JP7118316B1 - モータ制御装置、加工システム、モータ制御方法、および加工方法 - Google Patents

Abstract

加速時定数と減速時定数とに基づいて、駆動軸を駆動するモータへの制御信号を生成するモータ制御装置（１０Ａ）において、加工プログラム（２）の中から同期する複数の駆動軸に対して定値制御が連続して指令されるブロックを抽出し、ブロックに含まれている同期動作指令を抽出する同期動作指令抽出部（１１）と、加速時定数および減速時定数に基づいて、加工プログラム（２）によって実行される加工の動作時間および消費エネルギーを算出する動作状態算出部（１２）と、同期動作指令の各々に対し、駆動軸の動作時間が、動作時間の許容時間を表す許容動作時間以下となり、且つ消費エネルギーが最小となる加速時定数および減速時定数を最適パラメータとして算出する最適パラメータ算出部（１４）と、最適パラメータに基づいて、モータへの制御信号を生成するモータ制御部（１５）とを備える。

Description

本開示は、モータを制御するモータ制御装置、加工システム、モータ制御方法、および加工方法に関する。

モータ制御装置は、工具または工作物を回転させる主軸モータと、工具または工作物を移動させる送り軸モータとを制御することで、数値制御工作機械に工作物を加工させる装置である。このモータ制御装置は、主軸モータ、送り軸モータといったモータを、コンバータおよびインバータを用いて制御する。コンバータ、インバータ、およびモータから構成される駆動系の総消費エネルギーは、モータ出力と、コンバータ、インバータ、およびモータにおける損失と、の和で表現できる。この場合において、コンバータが備えるコンバータダイオードの導通損失およびスイッチング損失と、インバータが備えるインバータダイオードの導通損失およびスイッチング損失と、サーボモータの銅損とは、モータの駆動電流が小さいほど小さくなる。ところが、一般にモータの駆動電流を小さくすることは、加速時間および減速時間の短縮とトレードオフの関係になるので、駆動電流を小さく設定するとサイクルタイムが長くなる。

特許文献１の制御装置は、消費エネルギーおよびサイクルタイムを指標として、モータへの動作指令パターンを設定するパラメータセットを算出し、算出したパラメータセットに基づいて加工プログラムを実行することで消費エネルギーを低減させている。

特開２０１０－２４０８００号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、加工プログラムの全体に対して１つのパラメータセットを設定しているので、工具交換といった加工以外の処理の消費エネルギーを抑制することはできないという問題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、加工以外の処理に対してサイクルタイムを短くしつつ消費エネルギーを抑制することが可能なパラメータを設定できるモータ制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示のモータ制御装置は、駆動軸の加速時間を定義するための加速時定数と駆動軸の減速時間を定義するための減速時定数とに基づいて、駆動軸を駆動するモータへの制御信号を生成するモータ制御装置において、加工プログラムの中から同期する複数の駆動軸に対して定値制御が連続して指令されるブロックを抽出し、ブロックに含まれている同期動作指令を抽出する同期動作指令抽出部を備える。また、本開示のモータ制御装置は、加速時定数および減速時定数に基づいて、加工プログラムによって実行される加工の動作時間および消費エネルギーを算出する動作状態算出部を備える。また、本開示のモータ制御装置は、同期動作指令の各々に対し、駆動軸の動作時間が、動作時間の許容時間を表す許容動作時間以下となり、且つ消費エネルギーが最小となる加速時定数および減速時定数を最適パラメータとして算出する最適パラメータ算出部と、最適パラメータに基づいて、モータへの制御信号を生成するモータ制御部とを備える。

本開示にかかるモータ制御装置は、加工以外の処理に対してサイクルタイムを短くしつつ消費エネルギーを抑制することが可能なパラメータを設定できるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるモータ制御装置の機能ブロック図 実施の形態１にかかるモータ制御装置が抽出する同期動作指令を説明するための図 実施の形態１にかかるモータ制御装置が用いる、駆動軸の指令パターンの一例を説明するための図 実施の形態１にかかるモータ制御装置が算出する、送り軸の動作状態を説明するための図 実施の形態１にかかるモータ制御装置が算出する、主軸の動作状態を説明するための図 実施の形態１にかかるモータ制御装置が記憶する動作状態テーブルの構成例を示す図 実施の形態１にかかるモータ制御装置の動作状態算出部が実行する処理の処理手順を示すフローチャート 実施の形態１にかかるモータ制御装置が許容動作時間に基づいて加速時定数と減速時定数との組み合わせを抽出する処理を説明するための図 実施の形態１にかかるモータ制御装置が消費エネルギーに基づいて加速時定数と減速時定数との組み合わせを抽出する処理を説明するための図 実施の形態１にかかるモータ制御装置が曲面近似した動作時間を示す図 実施の形態１にかかるモータ制御装置が曲面近似した消費エネルギーを示す図 実施の形態１にかかるモータ制御装置の最適パラメータ算出部が実行する処理の処理手順を示すフローチャート 実施の形態１にかかるモータ制御装置が算出した最適パラメータを用いた場合の指令パターンの第一例を示す図 実施の形態１にかかるモータ制御装置が算出した最適パラメータを用いた場合の電力波形の第一例を示す図 実施の形態１にかかるモータ制御装置が算出した最適パラメータを用いた場合の指令パターンの第二例を示す図 実施の形態１にかかるモータ制御装置が算出した最適パラメータを用いた場合の電力波形の第二例を示す図 実施の形態１にかかるモータ制御装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャート 実施の形態２にかかるモータ制御装置の機能ブロック図 実施の形態２にかかるモータ制御装置が電力合計値の範囲を考慮して算出した最適パラメータを用いた場合の電力波形の第一例を示す図 実施の形態２にかかるモータ制御装置が電力合計値の範囲を考慮して算出した最適パラメータを用いた場合の電力波形の第二例を示す図 実施の形態３にかかる加工システムの機能ブロック図 実施の形態３にかかる加工システムが実行する処理の処理手順を示すフローチャート 実施の形態１～３に係るモータ制御装置が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで実現する場合の処理回路の構成例を示す図 実施の形態１～３に係るモータ制御装置が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路の例を示す図

以下に、本開示の実施の形態にかかるモータ制御装置、加工システム、モータ制御方法、および加工方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるモータ制御装置の機能ブロック図である。モータ制御装置１０Ａは、モータ４を有した加工装置３を制御するコンピュータである。モータ制御装置１０Ａは、ＣＡＭ（Computer Aided Manufacturing）システム等によって生成された加工プログラム２に基づいて、駆動軸を駆動するモータ４への制御信号を生成して出力する。

加工装置３は、モータ４への制御信号に従ってモータ４を動作させることで被加工物である工作物（被削物）の加工を行う。加工装置３の例は、生産設備に配置される工作機械である。モータ制御装置１０Ａは、数値制御装置を含んでおり、加工装置３を数値制御する。モータ４が駆動する駆動軸の例は、主軸、送り軸、回転軸などである。なお、実施の形態１では、加工装置３が主軸および送り軸を有している場合について説明する。

主軸は、工具または工作物を回転させる軸である。送り軸には、工具を移動させる送り軸（後述する工具送り軸）と、工作物を移動させる送り軸（後述する工作物送り軸）とが含まれている。

モータ制御装置１０Ａは、加工装置３と近接した位置に配置されてもよいし、加工装置３と離れたサーバ上などに配置されてもよい。モータ制御装置１０Ａは、同期動作指令抽出部１１と、１または複数の同期動作指令部と、モータ制御部１５とを備えている。図１では、モータ制御装置１０Ａが、同期動作指令部として、同期動作指令部Ａ１～Ａｎ（ｎは自然数）を備えている場合を示している。以下では、モータ制御装置１０Ａが、同期動作指令部として、同期動作指令部Ａ１，Ａ２を備えている場合について説明する。

同期動作指令部Ａ１，Ａ２は、同期動作指令毎に最適パラメータを算出し、算出した最適パラメータをモータ制御部１５に送る。同期動作指令の数が同期動作指令部の個数よりも多い場合、同期動作指令部は、同期動作指令に対する最適パラメータの算出処理を分担する。すなわち、最適パラメータの算出処理が完了した同期動作指令部は、未処理の同期動作指令に対して最適パラメータの算出処理を実行する。モータ制御装置１０Ａでは、このような処理が各同期動作指令部で繰り返される。

同期動作指令部Ａ１，Ａ２は、それぞれ、動作状態算出部１２と、許容動作時間入力部１３と、最適パラメータ算出部１４とを有している。同期動作指令抽出部１１は、同期動作指令部Ａ１，Ａ２の動作状態算出部１２に接続されている。また、モータ制御部１５は、同期動作指令部Ａ１，Ａ２の最適パラメータ算出部１４に接続されている。

