JP2006158031A - Motor controller and control method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主にロボットや工作機械等に用いられるモータ制御装置に関し、特に、異常診断機能を備えたモータ制御装置およびその制御方法に関するものである。 The present invention relates to a motor control apparatus mainly used for robots, machine tools, and the like, and more particularly to a motor control apparatus having an abnormality diagnosis function and a control method thereof.
従来のモータ制御装置において確率密度関数を用いて異常発生を診断する例としては、例えば、特許文献1に開示の「診断機能を備えたモータ制御装置」が挙げられる。図3は従来の診断機能を備えたモータ制御装置のブロック図であり、位置・速度制御部24は、位置検出器(エンコーダ)5で検出されたモータ位置(Pfb)6を入力して、目標位置と位置6が一致するように位置制御、速度制御を行いトルク指令23を電流制御部2へ出力してモータ1を駆動する。
確率密度関数演算部25は、トルク指令23を入力して、トルク指令の確率密度関数の標準偏差を算出する。異常診断部26は標準偏差が一定水準(しきい値)を超えた場合に警報を発するもので、ノイズに影響されない診断が可能になる。
しかし、このモータ制御装置では、トルク指令の確率密度関数により異常診断を行うために、フィードバック制御を用いていない場合やフィードバック制御でのゲインが低い場合に異常振動が発生していても補償トルクが発生されないので異常検出が難しかった。
これを改善した回路が特許文献2に開示の「診断機能を備えたモータ制御装置」である。図4はこの診断機能付きモータ制御装置のブロック図で、確率密度関数演算部35はモータ位置Pfbを入力して、モータ位置の確率密度関数の標準偏差を算出して標準偏差σPfbがしきい値を超えた場合に警報を発するようにしたので、補償トルクが発生されない場合も異常診断が可能となった。
As an example of diagnosing the occurrence of an abnormality using a probability density function in a conventional motor control device, for example, a “motor control device having a diagnosis function” disclosed in Patent Document 1 can be cited. FIG. 3 is a block diagram of a motor control device having a conventional diagnostic function. A position /
The probability
However, in this motor control device, since the abnormality diagnosis is performed by the probability density function of the torque command, the compensation torque can be obtained even when abnormal vibration occurs when feedback control is not used or when the gain in feedback control is low. Abnormality detection was difficult because it was not generated.
A circuit that improves this is the “motor control device having a diagnostic function” disclosed in
次に、以上の図3および図4の制御ブロック図で示した診断装置との比較のために、機械(負荷)の状態をセンサで検出して負荷の故障を検出する制御の例について説明する。 図5は従来のセンサを使用する故障検出システムのブロック図であり、モータに接続して稼動する機械(負荷)の状態をセンサで検出して異常診断を行う制御例であって、振動センサ41を用いた軸受38の振動検出系を示している。負荷37がモータ39によって運転されると、軸受け38における振動は振動センサ41によって検出される。センサ41からの信号を用いて信号の確率密度関数は確率密度推定ブロック42により計算/推定されるが、この場合は、更に、負荷側に特別なセンサ41が必要になる。
図6は特許文献3に開示の「モータを動力源とする機械の動作状態モニタ装置およびモータを動力源とする機械の異常診断法」のブロック図であり、図6も図5の負荷機械の状態をセンサを用いて検出する制御系であって、負荷機械としてプレス機械用搬送装置等の異常診断を行うモニター装置である。このモニター装置は、モータ51の消費電力を測定する電力測定器61と、回転軸53の回転角度を検出する回転角度測定器62と、動作部位(プレス用搬送機械)55の動作量を測定する動作量センサ63を備えて、モニタ装置本体64は消費電力、回転角度、動作量を関連付けたテーブルを記憶装置65へ記憶しておいて、消費電力の確率密度関数を求めて異常測定を行うものである。
FIG. 6 is a block diagram of “a machine operation state monitoring device using a motor as a power source and a method for diagnosing a machine abnormality using a motor as a power source” disclosed in Patent Document 3, and FIG. 6 is also a diagram of the load machine of FIG. It is a control system that detects a state using a sensor, and is a monitor device that performs an abnormality diagnosis of a transport device for a press machine as a load machine. This monitor device measures the amount of motion of a power measuring device 61 that measures the power consumption of the motor 51, a rotation angle measuring device 62 that detects the rotation angle of the rotating shaft 53, and an operation part (press transport machine) 55. An operation amount sensor 63 is provided, and the monitor device
しかしながら、特許文献2記載の発明は、トルク指令の確率密度関数を用いた特許文献1記載の発明の欠点を改善してモータ位置Pfbを基に確率密度関数を演算するので、異常に対して制御装置が補償トルクを発生しない場合でも、一時的なノイズ等による誤検出が少ない異常診断が可能であるが、負荷条件又は位置指令の速度換算値の形状が変化すると、確率密度関数も変化してしまうので正確な故障状態の検知が難しいという問題があった。
また、図5記載の装置や図6に示す特許文献3記載の発明の場合は、負荷機械の稼動システム全体のモニター装置であって、特別なセンサーを必要とする装置なので、特許文献1および2の装置とは制御系が異なり装置および制御が複雑化するという問題があった。
