JP2024027420A - Motor drive control device and motor diagnosis method - Google Patents

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Abstract

【課題】本開示は、モータの異常を検知可能なモータ駆動制御装置を提供する。【解決手段】モータを駆動するモータ駆動制御装置であって、制御部を備え、前記制御部は、(a)前記モータの動作状態を示す複数の変数に基づいて分散共分散行列を求める手順と、(b)前記分散共分散行列の逆行列である精度行列を求める手順と、(c)前記精度行列を正則化して、正則化精度行列を求める手順と、(d)前記正則化精度行列に基づいて、前記複数の変数から相関のある変数の組み合わせを求める手順と、(e)前記組み合わせに基づいて、前記モータにおける異常の発生を推定する手順と、を実行するモータ駆動制御装置。【選択図】図1The present disclosure provides a motor drive control device capable of detecting abnormality in a motor. A motor drive control device for driving a motor, comprising a control unit, the control unit including (a) a step of calculating a variance-covariance matrix based on a plurality of variables indicating the operating state of the motor; , (b) a procedure for obtaining a precision matrix that is an inverse matrix of the variance-covariance matrix, (c) a procedure for regularizing the precision matrix to obtain a regularized precision matrix, and (d) a procedure for obtaining a regularized precision matrix by regularizing the precision matrix. (e) determining the combination of correlated variables from the plurality of variables based on the combination; and (e) estimating the occurrence of an abnormality in the motor based on the combination. [Selection diagram] Figure 1

Description

本開示は、モータ駆動制御装置及びモータ診断方法に関する。 The present disclosure relates to a motor drive control device and a motor diagnosis method.

モータの異常検知をする手段として、モータにセンサを取り付けて検知する手段が知られている。例えば、固定子と回転子の間に磁気センサを取り付けて、モータ周辺の電磁場を解析してモータの異常を検知する方法が知られている。また、ベアリング近辺や巻き線の近くにサーミスタ等の温度センサを取り付けて、モータの温度変化を解析してモータの異常を検出する方法が知られている。さらに、固定子や回転子に振動センサを取り付けて、モータの振動を解析してモータの異常を検出する方法が知られている。さらにまた、固定子や回転子に感音センサを取り付けて、モータ駆動時の音を解析してモータの異常を検出する方法が知られている。 2. Description of the Related Art As a means for detecting an abnormality in a motor, there is known a means for detecting an abnormality by attaching a sensor to the motor. For example, a method is known in which a magnetic sensor is attached between a stator and a rotor and an electromagnetic field around the motor is analyzed to detect abnormalities in the motor. Furthermore, a method is known in which a temperature sensor such as a thermistor is attached near a bearing or a winding, and temperature changes in the motor are analyzed to detect abnormalities in the motor. Furthermore, a method is known in which a vibration sensor is attached to the stator or rotor to analyze the vibration of the motor and detect abnormalities in the motor. Furthermore, a method is known in which an acoustic sensor is attached to the stator or rotor to analyze the sound generated when the motor is driven to detect abnormalities in the motor.

例えば、特許文献1には、加速度センサを用いる余寿命診断方法が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a remaining life diagnosis method using an acceleration sensor.

また、モータの異常検知をする手段として、センサを使わずに、モータ駆動時の電気信号を解析する電流兆候解析が知られている。例えば、モータの軸受けが損傷しミスアライメントが生じた時、エアギャップの変化、回転子の抵抗値の変化等が空間磁束線を通じて電流に影響を与える。したがって、異常のあるモータにおいて、電流信号を高速フーリエ変換解析すると、モータに流れる電流の低周波数帯の高調波成分が増加する。電流の低周波数帯における高調波成分の増加(変化)を異常の徴候として検出することにより、モータ異常を検知する。モータ駆動時の電気信号を解析する電流兆候解析では、モータ個々にセンサを取り付ける必要はない。 Further, as a means for detecting abnormalities in a motor, current symptom analysis is known in which an electric signal during motor drive is analyzed without using a sensor. For example, when a motor bearing is damaged and misaligned, changes in the air gap, changes in rotor resistance, etc. affect the current through spatial magnetic flux lines. Therefore, when fast Fourier transform analysis is performed on a current signal in a motor with an abnormality, the harmonic components in the low frequency band of the current flowing through the motor increase. Motor abnormality is detected by detecting an increase (change) in harmonic components in the low frequency band of the current as a sign of abnormality. Current signature analysis, which analyzes electrical signals when a motor is driven, does not require a sensor to be attached to each motor.

例えば、特許文献2には、設定値以上の信号強度の側帯波が抽出されたときに警報出力を行う電動機の診断装置が開示されている。 For example, Patent Document 2 discloses a motor diagnostic device that outputs an alarm when a sideband wave with a signal strength equal to or higher than a set value is extracted.

特開2010-190901号公報Japanese Patent Application Publication No. 2010-190901 特開2016-195524号公報Japanese Patent Application Publication No. 2016-195524

センサを用いるモータ異常検知手段は、相互のデータを解析するため複数のセンサを使用するのが一般的である。産業機器用モータ等、大型で高価なモータの場合は、モータ価格に対するセンサ価格の割合が低いため、大幅な価格上昇率とはならない。しかしながら、サーバー用ファンモータ等の比較的安価なモータの場合は、センサ分の価格上昇率が大きくなり価格面で市場では受け入れ難くなると予想される。 Motor abnormality detection means using sensors generally uses a plurality of sensors to analyze mutual data. In the case of large and expensive motors, such as motors for industrial equipment, the ratio of sensor price to motor price is low, so the price will not increase significantly. However, in the case of relatively inexpensive motors such as fan motors for servers, the rate of increase in price for sensors is expected to be large, making it difficult to accept them in the market.

また、センサを用いないモータ異常検知手段は、電流波形を取得するためのオシロスコープを別途用意する必要があるため、やはり大型の産業機器用モータに対して、別途オシロスコープを用い電気室等から遠隔でデータを取得し解析することになる。また、高速フーリエ変換解析において計算量が多いため、リアルタイムでの検知は困難である。 In addition, motor abnormality detection means that do not use sensors require the preparation of a separate oscilloscope to obtain the current waveform. Data will be acquired and analyzed. Furthermore, since fast Fourier transform analysis requires a large amount of calculation, real-time detection is difficult.

本開示は、モータの異常を検知可能なモータ駆動制御装置を提供する。 The present disclosure provides a motor drive control device that can detect abnormality in a motor.

本開示の一態様では、モータを駆動するモータ駆動制御装置であって、制御部を備え、前記制御部は、(a)前記モータの動作状態を示す複数の変数に基づいて分散共分散行列を求める手順と、(b)前記分散共分散行列の逆行列である精度行列を求める手順と、(c)前記精度行列を正則化して、正則化精度行列を求める手順と、(d)前記正則化精度行列に基づいて、前記複数の変数から相関のある変数の組み合わせを求める手順と、(e)前記組み合わせに基づいて、前記モータにおける異常の発生を推定する手順と、を実行するモータ駆動制御装置が提供される。 One aspect of the present disclosure is a motor drive control device that drives a motor, including a control unit, the control unit (a) calculating a variance-covariance matrix based on a plurality of variables indicating operating states of the motor. (b) a procedure for obtaining a precision matrix that is an inverse matrix of the variance-covariance matrix; (c) a procedure for regularizing the precision matrix to obtain a regularized precision matrix; and (d) the regularization. A motor drive control device that executes a step of determining a combination of correlated variables from the plurality of variables based on an accuracy matrix; and (e) a step of estimating the occurrence of an abnormality in the motor based on the combination. is provided.

本開示のモータ駆動制御装置によれば、モータの異常を検知できる。 According to the motor drive control device of the present disclosure, abnormality in the motor can be detected.

