되는 속도와, 부하 토크를 평균화한 값의 세트가, 빗금친 정상 범위로부터 벗어난 경우에, 구동 기계(3)의 구동 상태에 이상·열화가 발생했다고 판정할 수 있다.

상기 설명에 있어서는, 정회전 평균치 연산부(103)와 역회전 평균치 연산부(104)의 평균화 필터 F(s)는 동일한 특성으로 해서 설명했지만, 예컨대 평균화 필터 F(s)의 차수가 달라도 평균화 시정수 T가 거의 같으면, 같은 성질이 얻어진다는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 필터의 평균화 시정수 T가 각 평균화 필터 F(s)에서 완전히 동일하지 않고, 예컨대 30% 정도의 차이가 있더라도, 근사적으로는 같은 특성이 얻어진다는 것도 말할 필요도 없다. 또한, 구동 기계(3)가 같은 패턴을 반복해서 동작하는 경우에는, 평균화 시정수 T가 충분히 길면 정회전 평균치 연산부(103)와 역회전 평균치 연산부(104)의 출력인 정회전 속도 평균치 vmp, 정회전 부하 추정치 Tdp, 역회전 속도 평균치 vmn, 역회전 부하 추정치 Tdn은 같은 값으로 수속하기 때문에, 평균화 시정수가 엄밀하게 같은 값이 아니어도 된다.

또한 상기 설명에서는, 정회전 속도 연산부(103a) 및 역회전 속도 연산부(104a)를 구비하고, 이들에 의해 연산한 정회전 속도 평균치 vmp와 역회전 속도 평균치 vmn에 기초해서, 출력 결과 판정부(105)가 진단 결과 신호 R의 판정을 행하는 구성으로 하고 있었다. 그러나 구동 기계(3)가 부품 실장 장치인 경우 등, 통상 운전 동작에 있어서, 동작 지령 생성부(5)의 동작 지령 Ipv가 복수의 동작 패턴의 반복으로서 생성되는 경우도 많다. 이러한 경우에 있어서는, 정회전 속도 평균치 vmp과 역회전 속도 평균치 vmn의 값은 크게 변화되는 일이 없고, 그 값도 미리 파악 가능하다. 따라서 이러한 경우에는, 정회전 속도 연산부(103a)와 역회전 속도 연산부(104a)를 구비하지 않아도, 정회전 부하 추정치 Tdp 및 역회전 부하 추정치 Tdn에만 기초해서 구동 기계(3)에 고유의 부하 특성을 파악할 수 있다. 그리고, 이들의 변화를 출력 결과 판정부(105)에서 감시함으로써, 구동 기계(3)의 구동 상태에 이상·열화가 발생했는지 여부를 판정할 수 있다.

한편, 본 실시예에 의한 구동 기계의 부하 특성 추정 장치(100)는, 출력 결과 판정부(105)를 내부에 구비하고, 구동 기계(3)의 정상, 이상을 판정한 진단 결과 신호 R를 출력하는 구성으로서 기술했지만, 출력 결과 판정부(105)의 동작은 다른 구성 요소에 비해서 매우 긴 시간 간격으로 동작해도 되기 때문에, 출력 결과 판정부(105)는 그 이외의 구성 요소와 다른 외부의 상위 장치의 기능으로서 실현할 수도 있다.

또한, 본 실시예에 의한 부하 특성 추정 장치(100)에 있어서 가장 특징적인 신호인, 정회전 속도 평균치 vmp, 정회전 부하 추정치 Tdp, 역회전 속도 평균치 vmn, 역회전 부하 추정치 Tdn을 얻을 수 있으면, 예컨대 출력 결과 판정부(105)의 동작과 동등한 작업을, 정기적으로 사람의 손에 의해 판단하여 실행하는 것도 가능하다. 즉, 부하 특성 추정 장치(100)는, 정회전 속도 평균치 vmp, 정회전 부하 추정치 Tdp, 역회전 속도 평균치 vmn, 역회전 부하 추정치 Tdn을 출력하는 것으로 해서 구성해도 된다.

한편, 본 실시예에서는, 구동부(2)로서 회전력, 즉 토크를 구동력으로서 발생시키는 일반적인 모터를 상정하고 있지만, 리니어 모터와 같이 직선적인 추진력을 구동력으로서 발생시키는 구동부에 관하여도, 완전히 마찬가지로 실시 가능한 것은 말할 필요도 없다.

