TWI731699B - Method for predicting and compensating frictions of feed system, and computer readable medium - Google Patents
Method for predicting and compensating frictions of feed system, and computer readable medium Download PDFInfo
- Publication number
- TWI731699B TWI731699B TW109117585A TW109117585A TWI731699B TW I731699 B TWI731699 B TW I731699B TW 109117585 A TW109117585 A TW 109117585A TW 109117585 A TW109117585 A TW 109117585A TW I731699 B TWI731699 B TW I731699B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- friction force
- motor
- model
- feed system
- friction
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 19
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 11
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 claims 3
- 230000003862 health status Effects 0.000 description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Position Or Direction (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
Description
本發明涉及一種進給系統,尤其涉及一種進給系統的摩擦力預測與補償方法。 The present invention relates to a feed system, in particular to a friction force prediction and compensation method of the feed system.
一般來說,進給系統(例如自動化設備)內部採用的馬達在反轉的瞬間會因為沒有足夠的動力克服因機械組件所生的最大靜摩擦力而發生速度不連續的現象,因而在馬達的換向處產生加工紋路,影響進給系統的加工品質與精密度。 Generally speaking, the motor used in the feed system (such as automation equipment) will have speed discontinuity at the moment of reversing because there is not enough power to overcome the maximum static friction generated by the mechanical components. Processing lines are generated in each direction, which affects the processing quality and precision of the feed system.
參閱圖1,為進給系統與摩擦力示意圖。如圖1(a)所示,進給系統1上一般配置有一或多組的機械組件11,於進給系統1啟動後,可以控制馬達(圖未標示)轉動,並且藉由馬達的轉動來帶動機械組件11朝向上、下、左、右、前、後等方向反覆移動,進而實現加工的目的。
Refer to Figure 1, which is a schematic diagram of the feed system and friction. As shown in Figure 1(a), the
若要帶動機械組件11朝反方向移動,則馬達必須進行反轉。如前文所述,馬達在反轉的瞬間會因為動力不足而無法克服機械組件11帶來的靜摩擦力,因此將會形成如圖1(b)所示的循圓軌跡2。如圖1(b)所示,進給系統
1在馬達的換向處20將會出現換向尖角,代表馬達在換向處20的動力不足以應付對應的摩擦力。
To drive the
為解決上述問題,本技術領域的技術人員確實需要一套新穎的系統與方法,可以通過對進給系統的馬達進行分析,以預測馬達為了克服在各個轉動位置上的摩擦力所需的動力並且加以補償,並藉此提高進給系統的加工品質與精密度。 In order to solve the above-mentioned problems, those skilled in the art really need a set of novel systems and methods. They can analyze the motors of the feed system to predict the power required by the motors to overcome the frictional forces at various rotational positions. To compensate, and to improve the processing quality and precision of the feed system.
本發明的主要目的,在於提供一種進給系統的摩擦力預測與補償方法以及電腦可讀取儲存媒體,係可在進給系統啟動後進行摩擦力的預測動作,並且藉由提供馬達額外的補償電流,以克服所預測之摩擦力。 The main purpose of the present invention is to provide a method for predicting and compensating the friction force of a feed system and a computer-readable storage medium, which can predict the friction force after the feed system is started, and provide additional compensation by the motor Electric current to overcome the predicted friction.
為了達成上述之目的,本發明的進給系統的摩擦力預測與補償方法係應用於一進給系統,進給系統具有至少一組機械組件、導引機械組件作動的一馬達、以及電性連接馬達並控制馬達轉動的一馬達驅動器,並且進給系統的摩擦力預測與補償方法至少包括下列步驟:a)由馬達驅動器持續擷取馬達轉動時的一電流訊號及一角位置訊號;b)依據電流訊號及角位置訊號估算馬達在各個轉動位置上的一摩擦力,並產生多筆摩擦力數據;c)依據多筆摩擦力數據以及對應各摩擦力數據的角位置訊號進行運算,以針對馬達建立一摩擦力模型; d)將馬達當前的角位置訊號匯入該摩擦力模型中以預測該進給系統的一預測摩擦力;e)基於預測摩擦力計算一補償電流;及f)控制馬達驅動器額外施加補償電流於馬達。 In order to achieve the above-mentioned purpose, the friction prediction and compensation method of the feed system of the present invention is applied to a feed system. The feed system has at least one set of mechanical components, a motor that guides the mechanical components to act, and electrical connections. The motor also controls a motor driver that controls the rotation of the motor, and the friction prediction and compensation method of the feed system includes at least the following steps: a) The motor driver continuously captures a current signal and a corner position signal when the motor is rotating; b) According to the current The signal and the angular position signal estimate the friction of the motor at each rotation position, and generate multiple friction data; c) Perform calculations based on the multiple friction data and the angular position signal corresponding to each friction data to establish the motor A friction model; d) Incorporate the current angular position signal of the motor into the friction force model to predict a predicted friction force of the feed system; e) calculate a compensation current based on the predicted friction force; and f) control the motor driver to apply additional compensation current to motor.
為了達成上述之目的,本發明的電腦可讀取儲存媒體中係記錄有電腦可以執行的程式碼,並且程式碼於被執行後可以執行下列步驟:a)由一進給系統的一馬達驅動器持續擷取進給系統的一馬達轉動時的一電流訊號及一角位置訊號;b)依據電流訊號及角位置訊號估算馬達在各個轉動位置上的一摩擦力,並產生多筆摩擦力數據;c)依據多筆摩擦力數據以及對應各摩擦力數據的角位置訊號進行運算,以針對馬達建立一摩擦力模型;d)將馬達當前的角位置訊號匯入摩擦力模型中以預測進給系統的一預測摩擦力;e)基於預測摩擦力計算一補償電流;及f)控制馬達驅動器額外施加補償電流於馬達。 In order to achieve the above-mentioned purpose, the computer-readable storage medium of the present invention records a computer-readable program code, and after the program code is executed, the following steps can be performed: a) Continued by a motor drive of a feed system Capture a current signal and an angular position signal when a motor of the feed system rotates; b) Estimate a friction force of the motor at each rotation position based on the current signal and angular position signal, and generate multiple friction data; c) Perform calculations based on multiple friction data and angular position signals corresponding to each friction data to establish a friction model for the motor; d) incorporate the current angular position signal of the motor into the friction model to predict a feed system Predict the friction force; e) calculate a compensation current based on the predicted friction force; and f) control the motor driver to additionally apply a compensation current to the motor.
