JPH0667246B2 - サーボモータ用フイードバツグの障害検出装置 - Google Patents

サーボモータ用フイードバツグの障害検出装置

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JPH0667246B2
JPH0667246B2 JP60072500A JP7250085A JPH0667246B2 JP H0667246 B2 JPH0667246 B2 JP H0667246B2 JP 60072500 A JP60072500 A JP 60072500A JP 7250085 A JP7250085 A JP 7250085A JP H0667246 B2 JPH0667246 B2 JP H0667246B2
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明はサーボモータ用フイードバツグの障害検出装置
に関するものである。
(2) 従来技術と問題点 サーボモータは種々の工業技術において広く使用されて
おり入力命令信号に従つて出力部材を位置決めする。サ
ーボモータは例えば航空機用自動制御装置装置において
使用され、補助翼、昇降舵および方向舵等の空力操舵面
を位置決めしまたエンジンスロツトルを位置決めする。
伝統的にフイードバツク経路はこのようなサーボモータ
まわりで使用されて例えばモータ制動を行なう。制動フ
イードバツクループにおいてモータ出力軸に結合された
タコメータはモータの回転速度に比例するフイードバツ
ク信号を発生する。安全と信頼性は自動飛行制御装置の
設計において最も重要であるため、サーボフイードバツ
ク障害から生じるサーボモータ発振状態等の危険な故障
は排除しなければならない。先行技術においては自動飛
行制御装置サーボ冗長フイードバツク路が使用される。
このような構成においては双対タコメータはタコメータ
からの速度フイードバツク信号がサーボフイードバツク
信号として使用するため合成されるようにしてサーボモ
ータ出力軸に結合される。また本発明は監視回路を備え
ており、比較誤りが生じた場合、サーボを不動作にする
機能により双対タコメータの出力を比較する。
安全マージンおよび信頼性を低減することなく実行可能
な限り、飛行制御装置の重く、かさばりかつ高価な数多
くの構成要素をなくすように自動飛行制御装置を設計す
ることが望ましい。サーボモータフイードバツクグルー
プにおいて通常使用されるタコメータはこのような構成
要素でありその冗長性をなくすことが望ましい。
(3) 発明の構成 先行技術の上述の欠点は、モータ駆動電圧とモータに駆
動電圧を印加した結果、モータを流れる電流とモータの
回転速度に比例するタコメータ信号とを合成して合成信
号を発生するサーボモータフイードバツクの障害検出装
置によつて排除される。閾値信号はモータを流れる電流
およびタコメータ信号に従つて、これらのパラメータに
与えられる許容値係数を利用して発生される。電圧、電
流および速度合成信号が閾値を越えた際、障害が指示さ
れる。従つて、サーボモータおよびサーボフイードバツ
クの障害はモータ駆動電圧、モータ電流およびモータ速
度の測定モータパラメータ間の相関関係を監視すること
によつて検出される。
(4) 発明の実施例 サーボモータパラメータおよびフイードバツクは下記の
ような関係となつている。すなわち、 VM＝（IM）（RM）＋（Ｋ）（VT）＋（LM）（dIM／dt）
（１） 但しVM＝モータ駆動電圧、IM＝モータ電流、RM＝モータ
抵抗、VT＝モータタコメータ電圧（速度）、Ｋ＝モータ
タコメータ電圧および電機子逆起電力間の比、LM＝モー
タインダクタンス、dIM／dt＝モータ電流の１次導関数
である。
式の（IM）（RM）項は、モータ抵抗および関連した相互
接続線の抵抗によるモータ熱損失を表わす。（Ｋ）
（VT）項は、モータ回転によつてモータ電機子を介して
発生される逆起電力を表わす。この逆起電力パラメータ
は、サーボモータの出力軸に係合されているかあるいは
それと共に内部に設けられたタコメータからの電圧によ
つて表わされる。比率（Ｋ）は、タコメータモータの構
成およびその間の係合状態に基いている。タコメータ出
力電圧を使用して、従来の態様でサーボモータまわりに
制動フイードバツクを与える。誘導項はモータ電流の変
化によつてモータインダクタンスの両端に発生される電
圧である。
式（１）は誘導項を消去することによつて定常状態近似
式にすることができる。上記のことは、自動飛行制御装
置において使用するサーボモータのＬ／Ｒ時定数は、通
常、タコメータ項によつて表わされるサーボ運動時定数
