JP2011024295A - 電動機制御装置とその電流検出異常時停止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ電流を推定しモータ電流が異常時には、停止処理部に基づき電流フィードバックをモータ推定電流に切替えて、電動機を安全に停止することができる電動機の制御装置と電流検出異常時停止方法を提供する。
【解決手段】 電動機の電流を推定する電流推定部と、電流の異常を検出する電流異常検出部と、前記電流異常検出部に基づいて電流異常時停止するまでの間、前記推定電流に基づいて電動機を停止させる停止処理部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーボモータで機械等を駆動する電動機制御装置とそのサーボモータの電流検出が異常時の電動機の停止方法に関する。

第１の従来技術は、スイッチング制御の電流がゼロとなる区間で電流検出が所定値よりも大きい或いは電流がゼロより大きくなる区間で電流検出がゼロで電流検出手段の異常を検出している（例えば、特許文献１参照）。
第２の従来技術は、モータ端子電圧と逆起電圧の差からモータ電流を推定し、モータ電流検出値と比較し所定値以上で異常としている（例えば、特許文献２参照）。

図４は、第１の従来技術であるモータ制御装置を説明するための概略ブロック図である。 図において、３０は電流検知可否判定部、 ３２は電流大小判定部、 ３３は異常判定部であり、電流検知可否判定部３０がスイッチング制御の電流がゼロとなる区間及び電流がゼロより大きくなる区間を判定し、電流大小判定部３２で電流の大小を判定し、異常判定部３０は電流検知可否判定部３０と電流大小判定部３２に基づきが異常を検出する。
このように、第１の従来技術は、スイッチング制御の電流がゼロとなる区間で電流検出が所定値よりも大きい或いは電流がゼロより大きくなる区間で電流検出がゼロで、電流検知可否判定部３０と電流大小判定部３２に基づき異常を検出していた。

図５は、第２の従来技術であるモータ制御装置を説明するための概略ブロック図である。 図において、２７はモータ端子電圧検出装置、 ２８はモータ電流検出装置、 ５１はモータ回転速度演算手段、 ５２は逆起電圧演算手段、 ５３はモータ端子間演算手段、 ５４はモータ電流推定処理手段、 ５５は異常診断手段であり、 モータ端子電圧検出装置２７からのモータ端子電圧と、モータ回転速度演算手段５１から逆起電圧演算手段５２により演算した逆起電圧の差からモータ電流推定処理手段５４によりモータ電流を推定し、モータ電流検出装置２８からのモータ電流検出値を異常診断手段５５で比較し異常を検出する。
このように、第２の従来技術は、電流推定処理手段５４のモータ電流推定値とモータ電流検出装置２８からのモータ電流検出値を比較し、異常を検出していた。

