JP2014023214A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異常発生の要因特定をより短時間で実現するモータ制御装置を得ること。
【解決手段】実施の形態のモータ制御装置１００は、モータ１の動作を指令する指令信号と前記モータの動作の検出結果である検出信号とに基づいて前記モータを駆動させる制御手段と、前記検出信号、前記モータが駆動する負荷機械の駆動位置および駆動速度、前記制御手段の内部で発生する信号、あるいは外部からのセンサ信号、である観測信号に基づいて前記モータの異常を検知する異常検知手段９と、複数の前記観測信号の異常発生時における値を異常発生毎に複数回分にわたって記憶する異常時データ記憶手段１１と、前記異常時データ記憶手段に記憶された複数回分の前記観測信号の異常発生時における値に基づいて、異常発生が依存性を有している前記観測信号を抽出する依存判定手段１２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械などの産業用機械装置を駆動するモータ制御装置に関する。

産業用機械装置を駆動するモータを制御する装置としては、モータに連結されたロータリエンコーダ等の検出器によりモータの回転位置（回転角度）や速度を検出し、目標値に対して検出される位置や速度が追従するように制御するモータ制御装置がある。

さらに上記のモータ制御装置では、一般に駆動中の異常状態を検知する保護機能が備わっており、異常状態を検知した場合には異常の種類によって警告情報やアラーム情報を出力する。

異常状態の検知手段としては、例えば目標値とモータの回転位置の偏差である位置偏差や電流指令値などの制御装置内部の制御信号が所定の閾値を超えた場合に異常と判断するものや、接続される検出器や温度センサから得られる信号が所定の異常状態を示した場合に異常と判断するものがある。

このようにモータ制御装置において異常状態が検知された場合には、異常状態がどのような要因によって発生したかを明らかにすることが望まれている。そこで、異常発生時におけるデータを記憶することで調査時における解析を容易に行う方式が提案されている。

異常発生時におけるデータを記憶する方式としては、例えば以下のような技術が提案されている。即ち、検出器において異常を表すデータが生成された場合に所定時間前の時点におけるエンコーダの内部情報として位置情報や速度情報や温度情報を記憶する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５―２２１２５８号公報

上記したように従来の技術によれば、異常発生時点における各種のデータを記憶することで、異常発生時点における内部状態がどのようになっているかを確認することができる。

しかし、ある異常発生時点のみのデータであるため、例えば検出器内部に異物が付着し、特定の回転位置で異常が発生する場合のように、特定のデータに依存して発生する異常状態に対しては要因特定に時間を要するといった問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、異常発生時における要因特定をより短時間で実現するモータ制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、モータの動作を指令する指令信号と前記モータの動作の検出結果である検出信号とに基づいて前記モータを駆動させる制御手段と、前記検出信号、前記モータが駆動する負荷機械の駆動位置および駆動速度、前記制御手段の内部で発生する信号、あるいは外部からのセンサ信号、である観測信号に基づいて前記モータの異常を検知する異常検知手段と、複数の前記観測信号の異常発生時における値を異常発生毎に複数回分にわたって記憶する異常時データ記憶手段と、前記異常時データ記憶手段に記憶された複数回分の前記観測信号の異常発生時における値に基づいて、異常発生が依存性を有している前記観測信号を抽出する依存判定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、異常発生時における観測信号を過去の異常発生時の信号と合わせて確認するとともに、その依存性を判断することができるため、異常発生時における要因特定をより短時間で実現できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態におけるモータ制御装置を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態における異常時データ記憶部の記憶例を示す表である。 図３は、本発明の実施の形態における外部表示器へ出力される表示データの一例である。 図４は、本発明の実施の形態における外部表示器へ出力される表示データの一例であり、検出器におけるモータの１回転内位置の依存性を表すものである。 図５は、本発明の実施の形態における外部表示器へ出力される表示データの別の一例であり、機械における動作範囲内の依存性を表すものである。

以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
以下、本発明の実施の形態によるモータ制御装置１００について図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置１００の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、モータ制御装置１００には位置指令や速度指令といったモータ１の動作に対する指令信号が入力される。

