(57)【要約】【課題】  正確な故障診断が可能な診断機能付きモータ制御装置を提供する。【解決手段】  モータ位置検出器５からのモータ位置と位置指令により位置制御を行い速度指令を出力する位置制御部４と、速度指令とモータ位置より求めたモータ速度より速度制御を行ってトルク指令を出力する速度制御部３と、トルク指令より電流指令を出力する電流制御部２を備えたモータ制御装置において、位置指令を入力して速度指令を出力する位置／速度指令変換部９と、速度指令とモータ速度の差異を求める減算器と、その差異信号１２より確率密度関数を演算・推定する確率密度推定部１３と、確率密度関数を監視して異常な場合に警報を発する故障検出部１４と、を有するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ位置検出器からのモータ位置と位置指令により位置制御を行い速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令とモータ位置より求めたモータ速度より速度制御を行ってトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令より電流指令を出力する電流制御部を備えたモータ制御装置において、
前記位置指令を入力して速度指令を出力する位置／速度指令変換部と、前記速度指令と前記モータ速度の差異を求める減算器と、前記差異信号より確率密度関数を演算・推定する確率密度推定部と、前記確率密度関数を監視して異常な場合は警報を発する故障検出部と、を有することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
モータ位置検出器からのモータ位置と位置指令より位置制御を行い速度指令を出力し、前記速度指令とモータ速度より速度制御によりトルク指令を出力し、前記トルク指令より電流指令を出力してモータを駆動するモータ制御方法において、位置／速度指令変換部において位置指令を入力して速度指令を出力し、減算器により前記速度指令と前記モータ速度との差異を求め、前記差異より確率密度推定部において確率密度関数を推定・演算して故障検出を行う際に、速度が一定となる区間において前記確率密度関数を推定・演算して故障検出を行うことを特徴とするモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にロボットや工作機械等に用いられるモータ制御装置に関し、特に、異常診断機能を備えたモータ制御装置およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータ制御装置において確率密度関数を用いて異常発生を診断する例としては、例えば、特許文献１に開示の「診断機能を備えたモータ制御装置」が挙げられる。図３は従来の診断機能を備えたモータ制御装置のブロック図であり、位置・速度制御部２４は、位置検出器（エンコーダ）５で検出されたモータ位置（Ｐｆｂ）６を入力して、目標位置と位置６が一致するように位置制御、速度制御を行いトルク指令２３を電流制御部２へ出力してモータ１を駆動する。
確率密度関数演算部２５は、トルク指令２３を入力して、トルク指令の確率密度関数の標準偏差を算出する。異常診断部２６は標準偏差が一定水準（しきい値）を超えた場合に警報を発するもので、ノイズに影響されない診断が可能になる。
しかし、このモータ制御装置では、トルク指令の確率密度関数により異常診断を行うために、フィードバック制御を用いていない場合やフィードバック制御でのゲインが低い場合に異常振動が発生していても補償トルクが発生されないので異常検出が難しかった。
これを改善した回路が特許文献２に開示の「診断機能を備えたモータ制御装置」である。図４はこの診断機能付きモータ制御装置のブロック図で、確率密度関数演算部３５はモータ位置Ｐｆｂを入力して、モータ位置の確率密度関数の標準偏差を算出して標準偏差σＰｆｂがしきい値を超えた場合に警報を発するようにしたので、補償トルクが発生されない場合も異常診断が可能となった。
【０００３】
次に、以上の図３および図４の制御ブロック図で示した診断装置との比較のために、機械（負荷）の状態をセンサで検出して負荷の故障を検出する制御の例について説明する。  図５は従来のセンサを使用する故障検出システムのブロック図であり、モータに接続して稼動する機械（負荷）の状態をセンサで検出して異常診断を行う制御例であって、振動センサ４１を用いた軸受３８の振動検出系を示している。負荷３７がモータ３９によって運転されると、軸受け３８における振動は振動センサ４１によって検出される。センサ４１からの信号を用いて信号の確率密度関数は確率密度推定ブロック４２により計算／推定されるが、この場合は、更に、負荷側に特別なセンサ４１が必要になる。
図６は特許文献３に開示の「モータを動力源とする機械の動作状態モニタ装置およびモータを動力源とする機械の異常診断法」のブロック図であり、図６も図５の負荷機械の状態をセンサを用いて検出する制御系であって、負荷機械としてプレス機械用搬送装置等の異常診断を行うモニター装置である。このモニター装置は、モータ５１の消費電力を測定する電力測定器６１と、回転軸５３の回転角度を検出する回転角度測定器６２と、動作部位（プレス用搬送機械）５５の動作量を測定する動作量センサ６３を備えて、モニタ装置本体６４は消費電力、回転角度、動作量を関連付けたテーブルを記憶装置６５へ記憶しておいて、消費電力の確率密度関数を求めて異常測定を行うものである。
【特許文献１】特開２００３−７０２８７号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−３４８８８６号公報（図１）
【特許文献３】特開平９−１９８１２３号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献２記載の発明は、トルク指令の確率密度関数を用いた特許文献１記載の発明の欠点を改善してモータ位置Ｐｆｂを基に確率密度関数を演算するので、異常に対して制御装置が補償トルクを発生しない場合でも、一時的なノイズ等による誤検出が少ない異常診断が可能であるが、負荷条件又は位置指令の速度換算値の形状が変化すると、確率密度関数も変化してしまうので正確な故障状態の検知が難しいという問題があった。
