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JP2004350387A - Method and device for detecting abnormality of motor - Google Patents

Method and device for detecting abnormality of motor Download PDF

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JP2004350387A
JP2004350387A JP2003143647A JP2003143647A JP2004350387A JP 2004350387 A JP2004350387 A JP 2004350387A JP 2003143647 A JP2003143647 A JP 2003143647A JP 2003143647 A JP2003143647 A JP 2003143647A JP 2004350387 A JP2004350387 A JP 2004350387A
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motor
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current data
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motor abnormality
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means for detecting abnormality of a motor capable of surely detecting abnormality of a motor and also capable of predicting failure of the motor. <P>SOLUTION: Sampling data generated from a sensor signal are interpolated at an interpolation processor 51, and stored in a sampling data storing part 61. After the data of prescribed number of pieces are stored, they are read out of the sampling data storing part 61, and inputted in a calculation part 52. At the same time, a reference data stored in advance in a reference data storing part 62 is also inputted in the calculation part 52. The calculation part 52 performs correlation operation between the sampling data and the reference data. The calculation result is determined at a determination part 53, and an alert is outputted if an abnormality exists. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータの異常検出方法及び装置に関し、特にDCモータの異常を検出し、故障を予知する方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
モータ特に制御用モータとして、ブラシレスDCモータは効率が高く、安定であることからよく使用されている。従来、ブラシレスモータ等のDCモータの異常を検出するためには、モータの回転数や駆動電圧又は駆動電流を監視し、それらが設定値を超えて正常運転の範囲を外れると警報を発するようにしていた。また、ブラシレスモータの起動前に電流を流して、正常運転可能かどうかを判断する従来例もある(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開昭9−322589号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回転数や駆動電流について、単に設定された閾値との比較による異常判定では、モータ運転中に異常を検出しても、それが致命的な故障であれば手遅れになる場合があった。また、短時間での電流変動やモータの内部や外部で発生するノイズにより、誤検出や検出漏れが発生する場合もあった。特に24時間稼働の工場や携帯電話基地局など無人設備で使用されるモータの場合、異常が発生し、致命的なシステム故障に至った場合、エンドユーザに多大な迷惑が及ぶことになる。さらに、モータの起動前に正常運転をチェックするものにあっては、運転中の故障には対応できない。
【0005】
本発明は、このような問題に鑑み、モータ運転中にモータの異常を確実に検出し、モータの交換やメンテナンスを促し、システム全体の致命的な故障を防ぐことができる異常検出方法及び装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、モータの電流値を時系列の基準電流データとして記憶し、モータ運転時に検出される検出電流データと前記基準電流データとに基づいて演算を行い、その演算結果からモータ異常を検出するモータ異常検出装置及び方法を提供する。
【0007】
この演算は相関値を求める演算を含むものでよく、基準電流データはモータの正常時の電流データであっても、モータの異常時の電流データであってもよい。
また、本発明によれば、モータ運転時に検出される検出電流データと基準電流データとから算出される相関値及び検出電流データ取得時の時刻とに基づいて差分演算の始点を決定し、検出電流データと基準電流データとの差分を算出することにより、モータ異常を予測することもできる。
【0008】
本発明は、予め基準データを時系列に従って保持し、この基準データと検出データとの演算を行うことで、確実なモータ異常の検出ができ、さらに故障の予知が可能となった。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明のモータ異常検出装置の1実施形態の概要である。
