JP6603285B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械の主軸を駆動する誘導モータを制御するモータ制御装置に関する。

工作機械の主軸モータとして、誘導モータが用いられることがある。特許文献１及び２には、このような誘導モータを制御するモータ制御装置が記載されている。
特許文献１には、誘導モータに供給する１次電流を、磁束生成のための励磁電流と、トルク電流とに分けて制御するベクトル制御に関する技術が記載されている。
特許文献２には、速度指令に基づく速度制御と位置指令に基づく位置制御との制御モードを切り換える技術が記載されている。

特開２０１３−２２３３２９号公報 特開２００８−３０６７９８号公報

誘導モータは、固定子（ステータ）コイルに励磁電流を流して回転磁界を発生させると共に、回転子（ロータ）に誘導電流を発生させ、その電磁力により、回転子が回転磁界の回転を追いかけるように回転するモータである。誘導モータには、固定子コイルに励磁電流が流れることにより発熱が伴うという欠点がある。この欠点の回避を目的として、誘導モータに対する負荷が軽く、高いトルクが必要とされない場合に、回転磁界の磁束又は励磁電流を弱める磁束弱め技術がある。

ところで、速度指令に基づく速度制御時に、加減速を行う場合、大きなトルクが必要となる。そのため、磁束弱め技術を用いた場合、誘導モータの磁束を弱めることによりトルクが小さくなった状態で加減速を行うと、速度指令に従って励磁電流を増加した直後は、磁束が十分に立ち上がっていないために十分なトルクを得ることができず、加速時間が延びてしまう。すなわち、制御の応答性が低下してしまう。

また、位置指令に基づく位置制御では、軽負荷時でも高い応答性が求められる。そのため、磁束弱め技術を用いた場合、誘導モータの磁束を弱めることによりトルクが小さくなった状態で速度制御から位置制御に切り換えると、速度指令から位置指令への変更に従って励磁電流を増加した直後は、磁束が十分に立ち上がっていないために十分なトルクを得ることができず、位置制御の応答性が低下してしまう。

本発明は、発熱の低減と制御の高い応答性との両立を図るモータ制御装置を提供することを目的とする。

（１） 本発明に係るモータ制御装置（例えば、後述のモータ制御装置１、１Ａ）は、工作機械の主軸を駆動する誘導モータ（例えば、後述の誘導モータ２）を制御するモータ制御装置であって、前記工作機械の動作プログラムに基づく動作指令に従って、前記主軸の回転位置又は回転速度、及び前記誘導モータの２次磁束を制御する主軸制御部（例えば、後述の主軸制御部２００）と、前記動作プログラムを先読みして、前記誘導モータの２次磁束を増加させる必要がある動作指令の変化を事前に検知する事前検知部（例えば、後述の事前検知部１０）と、前記事前検知部で前記動作指令の変化が検知された場合に、前記主軸制御部に、前記動作指令の変化に先行して前記誘導モータの２次磁束を増加させる事前変更部（例えば、後述の事前変更部２０）と、を備える。

（２） （１）に記載のモータ制御装置において、前記主軸制御部は、前記誘導モータの２次磁束を制御する励磁電流指令と、前記誘導モータのトルクを制御するトルク電流指令とに基づいて、誘導モータのベクトル制御を行い、前記事前変更部は、前記励磁電流指令、又は前記励磁電流指令を生成するための磁束指令を増加させることにより、前記誘導モータの２次磁束を増加させてもよい。

（３） （１）又は（２）に記載のモータ制御装置は、前記動作指令の変化に先行して前記誘導モータの２次磁束を増加させる変更タイミングを設定値として設定する設定部（例えば、後述する設定部１２）を更に備え、前記事前変更部は、前記設定部で設定された設定値に基づいて、前記誘導モータの２次磁束を増加させてもよい。

（４） （３）に記載のモータ制御装置において、前記事前検知部は、前記設定部で設定された変更タイミングを経過するときに、前記動作指令の変化を検知してもよい。

（５） （３）又は（４）に記載のモータ制御装置は、前記誘導モータの２次磁束の変化に関する時定数を記憶する記憶部（例えば、後述する記憶部１１）を更に備え、前記設定部は、前記記憶部に記憶された時定数に基づく前記変更タイミングを前記設定値として設定してもよい。