図1は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置が用いられるモータシステムの概略を示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a motor system in which a motor drive control device according to the present embodiment is used. 図2は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における処理を説明するフロー図である。FIG. 2 is a flow diagram illustrating processing in the motor drive control device according to the present embodiment. 図3は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置の動作結果について説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the operation results of the motor drive control device according to the present embodiment. 図4は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における演算結果について説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating calculation results in the motor drive control device according to the present embodiment. 図5は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における演算結果について説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating calculation results in the motor drive control device according to the present embodiment. 図6は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における演算結果について説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating calculation results in the motor drive control device according to the present embodiment. 図7は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における演算結果について説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating calculation results in the motor drive control device according to the present embodiment. 図8は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における演算結果について説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating calculation results in the motor drive control device according to the present embodiment. 図9は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における演算結果について説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating calculation results in the motor drive control device according to the present embodiment. 図10は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置における演算結果について説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating calculation results in the motor drive control device according to the present embodiment.

≪モータシステム≫
以下、図面を参照して、本実施形態に係るモータ駆動制御装置が用いられるモータシステムについて説明する。
≪Motor system≫
Hereinafter, a motor system in which a motor drive control device according to the present embodiment is used will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置の一例であるモータ駆動制御装置100が用いられるモータシステム1の概略を示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a motor system 1 in which a motor drive control device 100, which is an example of a motor drive control device according to the present embodiment, is used.

モータシステム1は、モータ10と、モータ駆動制御システム20と、を備える。モータ10は、例えば、ファンを回転させるために用いられる。モータ駆動制御システム20は、モータ10を駆動制御する。 The motor system 1 includes a motor 10 and a motor drive control system 20. The motor 10 is used, for example, to rotate a fan. The motor drive control system 20 drives and controls the motor 10.

モータ駆動制御システム20は、モータ駆動制御装置100と、上位装置200と、を備える。 The motor drive control system 20 includes a motor drive control device 100 and a host device 200.

<モータ駆動制御装置100>
モータ駆動制御装置100は、モータ駆動回路101と、センサ部102と、FG(Frequency Generator)信号生成部103と、を備える。また、モータ駆動制御装置100は、電源電圧測定部110と、駆動制御信号生成部120と、通信部130と、電流計測部140と、回転速度計測部150と、異常検知制御部160と、データ管理部170と、を備える。
<Motor drive control device 100>
The motor drive control device 100 includes a motor drive circuit 101, a sensor section 102, and a frequency generator (FG) signal generation section 103. The motor drive control device 100 also includes a power supply voltage measurement section 110, a drive control signal generation section 120, a communication section 130, a current measurement section 140, a rotation speed measurement section 150, an abnormality detection control section 160, and a data A management section 170 is provided.

なお、モータ駆動制御装置100における駆動制御信号生成部120、回転速度計測部150、異常検知制御部160及びデータ管理部170は、例えば、プログラム処理装置(コンピュータ)によって実現される。より具体的には、プログラム処理装置は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサと、RAM(Random Access Memory)及びROM(Read Only Memory)等の各種記憶装置を備える。また、プログラム処理装置は、カウンタ(タイマ)、AD(Analog-to-digital)変換回路、DA(Digital-to-analog)変換回路、クロック発生回路及び入出力I/F(Interface)回路等の周辺回路を備える。例えば、プロセッサ、記憶装置及び周辺回路のそれぞれは、バスや専用線を介して互いに接続される。プログラム処理装置は、例えば、マイクロコントローラである。プログラム処理装置において、CPUが、メモリに記憶されているプログラムに従って各種演算処理を実行することにより、処理を実現する。 Note that the drive control signal generation section 120, rotation speed measurement section 150, abnormality detection control section 160, and data management section 170 in the motor drive control device 100 are realized by, for example, a program processing device (computer). More specifically, the program processing device includes a processor such as a CPU (Central Processing Unit), and various storage devices such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory). In addition, the program processing device includes peripherals such as a counter (timer), an AD (analog-to-digital) conversion circuit, a DA (digital-to-analog) conversion circuit, a clock generation circuit, and an input/output I/F (interface) circuit. Equipped with a circuit. For example, a processor, a storage device, and a peripheral circuit are each connected to each other via a bus or a dedicated line. The program processing device is, for example, a microcontroller. In a program processing device, a CPU implements processing by executing various arithmetic operations according to programs stored in a memory.

[モータ駆動回路101]
モータ駆動回路101は、駆動制御信号生成部120が生成する駆動制御信号Ctlに基づいてモータ10を駆動する。モータ駆動回路101は、例えば、プリドライブ回路と、インバータ回路と、を備える。
[Motor drive circuit 101]
The motor drive circuit 101 drives the motor 10 based on the drive control signal Ctl generated by the drive control signal generation section 120. The motor drive circuit 101 includes, for example, a predrive circuit and an inverter circuit.

プリドライブ回路は、駆動制御信号Ctlに基づいて、インバータ回路を駆動するための出力信号を生成する。プリドライブ回路は、生成した出力信号をインバータ回路に出力する。プリドライブ回路は、例えば、駆動制御信号Ctlに基づいて、インバータ回路の各スイッチ素子を駆動する駆動信号を生成して出力する。 The predrive circuit generates an output signal for driving the inverter circuit based on the drive control signal Ctl. The predrive circuit outputs the generated output signal to the inverter circuit. The predrive circuit generates and outputs a drive signal for driving each switch element of the inverter circuit, based on the drive control signal Ctl, for example.

インバータ回路は、プリドライブ回路から出力された出力信号に基づいてモータ10に駆動信号を出力する。インバータ回路が出力した駆動信号は、モータ10が備えるコイルに通電する。インバータ回路は、例えば、直流電源の両端に設けられた2つのスイッチ素子、例えば、電界効果トランジスタ等のトランジスタの直列回路の対が、各相のコイルに接続される。2つのスイッチ素子の各対において、スイッチ素子同士の接続点に、モータ10の各相の端子が接続される。 The inverter circuit outputs a drive signal to the motor 10 based on the output signal output from the predrive circuit. The drive signal output by the inverter circuit energizes a coil included in the motor 10. In an inverter circuit, for example, two switch elements provided at both ends of a DC power supply, for example, a pair of series circuits of transistors such as field effect transistors, are connected to coils of each phase. In each pair of two switch elements, a terminal of each phase of the motor 10 is connected to a connection point between the switch elements.

プリドライブ回路が生成した駆動信号が、インバータ回路を構成する各スイッチ素子をオン及びオフさせることにより、モータ10の各相に電力が供給されてモータ10のロータが回転する。 The drive signal generated by the predrive circuit turns on and off each switch element constituting the inverter circuit, so that power is supplied to each phase of the motor 10 and the rotor of the motor 10 rotates.

モータ駆動回路101は、上位装置200が備える電源210から電力が供給される。モータ駆動回路101は、上位装置200が備える電源210に接続する。モータ駆動回路101は、電源210から供給される電力を、駆動制御信号Ctlに基づいて変換する。そして、モータ駆動回路101は、変換した電力をモータ10に供給する。 The motor drive circuit 101 is supplied with power from a power source 210 included in the host device 200 . The motor drive circuit 101 is connected to a power source 210 included in the host device 200 . The motor drive circuit 101 converts the power supplied from the power supply 210 based on the drive control signal Ctl. The motor drive circuit 101 then supplies the converted power to the motor 10.

[センサ部102]
センサ部102は、モータ10のロータの回転位置を検出する。センサ部102は、例えば、位置センサを備える。センサ部102は、例えば、ホール素子を備える。センサ部102のホール素子は、ロータの磁極を検出する。そして、センサ部102のホール素子は、ロータの回転に応じて電圧が変化するホール信号を出力する。
[Sensor section 102]
The sensor unit 102 detects the rotational position of the rotor of the motor 10. The sensor unit 102 includes, for example, a position sensor. The sensor section 102 includes, for example, a Hall element. The Hall element of the sensor section 102 detects the magnetic poles of the rotor. The Hall element of the sensor unit 102 outputs a Hall signal whose voltage changes according to the rotation of the rotor.

