JP3983591B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、永久磁石同期モータ、誘導モータなどの２つのモータを連結して同期運転させるモータ制御装置に関し、特に始動時のモータトルク干渉を防止するようにしたモータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２つのモータの回転軸間に開閉チャックを介してワークを装着してワークを回転駆動したり、あるいは２つのモータのモータ軸間にギア、ボールネジのような動力変換機構を連結して動力変換機構を駆動するようなモータ駆動方式があり、このようなモータ駆動方式では、互いに連結された２つのモータを同期運転させる必要がある。
【０００３】
図４は、この種のモータ同期運転回路の従来技術を示すものであり、２つのモータＡ，Ｂの各回転軸には、開閉チャック３を介してワーク２が連結されている。各モータＡ，Ｂには、エンコーダなどの位置検出器４Ａ、４Ｂが設けられ、各検出器４Ａ、４Ｂからはロータの変位信号δA，δBが出力される。磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂは、変位信号δA，δBをロータの磁極位置信号ＰA，ＰBに変換して、演算手段６Ａ，６Ｂに出力する。演算手段６Ａ，６Ｂは、始動指令ＳＴにより始動され、入力された速度または位置指令Ｑに追従するように、磁極位置変換手段１１Ａおよび１１Ｂから得られる磁極位置信号ＰA、ＰBに応じて電流指令値を演算し、これらの電流指令値を増幅器８Ａおよび８Ｂを介してモータＡ，Ｂに出力する。演算手段６Ａ，６Ｂから出力されるゲート信号ＧA，ＧBがオンになったときに、増幅器８Ａおよび８ＢからモータＡ，Ｂにモータ電流ＩAおよびＩBが供給される。
【０００４】
このような従来のモータ制御回路では、２つのモータＡ，Ｂの同期運転を始動する際には、図５に示すようなタイムチャートに従って駆動される。
【０００５】
すなわち、上位制御装置より始動指令ＳＴが２つのモータＡ，Ｂに対して同時に入力される。演算手段６Ａおよび６Ｂは、始動指令ＳＴが入力されると、即座に増幅器８Ａおよび８Ｂに対するゲート信号ＧAおよびＧBをそれぞれＯＮにする。同時に、演算手段６Ａおよび６Ｂは、速度または位置指令Ｑに追従するように、磁極位置変換手段１１Ａおよび１１Ｂから得られる磁極位置信号ＰA，ＰBに応じて電流指令値を演算し、演算した電流指令値を増幅器８Ａおよび８Ｂに出力する。これにより、モータＡおよびＢにはモータ電流ＩAおよびＩBの印加が開始されると共にモータ電流ＩAおよびＩBに応じたモータトルクが発生される。始動指令ＳＴが入力された後、モータＡおよびＢが速度または位置指令Ｑに対して一定の偏差内に追従した時、演算手段６Ａおよび６Ｂは、同期完了信号ＳＹAおよびＳＹBを出力して同期運転中になる。また、同期完了信号ＳＹAおよびＳＹBを出力するまでは、上位制御装置に対して、次に入力すべき速度または位置指令Ｑの変化を待機させる。
【０００６】
なお、図５の場合は、位置指令を０すなわちサーボロックとしており、始動指令ＳＴを入力した後も、モータＡおよびＢの変位δAおよびδBは０であるため、始動指令ＳＴの後、演算手段６Ａ，６Ｂは直ちに同期完了信号ＳＹAおよびＳＹBを出力する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のモータ制御装置においては、モータＡ，Ｂのいずれか一方または両方に永久磁石同期モータを使用した場合、永久磁石同期モータは、モータ電流の印加開始時に、指令するトルクの発生方向とは逆のトルクを発生することがある。このような逆トルクは、始動時に演算手段６Ａおよび６Ｂで電流指令値を演算する際に、磁極位置誤検出または検出磁極位置が不明などの理由により、磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂから出力される検出磁極位置と、実際のロータ磁極位置との間に、例えば±９０°を超える磁極位置の位相差がある場合に発生する。以下これについて説明する。
【０００８】
図６（ａ）（ｂ）に、電流指令値を演算する際に用いる磁極位置と実際のロータ磁極位置との関係を示す。ここで、電流指令値の演算に用いる磁極位置とは、図６中の巻線電流による磁極に相当し、実際の磁極位置とは図６中の永久磁石による磁極に相当している。ここで、演算手段６Ａおよび６Ｂでは、磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂから出力される検出磁極位置に９０°を加えた位置を、モータ電流指令値を演算する際に用いる磁極位置としている。したがって、図６（ａ）では、巻線電流による磁極に９０°を加えた位置が、永久磁石による磁極位置と一致しており、このときは上記磁極位置の位相差が０である。一方、図６（ｂ）では、図６（ａ）の状態から永久磁石による磁極位置が１８０°回転しており、このときは、上記磁極位置の位相差が１８０°である。
【０００９】
一般に永久磁石同期モータは、磁極位置の位相差が±９０°以内の場合、発生トルクの方向は指令と同一であり、±９０°を超える場合、指令と逆になることから、磁極位置の位相差は±９０°以内に保つことが望ましい。
【００１０】
上記ロータ磁極位置の検出器として、インクリメンタルエンコーダが一般的に使用されるが、インクリメンタルエンコーダでは、電源遮断により位置情報を失ってしまうので、実際のロータ磁極位置との位相差を±９０°以内に保つことができない。また、センサレスで磁極位置を推定する磁極位置推定手段を用いる場合も、制御装置すなわち磁極位置推定手段の電源遮断により位置情報を失ってしまうので、同様である。
【００１１】
始動時の磁極位置を検出する従来技術として、例えば、特開２０００−９２８９１号公報に開示されている発明がある。この従来技術を用いることにより、制御装置内部で初期磁極位置を推定し、これにインクリメンタルエンコーダから得られる変位信号を加算して、磁極位置信号を生成することが可能であるが、この従来技術においても、稀に推定した初期磁極位置に±９０°を超える位相差を生じる問題がある。
【００１２】
なお、ロータ磁極位置の検出にアブソリュートエンコーダを使用すれば、電源遮断により自身の位置が不明確となる問題は解決されるが、アブソリュートエンコーダは、インクリメンタルエンコーダに比べて、最高回転数、耐環境性に劣り、また非常に高価である。
【００１３】
インクリメンタルエンコーダを用いた場合に、初期磁極位置に±９０°を超える位相差を生じる問題は、図７に示す構成を磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂに採用することで解決することができる。
【００１４】
図７に示す磁極位置変換手段１１Ａでは、まず、スイッチ１３Ａを初期状態の０側に接続する。これにより、最初は、推定した初期磁極位置ＰEAに変位信号δAを加算した加算結果（ＰEA＋δA）が磁極位置信号ＰAとして出力される。演算手段６Ａでは、この磁極位置信号ＰAが速度または位置指令Ｑに追従するように電流指令値を出力して、モータＡを始動する。ここで、推定した初期磁極位置ＰEAに±９０°を超える位相差がある場合、図６（ｂ）で示したように発生トルクの方向は電流指令と逆になる。
【００１５】
そこで、始動指令ＳＴが入力された後、変位信号δAが所定の角度｜Δθ｜となったときに、電流指令と変位信号δAの方向を比較することで発生トルクの方向、つまり初期磁極位置に±９０°を超える位相差があるか否を判別する。この時、±９０°を超える位相差がある場合は、スイッチ１３Ａを１側に切替えることで、初期磁極位置ＰEAと変位信号δAとの加算結果に、さらに固定補正値αAを加算し、これらの加算結果（ＰEA＋δA＋αA）を磁極位置信号ＰAとして出力する。このようにして、固定補正値αAを用いて推定した初期磁極位置ＰEAを補正し、発生トルクの方向を電流指令と同じにする。
【００１６】
モータＢの場合も同様である。固定補正値αA，αBは、予め初期磁極位置の推定結果と実際のロータ磁極位置との相関関係を調べておくことで、例えば１８０°などの固定値にセットすることができる。
【００１７】
このような磁極位置変換手段１１Ａおよび１１Ｂによる補正によっても、永久磁石同期モータＡおよびＢが互いに連結されて同時に同期運転始動する場合には、指令するトルクの発生方向とは逆のトルクが発生し続けることがある。
【００１８】
例えば、互いに連結されたモータＡおよびＢのうち、モータＡは磁極位置の位相差が±９０°以内で正常なモータトルクを発生でき、逆にモータＢは磁極位置の位相差が±９０°を超えて正常なモータトルクを発生できないとし、図５に示した順序で始動制御を行ったとする。なお、この場合、前述したように、位置指令を０すなわちサーボロックとする。
【００１９】
