JP7843170B2 - Condition monitoring device and diagnostic device, and condition monitoring method and diagnostic method - Google Patents
Condition monitoring device and diagnostic device, and condition monitoring method and diagnostic methodInfo
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Description
本開示は、状態監視装置および診断装置、状態監視方法および診断方法に関するものである。 This disclosure relates to a condition monitoring device and a diagnostic device, a condition monitoring method, and a diagnostic method.
駆動装置を用いて機械製品を駆動する駆動システムにて、駆動装置システムにおける現在の状態量を監視することで、駆動装置システムを診断することが求められている。従来の診断装置としては、例えば、特許文献1に記載された技術がある。 In drive systems that use drive units to drive mechanical products, there is a need to diagnose the drive unit system by monitoring the current state variables within the drive unit system. A conventional diagnostic device is, for example, the technology described in Patent Document 1.
特許文献1に記載された診断装置は、診断時に取得された位相面データが正常時に取得した位相面にマージンをもった閾値位相面に含まれるか否かに基づいて、位相面データに異常があるか否かを判定するものである。この場合、位相面データが閾値位相面の外側に位置するときは、位相面データに異常があると判定することができる。一方、位相面データが閾値位相面の内側に位置するときは、位相面データに異常があると判定することができない。そのため、位相面データを高精度に診断することが困難となる。 The diagnostic device described in Patent Document 1 determines whether or not there is an abnormality in the phase surface data based on whether the phase surface data acquired during diagnosis is included in a threshold phase surface with a margin over the phase surface acquired under normal conditions. In this case, if the phase surface data is located outside the threshold phase surface, it can be determined that there is an abnormality in the phase surface data. On the other hand, if the phase surface data is located inside the threshold phase surface, it cannot be determined that there is an abnormality in the phase surface data. Therefore, it becomes difficult to diagnose the phase surface data with high accuracy.
本開示は、上述した課題を解決するものであり、駆動システムの状態量を監視することで高精度な診断を可能とする状態監視装置および方法並びに診断装置および方法を提供することを目的とする。 This disclosure aims to solve the aforementioned problems and provide a condition monitoring device and method, as well as a diagnostic device and method, that enable high-precision diagnosis by monitoring the state quantities of a drive system.
上記の目的を達成するための本開示の状態監視装置は、状態量を取得するデータ取得部と、正常時の状態量に基づいて判定用位相面データを作成する判定用位相面データ作成部と、診断時に取得した状態量に基づいて診断用位相面データを作成する診断用位相面データ作成部と、前記判定用位相面データに対する前記診断用位相面データの全体の変位量を算出する位相面データ算出部と、前記全体の変位量を出力する出力部と、を備える。 To achieve the above objective, the state monitoring device disclosed herein comprises: a data acquisition unit for acquiring state quantities; a determination phase plane data creation unit for creating determination phase plane data based on the state quantities under normal conditions; a diagnostic phase plane data creation unit for creating diagnostic phase plane data based on the state quantities acquired during diagnosis; a phase plane data calculation unit for calculating the total displacement amount of the diagnostic phase plane data relative to the determination phase plane data; and an output unit for outputting the total displacement amount.
本開示の診断装置は、前記状態監視装置と、前記全体の変位量と予め設定された変位量判定値とを比較して異常であるか否かを判定する異常判定部と、を有する。 The diagnostic device of this disclosure comprises a condition monitoring device and an abnormality determination unit that compares the total displacement amount with a preset displacement amount determination value to determine whether or not an abnormality exists.
本開示の状態監視方法は、状態量を取得する工程と、正常時の状態量に基づいて判定用位相面を作成する工程と、診断時に取得した状態量に基づいて診断用位相面を作成する工程と、前記判定用位相面に対する前記判定用位相面の全体の変位量を算出する工程と、前記全体の変位量を出力する工程と、を有する。 The state monitoring method disclosed herein comprises the steps of: acquiring state quantities; creating a determination phase plane based on the state quantities under normal conditions; creating a diagnostic phase plane based on the state quantities acquired during diagnosis; calculating the total displacement of the determination phase plane relative to the determination phase plane; and outputting the total displacement.
本開示の診断方法は、状態量を取得する工程と、正常時の状態量に基づいて判定用位相面を作成する工程と、診断時に取得した状態量に基づいて診断用位相面を作成する工程と、前記判定用位相面に対する前記判定用位相面の全体の変位量を算出する工程と、前記全体の変位量と予め設定された変位量判定値とを比較して異常であるか否かを判定する工程と、を有する。 The diagnostic method of this disclosure includes the steps of: acquiring state quantities; creating a judgment phase surface based on the state quantities under normal conditions; creating a diagnostic phase surface based on the state quantities acquired during diagnosis; calculating the total displacement of the judgment phase surface relative to the judgment phase surface; and determining whether or not an abnormality exists by comparing the total displacement with a preset displacement judgment value.
本開示の状態監視装置および診断装置並びに状態監視方法および診断方法によれば、駆動システムの状態量を監視することで高精度な診断を行うことができる。 According to the condition monitoring device, diagnostic device, condition monitoring method, and diagnostic method disclosed herein, highly accurate diagnostics can be performed by monitoring the condition quantities of the drive system.
以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。 Preferred embodiments of this disclosure will be described in detail below with reference to the drawings. However, this embodiment does not limit the disclosure, and where there are multiple embodiments, they may be combinations of these embodiments. Furthermore, the components in the embodiments include those readily conceivable by those skilled in the art, those that are substantially identical, and those within the so-called equivalent range.
[第1実施形態]
<状態監視装置の全体構成>
図1は、第1実施形態の状態監視装置の全体構成を表す概略図である。
[First Embodiment]
<Overall configuration of the condition monitoring system>
Figure 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the condition monitoring device according to the first embodiment.
図1に示すように、駆動システム10は、モータ11と、連結部材としての回転軸12と、負荷13とを有し、回転軸12は、ケース(軸受)14に回転自在に支持される。モータ11は、モータアンプ21が接続され、モータアンプ21は、モータ制御部22が接続される。 As shown in Figure 1, the drive system 10 includes a motor 11, a rotating shaft 12 as a connecting member, and a load 13. The rotating shaft 12 is rotatably supported by a case (bearing) 14. A motor amplifier 21 is connected to the motor 11, and a motor control unit 22 is connected to the motor amplifier 21.
モータ制御部22は、負荷13の角度、角速度、トルクなどの指令値が入力され、指令信号としての指令値をモータアンプ21に出力する。モータアンプ21は、指令値に基づいて必要な電力を供給する。そして、モータアンプ21は、モータ11の内部に設けられた各種センサが検出したモータ11の実際の角度、角速度、トルクなどが入力される。モータアンプ21は、入力された負荷13の実際の位置、速度、トルクに基づいてモータ11をフィードバック制御する。 The motor control unit 22 receives command values such as the angle, angular velocity, and torque of the load 13 as input, and outputs these command values as command signals to the motor amplifier 21. The motor amplifier 21 supplies the necessary power based on the command values. The motor amplifier 21 then receives the actual angle, angular velocity, and torque of the motor 11 as input, detected by various sensors located inside the motor 11. The motor amplifier 21 performs feedback control of the motor 11 based on the actual position, speed, and torque of the input load 13.
なお、上述の説明にて、駆動システム10は、モータ11の回転力を回転軸12により負荷13に伝達し、負荷13を回転させるものとしたが、この構成に限定されるものではない。例えば、駆動システム10は、モータ11の回転力を回転軸12を含む連結部材により負荷13に伝達し、負荷13を直動させるものであってもよい。 Furthermore, while the above description states that the drive system 10 transmits the rotational force of the motor 11 to the load 13 via the rotating shaft 12, thereby rotating the load 13, the system is not limited to this configuration. For example, the drive system 10 may transmit the rotational force of the motor 11 to the load 13 via a connecting member including the rotating shaft 12, thereby causing the load 13 to move linearly.
また、モータ11は、角速度センサ23と、電流センサ24と、電圧センサ25が設けられる。角速度センサ23と電流センサ24と電圧センサ25は、モータ制御部22に接続される。角速度センサ23は、モータ11の角速度ωを計測し、モータ制御部22に出力する。電流センサ24は、モータ11の電流(モータドライバ電流)iを計測し、モータ制御部に出力する。電圧センサ25は、モータ11の電圧(モータドライバ電圧)uを計測し、モータ制御部22に出力する。 Furthermore, the motor 11 is equipped with an angular velocity sensor 23, a current sensor 24, and a voltage sensor 25. The angular velocity sensor 23, current sensor 24, and voltage sensor 25 are connected to the motor control unit 22. The angular velocity sensor 23 measures the angular velocity ω of the motor 11 and outputs it to the motor control unit 22. The current sensor 24 measures the current (motor driver current) i of the motor 11 and outputs it to the motor control unit. The voltage sensor 25 measures the voltage (motor driver voltage) u of the motor 11 and outputs it to the motor control unit 22.
モータ制御部22は、状態監視装置30が接続される。状態監視装置30は、モータ制御部22からモータ11の角速度ωと電流iと電圧uが入力される。なお、状態監視装置30は、角速度センサ23と、電流センサ24と、電圧センサ25から直接モータ11の角速度ωと電流iと電圧uが入力されてもよい。状態監視装置30は、モータ11の角速度ωと電流iと電圧uに基づいて駆動システムの状態を監視する。 The motor control unit 22 is connected to the status monitoring device 30. The status monitoring device 30 receives the angular velocity ω, current i, and voltage u of the motor 11 from the motor control unit 22. Alternatively, the status monitoring device 30 may receive the angular velocity ω, current i, and voltage u of the motor 11 directly from the angular velocity sensor 23, current sensor 24, and voltage sensor 25. The status monitoring device 30 monitors the status of the drive system based on the angular velocity ω, current i, and voltage u of the motor 11.
なお、モータ制御部22としての制御装置は、コントローラであり、例えば、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)などにより、記憶部に記憶されている各種プログラムがRAMを作業領域として実行されることにより実現される。 Furthermore, the control device, which functions as the motor control unit 22, is a controller, and is realized by executing various programs stored in the memory unit using RAM as the working area, for example, using a CPU (Central Processing Unit) or MPU (Micro Processing Unit).
<状態監視装置>
図2は、状態監視装置の機能構成を表すブロック図である。
<Condition monitoring device>
Figure 2 is a block diagram showing the functional configuration of the condition monitoring device.
状態監視装置30は、状態監視制御部31と、操作部32と、表示部(出力部)33と、記憶部34とを有する。 The status monitoring device 30 comprises a status monitoring control unit 31, an operation unit 32, a display unit (output unit) 33, and a storage unit 34.
