TWI734569B - 伺服放大器和伺服系統 - Google Patents

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Abstract

提供一種伺服放大器和伺服系統。該伺服放大器具備：轉矩控制部，根據使可動部沿具有鉛直方向分量的移動方向進行移動的馬達的轉矩指令，對所述馬達的轉矩進行控制；干擾轉矩估計部，對所述馬達所承受的干擾轉矩進行估計；負載轉矩估計部，從由所述干擾轉矩估計部所估計的所述干擾轉矩減去由作用於所述可動部上的重力所產生的重力轉矩，由此對所述馬達所承受的負載轉矩進行估計；及輸出部，將與由所述負載轉矩估計部所估計的所述負載轉矩相關的資訊輸出至伺服放大器的外部。

Description

伺服放大器和伺服系統
本發明涉及伺服放大器(servo amplifier)和伺服系統。
以往，熟知一種具備負載轉矩觀測器(load torque observer)的馬達控制裝置，該負載轉矩觀測器可根據轉矩指令和馬達速度對馬達承受的負載轉矩進行估計(estimation)(例如，參照專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1](日本)特開2012-130214號公報
[發明欲解決的課題] 然而，現有技術中，所估計的負載轉矩是以抑制干擾(disturbance)為目的而應用於馬達控制的，並不能從外部對與所估計的負載轉矩相關的資訊進行監視。 因此，本公開的目的在於，提供一種可從外部對與所估計的負載轉矩相關的資訊進行監視的伺服放大器和伺服系統。 [用於解決課題的手段] 本公開提供一種伺服放大器，具備： 轉矩控制部，根據使可動部沿具有鉛直方向分量的移動方向進行移動的馬達的轉矩指令，對所述馬達的轉矩進行控制； 干擾轉矩估計部，對所述馬達所承受的干擾轉矩進行估計； 負載轉矩估計部，從由所述干擾轉矩估計部所估計的所述干擾轉矩減去由作用於所述可動部上的重力所產生的重力轉矩，由此對所述馬達所承受的負載轉矩進行估計；及 輸出部，將與由所述負載轉矩估計部所估計的所述負載轉矩相關的資訊輸出至伺服放大器的外部。 此外，本公開提供一種伺服放大器，具備： 速度控制部，根據使可動部沿具有鉛直方向分量的移動方向進行移動的馬達的速度指令，生成所述馬達的轉矩指令； 轉矩控制部，根據所述轉矩指令對所述馬達的轉矩進行控制； 負載轉矩估計部，根據所述速度指令對所述馬達所承受的負載轉矩進行估計；及 輸出部，將與由所述負載轉矩估計部所估計的所述負載轉矩相關的資訊輸出至伺服放大器的外部。 此外，本公開提供一種伺服系統，具備伺服放大器和設置在所述伺服放大器的外部的外部機器，所述伺服放大器具備： 轉矩控制部，根據使可動部沿具有鉛直方向分量的移動方向進行移動的馬達的轉矩指令，對所述馬達的轉矩進行控制； 干擾轉矩估計部，對所述馬達所承受的干擾轉矩進行估計； 負載轉矩估計部，從由所述干擾轉矩估計部所估計的所述干擾轉矩減去由作用於所述可動部上的重力所產生的重力轉矩，由此對所述馬達所承受的負載轉矩進行估計；及 輸出部，將與由所述負載轉矩估計部所估計的所述負載轉矩相關的資訊輸出至伺服放大器的外部。 此外，本公開提供一種伺服系統，具備伺服放大器和設置在所述伺服放大器的外部的外部機器，所述伺服放大器具備： 速度控制部，根據使可動部沿具有鉛直方向分量的移動方向進行移動的馬達的速度指令，生成所述馬達的轉矩指令； 轉矩控制部，根據所述轉矩指令對所述馬達的轉矩進行控制； 負載轉矩估計部，根據所述速度指令對所述馬達所承受的負載轉矩進行估計；及 輸出部，將與由所述負載轉矩估計部所估計的所述負載轉矩相關的資訊輸出至伺服放大器的外部。 [發明的效果] 根據本公開的技術，能夠提供一種可從外部對與所估計的負載轉矩相關的資訊進行監視的伺服放大器和伺服系統。
