JP2010098899A

JP2010098899A - 電動機制御装置

Info

Publication number: JP2010098899A
Application number: JP2008269436A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Funabashi; 芳文舩橋
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2010-04-30

Abstract

【課題】トルク飽和による位置決め精度の劣化を防ぐことができる電動機制御装置を提供する。
【解決手段】電流指令Ｉ^＊を生成する速度誤差アンプ３と、速度誤差アンプ３の出力に接続され電流指令をインバータ回路６の許容電流以下に制限し、且つ、トルク飽和を検出するリミッタ４を備え、リミッタ４でトルク飽和を検出後、設定された時間を経過すると異常処理する異常処理回路８を、警告処理回路９とアラーム処理回路１０で構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置制御を行うサーボモータの電動機制御装置、特に入力に対する出力トルクの低下によって生ずる位置決め精度の劣化を早期に検出する技術に関する。

従来、モータにより位置決め制御するために電動機制御装置には電流制御ループ、速度制御ループ、位置制御ループを備えた構成が一般的に実施されている。

ＦＡ設備のメカ駆動部は、長時間の駆動によりグリスなどが劣化して、機械的な損失が発生するため、定期点検による保守や修理が必要である。

このため、一定動作を繰り返す装置の負荷の状態をリアルタイムに監視し、所定値を超えた負荷トルクを瞬時に検出できるモータ制御装置を提供するため、初期状態での動作時モータトルク値を不揮発性メモリに記憶する初期値設定手段と、記憶したトルク値からトルクの限界値を設定する限界値設定手段と、動作中のモータトルク値を監視して限界値と比較を行うトルク比較手段とを備え、モータトルク値がトルク限界値設定手段により設定した限界値を超えるとアラーム出力手段で外部に知らせるものが提案されている(例えば、特許文献１参照)。

位置決め動作が一定の繰り返しのパターンである場合、モータトルク、または一定の関係にある電流は毎回限定された範囲で使用されるため、その範囲の上限、下限をメモリに記憶し、動作中の負荷トルク、または電流の変化を監視し駆動部の摩擦の変化等の劣化により負荷トルク、または電流が限度を超えた場合に外部にその情報を知らせ、設備の保守に役立てることができる。
特開２００７−２８８６５号公報

解決しようとする問題点は、駆動部の摩擦の増加、モータの劣化（軸受損失の増加、減磁、巻線間のレヤーショートなど）により、電流指令が増加しリミッタにて飽和することであり、位置決め精度の劣化を招いてしまう点である。

つまり、上位システムからの位置指令に対して、位置制御、速度制御から電流指令を生成しモータを駆動する際に、電流指令がリミッタにて飽和すると制御しきれない状態が発生し、位置決め精度の劣化を招くため、この異常状態を速やかに作業者に知らしめ、保守点検を促す必要がある。

特許文献１の技術は、単純な繰り返し動作する場合には有効であるが、負荷の質量が変わる場合や、動作パターンが高速、中速、低速等幾つかの組み合わせがある場合には、それぞれの組み合わせに対して、モータトルク変化範囲の上限、下限をメモリに記憶しなければならず、また、モータ、機械の組み立てバラツキに対しては個別の設定をしなければならないため煩雑になる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、簡単な構成で、電動機の位置決め精度の劣化を防止し、効果的な保守点検ができる電動機制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の電動機制御装置は、上位システムからの位置指令と電動機の位置情報から速度指令を算出し、前記速度指令と電動機の速度情報から電流指令を算出し、電流指令をリミッタにてインバータ回路の許容電流以下に制限し電動機を制御する電動機制御装置において、前記電動機制御装置は、電流指令を生成する速度誤差アンプと、前記速度誤差アンプの出力に接続され電流指令をインバータ回路の許容電流以下に制限し、且つ、飽和状態を検出するリミッタを備え、前記リミッタでトルク飽和を検出後、設定された時間を経過すると異常処理する異常処理回路を設けたものである。

また、請求項２に記載の電動機制御装置は、前記異常処理回路が警告処理回路であり、トルク飽和時間を計測する第一のタイマーと、設定された時間を経過すると警告処理をする第一の比較器を備える。

さらに、請求項３に記載の電動機制御装置は、前記異常処理回路がアラーム処理回路であり、トルク飽和時間を計測する第二のタイマーと、前記警告処理より長く設定され、前記第二のタイマーにより設定された時間を経過するとアラーム処理をする第二の比較器を備える。