同期動作指令部Ａ１，Ａ２では、動作状態算出部１２および許容動作時間入力部１３が、最適パラメータ算出部１４に接続されている。

同期動作指令抽出部１１へは、ＣＡＭシステム等によって生成された加工プログラム２が入力される。同期動作指令抽出部１１は、加工プログラム２を受け付ける。同期動作指令抽出部１１は、入力された加工プログラム２を解析し、加工プログラム２に含まれるブロック（複数からなる一連の指令）のうち、同期する２つ以上の駆動軸に対して定値制御が連続して指令されるブロック（１組の同期動作指令群）を抽出する。さらに、同期動作指令抽出部１１は、抽出したブロックに含まれている同期動作指令を抽出する。定値制御は、目標値へ制御量を近づけていく制御である。

同期動作指令抽出部１１は、送り軸（実施の形態１では工具送り軸）の位置決め指令と、主軸の定速回転指令とを定値制御と判断して、同期動作指令を抽出する。すなわち、実施の形態１で同期動作指令として抽出される指令は、定値制御される工具送り軸の位置決め指令と、主軸の定速回転指令との組み合わせである。なお、加工装置３が回転軸を有している場合において、回転軸の位置決め指令が同期動作指令に含まれている場合、同期動作指令抽出部１１は、同期動作指令として回転軸の位置決め指令も抽出する。

同期動作指令抽出部１１は、Ｍコード指令に基づいて、加工プログラム２の中から工具交換を行う前の工具交換位置までの移動ブロック、および工具交換を行った後の次の加工位置までの移動ブロックを、同期動作指令として抽出する。すなわち、同期動作指令抽出部１１は、工具交換を行う前の加工終了時の位置である加工終了位置から工具交換を行う位置である工具交換位置までの移動ブロック（第１の移動ブロック）を、同期動作指令として抽出する。また、同期動作指令抽出部１１は、工具交換が終了した位置である工具交換終了位置から工具交換を行った後の次の加工位置である加工開始位置までの移動ブロック（第２の移動ブロック）を、同期動作指令として抽出する。同期動作指令抽出部１１は、例えば、第１の移動ブロックおよび第２の移動ブロックの少なくとも一方を同期動作指令として抽出する。

ここで、モータ制御装置１０Ａの同期動作指令抽出部１１が抽出する同期動作指令について説明する。図２は、実施の形態１にかかるモータ制御装置が抽出する同期動作指令を説明するための図である。図２では、加工プログラム２の一例と、同期動作指令抽出部１１による同期動作指令の抽出処理結果とを示している。

加工プログラム２は、複数行の英数字列を含んでおり、各行が加工装置３への指令を示している。図２の加工プログラム２における左端の英数字が加工プログラム２のシーケンス番号である。加工プログラム２は、例えば、Ｎ５８～Ｎ６４のシーケンス番号を有した指令を含んでいる。

Ｎ５９の指令は、主軸停止の指令を表しており、Ｎ６０の指令は、工具交換の指令を表している。具体的には、Ｎ５９の指令およびＮ６０の指令は、主軸を減速させつつ主軸を工具の交換位置まで移動させる同期動作指令（ｉ－０）である。したがって、同期動作指令抽出部１１は、同期動作指令（ｉ－０）として加工プログラム２のＮ５９の指令およびＮ６０の指令を抽出する。

また、加工プログラム２のＮ６１～Ｎ６３の指令は、それぞれ主軸正回転、Ｘ軸およびＹ軸の位置決め、Ｚ軸の位置決めを表している。具体的には、Ｎ６１～Ｎ６３の指令は、主軸を加速させつつ加工開始位置まで移動させる同期動作指令（ｉ）である。したがって、同期動作指令抽出部１１は、同期動作指令（ｉ）として加工プログラム２のＮ６１指令からＮ６３指令までを抽出する。

動作状態算出部１２は、駆動軸の動作状態を算出する。動作状態算出部１２は、予め設定しておいた複数の加速時定数および複数の減速時定数に対する動作状態を算出する。加速時定数は、駆動軸の加速時間を定義するための時定数であり、減速時定数は、駆動軸の減速時間を定義するための時定数である。加速時定数は加速を開始してから目標である指令速度に達するまでの時間で示され、減速時定数は減速を開始してから速度が０に達するまでの時間で示される。予め設定しておく加速時定数と減速時定数とは、駆動軸の各々で統一されていてもよいし、異なっていてもよい。加速時定数および減速時定数は、ユーザによって外部から動作状態算出部１２に予め設定される。

ここで、モータ制御装置１０Ａが用いる、駆動軸の指令パターンの一例について説明する。図３は、実施の形態１にかかるモータ制御装置が用いる、駆動軸の指令パターンの一例を説明するための図である。図３に示すグラフは、横軸が時間であり、縦軸が速度である。

図３では、駆動軸の指令パターンの概略図を示している。図３に示すように、指令パターンは、加工プログラム２で規定されている指令速度、設定された加速時定数ｃ１、および設定された減速時定数ｄ１によって決定される。駆動軸は、加速時定数ｃ１に従って加速し、加工プログラム２で規定されている指令速度まで速度が上昇し、この指令速度で駆動する。その後、駆動軸は、減速時定数ｄ１に従って減速し停止する。

動作状態算出部１２は、指令パターンに基づいて、駆動軸の動作時間および消費エネルギーを動作状態として算出する。また、動作状態算出部１２は、動作時間および消費エネルギーに加えて、駆動軸の電力波形を動作状態として算出してもよい。

図４は、実施の形態１にかかるモータ制御装置が算出する、送り軸の動作状態を説明するための図である。図４では、動作状態算出部１２によって算出される送り軸の動作状態の概略図を示している。図４の上段に示すグラフは、横軸が時間であり、縦軸が送り軸の速度（送り軸速度）である。図４の下段に示すグラフは、横軸が時間であり、縦軸が送り軸の電力（送り軸電力）である。

送り軸の動作時間である送り軸動作時間Ｆｔ１は、位置決め指令の出力を開始してから位置決めが完了するまでの時間である。送り軸は、送り軸の加速時定数である送り軸加速時定数Ｆｃ１に従って加速し、加工プログラム２で規定されている指令速度まで速度が上昇し、この指令速度で駆動する。その後、送り軸は、送り軸の減速時定数である送り軸減速時定数Ｆｄ１に従って減速し停止する。

送り軸の電力波形である送り軸電力波形Ｆｗ１は、送り軸が動作している時間中の電力サンプリング値の集合である。送り軸の消費エネルギーである送り軸消費エネルギーＦｅ１は、送り軸が動作している時間中の電力サンプリングの積分値である。

図５は、実施の形態１にかかるモータ制御装置が算出する、主軸の動作状態を説明するための図である。図５では、動作状態算出部１２によって算出される主軸の動作状態の概略図を示している。図５の上段に示すグラフは、横軸が時間であり、縦軸が主軸の回転数（主軸回転数）である。図５の下段に示すグラフは、横軸が時間であり、縦軸が主軸の電力（主軸電力）である。

主軸の動作時間である主軸動作時間Ｍｔ１は、回転指令の出力を開始してから主軸の回転速度が指令回転速度に到達するまでの時間である。主軸は、主軸の加速時定数である主軸加速時定数Ｍｃ１に従って主軸回転数が上昇する。

主軸の電力波形である主軸電力波形Ｍｗ１は、主軸が動作している時間中の電力サンプリング値の集合である。主軸の消費エネルギーである主軸消費エネルギーＭｅ１は、主軸が動作している時間中の電力サンプリングの積分値である。

動作状態算出部１２は、各動作状態を、指令パターンと、モータ４および駆動軸を含んだシステムのシミュレーションモデルとからシミュレーションによって算出する。また、動作状態算出部１２は、各動作状態を、過去に算出した動作状態の蓄積データから生成した機械学習モデルを用いて算出してもよい。また、動作状態算出部１２は、タイマーで測定された動作時間と、電力計によって測定された電力波形および消費エネルギーとに基づいて各動作状態を算出してもよい。

動作状態算出部１２は、算出した動作状態を、算出に用いた加速時定数および減速時定数とともに後述する動作状態テーブルに格納する。動作状態算出部１２は、動作状態テーブルを記憶するメモリ（図示せず）などを備えている。動作状態テーブルを記憶するメモリは、動作状態算出部１２の外部に配置されてもよい。

動作状態算出部１２では、駆動軸の各々について加速時定数および減速時定数のそれぞれの最小値、最大値、および刻み幅が予め決められている。動作状態テーブルでは、加速時定数と減速時定数との組合せの総数がテーブル数となっている。また、動作状態算出部１２は、加速時定数の刻み幅および減速時定数の刻み幅が一定でない動作状態テーブルを作成しておき、この動作状態テーブルに算出した動作状態を格納してもよい。

