(57)【要約】【課題】モータなどの回転系で異常が発生した際に励起される振動を測定するための専用の測定器を用いることなく、その異常により励起される振動を抽出すること。【解決手段】外乱成分算出部３は、モータ電流指令ｓｉとモータ速度ｖｍとからモータ電流指令ｓｉに含まれるトルク外乱τｄを算出し、回転同期外乱成分抽出部４は、外乱成分算出部３にて算出されたトルク外乱τｄから、モータ２の回転数に同期した周期のトルク外乱τｄの大きさを抽出し、回転数同期振動増加判別部８は、回転同期外乱成分抽出部４からの出力値がしきい値以上となった場合、回転数同期振動が増加したと判別する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ電流指令、モータ電流、モータ加速度およびモータ速度のいずれか少なくとも１つの信号に含まれる外乱成分を算出する外乱成分算出部と、
前記外乱成分算出部にて算出された外乱成分から、モータの回転数に同期した周期の外乱成分の大きさを抽出する回転同期外乱成分抽出部とを備えることを特徴とする異常監視装置。
【請求項２】
前記外乱成分算出部は、前記モータ電流指令と前記モータ速度とから前記外乱成分としてトルク外乱を算出することを特徴とする請求項１に記載の異常監視装置。
【請求項３】
前記外乱成分算出部は、前記モータ電流と前記モータ速度とから前記外乱成分としてトルク外乱を算出することを特徴とする請求項１に記載の異常監視装置。
【請求項４】
前記外乱成分算出部は、モデル速度と前記モータ速度との差分に基づいて前記外乱成分を算出することを特徴とする請求項１に記載の異常監視装置。
【請求項５】
前記外乱成分算出部は、モデル加速度と前記モータ加速度との差分に基づいて前記外乱成分を算出することを特徴とする請求項１に記載の異常監視装置。
【請求項６】
前記回転同期外乱成分抽出部は、
前記外乱成分算出部にて算出された外乱成分を所定のモータ変位幅に従ってサンプリングする回転数同期信号サンプリング部と、
前記回転数同期信号サンプリング部にてサンプリングされた外乱成分から、前記モータの回転数のｎ（ｎは正の整数）倍の周波数成分を抽出する回転数同期周期バンドパスフィルタとを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の異常監視装置。
【請求項７】
前記回転同期外乱成分抽出部は、
前記外乱成分算出部にて算出された外乱成分から、前記モータの回転数のｎ（ｎは正の整数）倍に対応した周期の振動の振幅を同定し、前記モータの回転数に同期した周期の外乱成分の大きさとして出力する回転数同期振動振幅同定部を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の異常監視装置。
【請求項８】
前記回転同期外乱成分抽出部は、
前記外乱成分算出部にて算出された外乱成分から、前記モータの回転数のｎａ（ｎａは正の整数）倍に対応した周期の振動の振幅および前記モータの回転数のｎｂ（ｎｂはｎａと異なる正の整数）倍に対応した周期の振動の振幅を同定し、前記モータの回転数に同期した周期の外乱成分の大きさとして出力する回転数同期振動振幅同定部を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の異常監視装置。
【請求項９】
前記回転同期外乱成分抽出部は、
前記モータの回転数に同期した周期の外乱成分の大きさの実効値を算出する実効値算出部をさらに備えることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の異常監視装置。
【請求項１０】
前記回転同期外乱成分抽出部からの出力値がしきい値以上となった場合、回転数同期振動が増加したと判別する回転数同期振動増加判別部をさらに備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の異常監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異常監視装置に関し、特に、産業用ロボット、実装機、射出成形機、工作機械、印刷機、半導体製造装置、包装機、エレベータ、空調機、車載機器などの設備診断方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用ロボット、実装機、射出成形機、工作機械、印刷機、半導体製造装置、包装機、エレベータ、空調機、車載機器などで用いられる回転機械に異常が発生すると、その回転に同期した振動が発生もしくは大きくなる場合がある。このため、その異常に伴なって発生する回転機械の振動を検出し、その検出結果に基づいて回転機械の異常の発生を判別することが行われることがある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、モータなどの回転機械で構成されたメカニカルシステムにおいて、回転機械の振動を検知することで、異常部位や異常原因を判定する方法が開示されている。すなわち、モータなどの回転系で発生する振動の変位、速度、加速度が回転系の回転速度と共に測定され、測定された振動の加速度信号は、ハイパスフィルタに通されることで高周波領域成分のみが抽出される。そして、測定された振動の信号が整流され包絡線処理が行われた後、包絡線処理された振動信号及び回転周期信号が一定のサンプリング周期でサンプリングされる。続いて、予め設定された標準回転周期と回転系の回転周期との比率から、回転周期信号と同時にサンプリングされた振動信号の時間間隔の変更処理が行われ、この変更処理が施された振動信号の周波数解析若しくは自己相関解析に基づいて、異常部位又は異常原因の判定が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２７９８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、モータの加減速動作の制御に用いられる状態量（回転位置、速度、印加する電流値など）だけでなく、モータなどの回転系で異常が発生した際に励起される振動を測定するための専用の測定器（センサ）が必要となる。このため、メカニカルシステムの制御系にかかるコストが高くなるという問題があった。