（６） （１）〜（５）のいずれかに記載のモータ制御装置において、前記動作指令の変化は、前記主軸の回転速度を制御するための速度指令の増加、又は、前記速度指令から前記主軸の回転位置を制御するための位置指令への動作指令の変更でであってもよい。

本発明によれば、発熱の低減と制御の高い応答性との両立を図るモータ制御装置を提供することができる。

第１実施形態に係るモータ制御装置の構成の一例を示す図である。 第１実施形態に係るモータ制御装置の構成の他の一例を示す図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示す主軸制御部の電流制御部の構成の一例を示す図である。 図１Ａ及び図１Ｂに示す主軸制御部の電流制御部の構成の他の一例を示す図である。 誘導モータの磁束弱め制御の概略図である。 速度指令の変化（増加）時の誘導モータの励磁電流と２次磁束の概略図である。 第１実施形態に係るモータ制御装置による先読み動作の概略図である。 第１実施形態に係るモータ制御装置による先読み動作のフローチャートである。 第２実施形態に係るモータ制御装置の構成の一例を示す図である。 第２実施形態に係るモータ制御装置の構成の他の一例を示す図である。 速度制御時の誘導モータの磁束弱め制御と位置制御時の誘導モータの磁束制御の概略図である。 速度制御から位置制御への変更時の誘導モータの励磁電流と２次磁束の概略図である。 誘導モータの磁束ブースト制御の概略図である。 第１実施形態に係るモータ制御装置による先読み動作の概略図である。 第２実施形態に係るモータ制御装置による先読み動作のフローチャートである。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

（第１実施形態）
図１Ａは、第１実施形態に係るモータ制御装置の構成の一例を示す図である。図１Ａに示すモータ制御装置１は、スピンドル加工機のような工作機械の主軸を回転駆動する誘導モータ２を制御するための装置である。モータ制御装置１は、数値制御部（ＣＮＣ）１００と、主軸制御部２００と、駆動部３００とを備える。

数値制御部１００は、工作機械の動作プログラム（加工プログラムともいう。）を記憶している。なお、数値制御部１００は、外部装置に記憶されている工作機械の動作プログラムを取得するようにしてもよい。
数値制御部１００は、この動作プログラムに基づいて、主軸の回転速度を制御するための速度指令ｖｃｍｄを生成し、主軸制御部２００に供給する。

主軸制御部２００は、数値制御部１００からの速度指令ｖｃｍｄに従って、誘導モータ２を駆動制御する。主軸制御部２００は、速度制御部２２０と電流制御部２３０とを備える。

速度制御部２２０は、数値制御部１００からの速度指令ｖｃｍｄと、誘導モータ２に設けられたエンコーダ３で検出された誘導モータ２の実速度（速度ＦＢ）ｖａとの差分に基づいてトルク指令Ｔｃｍｄを生成する。

電流制御部２３０は、速度制御部２２０からのトルク指令Ｔｃｍｄと、エンコーダ３からの実速度ｖａと、駆動部３００に設けられた電流検出器３１０で検出された駆動部３００の出力電流、すなわち誘導モータ２を駆動するための実電流（電流ＦＢ、駆動電流）Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて、駆動部３００を駆動するための電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成する。

数値制御部１００及び主軸制御部２００は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の演算プロセッサで構成される。数値制御部１００及び主軸制御部２００の機能は、例えば記憶部に格納された所定のソフトウェア（プログラム）を実行することで実現される。数値制御部１００及び主軸制御部２００の機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。

駆動部３００は、電流制御部２３０からの電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、誘導モータ２を駆動するための実電流（駆動電流）Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを生成する。
駆動部３００は、例えば、商用３相交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータからの直流電力を３相交流電力に変換するインバータとにより構成される。この場合、電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗはインバータの制御電圧として用いられる。

図２Ａは、図１に示す主軸制御部２００における電流制御部２３０の構成の一例を示す図であり、図２Ｂは、図１に示す主軸制御部２００における電流制御部２３０の構成の他の一例を示す図である。
図２Ａ及び図２Ｂに示す電流制御部２３０（すなわち主軸制御部２００）は、誘導モータ２の１次電流すなわち駆動電流を、磁束生成のための励磁電流（ｄ相電流）と、トルク生成のためのトルク電流（ｑ相電流）とに分けて制御するベクトル制御を行う。

