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公開番号2021097545
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210624
出願番号2019228762
出願日20191219
発明の名称モータ制御システム
出願人株式会社日立産機システム
代理人特許業務法人筒井国際特許事務所
主分類H02P 29/024 20160101AFI20210528BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ユーザに適正なトリガ条件を設定させることが可能なモータ制御システムを提供する。
【解決手段】サーボアンプ1内のデータ選択部103は、監視部37で取得されたN個の監視パラメータの監視データからなる監視データセットの中からトリガ条件を満たす監視データセットを選択し、それをトレースデータTDとしてメモリ30に格納する。情報処理装置6内の表示制御部606は、ユーザの命令に応じてN個中のM個の監視パラメータを定め、それに対応するM個の軸を有するグラフ上にトレースデータTDを表示したものである特性図SPを表示部609に表示させる。トリガ条件設定部607は、特性図SPを表示部609に表示させた状態で、M個の軸の範囲を次回のトリガ条件TCとしてユーザに選択させる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
モータと、前記モータを制御するモータ制御装置とを有するモータ制御システムであって、
前記モータまたは前記モータ制御装置から得られるN個(Nは2以上の整数)の監視パラメータを監視し、前記N個の監視パラメータの監視データからなる監視データセットを監視周期毎に取得する監視部と、
メモリと、
前記監視部で取得された前記監視データセットの中からトリガ条件を満たす前記監視データセットを選択し、当該選択した監視データセットをトレースデータとして前記メモリに格納するデータ選択部と、
表示部と、
ユーザの命令に応じて前記N個の監視パラメータの中からM個(Mは2以上かつN以下の整数)の監視パラメータを定め、前記M個の監視パラメータに対応するM個の軸を有するグラフ上に前記トレースデータを表示したものである特性図を作成し、前記特性図を前記表示部に表示させる表示制御部と、
前記特性図を前記表示部に表示させた状態で、前記特性図における前記M個の軸の範囲を次回の前記トリガ条件として前記ユーザに選択させるトリガ条件設定部と、
を有する、
モータ制御システム。
続きを表示(約 980 文字)【請求項2】
請求項1記載のモータ制御システムにおいて、
さらに、前記ユーザによって操作され、前記モータ制御装置との間で通信経路を備える情報処理装置を有し、
前記モータ制御装置は、前記監視部、前記メモリおよび前記データ選択部を備え、
前記情報処理装置は、前記表示部、前記表示制御部および前記トリガ条件設定部を備える、
モータ制御システム。
【請求項3】
請求項2記載のモータ制御システムにおいて、
前記トリガ条件設定部は、前記ユーザに、マウスを用いて前記特性図内の領域を選択させることで前記トリガ条件を定める、
モータ制御システム。
【請求項4】
請求項1記載のモータ制御システムにおいて、
さらに、前記監視データのティピカルデータとなるモデルデータを生成するモデルデータ生成部を有し、
前記表示制御部は、前記トレースデータに加えて前記モデルデータを表示した前記特性図を前記表示部に表示させる、
モータ制御システム。
【請求項5】
請求項1記載のモータ制御システムにおいて、さらに、
前記ユーザに、前記モータによって駆動されるモータ負荷の負荷情報を入力させる負荷情報入力部と、
前記負荷情報に基づいて、前記監視部における前記監視周期、または、前記監視周期で継続的に監視を行う際の監視期間を定める監視条件決定部と、
を有する、
モータ制御システム。
【請求項6】
請求項1記載のモータ制御システムにおいて、さらに、
前記ユーザに、前記モータによって駆動されるモータ負荷の負荷情報を入力させる負荷情報入力部と、
前記負荷情報に基づいて、前記モータの回転位相と前記モータ負荷の稼働範囲との関係を示した稼働マップを生成する稼働マップ生成部と、
前記稼働マップに基づいて、前記モータ負荷の稼働範囲が前記モータの回転位相における第1の位相範囲と、前記第1の位相範囲とは異なる第2の位相範囲とに存在している場合で、前記トリガ条件が前記第1の位相範囲であった場合に、前記トリガ条件に前記第2の位相範囲を追加するトリガ条件変更部と、
を有する、
モータ制御システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、モータ制御システムに関し、例えば、モータの動作状態や制御状態等を監視する技術に関する。
続きを表示(約 7,700 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1には、トリガ条件としてモータの速度やトルク等の指令値あるいは実測値を用い、例えば、所定の閾値を超えた場合にトリガ条件を満たしたと判定し、そのトリガ時刻の前後の動作データに対するトレース(例えば動作波形の再現)を実行するモータ制御システムが示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2017−169288号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1の方式は、トリガ条件が既知かつ適正である場合には有効であるが、トリガ条件が未知または不適正である場合には、様々な問題が生じ得る。具体例として、例えば、トリガ条件として低過ぎるモータ速度が設定された場合、本来必要なトレース対象期間の他に、本来不必要な期間もトレース対象期間とみなされる恐れがある。その結果、多くの動作データ(トレースデータ)を保存するため多くのメモリ容量が必要となる、または、本来必要なトレース対象期間を抽出するのに多くの労力が必要となる、あるいは、メモリ容量の制約によって本来必要なトレースデータを取得できない等の事態が生じ得る。
【0005】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、ユーザに適正なトリガ条件を設定させることが可能なモータ制御システムを提供することにある。
【0006】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本願において開示される実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【0008】