検出器２は、モータ１に連結されており、モータ１の回転位置（回転角度）を検出する。そして、その検出結果を検出信号として出力する。

比較器７は、指令信号と検出信号との偏差を演算し、出力する。位置制御部３は、比較器７より出力された指令信号と検出信号の偏差に基づいて速度指令信号を出力する。

比較器８は、位置制御部３より出力される速度指令信号と、速度演算部６より出力される速度検出信号との偏差を演算する。ここで、速度演算部６は、検出信号に基づき速度に換算する処理を行っており、例えば微分処理によって構成される。すなわち、速度検出信号はモータ１のモータ回転速度に相当する。

速度制御部４は、比較器８より与えられた速度指令信号と速度検出信号の偏差に基づいてトルク指令信号を出力する。

トルク制御部５は、入力されるトルク指令信号に基づきモータ１を駆動する駆動電流を出力する。

また、上記の各制御部では、比例演算や、積分演算を含む演算を行っており、演算に必要なゲイン値などが設定されている。

このようにモータ制御装置では、指令信号に追従するようにモータ１を駆動することになる。

異常検知手段９は、検出器２から出力される検出信号、モータ１が駆動する負荷機械の駆動位置および駆動速度、モータ制御装置１００内部で発生する制御信号、外部に設置されたセンサ１０から出力されるセンサ信号、などの観測信号に基づき、各信号を監視し異常を検知する。ここで、制御信号としては、例えば目標値とモータの回転位置の偏差である位置偏差やモータの回転速度や電流指令値などが用いられ、センサとしてはモータ１や検出器２における温度センサなどが用いられる。

異常時データ記憶部１１は、前記異常検知手段９にて異常が検知された際に観測される複数の観測信号の値を異常発生毎に複数回分にわたって記憶する。

依存判定手段１２は、異常時データ記憶部１１に記憶された複数の観測信号の値に基づいて異常の発生が依存性を有すると推定される観測信号を抽出する。ここで、依存性の判断手法としては、例えば、観測信号毎に複数回分にわたり記憶された値（観測値）の標準偏差や分散を求める。そして、これらのデータのばらつきを示す評価値である標準偏差や分散が所定の値以下である場合は、異常発生が当該観測信号に対して依存性を有していると判断する。

また、依存性を判断する別の方式として、観測信号が取り得るデータ範囲を所定の数で分割し、分割した領域毎の該当数（異常発生時に当該観測信号がその領域の値となる回数）を数値化することでその割合を求めて判断してもよい。即ち、観測信号が特定の領域の範囲の値となる頻度が所定の頻度以上となる場合は、当該領域を異常発生領域と判定する。

データ表示手段１３は、異常時データ記憶部１１に記憶された複数の観測信号、または依存判定手段１２で抽出された依存関係のあるデータを、モータ制御装置１００に接続されている外部表示器１４に対して出力する。

次に上記のように観測、記憶、及び表示される複数の観測データの形式について例を挙げてさらに詳細に説明する。

図２は、本発明の実施の形態における異常時データ記憶部１１の記憶例を示す表である。図２のように、異常時データ記憶部１１では発生番号１からＮまでの発生した異常について、各発生番号の異常の発生時点におけるモータ角度、モータ速度、センサより得られる温度、電流、機械端位置を記憶する。このように記憶したデータを参照することで、例えば図２の記憶例では、モータ角度が０［ｄｅｇ］付近の位置において異常状態が発生していることが確認される。

図３は、本発明の実施の形態における外部表示器１４へ出力される表示データの一例である。図２で示したように記憶される各観測信号をそれらのデータ範囲毎に正規化して横軸を発生番号にしてグラフで表示している。図３の例ではデータ１で示す観測信号の変動率が低く、この観測信号（データ１）に対して異常の発生が依存性を有していることが確認できる。

図４は、本発明の実施の形態における外部表示器１４へ出力される表示データの一例であり、検出器２におけるモータ１の１回転内位置の依存性を表すものである。図４では、異常発生時におけるモータ１の１回転内位置の場所を分割数Ｎで分割した領域毎に判定し、異常発生領域について斜線にて色分けしている。具体的には、異常発生時に１回転内位置として値を取る回数を領域毎に集計し、予め定めた所定の割合以上の回数となる領域を異常発生が集中している異常発生領域として抽出する。このように表示することにより、特定の１回転内位置に依存して発生する異常を視覚的に判断することが容易となる。また、逆にノイズ等の要因により複数の領域において異常が散発する場合には異常発生に該当する領域が複数発生することとなるため要因の切り分けが可能となる。