特開２００７−１５９３４９号公報（第１３頁、図１） 特開２００７−８２９４号公報（第１１頁、図３）

第１の従来技術は、スイッチング制御の電流がゼロの区間或いは電流がゼロより大きくなる区間を検出するのは、スイッチング周期が短いと困難であり、また異常検出時制御装置の主回路を遮断するしかできないという問題があった。
第２の従来技術は、モータ電流推定にはモータ端子電圧の検出が必要なのとモータ電圧をモータ抵抗で除算して推定しているので、モータインダクタンスが考慮されていないので電流フィードバックの代わりにはできず、また異常検出時制御装置の主回路を遮断するしかできないというような問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータ電流を推定しモータ電流が異常時には、停止処理部に基づき電流フィードバックをモータ推定電流に切替えて、電動機を安全に停止することができる電動機の制御装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、電流指令と、電流検出器の検出値である電動機の電流とに基づいて前記電動機をフィードバック制御する電動機制御装置において、前記電動機の電流を推定する電流推定部と、電流の異常を検出する電流異常検出部と、前記電流異常検出部に基づいて電流異常時停止するまでの間、前記推定電流に基づいて電動機を停止させる停止処理部と、を備えるものである。
また、請求項２に記載の発明は、停止処理部は、前記電流推定部の推定電流に基づいて減速停止するものである。
また、請求項３に記載の発明は、停止処理部は、前記減速停止後電動機制御装置の主回路を、遮断するものである。
また、請求項４に記載の発明は、電流推定手段は、電流オブザーバであるとするものである。
また、請求項５に記載の発明は、電流指令と、電流検出器の検出値である電動機の電流とに基づいて前記電動機をフィードバック制御する電動機制御装置において、電流の異常を検出する電流異常検出手段に基づいて、電流異常時停止するまでの間、電流フィードバックを外して電動機を停止するとするものである。
また、請求項６に記載の発明は、電流指令と、電流検出器の検出値である電動機の電流とに基づいて前記電動機をフィードバック制御する電動機制御装置において、前記電動機の電流を推定する電流推定手段と、電流の異常を検出する電流異常検出手段に基づいて、電流異常時停止するまでの間、前記推定電流に基づいて停止するとするもの
である。
また、請求項７に記載の発明は、モータ停止手段は、推定電流に基づいて減速停止するとするものである。
また、請求項８に記載の発明は、モータ停止手段は、減速停止後電動機制御装置の主回路遮断処理するとするものである。
また、請求項９記載の発明は、電流推定手段は、電流オブザーバで電流を推定するとするものである。
また、請求項１０載の発明は、電流指令と、電流検出器の検出値である電動機の電流とに基づいて前記電動機をフィードバック制御する電動機制御装置において、電流の異常を検出する電流異常検出手段に基づいて、電流異常時停止するまでの間、電流フィードバックを外して電動機を停止処理するとするものである。

請求項１に記載の発明によると、電流異常時停止するまでの間、推定電流に基づいて停止するので、主回路素子やモータを保護し、安全に停止することができる。
また、請求項２に記載の発明によると、電流異常時停止するまでの間、推定電流に基づいて電動機を減速停止するので、安全に停止することができる。
また、請求項３に記載の発明によると、電流異常時電動機が停止するまでの間、減速停止し停止後制御装置の主回路遮断するので、主回路素子やモータを保護することができる。
また、請求項４に記載の発明によると、電流異常時停止するまでの間、電流オブザーバからの推定電流に基づいて電動機を停止するので、安全に停止することができる。
また、請求項５記載の発明によると、電流異常時停止するまでの間、電流フィードバックを外して電動機を停止するので、電流検出器等の異常による主回路素子やモータを保護し、電動機を安全に停止することができる。
また、請求項６記載の発明によると、電流異常時停止するまでの間、推定電流に基づいて停止するので、主回路素子やモータを保護し、電動機を安全に停止することができる。
また、請求項７記載の発明によると、電流異常時停止するまでの間、推定電流に基づいて電動機を減速停止するので、安全に停止することができる。
また、請求項８記載の発明によると、電流異常時電動機が停止するまでの間、減速停止し停止後制御装置の主回路遮断するので、主回路素子やモータを保護することができる。
また、請求項９記載の発明によると、電流異常時停止するまでの間、電流オブザーバからの推定電流に基づいて電動機を停止するので、安全に停止することができる。
また、請求項１０載の発明によると、電流異常時停止するまでの間、電流フィードバックを外して電動機を停止するので、電流検出器等の異常による主回路素子やモータを保護し、電動機を安全に停止することができる。

本発明の電動機制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の電流異常検出方法の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の電流制御及び電流推定器の構成例である。 本発明の電流制御及び電流推定オブザーバの構成例である。 第１の従来技術である電動機の制御装置を説明するための概略ブロック図である。 第２の従来技術である電動機の制御装置を説明するための概略ブロック図である。

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。

図１は、本発明の電動機制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 図において、１は電動機制御装置、２は電動機（モータ）、３はエンコーダ等の位置検出器、１１は位置または速度制御部、１２は電流制御部、１３はパワー変換部、１４はエンコーダ信号入出力部、１５は電流推定部、 １６は電流異常検出部、 １７は停止処理部である。
位置または速度制御部１１は、例えば位置制御の場合は、位置指令と電動機位置の位置偏差に基づいて速度指令を生成し、さらに速度指令と電動機速度の速度偏差に比例積分制御を行い、トルク指令を生成する。 電流制御部１２はトルク指令を電流指令に変換し、電流指令と電動機電流の電流偏差に基づいて電圧指令を生成する。 パワー変換部１３は電圧指令をＰＷＭ信号に変換して電力変換器を駆動して電動機に電流指令どおりの電流を流す。 位置検出器３は電動機２に結合され、電動機の位置を検出する。 エンコーダ信号入出力部１４は、位置検出器３が生成する位置データを処理可能は電動機位置に変換する。

