JP3694756B2 - コンバータの過負荷保護方法とその方法のサーボアンプおよび多軸モータドライブシステム - Google Patents
コンバータの過負荷保護方法とその方法のサーボアンプおよび多軸モータドライブシステム Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、共通コンバータ方式の多軸モータドライブシステムの過負荷保護方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、産業界においては、溶接ロボットおよび組立ロボット等の産業用ロボットが広く用いられているが、これらの産業用ロボットではマニピュレータの軸の駆動等に、応答性が高く、且つ位置決め精度が高いサーボモータが広汎に用いられている。これらの複数のサーボモータを制御するために、サーボモータを制御するサーボアンプが使用されている。
図1は本発明が対象とする多軸モータドライブシステムを示すブロック図である。図1において、この多軸モータドライブシステムは交流電源を直流に変換するコンバータ1と、サーボモータ3a〜3cと、直流を交流に変換して位置指令に基づきこのサーボモータ3a〜3cを駆動・制御するサーボアンプ2a〜2cと、サーボモータ3a〜3cの回転量を検出する位置センサ4a〜4cとで構成される。
従来の多軸モータドライブシステムにおいては、各軸のサーボアンプのトルク指令値からサーボアンプとモータの過負荷を保護するのみで、コンバータの過負荷保護は行われていなかった。その理由は、従来のコンバータが多軸サーボアンプの定格出力に対応するように十分マージンを持って設計されていたからである。
そして通常、ロボットなどの多軸システムにおいては、全軸が同時に100%負荷で動作することはないので、このような場合、各軸サーボアンプの定格出力の合計出力と等価なコンバータを設計することはコスト、サイズの上から不利である。このようなときは多軸の平均出力と等価なコンバータを設計すればコスト、サイズ低減の効果が大きい。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような多軸の平均出力と等価なコンバータを用いた多軸システムの場合、ユーザが誤って、各軸サーボアンプの過負荷レベルには到達しない領域で、多軸トータルではコンバータの定格出力以上の負荷で動作させたときには、コンバータに使用している電解コンデンサ等の寿命が低下するという問題があった。
そこで本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、ユーザが誤って多軸システムを過負荷レベル以上で使用しても、コンバータを故障させないようにすることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、請求項1記載の発明は、コンバータ過負荷保護方法に係り、交流を直流に変換する一つのコンバータに複数のサーボアンプ接続される多軸モータドライブシステムにおいて、次の(1)〜(6)の各ステップから構成されることを特徴としている。
(1)前記コンバータの定格出力Pcを予め格納しているメモリから該コンバータの定格出力Pcを求めるステップS1と、
(2)多軸の動作1周期間Tの出力平均Pvagを[式3]に基づいて計算し、求めた出力平均Pvagを基に該出力平均Pvagに対する損失の関数を格納してあるメモリからサーボアンプ損失PLを求める第2ステップと、
Pvag=(1/T)∫ 0 t Pt dt ・・・[式3]
Pvag:多軸の動作1周期間Tの出力平均
T:多軸の動作1周期間
Pt:全軸の合計出力(Pt=ΣPi)
Pi:1軸の出力(Pi=Ti×Ni)
Ti:トルク指令
Ni:速度検出信号
(3)前記出力平均Pvagと前記サーボアンプ損失PLの和を前記コンバータの定格出力Pcと比較する第3ステップと、
(4)第3ステップでの比較の結果、Pvag+PL>PcがNoの場合、運転の継続をして第2ステップへ戻る第4ステップと、
(5)第3ステップでの比較の結果、Pvag+PL>PcがYesの場合、サーボアンプの出力を停止する第5ステップと、