【０００６】
また、特許文献１に開示された方法では、周波数解析もしくは自己相関解析を行う必要があるとともに、回転周期信号と同時にサンプリングされたデータを一旦記録しておく必要がある。このため、回転周期信号と同時にサンプリングされたデータを記憶するメモリが必要となるほか、周波数解析もしくは自己相関解析を行う機能を持たせる必要があり、異常部位又は異常原因の判定を行う診断装置のコストが高くなるという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータなどの回転系で異常が発生した際に励起される振動を測定するための専用の測定器を用いることなく、その異常により励起される振動を抽出することが可能な異常監視装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の異常監視装置は、モータ電流指令、モータ電流、モータ加速度およびモータ速度のいずれか少なくとも１つの信号に含まれる外乱成分を算出する外乱成分算出部と、前記外乱成分算出部にて算出された外乱成分から、モータの回転数に同期した周期の外乱成分の大きさを抽出する回転同期外乱成分抽出部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、モータなどの回転系で異常が発生した際に励起される振動を測定するための専用の測定器を用いることなく、その異常により励起される振動を抽出することが可能という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明に係る異常監視装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明に係る異常監視装置の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明に係る異常監視装置の実施の形態４の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明に係る異常監視装置の実施の形態５の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明に係る異常監視装置の実施の形態６の概略構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、図５のモデル速度算出部１０の概略構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る異常監視装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る異常監視装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。図１において、異常監視装置１１には、外乱成分算出部３、回転同期外乱成分抽出部４および回転数同期振動増加判別部８が設けられている。また、回転同期外乱成分抽出部４には、回転数同期信号サンプリング部５、回転数同期周期バンドパスフィルタ６および実効値算出部７が設けられている。また、異常監視装置１１にて異常の監視が行われる回転系には、位置・速度制御部１およびモータ２が設けられている。
【００１３】
ここで、外乱成分算出部３は、モータ電流指令ｓｉとモータ速度ｖｍとからモータ電流指令ｓｉに含まれるトルク外乱τｄを算出することができる。回転同期外乱成分抽出部４は、外乱成分算出部３にて算出されたトルク外乱τｄから、モータ２の回転数に同期した周期のトルク外乱τｄの大きさを抽出することができる。なお、モータ２の回転数に同期した周期は、モータ２の回転数のｎ（ｎは正の整数）倍に対応した周期（例えば、モータ２の回転数の２倍、４倍などに対応した周期）とすることができる。回転数同期振動増加判別部８は、回転同期外乱成分抽出部４からの出力値がしきい値以上となった場合、回転数同期振動が増加したと判別することができる。
【００１４】
回転数同期信号サンプリング部５は、外乱成分算出部３にて算出されたトルク外乱τｄ所定のモータ変位幅ｓｄに従ってサンプリングすることができる。回転数同期周期バンドパスフィルタ６は、回転数同期信号サンプリング部５にてサンプリングされたトルク外乱τｄから、モータ２の回転数のｎ倍の周波数成分を抽出することができる。例えば、回転数同期周期バンドパスフィルタ６は、モータ２の回転数のｎ倍の周波数成分に対応した通過帯域を持つように構成することができる。実効値算出部７は、モータ２の回転数に同期した周期のトルク外乱τｄの大きさの実効値を算出することができる。
【００１５】
そして、位置指令ｓｐが位置・速度制御部１に入力されると、位置指令ｓｐに対応したモータ電流指令ｓｉが生成され、モータ２および外乱成分算出部３に送られる。そして、モータ電流指令ｓｉがモータ２に送られると、そのモータ電流指令ｓｉに基づいてモータ２が回転する。また、モータ速度ｖｍおよびモータ位置ｐｍがモータ２から検出され、モータ速度ｖｍは外乱成分算出部３に送られるとともに、モータ位置ｐｍは回転数同期信号サンプリング部５に送られる。
【００１６】
そして、モータ電流指令ｓｉとモータ速度ｖｍが外乱成分算出部３に送られると、モータ電流指令ｓｉとモータ速度ｖｍとからモータ電流指令ｓｉに含まれるトルク外乱τｄが算出され、トルク外乱τｄが回転数同期信号サンプリング部５に出力される。
【００１７】
