JP2011205856A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの動作に精度が要求されるときに、インバータのＰＷＭ方式の切り替えに伴い発生するモータのトルク変動の影響を回避でき、モータの動作に精度が要求されないときに、ＰＷＭ方式の切り替えによる効果を得ることができる制御装置を得ること。
【解決手段】制御装置は、複数のＰＷＭ方式のうちインバータのＰＷＭ動作に用いるためのＰＷＭ方式の切り替えを行う切り替え部と、動作指令信号により第１の動作が指令されたと判断した場合、前記切り替え部によるＰＷＭ方式の切り替えを不許可とし、前記動作指令信号により第２の動作が指令されたと判断した場合、前記切り替え部によるＰＷＭ方式の切り替えを許可する指令判断部とを備え、前記切り替え部は、前記指令判断部により切り替えが不許可とされた場合、ＰＷＭ方式の切り替えを行わず、前記指令判断部により切り替えが許可された場合、ＰＷＭ方式の切り替えを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置に関する。

産業用機械装置を駆動するためのモータの動作を制御する方式としては、ＰＷＭ方式（パルス幅変調方式）を用いたものが一般的に知られている。ＰＷＭ方式は、三角波などの搬送波（キャリア波ともいう）と電圧指令とに基づきインバータにおけるスイッチ素子のスイッチングパターンを演算する。インバータは、直流電圧をモータに出力される駆動電圧に変換し、これによりモータが駆動制御される。また、ＰＷＭ方式には搬送波の周期を固定とする非同期ＰＷＭ方式と、電圧指令の位相角に同期させる同期ＰＷＭ方式がある。

このＰＷＭ方式をモータの動作状態に応じて切り替える制御方式として、以下の従来技術が提案されている。

特許文献１には、産業機械のモータ制御装置において、ＮＣプログラムから読み込んだ指令の種類に応じて、ＰＷＭ周期（三角波の周期）を切り替えることが記載されている。具体的には、ＮＣプログラムに、トルクを重視したモードＡと制御精度を重視したモードＢとがプログラムされている。モータ制御装置は、読み込んだモードがモードＡの場合、ＰＷＭ周期を長い方の周期（モードＢの２倍の周期）に切り替え、読み込んだモードがモードＢの場合、ＰＷＭ周期を短い方の周期（モードＡの１／２の周期）に切り替える。これにより、特許文献１によれば、トルクが必要なときに、ＰＷＭ周期が長くなり、ＰＷＭ信号のオン／オフに伴う不感帯の現れる回数が少なくなるので、発生トルクが大きくなり、制御精度が必要なときに、ＰＷＭ周期が短くなるので、制御精度を向上できるとされている。

特許文献２には、同期電動機駆動装置において、同期電動機の回転数が所定の値より高くなったときに、インバータのＰＷＭ制御を非同期ＰＷＭ制御から同期ＰＷＭ制御へ切り替えることが記載されている。このとき、同期電動機駆動装置は、比例積分回路の出力値を所定の制限値に制限する。また、特許文献２には、同期電動機駆動装置において、同期電動機の回転数が所定の値より低くなったときに、インバータのＰＷＭ制御を同期ＰＷＭ制御から非同期ＰＷＭ制御へ切り替えることが記載されている。このときも、同期電動機駆動装置は、比例積分回路の出力値を所定の制限値に制限する。これにより、特許文献２によれば、非同期ＰＷＭ制御と同期ＰＷＭ制御との間で切り替えるときに、電圧演算回路が出力する位相角が適正値になるので、非同期ＰＷＭ制御と同期ＰＷＭ制御との間の切り替え動作を滑らかに行うことができるとされている。

特許第３４４２３４０号公報 特開２００５−８６９２０号公報

モータの駆動状態に応じてＰＷＭ方式を切り替える制御方式を用いることで、インバータにおけるスイッチ素子のスイッチング回数を制御し、スイッチングに伴う損失や発熱を低減することができる効果がある。しかし、ＰＷＭ方式を切り替える際にはモータの発生トルクに変動が生じるため、機械装置におけるモータの動作に対して非常に高精度な運転性能が要求される場合においては、トルク変動によって生じる精度の劣化が問題となる場合がある。

特許文献１に記載の発明では、明示的な記載はないが、インバータのＰＷＭ方式が非同期ＰＷＭ方式に維持されていると考えられる。仮に、インバータのＰＷＭ方式が同期ＰＷＭ方式であるとすると、ＰＷＭ周期が電圧指令の位相角の周期に依存して決定されるため、読み込んだモードに応じてＰＷＭ周期を切り替えることが困難になる。すなわち、特許文献１に記載の発明では、インバータのＰＷＭ方式が非同期ＰＷＭ方式に維持されている必要があり、インバータのＰＷＭ方式を非同期ＰＷＭ方式から同期ＰＷＭ方式へ切り替えることはできない。

