JP4473076B2

JP4473076B2 - リニア同期電動機の制御方法及び装置

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Publication number: JP4473076B2
Application number: JP2004249856A
Authority: JP
Inventors: 寛和名倉; 博美稲葉; 敏文吉川; 敬典大橋; 裕理高野; 正樹杉浦
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2024-08-30
Also published as: JP2006067749A; US20100181945A1; US7888893B2; US20060043921A1

Description

本発明は、リニア同期電動機、特に、可動子が垂直移動し、この可動子を静止保持するブレーキを備えたリニア同期電動機に好適な制御方法及び装置に関する。

同期電動機の駆動に際しては、磁極位置情報が不可欠であり、多くは磁極位置検出器の利用により、磁極位置情報を得ている。しかしながら、磁極位置検出器の取付けスペースの制約や、低コスト化を目的に、この磁極位置検出器を必要としない技術の開発が行われている。例えば、特許文献１では、速度制御系として構成した同期電動機の制御装置に対して、同じ速度指令を２度入力し、１回目はｑ軸電流のみで制御し、２回目はｄ軸電流のみで制御する。そのときの速度一定時のｑ軸電流とｄ軸電流の大きさの比より、磁極位置を推定する技術が開示されている。また、磁極位置の推定処理中に暴走を検出した場合には、瞬時に速度指令を実質的にゼロにし、ブレーキ付き電動機の場合には、ブレーキをかけることが記載されている。

特開２００３−８８１６５号公報（全体）

上記従来技術では、例えば、動作遅れが大きいブレーキを採用したシステムでは、ブレーキ保持状態のまま、推定処理を開始してしまい、正常な磁極位置推定を行えないという課題があった。また、逆にブレーキの応答が速い場合、特に垂直方向に駆動するシステムでは、ブレーキの開放が、磁極位置の推定処理に対して早すぎると、落下（暴走）の危険を伴なう。しかも、落下（暴走）の検出自体が磁極位置の推定処理の中で行われるという関係上、落下（暴走）状態の検出遅れが発生し、可動子の落下（暴走）距離の増大を引起すという課題がある。

本発明はその一面において、同期電動機の可動子を静止保持するブレーキ装置にブレーキ開放を指令した後のタイミングで、磁極位置の推定処理を開始させる。

本発明の望ましい実施態様においては、ブレーキ開放を指令した後、所定の時間遅れを持たせて磁極位置の推定処理を開始させる。

本発明の望ましい他の実施態様においては、同期電動機に対する速度制御系（ＡＳＲ制御系）を活かし、その速度指令ω_Ｍ ^＊を実質的にゼロとしておき、このＡＳＲ制御系によって得られる推力指令値Ｔ^＊が所定値Ｔｒになったことに応じて、又は所定値Ｔｒになった所定時間後に、磁極位置の推定処理を開始させる。

さらに、本発明の望ましい他の実施態様においては、同期電動機の可動子の移動（落下）距離θｒ又は移動（落下）速度ωｒが所定値になったことに応じて、又は所定値になった所定時間後に、磁極位置の推定処理を開始させる。

本発明の望ましい実施態様によれば、個々のブレーキの開放時間や、停止位置毎のレールの潤滑状態、経時変化による開放時間の違いに関係なく、ブレーキの釈放と同時に磁極位置の推定処理を開始できる。

また、ブレーキ保持状態のまま、推定処理を開始してしまう磁極位置推定の失敗や、ブレーキ開放後、すぐに磁極位置推定処理が行われないことによる可動子の過大な落下（移動）や、これに伴う磁極位置推定の失敗を防止することができる。

