驅動機械的負荷特性推測裝置制造方法

驅動機械的負荷特性推測裝置制造方法
【專利摘要】實施方式的驅動機械的負荷特性推測裝置具備：動作指令生成部5，生成針對驅動機械3的位置、速度的動作指令；驅動力指令生成部1，生成驅動力指令，以使驅動機械的動作跟隨動作指令；驅動部2，產生與驅動力指令對應的驅動力而對驅動機械進行驅動；符號判定部101，根據驅動機械的驅動速度，判定驅動機械是正轉動作、逆轉動作、和停止中的哪一個狀態；負荷驅動力推測部102，根據驅動力指令，計算作為對驅動機械施加的負荷驅動力的推測值的負荷驅動力信號；正轉負荷運算部103，在判定結果是正轉動作時，計算負荷驅動力信號的逐次的平均值；以及逆轉負荷運算部104，在判定結果是逆轉動作時，計算負荷驅動力信號的逐次的平均值。
【專利說明】驅動機械的負荷特性推測裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及針對工作機械、機器人等使用了馬達等驅動裝置的驅動機械進行摩擦等負荷的特性的推測的驅動機械的負荷特性推測裝置。
【背景技術】
[0002]在工作機械、機器人中的使用了伺服馬達等驅動裝置的驅動機械中，為了老化、故障這樣的機械系的診斷以及掌握特性變化，考慮推測并利用驅動機械的摩擦等負荷特性。
[0003]對進行機械系的特性變動的掌握的以往技術之一進行說明(參照專利文獻I)。在該以往技術中，針對驅動機械的動作，預先制作速度梯形波指令，根據該速度指令使馬達動作，保存針對指令的最大馬達速度時(即恒定速度時)的馬達速度和轉矩指令。在使用最大速度不同的多個速度梯形波來保存了該馬達速度和轉矩指令之后，在監視器中顯示該馬達速度和轉矩指令。另外，使用所保存的多個馬達速度ω和轉矩指令Tr，對驅動機械的粘性系數和靜摩擦進行識別(identify)，用作表示機械系的特性的指標。
[0004]示出了如下方法:將使用該最大馬達速度不同的多個速度梯形波來測定的多個馬達速度ω以及轉矩指令Tr的數據、和根據這些數據推測的粘性系數及靜摩擦，在如初始運轉之后、在其I周之后、I個月之后定期地保存，比較粘性系數和靜摩擦的值與廠商指定的值，從而掌握驅動機械的特性的變動，判定正常、異常。
[0005]接下來，對逐次地推測驅動機械的摩擦的以往技術之一進行說明(參照專利文獻2)。在該以往技術中，包括:干擾觀測器部，輸入驅動機械的轉矩指令Tr和馬達速度ω，輸出作為從外部對馬達施加的轉矩的干擾轉矩Td (在本專利中相當于負荷轉矩)的推測值即干擾推測值TcT ;干擾轉矩推測部，輸入干擾推測值TcT和馬達速度ω，運算如以下所示的式(I)那樣用依賴速度的一次式`模型近似了干擾轉矩Td時的干擾轉矩模型Tdm的粘性系數D和常數項C ；以及慣量識別部，輸入干擾轉矩推測部的輸出和轉矩指令Tr及馬達速度ω，對慣量Jn進行識別。
[0006][式I]
[0007]

iD = D C = C (ω > O)
Tj = η-ω + C 廣 pP1 ~ } …
*』湖|置iI.* ? ? % I
^D = Dn C = €?(?< O) 111
[0008]在干擾觀測器部中，根據由慣量識別部識別的慣量識別值Jn和作為馬達速度ω的時間差分值的馬達加速度a，從轉矩指令去除慣量的加減速所需的轉矩分量，輸出摩擦、重量負荷等對驅動機械施加的干擾的推測值即干擾推測值TcT。此處，如果在慣量的實際的值J與慣量推測值Jn之間有誤差，則干擾推測值TcT如以下的式(2)所示，具有第二項的慣量誤差干擾。另外，在驅動機械并非單純的剛體的情況下，也同樣地在TcT中發生誤差。
[0009]TcT=Td+ (J-Jn).a...(2)
[0010]接下來，在干擾轉矩推測部中，針對如式(I)那樣用依賴于速度的一次式近似了干擾轉矩Td的干擾轉矩模型Tdm應用自適應識別法則，分別逐次運算并推測馬達速度ω為正的情況的粘性系數Dp和常數項Cp、馬達速度為負的情況的粘性系數Dn和常數項Cn。此處，常數項C是將穩定的重力負荷引起的轉矩分量、和依賴于馬達的動作方向的庫侖摩擦引起的轉矩分量合起來而得到的。
[0011]已經提出了通過以上說明那樣的步驟推測粘性項和常數項的技術。此處，關于上述以往技術中的推測的速度，推測干擾的變化相對馬達速度ω的變化的特性，所以通常按照與馬達的速度變化對應的速度、即與加減速的時間常數等同或者其以下的短的時間常數進行推測。另外，如果在慣量推測值Jn中有誤差，則如上所述，在干擾推測值TcT中發生誤差，所以在用粘性項D和常數項C表示的干擾轉矩模型Tdm的推測結果中也產生誤差。針對這樣的問題，在以往技術中，還提出了如下改良:根據式(2)，加速度a越大，干擾推測值TcT的誤差越大，所以僅在加速度a小于規定的閾值的情況下，執行干擾轉矩模型Tdm的粘性項D和常數項C的推測，從而減小推測誤差。
[0012]現有技術文獻
[0013]專利文獻
[0014]專利文獻1:日本特開2009-68950號公報
[0015]專利文獻2:日本特開2007-129789號公報

【發明內容】

[0016]發明所要解決的技術問題
[0017]但是，在上述專利文獻I記載的以往技術中，通過使用了驅動機械的多個速度梯形波的最高速度、即驅動機械的多個不同的恒定速度狀態的馬達速度和轉矩指令的信息的離線處理，推測驅動機械的摩擦而用于掌握機械系的特性變化。但是，需要使機械暫時停止而進行多個規定的動作，所以存在如下問題:需要用于進行專用的運轉動作的工夫、時間，使用用途被限定。
[0018]另外，在專利文獻2記載的以往技術中，逐次地求出驅動機械中的摩擦等負荷特性，作為與速度成比例的粘性項的粘性系數和僅依賴于速度的符號的常數項。但是，考慮為在將該以往技術用于掌握驅動機械的老化、故障這樣的機械系的特性變化的情況下，如以下那樣有幾個問題。
[0019]在該以往技術中，使用根據馬達的轉矩指令、馬達加速度、以及機械系的慣量推測值而計算的干擾推測值，逐次地推測速度變化與摩擦的關系。因此，存在如下問題:由于慣量推測值的誤差，或者驅動機械并非剛體而其剛性低的情況下，由于其模型化誤差，特別在高加速度動作時，推測誤差變大，難以穩定地推測。為了避免該問題，通過僅在閾值以下的加速度的情況下執行推測而減小推測誤差的改良方法也記載于專利文獻2中。但是，在該情況下，如果不根據驅動機械的運轉條件適合地設定閾值，則無法進行良好的推測。因此，存在如下問題:難以與各種運轉條件對應地，穩定地推測摩擦這樣的機械系固有的負荷特性。
[0020]另外，在上述以往技術中，用依賴速度的一次式模型來近似驅動機械的負荷特性，使用自適應識別法則計算粘性系數和常數項。但是，在實際的負荷特性與用依賴速度的一次式近似的模型間有誤差，特別在低速運轉時，由一次式模型近似的精度惡化而誤差變大。其結果，在速度的大小這樣的變化、低速運轉和高速運轉混合存在那樣的運轉條件中，負荷特性的推測結果變化。這樣，在以往技術中，存在如下矛盾:盡管是相同的機械，但根據運轉條件而推測的負荷特性也變化。本來，應為機械系統固有的負荷特性的摩擦的推測結果與運轉條件一起變動，難以以能夠掌握其隨著時間的變動的方式、穩定地進行推測。因此，存在如下問題:無法用于機械系統的診斷、特性變化的掌握這樣的用途。
