DE19736004C2 - Vorrichtung zum Erfassen einer Abnormalität eines Motors - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abnormalitäts-Erfassungsvorrichtung für einen Motor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der US 5 521 482 A bekannt.

Ein Servoantrieb bzw. Servomotor mißt die Menge des Stroms, der durch einen Motor fließt, und regelt den Motor für eine genaue Steuerung. Der gemessene Wert des Stroms ist ein effektiver Datenwert, der den Zustand eines Motors darstellt, und der gemessene Stromwert und eine tatsächliche bzw. momentane Position des Motors sind Daten zum Berechnen des momentanen Drehmoments des Motors. Eine konventionelle Vorrichtung zum Erfassen einer Abnormalität eines Motors unter Verwendung der Strommenge, die durch den Motor fließt, ist in Fig. 2 dargestellt.

Die konventionelle Abnormalitätserfassungsvorrichtung umfaßt eine Überstrom-Erfassungseinrichtung 50 und eine Überlast-Erfassungseinrichtung 60. Die Überstrom- Erfassungseinrichtung 50 umfaßt eine Strommeßeinrichtung 51 und einen Überstrom-Detektor 55. Die Strommeßeinrichtung 51, die einen Hall-Sensor aufweist, mißt den Strom, der über einen Motor 40 fließt, wenn eine vorbestimmte Spannung an den Motor 40 angelegt wird. Der Ausgangswert der Strommeßeinrichtung 51 wird dem Überstrom-Detektor 55 eingegeben. Der Überstrom-Detektor 55 beurteilt, ob der Motor 40 eine Fehlfunktion aufweist, wenn der eingegebene Strom einem Wert entspricht, der von dem Grenzbereich eines normalen Betriebs des Motors 40 abweicht.

Die Überlast-Erfassungseinrichtung 60 umfaßt einen Encoder 61, einen Encoder-Signalprozessor 63 und einen Abnormalitätsdetektor 70. Der Encoder 61 kodiert die Information über die momentanen Zustände des Motors 40, wie beispielsweise die Position und Geschwindigkeit des Motors 40, und überträgt die kodierte Information. Der Encoder- Signalprozessor 63 gibt die Lage des Motors 40 auf dem kodierten Signal beruhend aus. Der Abnormalitätsdetektor 70 berechnet ein tatsächliches Drehmoment des Motors 40 aufgrund von Daten für die Lage des Motors 40, die von dem Encoder-Signalprozessor 63 eingegeben werden, und einem gemessenen Stromwert der Strommeßeinrichtung 51. Der Abnormalitätsdetektor 70 weist Daten auf, die dazu gehören, wenn der Motor 40 normal betrieben wird. Die Daten werden mit dem berechneten Drehmoment verglichen, um zu unterscheiden, ob eine Abnormalität des Betriebs des Motors 40 vorliegt.

Falls der Überstrom-Detektor 55 oder der Überlast-Detektor 70 erfassen, daß eine Abnormalität des Motors 40 vorliegt, stoppt eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) zum Steuern des Motors 40 den Betrieb des Motors 40 oder nimmt dafür erforderliche Maßnahmen vor.

Die konventionelle Abnormalitätserfassungseinrichtung erfaßt eine Abnormalität des Motors 40 unter der Annahme, daß der momentane Wert, der in der Strommeßeinrichtung 51 gemessen wird, genau ist. Daher kann eine Abnormalität des Motors nicht erfaßt werden, wenn die momentane Messung fehlerhaft ist. Demzufolge können der Motor 40 oder ein Servoantrieb beschädigt werden, wenn das Strommeßsystem aufgrund von Fehlern in der Verbindung der Strommeßeinrichtung 51 und von Fehlern der Strommeßeinrichtung 51 selbst fehlerhaft funktioniert.

Aus der US 5 412 295 A ist ferner eine Abnormalitäts- Erfassungsschaltung für einen Motor bekannt, mit deren Hilfe Ursachen für die Abnormalität des Motors festgestellt werden können. Eine elektrische Schaltung, die mit einem Abnormalitäts-Erfassungssensor ausgestattet ist, umfaßt hierzu eine Strommeßeinrichtung zum Erfassen eines Stromes, wenn eine Stromversorgungsschaltung ausgeschaltet ist, eine Prüfschaltung zum Bestätigen einer Leitungsverbindung zwischen einer Steuerschaltung und einem Schalter durch Übertragen eines Prüfsignals zwischen der Steuerschaltung und dem Schalter und eine Steuerschaltung zum Bestimmen eines abnormalen Abschnitts, der einen abnormalen Zustand des Motors hervorruft.

