JP5689704B2 - モータ制御装置およびモータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロボットを動作させるモータを制御するモータ制御装置に関する。また、本発明は、ロボットを動作させるモータを制御するためのモータ制御方法に関する。

従来、ロボットを動作させるＤＣモータ（直流モータ、ＤＣブラシレスモータも含む）を制御するモータ制御装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のモータ制御装置では、位置検出器によって、モータの回転位置が検出され、速度検出器によって、モータの回転速度が検出されている。また、減算器によって、位置指令から位置検出器の出力を減算した位置偏差が算出され、位置制御器によって、位置偏差が速度指令に変換され、加減算器によって、速度指令とフィードフォワード制御器からの出力とが加算されるとともに速度検出器の出力が減算され、ＰＩ制御器によって、加減算器の出力がトルク指令に変換されている。さらに、ＰＩ制御器から出力されるトルク指令は、リミッタによって制限がかけられた後に、そのトルク指令に基づいて、モータドライバがモータを駆動している。

特開平１０−３０９６８３号公報

特許文献１に記載のモータ制御装置等によって制御されるＤＣモータでは、駆動用コイルを流れる電流に比例したトルクを得ることができる。駆動用コイルを流れる電流は、静的にはモータドライバに印加される電圧に比例するため、モータドライバに印加される電圧を制御することで、モータのトルクを制御することが可能である。ここで、モータドライバに印加される元電圧が低下した場合には、トルク指令を上げることで、トルクの低下を防止することが可能である。しかしながら、一般に、モータドライバ等の物理的な制約からトルク指令を一定値以上に上げることはできない。そのため、モータドライバに印加される元電圧が大きく低下すると、ロボットに所望の動作をさせることができなくなるばかりでなく、ＰＩ制御器等が有する積分機能の影響で、いわゆるワインドアップ現象が発生して、ロボットが発振挙動等の不安定な挙動を示すことがある。

したがって、従来は、たとえば、元電圧が瞬間的に低下する現象である瞬低（瞬時電圧低下）が発生すると、ロボットが不安定な挙動を示す前に強制的にモータを停止させて、安全性を確保するとともに、ロボットおよびワークの損傷を防止している。しかしながら、瞬低等が発生したときに、モータを停止させてロボットを停止させると、ロボットを再起動させるための復旧時間がかかり、生産性が低下する。特に、電源事情の悪い工場等でロボットが使用される場合、瞬低等が発生するたびに、ロボットを停止させていたのでは、生産性が大幅に低下する。

そこで、本発明の課題は、瞬低等が発生して電源の電圧が低下した場合であっても、ロボットを動作させるモータを停止させることなく、ロボットを適切に動作させることが可能なモータ制御装置を提供することにある。また、本発明の課題は、瞬低等が発生して電源の電圧が低下した場合であっても、ロボットを動作させるモータを停止させることなく、ロボットを適切に動作させることが可能となるモータ制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明のモータ制御装置は、ロボットを動作させるモータを制御するモータ制御装置において、モータを制御するための位置指令を出力する位置指令出力手段と、モータが所定角度回転するごとにパルス信号を発生させる回転検出手段からの出力に基づいて算出される回転位置と位置指令とに基づいて位置偏差を算出して出力する第１の減算手段と、位置偏差を速度指令に変換して出力する位置制御手段と、回転検出手段からの出力に基づいて算出される回転速度と速度指令とに基づいて速度偏差を算出して出力する第２の減算手段と、速度偏差をトルク指令に変換して出力する速度制御手段と、トルク指令の値が所定の制限値以下である場合にトルク指令をそのまま出力するとともにトルク指令の値が制限値を超える場合に制限値をその値とするトルク指令を出力するリミッタと、リミッタからのトルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動手段と、モータ駆動手段に電圧を印加する電源の電圧変動を検出する電圧変動検出手段とを備え、電圧変動検出手段で、電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、位置指令出力手段は、モータの回転速度が下がるように位置指令を変動させ、かつ、位置制御手段は、出力される速度指令を制限することを特徴とする。

本発明のモータ制御装置では、電圧変動検出手段で、電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、位置指令出力手段が、モータの回転速度が下がるように位置指令を変動させるとともに、位置制御手段が、出力される速度指令を制限する。

そのため、本発明では、瞬低等が発生して、電源の電圧が基準値以下になったときに、速度指令の値の増加を抑制して、速度偏差の増加を抑制することが可能になる。したがって、本発明では、瞬低等が発生して、電源の電圧が基準値以下になっても、モータの回転速度を低下させることによってモータを適切に制御して、ロボットに所望の動作を行わせることが可能になるとともに、ワインドアップ現象の発生を防止して、ロボットが不安定な挙動を示すのを防止することが可能になる。その結果、本発明では、瞬低等が発生して電源の電圧が低下した場合であっても、モータを停止させることなく、ロボットを適切に動作させることが可能になる。

ここで、瞬低等が発生して、電源の電圧が基準値以下になったときに、位置指令の変動のみを行う場合には、第１の減算手段から出力される位置偏差の増加を抑制することができるため、電源の電圧が基準値を超えるまで回復して位置指令を元の状態へ戻したときの速度指令の急激な変動を抑制することが可能になる。一方、位置指令の変動の影響は、若干遅れて速度指令に現れるため、この場合には、電源の電圧が基準値以下になったときに、短時間で速度指令の値の増加を抑制することが困難になる状況が生じうる。また、瞬低等が発生して、電源の電圧が基準値以下になったときに、速度指令の制限のみを行う場合には、電源の電圧が基準値以下になったときに、短時間で速度指令の値の増加を抑制することは可能になるが、第１の減算手段から出力される位置偏差が増加することがあるため、電源の電圧が基準値を超えるまで回復して速度指令の制限を解除したときに、速度指令の値が急激に大きくなり、モータが急加速して、ロボットが急激に動作するおそれがある。

