JPWO2013140500A1 - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主回路電源電圧の復帰時に過速度アラームの発生等によりモータが停止するのを防止する。【解決手段】制御部６は、電圧検出部５により直流電圧が所定電圧を下回ったことが検出された場合に指令トルクＴｒを所定トルク以下に制限するトルク制限を開始し、直流電圧が所定電圧を上回ったことが検出された場合にトルク制限を解除するトルク制限部１７と、トルク制限の解除後にモータ速度Ｖｆｂが第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致した場合に、速度指令Ｖｒを第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致させる算出部２１及び減算器２８と、少なくともトルク制限中に溜まる位置偏差である溜まり位置偏差εｂｕｆを算出して保持する保持部２２と、第１位置指令速度ｄＰｒ１の減速開始以後に、保持部２２により保持された溜まり位置偏差εｂｕｆに対応する第２位置指令Ｐｒ２を所定の速度プロファイルで払い出す払出部２３と、を有する。

Description

開示の実施形態は、モータ制御装置に関する。

特許文献１には、電源が瞬時停電をしても運転を継続できるモータ制御装置が記載されている。このモータ制御装置は、位置指令とモータ位置から速度指令を生成し、速度指令とモータ速度から第１トルク指令を生成する位置・速度制御部と、トルク指令を電流指令に変換し電流指令とモータ電流からＰＷＭゲート信号を生成するトルク制御部と、直流電源の直流電圧が所定電圧よりも低下したことを検出したら電圧不足ワーニング信号を生成し上位コントローラに出力する電圧検出部と、第１トルク指令を上位コントローラのトルク制限信号に制限して第２トルク指令を生成するトルク制限部とを備えている。

国際公開第２００８／０９３４８５号

半導体製造装置には、ＳＥＭＩ−Ｆ４７という規格がある。ＳＥＭＩ−Ｆ４７は、瞬時停電や主回路電源電圧の低下が発生しても、機器やシステムが停止することなく運転を継続することを要求している。

上記従来技術では、主回路電源電圧の低下時にトルク制限を行うことで、ＳＥＭＩ−Ｆ４７への対応を図っている。しかしながら、トルク制限によりモータが位置指令に追従できず、位置偏差が大きくなる可能性がある。その場合、主回路電源電圧が復帰した際に、増大した位置偏差に対応した速度指令が出力され、モータがオーバーシュートして過速度アラームの発生等により停止するおそれがあった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、主回路電源電圧の復帰時に過速度アラームの発生等によりモータが停止するのを防止できるモータ制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、交流電源を直流電源に変換するコンバータ部、前記直流電源と並列に接続された平滑コンデンサ、及び、前記直流電源を交流電源に変換しモータを駆動するインバータ部を有する主回路と、前記主回路の直流電圧を検出する電圧検出部と、上位コントローラからの第１位置指令とモータ位置との位置偏差に基づき速度指令を生成する位置制御部、及び、前記速度指令とモータ速度との速度偏差に基づきトルク指令を生成する速度制御部を有し、前記トルク指令に基づき前記インバータ部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電圧検出部により前記直流電圧が所定電圧を下回ったことが検出された場合に、前記トルク指令による指令トルクを所定トルク以下に制限するトルク制限を開始し、前記直流電圧が前記所定電圧を上回ったことが検出された場合に、前記トルク制限を解除するトルク制限部と、前記トルク制限の解除後に前記モータ速度が前記第１位置指令の時間微分値である第１位置指令速度に一致した場合に、前記速度指令を前記第１位置指令速度に一致させる速度一致指示部と、少なくとも前記トルク制限中に溜まる前記位置偏差である溜まり位置偏差を算出して保持する保持部と、前記第１位置指令速度の減速開始以後に、前記保持部により保持された前記溜まり位置偏差に対応する第２位置指令を所定の速度プロファイルで払い出す払出部と、を有するモータ制御装置が適用される。