モータＡは正常なモータトルクを発生でき、始動指令ＳＴの後すみやかにサーボロックされる。一方、モータＢは、連結したサーボロックされたモータＡによりワーク２を介して支持されることになり、回転することができないので、変位信号δBが、前記所定の角度｜Δθ｜に到達することができない。つまり、モータＢでは、磁極位置の位相差が±９０°を超えている場合でも、磁極位置変換手段１１Ｂにおけるスイッチ１３Ｂを１に切替えて固定補正値αBによる補正を実行させることができない。誘導モータの場合、指令と逆向きにトルクを発生することがないので、モータＡを誘導モータとし、モータＢを永久磁石同期モータとした場合でも同様である。
【００２０】
また、従来技術では、始動指令ＳＴが入力されてから、モータＡおよびＢの変位δAおよびδBは０であるため、磁極位置信号が補正されないまま、演算手段６Ａ，６Ｂは、始動指令ＳＴの入力後、直ちに同期完了信号ＳＹAおよびＳＹBを出力することになる。
【００２１】
このように、従来技術では、モータＡおよびＢのいずれか一方または両方において、磁極位置に±９０°を超える位相差がある状態で、モータＡおよびＢが互いに連結されて同時に同期運転始動すると、指令するトルクの発生方向とは逆のトルクを発生し、互いにトルク干渉を生じたまま同期運転始動するという問題があった。
【００２２】
これでは、始動指令ＳＴの入力後、互いのトルクがつり合って静止し、トルク干渉に伴うモータ電流を不要に印加し続けて、モータの異常発熱が生じることになる。また、サーボロック指令の場合は、始動指令ＳＴの入力後、同期完了信号ＳＹAおよびＳＹBが直ちに出力されるので、その後上位制御装置から入力される速度または位置指令Ｑが変化していくが、正常なモータトルクを発生できないために、良好な追従性を得ることはできない。
【００２３】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、始動時のロータ磁極位置が不明確な永久磁石同期モータを少なくとも一方に用いて２つのモータを連結して同期運転始動する際のモータトルク干渉を確実に防止し、安定した同期運転始動を実現するモータ制御装置を得ることを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかるモータ制御装置は、始動時に磁極位置を確定する磁極位置確定処理を要する第１および第２のモータを連結してこれら第１および第２のモータを同期運転制御するモータ制御装置において、前記第１のモータのロータ変位を検出する第１の検出器と、前記第２のモータのロータ変位を検出する第２の検出器と、前記第１の検出器のロータ変位をロータ磁極位置に変換し、変換したロータ磁極位置が、入力される位置または速度指令に追従するような第１の電流指令値を演算して前記第１のモータに出力すると共に、前記ロータ変位および第１の電流指令値に基づき前記第１のモータについての前記磁極位置確定処理を実行する第１のモータ制御手段と、前記第２の検出器のロータ変位をロータ磁極位置に変換し、変換したロータ磁極位置が、入力される前記位置または速度指令に追従するような第２の電流指令値を演算して前記第２のモータに出力すると共に、前記ロータ変位および第２の電流指令値に基づき前記磁極位置確定処理を実行する第２のモータ制御手段と、始動指令の入力時に前記第１のモータ制御手段から第１のモータへの第１の電流指令値の印加と前記第２のモータ制御手段から第２のモータへの第２の電流指令値の印加が時間的に重複しないように、第１および第２のモータへの第１および第２の電流指令値の印加を交互に遮断する電流遮断手段とを備え、第１のモータ制御手段は、第２のモータへの第２の電流指令値の印加が遮断されているときに、第１のモータについての前記磁極位置確定処理を実行し、第２のモータ制御手段は、第１のモータへの第１の電流指令値の印加が遮断されているときに、第２のモータについての前記磁極位置確定処理を実行し、前記第１及び第２のモータの磁極位置の確定処理が終了し、第１および第２のモータが同期運転中となるまでは、前記位置または速度指令をサーボロック状態とすることを特徴とする。
【００２５】
つぎの発明にかかるモータ制御装置は、始動時に磁極位置を確定する磁極位置確定処理を要する第１のモータと前記磁極位置確定処理を要しない第２のモータとを連結してこれら第１および第２のモータを同期運転制御するモータ制御装置において、前記第１のモータのロータ変位を検出する第１の検出器と、前記第２のモータのロータ変位を検出する第２の検出器と、前記第１の検出器のロータ変位をロータ磁極位置に変換し、変換したロータ磁極位置が、入力される位置または速度指令に追従するような第１の電流指令値を演算して前記第１のモータに出力すると共に、前記ロータ変位および第１の電流指令値に基づき前記第１のモータについての前記磁極位置確定処理を実行する第１のモータ制御手段と、前記第２の検出器のロータ変位をロータ磁極位置に変換し、変換したロータ磁極位置が、入力される前記位置または速度指令に追従するような第２の電流指令値を演算して前記第２のモータに出力する第２のモータ制御手段と、始動指令の入力時に前記第１のモータ制御手段から第１のモータへの第１の電流指令値の印加と前記第２のモータ制御手段から第２のモータへの第２の電流指令値の印加が時間的に重複しないように、第２のモータに対するモータ電流の印加開始を、始動指令に対して第１のモータについての磁極位置確定処理に要する所定の期間の間遅延させる指令遅延手段とを備え、第１のモータ制御手段は、始動指令の入力直後に、第１のモータについての前記磁極位置確定処理を実行し、前記第１のモータの磁極位置の確定処理が終了し、第１および第２のモータが同期運転中となるまでは、前記位置または速度指令をサーボロック状態とすることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるモータ制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態１においては、互いに連結されて同期運転されるモータＡ，Ｂを永久磁石同期モータとしている。図１に示す実施の形態１のモータ制御装置は、図４に示した従来のモータ制御装置に対し、始動制御手段２０Ａ，２０Ｂと、完了遅延手段３０Ａ，３０Ｂとを追加している。
【００３４】
図１において、２つのモータＡ，Ｂの各回転軸には、開閉チャック３を介してワーク２が連結されている。各モータＡ，Ｂには、エンコーダなどの位置検出のための検出器４Ａ，４Ｂが設けられ、各検出器４Ａ，４Ｂからはロータの変位信号δA，δBが出力される。磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂは、変位信号δA，δBをロータの磁極位置信号ＰA，ＰBに変換して、演算手段６Ａ，６Ｂに出力する。また、磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂは、先の図７に示した固定補正値αA，αBへの切換えを行う切換スイッチ１３Ａ，１３Ｂを備えている。
【００３５】
演算手段６Ａ，６Ｂは、始動制御手段２０Ａ，２０Ｂからの始動指令ＳＴA，ＳＴBによって始動され、磁極位置変換手段１１Ａおよび１１Ｂから得られる磁極位置信号ＰA、ＰBが、入力された速度または位置指令Ｑに追従するような電流指令値を演算し、これらの電流指令値を増幅器８Ａおよび８Ｂを介してモータＡ，Ｂに出力する。演算手段６Ａ，６Ｂは、始動制御手段２０Ａ，２０Ｂから入力される始動指令ＳＴA，ＳＴBと同じＯＮ／ＯＦＦタイミングのゲート信号ＧA，ＧBを形成し、このゲート信号ＧA，ＧBを増幅器８Ａ，８Ｂに出力する。モータＡ，Ｂには、演算手段６Ａ，６Ｂから出力されるゲート信号ＧA，ＧBがオンになったときに、増幅器８Ａおよび８Ｂからモータ電流ＩAおよびＩBが供給される。
【００３６】
始動制御手段２０Ａ，２０Ｂは、上位制御装置から入力される始動指令ＳＴに基づき、始動指令ＳＴの最初の所定時間の間、交互にＯＮになる始動指令ＳＴA，ＳＴBを形成し、形成した始動指令ＳＴA，ＳＴBを演算手段６Ａ，６Ｂに出力する。この場合は、最初の所定期間には、モータＡ側をＯＮにしかつモータＢ側をＯＦＦにし、次の所定期間にモータＡ側をＯＦＦにしかつモータＢ側をＯＮにするようにしている。
【００３７】
したがって、この場合、始動制御手段２０Ａは、上位制御装置からの始動指令ＳＴがＯＮになると、この時点で同時に始動指令ＳＴAをオンにし、その後所定期間ＴAの間このＯＮ状態を維持し、所定期間ＴAが経過すると、始動指令ＳＴAをＯＦＦにし、その後所定期間ＴBの間このＯＦＦ状態を維持するようにしており、その後は始動指令ＳＴAのＯＮ／ＯＦＦ状態を入力される始動指令ＳＴと同じになるようにしている（図２参照）。
【００３８】
一方、始動制御手段２０Ｂは、この場合、単なる信号遅延手段として機能し、上位制御装置からの始動指令ＳＴを、所定期間ＴAだけ遅延させ、遅延させた始動指令ＳＴBを演算手段６Ｂに出力する。
【００３９】
このように、始動制御手段２０Ａ，２０Ｂによって交互にＯＮになる始動指令ＳＴA，ＳＴBを形成し、これらの始動指令ＳＴA，ＳＴBを演算手段６Ａ，６Ｂに入力するようにしており、演算手段６Ａ，６Ｂでは、入力される始動指令ＳＴA，ＳＴBと同じＯＮ／ＯＦＦタイミングのゲート信号ＧA，ＧBを形成して増幅器８Ａ，８Ｂに入力している（図２参照）。したがって、最初の期間がモータＡの磁極位置確定期間ＴAとなり、後半がモータＢの磁極位置確定期間ＴBとなる。
