JP5642848B1 - 一つの被駆動体を駆動するために二つのモータを制御するモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二つのモータを駆動する際に主に駆動されるモータがいずれのモータであっても位置偏差が大きくなることによるモータの制御に対する悪影響を回避することができるモータ制御装置を提供する。【解決手段】速度制御部２４ｍは、速度指令値ωｍと回転速度ωｍ’との間の速度偏差ωｍ-ωｍ’の積分値Ｓｍを計算する積分器を有し、速度偏差ωｍ-ωｍ’、予め決定された値、比例ゲイン及び積分ゲインに基づいてトルク指令値Ｔｍを生成する。速度制御部２４ｓは、速度指令値ωｓと回転速度ωｓ’との間の速度偏差ωｓ-ωｓ’の積分値Ｓｓを計算する積分器を有し、速度偏差ωｓ-ωｓ’、予め決定された値、比例ゲイン及び積分ゲインに基づいてトルク指令値Ｔｓを生成する。積分値選択部２８は、メインモータ６ｍの駆動状態及びサブモータ６ｓの駆動状態に応じて、積分値Ｓｍと積分値Ｓｓのうちのいずれか一方を予め決定された値として選択する。【選択図】図１

Description

本発明は、一つの被駆動体を駆動するために二つのモータを制御するモータ制御装置に関する。

工作機械等において、モータの被駆動体が大型であるために一つのモータでは加減速ができない場合や、モータの駆動軸に接続された伝達機構の機械要素と被駆動体との間のバックラッシが大きいために被駆動体を安定した状態で移動させることができない場合等において、一つの被駆動体を二つのモータで駆動するタンデム制御が行われている（例えば、特許文献１〜４）。

このようなタンデム制御において、二つのモータのうちの一方は、伝達機構に連結されたマスタ軸としての役割を果たす駆動軸を有するメインモータとして機能し、その他方は、伝達機構に連結されたスレーブ軸としての役割を果たす駆動軸を有するサブモータとして機能する。

また、タンデム制御を行うに際し、モータの駆動軸に接続された伝達機構の機械要素と被駆動体との間のバックラッシを抑制するために、メインモータの駆動軸に加えられる力の向きとサブモータの駆動軸に加えられる力の向きとが互いに逆になるようにトルク指令値に予め付加されるトルク値であるプリロードトルク値を生成するモータ制御装置が提案されている（例えば、特許文献５，６）。

また、タンデム制御におけるメインモータの速度の検出のタイミングとサブモータの速度の検出のタイミングとの間の差等に起因するモータの制御に対する悪影響及びモータのオーバーヒートの発生を回避するために、メインモータに対する速度指令値とメインモータの速度との間の速度偏差の積分値を用いてメインモータに対するトルク指令値及びサブモータに対するトルク指令値を生成するモータ制御装置が提案されている（例えば、特許文献７）。

さらに、プリロードトルク値の生成とメインモータに対する速度指令値とメインモータの速度との間の速度偏差の積分値を用いたメインモータに対するトルク指令値及びサブモータに対するトルク指令値の生成の両方を行うモータ制御装置が提案されている（例えば、特許文献８）。

特開平８−１７４４８１号公報 特開２００３−７９１８０号公報 特表２００４−９２８５９号公報 特開２００９−１７７８８１号公報 特開平８−１６２４６号公報 特開２００１−２７３０３７号公報 特開２００３−１８９６５７号公報 特開２０１０−１７２０５４号公報

メインモータに対する速度指令値とメインモータの速度との間の速度偏差の積分値を用いてメインモータに対するトルク指令値及びサブモータに対するトルク指令値を生成する場合、サブモータを主に駆動するとき、すなわち、メインモータの加速度が負の値であるときのサブモータに対する位置指令値とサブモータの位置との間の位置偏差が大きくなり、モータの制御に対する悪影響が及ぼされる。

本発明の目的は、二つのモータを駆動する際に主に駆動されるモータがいずれのモータであっても位置偏差が大きくなることによるモータの制御に対する悪影響を回避することができるモータ制御装置を提供することである。

本発明によるモータ制御装置は、一つの被駆動体を駆動するために第１のモータ及び第２のモータを制御するモータ制御装置であって、第１のモータの位置を制御するために、第１のモータに対する位置指令値、第１のモータに関連する位置情報及び第１の位置制御ゲインに基づいて第１の速度指令値を生成する第１の位置制御部と、第２のモータの位置を制御するために、第２のモータに対する位置指令値、第２のモータに関連する位置情報及び第２の位置制御ゲインに基づいて第２の速度指令値を生成する第２の位置制御部と、第１の速度指令値と第１のモータの速度との間の速度偏差である第１の速度偏差の積分値を計算する第１の積分器を有し、第１のモータの速度を制御するために、第１の速度偏差、予め決定された値、第１の比例ゲイン及び第１の積分ゲインに基づいて第１のトルク指令値を生成する第１の速度制御部と、第２の速度指令値と第２のモータの速度との間の速度偏差である第２の速度偏差の積分値を計算する第２の積分器を有し、第２のモータの速度を制御するために、第２の速度偏差、予め決定された値、第２の比例ゲイン及び第２の積分ゲインに基づいて第２のトルク指令値を生成する第２の速度制御部と、第１のモータの駆動状態及び第２のモータの駆動状態に応じて、第１の速度偏差の積分値と第２の速度偏差の積分値のうちのいずれか一方を予め決定された値として選択する積分値選択部と、第１のトルク指令値に基づいて第１のモータを駆動する第１のモータ駆動部と、第２のトルク指令値に基づいて第２のモータを駆動する第２のモータ駆動部と、を備えることを特徴とする。