状態監視制御部31は、モータ制御部22から入力されたモータ11の角速度ωと電流iと電圧uに基づいてモータ11の状態の変化を判定し、異常を監視する。状態監視制御部31としての制御装置は、コントローラであり、例えば、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)などにより、記憶部に記憶されている各種プログラムがRAMを作業領域として実行されることにより実現される。 The state monitoring control unit 31 determines changes in the state of the motor 11 based on the angular velocity ω, current i, and voltage u input from the motor control unit 22, and monitors for abnormalities. The control device, as the state monitoring control unit 31, is a controller, and is realized, for example, by a CPU (Central Processing Unit) or MPU (Micro Processing Unit) executing various programs stored in the memory unit using RAM as the working area.
操作部32は、作業者が操作することで、状態監視制御部31に対して各種の操作指令やデータなどを入力可能である。操作部32は、例えば、キーボードやマウス、または、タッチ式のディスプレイである。表示部33は、状態監視制御部31の処理内容を表示可能である。表示部33は、出力部として機能し、後述する判定用位相面データと診断用位相面データを表示する。表示部33は、例えば、ディスプレイなどにより実現されるモニタである。なお、出力部は、例えば、プリンタであってもよい。記憶部34は、状態監視制御部31が実行する各種プログラムが記憶される。各種プログラムは、モータ11の状態を分析するプログラムも含む。また、記憶部34は、状態監視制御部31が分析した分析結果などを記憶する。 The operation unit 32 allows the operator to input various operation commands and data to the state monitoring control unit 31. The operation unit 32 is, for example, a keyboard, mouse, or touch-sensitive display. The display unit 33 can display the processing content of the state monitoring control unit 31. The display unit 33 functions as an output unit, displaying the judgment phase plane data and diagnostic phase plane data described later. The display unit 33 is, for example, a monitor implemented by a display. The output unit may also be, for example, a printer. The storage unit 34 stores various programs executed by the state monitoring control unit 31. These programs include a program for analyzing the state of the motor 11. The storage unit 34 also stores the analysis results performed by the state monitoring control unit 31.
また、状態監視制御部31は、データ取得部41と、判定用位相面データ作成部42と、診断用位相面データ作成部43と、位相面データ算出部44とを有する。 Furthermore, the state monitoring and control unit 31 includes a data acquisition unit 41, a phase plane data creation unit 42 for determination, a phase plane data creation unit 43 for diagnosis, and a phase plane data calculation unit 44.
データ取得部41は、監視対象である駆動システム10の各種の状態量を取得する。データ取得部41は、モータ11の角速度ωと電流iと電圧uをモータ制御部22から取得する。 The data acquisition unit 41 acquires various state variables of the drive system 10, which is the target of monitoring. The data acquisition unit 41 acquires the angular velocity ω, current i, and voltage u of the motor 11 from the motor control unit 22.
判定用位相面データ作成部42は、駆動システム10の正常時の状態量に基づいて判定用位相面データを作成する。判定用位相面データ作成部42は、データ取得部41が取得したモータ11の角速度ωと電流iと電圧uに基づいて判定用位相面データを作成する。判定用位相面データ作成部42は、過去に取得した状態量としてのモータ11の角速度ωと電流iと電圧uに基づいて判定用位相面データを作成する。 The phase plane data creation unit 42 creates phase plane data for determination based on the normal state variables of the drive system 10. The phase plane data creation unit 42 also creates phase plane data for determination based on the angular velocity ω, current i, and voltage u of the motor 11 acquired by the data acquisition unit 41. Furthermore, the phase plane data creation unit 42 creates phase plane data for determination based on the angular velocity ω, current i, and voltage u of the motor 11 as previously acquired state variables.
具体的に、判定用位相面データ作成部42は、過去に作成した位相面データを判定用位相面データとする。この場合、例えば、判定用位相面データは、駆動システム10の使用を開始する前の状態量(初期状態量)に基づいて作成した位相面データである。また、例えば、判定用位相面データは、駆動システム10を使用開始した後に調整された状態量(適正状態量)に基づいて作成した位相面データである。すなわち、判定用位相面データ作成部42は、駆動システム10が正常に作動していたときに作成した位相面データを判定用位相面データとする。 Specifically, the phase plane data creation unit 42 uses previously created phase plane data as the phase plane data for determination. In this case, for example, the phase plane data for determination is the phase plane data created based on the state variables (initial state variables) before the start of use of the drive system 10. Alternatively, for example, the phase plane data for determination is the phase plane data created based on the state variables (appropriate state variables) adjusted after the start of use of the drive system 10. In other words, the phase plane data creation unit 42 uses the phase plane data created when the drive system 10 was operating normally as the phase plane data for determination.
なお、判定用位相面データ作成部42は、上述した方法により判定用位相面データを作成するものに限られない。例えば、判定用位相面データは、駆動システム10を使用開始してから所定の期間までに作成された複数の位相面データを平均処理した平均位相面データであってもよい。この場合、使用開始してから所定の期間は、使用開始から診断直前までの期間であったり、使用開始から予め設定された使用年月までの期間であったりする。すなわち、使用開始から診断直前までの駆動システム10が正常に作動していた期間であることが好ましい。 Furthermore, the phase plane data creation unit 42 for determination is not limited to creating phase plane data for determination using the method described above. For example, the phase plane data for determination may be average phase plane data obtained by averaging multiple phase plane data created from the start of use of the drive system 10 up to a predetermined period. In this case, the predetermined period from the start of use may be the period from the start of use up to immediately before diagnosis, or the period from the start of use up to a predetermined month and year of use. That is, it is preferable that it be the period during which the drive system 10 was operating normally from the start of use up to immediately before diagnosis.
また、例えば、判定用位相面データは、過去に作成した最大位相面データであってもよく、また、過去に作成した最小位相面データであってもよい。位相面データは、正常な範囲でも一定のばらつきを含む。正常に作動していた期間に蓄積したデータを位相面上にプロットしたうえで、もっとも外側に位置するプロットを順につなぐことで、データがプロットされた領域の外側の輪郭を抽出することができる。これは、その時点で考えられる位相面の最大領域、つまり、最大位相面データなので、これより外側のプロットを含む位相面に対して異常と判定することができる。逆に、最小位相面データは、もっとも内側に位置するプロットを順につなぐことで、データがプロットされた領域の内側の輪郭を抽出したものになるため、これより内側のプロットを含む位相面に対して異常と判定することができる。 Furthermore, for example, the phase plane data used for judgment may be either the maximum phase plane data created in the past, or the minimum phase plane data created in the past. Phase plane data contains a certain degree of variation even within the normal range. By plotting the data accumulated during periods of normal operation on the phase plane and connecting the outermost plots in order, the outer contour of the region where the data is plotted can be extracted. This represents the maximum possible region of the phase plane at that time, i.e., the maximum phase plane data, and therefore, any phase plane containing plots outside this can be judged as abnormal. Conversely, the minimum phase plane data is obtained by connecting the innermost plots in order, extracting the inner contour of the region where the data is plotted, and therefore, any phase plane containing plots inside this can be judged as abnormal.
さらに、判定用位相面データ作成部42は、予め駆動システム10の異常の条件(漏電、巻線ショート、摩擦増加など)を網羅的に与え、シミュレーションや実験により判定用位相面データを作成してもよい。判定用位相面データは、ディープラーニングなどの機械学習により学習させてもよい。 Furthermore, the phase plane data creation unit 42 may be pre-programmed with a comprehensive list of abnormal conditions for the drive system 10 (such as leakage current, winding short circuits, and increased friction), and the phase plane data for determination may be created through simulation or experimentation. The phase plane data for determination may also be trained using machine learning methods such as deep learning.
診断用位相面データ作成部43は、診断時に取得した状態量に基づいて診断用位相面データを作成する。診断用位相面データ作成部43は、診断時に取得した状態量としてのモータ11の角速度ωと電流iと電圧uに基づいて診断用位相面データを作成する。ここで、診断時に取得した状態量とは、現在の状態量または過去における所定の時期の状態量である。 The diagnostic phase plane data creation unit 43 creates diagnostic phase plane data based on the state variables acquired during the diagnosis. The diagnostic phase plane data creation unit 43 creates diagnostic phase plane data based on the angular velocity ω, current i, and voltage u of the motor 11, which are state variables acquired during the diagnosis. Here, the state variables acquired during the diagnosis are the current state variables or the state variables at a predetermined point in the past.
本実施形態にて、データ取得部41が取得する駆動システム10の状態量は、モータ11の角速度ωと電流iと電圧uである。判定用位相面データ作成部42および診断用位相面データ作成部43は、角速度ωに対する電流iの第1位相面データと、角速度ωに対する電圧uの第2位相面データの少なくとも一つを作成する。すなわち、判定用位相面データ作成部42は、角速度ωに対する電流iの判定用第1位相面データと、角速度ωに対する電圧uの判定用第2位相面データを作成する。また、診断用位相面データ作成部43は、角速度ωに対する電流iの診断用第1位相面データと、角速度ωに対する電圧uの診断用第2位相面データを作成する。なお、必要に応じて第1位相面データだけ、第2位相面データだけを作成してもよい。 In this embodiment, the state variables of the drive system 10 acquired by the data acquisition unit 41 are the angular velocity ω, current i, and voltage u of the motor 11. The determination phase plane data creation unit 42 and the diagnostic phase plane data creation unit 43 create at least one of the following: first phase plane data for current i relative to angular velocity ω, and second phase plane data for voltage u relative to angular velocity ω. Specifically, the determination phase plane data creation unit 42 creates first determination phase plane data for current i relative to angular velocity ω, and second determination phase plane data for voltage u relative to angular velocity ω. The diagnostic phase plane data creation unit 43 also creates first diagnostic phase plane data for current i relative to angular velocity ω, and second diagnostic phase plane data for voltage u relative to angular velocity ω. Note that, if necessary, only the first phase plane data or only the second phase plane data may be created.
位相面データ算出部44は、判定用位相面データ作成部42が作成した判定用位相面データに対する診断用位相面データ作成部43が作成した診断用位相面データの全体の変位量を算出する。位相面データ算出部44は、判定用第1位相面データに対する診断用第1位相面データの全体の変位量を算出する。また、位相面データ算出部44は、判定用第2位相面データに対する診断用第2位相面データの全体の変位量を算出する。表示部33は、2つの算出結果である判定用第1位相面データに対する診断用第1位相面データの全体の変位量と、判定用第2位相面データに対する診断用第2位相面データの全体の変位量を表示する。作業者は、表示部33により、駆動システム10における漏電の変位量と、巻線ショートの変位量と、摩擦の変位量を監視することができる。 The phase plane data calculation unit 44 calculates the total displacement of the diagnostic phase plane data created by the diagnostic phase plane data creation unit 43 relative to the judgment phase plane data created by the judgment phase plane data creation unit 42. The phase plane data calculation unit 44 also calculates the total displacement of the first diagnostic phase plane data relative to the first judgment phase plane data. Furthermore, the phase plane data calculation unit 44 calculates the total displacement of the second diagnostic phase plane data relative to the second judgment phase plane data. The display unit 33 displays the two calculation results: the total displacement of the first diagnostic phase plane data relative to the first judgment phase plane data, and the total displacement of the second diagnostic phase plane data relative to the second judgment phase plane data. The operator can monitor the leakage current displacement, winding short circuit displacement, and friction displacement in the drive system 10 using the display unit 33.