ここで、トルク外乱τｄは、以下のようにして求めることができる。すなわち、モータ２のトルク定数をＫｔ、モータ２と機械を合計した等価イナーシャをＪ、モータ速度ｖｍの差分から算出したモータ加速度をａｍ、粘性摩擦係数をｆｖ、クーロン摩擦係数をｆｃとすると、ｖｍ＞０の場合、モータトルクの推定値τｈは、以下の（１）式で与えることができる。
τｈ＝J＊ａｍ＋ｆｖ＊ｖｍ＋ｆｃ                                    ・・・（１）
【００１８】
一方、ｖｍ＜０の場合、モータトルクの推定値τｈは、以下の（２）式で与えることができる。
τｈ＝J＊ａｍ＋ｆｖ＊ｖｍ−ｆｃ                                    ・・・（２）
【００１９】
（１）式および（２）式から、実際のトルクτがτ＝Ｋｔ＊ｉで与えられるものとすると、トルク外乱τｄは、以下の（３）式で与えることができる。
τｄ＝τ−τｈ                                                  ・・・（３）
【００２０】
次に、外乱成分算出部３にて算出されたトルク外乱τｄと、モータ２から検出されたモータ位置ｐｍが回転数同期信号サンプリング部５に入力されると、モータ位置ｐｍがモータ変位幅ｓｄに基づいて決定される刻み位置を越えるごとに、トルク外乱τｄの値が回転数同期周期バンドパスフィルタ６に出力される。
【００２１】
例えば、第ｋ（ｋは正の整数）回目の周期のトルク外乱τｄをτｄ［ｋ］、モータ位置ｐｍをｐｍ［ｋ］とする。また、回転数同期周期バンドパスフィルタ６への前回の出力が第ｊ回目の出力であったとし、第ｊ回目の出力を行った時の刻み位置をｋｐｍ［ｊ］とする。
【００２２】
そして、ｖｍ＞０の場合、ｐｍ［ｋ］−ｋｐｍ［ｊ］＜ｓｄの時は刻み位置を越えていない。このため、回転数同期信号サンプリング部５では、この時に入力されたトルク外乱τｄ［ｋ］のサンプリングは行われず、トルク外乱τｄの値は回転数同期周期バンドパスフィルタ６に出力されない。
【００２３】
一方、ｐｍ［ｋ］−ｋｐｍ［ｊ］＞ｓｄの時は、回転数同期信号サンプリング部５では、以下の（４）式および（５）式に従って、ｄｐ１、ｄｐ２が算出される。
ｄｐ１=ｐｍ［ｋ］−ｋｐｍ［ｊ］−ｓｄ                              ・・・（４）
ｄｐ２＝ｓｄ−ｐｍ［ｋ−１］＋ｋｐｍ［ｊ］                        ・・・（５）
【００２４】
そして、ｄｐ１＜ｄｐ２の場合は、トルク外乱τｄ［ｋ］が回転数同期周期バンドパスフィルタ６に出力され、ｄｐ１＞ｄｐ２の場合は、トルク外乱τｄ［ｋ−１］が回転数同期周期バンドパスフィルタ６に出力される。
【００２５】
そして、トルク外乱τｄの値が回転数同期周期バンドパスフィルタ６に出力されると、その出力は第ｊ＋１回目の出力であるので、第ｊ＋１回目の出力を行った時の刻み位置ｋｐｍ［ｊ＋１］をｋｐｍ［ｊ］＋ｓｄに更新される。
【００２６】
なお、上記の例では、モータ位置ｐｍが、モータ変位幅ｓｄに基づいて決定される刻み位置を越えるごとに、刻み位置に近い方の値を出力する方法について説明したが、刻み位置までの距離に応じて重み付け和を算出して出力するようにしてもよい。例えば、（ｄｐ２＊τｄ［ｋ］＋ｄｐ１＊τｄ［ｋ−１］）／（ｄｐ１＋ｄｐ２）という値を回転数同期周期バンドパスフィルタ６に出力してもよい。また、上記の例では、ｖｍ＞０の場合を例に挙げたが、ｖｍ＜０の場合も同様である。
【００２７】
回転数同期周期バンドパスフィルタ６では、回転数同期信号サンプリング部５からデータが入力されるたびに、バンドパスフィルタの演算を実施する。バンドパスフィルタのパラメータは指定された回転数のｎ倍の成分を通過させる値に設定しておく。このようにしておくことにより、回転数同期信号サンプリング部５にてサンプリングされたトルク外乱τｄの値からモータ２の回転数のｎ倍の周波数成分が抽出される。回転数同期周期バンドパスフィルタ６の出力は、実効値算出部７へ出力される。
【００２８】
そして、モータ２の回転数のｎ倍の周波数成分が実効値算出部７に入力されると、その絶対値が算出され、さらに１次遅れフィルタなどのローパスフィルタに通されることで、モータ２の回転数のｎ倍の周波数成分の実効値が算出され、回転数同期振動増加判別部８に出力される。
【００２９】
そして、回転数同期振動増加判別部８において、モータ２の回転数のｎ倍の周波数成分の実効値がしきい値と比較され、モータ２の回転数のｎ倍の周波数成分の実効値がしきい値以上となった場合、回転数同期振動が増加したと判別される。
【００３０】
これにより、モータなどの回転系で異常が発生した際に励起される振動を測定するための専用の測定器を用いることなく、その異常により励起される振動を抽出することができる。このため、メカニカルシステムの制御系にかかるコストを下げることができる。
【００３１】
また、周波数解析もしくは自己相関解析を行うことなく、回転数同期振動の増加を判別することが可能となる。このため、回転周期信号と同時にサンプリングされたデータを一旦記録しておく必要がなくなるとともに、周波数解析もしくは自己相関解析を行う機能を持たせる必要がなくなる。この結果、異常監視装置１１のコストを下げることが可能となるとともに、モータ２を通常に動作させることで取得可能なデータから、回転数同期振動が増加したかどうかを判別することができ、回転機械の異常の発生を常時監視することが可能となる。
【００３２】
さらに、回転数同期信号サンプリング部５にてサンプリングされたトルク外乱τｄから、モータ２の回転数のｎ倍の周波数成分を抽出させることにより、異常により励起される振動の周波数成分が、加減速による信号の周波数成分に埋もれた場合においても、加減速による信号の周波数成分を除去することができる。このため、振動測定用の測定器を用いることなく、異常により励起される振動の周波数成分の変化を抽出させることができ、異常診断精度の低下を抑制することができる。
【００３３】