好適には、積分値選択部は、第１のモータの加速度がゼロより大きい第１の値より大きくなったときには第１の速度偏差の積分値を予め決定された値として選択し、第１のモータの加速度がゼロより小さい第２の値より小さくなったときには第２の速度偏差の積分値を予め決定された値として選択する。

好適には、本発明によるモータ制御装置は、第１のモータの駆動軸に加えられる力の向きと第２のモータの駆動軸に加えられる力の向きとが互いに逆になるように、第１のトルク指令値に予め付加されるトルク値である第１のプリロードトルク値及び第２のトルク指令値に予め付加されるトルク値である第２のプリロードトルク値を生成するプリロードトルク値生成部を更に備える。

本発明によれば、二つのモータを駆動する際に主に駆動されるモータがいずれのモータであっても位置偏差が大きくなることによるモータの制御に対する悪影響を回避することができる。

本発明の実施の形態のモータ制御装置を有するシステムのブロック図である。 図１の積分値選択部及び速度制御部の一例を詳細に示す図である。 図１に示すモータ制御装置の動作のフローチャートである。 図１に示すモータ制御装置によって制御されるモータの加速度の時間変化の一例を示す図である。 本発明によるモータ制御装置の効果を説明するための図である。 図１の積分値選択部及び速度制御部の他の例を詳細に示す図である。

本発明によるモータ制御装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図面中、同一構成要素には同一符号を付す。
図１は、本発明の実施の形態のモータ制御装置を有するシステムのブロック図である。図１に示すシステムは、三相交流電源１と、コンバータ２と、平滑用コンデンサ３と、インバータ４ｍ，４ｓと、電流検出器５ｍ，５ｓと、第１のモータとしてのメインモータ６ｍと、第２のモータとしてのサブモータ６ｓと、伝達機構７ｍ，７ｓと、被駆動体８と、機械位置検出器９と、モータ位置検出器１０ｍ，１０ｓと、モータ速度検出器１１ｍ，１１ｓと、モータ制御装置１２と、上位制御装置１３と、を有する。

三相交流電源１は、商用交流電源によって構成される。コンバータ２は、例えば、複数（３相交流の場合は６個）の整流ダイオード及びこれらの整流ダイオードのそれぞれに逆並列に接続されたトランジスタによって構成され、三相交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換する。

平滑用コンデンサ３は、コンバータ２の整流ダイオードによって整流された電圧を平滑化するためにコンバータ２に並列に接続される。インバータ４ｍ，４ｓはそれぞれ、平滑用コンデンサ３に並列に接続され、例えば、複数（３相交流の場合は６個）の整流ダイオード及びこれらの整流ダイオードのそれぞれに逆並列に接続されたトランジスタによって構成され、後に説明するＰＷＭ信号Ｖｍ，Ｖｓに基づいてトランジスタのオンオフ動作を行うことによって、コンバータ２によって変換された直流電力を交流電力に変換する。

電流検出器５ｍは、メインモータ６ｍに流れる電流の値Ｉｍ’を検出するためにインバータ４ｍの出力線に設けられる。電流検出器５ｓは、サブモータ６ｓに流れる電流の値Ｉｓ’を検出するためにインバータ４ｓの出力線に設けられる。本実施の形態では、電流検出器５ｍ，５ｓは、例えばホール素子によって構成される。

メインモータ６ｍは、伝達機構７ｍに連結されたマスタ軸としての役割を果たす駆動軸を有し、平滑用コンデンサ３に蓄積されている電力で駆動される。サブモータ６ｓは、伝達機構７ｓに連結されたスレーブ軸としての役割を果たす駆動軸を有し、平滑用コンデンサ３に蓄積されている電力で駆動される。

本実施の形態では、メインモータ６ｍ及びサブモータ６ｓはそれぞれ、ロータとステータのうちのいずれか一方に永久磁石が設けられた回転型サーボモータ、ステータとスライダのうちのいずれか一方に永久磁石が設けられたリニアサーボモータ、ステータとバイブレータのうちのいずれか一方に永久磁石が設けられた振動型サーボモータ、永久磁石を使用しない誘導モータ等によって構成される。

伝達機構７ｍ，７ｓは、被駆動体８を伝達機構７ｍ，７ｓの軸線方向に沿って移動させるために被駆動体８に接続される。被駆動体８は、工作機械のテーブル、産業用ロボットのアーム等によって構成される。

機械位置検出器９は、第１のモータに関連する位置情報及び第２のモータに関連する位置情報としての伝達機構７ｍ，７ｓを含む図示しない機械の位置θｘを検出するスケール等によって構成される。

モータ位置検出器１０ｍは、メインモータ６ｍの回転角度θｍ’を検出するロータリーエンコーダ、ホール素子、レゾルバ等によって構成される。モータ位置検出器１０ｓは、サブモータ６ｓの回転角度θｓ’を検出するロータリーエンコーダ、ホール素子、レゾルバ等によって構成される。