[0021]本發明是鑒于這樣的問題而完成的，其目的在于提供一種可用于多重用途的驅動機械的負荷特性推測裝置，在使用了馬達等的驅動機械中，能夠應對速度的大小、加減速時間的大小這樣的各種運轉條件及其變化，同時以還能夠掌握其隨著時間的變動的方式，對驅動機械的摩擦這樣的機械系統固有的負荷特性穩定地進行定量化來進行推測，而還能夠用于驅動機械的診斷、特性變化的掌握。
[0022]解決技術問題的技術方案
[0023]為了解決上述技術問題并達成目的，本發明的驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于，具備:動作指令生成部，生成包括針對驅動機械的位置的動作的指令或者針對速度的動作的指令的動作指令；驅動力指令生成部，生成驅動力指令，以使所述驅動機械的動作跟隨所述動作指令；驅動部，生成與所述驅動力指令對應的驅動力來驅動所述驅動機械；符號判定部，根據所述驅動機械的驅動速度，判定所述驅動機械是正轉動作狀態、逆轉動作狀態、和停止狀態中的哪一個狀態；負荷驅動力推測部，根據所述驅動力指令或者表示所述驅動力的信號，計算作為對所述驅動機械施加的負荷驅動力的推測值的負荷驅動力信號；正轉負荷運算部，在所述符號判定部的判定的結果是正轉動作狀態的情況下，計算所述負荷驅動力信號的逐次的平均值；以及逆轉負荷運算部，在所述符號判定部的判定的結果是逆轉動作狀態的情況下，計算所述負荷驅動力信號的逐次的平均值。
[0024]發明效果
[0025]根據本發明的驅動機械的負荷特性推測裝置，起到如下效果:無需使驅動機械進行專用的動作，就能夠在通常的運轉動作中穩定地推測對驅動機械施加的負荷的特性。另夕卜，其推測結果能夠應用于驅動機械的診斷、特性變化的掌握等廣泛的用途。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是示出本發明的實施方式I的驅動機械的負荷特性推測裝置的結構的框圖。
[0027]圖2是示出圖1中記載的正轉平均值運算部的結構的框圖。
[0028]圖3是示出圖1中記載的逆轉平均值運算部的結構的框圖。
[0029]圖4是示出表示驅動速度vm與負荷轉矩Td的時間變化的關系的波形的圖。
[0030]圖5是示出表示驅動速度vm與負荷轉矩信號TcT的時間變化的關系的波形的圖。
[0031]圖6是示出由自適應識別法則推測粘性系數和常數項的推測結果的例子的圖。
[0032]圖7是示出由本發明的實施方式I的負荷特性推測裝置得出的推測結果的例子的圖。
[0033]圖8是示出由實施方式I的輸出結果判定部得出的推測結果的判定例的圖。
[0034]圖9是示出本發明的實施方式2的驅動機械的負荷特性推測裝置的結構的框圖。
[0035]圖10是示出通過速度閾值分割驅動速度所得的各推測區間的情形的圖。
[0036]圖11是示出用一次式模型近似通過速度閾值分割的各推測區間中的推測結果的情形的圖。
[0037](符號說明)
[0038]1:轉矩指令生成部；2:驅動部；3:驅動機械；4:速度檢測器；5:動作指令生成部；100,200:驅動機械的負荷特性推測裝置；101:符號判定部；102:負荷轉矩推測部；103:正轉平均值運算部；103a:正轉速度運算部；103b:正轉負荷運算部；104:逆轉平均值運算部；104a:逆轉速度運算部；104b:逆轉負荷運算部；105:輸出結果判定部；106:動作區間判定部；107:分割區間平均值運算部；205:摩擦系數推測部。
【具體實施方式】[0039]以下，根據附圖，對本發明的驅動機械的負荷特性推測裝置的實施方式詳細地進行說明。另外，本發明不限于該實施方式。
[0040]實施方式1.[0041]圖1是示出本發明的實施方式I的驅動機械的負荷特性推測裝置100的結構的框圖。
[0042]在圖1中，動作指令生成部5生成針對工作機械、機器人等驅動機械3的位置、速度的動作指令Ipv。動作指令Ipv包括針對驅動機械3的位置的動作的指令、針對速度的動作的指令、或者針對位置以及動作的動作的指令。轉矩指令生成部I (驅動力指令生成部)生成使驅動機械3跟隨動作指令Ipv那樣的轉矩指令Tr (驅動力指令)。
[0043]驅動部2由例如馬達等驅動裝置構成，通過產生與轉矩指令Tr對應的驅動轉矩Tm(驅動力)來驅動驅動機械3。速度檢測器4檢測并輸出驅動機械3的驅動速度vm。關于驅動速度vm，在本實施方式I中檢測并使用驅動機械3的速度，但只要它是表示由馬達等構成的驅動機械3的速度的信號即可，也可以直接檢測并使用例如驅動部2的旋轉速度。
[0044]負荷特性推測裝置100是包括符號判定部101、負荷轉矩推測部102 (負荷驅動力推測部)、正轉平均值運算部103、逆轉平均值運算部104、以及輸出結果判定部105的結構。對負荷特性推測裝置100，輸入驅動速度vm和轉矩指令Tr，如后述那樣輸出判定了驅動機械3的運轉狀態的正常、異常的診斷結果R。
[0045]接下來，對負荷特性推測裝置100的各結構部進行說明。
[0046]符號判定部101接收驅動速度vm作為輸入，判定驅動機械3處于正轉動作狀態、逆轉動作狀態、或者停止狀態中的哪個工作狀態，輸出包括表示是這3個工作狀態中的哪一個狀態的工作信息的符號判定信號sgn(vm)。例如，針對正轉動作狀態分配I的數值、針對逆轉動作狀態分配一 I的數值、針對停止狀態分配O的數值，作為sgn (vm)的輸出值。
[0047]負荷轉矩推測部102接收轉矩指令Tr和驅動速度vm作為輸入，輸出作為從外部對驅動機械3施加的摩擦等負荷量的轉矩的負荷轉矩Td的推測值即負荷轉矩信號(負荷驅動力信號)Td'輸出如以下的式(3)所示從轉矩指令Tr去除加減速工作所需的轉矩分量而得到的轉矩分量，作為負荷轉矩信號Td'
[0048]TcT=Tr-Jn.s.vm...(3)
[0049]此處，Jn表示驅動機械3的慣量推測值，s表示拉普拉斯算子，s.vm表示對驅動速度vm用拉普拉斯算子進行微分而得到的驅動加速度。關于慣量推測值Jn，使用在本實施方式的負荷特性推測裝置100動作之前事先通過最小二乘法等推測所得的值、與本實施方式的動作平行地逐次地推測而得到的值即可。另外，關于向負荷轉矩推測部102的輸入的轉矩指令Tr，是與驅動轉矩Tm對應的信號即可，也可以用例如驅動轉矩Tm的檢測值、驅動部2中的馬達電流這樣的信號來代用。
[0050]正轉平均值運算部103根據符號判定信號sgn (vm)、驅動速度vm、以及負荷轉矩信號Td'輸出作為對驅動機械3正轉的時間區間(正轉動作區間)中的驅動速度vm進行逐次的平均化運算而得到的結果的正轉速度平均值vmp、和作為對正轉動作區間中的負荷轉矩信號TcT進行逐次的平均化運算而得到的結果的正轉負荷推測值Tdp。關于其運算將后述。
