特許 6885436 サーボアンプ及びサーボシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6885436

(24)【登録日】2021年5月17日

(45)【発行日】2021年6月16日

(54)【発明の名称】サーボアンプ及びサーボシステム

(51)【国際特許分類】

   G05D 17/02 20060101AFI20210603BHJP

   H02P 29/024 20160101ALI20210603BHJP

【ＦＩ】

   G05D17/02

   H02P29/024

【請求項の数】19

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2019-165481(P2019-165481)

(22)【出願日】2019年9月11日

(65)【公開番号】特開2021-43714(P2021-43714A)

(43)【公開日】2021年3月18日

【審査請求日】2020年5月14日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】藍原 隆司

【審査官】 大古 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−３５２７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２４０１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−６６８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１５１５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１９８４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平２−２９７６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２８２５４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｄ ５／００−５／０６；１５／００−１５／０１；１７／００−１９／０２；９９／００

Ｈ０２Ｐ ４／００；２５／０８−２５／０９８；２９／００−３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可動部を移動させるモータの速度指令に基づいて、前記モータのトルク指令を生成する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて、前記モータのトルクを制御するトルク制御部と、
前記速度指令が入力され、前記速度指令に基づいて、前記モータが受ける負荷トルクを推定する負荷トルク推定部と、
前記負荷トルク推定部により推定された前記負荷トルクに関する情報をサーボアンプ外部に出力する出力部とを備え、
前記負荷トルク推定部は、前記速度指令と前記トルク指令又は前記モータのトルク検出値とを用いて、前記モータが受ける外乱トルクを推定することで、前記負荷トルクを推定する、サーボアンプ。

【請求項2】

前記負荷トルク推定部は、前記外乱トルクから、前記可動部に働く重力により生ずる重力トルクを減ずることによって、前記負荷トルクを推定する、請求項１に記載のサーボアンプ。

【請求項3】

前記負荷トルク推定部は、前記外乱トルクから、一定の前記重力トルクを減ずることによって、前記負荷トルクを推定する、請求項２に記載のサーボアンプ。

【請求項4】

前記負荷トルク推定部は、前記外乱トルクから、サーボアンプ外部から供給される前記重力トルクを減ずることによって、前記負荷トルクを推定する、請求項２に記載のサーボアンプ。

【請求項5】

前記負荷トルク推定部は、前記外乱トルクから前記重力トルクを高域通過フィルタにより減ずることによって、前記負荷トルクを推定する、請求項２に記載のサーボアンプ。

【請求項6】

前記出力部は、前記負荷トルクの推定値をピークホールドし、前記推定値のピークホールド値をサーボアンプ外部へ送信する、請求項１から５のいずれか一項に記載のサーボアンプ。

【請求項7】

前記出力部は、前記負荷トルクの推定値を時間積分し、前記推定値の時間積分値をサーボアンプ外部へ送信する、請求項１から５のいずれか一項に記載のサーボアンプ。

【請求項8】

可動部を移動させるモータの速度指令に基づいて、前記モータのトルク指令を生成する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて、前記モータのトルクを制御するトルク制御部と、
前記速度指令が入力され、前記速度指令に基づいて、前記モータが受ける負荷トルクを推定する負荷トルク推定部と、
前記負荷トルク推定部により推定された前記負荷トルクに関する情報をサーボアンプ外部に出力する出力部とを備え、
前記出力部は、前記負荷トルクの推定値をピークホールドし、前記推定値のピークホールド値をサーボアンプ外部へ送信する、サーボアンプ。

【請求項9】

前記出力部は、前記ピークホールド値をサーボアンプ外部へ送信する毎にリセットし、前記負荷トルクの推定値を再びピークホールドする、請求項６又は８に記載のサーボアンプ。

【請求項10】

可動部を移動させるモータの速度指令に基づいて、前記モータのトルク指令を生成する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて、前記モータのトルクを制御するトルク制御部と、
前記速度指令が入力され、前記速度指令に基づいて、前記モータが受ける負荷トルクを推定する負荷トルク推定部と、
前記負荷トルク推定部により推定された前記負荷トルクに関する情報をサーボアンプ外部に出力する出力部とを備え、
前記出力部は、前記負荷トルクの推定値を時間積分し、前記推定値の時間積分値をサーボアンプ外部へ送信する、サーボアンプ。

【請求項11】

前記負荷トルク推定部は、前記可動部のプレス動作時の前記負荷トルクを推定する、請求項１から１０のいずれか一項に記載のサーボアンプ。

【請求項12】

前記モータは、鉛直方向成分を有する移動方向に前記可動部を移動させる、請求項１から１１のいずれか一項に記載のサーボアンプ。

【請求項13】

サーボアンプと、前記サーボアンプの外部に設けられる外部機器とを備え、
前記サーボアンプは、
可動部を移動させるモータの速度指令に基づいて、前記モータのトルク指令を生成する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて、前記モータのトルクを制御するトルク制御部と、
前記速度指令が入力され、前記速度指令に基づいて、前記モータが受ける負荷トルクを推定する負荷トルク推定部と、
前記負荷トルク推定部により推定された前記負荷トルクに関する情報を前記外部機器に出力する出力部とを備え、
前記負荷トルク推定部は、前記速度指令と前記トルク指令又は前記モータのトルク検出値とを用いて、前記モータが受ける外乱トルクを推定することで、前記負荷トルクを推定する、サーボシステム。