と比較して小さいため、監視が可能となる。
サーボモータおよびフイードバツクパラメータは組合わ
され、下記のように本発明に従つて相関がとられる。す
なわち、 |VM−（IM）（RM）−（Ｋ）（VT）｜＜許容値 （２） 許容値＝｜（KR）（IM）｜＋｜（KT）（VT）｜＋V
D （３） 但し、KR＝モータ抵抗許容値（％）、KT＝モータタコメ
ータ許容値（％）、VD＝測定オフセツト係数である。
図において、モータ駆動電圧VMは線10上にモータ電流IM
は線11上に、モータ速度タコメータ信号VTは線12上に、
モータ抵抗値RMは線13上に、およびタコメータ電圧対電
機子逆起電力比率Ｋは、線14上に各々印加される。線11
上のモータ電流IMは乗算器15で線13上の抵抗値RMと乗算
されて線16上に積信号を発生する。乗算器15は前記式
（２）のIR項を形成する。線12上のモータ速度信号VTは
乗算器17で線14上の比率Ｋと乗算されて線18上に積信号
を発生する。乗算器17は前記式（２）の速度フイードバ
ツク項を形成する。
線10上のモータ駆動電圧VMおよび線16および18上の積信
号は19で代数学的に加算され、線20上に和信号を発生す
る。線20上の和信号の絶対値は21で取られ、絶対値ブロ
ツク21からの絶対値信号はフイルタ22でフイルタされて
線23上に監視装置エラー信号を発生する。フイルタ22は
従来ラグフイルタとして実現されてブロツク21からの信
号およびそれからのフイルタ雑音を平滑にする低域フイ
ルタである。本発明のサンプルデータを実現する際に、
フイルタ22は幾つかのサンプルに渡つてブロツク21から
の信号の平均をとる。ブロツク21で取つた絶対値は、非
零値を発生するように発振エラー信号を効果的に整流す
る如く与えられる。絶対値を取らなかつた場合、発振エ
ラー信号はフイルタ22を介して平均がとられて零にな
り、よつて発振エラー信号を発生させた故障が検出され
ない。図の構成要素10〜23は前記式（２）の左側を実現
する。
上述のモータ抵抗許容値KRおよびモータタコメータ許容
値KTは、各々線24および25上に印加される。線16上の積
信号は、乗算器26で線24上のモータ抵抗許容値と乗算さ
れて線27上に積信号を発生する。線18上の積信号は乗算
器28で線25上のモータタコメータ許容値信号と乗算され
て線29上に積信号を発生する。抵抗許容値KRは温度とと
もに変化するモータの抵抗のようなフアクターを取入れ
るためにモータ抵抗値において許される全許容値であ
る。タコメータ許容値KTは回転素子の真円度および巻線
構造の非対称性等のモータおよびタコメータの規格外の
形状による比率Ｋの変化のようなフアクターから生じる
比率Ｋに対する許される全許容値である。通常、測定パ
ラメータ自体は、許容値KRおよびKTに影響される、それ
と関連した許容値を有している。
線27および29上の積信号は、絶対値を取るブロツク30お
よび31に印加され、該ブロツクは線27および29上の積信
号の各絶対値を発生する。絶対値ブロツク30および31か
らの信号の代数和は32で取る。32で発生される代数和は
線33で印加される測定オフセツト係数VDを含んでいる。
オフセツト係数VDは本発明を実現している装置において
発生される測定値中のオフセツトを補償する。例えば、
本発明のデジタルサンプルデータの実施例において、係
数VDはアナログ／デジタルおよびデジタル／アナログ変
換器、バツフア、マルチプレクサ、演算増幅器等に関連
した測定値中のオフセツトを補償する。加算素子32から
の和信号は、低域通過フイルタ34を通過して線35上に閾
値信号を発生する。絶対値ブロツク30および31およびフ
イルタ34は絶対値ブロツク21およびフイルタ22に関して
上述したと同様の態様で実現され上述の理由で使用され
る。構成要素24〜35は前記式（３）を実現している。
乗算器26および28に対する入力は別の方法としては図の
ように接続するのではなく各々線11および12に接続して
もよいことがわかる。この別の構成においては許容値係
数KRおよびKTを調節して各々抵抗値RMおよびタコメータ
比率Ｋを変える。
線23上のエラー信号および線35上の閾値信号は、判定ブ
ロツク36に印加され、該ブロツクはエラー信号と閾値信
号とを比較しエラー信号が閾値を越えた際、線37上に障
害検出信号を発生する。線37上の障害検出信号は当該な
故障フラグをセツトするのに使用してもよく、あるいは
必要に応じて自動操縦装置サーボまたはチヤンネルを不
動作にするのに使用してもよい。本発明のサーボフイー
ドバツクの障害検出装置は、自動操縦装置の発振状態の
ような危険な状態を促進し得るサーボフイードバツク中
