JP6973311B2 - 処理装置 - Google Patents
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Description
応答に基づいて、前記巻線の抵抗値を算出する抵抗算出部と、を更に備えてもよい。このように巻線の電気的特性に着目してその周波数応答を利用することで、巻線の抵抗値検出のために巻線に印加する電圧を可及的に小さくでき、その電圧印加に起因する巻線温度の変動を抑制し、より正確な巻線の抵抗値の測定が可能となる。
は別の温度であってもよい。
面からも捉えることができる。すなわち、本開示は、巻線が巻かれた固定子及び回転子を有するモータの電子サーマルが有する、該巻線の温度を推定するための算出モデルであって、該巻線の温度特性に関連する巻線関連パラメータを含む巻線温度特性モデルと、前記固定子の温度特性に関連する固定子関連パラメータを含む固定子温度特性モデルと、を含む算出モデルを決定するように構成された処理装置に、前記巻線の温度を第1温度に上昇させるための第1電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度の上昇推移を取得するステップと、前記巻線の温度が前記第1温度に収束後、該第1温度より低い第2温度に降下させるための第2電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度の下降推移を取得するステップと、前記下降推移に基づいて前記固定子関連パラメータを算出して前記固定子温度特性モデルを決定するステップと、前記上昇推移と前記決定された固定子温度特性モデルとに基づいて前記巻線関連パラメータを算出して前記巻線温度特性モデルを決定するステップと、を実行させる巻線温度算出モデルの決定プログラムである。また、上述までの処理装置に関し開示された技術思想は、技術的な齟齬が生じない限りにおいて、上記巻線温度算出モデルの決定プログラムに適用することができる。
電子サーマルを有するモータにおいて当該電子サーマルにおいてモータ巻線の温度を推定するためのモデルパラメータの調整を行う処理装置の一例について、図1及び図2に基づいて説明する。なお、本開示の実施形態においては、モータは、その固定子に巻線が巻
かれるとともに回転子を有する構成であればよく、その具体的な構成は特定のものに限定されない。ここで、図1は、モータの電子サーマルが有する、巻線温度を算出するための算出モデル100の概略構造を示している。また、図2は、図1に示す算出モデルで使用される算出用パラメータ、すなわち巻線関連パラメータ及び固定子関連パラメータを決定する際に、モータに印加され電圧推移、及びその際の巻線温度の推移を示す図である。
巻線温度特性モデル = Ra/(Ta・s+1) ・・・(式1)
固定子温度特性モデル = Rb/(Tb・s+1) ・・・(式2)
期間においては、巻線温度を初期の平衡状態の温度t0から第1温度t1となる平衡状態まで上昇させるための、モータへの電圧印加である第1電圧印加が行われている。この時刻T1〜T2の期間ではモータの巻線温度が図2の下段に示すように上昇するため、当該期間の巻線温度推移を「上昇推移」と称する。第1電圧印加時にはモータの回転子が回転しないようにd軸のみに電流が流れるように、電圧V1が印加される。このときの印加電圧V1は、上記モデルパラメータの算出に好適となるようにモータ温度を上昇させる印加電圧であればよく、例えば、モータの定格電力に対応する電圧とすることができる。
図3は、本実施形態の処理装置としても作動するサーボドライバ4を含む制御システムの概略構成図である。当該制御システムは、ネットワーク1と、モータ2と、負荷装置3と、サーボドライバ4と、標準PLC(Programmable Logic Controller)5とを備える。
当該制御システムは、モータ2とともに負荷装置3を駆動制御するためのシステムである。そして、モータ2及び負荷装置3が、当該制御システムによって制御される制御対象6とされる。ここで、負荷装置3としては、各種の機械装置(例えば、産業用ロボットのアームや搬送装置)が例示できる。また、モータ2はその負荷装置3を駆動するアクチュエ
ータとして負荷装置3内に組み込まれている。例えば、モータ2は、巻線が巻かれた固定子(ステータ)と回転子を有するACサーボモータである。なお、モータ2には図示しないエンコーダが取り付けられており、当該エンコーダによりモータ2の動作に関するパラメータ信号がサーボドライバ4にフィードバック送信されている。このフィードバック送信されるパラメータ信号(以下、フィードバック信号という)は、たとえばモータ2の回転軸の回転位置(角度)についての位置情報、その回転軸の回転速度の情報等を含む。
従するようにモータ2をサーボ制御することが可能となる。