本発明のその他の目的及び特徴は、以下に述べる実施例の説明の中で明らかにする。

以下本発明の詳細な実施例を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の以下の実施例に共通の同期電動機の制御装置の全体制御システム構成図である。リニア同期電動機１に対して、ＰＷＭインバータ２から電動機ケーブル３を介して３相交流電圧を印加する。電流検出器４は、これらのケーブル３を通してリニア同期電動機１に流れる３相交流電流のうち、２相分であるＩｕ、Ｉｖを検出する。位置センサ５は、リニア同期電動機１の可動子６の移動距離θ_Ｍに応じたパルス列を発生する。電気角演算部７は、この位置センサ５の出力パルスをカウントして、可動子６の補正前電気角θ_Ｅを算出する。この補正前電気角θ_Ｅと、後述する電気角補正値θ_ＯＦＳＴを、加算器２４で加算して、補正後電気角θ＾_Ｅを得る。この補正後電気角θ＾_Ｅを基に、３相／２相座標変換部８では、検出電流Ｉｕ、Ｉｖ及び加算器９の出力として得られるＩｗをｑ軸電流検出値ｉｑ及びｄ軸電流検出値ｉｄへ変換する。速度演算器１０は、可動子６の移動距離θ_Ｍから可動子６の移動速度ω_Ｍを演算する。ここでは、上昇方向の速度を正極性、下降方向の速度を負極性とする。磁極位置推定手段１６の出力値であるｑ軸電流指令値ｉｑ^＊と、ｑ軸電流検出値ｉｑは、減算器１２に入力され、それらの偏差Δｉｑ^＊＝（ｉｑ^＊−ｉｑ）を演算する。一方、同じく磁極位置推定手段１６の出力値であるｄ軸電流指令値ｉｄ^＊と、ｄ軸電流検出値ｉｄは、減算器１３に入力され、それらの偏差Δｉｄ^＊＝（ｉｄ^＊−ｉｄ）を演算する。これらの両偏差Δｉｑ^＊及びΔｉｄ^＊は、電流比例積分制御器１１に入力され、比例積分制御を行い、２相指令電圧Ｖｑ^＊及びＶｄ^＊を出力する。減算器１４では、速度指令値ω_Ｍ ^＊と速度検出値ω_Ｍとの偏差を演算し、速度比例積分制御器（ＡＳＲ制御系）１５で、推力指令値Ｔ^＊を算出する。推力指令値のＴ^＊の極性は、上向きの推力を正極性、落下方向の推力を負極性とする。磁極位置推定手段１６では、ブレーキ開放・磁極位置推定開始タイミング制御部１７から出力される磁極位置推定処理開始フラグＥＳを開始トリガーとして、磁極位置推定処理を開始し、磁極位置推定用の速度指令値ω_Ｍ ^＊を前記減算器１４に出力する。また、磁極位置の推定が完了した時点で、補正前電気角θ_Ｅに含まれる電気角誤差と大きさが等しく、逆符号の電気角補正値θ_ＯＦＳＴを出力する。なお、磁極位置推定手段１６の詳細な処理に関しては、例えば、特許文献１に記載された手法を用いることができる。

前記ブレーキ開放・磁極位置推定開始タイミング制御部１７は、起動信号ＳＴと可動子６の移動距離θ_Ｍ又は移動速度ω_Ｍ又は推力指令値Ｔ^＊を入力する。そして、磁極位置推定処理開始フラグＥＳの他、ブレーキ駆動装置２０に対するブレーキ開閉指令ＢＲＫ、破線で囲んだＡＳＲ制御系２１を活性化するＡＳＲ制御系オン指令ＡＳＲＯＮを出力する。２相／３相座標変換部１９では、補正後電気角θ＾_Ｅを用いて、２相指令電圧Ｖｑ^＊及びＶｄ^＊を３相電圧指令値Ｖｕ^＊、Ｖｖ^＊、Ｖｗ^＊へと変換し、ＰＷＭインバータ２に出力する。

図示した制御ブロックは、磁極位置推定において活性化される制御部のみを示しており、この推定処理終了後の実際の動作中においては、図示しない位置サーボ制御系を大ループとする制御系を構成するのが普通である。

駆動系において、可動子６を直線運動させるためのレール２２は、制動時にブレーキ１８のブレーキシューを押し付ける対象としても利用される。上下端のバッファ２３１，２３２は、可動子６が可動領域端部に達した際の衝撃を緩和する。

図２は、本発明の以下の実施例に共通するハードウェア構成図である。図２において、サーボアンプ２０１に対して、上位コントローラ２０２から指令ケーブル２０３を介して、ブレーキ開放・磁極位置推定開始タイミング制御部１７へ起動信号ＳＴを発行する。リニア同期電動機１の可動子６の移動距離θ_Ｍは、位置センサ５で検出され、パルス列として、ケーブル２０４によりサーボアンプ２０１に伝送される。サーボアンプ２０１が出力する電動機駆動電力３φＡＣは電動機ケーブル３でリニア同期電動機１に供給される。サーボアンプ２０１の発行するブレーキ開閉指令ＢＲＫはブレーキ指令ケーブル２０５を介してブレーキ駆動装置２０に伝送される。ブレーキ駆動装置２０はブレーキ開閉指令ＢＲＫに応じて、ブレーキ駆動ケーブル２０６を介して、可動子６に固定されたブレーキ１８のブレーキシュー駆動用磁気回路に供給する励磁電流をオン・オフ制御する。ケーブル２０７は、ブレーキ駆動装置２０の電源ケーブルであり、また、ケーブル２０８は、サーボアンプ２０１の電源ケーブルであり、それぞれＡＣ電源に接続されている。図では、パワーラインを太線で、信号ラインを細線で示している。図１に示すＰＷＭインバータ２、電流検出器４、電気角演算部７以下の符号７〜１７、２相／３相座標変換部１９、ＡＳＲ制御系２１は、サーボアンプ２０１に内蔵された制御装置である。

図３は、本発明の第１の実施例によるブレーキ開放・磁極位置推定開始タイミング制御部１７の処理フローであり、図４は、その動作を説明するタイムチャートである。

磁極位置センサを持たない同期電動機１を起動する場合、最初に磁極位置推定処理を行う必要がある。前述のように、適切なタイミングでブレーキを開放しなければ、ブレーキ保持状態のまま、推定処理を開始してしまい、正常な磁極位置推定処理が行えないという課題がある。また、例えば、垂直方向に駆動するシステムでは、ブレーキの開放が、磁極位置推定手段１６の処理開始に対して、早すぎる場合には、落下（暴走）が発生し、その検出遅れにより、落下（暴走）距離の増大を引起すという課題があることも既に述べた。そこで、ブレーキ１８の開放完了時刻と、磁極位置推定手段１６の推定処理開始時刻を一致させる必要がある。