また、特許文献１に記載の発明では、インバータのＰＷＭ周期を切り替える際に設定されるゲインや制限値を、モータの発生トルクの変化に合わせて実験的に設定する必要があると考えられる。このため、モータのトルク変動を完全に除去することは困難である。

特許文献２に記載の発明では、インバータのＰＷＭ制御を切り替える際に設定されるゲインや制限値を、モータの発生トルクの変化に合わせて実験的に設定する必要があると考えられる。このため、モータのトルク変動を完全に除去することは困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータの動作に精度が要求されるときに、インバータのＰＷＭ方式の切り替えに伴い発生するモータのトルク変動の影響を回避でき、モータの動作に精度が要求されないときに、インバータのＰＷＭ方式の切り替えによる効果を得ることができる制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる制御装置は、モータの動作を制御する制御装置であって、精度が要求される第１の動作と精度が要求されない第２の動作とを含む複数の動作のうち前記モータへ１つの動作を指令するための動作指令信号を生成する第１の指令生成部と、前記モータの動作状態を特定する特定部と、前記動作指令信号に従って、前記特定部により特定される前記モータの動作状態が目標の状態に近づくように、電圧指令を生成する第２の指令生成部と、前記電圧指令に従ったＰＷＭ動作を行い、前記モータに電力を供給するインバータと、複数のＰＷＭ方式のうち前記インバータのＰＷＭ動作に用いるためのＰＷＭ方式の切り替えを行う切り替え部と、前記動作指令信号により前記第１の動作が指令されたと判断した場合、前記切り替え部によるＰＷＭ方式の切り替えを不許可とし、前記動作指令信号により前記第２の動作が指令されたと判断した場合、前記切り替え部によるＰＷＭ方式の切り替えを許可する指令判断部とを備え、前記切り替え部は、前記指令判断部により切り替えが不許可とされた場合、ＰＷＭ方式の切り替えを行わず、前記指令判断部により切り替えが許可された場合、ＰＷＭ方式の切り替えを行うことを特徴とする。

本発明によれば、精度が要求される第１の動作時にＰＷＭ方式の切り替えを行わないようにすることができ、精度が要求されない第２の動作時にＰＷＭ方式の切り替えを行うようにすることができる。これにより、モータの動作に精度が要求されるときに、インバータのＰＷＭ方式の切り替えに伴い発生するモータのトルク変動の影響を回避でき、モータの動作に精度が要求されないときに、インバータのＰＷＭ方式の切り替えによる効果を得ることができる。

図１は、実施の形態１における制御装置を示すブロック図である。 図２は、実施の形態１における動作を説明する波形図である。 図３は、実施の形態２における制御装置を示すブロック図である。 図４は、実施の形態２における動作を説明する波形図である。 図５は、実施の形態３における制御装置を示すブロック図である。 図６は、実施の形態３における動作を説明する波形図である。

以下に、本発明にかかる制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
実施の形態１にかかる制御装置１００の構成について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１における制御装置１００の構成を示すブロック図である。

制御装置１００は、モータ２の駆動（動作）を制御する。制御装置１００は、数値制御部（第１の指令生成部）１、検出器（特定部）３、比較器４、追従制御部（第２の指令生成部）５、インバータ６、指令判断部８、及び切替制御部（切り替え部）７を備える。

数値制御部１は、動作指令信号Ｒ１を生成して比較器４へ出力する。動作指令信号Ｒ１は、複数の動作のうちモータ２へ１つの動作を指令するための信号である。動作指令信号Ｒ１は、例えば、位置指令や速度指令を含む。

また、数値制御部１は、プログラムの種類等から、動作指令信号Ｒ１により指令された動作指令の種類を示す信号として、指令情報信号Ｒｔ１を生成して指令判断部８へ出力する。指令情報信号Ｒｔ１は、例えば、対象物を加工するための工作機械（加工部材）がモータ２に接続されている場合、モータ２の駆動状態（動作状態）が、工作機械による加工中である（第１の動作中）のか非加工中である（第２の動作中）のかを示す信号である。

ここで、工作機械による加工中の動作（第１の動作）は、精度が要求される動作である。一方、工作機械による非加工中の動作（第２の動作）は、精度が要求されない動作である。また、プログラムの種類とは、例えば、ＧコードやＭコードといった機械装置又は制御システムの機能モードを示している。