なお、上述した実施の形態１では、回転同期外乱成分抽出部４に実効値算出部７を設ける方法について説明したが、実効値算出部７はなくてもよい。また、上述した実施の形態１では、異常監視装置１１に回転数同期振動増加判別部８を設ける方法について説明したが、回転数同期振動増加判別部８は異常監視装置１１とは別個に設けるようにしてもよい。
【００３４】
実施の形態２．
図２は、本発明に係る異常監視装置の実施の形態２の概略構成を示すブロック図である。図２において、異常監視装置２１には、図１の回転同期外乱成分抽出部４の代わりに、回転同期外乱成分抽出部１４が設けられている。そして、回転同期外乱成分抽出部１４には、図１の回転数同期信号サンプリング部５および回転数同期周期バンドパスフィルタ６の代わりに、回転数同期振動振幅同定部９が設けられている。
【００３５】
ここで、回転数同期振動振幅同定部９は、外乱成分算出部３にて算出されたトルク外乱τｄから、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅を同定し、モータ２の回転数に同期した周期のトルク外乱τｄの大きさとして出力することができる。
【００３６】
そして、位置指令ｓｐが位置・速度制御部１に入力されると、位置指令ｓｐに対応したモータ電流指令ｓｉが生成され、モータ２および外乱成分算出部３に送られる。そして、モータ電流指令ｓｉがモータ２に送られると、そのモータ電流指令ｓｉに基づいてモータ２が回転する。また、モータ速度ｖｍおよびモータ位置ｐｍがモータ２から検出され、モータ速度ｖｍは外乱成分算出部３に送られるとともに、モータ位置ｐｍは回転数同期振動振幅同定部９に送られる。
【００３７】
そして、モータ電流指令ｓｉとモータ速度ｖｍが外乱成分算出部３に送られると、モータ電流指令ｓｉとモータ速度ｖｍとからモータ電流指令ｓｉに含まれるトルク外乱τｄが算出され、トルク外乱τｄが回転数同期振動振幅同定部９に出力される。
【００３８】
次に、外乱成分算出部３にて算出されたトルク外乱τｄと、モータ２から検出されたモータ位置ｐｍが回転数同期振動振幅同定部９に入力されると、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅が同定され、モータ２の回転数に同期した周期のトルク外乱τｄの大きさとして実効値算出部７に出力される。
【００３９】
ここで、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅は、以下のようにして同定することができる。すなわち、外乱成分算出部３で算出されたトルク外乱τｄが、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動であるとみなすと、トルク外乱τｄは、以下の（６）式で与えることができる。
τｄ=ｖｌ＊ｓｉｎ（ｎ＊Ｐｍ＋φ）                                ・・・（６）
【００４０】
ただし、ｖｌは、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅である。
【００４１】
ここで、ｐａｒａ１＝ｖｌ＊ｃｏｓφ、ｐａｒａ２＝ｖｌ＊ｓｉｎφと定義すると、（６）式は、以下の（７）式で与えることができる。
τｄ＝ｐａｒａ１＊ｓｉｎ（ｎ＊Ｐｍ）＋ｐａｒａ２＊ｃｏｓ（ｎ＊Ｐｍ）・・・（７）
【００４２】
ここで、第ｋ回目の同定周期での値をｋとする（例えば、Ｐｍｋ、Ｐｖｉｂｋなど）。また、ｐａｒａ１、ｐａｒａ２の逐次推定値をｐｈ１、ｐｈ２とする。さらに、ベクトルｙｐｋ、ｐｋ、ｒｐｋと、行列Ｒｐｋをそれぞれ以下の（８）式〜（１１）式で定義する。
ｙｐｋ＝［ｓｉｎ（ｎ＊Ｐｍｋ），  ｃｏｓ（ｎ＊Ｐｍｋ）］            ・・・（８）
ｐｋ＝［ｐｈ１ｋ，ｐｈ２ｋ］                                        ・・・（９）
Ｒｐｋ＝Ｒｐｋ−１＋ｍｏｉｔ＊（−σ＊Ｒｐｋ−１＋ｙｐｋＴｙｐｋ）    ・・・（１０）
ｒｐｋ＝ｒｐｋ−１＋ｍｏｉｔ＊（−σ＊ｒｐｋ−１＋τｄｋ＊ｙｐｋ）    ・・・（１１）
【００４３】
この場合、第ｋ回目の同定周期でのｐａｒａ１、ｐａｒａ２の逐次推定値は、以下の（１２）式で与えることができる。
ｐｋ＝ｐｋ−１−ｍｏｉｔ＊Ｇ（Ｒｐｋ・ｐｋ−１−ｒｐｋ）              ・・・（１２）
【００４４】
ただし、ｍｏｉｔは推定周期、σは定数、Ｇは定数行列である。
【００４５】
そして、逐次推定したｐｋ＝［ｐｈ１ｋ，ｐｈ２ｋ］から、振幅ｖｌの第ｋ周期での推定値は、以下の（１３）式で与えることができる。
ｖｌｋ＝ｓｑｒｔ（ｐｈ１ｋ＊ｐｈ１ｋ＋ｐｈ２ｋ＊ｐｈ２ｋ）        ・・・（１３）
【００４６】
そして、回転数同期振動振幅同定部９は、（１３）式で算出したｖｌｋを出力することができる。
【００４７】
そして、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅が実効値算出部７に入力されると、その絶対値が算出され、さらに１次遅れフィルタなどのローパスフィルタに通されることで、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅の実効値が算出され、回転数同期振動増加判別部８に出力される。
【００４８】
そして、回転数同期振動増加判別部８において、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅の実効値がしきい値と比較され、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅の実効値がしきい値以上となった場合、回転数同期振動が増加したと判別される。
【００４９】
これにより、モータなどの回転系で異常が発生した際に励起される振動を測定するための専用の測定器を用いることなく、その異常により励起される振動を抽出することができる。このため、メカニカルシステムの制御系にかかるコストを下げることができる。