以下，參照附圖對本公開的實施方式進行說明。首先，為了與本公開的實施方式進行比較，對一比較方式的伺服系統的構成進行說明。 圖1是一比較方式的伺服系統構成例示圖。圖1所示的伺服系統100是對用於使未圖示的可動部移動的馬達9進行控制的馬達系統。伺服系統100具備速度控制部1、加法器2、轉矩控制部3、速度檢測部4、負載轉矩估計部5、控制濾波器(filter)8、馬達9及位置檢測器10。 轉矩控制部3根據轉矩指令Tr對馬達9的轉矩進行控制。位置檢測器10對馬達9的位置(旋轉位置θ)進行檢測。位置檢測器也被稱為PG。速度檢測部4根據由位置檢測器10檢測的旋轉位置θ的時間變化，對馬達9的速度(角速度ω)進行檢測。速度控制部1生成用於使由速度檢測部4檢測的角速度ω跟隨(follow)從圖中未示的上一級的控制塊所供給的速度指令ωr的反饋轉矩指令Tb。 此外，伺服系統100具備用於對馬達9承受的負載轉矩TL進行估計的負載轉矩估計部5。負載轉矩估計部5可根據轉矩指令Tr和由速度檢測部4檢測的角速度ω對負載轉矩TL進行估計。 當將馬達9的發生轉矩設為T、將馬達9的慣性矩(慣性值)設為J、並將馬達9的角加速度設為dω/dt時，在負載轉矩TL包括由作用於藉由馬達9而進行移動的可動部上的重力所生成的轉矩(重力轉矩)的情況下，下述關係成立。 TL=T-J×dω/dt　　　　･･･式1 因此，負載轉矩估計部5藉由利用減法器7從轉矩指令Tr減去由轉矩計算部6計算的轉矩(J×dω/dt)，可對負載轉矩TL進行估計。 控制濾波器8藉由對由負載轉矩估計部5估計的負載轉矩TL(估計負載轉矩TLe)進行濾波器處理，可生成補償負載轉矩TLc。加法器2藉由使由速度控制部1生成的反饋轉矩指令Tb加上由控制濾波器8生成的補償負載轉矩TLc，可生成轉矩指令Tr。 然而，圖1所示的伺服系統100中，由負載轉矩估計部5估計的負載轉矩TL是以抑制干擾為目的而應用於馬達控制的，並不能從外部對與估計負載轉矩TLe相關的資訊進行監視。 因此，本公開的實施方式的伺服放大器和伺服系統具備可從外部對與所估計的負載轉矩相關的資訊進行監視的構成。接下來，對本公開的實施方式的伺服放大器和伺服系統的該構成進行說明。 圖2是第1實施方式的伺服系統的構成例示圖。圖2所示的伺服系統120是對馬達19進行驅動和控制的馬達驅動控制系統，該馬達19藉由臂部41可使可動部40沿具有鉛直方向分量的移動方向進行移動。伺服系統120例如藉由對馬達19進行驅動和控制，可將可動部40的位置控制在預期的位置。伺服系統120具備伺服放大器111和外部機器122。 外部機器122是設置在伺服放大器121的外部的裝置，具備對負載轉矩TL進行監視的監視功能。外部機器122可藉由模擬(analog)電壓或者有線通信或無線通信與伺服放大器121連接。外部機器122例如為可編程邏輯控制器等的控制裝置。 伺服放大器111是對馬達19進行驅動的馬達驅動裝置，該馬達19藉由臂部41可使可動部40沿具有鉛直方向分量的移動方向進行移動，例如，藉由對馬達19進行驅動，可將可動部40的位置控制在預期的位置。就伺服放大器111而言，例如，作為其主要構成可具備速度控制部11、加法器12、轉矩控制部13、速度檢測部14、負載轉矩估計部15、控制濾波器18及輸出部23。 轉矩控制部13基於轉矩指令Tr對馬達19的轉矩進行控制。位置檢測器20對馬達19的位置(旋轉位置θ)進行檢測。速度檢測部14根據由位置檢測器20檢測的位置的時間變化，對馬達19的速度(角速度ω)進行檢測。速度控制部11生成用於使由速度檢測部14檢測的角速度ω跟隨從圖中未示的前一級的控制塊所供給的速度指令ωr的反饋轉矩指令Tb。例如，速度控制部11可藉由採用使由速度檢測部14所檢測的角速度ω和從圖中未示的前一級的控制塊所供給的速度指令ωr之偏差為零的方式進行PI控制(比例控制和積分控制)來生成反饋轉矩指令Tb。 負載轉矩估計部15根據轉矩指令Tr或轉矩檢測值Tde、以及由速度檢測部14檢測的角速度ω，對馬達9承受的負載轉矩TL(施加至馬達9的負載轉矩TL)進行估計。負載轉矩估計部5例如是對負載轉矩TL進行估計的負載轉矩觀測器。負載轉矩TL的估計中使用的轉矩檢測值Tde表示由轉矩檢測部21檢測的馬達19的轉矩值。也就是說，負載轉矩TL的估計中可使用轉矩指令Tr，也可使用轉矩檢測值Tde。