KR20150127543A

KR20150127543A - 모터 제어 장치

Info

Publication number: KR20150127543A
Application number: KR1020150062847A
Authority: KR
Inventors: 유우지 이데; 미치오 키타하라; 사토시 야마자키; 토시오 히라이데
Original assignee: 산요 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2015-11-17
Also published as: TW201547178A; CN105099321A; JP6312517B2; TWI678065B; CN105099321B; JP2015216709A

Abstract

[과제] 기계의 이상을 검출할 수 있는 모터 제어 장치를 제공한다.
[해결 수단] 속도 제어기(110)는, 속도 지령과 속도 피드백의 편차에 기초하여 제1 토크 지령을 생성 및 출력한다. 토크 지령 노치 필터(115)는, 제1 토크 지령으로부터 기계(300)의 공진 주파수의 신호 성분을 제거함으로써, 제2 토크 지령을 생성 및 출력한다. 전력 변환기(125)는, 제2 토크 지령에 기초하여 기계(300)를 구동하는 모터를 구동한다. 공진 주파수 추정기(135)는, 속도 피드백에 기초하여 기계(300)의 공진 주파수를 추정함으로써 추정 공진 주파수를 생성한다. 기계 이상 검출부(150)는, 추정 공진 주파수에 기초하여 기계 이상을 검출한다.

Description

모터 제어 장치 {Motor Controlling Device}

본 발명은, 모터 제어 장치에 관한 것이다.

볼 스크루에 의해 직선적으로 이동되는 테이블을 갖는 공작 기계가 있다. 볼 스크루는, 커플링을 통하여 모터의 출력축에 장착된다. 모터가 회전하면, 테이블이 직선적으로 움직인다.

커플링은, 강성을 갖는다. 공작 기계는, 커플링의 강성의 영향을 받아 공진한다. 공작 기계가 공진하는 것은, 공작 기계의 제어 특성에 악영향을 미친다. 이 때문에, 공작 기계의 움직임을 제어하는 토크 지령을 노치 필터에 통과시킨다. 노치 필터를 통과한 토크 지령을 이용하여 공작 기계의 움직임을 제어함으로써, 공진의 발생이 억제된다.

공작 기계 등의 기계계에서는, 강성 등의 물리 특성에 편차가 있다. 이 편차가 크면, 공진 주파수가 크게 변화하기 때문에, 통상적인 노치 필터에 의해 공진을 억제하기가 어려워진다. 공진 주파수가 크게 변화하여도 공진을 억제할 수 있도록 하기 위하여, 적응 노치 필터가 개발되어 있다. 적응 노치 필터에서는, 공진 주파수가 추정되어, 노치 필터의 주파수가 자동적으로 설정된다.

그러나, 공진 주파수가 기준값에서 크게 어긋났을 때에는, 기계계에 어떠한 이상이 발생한 것을 생각할 수 있기 때문에, 그대로 작업을 계속하기에는 문제가 있다. 예를 들어, 기계가 바르게 장착되어 있지 않아 고정부가 느슨해져 있을 때에는, 공진 주파수가 저하되기 때문에, 적응 노치 필터의 추정 주파수가 저하된다. 추정 주파수가 저하되면, 적응 노치 필터의 위상 지연에 의해, 속도 제어 응답의 험프가 증가하는 등의, 제어 특성에 관한 악영향이 발생한다. 이 때문에, 가공 정밀도가 저하되거나, 택트 타임이 증가된다. 그 결과, 생산 효율이 악화될 뿐만 아니라, 극단적인 경우에는 기계 자체에도 악영향이 미치게 된다.

기계의 이상을 검출하는 기술로서, 외부 센서에 의해 이상을 검출하는 기술, 모터 전류로부터 이상을 검출하는 기술, 모터 위치로부터 이상을 검출하는 기술 등, 여러 가지 기술이 있다.

외부 센서에 의해 이상을 검출하는 기술은, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2002-22617호에 기재되어 있다. 이 문헌에 기재되어 있는 기술에서는, 베어링부에 설치된 가속도계에 의해 베어링부의 진동 가속도를 계측한다. 계측된 진동 가속도에 대하여, FFT(고속 푸리에 변환) 처리를 행함으로써, 진동 발생 주파수의 신호를 추출한다. 이에 의해, 이상이 검출된다.

모터 전류로부터 이상을 검출하는 기술은, 예를 들어, 일본 공개특허공보 평11-83686호에 기재되어 있다. 이 문헌에 기재되어 있는 기술에서는, 기계 설비를 구동하는 전동기의 부하 전류 신호(전원 주파수, 및 그 고주파의 주파수)를 스펙트럼 분석한다. 스펙트럼 분석의 결과로부터, 기계 설비의 이상을 식별하기 위한 진단 파라미터를 산출한다. 산출된 진단 파라미터와 진단 대상의 기계 설비마다 미리 설정된 판정 기준값을 비교한다. 산출된 진단 파라미터가 판정 기준값보다 클 때에, 기계 설비가 이상하다고 판정된다.

