JP6763286B2 - Motor control system - Google Patents

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Description

本発明は、モータ制御システムに関する。 The present invention relates to a motor control system.

近年、例えばロボットアームを構成するリンクを高精度に駆動するため、ロボットアームの関節部にフルクローズド制御方式のサーボモータが採用されている。
特許文献1には、モータの速度信号に基づいて速度制御を行うと共に、モータによって駆動される負荷の位置信号に基づいて位置制御を行うフルクローズド制御方式を用いたモータ制御システムが開示されている。
In recent years, for example, in order to drive a link constituting a robot arm with high accuracy, a fully closed control type servomotor has been adopted for a joint portion of the robot arm.
Patent Document 1 discloses a motor control system using a fully closed control method that performs speed control based on a speed signal of a motor and position control based on a position signal of a load driven by the motor. ..

特開2004−80973号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-80973

発明者らは、モータ制御システムに関して以下の問題を見出した。
特許文献1に開示されたようなフルクローズド制御方式のモータ制御システムは、通常、モータを流れる電流を検出する電流センサ、モータのモータ軸の回転角を検出するモータ軸回転角センサ、出力軸に作用するトルクを検出するトルクセンサに加え、モータによって駆動される負荷に固定された出力軸の回転角を検出する出力軸回転角センサを備えている。
The inventors have found the following problems with respect to the motor control system.
A fully closed control type motor control system as disclosed in Patent Document 1 usually includes a current sensor that detects the current flowing through the motor, a motor shaft rotation angle sensor that detects the rotation angle of the motor shaft of the motor, and an output shaft. In addition to the torque sensor that detects the acting torque, it is equipped with an output shaft rotation angle sensor that detects the rotation angle of the output shaft fixed to the load driven by the motor.

ここで、これら各種センサのいずれかに異常が発生すると、例えばモータ制御を継続することができなくなる虞があるため、センサの異常を検知する必要がある。そこで、例えば各センサを二重系にして両者の値を比較すれば、二重系すなわち2つのセンサのいずれかに異常が発生していることを検知することができる。さらに、異常が発生したセンサを特定するには、例えば各センサを三重系にして多数決を行えばよい。 Here, if an abnormality occurs in any of these various sensors, for example, motor control may not be able to continue, so it is necessary to detect the abnormality in the sensor. Therefore, for example, by setting each sensor as a dual system and comparing the values of both, it is possible to detect that an abnormality has occurred in the dual system, that is, one of the two sensors. Further, in order to identify the sensor in which the abnormality has occurred, for example, each sensor may be made into a triple system and a majority vote may be performed.

しかしながら、二重系や三重系などのように、センサの数を増やすと、モータ制御システムの構成が複雑化・大型化する上、製造コストが上昇してしまう問題があった。 However, if the number of sensors is increased as in the case of a dual system or a triple system, there is a problem that the configuration of the motor control system becomes complicated and large, and the manufacturing cost increases.

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、センサの数を増やすことなく、各種センサの異常を検知可能なモータ制御システムを提供するものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a motor control system capable of detecting abnormalities of various sensors without increasing the number of sensors.

本発明の一態様に係るモータ制御システムは、
モータと、
前記モータを流れる電流を検出する電流センサと、
前記モータのモータ軸の回転角を検出する第1回転角センサと、
前記モータによって駆動される負荷に固定された出力軸の回転角を検出する第2回転角センサと、
前記出力軸に作用するトルクを検出するトルクセンサと、
少なくとも前記電流センサによって検出された電流に基づいて、前記モータを制御するモータ制御部と、を備え、
前記モータ制御部は、
第1回転角センサによって検出された第1回転角と、第2回転角センサによって検出された第2回転角とに基づいて、前記出力軸に作用するトルクの第1推定値を算出し、
前記電流センサによって検出された電流に基づいて、前記出力軸に作用するトルクの第2推定値を算出し、
前記トルクセンサによって検出されたトルク値と、前記第1推定値と、前記第2推定値とを比較することにより、前記電流センサ、前記トルクセンサ、前記第1回転角センサ、及び前記第2回転角センサのそれぞれについて、異常を検知するものである。
The motor control system according to one aspect of the present invention is
With the motor
A current sensor that detects the current flowing through the motor and
A first rotation angle sensor that detects the rotation angle of the motor shaft of the motor, and
A second rotation angle sensor that detects the rotation angle of the output shaft fixed to the load driven by the motor, and
A torque sensor that detects the torque acting on the output shaft and
A motor control unit that controls the motor based on at least the current detected by the current sensor is provided.
The motor control unit
Based on the first rotation angle detected by the first rotation angle sensor and the second rotation angle detected by the second rotation angle sensor, the first estimated value of the torque acting on the output shaft is calculated.
Based on the current detected by the current sensor, the second estimated value of the torque acting on the output shaft is calculated.
By comparing the torque value detected by the torque sensor with the first estimated value and the second estimated value, the current sensor, the torque sensor, the first rotation angle sensor, and the second rotation An abnormality is detected for each of the angle sensors.