なお、センサ部102の位置センサは、ホール素子に限らない。位置センサは、モータのロータの回転位置を検出することができるセンサであればよい。位置センサとして、例えば、エンコーダ等を適用してもよい。位置センサとしてエンコーダを用いる場合、センサ部102は、モータ駆動制御装置100の構成要素の一つとしてではなく、モータ駆動制御装置100とは互いに独立した装置として、モータ駆動制御装置100の外部に設けられていてもよい。 Note that the position sensor of the sensor section 102 is not limited to a Hall element. The position sensor may be any sensor that can detect the rotational position of the rotor of the motor. For example, an encoder or the like may be used as the position sensor. When using an encoder as a position sensor, the sensor unit 102 is provided outside the motor drive control device 100, not as one of the components of the motor drive control device 100, but as a device independent from the motor drive control device 100. It may be.

[FG信号生成部103]
FG信号生成部103は、モータ10の回転速度を示す回転速度信号としてのFG信号を生成する。FG信号生成部103は、例えば、センサ部102のホール素子から出力された検出信号(ホール信号)に基づいて、モータ10の回転速度に比例する周期(周波数)を有する信号(FG信号)を生成する。FG信号生成部103から出力されたFG信号は、上位装置200に入力される。なお、FG信号生成部103は、例えば、モータ10が搭載される基板(プリント基板)上に形成されたFGパターンによって実現してもよい。
[FG signal generation unit 103]
The FG signal generation unit 103 generates an FG signal as a rotational speed signal indicating the rotational speed of the motor 10. The FG signal generation unit 103 generates a signal (FG signal) having a period (frequency) proportional to the rotational speed of the motor 10, based on the detection signal (Hall signal) output from the Hall element of the sensor unit 102, for example. do. The FG signal output from the FG signal generation section 103 is input to the host device 200. Note that the FG signal generation unit 103 may be realized by, for example, an FG pattern formed on a board (printed board) on which the motor 10 is mounted.

[電源電圧測定部110]
電源電圧測定部110は、上位装置200から供給される電力の電圧Vを測定する。言い換えると、電源電圧測定部110は電源電圧を測定する。電源電圧測定部110は、測定した電圧値Vmを異常検知制御部160に出力する。
[Power supply voltage measuring section 110]
The power supply voltage measurement unit 110 measures the voltage V of power supplied from the host device 200. In other words, the power supply voltage measuring section 110 measures the power supply voltage. Power supply voltage measurement section 110 outputs the measured voltage value Vm to abnormality detection control section 160.

[駆動制御信号生成部120]
駆動制御信号生成部120は、モータ10の駆動を制御するための駆動制御信号Ctlを生成する。駆動制御信号生成部120は、例えば、上位装置200から駆動指令として出力された駆動指令信号である速度指令信号Svを受信する。駆動制御信号生成部120は、速度指令信号Svを受信した場合に、モータ10の回転速度が速度指令信号Svによって指定された目標回転速度と一致するように、駆動制御信号Ctlを生成する。
[Drive control signal generation unit 120]
The drive control signal generation unit 120 generates a drive control signal Ctl for controlling the drive of the motor 10. The drive control signal generation unit 120 receives, for example, a speed command signal Sv that is a drive command signal output from the host device 200 as a drive command. When the drive control signal generation unit 120 receives the speed command signal Sv, it generates the drive control signal Ctl so that the rotational speed of the motor 10 matches the target rotational speed specified by the speed command signal Sv.

駆動制御信号Ctlは、例えば、PWM(Pulse Width Modulation)信号である。 The drive control signal Ctl is, for example, a PWM (Pulse Width Modulation) signal.

駆動制御信号生成部120は、速度指令解析部121と、デューティ比決定部122と、通電制御部123と、を備える。 The drive control signal generation section 120 includes a speed command analysis section 121, a duty ratio determination section 122, and an energization control section 123.

(速度指令解析部121)
速度指令解析部121は、上位装置200から出力された速度指令信号Svを受信する。そして、速度指令解析部121は、速度指令信号Svによって指定された目標回転速度を解析する。例えば、速度指令信号Svが目標回転速度に対応するデューティ比を有するPWM信号である場合、速度指令解析部121は、速度指令信号Svのデューティ比を解析し、そのデューティ比に対応する回転速度の情報を目標回転速度として出力する。
(Speed command analysis unit 121)
The speed command analysis unit 121 receives the speed command signal Sv output from the host device 200. Then, the speed command analysis unit 121 analyzes the target rotational speed specified by the speed command signal Sv. For example, if the speed command signal Sv is a PWM signal having a duty ratio corresponding to the target rotational speed, the speed command analysis section 121 analyzes the duty ratio of the speed command signal Sv, and calculates the rotational speed corresponding to the duty ratio. Outputs information as target rotation speed.

(デューティ比決定部122)
デューティ比決定部122は、速度指令解析部121から出力された目標回転速度と回転速度計測部150によって計測されたモータ10の回転速度の計測値とに基づいて、駆動制御信号CtlとしてのPWM信号のデューティ比を決定する。
(Duty ratio determination unit 122)
The duty ratio determination unit 122 generates a PWM signal as the drive control signal Ctl based on the target rotation speed output from the speed command analysis unit 121 and the measured value of the rotation speed of the motor 10 measured by the rotation speed measurement unit 150. Determine the duty ratio of

具体的には、デューティ比決定部122は、目標回転速度とモータ10の回転速度の計測値との差が小さくなるようにモータ10の制御値を算出する。そして、デューティ比決定部122は、算出した制御値に応じたPWM信号のデューティ比を決定する。例えば、デューティ比決定部122は、目標回転速度とモータ10の回転速度の計測値との差が小さくなるように、PID(Proportional-Integral-Differential)制御、PD制御及びPI制御のいずれかにより制御値を算出する。そして、デューティ比決定部122は、制御値に応じたPWM信号のデューティ比Dtyを決定する。 Specifically, the duty ratio determining unit 122 calculates the control value of the motor 10 such that the difference between the target rotation speed and the measured value of the rotation speed of the motor 10 becomes small. Then, the duty ratio determination unit 122 determines the duty ratio of the PWM signal according to the calculated control value. For example, the duty ratio determining unit 122 performs control using one of PID (Proportional-Integral-Differential) control, PD control, and PI control so that the difference between the target rotation speed and the measured value of the rotation speed of the motor 10 becomes small. Calculate the value. Then, the duty ratio determination unit 122 determines the duty ratio Dty of the PWM signal according to the control value.

デューティ比決定部122は、決定したデューティ比Dtyを、異常検知制御部160に出力する。 Duty ratio determination section 122 outputs the determined duty ratio Dty to abnormality detection control section 160.

(通電制御部123)
通電制御部123は、デューティ比決定部122によって決定したデューティ比を有するPWM信号を生成する。そして、通電制御部123は、生成したPWM信号を駆動制御信号Ctlとしてモータ駆動回路101に出力する。
(Electrification control unit 123)
The energization control section 123 generates a PWM signal having the duty ratio determined by the duty ratio determination section 122. Then, the energization control unit 123 outputs the generated PWM signal to the motor drive circuit 101 as a drive control signal Ctl.

[通信部130]
通信部130は、外部と通信を行う。通信部130は、上位装置200と通信を行う。具体的には、通信部130は、制御装置としての上位装置200との間でデータの送受信を行う。通信部130は、送信部131と、受信部132と、通信制御部133と、を備える。
[Communication Department 130]
The communication unit 130 communicates with the outside. The communication unit 130 communicates with the host device 200. Specifically, the communication unit 130 transmits and receives data to and from the host device 200 as a control device. The communication section 130 includes a transmission section 131, a reception section 132, and a communication control section 133.

