CN100525063C - 异常检测方法以及电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

电动机驱动器的控制部基于线性编码器的检测值反馈控制对线性电动机的供给电流。异常检测部监视对线性电动机的供给电流，基于该波形对直动装置的异常进行检测。在检测出异常的情况下，通过灯、蜂鸣器、电子邮件等装置对用户通知警告。由此，能够尽早并且以高精度对直动装置的异常进行检测。

Description

异常检测方法以及电动机控制装置

技术领域

本发明涉及在电动机控制装置侧检测直动装置的异常的技术。

背景技术

以往，广泛使用直线导轨或者球形螺钉等的直动装置。在这种直动装置中，在移动体的驱动中利用直线电动机或者伺服电动机，通过改变从电动机驱动器(电动机控制装置)供给的电流，对移动体的位置、速度以及加速度进行控制。

若在移动体的移动路径内落下异物或者在直动装置的球形循环路径中浸入碎屑或尘埃，则妨碍移动体的圆滑的移动，成为误动作或者故障的原因。因此，通常在电动机驱动器中设置超负荷警报功能，在供给电流超过预定的警报值(阈值)时发出警告。

向电动机供给的电流依赖于直动装置的驱动条件(速度、加速度、移动体的负载等)。因此，本来应该按照直动装置的驱动条件将警报值设定为最佳值。

但是，在产品出厂阶段，因为用户不知道在什么样的条件下使用直动装置，故作为警报值的出厂设定，不得不设定为上限值(电动机驱动器容量)。因此，存在根据情况因实际的供给电流值和警报值的差异较大而不能正确检测直动装置的异常的危险。

此外，因为从产生异常到超负荷存在一定程度的时间延迟，所以，在现有的超负荷警报功能中有时不能适当发现初始阶段的异常。例如，由于球循环不良或者移动体卡住等，即使断续地向移动体施加冲击，因为在供给电流中出现尖峰状的陡峭脉冲，故不会变成超负荷，警报功能不发挥作用。因此，不会发现异常而继续对直动装置进行驱动，导致直动装置或者电动机驱动装置发生故障以至于破损。

发明内容

本发明是鉴于所述实际情况而进行的，其目的在于提供一种可早期并且高精度地检测直动装置的异常的技术。

为了完成所述目的，在本发明中，基于对驱动直动装置的电动机供给的电流或者供给电压的波形，检测所述直动装置的异常。

直动装置正常动作时，对电动机的供给电流或者供给电压呈现具有与控制内容对应的频率或振幅的稳定波形(正常信号)。与此相对，在发生任何异常的情况下，该波形产生混乱。本发明着眼于这一点。

驱动直动装置的移动体的电动机的电动机控制装置可以进行该异常检测。例如，电动机控制装置通过位置检测单元检测所述移动体的位置或者速度，基于该检测结果，通过控制单元反馈控制对所述电动机的供给电流或者供给电压。并且，电动机控制装置通过异常检测单元，基于所述供给电流或者供给电压的波形中包含的异常信号成分检测所述直动装置的异常。

此时，在移动体进行所希望的运动的状态下，输出稳定的波形，但是，由于某种异常导致移动体从所希望的位置或者速度偏移，则在应该对其进行校正的波形中产生混乱。捕捉该混乱作为异常信号，并使用于异常检测中。

详细地说，从所述供给电流或者供给电压的波形中抽出与正常的信号相重叠的异常信号成分，当该异常信号成分满足了预先设定的条件时，可以判断为所述直动装置中产生了异常。作为条件，例如，可以采用与异常信号成分的振幅进行比较用的阈值、异常信号成分出现的频率等。

异常检测单元可以由硬件、软件中的任意一种构成，但是，例如，如果由包括进行所述供给电流或者供给电压的波形输入的传感器、从所输入的波形中抽出异常信号成分的滤波电路、对所抽出的异常信号成分和所述条件进行比较的比较电路的硬件构成，则可以进行高速处理。

优选在电动机控制装置中设置警告输出单元，在检测出异常时输出该信息的警告。

此外，优选在电动机控制装置中设定警告发送单元，在检测出异常时通过电通信线路将该信息的警告发送给用户。

并且，不仅通知异常，在检测出异常时，通过控制单元可以使电动机减速或者停止。

并且，本发明可作为具有所述单元的至少一部分的电动机控制装置。此外，本发明可作为具有该电动机控制装置和直动装置的传动装置。并且，本发明可以是作为包括所述处理的至少一部分的直动装置的异常检测方法或者控制方法。所述单元以及处理的每一个可以尽可能相互组合地构成本发明。