本発明の一態様に係るモータ制御システムでは、第1回転角センサによって検出された第1回転角と、第2回転角センサによって検出された第2回転角とに基づいて、前記出力軸に作用するトルクの第1推定値を算出し、前記電流センサによって検出された電流に基づいて、前記出力軸に作用するトルクの第2推定値を算出し、前記トルクセンサによって検出されたトルク値と、前記第1推定値と、前記第2推定値とを比較することにより、前記電流センサ、前記トルクセンサ、前記第1回転角センサ、及び前記第2回転角センサのそれぞれについて、異常を検知する。すなわち、センサの数を増やすことなく、各種センサの異常を検知することができる。 In the motor control system according to one aspect of the present invention, the output shaft is acted on based on the first rotation angle detected by the first rotation angle sensor and the second rotation angle detected by the second rotation angle sensor. The first estimated value of the torque to be generated is calculated, the second estimated value of the torque acting on the output shaft is calculated based on the current detected by the current sensor, and the torque value detected by the torque sensor and the torque value detected by the torque sensor are used. By comparing the first estimated value with the second estimated value, an abnormality is detected in each of the current sensor, the torque sensor, the first rotation angle sensor, and the second rotation angle sensor. That is, it is possible to detect abnormalities of various sensors without increasing the number of sensors.

本発明により、センサの数を増やすことなく、各種センサの異常を検知可能なモータ制御システムを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a motor control system capable of detecting abnormalities of various sensors without increasing the number of sensors.

第1の実施形態に係るモータ制御システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the motor control system which concerns on 1st Embodiment. モータ制御部MCによる各センサの異常検知方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the abnormality detection method of each sensor by a motor control part MC.

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. Moreover, in order to clarify the description, the following description and drawings are simplified as appropriate.

(第1の実施形態)
まず、図1を参照して、第1の実施形態に係るモータ制御システムについて説明する。
図1は、第1の実施形態に係るモータ制御システムを示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態に係るモータ制御システム1は、モータMT、減速機RD、モータ軸回転角センサAS1、出力軸回転角センサAS2、トルクセンサTS、モータ制御部MCを備えている。減速機RDを介して、モータMTによって負荷であるリンクLNが駆動される。
本実施形態に係るモータ制御システム1は、例えばロボットアームを構成するリンクLNを駆動するため、ロボットアームの関節部に設けられたサーボモータの制御システムである。
(First Embodiment)
First, the motor control system according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a motor control system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the motor control system 1 according to the present embodiment includes a motor MT, a speed reducer RD, a motor shaft rotation angle sensor AS1, an output shaft rotation angle sensor AS2, a torque sensor TS, and a motor control unit MC. There is. The link LN, which is a load, is driven by the motor MT via the speed reducer RD.
The motor control system 1 according to the present embodiment is, for example, a servomotor control system provided at a joint portion of the robot arm for driving a link LN constituting the robot arm.

モータMTは、例えばAC(交流)サーボモータである。モータMTは、モータ制御部MCから出力された制御信号ctrに基づいて駆動する。制御信号ctrは、例えばPWM(Pulse Width Modulation)信号である。
モータMTは、モータMTを流れる三相交流電流(以下、モータ電流)I、I、Iを検出する電流センサCSを内部に備えている。電流センサCSによって検出されたモータ電流I、I、Iは、モータ制御部MCにフィードバックされる。
The motor MT is, for example, an AC (AC) servo motor. The motor MT is driven based on the control signal ctr output from the motor control unit MC. The control signal ctr is, for example, a PWM (Pulse Width Modulation) signal.
The motor MT is internally provided with a current sensor CS that detects three-phase alternating currents (hereinafter referred to as motor currents) I u , I v , and I w flowing through the motor MT. The motor currents I u , I v , and I w detected by the current sensor CS are fed back to the motor control unit MC.