例如，在轉矩檢測部21不包含於伺服放大器111的情況下，轉矩指令Tr可用於負載轉矩TL的估計。以下，也將由負載轉矩估計部15估計的負載轉矩TL稱為“估計負載轉矩TLe”。 圖1所示的比較方式中，負載轉矩TL包括重力轉矩，並對負載轉矩TL進行了估計。圖2所示的第1實施方式示出了以負載轉矩TL不包括重力轉矩的方式對負載轉矩TL進行估計的情況。 重力轉矩是指，對沿具有鉛直方向分量的移動方向藉由臂部41而進行移動的可動部40上所作用的重力進行取消時所需的轉矩。馬達19藉由使經由齒輪等與馬達19的旋轉輸出軸連接的臂部41沿具有鉛直方向分量的方向(例如，上下方向)進行移動，可使與臂部41連結的可動部40沿具有鉛直方向分量的移動方向進行移動。可動部40例如是從上方對固定在載置臺上的工件W進行按壓的按壓操作部。臂部41例如可利用滾珠絲杠使可動部40沿具有鉛直方向分量的移動方向進行移動。需要說明的是，可動部40也可執行按壓動作、鉆孔動作、剪切動作等的其他工作動作。 例如，考慮臂部41是沿其延伸方向可使可動部40進行移動的滾珠絲杠的情況。假設可動部40的重心位置處所作用的重力為Fg，重力Fg中的臂部41的延伸方向(可動部40的移動方向)的重力分量為Fg’，重力轉矩為Tg，鉛直方向和臂部41的延伸方向之間的角度為α，滾珠絲杠的螺距(lead)為BP。在角度α為零的情況下，表示可動部40僅沿鉛直方向進行移動。此時，重力分量Fg’和重力轉矩Tg分別滿足如下關係。 Fg’=Fg×cosα　　　　　　　　 ･･･式2 Tg=(BP/2π)×Fg’　　　　　　　 ･･･式3 此外，假設馬達19的發生轉矩為T，馬達19和與馬達19直接或間接連接的負載機械可動部的慣性矩(慣性值)為J，馬達19的角加速度為dω/dt，馬達19承受的干擾轉矩為Td，干擾轉矩Td中所含的重力轉矩為Tg。此時，在負載轉矩TL不包括重力轉矩Tg的情況下滿足 TL=Td-Tg=T-J×dω/dt-Tg　　　　･･･式4 之關係。藉由從估計對象的負載轉矩TL去除(減去)重力轉矩Tg，可提高負載轉矩TL的估計精度。 在使用公式4對負載轉矩TL進行估計的情況下，負載轉矩估計部15例如具有干擾轉矩估計部28和減法器30。 干擾轉矩估計部28根據轉矩指令Tr或轉矩檢測值Tde、以及由速度檢測部14檢測的角速度ω，可對馬達19承受的干擾轉矩Td(施加至馬達19的干擾轉矩Td)進行估計。干擾轉矩估計部28例如是可對干擾轉矩Td進行估計的干擾轉矩觀測器。以下，也將由干擾轉矩估計部28估計的干擾轉矩Td稱為“估計干擾轉矩Tdie”。 干擾轉矩估計部28例如具有與圖1所示的負載轉矩估計部5相同的構成。此情況下，干擾轉矩估計部28與上述同樣地，藉由使用減法器7從轉矩指令Tr或轉矩檢測值Tde減去由轉矩計算部6計算的轉矩(J×dω/dt)，可對干擾轉矩Td進行估計。需要說明的是，干擾轉矩估計部28並不限定於該構成，也可為任意的公知構成。 如公式4所示，藉由從干擾轉矩Td減去重力轉矩Tg可對負載轉矩TL進行估計。因此，負載轉矩估計部15藉由使用減法器30從由干擾轉矩估計部28估計的干擾轉矩Td(估計干擾轉矩Tdie)減去重力轉矩Tg，可對負載轉矩TL進行估計。也就是說，藉由重力轉矩Tg的補償可獲得高精度的估計負載轉矩TLe。 例如，負載轉矩估計部15藉由從由干擾轉矩估計部28估計的干擾轉矩Td(估計干擾轉矩Tdie)減去一定(固定)的重力轉矩Tg，可對負載轉矩TL進行估計。在角度α被固定並且可動部40沿鉛直方向在一條直線上進行移動的情況下，由公式3可知，重力轉矩Tg為固定值。因此，可預先將一定(固定)的重力轉矩Tg保存(存儲)在伺服放大器111的內部。 或者，負載轉矩估計部15藉由從由干擾轉矩估計部28估計的干擾轉矩Td(估計干擾轉矩Tdie)減去從伺服放大器外部供給的重力轉矩Tg，也可對負載轉矩TL進行估計。由於動作狀態和/或設置條件的變化，存在可動部40的質量發生改變或角度α發生改變的情況。在外部機器122具有這樣的可變資訊的情況下，外部機器122可計算每一刻的重力轉矩Tg的值，並且每一刻的重力轉矩Tg的計算值都會從外部機器122藉由通信而被供給至伺服放大器111的負載轉矩估計部15。