按照本发明，可尽早并且高精度地检测直动装置的异常。并且，如果能够进行这样的异常检测，则可以马上执行警告的通知或者装置的停止，可期待防止直动装置或者电动机控制装置发生破损、故障。

本发明的直动装置的异常检测方法中，对直动装置的移动体进行驱动的电动机的电动机控制装置检测所述移动体的位置或者速度，基于该检测结果反馈控制对所述电动机的供给电流或者供给电压，基于至所述电动机的所述供给电流或者供给电压的波形中包含的高频成分，检测所述直动装置的异常。

另外，本发明的电动机控制装置中，控制对直动装置的移动体进行驱动的电动机，具有：位置检测单元，检测所述移动体的位置或者速度；控制单元，基于所述位置检测单元的检测结果，反馈控制对所述电动机的供给电流或者供给电压；异常检测单元，基于至所述电动机的所述供给电流或者供给电压的波形包含的高频成分，检测所述直动装置的异常。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的传动装置的结构的图。

图2是表示电动机驱动器的功能结构的框图。

图3是表示异常检测部的硬件结构的框图。

图4是表示供给电流的一例波形的图。

图5是用于说明异常检测处理的图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的优选实施方式详细地进行说明。

图1表示本发明实施方式的传动装置的结构。本实施方式的传动装置1是以线性电动机对移动体进行驱动的方式的线性电动机传动装置，由直动装置2和对其进行控制的电动机驱动器(电动机控制装置)3构成。

直动装置2大致由基底部20、以相对于基底部20自由滑动的方式设置的滑动块(移动体)21构成。在本实施方式中，作为滑动块21的直动结构，采用双线性导轨22，在基底部20的两侧设置两条轨道22a，在滑动块21的背面安装了两个块22b。多个运动体(球或者辊)介于轨道22a与块22b之间，滑动块21移动时，滚动体滚动运动，由此，实现平滑的线性运动。

采用线性电动机23作为滑动块21的驱动单元。在基底部20的底面上设置永磁铁的磁盘23a，在滑动块21的下部固定活动元件23b。由电动机驱动器3适当改变活动元件23b的磁力以及极性，由此，可控制滑动块21的位置、速度、加速度。

在滑动块21的位置、速度的检测中，利用作为位置检测单元的线性编码器24。以固定在滑动块21上的头部24b读出安装在基底部20上的线性标度24a。将线性编码器24的检测结果输入到电动机驱动器3，以供线性电动机23的反馈控制。

图2是表示电动机驱动器3的功能结构的框图。该电动机驱动器3具有控制部30、异常检测部31、警告输出部32以及警告发送部33。

控制部30按照所设定的控制程序进行U、V、W相的各相电流的频率以及振幅调制，将该三相交流电流提供给线性电动机23。根据该供给电流，线性电动机23进行动作，滑动块21移动。线性编码器24检测滑动块21的位置、速度信息，依次输入到控制部30。控制部30基于该检测结果反馈控制对线性电动机23的供给电流，使滑动块21进行所希望的运动。

异常检测部31是如下的异常检测单元：监视对线性电动机23的供给电流并基于其波形检测直动装置2的异常。如图3所示，本实施方式的异常检测部31由如下硬件构成，该硬件由电流传感器34、滤波电路35以及比较电路36构成。电流传感器34是从电流供给线输入供给电流波形的电路，滤波电路35是从输入波形中抽出异常信号成分的电路。此外，比较电路36是对从滤波电路35输入的异常信号成分和预先设定的条件进行比较的电路。

警告输出部32是在检测出直动装置2的异常时输出该信息的警告的警告输出单元。作为警告的输出状态，可以使用警告灯的点亮、蜂鸣器的鸣动、声音输出等任意一种方法。

警告发送部33是如下的单元：在检测出直动装置2的异常时，通过LAN(局域网)或国际互联网将该信息的警告发送给用户。此处，警告发送部33具有电子邮件客户端(Mail Client)的功能，对预先注册的邮件地址发送电子邮件。电子邮件的接收地址可以是个人计算机，也可以是移动电话。

在所述结构中，在直动装置2正常动作的情况下，即，滑动块21以所希望的位置、速度或者加速度运动的情况下，由控制部30供给的电流呈现图4(a)所示的稳定波形。与此相对，直动装置2产生异常，滑动块21从所希望的位置错开的情况下，对其进行校正的控制起作用，波形产生混乱。例如，在断续地对滑动块21施加冲击时，如图4(b)所示，出现尖峰状的陡峭脉冲，此外，滑动块21冲击障碍物时，如图4(c)所示，波形暂时破坏。