図２Ａに示す電流制御部２３０は、磁束指令発生部２３１と、減算器２３２，２３５，２３８と、磁束制御部２３３と、磁束推定部２３４と、励磁電流制御部２３６と、トルク電流指令発生部２３７と、トルク電流制御部２３９と、２相−３相変換部２４０とを備える。

磁束指令発生部２３１は、トルク指令Ｔｃｍｄと誘導モータ２の実速度（速度ＦＢ）ｖａとに基づいて、誘導モータ２の磁束生成のための磁束指令Φｃｍｄを生成する。

減算器２３２は、磁束指令Φｃｍｄと、磁束推定部２３４で推定された誘導モータ２の２次磁束の推定値Φ２ｄとの差分を求める。
磁束制御部２３３は、減算器２３２で求められた磁束指令Φｃｍｄと磁束推定値Φ２ｄとの差分に基づいて、励磁電流指令（ｄ相電流指令）Ｉｄｃｍｄを生成する。
磁束推定部２３４は、磁束制御部２３３で生成された励磁電流指令Ｉｄｃｍｄと、例えば記憶部（図示省略）に格納された誘導モータ２の相互インダクタンスＭと、誘導モータ２の回路定数で決まる時定数τ＝Ｌ_２／Ｒ_２とに基づいて、下式（１）より誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを推定する。

なお、磁束推定部２３４は、励磁電流指令Ｉｄｃｍｄに代えて誘導モータ２の励磁電流（ｄ相電流）のフィードバックＩ１ｄを用い、下式（２）より誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを推定してもよい。

このように、磁束指令発生部２３１、減算器２３２、磁束制御部２３３及び磁束推定部２３４は、上式（１）又は上式（２）のように時定数τ＝Ｌ_２／Ｒ_２の１次遅れを考慮して励磁電流指令Ｉｄｃｍｄ又は励磁電流Ｉ１ｄから誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを推定し、磁束指令Φｃｍｄと磁束推定値Φ２ｄとの偏差から励磁電流指令Ｉｄｃｍｄを生成する。

減算器２３５は、磁束制御部２３３で生成された励磁電流指令Ｉｄｃｍｄと、２相−３相変換部２４０によって実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが変換された励磁電流（ｄ相電流）のフィードバックＩ１ｄとの差分を求める。
励磁電流制御部２３６は、励磁電流指令Ｉｄｃｍｄと励磁電流のフィードバックＩ１ｄとの差分に基づいて、ｄ相電圧指令Ｖｄｃｍｄを生成する。

トルク電流指令発生部２３７は、トルク指令Ｔｃｍｄに基づいてトルク電流指令（ｑ相電流指令）Ｉｑｃｍｄを生成する。

減算器２３８は、トルク電流指令発生部２３７で生成されたトルク電流指令Ｉｑｃｍｄと、２相−３相変換部２４０によって実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが変換されたトルク電流（ｑ相電流）のフィードバックＩ１ｑとの差分を求める。
トルク電流制御部２３９は、トルク電流指令Ｉｑｃｍｄとトルク電流のフィードバックＩ１ｑとの差分に基づいて、ｑ相電圧指令Ｖｑｃｍｄを生成する。

２相−３相変換部２４０は、ｄ相電圧指令Ｖｄｃｍｄとｑ相電圧指令Ｖｑｃｍｄとを、ｕｖｗ各相の電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。また、２相−３相変換部２４０は、ｕｖｗ各相の実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、励磁電流（ｄ相電流）Ｉ１ｄ及びトルク電流（ｑ相実電流）Ｉ１ｑに変換する。

図２Ｂに示す電流制御部２３０は、図２Ａに示す電流制御部２３０において、磁束指令発生部２３１、減算器２３２、磁束制御部２３３及び磁束推定部２３４に代えて励磁電流指令発生部２４１を備える。
励磁電流指令発生部２４１は、トルク指令Ｔｃｍｄと誘導モータ２の実速度（速度ＦＢ）ｖａとに基づいて、励磁電流指令（ｄ相電流指令）Ｉｄｃｍｄを生成する。