[0051]逆轉平均值運算部104根據符號判定信號sgn (vm)、驅動速度vm、以及負荷轉矩信號Td'輸出作為對驅動機械3逆轉的時間區間(逆轉動作區間)中的驅動速度vm進行逐次的平均化運算而得到的結果的逆轉速度平均值vmn、和作為對逆轉動作區間中的負荷轉矩信號TcT進行逐次的平均化運算而得到的結果的逆轉負荷推測值Tdn。關于其運算將后述。
[0052]對輸出結果判定部105，輸入作為正轉平均值運算部103的輸出的正轉速度平均值vmp、正轉負荷推測值Tdp、和作為逆轉平均值運算部104的輸出的逆轉速度平均值vmn、逆轉負荷推測值Tdn，根據這些輸入進行驅動機械3的異常、劣化的判定，輸出其診斷結果信號R。
[0053]接下來，使用圖2、圖3，說明正轉平均值運算部103和逆轉平均值運算部104的運
笪`
ο
[0054]首先，圖2是示出正轉平均值運算部103的結構的圖。在該圖中，對正轉速度運算部103a輸入符號判定信號sgn (vm)和驅動速度vm，在例如以下的(4)式所示的傳遞函數中，使用設定了作為充分長的時間常數的平均化時間常數T的平均化濾波器F (S)，在根據符號判定信號sgn (vm)判斷的驅動機械3的正轉動作區間中，對驅動速度vm進行逐次地平均化的運算，將其結果作為正轉速度平均值vmp輸出。
[0055]F (s) =1/ (T.s+1)...(4)
[0056]在其它時間區間中使處理停止而保持正轉速度平均值vmp的值。此處，關于上述平均化時間常數T，預先設定為從驅動機械3的起動至停止的I次動作所需的時間(動作時間)例如動作時間的10倍或者20倍這樣的充分長的值。
[0057]另外，對正轉負荷運算部103b輸入符號判定信號sgn (vm)和負荷轉矩信號Td~,使用具有與正轉速度運算部103a相同的特性的、(4)式所示的平均化濾波器F (S)，在根據符號判定信號sgn (vm)判斷的驅動機械3的正轉動作區間中，對負荷轉矩信號TcT進行逐次地平均化的運算，將其結果作為正轉負荷推測值Tdp輸出。在其它時間區間中使處理停止而保持正轉負荷推測值Tdp的值。
[0058]圖3是示出逆轉平均值運算部104的結構的圖。在該圖中，對逆轉速度運算部104a輸入符號判定信號sgn (vm)和驅動速度vm，使用與在正轉平均值運算部103中使用的濾波器相同的平均化濾波器F (S)，在根據符號判定信號sgn (vm)判斷的驅動機械3的逆轉動作區間中，進行對驅動速度vm逐次地進行平均化的運算，將其結果作為逆轉速度平均值vmn輸出。在其它時間區間中使處理停止而保持逆轉速度平均值vmn的值。
[0059]另外，對逆轉負荷運算部104b輸入符號判定信號sgn (vm)和負荷轉矩信號Td~,使用具有與逆轉速度運算部104a相同的特性的平均化濾波器F (S)，在根據符號判定信號sgn (vm)判斷的驅動機械3的逆轉動作區間中，進行對負荷轉矩信號TcT逐次地進行平均化的運算，將其結果作為逆轉負荷推測值Tdn輸出。在其它時間區間中使處理停止而保持逆轉負荷推測值Tdn的值。
[0060]接下來，使用圖4至圖8，說明能夠根據正轉平均值運算部103和逆轉平均值運算部104的輸出結果，穩定地推測驅動機械3固有的負荷特性作為平均的速度和負荷轉矩的值的組。
[0061]圖4是示出在適合地控制驅動機械3的位置、速度的同時，進行了某規定的動作的情況的時間響應波形的圖。圖4 (a)中的實線是驅動機械3的驅動速度vm的波形，虛線是作為正轉速度運算部103a的輸出的正轉速度平均值vmp，點線是作為逆轉速度運算部104a的輸出的逆轉速度平均值vmn的波形。圖4 (b)中的實線是驅動機械3的負荷轉矩Td的波形，虛線是作為正轉負荷運算部103b的輸出的正轉負荷推測值Tdp，點線是作為逆轉負荷運算部104b的輸出的逆轉負荷推測值Tdn的波形。此處，關于負荷轉矩Td，為了簡化說明，與后述一次式模型的特性近似地顯示。
[0062]在如圖4 (b)中的實線那樣，用依賴速度的一次式模型來近似負荷轉矩Td的情況下，能夠用以下所示的式(5)來表示。此處，D是與速度成比例的粘性系數，C是依賴于動作方向的庫侖摩擦，g是對驅動機械3施加的重力所引起的重力負荷。
[0063]Td=D.vm+C.sgn (vm) +g...(5)
[0064]根據驅動機械3的驅動速度vm的符號，用以下所示的式(5a)或者(5b)，表示式
(5)所示的負荷轉矩Td。
[0065]Td=Dp.vm+Cp (vm>0)...(5a)
[0066]Td=Dn.vm+Cn (vm<0)...(5b)
[0067]此處，Dp和Cp分別是驅動速度vm的符號為正的情況下的粘性系數和常數項，Dn和Cn分別是驅動速度vm的符號為負的情況下的粘性系數和常數項。常數項Cp以及Cn分別表示驅動速度的符號為正時的庫侖摩擦與重力負荷的和、以及驅動速度的符號為負時的庫侖摩擦與重力負荷的和，一并地表示驅動機械3固有的負荷特性。以下，根據情況，將該負荷特性稱為摩擦特性。
[0068]此處，關于輸入到正轉負荷運算部103b和逆轉負荷運算部104b的負荷轉矩信號Td~,以下為了簡化說明，假設為該負荷轉矩信號TcT和驅動機械3的負荷轉矩Td —致時，通過使平均化濾波器F (S)作用于上述式(5a)以及(5b)，用以下所示的式(6a)以及(6b)表示作為正轉負荷運算部103b的輸出的正轉負荷推測值Tdp和作為逆轉負荷運算部104b的輸出的逆轉負荷推測值Tdn。
[0069]Tdp=F (s).Dp.vm+F (s).Cp (vm>0)...(6a)
[0070]Tdn=F (s).Dn.vm+F (s).Cn (vm<0)...(6b)
[0071]另外，用以下的式(7a)以及(7b)表示作為正轉速度運算部103a的輸出的正轉速度平均值vmp與作為逆轉速度運算部104a的輸出的逆轉速度平均值vmn。
[0072]vmp=F (s).vm (vm>0)...(7a)
[0073]vmn=F (s).vm (vm<0)...(7b)
[0074]示出式(6a)以及(6b)的運算波形的圖形為圖4 (b)中的虛線和點線，示出式(7a)以及(7b)的運算波形的圖形為圖4 Ca)中的虛線和點線。
[0075]式(6a)以及(6b)的右邊第一項的Dp、Dn是針對驅動速度vm的比例系數，并且第二項的常數項Cp、Cn是恒定值。另外，如上所述正轉速度運算部103a和正轉負荷運算部103b具有相同的平均化濾波器F (S)，逆轉速度運算部104a和逆轉負荷運算部104b具有相同的平均化濾波器F (S)。由此，在正轉負荷推測值Tdp、逆轉負荷推測值Tdn、正轉速度平均值vmp、逆轉速度平均值vmn中，以下所示的式(8a)、(8b)的關系成立。
[0076]Tdp=Dp.vmp+Cp (vm>0)...(8a)
[0077]Tdn=Dn.vmn+Cn (vm<0)...(8b)
[0078]S卩，通過全部用相同的平均化濾波器F(S)進行驅動速度vm和負荷轉矩信號Tcf的運算的效果，在驅動機械3以驅動速度vm動作時，能夠用使用了驅動機械3的驅動速度vm的平均值的一次式來表示驅動機械3的負荷轉矩信號Tcf的平均值，能夠導出與式(5a)以及(5b)所示的驅動機械3的摩擦特性相同的關系。
