In this paper, the cutting torque of a CNC machine tool during machining is monitored through the internet. To estimate the cutting torque precisely, the spindle driving system is divided into two parts: electrical induction motor part and mechanical part. A magnetized current is calculated from the measured three-phase stator currents and used for the total torque estimation generated by a spindle motor. Slip angular velocity is calculated from the magnetized current directly, which gets rid of the necessity of a spindle speed sensor. Since the frictional torque changes according to the cutting torque and the spindle rotational speed, an experiment is adopted to obtain the frictional torque as a function of the cutting torque and the spindle rotation speed. Then the cutting torque can be calculated by solving a $2^{nd}$ order difference equation at a given cutting condition. A graphical programming method is used to implement the torque monitoring system developed in this study to the computer and at the same time monitor the torque of the spindle motor in real time through the internet. The cutting torque of the CNC lathe is estimated well within an about $3\%$ error range in average in various cutting conditions.
Electric vehicles (EVs) require fast torque response and high drive efficiency. This paper describes a control scheme of fuzzy direct torque control of permanent magnet synchronous motor for EVs. This control strategy is extensively used in EV application. With direct torque control (DTC), the electromagnetic torque and stator flux can be estimated using the measured stator voltages and currents. The estimation depends on motor parameters, except for the stator resistance. The variation of stator resistance due to changes in temperature or frequency downgrades the performance of DTC, which is controlled by introducing errors in the estimated flux linkage vector and the electromagnetic torque. Thus, compensation for the effect of stator resistance variation becomes necessary. This work proposes the estimation of the stator resistance and its compensation using a proportional-integral estimation method. An electronic differential has been also used, which has the advantage of replacing loose, heavy, and inefficient mechanical transmission and mechanical differential with a more efficient, light, and small electric motors that are directly coupled to the wheels through a single gear or an in-wheel motor.
This paper presents a practical method for estimation of average temperature in the permanent magnet (PM) of electric machine by using finite element analysis (FEA) and dynamo load experiment. First of all, the temperature effect of PM to the torque has been employed by FEA in order to evaluate the Temperature-Torque characteristic curve. The 1st order polynomial equation which is torque attenuation coefficient is derived by the FEA result of the Temperature-Torque curve. Next, torque saturation test with constant current condition is performed by dynamo load experiment. Then, the temperature trend can be estimated by adding the initial starting temperature using the torque attenuation coefficient and torque saturation curve. Lastly, estimated temperature is validated by infrared thermometer which measures temperature of PM surface. The comparison between the estimated result and experimental result gives a good agreement within a deviation of maximum $8^{\circ}C$.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.12
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pp.222-229
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1999
In order to regulate cutting torque in milling, monitoring system should be set to a certain threshold. Radial immersion ratio is an important factor to determine the threshold and should be estimated in process for automatic regulation. In this paper, on-line estimation of the radial immersion ration using spindle motor current in face milling is presented. When a tooth finishes sweeping, a sudden drop of cutting torque occurs. This torque drop is equal to cutting torque acting on a single tooth at the swept angle of cut and can be acquired form cutting torque signals. Average cutting torque per revolution can also be calculate form cutting torque signals. The ratio of cutting torque acting on a single tooth at the swept angle of cut to the average cutting torque per revolution is a function of the swept angle of cut and the number of teeth. Using the magnitude of this ratio, the radial immersion ratio is estimated. Identical algorithm is adopted to estimate the immersion ratio based on the spindle motor current measurement. The experiments performed under different cutting conditions show that the radial immersion ratio can be estimated within 10% error range by the proposed method using spindle motor current.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.9
no.6
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pp.57-64
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2000
In order to regulate cutting torque in milling, monitoring system should be set to a certain threshold. Radial immersion ratio is an important factor to determine the threshold and should be estimated in process for automatic regulation. In this paper, on-line estimation of the radial immersion ratio using spindle motor current in face milling is presented. When a tooth finishes sweeping, a sudden drop of cutting torque occurs. This torque drop is equal to the cutting torque acting on a single tooth at the swept angle of cut and can be acquired from cutting torque signals. Average cutting torque per revolution can also be calculated from cutting torque signals. The ratio of cutting torque acting on a single tooth at the swept angle of cut to the average cutting torque per revolution is a function of the swept angle of cut and the number of teeth. Using the magnitude of this ratio, the radial immersion ratio is estimated. Identical algorithm is adopted to estimate the immersion ratio based on the spindle motor current measurement. The experiments performed under different cutting conditions show that the radial immersion ratio can be estimated within 10% error range by the proposed method using spindle motor current. Varying immersion ratio is also estimated well using the presented algorithm.