本実施例では、時間調整パラメータｔｄ１を設け、ブレーキ開放指令に対して、磁極位置推定処理の開始を指定時間ｔｄ１だけ遅らせる手段を採用している。図３の処理フローは、磁極位置推定処理を開始したいとき、サーボアンプ２０１に対して、ユーザーもしくは、図２の上位コントローラ２０２から直接的又は間接的に起動信号ＳＴが入力されることにより起動される起動処理３０である。また、この処理フローは、１秒間にＮ回の頻度で前回サイクルの途中から実行されることを前提としている。

起動処理３０が開始されると、まず、無条件にステップ３１の「ＡＳＲ制御系オン＆ブレーキ開放指令発行」を実行する。このステップ３１では、ＡＳＲ制御系オン信号ＡＳＲＯＮをオン状態にセットし、図１に破線で囲んだＡＳＲ制御系２１を活性化する。同時に、ブレーキ開閉指令ＢＲＫを「閉」状態から「開」状態に変化させ、ブレーキ１８の開放を開始する。次に、ステップ３２で、時間計測用のタイマ変数ｔをゼロクリアし、ステップ３３に移行する。ステップ３３では、前記タイマ変数ｔに１演算周期Δｔを加算し、判定ステップ３４に移行する。判定ステップ３４では、ｔ≧ｔｄ１が成立するか否かの判定を行い、成立しない場合には、ステップ３５に移行する。ステップ３５は、１演算周期Δｔ遅延処理である。一方、前記判定ステップ３４で判定条件が成立すると、ステップ３６に移行する。ステップ３６では、磁極位置推定処理開始フラグＥＳをＯＮ状態にセットし、終了ステップ３７に移行する。

このように、図３の処理フローを実行することにより、ＡＳＲ制御系オン指令ＡＳＲＯＮとブレーキ開閉指令ＢＲＫの「開」指令発行後、ｔｄ１時間後に磁極位置推定処理開始フラグＥＳがＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化し、磁極位置推定処理が開始される。

図４は、このときの動作の様子を示すタイムチャートである。ＡＳＲ制御系オン指令４０は、ＡＳＲＯＮの状態を示し、Ｌｏｗレベルの時はＡＳＲオフ指令、Ｈｉｇｈレベルの時はＡＳＲオン指令に対応する。ブレーキ開閉指令４１は、ＢＲＫの状態を示す波形であり、Ｌｏｗレベルの時はブレーキ閉指令、Ｈｉｇｈレベルの時はブレーキ開放指令に対応する。４２は、ブレーキ保持力Ｆｂｒを示す波形であり、ブレーキ開閉指令ＢＲＫがＨｉｇｈレベルになった後も暫くブレーキ保持力Ｆｂｒを維持し、やがて、ブレーキ保持力Ｆｂｒが低下し始め、ゼロになる様子を表している。４３は、磁極位置推定処理開始フラグＥＳの状態を示す波形であり、Ｈｉｇｈレベルとなることで、磁極位置推定処理が開始される。波形４３は、図３の処理フローの実行により、ブレーキ開閉指令ＢＲＫがＨｉｇｈレベルに変化した後、ｔｄ１後にＨｉｇｈレベルに変化することになる。そこで、ｔｄ１を適切に設定することにより、ブレーキ保持力Ｆｂｒ４２がゼロになると同時に、磁極位置推定処理を開始することが可能となる。具体的には、時間調整パラメータｔｄ１として、ブレーキ１８の仕様参照もしくは、実測により、ブレーキ開指令が発行されてから実際にブレーキ保持力Ｆｂｒがゼロとなるまでの時間を求め、その時間を設定する。

このように、本実施例によれば、ブレーキ保持状態のまま、推定処理を開始してしまうことによる磁極位置推定の失敗や、ブレーキ開放後、すぐに磁極位置推定処理を開始できないことによる可動子の過大な落下や、それによる磁極位置推定の失敗を防止することができる。

この第１の実施例では、時間調整パラメータｔｄ１を設け、ブレーキ開信号に対して、磁極位置推定処理の開始を指定時間ｔｄ１だけ遅らせる手段を採用した。このため、ブレーキ開指令が発行されてから実際にブレーキ保持力Ｆｂｒがゼロとなるまでの時間が常に一定である場合に有効である。しかし、ブレーキ１８のブレーキシューの磨耗や、ブレーキシューを押付ける対象であるレール２２の部位毎の潤滑状態の違い、又は、製品毎のばらつきにより、ブレーキの動作遅れ時間は、短期的、長期的又は製品毎に異なる。