モータ1が、マイクロプロセッサ5の指令値出力回路55から回転数の指令値を与えられて回転を始めると、電流センサ2が、モータ電流を検知して、その電流値に対応するセンサ信号を出力する。このセンサ信号(本実施形態では電圧信号)は、OPアンプからなる増幅器3により増幅され、A/D変換器4に入力される。該A/D変換器4では、MPU5のクロッククロック発生回路54から入力されるサンプリングクロックでセンサ信号をサンプリングする。ここでのサンプリングクロックは変更可能であり、リアルタイムクロックとしてもい。
【0010】
このようにセンサ信号から生成されたサンプリングデータは、マイクロプロセッサ5に入力する。マイクロプロセッサ5では、サンプリングデータを補間処理した後、記憶装置6のサンプリングデータ記憶部61に格納する。所定数のデータの格納が終了すると、これらはサンプリングデータ記憶部61から読み出されて、演算部52に入力する。同時に、記憶装置62の基準データ記憶部62に予め記憶された基準データ(テンプレート)も演算部52に入力する。基準データはモータの正常運転時に前記サンプリングデータを得た方法と同様にして得られたものである。演算部52では、サンプリングデータと基準データとで相関演算を行う。演算結果は、逐次記憶装置62の演算結果記憶部63に格納される。所定数のデータポイントでの相関演算の結果が格納されると、その値に基づいてMPU5の判定部53でモータ異常の有無や故障の予知を行う。異常等があれば報知信号を出力する。
【0011】
本発明の特徴の一つは、モータ駆動電流の正常時の電流値を時系列で基準データすなわちテンプレートデータとして保持していることである。該基準データのセットは、予めモータの正常運転時に得られたデータセットであり、モータの制御態様に応じて複数のデータセットが記憶されることができる。
【0012】
次に、基準データの取得から説明する。なお、基準データを取得する方法は、モータの異常を検出するためのサンプリングデータを得る方法と同じ方法である。
【0013】
ブラシレスDCモータの正常運転時の電流波形の一例を図2(a)に示す。縦軸は電流値で、横軸は時間である。本例では、PWM駆動を行っている。モータが回転を始めてから、図2(a)に示すような加速期間(A)、定速期間(B)及び減速期間(C)を経て停止する。これは一例であって、モータに与える指令値によって各種のモータ制御が可能である。A/D変換器におけるサンプリングは、図2(b)に○で示す。本例では、モータをPWM駆動を行っている関係上、サンプリングのポイントによっては、電流波形に忠実にサンプリングされない場合がある。したがって、図3(a)に示すように、2次関数による補間処理を行って、加速・定速・減速をなめらかにつなぐようにする。また、基準データは、加速期間(A)、定速期間(B)及び減速期間(C)に切り分けて、それぞれのパターンを切り出して、記憶装置に格納しておくほうがよい。一例として、切り出した加速期間(A)のパターンを図3(b)に示す。このようにデータの切り出しを行った場合には、基準データ記憶部には、加速・定速・減速のパターンごとの基準データすなわちテンプレートデータをもつことになる。
【0014】
このように補間処理した後、得られた基準データは、例えば、図4に示すような、モータ毎にサンプリング回数、サンプリング時間、モータ指令値、電流値のセットとして、記憶装置の基準データ記憶部に格納される。なお、図4では、加速・定速・減速のパターンごとの切り出しは行われていないが、切り出しを行うことは容易である。
【0015】
次に、図5、6を参照して、本実施形態におけるモータ運転時のモータ異常検出動作を説明する。図5は、モータ異常検出の全体を示すフローである。ステップS1〜S4は、入力されるサンプリング信号を記憶装置のサンプリングデータ記憶部61に書き込むまでのステップを示す。ステップS5は、演算処理のステップであり、図6に演算処理ステップのフローが示されている。ステップS6〜S9は、異常警報を出力するまでのステップである。
【0016】
異常検出動作にあたって、基準データは先に説明したように予め記憶装置に記憶されている。まず、モータMを駆動するために指令値が入力され、指令値に基づいて電流が流れ、モータMが回転を始める。これにより、電流センサ1が電源電流を感知し、電源電流に対応する信号が出力される。
【0017】
ステップS1では、増幅器3により増幅された電流センサの出力信号がA/D変換器4に入力し、所定のサンプリングパルスによりサンプリングされ、ディジタル値であるサンプリングデータに変換される。
【0018】
ステップS2では、MPU5の補間処理部51に入力したサンプリングデータについて、2次関数によるデータの補間処理を行い、サンプリングした値をなめらかにつなぐようにする。
【0019】
ステップS3では、補間を行ったデータを記憶装置6のサンプリングデータ記憶部61に書き込む。記憶装置は、半導体メモリ、ハードディスク等データを記憶できるものであればよいが、高速な記憶装置が望ましい。
【0020】
ステップS4では、所定数のデータの書き込みが終了したかを確認する。まだ所定数のデータの書き込みが終了していなければ、ステップS1に戻って、この処理を繰返す。次のステップの演算に必要な所定数のデータが揃っていれば、次のステップS5に進み所定の演算を実行することになる。
【0021】
図6に、本実施形態の相関演算のフローが示されている。
ステップS501では、相関演算を始めるに当って、演算の初期位置を示す初期ポインタをセットする。本実施形態では、加速、定速、減速の時間波形に沿った電流値を、加速パターン、定速パターン及び減速パターンとして切り出した基準データを保持しているから、この3つのパターンで相関演算を行うことができる。入力データであるサンプリングデータに対しても、電流指令値によって入力データが加速、定速、減速どの段階にあるかを知り、パターンに分けることができるので、効率的な相関演算を行うことができる。
【0022】
ステップS502では、先のステップでサンプリングデータ記憶部61に書き込まれた所定数のサンプリングデータを読み出して、このサンプリングデータの自己相関をとり、記憶装置にその結果を書き込む。相関演算自体は公知であるので説明は省略する。
【0023】
ステップS503では、予め記憶装置に格納されている基準データ(テンプレート)を読み出して、自己相関をとり、記憶装置に書き込む。
【0024】
ステップS504では、メモリから入力データと基準データとを読み出して、相互相関をとる。
【0025】
ステップS505では、ステップS502,S503,S503で得られた自己相関値及び相互相関値から正規化相関値を求めて、記憶装置61の演算結果記憶部63に書き込む。
【0026】
次いで、ステップS506で、ポインタをインクリメントして次のポイントに進める。次にステップS507で、所定数が終了しているかどうかを判断する。終了ポイントでなければ、ステップS501にもどり、次のポイントで相関演算を行って、このポイントでの正規化相関値を演算する。終了ポイントであれば、相関演算を終了して次のステップS6(図5)に進む。
【0027】