這樣，即使重力轉矩Tg發生了變化，伺服放大器111也可從外部機器122獲得重力轉矩Tg，並將其應用於負載轉矩TL的估計。 控制濾波器18藉由對估計負載轉矩TLe進行濾波器處理，可生成補償負載轉矩TLc。加法器12藉由使由速度控制部11生成的反饋轉矩指令Tb加上由控制濾波器18生成的補償負載轉矩TLc，可生成轉矩指令Tr。 伺服放大器111具備將與估計負載轉矩TLe相關的資訊(監視資訊)輸出至伺服放大器111的外部的輸出部23。據此，與估計負載轉矩TLe相關的資訊可被輸出至伺服放大器111的外部(例如，外部機器122)。因此，不僅能以抑制干擾為目的地將估計負載轉矩TLe反映於轉矩指令Tr的計算以用於馬達19的伺服控制，而且還可從伺服放大器111的外部(例如，外部機器122)對與估計負載轉矩TLe相關的資訊進行監視。 例如，如果由馬達19進行位置等的控制的可動部40或馬達19本身發生了異常(例如，經年劣化、異物接觸等)，則估計負載轉矩TLe也會發生變化。因此，通過在伺服放大器111的外部對從輸出部23輸出的與估計負載轉矩TLe相關的資訊進行監視，可在伺服放大器111的外部對可動部40或馬達19發生的異常進行檢測。 作為與估計負載轉矩TLe相關的資訊，例如可列舉出估計負載轉矩TLe的值、在伺服放大器111的內部基於估計負載轉矩TLe進行異常判定而獲得的結果等。 輸出部23可採用模擬輸出的方式將與估計負載轉矩TLe相關的資訊輸出至外部，也可採用有線通信或無線通信的方式將其輸出至外部。 例如，輸出部23可將估計負載轉矩TLe的值轉換為模擬電壓值並將其輸出至外部。據此，伺服放大器111的外部裝置122可根據從輸出部23輸出的模擬電壓值，對估計負載轉矩TLe的值進行檢測。另外，在輸出部23藉由預定的載波並採用通信的方式對估計負載轉矩TLe的值進行輸出的情況下，同樣地，伺服放大器111的外部裝置122藉由接收從輸出部23輸出的載波，也可對估計負載轉矩TLe的值進行檢測。例如，輸出部23可對負載轉矩的估計值進行峰值保持，並將其估計值的峰值保持值發送至伺服放大器的外部。 同理，輸出部23可將表示在伺服放大器111的內部根據估計負載轉矩TLe進行異常判定而獲得的結果(正常或異常)的資訊轉換為模擬電壓值並將其輸出至外部，還可藉由預定的載波並採用通信的方式將其輸出至外部。據此，伺服放大器111的外部裝置122藉由對從輸出部23輸出的模擬電壓或載波進行檢測，可獲取伺服放大器111進行異常判定而得到的結果。 此外，進行負載轉矩TL的估計時，如上所述，可使用馬達19和與馬達19連接的負載機械可動部的慣性矩(慣性值J)。當負載轉矩TL的估計中所使用的慣性值兼作伺服控制參數(例如，由速度控制部11進行的比例控制的控制增益A)的確定中所使用的慣性值的情況下，就負載轉矩TL的估計中所使用的慣性值而言，並不限定於一定要對其進行正確的設定。其原因在於，適於提高伺服控制的控制性的慣性值並不一定也適於提高負載轉矩TL的估計精度。此外，就伺服控制參數的確定中所使用的慣性矩比而言，即使存在一些誤差，只要不會發生伺服控制上的障礙即可，因此，存在將其設定為1、5、10倍等的概略值，並藉由自動調諧增益對其進行微調整的情況。在這樣的情況下，難以高精度地對負載轉矩TL進行估計。 關於該點，圖2所示的伺服放大器111具備對第1慣性值Jc進行設定以用於進行馬達19的控制的第1慣性值設定部24和對第2慣性值Je進行設定以用於進行負載轉矩TL的估計的第2慣性值設定部26。也就是說，設置了可分別獨立地對負載轉矩TL的估計用和馬達19的控制用的慣性值進行設定的功能。藉由設置這樣的可分別獨立地對慣性值進行設定的功能，為了進行負載轉矩TL的估計，可設定更適當的慣性值，由此可提高負載轉矩TL的估計精度。此外，由於可分別設定用於負載轉矩TL的估計和馬達19的控制的適當的慣性值，因此可同時提高伺服控制的控制精度和負載轉矩TL的估計精度。 例如，第1慣性值設定部24可根據所輸入的第1慣性值Jc對控制增益A進行自動調諧，並將自動調諧後的控制增益A設定給由速度控制部11進行的比例控制的控制增益。