ここで、位相面データ算出部44は、判定用位相面データに対する診断用位相面データの全体の変位量を算出するものであるが、全体の変位量とは、例えば、判定用位相面データの図心に対する診断用位相面データの図心の変位量である。また、全体の変位量とは、例えば、判定用位相面データに設定された複数の定点に対する診断用位相面データに設定された複数の定点の変位量である。この場合、複数の定点は、時間軸上の同じ時間の値をサンプルすることが好ましい。 Here, the phase plane data calculation unit 44 calculates the total displacement of the diagnostic phase plane data relative to the determination phase plane data. The total displacement is, for example, the displacement of the centroid of the diagnostic phase plane data relative to the centroid of the determination phase plane data. Furthermore, the total displacement is, for example, the displacement of multiple fixed points set in the diagnostic phase plane data relative to multiple fixed points set in the determination phase plane data. In this case, it is preferable that the multiple fixed points sample values from the same time on the time axis.
<漏電検出用位相面データ>
図3は、漏電発生時における駆動システムのモデルを表す説明図、図4は、漏電発生を判定するモータの角速度に対する電流の位相面データを表す概略図、図5は、漏電発生を判定するモータの角速度に対する電圧の位相面データを表す概略図である。
<Phase plane data for leakage detection>
Figure 3 is an explanatory diagram representing a model of the drive system when a leakage current occurs, Figure 4 is a schematic diagram representing the phase plane data of the current with respect to the angular velocity of the motor used to determine the occurrence of a leakage current, and Figure 5 is a schematic diagram representing the phase plane data of the voltage with respect to the angular velocity of the motor used to determine the occurrence of a leakage current.
図3に示すように、モータ11の電流経路に対して電機子抵抗RMが設けられているとき、電流iMとなる。ここで、駆動システム10の漏電は、モータドライバの出力以降の電流経路に違う電流経路(漏電経路)が発生したものであり、モータ11の絶縁不良等も含む。すなわち、モータ11の電流経路に漏電抵抗RLが発生し、漏電電流iLが流れる。この場合の漏電発生モデルを以下の式で示す。ここで、Keは、逆起電力定数である。 As shown in Figure 3, when an armature resistance RM is provided in the current path of the motor 11, the current i M is obtained. Here, leakage current in the drive system 10 is caused by the occurrence of a different current path (leakage path) in the current path after the output of the motor driver, and includes insulation failure of the motor 11, etc. That is, a leakage resistance RL is generated in the current path of the motor 11, and a leakage current i L flows. The leakage current generation model in this case is shown by the following equation. Here, Ke is the back electromotive force constant.
ここで、漏電を評価するパラメータとして漏電率μLを数式(5)で表す。
一方、状態量としての角速度ωと電流iとの位相面データを求める。角速度ωと電流iとについて、数式(6)を得ることができる。
図4に示す第1位相面データは、角速度ωの変化に対する電流iの変化を表す位相面データである。すなわち、領域Aにて、モータ11に供給する電流iが一方方向に上昇することで、モータ11が正回転を開始する。領域Bにて、モータ11の角速度ω(回転数)が増加し、トルクも緩やかに増加する。領域Bと領域Cとの間で、モータ11に供給する電流iが一定になり、モータ11の角速度ωも一定になる。そして、領域Cにて、モータ11に供給する電流iが急激に減少し、モータ11の角速度ωも減少する。領域Dにて、モータ11に供給する電流iが緩やかに減少し、モータ11の角速度ωも減少する。 The first phase plane data shown in Figure 4 represents the change in current i in response to a change in angular velocity ω. Specifically, in region A, the current i supplied to motor 11 increases in one direction, causing motor 11 to begin forward rotation. In region B, the angular velocity ω (rotational speed) of motor 11 increases, and the torque also increases gradually. Between region B and region C, the current i supplied to motor 11 becomes constant, and the angular velocity ω of motor 11 also becomes constant. Then, in region C, the current i supplied to motor 11 decreases sharply, and the angular velocity ω of motor 11 also decreases. In region D, the current i supplied to motor 11 decreases gradually, and the angular velocity ω of motor 11 also decreases.
図4に示すように、判定用位相面データを実線で表し、診断用位相面データを二点鎖線で表す。角速度ωと電流iとの第1位相面データにおいて、漏電が発生すると、角速度ωが増加するのに伴って、電流iが上方に変位する。すなわち、領域B,C,Dにおいて、判定用位相面データに対して、診断用位相面データが上方に変位する。つまり、領域Bにおいて、診断用位相面データが判定用位相面データの外側に変位し、領域Cにおいて、診断用位相面データが判定用位相面データの外側に変位し、領域Dにおいて、診断用位相面データが判定用位相面データの内側に変位する。 As shown in Figure 4, the phase plane data for determination is represented by a solid line, and the phase plane data for diagnosis is represented by a dashed line. In the first phase plane data of angular velocity ω and current i, when a leakage current occurs, the current i is displaced upward as the angular velocity ω increases. That is, in regions B, C, and D, the diagnostic phase plane data is displaced upward relative to the phase plane data for determination. In other words, in region B, the diagnostic phase plane data is displaced outside the phase plane data for determination; in region C, the diagnostic phase plane data is displaced outside the phase plane data for determination; and in region D, the diagnostic phase plane data is displaced inside the phase plane data for determination.
図5に示す第1位相面データは、角速度ωの変化に対する電圧uの変化を表す位相面データである。すなわち、領域Aにて、モータ11に供給する電圧uが一方方向に上昇することで、正回転を開始する。領域Bにて、モータ11に供給する電圧uが緩やかに上昇し、モータ11の角速度ω(回転数)も増加する。領域Bと領域Cとの間で、モータ11に供給する電圧uが一定になり、モータ11の角速度ω(回転数)も一定になる。そして、領域Cにて、モータ11に供給する電圧uが急激に減少し、モータ11が減速を開始する。領域Dにて、モータ11に供給する電圧uが緩やかに減少し、モータ11の角速度ω(回転数)も減少する。 The first phase plane data shown in Figure 5 represents the change in voltage u in response to a change in angular velocity ω. Specifically, in region A, the voltage u supplied to motor 11 increases in one direction, initiating forward rotation. In region B, the voltage u supplied to motor 11 increases gradually, and the angular velocity ω (rotational speed) of motor 11 also increases. Between region B and region C, the voltage u supplied to motor 11 becomes constant, and the angular velocity ω (rotational speed) of motor 11 also becomes constant. Then, in region C, the voltage u supplied to motor 11 decreases sharply, and motor 11 begins to decelerate. In region D, the voltage u supplied to motor 11 decreases gradually, and the angular velocity ω (rotational speed) of motor 11 also decreases.
図5に示すように、判定用位相面データを実線で表す。角速度ωと電圧uとの第2位相面データにおいて、漏電が発生しても、角速度ωが増加するのに伴って、電圧uは変位しない。すなわち、全ての領域A,B,C,Dにおいて、判定用位相面データに対して、診断用位相面データが変位しない。 As shown in Figure 5, the phase plane data for determination is represented by a solid line. In the second phase plane data of angular velocity ω and voltage u, even if leakage current occurs, the voltage u does not change as the angular velocity ω increases. That is, in all regions A, B, C, and D, the diagnostic phase plane data does not change relative to the phase plane data for determination.
<巻線ショート検出用位相面データ>
図6は、巻線ショート発生時における駆動システムのモデルを表す説明図、図7は、巻線ショート発生を判定するモータの角速度に対する電流の位相面データを表す概略図、図8は、巻線ショート発生を判定するモータの角速度に対する電圧の位相面データを表す概略図である。
<Phase plane data for winding short circuit detection>
Figure 6 is an explanatory diagram representing a model of the drive system when a winding short occurs, Figure 7 is a schematic diagram representing the phase plane data of the current against the angular velocity of the motor used to determine if a winding short occurs, and Figure 8 is a schematic diagram representing the phase plane data of the voltage against the angular velocity of the motor used to determine if a winding short occurs.
図6に示すように、電機子抵抗RMと逆起電力定数Keにて、同定値の変化を解析で調べる。巻線の一部がショートし、そのショート部分をショート比率でλ(0~1)とし、電機子抵抗RMの有効部分をRM(1-λ)で表す。このとき、逆起電力定数Keも同じ比率で小さくなるから、Ke(1-λ)で表す。このとき、この場合の巻線ショート発生モデルを以下の式で示す。
数式(9)は、計測することができる状態量としての角速度ωと電圧uとの位相面データを表しており、巻線ショート率λが含まれていることから、角速度ωと電圧uとの位相面データから巻線ショートの発生を判定することができる。 Equation (9) represents the phase-plane data of angular velocity ω and voltage u as measurable state variables. Since it includes the winding short-circuit ratio λ, the occurrence of a winding short can be determined from the phase-plane data of angular velocity ω and voltage u.
一方、状態量としての角速度ωと電流iとの位相面データを求める。角速度ωと電流iとについて、数式(10)を得ることができる。
図7に示すように、判定用位相面データを実線で表し、診断用位相面データを二点鎖線で表す。角速度ωと電流iとの第1位相面データにおいて、巻線ショートが発生すると、電流iが上方に変位する。すなわち、領域B,Dにおいて、判定用位相面データに対して、診断用位相面データが上方に変位する。つまり、領域Bにおいて、診断用位相面データが判定用位相面データの外側に変位し、領域Dにおいて、診断用位相面データが判定用位相面データの内側に変位する。 As shown in Figure 7, the phase plane data for determination is represented by a solid line, and the phase plane data for diagnosis is represented by a dashed line. In the first phase plane data of angular velocity ω and current i, when a winding short circuit occurs, the current i is displaced upward. That is, in regions B and D, the diagnostic phase plane data is displaced upward relative to the determination phase plane data. In other words, in region B, the diagnostic phase plane data is displaced outside the determination phase plane data, and in region D, the diagnostic phase plane data is displaced inside the determination phase plane data.
図8に示すように、角速度ωと電圧uとの第2位相面データにおいて、巻線ショートが発生すると、電圧uが下方に変位する。すなわち、領域B,Dにおいて、判定用位相面データに対して、診断用位相面データが下方に変位する。つまり、領域Bにおいて、診断用位相面データが判定用位相面データの内側を通って外側に変位し、領域Dにおいて、診断用位相面データが判定用位相面データの外側に変位する。 As shown in Figure 8, in the second phase plane data of angular velocity ω and voltage u, when a winding short circuit occurs, the voltage u is displaced downward. That is, in regions B and D, the diagnostic phase plane data is displaced downward relative to the determination phase plane data. In other words, in region B, the diagnostic phase plane data is displaced outside the determination phase plane data, passing inside it, and in region D, the diagnostic phase plane data is displaced outside the determination phase plane data.