ステップ6では、記憶装置6の演算結果記憶部63に記憶されている所定数のポイントでの演算結果が、判定部に読み込まれ、演算結果である正規化相関値が許容範囲内かどうかを判定する。その結果、範囲内であればモータは正常運転と判定され、スタートに戻る。
【0028】
演算結果が許容範囲を超えていれば、モータに異常が発生しているとして、警報出力を出力する。
【0029】
図○は、演算結果部に記憶された正規化相関値の分布を示す。最も高い相関値(=1)を中心に3σの範囲を許容値とした例である。3σを超えた値が異常を示す。
【0030】
このように、本発明によれば、モータの正常時の電流データを基準データとして保持し、該基準データと相関演算を行って異常を判定しているので、信頼できるデータを生成することができ、誤検出を防ぐことができる。また、運転時間に沿った電流値の変化の傾向を知ることができ、故障の予知も可能である。さらに、加速パターン、定速パターン及び減速パターンに分けて基準データを持つことにより相関演算を効率的に行うことができる。
【0031】
(第2の実施形態)
第2の実施形態は、本発明が、モータの加速、定速、減速等の時間軸に沿った電流値を基準データとして保持していることをさらに利用するもので、センサ信号をサンプリングする際にサンプリング時点の実時刻を取得する。そして、MPU5においては、演算の結果得られた正規化相関値を判定資料として用いるのではなく、該正規化相関値から基準となるスタートポイントを得て、該スタートポイントから逐次入力データと基準データとの差分演算を行って、差分演算結果の分布から将来の故障を予知する。
【0032】
第2の実施形態は、第1の実施形態のフローの一部を修正してなるので、図5及び6に示したフローに基づいて説明する。
【0033】
第2の実施形態では、まずステップS1〜S4の、サンプリングデータを得てサンプリングデータ記憶部に格納するまでのステップにおいて、ステップ1のセンサ2からのセンサ信号をA/D変換器4でサンプリングする際に、単なるサンプリングクロックではなく、リアルタイムクロックを用いる。すなわち、サンプリング信号とともにサンプリングの実時刻を取得するようにし、サンプリング信号と共にサンプリング時刻をサンプリングデータ記憶部61に格納する。
【0034】
格納されたデータは、例えば、図8に示すような、サンプリングが実行された実時刻が、サンプリング時刻として取り込まれたサンプリングデータのセットとなっている。
【0035】
次に、ステップ5の演算処理のステップは、図6に示すステップS507までは同じステップであり、その後図9に示すステップS508〜S511が追加される。この追加されたステップは、サンプリングデータと基準データとの間で差分をとり、基準データと実際のサンプリングデータとが実際にどの程度隔たっており、その差の傾向はどのようなものかをみるために行われる。
【0036】
すなわち、正規化相関値を求めるステップがすべて終了した(ステップ507(図6))後、ステップS508(図9)で、算出されたすべての正規化相関値メモリから読み込み、正規化相関値が所定の値以上で最大値となるサンプリングデータを求め、これを差分演算のスタートポイントする。正規化相関値が最大となる点は、基準データと最も類似した点であるから、データ中で最も正常なデータということができ、異常状態へ近づく傾向を有しているかどうかをみるスタートポイントとするのに適当である。
【0037】
次に、ステップ510で、決定されたスタートポイントにおけるサンプリングデータと基準値との間で差分をとり、その演算結果を演算結果記憶部へ書き込む。
【0038】
次に、ステップ510で、演算ポイントをスタートポイントからインクリメントして、1だけ進める。
【0039】
次のステップS511では、演算するポイントであるかどうかを判断する。スタートポイントの次のポイントは通常最終ポイントでないので、ステップ509にもどって、差分演算を実行して、その結果を演算結果記憶部へ書き込む。これを繰り返し、次に演算を行うべきポイントがなくなれば、演算処理ステップ5が終了し、次のステップS6(図5)へ進む。
【0040】
ステップ6では、演算の結果演算結果記憶部に記憶された所定数の差分値をメモリから読み込む。
【0041】
次に、ステップ7で、演算結果である差分を判定する。図10に、入力されたサンプリングデータと基準データとの差分値の分布であって、異常と判断すべき分布の一例を示す。差分値0を中心に縦軸に偏差をとり、3σのラインを破線で示す。横軸はサンプリングポイントである。図の右方にみられるように、3σ(−3σでも同じ)のラインの近傍にサンプル点が集中して連続し、また図の左方にみられるように、サンプル点が所定の期間連続して上昇(下降も同じ)している。このうちいずれか一つの場合が発生すれば、いずれ故障が発生するであろうと予測できるものである。このような判断の基準は、モータ装置自体、モータ配置環境、制御方法等様々な要因で異なるものであるから、稼働状況を考慮しながら判断基準の設定が行われることができる。例えば、サンプル点が3σのラインに近接していなくとも、中心線の片側に集中して連続している場合であれば、ある点で故障予測をすることができる。
【0042】
(第3の実施形態)
第1及び第2の実施形態では、基準データである基準テンプレートを正常時のデータから構成したが、第3の実施形態では、異常時のデータを基準テンプレート化する。
【0043】
図11(a)に、拘束時電流波形、図11(b)に異常時の短絡電流及びサージ電流波形を示す。第3の実施形態では、基準データとしてこれらの代表的な異常電流波形から得られるデータを採用する。図11(c)に拘束時電流波形から得られたテンプレートデータの一例を示す。
【0044】
モータが拘束運転を始めたような場合、図11(a)に示すように例えば4秒程度の間隔でパルス状電流が流れる。モータが拘束運転となりやすい環境で使用される場合、拘束運転であることを確実に検出したい場合がある。また、制御回路の部品が故障すると経験上モータに瞬時的な短絡電流やサージ電流が発生している場合が多い。このような場合、代表的なモータ異常の場合の電流値のデータを求め、基準データとして記憶装置に格納しておき、先の実施形態に説明したのと同様の相関演算を行う。これにより実際どのような故障が発生しているかを知ることができる。第3の実施形態では、正規化相関値が高く算出されれば、基準データと同様の異常であると判定される。
【0045】
以上、本発明の実施形態として、相関演算処理を行う例を説明したが、本発明は、相関演算に限定されるものではない。例えば、モータ運転中に逐次得られるサンプリングデータと、記憶装置に記憶された基準データ(テンプレート)とをある所定期間を定めてその期間で差分演算を行うようにしてもよい。差分により正常時データが差し引かれることにより、異常データが明りょうに検出されるという作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態のモータ異常検出装置を示す図である。