検出器３は、モータ２の動作状態を検出（特定）する。検出器３は、例えば、モータ２の位置又は速度を検出する。検出器３は、検出したモータ２の動作状態を示す検出信号Ｒｆ１を比較器４、指令判断部８、及び切替制御部７へそれぞれ出力する。

比較器４は、動作指令信号Ｒ１と検出器３から出力される検出信号Ｒｆ１との偏差を演算する。比較器４は、例えば、動作指令信号Ｒ１における位置指令により示された位置と検出信号Ｒｆ１により示されたモータ２の位置との偏差を演算する。比較器４は、例えば、動作指令信号Ｒ１における速度指令により示された速度と検出信号Ｒｆ１により示されたモータ２の速度との偏差を演算する。比較器４は、演算した結果を追従制御部５へ出力する。

追従制御部５は、動作指令信号Ｒ１と検出信号Ｒｆ１との偏差に基づき、すなわち偏差がゼロになるように、比例、積分演算を含む処理を行って電圧指令Ｖｃを生成し出力する。すなわち、追従制御部５は、動作指令信号Ｒ１に従って、検出器３により検出されるモータ２の動作状態が目標の状態に近づくように、電圧指令Ｖｃを生成する。また、図示しないが、追従制御部５では、モータ２の電流を検出して所定値と制御する処理も行うことが多い。

インバータ６は、電圧指令Ｖｃに基づきＰＷＭ動作によってモータ２に対し駆動電圧Ｖを印加し電力を供給している。すなわち、インバータ６は、電圧指令Ｖｃに従ったＰＷＭ動作を行い、モータ２に電力（駆動電圧Ｖ）を供給する。これにより、モータ２は、供給された電力（駆動電圧Ｖ）に従った動作を行う。

また、インバータ６では、ＰＷＭ動作に用いるためのＰＷＭ方式が、切替制御部７から供給される切替信号Ｓｗにより切り替え可能な構成となっている。インバータ６は、供給された切替信号Ｓｗに応じて、ＰＷＭ方式を非同期ＰＷＭ方式から同期ＰＷＭ方式へ切り替える。あるいは、インバータ６は、供給された切替信号Ｓｗに応じて、ＰＷＭ方式を同期ＰＷＭ方式から非同期ＰＷＭ方式へ切り替える。

指令判断部８は、指令情報信号Ｒｔ１と、モータ２の駆動状態を示す検出信号Ｒｆ１とに基づき、ＰＷＭ方式の切り替えの可否を判定する判定信号Ｄを生成して切替制御部７へ出力する。すなわち、指令判断部８は、指令情報信号Ｒｔ１により示された動作指令の種類に応じて、ＰＷＭ方式の切り替えの可否を判断し、その判断結果を判定信号Ｄとして切替制御部７へ出力する。指令判断部８による具体的な動作は後述する。

切替制御部７は、検出信号Ｒｆ１と判定信号Ｄとにより、インバータ６のＰＷＭ方式を選択し、その選択したＰＷＭ方式へ切り替えるための切替信号Ｓｗをインバータ６へ出力する。すなわち、切替制御部７は、切替信号Ｓｗをインバータ６へ出力することにより、複数のＰＷＭ方式のうちインバータ６のＰＷＭ動作に用いるためのＰＷＭ方式の切り替えを行う。

次に、実施の形態１にかかる制御装置１００の動作について図２を用いて説明する。図２は、実施の形態１における動作を説明する波形図である。以下では、基本的なＰＷＭ方式の切り替え動作として、検出信号Ｒｆ１の示すモータ２の速度が所定の速度閾値より低い場合は非同期ＰＷＭ方式に、所定の速度閾値より高い場合は同期ＰＷＭ方式に切り替える動作を示す。

なお、ＰＷＭ方式の切り替え動作は、特に以下に示された切り替え動作に限定するものではない。例えば、非同期ＰＷＭ方式における搬送波周期を切り替える場合や、同期ＰＷＭ方式におけるパルス数を切り替える場合においても同様に実現可能なものである。また、モータ２の駆動状態（動作状態）を示す信号として、検出信号Ｒｆ１ではなく、例えば動作指令信号Ｒ１や電圧指令Ｖｃやモータ２の電流情報を用いて推定した駆動状態（動作状態）を用いる場合も同様に実現可能なものである。この場合、制御装置１００は、検出器３が省略され、図示しない推定部（特定部）を備える。その推定部は、動作指令信号Ｒ１や電圧指令Ｖｃやモータ２の電流情報（駆動電流）からモータ２の駆動状態（動作状態）を推定（特定）する。