送信部131は、上位装置200にデータを送信する。受信部132は、上位装置200からデータを受信する。送信部131及び受信部132のそれぞれは、通信制御部133により制御される。送信部131は、例えば、所定のシリアル信号を生成して通信線路に送信するシリアル通信用インタフェイス回路である。また、受信部132は、例えば、所定のシリアル信号を生成して通信線路からシリアル信号を受信するシリアル通信用インタフェイス回路である。 The transmitter 131 transmits data to the host device 200. The receiving unit 132 receives data from the host device 200. Each of the transmitter 131 and the receiver 132 is controlled by a communication controller 133. The transmitter 131 is, for example, a serial communication interface circuit that generates a predetermined serial signal and transmits it to a communication line. Further, the receiving unit 132 is, for example, a serial communication interface circuit that generates a predetermined serial signal and receives the serial signal from a communication line.

通信制御部133は、送信部131及び受信部132のそれぞれを制御する。通信制御部133は、送信部131にエンコードしたデータを送る。また、通信制御部133は、受信部132から受信したデータをデコードする。通信制御部133が、送信部131及び受信部132を制御することにより、上位装置200との間でデータの送受信を行う。通信制御部133は、例えば、モータ駆動制御装置100が備えるプロセッサによるプログラム処理によって実現される。 The communication control section 133 controls each of the transmitting section 131 and the receiving section 132. The communication control section 133 sends the encoded data to the transmission section 131. Furthermore, the communication control unit 133 decodes data received from the reception unit 132. The communication control section 133 transmits and receives data to and from the host device 200 by controlling the transmitting section 131 and the receiving section 132 . The communication control unit 133 is realized, for example, by program processing by a processor included in the motor drive control device 100.

通信制御部133は、上位装置200から駆動指令として出力された速度指令信号Svを受信する。そして、通信制御部133は、受信した速度指令信号Svを、速度指令解析部121に送信する。 The communication control unit 133 receives the speed command signal Sv output from the host device 200 as a drive command. The communication control unit 133 then transmits the received speed command signal Sv to the speed command analysis unit 121.

[電流計測部140]
電流計測部140は、モータ駆動回路101からモータ10に供給される電力の電流を測定する。電流計測部140は、例えば、カレントトランスを備える。電流計測部140は、モータ駆動回路101からモータ10に供給される電力の電流を測定した電流値Imを、異常検知制御部160に出力する。
[Current measurement unit 140]
The current measurement unit 140 measures the current of the power supplied from the motor drive circuit 101 to the motor 10 . The current measurement unit 140 includes, for example, a current transformer. The current measurement unit 140 outputs a current value Im obtained by measuring the current of the power supplied from the motor drive circuit 101 to the motor 10 to the abnormality detection control unit 160.

[回転速度計測部150]
回転速度計測部150は、モータ10の回転速度を計測する。回転速度計測部150は、例えば、センサ部102におけるホール素子の検出信号(ホール信号)に基づいて、モータ10の回転速度を計測する。回転速度計測部150は、計測した回転速度Rmを異常検知制御部160に出力する。
[Rotation speed measurement unit 150]
The rotational speed measurement unit 150 measures the rotational speed of the motor 10. The rotation speed measuring section 150 measures the rotation speed of the motor 10 based on, for example, a detection signal (Hall signal) of a Hall element in the sensor section 102. The rotational speed measurement section 150 outputs the measured rotational speed Rm to the abnormality detection control section 160.

[異常検知制御部160]
異常検知制御部160は、モータ10の異常を検知する。異常検知制御部160は、電圧値Vm、電流値Im、回転速度Rm及びデューティ比Dtyに基づいて、モータ10の異常の発生を推定して、検知する。
[Abnormality detection control unit 160]
The abnormality detection control unit 160 detects an abnormality in the motor 10. The abnormality detection control unit 160 estimates and detects the occurrence of an abnormality in the motor 10 based on the voltage value Vm, current value Im, rotational speed Rm, and duty ratio Dty.

[データ管理部170]
データ管理部170は、データを管理する。
[Data management section 170]
The data management unit 170 manages data.

<上位装置200>
次に、上位装置200について説明する。上位装置200は、モータ駆動制御装置100に電源を供給する。また、上位装置200は、モータ駆動制御装置100に回転速度を指示する。上位装置200は、電源210と、データ処理制御部220と、通信部230と、を備える。
<Upper device 200>
Next, the host device 200 will be explained. The host device 200 supplies power to the motor drive control device 100. Further, the host device 200 instructs the motor drive control device 100 about the rotation speed. The host device 200 includes a power supply 210, a data processing control section 220, and a communication section 230.

[電源210]
電源210は、モータ駆動制御装置100に、モータ10を動作させるための電源を供給する。電源210は、直流電源である。電源210は、例えば、12V(ボルト)の電力を、モータ駆動制御装置100に供給する。
[Power supply 210]
Power supply 210 supplies power to motor drive control device 100 to operate motor 10 . Power supply 210 is a DC power supply. The power supply 210 supplies, for example, 12V (volt) power to the motor drive control device 100.

[データ処理制御部220]
データ処理制御部220は、モータ駆動制御装置100に、モータ10の目標となる回転速度(目標回転速度)を指示する。データ処理制御部220は、通信部230を介して、モータ駆動制御装置100に、速度指令信号Svを送信する。データ処理制御部220は、モータ駆動制御装置100に、速度指令信号Svを送信することにより、モータ駆動制御装置100に目標となる回転速度(目標回転速度)を指示する。
[Data processing control unit 220]
The data processing control unit 220 instructs the motor drive control device 100 about the target rotational speed (target rotational speed) of the motor 10 . The data processing control section 220 transmits the speed command signal Sv to the motor drive control device 100 via the communication section 230. The data processing control unit 220 instructs the motor drive control device 100 about a target rotation speed (target rotation speed) by transmitting a speed command signal Sv to the motor drive control device 100.

[通信部230]
通信部230は、モータ駆動制御装置100との間で通信を行う。通信部230は、モータ駆動制御装置100における通信部130と通信する。通信部230は、通信部130における送信部131から送信された信号を受信信号Rxとして受信する。また、通信部230は、送信信号Txを、通信部130における受信部132に送信する。通信部230は、例えば、所定のシリアル信号を生成して通信線路からシリアル信号を送受信するシリアル通信用インタフェイス回路である。
[Communication Department 230]
The communication unit 230 communicates with the motor drive control device 100. Communication unit 230 communicates with communication unit 130 in motor drive control device 100 . The communication unit 230 receives the signal transmitted from the transmission unit 131 in the communication unit 130 as a received signal Rx. Furthermore, the communication unit 230 transmits the transmission signal Tx to the reception unit 132 in the communication unit 130. The communication unit 230 is, for example, a serial communication interface circuit that generates a predetermined serial signal and transmits and receives the serial signal from a communication line.

<異常検知制御部における処理>
次に、異常検知制御部160が行う処理について説明する。異常検知制御部160が行う処理を説明することにより、モータ駆動制御装置100が行うモータ10の異常を診断するモータ診断方法が含む手順について説明する。図2は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置の一例であるモータ駆動制御装置100における処理を説明するフロー図である
<Processing in the abnormality detection control unit>
Next, the processing performed by the abnormality detection control unit 160 will be explained. By explaining the processing performed by the abnormality detection control unit 160, the steps included in the motor diagnosis method performed by the motor drive control device 100 for diagnosing an abnormality in the motor 10 will be explained. FIG. 2 is a flow diagram illustrating processing in the motor drive control device 100, which is an example of the motor drive control device according to the present embodiment.