減速機RDは、例えば波動歯車装置であって、モータMTのモータ軸とリンクLNに固定された出力軸との間に設けられている。減速機RDは、モータMTのモータ軸の回転速度を1/n(n:減速比)に減じて、リンクLNに固定された出力軸に伝達する。 The speed reducer RD is, for example, a wave gear device, and is provided between the motor shaft of the motor MT and the output shaft fixed to the link LN. The speed reducer RD reduces the rotation speed of the motor shaft of the motor MT to 1 / n (n: reduction ratio) and transmits it to the output shaft fixed to the link LN.

トルクセンサTSは、リンクLNに固定された出力軸に作用するトルクすなわち出力軸トルクτ[Nm]を検出する。トルクセンサTSによって検出された出力軸トルクτは、モータ制御部MCに入力される。
図1に示すように、減速機RDの有する剛性とトルクセンサTSの有する剛性とに基づいて、モータ軸から出力軸までのねじれ剛性kが定まる。
The torque sensor TS detects the torque acting on the output shaft fixed to the link LN, that is, the output shaft torque τ l [Nm]. The output shaft torque τ l detected by the torque sensor TS is input to the motor control unit MC.
As shown in FIG. 1, the torsional rigidity kg from the motor shaft to the output shaft is determined based on the rigidity of the speed reducer RD and the rigidity of the torque sensor TS.

モータ軸回転角センサ(第1回転角センサ)AS1は、モータMTのモータ軸の回転角すなわちモータ軸回転角(第1回転角)θ[rad]を検出するエンコーダである。モータ軸回転角センサAS1によって検出されたモータ軸回転角θは、モータ制御部MCに入力される。 The motor shaft rotation angle sensor (first rotation angle sensor) AS1 is an encoder that detects the rotation angle of the motor shaft of the motor MT, that is, the motor shaft rotation angle (first rotation angle) θ m [rad]. The motor shaft rotation angle θ m detected by the motor shaft rotation angle sensor AS1 is input to the motor control unit MC.

出力軸回転角センサ(第2回転角センサ)AS2は、モータMTによって駆動されるリンクLNに固定された出力軸の回転角すなわち出力軸回転角(第2回転角)θ[rad]を検出するエンコーダである。出力軸回転角センサAS2によって検出された出力軸回転角θは、モータ制御部MCに入力される。 The output shaft rotation angle sensor (second rotation angle sensor) AS2 detects the rotation angle of the output shaft fixed to the link LN driven by the motor MT, that is, the output shaft rotation angle (second rotation angle) θ l [rad]. It is an encoder to rotate. The output shaft rotation angle θ l detected by the output shaft rotation angle sensor AS2 is input to the motor control unit MC.

モータ制御部MCは、電流センサCSによって検出されたモータ電流I、I、I、トルクセンサTSによって検出された出力軸トルクτ、モータ軸回転角センサAS1によって検出されたモータ軸回転角θ、及び出力軸回転角センサAS2によって検出された出力軸回転角θの4つの信号に基づいて、モータMTを制御する。 The motor control unit MC has motor currents I u , I v , I w detected by the current sensor CS, output shaft torque τ l detected by the torque sensor TS, and motor shaft rotation detected by the motor shaft rotation angle sensor AS1. The motor MT is controlled based on four signals of an angle θ m and an output shaft rotation angle θ l detected by the output shaft rotation angle sensor AS2.

図1に示していないが、モータ制御部MCは、例えばCPU(Central Processing Unit)などの演算部と、各種制御プログラムやデータなどが格納されたRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などの記憶部と、を備えている。 Although not shown in FIG. 1, the motor control unit MC includes, for example, a calculation unit such as a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory) in which various control programs and data are stored. It is equipped with a storage unit such as.