【００４０】
完了遅延手段３０Ａ，３０Ｂは、タイマ回路などによって、始動指令ＳＴを、モータＡおよびＢの磁極位置確定期間ＴA＋ＴBだけ遅延し、この遅延させた始動指令と、演算手段６Ａ，６Ｂから出力される同期完了信号ＳＹA´，ＳＹB´との論理積を夫々とり、この論理積の出力を同期完了信号ＳＹA，ＳＹBとして上位制御装置に出力する。
【００４１】
以下、図２に示すタイムチャートを参照して図１のモータ制御装置の動作を説明する。なお、この場合は、位置指令を０すなわちサーボロックとしている。モータＡ，Ｂには、前述したように永久磁石同期モータが使用され、これらのモータＡ，Ｂには、モータ始動時、モータ磁極位置に前述した±９０°を超えるような位相差があり、モータ電流の印加開始時に逆トルクを発生することがあるものとする。
【００４２】
図示しない上位制御装置から始動指令ＳＴが入力されると、始動制御手段２０Ａは、始動指令ＳＴAを直ちにＯＮにして演算手段に出力する。一方、始動制御手段２０Ｂは、始動指令ＳＴを遅延するので、モータＡの磁極位置確定期間ＴAには、始動指令ＳＴAがＯＮであり、始動指令ＳＴBがＯＦＦである。したがって、モータＡの磁極位置確定期間ＴAにおいては、演算手段６Ａは、ゲート信号ＧAをＯＮにするとともに、磁極位置変換手段１１Ａから得られる磁極位置信号ＰAが、入力された速度または位置指令Ｑに追従するような電流指令値を演算し、この電流指令値を増幅器８Ａを介してモータＡに出力する。一方、この磁極位置確定期間ＴA中には、始動指令ＳＴBがＯＦＦであるので、演算手段６Ｂは動作せず、モータＢは通電されない。
【００４３】
このように、モータＡの磁極位置確定期間ＴAには、他方のモータＢは、上位制御装置からのサーボロック指令にもかかわらずまだ通電されていないので、ゲート信号ＧAがＯＮすると、モータＡ（およびＢ）が回転する。したがって、変位δAが｜Δθ｜に一致した時点で、電流指令と変位信号δAの方向を比較することで発生トルクの方向、つまり初期磁極位置に±９０°を超える位相差があるか否を判別することができる。この段階で、初期磁極位置に±９０°を超える位相差があると判定した場合は、磁極位置変換手段１１Ａのスイッチ１３Ａ（図７参照）を１側に切替えて、磁極位置信号を前述した固定補正値αAによって補正することができ、変位δA，δBの増加が止まる。このようにしてモータＡの磁極位置確定動作が終了する。
【００４４】
モータＡの磁極位置確定期間ＴAが終了すると、始動制御手段２０Ａは、始動指令ＳＴAをＯＦＦにする。一方、この時点で、始動制御手段２０Ｂでは、遅延時間が終了するので、始動指令ＳＴBがＯＮになる。このように、モータＢの磁極位置確定期間ＴBには、始動指令ＳＴAがＯＦＦであり、始動指令ＳＴBがＯＮである。したがって、モータＢの磁極位置確定期間ＴBにおいては、演算手段６Ｂは、ゲート信号ＧBをＯＮにするとともに、磁極位置変換手段１１Ｂから得られる磁極位置信号ＰBが、入力された速度または位置指令Ｑに追従するような電流指令値を演算し、この電流指令値を増幅器８Ｂを介してモータＡに出力する。一方、この磁極位置確定期間ＴB中には、始動指令ＳＴAがＯＦＦであるので、演算手段６Ａは動作せず、モータＡは通電されない。
【００４５】
このようにモータＢの磁極位置確定期間には、ゲート信号ＧAがＯＦＦになり、モータＡへのモータ電流印加は中断される。したがって、ゲート信号ＧBがＯＮになると、モータＢ（およびＡ）が回転する。したがって、変位δBが｜Δθ｜に一致した時点で、電流指令と変位信号δBの方向を比較することで発生トルクの方向、つまり初期磁極位置に±９０°を超える位相差があるか否を判別することができる。この段階で、初期磁極位置に±９０°を超える位相差があると判定した場合は、磁極位置変換手段１１Ｂのスイッチ１３Ｂを１側に切替えて、磁極位置信号を前出した固定補正値αBによって補正する。このようにしてモータＢの磁極位置確定動作が終了する。
【００４６】
このような制御によって、各モータＡ，Ｂの磁極位置確定期間を重複しないようにしており、これにより各モータＡ，Ｂは、モータ電流ＩA，ＩBの印加開始時に、自身のトルクで自由に回転することができるようになる。
【００４７】
このように、モータＡおよびＢの磁極位置確定期間ＴA，ＴBを経た後は、始動制御手段２０Ａ，２０Ｂからは、始動指令ＳＴと同じ始動指令ＳＴA，ＳＴBが出力されるので、磁極位置確定期間ＴA，ＴBを終了した時点で、演算手段６Ａ，６Ｂから出力されるゲート信号ＧA，ＧBが共にＯＮとなる。その後、演算手段６Ａ，６Ｂは、磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂからの磁極位置信号ＰAを用いて、モータＡおよびＢが速度または位置指令Ｑに対して一定の偏差内に追従しているか否かを検出し、一定の偏差内への追従を検出した時点で、同期運転中となり、同期完了信号ＳＹA´，ＳＹB´を出力する。
【００４８】
ここで、完了遅延手段３０Ａ，３０Ｂでは、前述したように、始動指令ＳＴを、モータＡおよびＢの磁極位置確定期間ＴA＋ＴBだけ遅延し、この遅延させた始動指令と、演算手段６Ａ，６Ｂから出力される同期完了信号ＳＹA´，ＳＹB´との論理積を夫々とり、この論理積の出力を同期完了信号ＳＹA，ＳＹBとして上位制御装置に出力するようにしている。
【００４９】
したがって、完了遅延手段３０Ａ，３０Ｂからは、少なくともモータＡおよびＢの磁極位置確定期間ＴA＋ＴBの間は、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBが上位制御装置に対して出力されることはなく、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBは、磁極位置確定期間ＴA＋ＴBの終了後に出力されることになる。したがって、何らかの原因で、磁極位置確定期間ＴA＋ＴB中に、演算手段６Ａ，６Ｂから同期完了信号ＳＹA´，ＳＹB´が出力されたとしても、磁極位置確定期間ＴA＋ＴB中に、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBが上位制御装置に対し出力されることはなくなる。
【００５０】
このようにこの実施の形態１によれば、互いに連結されて同期運転を始動するモータＡ，Ｂとして永久磁石同期モータを使用した場合において、始動時、互いのモータ電流の印加開始が重複しないようにしているので、各モータＡ，Ｂは、モータ電流ＩA，ＩBの印加開始時に、自身のトルクで自由に回転することができるようになり、これにより互いにトルク干渉を生じることなく安定した同期運転始動が可能となる。また、磁極位置確定期間ＴA＋ＴB中は、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBの出力を行わないようにしているので、各モータＡ，Ｂの始動時の磁極位置が確定されるまで、上位制御装置に対し次の速度または位置指令の出力を待機させることができ、速度または位置指令値への追従性が向上する。
【００５１】
なお、上記の説明では、始動指令ＳＴを調整、遅延することで、交互にＯＮになる始動指令ＳＴA，ＳＴBを形成し、この始動指令ＳＴA，ＳＴBに基づいて形成したゲート信号ＧA，ＧBを用いることで、始動時、２つのモータに対するモータ電流を交互に遮断するようにしたが、始動制御手段２０Ａ，２０Ｂを省略して、演算手段６Ａ，６Ｂでの処理によって同様の処理を行わせるようにしてもよい。要は、始動指令の入力直後に２つのモータに対するモータ電流を交互に遮断する電流遮断手段を、モータ制御回路の何れかに設けるようにすればよい。
【００５２】
実施の形態２．
次に図３を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２では、一方のモータは、誘導モータまたは絶対値検出器を備えた永久磁石同期モータとしており、この一方のモータは、指令と逆向きにトルクを発生することがない。他方のモータには、永久磁石同期モータを採用しており、始動時、指令と逆向きにトルクが発生することがある。この場合は、モータＡを永久磁石同期モータ、モータＢを誘導モータとする。このため、この実施の形態２では、モータＡに対する磁極位置確定期間ＴAのみが必要であり、モータＢ側は磁極位置確定期間が不要である。実施の形態２では、モータＢの磁極位置確定期間が不要であるので、短時間に同期運転に移行することが可能となる。
【００５３】
そこで、この実施の形態２においては、図３に示すように、始動制御手段２０Ａは、特に何の処理も行わず、入力された始動指令ＳＴをスルーに始動指令ＳＴAとして演算手段６Ａに出力する。他方、始動制御手段２０Ｂには、所定の遅延時間（モータＡの磁極位置確定期間ＴAに対応）を設定しており、始動制御手段２０Ｂは始動指令ＳＴを所定の遅延時間遅延させ、遅延させた始動指令ＳＴBを演算手段６Ｂに入力する。
【００５４】
したがって、演算手段６Ａは、始動指令ＳＴが入力された直後からゲート信号ＧAを増幅器８Ａに入力するが、演算手段６Ｂは、モータＡの磁極位置確定期間ＴAの間はゲート信号ＧBをＯＦＦにし、モータＡの磁極位置確定期間ＴAが経過した後、ゲート信号ＧBをＯＮとする。