【請求項14】

サーボアンプと、前記サーボアンプの外部に設けられる外部機器とを備え、
前記サーボアンプは、
可動部を移動させるモータの速度指令に基づいて、前記モータのトルク指令を生成する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて、前記モータのトルクを制御するトルク制御部と、
前記速度指令が入力され、前記速度指令に基づいて、前記モータが受ける負荷トルクを推定する負荷トルク推定部と、
前記負荷トルク推定部により推定された前記負荷トルクに関する情報を前記外部機器に出力する出力部とを備え、
前記出力部は、前記負荷トルクの推定値をピークホールドし、前記推定値のピークホールド値を前記外部機器へ送信する、サーボシステム。

【請求項15】

サーボアンプと、前記サーボアンプの外部に設けられる外部機器とを備え、
前記サーボアンプは、
可動部を移動させるモータの速度指令に基づいて、前記モータのトルク指令を生成する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて、前記モータのトルクを制御するトルク制御部と、
前記速度指令が入力され、前記速度指令に基づいて、前記モータが受ける負荷トルクを推定する負荷トルク推定部と、
前記負荷トルク推定部により推定された前記負荷トルクに関する情報を前記外部機器に出力する出力部とを備え、
前記出力部は、前記負荷トルクの推定値を時間積分し、前記推定値の時間積分値を前記外部機器へ送信する、サーボシステム。

【請求項16】

前記モータの制御用に第１の慣性値を設定する第１の慣性値設定部と、
前記負荷トルクの推定用に第２の慣性値を設定する第２の慣性値設定部と、を備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載のサーボアンプ。

【請求項17】

前記モータの制御用に第１のフィルタ値を設定する第１のフィルタ値設定部と、
前記情報の出力用に第２のフィルタ値を設定する第２のフィルタ値設定部と、を備える、請求項１から１２，１６のいずれか一項に記載のサーボアンプ。

【請求項18】

前記サーボアンプは、
前記モータの制御用に第１の慣性値を設定する第１の慣性値設定部と、
前記負荷トルクの推定用に第２の慣性値を設定する第２の慣性値設定部と、を備える、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のサーボシステム。

【請求項19】

前記サーボアンプは、
前記モータの制御用に第１のフィルタ値を設定する第１のフィルタ値設定部と、
前記情報の出力用に第２のフィルタ値を設定する第２のフィルタ値設定部と、を備える、請求項１３から１５，１８のいずれか一項に記載のサーボシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サーボアンプ及びサーボシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、トルク指令とモータ速度とに基づいて、モータが受ける負荷トルクを推定する負荷トルクオブザーバを備えるモータ制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２‐１３０２１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の技術では、推定された負荷トルクは、外乱を抑制する目的でモータ制御に使用されるものの、推定された負荷トルクに関する情報を外部から監視することはできなかった。

【0005】

そこで、本開示は、推定された負荷トルクに関する情報を外部から監視可能なサーボアンプ及びサーボシステムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示は、
可動部を移動させるモータの速度指令に基づいて、前記モータのトルク指令を生成する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて、前記モータのトルクを制御するトルク制御部と、
前記速度指令が入力され、前記速度指令に基づいて、前記モータが受ける負荷トルクを推定する負荷トルク推定部と、
前記負荷トルク推定部により推定された前記負荷トルクに関する情報をサーボアンプ外部に出力する出力部とを備え、
前記負荷トルク推定部は、前記速度指令と前記トルク指令又は前記モータのトルク検出値とを用いて、前記モータが受ける外乱トルクを推定することで、前記負荷トルクを推定する、サーボアンプを提供する。

【0009】

また、本開示は、
サーボアンプと、前記サーボアンプの外部に設けられる外部機器とを備え、
前記サーボアンプは、
可動部を移動させるモータの速度指令に基づいて、前記モータのトルク指令を生成する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて、前記モータのトルクを制御するトルク制御部と、
前記速度指令が入力され、前記速度指令に基づいて、前記モータが受ける負荷トルクを推定する負荷トルク推定部と、
前記負荷トルク推定部により推定された前記負荷トルクに関する情報を前記外部機器に出力する出力部とを備え、
前記負荷トルク推定部は、前記速度指令と前記トルク指令又は前記モータのトルク検出値とを用いて、前記モータが受ける外乱トルクを推定することで、前記負荷トルクを推定する、サーボシステムを提供する。

【発明の効果】

【0010】

本開示の技術によれば、推定された負荷トルクに関する情報を外部から監視可能なサーボアンプ及びサーボシステムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一比較形態におけるサーボシステムの構成を例示する図である。