また、モータ制御部MCは、各センサが検出した信号に基づいて、各センサの異常を検知することができる。
具体的には、モータ制御部MCは、電流センサCSの異常を検知した場合、モータ制御の継続が困難であると判断し、モータMTを停止させる。
また、モータ制御部MCは、トルクセンサTS、モータ軸回転角センサAS1、出力軸回転角センサAS2の3つセンサのいずれか1つに異常を検知した場合、モータ制御の継続が可能であると判断し、モータ制御を継続する。
一方、モータ制御部MCは、トルクセンサTS、モータ軸回転角センサAS1、出力軸回転角センサAS2の3つセンサのいずれか2つに異常を検知した場合、モータ制御の継続が困難であると判断し、モータMTを停止させる。
Further, the motor control unit MC can detect an abnormality of each sensor based on the signal detected by each sensor.
Specifically, when the motor control unit MC detects an abnormality in the current sensor CS, it determines that it is difficult to continue the motor control, and stops the motor MT.
Further, when the motor control unit MC detects an abnormality in any one of the three sensors, the torque sensor TS, the motor shaft rotation angle sensor AS1, and the output shaft rotation angle sensor AS2, the motor control can be continued. Judge and continue motor control.
On the other hand, when the motor control unit MC detects an abnormality in any two of the three sensors, the torque sensor TS, the motor shaft rotation angle sensor AS1, and the output shaft rotation angle sensor AS2, it is difficult to continue the motor control. Judgment is made and the motor MT is stopped.

以下に、モータ制御部MCによる各センサの異常検知制御の詳細について説明する。
まず、次式(1)を用いて、出力軸トルクτの第1推定値τ^l_est1を算出する。このように、減速機RDの前後に連結されたモータ軸の回転角θ[rad]と出力軸の回転角θ[rad]との差分と、モータ軸から出力軸までのねじれ剛性k[Nm/rad]を用い、出力軸トルクτの第1推定値τ^l_est1[Nm]を算出することができる。ここで、上述の通り、nは減速機RDの減速比である。

Figure 0006763286
The details of the abnormality detection control of each sensor by the motor control unit MC will be described below.
First, the first estimated value τ ^ l_est1 of the output shaft torque τ l is calculated using the following equation (1). In this way, the difference between the rotation angle θ m [rad] of the motor shaft connected before and after the speed reducer RD and the rotation angle θ l [rad] of the output shaft, and the torsional rigidity kg from the motor shaft to the output shaft Using [Nm / rad], the first estimated value τ ^ l_est1 [Nm] of the output shaft torque τ l can be calculated. Here, as described above, n is the reduction ratio of the speed reducer RD.
Figure 0006763286

次に、次式(2)を用いて、出力軸トルクτの第2推定値τ^l_est2を算出する。このように、モータ軸トルクτ[Nm]に減速比n及び減速器効率φを乗じることにより、出力軸トルクτの第2推定値τ^l_est2[Nm]を算出することができる。モータ軸トルクτ[Nm]は、モータMTのトルク定数k[Nm/Arms]とq軸電流値I(θ)[Arms]との積である。q軸電流値I(θ)は、モータ軸の回転角θ[rad]とモータ電流I、I、Iの値とから定まる。ここで、必須ではないが、式(2)に示すように、この値から減速機RDの摩擦トルクτの推定値τ^[Nm]を減じると、さらに推定精度が向上する。摩擦トルクτの推定値τ^は、モータモデル(慣性モーメント項、粘性項)、モータ軸の回転角、出力軸のトルクから推定される。

Figure 0006763286
Next, the second estimated value τ ^ l_est2 of the output shaft torque τ l is calculated using the following equation (2). In this way, the second estimated value τ ^ l_est2 [Nm] of the output shaft torque τ l can be calculated by multiplying the motor shaft torque τ m [Nm] by the reduction ratio n and the reducer efficiency φ. Motor shaft torque τ m [Nm] is the product of the motor MT of the torque constant k t [Nm / Arms] and q-axis current value I q (θ m) [Arms ]. The q-axis current value I qm ) is determined by the rotation angle θ m [rad] of the motor shaft and the values of the motor currents I u , I v , and I w . Here, although not essential, as shown in the equation (2), subtracting the estimated value τ ^ f [Nm] of the friction torque τ f of the speed reducer RD from this value further improves the estimation accuracy. Estimate tau ^ f of the frictional torque tau f, the motor model (inertia term, viscosity term), the rotation angle of the motor shaft is estimated from the torque of the output shaft.
Figure 0006763286

次に、式(1)を用いて算出された出力軸トルクτの第1推定値τ^l_est1及び式(2)を用いて算出された出力軸トルクτの第2推定値τ^l_est2をトルクセンサTSによって検出された出力軸トルクτと比較することにより、各センサの異常を検知する。 Next, the first estimated value τ ^ l_est1 of the output shaft torque τ l calculated using the equation (1) and the second estimated value τ ^ l_est2 of the output shaft torque τ l calculated using the equation (2). Is compared with the output shaft torque τ l detected by the torque sensor TS to detect an abnormality in each sensor.