本発明では、電圧変動検出手段で、電源の電圧が基準値以下となったことが検出されると、位置指令出力手段は、モータの回転速度が下がるように位置指令を変動させ、かつ、位置制御手段は、出力される速度指令を制限するため、瞬低等が発生して、電源の電圧が基準値以下になったときに、位置指令の変動のみを行う場合に生じうる問題と、速度指令の制限のみを行う場合に生じうる問題との両者を解消することが可能になる。

本発明において、電圧変動検出手段で、電源の電圧が基準値を超えるまで回復したことが検出されると、第１の減算手段から出力される位置偏差が小さくなるように、位置指令出力手段が位置指令を遅延させた後に、位置指令出力手段が遅延後の位置で位置指令を元の状態へ戻すこと、および、出力される速度指令の制限を位置制御手段が解除すること、の少なくともいずれか一方が行われることが好ましい。このように構成すると、電源の電圧が基準値を超えるまで回復した後、位置指令を元の状態へ戻す際や、速度指令の制限を解除する際に、速度指令の値が急激に大きくなるのを防止することが可能になる。したがって、電源の電圧が基準値を超えるまで回復した後、位置指令を元の状態へ戻す際や、速度指令の制限を解除する際のモータの急加速を防止することが可能になり、その結果、ロボットの急激な動作を防止することが可能になる。

また、上記の課題を解決するため、本発明のモータ制御装置は、ロボットを動作させるモータを制御するモータ制御装置において、モータを制御するための位置指令を出力する位置指令出力手段と、モータが所定角度回転するごとにパルス信号を発生させる回転検出手段からの出力に基づいて算出される回転位置と位置指令とに基づいて位置偏差を算出して出力する第１の減算手段と、位置偏差を速度指令に変換して出力する位置制御手段と、回転検出手段からの出力に基づいて算出される回転速度と速度指令とに基づいて速度偏差を算出して出力する第２の減算手段と、速度偏差をトルク指令に変換して出力する速度制御手段と、トルク指令の値が所定の制限値以下である場合にトルク指令をそのまま出力するとともにトルク指令の値が制限値を超える場合に制限値をその値とするトルク指令を出力するリミッタと、リミッタからのトルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動手段と、モータ駆動手段に電圧を印加する電源の電圧変動を検出する電圧変動検出手段とを備え、電圧変動検出手段で、電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、モータの回転速度が下がるように位置指令出力手段が位置指令を変動させ、電圧変動検出手段で、電源の電圧が基準値を超えるまで回復したことが検出されると、第１の減算手段から出力される位置偏差が小さくなるように、位置指令出力手段が位置指令を遅延させた後に、位置指令出力手段が遅延後の位置で位置指令を元の状態へ戻すことを特徴とする。本発明のモータ制御装置では、電圧変動検出手段で、電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、位置指令出力手段が、モータの回転速度が下がるように位置指令を変動させる。そのため、本発明では、瞬低等が発生して、電源の電圧が基準値以下になったときに、速度指令の値の増加を抑制して、速度偏差の増加を抑制することが可能になる。したがって、本発明では、瞬低等が発生して、電源の電圧が基準値以下になっても、モータの回転速度を低下させることによってモータを適切に制御して、ロボットに所望の動作を行わせることが可能になるとともに、ワインドアップ現象の発生を防止して、ロボットが不安定な挙動を示すのを防止することが可能になる。その結果、本発明では、瞬低等が発生して電源の電圧が低下した場合であっても、モータを停止させることなく、ロボットを適切に動作させることが可能になる。また、本発明では、電圧変動検出手段で、電源の電圧が基準値を超えるまで回復したことが検出されると、第１の減算手段から出力される位置偏差が小さくなるように、位置指令出力手段が位置指令を遅延させた後に、位置指令出力手段が遅延後の位置で位置指令を元の状態へ戻すため、電源の電圧が基準値を超えるまで回復した後、位置指令を元の状態へ戻す際のモータの急加速を防止することが可能になり、その結果、ロボットの急激な動作を防止することが可能になる。

さらに、上記の課題を解決するため、本発明のモータ制御装置は、ロボットを動作させるモータを制御するモータ制御装置において、モータを制御するための位置指令を出力する位置指令出力手段と、モータが所定角度回転するごとにパルス信号を発生させる回転検出手段からの出力に基づいて算出される回転位置と位置指令とに基づいて位置偏差を算出して出力する第１の減算手段と、位置偏差を速度指令に変換して出力する位置制御手段と、回転検出手段からの出力に基づいて算出される回転速度と速度指令とに基づいて速度偏差を算出して出力する第２の減算手段と、速度偏差をトルク指令に変換して出力する速度制御手段と、トルク指令の値が所定の制限値以下である場合にトルク指令をそのまま出力するとともにトルク指令の値が制限値を超える場合に制限値をその値とするトルク指令を出力するリミッタと、リミッタからのトルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動手段と、モータ駆動手段に電圧を印加する電源の電圧変動を検出する電圧変動検出手段とを備え、電圧変動検出手段で、電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、出力される速度指令を位置制御手段が制限し、電圧変動検出手段で、電源の電圧が基準値を超えるまで回復したことが検出されると、第１の減算手段から出力される位置偏差が小さくなるように、位置指令出力手段が位置指令を遅延させた後に、出力される速度指令の制限を位置制御手段が解除することを特徴とする。本発明のモータ制御装置では、電圧変動検出手段で、電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、位置制御手段が、出力される速度指令を制限するため、瞬低等が発生して、電源の電圧が基準値以下になったときに、速度指令の値の増加を抑制して、速度偏差の増加を抑制することが可能になる。したがって、本発明では、瞬低等が発生して、電源の電圧が基準値以下になっても、モータの回転速度を低下させることによってモータを適切に制御して、ロボットに所望の動作を行わせることが可能になるとともに、ワインドアップ現象の発生を防止して、ロボットが不安定な挙動を示すのを防止することが可能になる。その結果、本発明では、瞬低等が発生して電源の電圧が低下した場合であっても、モータを停止させることなく、ロボットを適切に動作させることが可能になる。また、本発明では、電圧変動検出手段で、電源の電圧が基準値を超えるまで回復したことが検出されると、第１の減算手段から出力される位置偏差が小さくなるように、位置指令出力手段が位置指令を遅延させた後に、出力される速度指令の制限を位置制御手段が解除するため、電源の電圧が基準値を超えるまで回復した後、速度指令の制限を解除する際のモータの急加速を防止することが可能になり、その結果、ロボットの急激な動作を防止することが可能になる。