モータ速度検出部１１ｍは、メインモータ６ｍの回転角度θｍ’がモータ位置検出器１０ｍから入力され、回転角度θｍ’を時間で１階微分することによって第１のモータの速度としてのメインモータ６ｍの回転速度ωｍ’を検出し、回転速度ωｍ’をモータ制御装置１２に出力する。

モータ速度検出部１１ｓは、サブモータ６ｓの回転角度θｓ’がモータ位置検出器１０ｓから入力され、回転角度θｓ’を時間で１階微分することによって第２のモータの速度としてのサブモータ６ｓの回転速度ωｓ’を検出し、回転速度ωｓ’をモータ制御装置１２に出力する。

モータ制御装置１２は、伝達機構７ｍ，７ｓの機械要素と被駆動体８との間のバックラッシを低減するとともにメインモータ６ｍの駆動軸の捻じれ及びサブモータ６ｓの駆動軸の捻じれを抑制するために被駆動体８をメインモータ６ｍ及びサブモータ６ｓで駆動するタンデム制御を行う。このために、モータ制御装置１２は、減算器２１ｍと、減算器２１ｓと、第１の位置制御部としての位置制御部２２ｍと、第２の位置制御部としての位置制御部２２ｓと、減算器２３ｍと、減算器２３ｓと、第１の速度制御部としての速度制御部２４ｍと、第２の速度制御部としての速度制御部２４ｓと、第１のモータ駆動部としてのモータ駆動部２５ｍと、第２のモータ駆動部としてのモータ駆動部２５ｓと、プリロードトルク値生成部２６と、加速度計算部２７と、積分値選択部２８と、を備える。

減算器２１ｍは、第１のモータに対する位置指令値としての位置指令値θｍが上位制御装置１３から入力される＋入力端子と、位置θｘが機械位置検出器９から入力される−入力端子と、これらの位置偏差θｍ−θｘを位置制御部２２ｍに出力する出力端子と、を有する。

減算器２１ｓは、第２のモータに対する位置指令値としての位置指令値θｓが上位制御装置１３から入力される＋入力端子と、位置θｘが機械位置検出器９から入力される−入力端子と、これらの位置偏差θｓ−θｘを位置制御部２２ｓに出力する出力端子と、を有する。

位置制御部２２ｍは、メインモータ６ｍの位置を制御するために、位置指令値θｍ、位置θｘ及び第１の位置制御ゲインとしての位置制御ゲインＫｄに基づいて第１の速度指令値としてのメインモータ６ｍに対する速度指令値ωｍを生成する。このために、位置制御部２２ｍは、位置偏差θｍ−θｘが減算器２１ｍから入力され、位置偏差θｍ−θｘを増幅する位置制御ゲインＫｄの図示しない増幅器を有する。そして、位置制御部２２ｍは、位置偏差θｍ−θｘと位置制御ゲインＫｄとの積である速度指令値ωｍを生成し、生成した速度指令値ωｍを減算器２３ｍに出力する。

位置制御部２２ｓは、サブモータ６ｓの位置を制御するために、位置指令値θｓ、位置θｘ及び第２の位置制御ゲインとしての位置制御ゲインＫｄ’に基づいて第２の速度指令値としてのサブモータ６ｓに対する速度指令値ωｓを生成する。このために、位置制御部２２ｓは、位置偏差θｓ−θｘが減算器２１ｓから入力され、位置偏差θｓ−θｘを増幅する位置制御ゲインＫｄ’の図示しない増幅器を有する。そして、位置制御部２２ｓは、位置偏差θｓ−θｘと位置制御ゲインＫｄ’との積である速度指令値ωｓを生成し、生成した速度指令値ωｍを減算器２３ｓに出力する。ここで、位置制御ゲインＫｄ及び位置制御ゲインＫｄ’は同一値であってもよい。

減算器２３ｍは、速度指令値ωｍが位置制御部２２ｍから入力される＋入力端子と、回転速度ωｍ’がモータ速度検出部１１ｍから入力される−入力端子と、速度指令値ωｍと回転速度ωｍ’との間の速度偏差である第１の速度偏差としての速度偏差ωｍ−ωｍ’を速度制御部２４ｍに出力する出力端子と、を有する。

減算器２３ｓは、速度指令値ωｓが位置制御部２２ｓから入力される＋入力端子と、回転速度ωｓ’がモータ速度検出部１１ｓから入力される−入力端子と、速度指令値ωｓと回転速度ωｓ’との間の速度偏差である第２の速度偏差としての速度偏差ωｓ−ωｓ’を速度制御部２４ｓに出力する出力端子と、を有する。

速度制御部２４ｍは、メインモータ６ｍの速度を制御するために、速度偏差ωｍ−ωｍ’、後に説明する予め決定された値、第１の比例ゲインとしての比例ゲインＫｐ及び第１の積分ゲインとしての積分ゲインＫｉに基づいて、第１のトルク指令値としてのトルク指令値Ｔｍを生成する。

このために、速度制御部２４ｍは、速度偏差ωｍ−ωｍ’が減算器２３ｍから入力され、速度偏差ωｍ−ωｍ’の積分値Ｓｍを計算するための後に説明する第１の積分器と、速度偏差ωｍ−ωｍ’を増幅する比例ゲインＫｐの後に説明する増幅器と、上記予め決定された値を増幅する積分ゲインＫｉの後に説明する増幅器と、を有する。