【図2】第１の実施形態におけるサーボシステムの構成を例示する図である。

【図3】第２の実施形態におけるサーボシステムの構成を例示する図である。

【図4】推定負荷トルクに重力トルクを含めた場合での各波形を例示する図である。

【図5】推定負荷トルクに重力トルクを含めない場合での各波形を例示する図である。

【図6】第３の実施形態におけるサーボシステムの構成を例示する図である。

【図7】負荷トルクの推定に帰還速度を使用する場合の各波形を例示する図である。

【図8】負荷トルクの推定に指令速度を使用する場合の各波形を例示する図である。

【図9】負荷トルクの推定値をピークホールドする場合の各波形を例示する図である。

【図10】端子と電線との圧着が正常な状態を示す図である。

【図11】端子と電線との圧着が異常な状態を示す図である。

【図12】負荷トルクの推定値を時間積分する場合の各波形を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施形態を、図面を参照して説明する。まず、本開示の実施形態と比較するため、一比較形態におけるサーボシステムの構成について説明する。

【0013】

図１は、一比較形態におけるサーボシステムの構成を例示する図である。図１に示すサーボシステム１００は、不図示の可動部を動かすためのモータ９を制御するモータシステムである。サーボシステム１００は、速度制御部１、加算器２、トルク制御部３、速度検出部４、負荷トルク推定部５、制御フィルタ８、モータ９及び位置検出器１０を備える。

【0014】

トルク制御部３は、トルク指令Ｔｒに基づいて、モータ９のトルクを制御する。位置検出器１０は、モータ９の位置（回転位置θ）を検出する。位置検出器は、ＰＧとも称される。速度検出部４は、位置検出器１０により検出された回転位置θの時間的な変化に基づいて、モータ９の速度（角速度ω）を検出する。速度制御部１は、速度検出部４により検出された角速度ωを、不図示の前段の制御ブロックから供給される速度指令ωｒに追従させるフィードバックトルク指令Ｔｂを生成する。

【0015】

また、サーボシステム１００は、モータ９が受ける負荷トルクＴＬを推定するため、負荷トルク推定部５を備える。負荷トルク推定部５は、トルク指令Ｔｒと、速度検出部４により検出された角速度ωとに基づいて、負荷トルクＴＬを推定する。

【0016】

モータ９の発生トルクをＴ、モータ９の慣性モーメント（慣性値）をＪ、モータ９の角加速度をｄω／ｄｔとするとき、負荷トルクＴＬに、モータ９により移動する可動部に働く重力によって生ずるトルク（重力トルク）を含めた場合、
ＴＬ＝Ｔ−Ｊ×ｄω／ｄｔ ・・・式１
という関係式が成立する。したがって、負荷トルク推定部５は、トルク指令Ｔｒから、トルク算出部６により算出されたトルク（Ｊ×ｄω／ｄｔ）を減算器７により減算することによって、負荷トルクＴＬを推定する。

【0017】

制御フィルタ８は、負荷トルク推定部５により推定された負荷トルクＴＬ（推定負荷トルクＴＬｅ）にフィルタ処理を施すことによって、補償負荷トルクＴＬｃを生成する。加算器２は、速度制御部１により生成されたフィードバックトルク指令Ｔｂと制御フィルタ８により生成された補償負荷トルクＴＬｃとを加算することによって、トルク指令Ｔｒを生成する。

【0018】

しかしながら、図１に示すサーボシステム１００では、負荷トルク推定部５により推定された負荷トルクＴＬは、外乱を抑制する目的でモータ制御に使用されるものの、推定負荷トルクＴＬｅに関する情報を外部から監視することはできない。

【0019】

そこで、本開示の実施形態におけるサーボアンプ及びサーボシステムは、推定された負荷トルクに関する情報を外部から監視可能な構成を備える。次に、本開示の実施形態におけるサーボアンプ及びサーボシステムの当該構成について説明する。

【0020】

図２は、第１の実施形態におけるサーボシステムの構成を例示する図である。図２に示すサーボシステム１２０は、鉛直方向成分を有する移動方向に可動部４０をアーム４１によって移動させるモータ１９を駆動及び制御するモータ駆動制御システムである。サーボシステム１２０は、例えば、モータ１９を駆動及び制御して可動部４０の位置を所望の位置に制御する。サーボシステム１２０は、サーボアンプ１１１と、外部機器１２２とを備える。

【0021】

外部機器１２２は、サーボアンプ１２１の外部に設けられる装置であり、負荷トルクＴＬの監視機能を備える。外部機器１２２は、アナログ電圧、又は有線通信もしくは無線通信によって、サーボアンプ１２１と接続される。外部機器１２２は、例えば、プログラマブルロジックコントローラなどの制御装置である。

【0022】

サーボアンプ１１１は、鉛直方向成分を有する移動方向に可動部４０をアーム４１によって移動させるモータ１９を駆動するモータ駆動装置であり、例えば、モータ１９を駆動して可動部４０の位置を所望の位置に制御する。サーボアンプ１１１は、例えば、主な構成として、速度制御部１１、加算器１２、トルク制御部１３、速度検出部１４、負荷トルク推定部１５、制御フィルタ１８及び出力部２３を備える。