本発明のモータ制御装置によれば、主回路電源電圧の復帰時に過速度アラームの発生等によりモータが停止するのを防止することができる。

実施形態に係るモータ制御装置の機能構成を表すブロック図である。 通常時における制御部の機能構成を表すブロック図である。 モータ速度が第１位置指令速度に一致した直後における制御部の機能構成を表すブロック図である。 モータ速度が第１位置指令速度に一致した後、第２位置指令の払い出しを開始する直前までにおける制御部の機能構成を表すブロック図である。 第２位置指令の払い出し開始後、払い出しが完了するまでにおける制御部の機能構成を表すブロック図である。 主回路電源電圧の低下が発生した場合のモータ制御装置の動作の一例を表すタイムチャートである。 第２位置指令の速度プロファイルを説明するための説明図である。 第１位置指令速度の減速途中で払い出しを開始し、定速期間がある変形例において、主回路電源電圧の低下が発生した場合のモータ制御装置の動作の一例を表すタイムチャートである。 第１位置指令速度の減速途中で払い出しを開始し、定速期間がある変形例において、第２位置指令の速度プロファイルを説明するための説明図である。 第１位置指令速度の減速途中で払い出しを開始し、減速期間のみである変形例において、第２位置指令の払い出し開始後、払い出しが完了するまでにおける制御部の機能構成を表すブロック図である。 第１位置指令速度の減速途中で払い出しを開始し、減速期間のみである変形例において、主回路電源電圧の低下が発生した場合のモータ制御装置の動作の一例を表すタイムチャートである。 第１位置指令速度の減速途中で払い出しを開始し、減速期間のみである変形例において、第２位置指令の速度プロファイルを説明するための説明図である。 第１位置指令速度の減速開始と同時に払い出しを開始する変形例において、主回路電源電圧の低下が発生した場合のモータ制御装置の動作の一例を表すタイムチャートである。 第１位置指令速度の減速開始と同時に払い出しを開始する変形例において、第２位置指令の速度プロファイルを説明するための説明図である。

以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

＜モータ制御装置の構成＞
まず、図１を用いて本実施形態に係るモータ制御装置１の機能構成について説明する。図１に示すように、モータ制御装置１は、コンバータ部２と、平滑コンデンサ３と、インバータ部４と、電圧検出部５と、制御部６と、を有している。

コンバータ部２は、交流電源７から供給される交流電力を直流電力に変換する。平滑コンデンサ３は、正側直流母線８及び負側直流母線９に対して直流電源と並列に接続され、コンバータ部２により変換された直流電力を平滑化する。インバータ部４は、制御部６からの制御信号Ｓ１（ＰＷＭ信号等）に基づき直流電力を交流電力に変換し、モータ１０を駆動する。これらコンバータ部２、平滑コンデンサ３、及びインバータ部４等が、主回路１１を構成する。

電圧検出部５は、正側直流母線８及び負側直流母線９に接続され、主回路１１の直流電圧を検出する。また電圧検出部５は、不足電圧閾値である所定電圧をパラメータにより設定し、直流電圧が所定電圧を下回った場合には、警告信号Ｓ２を生成して上位コントローラ１２に出力し、直流電圧が所定電圧を上回った（復帰した）場合には、警告信号Ｓ２の出力を停止する。上位コントローラ１２は、電圧検出部５から警告信号Ｓ２が入力される間、制御部６の後述するトルク制限部１７に対しトルク制限信号（図示省略）を出力する。制御部６は、上位コントローラ１２からの第１位置指令Ｐｒ１に基づき、主としてインバータ部４の制御を行う。

なお、以上では、電圧検出部５が警告信号Ｓ２を上位コントローラ１２に出力することで、上位コントローラ１２を介してトルク制限を実施するようにしたが、これに限定されるものではない。すなわち、電圧検出部５が警告信号Ｓ２を制御部６に直接出力するようにし、上位コントローラ１２を介さずにトルク制限を実施してもよい。

位置検出器１３は、モータ１０のモータ位置（回転角度等）を光学的または磁気的に検出して位置データを生成し、パルス信号Ｓ３として制御部６に出力する。制御部６は、このパルス信号Ｓ３をフィードバックされたモータ位置Ｐｆｂ（図２参照）として取り込むと共に、モータ位置Ｐｆｂを差分演算等で速度に変換し、フィードバックされたモータ速度Ｖｆｂ（図２参照）として取り込む。なお、位置検出器１３が出力する位置データの形態は、パルス信号に限らず、シリアルデータ、アナログ正弦波等種々の形態がある。

＜制御部の構成＞
次に、図２〜図５を用いて制御部６の機能構成について説明する。なお、図２は通常時（通常運転〜トルク制限開始〜トルク制限解除〜解除後にモータ速度が第１位置指令速度に一致するまで）、図３はモータ速度が第１位置指令速度に一致した直後、図４はモータ速度が第１位置指令速度に一致した後、第２位置指令の払い出しを開始する直前まで、図５は第２位置指令の払い出し開始後、払い出しが完了するまでの、制御部６の機能構成を表している。

図２〜図５に示すように、制御部６は、位置制御部１４と、速度制限部１５と、速度制御部１６と、トルク制限部１７と、制限値可変部１８と、微分器１９と、監視部２０と、算出部２１と、保持部２２と、払出部２３と、複数の切替スイッチ２４〜２７とを有している。