発明者らは、モータ10の異常を検出するために、モータ10の動作状態を示す変数単体では、異常の検出が困難であることを見いだした。そして、モータ10の動作状態を示す複数の変数における変数間の関係性に注目し、複数の変数間の関係性を示す指標をスパース化することによって、より精度よくモータ10の異常を検出できることを見いだした。 The inventors have found that it is difficult to detect an abnormality in the motor 10 using a single variable that indicates the operating state of the motor 10. Then, by focusing on the relationships among multiple variables that indicate the operating state of the motor 10 and sparsifying the index that indicates the relationships between the multiple variables, it is possible to detect abnormalities in the motor 10 with higher accuracy. I found it.

(ステップS10)
最初に、異常検知制御部160は、所定の期間におけるモータ10の動作状態を示す複数の変数に関するデータを取得する。具体的には、異常検知制御部160は、電源電圧である電圧値Vm、モータ10に供給される電流の電流値Im、モータ10の回転速度Rm及びデューティ比Dtyのそれぞれのデータを取得する。異常検知制御部160は、例えば、所定の期間における電圧値Vm、電流値Im、回転速度Rm及びデューティ比Dtyのそれぞれをデータ管理部170に保存する。そして、データ管理部170から電圧値Vm、電流値Im、回転速度Rm及びデューティ比Dtyのそれぞれを読み出して取得する。
(Step S10)
First, the abnormality detection control unit 160 acquires data regarding a plurality of variables indicating the operating state of the motor 10 during a predetermined period. Specifically, the abnormality detection control unit 160 acquires data on a voltage value Vm that is a power supply voltage, a current value Im of a current supplied to the motor 10, a rotational speed Rm of the motor 10, and a duty ratio Dty. The abnormality detection control unit 160 stores, for example, each of the voltage value Vm, current value Im, rotational speed Rm, and duty ratio Dty during a predetermined period in the data management unit 170. Then, each of the voltage value Vm, current value Im, rotational speed Rm, and duty ratio Dty is read out and acquired from the data management unit 170.

(ステップS20)
次に、異常検知制御部160は、取得した所定の期間における電圧値Vm、電流値Im、回転速度Rm及びデューティ比Dtyについて分散共分散行列Sを算出する。
(Step S20)
Next, the abnormality detection control unit 160 calculates a variance-covariance matrix S for the voltage value Vm, current value Im, rotational speed Rm, and duty ratio Dty during the acquired predetermined period.

分散共分散行列Sは、式1に基づいて算出される。なお、Xは、多変数ベクトルである入力データ、μは平均を表す。 The variance-covariance matrix S is calculated based on Equation 1. Note that X d represents input data that is a multivariate vector, and μ represents an average.

Figure 2024027420000002
Figure 2024027420000002

(ステップS30)
次に、異常検知制御部160は、求めた分散共分散行列Sから、精度行列Λを求める。精度行列Λは、分散共分散行列Sの逆行列である。精度行列Λは、式2に基づいて算出される。
(Step S30)
Next, the anomaly detection control unit 160 obtains an accuracy matrix Λ from the obtained variance-covariance matrix S. The precision matrix Λ is the inverse of the variance-covariance matrix S. The accuracy matrix Λ is calculated based on Equation 2.

Figure 2024027420000003
Figure 2024027420000003

(ステップS40)
次に、異常検知制御部160は、正則化項を加えた精度行列を算出する。複数のデータにおけるデータ相互間の特徴を見る手段として相関係数が挙げられる。しかしながら、相関係数を用いた場合、見かけの相関が存在するため、相関係数の数値では明確に判別しにくい。例えば、相関係数が0.3から0.7までの範囲にある場合は弱い相関があると考えられ、相関があるかどうか曖昧さが残る場合がある。
(Step S40)
Next, the abnormality detection control unit 160 calculates an accuracy matrix to which the regularization term is added. Correlation coefficients can be cited as a means of viewing features between data in a plurality of data. However, when a correlation coefficient is used, there is an apparent correlation, so it is difficult to clearly distinguish from the numerical value of the correlation coefficient. For example, if the correlation coefficient is in the range of 0.3 to 0.7, it is considered that there is a weak correlation, and there may be ambiguity as to whether there is a correlation.

そこで、異常検知制御部160は、見かけの相間を排除するために、複数のデータから分散共分散行列Sを求め、その分散共分散行列Sから精度行列Λを求める。そして、精度行列Λに正則化項を加えることで曖昧さを排除する。 Therefore, the abnormality detection control unit 160 obtains a variance-covariance matrix S from a plurality of data in order to eliminate the apparent phase difference, and obtains an accuracy matrix Λ from the variance-covariance matrix S. Then, ambiguity is eliminated by adding a regularization term to the precision matrix Λ.

すなわち、異常検知制御部160は、精度行列Λに正則化項を加えることで精度行列Λをスパース化し、重要でない変数を間引き、重要な変数のみ抽出する。 That is, the anomaly detection control unit 160 adds a regularization term to the accuracy matrix Λ to make the accuracy matrix Λ sparse, thins out unimportant variables, and extracts only important variables.

正則化項を加えた精度行列を正則化精度行列という場合がある。正則化項を加えた精度行列は、推定値問題を解く過程で求められる。言い換えると、正則化項を加えた精度行列及び分散共分散行列のそれぞれは、対数尤度関数から精度行列及び分散共分散行列のそれぞれの最尤推定値を求めることにより求める。 A precision matrix to which a regularization term is added is sometimes called a regularization precision matrix. The accuracy matrix including the regularization term is obtained in the process of solving the estimation problem. In other words, each of the accuracy matrix and the variance-covariance matrix to which the regularization term has been added is obtained by calculating the maximum likelihood estimated value of each of the accuracy matrix and the variance-covariance matrix from the log-likelihood function.

式3は、多次元正規分布の対数尤度関数である。 Equation 3 is a log-likelihood function of a multidimensional normal distribution.

Figure 2024027420000004
Figure 2024027420000004

なお、detは行列式を表す。constは定数を表す。式3を変形すると式4となる。 Note that det represents a determinant. const represents a constant. Equation 3 is transformed into Equation 4.

Figure 2024027420000005
Figure 2024027420000005

なお、trは行列のトレースを表す。 Note that tr represents a matrix trace.

式4の対数尤度関数に対して、正則化項を加えた最適化問題を解き、精度行列及び分散共分散行列のそれぞれのパラメータを推定する。尤度を最大にするには、式4の括弧内を最小化する。 An optimization problem is solved in which a regularization term is added to the log-likelihood function of Equation 4, and each parameter of the accuracy matrix and the variance-covariance matrix is estimated. To maximize the likelihood, minimize what is in the parentheses of Equation 4.

式5は、正則化項を加えた最適化問題を示す。Λは、正則化項を加えた精度行列(正則化精度行列)である。 Equation 5 represents an optimization problem with the addition of a regularization term. Λ * is a precision matrix (regularized precision matrix) to which a regularization term is added.

Figure 2024027420000006
Figure 2024027420000006

なお、ρ||Λ||は正則化項を示す。ρは、ハイパーパラメータを示す。 Note that ρ||Λ|| 1 indicates a regularization term. ρ indicates a hyperparameter.

式5により求める精度行列Λが、正則化項を加えた最尤推定の解である精度行列である。すなわち、精度行列Λが、正則化精度行列である。 The precision matrix Λ * obtained by Equation 5 is the precision matrix that is the solution of maximum likelihood estimation to which the regularization term is added. That is, the precision matrix Λ * is the regularized precision matrix.