【0023】

トルク制御部１３は、トルク指令Ｔｒに基づいて、モータ１９のトルクを制御する。位置検出器２０は、モータ１９の位置（回転位置θ）を検出する。速度検出部１４は、位置検出器２０により検出された位置の時間的な変化に基づいて、モータ１９の速度（角速度ω）を検出する。速度制御部１１は、速度検出部１４により検出された角速度ωを、不図示の前段の制御ブロックから供給される速度指令ωｒに追従させるフィードバックトルク指令Ｔｂを生成する。例えば、速度制御部１１は、速度検出部１４により検出された角速度ωと不図示の前段の制御ブロックから供給される速度指令ωｒとの偏差が零になるようにＰＩ制御（比例制御と積分制御）を行うことによって、フィードバックトルク指令Ｔｂを生成する。

【0024】

負荷トルク推定部１５は、トルク指令Ｔｒ又はトルク検出値Ｔｄｅと、速度検出部１４により検出された角速度ωとに基づいて、モータ９が受ける負荷トルクＴＬ（モータ９に加わる負荷トルクＴＬ）を推定する。負荷トルク推定部５は、例えば、負荷トルクＴＬを推定する負荷トルクオブザーバである。負荷トルクＴＬの推定に用いられるトルク検出値Ｔｄｅは、トルク検出部２１により検出されたモータ１９のトルク値を表す。つまり、負荷トルクＴＬの推定に、トルク指令Ｔｒを用いてもよいしトルク検出値Ｔｄｅを用いてもよい。例えば、トルク検出部２１がサーボアンプ１１１に備えられていない場合、トルク指令Ｔｒが負荷トルクＴＬの推定に用いられる。以下、負荷トルク推定部１５によって推定された負荷トルクＴＬを、"推定負荷トルクＴＬｅ"とも称する。

【0025】

図１に示す一比較形態では、負荷トルクＴＬに重力トルクを含めて、負荷トルクＴＬが推定されている。図２に示す第１の実施形態は、負荷トルクＴＬに重力トルクを含めずに、負荷トルクＴＬを推定する場合を示す。

【0026】

重力トルクとは、鉛直方向成分を有する移動方向にアーム４１により移動する可動部４０に働く重力分をキャンセルするために要するトルクを表す。モータ１９は、モータ１９の回転出力軸にギア等を介して接続されたアーム４１を、鉛直方向成分を有する方向（例えば、上下方向）に移動させることによって、アーム４１に結合された可動部４０を鉛直方向成分を有する移動方向に移動させる。可動部４０は、例えば、載置台上に固定されたワークＷを上方からプレスするプレス動作部である。アーム４１は、例えばボールねじを用いて、鉛直方向成分を有する移動方向に可動部４０を移動させる。なお、可動部４０は、プレス動作、ドリル動作、又は、せん断動作などの工作動作をするものでもよい。

【0027】

例えば、アーム４１がその延伸方向に可動部４０を移動させるボールねじの場合を考える。可動部４０の重心位置に働く重力をＦｇ、重力Ｆｇのうちアーム４１の延伸方向（可動部４０の移動方向）の重力成分をＦｇ'、重力トルクをＴｇ、鉛直方向とアーム４１の延伸方向との角度をα、ボールねじのピッチ（リード）をＢＰとする。角度αが零の場合は、可動部４０が鉛直方向のみに移動することを表す。このとき、重力成分Ｆｇ'と重力トルクＴｇは、それぞれ、
Ｆｇ'＝Ｆｇ×ｃｏｓα ・・・式２
Ｔｇ＝（ＢＰ／２π）×Ｆｇ' ・・・式３
という関係式が成立する。

【0028】

また、モータ１９の発生トルクをＴ、モータ１９及びモータ１９に直接又は間接的に接続される負荷機械可動部の慣性モーメント（慣性値）をＪ、モータ１９の角加速度をｄω／ｄｔ、モータ１９が受ける外乱トルクをＴｄ、外乱トルクＴｄに含まれる重力トルクをＴｇとする。このとき、負荷トルクＴＬに重力トルクＴｇを含めない場合、
ＴＬ＝Ｔｄ−Ｔｇ＝Ｔ−Ｊ×ｄω／ｄｔ−Ｔｇ ・・・式４
という関係式が成立する。推定対象の負荷トルクＴＬから重力トルクＴｇを除くことによって、負荷トルクＴＬの推定精度が向上する。

【0029】

式４を使って負荷トルクＴＬを推定する場合、負荷トルク推定部１５は、例えば、外乱トルク推定部２８及び減算器３０を有する。

【0030】

外乱トルク推定部２８は、トルク指令Ｔｒ又はトルク検出値Ｔｄｅと、速度検出部１４により検出された角速度ωとに基づいて、モータ１９が受ける外乱トルクＴｄ（モータ１９に加わる外乱トルクＴｄ）を推定する。外乱トルク推定部２８は、例えば、外乱トルクＴｄを推定する外乱トルクオブザーバである。以下、外乱トルク推定部２８によって推定された外乱トルクＴｄを、"推定外乱トルクＴｄｉｅ"とも称する。

【0031】

外乱トルク推定部２８は、例えば、図１に示す負荷トルク推定部５と同じ構成を有する。この場合、外乱トルク推定部２８は、上述と同様に、トルク指令Ｔｒ又はトルク検出値Ｔｄｅから、トルク算出部６により算出されたトルク（Ｊ×ｄω／ｄｔ）を減算器７により減算することによって、外乱トルクＴｄを推定する。なお、外乱トルク推定部２８は、この構成に限られず、任意の公知の構成でもよい。