位置制御部１４は、上位コントローラ１２からの第１位置指令Ｐｒ１と位置検出器１３からフィードバックされたモータ位置Ｐｆｂとの位置偏差εに基づき、速度指令Ｖｒを生成する。速度制限部１５は、速度指令Ｖｒによる指令速度（以下適宜「指令速度Ｖｒ」という）を所定の速度制限値Ｖｌｉｍ以下に制限する。速度制限値Ｖｌｉｍは、パラメータとして任意の値に設定され、また制限値可変部１８により可変される。速度制限部１５による速度制限機能は、トルク制限部１７による後述のトルク制限が解除された際に有効になり、トルク制限の解除後に可変された速度制限値Ｖｌｉｍ（≒モータ速度Ｖｆｂ）が第１位置指令Ｐｒ１の時間微分値である第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致した際に無効となる。速度制限部１５は、この有効期間内に指令速度Ｖｒが速度制限値Ｖｌｉｍ以上となった場合に、速度制限を実行する。

速度制御部１６は、速度指令Ｖｒと位置検出器１３からフィードバックされたモータ位置Ｐｆｂを差分演算等した差分値であるモータ速度Ｖｆｂとの速度偏差Ｖｅに基づき、トルク指令Ｔｒを生成する。トルク制限部１７は、トルク指令Ｔｒによる指令トルク（以下適宜「指令トルクＴｒ」という）を所定のトルク制限値Ｔｌｉｍ以下に制限する。トルク制限値Ｔｌｉｍは、パラメータとして任意の値に設定される。トルク制限部１７によるトルク制限機能は、上位コントローラ１２から前述したトルク制限信号が入力されている間、有効になる。トルク制限部１７は、この有効期間内に指令トルクＴｒがトルク制限値Ｔｌｉｍ以上となった場合にトルク制限を実行する。

速度制御部１６からのトルク指令Ｔｒは、前述の制御信号Ｓ１に変換され、インバータ部４に出力される。なお、制御部６がトルク制御部（図示省略）を有するようにしてもよい。このトルク制御部は、速度制御部１６からのトルク指令Ｔｒを電流指令に変換し、当該電流指令とフィードバックされたモータ電流から電圧指令を生成し、当該電圧指令に基づき制御信号Ｓ１を生成する。

制限値可変部１８は、速度制限部１５の速度制限値Ｖｌｉｍを可変させる。可変の範囲及び態様は、例えば上限値、下限値、及び可変時間等をパラメータとして任意に設定される。可変態様は種々考えられる。本実施形態では、後述の図６に示すように、指令速度Ｖｒがトルク制限の解除時のモータ速度である速度Ｖ２から第１位置指令速度ｄＰｒ１に至るまで一定の加速度で直線的に加速するように、制限値可変部１８は速度制限値Ｖｌｉｍを可変させる。

微分器１９は、上位コントローラ１２からの第１位置指令Ｐｒ１を入力し、時間微分値である第１位置指令速度ｄＰｒ１を生成する。監視部２０は、微分器１９からの第１位置指令速度ｄＰｒ１とモータ速度Ｖｆｂを入力し、モータ速度Ｖｆｂが第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致したか否かを監視する。また監視部２０は、払出部２３による第２位置指令ｄＰｒ２の払い出しを開始するために、第１位置指令ｄＰｒ１の払い出しが完了したか否か（第１位置指令速度ｄＰｒ１が０となったか否か）についても監視する。

算出部２１は、トルク制限の解除後、監視部２０によってモータ速度Ｖｆｂが第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致したことが検出された際に、モータ速度Ｖｆｂと位置制御部１４の位置ループゲインｋｐとに基づき理論位置偏差εｔｈを算出する。この理論位置偏差εｔｈは、次式のように表せる。
εｔｈ＝Ｖｆｂ／ｋｐ ・・・ （式１）

切替スイッチ２４は、図３に示すように、監視部２０によってモータ速度Ｖｆｂが第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致したことが検出された直後に閉成され、これ以外は開成される。これにより、モータ速度Ｖｆｂと第１位置指令速度ｄＰｒ１とが一致した際にモータ速度Ｖｆｂが算出部２１に入力され、算出部２１は上記理論位置偏差εｔｈの算出が可能となる。なお、位置ループゲインｋｐは予め設定され記憶されている。

保持部２２は、例えばバッファメモリ等であり、トルク制限中及び速度制限中に溜まる位置偏差εである溜まり位置偏差εｂｕｆを算出して保持する。この溜まり位置偏差εｂｕｆは、第１位置指令Ｐｒ１とモータ位置Ｐｆｂとの位置偏差εと、算出部２１で算出された理論位置偏差εｔｈとに基づき、次式のように表せる。
εｂｕｆ＝ε−εｔｈ ・・・ （式２）

切替スイッチ２５は、図３に示すように、監視部２０によってモータ速度Ｖｆｂが第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致したことが検出された直後に閉成され、これ以外は開成される。これにより、モータ速度Ｖｆｂと第１位置指令速度ｄＰｒ１とが一致した際に位置偏差εが保持部２２に入力され、保持部２２は上記溜まり位置偏差εｂｕｆの算出が可能となる。

