JPH07120187B2 - 機械のサ−ボ系の故障診断方式 - Google Patents

機械のサ−ボ系の故障診断方式

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JPH07120187B2
JPH07120187B2 JP61291527A JP29152786A JPH07120187B2 JP H07120187 B2 JPH07120187 B2 JP H07120187B2 JP 61291527 A JP61291527 A JP 61291527A JP 29152786 A JP29152786 A JP 29152786A JP H07120187 B2 JPH07120187 B2 JP H07120187B2
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重孝 穂坂
祐次郎 清水
圭 石井
淳二 中山
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ロボット等の機械のサーボ系に適用される故
障診断方式に関する。
〈従来の技術〉 第2図は従来におけるロボットのサーボ系の一例を示
す。この第2図において、10は回転体の回転角θのうち
目標角に相当する目標値を設定する目標設定器で目標位
置信号Drfを出力するものである。23は回転体の回転角
θを検出する位置センサで、回転角θに比例する現在位
置信号DPGを出力するよう比例ゲインKPGを有するもので
ある。11は上記目標位置信号Drfと上記現在位置信号DPG
を比較する比較器で、位置偏差信号Ddvを出力するもの
である。12は位置制御器で、位置偏差信号Ddvに位置ゲ
インをKSを掛けて指令信号DDAを出力するものである。1
3はディジタルーアナログ(D/A)変換器で、指令信号D
DAをD/A出力電圧信号EDAに変換する変換ゲインKDAを有
するものである。22は回転体の角速度ωを検出するタコ
ジェネレータで、角速度ωに比例する角速度電圧信号E
TGを出力するよう比例ゲインKTGを有するものである。1
4はD/A出力電圧信号EDAと角速度電圧信号ETGを比較する
比較器で、電圧偏差信号Eeを出力するものである。15は
サーボアンプで、電圧偏差信号Eeを増幅して、モータの
印加電圧Emを出力するようアンプゲインKAを有するもの
である。16,17,21は全体でモータを示している。ここで
Raはモータの電機子抵抗、Kτはモータのトルク定数、
Kv/Raはモータの逆起電力係数、Imはモータ電流、Tは
モータの出力トルクである。18はモータ、位置検出器及
びタコジェネレータを含めた回転体の慣性J及び摩擦負
荷fを示しており、ここでSはラプラス演算子である。
19は回転体の積分動作、20は減速比KBの減速機構、Lは
最終端の変位である。
また、サーボ系には観測手段があり、位置偏差信号Ddv
の観測手段30、D/A出力電圧信号EDAの観測手段31、モー
タ電流Imの観測手段32、最終端の変位Lの観測手段33が
ある。そして、この観測手段30,31,32,33によってサー
ボ系の定常状態における観測値Ddv,EDA,Im,Lから故障
や異常を診断する。
更に、40は、D/A変換器13が故障しD/A出力電圧信号EDA
に外乱XDAが混入・加算される異常を示し、41はモータ
が故障し出力トルクTに外乱XTが加算される異常を示
し、42は減速機構20が故障し最終端の変位Lに外乱XL
加算される異常を示し、また43はタコジェネレータ22が
故障して角速度圧電信号ETGに外乱XTGが加算される異常
を示し、更には44は位置センサ23が故障し現在位置信号
DPGに外乱XPGが加算される異常を示している。
このようなサーボ系において、診断は次のように行なわ
れる。
(第1の例)定常状態において、4つの観測値、位置偏
差信号Ddv,D/A出力電圧信号EDA、モータ電流Im、最終段
変位Lのうち、モータ電流だけが正常値から外れると、
外乱XTが加わったことを示すので、モータが故障したと
診断する。
(第2の例)4つの観測値のうち、最終段変位Lだけ正
常値から、外ずれると、外乱XPG或は外乱XLが加ったこ
とを示すので、メカ異常か、位置センサが故障したと診
断する。
(第3の例)4つの観測値のうち、位置偏差信号Ddv
最終段変位Lの22つが正常値から外ずれると、外乱XDA
が加ったことを示すので、D/A変換器13が故障したと診
断する。(第4の例)4つの観測値のうち、位置偏差信
号DdvとD/A出力電圧信号EDAと最終段変位Lの3つが正
常値から外ずれると、外乱XTGが加ったことを示すの
で、タコジェネレータ22が故障したと診断する。
〈発明が解決しようとする問題点〉 上述のケースでは外乱XTや外乱XPGあるいはXL、又は外