そして、速度制御部２４ｍは、速度偏差ωｍ−ωｍ’と比例ゲインＫｐとの積及び上記予め決定された値と積分ゲインＫｉとの積の和であるトルク指令値Ｔｍを生成し、生成したトルク指令値Ｔｍをモータ駆動部２５ｍに出力する。

速度制御部２４ｓは、サブモータ６ｓの速度を制御するために、速度偏差ωｓ−ωｓ’、上記予め決定された値、第２の比例ゲインとしての比例ゲインＫｐ’及び第２の積分ゲインとしての積分ゲインＫｉ’に基づいて、第２のトルク指令値としてのトルク指令値Ｔｓを生成する。

このために、速度制御部２４ｓは、速度偏差ωｓ−ωｓ’が減算器２３ｓから入力され、速度偏差ωｓ−ωｓ’の積分値Ｓｓを計算するための後に説明する第２の積分器と、速度偏差ωｓ−ωｓ’を増幅する比例ゲインＫｐ’の後に説明する増幅器と、上記予め決定された値を増幅する積分ゲインＫｉ’の後に説明する増幅器と、を有する。

そして、速度制御部２４ｓは、速度偏差ωｓ−ωｓ’と比例ゲインＫｐ’との積及び上記予め決定された値と積分ゲインＫｉ’との積の和であるトルク指令値Ｔｓを生成し、生成したトルク指令値Ｔｓをモータ駆動部２５ｓに出力する。ここで、比例ゲインＫｐ及び比例ゲインＫｐ’は同一値であってもよく、積分ゲインＫｉ及び積分ゲインＫｉ’は同一値であってもよい。

モータ駆動部２５ｍは、トルク指令値Ｔｍ及び後に説明するプリロードトルク値＋Ｐｒに基づいてメインモータ６ｍを駆動する。このために、モータ駆動部２５ｍは、加算器４１ｍと、減算器４２ｍと、電流制御部４３ｍと、を有する。

加算器４１ｍは、トルク指令値Ｔｍが速度制御部２４ｍから入力される第１の＋入力端子と、プリロードトルク値＋Ｐｒがプリロードトルク値生成部２６から入力される第２の＋入力端子と、トルク指令値Ｔｍとプリロードトルク値＋Ｐｒとの和に相当するメインモータ６ｍに対する電流指令値Ｉｍを出力する出力端子と、を有する。

減算器４２ｍは、電流指令値Ｉｍが加算器４１ｍから入力される＋入力端子と、電流の値Ｉｍ’が電流検出器５ｍから入力される−入力端子と、電流指令値Ｉｍと電流の値Ｉｍ’との電流偏差Ｉｍ−Ｉｍ’を電流制御部４３ｍに出力する出力端子と、を有する。

電流制御部４３ｍは、電流偏差Ｉｍ−Ｉｍ’が減算器４２ｍから入力され、入力された電流偏差Ｉｍ−Ｉｍ’に基づいて、メインモータ６ｍに対する電圧指令値に対応するＰＷＭ信号Ｖｍを生成する。そして、電流制御部４３ｍは、生成したＰＷＭ信号Ｖｍをインバータ４ｍに出力する。

モータ駆動部２５ｓは、トルク指令値Ｔｓ及び後に説明するプリロードトルク値−Ｐｒに基づいてサブモータ６ｓを駆動する。このために、モータ駆動部２５ｓは、加算器４１ｓと、減算器４２ｓと、電流制御部４３ｓと、を有する。

加算器４１ｓは、トルク指令値Ｔｓが速度制御部２４ｓから入力される第１の＋入力端子と、プリロードトルク値−Ｐｒがプリロードトルク値生成部２６から入力される第２の＋入力端子と、トルク指令値Ｔｓとプリロードトルク値−Ｐｒとの和に相当するサブモータ６ｓに対する電流指令値Ｉｓを出力する出力端子と、を有する。

減算器４２ｓは、電流指令値Ｉｓが加算器４１ｓから入力される＋入力端子と、電流の値Ｉｓ’が電流検出器５ｓから入力される−入力端子と、電流指令値Ｉｓと電流の値Ｉｓ’との電流偏差Ｉｓ−Ｉｓ’を電流制御部４３ｓに出力する出力端子と、を有する。

電流制御部４３ｓは、電流偏差Ｉｓ−Ｉｓ’が減算器４２ｓから入力され、入力された電流偏差Ｉｓ−Ｉｓ’に基づいて、サブモータ６ｓに対する電圧指令値に対応するＰＷＭ信号Ｖｓを生成する。そして、電流制御部４３ｓは、生成したＰＷＭ信号Ｖｓをインバータ４ｓに出力する。

プリロードトルク値生成部２６は、上位制御装置１３から出力される励磁信号Ｓｅに応答して、メインモータ６ｍの駆動軸に加えられる力の向きとサブモータ６ｓの駆動軸に加えられる力の向きとが互いに逆になるようにトルク指令値Ｔｍに予め付加されるトルク値である第１のプリロードトルク値としてのプリロードトルク値＋Ｐｒ及びトルク指令値Ｔｓに予め付加されるトルク値である第２のプリロードトルク値としてのプリロードトルク値−Ｐｒを生成する。そして、プリロードトルク値生成部２６は、生成したプリロードトルク値＋Ｐｒ，−Ｐｒを、加算器４１ｍ，４１ｓにそれぞれ出力する。