また、上記の課題を解決するため、本発明のモータ制御方法は、ロボットを動作させるモータを制御するためのモータ制御方法において、モータを制御するための位置指令とモータの実測した回転位置とに基づいて位置偏差を算出し、位置偏差を速度指令に変換し、速度指令とモータの実測した回転速度とに基づいて速度偏差を算出し、速度偏差をトルク指令に変換し、かつ、トルク指令の値が所定の制限値以下である場合には、そのままのトルク指令に基づいてモータを駆動し、トルク指令の値が制限値を超える場合には、制限値をその値とするトルク指令に基づいてモータを駆動するとともに、モータの電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、モータの回転速度が下がるように位置指令を変動させ、かつ、速度指令を制限することを特徴とする。さらに、上記の課題を解決するため、本発明のモータ制御方法は、ロボットを動作させるモータを制御するためのモータ制御方法において、モータを制御するための位置指令とモータの実測した回転位置とに基づいて位置偏差を算出し、位置偏差を速度指令に変換し、速度指令とモータの実測した回転速度とに基づいて速度偏差を算出し、速度偏差をトルク指令に変換し、かつ、トルク指令の値が所定の制限値以下である場合には、そのままのトルク指令に基づいてモータを駆動し、トルク指令の値が制限値を超える場合には、制限値をその値とするトルク指令に基づいてモータを駆動するとともに、モータの電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、モータの回転速度が下がるように位置指令を変動させ、電源の電圧が基準値を超えるまで回復したことが検出されると、位置偏差が小さくなるように位置指令を遅延させた後に、遅延後の位置で位置指令を元の状態へ戻すことを特徴とする。さらにまた、上記の課題を解決するため、本発明のモータ制御方法は、ロボットを動作させるモータを制御するためのモータ制御方法において、モータを制御するための位置指令とモータの実測した回転位置とに基づいて位置偏差を算出し、位置偏差を速度指令に変換し、速度指令とモータの実測した回転速度とに基づいて速度偏差を算出し、速度偏差をトルク指令に変換し、かつ、トルク指令の値が所定の制限値以下である場合には、そのままのトルク指令に基づいてモータを駆動し、トルク指令の値が制限値を超える場合には、制限値をその値とするトルク指令に基づいてモータを駆動するとともに、モータの電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、速度指令を制限し、電源の電圧が基準値を超えるまで回復したことが検出されると、位置偏差が小さくなるように位置指令を遅延させた後に、速度指令の制限を解除することを特徴とする。

本発明のモータ制御方法では、モータの電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、モータの回転速度が下がるように位置指令を変動させるとともに、速度指令を制限する。あるいは、本発明のモータ制御方法では、モータの電源の電圧が基準値以下になったことが検出されると、モータの回転速度が下がるように位置指令を変動させるか、または、速度指令を制限する。そのため、本発明では、瞬低等が発生して、電源の電圧が基準値以下になったときに、速度指令の値の増加を抑制して、速度偏差の増加を抑制することが可能になる。したがって、本発明では、瞬低等が発生して、電源の電圧が基準値以下になっても、モータの回転速度を低下させることによってモータを適切に制御して、ロボットに所望の動作を行わせることが可能になるとともに、ワインドアップ現象の発生を防止して、ロボットが不安定な挙動を示すのを防止することが可能になる。その結果、本発明のモータ制御方法でモータを制御すれば、瞬低等が発生して電源の電圧が低下した場合であっても、モータを停止させることなく、ロボットを適切に動作させることが可能になる。

以上のように、本発明のモータ制御装置では、瞬低等が発生して電源の電圧が低下した場合であっても、ロボットを動作させるモータを停止させることなく、ロボットを適切に動作させることが可能になる。また、本発明のモータ制御方法でロボットを動作させるモータを制御すれば、瞬低等が発生して電源の電圧が低下した場合であっても、モータを停止させることなく、ロボットを適切に動作させることが可能になる。

本発明の実施の形態にかかるモータ制御装置およびモータ制御装置に関連する構成を示すブロック図である。 図１に示す位置指令出力部から出力される位置指令の一例を示すグラフである。 図１に示す位置制御部から出力される速度指令の一例を示すグラフである。 図１に示す減算部から出力される位置偏差の一例、および、図１に示すモータの回転速度およびトルクの一例を示すグラフである。 本発明の実施の形態にかかるモータ制御装置でモータを制御しているときに瞬低が発生した場合の速度指令に変換される位置偏差の変化、モータの回転速度およびトルクの変化を説明するためのグラフである。 従来のモータ制御装置でモータを制御しているときに瞬低が発生した場合の速度指令に変換される位置偏差の変化、モータの回転速度およびトルクの変化を説明するためのグラフである。 本発明の他の実施の形態にかかるモータ制御装置でモータを制御しているときに瞬低が発生した場合の速度指令に変換される位置偏差の変化、モータの回転速度およびトルクの変化を説明するためのグラフである。 本発明の他の実施の形態にかかるモータ制御装置でモータを制御しているときに瞬低が発生した場合の速度指令に変換される位置偏差の変化、モータの回転速度およびトルクの変化を説明するためのグラフである。 本発明の他の実施の形態にかかるモータ制御装置でモータを制御しているときの、位置指令出力部から出力される位置指令の一例を示すグラフである。 本発明の他の実施の形態にかかるモータ制御装置でモータを制御しているときに瞬低が発生した場合の速度指令に変換される位置偏差の変化、モータの回転速度およびトルクの変化を説明するためのグラフである。 本発明の他の実施の形態にかかるモータ制御装置でモータを制御しているときに瞬低が発生した場合の速度指令に変換される位置偏差の変化、モータの回転速度およびトルクの変化を説明するためのグラフである。 本発明の他の実施の形態にかかるモータ制御装置でモータを制御しているときに瞬低が発生した場合の速度指令に変換される位置偏差の変化、モータの回転速度およびトルクの変化を説明するためのグラフである。 本発明の他の実施の形態にかかるモータ制御装置でモータを制御しているときに瞬低が発生した場合の速度指令に変換される位置偏差の変化、モータの回転速度およびトルクの変化を説明するためのグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（モータ制御装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるモータ制御装置１およびモータ制御装置１に関連する構成を示すブロック図である。図２は、図１に示す位置指令出力部８から出力される位置指令の一例を示すグラフである。図３は、図１に示す位置制御部１０から出力される速度指令の一例を示すグラフである。図４は、図１に示す減算部９から出力される位置偏差の一例、および、図１に示すモータ２の回転速度およびトルクの一例を示すグラフである。