另一方面，第2慣性值設定部26可將所輸入的第2慣性值Je設定給在負載轉矩估計部15內用於進行負載轉矩TL的估計的慣性值J(例如，用於計算上述(J×dω/dt)的慣性值J)。 需要說明的是，就第1慣性值Jc或第2慣性值Je而言，可為由伺服放大器111所具備的慣性值估計計算功能獲得的估計值，也可為根據使用者或從伺服放大器111的外部裝置122所輸入的資訊而確定的值。 此外，圖2所示的伺服放大器111具備對第1濾波器值Kc進行設定以用於進行馬達19的控制的第1濾波器值設定部25和對第2濾波器值Ko進行設定以用於進行與估計負載轉矩TLe相關的監視資訊的輸出的第2濾波器值設定部27。也就是說，設置了可分別獨立地對用於監視資訊的輸出和用於馬達19的控制的濾波器值進行設定的功能。藉由設置這樣的可分別獨立地對濾波器值進行設定的功能，不僅可對適於馬達19的伺服控制的濾波器值進行設定，而且還可對適於伺服放大器111的外部裝置122對監視資訊進行監視的濾器值進行設定。 伺服放大器111例如具備馬達19的控制用的控制濾波器18和監視資訊的輸出用的輸出濾波器22。第1濾波器值設定部25向控制濾波器18設定所輸入的第1濾波器值Kc，第2濾波器值設定部27向輸出濾波器22設定所輸入的第2濾波器值Ko。例如，第1濾波器值Kc為控制濾波器18的響應時常數，第2濾波器值Ko為輸出濾波器22的響應時常數，但並不限定於此，也可將其設定為適於由各濾波器進行的濾波器處理的值。控制濾波器18藉由對估計負載轉矩TLe實施使用了第1濾波器值Kc的濾波器處理，可生成補償負載轉矩TLc。輸出濾波器22藉由對估計負載轉矩TLe實施使用了第2濾波器值Ko的濾波器處理，可生成適於外部監視的估計負載轉矩TLe。 需要說明的是，輸出濾波器22可為低通濾波器、帶通濾波器或高通濾波器。可設定適於外部監視的濾波器特性。 圖3是第2實施方式的伺服系統的構成例示圖。圖3所示的伺服系統140具備伺服放大器121和外部機器122。需要說明的是，就與上述實施方式相同的構成和效果的說明而言，這裡援引上述說明，並對其進行了省略或簡略。 第2實施方式在負載轉矩估計部15的構成這點上與第1實施方式不同。第2實施方式中，負載轉矩估計部15藉由使用高通濾波器32從由干擾轉矩估計部28估計的干擾轉矩Td(估計干擾轉矩Tdie)減去重力轉矩Tg，可對負載轉矩TL進行估計。就高通濾波器32而言，輸入干擾轉矩Td，並對所輸入的干擾轉矩Td中包含的重力轉矩Tg進行減衰，由此可輸出重力轉矩Tg的成分被進行了減衰的估計負載轉矩TLe。在重力轉矩Tg的頻率成分為直流成分的情況(例如，如上所述，重力轉矩Tg為固定值的情況)下，藉由對干擾轉矩Td實施基於高通濾波器32的濾波器處理，可獲得相當於重力轉矩Tg的直流成分被進行了減衰的估計負載轉矩TLe。 圖4是估計負載轉矩中包括重力轉矩的情況下的各波形的例示圖，示出了比較方式中的負載轉矩估計部5對負載轉矩TL進行估計的情況。圖5是估計負載轉矩中不包括重力轉矩的情況下的各波形的例示圖，示出了第1或第2實施方式中的負載轉矩估計部15對負載轉矩TL進行估計的情況。圖4和圖5中，“速度”表示可動部40對金屬的工件W進行按壓時的按壓速度(或角速度ω)，“負載轉矩”表示在伺服放大器的內部所計算的估計負載轉矩TLe。 圖4的情況下，藉由下降動作對金屬進行了按壓，故下支點付近被施加了負載轉矩，但估計負載轉矩TLe中包含了20%左右的重力轉矩Tg，故無法高精度地對負載轉矩(此情況下為按壓轉矩)進行監視。另一方面，圖5的情況下，估計負載轉矩TLe中不包含重力轉矩Tg，故可將估計負載轉矩TLe表示為以零基準進行變化的量，由此可精確且直觀地對按壓轉矩進行監視。 圖6是第3實施方式的伺服系統的構成例示圖。圖6所示的伺服系統160具備伺服放大器131和外部機器122。需要說明的是，就與上述實施方式相同的構成和效果的說明而言，這裡援引上述說明，並對其進行了省略或簡略。 第3實施方式在負載轉矩估計部15基於馬達19的速度指令ωr對負載轉矩TL進行估計這點上與基於馬達19的速度檢測值(由速度檢測部14檢測的角速度ω)對負載轉矩TL進行估計的上述實施方式不同。