【００５５】
このようにこの実施の形態２においては、始動指令ＳＴが入力された直後からモータＡの磁極位置確定期間ＴAとなり、つぎのモータＢの磁極位置確定期間ＴBは存在しない。
【００５６】
モータＡの磁極位置確定期間ＴAには、２つのゲート信号ＧA，ＧBのＯＮ状態が重複していないので、モータＡにおいて電流の印加開始時に、モータＡは自身のトルクで自由に回転できる。
【００５７】
すなわち、モータＡの磁極位置確定期間ＴAには、他方のモータＢは、上位制御装置からのサーボロック指令にもかかわらずまだ通電されていないので、ゲート信号ＧAがＯＮすると、モータＡ（およびＢ）が回転する。したがって、変位δAが｜Δθ｜に一致した時点で、電流指令と変位信号δAの方向を比較することで発生トルクの方向、つまり初期磁極位置に±９０°を超える位相差があるか否を判別することができる。この段階で、初期磁極位置に±９０°を超える位相差があると判定した場合は、磁極位置変換手段１１Ａのスイッチ１３Ａ（図７参照）を１側に切替えて、磁極位置信号を前述した固定補正値αAによって補正することができ、変位δA，δBの増加が止まる。このようにしてモータＡの磁極位置確定動作が終了する。
【００５８】
このようにして、モータＡの磁極位置確定期間ＴAを経た後は、始動制御手段２０Ｂ（２０Ａ）からは、始動指令ＳＴと同じ始動指令ＳＴB（ＳＴA）が出力されるので、磁極位置確定期間ＴAを終了した時点で、演算手段６Ａ，６Ｂから出力されるゲート信号ＧA，ＧBが共にＯＮとなる。その後、演算手段６Ａ，６Ｂは、磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂからの磁極位置信号ＰAを用いて、モータＡおよびＢが速度または位置指令Ｑに対して一定の偏差内に追従しているか否かを検出し、一定の偏差内への追従を検出した時点で、同期運転中となり、同期完了信号ＳＹA´，ＳＹB´を出力する。
【００５９】
ここで、完了遅延手段３０Ａ，３０Ｂでは、始動指令ＳＴを、モータＡの磁極位置確定期間ＴAだけ遅延し、この遅延させた始動指令と、演算手段６Ａ，６Ｂから出力される同期完了信号ＳＹA´，ＳＹB´との論理積を夫々とり、この論理積の出力を同期完了信号ＳＹA，ＳＹBとして上位制御装置に出力するようにしている。
【００６０】
したがって、完了遅延手段３０Ａ，３０Ｂからは、少なくともモータＡの磁極位置確定期間ＴAの間は、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBが上位制御装置に対して出力されることはなく、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBは、磁極位置確定期間ＴAの終了後に出力されることになる。したがって、何らかの原因で、磁極位置確定期間ＴA中に、演算手段６Ａ，６Ｂから同期完了信号ＳＹA´，ＳＹB´が出力されたとしても、磁極位置確定期間ＴA中に、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBが上位制御装置に対し出力されることはなくなる。
【００６１】
この実施の形態２によれば、互いに連結されて同期運転を始動するモータＡ，Ｂの一方に永久磁石同期モータを使用した場合において、始動時、互いのモータ電流の印加開始が重複しないようにしているので、永久磁石同期モータは、そのモータ電流の印加開始時に、自身のトルクで自由に回転することができるようになり、これにより互いにトルク干渉を生じることなく安定した同期運転始動が可能となる。また、永久磁石同期モータの磁極位置確定期間ＴA中は、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBの出力を行わないようにしているので、永久磁石同期モータの始動時の磁極位置が確定されるまで、上位制御装置に対し次の速度または位置指令の出力を待機させることができ、速度または位置指令値への追従性が向上する。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、互いに連結されて同期運転を始動するモータとして永久磁石同期モータを使用した場合において、始動時、互いのモータ電流の印加開始が重複しないようにしているので、各モータは、モータ電流の印加開始時に、自身のトルクで自由に回転することができるようになり、これにより互いにトルク干渉を生じることなく安定した同期運転始動が可能となる。
【００６３】
つぎの発明によれば、各モータの磁極位置確定期間中は、同期完了信号の出力を行わないようにしているので、各モータの始動時の磁極位置が確定されるまで、上位制御装置に対し次の速度または位置指令の出力を待機させることができ、速度または位置指令値への追従性が向上する。
【００６４】
つぎの発明によれば、互いに連結されて同期運転を始動する２つのモータの一方に永久磁石同期モータを使用した場合において、始動時、互いのモータ電流の印加開始が重複しないようにしているので、永久磁石同期モータは、そのモータ電流の印加開始時に、自身のトルクで自由に回転することができるようになり、これにより互いにトルク干渉を生じることなく安定した同期運転始動が可能となる。
【００６５】
つぎの発明によれば、永久磁石同期モータの磁極位置確定期間中は、同期完了信号の出力を行わないようにしているので、永久磁石同期モータの始動時の磁極位置が確定されるまで、上位制御装置に対し次の速度または位置指令の出力を待機させることができ、速度または位置指令値への追従性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１および２に用いられるモータ制御装置を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図３】 この発明の実施の形態２の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図４】 従来のモータ制御装置を示すブロック図である。
【図５】 従来のモータ制御装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図６】 ロータ磁極位置と巻線電流による磁極の関係を示す図である。
【図７】 磁極位置変換手段の内部構成を示す図である。
【符号の説明】
２ ワーク、３ 開閉チャック、４Ａ，４Ｂ 位置検出器、６Ａ，６Ｂ 演算手段、８Ａ，８Ｂ 増幅器、１１Ａ，１１Ｂ 磁極位置変換手段、１３Ａ，１３Ｂ スイッチ（切換スイッチ）、２０Ａ，２０Ｂ 始動制御手段、３０Ａ，３０Ｂ 完了遅延手段、Ａ，Ｂ モータ、ＧA，ＧB ゲート信号、ＩA，ＩB モータ電流、ＰA，ＰB 磁極位置信号、ＰEA 初期磁極位置、Ｑ 速度または位置指令、ＳＴ 始動指令、ＳＴA，ＳＴB 始動指令、ＳＹA，ＳＹB 同期完了信号、ＴA，ＴB 磁極位置確定期間、αA，αB 固定補正値、δA，δB 変位信号。
【発明の属する技術分野】
この発明は、永久磁石同期モータ、誘導モータなどの２つのモータを連結して同期運転させるモータ制御装置に関し、特に始動時のモータトルク干渉を防止するようにしたモータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２つのモータの回転軸間に開閉チャックを介してワークを装着してワークを回転駆動したり、あるいは２つのモータのモータ軸間にギア、ボールネジのような動力変換機構を連結して動力変換機構を駆動するようなモータ駆動方式があり、このようなモータ駆動方式では、互いに連結された２つのモータを同期運転させる必要がある。
【０００３】
図４は、この種のモータ同期運転回路の従来技術を示すものであり、２つのモータＡ，Ｂの各回転軸には、開閉チャック３を介してワーク２が連結されている。各モータＡ，Ｂには、エンコーダなどの位置検出器４Ａ、４Ｂが設けられ、各検出器４Ａ、４Ｂからはロータの変位信号δA，δBが出力される。磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂは、変位信号δA，δBをロータの磁極位置信号ＰA，ＰBに変換して、演算手段６Ａ，６Ｂに出力する。演算手段６Ａ，６Ｂは、始動指令ＳＴにより始動され、入力された速度または位置指令Ｑに追従するように、磁極位置変換手段１１Ａおよび１１Ｂから得られる磁極位置信号ＰA、ＰBに応じて電流指令値を演算し、これらの電流指令値を増幅器８Ａおよび８Ｂを介してモータＡ，Ｂに出力する。演算手段６Ａ，６Ｂから出力されるゲート信号ＧA，ＧBがオンになったときに、増幅器８Ａおよび８ＢからモータＡ，Ｂにモータ電流ＩAおよびＩBが供給される。
【０００４】
このような従来のモータ制御回路では、２つのモータＡ，Ｂの同期運転を始動する際には、図５に示すようなタイムチャートに従って駆動される。
【０００５】