모터 위치로부터 이상을 검출하는 기술은, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2013-81282호에 기재되어 있다. 이 문헌에 기재되어 있는 기술에서는, 서보 시스템은, 모터와, 모터의 위치를 검출하는 위치 검출기와, 모터를 구동하는 서보 드라이브와, 서보 드라이브를 제어하는 서보 컨트롤러를 구비한다. 이 서보 시스템에서는, 모터에 의해 구동되는 피구동부의 이상이 검출된다. 즉, 시스템은, 입력부, 주파수 변환부 및 비교 판정부를 갖는다. 입력부는, 위치 검출기로부터 모터의 위치 정보를 취득한다. 주파수 변환부는, 모터가 거의 일정 속도로 회전하고 있을 때의 모터의 위치 정보를 주파수 변환한다. 비교 판정부는, 주파수 변환에 의해 얻어지는 소정 주파수에 있어서의 진폭과 피구동부의 이상을 판정하기 위한 임계값을 비교한다. 임계값보다 큰 진폭을 갖는 주파수에 기초하여 피구동부의 이상 부위가 검출된다.

1. 일본 공개특허공보 2002-22617호 2. 일본 공개특허공보 평11-83686호 3. 일본 공개특허공보 2013-81282호

그러나, 일본 공개특허공보 2002-22617호, 일본 공개특허공보 평11-83686호 및 일본 공개특허공보 2013-81282호에 기재된 기술에는, 하기와 같은 문제가 있다.

일본 공개특허공보 2002-22617호의 기술에서는, 베어링부에 가속도계를 설치할 필요가 있다. 또한, 계측한 신호에 대하여 복잡한 연산 처리를 실시해야 한다. 이 때문에, 비용이 높아진다는 문제가 있다.

일본 공개특허공보 평11-83686호의 기술에서는, 기계의 이상이 전동기의 부하 전류 신호를 이용하여 검출된다. 이 때문에, 전동기의 전원 주파수, 및 그 고주파의 주파수가 기계계의 공진 주파수에 일치하는 특정한 회전 속도로밖에 이상을 검출할 수 없다는 문제가 있다.

일본 공개특허공보 2013-81282호의 기술에서는, 이상을 검출할 때, 모터를 거의 일정 속도로 회전시킬 필요가 있다. 이 때문에, 컨트롤러로부터의 지령에 기초하는 가감속 운전시에는 이상을 바르게 검출할 수 없다는 문제가 있다. 또한, 고속 푸리에 변환 혹은 웨이브릿 변환에 의한 주파수 변환에서는, 소프트웨어에 의한 처리량이 많아지므로, 고속 처리가 가능한 CPU를 사용할 필요가 있다. 이 때문에, 모터 제어 장치가 비용이 많이 든다는 문제가 있다.

본 발명은, 이상과 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 이루어졌다. 본 발명에 있어서의 하나의 목적은, 이하와 같은 모터의 운전 중에 기계의 이상을 검출할 수 있는 모터 제어 장치를 제공하는 것에 있다. 이 모터 제어 장치에서는, 이상을 검출하기 위하여, 특별한 센서를 설치하는 것, 이상의 검출시에 모터의 회전 속도 혹은 운전 패턴이 제약되는 것, 및 이상의 검출시에 복잡한 연산 처리를 실시하는 것이 불필요해짐과 함께, 제어 특성에 발생하는 악영향을 일정한 범위 내로 억제할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터 제어 장치는, 속도 지령과 속도 피드백의 편차에 기초하여 제1 토크 지령을 생성하는 속도 제어기와, 상기 제1 토크 지령으로부터 기계의 공진 주파수의 신호 성분을 제거함으로써 제2 토크 지령을 생성하는 토크 지령 노치 필터와, 상기 제2 토크 지령에 기초하여 상기 기계를 구동하는 모터를 구동하는 전력 변환기와, 상기 속도 피드백에 기초하여 상기 기계의 공진 주파수를 추정함으로써 추정 공진 주파수를 생성하는 공진 주파수 추정기와, 상기 추정 공진 주파수에 기초하여 기계 이상을 검출하는 기계 이상 검출부를 갖는다.

이상과 같은 구성을 갖는 모터 제어 장치에 의하면, 기계의 이상을 검출하기 위하여, 특별한 센서를 설치하는 것, 기계의 이상의 검출시에 모터의 회전 속도 혹은 운전 패턴이 제약되는 것, 및 기계의 이상의 검출시에 복잡한 연산 처리를 실시하는 것이 불필요해짐과 함께, 제어 특성에 발생하는 악영향을 일정한 범위 내로 억제할 수 있다.

도 1은, 본 실시형태에 따른 모터 제어 장치의 블록도이다.
도 2는, 본 실시형태에 따른 모터 제어 장치의 동작 설명을 위한 그래프이다.

다음으로, 본 발명의 실시형태에 따른 모터 제어 장치를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은, 본 실시형태에 따른 모터 제어 장치의 블록도이다.

[모터 제어 장치의 구성]

모터 제어 장치(100)는, 속도 산출기(105), 속도 제어기(110), 토크 지령 노치 필터(115), 토크 제어기(120), 전력 변환기(125), 하이 패스 필터(130), 공진 주파수 추정기(135), 및 기계 이상 검출부(150)를 갖는다.