相較於相關技術,本發明的進給系統可以藉由提供額外的補償電流給馬達,以令馬達在運轉時克服進給系統上的摩擦力,藉此克服馬達在反轉時動力不足的問題,進而提高進給系統所能提供的加工品質以及精密度。 Compared with the related art, the feed system of the present invention can provide an additional compensation current to the motor, so that the motor can overcome the friction on the feed system when the motor is running, thereby overcoming the problem of insufficient power when the motor is reversed. , And then improve the processing quality and precision that the feed system can provide.
另外,藉由摩擦力的持續預測與監控,本發明還可依據不同時間點的摩擦力相關參數來判斷進給系統當前的健康狀態,進而判斷進給系統是否需要進行維護或更換。 In addition, by continuously predicting and monitoring the friction force, the present invention can also determine the current health status of the feed system based on the friction related parameters at different time points, and then determine whether the feed system needs maintenance or replacement.
1、3:進給系統 1, 3: Feed system
11、33:機械組件 11, 33: mechanical components
2:循圓軌跡 2: Follow a circular trajectory
20:換向處 20: Reversing point
31:馬達驅動器 31: Motor drive
311:應用程式 311: Application
312:摩擦力模型 312: Friction Model
32:馬達 32: Motor
331:床身 331: bed
332:滑軌 332: Slide
333:載台 333: Stage
41:補償前循圓軌跡 41: Follow a circular trajectory before compensation
42:補償後循圓軌跡 42: Follow circular trajectory after compensation
S10~S26:補償步驟 S10~S26: Compensation steps
S30~S50:更新步驟 S30~S50: update steps
S60~S82:評比步驟 S60~S82: Evaluation steps
圖1為進給系統與摩擦力示意圖。 Figure 1 is a schematic diagram of the feed system and friction.
圖2為本發明的進給系統的方塊圖的第一具體實施例。 Fig. 2 is a first specific embodiment of a block diagram of the feeding system of the present invention.
圖3為本發明的預測與補償方法流程圖的第一具體實施例。 Fig. 3 is a first specific embodiment of a flowchart of the prediction and compensation method of the present invention.
圖4為本發明的摩擦力比對示意圖的第一具體實施例。 Fig. 4 is a first specific embodiment of the friction force comparison schematic diagram of the present invention.
圖5為本發明的摩擦力模型更新流程圖的第一具體實施例。 Fig. 5 is a first specific embodiment of the friction force model update flowchart of the present invention.
圖6為本發明的健康狀態評估流程圖的第一具體實施例。 Fig. 6 is a first specific embodiment of the health state assessment flowchart of the present invention.
茲就本發明之一較佳實施例,配合圖式,詳細說明如後。 With regard to a preferred embodiment of the present invention, the detailed description is given below in conjunction with the drawings.
本發明揭露了一種進給系統的摩擦力預測與補償方法,主要用以預測進給系統在運轉過程中的摩擦力,並且適時地對進給系統內部的馬達進行補償,藉此避免因為馬達的動力不足以克服進給系統的摩擦力而影響所提供的加工品質以及精密度的問題。 The present invention discloses a method for predicting and compensating the friction force of the feed system, which is mainly used to predict the friction force during the operation of the feed system, and timely compensate the motor inside the feed system, thereby avoiding the problem of the motor. The power is not enough to overcome the friction of the feed system and affect the processing quality and precision provided.
首請參閱圖2,為本發明的進給系統的方塊圖的第一具體實施例。本發明的摩擦力預測與補償方法(下面將於說明書中簡稱為補償方法)主要係應用於如圖2所示的進給系統3中。於圖2的實施例中,進給系統3主要具備有馬達驅動器31、與馬達驅動器31電性連接並受馬達驅動器31控制的馬達32、以及受到馬達32轉動的牽引而進行相對作動的至少一組機械組件33。
Firstly, please refer to FIG. 2, which is a first specific embodiment of the block diagram of the feeding system of the present invention. The friction force prediction and compensation method of the present invention (hereinafter referred to as the compensation method in the specification) is mainly applied to the feed system 3 as shown in FIG. 2. In the embodiment of FIG. 2, the feed system 3 mainly includes a
於圖2的實施例中,進給系統3為一種自動化設備,所述機械組件33包括床身331、設置於床身331上的多條滑軌332、以及設置於滑軌332
上的載台333,其中,載台333可受馬達32轉動之牽引而沿著滑軌332在床身331上來回移動。惟,上述說明僅為本發明的其中一種具體實施例,但並不以上述者為限。
In the embodiment of FIG. 2, the feeding system 3 is an automated equipment. The
本實施例中,馬達驅動器31中儲存有應用程式311,馬達驅動器31可以藉由應用程式311的執行而實現本發明的補償方法。具體地,本發明的補償方法主要是通過馬達驅動器31來監控並擷取馬達32的轉動數據,並且基於這些轉動數據估算馬達32在各個轉動位置上時,進給系統3上的摩擦力(例如由機械組件33帶來的最大靜摩擦力)。基於所估算的摩擦力,應用程式311可以進一步針對馬達32的狀態建立一個摩擦力模型312。