본 실시예의 부하 특성 추정 장치(100)는 상기 설명한 바와 같이, 특별한 동작 패턴으로는 한정하지 않는 통상의 운전 조건으로 구동 기계를 동작시킨 경우에도, 특별한 조작을 추가하는 일없이, 마찰 등의 정보를 포함한 수치를 안정되게 출력하도록 구성된다. 구체적으로는, 부하 특성 추정 장치(100)는, 부호 판정부(101), 정회전 부하 연산부(103b), 역회전 부하 연산부(104b)를 구비하고, 정회전 구간과 역회전 구간에서 개별적으로로, 충분히 긴 시정수로 부하 토크 신호 Td^의 축차적인 평균화를 행하고 정회전 부하 추정치 Tdp와 역회전 부하 추정치 Tdn의 연산을 행하는 구성을 갖고 있다. 이로써, 정회전과 역회전이나 다른 이동 거리의 가감속 패턴이 혼재하는 통상의 운전 동작의 조건에서도, 이너셔 추정 오차나 노이즈 등의 영향을 제거하여, 구동 기계(3)의 마찰 등을 포함한 부하 특성을 나타내는 수치를 안정되게 얻어서, 구동 기계의 진단이나 특성 변화의 파악 등의 폭넓은 용도에 이용 가능한 구동 기계의 부하 특성 추정 장치를 제공할 수 있다.

또한, 정회전 속도 연산부(103a)와 역회전 속도 연산부(104a)를 구비하여 정회전 속도 평균치 vmp와 역회전 속도 평균치 vmn의 연산을 행하기 때문에, 저속 운전이 계속되는 상태나 고속 운전이 계속되는 상태 등의 운전 조건이 변화되는 경우에도, 속도 평균치와 부하 추정치의 조합으로서는, 운전 조건에 따라 구동 기계(3)의 부하 특성을 나타내는 수치를 안정되게 얻을 수 있다. 따라서, 보다 폭넓은 용도에 이용 가능한 구동 기계의 부하 특성 추정 장치를 제공할 수 있다.

(실시예 2)

도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 구동 기계의 부하 특성 추정 장치(200)의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 본 실시예 2에 있어서의 부하 특성 추정 장치(200)는, 도 1에 나타낸 구동 기계의 부하 특성 추정 장치(100)의 내부 구성에, 동작 구간 판정부(106)와 분할 구간 평균치 연산부(107)를 추가하고, 출력 결과 판정부(105) 대신 마찰 계수 추정부(205)를 구비한 것이다.

도 9에 있어서, 토크 지령 생성부(1), 구동부(2), 구동 기계(3), 속도 검출기(4), 동작 지령 생성부(5), 부호 판정부(101), 부하 토크 추정부(102), 정회전 평균치 연산부(103), 및 역회전 평균치 연산부(104)에 관해서는, 실시예 1의 경우와 입력, 출력, 기능 및 동작 등은 같기 때문에 설명은 생략한다.

동작 구간 판정부(106)에는, 속도 검출기(4)의 출력인 구동 기계(3)의 구동 속도 vm과, 정회전 속도 연산부(103a)의 출력인 정회전 속도 평균치 vmp와, 역회전 속도 연산부(104a)의 출력인 역회전 속도 평균치 vmn가 입력된다.

동작 구간 판정부(106)는, 구동 기계(3)의 정회전 동작 구간에서는, 정회전 속도 평균치 vmp을 임계값으로 해서, 구동 속도 vm가 임계값 vmp보다 큰 고속 동작 구간을 구간 1, 구동 속도 vm이 임계값 vmp보다 작은 저속 동작 구간을 구간 2이라고 판정한다. 나아가 동작 구간 판정부(106)는, 구동 기계(3)의 역회전 동작 구간에서는, 역회전 속도 평균치 vmn의 절대치를 임계값으로 해서, 구동 속도 vm의 절대치가 임계값(vmn의 절대치)보다 큰 고속 동작 구간을 구간 3, 구동 속도 vm의 절대치가 임계값(vmn의 절대치)보다 작은 저속 동작 구간을 구간 4라고 판정한다.

즉, 동작 구간 판정부(106)는, 구동 기계(3)가 상기 4개의 구간 중 어느 구간에서 동작 중인지를 판정하고, 이들 4개의 구간의 정보를 가진 동작 구간 분할 신호 S를 출력한다. 동작 구간 분할 신호 S에는, 예컨대 구간 1에 1, 구간 2에 2,구간 3에 3, 구간 4에 4, 정지 상태에 0의 수치를 각각 할당하면 된다. 이 구간의 분할에 관해서는, 도 10을 이용해서 후술한다.