모터 제어 장치(100)는, 모터(200)에 전기적으로 접속된다. 모터(200)는, 기계(300)에 기계적으로 접속되어, 기계(300)를 구동한다. 인코더(210)는, 모터(200)에 기계적으로 접속된다. 인코더(210)는, 모터(200)의 위치에 관한 신호(모터 위치)를 출력한다.

속도 산출기(105)는, 인코더(210)로부터 출력되는 모터 위치를 취득하고, 이것을 미분함으로써 속도 피드백을 생성 및 출력한다. 속도 제어기(110)는, 도시하지 않은 컨트롤러로부터 출력되는 속도 지령과 속도 피드백의 편차를 취득하고, 이 편차에 기초하여 제1 토크 지령을 생성 및 출력한다. 토크 지령 노치 필터(115)는, 제1 토크 지령을 취득하고, 이 제1 토크 지령으로부터 기계(300)의 공진 주파수의 신호 성분을 제거함으로써, 제2 토크 지령을 생성 및 출력한다. 토크 지령 노치 필터(115)에 설정되는 공진 주파수는, 공진 주파수 추정기(135)에 의해 추정된 기계(300)의 공진 주파수(추정 공진 주파수)이다. 즉, 토크 지령 노치 필터(115)는, 제1 토크 지령으로부터 추정 공진 주파수의 신호 성분을 제거함으로써, 제2 토크 지령을 생성한다.

토크 제어기(120)는, 제2 토크 지령을 취득하고, 이 제2 토크 지령에 따른 토크를 모터(200)에 출력시키기 위한 신호(모터 구동 신호)를 출력한다. 전력 변환기(125)는, 이 모터 구동 신호를 취득한다. 전력 변환기(125)는, 이 모터 구동 신호에 기초하여 제2 토크 지령에 따른 토크를 모터(200)에 출력시키기 위한 전압 및 전류를 생성하고, 모터(200)에 공급한다. 즉, 전력 변환기는, 제2 토크 지령에 기초하여 기계(300)를 구동하는 모터(200)를 구동한다.

하이 패스 필터(130)는, 속도 피드백을 취득하여, 속도 피드백에 포함되는 고주파수 성분의 신호(고주파 피드백 신호)를 통과시키는 한편, 그 이외의 주파수 성분의 신호를 감쇠시킨다. 하이 패스 필터(130)를 통과하는 고주파 피드백 신호의 주파수는, 속도 제어기(110)의 응답 주파수보다 높다. 즉, 하이 패스 필터(130)는, 속도 피드백에 포함되는 속도 제어기(110)의 응답 주파수보다 높은 주파수를 갖는 고주파수 성분의 신호를 통과시키고, 그 이외의 주파수 성분의 신호를 감쇠시킨다.

공진 주파수 추정기(135)는, 고주파 피드백 신호에 기초하여 기계(300)의 공진 주파수를 추정한다. 토크 지령 노치 필터(115)에는, 공진 주파수 추정기(135)에 의해 추정된 기계(300)의 공진 주파수(추정 공진 주파수)가 설정된다. 기계 이상 검출부(150)는, 추정 공진 주파수에 기초하여 기계(300)의 이상을 검출한다. 따라서, 공진 주파수 추정기(135) 및 기계 이상 검출부(150)가, 기계(300)의 이상을 검출하는 센서로서 기능한다.

기계 이상 검출부(150)는, 상한 리미트 검출기(155), 하한 리미트 검출기(160), 계속 상태 확인기(165 및 170), OR 회로(175), 스위치(180), 및 초기 동작 검출기(185)를 갖는다.

상한 리미트 검출기(155)는, 공진 주파수 추정기(135)에 의해 추정된 추정 공진 주파수가, 상한 리미트 검출기(155)에 설정되어 있는, 도 2에 나타내는 상한 리미트의 주파수 이상인지의 여부를 검출한다. 하한 리미트 검출기(160)는, 추정 공진 주파수가, 하한 리미트 검출기(160)에 설정되어 있는, 도 2에 나타내는 하한 리미트의 주파수 이하인지의 여부를 검출한다. 상한 리미트의 주파수로는, 예를 들어, 기계(300)의 기준이 되는 공진 주파수로서 허용할 수 있는 최대의 공진 주파수가 설정된다. 하한 리미트의 주파수로는, 예를 들어, 기계(300)의 기준이 되는 공진 주파수로서 허용할 수 있는 최소의 공진 주파수가 설정된다.

계속 상태 확인기(165)는, 추정 공진 주파수가 일정 시간 이상에 걸쳐 상한 리미트의 주파수 이상일 때에 기계 이상을 출력한다. 계속 상태 확인기(170)는, 추정 공진 주파수가 일정 시간 이상에 걸쳐 하한 리미트의 주파수 이하일 때에 기계 이상을 출력한다.