まず、次式(3)に示すように、出力軸トルクτと式(1)により算出した第1推定値τ^l_est1との差の絶対値が所定の閾値Δτ以内であるか否か判定する。

Figure 0006763286
First, as shown in the following equation (3), whether or not the absolute value of the difference between the output shaft torque τ l and the first estimated value τ ^ l_est1 calculated by the equation (1) is within a predetermined threshold value Δτ 1 . judge.
Figure 0006763286

式(3)が成立すなわち真であれば、出力軸トルクτを検出するトルクセンサTS、式(1)に示したモータ軸回転角θ、出力軸回転角θをそれぞれ検出するモータ軸回転角センサAS1、出力軸回転角センサAS2が正常であると判定する。一方、式(3)が不成立すなわち偽であれば、トルクセンサTS、モータ軸回転角センサAS1、出力軸回転角センサAS2の少なくともいずれか1つが異常であると判定する。 If equation (3) holds, that is, is true, the torque sensor TS that detects the output shaft torque τ l , the motor shaft rotation angle θ m shown in equation (1), and the motor shaft that detects the output shaft rotation angle θ l , respectively. It is determined that the rotation angle sensor AS1 and the output shaft rotation angle sensor AS2 are normal. On the other hand, if the equation (3) is not satisfied, that is, false, it is determined that at least one of the torque sensor TS, the motor shaft rotation angle sensor AS1, and the output shaft rotation angle sensor AS2 is abnormal.

次に、次式(4)に示すように、出力軸トルクτと式(2)により算出した第2推定値τ^l_est2との差の絶対値が所定の閾値Δτ以内であるか否か判定する。

Figure 0006763286
Next, as shown in the following equation (4), whether or not the absolute value of the difference between the output shaft torque τ l and the second estimated value τ ^ l_est2 calculated by the equation (2) is within the predetermined threshold value Δτ 2. Is determined.
Figure 0006763286

式(4)が真であれば、出力軸トルクτを検出するトルクセンサTS、式(2)に示したq軸電流値I(θ)を算出するためのモータ軸回転角θ及びモータ電流I、I、Iをそれぞれ検出するモータ軸回転角センサAS1、電流センサCSが正常であると判定する。一方、式(4)が偽であれば、トルクセンサTS、モータ軸回転角センサAS1、電流センサCSのいずれかが異常であると判定する。 If equation (4) is true, the torque sensor TS that detects the output shaft torque τ l, and the motor shaft rotation angle θ m for calculating the q-axis current value I qm ) shown in equation (2). It is determined that the motor shaft rotation angle sensor AS1 and the current sensor CS that detect the motor currents I u , I v , and I w , respectively, are normal. On the other hand, if the equation (4) is false, it is determined that any of the torque sensor TS, the motor shaft rotation angle sensor AS1, and the current sensor CS is abnormal.

そのため、式(3)が真かつ式(4)が偽であれば、電流センサCSが異常であると判定できる。この場合、モータ制御の継続が困難であると判断し、モータMTを停止する。また、式(3)が偽かつ式(4)が真であれば、出力軸回転角センサAS2が異常であると判定できる。この場合、出力軸回転角センサAS2を使用せずに、そのままモータ制御を継続する。さらに、式(3)及び式(4)が共に偽であれば、トルクセンサTS又はモータ軸回転角センサAS1が異常であると判定できる。 Therefore, if the equation (3) is true and the equation (4) is false, it can be determined that the current sensor CS is abnormal. In this case, it is determined that it is difficult to continue the motor control, and the motor MT is stopped. Further, if the equation (3) is false and the equation (4) is true, it can be determined that the output shaft rotation angle sensor AS2 is abnormal. In this case, the motor control is continued as it is without using the output shaft rotation angle sensor AS2. Further, if both the equation (3) and the equation (4) are false, it can be determined that the torque sensor TS or the motor shaft rotation angle sensor AS1 is abnormal.

