专利名称：具有干扰负荷转矩观测器的电动机驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对机床或者工业机械的主轴或者进给轴中使用的电动机、 或者机器人手臂上具有的电动机进行驱动的电动机驱动装置，尤其涉及具有干 扰负荷转矩观测器的电动机驱动装置。
背景技术：
在机床、机器人、工业机械等中， 一般其主轴、进给轴或者手臂等被驱动 物通过滚珠丝杠机构等传动机构与电动机的轴联结，由电动机进行驱动。
当这样的被驱动物与其他物体碰撞时，妨碍被驱动物的移动或者旋转，或 者传动机构发生故障，由此对电动机施加过大的负荷。结果，电动机发生故障 或者被驱动物损坏。
为了解决该问题，在特开平6- 82346号公报中，由干扰转矩观测器根据 与电动机的旋转速度以及电流有关的信息来推定对电动机施加的干扰转矩(负 荷转矩)，并比较推定出的干扰转矩和预定的基准转矩。然后，当推定的干扰 转矩超过基准转矩时，判断为对电动机施加了过大的负荷，使电动机停止。
而且，在特开2007-21991号公报中，公开了根据电动机的转矩指令和电 动机的旋转速度来推定干扰转矩的干扰转矩推定单元。并且，当判断为电动机
了异常。
在这些特开平6 - 82346号公报以及特开2007 - 21991号公报中，电动机 的旋转速度以及转矩指令被直接输入给干扰转矩推定单元等。因此，当旋转速 度以及转矩指令包含噪声成分，例如包含较多高频成分时，当提高干扰转矩推 定单元等的应答性时，干扰负荷转矩推定值也可能大幅变动。在这种情况下， 无法正确地判断电动机的异常。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而作出的，其目的在于提供一种即使在提高了干扰转矩推定单元的应答性的情况下，干扰负荷转矩推定值也不会大幅变动的电 动机驱动装置。为了达到上述目的，根据第一方式，提供一种电动机驱动装置，其具备 速度指令生成单元，其生成电动机的速度指令值；速度4企测单元，其检测电动 机的速度；转矩指令值生成单元，根据由所述速度指令生成单元生成的速度指令值；以及干扰负荷转矩推定单元，其根据由所述速度检测单元检测出的速度 检测值和由所述转矩指令生成单元生成的转矩指令值，推定对所述电动机施加 的干扰负荷转矩，所述电动机驱动装置具备消除所述速度^f佥测值中的噪声成分 的第 一滤波单元和消除所述转矩指令值中的噪声成分的第二滤波单元中的至 少一个，通过所述第 一滤波单元消除了所述噪声成分的所述速度^r测值被提供 给所述干扰负荷转矩推定单元，通过所述第二滤波单元消除了所述噪声成分的 所述转矩指令值被提供给所述干扰负荷转矩推定单元。即，在第一方式中，通过滤波单元能够消除速度检测值和/或转矩指令值 中的噪声成分，例如能够消除高频成分。因此，可以减少通过干扰负荷转矩推 定单元求出的干扰负荷转矩推定值的变动。因此，即使在提高了干扰转矩推定 单元的应答性的情况下，也能够抑制干扰负荷转矩推定值大幅变动。结果，可 以根据干扰负荷转矩推定值正确地判断电动机的异常。根据第二方式，在第一方式中，具备所述第一滤波单元以及所述第二滤波 单元两者，所述第一滤波单元的时间常数和所述第二滤波单元的时间常数相互 相等。即，在第二方式中，通过使两个滤波单元的时间常数相同，能够使延迟时 间相同。因此，能够进一步减少通过干扰负荷转矩推定单元求出的干扰负荷转 矩推定值的变动。
通过附图所示的本发明的典型的实施方式的详细说明，本发明的这些目 的、特征、优点以及其他目的、特征、优点将会变得更力。明确。 图1是表示本发明的电动机驱动装置的整体结构的框图。 图2是表示干扰转矩推定观测器的示例结构的框图。图3是表示本发明的干扰转矩推定观测器周边的其他框图。 图4是表示现有技术的干扰转矩推定观测器周边的框图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图中，对相同 的部件标注相同的符号。为了易于理解，对这些附图适当变更缩尺。
图1是表示本发明的电动机驱动装置的整体结构的框图。图1所示的电动 机驱动装置IO与用于驱动被驱动物14的电动机20连接。本发明的电动机20 不仅是伺服电动机,也可以是DC电动机等其他类型的电动机。另外，在电动 机20中设置有检测电动机的旋转速度的速度检测单元，例如设置有编码器21。