干擾轉矩估計部28基於速度指令ωr對干擾轉矩Td進行估計，據此，負載轉矩估計部15可對負載轉矩TL進行估計。 例如，圖1所示的負載轉矩TL的計算中，使用了速度檢測部14對由位置檢測器20檢測的旋轉位置θ進行微分而獲得的角速度ω。然而，由位置檢測器20檢測的旋轉位置θ中含有噪音成分，故對其進行微分時，容易在角速度ω中出現較大的噪音成分。尤其是存在如果慣性值較大則會出現不適於進行監視的噪音成分的情況。如果進一步對由速度檢測部14獲得的角速度ω進行微分以獲得角加速度dω/dt，則噪音成分可能會進一步增大。 與此相對地，圖6所示的負載轉矩估計部15使用對由速度指令ωr所指令的速度(指令速度)進行微分而獲得的角加速度dω/dt來計算負載轉矩TL。由速度指令ωr所指令的速度(指令速度)是伺服放大器131的內部值，故噪音成分較少。因此，藉由使用由速度指令ωr所指令的速度(指令速度)，能夠進行噪音較少的高精度的監視。 需要說明的是，就圖6所示的負載轉矩估計部15而言，如圖3所示，也可使用高通濾波器32來估計負載轉矩TL。 圖7是負載轉矩的估計中使用了反饋速度(由速度檢測部14所檢測的角速度ω)的情況下的各波形的例示圖。圖8是負載轉矩的估計中使用了指令速度(由速度指令ωr所指令的速度)的情況下的各波形的例示圖。 圖7的情況下，由於使用了反饋速度的微分，故可隨著基於實際負載的負載轉矩TL的施加時的角速度ω的變化，立即計算出估計負載轉矩TLe。另一方面，如圖8所示，在使用了指令速度的微分的情況下，基於實際負載的負載轉矩TL的施加時的角速度ω的變化並沒有反應至負載轉矩TL的估計。為此，隨著作為速度控制的結果的轉矩指令Tr的上升，估計負載轉矩TLe也上升。也就是說，估計負載轉矩TLe的響應速度取決於速度控制的響應速度。然而，速度控制的響應通常為30~100Hz左右(換算至時間常數後約為5~1ms左右)，這非常快，故實際應用中沒有問題。 另外，圖5中例示的估計負載轉矩TLe的波形中，為了使外部機器122可從由輸出部23輸出的估計負載轉矩TLe中檢測其峰值，需要1ms左右的采樣。在藉由匯流排(bus)通信進行該峰值檢測的情況下，要求以大約1ms的方式進行匯流排通信，故外部機器122側的峰檢測需要較高的精度，不容易進行高精度的峰值檢測。 因此，就各實施方式中的輸出部23而言，例如，如圖9所示，每次對負載轉矩TL的估計值進行峰值保持並將其估計值的峰值保持值發送至伺服放大器的外部時都進行重置(reset)，由此可再次對負載轉矩TL的估計值進行峰值保持。輸出部23在藉由匯流排通信進行發送和接收的期間對估計負載轉矩TLe進行峰值保持，在發送時將最新的峰值保持值發送至外部機器122，並對內部的峰值保持值進行重置。據此，例如即使在以大約5ms的方式進行匯流排通信的情況下，外部機器122也可無遺漏地進行峰值檢測。因此，即使是數據(data)更新較遲的系統，外部機器122也可無遺落地獲取估計負載轉矩TLe的峰值，並根據估計負載轉矩TLe高精度地實施馬達19等的異常判定。 作為要求在外部機器122側對峰值轉矩進行檢測的例子，例如具有如下情況等。 ・機械的一個周期的資訊僅存在於外部機器122側，並且也不知曉伺服放大器側應該檢測哪個區間的峰值的情況； ・用於確定將一個周期內的多個峰值中的哪個峰值應用於異常判定的條件僅存在於外部機器122側的情況。 或者，各實施方式中的輸出部23也可對負載轉矩TL的估計值進行時間積分，並將其估計值的時間積分值發送至伺服放大器的外部。據此，即使估計負載轉矩TLe的峰值的正常時和異常時的差較小，外部機器122根據從輸出部23供給的時間積分值也可高精度地實施馬達19等的異常判定。 圖12是對負載轉矩的估計值進行了時間積分的情況下的各波形的例示圖，示出了在將本實施方式的伺服系統應用於按壓機械的情況下的速度和負載轉矩的波形的正常時和異常時的比較結果。圖12中，“速度”表示可動部40對金屬的插座端子進行按壓時的按壓速度(或角速度ω)，“負載轉矩”表示伺服放大器的內部所計算的估計負載轉矩TLe。