분할 구간 평균치 연산부(107)에는, 동작 구간 분할 신호 S와 구동 속도 vm과 부하 토크 신호 Td^가 입력된다. 분할 구간 평균치 연산부(107)는, 동작 구간분할 신호 S에 의해 분할된 4개의 구간 k(k=1, 2, 3, 4) 각각에 대응해서, 4개의 구간 속도 평균치 va(k)와, 4개의 구간 부하 추정치 Ta(k)를 출력한다.

여기서, 구간 속도 평균치 va(k)는 구동 속도 vm을 구간 k에서 축차적으로 평균화의 연산을 행한 것으로, 구간 부하 추정치 Ta(k)는 부하 토크 신호 Td^를 구간 k에서 축차적으로 평균화의 연산을 행한 것이다. 한편, 도 9에 나타낸 분할 구간 평균치 연산부(107)의 구간 속도 평균치 va(k)와 구간 부하 추정치 Ta(k)의 2개의 출력은 이 4개의 구간 k에서 평균화된 각각 4개의 값의 정보를 가지는 벡터 신호이다.

여기서, 분할 구간 평균치 연산부(107)에서의 연산 및 동작 구간 판정부(106)와 분할 구간 평균치 연산부(107)를 추가함으로써, 기계계에 고유한 부하 특성을 보다 구체적으로 파악하는 것이 가능해지는 것에 대해서 도 10을 이용해서 설명한다.

도 10은 본 실시예에 있어서, 구동 기계의 위치나 속도를 적절하게 제어하면서, 어떤 소정의 동작을 시킨 경우의 구동 속도 vm(도 10(a))와, 부하 토크 신호 Td^(도 10(b))의 시간 응답을 나타낸 일례이다. 도 10에는, 정회전 속도 연산부(103a)의 출력인 정회전 속도 평균치 vmp를 파선으로 나타내고, 역회전 속도 연산부(104a)의 출력인 역회전 속도 평균치 vmn을 점선으로 나타내고 있다. 또한 이들의 정회전 속도 평균치 vmp와 역회전 속도 평균치 vmn을 임계값으로 한 판정에 기초해서, 상술한 구간 1, 구간 2, 구간 3, 구간 4의 4개의 동작 상태에 따른 구간으로 분할한 시간 구간을 나타내고 있다.

예컨대, 도 10에 나타내는 구간 1에 있어서는, 분할 구간 평균치 연산부(107)는, 동작 구간 판정부(106)로부터 입력되는 동작 구간 분할 신호 S에 기초해서, 구동 기계(3)가 이 구간 1에 동작하는 시간 구간에서는, 구동 속도 vm에 대해서 축차적인 평균화 연산을 행한 결과를 제 1 구간 속도 평균치 va(1)로 하고, 부하 토크 신호 Td^에 대해서 축차적인 평균화 연산을 행한 결과를 제 1 구간 부하 추정치 Ta(1)로서 출력한다. 이 때, k=1 이외에, 즉 k=2, 3, 4인 제 k의 구간 속도 평균치 va(k) 및 제 k의 구간 부하 추정치 Ta(k)는 그 값을 갱신하는 일없이 유지한다.

구동 기계(3)가 그 밖의 각 구간 n에서 동작하는 시간 구간에서도 마찬가지로 동작을 행하고, 분할 구간 평균치 연산부(107)는, 동작 구간 신호 S에 기초해서, 구동 기계(3)가 구간 n에서 동작하는 시간 구간에서는, 구동 속도 vm에 대해 축차적으로 평균화 연산을 행한 결과를 제 n의 구간 속도 평균치 va(n)로 하며, 부하 토크 신호 Td^에 대해서 축차적으로 평균화 연산을 행한 결과를 제 n의 구간 부하 추정치 Ta(n)로서 출력한다. 이 때, k=n 이외의 제 k의 구간 속도 평균치 va(k) 및 제 k의 구간 부하 추정치 Ta(k)는 그 값을 갱신하는 일없이 유지한다.

분할 구간 평균치 연산부(107)에서 각 구간 k에서의 구동 속도 vm과 부하 토크 신호 Td^ 각각의 평균치의 연산에 이용하는 평균화 필터의 전달 특성은 동일하며, 정회전 평균치 연산부(103)와 역회전 평균치 연산부(104)에서 이용한 바와 같이, 구동 기계(3)의 시동부터 정지까지의 한 번의 동작에 필요한 시간보다 충분히 긴 평균화 시정수 T를 가지는 식 (4)으로 나타낸 평균화 필터 F(s)이다.