すなわち、上位制御装置より始動指令ＳＴが２つのモータＡ，Ｂに対して同時に入力される。演算手段６Ａおよび６Ｂは、始動指令ＳＴが入力されると、即座に増幅器８Ａおよび８Ｂに対するゲート信号ＧAおよびＧBをそれぞれＯＮにする。同時に、演算手段６Ａおよび６Ｂは、速度または位置指令Ｑに追従するように、磁極位置変換手段１１Ａおよび１１Ｂから得られる磁極位置信号ＰA，ＰBに応じて電流指令値を演算し、演算した電流指令値を増幅器８Ａおよび８Ｂに出力する。これにより、モータＡおよびＢにはモータ電流ＩAおよびＩBの印加が開始されると共にモータ電流ＩAおよびＩBに応じたモータトルクが発生される。始動指令ＳＴが入力された後、モータＡおよびＢが速度または位置指令Ｑに対して一定の偏差内に追従した時、演算手段６Ａおよび６Ｂは、同期完了信号ＳＹAおよびＳＹBを出力して同期運転中になる。また、同期完了信号ＳＹAおよびＳＹBを出力するまでは、上位制御装置に対して、次に入力すべき速度または位置指令Ｑの変化を待機させる。
【０００６】
なお、図５の場合は、位置指令を０すなわちサーボロックとしており、始動指令ＳＴを入力した後も、モータＡおよびＢの変位δAおよびδBは０であるため、始動指令ＳＴの後、演算手段６Ａ，６Ｂは直ちに同期完了信号ＳＹAおよびＳＹBを出力する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のモータ制御装置においては、モータＡ，Ｂのいずれか一方または両方に永久磁石同期モータを使用した場合、永久磁石同期モータは、モータ電流の印加開始時に、指令するトルクの発生方向とは逆のトルクを発生することがある。このような逆トルクは、始動時に演算手段６Ａおよび６Ｂで電流指令値を演算する際に、磁極位置誤検出または検出磁極位置が不明などの理由により、磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂから出力される検出磁極位置と、実際のロータ磁極位置との間に、例えば±９０°を超える磁極位置の位相差がある場合に発生する。以下これについて説明する。
【０００８】
図６（ａ）（ｂ）に、電流指令値を演算する際に用いる磁極位置と実際のロータ磁極位置との関係を示す。ここで、電流指令値の演算に用いる磁極位置とは、図６中の巻線電流による磁極に相当し、実際の磁極位置とは図６中の永久磁石による磁極に相当している。ここで、演算手段６Ａおよび６Ｂでは、磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂから出力される検出磁極位置に９０°を加えた位置を、モータ電流指令値を演算する際に用いる磁極位置としている。したがって、図６（ａ）では、巻線電流による磁極に９０°を加えた位置が、永久磁石による磁極位置と一致しており、このときは上記磁極位置の位相差が０である。一方、図６（ｂ）では、図６（ａ）の状態から永久磁石による磁極位置が１８０°回転しており、このときは、上記磁極位置の位相差が１８０°である。
【０００９】
一般に永久磁石同期モータは、磁極位置の位相差が±９０°以内の場合、発生トルクの方向は指令と同一であり、±９０°を超える場合、指令と逆になることから、磁極位置の位相差は±９０°以内に保つことが望ましい。
【００１０】
上記ロータ磁極位置の検出器として、インクリメンタルエンコーダが一般的に使用されるが、インクリメンタルエンコーダでは、電源遮断により位置情報を失ってしまうので、実際のロータ磁極位置との位相差を±９０°以内に保つことができない。また、センサレスで磁極位置を推定する磁極位置推定手段を用いる場合も、制御装置すなわち磁極位置推定手段の電源遮断により位置情報を失ってしまうので、同様である。
【００１１】
始動時の磁極位置を検出する従来技術として、例えば、特開２０００−９２８９１号公報に開示されている発明がある。この従来技術を用いることにより、制御装置内部で初期磁極位置を推定し、これにインクリメンタルエンコーダから得られる変位信号を加算して、磁極位置信号を生成することが可能であるが、この従来技術においても、稀に推定した初期磁極位置に±９０°を超える位相差を生じる問題がある。
【００１２】
なお、ロータ磁極位置の検出にアブソリュートエンコーダを使用すれば、電源遮断により自身の位置が不明確となる問題は解決されるが、アブソリュートエンコーダは、インクリメンタルエンコーダに比べて、最高回転数、耐環境性に劣り、また非常に高価である。
【００１３】
インクリメンタルエンコーダを用いた場合に、初期磁極位置に±９０°を超える位相差を生じる問題は、図７に示す構成を磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂに採用することで解決することができる。
【００１４】
図７に示す磁極位置変換手段１１Ａでは、まず、スイッチ１３Ａを初期状態の０側に接続する。これにより、最初は、推定した初期磁極位置ＰEAに変位信号δAを加算した加算結果（ＰEA＋δA）が磁極位置信号ＰAとして出力される。演算手段６Ａでは、この磁極位置信号ＰAが速度または位置指令Ｑに追従するように電流指令値を出力して、モータＡを始動する。ここで、推定した初期磁極位置ＰEAに±９０°を超える位相差がある場合、図６（ｂ）で示したように発生トルクの方向は電流指令と逆になる。
【００１５】
そこで、始動指令ＳＴが入力された後、変位信号δAが所定の角度｜Δθ｜となったときに、電流指令と変位信号δAの方向を比較することで発生トルクの方向、つまり初期磁極位置に±９０°を超える位相差があるか否を判別する。この時、±９０°を超える位相差がある場合は、スイッチ１３Ａを１側に切替えることで、初期磁極位置ＰEAと変位信号δAとの加算結果に、さらに固定補正値αAを加算し、これらの加算結果（ＰEA＋δA＋αA）を磁極位置信号ＰAとして出力する。このようにして、固定補正値αAを用いて推定した初期磁極位置ＰEAを補正し、発生トルクの方向を電流指令と同じにする。
【００１６】
モータＢの場合も同様である。固定補正値αA，αBは、予め初期磁極位置の推定結果と実際のロータ磁極位置との相関関係を調べておくことで、例えば１８０°などの固定値にセットすることができる。
【００１７】
このような磁極位置変換手段１１Ａおよび１１Ｂによる補正によっても、永久磁石同期モータＡおよびＢが互いに連結されて同時に同期運転始動する場合には、指令するトルクの発生方向とは逆のトルクが発生し続けることがある。
【００１８】
例えば、互いに連結されたモータＡおよびＢのうち、モータＡは磁極位置の位相差が±９０°以内で正常なモータトルクを発生でき、逆にモータＢは磁極位置の位相差が±９０°を超えて正常なモータトルクを発生できないとし、図５に示した順序で始動制御を行ったとする。なお、この場合、前述したように、位置指令を０すなわちサーボロックとする。
【００１９】
モータＡは正常なモータトルクを発生でき、始動指令ＳＴの後すみやかにサーボロックされる。一方、モータＢは、連結したサーボロックされたモータＡによりワーク２を介して支持されることになり、回転することができないので、変位信号δBが、前記所定の角度｜Δθ｜に到達することができない。つまり、モータＢでは、磁極位置の位相差が±９０°を超えている場合でも、磁極位置変換手段１１Ｂにおけるスイッチ１３Ｂを１に切替えて固定補正値αBによる補正を実行させることができない。誘導モータの場合、指令と逆向きにトルクを発生することがないので、モータＡを誘導モータとし、モータＢを永久磁石同期モータとした場合でも同様である。
【００２０】
また、従来技術では、始動指令ＳＴが入力されてから、モータＡおよびＢの変位δAおよびδBは０であるため、磁極位置信号が補正されないまま、演算手段６Ａ，６Ｂは、始動指令ＳＴの入力後、直ちに同期完了信号ＳＹAおよびＳＹBを出力することになる。
【００２１】
このように、従来技術では、モータＡおよびＢのいずれか一方または両方において、磁極位置に±９０°を超える位相差がある状態で、モータＡおよびＢが互いに連結されて同時に同期運転始動すると、指令するトルクの発生方向とは逆のトルクを発生し、互いにトルク干渉を生じたまま同期運転始動するという問題があった。
【００２２】
これでは、始動指令ＳＴの入力後、互いのトルクがつり合って静止し、トルク干渉に伴うモータ電流を不要に印加し続けて、モータの異常発熱が生じることになる。また、サーボロック指令の場合は、始動指令ＳＴの入力後、同期完了信号ＳＹAおよびＳＹBが直ちに出力されるので、その後上位制御装置から入力される速度または位置指令Ｑが変化していくが、正常なモータトルクを発生できないために、良好な追従性を得ることはできない。