[0079]此處，，在驅動機械3的剛性低的情況下，其模型化誤差所引起的振動分量重疊于負荷轉矩信號Td'在高加減速動作時，該分量進一步增大。除此以外，還重疊白噪聲。但是，通過上述平均化時間常數T的設定，如圖4所示的各運算波形那樣被逐漸地平均化，所以能夠抑制這些噪聲等的影響，而穩定地運算依照與式(5)的摩擦特性相同的關系的正轉負荷推測值Tdp、逆轉負荷推測值Tdn、正轉速度平均值vmp、逆轉速度平均值vmn。進而,通過符號判定信號sgn (vm),驅動機械3的正轉、逆轉動作被自動地判定,所以能夠在驅動機械3的實際的運行中的通常的運轉動作中進行推測。
[0080]接下來，說明對于在慣量推測值Jn中有誤差的情況下，通過上述運算也能夠不易受到該誤差的影響而穩定地推測負荷特性的情況。
[0081]在上述中，說明為負荷轉矩信號TcT與負荷轉矩Td—致，但如果在式(3)的慣量推測值Jn中有推測誤差，則在負荷轉矩信號TcT上重疊式(9)的右邊第二項所示的慣量誤差干擾。此處，J表示驅動機械3的慣量。
[0082]TcT=Td+ (J-Jn).s.vm...(9)
[0083]圖5是示出使驅動部2在正轉動作方向加減速時的驅動機械3的驅動速度vm(圖5 (a))與負荷轉矩信號Tcf (圖5 (b))的關系的時間響應波形。如該圖5 (b)所示，如果在慣量推測值Jn中有誤差，則在負荷轉矩信號TcT上重疊慣量誤差干擾。
[0084]但是，關于該慣量誤差干擾，如果在從驅動機械3的起動至停止的動作區間中取得平均值，則在加速區間和減速區間中被抵消。因此，通過在正轉平均值運算部103和逆轉平均值運算部104中，使用具備上述充分長的平均化時間常數T的平均化濾波器F (S)，通過平均化，驅動速度vm和負荷轉矩信號Tcf的最終的運算值收斂于式(8a)、(Sb)的值。
[0085]另外，對在驅動機械3的運轉動作中加速時間和減速時間不同的情況的慣量誤差干擾進行研究。慣量誤差干擾是如式(9)所示，與驅動加速度s.νπι成比例的誤差干擾。該驅動加速度S *vm是表示驅動速度vm的變化率的參數,所以在如驅動機械3的正轉動作區間、逆轉動作區間那樣，從機械開始工作至停止的區間中，作為驅動速度vm的變化率的驅動加速度s.vm的平均值當然成為零。因此，即使在加速時間、減速時間不同的情況下，通過上述那樣的本實施方式的平均化的效果，慣量誤差干擾在加速區間和減速區間中也被抵消。[0086]由此，由正轉平均值運算部103運算的正轉速度平均值vmp和正轉負荷推測值Tdp的值的組、以及由逆轉平均值運算部104運算的逆轉速度平均值vmn和逆轉負荷推測值Tdn的值的組根據其動作速度而定量地表示了驅動機械3固有的負荷特性，并且能夠通過上述平均化時間常數T的設定而得到穩定的運算結果。
[0087]另外，根據該運算處理，即使在作為正轉負荷運算部103b和逆轉負荷運算部104b的輸入，不是直接使用負荷轉矩信號TcT而是直接使用轉矩指令Tr的情況下，根據使用圖5來說明的上述內容，正轉負荷推測值Tdp和逆轉負荷推測值Tdn仍收斂于式(8a)、(8b)的右邊的值。因此可知，由負荷轉矩推測部102進行的負荷轉矩信號TcT的推測處理也可以省略。
[0088]接下來，對在驅動機械3的摩擦特性、與將其用速度比例的一次式近似了的模型之間產生的非線性的誤差的影響進行說明。
[0089]圖6是示出詳細地表示驅動機械3的摩擦特性的一個例子的圖,橫軸表示驅動速度vm，縱軸表示負荷轉矩Td。S卩，圖6示出與驅動速度vm對應的負荷特性。在圖6中，如實線所示，驅動機械3的摩擦特性嚴格來說并非成為相對速度成比例的直線，而成為曲線的特性，如果與式(5a) (5b)所示的一次式模型進行比較，則存在誤差。
[0090]因此，關于這樣的驅動機械3的摩擦特性，如果使用例如自適應識別法則推測將負荷轉矩Td近似為速度比例的一次式的模型的粘性系數和常數項，則如圖6的虛線、點線那樣，根據驅動機械3的工作狀況，得到不同的結果。虛線的結果是低速運轉持續的狀態(低速運轉條件)下的推測結果，點線是高速運轉持續的狀態(高速運轉條件)下的推測結果。
[0091]在圖6所示的摩擦特性的例子的情況下，在低速運轉條件的情況下，用速度低的區間的摩擦特性的信息來推測，所以表示虛線的斜率的粘性系數大，且作為與縱軸(Td軸)的截距的常數項的絕對值小。相對于此，在高速運轉條件的情況下，用速度高的區間的摩擦特性的信息來推測，所以點線的粘性系數比低速運轉條件更小，且與縱軸的截距的常數項的絕對值變大。這樣，僅通過成為摩擦特性從一次式的直線的模型稍微偏離的曲線的特性，由于低速、高速這樣的工作點的相異，近似于一次式的直線的情況的粘性系數和常數項大幅不同，產生如下矛盾:盡管是針對相同的機械的推測，但根據運轉條件所推測的摩擦特性也大幅變化。
[0092]相對于此，在本實施方式中，如上所述對正轉速度運算部103a和正轉負荷運算部103b使用相同的平均化濾波器，對逆轉速度運算部104a和逆轉負荷平均值104b使用相同的平均化濾波器。然后，針對驅動速度vm和負荷轉矩信號Tcf以充分長的時間常數進行平均化的運算，利用機械系固有的負荷特性，作為對速度和負荷轉矩進行平均化而得到的值的組，所以得到以下那樣的效果。
[0093]圖7是示出由本實施方式的驅動機械的負荷特性推測裝置100得到的推測結果的一個例子。在該圖中，實線是表示驅動機械3的詳細的摩擦特性的圖形，黑圈的描繪點表示正轉動作區間中的高速運轉條件下的正轉速度平均值vmp和正轉負荷推測值Tdp的值的組，黑的四邊形的描繪點表示正轉動作區間中的低速運轉條件下的正轉速度平均值vmp和正轉負荷推測值Tdp的值的組，白圈的描繪點表示逆轉動作區間中的高速運轉條件下的逆轉速度平均值vmn和逆轉負荷推測值Tdn的值的組，白的四邊形的描繪點表示逆轉動作區間中的低速運轉條件下的逆轉速度平均值vmn和逆轉負荷推測值Tdn的值的組。[0094]根據本實施方式，作為在低速運轉條件下對速度低的區間中的曲線的摩擦特性的信息進行平均化而得到的速度和負荷轉矩的值的組、且在高速運轉條件下對速度高的區間中的摩擦特性的信息進行平均化而得到的速度和負荷轉矩的值的組，穩定地推測。其結果，如圖7所示，根據低速運轉條件、高速運轉條件這樣的各種運轉條件，以在驅動機械3的詳細的摩擦特性的曲線上大致一致的方式，得到對所推測的速度和負荷轉矩進行平均化而得到的值的組。另外，在均等地重復低速運轉、高速運轉的情況下，穩定地推測它們的平均的速度和平均的負荷轉矩的組，作為負荷特性。
[0095]另外，通過使正轉速度運算部103a和正轉負荷運算部103b的平均化濾波器F(S)的特性以及平均化時間常數T相同，使逆轉速度運算部104a和逆轉負荷運算部104b的平均化濾波器F Cs)的特性以及平均化時間常數T相同，來使得由正轉平均值運算部103運算的正轉速度平均值vmp、正轉負荷推測值Tdp的值的組、和由逆轉平均值運算部104運算的逆轉速度平均值vmn、逆轉負荷推測值Tdn的值的組即使在運轉條件例如從低速運轉條件變化為高速運轉條件那樣的情況下也不會從驅動機械3的詳細的摩擦特性的線上大幅偏離。