OR 회로(175)는, 계속 상태 확인기(165 및 170)의 적어도 어느 일방으로부터 기계 이상이 출력되고 있을 때에는, 그 기계 이상을 외부에 출력한다. 초기 동작 검출기(185)는, 운전 개시(예를 들어, 운전 개시에 따라 출력되는 신호(운전개시신호))와 속도 지령을 취득하고, 공진 주파수 추정기(135)가 적절하게 동작할 수 있는지의 여부를 검출한다. 스위치(180)는, 계속 상태 확인기(165 및 170) 후단의 OR 회로(175)의 출력측에 설치되어 있다. 스위치(180)는, 기계 이상을 외부에 출력할 것인지의 여부를 전환하기 위한 스위치이다.

초기 동작 검출기(185)는, 공진 주파수 추정기(135)가 적절하게 동작할 수 없음을 검출한 경우에는, 스위치(180)를 열어, 기계 이상이 외부에 출력되는 것을 회피한다. 초기 동작 검출기(185)는, 공진 주파수 추정기(135)가 적절하게 동작할 수 있음을 검출한 경우에는, 스위치(180)를 닫아, 기계 이상이 외부에 출력되는 것을 가능하게 한다.

이러한 초기 동작 검출기(185)의 동작에 의하면, 이하와 같은 효과가 얻어진다. 즉, 모터(200)의 운전 개시시에, 속도 지령이 0으로, 모터(200)가 정지되어 있는 경우가 있다. 이 때, 기계계의 마찰의 영향으로, 공진 주파수 추정기(135)가 공진 주파수를 추정할 수 없는(즉, 공진 주파수 추정기(135)가 적절하게 동작할 수 없는) 경우가 있다. 이러한 경우에, 초기 동작 검출기(185)의 상기의 동작에 의해, 기계 이상이 출력되어 버리는 것을 방지 혹은 억제할 수 있다. 즉, 공진 주파수 추정기(135)가 적절하게 동작할 수 없는 경우란, 기계(300)가 움직이기 시작하였을 때에, 속도 지령의 초기값에 기초하여 추정된 추정 공진 주파수가 상한 리미트의 주파수 이상이 되거나, 또는 하한 리미트의 주파수 이하가 되는 경우이다. 이 경우에, 기계 이상의 오검출이 발생하는 것을 방지 혹은 억제할 수 있다.

도시하지 않은 컨트롤러로부터 출력되는 속도 지령에 기초하는 모터 동작의 주파수 성분은, 속도 제어기(110)의 응답 주파수의 범위 내가 된다. 하이 패스 필터(130)에 설정되는 컷오프 주파수는, 속도 제어기(110)의 응답 주파수보다 높다. 이 때문에, 하이 패스 필터(130)의 출력에는, 속도 지령에 기초하는 모터 동작의 주파수 성분은 나타나지 않는다. 컨트롤러로부터의 지령에 기초하는 가감속 운전에서도, 기계(300)의 이상을 적절하게 검출할 수 있다.

상한 리미트 검출기(155)에 설정되는 상한 리미트의 주파수, 및 하한 리미트 검출기(160)에 설정되는 하한 리미트의 주파수를, 기계(300)의 파손을 방지 혹은 억제할 수 있는 주파수로 설정함으로써, 기계(300)의 파손을 미연에 방지 혹은 억제할 수 있다.

또한, 하한 리미트의 주파수를, 모터 제어 장치(100)의 제어 특성이 극단적으로 악화되지 않는(가공에 악영향을 미치기 어려운) 영역의 주파수로 설정함으로써, 공진 주파수가 저하되었다고 해도 제어 특성의 악화를 방지 혹은 억제할 수 있다.

[모터 제어 장치의 동작]

다음으로, 모터 제어 장치의 동작을, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 2는, 본 실시형태에 따른 모터 제어 장치의 동작 설명을 위한 그래프이다. 도 2는, 구체적으로는, 공진 주파수 추정기(135)에 의해 추정되는 기계(300)의 추정 공진 주파수의 게인과 주파수의 관계를 나타내는 그래프이다.

운전이 개시되고, 도시하지 않은 컨트롤러로부터 속도 지령이 출력되면, 초기 동작 검출기(185)는, 운전 개시 및 속도 지령을 취득하고, 기계 이상 검출부(150)의 오검출을 방지 혹은 억제하기 위하여 스위치(180)를 연다. 한편, 운전이 개시되고, 속도 지령이 상승되면, 공진 주파수 추정기(135)가 적절하게 동작할 수 있게 된다. 이 때, 초기 동작 검출기(185)는, 기계 이상 검출부(150)에 기계 이상을 검출시키기 위하여 스위치(180)를 닫는다.

속도 제어기(110)는, 속도 산출기(105)로부터 출력되는 속도 피드백과 컨트롤러로부터 출력되는 속도 지령의 편차에 기초하여 제1 토크 지령을 생성 및 출력한다. 하이 패스 필터(130)는, 속도 피드백에 포함되는 고주파수 성분의 신호(고주파 피드백 신호)를 통과시킨다. 공진 주파수 추정기(135)는, 고주파 피드백 신호에 기초하여 기계(300)의 공진 주파수를 추정함으로써, 추정 공진 주파수를 생성한다.