【図2】(a)は、センサにより検出されるモータ電流の一例を示す図であり、(b)は、モータ電流のサンプリングを説明する図である。
【図3】(a)は、モータ電流のサンプリングデータの2次補間処理を説明する図であり、(b)は、2次補間処理後の基準データを説明する図である。
【図4】記憶装置に格納された基準データを示す図である。
【図5】本発明の実施形態の動作フローを示すフローチャートである。
【図6】本発明の実施形態の動作フロー中の演算処理の内容を示すフローチャートである。
【図7】演算結果の正規化相関値の一例を示す図である。
【図8】本発明の第2の実施形態において得られるサンプリングデータの一例を示す図である。
【図9】本発明の第2の実施形態における差分演算フローを示すフローチャートである。
【図10】本発明の第2の実施形態の演算結果である差分の分布の一例を示す図である。
【図11】(a)は、異常電流波形のうちの拘束電流波形を示す図であり、(b)は、異常電流波形のうち短絡電流又はサージ電流波形を示す図であり、(c)は、本発明の第3の実施形態に用いられる、拘束電流波形から得られた基準データの一例である。
【符号の説明】
1…ブラシレスDCモータ
2…電流センサ
3…増幅器
4…A/D変換器
5…マイクロプロセッサ
51…補間処理部
52…演算部
53…判定部
54…クロック発生部
55…指令値出力部
6…記憶装置
61…サンプリングデータ記憶部
62…基準データ記憶部
63…演算結果記憶部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for detecting an abnormality of a motor, and more particularly to a method and an apparatus for detecting an abnormality of a DC motor and predicting a failure.
[0002]
[Prior art]
As a motor, particularly a control motor, a brushless DC motor is often used because of its high efficiency and stability. Conventionally, in order to detect an abnormality of a DC motor such as a brushless motor, the number of rotations, a driving voltage or a driving current of the motor is monitored, and an alarm is issued when the motor speed exceeds a set value and is out of a normal operation range. I was There is also a conventional example in which a current is supplied before the brushless motor is started to determine whether or not normal operation is possible (see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-322589
[Problems to be solved by the invention]
However, in the abnormality determination by simply comparing the rotational speed and the drive current with a set threshold value, even if an abnormality is detected during the operation of the motor, it may be too late if the failure is fatal. Further, erroneous detection or omission of detection may occur due to current fluctuation in a short time or noise generated inside or outside the motor. Particularly, in the case of a motor used in an unmanned facility such as a factory or a mobile phone base station that operates for 24 hours, an abnormality occurs. Further, in the case where the normal operation is checked before the motor is started, a failure during the operation cannot be dealt with.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides an abnormality detection method and apparatus capable of reliably detecting an abnormality of a motor during motor operation, prompting replacement and maintenance of the motor, and preventing a catastrophic failure of the entire system. The purpose is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, in order to achieve the above object, stores the current value of the motor as time-series reference current data, performs an operation based on the detected current data detected during motor operation and the reference current data, Provided are a motor abnormality detection device and method for detecting a motor abnormality from a calculation result.