本発明が従来技術と異なる部分は、電流指令より電流を推定する電流推定部１５と推定電流と電流フィードバックに基づいて電流検出の異常を検出する電流異常検出部１６と電流異常検出後、モータを減速停止させる停止処理部１７により実施する方法の部分である。
電流推定部１５は、電流指令と電流フィードバックに基づいて電流を推定する。 電流異常検出部１６は、電流フィードバックの異常を検出する。 停止処理部１７は、電流異常検出で電流フィードバックの代わりに推定電流を使用し、位置指令又は速度指令に減速停止指令を出力してモータを減速停止させる。

図２は、本発明のモータ電流検出異常検出方法の処理手順を示すフローチャートである。 この図を用いて本発明の方法を順を追って説明する。
モータ電流異常検出処理はある一定の短い周期時間毎に行う。 これは電流制御の応答性が早いため、実際に異常な電流が流れるのを防止するためである。
まずステップ１では電流指令と実際の電流との差があるレベル以上かどうか判断する。 あるレベル以上の電流の場合は、ステップ２へ進む。 電流指令と電流との差があるレベル以上でない場合は終了する。 ここであるレベル以上の電流は、例えばモータの最大電流の１／４等にする。
次にステップ２では、電流推定器からの推定電流と実際の電流との差があるレベル以上かどうか判断する。
あるレベル以上の電流の場合は、ステップ３へ進む。 推定電流と電流との差があるレベル以上でない場合は終了する。 ここであるレベル以上の電流は、例えばモータの最大電流の１／４等にする。
ステップ３では、実際の電流が、指令電流とも推定電流とも異なっているので推定電流値を電流フィードバックとする。
ステップ４では、電流の異常状態が一定時間以上かどうか判断する。一定時間以上ならば電流検出異常として、ステップ５へ進む。一定時間以上でなければ、通常終了する。
ステップ５では、電流フィードバックの代わりに推定電流を用い、位置指令又は速度指令に減速停止指令を出力してモータを減速停止させる。
ステップ６では、減速停止終了かどうか判断する。減速停止終了ならば、ステップ７へ進む。 モータが減速中の場合は、減速停止処理を継続し一旦終了する。
ステップ７では、主回路を遮断して終了する。
ここで電流を推定するための電流推定部の動作について説明する。図３は、電流制御及び電流推定器の構成例である。図において、３１は電流制御部、３２はモータ、３３はモデル電流制御部、３４はモデルモータ、３５は電流推定部である。
モデル電流制御部３３は、電流制御部３１と同様に電流指令から推定電流ｉmを差し引いてモデル制御ゲインをかけて、電流制御する。モデルモータ３４は、モデル電流制御部３３の出力の電圧指令を入力してモータと同様に推定電流ｉmを算出する。このようにして推定電流を算出して、電流検出異常の判別と異常時の停止処理に使用する。

ここで電流を推定するための電流推定部の動作について説明する。 図３は、電流制御及び電流推定器の構成例である。 図において、３１は電流制御部、 ３２はモータ、 ３３はモデル電流制御部、 ３４はモデルモータ、 ３５は電流推定部 である。
モデル電流制御部３３は、電流制御部３１と同様に電流指令から推定電流ｉmを差し引いてモデル制御ゲインをかけて、電流制御する。 モデルモータ３４は、モデル電流制御部３３の出力の電圧指令を入力してモータと同様に推定電流ｉmを算出する。
このようにして推定電流を算出して、電流検出異常の判別と異常時の停止処理に使用する。