【0032】

式４に示されるように、負荷トルクＴＬは、外乱トルクＴｄから重力トルクＴｇを減算することによって推定可能である。したがって、負荷トルク推定部１５は、外乱トルク推定部２８により推定された外乱トルクＴｄ（推定外乱トルクＴｄｉｅ）から、重力トルクＴｇを減算器３０により減算することによって、負荷トルクＴＬを推定する。つまり、重力トルクＴｇの補償によって、高精度な推定負荷トルクＴＬｅが得られる。

【0033】

例えば、負荷トルク推定部１５は、外乱トルク推定部２８により推定された外乱トルクＴｄ（推定外乱トルクＴｄｉｅ）から、一定の重力トルクＴｇを減ずることによって、負荷トルクＴＬを推定する。角度αが固定されて可動部４０が鉛直方向に一直線上に移動する場合、重力トルクＴｇは、式３により、一定値になる。よって、一定の重力トルクＴｇは、サーボアンプ１１１内部に予め設定（記憶）しておくことができる。

【0034】

あるいは、負荷トルク推定部１５は、外乱トルク推定部２８により推定された外乱トルクＴｄ（推定外乱トルクＴｄｉｅ）から、サーボアンプ外部から供給される重力トルクＴｇを減ずることによって、負荷トルクＴＬを推定してもよい。動作状態や段取りの変化によって可動部４０の質量が変わったり、角度αが変わったりする場合がある。このような可変情報を外部機器１２２が有する場合、時々刻々の重力トルクＴｇの値が外部機器１２２により演算され、時々刻々の重力トルクＴｇの演算値が、外部機器１２２から、通信によって、サーボアンプ１１１の負荷トルク推定部１５に供給される。このように、重力トルクＴｇが変化しても、サーボアンプ１１１は、外部機器１２２から重力トルクＴｇを入手して、負荷トルクＴＬの推定に利用できる。

【0035】

制御フィルタ１８は、推定負荷トルクＴＬｅにフィルタ処理を施すことによって、補償負荷トルクＴＬｃを生成する。加算器１２は、速度制御部１１により生成されたフィードバックトルク指令Ｔｂと制御フィルタ１８により生成された補償負荷トルクＴＬｃとを加算することによって、トルク指令Ｔｒを生成する。

【0036】

サーボアンプ１１１は、推定負荷トルクＴＬｅに関する情報（監視情報）をサーボアンプ１１１の外部に出力する出力部２３を備える。これにより、推定負荷トルクＴＬｅに関する情報がサーボアンプ１１１の外部（例えば、外部機器１２２）に出力可能となる。よって、外乱を抑制する目的で推定負荷トルクＴＬｅをトルク指令Ｔｒの算出に反映してモータ１９のサーボ制御に使用できるだけでなく、推定負荷トルクＴＬｅに関する情報をサーボアンプ１１１の外部（例えば、外部機器１２２）から監視できる。

【0037】

例えば、モータ１９によって位置等が制御される可動部４０又はモータ１９自体に、異常（例えば、経年劣化や異物の接触など）が発生すると、推定負荷トルクＴＬｅが変化する。したがって、出力部２３から出力される推定負荷トルクＴＬｅに関する情報をサーボアンプ１１１の外部でモニタすることによって、可動部４０又はモータ１９に発生した異常をサーボアンプ１１１の外部で検知することが可能となる。

【0038】

推定負荷トルクＴＬｅに関する情報として、例えば、推定負荷トルクＴＬｅの値、サーボアンプ１１１内部で推定負荷トルクＴＬｅに基づき異常判定を行った結果などが挙げられる。

【0039】

出力部２３は、推定負荷トルクＴＬｅに関する情報を、アナログ出力で外部出力してもよいし、有線通信又は無線通信で外部出力してもよい。

【0040】

例えば、出力部２３は、推定負荷トルクＴＬｅの値をアナログの電圧値に変換して外部出力する。これにより、サーボアンプ１１１の外部機器１２２は、出力部２３から出力されるアナログの電圧値に応じて、推定負荷トルクＴＬｅの値を検知できる。出力部２３が推定負荷トルクＴＬｅの値を所定の搬送波で通信出力する場合も同様に、サーボアンプ１１１の外部機器１２２は、出力部２３から出力される搬送波を受信することによって、推定負荷トルクＴＬｅの値を検知できる。例えば、出力部２３は、負荷トルクの推定値をピークホールドし、その推定値のピークホールド値をサーボアンプ外部へ送信する。

【0041】

同様に、出力部２３は、サーボアンプ１１１内部で推定負荷トルクＴＬｅに基づき異常判定を行った結果（正常又は異常）を表す情報を、アナログの電圧値に変換して外部出力してもよいし、所定の搬送波で通信出力してもよい。これにより、サーボアンプ１１１の外部機器１２２は、出力部２３から出力されるアナログ電圧又は搬送波を検知することによって、サーボアンプ１１１が異常判定した結果を取得できる。

