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    公开号:WO1990008353A1
    申请号:PCT/JP1989/001298
    申请日:1989-12-25
    公开日:1990-07-26
    发明作者:Shunsuke Matsubara
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 睿
    [0002] サー ボ系における異常検出方法
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] 本発明は、 広いモー タ 回転速度領域において異常発生 を迅速に検出可能なサー ボ系における異常検出方法に関 する。
    [0005] 背 景 技 術
    [0006] 一般的なサ ー ボ系にお いて、 指令移動量 と実際移動量 と の差 （実際位置偏差） が周期的に検出さ れ、 当該位置 偏差に対応する指令速度 と実際速度と の差 （速度偏差） に基づいて決定 した ト ル ク指令に応 じてサ ― ボモー タ が 駆動制御される。 そ して、 実際位置偏差が許容値を上回 つ た と き、 何 ら かの原因でサ― ボモ ー タ が指令に追従せ ずに過大誤差が発生 した と判別さ れ、 異常発生を知 らせ るべ く ア ラ ー ム が発生さ れる。
    [0007] 従来、 過大誤差判別上の許容位置偏差は、 サ ー ボモ ー 夕 が最大回転速度で回転する場合に通常発生 し得る位置 偏差の約 1 . 3 倍と い う 大き い値に設定さ れる。 こ のた め、 モ ー タ が低速運転さ れる場合、 又は、 ダイ レク ト ド ラ イ ブ式ロ ボ ッ ト において駆動停止中の作動部 （軸） が 別の作動部の運動に伴つ て発生する干渉 ト ル ク に起因 し て低速で運動す る場合な どにおいては、 ロ ボ ッ ト ア ー ム が低速運転中に障害物に衝突する等の異常が発生 した時 点か ら位置偏差が許容位置偏差に達 して異常が判別され る ま で に相当に長い時間がかかる。 結果と して、 サ ー ボ モー タ を搭載 した ロ ボ ッ ト等の機械が損傷 し、 或は、 ヮ — ク切削量が過大になる等の不都合が生じ る。
    [0008] 発 明 の 開 示
    [0009] 本発明の目的は、 広いモー タ回転速度領域、 特に、 低 回転域において異常発生を迅速に検出可能なサー ボ系に おける異常検出方法を提供する こ と にあ る。
    [0010] 上述の目的を達成する ため、 本発明の異常検出方法は、 サー ポ制御の実行中に、 正常なサー ポ制御に対応する応 答を模擬的に実行する工程 （ a ) と、 サー ボ制御におい て発生する実際位置偏差と模擬的なサー ボ制御において 発生さ せた位置偏差と の差が所定値を上回 っ た と き に異 常発生を判別す る工程 （ b ) とを備える。
    [0011] 上述のよ う に、 本発明は、 サー ボ制御において発生す る実際位置偏差と正常なサー ボ制御に対応する模擬的な サーボ制御において発生させた位置偏差と の差が所定値 を上回 っ た時にサ一 ボ系における異常発生を判別する よ う に し たので、 広いモー タ 回転域、 特に、 低回転域にお いて異常発生を迅速に検出可能である。 こ の結果、 機械 の損傷， ワ ー ク の過剰切削等を確実に防止でき る。
    [0012] 図 面 の 簡 単 な 説 明
    [0013] 第 1 図は本発明の一実施例によ る異常検出方法を実施 するためのデジ タ ルサー ボ制御装置を示す機能プロ ッ ク 図、 第 2 図は第 1 図のサ - ポ制御装置を伝達関数を用い て示すブロ ッ ク 線図、 お よび、 第 3 図は第 1 図のサ― ボ 制御装置に よ り 実行される過大誤差検出処理を示すフ 口 — チ ヤ 一 卜 であ る。
    [0014] 発明を実施するための最良の形態
    [0015] 本発明の一実施例の異常検出方法を実施する ためのデ ジタ ルサ — ボ制御装置は マ イ ク 口 コ ン ピュ 一 夕 （図示略） を備え、 こ のマ イ ク ロ コ ン ピュ ー タ は、 従来公知のデジ タ ルサ ー ポ回路部 1 (第 1 図及び第 2 図） の機能と本発 明の要部をなすア ラ ー ム発生部 2 (第 1 図及び第 2 図） の機能の双方を達成する よ う にな つ ている。