次に、次式(5)に示すように、式(1)により算出した第1推定値τ^l_est1と式(2)により算出した第2推定値τ^l_est2との差の絶対値が所定の閾値Δτ以内であるか否か判定する。

Figure 0006763286
Next, as shown in the following equation (5), the absolute value of the difference between the first estimated value τ ^ l_est1 calculated by the equation (1) and the second estimated value τ ^ l_est2 calculated by the equation (2) is predetermined. It is determined whether or not it is within the threshold value Δτ 3 of .
Figure 0006763286

式(5)が真であれば、式(1)に示したモータ軸回転角θ、出力軸回転角θをそれぞれ検出するモータ軸回転角センサAS1、出力軸回転角センサAS2が正常であると判定する。同時に、式(2)に示したq軸電流値I(θ)を算出するためのモータ軸回転角θ及びモータ電流I、I、Iをそれぞれ検出するモータ軸回転角センサAS1、電流センサCSが正常であると判定する。すなわち、モータ軸回転角センサAS1、出力軸回転角センサAS2、電流センサCSが正常であると判定する。一方、式(5)が偽であれば、モータ軸回転角センサAS1、出力軸回転角センサAS2、電流センサCSのいずれかが異常であると判定する。 If the formula (5) is true, the motor shaft rotation angle sensor AS1 and the output shaft rotation angle sensor AS2 that detect the motor shaft rotation angle θ m and the output shaft rotation angle θ l shown in the formula (1) are normal. Judge that there is. At the same time, a motor shaft rotation angle sensor for detecting the motor shaft rotation angle θ m and the motor currents I u , I v , and I w for calculating the q-axis current value I qm ) shown in the equation (2), respectively. It is determined that the AS1 and the current sensor CS are normal. That is, it is determined that the motor shaft rotation angle sensor AS1, the output shaft rotation angle sensor AS2, and the current sensor CS are normal. On the other hand, if the equation (5) is false, it is determined that any of the motor shaft rotation angle sensor AS1, the output shaft rotation angle sensor AS2, and the current sensor CS is abnormal.

そのため、式(3)及び式(4)が偽かつ式(5)が真であれば、トルクセンサTSが異常であると判定できる。この場合、トルクセンサTSを使用せずに、式(1)に示した出力軸トルクτの第1推定値τ^l_est1を用いて、モータ制御を継続する。一方、式(3)〜式(5)がいずれも偽であれば、モータ軸回転角センサAS1が異常であると判定できる。 Therefore, if the equations (3) and (4) are false and the equation (5) is true, it can be determined that the torque sensor TS is abnormal. In this case, the motor control is continued by using the first estimated value τ ^ l_est1 of the output shaft torque τ l shown in the equation (1) without using the torque sensor TS. On the other hand, if all of the equations (3) to (5) are false, it can be determined that the motor shaft rotation angle sensor AS1 is abnormal.

モータ軸回転角センサAS1の異常が検知された場合、次式(6)に示すように、式(1)を式変形することにより、トルクセンサTSによって検出された出力軸トルクτ[Nm]と出力軸回転角センサAS2によって検出された出力軸回転角θ[rad]を用いて、モータ軸回転角θの推定値θ^[rad]を算出する。モータ軸回転角センサAS1の異常が検知された場合でも、このモータ軸回転角θの推定値θ^を用いて、モータ制御を継続することができる。

Figure 0006763286
When an abnormality in the motor shaft rotation angle sensor AS1 is detected, the output shaft torque τ l [Nm] detected by the torque sensor TS is obtained by transforming the equation (1) as shown in the following equation (6). And the output shaft rotation angle θ l [rad] detected by the output shaft rotation angle sensor AS2 is used to calculate the estimated value θ ^ m [rad] of the motor shaft rotation angle θ m . Even when an abnormality of the motor shaft rotation angle sensor AS1 is detected, the motor control can be continued by using the estimated value θ ^ m of the motor shaft rotation angle θ m .
Figure 0006763286

以上の通り、第1の実施形態に係るモータ制御システムでは、トルクセンサTSによって検出された出力軸トルクτと、第1推定値τ^l_est1と、第2推定値τ^l_est2とを比較することにより、電流センサCS、トルクセンサTS、モータ軸回転角センサAS1、及び出力軸回転角センサAS2のそれぞれについて、異常を検知する。すなわち、センサの数を増やすことなく、各種センサの異常を検知することができる。 As described above, in the motor control system according to the first embodiment, the output shaft torque τ l detected by the torque sensor TS is compared with the first estimated value τ ^ l_est1 and the second estimated value τ ^ l_est2. As a result, abnormalities are detected in each of the current sensor CS, the torque sensor TS, the motor shaft rotation angle sensor AS1, and the output shaft rotation angle sensor AS2. That is, it is possible to detect abnormalities of various sensors without increasing the number of sensors.

