JP2005080332A - Method for detecting abnormal following of motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はモータを駆動する制御装置において、制御系のモータや機械が、位置指令や速度指令に追従しない場合等の異常を検出する方法に関する。 The present invention relates to a method for detecting an abnormality in a control device for driving a motor, such as when a motor or machine in a control system does not follow a position command or a speed command.
従来、図7のように位置や速度といった指令に対しモータが追従しない場合、例えば位置制御の場合には位置偏差のオーバーフロー検出手段24等で追従異常を検出していた。また特許文献1のように位置指令にローパスフィルタを通したものと位置フィードバックとの偏差が、あるレベル以上になると異常と判定していた。
従来の技術では、位置偏差のオーバーフロー検出手段24で追従異常を検出する場合、モータを起動後オーバーフロー検出レベルになるまでの間指令されないと検出ができないという問題があった。また、何らかの原因で負荷が重くなったり、衝突したりした場合にも即座に検出できなかった。また特許文献1の場合でも負荷やイナーシャ等の影響があり、実際の動きとは異なるので追従異常検出レベルは下げられず、すぐには追従異常を検出できない問題があった。また正確に行うとすると時定数を実際のモータや機械に合わせなければならないので、それらを測定する必要があった。
そこで本発明は、位置や速度といった指令に対しモータや機械が追従しない場合の異常をいち早く、簡単に検出することを目的とする。
In the conventional technique, when the tracking error is detected by the position deviation overflow detection means 24, there is a problem that the detection cannot be performed unless a command is given until the motor reaches the overflow detection level after being started. In addition, even if the load became heavy or crashed for some reason, it could not be detected immediately. Further, even in the case of
Therefore, an object of the present invention is to quickly and easily detect an abnormality when a motor or a machine does not follow a command such as a position and a speed.
上記課題を解決するため、モータを駆動する制御装置において、負荷のモデルから速度を算出する速度推定手段を備え、前記速度推定手段からの速度と実際の速度との差が所定の値より大きい場合に、モータが速度指令等に追従していないと判定する。
また、加減速動作中は前記速度推定手段からの速度と実際の速度との差が所定の値より大きい場合に、一定速度動作中は位置偏差が所定の値より大きい場合にモータが速度指令等に追従していないと判定する。
さらに、加減速動作中は前記速度推定手段からの速度と実際の速度との差が所定の値より大きい場合に、一定速度動作中は位置偏差の微分値が所定の値より大きい場合にモータが速度指令等に追従していないと判定する。
また、前記速度推定手段を、前記負荷のモデルから速度を算出するのに代わり、オブザーバを用いて速度を算出するようにする。
In order to solve the above-mentioned problem, the control device for driving the motor includes speed estimation means for calculating the speed from the model of the load, and the difference between the speed from the speed estimation means and the actual speed is larger than a predetermined value In addition, it is determined that the motor does not follow the speed command or the like.
Further, when the difference between the speed from the speed estimation means and the actual speed is larger than a predetermined value during the acceleration / deceleration operation, and when the position deviation is larger than the predetermined value during the constant speed operation, the motor performs a speed command or the like. It is determined that it is not following.
Furthermore, the motor is operated when the difference between the speed from the speed estimation means and the actual speed is larger than a predetermined value during acceleration / deceleration operation, and when the differential value of the position deviation is larger than a predetermined value during constant speed operation. It is determined that the speed command is not followed.
Further, the speed estimation means calculates the speed using an observer instead of calculating the speed from the load model.
本発明によれば、位置偏差の大きい起動時はモデルの速度とモータ速度から追従異常を検出し、位置偏差の小さい定速動作時は偏差から追従異常を検出するので、検出値を小さくでき、いち早く追従異常を検出することができる。また、負荷が重くなったり衝突したりした場合でも機械を傷めることなく追従異常を検出することができる。 According to the present invention, the tracking error is detected from the model speed and the motor speed when the position deviation is large, and the tracking error is detected from the deviation at the constant speed operation where the position deviation is small. It is possible to quickly detect a tracking error. Further, even when the load becomes heavy or a collision occurs, it is possible to detect a follow-up abnormality without damaging the machine.
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1において1は追従異常検出手段、2はマイクロコンピュータ、3は電流アンプ、4はベースドライブ回路、5はパワートランジスタモジュール、6はモータである。以上のように構成された回路において、その動作を図2の制御ブロック図、図4のタイミング図及び図5のフローチャートを用いて説明する。
まず図1においてマイクロコンピュータ2は位置や速度といった指令を外部のコントローラ等から受け取る。そして例えば速度指令の場合は速度制御を行いその出力の電流指令や電流制御の出力でベースドライブ駆動回路4を通してパワートランジスタ5を駆動してモータを制御する。ここでマイクロコンピュータ2は、通常の制御以外に図2のブロック図のようにトルクτよりモデルの推定速度ωoを算出する。追従異常検出手段1は、モータの停止状態から起動までは図4のようにモデルの推定速度とモータ速度の差があるレベル以上で異常を検出する。異常検出値としては指令とモータの遅れ分より少し大きい位(又は通常運転中のレベルの5倍等)とする。次に定常速度になると、図4のように位置の偏差もほぼ一定になるので位置指令とモータ位置の差である位置偏差より検出する。検出値としては位置ループゲインと速度から決まる偏差より少し大きな値とする。
In FIG. 1, 1 is a tracking abnormality detecting means, 2 is a microcomputer, 3 is a current amplifier, 4 is a base drive circuit, 5 is a power transistor module, and 6 is a motor. The operation of the circuit configured as described above will be described with reference to the control block diagram of FIG. 2, the timing diagram of FIG. 4, and the flowchart of FIG.