(ステップS50)
次に、異常検知制御部160は、異常の有無を判定する。異常検知制御部160は、正則化精度行列Λにおける電圧値Vm、電流値Im、回転速度Rm及びデューティ比Dtyのそれぞれについて、他の変数との間の係数について調べる。すなわち、異常検知制御部160は、正則化精度行列Λにおける非対角成分について調べる。
(Step S50)
Next, the abnormality detection control unit 160 determines whether there is an abnormality. The abnormality detection control unit 160 examines the coefficients between each of the voltage value Vm, current value Im, rotational speed Rm, and duty ratio Dty in the regularized precision matrix Λ * with other variables. That is, the abnormality detection control unit 160 examines non-diagonal components in the regularized accuracy matrix Λ * .

正則化精度行列Λにおいて、相関関係のない組み合わせに対応する非対角成分は、零となる。一方、正則化精度行列Λにおいて、相関関係のある組み合わせに対応する非対角成分は、零以外の数値となる。零以外の数値となる非対角成分から、複数の変数から相関のある変数の組み合わせを求める。 In the regularized precision matrix Λ * , off-diagonal components corresponding to combinations with no correlation become zero. On the other hand, in the regularized precision matrix Λ * , off-diagonal components corresponding to correlated combinations take values other than zero. A combination of correlated variables is determined from multiple variables from off-diagonal components that are non-zero values.

後述するように、正則化精度行列Λにおいて、電圧値Vmと電流値Imとの間にのみ相関関係がある場合、言い換えると、相関関係にある組み合わせが電圧値Vmと電流値Imのみである場合、異常検知制御部160は、モータ10は正常であると推定する。一方、正則化精度行列Λにおいて、デューティ比Dtyに対して、電圧値Vm及び電流値Imの少なくともいずれか一方と相関関係がある場合、異常検知制御部160は、モータ10は異常の発生の可能性があると推定する。言い換えると、正則化精度行列Λにおいて、相関関係にある組み合わせが、デューティ比Dtyと電圧値Vmとの組み合わせ及びデューティ比Dtyと電流値Imとの組み合わせのいずれか一方を含む場合、異常検知制御部160は、モータ10は異常の発生を推定する。 As described later, in the regularization accuracy matrix Λ * , if there is a correlation only between the voltage value Vm and the current value Im, in other words, the only combination that has a correlation is the voltage value Vm and the current value Im. In this case, the abnormality detection control unit 160 estimates that the motor 10 is normal. On the other hand, if there is a correlation between the duty ratio Dty and at least one of the voltage value Vm and the current value Im in the regularization accuracy matrix Λ * , the abnormality detection control unit 160 determines that the motor 10 is Estimate that there is a possibility. In other words, in the regularization accuracy matrix Λ The unit 160 estimates the occurrence of an abnormality in the motor 10.

上述のように、異常検知制御部160は、相関のある変数の組み合わせに基づいて、モータにおける異常の発生を推定する。より具体的に説明すると、異常検知制御部160は、正常動作しているときの相関のある変数の組み合わせと異なる相関のある変数の組み合わせが検出されたときに、異常の発生を推定する。 As described above, the abnormality detection control unit 160 estimates the occurrence of an abnormality in the motor based on a combination of correlated variables. More specifically, the abnormality detection control unit 160 estimates the occurrence of an abnormality when a combination of correlated variables that is different from a combination of correlated variables during normal operation is detected.

(ステップS60)
次に、異常検知制御部160は、処理を終了するかどうか判定する。処理を終了する場合(ステップS60のYes)、異常検知制御部160は、処理を終了する。処理を終了しない場合、言い換えると、処理を継続する場合(ステップS60のNo)、異常検知制御部160は、ステップS10に戻って処理を繰り返す。
(Step S60)
Next, the abnormality detection control unit 160 determines whether to end the process. If the process is to be ended (Yes in step S60), the abnormality detection control unit 160 ends the process. If the process does not end, in other words, if the process continues (No in step S60), the abnormality detection control unit 160 returns to step S10 and repeats the process.

<モータ駆動制御装置の動作結果>
次に、本実施形態に係るモータ駆動制御装置の一例であるモータ駆動制御装置100を動作させたときの動作結果について説明する。
<Operation results of motor drive control device>
Next, the operation results when operating the motor drive control device 100, which is an example of the motor drive control device according to the present embodiment, will be explained.

図3は、本実施形態に係るモータ駆動制御装置の一例であるモータ駆動制御装置100の動作結果について説明する図である。図3は、モータ10にファンを取り付けて、モータシステム1をファンモータとして使用した際の動作結果について示す図である。図3は、モータシステム1を動作させて、モータ10が停止するまでのデータを示す。 FIG. 3 is a diagram illustrating the operation results of the motor drive control device 100, which is an example of the motor drive control device according to the present embodiment. FIG. 3 is a diagram showing the operation results when a fan is attached to the motor 10 and the motor system 1 is used as a fan motor. FIG. 3 shows data from when the motor system 1 is operated until the motor 10 stops.

図3の横軸はモータ10の運転を開始してからの時間、縦軸は推定に用いる変数の強度を示す。なお、横軸の時間は、1単位20秒である。すなわち、横軸の20,000が約5日を示す。縦軸は、同じグラフ上に複数の変数の値を表示するために、複数の変数のそれぞれを0から1までの範囲の数値になるように規格化した値を示している。 The horizontal axis in FIG. 3 shows the time since the motor 10 started operating, and the vertical axis shows the intensity of the variable used for estimation. Note that one unit of time on the horizontal axis is 20 seconds. That is, 20,000 on the horizontal axis indicates approximately 5 days. The vertical axis indicates the value of each of the plurality of variables normalized to a numerical value ranging from 0 to 1 in order to display the values of the plurality of variables on the same graph.

線Lvは、電圧値Vmを規格化した結果を示す。線Liは、電流値Imを規格化した結果を示す。線Ldは、デューティ比Dtyを規格化した結果を示す。線Lrは回転速度Rmを規格化した結果を示す。回転速度Rmは、例えば、13000回転毎分である。電圧値Vmは、約12V(ボルト)である。 A line Lv shows the result of normalizing the voltage value Vm. A line Li shows the result of normalizing the current value Im. A line Ld shows the result of normalizing the duty ratio Dty. A line Lr shows the result of normalizing the rotational speed Rm. The rotation speed Rm is, for example, 13,000 revolutions per minute. The voltage value Vm is approximately 12V (volts).

図3において、時間が約165000である時間Tsにおいて、モータ10が停止した。モータ10の停止時(時間Ts)、モータ10の軸受が損傷していた。 In FIG. 3, at time Ts, which is approximately 165,000 hours, motor 10 has stopped. When the motor 10 stopped (time Ts), the bearing of the motor 10 was damaged.

図3におけるデータを一見しただけでは、どこから異常の徴候が出始めているか判別できない。また、図3におけるデータにおいて、停止直前には電圧が上昇していることが確認できるが、寿命予測するには遅すぎる。 Just by looking at the data in FIG. 3, it is not possible to determine where signs of abnormality begin to appear. In addition, in the data shown in FIG. 3, it can be confirmed that the voltage increases immediately before stopping, but it is too late to predict the life span.

そこで、モータ駆動制御装置100は、電圧値Vm、電流値Im、デューティ比Dty及び回転速度Rmの4つのパラメータの相互関係からデータマイニングを行う。複数のデータにおけるデータ相互間の特徴を見る手段として相関係数が挙げられる。しかしながら、相関係数を用いた場合、見かけの相関が存在するため、相関係数の数値では明確に判別しにくい。例えば、相関係数が0.3から0.7までの範囲にある場合は弱い相関があると考えられ、相関があるかどうか曖昧さが残る場合がある。 Therefore, the motor drive control device 100 performs data mining based on the correlation between the four parameters: voltage value Vm, current value Im, duty ratio Dty, and rotation speed Rm. Correlation coefficients can be cited as a means of viewing features between data in a plurality of data. However, when a correlation coefficient is used, there is an apparent correlation, so it is difficult to clearly distinguish from the numerical value of the correlation coefficient. For example, if the correlation coefficient is in the range of 0.3 to 0.7, it is considered that there is a weak correlation, and there may be ambiguity as to whether there is a correlation.