【００２３】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、始動時のロータ磁極位置が不明確な永久磁石同期モータを少なくとも一方に用いて２つのモータを連結して同期運転始動する際のモータトルク干渉を確実に防止し、安定した同期運転始動を実現するモータ制御装置を得ることを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかるモータ制御装置は、始動時に磁極位置を確定する磁極位置確定処理を要する第１および第２のモータを連結してこれら第１および第２のモータを同期運転制御するモータ制御装置において、前記第１のモータのロータ変位を検出する第１の検出器と、前記第２のモータのロータ変位を検出する第２の検出器と、前記第１の検出器のロータ変位をロータ磁極位置に変換し、変換したロータ磁極位置が、入力される位置または速度指令に追従するような第１の電流指令値を演算して前記第１のモータに出力すると共に、前記ロータ変位および第１の電流指令値に基づき前記第１のモータについての前記磁極位置確定処理を実行する第１のモータ制御手段と、前記第２の検出器のロータ変位をロータ磁極位置に変換し、変換したロータ磁極位置が、入力される前記位置または速度指令に追従するような第２の電流指令値を演算して前記第２のモータに出力すると共に、前記ロータ変位および第２の電流指令値に基づき前記磁極位置確定処理を実行する第２のモータ制御手段と、始動指令の入力時に前記第１のモータ制御手段から第１のモータへの第１の電流指令値の印加と前記第２のモータ制御手段から第２のモータへの第２の電流指令値の印加が時間的に重複しないように、第１および第２のモータへの第１および第２の電流指令値の印加を交互に遮断する電流遮断手段とを備え、第１のモータ制御手段は、第２のモータへの第２の電流指令値の印加が遮断されているときに、第１のモータについての前記磁極位置確定処理を実行し、第２のモータ制御手段は、第１のモータへの第１の電流指令値の印加が遮断されているときに、第２のモータについての前記磁極位置確定処理を実行し、前記第１及び第２のモータの磁極位置の確定処理が終了し、第１および第２のモータが同期運転中となるまでは、前記位置または速度指令をサーボロック状態とすることを特徴とする。
【００２５】
つぎの発明にかかるモータ制御装置は、始動時に磁極位置を確定する磁極位置確定処理を要する第１のモータと前記磁極位置確定処理を要しない第２のモータとを連結してこれら第１および第２のモータを同期運転制御するモータ制御装置において、前記第１のモータのロータ変位を検出する第１の検出器と、前記第２のモータのロータ変位を検出する第２の検出器と、前記第１の検出器のロータ変位をロータ磁極位置に変換し、変換したロータ磁極位置が、入力される位置または速度指令に追従するような第１の電流指令値を演算して前記第１のモータに出力すると共に、前記ロータ変位および第１の電流指令値に基づき前記第１のモータについての前記磁極位置確定処理を実行する第１のモータ制御手段と、前記第２の検出器のロータ変位をロータ磁極位置に変換し、変換したロータ磁極位置が、入力される前記位置または速度指令に追従するような第２の電流指令値を演算して前記第２のモータに出力する第２のモータ制御手段と、始動指令の入力時に前記第１のモータ制御手段から第１のモータへの第１の電流指令値の印加と前記第２のモータ制御手段から第２のモータへの第２の電流指令値の印加が時間的に重複しないように、第２のモータに対するモータ電流の印加開始を、始動指令に対して第１のモータについての磁極位置確定処理に要する所定の期間の間遅延させる指令遅延手段とを備え、第１のモータ制御手段は、始動指令の入力直後に、第１のモータについての前記磁極位置確定処理を実行し、前記第１のモータの磁極位置の確定処理が終了し、第１および第２のモータが同期運転中となるまでは、前記位置または速度指令をサーボロック状態とすることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるモータ制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態１においては、互いに連結されて同期運転されるモータＡ，Ｂを永久磁石同期モータとしている。図１に示す実施の形態１のモータ制御装置は、図４に示した従来のモータ制御装置に対し、始動制御手段２０Ａ，２０Ｂと、完了遅延手段３０Ａ，３０Ｂとを追加している。
【００３４】
図１において、２つのモータＡ，Ｂの各回転軸には、開閉チャック３を介してワーク２が連結されている。各モータＡ，Ｂには、エンコーダなどの位置検出のための検出器４Ａ，４Ｂが設けられ、各検出器４Ａ，４Ｂからはロータの変位信号δA，δBが出力される。磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂは、変位信号δA，δBをロータの磁極位置信号ＰA，ＰBに変換して、演算手段６Ａ，６Ｂに出力する。また、磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂは、先の図７に示した固定補正値αA，αBへの切換えを行う切換スイッチ１３Ａ，１３Ｂを備えている。
【００３５】
演算手段６Ａ，６Ｂは、始動制御手段２０Ａ，２０Ｂからの始動指令ＳＴA，ＳＴBによって始動され、磁極位置変換手段１１Ａおよび１１Ｂから得られる磁極位置信号ＰA、ＰBが、入力された速度または位置指令Ｑに追従するような電流指令値を演算し、これらの電流指令値を増幅器８Ａおよび８Ｂを介してモータＡ，Ｂに出力する。演算手段６Ａ，６Ｂは、始動制御手段２０Ａ，２０Ｂから入力される始動指令ＳＴA，ＳＴBと同じＯＮ／ＯＦＦタイミングのゲート信号ＧA，ＧBを形成し、このゲート信号ＧA，ＧBを増幅器８Ａ，８Ｂに出力する。モータＡ，Ｂには、演算手段６Ａ，６Ｂから出力されるゲート信号ＧA，ＧBがオンになったときに、増幅器８Ａおよび８Ｂからモータ電流ＩAおよびＩBが供給される。
【００３６】
始動制御手段２０Ａ，２０Ｂは、上位制御装置から入力される始動指令ＳＴに基づき、始動指令ＳＴの最初の所定時間の間、交互にＯＮになる始動指令ＳＴA，ＳＴBを形成し、形成した始動指令ＳＴA，ＳＴBを演算手段６Ａ，６Ｂに出力する。この場合は、最初の所定期間には、モータＡ側をＯＮにしかつモータＢ側をＯＦＦにし、次の所定期間にモータＡ側をＯＦＦにしかつモータＢ側をＯＮにするようにしている。
【００３７】
したがって、この場合、始動制御手段２０Ａは、上位制御装置からの始動指令ＳＴがＯＮになると、この時点で同時に始動指令ＳＴAをオンにし、その後所定期間ＴAの間このＯＮ状態を維持し、所定期間ＴAが経過すると、始動指令ＳＴAをＯＦＦにし、その後所定期間ＴBの間このＯＦＦ状態を維持するようにしており、その後は始動指令ＳＴAのＯＮ／ＯＦＦ状態を入力される始動指令ＳＴと同じになるようにしている（図２参照）。
【００３８】
一方、始動制御手段２０Ｂは、この場合、単なる信号遅延手段として機能し、上位制御装置からの始動指令ＳＴを、所定期間ＴAだけ遅延させ、遅延させた始動指令ＳＴBを演算手段６Ｂに出力する。
【００３９】
このように、始動制御手段２０Ａ，２０Ｂによって交互にＯＮになる始動指令ＳＴA，ＳＴBを形成し、これらの始動指令ＳＴA，ＳＴBを演算手段６Ａ，６Ｂに入力するようにしており、演算手段６Ａ，６Ｂでは、入力される始動指令ＳＴA，ＳＴBと同じＯＮ／ＯＦＦタイミングのゲート信号ＧA，ＧBを形成して増幅器８Ａ，８Ｂに入力している（図２参照）。したがって、最初の期間がモータＡの磁極位置確定期間ＴAとなり、後半がモータＢの磁極位置確定期間ＴBとなる。
【００４０】
完了遅延手段３０Ａ，３０Ｂは、タイマ回路などによって、始動指令ＳＴを、モータＡおよびＢの磁極位置確定期間ＴA＋ＴBだけ遅延し、この遅延させた始動指令と、演算手段６Ａ，６Ｂから出力される同期完了信号ＳＹA´，ＳＹB´との論理積を夫々とり、この論理積の出力を同期完了信号ＳＹA，ＳＹBとして上位制御装置に出力する。
【００４１】
以下、図２に示すタイムチャートを参照して図１のモータ制御装置の動作を説明する。なお、この場合は、位置指令を０すなわちサーボロックとしている。モータＡ，Ｂには、前述したように永久磁石同期モータが使用され、これらのモータＡ，Ｂには、モータ始動時、モータ磁極位置に前述した±９０°を超えるような位相差があり、モータ電流の印加開始時に逆トルクを発生することがあるものとする。
【００４２】
図示しない上位制御装置から始動指令ＳＴが入力されると、始動制御手段２０Ａは、始動指令ＳＴAを直ちにＯＮにして演算手段に出力する。一方、始動制御手段２０Ｂは、始動指令ＳＴを遅延するので、モータＡの磁極位置確定期間ＴAには、始動指令ＳＴAがＯＮであり、始動指令ＳＴBがＯＦＦである。したがって、モータＡの磁極位置確定期間ＴAにおいては、演算手段６Ａは、ゲート信号ＧAをＯＮにするとともに、磁極位置変換手段１１Ａから得られる磁極位置信号ＰAが、入力された速度または位置指令Ｑに追従するような電流指令値を演算し、この電流指令値を増幅器８Ａを介してモータＡに出力する。一方、この磁極位置確定期間ＴA中には、始動指令ＳＴBがＯＦＦであるので、演算手段６Ｂは動作せず、モータＢは通電されない。
【００４３】
このように、モータＡの磁極位置確定期間ＴAには、他方のモータＢは、上位制御装置からのサーボロック指令にもかかわらずまだ通電されていないので、ゲート信号ＧAがＯＮすると、モータＡ（およびＢ）が回転する。したがって、変位δAが｜Δθ｜に一致した時点で、電流指令と変位信号δAの方向を比較することで発生トルクの方向、つまり初期磁極位置に±９０°を超える位相差があるか否を判別することができる。この段階で、初期磁極位置に±９０°を超える位相差があると判定した場合は、磁極位置変換手段１１Ａのスイッチ１３Ａ（図７参照）を１側に切替えて、磁極位置信号を前述した固定補正値αAによって補正することができ、変位δA，δBの増加が止まる。このようにしてモータＡの磁極位置確定動作が終了する。