본 실시예에 따른 구동 기계의 부하 특성 추정 장치(200)에 있어서도, 실시예 1과 마찬가지로, 정회전 평균치 연산부(103)가 출력한 정회전 속도 평균치 vmp 및 정회전 부하 추정치 Tdp과, 역회전 평균치 연산부(104)가 출력한 역회전 속도 평균치 vmn 및 역회전 부하 추정치 Tdn을 산출한다. 본 실시예의 부하 특성 추정 장치(200)에 있어서는, 또한, 추가한 동작 구간 판정부(106)에 의해 정회전 및 역회전 동작 구간에서 각각 고속 동작 구간과 저속 동작 구간으로 분할된 합계 4개의 분할 구간 k에 대해, 동일하게 추가된 분할 구간 평균치 연산부(107)에 의해, 구간 속도 평균치 va(k)와 구간 부하 추정치 Ta(k)의 연산을 행한다. 이와 같이, 분할된 각 동작 구간에서 구동 속도와, 부하 토크를 평균화함으로써 기계계에 고유한 부하 특성을 나타내는, 보다 많은 서로 다른 평균화한 구동 속도와, 부하 토크의 세트를 얻을 수 있어서, 속도와 부하 구동력의 이차원적인 관계를 얻는 것이 가능해진다.

또한, 분할 구간 평균치 연산부(107)에서는, 구간 속도 평균치 va(k) 각각과 구간 부하 추정치 Ta(k) 각각의 연산에 있어서, 정회전 평균치 연산부(103) 및 역회전 평균치 연산부(104)에서 충분히 긴 평균화 시정수 T를 갖는 마찬가지의 평균화 필터 F(s)를 이용해서 연산을 행하기 때문에, 백색성의 노이즈나 구동 기계의 강성에 기인한 진동 성분 등의 영향을 제거하여 기계계에 고유의 부하 특성을 안정되게 정량화할 수 있다.

이너셔 추정치 Jn의 오차에 기인하는 이너셔 오차 외란에 관해서도, 충분한 평균화 연산에 의해 가속시의 오차와 감속시의 오차는 각각 상쇄되어, 이너셔 오차 외란을 제거한 부하 토크 신호 Td^로서 구간 부하 추정치 Ta(k)를 계산할 수 있다. 한편, 정회전 속도 평균치 vmp와 역회전 속도 평균치 vmn을 추정 구간 분할시의 속도 임계값으로서 이용하고 있다는 점에서, 저속 운전이나 고속 운전 등의 다양한 운전 조건에 따라 자동적으로 추정 구간을 분할할 수 있다.

도 11은 정회전 평균치 연산부(103)와 역회전 평균치 연산부(104)와 분할 구간 평균치 연산부(107)의 출력인, 정회전 속도 평균치 vmp와 정회전 토크 평균치 Tdp의 값의 세트와, 역회전 속도 평균치 vmn과 역회전 토크 평균치 Tdn의 값의 세트와, 구간 속도 평균치 va(k)와 구간 토크 평균치 Ta(k)의 값의 각 세트의 연산 결과를 플롯한 것이다. 이들 결과는 상술한 내용으로부터, 도면 중에 파선으로 나타낸 구동 기계(3)의 상세한 마찰 특성을 나타내는 곡선 상 부근에서, 작은 오차의 범위로 추정된다. 실선에 대해서는 후술한다.

이상 설명한 바와 같이, 도 9에 나타낸 바와 같은 구성을 구비한 구동 기계의 부하 특성 추정 장치(200)에 의해, 임의의 동작 패턴으로 운전을 행하면서 복수의 속도에 대한 부하 특성을 안정된 수치로서 연산함으로써, 보다 상세한 기계계에 고유한 부하 특성을 파악하는 것이 가능해진다.

다음으로 마찰 계수 추정부(205)의 동작에 대해서 설명한다. 마찰 계수 추정부(205)는 이하에 설명한 바와 같이, 구동 기계(3)의 상세한 마찰 특성을 속도에 의존하는 일차식 모델로 근사했을 때의 점성 계수와 정수항을 추정하는 것이다.