次に、図2のフローチャートを参照して、上述のモータ制御部MCによる各センサの異常検知制御を説明する。図2は、モータ制御部MCによる各センサの異常検知制御を示すフローチャートである。
まず、図2に示すように、モータ制御部MCは、モータ軸回転角センサAS1によって検出されたモータ軸回転角θ、出力軸回転角センサAS2によって検出された出力軸回転角θ、トルクセンサTSによって検出された出力軸トルクτ、及び電流センサCSによって検出されたモータ電流I、I、Iを取得する(ステップST1)。
次に、式(1)、式(2)を用いて、出力軸トルクτの第1推定値τ^l_est1及び第2推定値τ^l_est2を算出する(ステップST2)。
Next, the abnormality detection control of each sensor by the motor control unit MC described above will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 2 is a flowchart showing abnormality detection control of each sensor by the motor control unit MC.
First, as shown in FIG. 2, the motor control unit MC has a motor shaft rotation angle θ m detected by the motor shaft rotation angle sensor AS1, an output shaft rotation angle θ l detected by the output shaft rotation angle sensor AS2, and a torque. The output shaft torque τ l detected by the sensor TS and the motor currents I u , I v , and I w detected by the current sensor CS are acquired (step ST1).
Next, the first estimated value τ ^ l_est1 and the second estimated value τ ^ l_est2 of the output shaft torque τ l are calculated using the equations (1) and (2) (step ST2).

次に、式(3)が真か否かを判定する(ステップST3)。式(3)が真の場合(ステップST3YES)、トルクセンサTS、モータ軸回転角センサAS1、出力軸回転角センサAS2が正常である。続いて式(4)が真か否かを判定する(ステップST4)。式(4)が真の場合(ステップST4YES)、電流センサCSも正常であるため、全てのセンサが正常であり、異常が検知されずに異常検知制御を終了する。一方、式(4)が偽の場合(ステップST4NO)、電流センサCSが異常であるため、モータ制御の継続が困難であると判断し、モータMTを停止する(ステップST5)。 Next, it is determined whether or not the equation (3) is true (step ST3). When the equation (3) is true (step ST3YES), the torque sensor TS, the motor shaft rotation angle sensor AS1, and the output shaft rotation angle sensor AS2 are normal. Subsequently, it is determined whether or not the equation (4) is true (step ST4). When the equation (4) is true (step ST4YES), since the current sensor CS is also normal, all the sensors are normal, and the abnormality detection control is terminated without detecting an abnormality. On the other hand, when the equation (4) is false (step ST4NO), it is determined that it is difficult to continue the motor control because the current sensor CS is abnormal, and the motor MT is stopped (step ST5).

式(3)が偽の場合(ステップST3NO)、トルクセンサTS、モータ軸回転角センサAS1、出力軸回転角センサAS2のいずれかが異常である。続いて式(4)が真か否かを判定する(ステップST6)。式(4)が真の場合(ステップST6YES)、トルクセンサTS、モータ軸回転角センサAS1、電流センサCSが正常である。すなわち、式(3)が偽かつ式(4)が真であるため、出力軸回転角センサAS2が異常であると判定する。この場合、出力軸回転角センサAS2を使用せずに、そのままモータ制御を継続する。 When the equation (3) is false (step ST3NO), any one of the torque sensor TS, the motor shaft rotation angle sensor AS1, and the output shaft rotation angle sensor AS2 is abnormal. Subsequently, it is determined whether or not the equation (4) is true (step ST6). When the equation (4) is true (step ST6YES), the torque sensor TS, the motor shaft rotation angle sensor AS1, and the current sensor CS are normal. That is, since the equation (3) is false and the equation (4) is true, it is determined that the output shaft rotation angle sensor AS2 is abnormal. In this case, the motor control is continued as it is without using the output shaft rotation angle sensor AS2.