の障害を検出する。本発明の障害検出装置はサーボモー
タに関する開回路状態並びに監視および測定データ中の
潜在的障害も検出する。
サーボモータの動作からわかるようにサーボモータがモ
ータ駆動電圧の影響で自走している際、タコメータ信号
は最大であり電機子を介して発生させる逆起電力は最大
であり、従つて電機子を流れる電流は最小である。モー
タ負荷が増加すると、回転速度は、逆起電力の低減およ
びモータ電流の増加と共に低減する。モータ負荷によつ
てモータが停止した場合、タコメータ電圧および逆起電
力は零に降下し、モータ電機子を流れる電流は最大に増
加する。
さらに、本発明によれば、線35上に発生される許容値信
号はサーボモータが受ける動的条件に従つて判定回路36
に対する閾値を動的に調整する。前記式（３）からわか
るように、サーボモータが例えば自走している際（最大
VTおよび最小IM）許容値は主としてタコメータ信号に従
つて発生される。これまでタコメータ信号に対する許容
値は、約10％であるためこのような条件下では線35上の
閾値を厳格にして監視装置が迅速に故障を検出するよう
にすることが望ましい。従つて許容値係数KTの適当な値
は12.5％である。別の極端な場合では、サーボモータが
停止した際、式（３）の許容値は主としてモータ電流に
よる。これらの状況の下ではモータ抵抗は、温度と共に
高々25％程度変化し得るため判定回路36に対する閾値を
ゆるめて偽警報故障検出を最小にすることが望ましい。
従つて抵抗許容値KRの適当な値は37.5％である。従つて
本発明の監視装置は、KRおよびKTに対してこれらの値を
利用する際にサーボモータが停止したときよりもサーボ
モータが自走しているときは、故障指示に対しておよそ
３倍敏感となることがわかる。
上述の図に示した本発明は従来のアナログ回路または従
来の個別デジタル回路を使用してハードウエアで実現す
ることができる。本発明はデジタルコンピユータで実現
した自動飛行制御装置等のデジタルサンプルデータ装置
においても有利に使用するとができる。モータ駆動電
圧、モータ電流およびモータ速度信号は適当な変換回路
を介してコンピユータの入力に印加されて、上述の動作
に従つてコンピユータ内で処理して障害検出信号を発生
することができる。コンピユータはサーボモータまわり
でフイードバツクループを閉にするのにも使用すること
ができる。例えば、コンピユータ入力に印加されるタコ
メータ信号は、外部データと結合してコンピユータによ
つて使用されてサーボモータに位置決め命令を発生する
ことができる。
本発明の好適な実施例を説明したが使用した用語は説明
のためで限定するものではなく、広い見地から本発明の
真の範囲と精神から逸脱することなく特許請求の範囲内
で変更例が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
図は本発明に従つて実現されるサーボモータフイードバ
ツクの障害検出装置のブロツク図である。 図中、15,17,26,28……乗算器、21,30,31……絶対値ブ
ロツク、22,34……フイルタ、36……判定回路。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】サーボモータはそれに印加される駆動電圧
    に応答しかつそれと関連した電気抵抗値を有していると
    共に上記モータに結合され上記モータの回転速度に比例
    するタコメータ信号を発生するタコメータ手段を有しサ
    ーボモータ用フイードバツク障害検出装置において、上
    記駆動電圧、上記モータに印加される上記駆動電圧の結
    果、上記モータを流れる電流、および上記タコメータ信
    号に応答してその線形合成に従つて合成信号を発生する
    第１合成手段と、上記電流および上記タコメータ信号に
    応答してその線形合成に従つて閾値信号を発生する第２
    合成手段と、上記合成信号および上記閾値信号に応答し
    て上記合成信号が上記閾値信号を越えた際、障害検出信
    号を発生する判定手段とを備えていることを特徴とする
    上記検出装置。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の検出装置に
    おいて、上記第１合成手段は上記電流および上記抵抗値
    に応答してその間の積に従つて第１積信号を発生する第
    １乗算手段と、上記タコメータ信号および上記タコメー
    タ信号と上記モータの電機子にかかる電圧との間の比率
    に比例する比率信号に応答してその間の積に従つて第２
    積信号を発生する第２乗算手段と、上記駆動電圧、上記