加速度計算部２７は、位置指令値θｍが上位制御装置１３から入力され、入力された位置指令値θｍを時間で２階微分することによって、第１のモータの加速度としての加速度ａを計算する。そして、加速度計算部２７は、計算した加速度ａを積分値選択部２８に出力する。

積分値選択部２８は、メインモータ６ｍの駆動状態及びサブモータ６ｓの駆動状態に応じて、積分値Ｓｍと積分値Ｓｓのうちのいずれか一方を上記予め決定された値として選択する。

図２は、図１の積分値選択部及び速度制御部の一例を詳細に示す図である。図２に示すように、速度制御部２４ｍは、第１の積分器としての積分器３１ｍと、増幅器３２ｍと、増幅器３３ｍと、加算器３４ｍと、を有する。

積分器３１ｍは、積分値Ｓｍを計算する。増幅器３２ｍは、速度偏差ωｍ−ωｍ’を増幅する比例ゲインＫｐの増幅器である。増幅器３３ｍは、上記予め決定された値を増幅する積分ゲインＫｉの増幅器である。

加算器３４ｍは、速度偏差ωｍ−ωｍ’と比例ゲインＫｐとの積が増幅器３２ｍから入力される第１の入力端子と、上記予め決定された値と積分ゲインＫｉとの積が増幅器３３ｍから入力される第２の入力端子と、これらの積の和であるトルク指令値Ｔｍを出力する出力端子と、を有する。

また、図２に示すように、速度制御部２４ｓは、第２の積分器としての積分器３１ｓと、増幅器３２ｓと、増幅器３３ｓと、加算器３４ｓと、を有する。

積分器３１ｓは、積分値Ｓｓを計算する。増幅器３２ｓは、速度偏差ωｓ−ωｓ’を増幅する比例ゲインＫｐ’の増幅器である。増幅器３３ｓは、上記予め決定された値を増幅する積分ゲインＫｉ’の増幅器である。

加算器３４ｓは、速度偏差ωｓ−ωｓ’と比例ゲインＫｐ’との積が増幅器３２ｓから入力される第１の入力端子と、上記予め決定された値と積分ゲインＫｉ’との積が増幅器３３ｓから入力される第２の入力端子と、これらの積の和であるトルク指令値Ｔｓを出力する出力端子と、を有する。

さらに、図２に示すように、積分値選択部２８は、判定部２８ａと、スイッチ２８ｂと、を有する。判定部２８ａは、加速度ａが加速度計算部２７から入力され、モータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態であるかサブモータ６ｓを主に駆動している状態であるかを、加速度ａに基づいて判定する。そして、判定部２８ａは、判定に応じた指令をスイッチ２８ｂに出す。スイッチ２８ｂは、判定部２８ａからの指令に従って、積分器３１ｍの出力部と積分器３１ｓの出力部のうちのいずれか一方を増幅器３３ｍの入力部及び増幅器３３ｓの入力部に接続する。

更に具体的には、モータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態に設定された後又は加速度ａがゼロより大きい第１の値としてのしきい値Ｔｈ（Ｔｈ＞０）より大きくなった後に加速度ａがゼロより小さい第２の値としてのしきい値Ｔｈ’（Ｔｈ’＜０）より大きい値に維持されている状態であるときには、判定部２８ａは、モータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態であると判定する。それに対し、モータ制御装置１２がサブモータ６ｓを主に駆動している状態に設定された後又は加速度ａがしきい値Ｔｈ’より小さくなった後に加速度ａがしきい値Ｔｈより小さい値に維持されている状態であるときには、判定部２８ａは、モータ制御装置１２がサブモータ６ｓを主に駆動している状態であると判定する。ここで、しきい値Ｔｈを、しきい値Ｔｈ’の絶対値と同一にすることができる。また、二つのしきい値Ｔｈ，Ｔｈ’を用いることによって、チャタリングを防止することができる。

モータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態であると判定した場合、判定部２８ａは、積分器３１ｍの出力部を増幅器３３ｍの入力部及び増幅器３３ｓの入力部に接続するようにスイッチ２８ｂを制御する。したがって、積分値選択部２８は、上記予め決定された値として積分値Ｓｍを選択するので、速度制御部２４ｍは、速度偏差ωｍ−ωｍ’と比例ゲインＫｐとの積及び積分値Ｓｍと積分ゲインＫｉとの積の和であるトルク指令値Ｔｍを出力し、速度制御部２４ｓは、速度偏差ωｓ−ωｓ’と比例ゲインＫｐ’との積及び積分値Ｓｍと積分ゲインＫｉ’との積の和であるトルク指令値Ｔｓを出力する。

それに対し、モータ制御装置１２がサブモータ６ｓを主に駆動している状態であると判定した場合、判定部２８ａは、積分器３１ｓの出力部を増幅器３３ｍの入力部及び増幅器３３ｓの入力部に接続するようにスイッチ２８ｂを制御する。したがって、積分値選択部２８は、上記予め決定された値として積分値Ｓｓを選択するので、速度制御部２４ｍは、速度偏差ωｍ−ωｍ’と比例ゲインＫｐとの積及び積分値Ｓｓと積分ゲインＫｉとの積の和であるトルク指令値Ｔｍを出力し、速度制御部２４ｓは、速度偏差ωｓ−ωｓ’と比例ゲインＫｐ’との積及び積分値Ｓｓと積分ゲインＫｉ’との積の和であるトルク指令値Ｔｓを出力する。