一方、式(4)が偽の場合(ステップST6NO)、すなわち式(3)及び式(4)が共に偽の場合、トルクセンサTS又はモータ軸回転角センサAS1が異常である。続いて式(5)が真か否かを判定する(ステップST7)。式(5)が真の場合(ステップST7YES)、モータ軸回転角センサAS1、出力軸回転角センサAS2、電流センサCSが正常である。従って、上記トルクセンサTS又はモータ軸回転角センサAS1のうち、トルクセンサTSが異常であると判定する。この場合、異常と判定されたトルクセンサTSを使用せずに、式(1)に示した出力軸トルクτの第1推定値τ^l_est1を用いて、モータ制御を継続する(ステップST8)。 On the other hand, when the equation (4) is false (step ST6NO), that is, when both the equations (3) and (4) are false, the torque sensor TS or the motor shaft rotation angle sensor AS1 is abnormal. Subsequently, it is determined whether or not the equation (5) is true (step ST7). When the equation (5) is true (step ST7YES), the motor shaft rotation angle sensor AS1, the output shaft rotation angle sensor AS2, and the current sensor CS are normal. Therefore, it is determined that the torque sensor TS of the torque sensor TS or the motor shaft rotation angle sensor AS1 is abnormal. In this case, the motor control is continued using the first estimated value τ ^ l_est1 of the output shaft torque τ l shown in the equation (1) without using the torque sensor TS determined to be abnormal (step ST8). ..

一方、式(5)が偽の場合(ステップST7NO)、上記トルクセンサTS又はモータ軸回転角センサAS1のうち、モータ軸回転角センサAS1が異常であると判定する。この場合、異常と判定されたモータ軸回転角センサAS1を使用せずに、式(6)に示したモータ軸回転角θの推定値θ^を用いて、モータ制御を継続する(ステップST9)。 On the other hand, when the equation (5) is false (step ST7NO), it is determined that the motor shaft rotation angle sensor AS1 of the torque sensor TS or the motor shaft rotation angle sensor AS1 is abnormal. In this case, the motor control is continued using the estimated value θ ^ m of the motor shaft rotation angle θ m shown in the equation (6) without using the motor shaft rotation angle sensor AS1 determined to be abnormal (step). ST9).

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit.

1 モータ制御システム
AS1 モータ軸回転角センサ
AS2 出力軸回転角センサ
CS 電流センサ
LN リンク
MC モータ制御部
MT モータ
RD 減速機
TS トルクセンサ
1 Motor control system AS1 Motor shaft rotation angle sensor AS2 Output shaft rotation angle sensor CS Current sensor LN link MC Motor control unit MT Motor RD Reducer TS Torque sensor

Claims (1)

モータと、
前記モータを流れる電流を検出する電流センサと、
前記モータのモータ軸の回転角を検出する第1回転角センサと、
前記モータによって駆動される負荷に固定された出力軸の回転角を検出する第2回転角センサと、
前記出力軸に作用するトルクを検出するトルクセンサと、
少なくとも前記電流センサによって検出された電流に基づいて、前記モータを制御するモータ制御部と、を備え、
前記モータ制御部は、
第1回転角センサによって検出された第1回転角と、第2回転角センサによって検出された第2回転角とに基づいて、前記出力軸に作用するトルクの第1推定値を算出し、
前記電流センサによって検出された電流に基づいて、前記出力軸に作用するトルクの第2推定値を算出し、
前記トルクセンサによって検出されたトルク値と、前記第1推定値と、前記第2推定値とを比較することにより、前記電流センサ、前記トルクセンサ、前記第1回転角センサ、及び前記第2回転角センサのそれぞれについて、異常を検知する、
モータ制御システム。
With the motor
A current sensor that detects the current flowing through the motor and
A first rotation angle sensor that detects the rotation angle of the motor shaft of the motor, and
A second rotation angle sensor that detects the rotation angle of the output shaft fixed to the load driven by the motor, and
A torque sensor that detects the torque acting on the output shaft and
A motor control unit that controls the motor based on at least the current detected by the current sensor is provided.
The motor control unit
Based on the first rotation angle detected by the first rotation angle sensor and the second rotation angle detected by the second rotation angle sensor, the first estimated value of the torque acting on the output shaft is calculated.
Based on the current detected by the current sensor, the second estimated value of the torque acting on the output shaft is calculated.
By comparing the torque value detected by the torque sensor with the first estimated value and the second estimated value, the current sensor, the torque sensor, the first rotation angle sensor, and the second rotation Detects abnormalities for each of the angle sensors,
Motor control system.
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