そこで、モータ駆動制御装置100は、見かけの相間を排除するために、複数のデータから分散共分散行列Sを求め、その分散共分散行列Sから精度行列Λを求める。そして、精度行列Λに正則化項を加えることで曖昧さを排除する。 Therefore, in order to eliminate the apparent phase difference, the motor drive control device 100 calculates a variance-covariance matrix S from a plurality of data, and calculates an accuracy matrix Λ from the variance-covariance matrix S. Then, ambiguity is eliminated by adding a regularization term to the precision matrix Λ.

図3において、時間20000から時間40000までを期間PRD1、時間40000から時間60000までを期間PRD2、時間60000から時間80000までを期間PRD3、時間80000から時間100000までを期間PRD4、とする。また、時間100000から時間120000までを期間PRD5、時間120000から時間140000までを期間PRD6、時間140000から時間160000までを期間PRD7とする。 In FIG. 3, time 20000 to time 40000 is period PRD1, time 40000 to time 60000 is period PRD2, time 60000 to time 80000 is period PRD3, and time 80000 to time 100000 is period PRD4. Furthermore, the period from time 100,000 to time 120,000 is set as period PRD5, the period from time 120,000 to time 140,000 is set as period PRD6, and the period from time 140,000 to time 160,000 is set as period PRD7.

4つのパラメータ、すなわち、電圧値Vm、電流値Im、デューティ比Dty及び回転速度Rm、について、各期間における分散共分散行列S及び正則化項を加えた精度行列(正則化精度行列Λ)を表1から表7に示す。また、正則化項を加えた精度行列(正則化精度行列Λ)について、パラメータ間の相関を示すグラフを図4から図10に示す。 For the four parameters, namely, the voltage value Vm, the current value Im, the duty ratio Dty, and the rotation speed Rm, the accuracy matrix (regularized accuracy matrix Λ * ) obtained by adding the variance-covariance matrix S and the regularization term in each period is calculated. It is shown in Tables 1 to 7. 4 to 10 show graphs showing the correlation between parameters for the accuracy matrix to which the regularization term has been added (regularized accuracy matrix Λ * ).

なお、表1から表7及び図4から図10において、「Voltage」は電圧値Vm、「Current」は電流値Im、「Duty」はデューティ比Dty、「Rotation」は回転速度Rmをそれぞれ示す。 Note that in Tables 1 to 7 and FIGS. 4 to 10, "Voltage" indicates the voltage value Vm, "Current" indicates the current value Im, "Duty" indicates the duty ratio Dty, and "Rotation" indicates the rotation speed Rm.

表1、表2、表3、表4、表5、表6、表7は、それぞれ期間PRD1、期間PRD2、期間PRD3、期間PRD4、期間PRD5、期間PRD6、期間PRD7における演算結果を示す。図4、図5、図6、図7、図8、図9、図10は、それぞれ期間PRD1、期間PRD2、期間PRD3、期間PRD4、期間PRD5、期間PRD6、期間PRD7における正則化項を加えた精度行列(正則化精度行列Λ)における非対角成分が零以外の変数同士を線で結んだ図を示す。 Table 1, Table 2, Table 3, Table 4, Table 5, Table 6, and Table 7 show calculation results in period PRD1, period PRD2, period PRD3, period PRD4, period PRD5, period PRD6, and period PRD7, respectively. 4, FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, FIG. 8, FIG. 9, and FIG. 10 show the addition of regularization terms in period PRD1, period PRD2, period PRD3, period PRD4, period PRD5, period PRD6, and period PRD7, respectively. A diagram in which variables whose off-diagonal components in the precision matrix (regularized precision matrix Λ * ) are other than zero are connected with lines.

図4から図10のそれぞれにおいて、4つのパラメータのそれぞれ、すなわち、電圧値Vm(「Voltage」)、電流値Im(「Current」)、デューティ比Dty(「Duty」)及び回転速度Rm(「Rotation」)のそれぞれを楕円で示す。そして、楕円と楕円をつなぐ線は、当該楕円と楕円との間に相関関係があることを示す。なお、数値は、正則化項を加えた精度行列(正則化精度行列Λ)における対応する非対角成分を示す。 In each of FIGS. 4 to 10, each of the four parameters, namely, the voltage value Vm (“Voltage”), the current value Im (“Current”), the duty ratio Dty (“Duty”), and the rotation speed Rm (“Rotation ”) are each indicated by an ellipse. A line connecting the ellipses indicates that there is a correlation between the ellipses. Note that the numerical values indicate corresponding off-diagonal components in the precision matrix (regularized precision matrix Λ * ) to which the regularization term is added.

Figure 2024027420000007
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Figure 2024027420000008
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Figure 2024027420000009
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Figure 2024027420000010
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Figure 2024027420000011
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Figure 2024027420000012
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Figure 2024027420000013
Figure 2024027420000013

期間PRD1、期間PRD2、期間PRD3及び期間PRD4において、電流値Im(「Current」)と電圧値Vm(「Voltage」)が結びついている。すなわち、電流値Im(「Current」)と電圧値Vm(「Voltage」)とは、相関があると推定される。一方、デューティ比Dty(「Duty」)及び回転速度Rm(「Rotation」)のそれぞれは、他のいずれとも結びついておらず、相関はないと推定される。 In period PRD1, period PRD2, period PRD3, and period PRD4, current value Im (“Current”) and voltage value Vm (“Voltage”) are connected. That is, it is estimated that there is a correlation between the current value Im (“Current”) and the voltage value Vm (“Voltage”). On the other hand, each of the duty ratio Dty ("Duty") and the rotational speed Rm ("Rotation") is not connected to any of the others, and it is estimated that there is no correlation.

一方、期間PRD5になると、デューティ比Dty(「Duty」)が電圧値Vm(「Voltage」)と結びつく。すなわち、期間PRD5では、電圧値Vm(「Voltage」)が、電流値Im(「Current」)及びデューティ比Dty(「Duty)のそれぞれと相関があると推定される。さらに、期間PRD6になると、デューティ比Dty(「Duty」)が電流値Im(「Current」)と更に結びつく。すなわち、期間PRD6では、電圧値Vm(「Voltage」)、電流値Im(「Current」)及びデューティ比Dty(「Duty)のそれぞれが互いに相関があると推定される。期間PRD7においても同様である。 On the other hand, in period PRD5, the duty ratio Dty (“Duty”) is connected to the voltage value Vm (“Voltage”). That is, in the period PRD5, it is estimated that the voltage value Vm (“Voltage”) is correlated with each of the current value Im (“Current”) and the duty ratio Dty (“Duty).Furthermore, in the period PRD6, The duty ratio Dty (“Duty”) is further linked to the current value Im (“Current”). That is, in the period PRD6, it is estimated that the voltage value Vm (“Voltage”), the current value Im (“Current”), and the duty ratio Dty (“Duty)” are correlated with each other. The same is true in the period PRD7. .