被驱动物14通过滚珠丝杠等传动机构(未图示)与电动机20的轴联结， 通过电动机20的轴的旋转进行移动或旋转。被驱动物14例如是机床的主轴、 机床的进给轴、机器人的手臂、工业机械的进给轴等。
如图1所示，电动机驱动装置10包含生成针对电动机20的速度指令Cv 的速度指令生成单元11。由速度指令生成单元11生成的速度指令值Cv被输 入给运算元件15。同样，由编码器21检测出的电动机20的速度检测值Dv也 被输入给运算元件15。在运算元件15中，生成速度指令至Cv和速度检测值 Dv的偏差AV。
而且，电动机驱动装置10包含速度控制器12，其根据偏差AV生成针 对电动机20的转矩指令值Ct (电流指令值)；以及电流控制器13，其根据转 矩指令值Ct控制在电动冲几20中流过的电流。
根据图1可知，电动机驱动装置IO还包含干扰负荷转矩推定观测器18。 在速度控制器12中生成的转矩指令值Ct和由编码器21检测出的速度检测值 Dv被输入给干扰负荷转矩推定观测器18。干扰负荷转矩推定观测器18根据 转矩指令值ct以及速度检测值Dv来计算对电动机20施加的千扰负荷转矩的 推定值Et。
图2是表示干扰转矩推定观测器的示例结构的框图。下面，参照图2对干 扰负荷转矩推定观测器18的结构的一例进行说明。转矩指令值Ct作为通常电 流值被输入。对输入的转矩指令值Ct,在运算元件110中乘以常数Kt/J,将结 果输出给运算元件112。在此，Kt为电动机20的转矩常数，J为电动机20的惯量。
在运算元件112中，对来自运算元件110的输出加上来自后述的比例元件 116的反馈，将该结果输出给运算元件114。在运算元件114中，对来自运算 元件112的输出加上来自后述的积分元件118的反馈，将该结果输出给积分元 件120。此外，来自运算元件110、运算元件112以及运算元件114的输出的 单位均为加速度。在积分元件120中，通过对来自运算元件114的输出进行积 分，来求出电动机20的推定旋转速度Ev，并输出给运算元件122。
在运算元件122中，计算来自积分元件120的输出和由编码器21检测出 的电动机20的速度检测值Dv之间的差，将该差反馈给比例元件116以及积 分元件118。在比例元件116中，对来自运算元件122的反馈乘以比例常数 Kl，将该结果反馈给运算元件112。
此外，比例常数K1的单位是sec",比例元件116的输出的单位是加速度。 另外，在积分元件118中，对将来自运算元件122的反馈进行积分而得到的结 果乘以积分常数K2，将该结果反馈或输出给运算元件114以及比例元件124。 此外，积分常数K2的单位是secf2，积分元件118的输出的单位是加速度。
积分元件118的输出是将干扰负荷转矩推定值Et除以电动机20的惯量J 得到的推定加速度。因此，在比例元件124中，对来自积分元件118的输出乘 以J-A/Kt转换为电流值，并作为干扰负荷转矩推定值Et进行输出。在此，A 是用于修正推定加速度的系数，是1以下的值。
由于这样的结构的干扰负荷转矩推定观测器18是公知的，因此在此不进 行更详细的说明。另外，干扰负荷转矩推定观测器18不限于这样的结构，可 以将能够根据与电动机20有关的电流信息或转矩信息(电流信息)推定对电
定观测器18。
再次参照图1，计算出的干扰负荷转矩推定值Et被输入给电动机驱动装 置10的比较单元19。比较单元19比较干扰负荷转矩推定值Et和预定的基准 转矩Rt。当干扰负荷转矩推定值Et超过基准转矩Rt时，判断为对电动机20 施加的负荷正常。另一方面，当干扰负荷转矩推定值Et低于基准转矩Rt时， 判断为对电动机20施加的负荷过少，发生了传动机构的动作不良、传动机构和被驱动物14的连接部的松弛或偏离等异常。此时，使电动机20适宜停止。 由此，能够事先防止被驱动物14或传动机构的损坏。
如图1所示，在本发明中，由编码器21检测出的速度检测值Dv通过第 一低通滤波器31被输入至干扰负荷转矩推定观测器18。同样，由速度控制器 12生成的转矩指令值Ct通过第二低通滤波器32被输入至干扰负荷转矩推定 观测器18。