動作状態テーブルの加速時定数および減速時定数は、ユーザによって設定される。ユーザは、加速時定数および減速時定数の最小値、最大値、および刻み幅を動作状態算出部１２に設定してもよいし、刻み幅が一定でない加速時定数および減速時定数を動作状態算出部１２に設定してもよい。

図６は、実施の形態１にかかるモータ制御装置が記憶する動作状態テーブルの構成例を示す図である。図６では、動作状態算出部１２が動作状態を格納させた動作状態テーブル５１の一例を示している。

動作状態テーブル５１は、駆動軸毎に、加速時定数と、減速時定数と、動作時間と、消費エネルギーと、電力波形とが対応付けされたテーブルである。電力波形には、駆動軸が動作している時間中に特定周期でサンプリングされた電力サンプリング値が格納されている。

図６において、加速時定数および減速時定数の、最小値、最大値、刻み幅はそれぞれ１００、２０００、１００であり、加速時定数と減速時定数との組合せの総数は４００である。

動作状態算出部１２は、動作状態テーブル５１に格納されている加速時定数と減速時定数との組合せに対する動作状態として、動作時間、消費エネルギー、および電力波形を算出し、算出結果を動作状態テーブル５１に格納する。動作状態算出部１２は、１組の同期動作指令（１つのブロック）毎に、図６に示す動作状態テーブル５１を生成する。

ここで、動作状態算出部１２による動作状態テーブル５１の生成処理手順について説明する。図７は、実施の形態１にかかるモータ制御装置の動作状態算出部が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。図７では、動作状態算出部１２の動作シーケンスのフロー例を示している。動作状態算出部１２は、１組の同期動作指令（１つのブロック）毎に、図７に示す処理を実行する。

動作状態算出部１２は、動作状態テーブル５１での行数を示すｉｉにｉｉ＝１を設定する（ステップＳ１）。動作状態算出部１２は、動作状態テーブル５１のｉｉ行目の加速時定数および減速時定数を設定し（ステップＳ２）、設定した加速時定数および減速時定数を用いて動作状態を算出する（ステップＳ３）。

動作状態算出部１２は、算出した動作状態を動作状態テーブル５１のｉｉ行目に格納する（ステップＳ４）。動作状態算出部１２は、動作状態テーブル５１の最終行まで動作状態が格納されているか否かを判定する（ステップＳ５）。

動作状態算出部１２は、動作状態テーブル５１の最終行まで動作状態が格納されていないと判定した場合（ステップＳ５、Ｎｏ）、ｉｉ＝ｉｉ＋１を設定する（ステップＳ６）。そして、動作状態算出部１２は、ステップＳ２～Ｓ５の処理を実行する。

動作状態算出部１２は、動作状態テーブル５１の最終行まで動作状態が格納されていると判定するまで、ステップＳ６の処理と、ステップＳ２～Ｓ５の処理とを繰り返す。

動作状態算出部１２は、動作状態テーブル５１の最終行まで動作状態が格納されていると判定した場合（ステップＳ５、Ｙｅｓ）、動作状態テーブル５１の生成処理を終了する。なお、動作状態算出部１２は、動作状態テーブル５１の各行に対して何れの順番で動作状態を算出して格納してもよい。

動作状態算出部１２は、最終行まで動作状態が格納された動作状態テーブル５１を記憶しておく。動作状態算出部１２は、最終行まで動作状態が格納された動作状態テーブル５１を最適パラメータ算出部１４に送る。

許容動作時間入力部１３は、動作時間のバッファ時間を記憶しておき、記憶しておいたバッファ時間を最適パラメータ算出部１４に入力する。動作状態算出部１２が算出した動作時間の最小値と、許容動作時間入力部１３から入力されたバッファ時間との和が、許容動作時間である。この許容動作時間は、許容動作時間入力部１３が算出して最適パラメータ算出部１４に入力してもよいし、最適パラメータ算出部１４が算出してもよい。

許容動作時間入力部１３が許容動作時間を算出する場合、許容動作時間入力部１３は、動作状態算出部１２が算出した動作時間の最小値と、バッファ時間との和を許容動作時間として算出し、算出した許容動作時間を最適パラメータ算出部１４に入力する。

最適パラメータ算出部１４が許容動作時間を算出する場合、最適パラメータ算出部１４は、動作状態算出部１２が算出した動作時間の最小値と、許容動作時間入力部１３から入力されたバッファ時間との和を許容動作時間として算出する。

なお、許容動作時間入力部１３は、外部入力された許容動作時間を最適パラメータ算出部１４に入力してもよい。外部入力される許容動作時間は、動作状態算出部１２が算出した動作時間の最小値よりも長い時間とする。

最適パラメータ算出部１４は、同期動作指令の各々について、動作状態算出部１２が生成した動作状態テーブル５１に基づいて、駆動軸の各々の最適な加速時定数（以下、最適加速時定数という）と最適な減速時定数（以下、最適減速時定数という）とを最適パラメータとして算出する。最適パラメータ算出部１４は、動作時間が許容動作時間以下となる範囲内で、消費エネルギーが最小となる加速時定数と減速時定数との組み合わせを、最適加速時定数と最適減速時定数との組み合わせとして算出する。実施の形態１では、最適パラメータ算出部１４が算出する最適加速時定数と最適減速時定数との組み合わせを最適パラメータと定義する。

図８は、実施の形態１にかかるモータ制御装置が許容動作時間に基づいて加速時定数と減速時定数との組み合わせを抽出する処理を説明するための図である。図８では、最適パラメータ算出部１４が取得する加速時定数と減速時定数との組み合わせに対する動作時間の概略図を示している。図８に示すグラフは、横軸が加速時定数であり、縦軸が減速時定数であり、深さ軸が動作時間である。図８中の平面は、許容動作時間Ａｔ１である。また、加速時定数と減速時定数との組み合わせが白点ｃ２および黒点ｃ３である。

黒点ｃ３は、動作時間が許容動作時間Ａｔ１以下となる点であり、白点ｃ２は、動作時間が許容動作時間Ａｔ１を超過する点である。すなわち、許容動作時間Ａｔ１内の、加速時定数と減速時定数との組み合わせが黒点ｃ３であり、許容動作時間Ａｔ１外の、加速時定数と減速時定数との組み合わせが白点ｃ２である。

最適パラメータ算出部１４は、動作状態テーブル５１の動作時間が許容動作時間Ａｔ１以下のデータを抽出する。すなわち、最適パラメータ算出部１４は、許容動作時間Ａｔ１に基づいて、動作状態テーブル５１の中から黒点ｃ３に対応する行のデータを抽出する。次に、最適パラメータ算出部１４は、抽出したデータ、すなわち動作時間が許容動作時間以下となるデータの中から消費エネルギーが最小となるデータをさらに抽出する。

図９は、実施の形態１にかかるモータ制御装置が消費エネルギーに基づいて加速時定数と減速時定数との組み合わせを抽出する処理を説明するための図である。図９では、最適パラメータ算出部１４が取得する加速時定数と減速時定数との組み合わせに対する消費エネルギーの概略図を示している。図９に示すグラフは、横軸が加速時定数であり、縦軸が減速時定数であり、深さ軸が消費エネルギーである。図９では、加速時定数と減速時定数との組み合わせが白点ｃ４および黒点ｃ５である。

黒点ｃ５は、動作時間が許容動作時間以下となる加速時定数と減速時定数との組み合わせに対する消費エネルギーである。白点ｃ４は、動作時間が許容動作時間を超過する加速時定数と減速時定数との組み合わせに対する消費エネルギーである。また図９中のひし形で示されるひし形点ｃ６は、動作時間が許容動作時間以下となる範囲内で最も消費エネルギーが小さくなる点である。最適パラメータ算出部１４は、ひし形点ｃ６における加速時定数と減速時定数の組み合わせを、最適加速時定数と最適減速時定数との組み合わせとして算出する。

最適パラメータ算出部１４は、動作状態テーブル５１から得られる加速時定数と減速時定数との組み合わせに対する、動作時間および消費エネルギーの離散分布に対して、曲面近似を施してもよい。すなわち、最適パラメータ算出部１４は、２つ以上の駆動軸の各々の加速時定数と減速時定数とに対応する動作時間と消費エネルギーとを変数とする離散分布を生成し、離散分布に対して曲面近似を施してもよい。