[0096]S卩，即使在這樣運轉條件變化了的情況下，推測結果從圖7所示的作為低速運轉條件下的推測結果的四邊形的描繪點以不會從驅動機械3的詳細的摩擦特性的線上大幅偏離的方式移動到作為高速運轉條件下的推測結果的圈的描繪點。
[0097]因此，即使在如圖7所示，驅動機械3的摩擦特性在與將其用速度比例的一次式近似的模型之間產生非線性的誤差那樣的情況下，也不會被單純的往復動作、低速和高速動作組合的工作等各種運轉條件左右，而能夠以小的誤差、穩定且定量地檢測摩擦特性即驅動機械3固有的負荷特性。
[0098]接下來，使用圖8，對由輸出結果判定部105進行的驅動機械3的異常、劣化的判定處理的詳情進行說明。
[0099]對輸出結果判定部105，如圖1所示，分別輸入作為正轉平均值運算部103和逆轉平均值運算部104的輸出結果的正轉速度平均值vmp、正轉負荷推測值Tdp、逆轉速度平均值vmn、逆轉負荷推測值Tdn。另外，在輸出結果判定部105中，儲存驅動機械3的負荷的正常范圍作為數據。比較該儲存的正常范圍、和所輸入的正轉速度平均值vmp、正轉負荷推測值Tdp的值的組、以及逆轉速度平均值vmn、逆轉負荷推測值Tdn的值的組，輸出判定了驅動機械3的正常、異常的診斷結果信號R。
[0100]圖8是示出輸出結果判定部105中的驅動機械3的異常/劣化的判定的一個例子的圖。在圖8中，實線是用與驅動機械3的正轉動作、逆轉動作分別對應的兩個依賴速度的一次式模型近似了虛線所示的驅動機械3的詳細的摩擦特性的圖。根據例如從驅動機械3采取的低速運轉至高速運轉的寬的動作范圍的驅動數據，進行實測測定來求出該實線的一次式模型即可。在輸出結果判定部105中，儲存了具有將該實線作為基準而適合地設定的余量寬的圖8所示的帶有陰影的范圍，而作為驅動機械3的負荷的正常范圍。
[0101]如果對儲存了這樣的正常范圍的輸出結果判定部105，輸入了由正轉平均值運算部103和逆轉平均值運算部104推測的正轉速度平均值vmp和正轉負荷推測值Tdp的值的組、以及逆轉速度平均值vmn和逆轉負荷推測值Tdn的值的組，則在驅動機械3正常時，通過本實施方式的負荷特性推測裝置100的特性，這些組存在于圖8的虛線附近且灰色的正常范圍內。
[0102]但是，在驅動機械3中發生異常、劣化等，并由此而引起摩擦等負荷增加那樣的情況下，對速度和負荷轉矩進行平均化而得到的值的組大幅偏離虛線附近而偏離圖8的附加了陰影的正常范圍。因此，如圖8所示，在針對對輸出結果判定部105輸入的速度和負荷轉矩進行平均化而得到的值的組脫離了附加了陰影的正常范圍的情況下，能夠判定為在驅動機械3的驅動狀態發生了異常/劣化。
[0103]在上述說明中，說明為正轉平均值運算部103和逆轉平均值運算部104的平均化濾波器F (s)是相同的特性，但即使例如平均化濾波器F (s)的次數不同，只要平均化時間常數T大致相同，也當然得到同樣的性質。另外，即使濾波器的平均化時間常數T在各平均化濾波器F Cs)中不完全相同，而有例如30%左右的差異，當然也近似地得到同樣的特性。另外，在驅動機械3重復相同模式地動作那樣的情況下，只要平均化時間常數T充分長，則作為正轉平均值運算部103和逆轉平均值運算部104的輸出的正轉速度平均值vmp、正轉負荷推測值Tdp、逆轉速度平均值vmn、逆轉負荷推測值Tdn就收斂于相同的值，所以平均化時間常數也可以并非嚴格意義上的相同值。
[0104]另外，在上述說明中，構成為具備正轉速度運算部103a以及逆轉速度運算部104a，根據由它們運算的正轉速度平均值vmp和逆轉速度平均值vmn，輸出結果判定部105進行診斷結果信號R的判定。但是，在驅動機械3是部件安裝裝置的情況等下，在通常運轉動作中，動作指令生成部5的動作指令Ipv被生成為多個動作模式的重復的情況也多。在這樣的情況下，正轉速度平均值vmp和逆轉速度平均值vmn的值不會大幅變化，而還能夠預先掌握其值。因此，在這樣的情況下，即使不具備正轉速度運算部103a和逆轉速度運算部104a，也能夠僅根據正轉負荷推測值Tdp以及逆轉負荷推測值Tdn來掌握驅動機械3固有的負荷特性。于是，通過在輸出結果判定部105中監視它們的變化，能夠判定在驅動機械3的驅動狀態中是否發生異常/劣化。
[0105]另外，關于本實施方式的驅動機械的負荷特性推測裝置100，記載為在內部具備輸出結果判定部105，輸出判定了驅動機械3的正常、異常的診斷結果信號R的結構，但關于輸出結果判定部105的動作，也可以以比其它構成要素非常長的時間間隔動作，所以輸出結果判定部105也可以作為與其以外的構成要素不同的外部的上位裝置的功能而實現。
[0106]另外，即使在本實施方式的負荷特性推測裝置100中，只要能夠取得作為最具特征性的信號的、正轉速度平均值vmp、正轉負荷推測值Tdp、逆轉速度平均值vmn、逆轉負荷推測值Tdn，例如，還能夠定期地通過人工判斷而執行與輸出結果判定部105的工作等同的作業。即，負荷特性推測裝置100也可以構成為輸出正轉速度平均值vmp、正轉負荷推測值Tdp、逆轉速度平均值vmn、逆轉負荷推測值Tdn。
[0107]另外，在本實施方式中，作為驅動部2，設想了產生旋轉力、即轉矩作為驅動力的一般的馬達，但關于如線性馬達那樣產生直線的推力作為驅動力的驅動部，當然也能夠完全同樣地實施。
[0108]本實施方式的負荷特性推測裝置100如上述說明那樣，構成為:即使在不限于特別的動作模式的使驅動機械在通常的運轉條件下工作的情況下，也無需追加特別的操作，而能夠穩定地輸出包括摩擦等信息的數值。具體而言，負荷特性推測裝置100具有如下結構:具備符號判定部101、正轉負荷運算部103b、逆轉負荷運算部104b，在正轉區間和逆轉區間，獨立地通過充分長的時間常數進行負荷轉矩信號TcT的逐次的平均化，來進行正轉負荷推測值Tdp和逆轉負荷推測值Tdn的運算。由此，能夠提供即使在正轉和逆轉、不同的移動距離的加減速模式混合存在那樣的通常的運轉動作的條件下，也能夠去除慣量推測誤差、噪聲等的影響，穩定地得到表示包括驅動機械3的摩擦等的負荷特性的數值，而用于驅動機械的診斷、特性變化的掌握這樣的可用于廣泛用途的驅動機械的負荷特性推測裝置。
[0109]進而，具備正轉速度運算部103a和逆轉速度運算部104a，進行正轉速度平均值vmp和逆轉速度平均值vmn的運算,所以即使在低速運轉持續的狀態、高速運轉持續的狀態這樣的運轉條件變化那樣的情況下，也能夠根據運轉條件，穩定地得到表示驅動機械3的負荷特性的數值，作為速度平均值和負荷推測值的組合。因此，能夠提供可用于更廣泛用途的驅動機械的負荷特性推測裝置。
[0110]實施方式2.[0111]圖9是示出本發明的實施方式2的驅動機械的負荷特性推測裝置200的結構的框圖。