    第１積信号および上記第２積信号に応答してその代数和
    に従つて第１和信号を発生する第１加算手段とを備えて
    いることを特徴とする上記検出装置。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項に記載の検出装置に
    おいて、上記第１加算手段は下記の式、すなわち VM−（IM）（RM）−（Ｋ）（VT） （但しVM＝上記駆動電圧、IM＝上記電流、RM＝上記抵抗
    値、Ｋ＝上記比率信号、VT＝上記タコメータ信号）に従
    つて上記第１和信号を発生する手段を備えていることを
    特徴とする上記検出装置。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第２項に記載の検出装置に
    おいて、上記第１合成手段はさらに、上記第１和信号に
    応答してその絶対値に従つて第１絶対値信号を発生する
    第１絶対値手段を備えていることを特徴とする上記検出
    装置。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項に記載の検出装置に
    おいて、上記第１合成手段はさらに、上記第１絶対値信
    号に応答してフイルタされた第１絶対値信号を発生しよ
    つて上記合成信号を発生する低域フイルタを備えている
    ことを特徴とする上記検出装置。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第１項に記載の検出装置に
    おいて、上記第２合成手段は、上記タコメータ信号およ
    びタコメータ許容値信号に応答してその積に従つて第３
    積信号を発生する第３乗算手段と、上記第３積信号に応
    答してその絶対値に従つて第２絶対値信号を発生する第
    ２絶対値手段と、上記電流および抵抗許容値信号に応答
    してその積に従つて第４積信号を発生する第４乗算手段
    と、上記第４積信号に応答してその絶対値に従つて第３
    絶対値信号を発生する第３絶対値手段と、上記第１絶対
    値信号および上記第２絶対値信号に応答してその代数和
    に従つて第２和信号を発生する第２加算出段とを備えて
    いることを特徴とする上記検出装置。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第６項に記載の検出装置に
    おいて、上記第２加算手段は、オフセツト係数信号に応
    答して上記第２絶対値信号、上記第３絶対値信号および
    上記オフセツト係数信号の代数和に従つて上記第２和信
    号を発生する手段を備えていることを特徴とする上記検
    出装置。
  8. 【請求項８】特許請求の範囲第７項に記載の検出装置に
    おいて、上記第２加算手段は、下記の式、すなわち ｜（KR）（IM）｜＋｜（KT）（VT）｜＋VD （但しKR＝上記抵抗許容値信号、IM＝上記電流、KT＝上
    記タコメータ許容値信号、VT＝上記タコメータ信号、VD
    ＝上記オフセツト係数信号）に従つて上記第２和信号を
    発生する手段を備えていることを特徴とする上記検出装
    置。
  9. 【請求項９】特許請求の範囲第７項に記載の検出装置に
    おいて、上記第２合成手段はさらに、上記第２和信号に
    応答してフイルタされた第２和信号を発生しよつて上記
    閾値信号を発生する低域通過フイルタを備えていること
    を特徴とする上記検出装置。
JP60072500A 1984-05-17 1985-04-05 サーボモータ用フイードバツグの障害検出装置 Expired - Lifetime JPH0667246B2 (ja)

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US611305 1984-05-17
US06/611,305 US4536689A (en) 1984-05-17 1984-05-17 Servomotor feedback fault detector

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JPS60245488A JPS60245488A (ja) 1985-12-05
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EP (1) EP0165698B1 (ja)
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