In this embodiment, an
本發明中,所述摩擦力模型312主要是一種摩擦力與位置的函數(容後詳述)。上述摩擦力指的是馬達32在進給系統3的運轉過程中所需要克服的摩擦力,而上述位置指的是馬達32的各個轉動位置。
In the present invention, the
藉由所建立的摩擦力模型312,應用程式311可以在進給系統3的運轉過程中輕易地預測出進給系統3即將面臨的摩擦力,並且控制馬達驅動器31對馬達32的轉動進行補償,以令馬達32克服符合預測的實際摩擦力。通過本發明的補償方法,進給系統3可以有效消除馬達32在換向處的換向尖角,藉由適時地提供馬達32足夠的動力以克服不同時間點的摩擦力,以提高進給系統3所能提供的加工品質以及精密度。
With the
於圖2的實施例中,馬達驅動器31內部至少配置有一個電腦可讀取儲存媒體(圖未標示),例如為硬碟、非揮發性記憶體、快閃記憶體或唯讀記憶體等,不加以限定。所述電腦可讀取儲存媒體中記載有電腦可以執行的程式碼,
並且由所述程式碼構成前述的應用程式311。當馬達驅動器31執行了應用程式311中的相關程式碼後,即可執行本發明的補償方法中的各個步驟。
In the embodiment of FIG. 2, at least one computer-readable storage medium (not shown in the figure) is configured inside the
於其他實施例中,所述電腦可讀取儲存媒體亦可獨立存在於與進給系統3連接的控制器、個人電腦、筆記型電腦或伺服器等外部裝置中。於此實施例中,所述程式碼(即,應用程式311)可由與進給系統3連接的控制器、個人電腦、筆記型電腦或伺服器等外部裝置來執行,並且於被執行後對進給系統3進行控制,以藉由進給系統3執行本發明的補償方法中的各個步驟,而不以圖2所示的結構為限。 In other embodiments, the computer-readable storage medium may also exist independently in an external device such as a controller, a personal computer, a notebook computer, or a server connected to the feeding system 3. In this embodiment, the program code (ie, the application program 311) can be executed by an external device such as a controller, a personal computer, a notebook computer, or a server connected to the feeding system 3, and the program code (ie, the application program 311) can be executed after being executed. The system 3 is controlled to execute each step in the compensation method of the present invention through the feeding system 3, and is not limited to the structure shown in FIG. 2.
續請同時參閱圖3,為本發明的預測與補償方法流程圖的第一具體實施例。圖3揭露了本發明的補償方法的各個詳細步驟,並且本發明的補償方法主要應用於如圖2所示的進給系統3,但不加以限定。 Please also refer to FIG. 3, which is the first specific embodiment of the flow chart of the prediction and compensation method of the present invention. FIG. 3 discloses the detailed steps of the compensation method of the present invention, and the compensation method of the present invention is mainly applied to the feeding system 3 shown in FIG. 2, but is not limited.
首先,使用者於需要時啟動進給系統3(步驟S10)。進給系統3啟動後,隨即由馬達驅動器31或前述與進給系統3連接的控制器、個人電腦、筆記型電腦或伺服器等裝置執行所述應用程式311,以藉由應用程式311的執行來控制進給系統3實現本發明的補償方法。為便於說明,下面將以由進給系統3中的馬達驅動器31執行應用程式311為例,進行說明。
First, the user activates the feeding system 3 when necessary (step S10). After the feeding system 3 is activated, the
步驟S10後,馬達驅動器31控制馬達32進行轉動,並且持續擷取馬達32轉動時的電流訊號及角位置訊號(步驟S12)。具體地,所述電流訊號用以指出馬達32位於各個轉動位置時所接收的電流大小,所述角位置訊號用以指出馬達32當前的轉動位置。
After step S10, the
於一實施例中,馬達驅動器31可以在進給系統3啟動後持續控制馬達32進行轉動,並且持續擷取馬達32的電流訊號及角位置訊號。於另一
實施例中,馬達驅動器31可以在進給系統3啟動後先控制馬達32執行一循圓動作,並且於循圓動作中依序擷取馬達32位於各個轉動位置上時的電流訊號以及角位置訊號,直到循圓動作完成為止。惟,上述僅為本發明中的部分具體實施範例,但並不以上述為限。
In one embodiment, the
當馬達驅動器31取得足夠的數據後(例如電流訊號與角位置訊號的數量大於門檻值),馬達驅動器31即可依據馬達32在各個轉動位置上時的電流訊號以及角位置訊號,分別估算馬達32在各個轉動位置上的摩擦力,並產生多筆摩擦力數據(步驟S14)。具體地,馬達驅動器31在步驟S14中是估算馬達32在各個轉動位置上時進給系統3所面臨的摩擦力,並記錄為多筆的摩擦力數據。
When the
於一實施例中,馬達驅動器31主要可依據下列兩組公式來計算馬達32在各個轉動位置上的摩擦力:公式一:Cm=J×α+sgn(ω)×fc+ω×B+Cg。
In one embodiment, the
公式二:Cf=Cm-J×α-ω×B-Cg。 Formula 2: C f =C m -J×α-ω×BC g .
於上述公式一及公式二中,Cm為電流訊號、J為馬達32的轉動慣量、α為馬達32的角加速度、ω為馬達32的角速度、sgn()代表馬達32的正反轉資訊、fc為庫倫摩擦力、B為黏滯摩擦係數、Cg為常數、Cf為進給系統3的摩擦力。
In the
於公式一中,馬達驅動器31可先依據馬達32在各個轉動位置上的角位置訊號以及對應的時間來計算馬達32的角加速度α以及角速度ω,並且再通過最小平方法估算出上述轉動慣量J、黏滯摩擦係數B、庫倫摩擦力fc及常數Cg。所述最小平方法為本技術領域的常用技術手段,於此不再贅述。
In
在馬達32的電流訊號Cm、角加速度α以及角速度ω已知(於部分硬體架構下,所述電流訊號Cm、角加速度α以及角速度ω可能直接從馬達驅動器31中取得),且已經算出所述轉動慣量J、黏滯摩擦係數B及常數Cg的情況下,馬達驅動器31即可依據上述公式二來計算馬達32在各個轉動位置上時,進給系統3的摩擦力Cf。
The current signal C m , angular acceleration α, and angular velocity ω of the
步驟S14後,馬達驅動器31進一步依據估算所得的多筆摩擦力數據(分別對應至馬達32的不同轉動位置)以及對應至各筆摩擦力數據的角位置訊號來進行運算,以針對馬達32建立一個摩擦力模型312(步驟S16)。
After step S14, the
具體地,馬達驅動器31於步驟16中主要是依據下述公式來建立摩擦力模型312:
於上述公式三中,u為步階函數、ai為第一模型參數、bi為第二模型參數、ci為第三模型參數、d為第四模型參數。 In the above formula three, u is the step function, a i is the first model parameter, b i is the second model parameter, c i is the third model parameter, and d is the fourth model parameter.