圖12中，“正常”表示插座端子60和電線51的壓接為正常的情況(參照圖10)，“異常”表示插座端子60和電線51的壓接為異常的情況(參照圖11)。 圖10示出了，按壓機械的可動部40與藉由剝掉電線51的前端部的覆蓋物52而露出的導線53一起對插座端子60的根部61進行按壓，由此導線53和根部61被進行了壓接的正常狀態。圖11示出了，按壓機械的可動部40在電線51的前端部的覆蓋物52沒有被剝掉而是覆蓋了導線53的狀態下對插座端子60的根部61進行按壓，由此電線51和根部61被進行了壓接的異常狀態。 圖12中例示的異常波形中，由於是在覆蓋物52覆蓋了電線51的狀態下進行了壓接，故異物(覆蓋物52)的存在導致估計負載轉矩TLe與正常波形相比，較早地在負側進行了變大。輸出部23例如在角速度ω低於預定的速度閾值ωa (例如，-200rpm)且估計負載轉矩TLe低於預定的轉矩閾值TLa(例如，-20%)的期間進行了估計負載轉矩TLe的時間積分。當在該條件下進行時間積分的情況下，就輸出部23而言，異常時在期間t1-t3內進行時間積分，正常時在期間t2-t3內進行時間積分。由此可明顯地判別出異常時和正常時的時間積分值(相當於圖12的陰影部分的面積)的不同。這樣，即使在藉由估計負載轉矩TLe的峰值難以進行判別的情況下，藉由採用時間積分值進行比較，也可容易地進行馬達19等的異常判定。 如此，根據上述實施方式可知，由於與所估計的負載轉矩TL相關的監視資訊被進行了外部輸出，故可對與所估計的負載轉矩相關的資訊進行外部監視。 需要說明的是，上述實施方式中，就伺服放大器所具備的估計轉矩估計部等的各部分的功能而言，可藉由處理器(例如，CPU(Central Processing Unit))執行以可讀方式存儲在存儲器中的程式(program)而實現。 以上盡管藉由實施方式對伺服放大器和伺服系統進行了說明，但本發明並不限定於上述實施方式。在本發明的範圍內，還可進行諸如針對其他實施方式的一部分或全部與其進行組合或對其進行置換等的各種各樣的變形和改良。
15:負載轉矩估計部 18:控制濾波器 22:輸出濾波器 23:輸出部 24:第1慣性值設定部 25:第1濾波器值設定部 26:第2慣性值設定部 27:第2濾波器值設定部 28:干擾轉矩估計部 29:摩擦轉矩估計部 30:減法器 32:高通濾波器 40:可動部 100,120,140,160:伺服系統 111,121,131:伺服放大器 122:外部機器
[圖1]一比較方式的伺服系統的構成例示圖。 [圖2]第1實施方式的伺服系統的構成例示圖。 [圖3]第2實施方式的伺服系統的構成例示圖。 [圖4]估計負載轉矩中包括重力轉矩的情況下的各波形的例示圖。 [圖5]估計負載轉矩中不包括重力轉矩的情況下的各波形的例示圖。 [圖6]第3實施方式的伺服系統的構成例示圖。 [圖7]負載轉矩的估計中使用了反饋速度的情況下的各波形的例示圖。 [圖8]負載轉矩的估計中使用了指令速度的情況下的各波形的例示圖。 [圖9]對負載轉矩的估計值進行了峰值保持(peak hold)的情況下的各波形的例示圖。 [圖10]端子和電線的壓接為正常狀態的示意圖。 [圖11]端子和電線的壓接為異常狀態的示意圖。 [圖12]對負載轉矩的估計值進行了時間積分的情況下的各波形的例示圖。
120:伺服系統
122:外部機器
111:伺服放大器
11:速度控制部
12:加法器
13:轉矩控制部
14:速度檢測部
15:負載轉矩估計部
18:控制濾波器
19:馬達
20:位置檢測器
21:轉矩檢測部
22:輸出濾波器
23:輸出部
24:第1慣性值設定部
25:第1濾波器值設定部
26:第2慣性值設定部
27:第2濾波器值設定部
28:干擾轉矩估計部
30:減法器
40:可動部
41:臂部
Jc:第1慣性值
Kc:第1濾波器值
Je:第2慣性值
Ko:第2濾波器值
ωr:速度指令
A:控制增益
ω:角速度
θ:旋轉位置
Tb:反饋轉矩指令
TLc:補償負載轉矩
Tg:重力轉矩
Tdie:估計干擾轉矩
TLe:估計負載轉矩