最適パラメータ算出部１４は、離散分布に対して曲面近似を施すことで、加速時定数と減速時定数とに対応する動作時間および消費エネルギーの何れか一方が他方の連続関数として表される関数である近似曲面を取得する。この場合、最適パラメータ算出部１４は、近似曲面に基づいて、動作時間が許容動作時間以下となる範囲内で消費エネルギーが最小となる加速時定数と減速時定数との組み合わせを、最適加速時定数と最適減速時定数との組み合わせとして算出する。

図１０は、実施の形態１にかかるモータ制御装置が曲面近似した動作時間を示す図である。図１１は、実施の形態１にかかるモータ制御装置が曲面近似した消費エネルギーを示す図である。図１０では、最適パラメータ算出部１４が、加速時定数と減速時定数との組み合わせに対して曲面近似した動作時間、すなわち動作時間の曲面近似結果の例を示している。図１１では、最適パラメータ算出部１４が、加速時定数と減速時定数との組み合わせに対して曲面近似した消費エネルギー、すなわち消費エネルギーの曲面近似結果の例を示している。

図１０に示すグラフは、横軸が加速時定数であり、縦軸が減速時定数であり、深さ軸が動作時間である。図１１に示すグラフは、横軸が加速時定数であり、縦軸が減速時定数であり、深さ軸が消費エネルギーである。図１０に示すグラフは、図８に示すグラフを曲面近似したグラフであり、図１１に示すグラフは、図９に示すグラフを曲面近似したグラフである。

図１０中の平面が、動作時間の近似曲面ＡＣ１であり、図１１中の平面が、消費エネルギーの近似曲面ＡＣ２である。最適パラメータ算出部１４は、近似曲面ＡＣ１，ＡＣ２に基づいて、動作時間が許容動作時間以下となる範囲内で消費エネルギーが最小となる加速時定数と減速時定数との組み合わせを、最適パラメータとして算出する。

最適パラメータ算出部１４は、近似曲面ＡＣ１，ＡＣ２に基づいて最適パラメータを算出する場合、予め用意された加速時定数と減速時定数との組合せから最適パラメータを算出するのではなく、連続的な加速時定数と減速時定数の組合せから最適パラメータを算出することが可能となる。したがって、最適パラメータ算出部１４は、正確な最適パラメータを算出することが可能となる。

最適パラメータ算出部１４は、駆動軸の各々の最適パラメータにおける動作時間の中での最大時間（最大値）を評価期間として算出し、駆動軸の各々の評価期間における消費エネルギーが最小となるような動作開始タイミングを算出する。すなわち、最適パラメータ算出部１４は、複数の駆動軸の各々の動作時間のうちの最大時間である評価期間での消費エネルギーが最小となるように、駆動軸の各々の動作開始タイミングを算出する。最適パラメータ算出部１４は、最適パラメータを算出した後に、動作開始タイミングを算出する。動作開始タイミングは、駆動軸に動作を開始させるタイミングを遅延させる時間に対応している。

最適パラメータ算出部１４は、駆動軸の各々の動作開始時の電力値と動作終了時の電力値とを比較し、動作開始時の電力の方が動作終了時の電力よりも小さい場合は動作開始タイミングとして評価期間と動作時間との差を算出する。一方、最適パラメータ算出部１４は、動作開始時の電力の方が動作終了時の電力よりも等しいかもしくは大きい場合は、動作開始タイミングとして０を算出する。

ここで、最適パラメータ算出部１４による動作開始タイミングの算出処理手順について説明する。図１２は、実施の形態１にかかるモータ制御装置の最適パラメータ算出部が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。図１２では、最適パラメータ算出部１４の動作シーケンスのフロー図を例示している。最適パラメータ算出部１４は、１組の同期動作指令（１つのブロック）毎に、図１２に示す処理を実行する。

最適パラメータ算出部１４は、駆動軸のｉｉ番目（ｉｉは自然数）を示すｉｉにｉｉ＝１を設定する（ステップＳ１０）。最適パラメータ算出部１４は、ｉｉ番目の駆動軸の最適パラメータを算出する（ステップＳ１１）。最適パラメータ算出部１４は、ｉｉ番目の駆動軸の最適パラメータに対応する動作時間を算出する（ステップＳ１２）。

最適パラメータ算出部１４は、ｉｉ＝駆動軸数となっているか否かを判定する（ステップＳ１３）。最適パラメータ算出部１４は、ｉｉが駆動軸数となっていないと判定した場合（ステップＳ１３、Ｎｏ）、ｉｉ＝ｉｉ＋１を設定する（ステップＳ１４）。そして、最適パラメータ算出部１４は、ステップＳ１１～Ｓ１３の処理を実行する。

最適パラメータ算出部１４は、ｉｉが駆動軸数となっていると判定するまで、ステップＳ１４の処理と、ステップＳ１１～Ｓ１３の処理とを繰り返す。

最適パラメータ算出部１４は、ｉｉが駆動軸数となっていると判定した場合（ステップＳ１３、Ｙｅｓ）、１組の同期動作指令に含まれる全駆動軸の動作時間の最大時間を評価期間として算出する（ステップＳ１５）。例えば、１組の同期動作指令に主軸の動作指令と、送り軸の動作指令とが含まれている場合において、送り軸の動作時間の方が主軸の動作時間よりも長い場合、最適パラメータ算出部１４は、送り軸の動作時間を評価期間とする。

最適パラメータ算出部１４は、駆動軸のｉｉ番目を示すｉｉにｉｉ＝１を設定する（ステップＳ１６）。最適パラメータ算出部１４は、ｉｉ番目の駆動軸が、動作開始時電力＜動作終了時電力を満たすか否かを判定する（ステップＳ１７）。すなわち、最適パラメータ算出部１４は、ｉｉ番目の駆動軸における動作開始時電力が、動作終了時電力よりも小さいか否かを判定する。

最適パラメータ算出部１４は、ｉｉ番目の駆動軸が、動作開始時電力＜動作終了時電力である場合（ステップＳ１７、Ｙｅｓ）、ｉｉ番目の駆動軸の動作開始タイミングとして「評価期間－動作時間」を算出する（ステップＳ１８）。

一方、最適パラメータ算出部１４は、ｉｉ番目の駆動軸が、動作開始時電力≧動作終了時電力である場合（ステップＳ１７、Ｎｏ）、ｉｉ番目の駆動軸の動作開始タイミングとして０を算出する（ステップＳ１９）。

ステップＳ１８またはステップＳ１９の後、最適パラメータ算出部１４は、ｉｉ＝駆動軸数となっているか否かを判定する（ステップＳ２０）。最適パラメータ算出部１４は、ｉｉが駆動軸数となっていないと判定した場合（ステップＳ２０、Ｎｏ）、ステップＳ１７の処理に戻り、ステップＳ１７，Ｓ１８の処理か、またはステップＳ１７，Ｓ１９の処理を実行する。

最適パラメータ算出部１４は、ｉｉが駆動軸数となっていると判定するまで、ステップＳ２０の処理と、ステップＳ１７～Ｓ１９の処理とを繰り返す。最適パラメータ算出部１４は、ｉｉが駆動軸数となっていると判定した場合（ステップＳ２０、Ｙｅｓ）、動作開始タイミングの算出処理を終了する。

このように、最適パラメータ算出部１４は、駆動軸毎に最適パラメータおよび動作開始タイミングを算出する。最適パラメータ算出部１４は、算出した駆動軸毎の最適パラメータと、動作開始タイミングとをモータ制御部１５に送る。

モータ制御部１５は、同期動作指令の各々について、最適パラメータ算出部１４が算出した最適パラメータおよび動作開始タイミングに基づいて、駆動軸の各々が所望の動作を行うようにモータ４への制御信号を生成する。

モータ制御部１５は、駆動軸の各々に対し、動作開始時間から動作開始タイミングの時間だけ待機してから指令の出力を開始する。すなわち、モータ制御部１５は、駆動軸の各々に対する指令開始時間を、動作開始タイミングの時間だけ遅らせる。

モータ制御部１５がモータ４を制御する際の制御方式は、ＰＩＤ（Proportinal Integral Differential）制御でもよいし、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御でもよい。

図１３は、実施の形態１にかかるモータ制御装置が算出した最適パラメータを用いた場合の指令パターンの第一例を示す図である。図１４は、実施の形態１にかかるモータ制御装置が算出した最適パラメータを用いた場合の電力波形の第一例を示す図である。図１４に示す電力波形は、図１３に示す指令パターンに対応している。

図１３および図１４に示す指令パターンおよび電力波形は、主軸の動作時間の方が、送り軸の動作時間よりも短く、且つ主軸の動作開始時の電力値が動作終了時の電力値よりも小さい場合の例である。

図１３に示す上段のグラフは、横軸が時間であり、縦軸が送り軸速度である。図１３に示す下段のグラフは、横軸が時間であり、縦軸が主軸の回転速度（主軸回転速度）である。図１４に示す上段のグラフは、横軸が時間であり、縦軸が送り軸電力である。図１４に示す下段のグラフは、横軸が時間であり、縦軸が主軸電力である。