於一實施例中,馬達驅動器31主要是基於上述公式三對馬達32在各個轉動位置上的摩擦力進行曲線擬合(curve fitting)運算,以分別獲得第一模型參數、第二模型參數、第三模型參數及第四模型參數。當第一模型參數、第二模型參數、第三模型參數及第四模型參數已知後,馬達驅動器31即可建立所述摩擦力模型312。
In one embodiment, the
如前文中所述,本發明中的摩擦力模型312為摩擦力一位置函數,意即,在進給系統3的運轉期間時,只要將馬達32當前的轉動位置(即,角位置訊號)匯入摩擦力模型312中,即可直接得出進給系統3當前的摩擦力,
並且可預測進給系統3即將面臨的摩擦力(即,對應至馬達32的下一個轉動位置)。
As mentioned above, the
於本發明的其中一個實施例中,步驟S14的摩擦力估算程序以及步驟16的摩擦力模型建立程序可以在背景持續執行。換句話說,馬達驅動器31可在進給系統3被啟動後,通過應用程式311的執行而持續估算馬達32在各個轉動位置上的摩擦力,並且持續建立/更新摩擦力模型312,但不加以限定。
In one of the embodiments of the present invention, the friction force estimation procedure in step S14 and the friction force model establishment procedure in step 16 can be continuously executed in the background. In other words, after the feed system 3 is activated, the
具體地,馬達32的狀態可能會隨著進給系統3的運轉時間而改變(例如磨損、潤滑油不足等),導致整體摩擦力的改變。有鑑於此,通過在背景中持續執行所述步驟S14與步驟S16,可以令摩擦力模型312更貼近於馬達32當前的狀態,進而令摩擦力模型312所預測的摩擦力更為精準。
Specifically, the state of the
步驟S16後,馬達驅動器31取得馬達32當前的角位置訊號(步驟S18),並且將角位置訊號匯入摩擦力模型312中,以通過摩擦力模型312直接獲得對應的預測摩擦力(步驟S20)。本實施例中,馬達驅動器31主要是將馬達32當前的角位置訊號匯入摩擦力模型312中,以獲得在馬達32到達下一個轉動位置時,進給系統3的摩擦力(即,所述預測摩擦力)。如此一來,馬達驅動器31可以提前對進給系統3即將面臨的摩擦力進行補償。
After step S16, the
步驟S20後,馬達驅動器31進一步基於所得的預測摩擦力執行特定演算法或查表法(圖未標示),以計算取得對應的補償電流(步驟S22)。接著,馬達驅動器31額外施加所述補償電流給馬達32(步驟S24),以令馬達32具備能夠克服符合預測之實際摩擦力的充足動力。具體地,所述補償電流的大小對應至預測摩擦力的大小,當馬達32接收所述補償電流後,其轉動力量足夠克服進給系統3的摩擦力而能平穩地轉動。
After step S20, the
步驟S24後,馬達驅動器31判斷進給系統3是否被關閉(步驟S26),並且於進給系統3尚未被關閉前持續執行步驟S18至步驟S24,藉此持續依據馬達32的當前轉動位置來獲得預測摩擦力,並且持續依據預測摩擦力來提供額外的補償電流給馬達32。
After step S24, the
於一實施例中,馬達驅動器31會在進給系統3的運作期間持續輸出電流至馬達32,以令馬達32進行轉動。而如前文中所述,在馬達32反轉的瞬間(例如要控制機械組件33往反方向移動時),馬達32將會沒有足夠的動力可以克服進給系統3的摩擦力,因而在馬達32的換向處產生速度不連續的現象。因此,於前述步驟S24中,馬達驅動器31額外施加所述補償電流給馬達32,以令馬達32具備可以克服即將面臨的實際摩擦力的充足動力。
In one embodiment, the
惟,以上所述僅為本發明的其中一個具體實施範例,本發明的補償方法並不僅限於應用在馬達的換向處,而是可以在進給系統3的運作期間內被持續應用。 However, the foregoing is only one of the specific implementation examples of the present invention. The compensation method of the present invention is not limited to being applied to the reversing position of the motor, but can be continuously applied during the operation period of the feed system 3.