図５は、本発明の実施の形態における外部表示器１４へ出力される表示データの別の一例であり、モータ１が駆動する負荷機械における動作範囲内の依存性を表すものである。図５では、モータ１に接続される負荷機械が動作する可動範囲を分割数Ｎで分割した領域毎に判定し、異常発生領域について斜線にて色分けしている。具体的には、異常発生時に可動範囲として値を取る回数を領域毎に集計し、予め定めた所定の割合以上の回数となる領域を異常発生が集中している異常発生領域として抽出する。このように表示することにより、特定の機械端位置に依存して発生する異常を視覚的に判断することが容易となり、例えばケーブルの屈曲などによって特定の機械端位置にて発生する異常についても特定することが可能となる。

以上説明したように、本発明の実施の形態におけるモータ制御装置１００においては、異常発生時における観測信号の値を過去の異常発生時の信号の値と合わせて確認することができる。それとともに、異常発生の観測信号への依存性を判断することができるため、異常発生時における要因特定をより短時間で実現することが可能となる。

さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、上記実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上のように、本発明に係るモータ制御装置は、異常発生時の要因特定をより短時間で実現可能であり、特に産業用機械装置を駆動するモータのモータ制御装置に適している。

１ モータ
２ 検出器
３ 位置制御部
４ 速度制御部
５ トルク制御部
６ 速度演算部
７，８ 比較器
９ 異常検知手段
１０ センサ
１１ 異常時データ記憶部
１２ 依存判定手段
１３ データ表示手段
１４ 外部表示器
１００ モータ制御装置

Claims (6)

1. モータの動作を指令する指令信号と前記モータの動作の検出結果である検出信号とに基づいて前記モータを駆動させる制御手段と、
   前記検出信号、前記モータが駆動する負荷機械の駆動位置および駆動速度、前記制御手段の内部で発生する信号、あるいは外部からのセンサ信号、である観測信号に基づいて前記モータの異常を検知する異常検知手段と、
   複数の前記観測信号の異常発生時における値を異常発生毎に複数回分にわたって記憶する異常時データ記憶手段と、
   前記異常時データ記憶手段に記憶された複数回分の前記観測信号の異常発生時における値に基づいて、異常発生が依存性を有している前記観測信号を抽出する依存判定手段と、
   を備える
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記依存判定手段は、複数回分の前記観測信号の異常発生時における値のばらつきを示す評価値が所定の値以下である場合は、異常発生が前記観測信号に依存性を有していると判断する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記ばらつきを示す評価値は、標準偏差あるいは分散である
   ことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. モータの動作を指令する指令信号と前記モータの動作の検出結果である検出信号とに基づいて前記モータを駆動させる制御手段と、
   前記検出信号、前記モータが駆動する負荷機械の駆動位置および駆動速度、前記制御手段の内部で発生する信号、あるいは外部からのセンサ信号、である観測信号に基づいて前記モータの異常を検知する異常検知手段と、
   複数の前記観測信号の異常発生時における値を異常発生毎に複数回分にわたって記憶する異常時データ記憶手段と、
   前記異常時データ記憶手段に記憶された複数回分の前記観測信号の異常発生時における値に基づいて、異常発生が集中している前記観測信号の値の範囲を抽出する依存判定手段と、
   を備える
   ことを特徴とするモータ制御装置。
5. 前記依存判定手段は、前記観測信号が取り得るデータ範囲を所定の数の領域に分割し、異常発生時に当該観測信号が値を取る回数を領域毎に集計し、所定の割合以上の回数となる領域を異常発生が集中している前記観測信号の値の範囲として抽出する
   ことを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 異常発生が集中している前記観測信号の値の範囲を前記観測信号が取り得るデータ範囲と共に表示する外部表示手段
   をさらに備える
   ことを特徴とする請求項４または５に記載のモータ制御装置。

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