本発明の代表的な実施の形態によるモータ制御システムは、モータと、モータを制御するモータ制御装置とを有するものであり、監視部と、メモリと、データ選択部と、表示部と、表示制御部と、トリガ条件設定部とを有する。監視部は、モータまたはモータ制御装置から得られるN個(Nは2以上の整数)の監視パラメータを監視し、N個の監視パラメータの監視データからなる監視データセットを監視周期毎に取得する。データ選択部は、監視部で取得された監視データセットの中からトリガ条件を満たす監視データセットを選択し、当該選択した監視データセットをトレースデータとしてメモリに格納する。表示制御部は、ユーザの命令に応じてN個の監視パラメータの中からM個(Mは2以上かつN以下の整数)の監視パラメータを定め、M個の監視パラメータに対応するM個の軸を有するグラフ上にトレースデータを表示したものである特性図を作成し、特性図を表示部に表示させる。トリガ条件設定部は、特性図を表示部に表示させた状態で、特性図におけるM個の軸の範囲をトリガ条件としてユーザに選択させる。
【発明の効果】
【0009】
本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すると、ユーザに適正なトリガ条件を設定させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本発明の実施の形態1によるモータ制御システムの構成例を示す概略図である。
図1Aにおけるサーボアンプ内のモータ制御部の構成例を示すブロック図である。
図1Aのモータ制御システムにおいて、トレース機能を担う各部の主要部の構成例を示すブロック図である。
図2におけるデータ選択部の動作例を示す模式図である。
図2において、情報処理装置内の表示部の表示画面の一例を示す図である。
図4におけるトリガ条件の設定方法の具体例を説明する図である。
図5に対応するトリガ条件設定部の処理内容の一例を示すフロー図である。
図4におけるトリガ条件の設定方法の別の具体例を説明する図である。
図4におけるトリガ条件の設定方法の更に別の具体例を説明する図である。
図8に対応するトリガ条件設定部の処理内容の一例を示すフロー図である。
図4とは異なる表示画面の一例を示す図である。
図2におけるモデルデータ生成部の処理内容の一例を説明する図である。
本発明の実施の形態2によるモータ制御システムにおいて、トレース機能を担う各部の主要部の構成例を示すブロック図である。
図12の物理モデル入力部によって表示部に表示される表示画面の一例を示す図である。
図12における稼働マップ生成部によって生成される稼働マップの概要を説明する模式図である。
図12における稼働マップ生成部の処理内容の一例を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【0012】
(実施の形態1)
《モータ制御システムの概略》
図1Aは、本発明の実施の形態1によるモータ制御システムの構成例を示す概略図である。図1Bは、図1Aにおけるサーボアンプ内のモータ制御部の構成例を示すブロック図である。図1Aに示すモータ制御システムは、モータ2と、モータ2を制御するサーボアンプ(モータ制御装置)1と、モータ負荷3と、上位コントローラ5と、情報処理装置6とを有する。モータ2は、サーボアンプ1からの電力を得て回転する。モータ負荷3は、モータ2によって駆動され、モータ2の回転運動により動力を得る。
【0013】
上位コントローラ5は、サーボアンプ1を介してシステム全体を制御する。その一つとして、上位コントローラ5は、サーボアンプ1の動作に関する指令値をサーボアンプ1へ送信し、また、サーボアンプ1の稼働情報をモニタする。情報処理装置6は、ユーザによって操作されるPC(Personal Computer)等であり、サーボアンプ1や上位コントローラ5との間とでそれぞれ通信経路を備える。情報処理装置6は、例えば、各種ユーザインタフェース(ディスプレイ、キーボード、マウス等)を介して、サーボアンプ1の内部パラメータの更新や、サーボアンプ1の情報収集等を行う。
【0014】
サーボアンプ1は、例えば、商用交流電力等を発生する電源8とモータ2との間で電力変換を行う交流/直流変換器11およびインバータ12と、マイクロコントローラ(MCU)32と、各種記憶部とを備える。各種記憶部には、メモリ(RAM)30と、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリ(NVM)31と、バッファメモリ33とが含まれる。なお、各種記憶部(30,31,33)の一部または全ては、マイクロコントローラ32内に搭載されてもよい。
【0015】
交流/直流変換器11は、電源8から交流ケーブルを介して入力された交流電力を直流電力に変換し、インバータ12へ供給する。インバータ12は、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のスイッチング素子からなる3相フルブリッジ変換回路を有する。インバータ12は、入力された直流電力をスイッチング素子のスイッチングによって交流電力へ変換し、モータ2へ交流電力を供給する。
【0016】
マイクロコントローラ32は、トレース制御部35と、モータ制御部36と、監視部37とを備える。トレース制御部35およびモータ制御部36は、主に、CPU(Central Processing Unit)を用いたプログラム処理等によって実装される。ただし、実装形態は、このようなソフトウェアに限らず、例えば、FPGA(Field Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェアであってもよく、または、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせであってもよい。また、トレース制御部35およびモータ制御部36は、それぞれ異なるマイクロコントローラに実装されてもよい。監視部37は、例えば、アナログディジタル変換器とCPUを用いたプログラム処理との組み合わせ等によって実装される。
【0017】
ここで、インバータ12からモータ2への交流電力の供給経路上には、3相(u相、v相、w相)の相電流Iu,Iv,Iwを検出する電流検出器13が設けられる。モータ制御部36には、当該電流検出器13からの相電流Iu,Iv,Iwの検出値と、モータ2に付属するエンコーダ4Aからの位置情報Pmまたはモータ負荷3に設置されたエンコーダ4Bからの位置情報Paと、上位コントローラ5からの各種指令値とが入力される。モータ制御部36は、これらの入力を受けて、図1Bに示されるような構成によって、インバータ36を介してモータ2の回転を制御する。
【0018】
図1Bにおいて、エンコーダ通信部40は、エンコーダ4A,4Bとの間で問い合わせおよび応答を通信しながら、モータ位置検出値P
FB
を得る。また、上位コントローラ通信部46は、上位コントローラ5からのモータ位置指令値P