このように、図２Ｂに示す電流制御部２３０では、励磁電流指令発生部２４１により励磁電流を直接指令することで間接的に誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを制御する。
ここで、上式（２）に示すように、誘導モータ２では、励磁電流（ｄ相電流）Ｉ１ｄを供給しても、２次磁束Φ２ｄは時定数τ＝Ｌ_２／Ｒ_２だけ遅れて立ち上がる。
この点に関し、図２Ａに示す電流制御部２３０では、磁束指令発生部２３１、減算器２３２、磁束制御部２３３及び磁束推定部２３４により、時定数τ＝Ｌ_２／Ｒ_２の１次遅れを考慮して励磁電流から誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを推定し、磁束指令Φｃｍｄと磁束推定値Φ２ｄとの偏差から励磁電流指令Ｉｄｃｍｄを生成する。これにより、図２Ａの電流制御部２３０は、図２Ｂの電流制御部２３０よりも、励磁電流変化時の過渡状態における誘導モータ２の制御性を向上できる。

ところで、モータ制御装置１は、誘導モータ２の発熱低減のため、誘導モータ２の負荷が軽く高トルクが必要とされない場合（軽負荷時）には、誘導モータ２の２次磁束（励磁電流）を小さく制御する（磁束弱め制御）。例えば、図２Ａに示す電流制御部２３０では、磁束指令発生部２３１により、図３に示すように、トルク指令が小さくなるにつれて磁束指令を次第に小さくするように、トルク指令に応じて磁束指令を変更する。また、図２Ｂに示す電流制御部２３０では、励磁電流指令発生部２４１により、図３に示すように、トルク指令が小さくなるにつれて励磁電流指令を次第に小さくするように、トルク指令に応じて磁束指令を変更する。

例えば、磁束弱め制御により磁束指令又は励磁電流指令を３０％にしているときに停止状態から加速動作を行うと、トルク指令は０％から１００％に変化するため、磁束指令又は励磁電流指令は３０％から１００％に変化する。このとき、図４に示すように、実際の２次磁束Φ２ｄは、励磁電流Ｉ１ｄ、すなわち磁束指令又は励磁電流指令に対して時定数τ＝Ｌ_２／Ｒ_２で遅れて立ち上がる。

誘導モータ２のトルクＴは、下式（３）に示すように２次磁束Φ２ｄとトルク電流（ｑ相電流）Ｉ１ｑの積で表される。

Ｎｐ：極対数
そのため、加速時のような大きなトルクが必要な場合、すなわち速度指令が増加する場合、磁束指令又は励磁電流指令を増加した直後は、２次磁束Φ２ｄが十分に立ち上がっていないために十分なトルクを出力することができず、磁束の立ち上がりを待つ必要がある。磁束の立ち上がりを待たずに加速する場合、加速時間が延びてしまう。

そこで、本実施形態では、図５に示すように、動作プログラムを先読みして速度指令の変化（増加）を事前に検知し、速度指令が変化（増加）する時刻ｔ１までに２次磁束が十分に立ち上がるように、時刻ｔ１よりも所定時間だけ早い時刻ｔ０において磁束指令又は励磁電流指令を増加させる。

具体的には、図１Ａに示すように、数値制御部１００は、事前検知部１０、記憶部１１及び設定部１２を備え、主軸制御部２００は、事前変更部２０を備える。

記憶部１１は、図４及び図５に示すような誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄの変化に関する時定数、すなわち上式（２）に示すように誘導モータ２の回路定数で決まる時定数τ＝Ｌ_２／Ｒ_２を記憶する。記憶部１１は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能なメモリである。

設定部１２は、速度指令ｖｃｍｄの変化に先行して誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを増加させる変更タイミングを設定値として設定する。設定部１２は、図５に示すように、速度指令ｖｃｍｄが変化（増加）する時刻ｔ１までに２次磁束Φ２ｄが十分に立ち上がるように、磁束指令又は励磁電流指令を増加させる変更タイミングを設定する。本実施形態では、設定部１２は、時刻ｔ１よりも所定時間だけ早い時刻ｔ０において磁束指令又は励磁電流指令を増加させるために、所定時間（ｔ１−ｔ０）を設定値として設定する。
例えば、設定部１２は、設定値（ｔ１−ｔ０）を、記憶部１１に記憶された誘導モータ２の時定数τ＝Ｌ_２／Ｒ_２に基づいて、時定数τの３倍以上の時間に設定してもよい。これにより、速度指令ｖｃｍｄが変化（増加）する時刻ｔ１までに、誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを９０％以上まで立ち上げることができる（励磁電流０％から１００％への変化時）。
設定部１２は、設定値（ｔ１−ｔ０）を、時定数τの４倍以上７倍以下の時間に設定することが好ましい。設定値（ｔ１−ｔ０）を時定数τの４倍以上の時間に設定すると、速度指令ｖｃｍｄが変化（増加）する時刻ｔ１までに、誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを９８％以上まで立ち上げることができる（励磁電流０％から１００％への変化時）。また、設定値（ｔ１−ｔ０）を時定数τの７倍程度の時間に設定すると、時刻ｔ１までに誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを約１００％まで立ち上げることができる（励磁電流０％から１００％への変化時）。
なお、設定部１２は、設定値（ｔ１−ｔ０）を、使用する誘導モータによらず固定値に設定してもよい。