Aus der eingangs erwähnten US 5 521 482 A ist eine Vorrichtung zum Erfassen einer Abnormalität eines Motors bekannt, bei der vorbestimmte elektrische und mechanische Variablen des Motors durch eine Vielzahl von Sensoren überwacht werden. Die Ausgangssignale der elektrischen Sensoren, die Spannungs- und Stromwerte als Funktion der Zeit darstellen, werde analysiert, um elektrische Motorparameter zu bestimmen. Gleichzeitig wird eine Analyse der Ausgangssignale der mechanischen Sensoren durchgeführt, um mechanische Motorparameter zu bestimmen. Durch Vergleich von Eingang und Ausgang des Motors, d. h. elektrischer Analyse und mechanischer Analyse kann der Wirkungsgrad des Motors abgeschätzt und sich entwickelnde Wirkungsgradverschlechterungen identifiziert werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Abnormalitätserfassungsvorrichtung zu schaffen, die eine genaue Erfassung einer Abnormalität eines Motors vornimmt.

Diese Aufgabe wird durch eine Abnormalitäts- Erfassungsvorrichtung für einen Motor gemäß dem Patentanspruch gelöst.

Somit wird eine Abnormalitäts-Erfassungsvorrichtung bereitgestellt, die insbesondere erfassen kann, ob die Strommeßeinrichtung selber abnormal funktioniert, um eine Abnormalität des Motors genau zu erfassen, und die eine Abnormalität des Motors aufgrund einer Abnormalität der Strommeßeinrichtung und einer schlechten Verbindung zwischen dem Motor und der Leistungsquelle erfassen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Motorabnormalitäts- Erfassungsvorrichtung; und

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer konventionellen Motorabnormalitäts-Erfassungsvorrichtung.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, umfaßt die Abnormalitätserfassungsvorrichtung eine Stromschätzeinrichtung 20 und einen Abnormalitäts-Detektor 30. Die Stromschätzeinrichtung 20 umfaßt eine Spannungsmeßeinrichtung 23 zum Messen der Spannung, die an einen Motor 10 angelegt wird, einen Encoder 11 zum kodieren der Lage und der Geschwindigkeit entsprechend dem momentanen Zustand des Motors 10 und Ausgeben des kodierten Ergebnisses und einen Encodersignalprozessor 13 zum Analysieren des kodierten Signals vom Encoder 11 und Ausgeben der Stellung bzw. Lage und der Geschwindigkeit des Motors 10, die vom Encoder 11 ausgegeben werden. Der gemessene Spannungswert, der von der Spannungsmeßeinrichtung 23 ausgegeben wird, und die Lage sowie die Geschwindigkeit des Motors 10, die vom Encoder- Signalprozessor 13 ausgegeben werden, werden in die Stromschätzeinrichtung 21 eingegeben. Die Stromschätzeinrichtung 21 schätzt den Strom, der durch den Motor 10 fließt, aufgrund der eingegebenen Daten.

Die Stromschätzung bzw. Stromüberschlagung wird entsprechend der nachfolgenden Beschreibung in der Stromschätzeinrichtung 21 durchgeführt. Zuerst wird die Beziehung zwischen der Spannung und dem Strom des Motors durch die nachfolgende Gleichung (1) an einer d-q-Achse erhalten.

bei der R ein Widerstand einer Motorwicklung ist, L eine Induktivität der Motorwicklung ist, Kf eine gegenelektromotorische Kraftkonstante ist, ω eine Winkelgeschwindigkeit eines Motorrotors ist, Vd und Vq Spannungen der d-q-Achsen sind und id und iq Ströme der d- q-Achsen sind.

Der Widerstand, die Induktivität und die gegenelektromotorische Kraftkonstante werden durch einen Motorhersteller festgelegt und die Winkelgeschwindigkeit des Motorrotors und die Spannung können gemessen werden. Der Strom, der durch den Motor fließt, kann durch das Lösen der dynamischen Gleichung (1) leicht erhalten werden. Da das Verfahren zum Berechnen des Stroms durch Lösen der Gleichung (1) komplex ist, werden ein Beobachter i bzw. Beobachtungswert i verwendet, wie folgt.

Hier ist jede Variable gleich wie die der Gleichung (1) und ein Symbol ^ ist ein bestimmter bzw. geschätzter Wert einer zugehörigen Variable.

Ein Gleichung (3) zum Berechnen eines geschätzten Fehlers kann durch Subtrahieren der Gleichung (2) von Gleichung (1) erzielt werden.

Unter Verwendung der Lyapunov-Funktion kann eine Konvergenz der Stromabschätzung aus der Gleichung (3) des geschätzten Fehlers geprüft werden.

Falls durch Gleichung (2) ein d-q-Achsenstrom erhalten wird, kann der Strom der UVW-Phasen durch die folgende Beziehung erhalten werden.