図２では、モータ２の速度と、指令情報信号Ｒｔ１、及び切替信号Ｓｗにより選択されるＰＷＭ方式の関係を示している。また、指令情報信号Ｒｔ１はモータ２の駆動状態が加工中（第１の動作中）である場合にＯＮ、非加工中（第２の動作中）である場合にＯＦＦとしている。

図２（ａ）に示す場合では、モータ速度（モータ２の速度）は、速度閾値Ｓｔｈ以上の所定の速度まで加速され、一定速度での動作された後に減速されている。指令情報信号Ｒｔ１は、モータ速度が速度閾値Ｓｔｈを超えた後の一定速度に到達している区間でＯＮとなっている、すなわち加工中であることを示している。指令判断部８は、モータ速度が速度閾値Ｓｔｈを通過する（速度閾値Ｓｔｈより高く又は低くなる）タイミングで指令情報信号Ｒｔ１がＯＦＦすなわち非加工中（第２の動作中）と判断し、ＰＷＭ方式の切り替えを許可する判定信号Ｄを生成して切替制御部７へ出力する。これにより、切替制御部７は、切り替えを指示する切替信号Ｓｗをインバータ６へ出力して、インバータ６のＰＷＭ方式を非同期ＰＷＭ方式から同期ＰＷＭ方式へ（又は同期ＰＷＭ方式から非同期ＰＷＭ方式へ）切り替える。すなわち、制御装置１００は、モータ速度と速度閾値Ｓｔｈとの比較結果から非同期ＰＷＭ方式、同期ＰＷＭ方式、非同期ＰＷＭ方式と順次切り替えてモータ２を駆動（動作）させる。

次に、図２（ｂ）に示す場合では、モータ速度（モータ２の速度）は前述した図２（ａ）と同じ動作となっている。指令情報信号Ｒｔ１は、モータ速度が速度閾値Ｓｔｈを通過するタイミングを含めた加減速中においてもＯＮすなわち加工中（第１の動作中）となっている。指令判断部８は、モータ速度が速度閾値Ｓｔｈを通過する（速度閾値Ｓｔｈより高く又は低くなる）タイミングで加工中（第１の動作中）と判断し、ＰＷＭ方式の切り替えを不許可とする判定信号Ｄを生成して切替制御部７へ出力する。これにより、切替制御部７は、切り替えを行わないことを指示する切替信号Ｓｗをインバータ６へ出力して、インバータ６のＰＷＭ方式の切り替えを行わない。すなわち、制御装置１００は、非同期ＰＷＭ方式に固定してモータ２を駆動（動作）させる。

次に、図２（ｃ）では、モータ２の速度と、指令情報信号Ｒｔ１、及び切替信号Ｓｗにより選択されるＰＷＭ方式に加え、ＰＷＭ方式による許容駆動範囲の関係を示している。ここで、許容駆動範囲とは、モータの特性と、同期ＰＷＭ方式におけるパルス数、または非同期ＰＷＭ方式における搬送波周波数によって予め設定されるものである。例えば、同期ＰＷＭ方式の場合、電圧指令Ｖｃの位相角に合わせ所定のパルス数でスイッチングを行うが、モータ速度が低速の場合、スイッチング回数が低下し制御性能が低下する可能性があるため、所定の速度以上の駆動範囲で用いられる。また、非同期ＰＷＭ方式では、電圧指令Ｖｃの周波数に対して十分に高い搬送波周波数とする必要があるため、所定の速度以下の駆動範囲で用いられる。

図２（ｃ）に示す場合では、モータ速度（モータ２の速度）は前述した図２（ａ）と同じ動作となっている。指令情報信号Ｒｔ１は、モータ速度が一定速度に到達後から停止時までＯＮとなっている。指令判断部８は、モータ速度が同期ＰＷＭ方式の許容駆動範囲外となったタイミングで加工中（第１の動作中）と判断し、ＰＷＭ方式の切り替えを不許可とする判定信号Ｄを生成して切替制御部７へ出力する。これに対して、切替制御部７は、検出器３により検出されたモータ２の速度が同期ＰＷＭ方式の許容駆動範囲外であることに応じて、ＰＷＭ方式の切り替えを不許可とする判定信号Ｄに関わらず、インバータ６のＰＷＭ方式を同期ＰＷＭ方式から非同期ＰＷＭ方式へ切り替える。すなわち、制御装置１００は、例えば同期ＰＷＭ方式を選択中において、モータ２の減速時に許容駆動範囲外となった場合に、指令情報信号Ｒｔ１に基づく判定によらず非同期ＰＷＭ方式に切り替えてモータ２を駆動（動作）させる。