上位制御装置１３は、ＣＮＣ（数値制御装置）等によって構成され、位置指令値θｍを減算器２１ｍ及び加速度計算部２７に出力し、位置指令値θｓを減算器２１ｓに出力し、プリロードトルク値＋Ｐｒ，−Ｐｒを生成するための励磁信号Ｓｅをプリロードトルク値生成部２６に出力する。

本実施の形態では、モータ制御装置１２は、入出力ポート、シリアル通信回路、Ａ／Ｄ変換器、コンパレータ等を備えたプロセッサによって実現され、図示しないメモリに格納された処理プログラムに従って各種処理を実行する。

図３は、図１に示すモータ制御装置の動作のフローチャートである。先ず、加速度計算部２７は、加速度ａを計算し、計算した加速度ａを判定部２８ａに出力する（ステップＳ１）。その後、判定部２８ａは、計算した加速度ａがしきい値Ｔｈ’より小さいか否か判断する（ステップＳ２）。加速度ａがしきい値Ｔｈ’より小さい場合、判定部２８ａは、上記予め決定された値として積分値Ｓｓを選択するために、積分器３１ｓの出力部を増幅器３３ｍの入力部及び増幅器３３ｓの入力部に接続するようにスイッチ２８ｂを制御し（ステップＳ３）、処理フローを終了する。

それに対し、加速度ａがしきい値Ｔｈ’以上である場合、判定部２８ａは、計算した加速度ａがしきい値Ｔｈより大きいか否か判断する（ステップＳ４）。加速度ａがしきい値Ｔｈより大きい場合、判定部２８ａは、上記予め決定された値として積分値Ｓｍを選択するために、積分器３１ｍの出力部を増幅器３３ｍの入力部及び増幅器３３ｓの入力部に接続するようにスイッチ２８ｂを制御し（ステップＳ５）、処理フローを終了する。それに対し、加速度ａがしきい値Ｔｈ以下である場合、処理フローを終了する。

図４は、図１に示すモータ制御装置によって制御されるモータの加速度の時間変化の一例を示す図である。図４を用いて説明する動作において、判定部２８ａは、動作開始時である時間ｔ０において、モータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態に設定するために上記予め決定された値として積分値Ｓｓを選択する。

図４において、時間ｔ０から時間ｔ１までの期間は、加速度ａがゼロからａ１（ａ１＞Ｔｈ）まで線形的に増加し、時間ｔ１から時間ｔ２までの期間は、加速度ａがａ１からａ２（ａ２＜ａ１）まで線形的に減少し、時間ｔ２から時間ｔ３までの期間は、加速度ａがａ２に維持（メインモータ６ｍの速度が一定）され、時間ｔ３から時間ｔ４までの期間は、加速度ａがａ２からしきい値Ｔｈ’まで線形的に減少する。すなわち、時間ｔ０から時間ｔ４までの期間は、モータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態に設定された後に加速度ａがしきい値Ｔｈ’より大きい値に維持されている状態である。したがって、判定部２８ａは、時間ｔ０から時間ｔ４までの期間中はモータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態であると判定し、上記予め決定された値として積分値Ｓｓを選択する。

また、図４において、時間ｔ４から時間ｔ５までの期間は、加速度ａがしきい値Ｔｈ’からａ３（ａ３＜Ｔｈ’）まで線形的に減少し、時間ｔ５から時間ｔ６までの期間は、加速度がａ３からゼロまで線形的に増加する。すなわち、時間ｔ４から時間ｔ６までの期間は、加速度ａがしきい値Ｔｈ’より小さくなった後に加速度ａがしきい値Ｔｈより小さい値に維持されている状態である。したがって、判定部２８ａは、時間ｔ４から時間ｔ６までの期間中はモータ制御装置１２がサブモータ６ｓを主に駆動している状態であると判定し、上記予め決定された値として積分値Ｓｓを選択する。

また、図４において、時間ｔ６から時間ｔ７までの期間は、加速度ａがゼロに維持（メインモータ６ｍが停止）され、時間ｔ７から時間ｔ８までの期間は、加速度ａがゼロからａ４（ａ４＜ａ３）まで線形的に減少し、時間ｔ８から時間ｔ９までの期間は、加速度がａ４からａ５（Ｔｈ’＜ａ５＜０）まで線形的に増加し、時間ｔ９から時間ｔ１０までの期間は、加速度ａがａ５に維持（メインモータ６ｍの速度が一定）され、時間ｔ１０から時間ｔ１１までの期間は、加速度ａがａ５からしきい値Ｔｈまで線形的に増加する。すなわち、時間ｔ６から時間ｔ１１までの期間は、モータ制御装置１２がサブモータ６ｓを主に駆動している状態に設定された後に加速度ａがしきい値Ｔｈより小さい値に維持されている状態である。したがって、判定部２８ａは、時間ｔ６から時間ｔ１１までの期間中はモータ制御装置１２がサブモータ６ｓを主に駆動している状態であると判定し、上記予め決定された値として積分値Ｓｓを選択する。