また、図５記載の装置や図６に示す特許文献３記載の発明の場合は、負荷機械の稼動システム全体のモニター装置であって、特別なセンサーを必要とする装置なので、特許文献１および２の装置とは制御系が異なり装置および制御が複雑化するという問題があった。
そこで本発明は、これらの課題を解決するためになされたもので、特別なセンサー等を必要としない簡単な構成によって、モータ位置の代わりに位置／速度指令と速度の差異を用いて確率密度関数を求めることによって、負荷条件又は速度プロフィールの変化に影響されず、異常に対して制御装置が補償トルクを発生しない場合でも、一時的なノイズ等による誤検出の少ない異常診断機能付きのモータ制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明はモータ制御装置に係り、モータ位置検出器からのモータ位置と位置指令により位置制御を行い速度指令を出力する位置制御部と、前記速度指令とモータ位置より求めたモータ速度より速度制御を行ってトルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令より電流指令を出力する電流制御部を備えたモータ制御装置において、前記位置指令を入力して速度指令を出力する位置／速度指令変換部と、前記速度指令と前記モータ速度の差異を求める減算器と、前記差異信号より確率密度関数を演算・推定する確率密度推定部と、前記確率密度関数を監視して異常な場合は警報を発する故障検出部と、を有することを特徴としている。
また、請求項２記載の発明はモータ制御方法に係り、モータ位置検出器からのモータ位置と位置指令より位置制御を行い速度指令を出力し、前記速度指令とモータ速度より速度制御によりトルク指令を出力し、前記トルク指令より電流指令を出力してモータを駆動するモータ制御方法において、位置／速度指令変換部において位置指令を入力して速度指令を出力し、減算器により前記速度指令と前記モータ速度との差異を求め、前記差異より確率密度関数を推定・演算して故障検出を行う際に、速度が一定となる区間において前記確率密度関数を推定・演算して故障検出を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
上記構成により、負荷条件又は速度プロフィールの変化に影響されること無く、異常に対して制御装置の補償トルクが発生しない場合でも、一時的なノイズなどによる誤検出の少ない正確な異常検出が可能になりシステムの安全が保証されるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は本発明のモータ制御装置のブロック図である。
図１において、サーボ制御部は、モータ１、電流制御部２、速度制御部３、位置制御部４によって構成される。エンコーダ５からのフィードバック６（Ｐｆｂ）は、位置制御部４及びそれを速度制御部３へ転送するフィードバック位置／速度変換部７へ転送される。
確率密度推定部１３は、フィードバック速度（Ｓｆｂ）１１と位置／速度指令１０との差異の差異信号１２の密度分布を計算／推定する。位置／速度指令１０は位置指令８を位置／速度指令変換部９により変換して得られる。確率密度関数は差異信号１２の他の統計情報と共に、故障検出部１４による故障検出に使用される。
【０００９】
図２は図１に示す速度指令とフィードバック速度のプロットを示す図である。  図２において、Ｘ軸１５は時間を秒単位で表しており、Ｙ軸１６は速度を回転／秒で表している。これらの速度指令１７（図１の１０相当）及び速度１８（１１相当）の差異が、確率密度関数を計算／推定し生成するために使用される。
故障検出のために、確率密度関数は、差異信号１２の標準偏差、平均、尖り度、歪度といった他のパラメータと共に計算される。差異信号の分析（又は確率密度関数の計算）は、図２に示す、Ａ１９からＢ２０までの、又はＡ´２１からＢ´２２までの区間で実行される。図２から、この区間は、位置指令の速度換算値１７が一定になるデータの範囲を表していることが分かる。この区間の差異信号１２が、区間Ａ〜Ｂ（又はＡ´〜Ｂ´）についてのサンプルデータの確率密度関数および他の統計パラメータを計算するために使用され、安定な計算が可能になる。
従って、分布パラメータを安定領域Ａ１９〜Ｂ２０（又はＡ´２１〜Ｂ´２２）区間で監視すれば故障検出部１４による確率密度関数やその他のパラメータにしきい値を設定することにより確実な故障検出が可能になる。
【００１０】
以上の構成であるので、負荷条件又は速度プロフィールの変化に影響されること無く、異常に対して制御装置の補償トルクが発生しない場合でも、一時的なノイズなどによる誤検出の少ない正確な異常検出が可能になりシステムの安全が保たれるため、本発明は、ロボットや工作機械等のモータ制御装置に、正確な故障の診断機能付きモータ制御装置として用いて好適となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るータ制御装置のブロック図である。
【図２】図１に示す速度指令とフィードバック速度とのプロットを示す図である。
【図３】従来の診断機能を備えたモータ制御装置のブロック図である。
【図４】従来の診断機能付きモータ制御装置のブロック図である。
【図５】従来のセンサを用いた故障検出システムのブロック図である。
【図６】従来のモータを動力源とする機械の動作状態モニタ装置およびモータを動力源とする機械の異常診断方法のブロック図である。
【符号の説明】
【００１２】
１  モータ
２  電流制御部
３  速度制御部
４  位置制御部
５  エンコーダ
６  フィードバック信号
７  フィードバック位置／速度変換部
８  位置指令
９  位置に／速度指令変換部
１０  位置／速度指令
１１、１８  フィードバック速度
１２  差異信号
１３  確率密度推定部
１４  故障検出部
１７  速度指令
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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