ここで電流を推定するための別の方法として電流推定オブザーバについて説明する。 図４は、電流制御及び電流推定オブザーバの構成例である。図において、３１は電流制御部、 ３２はモータ、 ４１はフィルタ、 ４２はモデルモータ、 ４３は電流オブザーバ制御部、 ４４は電流オブザーバである。
電流オブザーバ制御部４５は、電流フィードバックから推定電流ｉmを差し引いてオブザーバ制御ゲインをかける。オブザーバ制御ゲインは、例えば電流制御応答周波数の倍程度とする。モデルモータ４２は、電流オブザーバ制御部４３の出力を入力してモータと同様に電流を算出する。フィルタ４１は、電流指令に電流制御の応答周波数より高い程度のフィルタをかける。モデルモータ４２で算出された電流にフィルタ４１の出力の指令電流を加えて推定電流ｉoを算出する。このようにして推定電流を算出して、電流検出異常の判別と異常時の停止処理に使用する。
また、電流推定オブザーバはこのような構成に限ったことではなく、例えば外乱を推定するためにフィルタ等がある形でも良い。
このように、電流検出の異常を検出し、異常時、電流フィードバックの代わりに推定電流を用いて、減速停止することができる。

電流検出器が異常でも減速停止することができるので、機械に合わせた安全な停止といった用途にも適用できる。

１ 電動機制御装置
２ 電動機（モータ）
３ 位置検出器
１１ 位置または速度制御部
１２ ｄｑ軸電流制御部
１３ パワー変換部
１４ エンコーダ信号入出力部
１５ 電流推定検出部
１６ 電流異常検出部
１７ 停止処理部
３１ 電流制御部
３２ モータ
３３ モデル電流制御部
３４ モデルモータ
３５ 電流推定部
４１ フィルタ
４２ モデルモータ
４３ 電流オブザーバ制御部
４４ 電流オブザーバ

Claims (10)

1. 電流指令と、電流検出器の検出値である電動機の電流とに基づいて前記電動機をフィードバック制御する電動機
   制御装置において、前記電動機の電流を推定する電流推定部と、電流の異常を検出する電流異常検出部と、前記電流異常検出部に基づいて電流異常時停止するまでの間、前記推定電流に基づいて電動機を停止させる停止処理部と、を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
2. 前記停止処理部は、前記電流推定部の推定電流に基づいて減速停止することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
3. 前記停止処理部は、前記減速停止後電動機制御装置の主回路を、遮断することを特徴とする請求項２に記載の電動機制御装置。
4. 前記電流推定部は、電流オブザーバであることを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。
5. 電流指令と、電流検出器の検出値である電動機の電流とに基づいて前記電動機をフィードバック制御する電動機
   制御装置において、電流の異常を検出する電流異常検出部と、前記電流異常検出部に基づいて電流異常時停止するまでの間、電流フィードバックを外して電動機を停止する停止処理部と、を備えたことを特徴とする電動機制御装置。
6. 電流指令と、電流検出器の検出値である電動機の電流とに基づいて前記電動機をフィードバック制御する電動機
   制御装置において、前記電動機の電流を推定するステップと、電流の異常を検出するステップと、電流異常時停止するまでの間、前記推定電流に基づいて電動機を停止させるステップと、を備えることを特徴とする電動機制御装置の電流検出異常時停止方法。
7. 前記電動機を停止させるステップは、前記推定電流に基づいて減速停止するステップを、備えることを特徴とする請求項６に記載の電動機制御装置の電流検出異常時停止方法。
8. 前記電動機を停止させるステップは、前記減速停止後電動機制御装置の主回路を遮断するステップを、備えることを特徴とする請求項７に記載の電動機制御装置の電流検出異常時停止方法。
9. 前記電動機の電流を推定するステップは、電流オブザーバで電流を推定するステップを、備えることを特徴とする請求項６に記載の電動機制御装置の電流検出異常時停止方法。
10. 電流指令と、電流検出器の検出値である電動機の電流とに基づいて前記電動機をフィードバック制御する電動機
    制御装置において、電流の異常を検出するステップと、電流異常時停止するまでの間、電流フィードバックを外して電動機を停止するステップと、を備えることを特徴とする電動機制御装置の電流検出異常時停止方法。

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