めの指令を電流制御器43に対して出力する。なお、印加制御部210による電圧印加は、後述する温度推移取得部220により取得されるモータ2の巻線温度やその他のパラメータを利用することで、モデルパラメータの算出に適するように制御される。
巻線温度θ2=R2/R1・(234.5+θ1)−234.5 ・・・(式3)
R1は、電圧印加開始時(図2における時刻T1)の巻線抵抗値である。
θ1は、電圧印加開始時の巻線温度である。例えば、モータ2の周囲環境の大気温度(サーボドライバ4で取得可能な場合)やモータ2に取り付けられているエンコーダが有する温度センサの検出値を、θ1として利用できる。
R2は、電圧印加時における巻線抵抗値である。なお、巻線抵抗値R2の取得については、後述する。
温度推移取得部220は、印加制御部210による電圧印加と同時に、式3に従ってその際のモータ2の巻線温度を随時取得していく。
デルパラメータの算出については、上述の通りである。更に、決定部230は、算出されたモデルパラメータを、算出モデル100の巻線温度特性モデル101と固定子温度特性モデル102に適用し各モデルを決定する。この結果、図1に示した電子サーマル部150のための算出モデル100は、サーボドライバ4によって制御されるモータ2そのものに適合されることになる。
モータ2の電気的特性:(1/R)・(1/(Ts+1)) ・・・(式4)
ただし、Rはモータ2の巻線抵抗、Tはモータ2の電気的時定数である。
・・・(式5)
更に、温度推移取得部220は、式5で算出された巻線抵抗Rを式3におけるR2に代
入して、周波数応答を取得した時点での巻線温度(式3におけるθ2)を算出する。
閾値として利用してもよい。S103で肯定判定されればS104へ進み、否定判定されれば巻線温度は第1温度t1に収束していないことから第1電圧印加を継続すべく、S102以降の処理が繰り返される。
印加とすることが好ましい。すなわち、第2電圧印加時には、周波数応答に基づいた巻線温度の算出が担保される限りにおいて電圧印加を行えばよい。これによりモータ2での消費電力を可及的に抑制できる。
当該閾値として利用してもよい。S105で肯定判定されればS106へ進み、否定判定されれば巻線温度は第2温度t2に収束していないことから第2電圧印加を継続すべく、S104以降の処理が繰り返される。
図6に示す算出モデルの適合方法では、取得された上昇推移と下降推移とに基づいて、巻線温度特性モデル101と固定子温度特性モデル102とが決定された。ところで、モータ2に関し、固定子温度特性モデル102が既知の場合には、上述した上昇推移と下降推移を取得する必要はない。このような場合には、図6に示す算出モデルの適合方法におけるS101−S103の処理によって上昇推移を取得し、その取得された上昇推移と既知である固定子温度特性モデル102とに基づいて、巻線温度特性モデル101を決定することができる。すなわち、この場合においては、S104−S105により下降推移を取得する必要はない。なお、既知の固定子温度特性モデル102は、電子サーマル部150が保持していればよく、巻線温度特性モデル101の決定時に、保持されている既知の固定子温度特性モデル102の情報が利用される。
図8及び図9に基づいて、算出モデル100の第2の適合方法について説明する。モータ2の固定子では、回転子の回転に起因する磁力の変化によって渦電流が生じることで固定子そのものが発熱する「鉄損」が顕著となる場合がある。この鉄損は、回転子の回転速度が高くなるほど大きくなり、モータ2の巻線温度に無視できない影響を及ぼす場合がある。
デル102は、基準モデル102’と、モータ2の回転子の回転速度(rpm)を引数とする鉄損係数Krとを含む。基準モデル102’は、算出モデル100の固定子温度特性モデル102と実質的に同一のものである。鉄損係数Krは、回転子の回転速度に応じてその数値が変動し得る。算出モデル100’の固定子温度特性モデル102では、入力の熱流に(1+Kr)が乗じられたものが基準モデル102’に入力されて、固定子温度特性モデル102の出力が算出されることになる。算出モデル100’がこのような固定子温度特性モデル102を有することで、固定子の温度特性に回転子の回転に起因する鉄損を反映させることができ、過負荷保護のためのモータ2の巻線温度の推定をより好適に実現することができる。
な算出モデルに入力することで、当該推定が行われる。
Kr = ΔT/(ω・Rb) ・・・(式6)
ただし、ωは、第3電圧印加時の所定の回転速度である。
上述までの実施例においては、モデル適合部200はサーボドライバ4に形成されているが、その態様に代えて、サーボドライバ4に対して電気的に接続可能な処理装置(例えば、PC(パーソナルコンピュータ)等)内に形成されてもよい。当該処理装置は、算出モデルをモータ2に適合させるための装置であり、適合用のソフトウェア(プログラム)が搭載されている。具体的には、当該処理装置は、演算装置やメモリ等を有するコンピュータであり、そこで実行可能なプログラムがインストールされ、それが実行されることで図6や図9に記載の算出モデルの適合方法が実現される。