以上のように、実施の形態１では、指令判断部８が、動作指令信号Ｒ１により加工中の動作（精度が要求される第１の動作）が指令されたと（指令情報信号Ｒｔ１を用いて）判断した場合、切替制御部７によるＰＷＭ方式の切り替えを不許可とする。また、指令判断部８は、動作指令信号Ｒ１により非加工中の動作（精度が要求されない第２の動作）が指令されたと（指令情報信号Ｒｔ１を用いて）判断した場合、切替制御部７によるＰＷＭ方式の切り替えを許可する。そして、切替制御部７は、指令判断部８により切り替えが不許可とされた場合、ＰＷＭ方式の切り替えを行わず、指令判断部８により切り替えが許可された場合、ＰＷＭ方式の切り替えを行う。

したがって、実施の形態１にかかる制御装置１００によれば、動作指令信号Ｒ１による動作指令の種類（すなわち第１の動作の指令か第２の動作の指令か）を判断することで、高精度な運転性能が要求される動作（すなわち、精度が要求される第１の動作）時にＰＷＭ方式の切り替えを行わないようにすることができる。これにより、ＰＷＭ方式の切り替え時のトルク変動による影響を避けることができる。特に、工作機械のように加工動作を伴う機械装置においてモータ２に工作機械が接続されている場合、工作機械による加工動作中に高精度な運転性能が要求されるため、実施の形態１にかかる制御装置１００の動作により、加工精度の劣化を避け、高精度な加工結果を得ることができる。また、ＰＷＭ方式の切り替え時のトルク変動が許容される動作（すなわち、精度が要求されない第２の動作）時にＰＷＭ方式の切り替えが行われるようにすることができる。すなわち、モータ２の駆動（動作）に精度が要求されるときに、インバータ６のＰＷＭ方式の切り替えに伴い発生するモータ２のトルク変動の影響を回避でき、モータ２の駆動（動作）に精度が要求されにないときに、インバータ６のＰＷＭ方式の切り替えによる効果を得ることができる。

さらに、実施の形態１では、切替制御部７は、モータ速度（モータ２の速度）が、選択されているＰＷＭ方式における許容速度範囲外となる場合に、動作指令の種類によらず強制的にＰＷＭ方式を切り替える。これにより、例えばスイッチング回数の低下に伴うインバータ６の動作の不安定化を避けることができ、安定したモータ２の駆動（動作）を補償することができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる制御装置１００ａの構成について図３を用いて説明する。図３は、実施の形態２にかかる制御装置１００ａの構成を示すブロック図である。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

制御装置１００ａは、モータ２ａを制御するとともに、モータ２とモータ２ａとの同期を制御する。制御装置１００ａは、数値制御部（第１の指令生成部）１ａ、検出器（特定部）３ａ、比較器４ａ、追従制御部（第２の指令生成部）５ａ、インバータ６ａ、指令判断部８ａ、及び切替制御部（切り替え部）７ａを備える。

数値制御部１ａは、動作指令信号Ｒ２を生成して比較器４ａへ出力する。動作指令信号Ｒ２は、複数の動作のうちモータ２ａへ１つの動作を指令するための信号である。動作指令信号Ｒ２は、例えば、位置指令や速度指令を含む。

また、数値制御部１ａは、プログラムの種類等から、動作指令信号Ｒ１及び動作指令信号Ｒ２により指令された動作指令の種類を示す信号として、指令情報信号Ｒｔ２を生成して指令判断部８ａへ出力する。指令情報信号Ｒｔ２は、例えば、動作指令信号Ｒ１と動作指令信号Ｒ２とにより指令された内容が、モータ２とモータ２ａとの軸間同期状態の動作（第１の動作）であるのか軸間非同期状態の動作（第２の動作）であるかを示す信号である。

ここで、モータ２とモータ２ａとの同期状態における動作（第１の動作）は、精度が要求される動作である。一方、モータ２とモータ２ａとの非同期状態における動作（第２の動作）は、精度が要求されない動作である。また、軸間同期状態とは、各動作指令信号による機械装置の動作が、例えば直線補間や円弧補間などのように必要な経路や輪郭上を通るように演算（補間）されている状態を表している。