图3是表示本发明的干扰转矩推定观测器周边的其他框图，图4是与图3 相同的现有技术的图。如图3所示，速度检测值Dv以及转矩指令值Ct有时 分别包含噪声成分，例如包含高频成分。当这些速度检测值Dv以及转矩指令 值Ct通过低通滤波器31、 32时，各自的噪声成分被消除。关于这一点，分别 参照低通滤波器31 、 32和干扰负荷转矩推定观测器18之间的速度检测值Dv 以及转矩指令值Ct的波形。
因此，对于干扰负荷转矩推定观测器18输入不包含噪声成分的速度检测 值Dv以及转矩指令值Ct。结果，从千扰负荷转矩推定观测器18输出不包含 推定误差的千扰负荷转矩推定值Et。换句话说，在本发明中，可以减少由干 扰负荷转矩推定观测器18计算出的干扰负荷转矩推定值Et的变动。
与此相对，如图4所示，当根据包含噪声成分的速度^r测值Dv以及转矩 指令值Ct计算出干扰负荷转矩推定值Et时，干扰负荷转矩推定值Et包含推 定误差。尤其在提高了图4所示的干扰负荷转矩推定观测器18'的应答性时， 干扰负荷转矩推定值Et的推定误差也会随着增加。
但是，在本发明中因为具有低通滤波器31、 32,所以即使在提高了干扰 负荷转矩推定MJ!'j器18的应答性的情况下，也可以抑制干"l尤负荷转矩推定值 Et的变动。即，在本发明中因为能够正确地求出干扰负荷转矩推定值Et，所
在低通滤波器31、 32中的某一个不存在时，显然也可以得到大体相同的效果。 然而，当第一低通滤波器31的时间常数和第二低通滤波器32的时间常数 相互不同时，由于各自的延迟时间不同，因此成为干扰负荷转矩推定值Et包 含推定误差的原因。因此，在本发明中最好使第一低通滤波器31的时间常数 和第二低通滤波器32的时间常数相同。此时，由于能够使延迟时间相同，因此可以进一步减少干扰负荷转矩推定值Et的变动。
以上使用典型的实施方式说明了本发明，但本领域的技术人员应该可以理 解，在不脱离本发明要求保护的范围的前提下，能够进行上述变更以及各种其 他变更、省略、追加。
权利要求
1.一种电动机驱动装置(10)，包含速度指令生成单元(11)，其生成电动机(20)的速度指令值；速度检测单元(21)，其检测电动机(20)的速度；转矩指令值生成单元(12)，根据由所述速度指令生成单元(11)生成的速度指令值和由所述速度检测单元(21)检测出的速度检测值来生成对电动机(20)施加的转矩的转矩指令值；以及干扰负荷转矩推定单元(18)，其根据由所述速度检测单元检测出的速度检测值和由所述转矩指令生成单元生成的转矩指令值，推定对所述电动机(20)施加的干扰负荷转矩，所述电动机驱动装置(10)的特征在于，具备消除所述速度检测值中的噪声成分的第一滤波单元(31)和消除所述转矩指令值中的噪声成分的第二滤波单元(32)中的至少一个，通过所述第一滤波单元(31)消除了所述噪声成分的所述速度检测值被提供给所述干扰负荷转矩推定单元(18)，通过所述第二滤波单元(32)消除了所述噪声成分的所述转矩指令值被提供给所述干扰负荷转矩推定单元(18)。
2. 根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于， 具备所述第一滤波单元(31)以及所述第二滤波单元(32)两者， 所述第一滤波单元(31 )的时间常数和所述第二滤波单元(32)的时间常数相互相等。
全文摘要
本发明提供一种具有干扰负荷转矩观测器的电动机驱动装置(10)。电动机驱动装置(10)包含速度指令生成单元、速度检测单元(21)、转矩指令值生成单元(12)、以及干扰负荷转矩推定单元(18)。并且，电动机驱动装置(10)包含如下两个单元中的至少一个，该两个单元分别为第一滤波单元(31)，其消除速度检测值中的噪声成分，然后将速度检测值提供给干扰负荷转矩推定单元；以及第二滤波单元(32)，其消除转矩指令值中的噪声成分，然后将转矩指令值提供给干扰负荷转矩推定单元。由此，即使改变干扰负荷转矩推定单元的应答性也可以抑制转矩推定值的变动。
文档编号H02P29/00GK101409529SQ20081021592
公开日2009年4月15日 申请日期2008年9月9日 优先权日2007年10月11日
发明者山本健太, 岩下平辅, 手塚淳一, 置田肇 申请人:发那科株式会社