図１３では、最適パラメータが設定された場合の送り軸の指令パターンおよび主軸の指令パターンの概略図を示している。図１４では、最適パラメータが設定された場合の送り軸の電力波形および主軸の電力波形の概略図を示している。図１３の場合の最適パラメータは、送り軸の最適加速時定数である送り軸最適加速時定数Ｆｃｒ２、送り軸の最適減速時定数である送り軸最適減速時定数Ｆｄｒ２、主軸の最適加速時定数である主軸最適加速時定数Ｍｃｒ２である。

図１３に示すように、最適パラメータが設定された場合の送り軸の指令パターンでは、送り軸は、送り軸最適加速時定数Ｆｃｒ２に従って加速し、加工プログラム２で規定されている指令速度まで速度が上昇し、この指令速度で駆動する。その後、送り軸は、送り軸最適減速時定数Ｆｄｒ２に従って減速し停止する。最適パラメータが設定された場合の主軸の指令パターンでは、主軸は、主軸最適加速時定数Ｍｃｒ２に従って主軸回転数が上昇する。

図１３に示す指令パターンおよび電力波形は、送り軸の動作時間が、駆動軸の動作時間の中で最大であるので、最適パラメータ算出部１４は、送り軸の動作時間を、評価期間として算出する。

送り軸の場合、動作開始時電力＜動作終了時電力となっている。このため、最適パラメータ算出部１４は、送り軸に対しては、動作開始タイミングとして「評価期間－動作時間」＝０を算出する。

また、主軸の場合、動作開始時電力＜動作終了時電力となっている。このため、最適パラメータ算出部１４は、主軸に対しては、「評価期間－動作時間」＝動作開始タイミングＴ１を算出する。すなわち、最適パラメータ算出部１４は、主軸に対しては、「評価期間である送り軸の動作時間－主軸の動作時間」＝動作開始タイミングＴ１を算出する。この動作開始タイミングＴ１は、送り軸が動作を開始してから、主軸が動作を開始するまでの時間Ｗｔ１に対応している。

したがって、最適パラメータが設定された場合の主軸の指令パターンでは、モータ制御部１５は、送り軸の動作開始時間から時間Ｗｔ１だけ待機してから主軸への指令の出力を開始する。これにより、主軸が指令速度に到達した時点で、送り軸が所望の位置に到達することとなる。すなわち、送り軸が所望の位置に到達するまで、主軸は指令速度に到達しない。

送り軸が所望の位置に到達する前に主軸が指令速度に到達してしまうと、送り軸が所望の位置に到達するまで、主軸が無駄に回転することとなり、主軸での消費エネルギーが増大してしまう。実施の形態１では、モータ制御装置１０Ａが、時間Ｗｔ１だけ待機してから主軸の動作を開始させるので、送り軸の所望位置への到達と、主軸の指令速度への到達を同時にすることができ、この結果、消費エネルギーの増大を抑制できる。

図１４に示すように、最適パラメータが設定された場合の送り軸の電力波形である送り軸電力波形Ｆｗ２は、送り軸が動作している時間中の電力サンプリング値の集合である。送り軸の最適パラメータは、送り軸最適加速時定数Ｆｃｒ２と送り軸最適減速時定数Ｆｄｒ２との組み合わせであり、この場合の送り軸の消費エネルギーが、送り軸最小消費エネルギーＥｍ１である。

また、最適パラメータが設定された場合の主軸の電力波形である主軸電力波形Ｍｗ２は、主軸が動作している時間中の電力サンプリング値の集合である。主軸の最適パラメータは、主軸最適加速時定数Ｍｃｒ２であり、この場合の主軸の消費エネルギーが、主軸最小消費エネルギーＥｍ２である。

図１５は、実施の形態１にかかるモータ制御装置が算出した最適パラメータを用いた場合の指令パターンの第二例を示す図である。図１６は、実施の形態１にかかるモータ制御装置が算出した最適パラメータを用いた場合の電力波形の第二例を示す図である。図１６に示す電力波形は、図１５に示す指令パターンに対応している。

図１５および図１６に示す指令パターンおよび電力波形は、主軸の動作時間の方が、送り軸の動作時間よりも短く、且つ主軸の動作開始時の電力値が動作終了時の電力値よりも大きい場合の例である。

図１５に示す上段のグラフは、横軸が時間であり、縦軸が送り軸速度である。図１５に示す下段のグラフは、横軸が時間であり、縦軸が主軸の回転速度（主軸回転速度）である。図１６に示す上段のグラフは、横軸が時間であり、縦軸が送り軸電力である。図１６に示す下段のグラフは、横軸が時間であり、縦軸が主軸電力である。

図１５では、最適パラメータが設定された場合の送り軸の指令パターンおよび主軸の指令パターンの概略図を示している。図１６では、最適パラメータが設定された場合の送り軸の電力波形および主軸の電力波形の概略図を示している。図１５の場合の最適パラメータは、送り軸の最適加速時定数である送り軸最適加速時定数Ｆｃｒ３、送り軸の最適減速時定数である送り軸最適減速時定数Ｆｄｒ３、主軸の最適加速時定数である主軸最適加速時定数Ｍｃｒ３である。

図１５に示すように、最適パラメータが設定された場合の送り軸の指令パターンでは、送り軸は、送り軸最適加速時定数Ｆｃｒ３に従って加速し、加工プログラム２で規定されている指令速度まで速度が上昇し、この指令速度で駆動する。その後、送り軸は、送り軸最適減速時定数Ｆｄｒ３に従って減速し停止する。最適パラメータが設定された場合の主軸の指令パターンでは、主軸は、主軸最適加速時定数Ｍｃｒ３に従って主軸回転数が上昇する。

図１５に示す指令パターンおよび電力波形は、送り軸の動作時間が、駆動軸の動作時間の中で最大であるので、最適パラメータ算出部１４は、送り軸の動作時間を、評価期間として算出する。

送り軸の場合、動作開始時電力＜動作終了時電力となっている。このため、最適パラメータ算出部１４は、送り軸に対しては、動作開始タイミングとして「評価期間－動作時間」＝０を算出する。

また、主軸の場合、動作開始時電力≧動作終了時電力となっている。このため、最適パラメータ算出部１４は、主軸に対しては、動作開始タイミング＝０を算出する。

図１６に示すように、最適パラメータが設定された場合の送り軸の電力波形である送り軸電力波形Ｆｗ３は、送り軸が動作している時間中の電力サンプリング値の集合である。送り軸の最適パラメータは、送り軸最適加速時定数Ｆｃｒ３と送り軸最適減速時定数Ｆｄｒ３との組み合わせであり、この場合の送り軸の消費エネルギーが、送り軸最小消費エネルギーＥｍ３である。

また、最適パラメータが設定された場合の主軸の電力波形である主軸電力波形Ｍｗ３は、主軸が動作している時間中の電力サンプリング値の集合である。主軸の最適パラメータは、主軸最適加速時定数Ｍｃｒ３であり、この場合の主軸の消費エネルギーが、主軸最小消費エネルギーＥｍ４である。

図１７は、実施の形態１にかかるモータ制御装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。モータ制御装置１０Ａでは、同期動作指令抽出部１１が、加工プログラム２を受け付ける（ステップＳ２１）。同期動作指令抽出部１１は、加工プログラム２から同期動作指令を抽出する（ステップＳ２２）。

動作状態算出部１２は、同期動作指令に対応する動作状態を、同期動作指令内の駆動軸毎に算出する（ステップＳ２３）。動作状態算出部１２は、動作状態が格納された駆動軸毎の動作状態テーブル５１を最適パラメータ算出部１４に送る。また、許容動作時間入力部１３は、動作時間のバッファ時間を最適パラメータ算出部１４に入力する。

最適パラメータ算出部１４は、動作状態算出部１２が算出した動作時間の最小値と、バッファ時間との和を許容動作時間として算出する。最適パラメータ算出部１４は、同期動作指令の各々について、動作状態テーブル５１に基づいて、駆動軸毎の最適加速時定数と最適減速時定数とを最適パラメータとして算出する（ステップＳ２４）。具体的には、最適パラメータ算出部１４は、動作時間が許容動作時間以下となる範囲内で、消費エネルギーが最小となる加速時定数と減速時定数との組み合わせを、最適加速時定数と最適減速時定数との組み合わせとして駆動軸毎に算出する。モータ制御部１５は、駆動軸毎の最適加速時定数と最適減速時定数との組み合わせである最適パラメータを用いてモータ４を制御する（ステップＳ２５）。