【００５０】
また、周波数解析もしくは自己相関解析を行うことなく、回転数同期振動の増加を判別することが可能となる。このため、回転周期信号と同時にサンプリングされたデータを一旦記録しておく必要がなくなるとともに、周波数解析もしくは自己相関解析を行う機能を持たせる必要がなくなる。この結果、異常監視装置２１のコストを下げることが可能となるとともに、モータ２を通常に動作させることで取得可能なデータから、回転数同期振動が増加したかどうかを判別することができ、回転機械の異常の発生を常時監視することが可能となる。
【００５１】
さらに、回転数同期振動振幅同定部９にてモータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅を同定させることにより、異常により励起される振動の周波数成分が、加減速による信号の周波数成分に埋もれた場合においても、加減速による信号の周波数成分を除去することができる。このため、振動測定用の測定器を用いることなく、異常により励起される振動の周波数成分の変化を抽出させることができ、異常診断精度の低下を抑制することができる。
【００５２】
なお、上述した実施の形態２では、異常監視装置２１に回転数同期振動増加判別部８を設ける方法について説明したが、回転数同期振動増加判別部８は異常監視装置２１とは別個に設けるようにしてもよい。
【００５３】
実施の形態３．
上述した実施の形態２では、回転数同期振動振幅同定部９は、外乱成分算出部３にて算出されたトルク外乱τｄから、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅を同定する方法について説明した。これに対して、回転数同期振動振幅同定部９は、外乱成分算出部３にて算出されたトルク外乱τｄから、モータ２の回転数のｎａ（ｎａは正の整数）倍に対応した周期の振動の振幅およびモータ２の回転数のｎｂ（ｎｂはｎａと異なる正の整数）倍に対応した周期の振動の振幅を同定し、モータ２の回転数に同期した周期の外乱成分の大きさとして出力するようにしてもよい。
【００５４】
すなわち、回転数同期振動振幅同定部９は、トルク外乱τｄがモータ２の回転数のｎａ倍に対応した周期の振動と、ｎｂ倍に対応した周期の振動の和であるとみなし、ｎａ倍に対応した周期の振動の振幅と、ｎｂ倍に対応した周期の振動の振幅を一括して算出するようにしてもよい。
【００５５】
すなわち、外乱成分算出部３で算出されたトルク外乱τｄが、モータ２の回転数のｎａ倍に対応した周期の振動と、ｎｂ倍に対応した周期の振動の和であるとみなすと、トルク外乱τｄは、以下の（１４）式で与えることができる。
τｄ＝ｖｌａ＊ｓｉｎ（ｎａ＊Ｐｍ＋φａ）＋ｖｌａ＊ｓｉｎ（ｎａ＊Ｐｍ＋φａ）
・・・（１４）
【００５６】
ただし、ｖｌａは、モータ２の回転数のｎａ倍に対応した周期の振動の振幅、ｖｌｂは、モータ２の回転数のｎｂ倍に対応した周期の振動の振幅である。
【００５７】
ここで、ｐａｒａ１ａ＝ｖｌａ＊ｃｏｓφａ、ｐａｒａ２ａ＝ｖｌａ＊ｓｉｎφａ，ｐａｒａ１ｂ＝ｖｌｂ＊ｃｏｓφｂ、ｐａｒａ２ｂ＝ｖｌｂ＊ｓｉｎφｂと定義すると、（１４）式は、以下の（１５）式で与えることができる。
τｄ＝ｐａｒａ１ａ＊ｓｉｎ（ｎａ＊Ｐｍ）＋ｐａｒａ２ａ＊ｃｏｓ（ｎａ＊Ｐｍ）
＋ｐａｒａ１ｂ＊ｓｉｎ（ｎｂ＊Ｐｍ）＋ｐａｒａ２ｂ＊ｃｏｓ（ｎｂ＊Ｐｍ）
・・・（１５）
【００５８】
ここで、ｐａｒａ１ａ、ｐａｒａ２ａ、ｐａｒａ１ｂ、ｐａｒａ２ｂの逐次推定値をｐｈ１ａ、ｐｈ２ａ、ｐｈ１ｂ、ｐｈ２ｂとする。さらに、ベクトルｙｐｋ、ｐｋ、ｒｐｋと行列Ｒｐｋをそれぞれ以下の（１６）式〜（１９）式で定義する。
ｙｐｋ＝［ｓｉｎ（ｎａ＊Ｐｍｋ），ｃｏｓ（ｎａ＊Ｐｍｋ），ｓｉｎ（ｎｂ＊Ｐｍｋ），ｃｏｓ（ｎｂ＊Ｐｍｋ）］                                          ・・・（１６）
ｐｋ＝［ｐｈ１ａｋ，ｐｈ２ａｋ，ｐｈ１ｂｋ，ｐｈ２ｂｋ］            ・・・（１７）
Ｒｐｋ＝Ｒｐｋ−１＋ｍｏｉｔ＊（−σ＊Ｒｐｋ−１＋ｙｐｋＴｙｐｋ）      ・・・（１８）
ｒｐｋ＝ｒｐｋ−１＋ｍｏｉｔ＊（−σ＊ｒｐｋ−１＋τｄｋ＊ｙｐｋ）    ・・・（１９）
【００５９】
この場合、第ｋ回目の同定周期でのｐａｒａ１ａ、ｐａｒａ２ａ、ｐａｒａ１ｂ、ｐａｒａ２ｂの逐次推定値は、以下の（２０）式で与えることができる。
ｐｋ＝ｐｋ−１−ｍｏｉｔ＊Ｇ（Ｒｐｋ・ｐｋ−１−ｒｐｋ）              ・・・（２０）
【００６０】
そして、逐次推定したｐｋから、振幅ｖｌａ、ｖｌｂの第ｋ周期での推定値は、以下の（２１）式および（２２）式で与えることができる。
ｖｌａｋ＝ｓｑｒｔ（ｐｈ１ａｋ＊ｐｈ１ａｋ＋ｐｈ２ａｋ＊ｐｈ２ａｋ）・・・（２１）
ｖｌｂｋ＝ｓｑｒｔ（ｐｈ１ｂｋ＊ｐｈ１ｂｋ＋ｐｈ２ｂｋ＊ｐｈ２ｂｋ）・・・（２２）
【００６１】
そして、回転数同期振動振幅同定部９は、（２１）式および（２２）式で算出したｖｌａｋ、ｖｌｂｋを出力することができる。
【００６２】
なお、上述した実施の形態３では、トルク外乱τｄがモータ２の回転数のｎａ倍に対応した周期の振動と、ｎｂ倍に対応した周期の振動の和であるとみなし、ｎａ倍に対応した周期の振動の振幅と、ｎｂ倍に対応した周期の振動の振幅を一括して算出する方法について説明した。これに対して、トルク外乱τｄがモータ２の回転数の整数倍に対応した３個以上の周期の振動の和であるとみなし、モータ２の回転数の整数倍に対応した３個以上の周期の振動の振幅を一括して算出するようにしてもよい。
【００６３】
実施の形態４．