事前検知部１０は、動作プログラムを先読みして、速度指令の変化（増加）、すなわち誘導モータ２の２次磁束を増加させる必要がある動作指令の変化を事前に検知する。本実施形態では、事前検知部１０は、現在から速度指令の変化（増加）までの時間が設定部１２で設定された設定値以下である速度指令の変化（増加）を検知する。換言すれば、事前検知部１０は、設定部１２で設定された変更タイミングを経過するときに、速度指令の変化（増加）を検知する。事前検知部１０は、検知結果を示す検知信号を事前変更部２０に送信する。

事前変更部２０は、検知信号が示す検知結果に基づいて、事前検知部１０で速度指令の変化（増加）が検知された場合に、速度指令の変化（増加）に先行して磁束指令又は励磁電流指令を増加させることにより、誘導モータ２の２次磁束を増加させる。
例えば、事前変更部２０は、図１Ａ及び図２Ａに示すように、電流制御部２３０における磁束指令発生部２３１に変更指令を行う。これにより、磁束指令発生部２３１は、図５に示すように、速度指令の変化（増加）に先行して磁束指令を増加する。
また、事前変更部２０は、図１Ａ及び図２Ｂに示すように、電流制御部２３０における励磁電流指令発生部２４１に変更指令を行う。これにより、励磁電流指令発生部２４１は、図５に示すように、速度指令の変化（増加）に先行して励磁電流指令を増加する。

なお、本実施形態では、図１Ｂに示すように、主軸制御部２００が、事前検知部１０、設定部１２及び記憶部１１を備えてもよい。

次に、図６を参照して、第１実施形態に係るモータ制御装置１による先読み動作について説明する。

まず、事前検知部１０は、動作プログラムを先読みして（Ｓ１）、現在から速度指令の変化（増加）までの時間を計測し（Ｓ２）、計測した時間が設定部１２で設定された設定値以下であるか否かを判定する（Ｓ３）。

計測した時間が設定値以下である場合、すなわち、事前検知部１０が速度指令の変化（増加）を事前に検知した場合、事前変更部２０は、磁束指令又は励磁電流指令を増加させ、誘導モータ２の２次磁束を増加させる（Ｓ４）。

一方、計測した時間が設定値よりも長い場合、すなわち、事前検知部１０が速度指令の変化（増加）を検知したがまだ早い場合、或いは、事前検知部１０が速度指令の変化（増加）を検知しない場合、先読み動作を終了する。

モータ制御装置１は、例えば設定部１２で設定された設定値よりも十分に短い時間間隔で、上述したステップＳ１〜Ｓ４の動作を繰り返す。

以上説明したように、第１実施形態のモータ制御装置１によれば、動作プログラムを先読みして速度指令の変化（増加）を事前に検知し、速度指令の変化（増加）に先行して磁束指令又は励磁電流指令を増加させ、誘導モータ２の２次磁束を増加させる。これにより、誘導モータの発熱の低減のために誘導モータ２の軽負荷時に磁束弱め制御を行っても、速度指令の変化（増加）時には、誘導モータ２の２次磁束を十分に立ち上げることができ、十分なトルクを得られ、加速時間を短縮できる。
このように、第１実施形態のモータ制御装置１によれば、誘導モータ２の軽負荷時の磁束弱め制御による誘導モータ２の発熱の低減と、速度指令の変化（増加）時の誘導モータ２の加速時間の短縮、すなわち制御の高い応答性との両立を図ることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、速度指令に基づく速度制御において加速動作を行うモータ制御装置について説明した。第２実施形態では、速度指令に基づく速度制御と位置指令に基づく位置制御との制御モード切換を行うモータ制御装置について説明する。