本形態のモータ制御装置１は、産業用ロボットを動作させるモータ２を制御するための装置である。モータ２は、ＤＣサーボモータであり、たとえば、産業用ロボットのアームを動作させる。図１に示すように、モータ制御装置１には、モータ２の電源３が接続されている。また、モータ制御装置１とモータ２との間には、エンコーダ４が配置されている。エンコーダ４は、たとえば、モータ２の回転軸に固定される円板状のスリット板と、スリット板を挟むように配置される発光素子および受光素子を有する光学式センサとによって構成されており、光学式センサは、モータ制御装置１に接続されている。

モータ制御装置１は、ＭＰＵ等の演算手段、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等の記憶手段、および、Ｉ／Ｏポート等の入出力手段等によって構成されている。また、モータ制御装置１は、機能的には、位置検出部６と、速度検出部７と、位置指令出力手段としての位置指令出力部８と、第１の減算手段としての減算部９と、位置制御手段としての位置制御部１０と、第２の減算手段としての減算部１１と、速度制御手段としての速度制御部１２と、リミッタ１３と、モータ駆動手段としてのドライバ１４と、電圧変動検出手段としての電圧変動検出部１５とを備えている。

位置検出部６は、エンコーダ４からの出力に基づいてモータ２の回転位置を算出する。速度検出部７は、エンコーダ４からの出力に基づいてモータ２の回転速度を算出する。位置指令出力部８は、モータ２の回転速度および回転位置を制御するための位置指令を出力する。具体的には、位置指令出力部８は、モータ２の起動後の経過時間に応じた目標回転位置を位置指令として出力する。モータ２の起動後の経過時間を横軸にとり、目標回転位置を縦軸にとると、位置指令出力部８から出力される位置指令は、たとえば、図２に示すグラフのようになる。

減算部９は、位置指令出力部８から出力される位置指令から、位置検出部６から出力される実測の回転位置を減算した位置偏差を算出して出力する。モータ２の起動後の経過時間を横軸にとり、位置偏差を縦軸にとると、減算部９から出力される位置偏差は、たとえば、図４に示すグラフのようになる。

位置制御部１０は、通常、減算部９から出力される位置偏差を速度指令に変換して出力する。具体的には、位置制御部１０は、モータ２の起動後の経過時間に応じた目標回転速度を速度指令として出力する。モータ２の起動後の経過時間を横軸にとり、目標回転速度を縦軸にとると、位置制御部１０から出力される速度指令は、たとえば、図３に示すグラフのようになる。位置制御部１０では、比例制御が行われている。

減算部１１は、位置制御部１０から出力される速度指令から、速度検出部７から出力される実測の回転速度を減算した速度偏差を算出して出力する。速度制御部１２は、減算部１１から出力される速度偏差をトルク指令に変換して出力する。速度制御部１２では、比例制御と積分制御とを組み合わせたＰＩ制御が行われている。

リミッタ１３は、速度制御部１２から出力されるトルク指令の値が所定の制限値以下である場合に、速度制御部１２から出力されるトルク指令をトルク指令としてそのまま出力するとともに、速度制御部１２から出力されるトルク指令の値が制限値を超える場合に、この制限値をその値とするトルク指令を出力する。すなわち、リミッタ１３によって、ドライバ１４に向かって出力されるトルク指令の上限値が設定されている。

ドライバ１４には、電源３が接続されており、ドライバ１４は、リミッタ１３から出力されるトルク指令に基づいてモータ２に電圧を印加してモータ２を駆動する。ドライバ４によって駆動されるモータ２の回転速度およびトルクは、モータ２の起動後の経過時間を横軸にとり、回転速度およびトルクを縦軸にとると、図４に示すグラフのようになる。

電圧変動検出部１５は、電源３に接続されており、電源３の電圧変動を検出する。本形態では、電圧変動検出部１５は、電源３の電圧が瞬間的に所定の基準値以下となる瞬低が発生したことを検出する。また、電圧変動検出部１５は、位置指令出力部８および位置制御部１０に接続されている。

（瞬低発生時のモータの制御方法）
図５は、本発明の実施の形態にかかるモータ制御装置１でモータ２を制御しているときに瞬低が発生した場合の速度指令に変換される位置偏差の変化、モータ２の回転速度およびトルクの変化を説明するためのグラフである。図６は、従来のモータ制御装置でモータ２を制御しているときに瞬低が発生した場合の速度指令に変換される位置偏差の変化、モータ２の回転速度およびトルクの変化を説明するためのグラフである。

モータ制御装置１は、瞬低が発生すると、以下のように動作してモータ２を制御する。まず、瞬低が発生したか否かは、電圧変動検出部１５で判断される。電圧変動検出部１５で、電源３の電圧が基準値以下になったことが検出されると（すなわち、電圧変動検出部１５で瞬低の発生が検出されると）、電圧変動検出部１５での検出結果に基づいて、位置指令出力部８は、モータ２の回転速度が下がるように位置指令を変動させる。たとえば、電圧変動検出部１５で瞬低の発生が検出されると、位置指令出力部８は、図２の二点鎖線で示すように位置指令を変動させる。このときには、位置指令出力部８は、ロボットに搭載されるワークやロボット等に損傷が発生しない範囲で可能な限り早くモータ２の回転速度が下がるように、位置指令を変動させることが好ましい。たとえば、位置指令出力部８は、モータ２の通常の減速時の減速度と同じ減速度でモータ２の回転速度が下がるように、位置指令を変動させる。