図３は、本発明に係る異常監視装置の実施の形態４の概略構成を示すブロック図である。図３において、異常監視装置３１には、図１の回転同期外乱成分抽出部４の代わりに、回転同期外乱成分抽出部２４が設けられている。そして、回転同期外乱成分抽出部２４には、図１の回転数同期信号サンプリング部５、回転数同期周期バンドパスフィルタ６および実効値算出部７に加え、図２の回転数同期振動振幅同定部９が設けられている。
【００６４】
そして、位置指令ｓｐが位置・速度制御部１に入力されると、位置指令ｓｐに対応したモータ電流指令ｓｉが生成され、モータ２および外乱成分算出部３に送られる。そして、モータ電流指令ｓｉがモータ２に送られると、そのモータ電流指令ｓｉに基づいてモータ２が回転する。また、モータ速度ｖｍおよびモータ位置ｐｍがモータ２から検出され、モータ速度ｖｍは外乱成分算出部３に送られるとともに、モータ位置ｐｍは回転数同期信号サンプリング部５および回転数同期振動振幅同定部９に送られる。
【００６５】
そして、モータ電流指令ｓｉとモータ速度ｖｍが外乱成分算出部３に送られると、モータ電流指令ｓｉとモータ速度ｖｍとからモータ電流指令ｓｉに含まれるトルク外乱τｄが算出され、トルク外乱τｄが回転数同期信号サンプリング部５に出力される。
【００６６】
次に、外乱成分算出部３にて算出されたトルク外乱τｄと、モータ２から検出されたモータ位置ｐｍが回転数同期信号サンプリング部５に入力されると、モータ位置ｐｍがモータ変位幅ｓｄに基づいて決定される刻み位置を越えるごとに、トルク外乱τｄの値が回転数同期周期バンドパスフィルタ６に出力される。
【００６７】
次に、回転数同期信号サンプリング部５にてサンプリングされたトルク外乱τｄの値が回転数同期周期バンドパスフィルタ６に入力されると、そのトルク外乱τｄの値から、モータ２の回転数のｎ倍の周波数成分が抽出され、回転数同期振動振幅同定部９に出力される。
【００６８】
次に、回転数同期周期バンドパスフィルタ６に抽出されたモータ２の回転数のｎ倍の周波数成分と、モータ２から検出されたモータ位置ｐｍが回転数同期振動振幅同定部９に入力されると、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅が同定され、モータ２の回転数に同期した周期のトルク外乱τｄの大きさとして実効値算出部７に出力される。
【００６９】
そして、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅が実効値算出部７に入力されると、その絶対値が算出され、さらに１次遅れフィルタなどのローパスフィルタに通されることで、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅の実効値が算出され、回転数同期振動増加判別部８に出力される。
【００７０】
そして、回転数同期振動増加判別部８において、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅の実効値がしきい値と比較され、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅の実効値がしきい値以上となった場合、回転数同期振動が増加したと判別される。
【００７１】
これにより、モータなどの回転系で異常が発生した際に励起される振動を測定するための専用の測定器を用いることなく、その異常により励起される振動を抽出することができる。このため、メカニカルシステムの制御系にかかるコストを下げることができる。
【００７２】
また、周波数解析もしくは自己相関解析を行うことなく、回転数同期振動の増加を判別することが可能となる。このため、回転周期信号と同時にサンプリングされたデータを一旦記録しておく必要がなくなるとともに、周波数解析もしくは自己相関解析を行う機能を持たせる必要がなくなる。この結果、異常監視装置３１のコストを下げることが可能となるとともに、モータ２を通常に動作させることで取得可能なデータから、回転数同期振動が増加したかどうかを判別することができ、回転機械の異常の発生を常時監視することが可能となる。
【００７３】
さらに、回転数同期振動振幅同定部９にてモータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅を同定させることにより、異常により励起される振動の周波数成分が、加減速による信号の周波数成分に埋もれた場合においても、加減速による信号の周波数成分を除去することができる。このため、振動測定用の測定器を用いることなく、異常により励起される振動の周波数成分の変化を抽出させることができ、異常診断精度の低下を抑制することができる。
【００７４】
なお、上述した実施の形態４では、回転同期外乱成分抽出部２４に実効値算出部７を設ける方法について説明したが、実効値算出部７はなくてもよい。また、上述した実施の形態４では、異常監視装置３１に回転数同期振動増加判別部８を設ける方法について説明したが、回転数同期振動増加判別部８は異常監視装置３１とは別個に設けるようにしてもよい。
【００７５】
実施の形態５．
図４は、本発明に係る異常監視装置の実施の形態５の概略構成を示すブロック図である。図４において、異常監視装置４１には、図２の回転同期外乱成分抽出部１４の代わりに、回転同期外乱成分抽出部３４が設けられている。そして、回転同期外乱成分抽出部３４には、回転数同期振動振幅同定部９が設けられている。
【００７６】
そして、位置指令ｓｐが位置・速度制御部１に入力されると、位置指令ｓｐに対応したモータ電流指令ｓｉが生成され、モータ２および外乱成分算出部３に送られる。そして、モータ電流指令ｓｉがモータ２に送られると、そのモータ電流指令ｓｉに基づいてモータ２が回転する。また、モータ速度ｖｍおよびモータ位置ｐｍがモータ２から検出され、モータ速度ｖｍは外乱成分算出部３に送られるとともに、モータ位置ｐｍは回転数同期振動振幅同定部９に送られる。
【００７７】