<摩擦増加検出用位相面データ>
図9は、摩擦増加を判定するモータの角速度に対する電流の位相面データを表す概略図、図10は、摩擦増加を判定するモータの角速度に対する電圧の位相面データを表す概略図である。
<Phase surface data for detecting increased friction>
Figure 9 is a schematic diagram showing the phase plane data of the current as a function of the angular velocity of the motor used to determine the increase in friction, and Figure 10 is a schematic diagram showing the phase plane data of the voltage as a function of the angular velocity of the motor used to determine the increase in friction.
転動方程式を電流iについて説くと、数式(11)を得る。
図9に示すように、判定用位相面データを実線で表し、診断用位相面データを二点鎖線で表す。角速度ωと電流iとの第1位相面データにおいて、摩擦増加が発生すると、電流iが上方に変位する。すなわち、領域B,Dにおいて、判定用位相面データに対して、診断用位相面データが上方に変位する。つまり、領域Bにおいて、診断用位相面データが判定用位相面データの外側に変位し、領域Dにおいて、診断用位相面データが判定用位相面データの内側に変位する。 As shown in Figure 9, the phase plane data for determination is represented by a solid line, and the phase plane data for diagnosis is represented by a dashed line. In the first phase plane data of angular velocity ω and current i, when friction increases, the current i is displaced upward. That is, in regions B and D, the diagnostic phase plane data is displaced upward relative to the phase plane data for determination. In other words, in region B, the diagnostic phase plane data is displaced outside the phase plane data for determination, and in region D, the diagnostic phase plane data is displaced inside the phase plane data for determination.
図10に示すように、角速度ωと電圧uとの第2位相面データにおいて、摩擦増加が発生すると、電圧uが上方に変位する。すなわち、領域B,Dにおいて、判定用位相面データに対して、診断用位相面データが上方に変位する。つまり、領域Bにおいて、診断用位相面データが判定用位相面データの内側を通って外側に変位し、領域Dにおいて、診断用位相面データが判定用位相面データの外側に変位する。 As shown in Figure 10, in the second phase plane data of angular velocity ω and voltage u, when friction increases, the voltage u is displaced upward. That is, in regions B and D, the diagnostic phase plane data is displaced upward relative to the determination phase plane data. In other words, in region B, the diagnostic phase plane data is displaced outside the determination phase plane data, passing inside it, and in region D, the diagnostic phase plane data is displaced outside the determination phase plane data.
<全体の変位量の算出方法>
図11は、全体の変位量の算出方法を表す説明図、図12は、X方向の変位量の算出方法を表す説明図、図13は、Y方向の変位量の算出方法を表す説明図である。
<Method for calculating the total displacement amount>
Figure 11 is an explanatory diagram showing the method for calculating the total displacement, Figure 12 is an explanatory diagram showing the method for calculating the displacement in the X direction, and Figure 13 is an explanatory diagram showing the method for calculating the displacement in the Y direction.
位相面データ算出部44は、判定用位相面データに対する診断用位相面データの全体の変位量を算出する。ここで、全体の変位量は、判定用位相面データの図心に対する診断用位相面データの図心の変位量である。以下、判定用位相面データの図心および診断用位相面データの図心について説明する。 The phase plane data calculation unit 44 calculates the total displacement of the diagnostic phase plane data relative to the determination phase plane data. Here, the total displacement is the displacement of the centroid of the diagnostic phase plane data relative to the centroid of the determination phase plane data. The centroids of the determination phase plane data and the centroid of the diagnostic phase plane data will be explained below.
図11に示すように、状態量1をXと、状態量2をYとすると、判定用位相面データ101および診断用位相面データ111は、2次元データとなる。ここで、状態量1(X)は、例えば、角速度ωであり、状態量2(Y)は、電流iまたは電圧uである。そして、判定用位相面データ101は、図心102を有し、診断用位相面データ111は、図心112を有する。図心102,112とは、その位置を支点にしたとき、判定用位相面データ101および診断用位相面データ111の各図形が釣り合う点である。 As shown in Figure 11, if state variable 1 is X and state variable 2 is Y, then the determination phase plane data 101 and the diagnostic phase plane data 111 are two-dimensional data. Here, state variable 1 (X) is, for example, angular velocity ω, and state variable 2 (Y) is current i or voltage u. The determination phase plane data 101 has a centroid 102, and the diagnostic phase plane data 111 has a centroid 112. The centroids 102 and 112 are the points where the respective figures of the determination phase plane data 101 and the diagnostic phase plane data 111 balance when their positions are used as pivot points.
図12および図13に示すように、例えば、判定用位相面データ101は、X方向において、Y方向に沿った短冊形状をなす複数の領域101xに分割される。すなわち、判定用位相面データ101は、各領域101xをX方向に積分したものである。同様に、判定用位相面データ101は、Y方向において、X方向に沿った短冊形状をなす複数の領域101yに分割される。すなわち、判定用位相面データ101は、各領域101yをY方向に積分したものである。すると、判定用位相面データ101の図心102は、X方向の位置とY方向の位置が下記数式により算出される。 As shown in Figures 12 and 13, for example, the determination phase surface data 101 is divided in the X direction into multiple regions 101x that form a strip shape along the Y direction. That is, the determination phase surface data 101 is obtained by integrating each region 101x in the X direction. Similarly, the determination phase surface data 101 is divided in the Y direction into multiple regions 101y that form a strip shape along the X direction. That is, the determination phase surface data 101 is obtained by integrating each region 101y in the Y direction. Then, the centroid 102 of the determination phase surface data 101 is calculated using the following formulas for its position in the X direction and Y direction.
判定用位相面データ101の図心102のXY位置と診断用位相面データ111のXY位置が算出されると、判定用位相面データ101の図心102のXY位置と診断用位相面データ111のXY位置の偏差に基づいて変位量Dが算出される。 Once the XY positions of the centroid 102 of the determination phase plane data 101 and the XY positions of the diagnostic phase plane data 111 are calculated, the displacement amount D is calculated based on the deviation between the XY positions of the centroid 102 of the determination phase plane data 101 and the XY positions of the diagnostic phase plane data 111.
なお、全体の変位量は、判定用位相面データの図心に対する診断用位相面データの図心の変位量に限定されるものではない。 Furthermore, the total displacement is not limited to the displacement of the centroid of the diagnostic phase plane data relative to the centroid of the judgment phase plane data.
全体の変位量は、判定用位相面データに設定された複数の定点に対する診断用位相面データに設定された複数の定点の変位量であってもよい。 The total displacement may be the displacement of multiple fixed points set in the diagnostic phase surface data relative to multiple fixed points set in the judgment phase surface data.
図14に示すように、状態量1をXと、状態量2をYとすると、判定用位相面データ121および診断用位相面データ131は、2次元データとなる。ここで、状態量1(X)は、例えば、角速度ωであり、状態量2(Y)は、電流iまたは電圧uである。そして、判定用位相面データ101は、複数(本実施形態では、8個)の定点141,142,143,144,145,146,147,148を有する。 As shown in Figure 14, if state variable 1 is X and state variable 2 is Y, then the determination phase plane data 121 and the diagnostic phase plane data 131 are two-dimensional data. Here, state variable 1 (X) is, for example, angular velocity ω, and state variable 2 (Y) is current i or voltage u. The determination phase plane data 101 has multiple (eight in this embodiment) fixed points 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, and 148.
診断用位相面データ131は、判定用位相面データ121との間に全体の変位量がある。すなわち、判定用位相面データ121と診断用位相面データ131とは、複数の定点141,142,143,144,145,146,147,148が移動する。判定用位相面データ121と診断用位相面データ131との間にて、複数の定点141,142,143,144,145,146,147,148の変位量Da,Db,Dc,Dd,De,Df,Dg,Dhを算出する。変位量Da,Db,Dc,Dd,De,Df,Dg,Dhの算出方法は、上述した方法を用いる。変位量Da,Db,Dc,Dd,De,Df,Dg,Dhによるベクトル量として全体の変位量を表現することができる。 The diagnostic phase plane data 131 has a total displacement amount between it and the judgment phase plane data 121. That is, multiple fixed points 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, and 148 move between the judgment phase plane data 121 and the diagnostic phase plane data 131. The displacement amounts Da, Db, Dc, Dd, De, Df, Dg, and Dh of the multiple fixed points 141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, and 148 are calculated between the judgment phase plane data 121 and the diagnostic phase plane data 131. The method for calculating the displacement amounts Da, Db, Dc, Dd, De, Df, Dg, and Dh is the method described above. The total displacement amount can be expressed as a vector quantity based on the displacement amounts Da, Db, Dc, Dd, De, Df, Dg, and Dh.
なお、全体の変位量を求めるため、判定用位相面データに設定された複数の定点に対する診断用位相面データに設定された複数の定点の変位量を算出する場合、それぞれの位相面の定点は、時間軸上の同じ時間でサンプルしたものとすることができる。この説明として、定点145から148に亘って角速度ωと電流iをサンプルした一例を図15に示す。例えば、定点145における判定時の角速度ωと電流iに基づいて図14の判定用位相面データの定点145がプロットされる。同様に定点145における診断時の角速度ωと電流iに基づいてプロットされる診断用位相面データの定点と判定用位相面データの定点145との変位量を算出することにより、変位量Deを得ることができる。 Furthermore, in order to determine the total displacement, when calculating the displacement of multiple fixed points set in the diagnostic phase surface data relative to multiple fixed points set in the judgment phase surface data, each fixed point in the phase surface can be sampled at the same time on the time axis. As an explanation, Figure 15 shows an example where angular velocity ω and current i are sampled from fixed point 145 to 148. For example, fixed point 145 of the judgment phase surface data in Figure 14 is plotted based on the angular velocity ω and current i at fixed point 145 during judgment. Similarly, by calculating the displacement between the fixed point in the diagnostic phase surface data plotted based on the angular velocity ω and current i at fixed point 145 during diagnosis and fixed point 145 of the judgment phase surface data, the displacement amount De can be obtained.
<状態監視方法および診断方法>
図16は、状態監視方法および診断方法を表すフローチャートである。
<Methods for monitoring and diagnosing the condition>
Figure 16 is a flowchart illustrating the status monitoring method and the diagnostic method.