【００４４】
モータＡの磁極位置確定期間ＴAが終了すると、始動制御手段２０Ａは、始動指令ＳＴAをＯＦＦにする。一方、この時点で、始動制御手段２０Ｂでは、遅延時間が終了するので、始動指令ＳＴBがＯＮになる。このように、モータＢの磁極位置確定期間ＴBには、始動指令ＳＴAがＯＦＦであり、始動指令ＳＴBがＯＮである。したがって、モータＢの磁極位置確定期間ＴBにおいては、演算手段６Ｂは、ゲート信号ＧBをＯＮにするとともに、磁極位置変換手段１１Ｂから得られる磁極位置信号ＰBが、入力された速度または位置指令Ｑに追従するような電流指令値を演算し、この電流指令値を増幅器８Ｂを介してモータＡに出力する。一方、この磁極位置確定期間ＴB中には、始動指令ＳＴAがＯＦＦであるので、演算手段６Ａは動作せず、モータＡは通電されない。
【００４５】
このようにモータＢの磁極位置確定期間には、ゲート信号ＧAがＯＦＦになり、モータＡへのモータ電流印加は中断される。したがって、ゲート信号ＧBがＯＮになると、モータＢ（およびＡ）が回転する。したがって、変位δBが｜Δθ｜に一致した時点で、電流指令と変位信号δBの方向を比較することで発生トルクの方向、つまり初期磁極位置に±９０°を超える位相差があるか否を判別することができる。この段階で、初期磁極位置に±９０°を超える位相差があると判定した場合は、磁極位置変換手段１１Ｂのスイッチ１３Ｂを１側に切替えて、磁極位置信号を前出した固定補正値αBによって補正する。このようにしてモータＢの磁極位置確定動作が終了する。
【００４６】
このような制御によって、各モータＡ，Ｂの磁極位置確定期間を重複しないようにしており、これにより各モータＡ，Ｂは、モータ電流ＩA，ＩBの印加開始時に、自身のトルクで自由に回転することができるようになる。
【００４７】
このように、モータＡおよびＢの磁極位置確定期間ＴA，ＴBを経た後は、始動制御手段２０Ａ，２０Ｂからは、始動指令ＳＴと同じ始動指令ＳＴA，ＳＴBが出力されるので、磁極位置確定期間ＴA，ＴBを終了した時点で、演算手段６Ａ，６Ｂから出力されるゲート信号ＧA，ＧBが共にＯＮとなる。その後、演算手段６Ａ，６Ｂは、磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂからの磁極位置信号ＰAを用いて、モータＡおよびＢが速度または位置指令Ｑに対して一定の偏差内に追従しているか否かを検出し、一定の偏差内への追従を検出した時点で、同期運転中となり、同期完了信号ＳＹA´，ＳＹB´を出力する。
【００４８】
ここで、完了遅延手段３０Ａ，３０Ｂでは、前述したように、始動指令ＳＴを、モータＡおよびＢの磁極位置確定期間ＴA＋ＴBだけ遅延し、この遅延させた始動指令と、演算手段６Ａ，６Ｂから出力される同期完了信号ＳＹA´，ＳＹB´との論理積を夫々とり、この論理積の出力を同期完了信号ＳＹA，ＳＹBとして上位制御装置に出力するようにしている。
【００４９】
したがって、完了遅延手段３０Ａ，３０Ｂからは、少なくともモータＡおよびＢの磁極位置確定期間ＴA＋ＴBの間は、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBが上位制御装置に対して出力されることはなく、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBは、磁極位置確定期間ＴA＋ＴBの終了後に出力されることになる。したがって、何らかの原因で、磁極位置確定期間ＴA＋ＴB中に、演算手段６Ａ，６Ｂから同期完了信号ＳＹA´，ＳＹB´が出力されたとしても、磁極位置確定期間ＴA＋ＴB中に、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBが上位制御装置に対し出力されることはなくなる。
【００５０】
このようにこの実施の形態１によれば、互いに連結されて同期運転を始動するモータＡ，Ｂとして永久磁石同期モータを使用した場合において、始動時、互いのモータ電流の印加開始が重複しないようにしているので、各モータＡ，Ｂは、モータ電流ＩA，ＩBの印加開始時に、自身のトルクで自由に回転することができるようになり、これにより互いにトルク干渉を生じることなく安定した同期運転始動が可能となる。また、磁極位置確定期間ＴA＋ＴB中は、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBの出力を行わないようにしているので、各モータＡ，Ｂの始動時の磁極位置が確定されるまで、上位制御装置に対し次の速度または位置指令の出力を待機させることができ、速度または位置指令値への追従性が向上する。
【００５１】
なお、上記の説明では、始動指令ＳＴを調整、遅延することで、交互にＯＮになる始動指令ＳＴA，ＳＴBを形成し、この始動指令ＳＴA，ＳＴBに基づいて形成したゲート信号ＧA，ＧBを用いることで、始動時、２つのモータに対するモータ電流を交互に遮断するようにしたが、始動制御手段２０Ａ，２０Ｂを省略して、演算手段６Ａ，６Ｂでの処理によって同様の処理を行わせるようにしてもよい。要は、始動指令の入力直後に２つのモータに対するモータ電流を交互に遮断する電流遮断手段を、モータ制御回路の何れかに設けるようにすればよい。
【００５２】
実施の形態２．
次に図３を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。この実施の形態２では、一方のモータは、誘導モータまたは絶対値検出器を備えた永久磁石同期モータとしており、この一方のモータは、指令と逆向きにトルクを発生することがない。他方のモータには、永久磁石同期モータを採用しており、始動時、指令と逆向きにトルクが発生することがある。この場合は、モータＡを永久磁石同期モータ、モータＢを誘導モータとする。このため、この実施の形態２では、モータＡに対する磁極位置確定期間ＴAのみが必要であり、モータＢ側は磁極位置確定期間が不要である。実施の形態２では、モータＢの磁極位置確定期間が不要であるので、短時間に同期運転に移行することが可能となる。
【００５３】
そこで、この実施の形態２においては、図３に示すように、始動制御手段２０Ａは、特に何の処理も行わず、入力された始動指令ＳＴをスルーに始動指令ＳＴAとして演算手段６Ａに出力する。他方、始動制御手段２０Ｂには、所定の遅延時間（モータＡの磁極位置確定期間ＴAに対応）を設定しており、始動制御手段２０Ｂは始動指令ＳＴを所定の遅延時間遅延させ、遅延させた始動指令ＳＴBを演算手段６Ｂに入力する。
【００５４】
したがって、演算手段６Ａは、始動指令ＳＴが入力された直後からゲート信号ＧAを増幅器８Ａに入力するが、演算手段６Ｂは、モータＡの磁極位置確定期間ＴAの間はゲート信号ＧBをＯＦＦにし、モータＡの磁極位置確定期間ＴAが経過した後、ゲート信号ＧBをＯＮとする。
【００５５】
このようにこの実施の形態２においては、始動指令ＳＴが入力された直後からモータＡの磁極位置確定期間ＴAとなり、つぎのモータＢの磁極位置確定期間ＴBは存在しない。
【００５６】
モータＡの磁極位置確定期間ＴAには、２つのゲート信号ＧA，ＧBのＯＮ状態が重複していないので、モータＡにおいて電流の印加開始時に、モータＡは自身のトルクで自由に回転できる。
【００５７】
すなわち、モータＡの磁極位置確定期間ＴAには、他方のモータＢは、上位制御装置からのサーボロック指令にもかかわらずまだ通電されていないので、ゲート信号ＧAがＯＮすると、モータＡ（およびＢ）が回転する。したがって、変位δAが｜Δθ｜に一致した時点で、電流指令と変位信号δAの方向を比較することで発生トルクの方向、つまり初期磁極位置に±９０°を超える位相差があるか否を判別することができる。この段階で、初期磁極位置に±９０°を超える位相差があると判定した場合は、磁極位置変換手段１１Ａのスイッチ１３Ａ（図７参照）を１側に切替えて、磁極位置信号を前述した固定補正値αAによって補正することができ、変位δA，δBの増加が止まる。このようにしてモータＡの磁極位置確定動作が終了する。
【００５８】
このようにして、モータＡの磁極位置確定期間ＴAを経た後は、始動制御手段２０Ｂ（２０Ａ）からは、始動指令ＳＴと同じ始動指令ＳＴB（ＳＴA）が出力されるので、磁極位置確定期間ＴAを終了した時点で、演算手段６Ａ，６Ｂから出力されるゲート信号ＧA，ＧBが共にＯＮとなる。その後、演算手段６Ａ，６Ｂは、磁極位置変換手段１１Ａ，１１Ｂからの磁極位置信号ＰAを用いて、モータＡおよびＢが速度または位置指令Ｑに対して一定の偏差内に追従しているか否かを検出し、一定の偏差内への追従を検出した時点で、同期運転中となり、同期完了信号ＳＹA´，ＳＹB´を出力する。
【００５９】
ここで、完了遅延手段３０Ａ，３０Ｂでは、始動指令ＳＴを、モータＡの磁極位置確定期間ＴAだけ遅延し、この遅延させた始動指令と、演算手段６Ａ，６Ｂから出力される同期完了信号ＳＹA´，ＳＹB´との論理積を夫々とり、この論理積の出力を同期完了信号ＳＹA，ＳＹBとして上位制御装置に出力するようにしている。