(6)第5ステップの後にコンバータ過負荷アラームを出力する第6ステップ。
請求項2記載の発明は、コンバータ過負荷保護方法に係り、交流を直流に変換する一つのコンバータに複数のサーボアンプ接続される多軸モータドライブシステムにおいて、次の(1)〜(7)の各ステップから構成されることを特徴としている。
(1)前記コンバータの定格出力Pcを予め格納しているメモリから該コンバータの定格出力Pcを求めるステップS1と、
(2)多軸の動作1周期間Tの出力平均Pvagを[式3]に基づいて計算し、求めた出力平均Pvagを基に該出力平均Pvagに対する損失の関数を格納してあるメモリからサーボアンプ損失PLを求める第2ステップと、
Pvag=(1/T)∫ 0 t Pt dt ・・・[式3]
Pvag:多軸の動作1周期間Tの出力平均
T:多軸の動作1周期間
Pt:全軸の合計出力(Pt=ΣPi)
Pi:1軸の出力(Pi=Ti×Ni)
Ti:トルク指令
Ni:速度検出信号
(3)前記出力平均Pvagと前記サーボアンプ損失PLの和を前記コンバータの定格出力Pcと比較する第3ステップと、
(4)第3ステップでの比較の結果、Pvag+PL>PcがNoの場合、運転の継続をして第2ステップへ戻る第4ステップと、
(5)第3ステップでの比較の結果、Pvag+PL>PcがYesの場合、所定の軸の動作速度を所定量下げることができるかを調べる第5ステップと、
(6)第5ステップの結果、Yesの場合、当該軸の動作速度を所定量下げて第2ステップへ戻る第6ステップと、
(7)第5ステップの結果、Noの場合、別の軸の動作速度を所定量下げて第2ステップへ戻る第7ステップ。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施の形態について図1〜図3を用いて具体的に説明する。図1は前述のように多軸モータ(図では3軸)ドライブシステムのブロック図である。図1において、この多軸モータドライブシステムは交流電源を直流に変換するコンバータ1と、サーボモータ3a〜3cと、直流を交流に変換して位置指令に基づきこのサーボモータ3a〜3cを駆動・制御するサーボアンプ2a〜2cと、サーボモータ3a〜3cの回転量を検出する位置センサ4a〜4cとで構成される。以上のような多軸モータドライブシステムにおいて、本発明によれば図示のように、各サーボアンプ2a〜2cから出力Pia〜Picを引き出すことが特徴である。これについて図2を用いて詳しく説明する。
【0006】
図2は各軸の出力の計算を示すブロック図である。
同図において、21は位置指令と位置センサ3bの出力との差を増幅する位置アンプ、22は位置アンプの出力と速度演算部26の出力との差を増幅する速度アンプ、23は速度アンプ22の出力と電流センサCTとからインバータ24のスイッチング素子のオン・オフのタイミングを制御するスイッチング素子制御部、24は直流を高周波交流に変換するインバータ部、CTはサーボモータ3aに通電される電流値を検出する電流センサ、25aは速度演算部26の出力と速度アンプ22の出力とから出力Piaを演算する出力Pi演算部である。26は位置センサ3bの出力から速度を演算する速度演算部である。そして、出力Pi演算部25aでは式1に基づいて軸aのトルク指令Tiと速度検出信号Niの積を求める。
Pi=Ti×Ni [W] ・・・[式1]
Pi:出力
Ti:トルク指令
Ni:速度検出信号
以上は、サーボモータ3aをドライブするサーボアンプ2aについての説明であるが、同じく、サーボモータ3bをドライブするサーボアンプ2bについてもそしてサーボモータ3cをドライブするサーボアンプ2cについて同様で、各サーボアンプからそれぞれ出力Pib、出力Picを出力する。
31は多軸出力演算部で、式2に基づいて出力Pia、Pib、Picの和を求める回路である。
Pt=ΣPi ・・・[式2]
Pt:全軸の合計出力
32は式3に基づいて多軸平均出力を演算する多軸平均出力演算部である。
Pvag=(1/T)∫0 t Pt dt ・・・[式3]
Pvag:多軸の動作1周期間Tの出力平均