図７Ａは、第２実施形態に係るモータ制御装置の構成の一例を示す図である。図７Ａに示すモータ制御装置１Ａは、図１Ａに示すモータ制御装置１において数値制御部１００及び主軸制御部２００に代えて数値制御部１００Ａ及び主軸制御部２００Ａを備える。

数値制御部１００Ａは、動作プログラム（加工プログラム）に基づいて、速度指令に基づく速度制御モードと位置指令に基づく位置制御モードとの制御モードの切り換えを行う。速度制御モード時、数値制御部１００Ａは、主軸の回転速度を制御するための速度指令ｖｃｍｄを生成し、主軸制御部２００に供給する。また、位置制御モード時、数値制御部１００Ａは、主軸の回転位置を制御するための位置指令Ｐｃｍｄを生成し、主軸制御部２００に供給する。

主軸制御部２００Ａは、速度制御モード時、数値制御部１００Ａからの速度指令ｖｃｍｄに従って、誘導モータ２を駆動制御する。また、主軸制御部２００Ａは、位置制御モード時、数値制御部１００Ａからの位置指令Ｐｃｍｄに従って、誘導モータ２を駆動制御する。主軸制御部２００Ａは、図１Ａに示す主軸制御部２００において位置制御部２１０と制御切換部２１２とを更に備える。

位置制御部２１０は、数値制御部１００Ａからの位置指令Ｐｃｍｄと、誘導モータ２に設けられたエンコーダ３で検出された誘導モータ２の位置（回転位置）のフィードバックＰａとの差分に基づいて速度指令ｖｃｍｄを生成する。

制御切換部２１２は、例えば数値制御部１００からの制御モード切換信号に基づいて、位置制御部２１０からの速度指令ｖｃｍｄと数値制御部１００からの速度指令ｖｃｍｄとを切り換える。具体的には、制御切換部２１２は、速度制御モード時、数値制御部１００からの速度指令ｖｃｍｄを速度制御部２２０に供給する。また、制御切換部２１２は、位置制御モード時、位置制御部２１０からの速度指令ｖｃｍｄを速度制御部２２０に供給する。

上述したように、速度指令に基づく速度制御時、モータ制御装置１は、誘導モータ２の発熱低減のため、誘導モータ２の負荷が軽く高トルクが必要とされない場合（軽負荷時）には、誘導モータ２の２次磁束（励磁電流）を小さく制御する（磁束弱め制御）。
一方、位置指令に基づく位置制御では軽負荷時でも高い応答性が求められるため、軽負荷時の磁束指令又は励磁電流指令を大きく設定する。例えば、図２Ａに示す電流制御部２３０では、磁束指令発生部２３１により、図８に示すように、トルク指令によらず常に磁束指令を１００％に設定する。また、図２Ｂに示す電流制御部２３０では、励磁電流指令発生部２４１により、図８に示すように、トルク指令によらず常に励磁電流指令を１００％に設定する。

例えば、停止状態（軽負荷時）の速度制御モードにおいて磁束弱め制御により磁束指令又は励磁電流指令を３０％にしているときに速度制御モードから位置制御モードに切り換えると、磁束指令又は励磁電流指令は３０％から１００％に変化する。このとき、図４に示すように、実際の２次磁束Φ２ｄは、励磁電流Ｉ１ｄ、すなわち磁束指令又は励磁電流指令に対して時定数τ＝Ｌ_２／Ｒ_２で遅れて立ち上がる。

上述したように、誘導モータ２のトルクＴは、上式（３）に示すように２次磁束Φ２ｄとトルク電流（ｑ相電流）Ｉ１ｑの積で表される。
そのため、図９Ａに示すように、速度制御モードから位置制御モードへ制御モードが変更する場合、磁束指令又は励磁電流指令を増加した直後（時刻ｔ１直後）は、２次磁束Φ２ｄが十分に立ち上がっていないために十分なトルクを出力することができず、位置制御の応答性が低下してしまう。
そのため、制御モード切換時、２次磁束が十分に立ち上がるまで待ってから動作を開始する必要があった（時刻ｔ２）。制御モード切換時に毎回この待ち時間が発生すると、加工時間が長くなってしまう。