[0112]如圖9所示，本實施方式2中的負荷特性推測裝置200在圖1所示的驅動機械的負荷特性推測裝置100的內部結構中，追加動作區間判定部106和分割區間平均值運算部107，代替輸出結果判定部105而具備摩擦系數推測部205。
[0113]在圖9中，關于轉矩指令生成部1、驅動部2、驅動機械3、速度檢測器4、動作指令生成部5、符號判定部101、負荷轉矩推測部102、正轉平均值運算部103、以及逆轉平均值運算部104，輸入、輸出、功能以及工作等與實施方式I的情況相同，所以省略說明。
[0114]對動作區間判定部106，輸入作為速度檢測器4的輸出的驅動機械3的驅動速度vm、作為正轉速度運算部103a的輸出的正轉速度平均值vmp、以及作為逆轉速度運算部104a的輸出的逆轉速度平均值vmn。
[0115]動作區間判定部106在驅動機械3的正轉動作區間中，將正轉速度平均值vmp作為閾值，將驅動速度vm大于閾`值vmp的高速動作區間判定為區間1，將驅動速度vm小于閾值vmp的低速動作區間判定為區間2。進而，動作區間判定部106在驅動機械3的逆轉動作區間中，將逆轉速度平均值vmn的絕對值作為閾值，將驅動速度vm的絕對值大于閾值(vmn的絕對值)的高速動作區間判定為區間3，將驅動速度vm的絕對值小于閾值(vmn的絕對值)的低速動作區間判定為區間4。
[0116]即，動作區間判定部106判定驅動機械3正在上述4個區間中的哪個區間中動作，輸出具有這些4個區間的信息的動作區間分割信號S。在動作區間分割信號S中，例如對區間I分配I的數值、對區間2分配2的數值、對區間3分配3的數值、對區間4分配4的數值、對停止狀態分配O的數值即可。關于該區間的分割，使用圖10后述。
[0117]對分割區間平均值運算部107，輸入動作區間分割信號S、驅動速度vm、以及負荷轉矩信號TcT。分割區間平均值運算部107針對通過動作區間分割信號S分割的4個區間k(k=l、2、3、4)的每一個，輸出4個區間速度平均值va (k)、和4個區間負荷推測值Ta (k)。
[0118]此處，區間速度平均值va (k)進行在區間k中對驅動速度vm逐次地進行平均化的運算，所以區間負荷推測值Ta (k)是進行在區間k中對負荷轉矩信號TcT逐次地進行平均化的運算而得到的值。另外，圖9所示的分割區間平均值運算部107的區間速度平均值va (k)和區間負荷推測值Ta (k)這兩個輸出是具有在該4個區間k中平均化了的4個值各自的信息的矢量信號。
[0119]此處，使用圖10，對通過追加分割區間平均值運算部107中的運算以及動作區間判定部106和分割區間平均值運算部107而能夠更詳細地掌握機械系固有的負荷特性的情況進行說明。
[0120]圖10是示出在本實施方式中在適合地控制驅動機械的位置、速度的同時，進行了某規定的動作的情況下的驅動速度vm (圖10 (a))與負荷轉矩信號Tcf (圖10 (b))的時間響應的一個例子。在圖10中，用虛線表示作為正轉速度運算部103a的輸出的正轉速度平均值vmp，用點線表示作為逆轉速度運算部104a的輸出的逆轉速度平均值vmn。另外，示出根據將這些正轉速度平均值vmp和逆轉速度平均值vmn作為閾值的判定，分割為與上述區間1、區間2、區間3、區間4這4個動作狀態對應的區間的時間區間。
[0121]例如，在圖10所示的區間I中，分割區間平均值運算部107根據從動作區間判定部106輸入的動作區間分割信號S，在驅動機械3在該區間I中動作的時間區間中，將針對驅動速度vm進行逐次的平均化運算得到的結果作為第I區間速度平均值va (I)而輸出，將針對負荷轉矩信號TcT進行逐次的平均化運算得到的結果作為第I區間負荷推測值Ta(I)而輸出。此時，關于k=l以外、即k=2、3、4的第k區間速度平均值va (k)以及第k區間負荷推測值Ta (k)，不更新其值而保持它們。
[0122]即使在驅動機械3在其它各區間η中動作的時間區間中，也進行同樣的動作，分割區間平均值運算部107根據動作區間信號S，在驅動機械3在區間η中動作的時間區間中，將針對驅動速度vm逐次地進行平均化運算得到的結果作為第η區間速度平均值va (η)而輸出，將針對負荷轉矩信號TcT逐次地進行平均化運算得到的結果作為第η區間負荷推測值Ta (η)而輸出。此時，關于k=n以外的第k區間速度平均值va (k)以及第k區間負荷推測值Ta (k)，不更新其值而保持它們。
[0123]在分割區間平均值運算部107中在各區間k中的驅動速度vm和負荷轉矩信號Tcf各自的平均值的運算中使用的平均化濾波器的傳遞特性相同，成為如在正轉平均值運算部103和逆轉平均值運算部104中使用那樣，具有比從驅動機械3的起動至停止的I次動作所需的時間充分長的平均化時間常數T的式(4)所示的平均化濾波器F (S)。
[0124]在本實施方式的驅動機械的負荷特性推測裝置200中，也與實施方式I同樣地，計算正轉平均值運算部103輸出的正轉速度平均值vmp以及正轉負荷推測值Tdp、和逆轉平均值運算部104輸出的逆轉速度平均值vmn以及逆轉負荷推測值Tdn。在本實施方式的負荷特性推測裝置200中，進而，針對由追加了的動作區間判定部106在正轉以及逆轉動作區間中分別分割為高速動作區間和低速動作區間的合計4個分割區間k，通過同樣地追加的分割區間平均值運算部107，進行區間速度平均值va (k)和區間負荷推測值Ta (k)的運算。這樣，通過在分割了的各動作區間中對驅動速度和負荷轉矩進行平均化，得到比表示機械系固有的負荷特性更多的不同的平均化的驅動速度和負荷轉矩的組，能夠得到速度與負荷驅動力的二維的關系。
[0125]另外，在分割區間平均值運算部107中，在區間速度平均值va (k)的每個和區間負荷推測值Ta (k)的每個的運算中，在正轉平均值運算部103以及逆轉平均值運算部104中使用具有充分長的平均化時間常數T的同樣的平均化濾波器F (s)來進行運算，所以能夠去除白噪聲、驅動機械的剛性所引起的振動分量等的影響而對機械系固有的負荷特性穩定地進行定量化。
[0126]關于慣量推測值Jn的誤差所引起的慣量誤差干擾，通過充分的平均化運算，加速時的誤差和減速時的誤差被分別抵消，也能夠計算區間負荷推測值Ta (k)，作為去除了慣量誤差干擾的負荷轉矩信號Td'另外，由于將正轉速度平均值vmp和逆轉速度平均值vmn用作推測區間分割時的速度閾值，所以能夠根據低速運轉、高速運轉這樣的各種運轉條件，自動地分割推測區間。
[0127]圖11是描繪了作為正轉平均值運算部103、逆轉平均值運算部104、以及分割區間平均值運算部107的輸出的、正轉速度平均值vmp和正轉轉矩平均值Tdp的值的組、逆轉速度平均值vmn和逆轉轉矩平均值Tdn的值的組、以及區間速度平均值va (k)和區間轉矩平均值Ta (k)的值的各組的運算結果的圖。這些結果是根據上述內容，在圖中用虛線表示的示出驅動機械3的詳細的摩擦特性的曲線附近小的誤差的范圍內推測的。關于實線，將后述。
[0128]如以上說明，利用具備圖9所示那樣的結構的驅動機械的負荷特性推測裝置200，通過在以任意的動作模式進行運轉的同時，將針對多個速度的負荷特性計算為穩定的數值，而能夠掌握更詳細的機械系固有的負荷特性。