33は式4に基づいて過負荷判定をする過負荷判定部である。
Pvag+PL>Pc ・・・[式4]
Pvag:多軸サーボアンプの平均出力
PL:サーボアンプ損失
Pc:コンバータの定格出力
サーボアンプの損失PLは平均出力Pvagに対する損失の関数をメモリに格納しておくことで求めることができる。
【0007】
次に、本発明の第1の実施の形態である図3に基づいて本発明のコンバータの過負荷保護方法について説明する。
▲1▼ ステップS1で、コンバータの定格出力Pcを予め格納されているメモリから求める。
▲2▼ ステップS2で、多軸の動作1周期間Tの出力平均Pvagを[式3]に基づいて計算し、求めたPvagを基にメモリからPLを求める。
▲3▼ ステップS3で、多軸サーボアンプの平均出力Pvagとサーボアンプ損失PLの和を、コンバータの定格出力Pcと比較する。
▲4▼ 比較の結果、Pvag+PL>PcがNoの場合、ステップS4へ行き、監視の継続をする。
▲5▼ 比較の結果、Pvag+PL>PcがYesの場合、ステップS5へ行き、サーボアンプの出力を停止する。
▲6▼ そして、ステップS6でコンバータ過負荷アラームを出力する。
以上のように、本発明の第1の実施の形態によれば、一つのコンバータに複数のサーボアンプ接続される多軸モータドライブシステムにおいて、各軸のトルク指令とモータの回転速度検出信号の積から出力を計算し、各軸の出力の和をとって多軸システムの出力を計算し、多軸システムの動作1周期における多軸システムの出力平均値が、コンバータの定格出力を超えた場合、各軸の動作を停止するようにしたので、ユーザが誤って多軸システムを過負荷レベル以上で使用しても、コンバータを故障させないこととなる。
【0008】
多軸の合計出力がコンバータの定格を超えても、動作を停止させず継続させたい場合がある。このときは、上記▲5▼においてサーボアンプの出力を停止するのではなく、コンバータ出力が定格内になるようにモータの回転速度を低減し、継続動作させ、コンバータ過負荷ワーニングを出力するのがよい。
図4は本発明の第2の実施の形態を示すフローチャートである。
▲1▼ ステップS11で、コンバータの定格出力Pcを予め格納されているメモリから求める。
▲2▼ ステップS12で、多軸の動作1周期間Tの出力平均Pvagを[式3]に基づいて計算し、求めたPvagを基にメモリからPLを求める。
▲3▼ ステップS13で、多軸サーボアンプの平均出力Pvagとサーボアンプ損失PLの和を、コンバータの定格出力Pcと比較する。
▲4▼ 比較の結果、Pvag+PL>PcがNoの場合、ステップS14へ行き、監視の継続をする。
▲5▼ 比較の結果、Pvag+PL>PcがYesの場合、所定の軸の動作速度を所定量下げることができれば(ステップS15)、その軸の動作速度を所定量下げて(ステップS16)、ステップS12へ戻る。
▲6▼ そして、▲5▼で軸の動作速度を所定量下げることができなければ(ステップS15)、別の軸の動作速度を所定量下げて(ステップS17)、ステップS12へ戻る。
以上のように、本発明の第2の実施の形態によれば、一つのコンバータに複数のサーボアンプ接続される多軸モータドライブシステムにおいて、各軸のトルク指令とモータの回転速度検出信号の積から出力を計算し、各軸の出力の和をとって多軸システムの出力を計算し、多軸システムの動作1周期における多軸システムの出力平均値が、コンバータの定格出力を超えた場合、いずれかの軸の動作速度を低減し、多軸トータルの出力がコンバータの定格出力内になるようにするので、多軸の合計出力がコンバータの定格を超えても、動作を停止させず継続させることができる。
上記コンバータ過負荷状態になったときサーボアンプの出力を停止するか、回転速度を低減して動作を継続するかはパラメータによって選択できるようにする。
【0009】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、多軸モータドライブシステムにおいて、各軸サーボアンプの定格出力の合計よりも共通コンバータの出力が小さい場合、ユーザが誤ってコンバータ過負荷状態で使用しようとしても、確実に保護ができるのでシステムの信頼性が確保できる。