この点に関し、制御モード切換時に磁束指令又は励磁電流指令を１００％以上に大きくすることで２次磁束の立ち上がりを早める技術がある（磁束増幅、磁束ブースト）（特許文献２参照）。
例えば、図２Ａに示す電流制御部２３０では、磁束指令発生部２３１により、図９Ｂに示すように、磁束指令３０％の速度制御モードから磁束指令１００％の位置制御モードに切り換えるときに、所定時間だけ磁束指令を例えば２００％に増幅する（時刻ｔ１）。また、図２Ｂに示す電流制御部２３０では、励磁電流指令発生部２４１により、図９Ｂに示すように、励磁電流指令３０％の速度制御モードから励磁電流指令１００％の位置制御モードに切り換えるときに、所定時間だけ励磁電流指令を例えば２００％に増幅する（時刻ｔ１）。これにより、２次磁束の立ち上がりを早め、位置制御の動作開始を早めることができる（時刻ｔ２）。
しかし、励磁電流を急激に変化させることで生じるトルク変動が静止摩擦力よりも大きくなってしまい、励磁電流増幅時に誘導モータ２が動いてしまうという問題がある。

そこで、本実施形態でも、図１０に示すように、動作プログラムを先読みして速度指令から位置指令への動作指令の変更（制御モード切換信号）を事前に検知し、速度指令から位置指令へ動作指令が変更する時刻ｔ１までに２次磁束が十分に立ち上がるように、時刻ｔ１よりも所定時間だけ早い時刻ｔ０において磁束指令又は励磁電流指令を増加させる。

具体的には、図７Ａに示すように、数値制御部１００Ａは、図１Ａに示す数値制御部１００と同様に、事前検知部１０、記憶部１１及び設定部１２を備える。また、主軸制御部２００Ａは、図１Ａに示す主軸制御部２００と同様に、事前変更部２０を備える。

事前検知部１０は、動作プログラムを先読みして、速度指令から位置指令への動作指令の変更、すなわち誘導モータ２の２次磁束を増加させる必要がある動作指令の変化を事前検知する。本実施形態では、事前検知部１０は、現在から動作指令の変更までの時間が設定部１２で設定された設定値以下である動作指令の変更を検知する。換言すれば、事前検知部１０は、設定部１２で設定された変更タイミングを経過するときに、速度指令から位置指令への動作指令の変更を検知する。事前検知部１０は、検知結果を示す検知信号を事前変更部２０に送信する。

事前変更部２０は、検知信号が示す検知結果に基づいて、事前検知部１０で速度指令から位置指令への動作指令の変更が事前に検知された場合に、速度指令から位置指令への動作指令の変更に先行して磁束指令又は励磁電流指令を増加させることにより、誘導モータ２の２次磁束を増加させる。
例えば、事前変更部２０は、図７Ａ及び図２Ａに示すように、電流制御部２３０における磁束指令発生部２３１に変更指令を行う。これにより、磁束指令発生部２３１は、図１０に示すように、速度指令から位置指令への動作指令の変更に先行して磁束指令を増加する。
また、事前変更部２０は、図７Ａ及び図２Ｂに示すように、電流制御部２３０における励磁電流指令発生部２４１に変更指令を行う。これにより、励磁電流指令発生部２４１は、図１０に示すように、速度指令から位置指令への動作指令の変更に先行して励磁電流指令を増加する。

なお、本実施形態でも、図７Ｂに示すように、主軸制御部２００Ａが、事前検知部１０、記憶部１１及び設定部１２を備えてもよい。

次に、図１１を参照して、第２実施形態に係るモータ制御装置１Ａによる先読み動作について説明する。

まず、事前検知部１０は、動作プログラムを先読みして（Ｓ１）、現在から、速度指令から位置指令への動作指令の変更までの時間を計測し（Ｓ１２）、計測した時間が設定部１２で設定された設定値以下であるか否かを判定する（Ｓ３）。

計測した時間が設定値以下である場合、すなわち、事前検知部１０が速度指令から位置指令への動作指令の変更を事前に検知した場合、事前変更部２０は、磁束指令又は励磁電流指令を増加させ、誘導モータ２の２次磁束を増加させる（Ｓ４）。