    [0016] デ ジ タ ルサ ー ポ回路部 1 は、 例えば ト ラ ン ジ ス タ イ ン バー タ 等を含みサ ー ボモ ー タ 4 の各相電圧をパル ス幅変 調する サ ー ボア ン プ部 3 を介 してサー ボモ ー タ 4 を駆動 制御す る もので、 周期的 に供給さ れる第 1 図の指令移動 量厶 R n (第 2 図の移動指令 M c に対応） か ら、 サ ー ボ モー タ 4 が所定角度だけ回転する度にパ ル ス コ ー ダ 5 か ら送出 さ れる第 1 図のフ ィ ー ドバ ッ ク パ ル ス F p (第 2 図の位置フ ィ ー ドバ ッ ク P A に対応） を減 じて位置偏差 E r を算出する ための演算部 1 1 を備えて い る。 サ― ボ 回路部 1 は、 位置偏差 E r と位置ルー プゲイ ン P G と の 積 （速度指令 V c ) を算出するためのゲイ ン設定部 1 2 と、 速度制御部 1 3 とを さ ら に備えている。 速度制御部 1 3 は演算部 1 3 a において速度指令 V c と速度フ ィ 一 ドバ ッ ク V A (第 2 図） と の差 （速度偏差 E v ) を算出 し、 ゲイ ン設定部 1 3 において速度偏差 E V と ゲイ ン K v. と の積 （ ト ル ク 指令 T c ) を算出する よ う にな って い る。 第 2 図のモー タ 部 1 6 は、 第 1 図のサ ー ポア ンプ部 3， サ ー ボ モ ー タ 4 及びパル ス コーダ 5 に対応する も ので、 ト ル ク 指令 T c を入力 して速度フ ィ ー ドパ ッ ク V Aを発 生する ため の第 1 の伝達要素 1 6 a と、 速度フ ィ ー ドバ ッ ク V Aを入力 して位置フ ィ ー ドパッ ク P Aを発生する ための第 2 の伝達要素 1 6 b とか ら成る。 図中、 符号 J m及び K t はモ ー タ イ ナ ー シ ャ及び ト ル ク定数を夫々表 す。
    [0017] ア ラ ー ム発生部 2 は、 要素 1 及び 3 〜 5 か ら成るサー ボ制御系の正常動作を シ ミ ユ レー シ ョ ンす るための シ ミ ユ レ一 夕 1 4 と、 過大誤差検出部 1 5 とを備えている。 シ ミ ユ レ一 夕 1 4 は、 移動指令 M c と位置フ ィ ー ドバ ッ ク P A S どの差 （以下、 推定位置偏差 E r s と云う ） を 算出する ため の演算部 2 1 と、 偏差 E r s を入力 して推 定速度指令 V c s を発生するための第 1 の伝達要素 2 2 と、 指令 V c s を入力 して推定位置フ ィ ー ドバ ッ ク P A S を発生するため の第 2 の伝達要素 2 3 と か ら成る。 こ こ で、 要素 2 2 の伝達関数 P G は、 サ ― ボ回路部 1 のゲ ィ ン設定部 1 2 の伝達関数 P G と同一に さ れてい る。
    [0018] 第 2 図か ら明 らかなよ う に、 ア ラ ー ム発生部 2 の シ ミ ユ レ一 夕 1 4 は、 速度制御部 1 3 とモー タ 部 1 6 の第 1 の伝達要素 1 6 a とか ら成る速度制御ル ー プの伝達関数 ifi 「 1 」 であ る よ う なサ ー ポ制御系 （要素 1 及び 3 〜 5 か らな る ） に等価であ る。 一般に、 サ― ボ制御系の速度 制御ルー プの伝達関数は 「 1 」 で近似でき、 従っ て、 速 度制御ルー プの伝達関数が 「 1 」 のサー ボ制御系に対応 する シ ミ ユ レー タ 1 4 は、 一般のサー ポ制御系を近似 し た もの に相当す る。 そ して、 移動指令 M c を入力 して位 置フ ィ 一 ドノ、'ッ ク P A S を発生させる シ ミ ュ レ 一 夕 1 4 は、 下記第 （ 1 ) 式に示す、 時定数が位置ルー プゲイ ン P G の逆数に等 しい一次の伝達関数を有 し ている。
    [0019] P A S /M c = / { ( 1 / P G ) · ( S + 1 ) }
    [0020] - - - ( 1 ) ま た、 ア ラ ー ム発生部 2 の過大誤差検出部 1 5 は、 サ ー ボ回路部 1 で の実際位置偏差 E r と シ ミ ュ レ ー 夕 1 4 で発生.さ せた推定位置偏差 E r s と の差を算出するため の演算部 1 5 a と、 差 E r — E r s が所定値 A s を上回 つ た と き にア ラ ー ム S ALMを発生する ため の比較器 1 5 とか ら成る。
    [0021] 以下、 第 1 図及び第 2 図に示すデ ジ タ ルサー ボ制御装 置の動作を説明す る。