図2および図16に示すように、ステップS11にて、データ取得部41は、駆動システム10の各種の状態量として、モータ11の角速度ωと電流iと電圧uを取得する。ステップS12にて、判定用位相面データ作成部42は、例えば、過去に作成した位相面データに基づいて判定用位相面データを作成する。判定用位相面データは、駆動システム10が正常に作動していたときに作成した位相面データを判定用位相面データである。ここで、判定用位相面データは、例えば、角速度ωと電流iとの第1判定用位相面データと、角速度ωと電圧uとの第2判定用位相面データである。 As shown in Figures 2 and 16, in step S11, the data acquisition unit 41 acquires the angular velocity ω, current i, and voltage u of the motor 11 as various state quantities of the drive system 10. In step S12, the determination phase plane data creation unit 42 creates determination phase plane data based, for example, on previously created phase plane data. The determination phase plane data is the phase plane data created when the drive system 10 was operating normally. Here, the determination phase plane data consists of, for example, first determination phase plane data of angular velocity ω and current i, and second determination phase plane data of angular velocity ω and voltage u.
ステップS13にて、診断用位相面データ作成部43は、診断時に取得した状態量(角速度ω、電流i、電圧u)に基づいて診断用位相面データを作成する。診断時とは、現在または過去における特定の時期である。ここで、診断用位相面データは、例えば、角速度ωと電流iとの第1診断用位相面データと、角速度ωと電圧uとの第2診断用位相面データである。 In step S13, the diagnostic phase plane data creation unit 43 creates diagnostic phase plane data based on the state variables (angular velocity ω, current i, voltage u) acquired during the diagnosis. The diagnosis refers to a specific time in the present or past. Here, the diagnostic phase plane data includes, for example, first diagnostic phase plane data of angular velocity ω and current i, and second diagnostic phase plane data of angular velocity ω and voltage u.
ステップS14にて、位相面データ算出部44は、判定用位相面データ作成部42が作成した判定用位相面データに対する診断用位相面データ作成部43が作成した診断用位相面データの全体の変位量を算出する。そして、ステップS15にて、表示部33は、位相面データ算出部44から出力された判定用位相面データと診断用位相面データを重ねて表示する。 In step S14, the phase plane data calculation unit 44 calculates the total displacement amount of the diagnostic phase plane data created by the diagnostic phase plane data creation unit 43 relative to the judgment phase plane data created by the judgment phase plane data creation unit 42. Then, in step S15, the display unit 33 displays the judgment phase plane data and the diagnostic phase plane data output from the phase plane data calculation unit 44, overlaid on top of each other.
つまり、表示部33は、判定用第1位相面データと診断用第1位相面データを重ねて表示すると共に、判定用第2位相面データと診断用第2位相面データを重ねて表示する。そのため、判定用第1位相面データと診断用第1位相面データとの全体の第1変位量と、判定用第2位相面データと診断用第2位相面データとの全体の第2変位量を監視することが可能となる。 In other words, the display unit 33 overlays the first phase surface data for judgment and the first phase surface data for diagnosis, and also overlays the second phase surface data for judgment and the second phase surface data for diagnosis. Therefore, it becomes possible to monitor the total first displacement amount of the first phase surface data for judgment and the first phase surface data for diagnosis, and the total second displacement amount of the second phase surface data for judgment and the second phase surface data for diagnosis.
ステップS16にて、作業者は、表示部33に表示された判定用第1位相面データと診断用第1位相面データとの全体の第1変位量と、判定用第2位相面データと診断用第2位相面データとの全体の第2変位量を確認することで、駆動システム10における漏電の変位量と、巻線ショートの変位量と、摩擦の変位量を予め設定された判定値と比較する。その結果、作業者は、漏電の変位量と巻線ショートの変位量と摩擦の変位量が判定値より小さいと判断すれば、駆動システム10が正常であると判定する。一方、作業者は、漏電の変位量と巻線ショートの変位量と摩擦の変位量が判定値より大きいと判断すれば、漏電による異常、巻線ショートによる異常、摩擦増加による異常と判定する。 In step S16, the operator checks the total first displacement amount of the first phase surface data for determination and the first phase surface data for diagnosis, and the total second displacement amount of the second phase surface data for determination and the second phase surface data for diagnosis, displayed on the display unit 33. Based on this, the operator compares the displacement amounts for leakage current, winding short circuit, and friction in the drive system 10 with preset determination values. If the operator determines that the displacement amounts for leakage current, winding short circuit, and friction are smaller than the determination values, the operator determines that the drive system 10 is functioning normally. On the other hand, if the operator determines that the displacement amounts for leakage current, winding short circuit, and friction are larger than the determination values, the operator determines that there is an abnormality due to leakage current, winding short circuit, or increased friction.
<状態監視方法および診断方法の変形例>
状態監視方法および診断方法は、上述した方法に限るものではない。図17は、状態監視方法および診断方法の変形例を表すフローチャートである。
<Variations of condition monitoring and diagnostic methods>
The status monitoring and diagnostic methods are not limited to those described above. Figure 17 is a flowchart showing a modified example of the status monitoring and diagnostic methods.
図2および図17に示すように、ステップS21にて、データ取得部41は、駆動システム10の各種の状態量として、モータ11の角速度ωと電流iと電圧uを取得する。ステップS22にて、判定用位相面データ作成部42は、例えば、予め駆動システム10の異常の条件(漏電、巻線ショート、摩擦増加など)を網羅的に与え、シミュレーションや実験により判定用位相面データを作成する。ここで、判定用位相面データは、例えば、角速度ωと電流iとの第1判定用位相面データと、角速度ωと電圧uとの第2判定用位相面データである。 As shown in Figures 2 and 17, in step S21, the data acquisition unit 41 acquires the angular velocity ω, current i, and voltage u of the motor 11 as various state quantities of the drive system 10. In step S22, the determination phase plane data creation unit 42 comprehensively provides conditions for abnormalities in the drive system 10 (e.g., leakage current, winding short circuit, increased friction) in advance and creates determination phase plane data through simulation or experimentation. Here, the determination phase plane data consists of, for example, first determination phase plane data of angular velocity ω and current i, and second determination phase plane data of angular velocity ω and voltage u.
ステップS23にて、診断用位相面データ作成部43は、診断時に取得した状態量(角速度ω、電流i、電圧u)に基づいて診断用位相面データを作成する。ここで、診断用位相面データは、例えば、角速度ωと電流iとの第1診断用位相面データと、角速度ωと電圧uとの第2診断用位相面データである。 In step S23, the diagnostic phase plane data creation unit 43 creates diagnostic phase plane data based on the state variables (angular velocity ω, current i, voltage u) acquired during the diagnosis. Here, the diagnostic phase plane data includes, for example, first diagnostic phase plane data of angular velocity ω and current i, and second diagnostic phase plane data of angular velocity ω and voltage u.
ステップS24にて、位相面データ算出部44は、判定用位相面データ作成部42が作成した判定用位相面データに対する診断用位相面データ作成部43が作成した診断用位相面データの全体の変位量を算出する。そして、ステップS25にて、表示部33は、位相面データ算出部44から出力された判定用位相面データと診断用位相面データを重ねて表示する。なお、このとき、表示部33による判定用位相面データと診断用位相面データの表示を省略してもよい。 In step S24, the phase plane data calculation unit 44 calculates the total displacement amount of the diagnostic phase plane data created by the diagnostic phase plane data creation unit 43 relative to the judgment phase plane data created by the judgment phase plane data creation unit 42. Then, in step S25, the display unit 33 displays the judgment phase plane data and the diagnostic phase plane data output from the phase plane data calculation unit 44, superimposed on each other. Note that the display of the judgment phase plane data and the diagnostic phase plane data by the display unit 33 may be omitted at this point.
ステップS26にて、状態監視制御部31は、判定用第1位相面データの画像データと診断用第1位相面データの画像データを監視する。そして、ディープラーニングなどの機械学習により判定用第2位相面データと診断用第2位相面データとの全体の変位量に基づいて、駆動システム10における漏電の変位量と、巻線ショートの変位量と、摩擦の変位量を監視する。その結果、駆動システム10の正常と異常が判定される。 In step S26, the state monitoring control unit 31 monitors the image data of the first phase surface data for determination and the image data of the first phase surface data for diagnosis. Then, using machine learning such as deep learning, it monitors the displacement of leakage current, winding short circuit, and friction in the drive system 10 based on the total displacement of the second phase surface data for determination and the second phase surface data for diagnosis. As a result, the normal or abnormal state of the drive system 10 is determined.
[第2実施形態]
図18は、第2実施形態の診断装置の全体構成を表す概略図、図19は、診断方法を表すフローチャートである。なお、上述した第1実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
Figure 18 is a schematic diagram showing the overall configuration of the diagnostic device of the second embodiment, and Figure 19 is a flowchart showing the diagnostic method. Components having the same functions as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed explanations are omitted.
図18に示すように、診断装置50は、診断制御部51と、操作部32と、表示部33と、記憶部34とを有する。状態監視制御部31Aは、データ取得部41と、判定用位相面データ作成部42と、診断用位相面データ作成部43と、位相面データ算出部44と、異常判定部45とを有する。 As shown in Figure 18, the diagnostic device 50 includes a diagnostic control unit 51, an operation unit 32, a display unit 33, and a storage unit 34. The state monitoring control unit 31A includes a data acquisition unit 41, a phase plane data creation unit 42 for determination, a phase plane data creation unit 43 for diagnosis, a phase plane data calculation unit 44, and an abnormality determination unit 45.
操作部32と、表示部33と、記憶部34と、データ取得部41と、判定用位相面データ作成部42と、診断用位相面データ作成部43と、位相面データ算出部44は、第1実施形態と同様である。 The operation unit 32, display unit 33, storage unit 34, data acquisition unit 41, judgment phase plane data creation unit 42, diagnostic phase plane data creation unit 43, and phase plane data calculation unit 44 are the same as in the first embodiment.
異常判定部45は、位相面データ算出部44が算出することで得られた全体の変位量と予め設定された変位量判定値とを比較し、駆動システム10が異常であるか否かを判定する。 The abnormality determination unit 45 compares the total displacement amount calculated by the phase plane data calculation unit 44 with a preset displacement amount determination value to determine whether the drive system 10 is abnormal or not.
全体の変位量は、判定用位相面データと診断用位相面データとの変位量である。具体的に、位相面データは、角速度ωと電流iとの第1位相面データと、角速度ωと電流iとの第2位相面データがある。そのため、全体の変位量は、第1判定用位相面データと第1診断用位相面データとの第1変位量と、第2判定用位相面データと第2診断用位相面データとの第2変位量である。 The total displacement is the displacement between the phase plane data used for judgment and the phase plane data used for diagnosis. Specifically, the phase plane data consists of a first phase plane data set of angular velocity ω and current i, and a second phase plane data set of angular velocity ω and current i. Therefore, the total displacement is the first displacement between the first judgment phase plane data and the first diagnosis phase plane data, and the second displacement between the second judgment phase plane data and the second diagnosis phase plane data.