[0007]
This calculation may include a calculation for obtaining a correlation value, and the reference current data may be current data when the motor is normal or current data when the motor is abnormal.
Further, according to the present invention, the starting point of the difference calculation is determined based on the correlation value calculated from the detected current data detected during motor operation and the reference current data and the time at which the detected current data was obtained, By calculating the difference between the data and the reference current data, it is also possible to predict a motor abnormality.
[0008]
According to the present invention, the reference data is stored in advance in a time series, and the calculation of the reference data and the detection data is performed, so that the motor abnormality can be reliably detected and the failure can be predicted.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an outline of one embodiment of a motor abnormality detection device according to the present invention.
When the motor 1 starts rotating by receiving a command value of the number of rotations from the command value output circuit 55 of the microprocessor 5, the current sensor 2 detects the motor current and outputs a sensor signal corresponding to the current value. I do. This sensor signal (a voltage signal in the present embodiment) is amplified by an amplifier 3 composed of an OP amplifier and input to an A / D converter 4. The A / D converter 4 samples the sensor signal with a sampling clock input from the clock clock generation circuit 54 of the MPU 5. The sampling clock here can be changed and may be a real-time clock.
[0010]
The sampling data thus generated from the sensor signal is input to the microprocessor 5. The microprocessor 5 stores the sampling data in the sampling data storage unit 61 of the storage device 6 after performing interpolation processing. When the storage of the predetermined number of data is completed, these are read from the sampling data storage unit 61 and input to the arithmetic unit 52. At the same time, reference data (template) previously stored in the reference data storage unit 62 of the storage device 62 is also input to the calculation unit 52. The reference data is obtained in the same manner as the method of obtaining the sampling data during normal operation of the motor. The calculation unit 52 performs a correlation calculation between the sampling data and the reference data. The calculation result is stored in the calculation result storage unit 63 of the sequential storage device 62. When the result of the correlation operation at a predetermined number of data points is stored, the determination unit 53 of the MPU 5 predicts the presence or absence of a motor abnormality or a failure based on the value. If there is an abnormality or the like, a notification signal is output.
[0011]
One of the features of the present invention is that a current value of a motor drive current at a normal time is stored in time series as reference data, that is, template data. The reference data set is a data set obtained in advance during normal operation of the motor, and a plurality of data sets can be stored according to the control mode of the motor.
[0012]
Next, a description will be given of acquisition of reference data. The method of obtaining the reference data is the same as the method of obtaining sampling data for detecting a motor abnormality.
[0013]
FIG. 2A shows an example of a current waveform during normal operation of the brushless DC motor. The vertical axis is the current value, and the horizontal axis is time. In this example, PWM driving is performed. After the motor starts rotating, the motor stops after an acceleration period (A), a constant speed period (B), and a deceleration period (C) as shown in FIG. This is an example, and various types of motor control can be performed according to command values given to the motor. The sampling in the A / D converter is indicated by a circle in FIG. In this example, the current waveform may not be faithfully sampled at some sampling points due to the PWM drive of the motor. Therefore, as shown in FIG. 3A, an interpolation process using a quadratic function is performed to smoothly connect acceleration, constant speed, and deceleration. It is preferable that the reference data is divided into an acceleration period (A), a constant speed period (B), and a deceleration period (C), and each pattern is cut out and stored in a storage device. As an example, FIG. 3B shows a pattern of the extracted acceleration period (A). When the data is cut out in this manner, the reference data storage unit has reference data, that is, template data for each of acceleration, constant speed, and deceleration patterns.
[0014]
The reference data obtained after the interpolation processing is set as a set of the number of times of sampling, a sampling time, a motor command value, and a current value for each motor as shown in FIG. Is stored in In FIG. 4, cutting is not performed for each pattern of acceleration, constant speed, and deceleration, but cutting is easy.
[0015]
Next, with reference to FIGS. 5 and 6, a description will be given of a motor abnormality detection operation during motor operation in the present embodiment. FIG. 5 is a flowchart showing the entire motor abnormality detection. Steps S1 to S4 show steps until the input sampling signal is written to the sampling data storage unit 61 of the storage device. Step S5 is a step of the arithmetic processing, and FIG. 6 shows a flow of the arithmetic processing step. Steps S6 to S9 are steps until an abnormality alarm is output.
[0016]
In the abnormality detection operation, the reference data is stored in the storage device in advance as described above. First, a command value is input to drive the motor M, a current flows based on the command value, and the motor M starts rotating. As a result, the current sensor 1 senses the power supply current, and outputs a signal corresponding to the power supply current.