そして、モータ電流指令ｓｉとモータ速度ｖｍが外乱成分算出部３に送られると、モータ電流指令ｓｉとモータ速度ｖｍとからモータ電流指令ｓｉに含まれるトルク外乱τｄが算出され、トルク外乱τｄが回転数同期振動振幅同定部９に出力される。
【００７８】
次に、外乱成分算出部３にて算出されたトルク外乱τｄと、モータ２から検出されたモータ位置ｐｍが回転数同期振動振幅同定部９に入力されると、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅が同定され、回転数同期振動増加判別部８に出力される。
【００７９】
そして、回転数同期振動増加判別部８において、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅がしきい値と比較され、モータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅がしきい値以上となった場合、回転数同期振動が増加したと判別される。
【００８０】
これにより、モータなどの回転系で異常が発生した際に励起される振動を測定するための専用の測定器を用いることなく、その異常により励起される振動を抽出することができる。このため、メカニカルシステムの制御系にかかるコストを下げることができる。
【００８１】
また、周波数解析もしくは自己相関解析を行うことなく、回転数同期振動の増加を判別することが可能となる。このため、回転周期信号と同時にサンプリングされたデータを一旦記録しておく必要がなくなるとともに、周波数解析もしくは自己相関解析を行う機能を持たせる必要がなくなる。この結果、異常監視装置４１のコストを下げることが可能となるとともに、モータ２を通常に動作させることで取得可能なデータから、回転数同期振動が増加したかどうかを判別することができ、回転機械の異常の発生を常時監視することが可能となる。
【００８２】
さらに、回転数同期振動振幅同定部９にてモータ２の回転数のｎ倍に対応した周期の振動の振幅を同定させることにより、異常により励起される振動の周波数成分が、加減速による信号の周波数成分に埋もれた場合においても、加減速による信号の周波数成分を除去することができる。このため、振動測定用の測定器を用いることなく、異常により励起される振動の周波数成分の変化を抽出させることができ、異常診断精度の低下を抑制することができる。
【００８３】
なお、上述した実施の形態５では、異常監視装置４１に回転数同期振動増加判別部８を設ける方法について説明したが、回転数同期振動増加判別部８は異常監視装置４１とは別個に設けるようにしてもよい。
【００８４】
また、上述した実施の形態では、外乱成分算出部３は、モータ電流指令ｓｉとモータ速度ｖｍとからモータ電流指令ｓｉに含まれるトルク外乱τｄを算出する方法について説明したが、モータ電流指令、モータ電流、モータ加速度およびモータ速度のいずれか少なくとも１つの信号に含まれる外乱成分を算出するようにしてもよい。例えば、外乱成分算出部３は、モータ電流とモータ速度ｖｍとからモータ電流に含まれるトルク外乱を算出するようにしてもよい。あるいは、理想的なモータ速度に対応するモデル速度とモータ速度との差分に基づいて外乱成分を算出するようにしてもよい。あるいは、理想的なモータ加速度に対応するモデル加速度とモータ加速度との差分に基づいて外乱成分を算出するようにしてもよい。
【００８５】
実施の形態６．
図５は、本発明に係る異常監視装置の実施の形態６の概略構成を示すブロック図である。図５において、異常監視装置５１には、図１の外乱成分算出部３の代わりに、外乱成分算出部１３が設けられている。また、異常監視装置１１にて異常の監視が行われる回転系には、位置・速度制御部１およびモータ２に加え、モデル速度算出部１０が設けられている。ここで、モデル速度算出部１０は、位置指令ｓｐに基づいてモデル速度ｍｖを算出することができる。外乱成分算出部１３は、モデル速度ｍｖとモータ速度ｖｍとの差分に基づいて外乱成分ｄを算出することができる。
【００８６】
そして、位置指令ｓｐが位置・速度制御部１に入力されると、位置指令ｓｐに対応したトルク指令ｓｔが生成され、モータ２に送られる。そして、トルク指令ｓｔがモータ２に送られると、そのトルク指令ｓｔに基づいてモータ２が回転する。また、モータ速度ｖｍおよびモータ位置ｐｍがモータ２から検出され、モータ速度ｖｍは外乱成分算出部１３に送られるとともに、モータ位置ｐｍは回転数同期信号サンプリング部５に送られる。
【００８７】
また、位置指令ｓｐがモデル速度算出部１０に入力されると、位置指令ｓｐに基づいてモデル速度ｍｖが算出され、外乱成分算出部１３に送られる。
【００８８】
そして、モデル速度ｍｖとモータ速度ｖｍが外乱成分算出部１３に送られると、モデル速度ｍｖとモータ速度ｖｍとの差分から外乱成分ｄが算出され、外乱成分ｄが回転数同期信号サンプリング部５に出力される。
【００８９】
次に、外乱成分算出部１３にて算出された外乱成分ｄと、モータ２から検出されたモータ位置ｐｍが回転数同期信号サンプリング部５に入力されると、モータ位置ｐｍがモータ変位幅ｓｄに基づいて決定される刻み位置を越えるごとに、外乱成分ｄの値が回転数同期周期バンドパスフィルタ６に出力される。
【００９０】
次に、回転数同期信号サンプリング部５にてサンプリングされた外乱成分ｄの値が回転数同期周期バンドパスフィルタ６に入力されると、その外乱成分ｄの値から、モータ２の回転数のｎ倍の周波数成分が抽出され、実効値算出部７に出力される。
【００９１】
そして、モータ２の回転数のｎ倍の周波数成分が実効値算出部７に入力されると、その絶対値が算出され、さらに１次遅れフィルタなどのローパスフィルタに通されることで、モータ２の回転数のｎ倍の周波数成分の実効値が算出され、回転数同期振動増加判別部８に出力される。
【００９２】
そして、回転数同期振動増加判別部８において、モータ２の回転数のｎ倍の周波数成分の実効値がしきい値と比較され、モータ２の回転数のｎ倍の周波数成分の実効値がしきい値以上となった場合、回転数同期振動が増加したと判別される。