[0129]接下來，對摩擦系數推測部205的工作進行說明。摩擦系數推測部205如以下說明那樣，推測用依賴于速度的一次式模型來近似了驅動機械3的詳細的摩擦特性時的粘性系數和常數項。
[0130]對摩擦系數推測部205，輸入作為正轉平均值運算部103、逆轉平均值運算部104、以及分割區間平均值運算部107的運算結果的、針對圖11所示的驅動速度vm為正、負的各自的情況的各3個描繪的值(平均化了的驅動速度和負荷轉矩的值的組)。摩擦系數推測部205根據這些值，進行用式(5a)、(5b)那樣的一次式模型近似了驅動機械3的詳細的摩擦特性的情況的、正轉動作時的粘性系數Dp~和常數項Cp~、逆轉動作時的粘性系數DrT和常數項CrT的推測運算。作為其運算方法，針對正轉、逆轉的各個的情況，使用3個驅動速度的值和3個負荷轉矩的值,應用例如間歇式(batch-type)最小二乘法等即可。
[0131]在圖11中用實線表示的圖形是示出使用正轉平均值運算部103、逆轉平均值運算部104、以及分割區間平均值運算部107的運算結果進行最小二乘推測而得到的摩擦特性的直線。在圖11中，驅動速度vm為正的區域中的實線的斜率對應于粘性系數Dp~，與縱軸(負荷轉矩軸)的截距對應于常數項Cp~，驅動速度vm為負的區域中的實線的斜率對應于粘性系數DrT，與縱軸(負荷轉矩軸)的截距對應于常數項Cn'
[0132]接下來，對在實施方式2中得到的效果的特征進行說明。例如，在如專利文獻2記載的技術那樣，根據驅動速度vm和負荷轉矩信號TcT，直接地逐次通過最小二乘法等方法，進行了常數項C以及粘性系數D的推測的情況下，如前所述，存在如下問題:由于驅動速度vm的大小、運轉模式的變化，粘性系數和常數項的推測結果變動。
[0133]相對于此，根據本實施方式，能夠在對驅動機械3的正轉動作區間以及逆轉動作區間這兩個動作區間加上根據設定為驅動速度vm的閾值而分割的、驅動機械3的正轉動作狀態的高速動作區間和低速動作區間、驅動機械3的逆轉動作狀態的高速動作區間和低速動作區間這4個動作區間而得到的合計6個動作區間中，如上述那樣穩定地推測對表示機械系固有的負荷特性的驅動速度和負荷轉矩進行平均化而得到的值的組。另外，通過一并地使用了該穩定地推測的多個組的運算，針對速度的大小這樣的條件變化，也能夠穩定地推測近似了驅動機械的摩擦特性的一次式模型的粘性系數和常數項。
[0134]在實施方式I中，平均化了的驅動速度vm和負荷轉矩Td的值的組，針對驅動速度vm的正負，以各I個點表示了驅動機械3固有的負荷特性。相對于此，在本實施方式2中，通過使用正轉平均值運算部103、逆轉平均值運算部104、以及分割區間平均值運算部107的運算結果，能夠用與速度對應的一次式模型的粘性系數和常數項這樣的兩個參數，簡單地表示驅動機械3的詳細的摩擦特性，即能夠穩定地推測為直線，更詳細地掌握負荷特性。
[0135]另外，與實施方式I同樣地，通過監視本實施方式2的推測結果的隨時間變化，還能夠監視驅動機械3的異常，并且，雖然未特別詳細地說明，但通過將本實施方式2的推測結果用作控制驅動機械3的位置、速度時的摩擦補償，還能夠貢獻于控制精度。
[0136]在實施方式2中，動作區間判定部106在推測區間分割時將所輸入的正轉速度平均值vmp和逆轉速度平均值vmn作為閾值而輸入，但關于該閾值，也可以從外部設定I個以上的適當的閾值，即使將推測區間通過I個以上的閾值進一步細分化，由于穩定地導出了各區間的速度和負荷轉矩的平均值的組，所以能夠更詳細地掌握機械系固有的負荷特性。
[0137]S卩，在通過從外部設定的閾值對推測區間進行細分化的情況下，即使從本實施方式2的構成要素刪除了正轉平均值運算部103和逆轉平均值運算部104，當然也能夠僅通過分割區間平均值運算部107的運算結果，用與速度對應的一次式模型的粘性系數和常數項這兩個參數來表示驅動機械3的詳細的摩擦特性。
[0138]在實施方式2中，通過如以上說明構成驅動機械的負荷特性推測裝置200，能夠抑制噪聲、慣量推測值的誤差等的影響，還應對于速度的大小、加減速時間的大小這樣的各種運轉條件及其變化，同時更詳細而言，能夠穩定地逐次地推測驅動機械3固有的負荷特性，能夠提供可用于更廣泛用途的驅動機械的負荷特性推測裝置。即，能夠通過通常的運轉動作，對施加于驅動機械3的負荷的特性穩定地進行線性近似，所以能夠將其推測結果應用于驅動機械3的特性變化的掌握、驅動機械3的控制時的摩擦補償等廣泛的用途。
[0139]在實施方式I以及2中，在通常的運轉動作中，能夠穩定地推測對驅動機械3施加的負荷的特性。另外，其推測結果還能夠應用于驅動機械3的診斷、特性變化的掌握等廣泛的用途。進而，即使在驅動機械3的工作中變更了動作指令的情況下，也能夠穩定地推測對驅動機械3施加的負荷的特性，并且針對高速運轉、低速運轉等工作條件的過渡性的變化，也能夠穩定地推測對驅動機械3施加的負荷的特性。進而，通過將計算逐次的平均值的運算的時間常數設定為比從動作指令起動至停止的I次的動作所需的時間更長的值，能夠抑制慣量推測值的誤差所引起的誤差干擾，并且還能夠抑制噪聲、振動分量等。另外，通過使用正轉平均值運算部103和逆轉平均值運算部104的運算結果，能夠判定驅動機械3的運轉狀態的正常.異常。
[0140]進而，本申請發明不限于上述實施方式，而能夠在實施階段中在不脫離其宗旨的范圍內實現各種變形。另外，在上述實施方式中包括各種階段的發明，能夠通過所公開的多個構成要件中的適宜的組合而提取各種發明。
[0141]例如，即使從在上述實施方式I以及2中分別示出的所有構成要件刪除了幾個構成要件，也能夠解決發明所要解決的技術問題的欄目中所描述的技術問題，在得到發明效果的欄目中所描述的效果的情況下，刪除了該構成要件的結構也可以被提取作為發明。進而，也可以適宜地組合上述實施方式I以及2的構成要件。
[0142]產業上的可利用性
[0143]如以上那樣，本發明的驅動機械的負荷特性推測裝置對工作機械、機器人中的使用了伺服馬達等驅動裝置的驅動機械的負荷特性推測裝置是有用的，特別適用于在應對各種運轉條件及其變化的同時，以還能夠掌握其隨時間的變動的方式，對驅動機械的摩擦這樣的機械系固有的負荷特性穩定地進行定量化的驅動機械的負荷特性推測裝置。
【權利要求】
1.一種驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于，具備: 動作指令生成部，生成包括針對驅動機械的位置的動作的指令或者針對速度的動作的指令的動作指令； 驅動力指令生成部，生成驅動力指令，以使所述驅動機械的動作跟隨所述動作指令； 驅動部，生成與所述驅動力指令對應的驅動力來驅動所述驅動機械； 符號判定部，根據所述驅動機械的驅動速度，判定所述驅動機械是正轉動作狀態、逆轉動作狀態、和停止狀態中的哪一個狀態； 負荷驅動力推測部，根據所述驅動力指令或者表示所述驅動力的信號，計算作為對所述驅動機械施加的負荷驅動力的推測值的負荷驅動力信號； 正轉負荷運算部，在所述符號判定部的判定的結果是正轉動作狀態的情況下，計算所述負荷驅動力信號的逐次的平均值；以及 逆轉負荷運算部，在所述符號判定部的判定的結果是逆轉動作狀態的情況下，計算所述負荷驅動力信號的逐次的平均值。
