状态变化检测装置以及状态变化检测方法与流程

本发明涉及一种检测伺服系统的状态变化的状态变化检测装置及状态变化方法。

背景技术：

在由机械、马达及伺服驱动器构成的伺服系统中，有时会因机械的状态(刚性等)或机械-马达之间的连接状态的变化而产生振动等。因此，提出了通过共振频率的降低来检测伺服系统的状态变化(参照专利文献1)、或通过共振峰值(共振峰处的增益的值)的上升来检测伺服系统的状态变化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2016-34224号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

根据上述现有技术，能够检测出在伺服系统中产生了共振频率降低的状态变化或者共振峰值上升的状态变化。但是，在伺服系统中，有时会产生共振频率不变化的状态变化、共振峰值降低的状态变化。具体地说，例如，当连接着机械和马达之间的连轴器的螺钉松动时，增益-频率特性从图1a所示变化为图1b所示。在上述现有技术中，无法检测出此种状态变化。

本发明是鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种能够检测出共振频率不变化的状态变化、共振峰值降低的状态变化的状态变化检测装置以及状态变化检测方法。

解决问题的技术手段

为了解决所述问题，本发明的一观点所涉及的状态变化检测装置包括：算出单元，测定评价对象伺服系统的增益-频率特性，算出与所测定的增益-频率特性中的、评价对象频率范围内的各频率的增益的累计值相关的值，作为所述评价对象伺服系统的特征量；以及判定单元，通过比较由所述算出单元算出的所述特征量和所述评价对象伺服系统的过去的所述特征量，判定所述评价对象伺服系统的状态是否发生变化。

即，无论在伺服系统中产生的状态变化是共振频率不变化的状态变化，还是共振峰值降低的状态变化，作为“与增益-频率特性中的评价对象频率范围内的各频率的增益的累计值相关的值”的特征量的值相对于过去的值发生变化。因此，根据具有上述结构的状态变化检测装置，也能够检测出用上述现有技术无法检测出的状态变化。

再者，状态变化检测装置(算出单元)中的评价对象频率范围也可以是测定增益-频率特性的整个频率范围。评价对象频率范围也可以是所述评价对象伺服系统中使用的速度比例增益以上的频率范围。另外，状态变化检测装置的算出单元可算出从所述评价对象频率范围内的各频率的增益减去基准增益后的值的累计值作为所述评价对象伺服系统的所述特征量。

可在状态变化检测装置中附加将所述基准增益变更为用户指定的值的基准增益变更单元、或将所述评价对象频率范围的上限值以及下限值中的至少一者变更为用户指定的值的频率范围变更单元。也可在状态变化检测装置中附加警告信息输出单元，所述警告信息输出单元在由所述判定单元判定为所述评价对象伺服系统的状态发生了变化的情况下，输出表示所述评价对象伺服系统的状态发生了变化的内容的警告信息。

在状态变化检测装置中，作为判定单元，可采用如下的单元，即“通过比较由所述算出单元算出的所述特征量和所述评价对象伺服系统的过去的所述特征量，进行关于所述评价对象伺服系统的状态是否发生了变化的第一次判定，在通过所述第一次判定而连续规定次数判定为所述评价对象伺服系统的状态发生了变化的情况下，判定为所述评价对象伺服系统的状态发生了变化”。

另外，在状态变化检测装置中，作为判定单元，也可以采用如下的单元，即“进行第一判定与第二判定，将所述第一判定的判定结果和所述第二判定的判定结果的逻辑积或逻辑和作为所述评价对象伺服系统的状态是否变化的判定结果，所述第一判定通过比较由所述算出单元算出的所述特征量和所述评价对象伺服系统的过去的所述特征量，判定所述评价对象伺服系统的状态是否发生变化，所述第二判定基于由所述算出单元测定的所述增益-频率特性中的共振峰增益的大小来判定所述评价对象伺服系统的状态是否发生变化”。

为了能够自动地检测评价对象伺服系统的状态有无变化，在状态变化检测装置中，作为算出单元，可采用如下的单元，即，在与所述评价对象伺服系统有关的一个以上的状态量满足由开始条件信息指定的条件时，算出所述评价对象伺服系统的所述特征量。