一方、計測した時間が設定値よりも長い場合、すなわち、事前検知部１０が速度指令から位置指令への動作指令の変更を検知したがまだ早い場合、或いは、事前検知部１０が速度指令から位置指令への動作指令の変更を検知しない場合、先読み動作を終了する。

モータ制御装置１Ａは、例えば設定部１２で設定された設定値よりも十分に短い時間間隔で、上述したステップＳ１，Ｓ１２，Ｓ３及びＳ４の動作を繰り返す。

以上説明したように、第２実施形態のモータ制御装置１Ａによれば、動作プログラムを先読みして速度指令から位置指令への動作指令の変更を事前に検知し、速度指令から位置指令への変更に先行して磁束指令又は励磁電流指令を増加させ、誘導モータ２の２次磁束を増加させる。これにより、速度制御時に、誘導モータの発熱の低減のために誘導モータ２の軽負荷時に磁束弱め制御を行っても、速度制御から位置制御への制御モード切換時には、誘導モータ２の２次磁束を十分に立ち上げることができ、十分なトルクを得られ、加速時間を短縮できる。
このように、第２実施形態のモータ制御装置１Ａによれば、誘導モータ２の軽負荷時の磁束弱めによる誘導モータ２の発熱の低減と、速度指令から位置指令への動作指令の変更時の誘導モータ２の位置制御の高い応答性との両立を図ることができる。

また、第２実施形態のモータ制御装置１Ａによれば、磁束増幅（磁束ブースト）技術を使用する必要がないので、速度指令から位置指令への動作指令の変更時に誘導モータ２が動くことがない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。

１，１Ａ モータ制御装置
２ 誘導モータ
３ エンコーダ
１０ 事前検知部
１１ 記憶部
１２ 設定部
２０ 事前変更部
１００，１００Ａ 数値制御部
２００，２００Ａ 主軸制御部
２１０ 位置制御部
２１２ 制御切換部
２２０ 速度制御部
２３０ 電流制御部
２３１ 磁束指令発生部
２３２，２３５，２３８ 減算器
２３３ 磁束制御部
２３４ 磁束推定部
２３６ 励磁電流制御部
２３７ トルク電流指令発生部
２３９ トルク電流制御部
２４０ ２相−３相変換部
２４１ 励磁電流指令発生部
３００ 駆動部
３１０ 電流検出器

Claims (6)

1. 工作機械の主軸を駆動する誘導モータを制御するモータ制御装置であって、
   前記工作機械の動作プログラムに基づく動作指令に従って、前記主軸の回転位置又は回転速度、及び前記誘導モータの２次磁束を制御する主軸制御部と、
   前記動作プログラムを先読みして、前記誘導モータの２次磁束を増加させる必要がある動作指令の変化を事前に検知する事前検知部と、
   前記事前検知部で前記動作指令の変化が検知された場合に、前記主軸制御部に、前記動作指令の変化に先行して前記誘導モータの２次磁束を増加させる事前変更部と、
   を備える、モータ制御装置。
2. 前記主軸制御部は、前記誘導モータの２次磁束を制御する励磁電流指令と、前記誘導モータのトルクを制御するトルク電流指令とに基づいて、誘導モータのベクトル制御を行い、
   前記事前変更部は、前記励磁電流指令、又は前記励磁電流指令を生成するための磁束指令を増加させることにより、前記誘導モータの２次磁束を増加させる、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記動作指令の変化に先行して前記誘導モータの２次磁束を増加させる変更タイミングを設定値として設定する設定部を更に備え、
   前記事前変更部は、前記設定部で設定された設定値に基づいて、前記誘導モータの２次磁束を増加させる、
   請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記事前検知部は、前記設定部で設定された変更タイミングを経過するときに、前記動作指令の変化を検知する
   請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記誘導モータの２次磁束の変化に関する時定数を記憶する記憶部を更に備え、
   前記設定部は、前記記憶部に記憶された時定数に基づく前記変更タイミングを前記設定値として設定する、
   請求項３又は４に記載のモータ制御装置。
6. 前記動作指令の変化は、前記主軸の回転速度を制御するための速度指令の増加、又は、前記速度指令から前記主軸の回転位置を制御するための位置指令への動作指令の変更である、請求項１〜５の何れか１項に記載のモータ制御装置。

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