【００６０】
したがって、完了遅延手段３０Ａ，３０Ｂからは、少なくともモータＡの磁極位置確定期間ＴAの間は、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBが上位制御装置に対して出力されることはなく、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBは、磁極位置確定期間ＴAの終了後に出力されることになる。したがって、何らかの原因で、磁極位置確定期間ＴA中に、演算手段６Ａ，６Ｂから同期完了信号ＳＹA´，ＳＹB´が出力されたとしても、磁極位置確定期間ＴA中に、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBが上位制御装置に対し出力されることはなくなる。
【００６１】
この実施の形態２によれば、互いに連結されて同期運転を始動するモータＡ，Ｂの一方に永久磁石同期モータを使用した場合において、始動時、互いのモータ電流の印加開始が重複しないようにしているので、永久磁石同期モータは、そのモータ電流の印加開始時に、自身のトルクで自由に回転することができるようになり、これにより互いにトルク干渉を生じることなく安定した同期運転始動が可能となる。また、永久磁石同期モータの磁極位置確定期間ＴA中は、同期完了信号ＳＹA，ＳＹBの出力を行わないようにしているので、永久磁石同期モータの始動時の磁極位置が確定されるまで、上位制御装置に対し次の速度または位置指令の出力を待機させることができ、速度または位置指令値への追従性が向上する。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、互いに連結されて同期運転を始動するモータとして永久磁石同期モータを使用した場合において、始動時、互いのモータ電流の印加開始が重複しないようにしているので、各モータは、モータ電流の印加開始時に、自身のトルクで自由に回転することができるようになり、これにより互いにトルク干渉を生じることなく安定した同期運転始動が可能となる。
【００６３】
つぎの発明によれば、各モータの磁極位置確定期間中は、同期完了信号の出力を行わないようにしているので、各モータの始動時の磁極位置が確定されるまで、上位制御装置に対し次の速度または位置指令の出力を待機させることができ、速度または位置指令値への追従性が向上する。
【００６４】
つぎの発明によれば、互いに連結されて同期運転を始動する２つのモータの一方に永久磁石同期モータを使用した場合において、始動時、互いのモータ電流の印加開始が重複しないようにしているので、永久磁石同期モータは、そのモータ電流の印加開始時に、自身のトルクで自由に回転することができるようになり、これにより互いにトルク干渉を生じることなく安定した同期運転始動が可能となる。
【００６５】
つぎの発明によれば、永久磁石同期モータの磁極位置確定期間中は、同期完了信号の出力を行わないようにしているので、永久磁石同期モータの始動時の磁極位置が確定されるまで、上位制御装置に対し次の速度または位置指令の出力を待機させることができ、速度または位置指令値への追従性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１および２に用いられるモータ制御装置を示すブロック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図３】 この発明の実施の形態２の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図４】 従来のモータ制御装置を示すブロック図である。
【図５】 従来のモータ制御装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図６】 ロータ磁極位置と巻線電流による磁極の関係を示す図である。
【図７】 磁極位置変換手段の内部構成を示す図である。
【符号の説明】
２ ワーク、３ 開閉チャック、４Ａ，４Ｂ 位置検出器、６Ａ，６Ｂ 演算手段、８Ａ，８Ｂ 増幅器、１１Ａ，１１Ｂ 磁極位置変換手段、１３Ａ，１３Ｂ スイッチ（切換スイッチ）、２０Ａ，２０Ｂ 始動制御手段、３０Ａ，３０Ｂ 完了遅延手段、Ａ，Ｂ モータ、ＧA，ＧB ゲート信号、ＩA，ＩB モータ電流、ＰA，ＰB 磁極位置信号、ＰEA 初期磁極位置、Ｑ 速度または位置指令、ＳＴ 始動指令、ＳＴA，ＳＴB 始動指令、ＳＹA，ＳＹB 同期完了信号、ＴA，ＴB 磁極位置確定期間、αA，αB 固定補正値、δA，δB 変位信号。
Claims (4)
- 始動時に磁極位置を確定する磁極位置確定処理を要する第１および第２のモータを連結してこれら第１および第２のモータを同期運転制御するモータ制御装置において、
前記第１のモータのロータ変位を検出する第１の検出器と、
前記第２のモータのロータ変位を検出する第２の検出器と、
前記第１の検出器のロータ変位をロータ磁極位置に変換し、変換したロータ磁極位置が、入力される位置または速度指令に追従するような第１の電流指令値を演算して前記第１のモータに出力すると共に、前記ロータ変位および第１の電流指令値に基づき前記第１のモータについての前記磁極位置確定処理を実行する第１のモータ制御手段と、
前記第２の検出器のロータ変位をロータ磁極位置に変換し、変換したロータ磁極位置が、入力される前記位置または速度指令に追従するような第２の電流指令値を演算して前記第２のモータに出力すると共に、前記ロータ変位および第２の電流指令値に基づき前記磁極位置確定処理を実行する第２のモータ制御手段と、
始動指令の入力時に前記第１のモータ制御手段から第１のモータへの第１の電流指令値の印加と前記第２のモータ制御手段から第２のモータへの第２の電流指令値の印加が時間的に重複しないように、第１および第２のモータへの第１および第２の電流指令値の印加を交互に遮断する電流遮断手段と、
を備え、
第１のモータ制御手段は、第２のモータへの第２の電流指令値の印加が遮断されているときに、第１のモータについての前記磁極位置確定処理を実行し、第２のモータ制御手段は、第１のモータへの第１の電流指令値の印加が遮断されているときに、第２のモータについての前記磁極位置確定処理を実行し、
前記第１及び第２のモータの磁極位置の確定処理が終了し、第１および第２のモータが同期運転中となるまでは、前記位置または速度指令をサーボロック状態とすることを特徴とするモータ制御装置。 - 前記第１及び第２のモータが速度または位置指令値に追従して前記同期運転中であることを示す同期完了信号の出力を始動指令に対して少なくとも前記第１及び第２のモータの磁極位置の確定処理に要する所定時間遅延させる完了遅延手段を備え、この同期完了信号の出力後に前記位置または速度指令のサーボロック状態を中止することを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
- 始動時に磁極位置を確定する磁極位置確定処理を要する第１のモータと前記磁極位置確定処理を要しない第２のモータとを連結してこれら第１および第２のモータを同期運転制御するモータ制御装置において、
前記第１のモータのロータ変位を検出する第１の検出器と、
前記第２のモータのロータ変位を検出する第２の検出器と、
前記第１の検出器のロータ変位をロータ磁極位置に変換し、変換したロータ磁極位置が、入力される位置または速度指令に追従するような第１の電流指令値を演算して前記第１のモータに出力すると共に、前記ロータ変位および第１の電流指令値に基づき前記第１のモータについての前記磁極位置確定処理を実行する第１のモータ制御手段と、
前記第２の検出器のロータ変位をロータ磁極位置に変換し、変換したロータ磁極位置が、入力される前記位置または速度指令に追従するような第２の電流指令値を演算して前記第２のモータに出力する第２のモータ制御手段と、
始動指令の入力時に前記第１のモータ制御手段から第１のモータへの第１の電流指令値の印加と前記第２のモータ制御手段から第２のモータへの第２の電流指令値の印加が時間的に重複しないように、第２のモータに対するモータ電流の印加開始を、始動指令に対して第１のモータについての磁極位置確定処理に要する所定の期間の間遅延させる指令遅延手段と、
を備え、
第１のモータ制御手段は、始動指令の入力直後に、第１のモータについての前記磁極位 置確定処理を実行し、
前記第１のモータの磁極位置の確定処理が終了し、第１および第２のモータが同期運転中となるまでは、前記位置または速度指令をサーボロック状態とすることを特徴とするモータ制御装置。 - 前記第１，第２のモータが速度または位置指令値に追従して前記同期運転中であることを示す同期完了信号の出力を始動指令に対して少なくとも前記所定の期間遅延させる完了遅延手段を備え、この同期完了信号の出力後に前記位置または速度指令のサーボロック状態を中止することを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
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