在状态变化检测装置中，也可采用如下的结构，即，“还包括控制多个伺服系统的控制单元，所述算出单元在与所述控制单元所控制的所述多个伺服系统有关的一个以上的状态量满足由开始条件信息指定的条件时，将由所述开始条件信息指定的所述多个伺服系统中的一个伺服系统作为所述评价对象伺服系统来处理，算出所述评价对象伺服系统的所述特征量”。换句话说，可将状态变化检测装置以具有基于所述特征量的伺服系统的状态变化的自动检测功能的控制器的形式实现。

状态变化检测装置的算出单元可将所述测定的增益-频率特性与所述开始条件信息建立对应地保存在存储装置中，也可将所述测定的增益-频率特性与所述增益-频率特性的测定时刻以及所述开始条件信息建立对应地保存在所述存储装置中。

另外，本发明的一个观点所涉及的状态变化检测方法包括：算出步骤，测定评价对象伺服系统的增益-频率特性，算出与所测定的增益-频率特性中的、评价对象频率范围内的各频率的增益的累计值相关的值，作为所述评价对象伺服系统的特征量；以及判定步骤，通过将由所述算出步骤算出的所述特征量与所述评价对象伺服系统的过去的所述特征量进行比较，判定所述评价对象伺服系统的状态是否发生了变化。

因此，利用此种状态变化检测方法，也能检测出利用上述现有技术无法检测出的状态变化。

发明的效果

根据本发明，可检测出共振频率不发生变化的状态变化、共振峰值降低的状态变化。

附图说明

[图1a]图1a是正常的伺服系统的增益-频率特性图。

[图1b]图1b是马达、机械间的连接成为异常状态的伺服系统的增益-频率特性图。

[图2]是本发明的一实施方式的控制器的使用方式例的说明图。

[图3]是实施方式的控制器的功能框图。

[图4a]图4a是特征量的说明图。

[图4b]图4b是特征量的说明图。

[图5]图5是实施方式的控制器(状态监视部)所执行的状态开始处理的流程图。

[图6]图6是实施方式的控制器(状态监视部)可执行的第一状态判定处理的流程图。

[图7]图7是实施方式的控制器(状态监视部)可执行的第二状态判定处理的流程图。

[图8]图8是实施方式的控制器(状态监视部)可执行的第三状态判定处理的流程图。

[图9]图9是实施方式的控制器(状态监视部)可执行的第四状态判定处理的流程图。

具体实施方式

以下，基于附图来说明本发明的实施方式。

图2中示出本发明的一实施方式的控制器10使用方式例。

本实施方式的控制器10是控制多个伺服系统23，并且检测各伺服系统23的状态变化的装置(所谓的可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller，plc))。再者，伺服系统23是包括滚珠丝杠等机械22、用于驱动机械22的马达(m)21、及用于控制马达21的伺服驱动器20的系统。

如图2所示，本实施方式的控制器10在连接于各伺服系统23内的伺服驱动器20与信息处理装置30的状态下运用。

连接于控制器10的伺服驱动器20是具有测定频率响应(增益、相位的频率依赖性)的功能的伺服驱动器。信息处理装置30是用户为了对控制器10进行编程、或为了变更控制器10(后述的状态监视部12：参照图3)所执行的各种处理的参数而使用的计算机。信息处理装置30也用于通知用户任意伺服系统23中产生了状态变化。

图3中示出控制器10的功能框图。如图所示，控制器10包括控制部11、状态监视部12及存储部13。

控制部11是通过对各伺服系统23的伺服驱动器20发出各种控制指令(位置指令、速度指令等)来控制各伺服系统23的功能块。

状态监视部12是检测各伺服系统23的状态变化的功能块。存储部13是存储状态监视部12所参照的各种信息(开始条件信息、比较对照特征量等)的存储装置。所述存储部13也用于保存状态监视部12收集/算出的信息(省略图示)，状态监视部12也具有向其他装置(信息处理装置30)提供存储部13上的信息的功能。

以下，对状态监视部12及存储部13进一步具体地进行说明。

为了能够检测出在伺服系统23中产生了共振频率不变化的状态变化、共振峰值降低的状态变化，状态监视部12以如下方式构成：基于“与评价对象伺服系统的增益-频率特性中的、评价对象频率范围内的各频率的增益的累计值相关的值”来判定某一伺服系统23(以下记作评价对象伺服系统)有无状态变化。