토크 지령 노치 필터(115)에는, 추정 공진 주파수가 설정된다. 토크 지령 노치 필터(115)는, 속도 제어기(110)로부터 출력되는 제1 토크 지령을 취득하고, 이 제1 토크 지령으로부터 기계(300)의 추정 공진 주파수의 신호 성분을 제거함으로써, 제2 토크 지령을 생성 및 출력한다. 토크 제어기(120)는, 토크 지령 노치 필터(115)로부터 출력되는 제2 토크 지령을 취득하고, 이 제2 토크 지령에 따른 토크를 모터(200)에 출력시키기 위한 신호(모터 구동 신호)를 출력한다. 전력 변환기(125)는, 토크 제어기(120)로부터 출력되는 모터 구동 신호에 기초하여 제2 토크 지령에 따른 토크를 모터(200)에 출력시키기 위한 전압 및 전류를 생성하고, 모터(200)에 공급한다.

모터(200)는, 전력 변환기(125)로부터 공급되는 전압 및 전류에 따라 회전하여, 기계(300)를 구동한다. 모터(200)의 회전 위치를 나타내는 모터 위치는, 인코더(210)에 의해 검출되어, 속도 산출기(105)에 출력된다.

기계(300)의 공진 주파수(추정 공진 주파수)가, 도 2에 나타내는 상한 리미트의 주파수와 하한 리미트의 주파수 사이에 있을 때에는, 상한 리미트 검출기(155) 및 하한 리미트 검출기(160)가 모두 기계 이상을 출력하지 않는다. 따라서, 기계 이상 검출부(150)로부터는 기계 이상이 출력되지 않는다.

한편, 기계(300)의 공진 주파수(추정 공진 주파수)가, 도 2에 나타내는 상한 리미트의 주파수 이상, 또는 하한 리미트의 주파수 이하가 되었을 때에는, 상한 리미트 검출기(155) 또는 하한 리미트 검출기(160)가 기계 이상을 출력한다.

계속 상태 확인기(165)가, 상한 리미트 검출기(155)로부터 일정 시간 이상에 걸쳐 기계 이상이 출력되고 있는 것을 확인하였을 때, 또는 계속 상태 확인기(170)가, 하한 리미트 검출기(160)로부터 일정 시간 이상에 걸쳐 기계 이상이 출력되고 있는 것을 확인하였을 때에는, 계속 상태 확인기(165 또는 170)는, OR 회로(175)에 기계 이상을 출력한다. OR 회로(175)는, 스위치(180)를 통하여 기계 이상을 외부에 출력한다.

또한, 기계 이상의 출력 후, 상한 리미트 검출기(155) 또는 하한 리미트 검출기(160)가, 일정 시간 이상에 걸쳐 기계 이상을 출력하지 않았을 때에는, 계속 상태 확인기(165 및 170)는, OR 회로(175)로의 기계 이상의 출력을 정지할 수도 있다.

예를 들어, 기계(300)의 공진 주파수가, 도 2에 나타내는 바와 같이, 상한 리미트인 380Hz와 하한 리미트인 210Hz 사이에 있을 때에는, 기계 이상은 출력되지 않는다. 한편, 기계(300)의 공진 주파수가 380Hz 이상 또는 210Hz 이하이고, 그 상태가 일정 시간 이상에 걸쳐 계속되었을 때에는, 기계 이상이 출력된다.

이상과 같이, 본 실시형태에 따른 모터 제어 장치(100)에서는, 공진 주파수 추정기(135)에 대하여, 상한 리미트 및 하한 리미트의 주파수가 설정된다. 공진 주파수 추정기(135)에 의해 추정된 추정 공진 주파수가, 일정 시간 이상의 시간에 걸쳐 상한 리미트의 주파수 이상, 또는 하한 리미트의 주파수 이하인 경우에는, 기계 이상이 출력된다.

이 때문에, 기계(300)가 바르게 장착되어 있지 않은 것, 및/또는, 기계 부품의 열화에 수반하여, 기계(300)의 공진 주파수가 저하되었다고 해도, 모터 제어 장치(100)의 제어 특성의 악화를 방지 혹은 억제할 수 있다. 또한, 기계(300)의 파손도 방지 혹은 억제할 수 있다.

한편, 이상의 실시형태에서는, 모터 제어 장치(100)(기계 이상 검출부(150))에 상한 리미트 검출기(155) 및 하한 리미트 검출기(160)의 양방이 설치되어 있다. 기계(300)의 공진 특성에 따라서는, 기계 이상을 검출하기 위하여, 추정 공진 주파수가 상한 리미트의 주파수 이상이 된 것, 또는 추정 공진 주파수가 하한 리미트의 주파수 이하가 된 것 중 어느 하나를 검출하면 되는 경우도 있다. 이 경우에는, 상한 리미트 검출기(155) 또는 하한 리미트 검출기(160)의 어느 일방이, 모터 제어 장치(100)(기계 이상 검출부(150))에 설치되어도 된다.