本実施形態では、全体の変位量を位相面の移動ベクトルとして求める。すなわち、駆動システム10の漏電率μL、巻線ショート率λ、摩擦Tfに対する位相面データの移動ベクトルの関係を試験やシミュレーションで求めて関数化する。ここで、関数化の方法は、例えば、応答曲面法(応答曲面近似)、部分的最小二乗回帰法、主成分回帰法など、適切方法を利用すればよい。 In this embodiment, the total displacement is determined as the phase surface movement vector. That is, the relationship between the phase surface data movement vector and the leakage rate μL , winding short-circuit rate λ, and friction Tf of the drive system 10 is determined by testing or simulation and expressed as a function. Here, an appropriate method can be used for expressing the relationship, such as the response surface method (response surface approximation), partial least squares regression method, or principal component regression method.
すなわち、漏電率μL、巻線ショート率λ、摩擦Tfに対する位相面データの移動ベクトルの関係を関数化することで、全体の変位量として、第1位相面データ(i-ω)の第1移動ベクトルδV1が求められ、第2位相面データ(u-ω)の第2移動ベクトルδV2が求められる。そして、2個の移動ベクトルδV1,δV2から漏電率μL、巻線ショート率λ、摩擦Tfの状態を推定する。
漏電率μL=F1(δV1,δV2)
巻線ショート率λ=F2(δV1,δV2)
摩擦Tf=F3(δV1,δV2)
In other words, by formulating a function for the relationship between the phase surface data's movement vector and the leakage rate μL , winding short-circuit rate λ, and friction Tf, the first movement vector δV1 of the first phase surface data (i-ω) and the second movement vector δV2 of the second phase surface data (u-ω) are obtained as the total displacement. Then, the state of the leakage rate μL , winding short-circuit rate λ, and friction Tf are estimated from these two movement vectors δV1 and δV2.
Leakage rate μ L = F1 (δV1, δV2)
Winding short-circuit ratio λ = F2(δV1, δV2)
Friction Tf=F3 (δV1, δV2)
そのため、異常判定部45は、全体の変位量としての漏電率μLと巻線ショート率λと摩擦Tfを予め設定された変位量判定値としての漏電率判定値μthと巻線ショート率判定値λthと摩擦判定値Tthとを比較し、駆動システム10の異常を判定する。 Therefore, the abnormality determination unit 45 compares the leakage rate μL as the total displacement, the winding short-circuit rate λ, and the friction Tf with the leakage rate determination value μth, the winding short-circuit rate determination value λth, and the friction determination value Tth, which are predetermined displacement determination values, to determine an abnormality in the drive system 10.
図18および図19に示すように、ステップS31にて、データ取得部41は、駆動システム10の各種の状態量として、モータ11の角速度ωと電流iと電圧uを取得する。ステップS32にて、判定用位相面データ作成部42は、例えば、過去に作成した位相面データに基づいて判定用位相面データを作成する。ここで、判定用位相面データは、例えば、角速度ωと電流iとの第1判定用位相面データと、角速度ωと電圧uとの第2判定用位相面データである。 As shown in Figures 18 and 19, in step S31, the data acquisition unit 41 acquires the angular velocity ω, current i, and voltage u of the motor 11 as various state quantities of the drive system 10. In step S32, the determination phase plane data creation unit 42 creates determination phase plane data based, for example, on previously created phase plane data. Here, the determination phase plane data consists of, for example, first determination phase plane data of angular velocity ω and current i, and second determination phase plane data of angular velocity ω and voltage u.
ステップS33にて、診断用位相面データ作成部43は、診断時に取得した状態量(角速度ω、電流i、電圧u)に基づいて診断用位相面データを作成する。ここで、診断用位相面データは、例えば、角速度ωと電流iとの第1診断用位相面データと、角速度ωと電圧uとの第2診断用位相面データである。 In step S33, the diagnostic phase plane data creation unit 43 creates diagnostic phase plane data based on the state variables (angular velocity ω, current i, voltage u) acquired during the diagnosis. Here, the diagnostic phase plane data includes, for example, first diagnostic phase plane data of angular velocity ω and current i, and second diagnostic phase plane data of angular velocity ω and voltage u.
ステップS34にて、位相面データ算出部44は、判定用位相面データ作成部42が作成した判定用位相面データに対する診断用位相面データ作成部43が作成した診断用位相面データの全体の変位量を算出する。そして、ステップS35にて、表示部33は、位相面データ算出部44から出力された判定用位相面データと診断用位相面データを重ねて表示する。 In step S34, the phase plane data calculation unit 44 calculates the total displacement amount of the diagnostic phase plane data created by the diagnostic phase plane data creation unit 43 relative to the judgment phase plane data created by the judgment phase plane data creation unit 42. Then, in step S35, the display unit 33 displays the judgment phase plane data and the diagnostic phase plane data output from the phase plane data calculation unit 44, overlaid on top of each other.
ステップS36にて、異常判定部45は、診断用位相面データの移動ベクトルを算出する。すなわち、駆動システム10の漏電率μL、巻線ショート率λ、摩擦Tfに対する位相面データの移動ベクトルの関係を関数化することで、第1位相面データ(i-ω)の第1移動ベクトルδV1と第2位相面データ(u-ω)の第2移動ベクトルδV2を求める。ステップS37にて、診断用位相面データの変位量として、移動ベクトルδV1,δV2から漏電率μL、巻線ショート率λ、摩擦Tfの状態を推定する。
漏電率μL=F1(δV1,δV2)
巻線ショート率λ=F2(δV1,δV2)
摩擦Tf=F3(δV1,δV2)
In step S36, the abnormality determination unit 45 calculates the movement vector of the diagnostic phase surface data. That is, by formulating a function for the relationship between the movement vector of the phase surface data and the leakage rate μL , winding short circuit rate λ, and friction Tf of the drive system 10, the first movement vector δV1 of the first phase surface data (i-ω) and the second movement vector δV2 of the second phase surface data (u-ω) are obtained. In step S37, the state of the leakage rate μL , winding short circuit rate λ, and friction Tf are estimated from the movement vectors δV1 and δV2 as the displacement amount of the diagnostic phase surface data.
Leakage rate μ L = F1 (δV1, δV2)
Winding short-circuit ratio λ = F2(δV1, δV2)
Friction Tf=F3 (δV1, δV2)
そして、ステップS38にて、異常判定部45は、漏電率μLが予め設定された漏電率判定値μthよりも大きいか否かを判定する。ここで、漏電率判定値μthは、過去の状態量や位相面データに基づいて試験やシミュレーションなどにより設定する。異常判定部45は、漏電率μLが漏電率判定値μthよりも大きくないと判定(No)すると、ステップS39にて、駆動システム10が正常であると判定する。一方、異常判定部45は、漏電率μLと漏電率判定値μthよりも大きいと判定(Yes)すると、ステップS40にて、駆動システム10が異常であると判定する。 Then, in step S38, the abnormality determination unit 45 determines whether the leakage rate μL is greater than a preset leakage rate determination value μth. Here, the leakage rate determination value μth is set by testing or simulation based on past state variables and phase plane data. If the abnormality determination unit 45 determines that the leakage rate μL is not greater than the leakage rate determination value μth (No), then in step S39, it determines that the drive system 10 is normal. On the other hand, if the abnormality determination unit 45 determines that the leakage rate μL is greater than the leakage rate determination value μth (Yes), then in step S40, it determines that the drive system 10 is abnormal.
また、ステップS41にて、異常判定部45は、巻線ショート率λが予め設定された巻線ショート率判定値λthよりも大きいか否かを判定する。ここで、巻線ショート率判定値λthは、過去の状態量や位相面データに基づいて試験やシミュレーションなどにより設定する。異常判定部45は、巻線ショート率λが巻線ショート率判定値λthよりも大きくないと判定(No)すると、ステップS42にて、駆動システム10が正常であると判定する。一方、異常判定部45は、巻線ショート率λが巻線ショート率判定値λthよりも大きいと判定(Yes)すると、ステップS43にて、駆動システム10が異常であると判定する。 Furthermore, in step S41, the abnormality determination unit 45 determines whether the winding short-circuit ratio λ is greater than a preset winding short-circuit ratio determination value λth. Here, the winding short-circuit ratio determination value λth is set based on past state variables and phase plane data through testing or simulation. If the abnormality determination unit 45 determines that the winding short-circuit ratio λ is not greater than the winding short-circuit ratio determination value λth (No), then in step S42, it determines that the drive system 10 is normal. On the other hand, if the abnormality determination unit 45 determines that the winding short-circuit ratio λ is greater than the winding short-circuit ratio determination value λth (Yes), then in step S43, it determines that the drive system 10 is abnormal.
また、ステップS44にて、異常判定部45は、摩擦Tfが予め設定された摩擦判定値Tthよりも大きいか否かを判定する。ここで、摩擦判定値Tthは、過去の状態量や位相面データに基づいて試験やシミュレーションなどにより設定する。異常判定部45は、摩擦Tfが摩擦判定値Tthよりも大きくないと判定(No)すると、ステップS45にて、駆動システム10が正常であると判定する。一方、異常判定部45は、摩擦Tfが摩擦判定値Tthよりも大きいと判定(Yes)すると、ステップS46にて、駆動システム10が異常であると判定する。 Furthermore, in step S44, the abnormality determination unit 45 determines whether the friction Tf is greater than a preset friction determination value Tth. Here, the friction determination value Tth is set based on past state variables and phase surface data through testing or simulation. If the abnormality determination unit 45 determines that the friction Tf is not greater than the friction determination value Tth (No), then in step S45, it determines that the drive system 10 is normal. On the other hand, if the abnormality determination unit 45 determines that the friction Tf is greater than the friction determination value Tth (Yes), then in step S46, it determines that the drive system 10 is abnormal.
[第3実施形態]
図20は、第3実施形態の状態監視装置および診断装置を説明するための概略図である。なお、上述した第1実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
[Third Embodiment]
Figure 20 is a schematic diagram illustrating the condition monitoring device and diagnostic device of the third embodiment. Components having the same functions as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed descriptions are omitted.
図20に示すように、第1実施形態および第2実施形態にて、状態監視装置30や診断装置50は、モータ11の角速度ωと電流iと電圧uに基づいて駆動システム10の状態を監視または診断する。このとき、処理する位相面データは、角速度ωと電流iとの第1位相面データと、角速度ωと電圧uとの第2位相面データである。そして、第1位相面データと第2位相面データは、2次元データである。 As shown in Figure 20, in the first and second embodiments, the state monitoring device 30 and the diagnostic device 50 monitor or diagnose the state of the drive system 10 based on the angular velocity ω, current i, and voltage u of the motor 11. At this time, the phase plane data processed consists of first phase plane data of angular velocity ω and current i, and second phase plane data of angular velocity ω and voltage u. The first and second phase plane data are two-dimensional data.