此处，所谓“与评价对象伺服系统的增益-频率特性中的、评价对象频率范围内的各频率的增益的累计值相关的值”(以下，记作评价对象伺服系统的特征量)例如是如下的值。

(a)评价对象伺服系统的增益-频率特性中的、评价对象频率范围内的各频率的增益的累计值

(b)评价对象伺服系统的增益-频率特性中的、评价对象频率范围内的各频率的增益的绝对值的累计值

(c)从评价对象伺服系统的增益-频率特性中的、评价对象频率范围内的各频率的增益减去基准增益后的值的累计值

(d)从评价对象伺服系统的增益-频率特性中的、评价对象频率范围内的各频率的增益减去基准增益后的值的绝对值的累计值

另外，评价对象频率范围是包含共振峰频率的频率范围。

此处，考虑评价对象伺服系数的特征量t是(d)的值、即通过以下的(1)式算出的值的情况。

[数式1]

再者，在所述(1)式中，gbaseline是基准增益[db]，g(k)是频率f(k)下的增益[db]，n、m分别是f(k)最接近评价对象频率范围的下限值、上限值的k值。

如已说明的那样，在伺服系统23中，有时产生共振频率降低的状态变化或共振峰值上升的状态变化(参照图1a、图1b)，但是例如在评价对象频率范围为700hz～1200hz，基准增益为-10db的情况下，通过上述(1)式算出的特征量t成为表示图4a、图4b所示的斜线部的面积(准确地说，横轴(频率轴)为线性标尺时的面积)的值。

因此，通过比较正常时的特征量ta和当前的特征量tb，能够判定在评价对象伺服系统中是否产生了共振频率降低的状态变化或共振峰值上升的状态变化。

再者，作为用于判定评价对象伺服系数的状态是否发生变化的特征量ta和特征量tb的比较方法可以采用各种方法。例如，可在tb为ta(1-σ/100)以上且ta(1+σ/100)以下的值的情况下，判定为评价对象伺服系统的状态没有变化，在并非如此的情况下，判定为评价对象伺服系统的状态发生了变化。此处，σ是预设的用于规定容许范围的值。

另外，也可在“tb/ta”值、“ta/tb”值在规定范围(以“1”为中心的数值范围)内的情况下，判定为评价对象伺服系统的状态没有变化，在并非如此的情况下，判定为评价对象伺服系统的状态发生了变化。

如以上所说明那样，只要根据所述特征量判定评价对象伺服系统的状态是否发生了变化，就能够检测出在伺服系统中产生了共振频率降低的状态变化或共振峰值上升的状态变化。但是，评价对象频率范围、基准增益的适当值根据伺服系统23而不同，另外，应该进行各伺服系统23的评价的时机也各种各样。因此，状态监视部12构成为当控制部11的运行开始时，开始图5所示顺序的状态监视处理。

即，当控制部11开始各伺服系统23(伺服驱动器20)的控制时，在步骤s101中，状态监视部12为如下的状态：基于来自伺服驱动器20和/或控制部11的信息、及存储部13上的多个开始条件信息，等待(监视)任意一个状态判定处理的开始条件成立。

此处，存储部13上的开始条件信息(参照图2)是包括以下信息的信息。

·指定应检查有无状态变化的伺服系统23的伺服系统指定信息

·指定应对伺服系统指定信息所指定的伺服系统23进行的状态判定处理种类的种类指定信息

·以从伺服驱动器20和/或控制部11获得的状态量(各机械22的位置、各马达21的实际转矩等)规定了应执行种类指定信息所指定种类的状态判定处理的条件的处理执行条件信息

·在执行种类指定信息所示的种类的状态判定处理时，指定应使用的各参数值(评价对象频率范围、基准增益、后述的容许范围等)和存储部13上的比较对象特征量(详细内容后述)的信息