마찰 계수 추정부(205)에는, 정회전 평균치 연산부(103)와, 역회전 평균치 연산부(104)와, 분할 구간 평균치 연산부(107)의 연산 결과인, 도 11에 나타낸 구동 속도 vm이 양, 음 각각인 경우에 대한 각 3개의 플롯의 값(평균화된 구동 속도와, 부하 토크의 값의 세트)가 입력된다. 마찰 계수 추정부(205)는, 이들 값에 기초해서 구동 기계(3)의 상세한 마찰 특성을 식 (5a), (5b)와 같은 일차식 모델로 근사한 경우의, 정회전 동작시의 점성 계수 Dp^와 정수항 Cp^, 역회전 동작시의 점성 계수 Dn^와 정수항 Cn^의 추정 연산을 행한다. 그 연산 방법으로서는, 정회전, 역회전 각각의 경우에 대해, 3개의 구동 속도의 값과 3개의 부하 토크의 값을 이용해서, 예컨대 일괄형 최소 제곱법 등을 적용하면 된다.

도 11에 실선으로 나타낸 것이, 정회전 평균치 연산부(103)와, 역회전 평균치 연산부(104)와, 분할 구간 평균치 연산부(107)의 연산 결과를 이용해서 최소 자승 추정한 마찰 특성을 나타낸 직선이다. 도 11에 있어서, 구동 속도 vm이 양인 영역에서의 실선의 기울기가 점성 계수 Dp^에, 세로축(부하 토크 축)과의 절편(切片:intercept)이 정수항 Cp^에, 구동 속도 vm이 음인 영역에서의 실선의 기울기가 점성 계수 Dn^에, 세로축(부하 토크 축)과의 절편이 정수항 Cn^에 각각 대응하고 있다.

다음으로 실시예 2에서 얻어지는 효과의 특징에 대해서 설명한다. 예컨대, 특허문헌 2에 기재된 기술과 같이, 구동 속도 vm과 부하 토크 신호 Td^로부터 직접 축차적으로 최소 제곱법 등의 방법에 의해 정수항 C 및 점성 계수 D의 추정을 행한 경우, 상기 설명한 바와 같이, 구동 속도 vm의 대소나 운전 패턴의 변화에 의해, 점성 계수와 정수항의 추정 결과가 변동되어 버린다는 문제가 있었다.

이에 반해서 본 실시예에 의하면, 구동 기계(3)의 정회전 동작 구간 및 역회전 동작 구간의 2개의 동작 구간에 대해, 구동 속도 vm에 설정한 임계값에 기초해서 분할된, 구동 기계(3)의 정회전 동작 상태의 고속 동작 구간과 저속 동작 구간, 구동 기계(3)의 역회전 동작 상태의 고속 동작 구간과 저속 동작 구간의 4개의 동작 구간을 더한 합계 6개의 동작 구간에서, 기계계에 고유한 부하 특성을 나타내는 구동 속도와, 부하 토크를 평균화한 값의 세트를 상기한 바와 같이 안정되게 추정할 수 있다. 또한, 이 안정되게 추정된 복수의 세트를 일괄적으로 이용한 연산에 의해, 구동 기계의 마찰 특성을 근사한 일차식 모델의 점성 계수와 정수항을, 속도의 대소 등의 조건 변화에 대해서도 안정되게 추정할 수 있다.

실시예 1에 있어서는, 평균화된 구동 속도 vm과 부하 토크 Td의 값의 세트가, 구동 기계(3)에 고유한 부하 특성을, 구동 속도 vm의 양음에 대해서 각 하나의 점으로 나타내고 있었다. 이에 반해서 본 실시예 2에 있어서는, 정회전 평균치 연산부(103)와, 역회전 평균치 연산부(104)와, 분할 구간 평균치 연산부(107)의 연산 결과를 이용함으로써 구동 기계(3)의 상세한 마찰 특성을, 속도에 따른 일차식 모델의 점성 계수와 정수항이라는 2개의 파라미터로 간단하게 나타낼 수 있어, 즉 직선으로서 안정되게 추정해서, 부하 특성을 보다 구체적으로 파악하는 것이 가능해진다.

한편, 실시예 1과 같이, 본 실시예 2의 추정 결과의 시간 경과에 따른 변화를 감시함으로써, 구동 기계(3)의 이상을 감시하는 것도 가능하고, 또한 특별히 상세하게 설명하지는 않지만, 본 실시예 2의 추정 결과를 구동 기계(3)의 위치나 속도의 제어시의 마찰 보상으로서 이용함으로써, 제어 정밀도에 기여하는 것도 가능하다.

실시예 2에 있어서는, 동작 구간 판정부(106)는 입력되는 정회전 속도 평균치 vmp와 역회전 속도 평균치 vmn을 추정 구간 분할시에 임계값으로서 입력했지만,이 임계값에 관해서는, 외부로부터 적당한 임계값을 하나 이상 설정해도 되고, 추정 구간을 하나 이상의 임계값에 의해 더 세분화해도 각 구간의 속도와, 부하 토크의 평균치의 세트는 안정되게 도출된다는 점에서, 기계계에 고유한 부하 특성을 더 구체적으로 파악하는 것도 가능하게 된다.