    [0022] サ ー ボ制御装置のマ イ ク ロ コ ン ピ ュ ー 夕 は、 デ ジ タ ル サー ボ回路部 1 及びァ ラ ー ム発生部 2 の双方の機能を達 成すべ く、 両要素 1 , 2 に関連する処理を平行 して所定 周期 （以下、 説明の便宜上、 符号 Δ Τ を付す） で繰り返 し実行する。
    [0023] 先ず、 第 1 図の機能ブ ロ ッ ク 図及び第 2 図のブロ ッ ク 線図を参照 して、 コ ン ピ ュ ー タ の、 要素 1 に関連する機 能につ いて述べ る。 移動指令 M C が供給さ れる と、 デジ タ ルサ一 ボ问路部 1 は、 第 2 図に示す位置制御ルー プ処 理及び速度制御ループ処理を所定周期 Δ Τで実行する。 すなわち、 サー ボ回路部 1 の演算部 1 1 において移動指 令 M c か ら位置フ ィ ー ドノ、 *ッ ク P Aを減じ る こ と によ り 実際位置偏差 E r が算出され、 ゲ イ ン設定部 1 2 で偏差 E r に位置ルー プゲイ ン P Gを乗 じ る こ と によ り速度指 令 V c が算出される。 さ ら に、 速度制御部 1 3 において、 速度指令 V c か ら実際モー タ速 ¾を表す速度フ ィ 一 ドバ ッ ク V A を減じて得た速度偏差 E V と速度ル一プゲィ ン K V , K I S と から ト ル ク指令 T c を算出する。 そ し て、 サ ー ボア ン プ部 3 は、 ト ルク 指令 T c に従っ てサー ボモー タ 4 を駆動制御す る。
    [0024] 上述のデジタ ルサ一 ポ制御の実行中、 マ イ ク ロ コ ン ビ ュ 一 夕 は、 内蔵の読出 し書込みメ モ リ （ R A M ) に、 所 定周期 Δ Tで夫々算出さ れる上記実際位置偏差 E r， 速 度指令 V c, 実際速度偏差 E v及び ト ルク 指令 T c を格 納する。
    [0025] 次に、 第 3 図を参照して、 マイ ク ロ コ ン ピ ュ ータ によ る過大誤差検出処理 （ア ラ ー ム発生部 2 の機能に対応） を説明する。
    [0026] 上述のサーポ制御の実行中、 マ イ ク ロ コ ン ピ ュ ー タ は サーボ制御と平行 して第 3 図の処理を所定周期 Δ Τで繰 り返し実行する。 先ず、 今回の検出処理周期での移動指 令値 A M c を読取る （ス テ ッ プ S l ) 。 次に、 コ ン ビュ 一 夕 に内蔵の レ ジ ス タか ら読出 した前回周期での推定位 置偏差 E r s に移動指令値 A M c を加え、 さ ら に、 別の レ ジ ス 夕 か ら読出 した前回周期か ら今回周期ま での時間 Δ Τ内における推定移動量 A P A S を当該加算結果か ら 減 じ、 こ の減算結果を今回周期での推定位置偏差 E r s と して上記レ ジ ス タ に格納する （ ス テ ッ プ S 2 ) 。 そ し て、 推定位置偏差 E r s に位置ルー プゲイ ン P G を乗 じ て推定速度指令 V c s を算出 し （ ス テ ッ プ S 3 ) 、 こ の 算出値に時間 Δ T を更に乗 じて今回周期か ら次回周期ま での推定移動量 A P A S を算出 し、 レ ジ ス タ に格納する (ス テ ッ プ S 4 ) 。 第 2 図の機能ブロ ッ ク 図を参照 して 繰 り返 して説明する と、 シ ミ ュ レー タ 1 4 の演算部 2 1 において移動指令 M c か ら位置フ ィ ー ドバ ッ ク P A S を 減 じて得た推定位置偏差 E r s と位置ルー プゲイ ン P G と の積に等 しい速度指令 V c s を第 1 の伝達要素 2 2 に おいて算出 し、 次いで、 第 2 の伝達要素 2 3 において指 令 V c s を積分 して位置 フ ィ — ドバ ッ ク P A S を求める c 結局、 シ ミ ュ レー タ 1 4 は、 既に説明 した よ う に、 サ — ポモ 一 夕 4 が移動指令 M c に正常に追従 し て回転する正 常モ ー タ運転状態に対応する正常なサ ー ボ制御を近似的 に ラ 0
    [0027] 再び第 3 図を参照する と、 コ ン ピュ ー タ は、 サ ― ポ制 御実行中に発生 した実際位置偏差 E r を R A Mか ら読出 し （ ス テ ッ プ S 5 ) 、 実際位置偏差 E r か ら推定位置偏 差 E r s を減 じ て両者の差 Δ Ε Γ を算出 し （ ス テ ッ プ S 6 ) 、 さ ら に、 斯 く 算出 した差の絶対値 I Δ E r I が所 定値 A s と等 し いか又は大き いか否かを判別する （ ス テ ッ プ S 7 ) 。 第 2 図を参照して繰り返し説明する と、 過 大誤差検出部 1 5 は、 比較器 1 5 b において、 演算部 1 5 a で算出した実際位置偏差 E r と推定位置偏差 E r s と の差 と所定値 A s とを比較する。