したがって、期間PRD6のように、電流値Im(「Current」)とデューティ比Dty(「Duty」)との間で正則化精度行列に関係性が現れたことをトリガーとして、異常検知制御部160は、モータ10の異常の発生を推定する。具体的には、異常検知制御部160は、期間PRD1から期間PRD5において、スパース化により関係性が無いとされていた正則化精度行列における電流値Im(「Current」)とデューティ比Dty(「Duty」)の非対角成分に相関が現れたことをトリガーとして、モータ10の異常の発生を推定する。期間PRD6において異常を予測することにより、図3では、モータが停止する約6日まえに、寿命を予測できる。なお、期間PRD5のように、電圧値Vm(「Voltage」)とデューティ比Dty(「Duty」)との間で相関が現れたことをトリガーとして、異常検知制御部160は、モータ10の異常の発生を推定してもよい。さらに、電圧値Vmとデューティ比Dtyとの間に相関がなくても、電流値Im(「Current」)とデューティ比Dty(「Duty」)との間で相関が現れたことをトリガーとして、異常検知制御部160は、モータ10の異常の発生を推定してもよい。 Therefore, as in period PRD6, the abnormality detection control unit 160 is triggered by the appearance of a relationship in the regularization accuracy matrix between the current value Im (“Current”) and the duty ratio Dty (“Duty”). , the occurrence of an abnormality in the motor 10 is estimated. Specifically, from the period PRD1 to the period PRD5, the abnormality detection control unit 160 calculates the current value Im (“Current”) and the duty ratio Dty (“Duty '') is used as a trigger to estimate the occurrence of an abnormality in the motor 10. By predicting abnormalities during period PRD6, the life of the motor can be predicted about 6 days before the motor stops in FIG. 3. Note that, as in period PRD5, when a correlation appears between the voltage value Vm (“Voltage”) and the duty ratio Dty (“Duty”), as a trigger, the abnormality detection control unit 160 detects an abnormality in the motor 10. Occurrence may be estimated. Furthermore, even if there is no correlation between the voltage value Vm and the duty ratio Dty, the occurrence of a correlation between the current value Im ("Current") and the duty ratio Dty ("Duty") is used as a trigger to detect an abnormality. The detection control unit 160 may estimate the occurrence of an abnormality in the motor 10.

なお、分散共分散行列Sを求めるための複数の変数については、上記の電圧値Vm、電流値Im、デューティ比Dty及び回転速度Rmに限らず、他の変数を使用してもよい。また、回転速度Rmのように、故障前後で相関関係がない変数は分散共分散行列Sの演算に用いる変数から削除してもよい。 Note that the plurality of variables for determining the variance-covariance matrix S are not limited to the voltage value Vm, current value Im, duty ratio Dty, and rotation speed Rm, but other variables may be used. Furthermore, variables such as the rotational speed Rm that have no correlation before and after a failure may be deleted from the variables used to calculate the variance-covariance matrix S.

なお、異常検知制御部160は、制御部の一例である。 Note that the abnormality detection control unit 160 is an example of a control unit.

<作用・効果>
本実施形態に係るモータ駆動装置によれば、モータの異常を検知できる。
<Action/Effect>
According to the motor drive device according to this embodiment, abnormality in the motor can be detected.

以上、モータ駆動制御装置を実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。 Although the motor drive control device has been described above using the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications and improvements, such as combinations and substitutions with part or all of other embodiments, are possible within the scope of the present invention.

1 モータシステム
10 モータ
20 モータ駆動制御システム
100 モータ駆動制御装置
101 モータ駆動回路
102 センサ部
103 FG信号生成部
110 電源電圧測定部
120 駆動制御信号生成部
121 速度指令解析部
122 デューティ比決定部
123 通電制御部
130 通信部
131 送信部
132 受信部
133 通信制御部
140 電流計測部
150 回転速度計測部
160 異常検知制御部
170 データ管理部
200 上位装置
210 電源
PRD1、PRD2、PRD3、PRD4、PRD5、PRD6、PRD7 期間
1 Motor system 10 Motor 20 Motor drive control system 100 Motor drive control device 101 Motor drive circuit 102 Sensor section 103 FG signal generation section 110 Power supply voltage measurement section 120 Drive control signal generation section 121 Speed command analysis section 122 Duty ratio determination section 123 Energization Control unit 130 Communication unit 131 Transmission unit 132 Receiving unit 133 Communication control unit 140 Current measurement unit 150 Rotation speed measurement unit 160 Abnormality detection control unit 170 Data management unit 200 Host device 210 Power supplies PRD1, PRD2, PRD3, PRD4, PRD5, PRD6, PRD7 period

Claims (6)

モータを駆動するモータ駆動制御装置であって、
制御部を備え、
前記制御部は、
(a)前記モータの動作状態を示す複数の変数に基づいて分散共分散行列を求める手順と、
(b)前記分散共分散行列の逆行列である精度行列を求める手順と、
(c)前記精度行列を正則化して、正則化精度行列を求める手順と、
(d)前記正則化精度行列に基づいて、前記複数の変数から相関のある変数の組み合わせを求める手順と、
(e)前記組み合わせに基づいて、前記モータにおける異常の発生を推定する手順と、
を実行する、
モータ駆動制御装置。
A motor drive control device that drives a motor,
Equipped with a control unit,
The control unit includes:
(a) a step of calculating a variance-covariance matrix based on a plurality of variables indicating the operating state of the motor;
(b) a procedure for obtaining an accuracy matrix that is an inverse matrix of the variance-covariance matrix;
(c) regularizing the accuracy matrix to obtain a regularized accuracy matrix;
(d) determining a combination of correlated variables from the plurality of variables based on the regularization accuracy matrix;
(e) a step of estimating the occurrence of an abnormality in the motor based on the combination;
execute,
Motor drive control device.
前記複数の変数は、前記モータに供給する電圧値と、前記モータに供給する電流値と、前記モータを駆動する制御値と、前記モータの回転速度と、を含む、
請求項1に記載のモータ駆動制御装置。
The plurality of variables include a voltage value supplied to the motor, a current value supplied to the motor, a control value for driving the motor, and a rotation speed of the motor.
The motor drive control device according to claim 1.
前記制御部は、前記(e)手順において、前記電圧値と前記制御値との間に相関関係がある場合に、前記モータにおける異常の発生を推定する、
請求項2に記載のモータ駆動制御装置。
In the step (e), the control unit estimates the occurrence of an abnormality in the motor if there is a correlation between the voltage value and the control value;
The motor drive control device according to claim 2.
前記制御部は、前記(e)手順において、前記電流値と前記制御値との間に相関関係がある場合に、前記モータにおける異常の発生を推定する、
請求項2に記載のモータ駆動制御装置。
In step (e), the control unit estimates the occurrence of an abnormality in the motor if there is a correlation between the current value and the control value;
The motor drive control device according to claim 2.
前記制御部は、前記(e)手順において、前記電圧値と前記制御値との間に相関関係があって、前記電流値と前記制御値との間に相関関係がある場合に、前記モータにおける異常の発生を推定する、
請求項2に記載のモータ駆動制御装置。
In the step (e), if there is a correlation between the voltage value and the control value and a correlation between the current value and the control value, the control unit controls the motor. Estimate the occurrence of an abnormality,
The motor drive control device according to claim 2.
モータの異常を診断するモータ診断方法であって、
(a)前記モータの動作状態を示す複数の変数に基づいて分散共分散行列を求める手順と、
(b)前記分散共分散行列の逆行列である精度行列を求める手順と、
(c)前記精度行列を正則化して、正則化精度行列を求める手順と、
(d)前記正則化精度行列に基づいて、前記複数の変数から相関のある変数の組み合わせを求める手順と、
(e)前記組み合わせに基づいて、前記モータにおける異常の発生を推定する手順と、
を実行する、
モータ診断方法。
A motor diagnostic method for diagnosing abnormalities in a motor, the method comprising:
(a) a step of calculating a variance-covariance matrix based on a plurality of variables indicating the operating state of the motor;
(b) a procedure for obtaining an accuracy matrix that is an inverse matrix of the variance-covariance matrix;
(c) regularizing the accuracy matrix to obtain a regularized accuracy matrix;
(d) determining a combination of correlated variables from the plurality of variables based on the regularization accuracy matrix;
(e) a step of estimating the occurrence of an abnormality in the motor based on the combination;
execute,
Motor diagnosis method.
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