ところで、加工プログラム２の全体に対して１つの最適パラメータが設定された場合、工具交換といった加工以外の処理を含んだ処理全体の消費エネルギーを抑制することはできない。

一方、実施の形態１のモータ制御装置１０Ａは、同期する２つ以上の駆動軸に対して定値制御が連続して指令されるブロックを１組の同期動作指令として抽出し、抽出した同期動作指令毎に最適パラメータを算出している。これにより、モータ制御装置１０Ａは、工具交換といった加工に直接寄与しない処理に対し、所要時間（サイクルタイム）が短くかつ消費エネルギーを抑制することができるパラメータを設定することが可能となる。

モータ制御装置１０Ａは、加工プログラム２から工具交換処理を抽出し、工具交換処理毎に最適パラメータを設定することで、加工プログラム２に含まれる工具交換処理全体の消費エネルギーを抑制することができる。また、モータ制御装置１０Ａは、加工プログラム２の中から工具交換処理を抽出して最適パラメータを設定するので、最適パラメータの算出に要する時間を削減することができる。

このように実施の形態１では、モータ制御装置１０Ａが、加工プログラム２の中から同期する複数の駆動軸に対して定値制御が連続して指令されるブロックを抽出し、ブロックに含まれている同期動作指令を抽出している。また、モータ制御装置１０Ａは、加速時定数および減速時定数に基づいて、加工プログラム２によって実行される加工の動作時間および消費エネルギーを算出している。モータ制御装置１０Ａは、同期動作指令の各々に対し、駆動軸の動作時間が、許容動作時間以下となり、且つ消費エネルギーが最小となる加速時定数および減速時定数を最適パラメータとして算出している。

これにより、モータ制御装置１０Ａは、加工以外の処理に対してサイクルタイムを短くしつつ消費エネルギーを抑制することが可能なパラメータを設定できる。したがって、モータ制御装置１０Ａは、工具交換といった加工以外の処理に対してサイクルタイムを短くしつつ消費エネルギーを抑制することが可能な加工プログラム２を生成してモータ４を制御することができる。

実施の形態２．
つぎに、図１８から図２０を用いて実施の形態２について説明する。実施の形態２では、送り軸の電力値と主軸の電力値との合計値が許容範囲内に入るように最適パラメータが設定される。

図１８は、実施の形態２にかかるモータ制御装置の機能ブロック図である。図１８の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１のモータ制御装置１０Ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

実施の形態２のモータ制御装置１０Ｂは、モータ制御装置１０Ａと比較して、同期動作指令部Ａ１～Ａｎの代わりに、同期動作指令部Ｂ１～Ｂｎを備えている。同期動作指令部Ｂ１～Ｂｎは、同期動作指令部Ａ１～Ａｎが有する構成要素に加えて、許容電力入力部１６を有している。以下では、モータ制御装置１０Ｂが、同期動作指令部として、同期動作指令部Ｂ１，Ｂ２を備えている場合について説明する。

許容電力入力部１６は、最適パラメータ算出部１４に接続されている。許容電力入力部１６は、電力波形の許容範囲を表す許容最小電力および許容最大電力を記憶しておき、記憶しておいた許容最小電力および許容最大電力を最適パラメータ算出部１４に入力する。

許容最小電力は、モータ４の制御に用いられるコンバータ（モータ制御部１５が備えるコンバータ）の最大回生電力である。許容最大電力は、モータ４の制御に用いられるコンバータの最大力行電力である。力行電力は、モータ４に電力が供給されている状態の電力であり、回生電力は、モータ４の回転エネルギーが電力供給側に流れ込んでいる状態の電力である。コンバータの最大回生電力と最大力行電力とに対応する範囲が許容範囲である。許容電力入力部１６は、許容最小電力および許容最大電力を最適パラメータ算出部１４に入力する。

実施の形態２の動作状態算出部１２は、駆動軸の加速時定数および減速時定数に基づいて、駆動軸が動作中の各時点における駆動軸の電力値（電力消費量）である瞬間電力値を、駆動軸毎に算出する。動作状態算出部１２は、動作時間内の各時点に対し、送り軸の瞬間電力値と主軸の瞬間電力値との合計値、すなわち電力値の総和（以下、電力合計値という）を算出する。

モータ制御装置１０Ｂの最適パラメータ算出部１４は、モータ制御装置１０Ａの最適パラメータ算出部１４が実行する処理に加えて、以下の処理を実行する。すなわち、モータ制御装置１０Ｂの最適パラメータ算出部１４は、同期動作指令に対し、動作時間が許容動作時間以下となり、且つ電力合計値の最小値が許容最小電力以上となり、且つ電力合計値の最大値が許容最大電力以下となる範囲内で、駆動軸の各々の消費エネルギーの総和が最小となるような、加速時定数、減速時定数、および動作開始タイミングを算出する。

最適パラメータ算出部１４は、電力合計値の最小値が許容最小電力未満となる、または電力合計値の最大値が許容最大電力よりも大きくなるような時点がある場合、駆動軸の各々の動作開始タイミング、最適加速時定数、および最適減速時定数の少なくとも１つを変更する。これにより、最適パラメータ算出部１４は、動作時間が許容動作時間以下となり、且つ電力合計値の最小値が許容最小電力以上となり、且つ電力合計値の最大値が許容最大電力以下となる範囲内で、駆動軸の各々の消費エネルギーの総和が最小となるような加速時定数、減速時定数、および動作開始タイミングを算出する。すなわち、最適パラメータ算出部１４は、動作時間が許容動作時間以下となり、且つ電力合計値が許容範囲内となるような加速時定数、減速時定数、および動作開始タイミングを算出する。

このように、最適パラメータ算出部１４は、許容動作時間、許容最小電力、および許容最大電力を満たすように、動作開始タイミング、最適加速時定数、および最適減速時定数の少なくとも１つを変更する。最適パラメータ算出部１４は、最適パラメータおよび動作開始タイミングを算出した後に、動作開始タイミング、最適加速時定数、および最適減速時定数の少なくとも１つを変更する。

ここで、最適パラメータ算出部１４が、電力合計値の範囲を考慮して算出した最適パラメータを用いた場合の指令パターンおよび電力波形について説明する。

図１９は、実施の形態２にかかるモータ制御装置が電力合計値の範囲を考慮して算出した最適パラメータを用いた場合の電力波形の第一例を示す図である。図１９に示す上段のグラフは、横軸が時間であり、縦軸が送り軸電力である。図１９に示す中段のグラフは、横軸が時間であり、縦軸が主軸電力である。図１９に示す下段のグラフは、横軸が時間であり、許容最大電力である。図１９では、主軸が加速する場合の電力波形を示している。図１９に示す電力波形は、図１３に示す指令パターンに対応している。

最適パラメータ算出部１４は、実施の形態１と同様の方法によって最適パラメータを算出する。最適パラメータ算出部１４が算出する最適パラメータの一例は、図１３に示した指令パターンである。

また、最適パラメータ算出部１４は、実施の形態１と同様の方法によって、動作時間中の、送り軸の電力波形および主軸の電力波形を算出する。すなわち、最適パラメータ算出部１４は、駆動軸の加速時定数および減速時定数に基づいて、各時点における駆動軸の電力値（電力消費量）である瞬間電力値を算出し、送り軸の電力波形および主軸の電力波形を算出する。最適パラメータ算出部１４が算出する送り軸の電力波形および主軸の電力波形の一例は、図１４に示した電力波形である。

最適パラメータ算出部１４は、動作時間内の各時間に対し、送り軸の電力値と主軸の電力値の合計値である総和である電力合計値を算出し、この電力合計値に対応する電力波形を算出する。図１９に示す総電力波形Ｔｗ１が、主軸電力波形Ｍｗ１の電力値と送り軸電力波形Ｆｗ１の電力値とを合計した場合の電力波形である。

図２０は、実施の形態２にかかるモータ制御装置が電力合計値の範囲を考慮して算出した最適パラメータを用いた場合の電力波形の第二例を示す図である。図２０に示す上段のグラフは、横軸が時間であり、縦軸が送り軸電力である。図２０に示す中段のグラフは、横軸が時間であり、縦軸が主軸電力である。図２０に示す下段のグラフは、横軸が時間であり、許容最大電力である。図２０では、主軸が減速する場合の電力波形を示している。図２０に示す電力波形は、図１５に示す指令パターンに対応している。

最適パラメータ算出部１４は、実施の形態１と同様の方法によって最適パラメータを算出する。最適パラメータ算出部１４が算出する最適パラメータの一例は、図１５に示した指令パターンである。