検出器３ａは、モータ２ａの動作状態を検出（特定）し、検出したモータ２ａの動作状態を示す検出信号Ｒｆ２を比較器４ａ、指令判断部８ａ、及び切替制御部７ａへそれぞれ出力する。比較器４ａは、動作指令信号Ｒ２と検出器３ａから出力される検出信号Ｒｆ２との偏差を演算し、演算した結果を追従制御部５ａへ出力する。追従制御部５ａは、動作指令信号Ｒ２と検出信号Ｒｆ２との偏差に基づき、すなわち偏差がゼロになるように、比例、積分演算を含む処理を行って電圧指令Ｖｃ２を生成し出力する。インバータ６ａは、電圧指令Ｖｃ２に基づきＰＷＭ動作によってモータ２ａに対し駆動電圧Ｖ２を印加し電力を供給する。これにより、モータ２ａは、供給された電力（駆動電圧Ｖ２）に従った動作を行う。また、インバータ６ａでは、ＰＷＭ動作に用いるためのＰＷＭ方式が、切替制御部７ａから供給される切替信号Ｓｗ２により切り替え可能な構成となっている。

なお、実施の形態２では、モータ２とモータ２ａとの２台を駆動（動作）させる構成を示すが、この構成に限定するものではなく、例えば３台以上の複数のモータを駆動（動作）させる場合においても同様に実現可能なものである。

次に、実施の形態２にかかる制御装置１００ａの動作について図４を用いて説明する。図４は、実施の形態２における動作を説明する波形図である。以下では、対象物を加工するための工作機械（加工部材）がモータ２に接続されている場合について例示的に説明する。

図４（ａ）は、モータ２およびモータ２ａを駆動（動作）させた際の工作機械の動作を示している。ここで、モータ２の位置により工作機械が図の横軸方向に、モータ２ａの位置により工作機械が図の縦軸方向に動作し、動作開始位置である０位置から目標位置まで工作機械を動作させるものとしている。また、目標位置へ工作機械を動作させる方式として、動作途中の経路での精度は必要とせず各モータ２、２ａを軸間非同期状態で動作させる場合（第２の動作）と、動作途中の経路（軌跡）の精度を必要とし各モータ２、２ａを軸間同期状態で動作させる場合（第１の動作）とがある。

図４（ｂ）、図４（ｃ）では、モータ２、モータ２ａの速度と、指令情報信号Ｒｔ２、及び切替信号Ｓｗ、Ｓｗ２により選択されるＰＷＭ方式の関係を示している。また、指令情報信号Ｒｔ２はモータ２、２ａの駆動状態（動作状態）が同期状態（第１の動作中）である場合にＯＮ、非同期状態（第２の動作中）である場合にＯＦＦとしている。

図４（ｂ）に示す場合では、指令情報信号Ｒｔ２がＯＦＦ、すなわち軸間非同期状態でモータ２、モータ２ａを駆動している。指令判断部８ａは、モータ２の速度が速度閾値Ｓｔｈを通過する（速度閾値Ｓｔｈより高く又は低くなる）タイミングで指令情報信号Ｒｔ２がＯＦＦすなわち非同期状態（第２の動作中）と判断し、ＰＷＭ方式の切り替えを許可する判定信号Ｄを生成して切替制御部７及び切替制御部７ａへそれぞれ出力する。これにより、切替制御部７は、切り替えを指示する切替信号Ｓｗをインバータ６へ出力して、インバータ６のＰＷＭ方式を非同期ＰＷＭ方式から同期ＰＷＭ方式へ（又は同期ＰＷＭ方式から非同期ＰＷＭ方式へ）切り替える。一方、切替制御部７ａは、モータ２ａの速度が速度閾値Ｓｔｈを超えていないので、切り替えを行わないことを指示する切替信号Ｓｗ２をインバータ６ａへ出力して、インバータ６ａのＰＷＭ方式の切り替えを行わない。すなわち、制御装置１００ａは、軸間非同期状態である場合にＰＷＭ方式の切り替えを許可し、モータ２の速度と速度閾値Ｓｔｈとの比較結果から非同期ＰＷＭ方式、同期ＰＷＭ方式、非同期ＰＷＭ方式と順次切り替えてモータ２を駆動させる。

次に、図４（ｃ）に示す場合では、指令情報信号Ｒｔ２がＯＮ、すなわち軸間同期状態でモータ２、モータ２ａを駆動している。指令判断部８ａは、モータ２の速度が速度閾値Ｓｔｈを通過する（速度閾値Ｓｔｈより高く又は低くなる）タイミングで指令情報信号Ｒｔ２がＯＮすなわち同期状態（第１の動作中）と判断し、ＰＷＭ方式の切り替えを不許可とする判定信号Ｄを生成して切替制御部７及び切替制御部７ａへそれぞれ出力する。これにより、切替制御部７、７ａは、それぞれ、切り替えを行わないことを指示する切替信号Ｓｗ、Ｓｗ２をインバータ６、６ａへ出力して、インバータ６、６ａのＰＷＭ方式の切り替えを行わない。すなわち、制御装置１００ａは、非同期ＰＷＭ方式に固定して各モータ２、２ａを駆動（動作）させる。