請求項１に記載の電動機制御装置によれば、リミッタでトルク飽和を検出後、設定された時間を経過すると異常処理する異常処理回路を設けたので、トルク飽和のため制御しきれない状態による位置決め精度の劣化を防ぐことができる。

また、請求項２に記載の電動機制御装置によれば、警告処理回路によってトルク異常を知らしめ、保守を促しつつも動作を継続させ、設備の保守点検を計画的に進めることができる。

また、請求項３に記載の電動機制御装置によれば、アラーム処理回路によって電動機を停止することにより、位置決め精度の劣化による加工等への悪影響を排除することができる。

上位システムからの位置指令と電動機の位置情報から速度指令を算出し、前記速度指令と電動機の速度情報から電流指令を算出し、電流指令をリミッタにてインバータ回路の許容電流以下に制限し電動機を制御する電動機制御装置において、前記電動機制御装置は、電流指令を生成する速度誤差アンプと、前記速度誤差アンプの出力に接続され電流指令をインバータ回路の許容電流以下に制限し、且つ、飽和状態を検出するリミッタを備え、前記リミッタでトルク飽和を検出後、設定された時間を経過すると異常処理する異常処理回路を設ける。以下、具体的な実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の電動機制御装置の要部ブロック図である。図１において、電動機制御装置１は、上位システム２１からの位置指令と、接続された電動機２２からのセンサ情報とを比較し、誤差がなくなるように電流制御して電動機２２を駆動する。

電動機制御装置１は、位置指令と位置情報から速度指令を生成する位置誤差アンプ２と、速度指令と速度情報から電流指令を生成する速度誤差アンプ３と、トルク飽和を検出するリミッタ４と、電流指令と検出した電流情報から電流を増幅する電流アンプ５と、スイッチング素子からなるインバータ回路６と、電動機２２の巻線に流れる電流を検出する電流検出器７および電流指令の異常を検出して処理をする異常処理回路８を備え、異常処理
回路８は、警告処理回路９とアラーム処理回路１０で構成され、リミット４がトルク飽和を検出すると、異常処理回路８が作動する。

異常処理回路８の警告処理回路９は、トルク飽和時間を計測する第一のタイマー９ａと、第一のタイマー９ａの値とあらかじめ設定された時間を比較し経過すると警告処理をする第一の比較器９ｂを有している。一方、警告処理より長く設定されたアラーム処理回路１０は、トルク飽和時間を計測する第二のタイマー１０ａと、第二のタイマー１０ａの値とあらかじめ設定された時間を比較し経過するとアラーム処理をする第二の比較器１０ｂを有している。

電動機制御装置１は、上位システム２１からの位置指令φ^＊と電動機２２に取り付けられた位置センサ２４の位置情報φに基づき、位置誤差アンプ２によって速度指令ω^＊を算出する。次に、速度指令ω^＊と速度センサ２３の速度情報である速度ωに基づき、速度誤差アンプ３によって電流指令Ｉ^＊を算出し、電流指令Ｉ^＊と電流検出器７にて検出された電動機２２の電流Ｉとに基づき、電流アンプ５でインバータ回路６への指令を生成し、位置ループ、速度ループ、電流ループを持つ制御系を構成する。

速度誤差アンプ３の出力は、電流指令Ｉ^＊として電流ループへ指令されるが、インバータ回路６のスイッチング素子の容量により最大電流が制限されるため、電流指令Ｉ^＊に対してトルク飽和を検出するリミッタ４を設けて、最大電流がスイッチング素子の仕様以下となるように規制する。

図２は、通常動作における動作波形の説明図であり、上から速度指令パターン、指令に対する実速度の波形、電流指令の波形と電流リミット値の関係を図示したものである。

図２において、電動機制御装置１では、上位からの指令に基づき、電動機２２の容量と接続された負荷に応じて加速時には電流指令が＋側に指令され、減速時には−側に指令され、指令に対し遅れた実速度波形ωとなる。ここで、電流指令Ｉ^＊は加減速の最大値において電動機出力定数、摩擦等のバラツキをカバーし±電流リミットで制限された範囲内となるように加減速パターンが設定される。

ところが、電動機２２に軸受損失の増加や巻線間のレアショートなどで出力トルクに異常が発生する、あるいは設備の摩擦等機械系でのトルク異常が発生すると、当初の設定値より電流を多く流さなければ駆動トルクが不足する。このため、電流指令が大きくなり±電流リミットの制限に当り、トルク飽和状態が発生する。