본 실시형태에 따른 모터 제어 장치(100)는, 기계(300)의 이상을 검출하기 위하여 공진 주파수 추정기(135)와 기계 이상 검출부(150)를 갖고 있다. 이 때문에, 이상을 검출하기 위한 특별한 센서를 필요로 하지 않고, 기계(300)의 이상을 검출할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 따른 모터 제어 장치(100)에서는, 하이 패스 필터(130)가, 속도 피드백으로부터 속도 제어기(110)의 응답 주파수 이하의 주파수 성분을 제거함으로써, 고주파 피드백 신호를 생성한다. 그리고, 공진 주파수 추정기(135)가, 이 고주파 피드백 신호에 기초하여 기계(300)의 공진 주파수를 추정한다. 따라서, 기계(300)의 이상을 검출하기 위하여, 모터(200)의 회전 속도 및 운전 패턴이 제약되는 것을 회피할 수 있다.

또한, 모터 제어 장치(100)에서는, 상한 리미트의 주파수 및 하한 리미트의 주파수에 기초하여 기계 이상이 검출된다. 이 때문에, 이상 검출시에 복잡한 연산 처리를 실시할 필요가 없다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명하였다. 이들은, 본 발명의 설명을 위한 예시이며, 본 발명의 범위를 한정하지 않는다. 본 발명은, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기 실시형태와는 다른 여러 양태로 실시될 수 있다.

한편, 본 실시형태에서는, 공진 주파수 추정기(135)는, 고주파 피드백 신호에 기초하여 기계(300)의 공진 주파수를 추정한다. 그러나, 모터 제어 장치(100)는, 하이 패스 필터(130)를 구비하고 있지 않아도 된다. 이 경우, 공진 주파수 추정기(135)는, 속도 피드백에 기초하여 기계(300)의 공진 주파수를 추정함으로써 추정 공진 주파수를 생성 및 출력할 수도 있다.

속도 산출기(105)는, 인코더(210)로부터 출력되는 모터 위치를 입력하고, 이것을 미분하여 속도 피드백을 출력할 수도 있다. 속도 제어기(110)는, 도시하지 않은 컨트롤러가 출력하는 속도 지령과 속도 피드백의 편차를 입력하고, 토크 지령을 출력할 수도 있다. 토크 지령 노치 필터(115)는, 토크 지령을 입력하고, 그 토크 지령으로부터 기계(300)의 공진 주파수의 신호 성분을 제거한 토크 지령을 출력할 수도 있다. 토크 지령 노치 필터(115)에 설정되는 공진 주파수는 공진 주파수 추정기(135)가 추정한 공진 주파수일 수도 있다. 토크 제어기(120)는, 기계(300)의 공진 주파수의 신호 성분을 제거한 토크 지령을 입력하고, 모터(200)가 그 토크 지령에 따른 토크를 출력하기 위한 신호를 출력할 수도 있다. 전력 변환기(125)는, 그 토크를 출력하기 위한 신호를 입력하여 모터(200)에 필요한 전압 및 전류를 공급할 수도 있다.

하이 패스 필터(130)는, 속도 피드백을 입력하여, 속도 피드백에 포함되는 고주파수 성분의 신호를 통과시키고, 그 이외의 주파수 성분의 신호를 감쇠시킬 수도 있다. 하이 패스 필터(130)가 통과시키는 고주파수 성분의 신호는, 속도 제어기(110)의 응답 주파수보다 높은 주파수일 수도 있다. 공진 주파수 추정기(135)는, 속도 제어기(110)의 응답 주파수보다 높은 주파수 성분의 속도 피드백으로부터 기계(300)의 공진 주파수를 추정할 수도 있다. 공진 주파수 추정기(135)가 추정한 공진 주파수는 토크 지령 노치 필터(115)에 설정될 수도 있다. 기계 이상 검출부(150)는, 공진 주파수 추정기(135)가 추정한 공진 주파수를 이용하여 기계(300)의 이상을 검출할 수도 있다.

초기 동작 검출기(185)는, 모터(200)의 운전 개시시에 있어서, 속도 지령이 0으로 모터(200)가 정지되어 있고, 기계계의 마찰의 영향으로 공진 주파수 추정기(135)가 공진 주파수를 추정할 수 없는 경우에, 기계 이상이 출력되어 버리는 것을 방지 혹은 억제할 수도 있다. 즉, 초기 동작 검출기(185)는, 기계(300)를 움직이기 시작하기 전에 추정한 공진 주파수가 상한 리미트의 주파수 이상의 주파수가 되거나, 또는 하한 리미트의 주파수 이하의 주파수가 되는 경우에, 기계 이상의 오검출이 발생하는 것을 방지 혹은 억제할 수도 있다.

상한 리미트의 주파수는, 기계(300)의 기준이 되는 공진 주파수에 대하여, 허용할 수 있는 최대의 공진 주파수를 설정할 수도 있다. 하한 리미트의 주파수는, 기계(300)의 기준이 되는 공진 주파수에 대하여, 허용할 수 있는 최소의 공진 주파수를 설정할 수도 있다. 도시하지 않은 컨트롤러가 출력하는, 속도 지령에 기초하는 모터 동작의 주파수 성분은, 속도 제어기(110)의 응답 주파수까지로 될 수도 있다. 상한 리미트 검출기(155) 또는 하한 리미트 검출기(160)가 일정 시간 이상의 시간에 걸쳐 기계 이상을 출력하지 않았을 때에는, 계속 상태 확인기(165 및 170)는, OR 회로(175)에 기계 이상을 출력하지 않도록 구성될 수도 있다.