また、電圧変動検出部１５で瞬低の発生が検出されると、電圧変動検出部１５での検出結果に基づいて、位置制御部１０は、速度指令に変換される位置偏差を制限する。たとえば、位置制御部１０は、瞬低発生時の位置偏差を、速度指令に変換される位置偏差として固定（クランプ）して、固定された位置偏差を速度指令に変換する。あるいは、位置制御部１０は、たとえば、速度検出部７で検出されるモータ２の回転速度に応じて速度指令に変換される位置偏差の上限値を変動させるとともに、減算部９からの位置偏差が上限値以下であれば、その位置偏差を速度指令に変換される位置偏差とし、減算部９からの位置偏差が上限値を超える場合には、その上限値の位置偏差を速度指令に変換される位置偏差とする。上述のように、位置制御部１０では、比例制御が行われているため、速度指令に変換される位置偏差が制限されると、位置制御部１０から出力される速度指令も制限される。すなわち、電圧変動検出部１５で瞬低の発生が検出されると、位置制御部１０は、出力される速度指令を制限する。

瞬低が終わって、電圧変動検出部１５で、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復したことが検出されると、位置制御部１０は、位置偏差の制限を解除する。すなわち、位置制御部１０は、速度指令の制限を解除する。また、位置指令出力部８が位置指令を元の状態へ戻す。たとえば、位置指令出力部８は、モータ２の回転速度が下がるように変動させていた位置指令を図２の実線で示す位置指令に戻す。

本形態のモータ制御装置１は、瞬低が発生すると、以上のような動作を行うため、モータ制御装置１でモータ２を制御しているときに、瞬低が発生した場合の速度指令に変換される位置偏差、モータ２の回転速度およびモータ２のトルクは、たとえば、図５に示すグラフのように変化する。なお、瞬低が発生すると、速度指令に変換される位置偏差は制限されるが、減算部９から出力される実際の位置偏差は増加しているため、図５に示すように、電源３の電圧が回復して、位置制御部１０が位置偏差の制限を解除すると、位置偏差が不連続で増加する。

一方、従来のモータ制御装置でモータ２を制御しているときに、瞬低が発生した場合の位置偏差、モータ２の回転速度およびモータ２のトルクは、たとえば、図６に示すグラフのように変化する。

なお、図５、図６に示すグラフは、速度指令に変換される位置偏差、モータ２の回転速度およびモータ２のトルクの変化の傾向の概略を示しているものであり、速度指令に変換される位置偏差、モータ２の回転速度およびモータ２のトルクの実際の変化は、図５、図６に示すグラフとは、完全には一致しない。また、モータ制御装置１の制御パラメータや動作環境によって、速度指令に変換される位置偏差、モータ２の回転速度およびモータ２のトルクの変化の仕方は変わる。後述する図７、図８、図１０〜図１３についても同様である。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、電圧変動検出部１５で瞬低の発生が検出されると、位置制御部１０は、出力される速度指令を制限している。そのため、本形態では、瞬低が発生したときに、減算部１１から出力される速度偏差の増加を抑制することが可能になり、速度制御部１２から出力されるトルク指令の値の増加を抑制することが可能になる。したがって、本形態では、瞬低が発生しても、モータ２を適切に制御して、ロボットに所望の動作を行わせることが可能になるとともに、ワインドアップ現象の発生を防止して、ロボットが不安定な挙動を示すのを防止することが可能になる。その結果、本形態では、瞬低が発生しても、モータ２を停止させることなく、ロボットを適切に動作させることが可能になる。また、本形態では、瞬低が発生すると、位置制御部１０が出力される速度指令を制限するため、瞬低発生後、短時間で速度偏差の増加を抑制することが可能になる。

本形態では、電圧変動検出部１５で瞬低の発生が検出されると、位置指令出力部８は、モータ２の回転速度が下がるように位置指令を変動させる。そのため、本形態では、瞬低の発生時に、減算部９から出力される実際の位置偏差の増加を抑制することが可能になる。したがって、本形態では、電源３の電圧が回復して位置制御部１０が速度指令の制限を解除したときの速度指令の値の急激な増加を抑制することが可能になる。その結果、本形態では、モータ２の急加速を抑制して、ロボットの急激な動作を防止することが可能になる。

なお、従来のモータ制御装置でモータ２を制御しているときに、瞬低が発生すると、図６に示すように、速度指令に変換される位置偏差が増加していくため、速度指令の値および速度偏差が増加し、その結果、トルク指令の値が増加して、トルク指令の値が制限値を超えてしまうおそれがある。また、瞬低が終わって、電源３の電圧が回復すると、増加した位置偏差を解消するため、図６に示すように、モータ２の回転速度が急激に増加する。

（瞬低発生時のモータの制御方法の変形例１）
上述した形態では、瞬低が発生すると、位置指令出力部８は、モータ２の回転速度が下がるように位置指令を変動させ、かつ、位置制御部１０は、出力される速度指令を制限している。この他にもたとえば、瞬低が発生したときに、モータ２の回転速度が下がるような位置指令の変動のみを行っても良い。この場合には、瞬低が発生した場合の速度指令に変換される位置偏差、モータ２の回転速度およびモータ２のトルクは、たとえば、図７に示すグラフのように変化する。