2.根據權利要求1所述的驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于， 所述動作指令生成部生成所述動作指令，該動作指令是預先確定的一個或者多個動作模式的重復。
3.根據權利要求1所述的驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于，還具備: 正轉速度運算部，在所述符號判定部的判定的結果是正轉動作狀態的情況下，計算所述驅動速度的逐次的平均值；以及 逆轉速度運算部，在所述符號判定部的判定的結果是逆轉動作狀態的情況下，計算所述驅動速度的逐次的平均值。
4.根據權利要求3所述的驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于， 所述正轉速度運算部具有與所述正轉負荷運算部相同的傳遞特性， 所述逆轉速度運算部具有與所述逆轉負荷運算部相同的傳遞特性。
5.根據權利要求3或者4所述的驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于， 具備輸出結果判定部，該輸出結果判定部判斷所述正轉負荷運算部計算出的平均值和所述正轉速度運算部計算出的平均值的組、以及所述逆轉負荷運算部計算出的平均值和所述逆轉速度運算部計算出的平均值的組是否分別處于規定的正常范圍。
6.根據權利要求5所述的驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于， 所述輸出結果判定部根據表示與所述驅動機械的正轉動作狀態和逆轉動作狀態分別對應的所述驅動速度和所述負荷驅動力的關系的兩個一次式，來確定所述規定的正常范圍。
7.—種驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于，具備: 動作指令生成部，生成包括針對驅動機械的位置的動作的指令或者針對速度的動作的指令的動作指令； 驅動力指令生成部，生成驅動力指令，以使所述驅動機械的動作跟隨所述動作指令； 驅動部，生成與所述驅動力指令對應的驅動力來驅動所述驅動機械； 符號判定部，根據所述驅動機械的驅動速度，判定所述驅動機械是正轉動作狀態、逆轉動作狀態、和停止狀態中的哪一個狀態；負荷驅動力推測部，根據所述驅動力指令或者表示所述驅動力的信號，計算作為對所述驅動機械施加的負荷驅動力的推測值的負荷驅動力信號； 動作區間判定部，根據所述驅動速度、所述符號判定部的判定的結果、所述驅動機械的正轉動作狀態下的第I速度閾值、以及所述驅動機械的逆轉動作狀態下的第2速度閾值，判定所述驅動機械是根據所述驅動速度的大小關系而分割的多個動作區間中的哪一個狀態；以及 分割區間平均值運算部，根據所述動作區間判定部的判定的結果，針對多個所述動作區間的每一個計算所述負荷驅動力信號的逐次的平均值，根據所述動作區間判定部的判定的結果，針對多個所述動作區間的每一個計算所述驅動速度的逐次的平均值。
8.根據權利要求7所述的驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于， 還具備摩擦系數推測部，該摩擦系數推測部用表示與正轉動作狀態和逆轉動作狀態分別對應的所述驅動速度和所述負荷驅動力的關系的兩個一次式來近似針對多個所述動作區間的每一個計算出的所述負荷驅動力信號的逐次的平均值和所述驅動速度的逐次的平均值的組，從而推測所述負荷驅動力的一次式模型中的粘性系數和常數項。
9.根據權利要求7所述的驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于，還具備: 正轉速度運算部，在所述符號判定部的判定的結果是正轉動作狀態的情況下，計算所述驅動速度的逐次的平均值；以及 逆轉速度運算部，在所述符號判定部的判定的結果是逆轉動作狀態的情況下，計算所述驅動速度的逐次的平均值， 將所述正轉速度運算部計算出的平均值設為所述第I速度閾值， 將所述逆轉速度運算部計算出的平均值設為所述第2速度閾值。
10.根據權利要求7所述的驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于， 所述分割區間平均值運算部使針對每個所述動作區間計算所述負荷驅動力信號的逐次的平均值的運算的傳遞特性、和針對每個所述動作區間計算所述驅動速度的逐次的平均值的運算的傳遞特性相同。
11.根據權利要求8所述的驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于，還具備: 正轉負荷運算部，在所述符號判定部的判定的結果是正轉動作狀態的情況下，計算所述負荷驅動力信號的逐次的平均值； 逆轉負荷運算部，在所述符號判定部的判定的結果是逆轉動作狀態的情況下，計算所述負荷驅動力信號的逐次的平均值； 正轉速度運算部，在所述符號判定部的判定的結果是正轉動作狀態的情況下，計算所述驅動速度的逐次的平均值；以及 逆轉速度運算部，在所述符號判定部的判定的結果是逆轉動作狀態的情況下，計算所述驅動速度的逐次的平均值， 所述摩擦系數推測部在所述粘性系數和所述常數項的推測中，還使用所述正轉負荷運算部計算出的平均值和所述正轉速度運算部計算出的平均值的組、以及所述逆轉負荷運算部計算出的平均值和所述逆轉速度運算部計算出的平均值的組。
12.根據權利要求8或者11所述的驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于， 所述近似基于最小二乘法。
13.根據權利要求1至4以及11中的任意一項所述的驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于， 所述正轉負荷運算部將計算所述逐次的平均值的運算的時間常數設定為比從所述動作指令起動至停止所需的時間更大的值， 所述逆轉負荷運算部將計算所述逐次的平均值的運算的時間常數設定為比從所述動作指令起動至停止所需的時間更大的值。
14.根據權利要求7至11中的任意一項所述的驅動機械的負荷特性推測裝置，其特征在于， 所述分割區間平均值運算部根據所述動作區間判定部的判定的結果，將針對多個所述動作區間的每一個計算所述負荷驅動力信號的逐次的平均值的運算的時間常數設定為比從所述動作指令起動至停止 所需的時間更大的值。
【文檔編號】H02P29/00GK103563245SQ201280026030
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年3月27日 優先權日:2011年5月31日
【發明者】下田賢司, 池田英俊, 關口裕幸, 磯田隆司 申請人:三菱電機株式會社