このように、実施の形態２にかかる制御装置１００ａによっても、動作指令信号Ｒ１、Ｒ２による動作指令の種類（すなわち第１の動作の指令か第２の動作の指令か）を判断することで、高精度な運転性能が要求される動作（第１の動作）時において、ＰＷＭ方式の切り替え時のトルク変動による影響を避けることができる。特に、複数のモータ２、２ａを同期させる動作を伴う工作機械において、軸間の同期精度の劣化を避け、高精度な動作を実現することができる。また、ＰＷＭ方式の切り替え時のトルク変動が許容される動作（第２の動作）時にＰＷＭ方式の切り替えが行われるようにすることができる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３にかかる制御装置１００ｂの構成について図５を用いて説明する。図５は、実施の形態３にかかる制御装置１００ｂの構成を示すブロック図である。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

制御装置１００ｂは、モータ２の位置又は速度を制御する。制御装置１００ｂは、数値制御部（第１の指令生成部）１ｂ、指令判断部８ｂ、スイッチ９ｂ、スイッチ１０ｂ、及びラプラス演算子１１ｂを備える。

数値制御部１ｂは、位置指令を表す動作指令信号Ｒｐと速度指令を表す動作指令信号Ｒｖとを生成してスイッチ９ｂへ出力する。また、数値制御部１ｂは、プログラムの種類等から、指令情報信号Ｒｔ３を生成して指令判断部８ｂへ出力する。指令情報信号Ｒｔ３は、例えば、動作指令信号Ｒｐに基づく位置制御と動作指令信号Ｒｖに基づく速度制御のどちらでモータ２を駆動（動作）させるかを示す信号である。

ここで、モータ２の位置を制御するための動作（第１の動作）は、例えば、対象物を加工するための工作機械（加工部材）の主軸がモータ２に接続されている場合、他の軸（サーボ軸）と同期させてモータ２を駆動させ工作機械による加工（例えばネジを切る加工）を行うことになるので、精度が要求される動作である。一方、モータ２の速度を制御するための動作（第２の動作）は、他の軸（サーボ軸）と関係なく所定の速度でモータ２を駆動させ工作機械による加工を行うことになるので、精度が要求されない動作である。

実施の形態３では、検出器３からラプラス演算子１１ｂ及びスイッチ１０ｂへそれぞれ出力される信号が、回転位置を表す検出信号Ｒｐｆである。ラプラス演算子１１ｂは、検出信号Ｒｐｆを微分演算することで速度を表す検出信号Ｒｖｆを生成してスイッチ１０ｂ、指令判断部８ｂ、及び切替制御部７へそれぞれ出力する。

スイッチ９ｂは、動作指令信号Ｒｐと動作指令信号Ｒｖとのうちどちらかを選択し比較器４へ出力する。スイッチ１０ｂは、検出信号Ｒｐｆと検出信号Ｒｖｆとのうちどちらかを選択し比較器４へ出力する。なお、図示しないが、数値制御部１ｂは、スイッチ９ｂ及びスイッチ１０ｂのそれぞれへ、同期した選択動作を行わせるための制御信号を供給している。

ここで、スイッチ９ｂおよびスイッチ１０ｂにより、動作指令信号Ｒｐと検出信号Ｒｐｆとが選択された場合は、位置制御（第１の動作）によりモータ２を駆動（動作）させることになる。また、動作指令信号Ｒｖと検出信号Ｒｖｆとが選択された場合は、速度制御（第２の動作）によりモータ２を駆動（動作）させることになる。指令判断部８ｂは、指令情報信号Ｒｔ３と、検出信号Ｒｐｆ及び検出信号Ｒｖｆのうち選択された信号とに基づき、ＰＷＭ方式の切り替えの可否を判定する判定信号Ｄを生成して切替制御部７へ出力する。

次に、実施の形態３にかかる制御装置１００ｂの動作について図６を用いて説明する。図６は、実施の形態３における動作を説明する波形図である。

図６では、モータ２の速度と、指令情報信号Ｒｔ３、及び切替信号Ｓｗにより選択されるＰＷＭ方式の関係を示している。また、指令情報信号Ｒｔ３はモータ２の駆動状態が位置制御中（第１の動作中）である場合にＯＮ、速度制御中（第２の動作中）である場合にＯＦＦとしている。