そこで、本発明の第２の実施例では、ブレーキ開指令の発行後、ブレーキの保持力が十分に低下した状態を推力指令値Ｔ^＊から間接的に検出し、磁極位置推定処理の開始タイミングを決定する。

図５は、本発明の第２の実施例によるブレーキ開放・磁極位置推定開始タイミング制御部１７の処理フローであり、図６は、その動作を説明するタイムチャートである。

図５の処理フローは、図３と同様に、磁極位置推定処理を開始したいとき、ユーザーもしくは、図２の上位コントローラ２０２から直接的又は間接的に起動信号ＳＴが入力されることにより起動される起動処理５０である。起動ステップ５０は、処理フローの起点であり、無条件に「ＡＳＲ制御系オン＆ブレーキ開放信号発行」ステップ５１に移行する。「ＡＳＲ制御系オン＆ブレーキ開放信号発行」ステップ５１では、ＡＳＲ制御系オン指令ＡＳＲＯＮをＯＮ状態にセットし、図１で破線で囲んだＡＳＲ制御系を活性化する。同時に、ブレーキ開閉指令ＢＲＫを「閉」状態から「開」状態に変化させることで、ブレーキ１８の開放を開始し、判断ステップ５２に移行する。判断ステップ５２では、推力指令値Ｔ^＊≧Ｔ_ｒが成立するか否かの判定を行い、成立しない場合には、ステップ５３に移行する。ステップ５３は、１演算周期Δｔ遅延処理でる。一方、判定ステップ５２で判定条件が成立する場合には、ステップ５４に移行する。ステップ５４では、時間計測用のタイマ変数ｔをゼロクリアしステップ５５に移行する。ステップ５５では、前記タイマ変数ｔにΔｔを加算し、判定ステップ５６に移行する。判定ステップ５６では、ｔ≧ｔｄ２が成立するか否かの判定を行い、成立しない場合には、ステップ５７に移行する。ステップ５７は、１演算周期Δｔ遅延処理である。一方、前記判定ステップ５６で判定条件が成立する場合には、ステップ５８に移行する。ステップ５８では、磁極位置推定処理開始フラグＥＳをＯＮ状態にセットし、終了ステップ５９に移行する。

このように、図５の処理フローを実行することにより、ＡＳＲ制御系オン指令ＡＳＲＯＮとブレーキ開信号ＢＲＫの「開」指令発行後、１秒間にＮ回の頻度で推力指令値Ｔ^＊を監視する。そして、推力指令値Ｔ^＊が所定推力値Ｔ_ｒを越えた時点から指定時間ｔｄ２後に磁極位置推定処理開始フラグＥＳがＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化させ、磁極位置推定処理を開始する。

図６は、このときの動作の様子を示すタイムチャートである。６１は、推力指令値Ｔ^＊を示す波形であり、その他の波形は、図４で既に説明した通りである。図５のステップ５１が実行されると、波形４０で示したＡＳＲ制御系オン指令ＡＳＲＯＮと波形４１で示したブレーキ開閉指令ＢＲＫが共にＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。すると、波形４２で示したブレーキ保持力Ｆｂｒは暫く後に低下を始める。ブレーキ保持力Ｆｂｒが可動子６に加わる重力を下回ると、可動子６は落下を始める。このとき、図１の速度比例積分制御器１５には正の値が入力されることとなり、その出力である推力指令値Ｔ^＊はゼロから増加を始める。そして推力指令値Ｔ^＊が所定推力値Ｔ_ｒを越えた時点からｔｄ２後に、磁極位置推定処理開始フラグＥＳがＯＮ状態に変化する。ここで、所定推力値Ｔ_ｒと指定時間ｔｄ２の決め方について説明する。具体的には実験により求めることになるが、落下距離を抑制する為に、Ｔ_ｒを出来るだけ小さく設定する方針を採る。ただし、Ｔ_ｒを極端に小さくすると、可動子６に加わる振動や、位置センサ５の信号線へのノイズの影響による誤動作が発生する。そこで、この影響を受けない範囲でＴ_ｒを小さく設定している。次に、指定時間ｔｄ２の決め方であるが、推力指令値Ｔ^＊の立ち上がり傾斜は、これから推定しようとしている電気角補正値θ_ＯＦＳＴの絶対値が大きい程、急になる性質がある。このため、ブレーキ保持力Ｆｂｒがゼロとなる点で磁極位置推定処理開始フラグＥＳをＯＮ状態にセットするためには、Ｔ_ｒが一定であるならば、厳密には、未知の電気角補正値θ_ＯＦＳＴに応じて指定時間ｔｄ２を変化させる必要がある。しかし、これは実際には不可能なため、電気角補正値θ_ＯＦＳＴの異なる複数の条件で、磁極位置推定処理を実施し、最も良好な結果の得られる指定時間ｔｄ２を採用している。