[0017]
In step S1, the output signal of the current sensor amplified by the amplifier 3 is input to the A / D converter 4, where it is sampled by a predetermined sampling pulse and converted into digital value sampling data.
[0018]
In step S2, the sampling data input to the interpolation processing unit 51 of the MPU 5 is subjected to a data interpolation process using a quadratic function so as to smoothly connect the sampled values.
[0019]
In step S3, the interpolated data is written to the sampling data storage unit 61 of the storage device 6. The storage device may be any device that can store data, such as a semiconductor memory or a hard disk, but a high-speed storage device is desirable.
[0020]
In step S4, it is confirmed whether the writing of a predetermined number of data has been completed. If the predetermined number of data has not been written yet, the process returns to step S1 and repeats this process. If a predetermined number of data required for the calculation in the next step are available, the process proceeds to the next step S5, where the predetermined calculation is executed.
[0021]
FIG. 6 shows a flow of the correlation calculation of the present embodiment.
In step S501, when starting a correlation operation, an initial pointer indicating an initial position of the operation is set. In the present embodiment, since the current values along the time waveforms of acceleration, constant speed, and deceleration are held as reference data extracted as an acceleration pattern, a constant speed pattern, and a deceleration pattern, the correlation calculation is performed using these three patterns. It can be carried out. With respect to the sampling data as input data, it is possible to know in which stage the input data is in acceleration, constant speed, or deceleration based on the current command value, and to divide the data into patterns, so that an efficient correlation operation can be performed. .
[0022]
In step S502, a predetermined number of sampling data written in the sampling data storage unit 61 in the previous step is read, an autocorrelation of the sampling data is obtained, and the result is written in the storage device. Since the correlation calculation itself is known, the description is omitted.
[0023]
In step S503, the reference data (template) stored in the storage device in advance is read, the autocorrelation is obtained, and the data is written to the storage device.
[0024]
In step S504, the input data and the reference data are read from the memory and cross-correlated.
[0025]
In step S505, a normalized correlation value is obtained from the auto-correlation value and the cross-correlation value obtained in steps S502, S503, and S503, and written to the calculation result storage unit 63 of the storage device 61.
[0026]
Next, in step S506, the pointer is incremented and the process proceeds to the next point. Next, in step S507, it is determined whether the predetermined number has been completed. If it is not the end point, the process returns to step S501, and a correlation calculation is performed at the next point, and a normalized correlation value at this point is calculated. If it is the end point, the correlation calculation ends and the process proceeds to the next step S6 (FIG. 5).
[0027]
In step 6, the calculation result at a predetermined number of points stored in the calculation result storage unit 63 of the storage device 6 is read by the determination unit, and it is determined whether the normalized correlation value, which is the calculation result, is within an allowable range. I do. As a result, if it is within the range, the motor is determined to be operating normally, and the process returns to the start.
[0028]
If the calculation result exceeds the allowable range, it is determined that an abnormality has occurred in the motor, and an alarm output is output.
[0029]
FIG. 10 shows the distribution of the normalized correlation values stored in the calculation result section. This is an example in which a range of 3σ around the highest correlation value (= 1) is an allowable value. A value exceeding 3σ indicates an abnormality.
[0030]
As described above, according to the present invention, the current data when the motor is normal is held as the reference data, and the correlation operation is performed with the reference data to determine the abnormality, so that it is possible to generate reliable data. In addition, erroneous detection can be prevented. In addition, it is possible to know the tendency of the current value to change along with the operation time, and it is possible to predict a failure. Further, by having the reference data divided into the acceleration pattern, the constant speed pattern, and the deceleration pattern, the correlation calculation can be performed efficiently.
[0031]
(Second embodiment)
The second embodiment further utilizes the fact that the present invention holds, as reference data, a current value along a time axis such as acceleration, constant speed, and deceleration of a motor. To obtain the actual time at the time of sampling. Then, the MPU 5 does not use the normalized correlation value obtained as a result of the calculation as judgment data, but obtains a reference start point from the normalized correlation value, and sequentially receives input data and reference data from the start point. Is calculated, and a future failure is predicted from the distribution of the difference calculation result.
[0032]
The second embodiment is a modification of a part of the flow of the first embodiment, and will be described based on the flows shown in FIGS.
[0033]
In the second embodiment, the sensor signal from the sensor 2 in step 1 is sampled by the A / D converter 4 in steps S1 to S4 until the sampling data is obtained and stored in the sampling data storage unit. At this time, a real-time clock is used instead of a simple sampling clock. That is, the real time of sampling is obtained together with the sampling signal, and the sampling time is stored in the sampling data storage unit 61 together with the sampling signal.
[0034]
In the stored data, for example, as shown in FIG. 8, the actual time at which the sampling was performed is a set of sampling data captured as the sampling time.