瞬低が発生したときに、モータ２の回転速度が下がるような位置指令の変動のみを行う場合であっても、図６と図７とを比較すればわかるように、従来のモータ制御装置でモータ２が制御される場合と比較して、速度指令に変換される位置偏差の増加を抑制することが可能になるため、速度指令の値および速度偏差の増加を抑制することが可能になる。したがって、この場合であっても、瞬低が発生したときに、モータ２を適切に制御して、ロボットに所望の動作を行わせることが可能になるとともに、ワインドアップ現象の発生を防止して、ロボットが不安定な挙動を示すのを防止することが可能になり、その結果、瞬低が発生しても、モータ２を停止させることなく、ロボットを適切に動作させることが可能になる。また、この場合には、瞬低発生時に、減算部９から出力される実際の位置偏差の増加を抑制することが可能になるため、電源３の電圧が回復して位置指令を元の状態へ戻したときの速度指令の急激な変動を抑制することが可能になる。

（瞬低発生時のモータの制御方法の変形例２）
上述した形態では、瞬低が発生すると、位置指令出力部８は、モータ２の回転速度が下がるように位置指令を変動させ、かつ、位置制御部１０は、出力される速度指令を制限している。この他にもたとえば、瞬低が発生したときに、位置制御部１０から出力される速度指令の制限のみを行っても良い。この場合には、瞬低が発生した場合の速度指令に変換される位置偏差、モータ２の回転速度およびモータ２のトルクは、たとえば、図８に示すグラフのように変化する。

この場合であっても、上述のように、瞬低が発生したときに、減算部１１から出力される速度偏差の増加を抑制することが可能になり、速度制御部１２から出力されるトルク指令の値の増加を抑制することが可能になる。そのため、瞬低が発生しても、モータ２を適切に制御して、ロボットに所望の動作を行わせることが可能になるとともに、ワインドアップ現象の発生を防止して、ロボットが不安定な挙動を示すのを防止することが可能になる。また、瞬低が発生すると、位置制御部１０が出力される速度指令を制限するため、瞬低発生後、短時間で速度偏差の増加を抑制することが可能になる。

（瞬低終了後のモータの制御方法の変形例１）
上述した形態では、瞬低が終わって、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復すると、位置制御部１０は、速度指令の制限を解除し、位置指令出力部８は、位置指令を元の状態へ戻している。この他にもたとえば、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復したときに、減算部９から出力される位置偏差が小さくなるように、位置指令出力部８が位置指令を遅延させた後に（すなわち、位置指令出力部８がモータ２の目標回転位置を所定量戻した指令位置を出力した後に）、位置制御部１０が速度指令の制限を解除し、かつ、位置指令出力部８が遅延後の位置で位置指令を元の状態へ戻しても良い。

すなわち、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復したときに、たとえば、図９の実線で示すように、位置指令出力部８が位置指令を遅延させた後に、遅延後の位置で位置指令を元の状態へ戻し、かつ、位置制御部１０が速度指令の制限を解除しても良い。この場合には、速度指令に変換される位置偏差、モータ２の回転速度およびモータ２のトルクは、たとえば、図１０に示すグラフのように変化する。なお、図９の破線は、瞬低が発生しないときの位置指令の変化を示しており、位置指令出力部８が位置指令を遅延させた後に遅延後の位置で位置指令を元の状態へ戻した後の位置指令の変化を示す実線と、瞬低が発生しないときの位置指令の変化を示す破線とは平行になっている。

この場合には、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復した後、速度指令の制限を解除し、かつ、位置指令を元の状態へ戻す際に、速度指令の値が急激に大きくなるのを抑制することが可能になる。そのため、たとえば、図５と図１０とを比較すればわかるように、この場合には、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復した後、速度指令の制限を解除し、かつ、位置指令を元の状態へ戻す際の、モータ２の回転速度の変動を大幅に抑制することが可能になる。したがって、この場合には、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復した後、位置指令を元の状態へ戻す際や、速度指令の制限を解除する際のモータ２の急加速を防止することが可能になり、その結果、ロボットの急激な動作を防止することが可能になる。

なお、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復したときに、位置指令出力部８が位置指令を元の状態に戻した後に、位置指令を遅延させ、その後、位置制御部１０が速度指令の制限を解除しても良い。また、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復したことが検出されたときに、位置制御部１０が速度指令の制限を解除した後に、位置指令出力部８が位置指令を遅延させ、その後、位置指令出力部８が位置指令を元の状態に戻しても良い。

また、瞬低が発生したときに、モータ２の回転速度が下がるような位置指令の変動のみを行う場合には、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復したときに、減算部９から出力される位置偏差が小さくなるように、位置指令出力部８が位置指令を遅延させた後に、遅延後の位置で位置指令を元の状態へ戻しても良い。この場合には、速度指令に変換される位置偏差、モータ２の回転速度およびモータ２のトルクは、たとえば、図１１に示すグラフのように変化する。

この場合であっても、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復した後、位置指令を元の状態へ戻す際に、速度指令の値が急激に大きくなるのを抑制することが可能になる。そのため、たとえば、図７と図１１とを比較すればわかるように、この場合には、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復した後、位置指令を元の状態へ戻す際の、モータ２の回転速度の変動を大幅に抑制することが可能になる。

また、瞬低が発生したときに、位置制御部１０から出力される速度指令の制限のみを行う場合には、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復したときに、減算部９から出力される位置偏差が小さくなるように、位置指令出力部８が位置指令を遅延させた後に、位置制御部１０が速度指令の制限を解除しても良い。この場合には、速度指令に変換される位置偏差、モータ２の回転速度およびモータ２のトルクは、たとえば、図１２に示すグラフのように変化する。

この場合であっても、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復した後、位置指令を元の状態へ戻す際に、速度指令の値が急激に大きくなるのを抑制することが可能になる。そのため、たとえば、図８と図１２とを比較すればわかるように、この場合には、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復した後、位置指令を元の状態へ戻す際の、モータ２の回転速度の変動を大幅に抑制することが可能になる。

なお、瞬低が発生したときに、モータ２の回転速度が下がるような位置指令の変動も、位置制御部１０から出力される速度指令の制限も行わない場合に、電源３の電圧が基準値を超えるまで回復した後、減算部９から出力される位置偏差が小さくなるように、位置指令出力部８が位置指令を遅延させると、速度指令に変換される位置偏差、モータ２の回転速度およびモータ２のトルクは、たとえば、図１３に示すグラフのように変化する。