を受信する。モータ制御部36は、モータ位置指令値P

とモータ位置検出値P
FB
との誤差値を演算し、当該誤差値を位置制御器(APR)41へ出力する。位置制御器41は、例えば、比例・積分制御(PI制御)等を用いて、入力された誤差値を0に近づけるような操作量をモータ速度指令値ω

として算出する。
【0019】
また、モータ制御部36は、モータ位置検出値P
FB
を単位時間当たりの偏差すなわち微分値を求める形でモータ速度検出値ω
FB
に変換する。モータ制御部36は、位置制御器41からのモータ速度指令値ω

と当該モータ速度検出値ω
FB
との誤差値を演算し、当該誤差値を速度制御器(ASR)42へ出力する。あるいは、上位コントローラ通信部46は、上位コントローラ5からのモータ速度指令値ω
**
を受信する。モータ制御部36は、当該モータ速度指令値ω
**
とモータ速度検出値ω
FB
との誤差値を演算し、当該誤差値を速度制御器42へ出力する。速度制御器42は、いずれかの方法で入力された誤差値を0に近づけるような操作量を、例えば、比例・積分制御(PI制御)等を用いて算出し、当該操作量を電流指令値I

として出力する。
【0020】
電流制御器(ACR)43は、電流検出器13からの相電流Iu,Iv,Iwの検出値に基づいてモータ2の電気角および3相電流の実効電流値I
FB
を推定する。そして、電流制御器43は、当該実効電流値I
FB
と速度制御器42からの電流指令値I

との誤差値を0に近づけるような操作量Fmを算出する。また、電流制御器43は、操作量Fmを、推定したモータ2の電気角を用いて3相の正弦波信号に変換したのちパルス幅変調器45に出力する。
【0021】
パルス幅変調器45は、電流制御器43からの3相の正弦波信号と、キャリア生成器44から出力される搬送波Fcとを比較することで、3相のPWM(Pulse Width Modulation)信号PWMu,PWMv,PWMwを出力する。図1Aのインバータ12は、この3相のPWM信号PWMu,PWMv,PWMwに基づいて3相のスイッチング素子をスイッチングすることで直流電力を交流電力に変換した上でモータ2へ供給する。なお、サーボアンプ1では、主に当該スイッチング素子のスイッチングに起因して、電力損失による発熱が生じる。このため、サーボアンプ1は、図1Aに示されるように、冷却を促すためのファン17を有してもよい。
【0022】
また、図1Aの例では、モータ2に回転軸角度を検出するエンコーダ4Aが設置されることに加えて、モータ負荷3にもエンコーダ4Bが設置される。例えば、モータ負荷3が、ギアやプーリなどの部品を用いた動力変換機構であった場合、部品間の遊びや動力伝達用シャフトの物性変化などに起因して、モータ2の位置とモータ負荷3の位置との対応関係に誤差が生じる恐れがある。このため、モータ負荷3にもエンコーダ4Bを設置し、その位置情報Paをサーボアンプ1へフィードバックすることが望ましい。これにより、モータ負荷3の位置を高精度に制御することが可能になる。
【0023】
ここで、モータ位置検出値P
FB
、モータ速度検出値ω
FB
、相電流Iu,Iv,Iwの検出値(または実効電流値I
FB
)、または、これらに対応する各指令値(P