請同時參閱圖4,為本發明的摩擦力比對示意圖的第一具體實施例。圖4揭示了馬達32的補償前循圓軌跡41以及補償後循圓軌跡42。具體地,補償前循圓軌跡41記錄了在未採用本發明的補償方法時,控制馬達32進行循圓動作所產生的軌跡,而補償後循圓軌跡42則記錄了在採用了本發明的補償方法後,控制馬達32進行循圓動作所產生的軌跡。
Please also refer to FIG. 4, which is a first specific embodiment of the friction force comparison schematic diagram of the present invention. FIG. 4 shows the
從圖4中可清楚看出,在未採用本發明的補償方法前(即,無論摩擦力為何,馬達驅動器31都不會提供額外的補償電流給馬達32),馬達32在換向處會出現明顯的換向尖角,這說明了馬達32在反轉時確實會因為動力不足以克服摩擦力而發生速度不連續的現象。相較之下,在採用了本發明的補償方法
後,馬達32在換向處的象限誤差已經大幅下降,這是因為馬達32在反轉時的動力已經提前被馬達驅動器31額外提供的補償電流所補償,因此馬達32的補償後循圓軌跡42比起補償前循圓軌跡41,會更加平穩。
It can be clearly seen from FIG. 4 that before the compensation method of the present invention is used (that is, regardless of the friction force, the
如前文中所述,為了令摩擦力模型312更符合馬達32當前的狀態,進而令預測摩擦力更精準,本發明可令馬達驅動器31通過應用程式311的執行而持續地對摩擦力模型312進行更新。然而,持續更新摩擦力模型312將會耗費馬達驅動器31較多的運算資源,因此在另一實施例中,馬達驅動器31可於必要時再對摩擦力模型312進行更新。
As mentioned above, in order to make the
參閱圖5,為本發明的摩擦力模型更新流程圖的第一具體實施例。本實施例中,使用者首先於需要使用時控制進給系統3啟動(步驟S30)。於進給系統3啟動後,馬達驅動器31即控制馬達32進行轉動,並且馬達驅動器31(或與進給系統3連接的外部裝置)可執行所述應用程式311,以持續擷取馬達32的電流訊號以及角位置訊號(步驟S32),基於所擷取的電流訊號以及角位置訊號來估算馬達32在各個轉動位置上的摩擦力,進而建立摩擦力模型312(步驟S34)。
Refer to FIG. 5, which is a first specific embodiment of the friction force model update flowchart of the present invention. In this embodiment, the user first controls the feeding system 3 to start when needed (step S30). After the feed system 3 is started, the
本實施例中,馬達驅動器31於步驟S34中建立的摩擦力模型312為第一摩擦力模型,並且馬達驅動器31將第一摩擦力模型視為進給系統3的一個估測摩擦力模型(步驟S36)。於估測摩擦力模型建立完成後,馬達驅動器31即可將馬達32當前的角位置訊號匯入估測摩擦力模型中,以執行如前文中所述的摩擦力補償動作(即,基於預測摩擦力來提供額外的補償電流給馬達32)。
In this embodiment, the
步驟S36後,馬達驅動器31仍然持續擷取馬達32的電流訊號以及角位置訊號(步驟S38),並且重新估算馬達32在各個轉動位置上的摩擦力,並產生多筆摩擦力數據,接著再依據重新估算的多筆摩擦力數據以及分別對應
各摩擦力的角位置訊號來進行運算,以建立第二摩擦力模型(步驟S40),上述第二摩擦力模型的建立,是指控制馬達32至少完成執行一次循圓動作,並且於循圓動作中依序擷取馬達32位於各個轉動位置上時的電流訊號以及角位置訊號。本實施例中,馬達驅動器31是基於相同的方式建立估測摩擦力模型(即,第一摩擦力模型)以及第二摩擦力模型,但是建立第二摩擦力模型的時間點晚於建立估測摩擦力模型的時間點,因此基於第二摩擦力模型所得的預測摩擦力相較於基於估測摩擦力模型所得的預測摩擦力,會更貼近馬達32的當前狀態。
After step S36, the
步驟S40後,馬達驅動器31將所述估測摩擦力模型與第二摩擦力模型進行比對(步驟S42),以判斷估測摩擦力模型與第二摩擦力模型間的差異是否小於第一門檻值(步驟S44)。本實施例中,馬達驅動器31是依據估測摩擦力模型與第二摩擦力模型間的差異來決定在接下來的運轉期間中,要使用哪一個摩擦力模型來進行摩擦力的預測。
After step S40, the
如圖5所示,若估測摩擦力模型與第二摩擦力模型間的差異小於第一門檻值,代表較早建立的估測摩擦力模型仍然符合馬達32的當前狀態,因此馬達驅動器31直接捨棄較晚建立的第二摩擦力模型(步驟S46),並且維持採用估測摩擦力模型來預測進給系統3的摩擦力。
As shown in Fig. 5, if the difference between the estimated friction force model and the second friction force model is less than the first threshold, it means that the estimated friction force model established earlier still conforms to the current state of the
若估測摩擦力模型與第二摩擦力模型間的差異不小於第一門檻值,代表估測摩擦力模型所預測的摩擦力已經不符合馬達32的當前狀態,因此馬達驅動器31直接以較晚建立的第二摩擦力模型來更新較早建立的估測摩擦力模型(或直接取代估測摩擦力模型),意即,以第二摩擦力模型做為新的估測摩擦力模型(步驟S48)。
If the difference between the estimated friction force model and the second friction force model is not less than the first threshold value, it means that the friction force predicted by the estimated friction force model does not meet the current state of the
步驟S46及步驟S48後,馬達驅動器31判斷進給系統3是否被關閉(步驟S50),並且在進給系統3尚未被關閉前重覆執行步驟S38至步驟S48,以持續建立第二摩擦力模型、持續更新估測摩擦力模型、並持續以估測摩擦力模型來預測進給系統3的摩擦力,直到進給系統3被關閉為止。
After step S46 and step S48, the
通過圖5揭露的技術方案,馬達驅動器31會持續監測馬達32轉動時的電流訊號及角位置訊號,但是不需要頻繁地更新用來預測進給系統3的摩擦力的估測摩擦力模型,因而可以適度節省馬達驅動器31的效能。
With the technical solution disclosed in FIG. 5, the
值得一提的是,於上述步驟S42中,馬達驅動器31主要是將估測摩擦力模型中的複數模型參數與第二摩擦力模型中的複數模型參數進行相對誤差之運算,以判斷估測摩擦力模型與第二摩擦力模型間的差異是否小於所述第一門檻值。
It is worth mentioning that in the above step S42, the
於一實施例中,所述估測摩擦力模型與第二摩擦力模型皆為前文中所揭露的公式三: 。然而,因為建立模型時所採用的數據(即,電流訊號、角位置訊號)不同,因此估測摩擦力模型與第二摩擦力模型中的模型參數(例如公式三中的ai、bi、ci、d)的數值會所有不同。 In one embodiment, the estimated friction force model and the second friction force model are both the formula three disclosed above: . However, because the data used to build the model (ie, current signal, angular position signal) are different, the model parameters in the estimated friction force model and the second friction force model (for example, a i , b i , The values of c i and d) will all be different.