본 발명은, 기계의 이상을 검출할 수 있는 모터 제어 장치일 수도 있다.

제1 모터 제어 장치는, 속도 지령과 속도 피드백의 편차로부터 토크 지령을 출력하는 속도 제어기와, 상기 토크 지령으로부터 기계의 공진 주파수의 신호 성분을 제거한 토크 지령을 출력하는 토크 지령 노치 필터와, 상기 기계의 공진 주파수의 신호 성분을 제거한 토크 지령을 이용하여 모터를 구동하는 전력 변환기와, 상기 속도 피드백을 이용하여 모터가 구동되는 상기 기계의 공진 주파수를 추정하는 공진 주파수 추정기와, 추정한 상기 기계의 공진 주파수를 이용하여 기계 이상을 검출하는 기계 이상 검출부를 갖는다.

제2 모터 제어 장치는, 제1 모터 제어 장치에 있어서, 상기 공진 주파수 추정기가 추정한 상기 기계의 공진 주파수는, 상기 토크 지령 노치 필터에 설정된다.

제3 모터 제어 장치는, 제1 또는 제2 모터 제어 장치에 있어서, 상기 기계 이상 검출부는, 적어도, 상기 추정한 상기 기계의 공진 주파수가, 설정한 상한 리미트의 주파수 이상의 주파수일 때에 기계 이상을 출력하는 상한 리미트 검출기, 또는, 상기 추정한 상기 기계의 공진 주파수가, 설정한 하한 리미트의 주파수 이하의 주파수일 때에 기계 이상을 출력하는 하한 리미트 검출기 중 어느 하나를 갖는다.

제4 모터 제어 장치는, 제3 모터 제어 장치에 있어서, 상기 기계 이상 검출부는, 추가로, 상기 상한 리미트 검출기 또는 상기 하한 리미트 검출기로부터 기계 이상이 일정 시간 이상의 시간에 걸쳐 출력되고 있는 것을 확인하였을 때에 상기 기계 이상을 외부에 출력하는 계속 상태 확인기를 갖는다.

제5 모터 제어 장치는, 제4 모터 제어 장치에 있어서, 상기 기계 이상 검출부는, 추가로, 상기 기계 이상을 외부에 출력되지 않게 할 것인지, 출력되도록 할 것인지를 전환하는 스위치와, 운전 개시와 상기 속도 지령을 입력하고, 상기 공진 주파수 추정기가 적절하게 동작할 수 있는지의 여부를 검출하는 초기 동작 검출기를 갖고, 상기 초기 동작 검출기는, 상기 공진 주파수 추정기가 적절하게 동작할 수 없음이 검출된 경우에는, 상기 스위치를 열어, 상기 기계 이상이 외부에 출력되지 않도록 하고, 상기 공진 주파수 추정기가 적절하게 동작할 수 있음이 검출된 경우에는, 상기 스위치를 닫아, 상기 기계 이상이 외부에 출력되도록 한다.

제6 모터 제어 장치는, 제5 모터 제어 장치에 있어서, 상기 스위치는, 상기 계속 상태 확인기의 후단에 설치되어 있다.

제7 모터 제어 장치는, 제5 또는 제6 모터 제어 장치에 있어서, 상기 공진 주파수 추정기가 적절하게 동작할 수 없음이 검출된 경우란, 상기 기계가 움직이기 시작하였을 때에 상기 속도 지령의 초기값을 이용하여 추정한 공진 주파수가 상한 리미트의 주파수 이상의 주파수가 되어 있거나, 또는 하한 리미트의 주파수 이하의 주파수가 되어 있는 경우이다.

제8 모터 제어 장치는, 제1~제7 중 어느 하나의 모터 제어 장치에 있어서, 상기 공진 주파수 추정기의 전단에 하이 패스 필터가 설치되고, 상기 하이 패스 필터는, 상기 속도 피드백에 포함되는 상기 속도 제어기의 응답 주파수보다 높은 주파수인 고주파수 성분의 신호를 통과시키고, 그 이외의 주파수 성분의 신호를 감쇠시킨다.

100 모터 제어 장치
105 속도 산출기
110 속도 제어기
115 토크 지령 노치 필터
120 토크 제어기
125 전력 변환기
130 하이 패스 필터
135 공진 주파수 추정기
150 기계 이상 검출부
155 상한 리미트 검출기
160 하한 리미트 검출기
165, 170 계속 상태 확인기
175 OR 회로
180 스위치
185 초기 동작 검출기