因此，关于状态监视部12在步骤s101中实际进行的判断，是状态监视部12进行的存储部13上的任意一个开始条件信息中的处理执行条件信息所规定的条件是否满足的判断。

另外，存储部13上的比较对象特征量是在开始条件信息的设定/变更前，由状态监视部12存储在存储部13上的特征量。具体来说，在用户想要通过对信息处理装置30的操作来设定/变更开始条件信息的情况下，状态监视部12在以满足预定设定/变更的开始条件信息中的处理执行条件信息所表示的条件的方式控制各伺服系统23的基础上，测定评价对象伺服系统的频率响应。然后，状态监视部12根据所测定的频率响应算出上述特征量，并将算出的特征量以能够用特定的识别信息识别的形式存储到存储部13。而且，状态监视部12通过将所述识别信息包含在预定设定/变更的开始条件信息中，生成实际的开始条件信息，并将所生成的开始条件信息存储在存储部13中。

状态监视部12在任意一个状态判定处理的开始条件成立的情况下(步骤s101，是(yes))，执行开始条件成立的状态判定处理(步骤s102)。更具体来说，状态监视部12在存储部13上的某一处理执行条件信息所规定的条件满足的情况下(步骤s101，是)，基于包含所述处理执行条件信息的开始条件信息中的其他信息，掌握应检查有无状态变化的伺服系统23即处理对象伺服系统(步骤s102)。另外，状态监视部12掌握应对处理对象伺服系统进行的状态判定处理的种类、应在此状态判定处理时使用的各参数值(评价对象频率范围、基准增益等)、及比较对象特征量(步骤s102)。然后，状态监视部12使用所掌握的评价对象频率范围等来执行所掌握的种类的状态判定处理(步骤s102)。

对状态监视处理(图5)的剩余步骤的内容进行说明之前，说明有时会在步骤s102中执行的各状态判定处理的内容。

有时会在步骤s102中执行的状态判定处理(种类不同的状态判定处理)中，有第一状态判定处理～第四状态判定处理。

第一状态判定处理是图6所示顺序的处理。

即，开始了所述第一状态判定处理的状态监视部12首先测定评价对象伺服系统的频率响应(步骤s201)。更具体来说，在所述步骤s201中，状态监视部12进行如下的处理：对评价对象伺服系统(评价对象伺服系统内的伺服驱动器20)发出频率响应的测定指示，将作为对所述指示的响应而从评价对象伺服系统发送的频率响应与成为第一状态判定处理的开始缘由的开始条件信息建立对应地存储(保存)在存储部13内。

结束了步骤s201的处理后的状态监视部12根据所测定的频率响应，算出评价对象伺服系数的特征量(步骤s202)。本实施方式的状态监视部12在所述步骤s202中算出的特征量是上述(d)的特征量。其中，特征量只要是“与评价对象伺服系统的增益-频率特性中的、评价对象频率范围内的各频率的增益的累计值相关的值”(例如，所述的(a)～(c)的特征量)即可。

之后，状态监视部12算出所算出的特征量和由成为执行中的状态判定处理的开始缘由的开始条件信息指定的比较对象特征量之差(在本实施方式中，比较对象特征量-算出特征量)(步骤s203)。然后，状态监视部12在算出的差为由成为执行中的状态判定处理的开始缘由的开始条件信息所指定的容许范围内的值时(步骤s204，是)，判定为评价对象伺服系统的状态未发生变化(步骤s205)，并结束所述第一状态判定处理。另外，状态监视部12在算出的差不是所述容许范围内的值的情况下(步骤s204，否(no))，判定为评价对象伺服系统的状态发生了变化(步骤s206)，结束所述第一状态判定处理。

第二状态判定处理是图7所示顺序的处理。

所述第二状态判定处理的步骤s301～步骤s303的处理是分别与第一状态判定处理(图6)的步骤s201～步骤s203的处理相同的处理。如图所示，在第二状态判定处理中，在状态是否发生了变化的判定(步骤s305)之前，根据频率响应的测定结果，确定共振峰增益(共振峰的增益值)(步骤s304)。

而且，第二状态判定处理中，当在步骤s303的处理中算出的特征量差在容许范围内并且共振峰增益小于阈值的情况下(步骤s305，是)，判定为评价对象伺服系统的状态发生变化(步骤s305)，在并非如此的情况下(步骤s305，否)，判定为评价对象伺服系统的状态未发生变化(步骤s307)。