【0042】

ところで、負荷トルクＴＬの推定には、上述の通り、モータ１９及びモータ１９に接続される負荷機械可動部の慣性モーメント（慣性値Ｊ）が使われる。負荷トルクＴＬの推定に使用する慣性値が、サーボ制御パラメータ（例えば、速度制御部１１で行われる比例制御の制御ゲインＡ）の決定に使用する慣性値と兼用されている場合、負荷トルクＴＬの推定に使用する慣性値は、必ずしも正しく設定されるとは限らない。サーボ制御の制御性の向上に適した慣性値が、必ずしも負荷トルクＴＬの推定精度の向上に適しているとは限らないからである。また、サーボ制御パラメータの決定に使用される慣性モーメント比は、多少の誤差があってもサーボ制御上の不具合が生じなければよいため、１、５、１０倍などの概略値に設定し、オートチューニングゲインで細かく調整する場合がある。このような場合、負荷トルクＴＬを精度よく推定することが難しい。

【0043】

この点、図２に示すサーボアンプ１１１は、モータ１９の制御用に第１の慣性値Ｊｃを設定する第１の慣性値設定部２４と、負荷トルクＴＬの推定用に第２の慣性値Ｊｅを設定する第２の慣性値設定部２６とを備える。つまり、負荷トルクＴＬの推定用とモータ１９の制御用とで独立に慣性値を設定可能な機能が設けられている。このように独立に慣性値を設定可能な機能を設けることで、負荷トルクＴＬの推定のために、より適切な慣性値を設定可能になり、負荷トルクＴＬの推定精度が向上する。また、負荷トルクＴＬの推定用とモータ１９の制御用とでそれぞれに適切な慣性値を設定することが可能になるので、サーボ制御の制御精度の向上と負荷トルクＴＬの推定精度の向上とを両立させることが可能となる。

【0044】

例えば、第１の慣性値設定部２４は、入力された第１の慣性値Ｊｃに基づいて制御ゲインＡをオートチューニングし、速度制御部１１で行われる比例制御の制御ゲインに、オートチューニング後の制御ゲインＡを設定する。一方、第２の慣性値設定部２６は、負荷トルク推定部１５内で負荷トルクＴＬの推定に使用する慣性値Ｊ（例えば、上述の（Ｊ×ｄω／ｄｔ）の算出に使用する慣性値Ｊ）に、入力された第２の慣性値Ｊｅを設定する。

【0045】

なお、第１の慣性値Ｊｃ又は第２の慣性値Ｊｅは、サーボアンプ１１１が備える慣性値推定演算機能によって得られる推定値でもよいし、ユーザ又はサーボアンプ１１１の外部機器１２２から入力される情報に基づいて決定される値でもよい。

【0046】

また、図２に示すサーボアンプ１１１は、モータ１９の制御用に第１のフィルタ値Ｋｃを設定する第１のフィルタ値設定部２５と、推定負荷トルクＴＬｅに関する監視情報の出力用に第２のフィルタ値Ｋｏを設定する第２のフィルタ値設定部２７とを備える。つまり、監視情報の出力用とモータ１９の制御用とで独立にフィルタ値を設定可能な機能が設けられている。このように独立にフィルタ値を設定可能な機能を設けることで、モータ１９のサーボ制御に適したフィルタ値を設定できるだけでなく、サーボアンプ１１１の外部機器１２２が監視情報を監視するのに適したフィルタ値を設定できる。

【0047】

サーボアンプ１１１は、例えば、モータ１９の制御用の制御フィルタ１８と、監視情報の出力用の出力フィルタ２２とを備える。第１のフィルタ値設定部２５は、制御フィルタ１８に、入力された第１のフィルタ値Ｋｃを設定し、第２のフィルタ値設定部２７は、出力フィルタ２２に、入力された第２のフィルタ値Ｋｏを設定する。例えば、第１のフィルタ値Ｋｃは、制御フィルタ１８の応答時定数であり、第２のフィルタ値Ｋｏは、出力フィルタ２２の応答時定数であるが、これに限られず、各フィルタで行われるフィルタ処理に適した値に設定される。制御フィルタ１８は、推定負荷トルクＴＬｅに、第１のフィルタ値Ｋｃを用いたフィルタ処理を施すことによって、補償負荷トルクＴＬｃを生成する。出力フィルタ２２は、推定負荷トルクＴＬｅに、第２のフィルタ値Ｋｏを用いたフィルタ処理を施すことによって、外部監視に適した推定負荷トルクＴＬｅを生成する。

【0048】

なお、出力フィルタ２２は、ローパスフィルタでもバンドパスフィルタでもハイパスフィルタでもよい。外部監視に適したフィルタ特性が設定される。

【0049】

図３は、第２の実施形態におけるサーボシステムの構成を例示する図である。図３に示すサーボシステム１４０は、サーボアンプ１２１と、外部機器１２２とを備える。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。