そこで本発明は、これらの課題を解決するためになされたもので、特別なセンサー等を必要としない簡単な構成によって、モータ位置の代わりに位置/速度指令と速度の差異を用いて確率密度関数を求めることによって、負荷条件又は速度プロフィールの変化に影響されず、異常に対して制御装置が補償トルクを発生しない場合でも、一時的なノイズ等による誤検出の少ない異常診断機能付きのモータ制御装置を提供することを目的としている。
However, the invention described in
In the case of the device shown in FIG. 5 or the invention described in Patent Document 3 shown in FIG. 6, since it is a monitor device for the entire operating system of the load machine and requires a special sensor,
Accordingly, the present invention has been made to solve these problems, and a probability density function using a difference between a position / speed command and a speed instead of a motor position by using a simple configuration that does not require a special sensor or the like. Therefore, even if the control device does not generate a compensation torque for an abnormality without being affected by changes in the load condition or speed profile, the motor control device with an abnormality diagnosis function is less likely to be erroneously detected due to temporary noise or the like. The purpose is to provide.
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明はモータ制御装置に係り、モータ位置検出器からのモータ位置と位置指令により位置制御を行い速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令とモータ位置より求めたモータ速度より速度制御を行ってトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令より電流指令を出力する電流制御部を備えたモータ制御装置において、前記位置指令を入力して速度指令を出力する位置/速度指令変換部と、前記速度指令と前記モータ速度の差異を求める減算器と、前記差異信号より確率密度関数を演算・推定する確率密度推定部と、前記確率密度関数を監視して異常な場合は警報を発する故障検出部と、を有することを特徴としている。
また、請求項2記載の発明はモータ制御方法に係り、モータ位置検出器からのモータ位置と位置指令より位置制御を行い速度指令を出力し、前記速度指令とモータ速度より速度制御によりトルク指令を出力し、前記トルク指令より電流指令を出力してモータを駆動するモータ制御方法において、位置/速度指令変換部において位置指令を入力して速度指令を出力し、減算器により前記速度指令と前記モータ速度との差異を求め、前記差異より確率密度関数を推定・演算して故障検出を行う際に、速度が一定となる区間において前記確率密度関数を推定・演算して故障検出を行うことを特徴としている。
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 relates to a motor control device, a position control unit for performing position control by a motor position and a position command from a motor position detector and outputting a speed command, and the speed command In a motor control device including a speed control unit that outputs a torque command by performing speed control from a motor speed obtained from a motor position, and a current control unit that outputs a current command from the torque command, the position command is input. A position / speed command conversion unit that outputs a speed command; a subtractor that determines a difference between the speed command and the motor speed; a probability density estimation unit that calculates and estimates a probability density function from the difference signal; and the probability density function And a failure detection unit that issues an alarm if abnormal.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a motor control method, wherein position control is performed based on a motor position and position command from a motor position detector, a speed command is output, and a torque command is transmitted by speed control based on the speed command and motor speed. In the motor control method of driving and driving the motor by outputting a current command from the torque command, a position command is input and a speed command is output in a position / speed command conversion unit, and the speed command and the motor are output by a subtractor. Obtaining a difference from the speed, and estimating and calculating a probability density function from the difference and performing failure detection, the failure density is detected by estimating and calculating the probability density function in a section where the speed is constant. It is said.