Tr:轉矩指令
Tde:轉矩檢測值
TL:負載轉矩
Td:干擾轉矩
W:工件

Claims (12)

  1. 一種伺服放大器，具備：轉矩控制部，根據使可動部沿具有鉛直方向分量的移動方向進行移動的馬達的轉矩指令，對所述馬達的轉矩進行控制；干擾轉矩估計部，對所述馬達所承受的干擾轉矩進行估計；負載轉矩估計部，從由所述干擾轉矩估計部所估計的所述干擾轉矩減去由作用在所述可動部上的重力所產生的重力轉矩，由此對所述馬達所承受的負載轉矩進行估計；及輸出部，將與由所述負載轉矩估計部所估計的所述負載轉矩相關的資訊輸出至伺服放大器的外部，所述負載轉矩估計部從由所述干擾轉矩估計部所估計的所述干擾轉矩減去固定的所述重力轉矩，由此對所述負載轉矩進行估計。
  2. 如請求項1所述的伺服放大器，其中，所述負載轉矩估計部從由所述干擾轉矩估計部所估計的所述干擾轉矩減去從伺服放大器外部所供給的所述重力轉矩，由此對所述負載轉矩進行估計。
  3. 如請求項1所述的伺服放大器，其中，所述負載轉矩估計部利用高通濾波器從由所述干擾轉矩估計部所估計的所述干擾轉矩減去所述重力轉矩，由此對所述負載轉矩進行估計。
  4. 如請求項1至3中的任一項所述的伺服放大器，還具備：速度控制部，基於所述馬達的速度指令生成所述轉矩指令，其中，所述負載轉矩估計部根據所述速度指令對所述負載轉矩進行估計。
  5. 如請求項4所述的伺服放大器，其中，所述負載轉矩估計部藉由所述干擾轉矩估計部根據所述速度指令估計所述干擾轉矩，對所述負載轉矩進行估計。
  6. 一種伺服放大器，具備：速度控制部，根據使可動部沿具有鉛直方向分量的移動方向進行移動的馬達的速度指令，生成所述馬達的轉矩指令；轉矩控制部，根據所述轉矩指令，對所述馬達的轉矩進行控制；負載轉矩估計部，根據所述速度指令，對所述馬達所承受的負載轉矩進行估計，使用所述速度指令的微分估計負載轉矩；及輸出部，將與由所述負載轉矩估計部所估計的所述負載轉矩相關的資訊輸出至伺服放大器的外部。
  7. 如請求項1至3中的任一項所述的伺服放大器，其中，所述輸出部對所述負載轉矩的估計值進行峰值保持， 並將所述估計值的峰值保持值發送至伺服放大器的外部。
  8. 如請求項7所述的伺服放大器，其中，所述輸出部在每次將所述峰值保持值發送至伺服放大器的外部時都對所述峰值保持值進行重置，並再次對所述負載轉矩的估計值進行峰值保持。
  9. 如請求項1至3中的任一項所述的伺服放大器，其中，所述輸出部對所述負載轉矩的估計值進行時間積分，並將所述估計值的時間積分值發送至伺服放大器的外部。
  10. 如請求項1至3中的任一項所述的伺服放大器，其中，所述負載轉矩估計部對所述可動部的按壓動作時的所述負載轉矩進行估計。
  11. 一種伺服系統，具備伺服放大器和設置在所述伺服放大器的外部的外部機器，其中，所述伺服放大器具備：轉矩控制部，根據使可動部沿具有鉛直方向分量的移動方向進行移動的馬達的轉矩指令，對所述馬達的轉矩進行控制；干擾轉矩估計部，對所述馬達所承受的干擾轉矩進行估計；負載轉矩估計部，從由所述干擾轉矩估計部所估計的所述干擾轉矩減去由作用在所述可動部上的重力所產生的重力轉矩，由此對所述馬達所承受的負載轉矩進行估計； 及輸出部，將與由所述負載轉矩估計部所估計的所述負載轉矩相關的資訊輸出至伺服放大器的外部，所述負載轉矩估計部從由所述干擾轉矩估計部所估計的所述干擾轉矩減去固定的所述重力轉矩，由此對所述負載轉矩進行估計。
  12. 一種伺服系統，具備伺服放大器和設置在所述伺服放大器的外部的外部機器，其中，所述伺服放大器具備：速度控制部，根據使可動部沿具有鉛直方向分量的移動方向進行移動的馬達的速度指令，生成所述馬達的轉矩指令；轉矩控制部，根據所述轉矩指令，對所述馬達的轉矩進行控制；負載轉矩估計部，根據所述速度指令，對所述馬達所承受的負載轉矩進行估計，使用所述速度指令的微分估計負載轉矩；及輸出部，將與由所述負載轉矩估計部所估計的所述負載轉矩相關的資訊輸出至伺服放大器的外部。
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