本實施例中,馬達驅動器31主要是對估測摩擦力模型中的複數模型參數與第二摩擦力模型中的複數模型參數進行相對誤差之運算(例如,、,以此類推),並且判斷該些模型參數的相對誤差是否分別小於所述第一門檻值。上述相對誤差的運作屬於本技術領域的常用技術手段,於此不再贅述。
In this embodiment, the
本實施例中,馬達驅動器31會在該些模型參數的相對誤差分別小於第一門檻值時直接捨棄第二摩擦力模型,並維持以估測摩擦力模型進行進給系統3的摩擦力預測動作。並且,馬達驅動器31會在一或多個模型參數的相對誤差不小於第一門檻值時,以較晚建立的第二摩擦力模型來直接取代較早建立的估測摩擦力模型,並改用第二摩擦力模型來進行進給系統3的摩擦力預測動作。
In this embodiment, the
藉由上述技術方案,本發明的補償方法可以藉由摩擦力模型312來預測進給系統3的摩擦力,進而提供額外的補償電流對進給系統3的馬達32以對摩擦力進行補償。如此一來,可以有效提升進給系統3的加工品質與精密度。
With the above technical solution, the compensation method of the present invention can predict the friction force of the feed system 3 through the
本發明的另一個技術方案在於,通過對摩擦力模型312中的複數模型參數進行長時間的監控,本發明的補償方法還可進一步判斷進給系統3(以及馬達32)當前的健康狀態。
Another technical solution of the present invention is that by monitoring the complex model parameters in the
參閱圖6,為本發明的健康狀態評估流程圖的第一具體實施例。如圖6所示,使用者首先啟動進給系統3(步驟S60),進給系統3啟動後,馬達驅動器31即控制馬達32進行轉動,並且持擷取馬達32於轉動時的電流訊號以及角位置訊號(步驟S62)。並且,馬達驅動器31基於所擷取的電流訊號以及角位置訊號估算馬達32在各個轉動位置上的摩擦力,並藉此建立摩擦力模型312(步驟S64)。
Refer to FIG. 6, which is a first specific embodiment of the health state assessment flowchart of the present invention. As shown in Figure 6, the user first activates the feed system 3 (step S60). After the feed system 3 is activated, the
值得一提的是,於上述步驟S64中所建立的摩擦力模型312,指的是在馬達32的最佳狀態下(例如剛更換新的馬達,或剛完成馬達的維護動作)擷取馬達32的電流訊號以及角位置訊號,並依據這些電流訊號及角位置訊號所
建立的一個參考摩擦力模型。更具體地說,由參考摩擦力模型所預測出來的摩擦力,將會對應至馬達32於最佳狀態下進行轉動時,在各個轉動位置上的摩擦力。
It is worth mentioning that the
於所述參考摩擦力模型建立完成後,馬達驅動器31即可藉由參考摩擦力來進行進給系統3的摩擦力補償動作(步驟S66)。本實施例中的摩擦力補償動作係相似於圖3所示的步驟S18至步驟S24(即,將馬達32的角位置訊號匯入參考摩擦力模型12以獲得預測摩擦力,並且基於預測摩擦力計算並提供對應的補償電流),於此不再贅述。
After the establishment of the reference friction force model is completed, the
在進給系統3的運作過程中,馬達驅動器31持續記錄進給系統3的運轉時間,並且判斷預設的檢查週期是否經過(步驟S68)。在圖6所揭露的技術方案中,馬達驅動器31主要是基於所述檢查週期經過與否,決定是否要進行進給系統3的健康狀態的評估動作。更具體地,馬達驅動器31是於進給系統3的運轉時間大於檢查週期時,對進給系統3的馬達32的當前健康狀態進行評估。
During the operation of the feeding system 3, the
於一實施例中,所述檢查週期為進給系統3被啟動、馬達32被更換或是馬達32完成維護時起算的二至四週的時間,但不以此為限。
In one embodiment, the inspection period is two to four weeks from when the feed system 3 is started, the
若於步驟S68中判斷檢查週期尚未經過,代表目前尚不需要評估進給系統3的健康狀態,因此馬達驅動器31會再次執行進步驟S66,以持續依據參考摩擦力模型(或是如圖5的實施例中所述的估測摩擦力)對進給系統3的摩擦力進行預測及補償。
If it is determined in step S68 that the inspection period has not elapsed, it means that there is no need to assess the health status of the feed system 3 at present, so the
若於步驟S68中判斷檢查週期已經超過,代表目前需要評估進給系統3的健康狀態,因此馬達驅動器31即時依據馬達32的電流訊號以及角位
置訊號估算馬達32當前在各個轉動位置上的摩擦力,並且依據多筆摩擦力以及對應的角位置訊號建立另一個摩擦力模型312(步驟S70)。
If it is determined in step S68 that the inspection period has exceeded, it means that the health status of the feeding system 3 needs to be evaluated at present, and therefore the
於上述步驟S70中,馬達驅動器31可例如控制馬達32再次執行循圓動作,並且於循圓動作中依序記錄馬達32的電流訊號以及角位置訊號,以估算於馬達32的當前狀態下,在各個轉動位置上的摩擦力。
In the above step S70, the
於步驟S70中所建立的摩擦力模型312,指的是擷取馬達32當前(即,已經轉動了相當於前述檢查週期的一段時間後)的電流訊號以及角位置訊號,並依據這些電流訊號及角位置訊號所建立的一個測試摩擦力模型。更具體地說,由測試摩擦力模型所預測出來的摩擦力,會符合馬達32於當前狀態下進行轉動時,在各個轉動位置上的摩擦力。
The
步驟S70後,馬達驅動器31將所述參考摩擦力模型與測試摩擦力模型進行比對(步驟S72),以判斷參考摩擦力模型與測試摩擦力模型間的差異是否小於第二門檻值(步驟S74)。本實施例中,馬達驅動器31是依據參考摩擦力模型與測試摩擦力模型間的差異來評估進給系統3/馬達32當前的健康狀態。
After step S70, the
若參考摩擦力模型與測試摩擦力模型間的差異小於第二門檻值,代表進給系統3/馬達32的狀態的變化不大,因此馬達驅動器31會認定進給系統3目前仍處於健康狀態(步驟S76),因而尚不需要維護或更換。
If the difference between the reference friction model and the test friction model is less than the second threshold value, it means that the state of the feed system 3/