Die Strommeßeinrichtung 31 umfaßt einen Hall-Sensor und mißt den Strom, der im Motor 10 fließt, wenn eine vorbestimmte Spannung für dessen Betrieb an den Motor 10 angelegt wird.

Der Abnormalitäts-Detektor 30 vergleicht den geschätzten Stromwert, der durch die vorstehenden Gleichungen 4a-4c erhalten wird, mit dem gemessenen Stromwert von der Strommeßeinrichtung 31, um einen Fehlerwert dazwischen zu erzielen. Der Abnormalitäts-Detektor 30 urteilt, daß der Motor 10 abnormal betrieben wird, wenn der Fehlerwert einem vorbestimmten Wert oder mehr entspricht, und gibt ein Signal aus, um Betriebspersonen über die Abnormalität zu benachrichtigen. Die Abnormalitäts-Erfassungsvorrichtung schätzt den Strom, der im Motor 10 fließt, aufgrund der tatsächlichen Position bzw. momentanen Lage und Geschwindigkeit während eines Ansteuervorgangs des Motors 10, wodurch eine Abnormalität der Strommeßeinrichtung 31 selber leicht unterschieden werden kann.

Falls die Differenz zwischen dem geschätzten Stromwert und dem gemessenen Stromwert innerhalb der Grenzen eines normalen Fehlers liegt, kann auch entschieden werden, daß die Strommeßeinrichtung 31 normal und ohne irgendeine Abnormalität betrieben wird. Der Abnormalitäts-Detektor 30 gibt in dem Fall ein Signal zum Melden des Zustands eines Überstroms oder einer Überlast des Motors aus, wenn der geschätzte Stromwert und der gemessene Stromwert den Stromwert überschreiten, der zum Antreiben des Motors geeignet ist.

Die Abnormalitätserfassungsvorrichtung kann erfassen, ob der gemessene Wert, der von der Strommeßeinrichtung 31 ausgegeben wird, sich von dem geschätzten Wert unterscheidet, der von der Stromschätzeinrichtung 21 ausgegeben wird. Ferner kann eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Störung oder Fehlerhaftigkeit der Verbindung zwischen einer Leistungsquelle und dem Motor 10, einer Störung der Verbindung der Strommeßeinrichtung 31 und einer Abnormalität einer Servoantriebs-Leistungseinrichtung bereitgestellt werden. Auch kann eine Erfassung einer Abnormalität der Bauteile zum Messen des Stroms in der Strommeßeinrichtung 31 geschaffen werden, die direkt den Strom des Motors 10 mißt.

Claims (1)

1. Abnormalitäts-Erfassungsvorrichtung für einen Motor zum Erfassen einer Abnormalität eines Motors, aufweisend:
eine Strommeßeinrichtung (31) zum Messen eines Stroms, der durch den Motor (10) fließt;
eine Spannungsmeßeinrichtung (23) zum Messen einer Spannung, die an den Motor (10) angelegt ist;
einen Motorzustands-Detektor (11, 13) zum Erfassen eines Betriebszustands des Motors (10);
eine Stromschätzeinrichtung (21) zum Schätzen des Stroms, der durch den Motor (10) fließt, aufgrund des gemessenen Wertes der Spannungsmeßeinrichtung (23) und des Erfassungsergebnisses des Motorzustands-Detektors; und
einen Abnormalitäts-Detektor (30) zum Erfassen von Abnormalitäten des Motors aufgrund des gemessenen Wertes der Strommeßeinrichtung (31) und des geschätzten Wertes der Stromschätzeinrichtung (21)
dadurch gekennzeichnet, daß
der Motorzustands-Detektor (11, 13) einen Encodierer (11) zum Kodieren des Betriebszustands des Motors und einen Encodersignalprozessor (13) zum Berechnen der Stellung und Geschwindigkeit des Motors aufgrund des Ausgangssignals des Encoders (11) umfaßt,
der Abnormalitäts-Detektor (30) eine Abnormalität des Motors (10) aufgrund eines Unterschieds zwischen dem gemessenen Wert der Strommeßeinrichtung (31) und dem geschätzten Wert der Stromschätzeinrichtung (21) erfaßt und
die Stromschätzeinrichtung (21) eine Einrichtung zum Verwenden eines Beobachtungsmittels umfaßt, was durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt wird:
bei der R ein Widerstand einer Motorwicklung ist, L eine Induktivität der Motorwicklung ist, Kf eine gegenelektromotorische Kraftkonstante ist, ω eine Winkelgeschwindigkeit eines Motorrotors ist, Vd und Vq Spannungen der d-q-Achse sind, id und iq Ströme der d-q- Achse sind und ein Symbol ^∧ ein geschätzter Wert einer zugehörigen Variable ist.