図６（ａ）に示す場合では、指令情報信号Ｒｔ３がＯＦＦ、すなわち速度制御でモータ２を駆動している。指令判断部８ｂは、モータ速度が速度閾値Ｓｔｈを通過する（速度閾値Ｓｔｈより高く又は低くなる）タイミングでモータ２の駆動状態が速度制御（第２の動作中）であると判断し、ＰＷＭ方式の切り替えを許可する判定信号Ｄを生成して切替制御部７へ出力する。これにより、切替制御部７は、切り替えを指示する切替信号Ｓｗをインバータ６へ出力する。

次に、図６（ｂ）に示す場合では、指令情報信号Ｒｔ３がＯＮ、すなわち同期状態でモータ２を駆動している。指令判断部８ｂは、モータ速度が速度閾値Ｓｔｈを通過する（速度閾値Ｓｔｈより高く又は低くなる）タイミングでモータ２の駆動状態が位置制御（第１の動作中）であると判断し、ＰＷＭ方式の切り替えを不許可とする判定信号Ｄを生成して切替制御部７へ出力する。これにより、切替制御部７は、切り替えを行わないことを指示する切替信号Ｓｗをインバータ６へ出力する。

このように、実施の形態３にかかる制御装置１００ｂによっても、動作指令の種類（すなわち第１の動作の指令か第２の動作の指令か）を判断することで、高精度な運転性能が要求される動作時において、ＰＷＭ方式の切り替え時のトルク変動による影響を避けることができる。特に、例えば工作機械における主軸駆動のように、速度制御と位置制御とを切り替えてモータ２を駆動する制御装置において、ＰＷＭ方式の切り替え時のトルク変動により位置誤差が発生することを避け、高精度な動作を実現することができる。また、ＰＷＭ方式の切り替え時のトルク変動が許容される動作（第２の動作）時にＰＷＭ方式の切り替えが行われるようにすることができる。

さらに、位置制御と速度制御とを切り替える処理とＰＷＭ方式の切り替えの可否を判定する処理とを共通化することができるため、制御装置を簡易な構成で実現（実装）することができる。

以上のように、本発明にかかる（名称）は、工作機械などの産業用機械装置を駆動するモータ駆動制御装置に有用である。

１、１ａ、１ｂ 数値制御部
２、２ａ モータ
３、３ａ 検出器
５、５ａ 追従制御部
６、６ａ インバータ
７、７ａ 切替制御部
８、８ａ、８ｂ 指令判断部
９ｂ スイッチ
１０ｂ スイッチ
１１ｂ ラプラス演算子
１００、１００ａ、１００ｂ 制御装置

Claims (5)

1. モータの動作を制御する制御装置であって、
   精度が要求される第１の動作と精度が要求されない第２の動作とを含む複数の動作のうち前記モータへ１つの動作を指令するための動作指令信号を生成する第１の指令生成部と、
   前記モータの動作状態を特定する特定部と、
   前記動作指令信号に従って、前記特定部により特定される前記モータの動作状態が目標の状態に近づくように、電圧指令を生成する第２の指令生成部と、
   前記電圧指令に従ったＰＷＭ動作を行い、前記モータに電力を供給するインバータと、
   複数のＰＷＭ方式のうち前記インバータのＰＷＭ動作に用いるためのＰＷＭ方式の切り替えを行う切り替え部と、
   前記動作指令信号により前記第１の動作が指令されたと判断した場合、前記切り替え部によるＰＷＭ方式の切り替えを不許可とし、前記動作指令信号により前記第２の動作が指令されたと判断した場合、前記切り替え部によるＰＷＭ方式の切り替えを許可する指令判断部と、
   を備え、
   前記切り替え部は、前記指令判断部により切り替えが不許可とされた場合、ＰＷＭ方式の切り替えを行わず、前記指令判断部により切り替えが許可された場合、ＰＷＭ方式の切り替えを行う
   ことを特徴とする制御装置。
2. 前記モータには、対象物を加工するための加工部材が接続されており、
   前記第１の動作は、前記加工部材による加工中の動作を含み、
   前記第２の動作は、前記加工部材による非加工中の動作を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御装置は、前記モータと第２のモータとの同期を制御し、
   前記第１の動作は、前記第２のモータと同期状態における動作を含み、
   前記第２の動作は、前記第２のモータと非同期状態における動作を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 前記制御装置は、前記モータの位置又は速度を制御し、
   前記第１の動作は、前記モータの位置を制御するための動作を含み、
   前記第２の動作は、前記モータの速度を制御するための動作を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
5. 前記切り替え部は、前記特定部により特定された前記モータの動作状態が、切り替えているＰＷＭ方式における許容範囲外である場合、前記指令判断部により不許可とされたか許可されたかに関わらず、他のＰＷＭ方式への切り替えを行う
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の制御装置。

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