接著,馬達驅動器31判斷進給系統3是否被關閉(步驟S82),並且在進給系統3尚未被關閉前重覆執行步驟S66至步驟S80,以持續建立測試摩擦力模型、持續對參考摩擦力模型與測試摩擦力模型進行比對、並持續確認進給系統3處於健康狀態,直到進給系統3被關閉為止。
Next, the
若參考摩擦力模型與測試摩擦力模型間的差異不小於第二門檻值,代表進給系統3/馬達32自啟動/更換/維護至今的狀態的變化已經超過一個可容忍範圍,因此馬達驅動器31會認定進給系統3目前處於不健康狀態(步驟S78),而需要進行維護或更換。並且,為了提醒相關人員確實地對進給系統3或馬達32進行維護、更換,馬達驅動器31還可進一步發出警示訊號(步驟S80)。於一實施例中,馬達驅動器31可通過進給系統3上的顯示器或蜂鳴器(圖未標示)以文字、圖像或聲音等方式發出警示訊號,或是將警示訊號傳遞至與進給系統3有線或無線連接的外部裝置上進行顯示,不加以限定。
If the difference between the reference friction model and the test friction model is not less than the second threshold value, it means that the status change of the feed system 3/
於上述步驟72中,馬達驅動器31主要是將參考摩擦力模型中的複數模型參數與測試摩擦力模型中的複數模型參數進行相對誤差之運算,以判斷參考摩擦力模型與測試摩擦力模型間的差異是否小於所述第二門檻值。其中,步驟S72中採用的比對方式係相似於前文中所述的圖5的步驟S42中所採用的比對方式,於此不再贅述。
In the above step 72, the
值得一是的是,馬達驅動器31除了可基於摩擦力模型312中的複數模型參數(例如前述公式三的ai、bi、ci、d)來進行比對之外,亦可通過前述公式一及公式二中的多個模型參數來進行參考摩擦力模型與測試摩擦力模型的相似度比對。
One is worth, in addition to the
如前文中所述,本發明的補償方法主要可通過公式一:Cm=J×α+sgn(ω)×fc+ω×B+Cg以及公式二:Cf=Cm-J×α-ω×B-Cg來估算馬達32在各個轉動位置上的摩擦力。於本實施例中,馬達驅動器31可同時將上述公式中的庫倫摩擦力fc、黏滯摩擦係數B與常數Cg做為所述模型參數,並將參考摩擦力模型中的庫倫摩擦力fc、黏滯摩擦係數B與常數Cg分別與測試摩
擦力模型中的庫倫摩擦力fc、黏滯摩擦係數B與常數Cg進行比對,如此一來,可以令比對結果更為精準。
As mentioned in the foregoing, the compensation method of the present invention can be mainly through formula one: C m =J×α+sgn(ω)×f c +ω×B+C g and formula two: C f =C m -J× α-ω×BC g is used to estimate the friction force of the
本實施例中,馬達驅動器31會在參考摩擦力模型與測試摩擦力模型的該些模型參數的相對誤差分別小於第二門檻值時,直接認定進給系統3目前仍然處於健康狀態。並且,馬達驅動器31會在一或多個模型參數的相對誤差不小於第二門檻值時,認定進給系統3目前處於不健康狀態,而需要進行維護或更換。
In this embodiment, the
藉由上述技術方案,本發明的補償方法可以在通過摩擦力模型312預測並補償進給系統3的摩擦力的同時,藉由摩擦力模型312來長時間監測摩擦力的變化,進而評估進給系統3的健康狀態。如此一來,可以有效且適時地進行進給系統3的維護與更換,相當便利。
With the above technical solution, the compensation method of the present invention can predict and compensate the friction force of the feed system 3 through the
本發明的補償方法主要可藉由電腦可執行的程式碼來實現,並且記錄於電腦可讀取儲存媒體中。於前文的實施例中,所述電腦可讀取儲存媒體主要配置於進給系統3中,並且由進給系統3的馬達驅動器31直接執行相關程式碼以執行本發明的補償方法的各個步驟。
The compensation method of the present invention can be mainly implemented by computer executable program codes and recorded in a computer readable storage medium. In the foregoing embodiment, the computer-readable storage medium is mainly configured in the feeding system 3, and the
於其他實施例中,所述電腦可讀取儲存媒體可配置於與進給系統3有線或無線連接的控制器、個人電腦、筆記型電腦或伺服器等外部裝置中,並且由這些外部裝置來執行相關程式碼,以代替馬達驅動器31執行本發明的補償方法的各個步驟。
In other embodiments, the computer-readable storage medium may be configured in an external device such as a controller, a personal computer, a notebook computer, or a server, which is wired or wirelessly connected to the feeding system 3, and is used by these external devices. Relevant program codes are executed instead of the
更具體地,當所述馬達驅動器31、控制器、個人電腦、筆記型電腦或伺服器執行了所述電腦可讀取儲存媒體中記錄的相關程式碼後,至少可控制進給系統3執行如下之步驟:
(1)持續從進給系統3的馬達驅動器31中擷取進給系統3的馬達32在轉動時的電流訊號及角位置訊號;(2)依據所擷取的電流訊號及角位置訊號分別估算馬達32在各個轉動位置上的摩擦力,並產生多筆摩擦力數據;(3)依據估算所得的多筆摩擦力數據以及對應各摩擦力的角位置訊號進行運算,以針對馬達32建立摩擦力模型312;(4)將馬達32當前的角位置訊號匯入已經建立的摩擦力模型312中,以預測進給系統3的預測摩擦力;(5)基於預測摩擦力計算對應的補償電流;及(6)控制馬達驅動器31額外施加所述補償電流於馬達32,以令馬達32具備可以克服符合預測的實際摩擦力的足夠動力。
More specifically, when the
以上所述僅為本發明之較佳具體實例,非因此即侷限本發明之專利範圍,故舉凡運用本發明內容所為之等效變化,均同理皆包含於本發明之範圍內,合予陳明。 The above are only preferred specific examples of the present invention, and are not limited to the scope of the patent of the present invention. Therefore, all equivalent changes made by using the content of the present invention are included in the scope of the present invention in the same way, and they are all included in the present invention. Bright.