    [0028] 正常モー タ運転時、 推定位置偏差 E r s は実際位置偏 差 E r の近似値を と り、 従って、 コ ン ピ ュ ー タ は、 上記 ス テ ッ プ S 7 に おいて絶対値 I Δ E r I が所定値 A s よ り も小さいと判別 し、 こ の場合、 今回周期での第 3 図の 過大誤差検出処理を終了する。
    [0029] その後、 何らかの原因でモータ運転状態に異常が発生 した場合、 例えば、 ロ ボ ッ ト アー ムが障害物に衝突して 移動停止 し、 或は、 停止中の機械作動部 （軸） がその他 の機械作動部の運動に伴って発生する干渉 ト ルク に起因 して運動する よ う な場合には、 サ ― ボモー タ 4 が移動指 令 M c に正常に追従せず、 実際位置偏差 E r が増大する。 斯かる場合に も、 正常なサ― ボ制御を近似的に行う シ ミ ユ レー タ 1 4 が発生する推定位置偏差 E r s、 換言すれ ば、 上記ス テ ツ プ S 2 において算出される推定位置偏差 E r s には実質的な変化が生じない。 こ の結果、 実際位 置偏差 E r と推定位置偏差 E r s と の差の絶対値 | Δ Ε r I は、 異常発生を表す所定値 A s に達す る。 ス テ ッ プ S 7 に おいて絶対値 1 Δ E r 1 が所定値 A s に等しいか 又はこれよ り も大きい と判別する と、 コ ン ビ ュ 一タ は異 常が発生 した と判別してア ラ ー ム処理を実行する （ ス テ ッ プ S 8 ) 。 即ち、 コ ン ピ ュ ー タ は、 ァ ラ 一 ム S ALMを 発する と共に、 サー ボア ン プ部 3 におけ る パル ス幅変調 処理を停止 し、 サ ー ポモ ー タ電源をオ フ し、 さ ら に、 ァ ラ ー ム表示を行 う。
    权利要求:
    Claims

    O 90/08353 一 10
    W 一 PCT/JP89/01298 請 求 の 範 囲
    1 サ ― ポ制御の実行中に、 正常なサーボ制御に対応す る応答を模擬的に実行する工程 （ a ) と、 前記サーポ 制御において発生する実際位置偏差と前記模擬的なサ ーボ制御において発生させた位置偏差と の差が所定値 を上回ったと き に異常発生を判別する工程 （ b ) とを 備え るサーボ系におけ る異常検出方法。
    2 . 前記模擬的なサーポ制御において、 前記正常なサー ボ制御を近似的に行う 請求の範囲第 1 項記載のサーポ
    10 系における異常検出方法。
    3 . 前記模擬的なサーボ制御を、 前記サー ボ系の位置ル ー プゲイ ン の逆数に等 しい時定数を有 しかつ一次の伝 達関数で表される シ ミ ュ レ一 タ に よ り実行する請求の 範囲第 1 項記載のサー ポ系における異常検出方法。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US5254921A|1993-10-19|
    EP0404962A4|1994-02-23|
    JPH02184281A|1990-07-18|
    EP0404962A1|1991-01-02|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1990-07-26| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1990-07-26| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE ES FR GB IT LU NL SE |
    1990-08-23| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1990900347 Country of ref document: EP |
    1991-01-02| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1990900347 Country of ref document: EP |
    1994-03-10| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1990900347 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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