巻線が巻かれた固定子及び回転子を有するモータ(2)の電子サーマル(150)が有する、該巻線の温度を推定するための算出モデル(100)であって、該巻線の温度特性に関連する巻線関連パラメータを含む巻線温度特性モデル(101)と、前記固定子の温度特性に関連する固定子関連パラメータを含む固定子温度特性モデル(102)と、を含む算出モデル(100)を決定する処理装置(4)であって、
前記巻線の温度を第1温度に上昇させるための第1電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度の上昇推移を取得し(S102)、更に、該巻線の温度が該第1温度に収束後、該第1温度より低い第2温度に降下させるための第2電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度の下降推移を取得する(S104)温度推移取得部(220)と、
前記下降推移に基づいて前記固定子関連パラメータを算出して前記固定子温度特性モデ
ルを決定し(S106)、更に前記上昇推移と該決定された該固定子温度特性モデルとに基づいて前記巻線関連パラメータを算出して前記巻線温度特性モデルを決定する(S107)、決定部(230)と、
を備える、処理装置。
前記巻線の温度を第1温度に上昇させるための第1電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度の上昇推移を取得するステップ(S102)と、
前記巻線の温度が前記第1温度に収束後、該第1温度より低い第2温度に降下させるための第2電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度の下降推移を取得するステップ(S104)と、
前記下降推移に基づいて前記固定子関連パラメータを算出して前記固定子温度特性モデルを決定するステップ(S106)と、
前記上昇推移と前記決定された固定子温度特性モデルとに基づいて前記巻線関連パラメータを算出して前記巻線温度特性モデルを決定するステップ(S107)と、
を含む、巻線温度算出モデルの決定方法。
前記巻線の温度を第1温度に上昇させるための第1電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度の上昇推移を取得するステップ(S102)と、
前記巻線の温度が前記第1温度に収束後、該第1温度より低い第2温度に降下させるための第2電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度の下降推移を取得するステップ(S105)と、
前記下降推移に基づいて前記固定子関連パラメータを算出して前記固定子温度特性モデルを決定するステップ(S106)と、
前記上昇推移と前記決定された固定子温度特性モデルとに基づいて前記巻線関連パラメータを算出して前記巻線温度特性モデルを決定するステップ(S107)と、
を実行させる、巻線温度算出モデルの決定プログラム。
4 :サーボドライバ
100、100' :算出モデル
101 :巻線温度特性モデル
102 :固定子温度特性モデル
150 :電子サーマル部
200 :モデル適合部
210 :印加制御部
220 :温度推移取得部
230 :決定部
Claims (8)
- 巻線が巻かれた固定子及び回転子を有するモータの電子サーマルが有する、該巻線の温度を推定するための算出モデルであって、該巻線の温度特性に関連する巻線関連パラメータを含む巻線温度特性モデルと、前記固定子の温度特性に関連する固定子関連パラメータを含む固定子温度特性モデルと、を含む算出モデルを決定する処理装置であって、
前記巻線の温度を第1温度に上昇させるための第1電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度の上昇推移を取得し、更に、該巻線の温度が該第1温度に収束後、該第1温度より低い第2温度に降下させるための第2電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度の下降推移を取得する温度推移取得部と、
前記下降推移に基づいて前記固定子関連パラメータを算出して前記固定子温度特性モデルを決定し、更に前記上昇推移と該決定された該固定子温度特性モデルとに基づいて前記巻線関連パラメータを算出して前記巻線温度特性モデルを決定する、決定部と、
を備える、処理装置。 - 前記温度推移取得部は、前記巻線の抵抗値に基づいて前記上昇推移及び前記下降推移を取得する、
請求項1に記載の処理装置。 - 前記巻線への印加電圧を入力とし該巻線を流れる電流を出力したときの、前記モータにおける周波数応答を取得する周波数応答取得部と、
前記周波数応答に基づいて、前記巻線の抵抗値を算出する抵抗算出部と、