,ω

,I

)を代表に、サーボアンプ(モータ制御装置)1またはモータ2からは、様々なパラメータが得られる。パラメータの他の例として、交流/直流変換器11の入力電圧検出値Vac、出力電圧検出値Vdcおよび出力電流検出値Idcや、インバータ12の温度検出値Tmや、ファン17のファン回転数R
FAN
等も挙げられる。入力電圧検出値Vacは、電圧センサ18によって取得され、出力電圧検出値Vdcおよび出力電流検出値Idcは、電圧センサ14および電流センサ15によってそれぞれ取得され、温度検出値Tmは、インバータ12に設置された温度センサ16によって取得される。
【0024】
マイクロコントローラ32内の監視部37は、これらのパラメータの中の予め定められたN個(すなわち一部または全て)を監視し、当該N個の監視パラメータの監視データからなる監視データセットDSを監視周期毎に取得する。そして、監視部37は、取得した監視データセットDSを、取得した監視周期の情報(すなわち取得時刻)と共にバッファメモリ33に格納する。監視周期は、例えば、モータ制御部36の制御周期や、監視部37を構成するアナログディジタル変換器のサンプリング周期等に基づいて定められる。バッファメモリ33は、少なくとも、1回の監視周期で取得された監視データセットDSを保持できるだけのメモリ容量があればよい。
【0025】
トレース制御部35は、詳細は後述するが、この監視部37で取得された監視データセットDSの中からトリガ条件を満たす監視データセットDSを選択してメモリ(RAM)30に格納する。言い換えれば、トレース制御部35は、バッファメモリ33に保持された監視データセットDSがトリガ条件を満たす場合には、当該監視データセットDSをメモリ(RAM)30に格納する。一方、トリガ条件を満たさない監視データセットDSは、バッファメモリ33のオーバーフローによって消去される。明細書では、このメモリ(RAM)30に格納されたN個の監視データからなる監視データセットDSをトレースデータとも呼ぶ。
【0026】
不揮発性メモリ(NVM)31には、適宜、メモリ(RAM)30内のトレースデータや、または、マイクロコントローラ32における演算過程の各種データ等が退避される。これにより、サーボアンプ1の電源8が遮断された後であっても、メモリ30内のトレースデータや、マイクロコントローラ32の各種データを参照することができる。
【0027】
例えば、情報処理装置6は、サーボアンプ1との間の通信経路を介してサーボアンプ1内の不揮発性メモリ31の記録情報を直接的に読み出すことができる。または、情報処理装置6は、上位コントローラ5との間の通信経路を介してサーボアンプ1内の不揮発性メモリ31の記録情報を間接的に読み出すことができる。これらの通信経路は、有線通信および無線通信を問わず任意の通信規格に基づくものであってよく、代表的には、USB(Universal Serial Bus)やRS−485等の産業用通信規格に準拠したものであってよい。
【0028】
また、上位コントローラ5および情報情報装置6は、それぞれ、有線ルータや、またはWi−Fi(登録商標)やBluetooth(登録商標)等の機能を備えた無線ルータ72を介して広域通信ネットワーク網70へ接続可能である。この場合、上位コントローラ5および情報情報装置6は、広域通信ネットワーク網70を介して、遠隔拠点に設置されたデータサーバ(クラウド)71、携帯型のタブレット端末73等と相互に通信することできる。
【0029】
《トレース機能の詳細》
図2は、図1Aのモータ制御システムにおいて、トレース機能を担う各部の主要部の構成例を示すブロック図である。図2には、図1Aのモータ制御システムにおけるサーボアンプ(モータ制御装置)1、上位コントローラ5、情報処理装置6およびデータサーバ(クラウド)71が示される。これらの各部は、互いにデータを授受しながらトレース機能(例えば動作波形の再現等)を実現する。この際に、各部は、必要時に必要な箇所との間でデータを授受することでトレース機能を実現することができるため、全てが常時接続される必要はない。
【0030】
サーボアンプ1は、図1Aに示した監視部37、バッファメモリ33およびメモリ(RAM)30に加えて、図1Aのトレース制御部35に含まれる監視条件設定部102、データ選択部103、モデルデータ生成部104、相関算出部105、および不揮発領域退避部106を備える。上位コントローラ5は、記憶部530およびモデルデータ生成部504を備える。
(【0031】以降は省略されています)

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