【００９３】
これにより、モータなどの回転系で異常が発生した際に励起される振動を測定するための専用の測定器を用いることなく、その異常により励起される振動を抽出することができる。このため、メカニカルシステムの制御系にかかるコストを下げることができる。
【００９４】
また、周波数解析もしくは自己相関解析を行うことなく、回転数同期振動の増加を判別することが可能となる。このため、回転周期信号と同時にサンプリングされたデータを一旦記録しておく必要がなくなるとともに、周波数解析もしくは自己相関解析を行う機能を持たせる必要がなくなる。この結果、異常監視装置５１のコストを下げることが可能となるとともに、モータ２を通常に動作させることで取得可能なデータから、回転数同期振動が増加したかどうかを判別することができ、回転機械の異常の発生を常時監視することが可能となる。
【００９５】
さらに、回転数同期信号サンプリング部５にてサンプリングされた外乱成分ｄから、モータ２の回転数のｎ倍の周波数成分を抽出させることにより、異常により励起される振動の周波数成分が、加減速による信号の周波数成分に埋もれた場合においても、加減速による信号の周波数成分を除去することができる。このため、振動測定用の測定器を用いることなく、異常により励起される振動の周波数成分の変化を抽出させることができ、異常診断精度の低下を抑制することができる。
【００９６】
なお、上述した実施の形態６では、回転同期外乱成分抽出部４に実効値算出部７を設ける方法について説明したが、実効値算出部７はなくてもよい。また、上述した実施の形態６では、異常監視装置５１に回転数同期振動増加判別部８を設ける方法について説明したが、回転数同期振動増加判別部８は異常監視装置５１とは別個に設けるようにしてもよい。また、上述した実施の形態６では、異常監視装置５１とは別個にモデル速度算出部１０を設ける方法について説明したが、異常監視装置５１にモデル速度算出部１０を設けるようにしてもよい。
【００９７】
また、上述した異常監視装置５１では、図５の外乱成分算出部１３にて算出された外乱成分ｄを回転同期外乱成分抽出部４に入力する方法について説明したが、図５の外乱成分算出部１３にて算出された外乱成分ｄを図２の回転同期外乱成分抽出部１４に入力するようにしてもよいし、図５の外乱成分算出部１３にて算出された外乱成分ｄを図３の回転同期外乱成分抽出部２４に入力するようにしてもよいし、図５の外乱成分算出部１３にて算出された外乱成分ｄを図４の回転同期外乱成分抽出部３４に入力するようにしてもよい。
【００９８】
図６は、図５のモデル速度算出部１０の概略構成例を示すブロック図である。図６において、モデル速度算出部１０には、減算器６１、６３、比例制御器６２、６４および積分制御器６５、６６が設けられている。ここで、減算器６１の後段には比例制御器６２が接続されている。また、比例制御器６２の後段には減算器６３が接続されている。また、減算器６３の後段には比例制御器６４が接続されている。また、比例制御器６４の後段には積分制御器６５が接続されている。また、積分制御器６５の後段には積分制御器６６が接続されている。そして、積分制御器６５の出力は減算器６３に戻され、積分制御器６６の出力は減算器６１に戻されている。
【００９９】
そして、位置指令ｓｐが減算器６１に入力されると、積分制御器６６から出力されたモデル位置ｍｐと減算され、比例制御器６２に出力される。そして、比例制御器６２において減算器６１の出力が増幅された後、減算器６３に入力される。そして、減算器６３において比例制御器６２の出力が積分制御器６５から出力されたモデル速度ｍｖと減算され、比例制御器６４に出力される。そして、比例制御器６４において減算器６３の出力が増幅されることで、モデル加速度ｍａが生成され、積分制御器６５に入力される。そして、モデル加速度ｍａが積分制御器６５にて積分されることで、モデル速度ｍｖが生成され、積分制御器６６に入力されるとともに、図５の外乱成分算出部１３に入力される。さらに、モデル速度ｍｖが積分制御器６６にて積分されることで、モデル位置ｍｐが生成される。
【０１００】
なお、上述した実施の形態では、位置指令ｓｐに基づいて回転系の位置制御を行う制御装置に異常監視装置を適用した場合を例に挙げて説明した、速度指令に基づいて回転系の速度制御を行う制御装置に異常監視装置を適用するようにしてもよいし、トルク指令（もしくは力指令）に基づいて回転系のトルク制御（もしくは力制御）を行う制御装置に適用するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
以上のように本発明に係る異常監視装置は、モータなどの回転系で異常が発生した際に励起される振動を測定するための専用の測定器を用いることなく、その異常により励起される振動を抽出することができ、産業用ロボット、実装機、射出成形機、工作機械、印刷機、半導体製造装置、包装機、エレベータ、空調機、車載機器などの回転系での異常を診断する方法に適している。
【符号の説明】
【０１０２】
１  位置・速度制御部
２  モータ
３、１３  外乱成分算出部
４、１４、２４、３４  回転同期外乱成分抽出部
５  回転数同期信号サンプリング部
６  回転数同期周期バンドパスフィルタ
７  実効値算出部
８  回転数同期振動増加判別部
９  回転数同期振動振幅同定部
１０  モデル速度算出部
１１、２１、３１、４１、５１  異常監視装置
６１、６３  減算器
６２、６４  比例制御器
６５、６６  積分制御器
【図１】
2010271185.tif 000003
【図２】
2010271185.tif 000004
【図３】
2010271185.tif 000005
【図４】
2010271185.tif 000006
【図５】
2010271185.tif 000007
【図６】
2010271185.tif 000008