第三状态判定处理是图8所示顺序的处理。

通过比较图7和图8可知，第三状态判定处理是将第二状态判定处理中的状态是否已发生变化的判定条件变更为其他条件的处理。

具体来说，如图所示，在所述第三状态判定处理中，在特征量差为容许范围内的情况和共振峰增益小于阈值的情况下(步骤s305b，是)，判定为评价对象伺服系统的状态发生变化(步骤s306)。然后，在特征量差不在容许范围内的情况和共振峰增益不小于阈值的情况下(步骤s305b，否)，判定为评价对象伺服系统的状态未发生变化(步骤s307)。

第四状态判定处理是图9所示顺序的处理。

所述第四状态判定处理的步骤s401～步骤s404的处理是分别与第一状态判定处理(图6)的步骤s201～步骤s204的处理相同的处理。

其中，相对于第一状态判定处理的步骤s204的判断是评价对象伺服系统的状态是否发生变化的最终判断，第四状态判定处理的步骤s404的判断成为评价对象伺服系统的状态是否发生变化的第一次判断。具体来说，如图9所示，在特征量差不在容许范围内的情况下(步骤s404，否)，执行第四状态判定处理的状态监视部12将作为与评价对象伺服系统有关的信息而管理的连续次数递增“1”(步骤s405)。

然后，状态监视部12在值更新后的连续次数为规定次数以上的情况下(步骤s407，是)，判定为评价对象伺服系统的状态发生了变化(步骤s408)，在连续次数没有达到规定次数以上的情况下(步骤s407，否)，判定为评价对象伺服系统的状态未发生变化(步骤s409)。然后，结束了步骤s408或步骤s409的处理后的状态监视部12结束所述第四状态判定处理。

另外，在特征量差在容许范围内的情况下(步骤s404，是)，状态监视部12将连续次数重置为“0”(步骤s406)。然后，状态监视部12判定为评价对象伺服系统的状态未发生变化(步骤s409)后，结束所述第四状态判定处理。

返回图5，对状态监视处理的剩余步骤进行说明。

结束了状态判定处理(第一状态判定处理～第四状态判定处理的任一个)的状态监视部12判断在状态判定处理中是否判定为评价对象伺服系统的状态发生了变化(步骤s103)。然后，状态监视部12在状态判定处理中未判定为评价对象伺服系统的状态发生变化的情况下(步骤s103，否)，再次开始步骤s101以后的处理。另外，状态监视部12在状态判定处理中判定为评价对象伺服系统的状态发生了变化的情况下(步骤s103，是)，进行与成立的开始条件建立对应的处理(步骤s104)。在所述步骤中，根据成立的开始条件(满足由处理执行条件信息规定的条件的开始条件信息)，进行将评价对象伺服系统中产生了状态变化的内容与状态变化的检测时刻等一起显示在信息处理装置30的显示器上的处理、或对控制部11通知评价对象伺服系统中产生状态变化的内容的处理。再者，在步骤s104中进行后者的处理的情况下，控制部11构成为：在通知了评价对象伺服系统中产生了状态变化的内容的情况下，变更针对几个伺服系统23的变更内容。

如以上所说明那样，控制器10具有基于作为“与增益-频率特性中的、评价对象频率范围内的各频率的增益的累计值相关的值”的特征量，检测各伺服系统23的状态是否发生了变化的功能。另外，由于控制器10构成为用户能够变更各种参数，因此根据控制器10，能够正确地判定各伺服系统23的状态是否发生变化。

《变形形态》

上述控制器10可进行各种变形。例如，可将控制器10变形为控制一个伺服系统23的装置。另外，基于上述技术，也可实现仅具有检测一个或多个伺服系统23的状态是否发生变化的功能的装置(从控制器10中去除了伺服系统23的控制功能的装置)。另外，状态监视处理和各状态判定处理的具体处理顺序也可与图5～图9所示的顺序不同。例如，也可将各状态判定处理变形为不是算出两个特征量的差而是算出两个特征量的比率，并且基于算出结果来判定有无状态变化的处理。

符号的说明

10：控制器

11：控制部

12：状态监视部

13：存储部

20：伺服驱动器

21：马达

22：机械

23：伺服系统

30：信息处理装置