を更に、備える、請求項2に記載の処理装置。 - 前記第1電圧印加においては第1周期の電圧印加が行われ、且つ、前記第2電圧印加においては第2周期の電圧印加が行われ、
前記抵抗算出部は、前記第1周期の電圧印加を入力したときの前記モータの出力電流に従って前記周波数応答取得部により取得された前記周波数応答に基づき、前記第1電圧印加時の前記巻線の抵抗値を算出し、前記第2周期の電圧印加を入力したときの前記モータの出力電流に従って前記周波数応答取得部により取得された前記周波数応答に基づき、前記第2電圧印加時の前記巻線の抵抗値を算出し、
前記温度推移取得部は、前記抵抗算出部により算出された前記巻線の抵抗値に基づいて、前記昇温推移と前記下降推移を取得する、
請求項3に記載の処理装置。 - 前記温度推移取得部は、前記回転子が回転しない状態で前記上昇推移及び前記下降推移を取得し、
前記決定部は、前記回転子が回転しない状態で取得された前記上昇推移と前記下降推移に基づいて、前記固定子温度特性モデル及び前記巻線温度特性モデルを決定し、
前記処理装置は、
前記回転子を所定の回転速度で回転させた状態で、前記巻線の温度を上昇させる第3電圧印加を行い、該巻線の温度推移である回転時上昇推移を取得する回転時温度推移取得部と、
前記第3電圧印加時の電圧印加条件と、前記決定部により決定された前記固定子温度特性モデル及び前記巻線温度特性モデルとに基づいて、前記回転時上昇推移での前記巻線の収束温度を推定する推定部と、
前記取得された回転時上昇推移での前記巻線の収束温度と、前記推定された巻線の収束温度とに基づいて、前記決定部により決定された前記固定子温度特性モデルを新たな固定子温度特性モデルに更新する更新部と、
を更に備える、請求項1から請求項4の何れか1項に記載の処理装置。 - 巻線が巻かれた固定子及び回転子を有するモータの電子サーマルが有する、該巻線の温度を推定するための算出モデルであって、該巻線の温度特性に関連する巻線関連パラメータを含む巻線温度特性モデルと、前記固定子の温度特性に関連する固定子関連パラメータを含む固定子温度特性モデルと、を含む算出モデルを決定する方法であって、
前記巻線の温度を第1温度に上昇させるための第1電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度の上昇推移を取得するステップと、
前記巻線の温度が前記第1温度に収束後、該第1温度より低い第2温度に降下させるための第2電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度の下降推移を取得するステップと、
前記下降推移に基づいて前記固定子関連パラメータを算出して前記固定子温度特性モデルを決定するステップと、
前記上昇推移と前記決定された固定子温度特性モデルとに基づいて前記巻線関連パラメータを算出して前記巻線温度特性モデルを決定するステップと、
を含む、巻線温度算出モデルの決定方法。 - 巻線が巻かれた固定子及び回転子を有するモータの電子サーマルが有する、該巻線の温度を推定するための算出モデルであって、該巻線の温度特性に関連する巻線関連パラメータを含む巻線温度特性モデルと、前記固定子の温度特性に関連する固定子関連パラメータを含む固定子温度特性モデルと、を含む算出モデルを決定するように構成された処理装置に、
前記巻線の温度を第1温度に上昇させるための第1電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度の上昇推移を取得するステップと、
前記巻線の温度が前記第1温度に収束後、該第1温度より低い第2温度に降下させるための第2電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度の下降推移を取得するステップと、
前記下降推移に基づいて前記固定子関連パラメータを算出して前記固定子温度特性モデルを決定するステップと、
前記上昇推移と前記決定された固定子温度特性モデルとに基づいて前記巻線関連パラメータを算出して前記巻線温度特性モデルを決定するステップと、
を実行させる、巻線温度算出モデルの決定プログラム。 - 巻線が巻かれた固定子及び回転子を有するモータの電子サーマルが有する、該巻線の温度を推定するための算出モデルであって、該巻線の温度特性に関連する巻線関連パラメータを含む巻線温度特性モデルと、前記固定子の温度特性に関連する固定子関連パラメータを含む既知の固定子温度特性モデルと、を含む算出モデルを決定する処理装置であって、
前記巻線の温度を第1温度に上昇させるための第1電圧印加を行っている状態で、該巻線の温度が該第1温度に収束するまでの上昇推移を取得する温度推移取得部と、
前記上昇推移と前記既知の固定子温度特性モデルとに基づいて前記巻線関連パラメータを算出して前記巻線温度特性モデルを決定する、決定部と、
を備える、処理装置。
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