즉, 외부로부터 설정한 임계값에 의해 추정 구간을 세분화하는 경우, 정회전 평균치 연산부(103)와 역회전 평균치 연산부(104)가 본 실시예 2의 구성 요소로부터 삭제되어도, 분할 구간 평균치 연산부(107)의 연산 결과만으로, 구동 기계(3)의 상세한 마찰 특성을, 속도에 따른 일차식 모델의 점성 계수와 정수항이라는 2개의 파라미터로 나타낼 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.

실시예 2에 있어서는, 이상 설명한 바와 같이 구동 기계의 부하 특성 추정 장치(200)를 구성함으로써 구동 기계(3)에 고유의 부하 특성을, 노이즈나 이너셔 추정치의 오차 등의 영향을 억제하여, 속도의 대소나 가감속 시간의 대소 등의, 다양한 운전 조건이나, 그 변화에도 대응하면서, 보다 구체적으로, 안정되게 축차적으로 추정할 수 있어, 보다 폭넓은 용도에 이용 가능한 구동 기계의 부하 특성 추정 장치를 제공할 수 있다. 즉, 통상의 운전 동작으로, 구동 기계(3)에 가해지는 부하의 특성을 안정되게 선형 근사할 수 있기 때문에, 그 추정 결과를, 구동 기계(3)의 특성 변화의 파악이나 구동 기계(3)의 제어시의 마찰 보상 등 폭넓은 용도에 응용할 수 있다.

실시예 1 및 2에 있어서, 통상의 운전 동작에 있어서 구동 기계(3)에 가해지는 부하의 특성을 안정되게 추정할 수 있다. 또한 그 추정 결과는, 구동 기계(3)의 진단이나 특성 변화의 파악 등 폭넓은 용도에 응용할 수 있다. 또한, 구동 기계(3)의 가동중에 동작 지령이 변경되는 경우에도, 구동 기계(3)에 가해지는 부하의 특성을 안정되게 추정할 수 있고, 또한 고속 운전, 저속 운전 등의 동작 조건의 과도적인 변화에 대해서도, 구동 기계(3)에 가해지는 부하의 특성을 안정되게 추정할 수 있다. 또한, 축차적인 평균치를 산출하는 연산의 시정수를, 동작 지령이 시동으로부터 정지까지의 한 번의 동작을 하는데 필요한 시간보다 긴 값으로 설정함으로써 이너셔 추정치의 오차에 기인하는 오차 외란을 억제할 수 있음과 아울러, 노이즈나 진동 성분 등도 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 정회전 평균치 연산부(103)와 역회전 평균치 연산부(104)의 연산 결과를 이용함으로써 구동 기계(3)의 운전 상태의 정상·이상을 판정할 수 있다.

또한, 본원 발명은 상기 실시예로 한정되는 것이 아니라, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형하는 것이 가능하다. 또한, 상기 실시예에는 여러가지의 단계의 발명이 포함되어 있고, 개시되는 복수의 구성 요건에 있어서의 적당한 조합에 의해 여러가지 발명이 추출될 수 있다.

예컨대, 상기 실시예 1 및 2 각각에 나타낸 전체 구성 요건 중에서 몇 개의 구성 요건이 삭제되어도, 발명이 해결하고자 하는 과제의 단락에서 설명한 과제를 해결할 수 있으며, 발명의 효과 단락에서 설명한 효과가 얻어지는 경우에는, 이 구성 요건이 삭제된 구성이, 발명으로서 추출될 수 있다. 또한, 상기 실시예 1 및 2에 따른 구성 요건을 적절하게 조합해도 된다.

(산업상 이용 가능성)

이상과 같게, 본 발명에 따른 구동 기계의 부하 특성 추정 장치는, 공작 기계나 로보트에 있어서의 서보 모터 등의 구동 장치를 이용한 구동 기계의 부하 특성 추정 장치에 유용하며, 특히 다양한 운전 조건이나 그 변화에도 대응하면서, 구동 기계의 마찰 등의 기계계 고유의 부하 특성을, 그 경시적인 변동도 파악할 수 있도록 안정되게 정량화하는 구동 기계의 부하 특성 추정 장치에 적합하다.