トルク飽和により正常に速度、位置を制御しきれなくなり、加減速後に速度のオーバーシュートが発生し、位置決め整定の精度が劣化する。図３はこの時の動作波形を示し、図２に対してトルク異常になった状態で、位置決め整定の精度が悪くなっている。

図３において、電流指令が±電流リミット値に当たると、リミッタ４はトルク飽和状態を検出する。これにより、異常処理回路８が作動する。警告処理回路９とアラーム処理回路１０は同時に作動するが、比較器の設定値によって結果が異なる。

警告処理回路９では、第一のタイマー９ａ（カウンタ）と第一の比較器９ｂが同時に作動する。第一の比較器９ｂは設定値と第一のタイマー９ａの値（カウント値）とを比較し、第一のタイマー９ａの値（カウント値）が前記設定値より長くなると警告を出力する。警告処理として、例えば、ＬＥＤなどで外部に警告表示をすれば、簡単に視認することができる。

一方、アラーム処理回路１０では、第二の比較器１０ｂの設定値を第一の比較器９ｂの設定値より長く設定する。第二のタイマー１０ａ（カウンタ）と第二の比較器１０ｂも同時に作動する。第二の比較器１０ｂは設定値と第二のタイマー１０ａの値（カウント値）とを比較し、第二のタイマー１０ａの値（カウント値）が前記設定値より長くなるとアラーム処理を実行する。アラーム処理として電動機２２を停止する。

警告処理の時間設定値としては加減速の時間が５００ｍｓの場合は１００ｍｓ程度、アラーム処理の時間設定値としては２００ｍｓ程度の値を設定する。また、加減速の時間が１００ｍｓの場合は警告処理の設定値に２０ｍｓ程度、アラーム処理の設定値に４０ｍｓ程度を設定する。これにより、位置決め整定精度の劣化に至る前に、警告処理が可能となり、さらに、アラーム処理によって、機器および加工物へのダメージを低減することができる。

また、リミット４では、一瞬でもリミット値を下回れば、異常処理回路８への出力がリセットされ、リミット値を超えている間のみ異常処理回路８を有効に作動させる。

また、警告処理による警告表示は、一度警告処理条件が成立すれば、表示を保持するようにしておき、作業者の確認によって警告表示をリセットするようにすれば、アラーム処理で停止となる前に、適切な対応を促すことができる。

これにより、電動機の停止前に保守点検をすることができる。仮に警告による対応が遅れた場合でも、アラーム処理によって電動機を停止させるため、機器およびワーク（加工品）への影響を最小限にすることができる。

本発明の電動機制御装置は、電動機のトルク異常、摩擦等機械系のトルク異常による位置決め精度劣化の早期発見、早期対処に最適であり、半導体組立設備、電子部品実装機等の高速、高精度を必要とする用途などに有用である。

本発明の実施の形態１の電動機制御装置における要部ブロック図本発明の通常動作における波形の説明図本発明の異常動作における波形の説明図

符号の説明

１電動機制御装置
２位置誤差アンプ
３速度誤差アンプ
４リミッタ
５電流アンプ
６インバータ回路
７電流検出器
８異常処理回路
９警告処理回路
９ａ第一のタイマー
９ｂ第一の比較器
１０アラーム処理回路
１０ａ第二のタイマー
１０ｂ第二の比較器
２１上位システム
２２電動機
２３速度センサ
２４位置センサ

Claims

上位システムからの位置指令と電動機の位置情報から速度指令を算出し、前記速度指令と電動機の速度情報から電流指令を算出し、電流指令をリミッタにてインバータ回路の許容電流以下に制限し電動機を制御する電動機制御装置において、
前記電動機制御装置は、
電流指令を生成する速度誤差アンプと、
前記速度誤差アンプの出力に接続され電流指令をインバータ回路の許容電流以下に制限し、且つ、飽和状態を検出するリミッタを備え、
前記リミッタでトルク飽和を検出後、設定された時間を経過すると異常処理する異常処理回路を設けたことを特徴とする電動機制御装置。
前記異常処理回路が警告処理回路であり、
トルク飽和時間を計測する第一のタイマーと、
設定された時間を経過すると警告処理をする第一の比較器を備えた請求項１に記載の電動機制御装置。
前記異常処理回路がアラーム処理回路であり、
トルク飽和時間を計測する第二のタイマーと、
前記警告処理より遅れて作動し、前記第二のタイマーにより設定された時間を経過するとアラーム処理をする第二の比較器を備えた請求項１または請求項２に記載の電動機制御装置。