（瞬低終了後のモータの制御方法の変形例２）
上述した形態では、瞬低が終わって、電源３の電圧が回復すると、位置制御部１０は、速度指令の制限を解除し、位置指令出力部８は、位置指令を元の状態へ戻している。この他にもたとえば、電源３の電圧が回復した後も、速度指令の制限、および、モータ２の回転速度が下がるような位置指令の変動を継続するとともに、減算部９から出力される位置偏差がある程度小さくなったところで、位置制御部１０が速度指令の制限を解除し、位置指令出力部８が位置指令を元の状態へ戻しても良い。すなわち、電源３の電圧が回復した後の所定時間経過後に、位置制御部１０が速度指令の制限を解除し、位置指令出力部８が位置指令を元の状態へ戻しても良い。

たとえば、電源３の電圧が回復した後も、位置指令出力部８から出力される位置指令がモータ２を減速させる減速領域に入るまで、あるいは、位置指令出力部８から出力される位置指令が完了するまで、速度指令の制限、および、モータ２の回転速度が下がるような位置指令の変動を継続してから、その度、位置制御部１０が速度指令の制限を解除し、位置指令出力部８が位置指令を元の状態へ戻しても良い。位置指令が減速領域に入ると、あるいは、位置指令出力部８から出力される位置指令が完了すると、減算部９から出力される位置偏差（すなわち、位置指令と、位置検出部６から出力される実測の回転位置との差）が小さくなり、位置制御部１０で速度指令に変換されている位置偏差に近づいていく。

そのため、この場合には、電源３の電圧が回復した後、速度指令の制限を解除し、かつ、位置指令を元の状態へ戻す際に、速度指令の値が急激に大きくなるのを抑制することが可能になる。したがって、この場合には、電源３の電圧が回復した後、位置指令を元の状態へ戻す際や、速度指令の制限を解除する際のモータ２の急加速を防止することが可能になり、その結果、ロボットの急激な動作を防止することが可能になる。

（瞬低終了後のモータの制御方法の変形例３）
上述した形態では、瞬低が終わって、電源３の電圧が回復すると、位置制御部１０は、速度指令の制限を解除し、位置指令出力部８は、位置指令を元の状態へ戻している。この他にもたとえば、瞬低が終わって、電源３の電圧が回復したときに、まず、位置制御部１０が速度指令の制限を解除し、その後、位置指令出力部８が位置指令を元の状態へ戻しても良い。

（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。

上述した形態では、電圧変動検出部１５で瞬低の発生が検出されると、位置指令出力部８は、モータ２の回転速度が下がるように位置指令を変動させ、位置制御部１０は、出力される速度指令を制限している。この他にもたとえば、電圧変動検出部１５で電源３の電圧が所定量低下したことが検出されたときに（すなわち、電圧変動検出部１５で電源３の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されたときに）、モータ２の回転速度が下がるように位置指令出力部８が位置指令を変動させ、位置制御部１０が出力される速度指令を制限しても良い。

従来、速度や加減速度等のモータ２の動作パラメータを調整する際には、電源３の実際の電圧よりも低い電圧でモータ２を動作させている。たとえば、電源３の実際の電圧が２００（Ｖ）である場合には、モータ２の動作パラメータの調整時には、２００（Ｖ）よりも低い電圧がドライバ１４に印加されている。これは、電源３の電圧が定常的に低い場合であっても、モータ２を安全に動作、停止させることができるようにするためである。すなわち、従来は、モータ２の動作パラメータは、電源３の実際の電圧に対して余裕を持った値になっている。

これに対して、電圧変動検出部１５で電源３の電圧が所定量低下したことが検出されたときに、モータ２の回転速度が下がるように位置指令出力部８が位置指令を変動させ、位置制御部１０が出力される速度指令を制限するように構成した場合には、電源３の電圧の変動に追従させて、モータ２を適切に制御することが可能になるため、実際の電圧で調整された動作パラメータでも、モータ２を安全に動作、停止させることが可能になる。したがって、この場合には、モータ２を従来よりも高速度、高加速度で動作させることが可能になり、ロボットを高速で動作させることが可能になる。その結果、ロボットが使用される工程のタクトタイムを短縮することが可能になる。

１ モータ制御装置
２ モータ
３ 電源
４ エンコーダ（回転検出手段）
８ 位置指令出力部（位置指令出力手段）
９ 減算部（第１の減算手段）
１０ 位置制御部（位置制御手段）
１１ 減算部（第２の減算手段）
１２ 速度制御部（速度制御手段）
１３ リミッタ
１４ ドライバ（モータ駆動手段）
１５ 電圧変動検出部（電圧変動検出手段）

Claims (7)