このように本実施例によれば、個々のブレーキの開放時間や、停止位置毎のレールの潤滑状態、経時変化による開放時間の違いに関係なく、ブレーキの釈放と同時に磁極位置の推定処理を開始可能となる。これにより、ブレーキ保持状態のまま、推定処理を開始してしまうことによる磁極位置推定の失敗や、ブレーキ開放後、すぐに磁極位置推定処理が行われないことによる可動子の過大な落下、及び、それによる磁極位置推定の失敗を防止することができる。

図７は、本発明の第３の実施例によるブレーキ開放・磁極位置推定開始タイミング制御部１７の処理フローであり、図８は、その動作を説明するタイムチャートである。

本実施例では、図５の実施例と同様の機能を、推力指令値Ｔ^＊ではなく、移動（落下）距離もしくは移動（落下）速度の検出結果を利用して達成する。まず、先の実施例による処理フローと同様に、磁極位置推定処理を開始したいとき、ユーザーもしくは、図２の上位コントローラ２０２から直接的又は間接的に起動信号ＳＴが入力されることにより、起動ステップ７０から起動される。起動ステップ７０は、処理フローの起点であり、無条件に「ＡＳＲ制御系オン＆ブレーキ開放信号発行」ステップ７１に移行する。「ＡＳＲ制御系オン＆ブレーキ開放信号発行」ステップ７１では、ＡＳＲ制御系オン指令ＡＳＲＯＮをＯＮ状態にセットし、図１で破線で囲んだＡＳＲ制御系２１を活性化する。同時に、ブレーキ開閉指令ＢＲＫを「閉」状態から「開」状態に変化させることで、ブレーキ１８の開放を開始し、判断ステップ７２に移行する。判断ステップ７２では、移動距離θ_Ｍ≧θ_ｒもしくは、移動速度ω_Ｍ≧ω_ｒが成立するか否かの判定を行い、成立しない場合には、ステップ７３に移行する。ステップ７３は、１演算周期Δｔ遅延処理である。一方、判定ステップ７２で判定条件が成立する場合には、ステップ７４に移行する。ステップ７４では、時間計測用のタイマ変数ｔをゼロクリアしステップ７５に移行する。ステップ７５では、前記タイマ変数ｔにΔｔを加算し、判定ステップ７６に移行する。判定ステップ７６では、ｔ≧ｔｄ３が成立するか否かの判定を行い、成立しない場合には、ステップ７７に移行する。ステップ７７は、１演算周期Δｔ遅延処理である。一方、判定ステップ７６で判定条件が成立する場合には、ステップ７９に移行する。ステップ７９では、磁極位置推定処理開始フラグＥＳをＯＮ状態にセットし、終了ステップ７９に移行する。

以上説明したように、図７の処理フローを実行することにより、ＡＳＲ制御系オン指令ＡＳＲＯＮとブレーキ開信号ＢＲＫの「開」指令発行後、１秒間にＮ回の頻度で可動子６の移動距離θ_Ｍもしくは、移動速度ω_Ｍを監視し、可動子６が｜θ_ｒ｜以上落下もしくは｜ω_ｒ｜以上の落下速度を持った時点から指定時間ｔｄ３後に磁極位置推定処理開始フラグＥＳがＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化し、磁極位置推定処理が開始されることになる。

図８は、このときの動作の様子を示すタイムチャートである。８１及び８２は、それぞれ移動距離θ_Ｍ及び移動速度ω_Ｍを示す波形であり、その他の波形は、図４で説明した通りである。図７のステップ７１が実行されると、波形４０で示したＡＳＲ制御系オン指令ＡＳＲＯＮと波形４１で示したブレーキ開閉指令ＢＲＫが共にＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。すると、波形４２で示したブレーキ保持力Ｆｂｒは暫く後に低下を始める。ブレーキ保持力Ｆｂｒが可動子６に加わる重力を下回ると、可動子６は落下を始める。そして移動距離θ_Ｍがθ_ｒを上回るか、移動速度ω_Ｍがω_ｒを上回った時点からｔｄ３時間後に磁極位置推定処理開始フラグＥＳがＯＮ状態に変化する。ここで、所定移動距離θ_ｒもしくは、所定移動速度ω_ｒと指定時間ｔｄ３の決め方について説明する。具体的には先の実施例と同様に、実験により求めることになるが、落下距離を抑制する為に｜θ_ｒ｜もしくは｜ω_ｒ｜を出来るだけ小さく設定する方針を採る。ただし、｜θ_ｒ｜、｜ω_ｒ｜を極端に小さくすると、可動子６に加わる振動や、位置センサ５の信号線へのノイズの影響による誤動作が発生する。そこで、上記の影響を受けない範囲で、｜θ_ｒ｜や｜ω_ｒ｜を小さく設定している。次に、指定時間ｔｄ３の決め方であるが、可動子６の落下方向の加速度は、これから推定しようとしている電気角補正値θ_ＯＦＳＴの絶対値が大きい程、大きくなる性質がある。これは、電気角補正値θ_ＯＦＳＴの絶対値が大きい程、図１の破線で囲んだ速度制御系２１が、可動子６に加わる重力に抗する為の上向きの推力を効率良く発生できなくなる為である。このため、ブレーキ保持力Ｆｂｒが実質的にゼロとなる点で磁極位置推定処理開始フラグＥＳをＯＮ状態にセットするためには、θ_ｒ又はω_ｒが一定であるならば、厳密には、未知の電気角補正値θ_ＯＦＳＴに応じて指定時間ｔｄ３を変化させる必要がある。しかし、これは実際には不可能なため、電気角補正値θ_ＯＦＳＴの異なる複数の条件で、磁極位置推定処理を実施し、最も良好な結果の得られる指定時間ｔｄ３を採用している。