第3実施形態では、図20に示すように、第1位相面データや第2位相面データを3次元データ(多次元データ)とする。判定用位相面データ151は、状態量Xと状態量Yと状態量Zとの3次元位相面データである。また、診断用位相面データ152は、状態量Xと状態量Yと状態量Zとの3次元位相面データである。ここで、状態量X,Y,Zは、例えば、角速度ω、電流i、電圧uである。位相面データ算出部44(図18参照)は、判定用位相面データ151と診断用位相面データ152との3次元方向の全体の変位量を算出する。異常判定部45(図18参照)は、3次元方向の全体の変位量と3次元方向の変位量判定値とを比較し、異常を判定する。なお、3次元方向の全体の変位量の算出方向は、2次元方向の全体の変位量の算出方法と同様である。 In the third embodiment, as shown in Figure 20, the first and second phase plane data are treated as three-dimensional data (multidimensional data). The determination phase plane data 151 is three-dimensional phase plane data of state variables X, Y, and Z. Similarly, the diagnostic phase plane data 152 is three-dimensional phase plane data of state variables X, Y, and Z. Here, state variables X, Y, and Z are, for example, angular velocity ω, current i, and voltage u. The phase plane data calculation unit 44 (see Figure 18) calculates the total displacement in the three-dimensional direction of the determination phase plane data 151 and the diagnostic phase plane data 152. The abnormality determination unit 45 (see Figure 18) compares the total displacement in the three-dimensional direction with the displacement determination value in the three-dimensional direction to determine an abnormality. The calculation direction for the total displacement in the three-dimensional direction is the same as the calculation method for the total displacement in the two-dimensional direction.
なお、この場合、状態量としては、制御装置側のものとして、制御偏差e、三相モータの各相の電流などを組み合わせた多次元化が考えられる。 In this case, the state variables could be multidimensional, combining control deviation e, currents for each phase of a three-phase motor, etc., as controls for the control device.
[本実施形態の作用効果]
第1の態様に係る状態監視装置は、状態量を取得するデータ取得部41と、過去に取得した状態量に基づいて判定用位相面データを作成する判定用位相面データ作成部42と、診断時に取得した状態量に基づいて診断用位相面データを作成する診断用位相面データ作成部43と、判定用位相面データに対する診断用位相面データの全体の変位量を算出する位相面データ算出部44と、全体の変位量を出力する表示部(出力部)33とを備える。
[Effects of this embodiment]
The state monitoring device according to the first embodiment includes a data acquisition unit 41 that acquires state quantities, a determination phase plane data creation unit 42 that creates determination phase plane data based on state quantities acquired in the past, a diagnostic phase plane data creation unit 43 that creates diagnostic phase plane data based on state quantities acquired during diagnosis, a phase plane data calculation unit 44 that calculates the total displacement amount of the diagnostic phase plane data relative to the determination phase plane data, and a display unit (output unit) 33 that outputs the total displacement amount.
第1の態様に係る状態監視装置によれば、判定用位相面データに対する診断用位相面データの全体の変位量を算出して表示することから、診断時に取得した状態量に応じた異常を適切に把握することができる。すなわち、診断用位相面データは、判定用位相面データに対して一部が変位したり、全体が変位したりする。つまり、診断用位相面データは、一部または全部が判定用位相面データの外側や内側に変位する。判定用位相面データに対する診断用位相面データの全体の変位量を表示すると、判定用位相面データに対する診断用位相面データの外側への変位および内側への変位を見つけることができる。その結果、駆動システムの状態量を監視することで高精度な診断を可能とすることができる。 According to the first embodiment of the condition monitoring device, the total displacement of the diagnostic phase surface data relative to the determination phase surface data is calculated and displayed, allowing for appropriate identification of abnormalities corresponding to the state quantities acquired during diagnosis. Specifically, the diagnostic phase surface data may be partially or entirely displaced relative to the determination phase surface data. In other words, the diagnostic phase surface data may be partially or entirely displaced outside or inside the determination phase surface data. By displaying the total displacement of the diagnostic phase surface data relative to the determination phase surface data, it is possible to detect displacements of the diagnostic phase surface data outside and inside the determination phase surface data. As a result, highly accurate diagnosis can be achieved by monitoring the state quantities of the drive system.
第2の態様に係る状態監視装置は、全体の変位量は、判定用位相面データの図心に対する診断用位相面データの図心の変位量である。これにより、全体の変位量を容易に算出することができる。 In the second embodiment of the state monitoring device, the total displacement is the displacement of the centroid of the diagnostic phase plane data relative to the centroid of the determination phase plane data. This allows for easy calculation of the total displacement.
第3の態様に係る状態監視装置は、全体の変位量は、判定用位相面データに設定された複数の定点に対する診断用位相面データに設定された複数の定点の変位量である。これにより、全体の変位量を容易に算出することができる。 In the third embodiment of the condition monitoring device, the total displacement is the displacement of multiple fixed points set in the diagnostic phase plane data relative to multiple fixed points set in the determination phase plane data. This allows for easy calculation of the total displacement.
第4の態様に係る状態監視装置は、判定用位相面データ作成部42は、過去に作成した位相面データまたは過去に作成した複数の位相面データを平均化処理した平均位相面データを判定用位相面データとする。これにより、判定用位相面データとして過去に作成した位相面データを適用することで、駆動システム10における過去の特定の状態と診断時の状態を比較することができる。また、判定用位相面データとして平均位相面データを適用することで、駆動システムにおける過去の状態変化を加味した状態と診断時の状態を比較することができる。 In the fourth embodiment of the state monitoring device, the determination phase plane data creation unit 42 uses previously created phase plane data or average phase plane data obtained by averaging multiple previously created phase plane data as the determination phase plane data. This allows for a comparison between a specific past state of the drive system 10 and the state at the time of diagnosis by applying previously created phase plane data as the determination phase plane data. Furthermore, by applying average phase plane data as the determination phase plane data, a comparison between the state of the drive system, taking into account past state changes, and the state at the time of diagnosis is possible.
第5の態様に係る状態監視装置は、判定用位相面データ作成部42は、過去に作成した最大位相面データまたは最小位相面データを前記判定用位相面データとする。これにより、駆動システム10における過去の特定の状態と診断時の状態を比較することができる。 In the fifth embodiment of the state monitoring device, the determination phase plane data creation unit 42 uses previously created maximum or minimum phase plane data as the determination phase plane data. This allows for a comparison between a specific past state of the drive system 10 and the state at the time of diagnosis.
第6の態様に係る状態監視装置は、判定用位相面データと診断用位相面データを重ねて表示することで、全体の変位量を表示する表示部33を有する。これにより、作業者は、表示部33により判定用位相面データと診断用位相面データとの全体の変位量を黙視することで、異常を容易に診断することができる。 The sixth embodiment of the condition monitoring device has a display unit 33 that displays the total displacement amount by superimposing judgment phase plane data and diagnostic phase plane data. This allows the operator to easily diagnose abnormalities by visually observing the total displacement amount of the judgment phase plane data and diagnostic phase plane data on the display unit 33.
第7の態様に係る状態監視装置は、データ取得部41は、状態量としてモータの角速度ωと電流iと電圧uを取得し、判定用位相面データ作成部42および診断用位相面データ作成部43は、角速度ωに対する電流iの第1位相面データと、角速度ωに対する電圧uの第2位相面データの少なくとも一つを作成する。これにより、モータ11の状態量に基づいて駆動システム10の異常を適切に判定することができる。 In the seventh embodiment of the state monitoring device, the data acquisition unit 41 acquires the motor's angular velocity ω, current i, and voltage u as state variables, and the determination phase plane data creation unit 42 and the diagnostic phase plane data creation unit 43 create at least one of a first phase plane data of current i relative to angular velocity ω and a second phase plane data of voltage u relative to angular velocity ω. This allows for appropriate determination of abnormalities in the drive system 10 based on the state variables of the motor 11.
第8の態様に係る状態監視装置は、位相面データ算出部44は、判定用第1位相面データに対する診断用第1位相面データの全体の第1変位量を算出すると共に、判定用第2位相面データに対する診断用第2位相面データの全体の第2変位量を算出し、表示部33は、全体の第1変位量と前記全体の第2変位量を表示する。これにより、モータ11により駆動する駆動システム10における漏電と巻線ショートと摩擦の異常を適切に判定することができる。 The condition monitoring device according to the eighth embodiment includes a phase plane data calculation unit 44 that calculates the total first displacement amount of the diagnostic first phase plane data relative to the determination first phase plane data, and also calculates the total second displacement amount of the diagnostic second phase plane data relative to the determination second phase plane data. The display unit 33 displays the total first displacement amount and the total second displacement amount. This allows for appropriate determination of leakage current, winding short circuits, and friction abnormalities in the drive system 10 driven by the motor 11.
第9の態様に係る診断装置は、状態量を取得するデータ取得部41と、過去に取得した状態量に基づいて判定用位相面データを作成する判定用位相面データ作成部42と、診断時に取得した状態量に基づいて診断用位相面データを作成する診断用位相面データ作成部43と、判定用位相面データに対する診断用位相面データの全体の変位量を算出する位相面データ算出部44と、全体の変位量と予め設定された変位量判定値とを比較して異常であるか否かを判定する異常判定部45とを有する。これにより、判定用位相面データに対する診断用位相面データの全体の変位量と変位量判定値とを比較して異常を判定することで、判定用位相面データに対する診断用位相面データの外側への変位および内側への変位を見つけて異常を判定することができる。その結果、駆動システムの状態量を監視することで高精度な診断を可能とすることができる。 The diagnostic device according to the ninth embodiment includes a data acquisition unit 41 for acquiring state quantities, a determination phase plane data creation unit 42 for creating determination phase plane data based on previously acquired state quantities, a diagnostic phase plane data creation unit 43 for creating diagnostic phase plane data based on state quantities acquired during diagnosis, a phase plane data calculation unit 44 for calculating the total displacement amount of the diagnostic phase plane data relative to the determination phase plane data, and an abnormality determination unit 45 for determining whether an abnormality exists by comparing the total displacement amount with a preset displacement amount determination value. This allows for the detection of outward and inward displacements of the diagnostic phase plane data relative to the determination phase plane data by comparing the total displacement amount of the diagnostic phase plane data with the displacement amount determination value to determine an abnormality. As a result, highly accurate diagnosis can be achieved by monitoring the state quantities of the drive system.
第10の態様に係る診断装置は、異常判定部45は、全体の変位量が変位量判定値を超えると異常であると判定する。これにより、駆動システムにおける高精度な診断を可能とすることができる。 In the diagnostic device according to the tenth embodiment, the abnormality determination unit 45 determines that an abnormality exists if the total displacement exceeds the displacement determination value. This enables highly accurate diagnosis of the drive system.