【0050】

第２の実施形態は、負荷トルク推定部１５の構成が第１の実施形態と異なる。第２の実施形態では、負荷トルク推定部１５は、外乱トルク推定部２８により推定された外乱トルクＴｄ（推定外乱トルクＴｄｉｅ）から重力トルクＴｇを高域通過フィルタ３２により減ずることによって、負荷トルクＴＬを推定する。高域通過フィルタ３２は、外乱トルクＴｄが入力され、入力された外乱トルクＴｄに含まれる重力トルクＴｇを減衰することによって、重力トルクＴｇの成分が減衰した推定負荷トルクＴＬｅを出力する。重力トルクＴｇの周波数成分が直流成分の場合（例えば、上述のように、重力トルクＴｇが一定値の場合）、外乱トルクＴｄに高域通過フィルタ３２によるフィルタ処理を施すことで、重力トルクＴｇに相当する直流成分が減衰した推定負荷トルクＴＬｅが得られる。

【0051】

図４は、推定負荷トルクに重力トルクを含めた場合での各波形を例示する図であり、一比較形態における負荷トルク推定部５が負荷トルクＴＬを推定する場合を示す。図５は、推定負荷トルクに重力トルクを含めない場合での各波形を例示する図であり、第１又は第２の実施形態における負荷トルク推定部１５が負荷トルクＴＬを推定する場合を示す。図４，５において、「速度」は、可動部４０が金属のワークＷをプレスするときのプレス速度（又は、角速度ω）を表し、「負荷トルク」は、サーボアンプ内部で演算された推定負荷トルクＴＬｅを表す。

【0052】

図４の場合、下降動作にて金属をプレスするため、下支点付近で負荷トルクが加わっているが、重力トルクＴｇが推定負荷トルクＴＬｅに２０％程度含まれているため、負荷トルク（この場合、プレストルク）を精度良く監視できない。一方、図５の場合、重力トルクＴｇを推定負荷トルクＴＬｅに含まれないため、推定負荷トルクＴＬｅを零基準に変化する量として表すことができ、プレストルクを精度良く且つ直感的に監視することができる。

【0053】

図６は、第３の実施形態におけるサーボシステムの構成を例示する図である。図６に示すサーボシステム１６０は、サーボアンプ１３１と、外部機器１２２とを備える。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。

【0054】

第３の実施形態は、負荷トルク推定部１５が、モータ１９の速度指令ωｒに基づいて負荷トルクＴＬを推定する点で、モータ１９の速度検出値（速度検出部１４により検出される角速度ω）に基づいて負荷トルクＴＬを推定する上述の実施形態と異なる。負荷トルク推定部１５は、外乱トルク推定部２８が速度指令ωｒに基づいて外乱トルクＴｄを推定することによって、負荷トルクＴＬを推定する。

【0055】

例えば図１に示す負荷トルクＴＬの演算では、位置検出器２０により検出された回転位置θを速度検出部１４が微分することによって得られる角速度ωが使用される。しかしながら、位置検出器２０により検出された回転位置θにはノイズ成分が含まれるため、これを微分すると、大きなノイズ成分が角速度ωに現れる傾向がある。とくに、慣性値が大きいと、監視に適さない程のノイズ成分となる場合がある。速度検出部１４により得られた角速度ωを更に微分して角加速度ｄω／ｄｔを得ると、更にノイズ成分が増大する場合がある。

【0056】

これに対し、図６に示す負荷トルク推定部１５は、速度指令ωｒで指令される速度（指令速度）を微分して得られる角加速度ｄω／ｄｔを使用して負荷トルクＴＬを演算する。速度指令ωｒで指令される速度（指令速度）は、サーボアンプ１３１の内部値であるので、ノイズ成分が比較的少ない。よって、速度指令ωｒで指令される速度（指令速度）を使用することで、ノイズの少ない高精度な監視が可能となる場合がある。

【0057】

なお、図６に示す負荷トルク推定部１５は、図３に示すように、高域通過フィルタ３２を使用して、負荷トルクＴＬを推定してもよい。

【0058】

図７は、負荷トルクの推定に帰還速度（速度検出部１４により検出される角速度ω）を使用する場合の各波形を例示する図である。図８は、負荷トルクの推定に指令速度（速度指令ωｒで指令される速度）を使用する場合の各波形を例示する図である。

【0059】

図７の場合、帰還速度の微分を使用しているため、実負荷による負荷トルクＴＬの印加時の角速度ωの変化に伴って、瞬時に推定負荷トルクＴＬｅを算出できる。一方、図８のように、指令速度の微分を使用した場合、実負荷による負荷トルクＴＬの印加時の角速度ωの変化が負荷トルクＴＬの推定に反映されない。そのため、速度制御の結果としてトルク指令Ｔｒが立ち上がるのに伴って、推定負荷トルクＴＬｅが立ち上がる。つまり、推定負荷トルクＴＬｅの応答の速さは、速度制御の応答の速さで決まる。しかしながら、速度制御の応答は、通常３０〜１００Ｈｚぐらいであり（時定数換算すると、５〜１ｍｓ程度）、十分に速いため、実用上は支障がない。

【0060】

ところで、図５に例示する推定負荷トルクＴＬｅの波形では、出力部２３から出力される推定負荷トルクＴＬｅから、そのピーク値を外部機器１２２で検出するには、１ｍｓ程度のサンプリングが要求される。このピーク検出をバス通信で行う場合、バス通信を１ｍｓ程度で行うことが要求されるので、外部機器１２２側のピーク検出に高い精度が要求され、高精度なピーク検出が容易ではない。