S10~S26:補償步驟 S10~S26: Compensation steps
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW109117585A TWI731699B (en) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | Method for predicting and compensating frictions of feed system, and computer readable medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW109117585A TWI731699B (en) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | Method for predicting and compensating frictions of feed system, and computer readable medium |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI731699B true TWI731699B (en) | 2021-06-21 |
| TW202145044A TW202145044A (en) | 2021-12-01 |
Family
ID=77517153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW109117585A TWI731699B (en) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | Method for predicting and compensating frictions of feed system, and computer readable medium |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI731699B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11616462B1 (en) | 2021-12-21 | 2023-03-28 | Industrial Technology Research Institute | Motor parameter estimation device and method |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201027030A (en) * | 2008-12-09 | 2010-07-16 | Mitsubishi Electric Corp | Machine movement track measuring device, numerical control (NC) tool machine and method for measuring machine movement track |
| CN102279605A (en) * | 2010-04-09 | 2011-12-14 | 谐波传动系统有限公司 | Method for performing adaptive friction compensation in an actuator accounting for variation in friction characteristics of wave gear drive accompanying change in temperature |
| CN104049567A (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-17 | 兄弟工业株式会社 | Digital control device and friction compensation method |
| US20150183453A1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-02 | Hyundai Motor Company | System and Method for Compensating Friction According to Rack Bending of MDPS |
| TW201644184A (en) * | 2015-02-27 | 2016-12-16 | 三菱電機股份有限公司 | Motor controlling apparatus |
| US20170166243A1 (en) * | 2014-08-08 | 2017-06-15 | Nsk Ltd. | Electric power steering apparatus |
| TWI685189B (en) * | 2019-01-08 | 2020-02-11 | 台達電子工業股份有限公司 | Motor controlling method and device |
-
2020
- 2020-05-27 TW TW109117585A patent/TWI731699B/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201027030A (en) * | 2008-12-09 | 2010-07-16 | Mitsubishi Electric Corp | Machine movement track measuring device, numerical control (NC) tool machine and method for measuring machine movement track |
| CN102279605A (en) * | 2010-04-09 | 2011-12-14 | 谐波传动系统有限公司 | Method for performing adaptive friction compensation in an actuator accounting for variation in friction characteristics of wave gear drive accompanying change in temperature |
| CN104049567A (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-17 | 兄弟工业株式会社 | Digital control device and friction compensation method |
| US20150183453A1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-02 | Hyundai Motor Company | System and Method for Compensating Friction According to Rack Bending of MDPS |
| US20170166243A1 (en) * | 2014-08-08 | 2017-06-15 | Nsk Ltd. | Electric power steering apparatus |
| TW201644184A (en) * | 2015-02-27 | 2016-12-16 | 三菱電機股份有限公司 | Motor controlling apparatus |
| TWI685189B (en) * | 2019-01-08 | 2020-02-11 | 台達電子工業股份有限公司 | Motor controlling method and device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11616462B1 (en) | 2021-12-21 | 2023-03-28 | Industrial Technology Research Institute | Motor parameter estimation device and method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202145044A (en) | 2021-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113742880B (en) | Friction force predicting and compensating method for feeding system and computer readable storage medium | |
| CN102049779B (en) | Information processing method and apparatus | |
| WO2020133270A1 (en) | Dynamic parameter identification method for robot, robot and storage device | |
| TWI481838B (en) | Driving machine load characteristic estimating device | |
| JP2017151598A (en) | Abnormality determination device, abnormality determination program, abnormality determination system, and motor controller | |
| TWI731699B (en) | Method for predicting and compensating frictions of feed system, and computer readable medium | |
| US11279497B2 (en) | Gimbal rotation method, gimbal, aircraft, and method and system for controlling rotation of gimbal | |
| CN109454625A (en) | A kind of non-moment sensor industrial robot dragging teaching method | |
| JP2019024305A (en) | Motor control system | |
| US20230006590A1 (en) | External force estimation during motor control | |
| JP6792131B2 (en) | Motor control system | |
| KR102536129B1 (en) | Processing apparatus and processing method for processing portion | |
| TWI663031B (en) | Control method for adaptive clamping and electric gripper | |
| CN111377342A (en) | Automatic identification method for elevator door motor controller | |
| WO2025097647A1 (en) | Instrument driving method and apparatus, computer device, and storage medium | |
| TWI810774B (en) | Deterioration diagnosis device, deterioration diagnosis method, and motor control device | |
| JP2021140303A (en) | Learning method, learning system and learning program | |
| US20200033844A1 (en) | Processing apparatus and processing method for processing portion | |
| JP6796287B2 (en) | Motor control system | |
| GB2599031A (en) | Slide and rotation projection for reducing friction while drilling | |
| JP7637825B1 (en) | Status monitoring device, status monitoring method, and status monitoring program | |
| CN114378816A (en) | Equipment motion track deviation rectifying method, control device and storage medium | |
| WO2023100543A1 (en) | Diagnosis system, diagnosis method, and program | |
| JP2020008466A (en) | Temperature estimation device and life evaluation device | |
| JP2023095552A (en) | State estimation device and method for drive system |