[0035]
Next, the steps of the calculation processing in step 5 are the same steps up to step S507 shown in FIG. 6, and then steps S508 to S511 shown in FIG. 9 are added. This added step is to take the difference between the sampling data and the reference data, and to see how far the reference data and the actual sampling data are actually separated and what the tendency of the difference is. Done in
[0036]
That is, after all the steps for obtaining the normalized correlation values are completed (step 507 (FIG. 6)), in step S508 (FIG. 9), the calculated normalized correlation values are read from all the memories and the normalized correlation values are determined. The sampling data having the maximum value when the value is equal to or more than the value is obtained, and this is set as the starting point of the difference calculation. The point where the normalized correlation value becomes the maximum is the point most similar to the reference data, so it can be said that it is the most normal data in the data, and the start point to check whether it has a tendency to approach the abnormal state Suitable to do.
[0037]
Next, at step 510, a difference is obtained between the sampling data at the determined start point and the reference value, and the calculation result is written to the calculation result storage unit.
[0038]
Next, in step 510, the calculation point is incremented from the start point and advanced by one.
[0039]
In the next step S511, it is determined whether or not it is a point to be calculated. Since the point next to the start point is not usually the final point, the process returns to step 509 to execute the difference calculation and write the result to the calculation result storage unit. This operation is repeated, and if there are no more points to be operated next, the operation processing step 5 ends, and the process proceeds to the next step S6 (FIG. 5).
[0040]
In step 6, a predetermined number of difference values stored in the calculation result storage unit as a result of the calculation are read from the memory.
[0041]
Next, in step 7, a difference as a calculation result is determined. FIG. 10 shows an example of a distribution of difference values between the input sampling data and the reference data, which is to be determined to be abnormal. A deviation is taken on the vertical axis centering on the difference value 0, and the line of 3σ is indicated by a broken line. The horizontal axis is the sampling point. As can be seen on the right side of the figure, sample points are concentrated and continuous in the vicinity of the 3σ (same for -3σ) line, and as shown on the left side of the figure, the sample points are continuous for a predetermined period. And rising (same as falling). If any one of these cases occurs, it can be predicted that a failure will occur eventually. Since the criteria for such determination differ depending on various factors such as the motor device itself, the motor arrangement environment, the control method, and the like, the determination criteria can be set in consideration of the operation status. For example, even if the sample point is not close to the 3σ line, if the sample point is concentrated and continuous on one side of the center line, a failure can be predicted at a certain point.
[0042]
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the reference template, which is the reference data, is configured from the data in the normal state. In the third embodiment, the data in the abnormal state is used as the reference template.
[0043]
FIG. 11A shows a current waveform at the time of restraint, and FIG. 11B shows a waveform of a short-circuit current and a surge current at the time of abnormality. In the third embodiment, data obtained from these typical abnormal current waveforms is adopted as reference data. FIG. 11C shows an example of template data obtained from the current waveform at the time of constraint.
[0044]
When the motor starts the restricted operation, as shown in FIG. 11A, a pulse-shaped current flows at intervals of, for example, about 4 seconds. When the motor is used in an environment that is likely to be in a restricted operation, it may be desirable to reliably detect that the operation is a restricted operation. Also, when a component of the control circuit breaks down, an instantaneous short-circuit current or surge current is often generated in the motor from experience. In such a case, data of a current value in the case of a typical motor abnormality is obtained, stored in a storage device as reference data, and a correlation operation similar to that described in the above embodiment is performed. This makes it possible to know what kind of failure has actually occurred. In the third embodiment, if the normalized correlation value is calculated to be high, it is determined that there is an abnormality similar to the reference data.
[0045]
As described above, as an embodiment of the present invention, an example in which the correlation calculation process is performed has been described, but the present invention is not limited to the correlation calculation. For example, the sampling data sequentially obtained during the motor operation and the reference data (template) stored in the storage device may be determined for a predetermined period, and the difference calculation may be performed in that period. By subtracting the normal data from the difference, an effect is obtained that abnormal data is clearly detected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a motor abnormality detection device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a diagram illustrating an example of a motor current detected by a sensor, and FIG. 2B is a diagram illustrating sampling of a motor current.
3A is a diagram illustrating a secondary interpolation process of sampling data of a motor current, and FIG. 3B is a diagram illustrating reference data after the secondary interpolation process.
FIG. 4 is a diagram showing reference data stored in a storage device.
FIG. 5 is a flowchart showing an operation flow of the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing the contents of a calculation process in the operation flow of the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a normalized correlation value of a calculation result.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of sampling data obtained in a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart illustrating a difference calculation flow according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a distribution of a difference that is a calculation result according to the second embodiment of the present invention.