1 : 토크 지령 생성부 2 : 구동부
3 : 구동 기계 4 : 속도 검출기
5 : 동작 지령 생성부
100, 200 : 구동 기계의 부하 특성 추정 장치
101 : 부호 판정부 102 : 부하 토크 추정부
103 : 정회전 평균치 연산부 103a : 정회전 속도 연산부
103b : 정회전 부하 연산부 104 : 역회전 평균치 연산부
104a : 역회전 속도 연산부 104b : 역회전 부하 연산부
105 : 출력 결과 판정부 106 : 동작 구간 판정부
107 : 분할 구간 평균치 연산부 205 : 마찰 계수 추정부

Claims

구동 기계의 위치에 대한 동작의 지령 혹은 속도에 대한 동작의 지령을 포함하는 동작 지령을 생성하는 동작 지령 생성부와,
상기 동작 지령에 상기 구동 기계의 동작이 추종하도록 구동력 지령을 생성하는 구동력 지령 생성부와,
상기 구동력 지령에 대응한 구동력을 발생시켜서 상기 구동 기계를 구동하는 구동부와,
상기 구동 기계의 구동 속도에 기초해서, 상기 구동 기계가, 정회전 동작 상태, 역회전 동작 상태, 또는 정지 상태 중 어느 상태인지를 판정하는 부호 판정부와,
상기 구동력 지령 또는 상기 구동력을 나타내는 신호에 기초해서, 상기 구동 기계에 가해지는 부하 구동력의 추정치인 부하 구동력 신호를 산출하는 부하 구동력 추정부와,
상기 부호 판정부의 판정의 결과가 정회전 동작 상태인 경우에, 상기 부하 구동력 신호의 축차적인 평균치(sequential average)를 산출하는 정회전 부하 연산부와,
상기 부호 판정부의 판정의 결과가 역회전 동작 상태인 경우에, 상기 부하 구동력 신호의 축차적인 평균치를 산출하는 역회전 부하 연산부와,
상기 부호 판정부의 판정의 결과가 정회전 동작 상태인 경우에, 상기 구동 속도의 축차적인 평균치를 산출하는 정회전 속도 연산부와,
상기 부호 판정부의 판정의 결과가 역회전 동작 상태인 경우에, 상기 구동 속도의 축차적인 평균치를 산출하는 역회전 속도 연산부
를 구비하는 것을 특징으로 하는 구동 기계의 부하 특성 추정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 정회전 속도 연산부는 상기 정회전 부하 연산부와 동일한 전달 특성을 갖고,
상기 역회전 속도 연산부는 상기 역회전 부하 연산부와 동일한 전달 특성을 갖는
것을 특징으로 하는 구동 기계의 부하 특성 추정 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 정회전 부하 연산부가 산출한 평균치와 상기 정회전 속도 연산부가 산출한 평균치의 세트, 및 상기 역회전 부하 연산부가 산출한 평균치와 상기 역회전 속도 연산부가 산출한 평균치의 세트가, 각각 소정의 정상 범위에 있는지 여부를 판단하는 출력 결과 판정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 구동 기계의 부하 특성 추정 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 출력 결과 판정부는, 상기 소정의 정상 범위를, 상기 구동 기계의 정회전 동작 상태와 역회전 동작 상태 각각에 대응한 상기 구동 속도와 상기 부하 구동력의 관계를 나타내는 2개의 일차식에 기초해서 결정하는 것을 특징으로 하는 구동 기계의 부하 특성 추정 장치.
구동 기계의 위치에 대한 동작의 지령 혹은 속도에 대한 동작의 지령을 포함하는 동작 지령을 생성하는 동작 지령 생성부와,
상기 동작 지령에 상기 구동 기계의 동작이 추종하도록 구동력 지령을 생성하는 구동력 지령 생성부와,
상기 구동력 지령에 대응한 구동력을 발생시켜서 상기 구동 기계를 구동하는 구동부와,
상기 구동 기계의 구동 속도에 기초해서, 상기 구동 기계가, 정회전 동작 상태, 역회전 동작 상태, 또는 정지 상태 중 어느 상태인지를 판정하는 부호 판정부와,
상기 구동력 지령 또는 상기 구동력을 나타내는 신호에 기초해서, 상기 구동 기계에 가해지는 부하 구동력의 추정치인 부하 구동력 신호를 산출하는 부하 구동력 추정부와,
상기 구동 속도와, 상기 부호 판정부의 판정의 결과와, 상기 구동 기계의 정회전 동작 상태에서의 제 1 속도 임계값과, 상기 구동 기계의 역회전 동작 상태에서의 제 2 속도 임계값에 기초해서, 상기 구동 기계가, 상기 구동 속도의 대소 관계에 따라 분할한 복수의 동작 구간 중 어느 상태인지를 판정하는 동작 구간 판정부와,