以上説明したように、本実施例によれば、個々のブレーキの開放時間や、停止位置毎のレールの潤滑状態、経時変化による開放時間の違いに関係なく、ブレーキの釈放と同時に磁極位置の推定処理が開始可能となる。これにより、ブレーキ保持状態のまま、推定処理を開始してしまうことによる磁極位置推定の失敗や、ブレーキ開放後、すぐに磁極位置推定処理が行われないことによる可動子の過大な落下、及び、それによる磁極位置推定の失敗を防止することができる。

なお、図７のステップ７１において、ブレーキ開放指令発行と同時に、ＡＳＲ制御系オン指令を発し、図１のＡＳＲ制御系２１を活性化するものとした。しかし、ＡＳＲ制御系２１は、ステップ７８で、磁極位置推定処理をオンすると同時に活性化するようにしても良い。

図９は、本発明の第４の実施例によるブレーキ開放・磁極位置推定開始タイミング制御部１７の処理フローであり、図１０は、その動作を説明するタイムチャートである。

前記実施例では、ブレーキ開指令の発行後、ブレーキの保持力が十分に低下した状態をＡＳＲ制御系オン状態での、落下距離もしくは落下速度の検出結果から間接的に検出し、磁極位置推定処理の開始タイミングを決定していた。これに対して本実施例では、ＡＳＲ制御系オフ状態での落下距離もしくは落下速度の検出結果を用いて行う。

前記図２、図４、図６の処理フローと同様に、磁極位置推定処理を開始したいとき、ユーザーもしくは、図２の上位コントローラ２０２から直接的又は間接的に起動信号ＳＴが入力されることにより、起動ステップ９０から起動され、１秒間にＮ回の頻度で実行される。起動ステップ９０は、図９のフローチャートの起点であり、無条件にＡＳＲ制御系オン＆ブレーキ開放信号発行のステップ９１に移行する。ステップ９１では、ＡＳＲ制御系２１を活性化するとともに、ブレーキ開閉指令ＢＲＫを「閉」状態から「開」状態に変化させることで、ブレーキ１８の開放を開始し、判断ステップ９２に移行する。判断ステップ９２では、移動距離θ_Ｍ≧θ_ｒ、移動速度ω_Ｍ≧ω_ｒ、もしくは推力指令値Ｔ^＊≧Ｔ_ｒのいずれかが成立するか否かの判定を行い、成立しない場合には、ステップ９３に移行する。ステップ９３は、１演算周期Δｔ遅延処理である。一方、判定ステップ９２で判定条件が成立する場合には、ステップ９４に移行する。ステップ９４では、時間計測用のタイマ変数ｔをゼロクリアしステップ９５に移行する。ステップ９５では、前記タイマ変数ｔにΔｔを加算し、判定ステップ９６に移行する。判定ステップ９６では、ｔ≧ｔｄ４が成立するか否かの判定を行い、成立しない場合には、ステップ９７に移行する。ステップ９７は、１演算周期Δｔ遅延処理である。一方、判定ステップ９６で判定条件が成立する場合には、ステップ９８に移行する。ステップ９８では、ＡＳＲ制御系オン指令ＡＳＲＯＮをＯＮ状態にセットし、図１で破線で囲んだＡＳＲ制御系２１を活性化すると同時に、磁極位置推定処理開始フラグＥＳをＯＮ状態にセットし、終了ステップ９９に移行する。

以上説明したように、図９の処理フローを実行することにより、ブレーキ開信号ＢＲＫの「開」指令発行後、１秒間にＮ回の頻度で可動子６の移動距離θ_Ｍ、移動速度ω_Ｍ、もしくは推力指令値Ｔ^＊を監視する。そして、可動子６が｜θ_ｒ｜以上落下、｜ω_ｒ｜以上の落下速度を持った時点もしくは推力指令値がＴ_ｒを超えた時点から指定時間ｔｄ４後に、磁極位置推定処理開始フラグＥＳがＯＦＦ状態からＯＮ状態に変化し、磁極位置推定処理が開始される。