Claims

속도 지령과 속도 피드백의 편차에 기초하여 제1 토크 지령을 생성하는 속도 제어기와,
상기 제1 토크 지령으로부터 기계의 공진 주파수의 신호 성분을 제거함으로써 제2 토크 지령을 생성하는 토크 지령 노치 필터와,
상기 제2 토크 지령에 기초하여 상기 기계를 구동하는 모터를 구동하는 전력 변환기와,
상기 속도 피드백에 기초하여 상기 기계의 공진 주파수를 추정함으로써 추정 공진 주파수를 생성하는 공진 주파수 추정기와,
상기 추정 공진 주파수에 기초하여 기계 이상을 검출하는 기계 이상 검출부를 갖는 모터 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 토크 지령 노치 필터는, 상기 제1 토크 지령으로부터 상기 추정 공진 주파수의 신호 성분을 제거함으로써, 상기 제2 토크 지령을 생성하는, 모터 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 기계 이상 검출부는, 적어도,
상기 추정 공진 주파수가, 설정된 상한 리미트의 주파수 이상일 때에 기계 이상을 출력하는 상한 리미트 검출기, 및 상기 추정 공진 주파수가, 설정된 하한 리미트의 주파수 이하일 때에 기계 이상을 출력하는 하한 리미트 검출기 중 적어도 어느 하나를 갖는, 모터 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 기계 이상 검출부는, 적어도,
상기 추정 공진 주파수가, 설정된 상한 리미트의 주파수 이상일 때에 기계 이상을 출력하는 상한 리미트 검출기, 및 상기 추정 공진 주파수가, 설정된 하한 리미트의 주파수 이하일 때에 기계 이상을 출력하는 하한 리미트 검출기 중 적어도 어느 하나를 갖는, 모터 제어 장치.
제3항에 있어서,
상기 기계 이상 검출부는, 추가로,
상기 상한 리미트 검출기 또는 상기 하한 리미트 검출기로부터 기계 이상이 일정 시간 이상에 걸쳐 출력되고 있는 것을 확인하였을 때에, 상기 기계 이상을 출력하는 계속 상태 확인기를 갖는, 모터 제어 장치.
제4항에 있어서,
상기 기계 이상 검출부는, 추가로,
상기 상한 리미트 검출기 또는 상기 하한 리미트 검출기로부터 기계 이상이 일정 시간 이상에 걸쳐 출력되고 있는 것을 확인하였을 때에, 상기 기계 이상을 출력하는 계속 상태 확인기를 갖는, 모터 제어 장치.
제5항에 있어서,
상기 기계 이상 검출부는, 추가로,
상기 기계 이상을 외부에 출력할 것인지의 여부를 전환하는 스위치와,
운전 개시와 상기 속도 지령을 취득하고, 상기 공진 주파수 추정기가 적절하게 동작할 수 있는지의 여부를 검출하는 초기 동작 검출기를 갖고,
상기 초기 동작 검출기는, 상기 공진 주파수 추정기가 적절하게 동작할 수 없음을 검출한 경우에는, 상기 스위치를 열어, 상기 기계 이상이 외부에 출력되는 것을 회피하는 한편, 상기 공진 주파수 추정기가 적절하게 동작할 수 있음을 검출한 경우에는, 상기 스위치를 닫아, 상기 기계 이상이 외부에 출력되는 것을 가능하게 하는, 모터 제어 장치.
제6항에 있어서,
상기 기계 이상 검출부는, 추가로,
상기 기계 이상을 외부에 출력할 것인지의 여부를 전환하는 스위치와,
운전 개시와 상기 속도 지령을 취득하고, 상기 공진 주파수 추정기가 적절하게 동작할 수 있는지의 여부를 검출하는 초기 동작 검출기를 갖고,
상기 초기 동작 검출기는, 상기 공진 주파수 추정기가 적절하게 동작할 수 없음을 검출한 경우에는, 상기 스위치를 열어, 상기 기계 이상이 외부에 출력되는 것을 회피하는 한편, 상기 공진 주파수 추정기가 적절하게 동작할 수 있음을 검출한 경우에는, 상기 스위치를 닫아, 상기 기계 이상이 외부에 출력되는 것을 가능하게 하는, 모터 제어 장치.
제7항에 있어서,
상기 스위치는, 상기 계속 상태 확인기의 후단에 설치되어 있는, 모터 제어 장치.
제8항에 있어서,
상기 스위치는, 상기 계속 상태 확인기의 후단에 설치되어 있는, 모터 제어 장치.
제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공진 주파수 추정기가 적절하게 동작할 수 없음이 검출된 경우란, 상기 기계가 움직이기 시작하였을 때에, 상기 속도 지령의 초기값에 기초하여 추정된 상기 추정 공진 주파수가 상한 리미트의 주파수 이상이 되어 있거나, 또는 하한 리미트의 주파수 이하가 되어 있는 경우인, 모터 제어 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공진 주파수 추정기의 전단에 설치된 하이 패스 필터를 추가로 갖고,
상기 하이 패스 필터는, 상기 속도 피드백에 포함되는 상기 속도 제어기의 응답 주파수보다 높은 주파수인 고주파수 성분의 신호를 통과시키고, 그 이외의 주파수 성분의 신호를 감쇠시키는, 모터 제어 장치.
제11항에 있어서,
상기 공진 주파수 추정기의 전단에 설치된 하이 패스 필터를 추가로 갖고,
상기 하이 패스 필터는, 상기 속도 피드백에 포함되는 상기 속도 제어기의 응답 주파수보다 높은 주파수를 갖는 고주파수 성분의 신호를 통과시키고, 그 이외의 주파수 성분의 신호를 감쇠시키는, 모터 제어 장치.