상기 동작 구간 판정부의 판정 결과에 기초해서, 복수의 상기 동작 구간마다 상기 부하 구동력 신호의 축차적인 평균치를 산출하고, 상기 동작 구간 판정부의 판정 결과에 기초해서, 복수의 상기 동작 구간마다 상기 구동 속도의 축차적인 평균치를 산출하는 분할 구간 평균치 연산부
를 구비하는 것을 특징으로 하는 구동 기계의 부하 특성 추정 장치.
제 5 항에 있어서,
복수의 상기 동작 구간마다 산출된 상기 부하 구동력 신호의 축차적인 평균치와 상기 구동 속도의 축차적인 평균치의 세트를, 정회전 동작 상태와 역회전 동작 상태 각각에 대응한 상기 구동 속도와 상기 부하 구동력의 관계를 나타낸 2개의 일차식에 의해 근사함으로써, 상기 부하 구동력의 일차식 모델에 있어서의 점성 계수와 정수항을 추정하는 마찰 계수 추정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 구동 기계의 부하 특성 추정 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 부호 판정부의 판정의 결과가 정회전 동작 상태인 경우에, 상기 구동 속도의 축차적인 평균치를 산출하는 정회전 속도 연산부와,
상기 부호 판정부의 판정의 결과가 역회전 동작 상태인 경우에, 상기 구동 속도의 축차적인 평균치를 산출하는 역회전 속도 연산부
를 더 구비하고,
상기 정회전 속도 연산부가 산출한 평균치를 상기 제 1 속도 임계값으로 하고,
상기 역회전 속도 연산부가 산출한 평균치를 상기 제 2 속도 임계값으로 하는
것을 특징으로 하는 구동 기계의 부하 특성 추정 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 분할 구간 평균치 연산부는, 상기 동작 구간마다 상기 부하 구동력 신호의 축차적인 평균치를 산출하는 연산의 전달 특성과, 상기 동작 구간마다 상기 구동 속도의 축차적인 평균치를 산출하는 연산의 전달 특성을 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 구동 기계의 부하 특성 추정 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 부호 판정부의 판정의 결과가 정회전 동작 상태인 경우에, 상기 부하 구동력 신호의 축차적인 평균치를 산출하는 정회전 부하 연산부와,
상기 부호 판정부의 판정의 결과가 역회전 동작 상태인 경우에, 상기 부하 구동력 신호의 축차적인 평균치를 산출하는 역회전 부하 연산부와,
상기 부호 판정부의 판정의 결과가 정회전 동작 상태인 경우에, 상기 구동 속도의 축차적인 평균치를 산출하는 정회전 속도 연산부와,
상기 부호 판정부의 판정의 결과가 역회전 동작 상태인 경우에, 상기 구동 속도의 축차적인 평균치를 산출하는 역회전 속도 연산부
를 더 구비하고,
상기 마찰 계수 추정부는, 상기 점성 계수와 상기 정수항의 추정에, 상기 정회전 부하 연산부가 산출한 평균치와 상기 정회전 속도 연산부가 산출한 평균치의 세트와, 상기 역회전 부하 연산부가 산출한 평균치와 상기 역회전 속도 연산부가 산출한 평균치의 세트를 더 이용하는
것을 특징으로 하는 구동 기계의 부하 특성 추정 장치.
제 6 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 근사는 최소 제곱법에 의한 것을 특징으로 하는 구동 기계의 부하 특성 추정 장치.
제 1 항, 제 2 항, 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 정회전 부하 연산부는 상기 축차적인 평균치를 산출하는 연산의 시정수를, 상기 동작 지령이 시동부터 정지까지 행하는데 필요한 시간보다 큰 값으로 설정하고,
상기 역회전 부하 연산부는, 상기 축차적인 평균치를 산출하는 연산의 시정수를, 상기 동작 지령이 시동에서 정지까지 요하는 시간보다 큰 값으로 설정하는
것을 특징으로 하는 구동 기계의 부하 특성 추정 장치.
제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분할 구간 평균치 연산부는, 상기 동작 구간 판정부의 판정 결과에 기초해서, 복수의 상기 동작 구간마다 상기 부하 구동력 신호의 축차적인 평균치를 산출하는 연산의 시정수를, 상기 동작 지령이 시동에서 정지까지 요하는 시간보다 큰 값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 구동 기계의 부하 특성 추정 장치.
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