図１０は、このときの動作の様子を示すタイムチャートである。波形１０１は、推力指令値Ｔ^＊を示す波形であり、その他の波形は、図８で既に説明した通りである。図９のステップ９１が実行されると、波形４０で示したＡＳＲ制御系オン指令ＡＳＲＯＮと、波形４１で示したブレーキ開閉指令ＢＲＫがともに、ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。すると、波形４２で示したブレーキ保持力Ｆｂｒは暫く後に低下を始める。ブレーキ保持力Ｆｂｒが可動子６に加わる重力を下回ると、可動子６は落下を始める。このとき、図１の速度比例積分制御器１５には正の値が入力されることとなり、その出力である推力指令値Ｔ^＊は実質的にゼロから増加を始める。そして、移動（落下）距離θ_Ｍがθ_ｒを上回るか、移動（落下）速度ω_Ｍがω_ｒを上回った時点、又は推力指令値Ｔ^＊が所定推力値Ｔ_ｒを越えた時点からｔｄ４時間後に、波形４３で示す磁極位置推定処理開始フラグＥＳがＯＮ状態に変化する。

ここで、指定時間ｔｄ４の決め方について説明する。ちなみに、所定推力値Ｔ_ｒの決め方は、第２の実施例と同様で、所定移動距離θ_ｒもしくは、所定移動速度ω_ｒの決め方は、第３の実施例と同様である。本実施例では、指定時間ｔｄ４だけを変えながら磁極位置推定処理を実施し、最も良好な結果の得られる指定時間ｔｄ４を採用している。

以上説明したように、本実施例によれば、個々のブレーキの開放時間や、停止位置毎のレールの潤滑状態、経時変化による開放時間の違いに関係なく、ブレーキの釈放と同時に磁極位置の推定処理を開始可能となる。これにより、ブレーキ保持状態のまま、推定処理を開始してしまうことによる磁極位置推定の失敗や、ブレーキ開放後、すぐに磁極位置推定処理が行われないことによる可動子の過大な落下、及び、それによる磁極位置推定の失敗を防止することができる。

本発明の実施例に共通の同期電動機の制御装置の全体制御システム構成図。本発明の実施例に共通する同期電動機の制御装置のハードウェア構成図。本発明の第１の実施例による磁極位置推定開始タイミング決定処理フロー。本発明の第１の実施例による動作の様子を示すタイムチャート。本発明の第２の実施例による磁極位置推定開始タイミング決定処理フロー。本発明の第２の実施例による動作の様子を示すタイムチャート。本発明の第３の実施例による磁極位置推定開始タイミング決定処理フロー。本発明の第３の実施例による動作の様子を示すタイムチャート。本発明の第４の実施例による磁極位置推定開始タイミング決定処理フロー。本発明の第４の実施例による動作の様子を示すタイムチャート。

符号の説明

１…（リニア）同期電動機、２…ＰＷＭインバータ、５…位置センサ、６…可動子、７…電気角演算部、８…３相／２相座標変換部、１０…速度演算器、１１…電流比例積分制御器、１５…速度比例積分制御器、１６…磁極位置推定手段、１７…ブレーキ開放・磁極位置推定開始タイミング制御部、１８…ブレーキ、１９…２相／３相座標変換部、２０…ブレーキ駆動装置、２１…ＡＳＲ制御系、２２…レール、２３１，２３２…バッファ、ω_Ｍ ^＊…速度指令値、ω_Ｍ…速度検出値、Ｔ^＊…推力指令値、θ_Ｍ…可動子６の移動（落下）距離、θ_Ｅ…可動子６の補正前電気角、θ_ＯＦＳＴ…電気角補正値、θ＾_Ｅ…補正後電気角、ＳＴ…起動信号、ＡＳＲＯＮ…ＡＳＲ制御系オン指令、ＢＲＫ…ブレーキ開閉指令。