このように保護機能を設けることで、各軸が100%負荷で動作しない多軸システムにおいて、コンバータの定格を非常に小さくでき、コスト、サイズの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】多軸モータドライブシステムのブロック図である。
【図2】軸出力の計算を示すブロック図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態を示すフローチャートである。
【図4】本発明の第2の実施の形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 コンバータ
2 サーボアンプ
3 サーボモータ
4 位置センサ
21 位置アンプ
22 速度アンプ
23 スイッチング素子制御部
24 インバータ
25 出力Pi演算部
26 速度演算部
31 多軸出力演算部
32 多軸平均出力演算部
33 過負荷判定部
Claims (2)
- 交流を直流に変換する一つのコンバータに複数のサーボアンプ接続される多軸モータドライブシステムにおいて、次の(1)〜(6)の各ステップから構成されることを特徴とするコンバータ過負荷保護方法。
(1)前記コンバータの定格出力Pcを予め格納しているメモリから該コンバータの定格出力Pcを求めるステップS1と、
(2)多軸の動作1周期間Tの出力平均Pvagを[式3]に基づいて計算し、求めた出力平均Pvagを基に該出力平均Pvagに対する損失の関数を格納してあるメモリからサーボアンプ損失PLを求める第2ステップと、
Pvag=(1/T)∫ 0 t Pt dt ・・・[式3]
Pvag:多軸の動作1周期間Tの出力平均
T:多軸の動作1周期間
Pt:全軸の合計出力(Pt=ΣPi)
Pi:1軸の出力(Pi=Ti×Ni)
Ti:トルク指令
Ni:速度検出信号
(3)前記出力平均Pvagと前記サーボアンプ損失PLの和を前記コンバータの定格出力Pcと比較する第3ステップと、
(4)第3ステップでの比較の結果、Pvag+PL>PcがNoの場合、運転の継続をして第2ステップへ戻る第4ステップと、
(5)第3ステップでの比較の結果、Pvag+PL>PcがYesの場合、サーボアンプの出力を停止する第5ステップと、
(6)第5ステップの後にコンバータ過負荷アラームを出力する第6ステップ。 - 交流を直流に変換する一つのコンバータに複数のサーボアンプ接続される多軸モータドライブシステムにおいて、次の(1)〜(7)の各ステップから構成されることを特徴とするコンバータ過負荷保護方法。
(1)前記コンバータの定格出力Pcを予め格納しているメモリから該コンバータの定格出力Pcを求めるステップS1と、
(2)多軸の動作1周期間Tの出力平均Pvagを[式3]に基づいて計算し、求めた出力平均Pvagを基に該出力平均Pvagに対する損失の関数を格納してあるメモリからサーボアンプ損失PLを求める第2ステップと、
Pvag=(1/T)∫ 0 t Pt dt ・・・[式3]
Pvag:多軸の動作1周期間Tの出力平均
T:多軸の動作1周期間
Pt:全軸の合計出力(Pt=ΣPi)
Pi:1軸の出力(Pi=Ti×Ni)
Ti:トルク指令
Ni:速度検出信号
(3)前記出力平均Pvagと前記サーボアンプ損失PLの和を前記コンバータの定格出力Pcと比較する第3ステップと、
(4)第3ステップでの比較の結果、Pvag+PL>PcがNoの場合、運転の継続をして第2ステップへ戻る第4ステップと、
(5)第3ステップでの比較の結果、Pvag+PL>PcがYesの場合、所定の軸の動作速度を所定量下げることができるかを調べる第5ステップと、
(6)第5ステップの結果、Yesの場合、当該軸の動作速度を所定量下げて第2ステップへ戻る第6ステップと、
(7)第5ステップの結果、Noの場合、別の軸の動作速度を所定量下げて第2ステップへ戻る第7ステップ。
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