这样的波形混乱出现在异常的初始阶段等。但是，在此时刻，不会变成超负荷，超负荷警报功能不起作用。因此，在本实施方式中，将波形的混乱作为异常信号成分，在异常检测中使用。

图5示出异常检测部31的异常检测处理的一例。

在异常检测部31中，首先，根据电流传感器34进行供给电流的波形输入。此处，如图5(a)所示，输入包含尖峰状脉冲的波形。

然后，在滤波电路35中对输入波形实施滤波处理，只抽出异常信号成分。本例的输入波形成为在根据控制程序输出的两种频率成分(正常信号)上重叠高频成分的合成波(图5(b))。该高频成分被认为是由滑动块21的异常(扰动)产生的信号成分。因此，在这样的波形的情况下，取出高频成分作为异常信号即可(图5(c))。

在比较电路36中，进行异常信号成分的振幅与条件(阈值)的比较。异常信号成分达到阈值的情况下，向控制部30、警告输出部32、警告发送部33中的至少一个发送对应于“存在异常”的信号(以下称为“异常检测信号”)。在其以外的情况下，输出对应于“无异常”的信号或者不进行信号输出。

若从异常检测部31接收异常检测信号，则控制部30中断正在执行的控制，使线性电动机23减速或者停止，防止设备的故障或者破损。此外，警告输出部32输出警告，由此，将产生异常通知给附近的操作者，促进其迅速地对应。并且，从警告发送部33自动地对远方的技术维护人员或者厂商发送电子邮件，用于确认异常部位或者判断是否有维护的必要性等。

按照如上所述的本实施方式的结构，能够尽早并且高精度地对现有的超负荷警报功能中难以检测的直动装置的异常进行检测。

并且，在检测出异常时，可马上进行警告的通知或者装置的停止，防止直动装置或者电动机驱动器的破损、故障。

并且，所述实施方式只是示出了本发明的一个具体例。本发明的范围并不限于所述实施方式，在该技术思想的范围内可以进行各种变形。

例如，在所述实施方式中以硬件构成异常检测部，但是，可以由软件来构成同样的功能。硬件结构时具有高速处理、异常检测的速度性提高的优点。另一方面，软件结构时具有通过替换程序来变更、改良异常检测处理的内容的优点。

此外，在图5的例子中，通过滤波处理来抽出高频成分，但是，异常信号成分的检测方法并不限于此。例如，考虑如下的方法等：对供给电流的波形进行频率解析、输出异常信号成分(波形的混乱)的方法；根据控制程序的内容推测正常的波形、并根据该推测波形与实际的输入波形的比较输出异常信号成分的方法；通过比较几个周期前和当前时刻的输入波形来检测异常信号成分的发生的方法。

此外，在所述实施方式中采用线性导轨作为直动结构，但是，其他可优选球形螺钉、辊螺钉、滚珠花键或者这些的组合。

此外，作为直动结构的驱动单元，不采用线性电动机，而可以采用旋转式的伺服电动机，作为滑动块的位置检测单元，不使用线性编码器，可以采用旋转编码器。

此外，在所述实施方式中，对供给电流的波形进行了监视，但是，优选在对电动机进行电压控制时，监视供给电压的波形并进行异常检测。

此外，在所述实施方式中，在电动机驱动器中内置了警告输出部或者警告发送部，但是，优选采用与电动机驱动器连接的外部设备来实现这些功能。例如，可以为如下结构：以RS-232C或USB等连接电动机驱动器和个人计算机，基于从电动机驱动器输出的异常检测信号，从个人计算机输出警告或发送警告电子邮件。在这样的情况下，电动机驱动器与外部设备构成本发明的电动机控制装置。

如上所述的内容包括以下的技术思想。

实施方式1

一种直动装置的异常检测方法，基于对驱动直动装置的供给电流或者供给电压的波形，对所述直动装置的异常进行检测。

实施方式2

一种直动装置的异常检测方法，其中，对直动装置的移动体进行驱动的电动机的电动机控制装置检测所述移动体的位置或者速度，基于该检测结果反馈控制对所述电动机的供给电流或者供给电压，基于所述供给电流或者供给电压的波形中包含的异常信号成分，检测所述直动装置的异常。

实施方式3

如实施方式2记载的直动装置的异常检测方法，其中，从所述供给电流或者供给电压中抽出与正常信号重叠的异常信号成分，当该异常信号成分满足了预先设定的条件时，判定为所述直动装置产生了异常。