さらに、時間ｔ１１から時間ｔ１２までの期間は、加速度ａがしきい値Ｔｈからａ６（Ｔｈ＜ａ６＜ａ１）まで線形的に増加し、時間ｔ１２から時間ｔ１３までの期間は、加速度ａがａ１からゼロまで線形的に減少する。すなわち、時間ｔ１１からｔ１３までの期間は、加速度ａがしきい値Ｔｈより大きくなった後にしきい値Ｔｈ’より大きい値に維持されている状態である。したがって、判定部２８ａは、時間ｔ１１から時間ｔ１３までの期間中はモータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態であると判定し、上記予め決定された値として積分値Ｓｍを選択する。

図５Ａ〜５Ｄは、本発明によるモータ制御装置の効果を説明するための図である。図５Ａにおいて、プリロードトルク値＋Ｐｒ，−Ｐｒを生成している条件下でモータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態であるかサブモータ６ｓを主に駆動している状態であるかに関係なく積分値Ｓｍを選択した場合に生じる電流指令値Ｉｍ及び電流指令値Ｉｓの時間変化を、実線α，βでそれぞれ示す。また、図５Ｂにおいて、実線α，βでそれぞれ示す電流指令値Ｉｍ及び電流指令値Ｉｓに対応する位置偏差θｓ−θｍ’を、実線γで示す。

図５Ｃにおいて、プリロードトルク値＋Ｐｒ，−Ｐｒを生成している条件下でモータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態であるときに積分値Ｓｍを選択するとともにモータ制御装置１２がサブモータ６ｓを主に駆動している状態であるときに積分値Ｓｓを選択した場合に生じる電流指令値Ｉｍ及び電流指令値Ｉｓの時間変化を、実線α’，β’でそれぞれ示す。また、図５Ｄにおいて、実線α’，β’でそれぞれ示す電流指令値Ｉｍ及び電流指令値Ｉｓに対応する位置偏差θｓ−θｍ’を、実線γ’で示す。

実線γ，γ’で示すように、プリロードトルク値＋Ｐｒ，−Ｐｒを生成している条件下でモータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態であるときに積分値Ｓｍを選択するとともにモータ制御装置１２がサブモータ６ｓを主に駆動している状態であるときに積分値Ｓｓを選択した場合の位置偏差θｓ−θｘの変動は、プリロードトルク値＋Ｐｒ，−Ｐｒを生成している条件下でモータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態であるかサブモータ６ｓを主に駆動している状態であるかに関係なく積分値Ｓｍを選択した場合に比べて大幅に減少する。

したがって、プリロードトルク値＋Ｐｒ，−Ｐｒを生成している条件下でモータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態であるときに積分値Ｓｍを選択するとともにモータ制御装置１２がサブモータ６ｓを主に駆動している状態であるときに積分値Ｓｓを選択した場合、位置偏差θｓ−θｘが大きくなることによるメインモータ６ｍ及びサブモータ６ｓの制御に対する悪影響を回避することができる。

本実施の形態によれば、積分値選択部２８は、メインモータ６ｍの駆動状態及びサブモータ６ｓの駆動状態に応じて、積分値Ｓｍと積分値Ｓｓのうちのいずれか一方を上記予め決定された値として選択する。すなわち、積分値選択部２８は、加速度ａがしきい値Ｔｈより大きくなったとき（メインモータ６ｍを主に駆動している状態）には積分値Ｓｍを上記予め決定された値として選択し、加速度ａがしきい値Ｔｈ’より小さくなったとき（サブモータ６ｓを主に駆動している状態）には積分値Ｓｓを上記予め決定された値として選択する。このように積分値Ｓｍと積分値Ｓｓのうちのいずれか一方を上記予め決定された値として選択することによって、メインモータ６ｍ及びサブモータ６ｓを駆動する際に主に駆動されるモータがメインモータ６ｍとサブモータ６ｓのいずれであっても、位置偏差θｓ−θｘが大きくなることによるメインモータ６ｍ及びサブモータ６ｓの制御に対する悪影響を回避することができる。

図６は、図１の積分値選択部及び速度制御部の他の例を詳細に示す図である。図６に示すように、積分値選択部２８は、判定部２８ａを有する。判定部２８ａは、加速度ａが加速度計算部２７から入力され、モータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態であるかサブモータ６ｓを主に駆動している状態であるかを、加速度ａに基づいて判定する。

モータ制御装置１２がメインモータ６ｍを主に駆動している状態であると判定した場合、判定部２８ａは、積分器３１ｓが計算した積分値Ｓｓを積分器３１ｍが計算した積分値Ｓｍに書き換える。そして、積分器３１ｓは、積分値Ｓｓの代わりに積分値Ｓｍを増幅器３３ｓに出力する。したがって、積分値選択部２８は、上記予め決定された値として積分値Ｓｍを選択するので、速度制御部２４ｍは、速度偏差ωｍ−ωｍ’と比例ゲインＫｐとの積及び積分値Ｓｍと積分ゲインＫｉとの積の和であるトルク指令値Ｔｍを出力し、速度制御部２４ｓは、速度偏差ωｓ−ωｓ’と比例ゲインＫｐ’との積及び積分値Ｓｍと積分ゲインＫｉ’との積の和であるトルク指令値Ｔｓを出力する。