Claims

同期電動機を駆動するＰＷＭ電力変換器と、この同期電動機の可動子を静止保持するブレーキ装置と、このブレーキ装置へ開閉を指示する駆動信号を生成するブレーキ駆動装置と、前記同期電動機の磁極位置を推定演算する磁極位置推定手段を備えた同期電動機の制御装置において、ブレーキ装置への前記駆動信号がブレーキ開放を指示した後に、前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させるタイミング制御手段と、前記磁極位置推定手段がその推定処理を開始するまで実質的にゼロである可動子の速度指令を生成する速度指令手段と、この速度指令と可動子６の移動距離信号から求めた速度検出値との関係から推力指令値を演算し前記電力変換器を制御する速度制御器を備え、前記タイミング制御手段は、ブレーキ開放を指示する前記駆動信号の発生後、前記推力指令値が所定値を越えたことに応動して前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させる手段を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
請求項１において、前記推力指令値が所定値を越えた後、さらに所定時間経過後に前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させる手段を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
請求項１において、前記磁極位置推定手段がその推定処理を開始するまで実質的にゼロである可動子の速度指令を生成する速度指令手段と、この速度指令と可動子の移動距離信号から求めた速度検出値との関係から推力指令値を演算し前記電力変換器を制御する速度制御器を備え、前記タイミング制御手段は、ブレーキ開放を指示する前記駆動信号の発生後、前記可動子の移動距離が所定値を越えたことに応動して前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させる手段を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
請求項３において、前記移動距離が所定値を越えた後、さらに所定時間経過後に前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させる手段を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
請求項１において、前記磁極位置推定手段がその推定処理を開始するまで実質的にゼロである可動子の速度指令を生成する速度指令手段と、この速度指令と可動子の移動距離信号から求めた速度検出値との関係から推力指令値を演算し前記電力変換器を制御する速度制御器を備え、前記タイミング制御手段は、ブレーキ開放を指示する前記駆動信号の発生後、前記推力指令値が所定値を越えたとき又は前記可動子の移動距離が所定値を越えたとき、これらのいずれかが所定値を越えたことに応動して、前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させる手段を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
請求項５において、前記いずれかが所定値を越えた後、さらに所定時間経過後に前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させる手段を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
請求項１において、前記磁極位置推定手段がその推定処理を開始するまで実質的にゼロである可動子の速度指令を生成する速度指令手段と、この速度指令と可動子の移動距離信号から求めた速度検出値との関係から推力指令値を演算し前記電力変換器を制御する速度制御器を備え、前記タイミング制御手段は、ブレーキ開放を指示する前記駆動信号の発生後、前記速度制御器が機能していない状態での可動子の移動距離が所定値を越えたことに応動して前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させる手段を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
請求項１において、前記磁極位置推定手段がその推定処理を開始するまで実質的にゼロである可動子の速度指令を生成する速度指令手段と、この速度指令と可動子の移動距離信号から求めた速度検出値との関係から推力指令値を演算し前記電力変換器を制御する速度制御器を備え、前記タイミング制御手段は、ブレーキ開放を指示する前記駆動信号の発生後、可動子の移動距離及び／又は速度が所定値を越えたことに応動して前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させる手段を備えたことを特徴とする同期電動機の制御装置。
同期電動機を駆動するＰＷＭ電力変換器と、この同期電動機の可動子を静止保持するブレーキ装置と、このブレーキ装置の駆動信号を生成するブレーキ駆動装置と、前記同期電動機の磁極位置を推定演算する磁極位置推定手段を備えた同期電動機の制御方法において、前記ブレーキ装置へブレーキ開放を指示するステップと、このブレーキ開放を指示した後に、前記磁極位置推定手段により、磁極位置の推定処理を開始するステップと、前記磁極位置推定手段がその推定処理を開始するまで実質的にゼロである可動子の速度指令を生成するステップと、この速度指令と可動子の移動距離信号から求めた速度検出値との関係から推力指令値を演算し前記電力変換器を制御するステップと、ブレーキ開放を指示する前記駆動信号の発生後、前記推力指令値が所定値を越えたことに応動して前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させるステップを備えたことを特徴とする同期電動機の制御方法。
請求項９において、前記磁極位置推定手段がその推定処理を開始するまで実質的にゼロである可動子の速度指令を生成するステップと、この速度指令と可動子の移動距離信号から求めた速度検出値との関係から推力指令値を演算し前記電力変換器を制御するステップと、ブレーキ開放を指示する前記駆動信号の発生後、可動子の移動距離が所定値を越えたことに応動して前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させるステップを備えたことを特徴とする同期電動機の制御方法。
請求項９において、前記磁極位置推定手段がその推定処理を開始するまで実質的にゼロである可動子の速度指令を生成するステップと、この速度指令と可動子の移動距離信号から求めた速度検出値との関係から推力指令値を演算し前記電力変換器を制御するステップと、ブレーキ開放を指示する前記駆動信号の発生後、前記推力指令値が所定値を越えたとき又は前記可動子の移動距離が所定値を越えたとき、これらのいずれかが所定値を越えたことに応動して、前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させるステップを備えたことを特徴とする同期電動機の制御方法。
請求項１１において、前記いずれかが所定値を越えた後、さらに所定時間経過後に前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させるステップを備えたことを特徴とする同期電動機の制御方法。
リニア同期電動機を駆動するＰＷＭ電力変換器と、このリニア同期電動機の可動子を静止保持するブレーキ装置と、このブレーキ装置へ開閉を指示する駆動信号を生成するブレーキ駆動装置と、前記同期電動機の磁極位置を推定演算する磁極位置推定手段を備えたリニア同期電動機の制御装置において、ブレーキ装置への前記駆動信号がブレーキ開放を指示した後に、前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させるタイミング制御手段と、前記磁極位置推定手段がその推定処理を開始するまで実質的にゼロである可動子の速度指令を生成する速度指令手段と、この速度指令と可動子の移動距離信号から求めた速度検出値との関係から推力指令値を演算し前記電力変換器を制御する速度制御器を備え、前記タイミング制御手段は、ブレーキ開放を指示する前記駆動信号の発生後、前記推力指令値が所定値を越えたことに応動して前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させる手段を備えたことを特徴とするリニア同期電動機の制御装置。
請求項１３において、前記リニア同期電動機は、その可動子が垂直方向に昇降するように配置され、前記タイミング制御手段は、ブレーキ開放を指示する前記駆動信号の発生後、前記可動子の落下距離及び／又は速度が所定値を越えたことに応動して、前記磁極位置推定手段にその推定処理を開始させる手段を備えたことを特徴とする垂直のリニア同期電動機の制御装置。