1. ロボットを動作させるモータを制御するモータ制御装置において、
   前記モータを制御するための位置指令を出力する位置指令出力手段と、前記モータが所定角度回転するごとにパルス信号を発生させる回転検出手段からの出力に基づいて算出される回転位置と前記位置指令とに基づいて位置偏差を算出して出力する第１の減算手段と、前記位置偏差を速度指令に変換して出力する位置制御手段と、前記回転検出手段からの出力に基づいて算出される回転速度と前記速度指令とに基づいて速度偏差を算出して出力する第２の減算手段と、前記速度偏差をトルク指令に変換して出力する速度制御手段と、前記トルク指令の値が所定の制限値以下である場合に前記トルク指令をそのまま出力するとともに前記トルク指令の値が前記制限値を超える場合に前記制限値をその値とする前記トルク指令を出力するリミッタと、前記リミッタからの前記トルク指令に基づいて前記モータを駆動するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段に電圧を印加する電源の電圧変動を検出する電圧変動検出手段とを備え、
   前記電圧変動検出手段で、前記電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、
   前記位置指令出力手段は、前記モータの回転速度が下がるように前記位置指令を変動させ、かつ、前記位置制御手段は、出力される前記速度指令を制限することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記電圧変動検出手段で、前記電源の電圧が前記基準値を超えるまで回復したことが検出されると、
   前記第１の減算手段から出力される前記位置偏差が小さくなるように、前記位置指令出力手段が前記位置指令を遅延させた後に、
   前記位置指令出力手段が遅延後の位置で前記位置指令を元の状態へ戻すこと、および、出力される前記速度指令の制限を前記位置制御手段が解除すること、の少なくともいずれか一方が行われることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. ロボットを動作させるモータを制御するモータ制御装置において、
   前記モータを制御するための位置指令を出力する位置指令出力手段と、前記モータが所定角度回転するごとにパルス信号を発生させる回転検出手段からの出力に基づいて算出される回転位置と前記位置指令とに基づいて位置偏差を算出して出力する第１の減算手段と、前記位置偏差を速度指令に変換して出力する位置制御手段と、前記回転検出手段からの出力に基づいて算出される回転速度と前記速度指令とに基づいて速度偏差を算出して出力する第２の減算手段と、前記速度偏差をトルク指令に変換して出力する速度制御手段と、前記トルク指令の値が所定の制限値以下である場合に前記トルク指令をそのまま出力するとともに前記トルク指令の値が前記制限値を超える場合に前記制限値をその値とする前記トルク指令を出力するリミッタと、前記リミッタからの前記トルク指令に基づいて前記モータを駆動するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段に電圧を印加する電源の電圧変動を検出する電圧変動検出手段とを備え、
   前記電圧変動検出手段で、前記電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、前記モータの回転速度が下がるように前記位置指令出力手段が前記位置指令を変動させ、
   前記電圧変動検出手段で、前記電源の電圧が前記基準値を超えるまで回復したことが検出されると、前記第１の減算手段から出力される前記位置偏差が小さくなるように、前記位置指令出力手段が前記位置指令を遅延させた後に、前記位置指令出力手段が遅延後の位置で前記位置指令を元の状態へ戻すことを特徴とするモータ制御装置。
4. ロボットを動作させるモータを制御するモータ制御装置において、
   前記モータを制御するための位置指令を出力する位置指令出力手段と、前記モータが所定角度回転するごとにパルス信号を発生させる回転検出手段からの出力に基づいて算出される回転位置と前記位置指令とに基づいて位置偏差を算出して出力する第１の減算手段と、前記位置偏差を速度指令に変換して出力する位置制御手段と、前記回転検出手段からの出力に基づいて算出される回転速度と前記速度指令とに基づいて速度偏差を算出して出力する第２の減算手段と、前記速度偏差をトルク指令に変換して出力する速度制御手段と、前記トルク指令の値が所定の制限値以下である場合に前記トルク指令をそのまま出力するとともに前記トルク指令の値が前記制限値を超える場合に前記制限値をその値とする前記トルク指令を出力するリミッタと、前記リミッタからの前記トルク指令に基づいて前記モータを駆動するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段に電圧を印加する電源の電圧変動を検出する電圧変動検出手段とを備え、
   前記電圧変動検出手段で、前記電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、出力される前記速度指令を前記位置制御手段が制限し、
   前記電圧変動検出手段で、前記電源の電圧が前記基準値を超えるまで回復したことが検出されると、前記第１の減算手段から出力される前記位置偏差が小さくなるように、前記位置指令出力手段が前記位置指令を遅延させた後に、出力される前記速度指令の制限を前記位置制御手段が解除することを特徴とするモータ制御装置。
5. ロボットを動作させるモータを制御するためのモータ制御方法において、
   前記モータを制御するための位置指令と前記モータの実測した回転位置とに基づいて位置偏差を算出し、前記位置偏差を速度指令に変換し、前記速度指令と前記モータの実測した回転速度とに基づいて速度偏差を算出し、前記速度偏差をトルク指令に変換し、かつ、
   前記トルク指令の値が所定の制限値以下である場合には、そのままの前記トルク指令に基づいて前記モータを駆動し、前記トルク指令の値が前記制限値を超える場合には、前記制限値をその値とする前記トルク指令に基づいて前記モータを駆動するとともに、
   前記モータの電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、前記モータの回転速度が下がるように前記位置指令を変動させ、かつ、前記速度指令を制限することを特徴とするモータ制御方法。
6. ロボットを動作させるモータを制御するためのモータ制御方法において、
   前記モータを制御するための位置指令と前記モータの実測した回転位置とに基づいて位置偏差を算出し、前記位置偏差を速度指令に変換し、前記速度指令と前記モータの実測した回転速度とに基づいて速度偏差を算出し、前記速度偏差をトルク指令に変換し、かつ、
   前記トルク指令の値が所定の制限値以下である場合には、そのままの前記トルク指令に基づいて前記モータを駆動し、前記トルク指令の値が前記制限値を超える場合には、前記制限値をその値とする前記トルク指令に基づいて前記モータを駆動するとともに、
   前記モータの電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、前記モータの回転速度が下がるように前記位置指令を変動させ、
   前記電源の電圧が前記基準値を超えるまで回復したことが検出されると、前記位置偏差が小さくなるように前記位置指令を遅延させた後に、遅延後の位置で前記位置指令を元の状態へ戻すことを特徴とするモータ制御方法。
7. ロボットを動作させるモータを制御するためのモータ制御方法において、
   前記モータを制御するための位置指令と前記モータの実測した回転位置とに基づいて位置偏差を算出し、前記位置偏差を速度指令に変換し、前記速度指令と前記モータの実測した回転速度とに基づいて速度偏差を算出し、前記速度偏差をトルク指令に変換し、かつ、
   前記トルク指令の値が所定の制限値以下である場合には、そのままの前記トルク指令に基づいて前記モータを駆動し、前記トルク指令の値が前記制限値を超える場合には、前記制限値をその値とする前記トルク指令に基づいて前記モータを駆動するとともに、
   前記モータの電源の電圧が所定の基準値以下になったことが検出されると、前記速度指令を制限し、
   前記電源の電圧が前記基準値を超えるまで回復したことが検出されると、前記位置偏差が小さくなるように前記位置指令を遅延させた後に、前記速度指令の制限を解除することを特徴とするモータ制御方法。

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