また、最適パラメータ算出部１４は、実施の形態１と同様の方法によって、動作時間中の、送り軸の電力波形および主軸の電力波形を算出する。すなわち、最適パラメータ算出部１４は、駆動軸の加速時定数および減速時定数に基づいて、各時点における駆動軸の電力値（電力消費量）である瞬間電力値を算出し、送り軸の電力波形および主軸の電力波形を算出する。最適パラメータ算出部１４が算出する送り軸の電力波形および主軸の電力波形の一例は、図１６に示した電力波形である。

最適パラメータ算出部１４は、動作時間内の各時間に対し、送り軸の電力値と主軸の電力値の合計値である総和である電力合計値を算出し、この電力合計値に対応する電力波形を算出する。図２０に示す総電力波形Ｔｗ２が、主軸電力波形Ｍｗ２の電力値と送り軸電力波形Ｆｗ２の電力値とを合計した場合の電力波形である。

最適パラメータ算出部１４は、動作時間内における電力合計値のうちの最小値が許容最小電力未満となるか否かを判定する。また、最適パラメータ算出部１４は、動作時間内における電力合計値のうちの最大値が許容最大電力よりも大きくなるか否かを判定する。すなわち、最適パラメータ算出部１４は、総電力波形Ｔｗ１，Ｔｗ２の電力値が、許容最小電力以上で且つ許容最大電力以内となっているかを判定する。

動作時間内における電力合計値のうちの最小値が許容最小電力未満となる場合、最適パラメータ算出部１４は、送り軸および主軸の各々の動作開始タイミング、最適加速時定数、および最適減速時定数の少なくとも１つを変更する。この場合において、最適パラメータ算出部１４は、動作時間内における電力合計値が許容範囲内となるように、動作開始タイミング、最適加速時定数、および最適減速時定数の少なくとも１つを変更する。

また、動作時間内における電力合計値のうちの最大値が許容最大電力よりも大きくなる場合、最適パラメータ算出部１４は、送り軸および主軸の各々の動作開始タイミング、最適加速時定数、および最適減速時定数の少なくとも１つを変更する。この場合において、最適パラメータ算出部１４は、動作時間内における電力合計値が許容範囲内となるように、動作開始タイミング、最適加速時定数、および最適減速時定数の少なくとも１つを変更する。

このように実施の形態２によれば、モータ制御装置１０Ｂは、送り軸の電力値と主軸の電力値との電力合計値が許容範囲内に入るように最適パラメータを設定するので、コンバータの最大回生電力および最大力行電力を超過しない範囲内の最適パラメータを算出することが可能となる。

実施の形態３．
つぎに、図２１および図２２を用いて実施の形態３について説明する。実施の形態３では、加工プログラム２を用いて工作物を加工する加工システムに、モータ制御装置１０Ａ，１０Ｂを適用する。

図２１は、実施の形態３にかかる加工システムの機能ブロック図である。加工システム１は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）モデル３１が入力されているＣＡＭシステム３０と、加工プログラム２と、モータ制御装置１０Ａまたはモータ制御装置１０Ｂと、加工装置３とを備えている。ここでは、加工システム１にモータ制御装置１０Ａが適用された場合について説明する。

ＣＡＭシステム３０は、加工装置３を制御するための加工プログラム２を、ＣＡＤモデル３１を用いて生成し、生成した加工プログラム２をモータ制御装置１０Ａに入力する。

加工装置３は、主軸モータ２１と、主軸２２と、工具２３と、送り軸モータ２４と、工作物２５と、ステージ２６と、工作物送り軸２７と、送り軸モータ２８と、工具送り軸２９とを有している。主軸モータ２１および送り軸モータ２４，２８は、モータ制御装置１０Ａに接続されており、モータ制御装置１０Ａから送られてくる制御信号に従って回転する。

主軸モータ２１には、主軸２２が取り付けられており、主軸２２には、工具２３が取り付けられている。主軸モータ２１は、主軸２２を回転軸として工具２３を回転させる。

送り軸モータ２８には、棒状の工具送り軸２９が取り付けられており、工具送り軸２９には、主軸２２が取り付けられている。送り軸モータ２８は、工具送り軸２９を回転させることで主軸２２を工具送り軸２９の軸方向に移動させる。

加工装置３は、例えば、３つの送り軸モータ２８と、３つの工具送り軸２９とを有している。この場合、送り軸モータ２８は、Ｘ軸方向に主軸２２を移動させるＸ軸モータと、Ｙ軸方向に主軸２２を移動させるＹ軸モータと、Ｚ軸方向に主軸２２を移動させるＺ軸モータとで構成される。また、工具送り軸２９は、Ｘ軸モータに接続されてＸ軸方向に延設された送り軸と、Ｙ軸モータに接続されてＹ軸方向に延設された送り軸と、Ｚ軸モータに接続されてＺ軸方向に延設された送り軸とで構成される。これにより、主軸２２は、３つの送り軸モータ２８と、３つの工具送り軸２９とによって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動させられる。

送り軸モータ２４には、棒状の工作物送り軸２７が取り付けられており、工作物送り軸２７には、ステージ２６が取り付けられている。送り軸モータ２４は、工作物送り軸２７を回転させることでステージ２６を工作物送り軸２７の軸方向に移動させる。工作物送り軸２７は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ａ軸方向、Ｂ軸方向、Ｃ軸方向の少なくとも１つの方向に延設された、１または複数の軸で構成されている。送り軸モータ２４は、工作物送り軸２７と同数の送り軸モータで構成されている。被加工物である工作物２５は、ステージ２６上に載置される。

送り軸モータ２８は、工具送り軸２９および主軸２２を介して工具２３を加工位置に移動させ、送り軸モータ２４は、工作物送り軸２７およびステージ２６を介して工作物２５を加工位置に移動させる。主軸モータ２１は、主軸２２を介して工具２３を加工位置で回転させる。これにより、工作物２５が工具２３によって加工される。

工作物２５の加工後に工具交換が行われる場合、主軸モータ２１が工具２３の回転を停止させながら、送り軸モータ２８が工具交換位置まで工具２３を移動させる。この場合の主軸モータ２１および送り軸モータ２８への指令が同期動作指令である。

また、工具２３の交換後に工作物２５の加工が行われる場合、主軸モータ２１が工具２３の回転を開始させながら、送り軸モータ２８が加工位置まで工具２３を移動させる。この場合の主軸モータ２１および送り軸モータ２８への指令が同期動作指令である。

数値制御装置を含むモータ制御装置１０Ａは、ＣＡＭシステム３０から加工プログラム２を受け付ける。モータ制御装置１０Ａは、工作物２５を加工するために、工作物２５に対して工具２３を相対的に移動させる１組の制御信号を生成する。モータ制御装置１０Ａは、実施の形態１で説明した方法によって１組の制御信号を生成する。１組の制御信号には、主軸モータ２１への制御信号と、送り軸モータ２４への制御信号とが含まれている。

図２２は、実施の形態３にかかる加工システムが実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。加工システム１のＣＡＭシステム３０が、ＣＡＤモデル３１を受け付ける（ステップＳ３１）。ＣＡＭシステム３０が、ＣＡＤモデル３１を用いて加工プログラム２を生成する（ステップＳ３２）。

モータ制御装置１０Ａが、加工プログラム２および許容動作時間に基づいて、定値制御が行われる同期動作指令に対して最適パラメータを算出する（ステップＳ３３）。モータ制御装置１０Ａは、許容動作時間内で消費エネルギーが最小となる最適加速時定数と最適減速時定数との組み合わせを算出する。

モータ制御装置１０Ａが、最適パラメータを用いて制御信号を生成し、制御信号を用いてモータ４を制御する（ステップＳ３４）。

このように実施の形態３によれば、加工システム１にモータ制御装置１０Ａが適用されるので、加工システム１は、実施の形態１と同様に、サイクルタイムを短くしつつ、加工以外の処理の消費エネルギーを抑制することが可能なパラメータを設定できる。

ここで、モータ制御装置１０Ａ，１０Ｂのハードウェア構成について説明する。モータ制御装置１０Ａ，１０Ｂは、処理回路により実現される。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用回路などの専用のハードウェアであってもよい。処理回路は制御回路とも呼ばれる。

図２３は、実施の形態１～３に係るモータ制御装置が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで実現する場合の処理回路の構成例を示す図である。なお、モータ制御装置１０Ａ，１０Ｂは同様のハードウェア構成を有しているので、ここではモータ制御装置１０Ａのハードウェア構成について説明する。

図２３に示す処理回路９０は制御回路であり、プロセッサ９１およびメモリ９２を備えている。処理回路９０がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、処理回路９０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路９０では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路９０は、モータ制御装置１０Ａの処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備えている。このプログラムは、処理回路９０により実現される各機能をモータ制御装置１０Ａに実行させるためのプログラムであるともいえる。このプログラムは、プログラムが記憶された記憶媒体により提供されてもよいし、通信媒体など他の手段により提供されてもよい。上記プログラムは、モータ制御処理をモータ制御装置１０Ａに実行させるプログラムであるとも言える。