11A is a diagram showing a constrained current waveform among the abnormal current waveforms, FIG. 11B is a diagram showing a short-circuit current or surge current waveform among the abnormal current waveforms, and FIG. 14 is an example of reference data obtained from a constrained current waveform used in the third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Brushless DC motor 2 ... Current sensor 3 ... Amplifier 4 ... A / D converter 5 ... Microprocessor 51 ... Interpolation processing part 52 ... Calculation part 53 ... Judgment part 54 ... Clock generation part 55 ... Command value output part 6 ... Storage Device 61: sampling data storage unit 62: reference data storage unit 63: operation result storage unit

Claims (12)

モータの電流値を時系列の基準電流データとして記憶する記憶手段と、モータ運転時に検出される検出電流データと前記基準電流データとに基づいて演算を行う演算手段とを備え、前記演算手段による演算結果からモータ異常を検出することを特徴とするモータ異常検出装置。Storage means for storing a current value of the motor as time-series reference current data; and calculation means for performing calculation based on detected current data detected during motor operation and the reference current data. A motor abnormality detection device for detecting a motor abnormality from a result. 前記演算は相関値を求める演算であることを特徴とする請求項1に記載のモータ異常検出装置。The motor abnormality detection device according to claim 1, wherein the calculation is a calculation for obtaining a correlation value. 前記基準電流データはモータの正常時の電流データであることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ異常検出装置。3. The motor abnormality detecting device according to claim 1, wherein the reference current data is current data when the motor is normal. 前記基準電流データは、加速パターン、定速パターン及び減速パターンとして記憶されていることを特徴とする請求項3に記載のモータ異常検出装置。The motor abnormality detection device according to claim 3, wherein the reference current data is stored as an acceleration pattern, a constant speed pattern, and a deceleration pattern. 前記基準電流データはモータの異常時の電流データであることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ異常検出装置。The motor abnormality detecting device according to claim 1, wherein the reference current data is current data when the motor is abnormal. モータの電流値を基準電流データとして記憶する記憶手段と、モータ運転時に検出される検出電流データと前記基準電流データとに基づいて演算を行う演算手段とを備え、前期演算手段により算出される相関値及び前記検出電流データ取得時の時刻とに基づいて前記検出電流データと前記基準電流データとの差分演算の始点を決定し、前記演算手段により前記始点から実行される差分演算結果によりモータ異常を予測することを特徴とするモータ異常検出装置。Storage means for storing the current value of the motor as reference current data; and calculation means for performing calculation based on the detected current data detected during motor operation and the reference current data, wherein the correlation calculated by the calculation means is calculated. A start point of a difference calculation between the detected current data and the reference current data is determined based on the value and the time at which the detected current data is obtained, and a motor abnormality is determined based on a difference calculation result executed from the start point by the calculation unit. A motor abnormality detection device characterized by predicting. モータ運転時に検出される検出電流データと予め得られた時系列的な基準電流データとに基づいて所定の演算を実行するステップと、該演算結果に基づいてモータ異常を検出するステップとを有することを特徴とするモータ異常検出方法。A step of performing a predetermined calculation based on detected current data detected during motor operation and time-series reference current data obtained in advance, and a step of detecting a motor abnormality based on the calculation result A motor abnormality detection method characterized by the above-mentioned. 前記所定の演算を実行するステップは、相関値を算出するステップであることを特徴とする請求項7に記載のモータ異常検出方法。The motor abnormality detection method according to claim 7, wherein the step of executing the predetermined calculation is a step of calculating a correlation value. 前記基準電流データはモータの正常時の電流データであることを特徴とする請求項7又は8に記載のモータ異常検出方法。9. The motor abnormality detecting method according to claim 7, wherein the reference current data is current data when the motor is normal. 前記基準電流データは、加速パターン、定速パターン及び減速パターンとして記憶されていることを特徴とする請求項9に記載のモータ異常検出方法。The motor abnormality detecting method according to claim 9, wherein the reference current data is stored as an acceleration pattern, a constant speed pattern, and a deceleration pattern. 前記基準電流データはモータの異常時の電流データであることを特徴とする請求項9又は10に記載のモータ異常検出方法。The motor abnormality detection method according to claim 9, wherein the reference current data is current data when the motor is abnormal. モータ運転時に検出される検出電流値から検出データを取得し、同時に取得時刻を得るステップと、
該検出データと予め得られた基準データとから相関値を算出するステップと、
該相関値及び前記検出時刻に基づいて差分演算の始点を決定するステップと、
前記差分演算の始点から前記検出データと前記基準データの差分を演算して差分の分布を得るステップと、
前記差分の分布からモータ異常を予測することを特徴とするモータ異常検出方法。
Acquiring detection data from a detection current value detected during motor operation, and simultaneously obtaining an acquisition time;
Calculating a correlation value from the detection data and reference data obtained in advance,
Determining a starting point of the difference calculation based on the correlation value and the detection time;
Calculating a difference between the detection data and the reference data from a start point of the difference calculation to obtain a distribution of the difference,
A motor abnormality detection method, wherein a motor abnormality is predicted from the difference distribution.
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