それに対し、モータ制御装置１２がサブモータ６ｓを主に駆動している状態であると判定した場合、判定部２８ａは、積分器３１ｍが計算した積分値Ｓｍを積分器３１ｓが計算した積分値Ｓｓに書き換える。そして、積分器３１ｍは、積分値Ｓｍの代わりに積分値Ｓｓを増幅器３３ｍに出力する。したがって、積分値選択部２８は、上記予め決定された値として積分値Ｓｓを選択するので、速度制御部２４ｍは、速度偏差ωｍ−ωｍ’と比例ゲインＫｐとの積及び積分値Ｓｓと積分ゲインＫｉとの積の和であるトルク指令値Ｔｍを出力し、速度制御部２４ｓは、速度偏差ωｓ−ωｓ’と比例ゲインＫｐ’との積及び積分値Ｓｓと積分ゲインＫｉ’との積の和であるトルク指令値Ｔｓを出力する。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例えば、上記実施の形態において、第１のモータに関連する位置情報及び第２のモータに関連する位置情報として機械の位置θｘを用いたが、第１のモータに関連する位置情報及び第２のモータに関連する位置情報としてメインモータ６ｍの回転角度θｍ’、サブモータ６ｓの回転角度θｓ’を用いることができる。

また、上記実施の形態において、サブモータ６ｓの位置偏差を求めるために機械の位置θｘを用いる場合について説明したが、サブモータ６ｓの位置偏差を求めるためにサブモータ６ｓの回転角度θｓ’を用いてもよい。

また、上記実施の形態において、位置指令値θｍを時間で２階微分することによって第１のモータの加速度としての加速度ａを計算したが、加速度ａを、回転角度θｍ’を時間で２階微分することによって計算し、回転角度θｓ’を時間で２階微分することによって計算し、又は、回転角度θｍ’を時間で２階微分することによって計算した値と回転角度θｓ’を時間で２階微分することによって計算した値の和を２で除算することによって計算することもできる。

さらに、上記実施の形態において、プリロードトルク値生成部２６を設ける場合について説明したが、プリロードトルク値生成部２６を省略することもできる。

１ 三相交流電源
２ コンバータ
３ 平滑用コンデンサ
４ｍ，４ｓ インバータ
５ｍ，５ｓ 電流検出器
６ｍ メインモータ
６ｓ サブモータ
７ｍ，７ｓ 伝達機構
８ 被駆動体
９ 機械位置検出器
１０ｍ，１０ｓ モータ位置検出器
１１ｍ，１１ｓ モータ速度検出部
１２ モータ制御装置
１３ 上位制御装置
２１ｍ，２１ｓ，２３ｍ，２３ｓ，４２ｍ，４２ｓ 減算器
２２ｍ，２２ｓ 位置制御部
２４ｍ，２４ｓ 速度制御部
２５ｍ，２５ｓ モータ駆動部
２６ プリロードトルク値生成部
２７ 加速度計算部
２８ 積分値選択部
２８ａ 判定部
２８ｂ スイッチ
３１ｍ，３１ｓ 積分器
３２ｍ，３２ｓ，３３ｍ，３３ｓ 増幅器
３４ｍ，３４ｓ，４１ｍ，４１ｓ 加算器
４３ｍ，４３ｓ 電流制御部

Claims (3)

1. 一つの被駆動体を駆動するために第１のモータ及び第２のモータを制御するモータ制御装置であって、
   第１のモータの位置を制御するために、第１のモータに対する位置指令値、第１のモータに関連する位置情報及び第１の位置制御ゲインに基づいて第１の速度指令値を生成する第１の位置制御部と、
   第２のモータの位置を制御するために、第２のモータに対する位置指令値、第２のモータに関連する位置情報及び第２の位置制御ゲインに基づいて第２の速度指令値を生成する第２の位置制御部と、
   前記第１の速度指令値と第１のモータの速度との間の速度偏差である第１の速度偏差の積分値を計算する第１の積分器を有し、第１のモータの速度を制御するために、前記第１の速度偏差、予め決定された値、第１の比例ゲイン及び第１の積分ゲインに基づいて第１のトルク指令値を生成する第１の速度制御部と、
   前記第２の速度指令値と第２のモータの速度との間の速度偏差である第２の速度偏差の積分値を計算する第２の積分器を有し、第２のモータの速度を制御するために、前記第２の速度偏差、前記予め決定された値、第２の比例ゲイン及び第２の積分ゲインに基づいて第２のトルク指令値を生成する第２の速度制御部と、
   第１のモータの駆動状態及び第２のモータの駆動状態に応じて、前記第１の速度偏差の積分値と前記第２の速度偏差の積分値のうちのいずれか一方を前記予め決定された値として選択する積分値選択部と、
   前記第１のトルク指令値に基づいて第１のモータを駆動する第１のモータ駆動部と、
   前記第２のトルク指令値に基づいて第２のモータを駆動する第２のモータ駆動部と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記積分値選択部は、第１のモータの加速度がゼロより大きい第１の値より大きくなったときには前記第１の速度偏差の積分値を前記予め決定された値として選択し、第１のモータの加速度がゼロより小さい第２の値より小さくなったときには前記第２の速度偏差の積分値を前記予め決定された値として選択する、請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 第１のモータの駆動軸に加えられる力の向きと第２のモータの駆動軸に加えられる力の向きとが互いに逆になるように、前記第１のトルク指令値に予め付加されるトルク値である第１のプリロードトルク値及び前記第２のトルク指令値に予め付加されるトルク値である第２のプリロードトルク値を生成するプリロードトルク値生成部を更に備える、請求項１又は２に記載のモータ制御装置。

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