上記構成により、負荷条件又は速度プロフィールの変化に影響されること無く、異常に対して制御装置の補償トルクが発生しない場合でも、一時的なノイズなどによる誤検出の少ない正確な異常検出が可能になりシステムの安全が保証されるという効果がある。 With the above configuration, it is possible to accurately detect an abnormality with few false detections due to temporary noise, etc., even when the compensation torque of the control device does not occur for the abnormality without being affected by changes in load conditions or speed profiles. The safety of the system is guaranteed.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明のモータ制御装置のブロック図である。
図1において、サーボ制御部は、モータ1、電流制御部2、速度制御部3、位置制御部4によって構成される。エンコーダ5からのフィードバック6(Pfb)は、位置制御部4及びそれを速度制御部3へ転送するフィードバック位置/速度変換部7へ転送される。
確率密度推定部13は、フィードバック速度(Sfb)11と位置/速度指令10との差異の差異信号12の密度分布を計算/推定する。位置/速度指令10は位置指令8を位置/速度指令変換部9により変換して得られる。確率密度関数は差異信号12の他の統計情報と共に、故障検出部14による故障検出に使用される。
FIG. 1 is a block diagram of a motor control device of the present invention.
In FIG. 1, the servo control unit includes a motor 1, a
The probability
図2は図1に示す速度指令とフィードバック速度のプロットを示す図である。 図2において、X軸15は時間を秒単位で表しており、Y軸16は速度を回転/秒で表している。これらの速度指令17(図1の10相当)及び速度18(11相当)の差異が、確率密度関数を計算/推定し生成するために使用される。
故障検出のために、確率密度関数は、差異信号12の標準偏差、平均、尖り度、歪度といった他のパラメータと共に計算される。差異信号の分析(又は確率密度関数の計算)は、図2に示す、A19からB20までの、又はA´21からB´22までの区間で実行される。図2から、この区間は、位置指令の速度換算値17が一定になるデータの範囲を表していることが分かる。この区間の差異信号12が、区間A〜B(又はA´〜B´)についてのサンプルデータの確率密度関数および他の統計パラメータを計算するために使用され、安定な計算が可能になる。
従って、分布パラメータを安定領域A19〜B20(又はA´21〜B´22)区間で監視すれば故障検出部14による確率密度関数やその他のパラメータにしきい値を設定することにより確実な故障検出が可能になる。
FIG. 2 is a diagram showing a plot of the speed command and the feedback speed shown in FIG. In FIG. 2, the
For fault detection, the probability density function is calculated along with other parameters such as standard deviation, average, kurtosis, skewness of the difference signal 12. The analysis of the difference signal (or calculation of the probability density function) is performed in the section from A19 to B20 or from
Therefore, if the distribution parameter is monitored in the stable region A19 to B20 (or A′21 to B′22), reliable failure detection is performed by setting a threshold value for the probability density function and other parameters by the
以上の構成であるので、負荷条件又は速度プロフィールの変化に影響されること無く、異常に対して制御装置の補償トルクが発生しない場合でも、一時的なノイズなどによる誤検出の少ない正確な異常検出が可能になりシステムの安全が保たれるため、本発明は、ロボットや工作機械等のモータ制御装置に、正確な故障の診断機能付きモータ制御装置として用いて好適となる。 Because of the above configuration, it is not affected by changes in load conditions or speed profiles, and accurate abnormality detection with few false detections due to temporary noise even when control device compensation torque does not occur for abnormality. Therefore, the present invention is suitable for use in a motor control device such as a robot or a machine tool as a motor control device with an accurate failure diagnosis function.
1 モータ
2 電流制御部
3 速度制御部
4 位置制御部
5 エンコーダ
6 フィードバック信号
7 フィードバック位置/速度変換部
8 位置指令
9 位置に/速度指令変換部
10 位置/速度指令
11、18 フィードバック速度
12 差異信号
13 確率密度推定部
14 故障検出部
17 速度指令
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記位置指令を入力して速度指令を出力する位置/速度指令変換部と、前記速度指令と前記モータ速度の差異を求める減算器と、前記差異信号より確率密度関数を演算・推定する確率密度推定部と、前記確率密度関数を監視して異常な場合は警報を発する故障検出部と、を有することを特徴とするモータ制御装置。 A position control unit that performs position control based on the motor position and position command from the motor position detector and outputs a speed command, and a speed control that performs speed control based on the motor speed obtained from the speed command and the motor position and outputs a torque command And a motor control device including a current control unit that outputs a current command from the torque command,
A position / speed command conversion unit that inputs the position command and outputs a speed command, a subtractor that obtains a difference between the speed command and the motor speed, and a probability density estimation that calculates and estimates a probability density function from the difference signal And a failure detection unit that monitors the probability density function and issues an alarm if abnormal, a motor control device.
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