【0061】

そこで、各実施形態における出力部２３は、例えば図９に示すように、負荷トルクＴＬの推定値をピークホールドし、その推定値のピークホールド値をサーボアンプ外部へ送信する毎にリセットし、負荷トルクＴＬの推定値を再びピークホールドしてもよい。出力部２３は、バス通信で送受信する間の期間に推定負荷トルクＴＬｅをピークホールドし、送信タイミングで最新のピークホールド値を外部機器１２２に送信し、内部のピークホールド値をリセットする。これにより、例えばバス通信が５ｍｓ程度の場合であっても、外部機器１２２は、取りこぼしなくピーク検出できる。よって、データ更新が比較的遅いシステムでも、外部機器１２２は、推定負荷トルクＴＬｅのピーク値を取りこぼさずに、推定負荷トルクＴＬｅに基づいて、モータ１９等の異常判定を比較的高精度に実施できる。

【0062】

外部機器１２２側でピークトルクを検出することが求められる例として、
・機械の１サイクルの情報が、外部機器１２２側にしかなく、サーボアンプ側が、どの区間のピークを検出すればよいのか不明な場合
・１サイクル内の複数ピークのうち、どのピークを異常判定に使用するのかを定める条件が、外部機器１２２側にしかない場合
などがある。

【0063】

あるいは、各実施形態における出力部２３は、負荷トルクＴＬの推定値を時間積分し、その推定値の時間積分値をサーボアンプ外部へ送信してもよい。これにより、推定負荷トルクＴＬｅのピーク値の正常時と異常時との差が比較的小さくても、外部機器１２２は、出力部２３から供給される時間積分値に基づいて、モータ１９等の異常判定を比較的高精度に実施できる。

【0064】

図１２は、負荷トルクの推定値を時間積分する場合の各波形を例示する図であり、本実施形態におけるサーボシステムをプレス機械に適用した場合において、速度と負荷トルクの波形を正常時と異常時で比較した結果を示す。図１２において、「速度」は、可動部４０が金属のリセプタクル端子をプレスするときのプレス速度（又は、角速度ω）を表し、「負荷トルク」は、サーボアンプ内部で演算された推定負荷トルクＴＬｅを表す。図１２おいて、「正常」は、リセプタクル端子６０と電線５１との圧着が正常な場合を示し（図１０参照）、「異常」は、リセプタクル端子６０と電線５１との圧着が異常な場合を示す（図１１参照）。

【0065】

図１０は、プレス機械の可動部４０が、電線５１の先端部の被覆５２が剥けることで露出した導線５３と共にリセプタクル端子６０の根元部６１をプレスして、導線５３と根元部６１とが圧着された正常状態を示す。図１１は、プレス機械の可動部４０が、電線５１の先端部の被覆５２が剥けずに導線５３を覆った状態で、リセプタクル端子６０の根元部６１をプレスして、電線５１と根元部６１とが圧着された異常状態を示す。

【0066】

図１２に例示する異常波形では、電線５１に被覆５２が被った状態で圧着しているため、異物（被覆５２）がある分、推定負荷トルクＴＬｅは、正常波形に比べて早く負側に大きくなっている。出力部２３は、例えば、角速度ωが所定の速度閾値ωａ（例えば、−２００ｒｐｍ）よりも低く、且つ、推定負荷トルクＴＬｅが所定のトルク閾値ＴＬａ（例えば、−２０％）よりも低い期間で、推定負荷トルクＴＬｅの時間積分する。この条件で時間積分する場合、出力部２３は、異常時には、期間ｔ１−ｔ３で時間積分することになり、正常時には、期間ｔ２−ｔ３で時間積分することになる。時間積分値（図１２のハッチング部の面積に相当）は、異常時と正常時とで、明らかに違いを判別できる。このように、推定負荷トルクＴＬｅのピーク値では判別しづらいケースでも、時間積分値で比較することで、モータ１９等の異常判定が容易になる。

【0067】

このように、上述の実施形態によれば、推定された負荷トルクＴＬに関する監視情報が外部出力されるので、推定された負荷トルクに関する情報を外部監視することが可能となる。

【0068】

なお、上述の実施形態において、サーボアンプが備える推定トルク推定部などの各部の機能は、メモリに読み出し可能に記憶されたプログラムによって、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit））が動作することにより実現される。

【0069】

以上、サーボアンプ及びサーボシステムを実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

【符号の説明】

【0070】

１５ 負荷トルク推定部
１８ 制御フィルタ
２２ 出力フィルタ
２３ 出力部
２４ 第１の慣性値設定部
２５ 第１のフィルタ値設定部
２６ 第２の慣性値設定部
２７ 第２のフィルタ値設定部
２８ 外乱トルク推定部
２９ 摩擦トルク推定部
３０ 減算器
３２ 高域通過フィルタ
４０ 可動部
１００，１２０，１４０，１６０ サーボシステム
１１１，１２１，１３１ サーボアンプ
１２２ 外部機器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】