First, in FIG. 1, the
このようにして位置偏差の大きい起動時は速度と推定速度より検出し、定常速度では位置の偏差の少ない位置偏差より検出する。追従異常の具体的な検出手順は、以下のようになる。最初に図5の処理1のようにトルク指令とモータのモデルより推定速度を算出する。次に図5の処理2のように推定速度から速度フィードバックを差し引いて速度差を算出する。図5の処理3のようにその速度差がある検出レベル以上であるなら追従異常とする。検出レベルは前述のような検出値を使用する。そして正常なら図5の処理4で加減速中かを確認する。加減速中なら終了し、一定速度なら図5の処理5で位置偏差がある検出レベル以上かを確認する。位置ゲインKpで一定速度F時の位置偏差εは
In this way, the start-up with a large position deviation is detected from the speed and the estimated speed, and the steady-state speed is detected from the position deviation with a small position deviation. The specific procedure for detecting a tracking error is as follows. First, the estimated speed is calculated from the torque command and the motor model as in
ε= F/Kp ε = F / Kp
となるので、検出レベルはこの値よりも大きな値にとれば良い。位置偏差が大きい場合は追従異常とし、小さければ正常終了とする。図6はあるマシンでの正常時の速度、推定速度、位置偏差、推定速度と速度の差の波形である。
起動時は位置偏差は一定ではなく、推定速度と速度との差は小さいことが分かる。ここで従来の方法により位置の偏差により追従異常を検出した場合、10000指令単位と小さくしてもB点でしか検出できずに大きく移動指令を出してしまう。本発明の場合は通常時の偏差の5倍程度に大きくとってもA点で検出できるので、すぐ異常を検出することができる。
Therefore, the detection level may be a value larger than this value. When the position deviation is large, it is determined that the tracking is abnormal, and when it is small, the normal end is performed. FIG. 6 is a waveform of normal speed, estimated speed, position deviation, and difference between estimated speed and speed on a certain machine.
It can be seen that the position deviation is not constant at the time of startup, and the difference between the estimated speed and the speed is small. Here, when a follow-up abnormality is detected by a position deviation according to the conventional method, even if it is as small as 10,000 command units, it can be detected only at point B and a large movement command is issued. In the case of the present invention, even if the deviation is as large as about five times the normal deviation, it can be detected at the point A, so that an abnormality can be detected immediately.
別の実施例として図3の制御ブロック図のように、オブザーバの推定速度ωobを用いて同じように追従異常を検出した場合の例である。図3の制御ブロック図において12は速度制御、13はモータ、14はオブザーバの負荷イナーシャ分、15はオブザーバの速度制御のゲイン、16は積分、17はオブザーバの速度制御の積分、18はオブザーバの全体である。同じようにωob―ωが起動時ある検出レベルを越えたことを観測すると、追従異常を検出する。
また速度を推定するのに図2のブロック図の簡単な推測を行ったが、マシンの詳細が分かれば詳細なモデルや速度は負荷条件等を考慮して使用しても構わない。
As another embodiment, as shown in the control block diagram of FIG. 3, an example in which a tracking abnormality is similarly detected using the estimated speed ωob of the observer is shown. In the control block diagram of FIG. 3, 12 is the speed control, 13 is the motor, 14 is the load inertia of the observer, 15 is the gain of the observer's speed control, 16 is the integral, 17 is the integral of the observer's speed control, and 18 is the observer's integral. The whole. Similarly, if it is observed that ωob-ω exceeds a certain detection level at the time of activation, a tracking abnormality is detected.
Further, the simple estimation of the block diagram of FIG. 2 was performed to estimate the speed. However, if the details of the machine are known, a detailed model or speed may be used in consideration of the load condition and the like.
上記手段により、位置偏差の大きい起動時はモデルの速度から追従異常を検出し、位置偏差の小さい一定速度動作時では偏差より追従異常を検出するので、検出値を小さくできいち早く異常を検出することができる。 また負荷が重くなったり、衝突したりした場合の異常を検出することができる。 By the above means, the tracking error is detected from the model speed when starting with a large position deviation, and the tracking error is detected from the deviation when operating at a constant speed with a small position deviation. Can do. Further, it is possible to detect an abnormality when the load becomes heavy or the vehicle collides.
1 追従異常検出手段
2、19 マイクロコンピュータ
3、20 電流アンプ
4、21 ベースドライブ回路
5、22 パワートランジスタモジュール
6、9、13、23 モータ
7 位置ループゲイン
8 比例積分補償(速度制御用)
10、16 積分
11 モデルを算出するためのモータモデル
12 速度制御
14 オブザーバの負荷イナーシャ分
15 オブザーバの速度制御のゲイン
17 オブザーバの速度制御の積分
18 オブザーバの全体
24 位置偏差オーバーフロー検出手段
1 Tracking abnormality detection means 2, 19
10, 16 Integral 11
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JP2003304432A JP2005080332A (en) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | Method for detecting abnormal following of motor |
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JP2007252119A (en) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | Ac motor driving system |
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