实施方式4

如实施方式2或者3的直动装置的异常检测方法，其中在检测出异常时输出该信息的警告。

实施方式5

如实施方式2～4的直动装置的异常检测方法，其中在检测出异常时通过电通信线路向用户发送该信息的警告。

实施方式6

如实施方式2～5的直动装置的异常检测方法，其中在检测出异常时使所述电动机减速或者停止。

实施方式7

一种电动机控制装置，控制对直动装置的移动体进行驱动的电动机，具有：位置检测单元，检测所述移动体的位置或者速度；控制单元，基于所述位置检测单元的检测结果，反馈控制对所述电动机的供给电流或者供给电压；异常检测单元，基于所述供给电流或者供给电压的波形中包含的异常信号成分，检测所述直动装置的异常。

实施方式8

如实施方式7的电动机控制装置，其中，所述异常检测单元从所述供给电流或者供给电压的波形中抽出与正常的信号重叠的异常信号成分，当该异常信号成分满足了预先确定的条件时，判定为所述直动装置产生了异常。

实施方式9

如实施方式8的电动机控制装置，所述异常检测单元具有：传感器，进行所述供给电流或者供给电压的波形输入；滤波电路，从所输入的波形中抽出异常信号成分；比较电路，对所抽出的异常信号和所述条件进行比较。

实施方式10

如实施方式7～9的电动机控制装置，其中，还具有警告输出单元，在检测出异常时，输出该信息的警告。

实施方式11

如实施方式7～10的电动机控制装置，其中，还具有警告发送单元，在检测出异常的情况下，通过电通信线路，向用户发送该信息的警告。

实施方式12

如实施方式7～11的电动机控制装置，其中，在检测出异常的情况下，所述控制单元使所述电动机减速或者停止。

实施方式13

一种传动装置，具有：直动装置，其具有通过电动机驱动的移动体；电动机控制装置，对所述电动机进行控制，其中，具有：位置检测单元，所述电动机控制装置检测所述移动体的位置或者速度；控制单元，基于所述位置检测单元的检测结果，反馈控制对所述电动机的供给电流或者供给电压；异常检测单元，基于所述供给电流或者供给电压的波形中包含的异常信号成分，检测所述直动装置的异常。

实施方式14

如实施方式13的传动装置，其中，所述异常检测单元从所述供给电流或者供给电压波形中抽出与正常信号重叠的异常信号成分，当该异常信号成分满足了预先设定的条件时，判定为所述直动装置产生了异常。

实施方式15

如实施方式14的传动装置，其中，所述异常检测单元具有：传感器，进行所述供给电流或者供给电压的波形输入；滤波电路，从所输入的波形中抽出异常信号成分；比较电路，对所抽出的异常信号成分和所述条件进行比较。

实施方式16

如实施方式13～15的传动装置，其中，还具有警告输出单元，在检测出异常的情况下，输出该信息的警告。

实施方式17

如实施方式13～16的传动装置，其中，还具有警告发送单元，在检测出异常的情况下，通过电通信线路向用户发送该信息的警告。

实施方式18

如实施方式13～17的传动装置，其中，在检测出异常的情况下，所述控制单元使所述电动机减速或者停止。

Claims (5)

1.一种直动装置的异常检测方法，其中

对直动装置的移动体进行驱动的电动机的电动机控制装置检测所述移动体的位置或者速度，基于该检测结果反馈控制对所述电动机的供给电流或者供给电压，基于至所述电动机的所述供给电流或者供给电压的波形中包含的高频成分，检测所述直动装置的异常。

2.如权利要求1记载的直动装置的异常检测方法，其中

从所述供给电流或者供给电压波形中抽出叠加在正常信号上的高频成分，

当该高频成分满足了预先设定的条件时，判定为所述直动装置产生了异常。

3.一种电动机控制装置，控制对直动装置的移动体进行驱动的电动机，具有：

位置检测单元，检测所述移动体的位置或者速度；

控制单元，基于所述位置检测单元的检测结果，反馈控制对所述电动机的供给电流或者供给电压；

异常检测单元，基于至所述电动机的所述供给电流或者供给电压的波形包含的高频成分，检测所述直动装置的异常。

4.如权利要求3记载的电动机控制装置，

所述异常检测单元从所述供给电流或者供给电压的波形中抽出叠加在正常信号上的高频成分，当该高频成分满足了预先设定的条件时，判定为所述直动装置产生了异常。

5.如权利要求3记载的电动机控制装置，其中

所述异常检测单元具有：

传感器，进行所述供给电流或者供给电压的波形输入；

滤波电路，从所输入的波形中抽出高频成分；

比较电路，对所抽出的高频成分和预先设定的条件进行比较。

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