乱XDAやXTGいずれかの単一の外乱に対する診断を可能と
したものであるが、2つ以上の外乱が同時に加ったと
き、例えば外乱XPGとXTGが加った場合、観測値DdvとEDA
とLの3つが正常値から外ずれ、先述の第4の例と同じ
観測になり、外乱XTGだけが加ったと判断しタコジェネ
レータの故障と診断するだけで、外乱XPGに対する位置
センサの故障を見落してしまうなどの事態が生じ正しい
診断ができない。すなわち従来の技術では故障はいずれ
か一ケ所という前提に立っているので、診断結果の信頼
性に限界があった。
また、比較的軽い故障でも、故障の影響を除去できな
い。また目標設定器において、試験的に目標値を変え
て、試験することにおいても、一定速度指令を出すこと
はできないなど、限界があった。
そこで、本発明は、上述の問題に鑑み、故障が複数あっ
ても故障診断が可能であり、また軽微な故障については
それを補償するようにした機械のサーボ系の故障診断方
式の提供を目的とする。
〈問題点を解決するための手段〉 上述の目的を達成する本発明は、位置、速度、又は力を
目標値とするサーボ系であって、位置制御器とその位置
偏差信号観測手段、D/A変換器とその出力信号観測手
段、サーボアンプ、モータとその電流観測手段、減速機
構とその変位観測手段を主回路に順に有し、更にタコジ
ェネレータを含む速度フィードバック系、及び位置セン
サを含む位置フィードバック系を有する機械の故障診断
方式において、 D/A疑似信号発生器に接続される加算器、サーボアンプ
疑似信号発生器に接続される加算器とこの加算出力観測
手段、疑似負荷発生器に接続される負荷機構をそれぞれ
主回路に加え、 速度フィードバック系ではタコジェネレータ疑似信号発
生器に接続される加算機とこの加算出力観測手段を加
え、 位置フィードバック系では位置センサ疑似信号発生器に
接続される加算器とを加えたことを特徴とする。
〈作用〉 擬似信号発生器により外乱XDA,XT,XTG,XPGの影響を
時に増大させたり減少させたりすることにより、診断あ
るいは試験の質の向上、2ケ所以上の故障診断、軽い故
障の隠ぺいを可能とする。
〈実施例〉 ここで、第1図を参照して本発明の実施例を説明する。
なお、第1図にて第2図と同一部分には同符号を付し、
その説明を省略する。第1図において、D/A変換器13と
比較器14との間には加算器101が介在され、ここではD/A
変換器13の出力信号とD/A擬似信号発生器100からの信号
QDAとを加算してD/A出力電圧信号EDAを出力する。比較
器14とサーボアンプ15との間には加算器103が介在さ
れ、ここでは比較器の出力信号とサーボアンプ擬似信号
発生器102の信号Qeを加算して信号Eeをサーボアンプ15
に入力するものである。また、モータのトルク発生部17
と慣性摩擦負荷18との間には、たとえば電磁クラッチな
どの負荷機構105が介在され、ここでは、擬似負荷発生
器104で発生した擬似負荷QT分だけモータ出力トルクを
低減している。
更に、タコジェネレータ22と比較器14との間には加算器
107が介在され、ここではタコジェネレータ擬似信号発
生器106による信号QTGとタコジェネレータ出力信号とを
加算して角速度電圧信号ETGを出力する。また、位置セ
ンサ23と比較器11との間にも加算器109が介在され、こ
こでは位置センサ擬似信号発生器108の信号QPGと位置セ
ンサの出力信号とを加算して現在位置信号DPGを出力す
る。
また、本実施例では観測手段も更に備えられ、加算器10
7からの角速度電圧信号ETGの観測手段130、加算器103か
らの電圧偏差信号Eeの観測手段131がある。
このような第1図に示す構成において、定常状態での診
断例を次に示す。
(第5の例)5つの観測値Ddv,EDA、Im,L,ETGのうちモ
ータ電流Imだけが正常値から外ずれると、外乱XTが加っ
たことを示すので、モータが故障したと診断する。(こ
こまで第1の例と同じ)つぎに、擬似負荷発生器104か
ら、負荷機構105を介して、擬似負荷QTを加え、確かに
それに相当する分だけモータ電流Imが増えることを調
べ、まちがえなく増えれば、モータ電流Imの観測手段を
正常と判断し、モータの故障と診断する。なおモータ電
流Imが相当分増えなければこのImの観測手段の故障も考
えられるので、診断を不可とする。
(第6の例)上記5つの観測値のうち、最終段変位Lだ
けが正常値から外ずれると、外乱XPG或は外乱XLが加っ
たことを示すので、メカ異常か、位置センサが故障した
と判断する。(ここまで第2の例と同じ)次に、位置セ
ンサ擬似信号発生器108から加算器109を介して、擬似信
号QPGを加え、最終段変位Lを観測する。そして適当に
信号QPGを変化させて変位Lが正常値になれば、位置セ
ンサの故障と判断し、変位Lが正常値にならなければ、
メカ異常と判断する。