This paper introduces a method to estimate the contact-force of the leg of a walking robot and proposes a solution to a shortcoming of the previous study. This shortcoming was the deteriorating performance when estimating the contact-force whenever the rotation of each joint was reversed. It occurred because the friction-torque of each joint was not considered. In order to solve this problem, a friction-torque model for a robot leg was developed based on repetitive experimentation and used to improve the contact-force estimation performance. We verified the performance of the proposed method experimentally.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.17
no.2
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pp.29-35
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1993
Recent marine propulsion diesel engines tend to become slower in speed and longer in stroke for the higher engine efficiency, and in these long stroke and slow speed engines the digital governors are highly recommended to be used. But, in the present digital governors only the feedback of the engine rpm-signal is used for the engine speed control. If the load torque of the engine can be measured or estimated and the torque feedback loop is added to the present digital governor, it is expected that the speed control performance of the digital governor will be highly improved. In this paper, a new method is proposed to estimate the load torque of the diesel engine from the measured signals of fuel oil and rpm. And it is also suggested that the Kalman filter can be used for the estimation of engine torque.
The purpose of this paper was to find an effective method for measuring electromagnetic torque produced by a brushless DC motor with single-phase current sensing in real-time. A torque equation is derived from the theory of brushless DC motor. This equation is then validated experimentally with a motor dynamometer. A computer algorithm is also proposed to implement the electromagnetic torque estimation equation in real-time. Electromagnetic torque is a linear function of phase current. Estimating the electromagnetic torque in real-time using single-phase current is not appropriate with existing equations, however, because of the rectangular alternating-pulse nature of the excitation current. With some mathematical manipulation to the existing equations, the equation derived in this paper overcame this limitation. The equation developed is simple and so it is computationally efficient, and it takes only motor torque constant and single-phase current to evaluate the electromagnetic torque; no other parameters such as winding resistances, inductances are needed. The equation derived is limited to the three-phase brushless DC motor. It can, however, easily be extended to the multiphase brushless DC motor with the technique described in this paper.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.6
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pp.663-669
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2011
This paper examines methods to estimate torque and angle in shoulder flexion from surface electromyography(sEMG) signals for intuitive and delicate control of robotic assistance device. Five muscles on the upper arm, three for shoulder flexion and two for shoulder extension, were used to offer favorable sEMG recording conditions in the estimation. The methods tested were the mean absolute value (MAV) with linear regression and the artificial neural network (ANN) method. An optimal condition was sought by varying combination of muscles used and the parameters in each method. The estimation performance was evaluated using the correlation values and normalized root mean square error values. In addition, we discussed their possible use as an estimation of motion intent of a user or as a command input in a physical human-machine interaction system.
A practical pinch torque estimator based on the Kalman filter is proposed for low-cost anti-pinch window control systems. To obtain the accurate angular velocity from Hall-effect sensor measurements, the angular velocity calculation algorithm is executed with additional procedures for removing the measurement noises. Apart from the previous works using the angular velocity estimates and torque estimates for detecting the pinched condition, the torque rate is augmented to the system model and the proposed pinch estimator is derived by applying the steady-state Kalman filter recursion to the model. The motivation of this approach comes from the idea that the bias errors in torque estimates due to the motor parameter uncertainties can be almost eliminated by introducing the torque rate state. For detecting the pinched condition, a systematic way to determine the threshold level of the torque rate estimates is also suggested via the deterministic estimation error analysis. Simulation results are given to certify the pinch detection performance of the proposed algorithm and its robustness against the motor parameter uncertainties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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