ここで、プロセッサ９１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などである。プロセッサ９１は、ＰＣ（Personal Computer）、またはＰＬＣ（Programmable Logic Controller、プログラマブルロジックコントローラ）に含まれている。ＰＬＣは、シーケンサとも呼ばれる。

また、メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などが該当する。

図２４は、実施の形態１～３に係るモータ制御装置が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の処理回路の例を示す図である。図２４に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路９３については、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路９３は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 加工システム、２ 加工プログラム、３ 加工装置、４ モータ、１０Ａ，１０Ｂ モータ制御装置、１１ 同期動作指令抽出部、１２ 動作状態算出部、１３ 許容動作時間入力部、１４ 最適パラメータ算出部、１５ モータ制御部、１６ 許容電力入力部、２１ 主軸モータ、２２ 主軸、２３ 工具、２４，２８ 送り軸モータ、２５ 工作物、２６ ステージ、２７ 工作物送り軸、２９ 工具送り軸、３０ ＣＡＭシステム、３１ ＣＡＤモデル、５１ 動作状態テーブル、９０，９３ 処理回路、９１ プロセッサ、９２ メモリ、Ａ１～Ａｎ 同期動作指令部、ＡＣ１，ＡＣ２ 近似曲面、Ａｔ１ 許容動作時間、Ｂ１～Ｂｎ 同期動作指令部、Ｅｍ１，Ｅｍ３ 送り軸最小消費エネルギー、Ｅｍ２，Ｅｍ４ 主軸最小消費エネルギー、Ｆｃ１ 送り軸加速時定数、Ｆｃｒ２，Ｆｃｒ３ 送り軸最適加速時定数、Ｆｄ１ 送り軸減速時定数、Ｆｄｒ２，Ｆｄｒ３ 送り軸最適減速時定数、Ｆｅ１ 送り軸消費エネルギー、Ｆｔ１ 送り軸動作時間、Ｆｗ１～Ｆｗ３ 送り軸電力波形、Ｍｃ１ 主軸加速時定数、Ｍｃｒ２，Ｍｃｒ３ 主軸最適加速時定数、Ｍｅ１ 主軸消費エネルギー、Ｍｔ１ 主軸動作時間、Ｍｗ１～Ｍｗ３ 主軸電力波形、Ｔ１ 動作開始タイミング、Ｔｗ１，Ｔｗ２ 総電力波形、Ｗｔ１ 時間、ｃ１ 加速時定数、ｃ２，ｃ４ 白点、ｃ３，ｃ５ 黒点、ｃ６ ひし形点、ｄ１ 減速時定数。

Claims (10)

1. 駆動軸の加速時間を定義するための加速時定数と前記駆動軸の減速時間を定義するための減速時定数とに基づいて、前記駆動軸を駆動するモータへの制御信号を生成するモータ制御装置において、
   加工プログラムの中から同期する複数の前記駆動軸に対して定値制御が連続して指令されるブロックを抽出し、前記ブロックに含まれている同期動作指令を抽出する同期動作指令抽出部と、
   前記加速時定数および前記減速時定数に基づいて、前記加工プログラムによって実行される加工の動作時間および消費エネルギーを算出する動作状態算出部と、
   前記同期動作指令の各々に対し、前記駆動軸の前記動作時間が、前記動作時間の許容時間を表す許容動作時間以下となり、且つ前記消費エネルギーが最小となる前記加速時定数および前記減速時定数を最適パラメータとして算出する最適パラメータ算出部と、
   前記最適パラメータに基づいて、前記モータへの制御信号を生成するモータ制御部と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記最適パラメータ算出部は、前記最適パラメータを算出した後に、複数の前記駆動軸の各々の前記動作時間のうちの最大時間である評価期間における前記消費エネルギーが最小となるように、前記駆動軸の各々の動作開始タイミングを算出し、
   前記モータ制御部は、前記最適パラメータおよび前記動作開始タイミングに基づいて、前記モータへの制御信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記動作状態算出部は、前記加速時定数および前記減速時定数に基づいて前記駆動軸が動作中の各時点での電力値である瞬間電力値を算出するとともに、複数の前記駆動軸の前記各時点における前記瞬間電力値の合計値である電力合計値を算出し、
   前記最適パラメータ算出部は、前記最適パラメータおよび前記動作開始タイミングを算出した後に、前記電力合計値の最小値および最大値が、前記電力合計値の許容範囲内となり、且つ前記消費エネルギーが最小となるように、前記最適パラメータおよび前記動作開始タイミングの少なくとも１つを変更する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記許容範囲は、前記モータの制御に用いられるコンバータの最大回生電力と最大力行電力とに対応する範囲である、
   ことを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記最適パラメータ算出部は、複数の前記駆動軸の各々の前記加速時定数と前記減速時定数とに対応する前記動作時間と前記消費エネルギーとを変数とする離散分布を生成し、前記離散分布に対して曲面近似を施すことで、前記加速時定数と前記減速時定数とに対応する前記動作時間および前記消費エネルギーの一方が他方の連続関数として表される関数である近似曲面を取得し、前記近似曲面に基づいて前記最適パラメータを算出する、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載のモータ制御装置。
6. 前記駆動軸は、工具を回転させる主軸と、前記工具を移動させる工具送り軸とを含み、
   前記同期動作指令は、前記主軸および前記工具送り軸を用いた前記工具の工具交換の指令を含んでいる、
   ことを特徴とする請求項１から５の何れか１つに記載のモータ制御装置。
7. 前記同期動作指令抽出部は、前記ブロックとして、前記工具交換を行う前の加工終了時の位置である加工終了位置から前記工具交換を行う位置である工具交換位置までの第１の移動ブロック、および前記工具交換が終了した位置である工具交換終了位置から前記工具交換を行った後の次の加工位置である加工開始位置までの第２の移動ブロックの少なくとも一方を、前記加工プログラムの中から抽出する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
8. 請求項１から７の何れか１つに記載のモータ制御装置と、
   前記モータ制御装置によって制御される前記モータを含む加工装置と、
   を備えることを特徴とする加工システム。
9. モータ制御装置が、駆動軸の加速時間を定義するための加速時定数と前記駆動軸の減速時間を定義するための減速時定数とに基づいて、前記駆動軸を駆動するモータへの制御信号を生成するモータ制御方法において、
   前記モータ制御装置が、加工プログラムの中から同期する複数の前記駆動軸に対して定値制御が連続して指令されるブロックを抽出し、前記ブロックに含まれている同期動作指令を抽出する同期動作指令抽出ステップと、
   前記モータ制御装置が、前記加速時定数および前記減速時定数に基づいて、前記加工プログラムによって実行される加工の動作時間および消費エネルギーを算出する動作状態算出ステップと、
   前記モータ制御装置が、前記同期動作指令の各々に対し、前記駆動軸の前記動作時間が、前記動作時間の許容時間を表す許容動作時間以下となり、且つ前記消費エネルギーが最小となる前記加速時定数および前記減速時定数を最適パラメータとして算出する最適パラメータ算出ステップと、
   前記モータ制御装置が、前記最適パラメータに基づいて、前記モータへの制御信号を生成するモータ制御ステップと、
   を含むことを特徴とするモータ制御方法。
10. モータ制御装置と、前記モータ制御装置によって制御されるモータを含む加工装置とを備える加工システムが、駆動軸の加速時間を定義するための加速時定数と前記駆動軸の減速時間を定義するための減速時定数とに基づいて、前記駆動軸を駆動する前記モータへの制御信号を生成して加工を行う加工方法において、
    前記モータ制御装置が、加工プログラムの中から同期する複数の前記駆動軸に対して定値制御が連続して指令されるブロックを抽出し、前記ブロックに含まれている同期動作指令を抽出する同期動作指令抽出ステップと、
    前記モータ制御装置が、前記加速時定数および前記減速時定数に基づいて、前記加工プログラムによって実行される加工の動作時間および消費エネルギーを算出する動作状態算出ステップと、
    前記モータ制御装置が、前記同期動作指令の各々に対し、前記駆動軸の前記動作時間が、前記動作時間の許容時間を表す許容動作時間以下となり、且つ前記消費エネルギーが最小となる前記加速時定数および前記減速時定数を最適パラメータとして算出する最適パラメータ算出ステップと、
    前記モータ制御装置が、前記最適パラメータに基づいて、前記モータへの制御信号を生成するモータ制御ステップと、
    前記加工装置が、前記制御信号に従って前記モータを動作させることで加工を行う加工ステップと、
    を含むことを特徴とする加工方法。

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