(第7の例)上記5つの観測値のうち位置偏差信号Ddv
と最終段変位Lの2つの正常値から外ずれると、外乱X
DAが加ったことを示すので、D/A変換器が故障したと診
断する。(ここまで第3の例と同じ)ところが、2重故
障すなわち外乱XPG或はXLの加っている可能性もあるの
で、D/A擬似信号発生100から、加算器101を介して、擬
似信号QDAを加え、位置偏差信号Ddvが正常値になるよう
に適当に信号QDAを変化させる。そこで、変位Lが正常
値を示せば、2重故障はないと判断する。変位Lが正常
値を示さなければ、第6の例で示した診断によってメカ
異常か位置センサの故障かを判断する。なお、信号QDA
を変化させても位置偏差信号Ddvが正常値にならなけれ
ば、診断は不可とする。
(第8の例)上記5つの観測値のうち、Ddv,EDA,Lの3
つが正常値から外ずれると、外乱XTGが加ったことを示
すので、タコジェネレータが故障したと診断する。(こ
こまで第4の例と同じ)ところが2重故障すなわち外乱
XDA或はXPG,或はXLが加っている可能性もあるので、タ
コジェネレータ擬似信号発生器106から加算器107を介し
て擬似信号QTGを加え、D/A出力電圧信号EDAが正常値を
示すように適当に信号QTGを変化させる。そこで、位置
偏差信号Ddvも変位Lも正常値を示せば、2重故障はな
いと判断する。Ddv或はLが正常値を示さなければ、第
7の例或は第6の例で示したように診断する。
なお、信号QTGを変化させてもD/A出力電圧信号EDAが正
常値にならなければ、診断は不可とする。
こうして、診断の質の向上、2ケ所以上の故障診断が可
能となる。
つぎに、軽微な故障の隠ぺいにつき説明する。
まず第6の例において、位置センサの故障と診断できた
場合、適当に信号QPGを変化させて、最終段変位Lが正
常値になったわけであるから、以後信号QPGをその時の
値に保って運用すると、位置センサの外乱XPGを信号QPG
で相殺できるので、実用上位置センサの故障を隠ぺいす
ることができる。
同じことは、第7の例ではD/A変換器の故障を信号QDA
より、第8の例ではタコジェネレータの故障を信号QTG
によりそれぞれ隠ぺいすることができる。
また、第5〜第8の例を述べた中で、擬似信号発生器10
0或は106の代りにサーボアンプ擬似信号発生器102と観
測手段131を用いても、同じ診断ができる。
〈発明の効果〉 以上実施例にて説明したように本発明では次の効果があ
る。
(1)従来例になかった2ケ所以上の故障診断が可能に
なるので機械の保守が容易となる。
(2)故障の隠ぺいが可能になるので、機械の稼動率が
大巾に向上する。
(3)擬似信号の大きさによって、機械の劣化診断や対
環境性の性能把握にも役立つ。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すサーボ系のブロック
図、第2図は従来の一例のサーボ系のブロック図であ
る。 図中、 100はD/A擬似信号発生器、101,103,107,109は加算器,10
2はサーボアンプ擬似信号発生器,104は擬似負荷発生器,
105は負荷機構,106はタコジェネレータ擬似信号発生器,
108は位置センサ擬似信号発生器,30,31,32,33,130,131
は観測手段である。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−226907(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】位置、速度、又は力を目標値とするサーボ
    系であって、位置制御器とその位置偏差信号観測手段、
    D/A変換器とその出力信号観測手段、サーボアンプ、モ
    ータとその電流観測手段、減速機構とその変位観測手段
    を主回路に順に有し、更にタコジェネレータを含む速度
    フィードバック系、及び位置センサを含む位置フィード
    バック系を有する機械の故障診断方式において、 D/A疑似信号発生器に接続される加算器、サーボアンプ
    疑似信号発生器に接続される加算器とこの加算出力観測
    手段、疑似負荷発生器に接続される負荷機構をそれぞれ
    主回路に加え、 速度フィードバック系ではタコジェネレータ疑似信号発
    生器に接続される加算器とこの加算出力観測手段を加
    え、 位置フィードバック系では位置センサ疑似信号発生器に
    接続される加算器とを加え、 たことを特徴とする機械のサーボ系の故障診断方式。
JP61291527A 1986-12-09 1986-12-09 機械のサ−ボ系の故障診断方式 Expired - Lifetime JPH07120187B2 (ja)

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