第11の態様に係る状態監視方法は、状態量を取得する工程と、過去に取得した状態量に基づいて判定用位相面を作成する工程と、診断時に取得した状態量に基づいて診断用位相面を作成する工程と、判定用位相面に対する判定用位相面の全体の変位量を算出する工程と、全体の変位量を出力する工程とを有する。これにより、判定用位相面データに対する診断用位相面データの全体の変位量を算出することで、判定用位相面データに対する診断用位相面データの外側への変位および内側への変位を見つけることができる。その結果、駆動システムの状態量を監視することで高精度な診断を可能とすることができる。 The state monitoring method according to the eleventh embodiment includes the steps of: acquiring state quantities; creating a determination phase surface based on previously acquired state quantities; creating a diagnostic phase surface based on state quantities acquired during diagnosis; calculating the total displacement of the determination phase surface relative to the determination phase surface; and outputting the total displacement. By calculating the total displacement of the diagnostic phase surface data relative to the determination phase surface data, it is possible to detect outward and inward displacements of the diagnostic phase surface data relative to the determination phase surface data. As a result, highly accurate diagnosis can be achieved by monitoring the state quantities of the drive system.
第12の態様に係る診断方法は、状態量を取得する工程と、過去に取得した状態量に基づいて判定用位相面を作成する工程と、診断時に取得した状態量に基づいて診断用位相面を作成する工程と、判定用位相面に対する判定用位相面の全体の変位量を算出する工程と、全体の変位量と予め設定された変位量判定値とを比較して異常であるか否かを判定する工程とを有する。これにより、判定用位相面データに対する診断用位相面データの全体の変位量と変位量判定値とを比較して異常を判定することで、判定用位相面データに対する診断用位相面データの外側への変位および内側への変位を見つけて異常を判定することができる。その結果、駆動システムの状態量を監視することで高精度な診断を可能とすることができる。 The diagnostic method according to the twelfth embodiment includes the steps of: acquiring state variables; creating a judgment phase surface based on previously acquired state variables; creating a diagnostic phase surface based on state variables acquired at the time of diagnosis; calculating the total displacement of the judgment phase surface relative to the judgment phase surface; and comparing the total displacement with a preset displacement judgment value to determine whether or not an abnormality exists. By comparing the total displacement of the diagnostic phase surface data with the displacement judgment value relative to the judgment phase surface data to determine an abnormality, it is possible to detect outward and inward displacements of the diagnostic phase surface data relative to the judgment phase surface data and determine the abnormality. As a result, highly accurate diagnosis can be achieved by monitoring the state variables of the drive system.
なお、上述した実施形態では、位相面データ算出部44および異常判定部45は、第1位相面データと第2位相面データを処理対象としたが、2個の位相面データに限定されるものではない。処理する位相面データの個数は、1個でもよく、3個以上であってもよい。また、状態量として角速度ω、電流i、電圧uを用いたが、この構成に限定されるものではない。 In the above-described embodiment, the phase plane data calculation unit 44 and the abnormality determination unit 45 processed the first phase plane data and the second phase plane data, but this is not limited to two phase plane data. The number of phase plane data to be processed may be one or three or more. Furthermore, while angular velocity ω, current i, and voltage u were used as state variables, this configuration is not limited to this.
また、状態量としては、上述した以外に、制御偏差や三相モータの各電流データも使用することができる。制御系に異常があれば偏差が変化し、また、各相の電流が通常より低下あるいは上昇すれば位相面上で変化としてとらえることができる。その位相面の移動と異常を関数化することでより細かな異常分類に対応することができる。 Furthermore, in addition to the above, control deviation and current data for each phase of a three-phase motor can also be used as state variables. If there is an abnormality in the control system, the deviation will change, and if the current of each phase decreases or increases below normal, this can be detected as a change on the phase plane. By expressing this phase plane shift and the abnormality as a function, it is possible to handle more detailed abnormality classification.
10 駆動システム
11 モータ
12 回転軸
13 負荷
14 ケース
21 モータアンプ
22 モータ制御部
23 角速度センサ
24 電流センサ
25 電圧センサ
30 状態監視装置
31 状態監視制御部
32 操作部
33 表示部
34 記憶部
41 データ取得部
42 判定用位相面データ作成部
43 診断用位相面データ作成部
44 位相面データ算出部
45 異常判定部
50 診断装置
51 診断制御部
10 Drive system 11 Motor 12 Rotating shaft 13 Load 14 Case 21 Motor amplifier 22 Motor control unit 23 Angular velocity sensor 24 Current sensor 25 Voltage sensor 30 Status monitoring device 31 Status monitoring control unit 32 Operation unit 33 Display unit 34 Storage unit 41 Data acquisition unit 42 Phase plane data creation unit for determination 43 Phase plane data creation unit for diagnosis 44 Phase plane data calculation unit 45 Anomaly determination unit 50 Diagnostic device 51 Diagnostic control unit
Claims (11)
正常時の状態量に基づいて判定用位相面データを作成する判定用位相面データ作成部と、
診断時に取得した状態量に基づいて診断用位相面データを作成する診断用位相面データ作成部と、
前記判定用位相面データに対する前記診断用位相面データの全体の変位量を算出する位相面データ算出部と、
前記全体の変位量を出力する出力部と、
を備え、
前記全体の変位量は、前記判定用位相面データの図心に対する前記診断用位相面データの図心の変位量である、
状態監視装置。 A data acquisition unit that acquires state variables,
A determination phase plane data creation unit that creates determination phase plane data based on the state variables under normal conditions,
A diagnostic phase plane data creation unit that creates diagnostic phase plane data based on state quantities acquired during diagnosis,
A phase surface data calculation unit calculates the total displacement amount of the diagnostic phase surface data relative to the determination phase surface data,
An output unit that outputs the total displacement amount,
Equipped with,
The total displacement is the displacement of the centroid of the diagnostic phase plane data relative to the centroid of the determination phase plane data.
Condition monitoring device.
正常時の状態量に基づいて判定用位相面データを作成する判定用位相面データ作成部と、
診断時に取得した状態量に基づいて診断用位相面データを作成する診断用位相面データ作成部と、
前記判定用位相面データに対する前記診断用位相面データの全体の変位量を算出する位相面データ算出部と、
前記全体の変位量を出力する出力部と、
を備え、
前記データ取得部は、状態量としてモータの角速度と電流と電圧を取得し、前記判定用位相面データ作成部および前記診断用位相面データ作成部は、前記角速度に対する前記電流の第1位相面データと、前記角速度に対する前記電圧の第2位相面データの少なくとも一つを作成する、
状態監視装置。 A data acquisition unit that acquires state variables,
A determination phase plane data creation unit that creates determination phase plane data based on the state variables under normal conditions,
A diagnostic phase plane data creation unit that creates diagnostic phase plane data based on state quantities acquired during diagnosis,
A phase surface data calculation unit calculates the total displacement amount of the diagnostic phase surface data relative to the determination phase surface data,
An output unit that outputs the total displacement amount,
Equipped with,
The data acquisition unit acquires the motor's angular velocity, current, and voltage as state variables, and the determination phase plane data creation unit and the diagnostic phase plane data creation unit create at least one of the following: a first phase plane data of the current relative to the angular velocity and a second phase plane data of the voltage relative to the angular velocity.
Condition monitoring device.
請求項2に記載の状態監視装置。 The phase plane data calculation unit calculates the total first displacement amount of the diagnostic first phase plane data relative to the determination first phase plane data, and calculates the total second displacement amount of the diagnostic second phase plane data relative to the determination second phase plane data, and the output unit outputs the total first displacement amount and the total second displacement amount.
The status monitoring device according to claim 2 .
請求項2または請求項3に記載の状態監視装置。 The total displacement is the displacement of multiple fixed points set in the diagnostic phase surface data relative to multiple fixed points set in the determination phase surface data.
A condition monitoring device according to claim 2 or claim 3 .
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の状態監視装置。 The determination phase plane data creation unit uses previously created phase plane data or average phase plane data obtained by averaging multiple previously created phase plane data as the determination phase plane data.
A condition monitoring device according to any one of claims 1 to 4 .
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の状態監視装置。 The determination phase plane data creation unit uses the maximum phase plane data or minimum phase plane data created in the past as the determination phase plane data.
A condition monitoring device according to any one of claims 1 to 4 .
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の状態監視装置。 The output unit has a display unit that displays the total displacement amount by superimposing the determination phase plane data and the diagnostic phase plane data.
A condition monitoring device according to any one of claims 1 to 6 .
前記全体の変位量と予め設定された変位量判定値とを比較して異常であるか否かを判定する異常判定部と、
を有する診断装置。 A condition monitoring device according to any one of claims 1 to 7 ,
An abnormality determination unit that compares the total displacement amount with a preset displacement amount determination value to determine whether or not it is abnormal,
A diagnostic device that has [a certain feature].
請求項8に記載の診断装置。 The abnormality determination unit determines that an abnormality exists if the total displacement exceeds the displacement determination value.
The diagnostic device according to claim 8 .
正常時の状態量に基づいて判定用位相面を作成する工程と、
診断時に取得した状態量に基づいて診断用位相面を作成する工程と、
前記判定用位相面に対する前記診断用位相面の全体の変位量を算出する工程と、
前記全体の変位量を出力する工程と、
を有し、
前記全体の変位量は、前記判定用位相面の図心に対する前記診断用位相面の図心の変位量である、
状態監視方法。 The process of acquiring state variables,
A process to create a phase plane for determination based on the state variables under normal conditions,
A process of creating a diagnostic phase surface based on state quantities obtained during diagnosis,
A step of calculating the total displacement of the diagnostic phase surface with respect to the determination phase surface,
A step of outputting the total displacement amount,
It has,
The total displacement is the displacement of the centroid of the diagnostic phase surface relative to the centroid of the determination phase surface.
Status monitoring method.
正常時の状態量に基づいて判定用位相面を作成する工程と、
診断時に取得した状態量に基づいて診断用位相面を作成する工程と、
前記判定用位相面に対する前記診断用位相面の全体の変位量を算出する工程と、
前記全体の変位量と予め設定された変位量判定値とを比較して異常であるか否かを判定する工程と、
を有し、
前記全体の変位量は、前記判定用位相面の図心に対する前記診断用位相面の図心の変位量である、
診断方法。 The process of acquiring state variables,
A process to create a phase plane for determination based on the state variables under normal conditions,
A process of creating a diagnostic phase surface based on state quantities obtained during diagnosis,
A step of calculating the total displacement of the diagnostic phase surface with respect to the determination phase surface,
A step of comparing the total displacement amount with a predetermined displacement amount determination value to determine whether or not it is abnormal,
It has,
The total displacement is the displacement of the centroid of the diagnostic phase surface relative to the centroid of the determination phase surface.
Diagnostic methods.
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