また、切替スイッチ２６は、図３〜図５に示すように、監視部２０によってモータ速度Ｖｆｂが第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致したことが検出された直後に閉成され、払出部２３による第２位置指令Ｐｒ２の払い出しが完了するまで閉成された状態となる。これにより、モータ速度Ｖｆｂと第１位置指令速度ｄＰｒ１とが一致した直後から、減算器２８によって、位置偏差εから、当該位置偏差εと算出部２１で算出した理論位置偏差εｔｈとの差分値である保持部２２で算出した溜まり位置偏差εｂｕｆが減算され、払出部２３による第２位置指令Ｐｒ２の払い出しが開始されるまで、位置制御部１４には理論位置偏差εｔｈ（＝ε−（ε−εｔｈ））が入力される（図３及び図４参照）。その結果、位置制御部１４で生成される速度指令Ｖｒは第１位置指令速度ｄＰｒ１と略一致することとなる。以上から、算出部２１と減算器２８とが、特許請求の範囲に記載の速度一致指示部として機能する。

払出部２３は、監視部２０によって第１位置指令ｄＰｒ１の払い出しが完了した（第１位置指令速度ｄＰｒ１が０となった）ことが検出された際に、保持部２２により保持された溜まり位置偏差εｂｕｆに対応する第２位置指令Ｐｒ２を所定の速度プロファイルで払い出す。払出部２３により払い出された第２位置指令Ｐｒ２は、加算器２９により第１位置指令Ｐｒ１と加算されるが、本実施形態では第１位置指令ｄＰｒ１の払い出しが完了しているので第１位置指令ｄＰｒ１は０である。したがって、位置制御部１４は、第２位置指令Ｐｒ２の払い出し開始後は、第２位置指令Ｐｒ２とモータ位置Ｐｆｂとの位置偏差εに基づき速度指令Ｖｒを生成することになる。

所定の速度プロファイルは、速度、加速度、減速度等のパラメータを用いて任意に設定可能であり、予め設定され記憶されている。本実施形態では、後述の図６及び図７に示すように、第２位置指令Ｐｒ２の時間微分値である第２位置指令速度ｄＰｒ２が、所定の加速度で加速し、所定の速度で所定時間だけ定速となり、所定の減速度で減速する速度プロファイルとなるように設定されている。この速度プロファイルで第２位置指令Ｐｒ２を払い出す間の移動距離が溜まり位置偏差εｂｕｆとなる。なお、速度プロファイルは上記に限定されるものではなく、種々考えられる。例えば加速及び減速において加減速度を一定でなく可変させたり、定速期間を設けないようにしてもよい。

切替スイッチ２７は、図５に示すように、監視部２０によって第１位置指令ｄＰｒ１の払い出しが完了したことが検出された際に閉成される。これにより、払出部２３による第２位置指令ｄＰｒ２の払い出しが可能となる。その後、第２位置指令ｄＰｒ２の払い出しが完了した際に、切替スイッチ２７は開成される。

＜主回路電源電圧の低下が発生した場合の動作＞
次に、図６及び図７並びに前述の図２〜図５を用いて、瞬時停電等による主回路１１の直流電圧の低下が発生した場合のモータ制御装置１の動作の一例について説明する。ここでは、第１位置指令速度ｄＰｒ１に示すように、第１位置指令Ｐｒ１の速度プロファイルが加速、定速、減速であり、この定速期間中に主回路電源電圧の低下が生じた場合について説明する。

電圧検出部５により主回路１１の直流電圧が所定電圧Ｖ０を下回ったことが検出されると（時間ｔ１）、前述したように電圧検出部５が警告信号Ｓ２を生成して上位コントローラ１２に出力し、上位コントローラ１２がトルク制限部１７に対しトルク制限信号を出力する。これにより、トルク制限部１７のトルク制限機能が有効となり、トルク制限部１７はトルク制限を開始する。

このトルク制限の実施によりモータ速度Ｖｆｂは低下し、位置偏差εの増大に伴って指令速度Ｖｒが上昇する。なお、時間ｔ１までは位置指令速度ｄＰｒ１、指令速度Ｖｒ、及びモータ速度Ｖｆｂはほぼ同じ値となっている。

その後、主回路電源電圧が低下より復帰して所定電圧Ｖ０を上回ったことが検出されると（時間ｔ２）、電圧検出部５が上位コントローラ１２への警告信号Ｓ２の出力を停止し、上位コントローラ１２がトルク制限部１７へのトルク制限信号の出力を停止する。これにより、トルク制限部１７のトルク制限機能は無効となり、トルク制限部１７はトルク制限を解除する。

トルク制限部１７によるトルク制限が解除されると、速度制限部１５による速度制限機能が有効となる。このとき、制限値可変部１８が速度制限値Ｖｌｉｍをトルク制限の解除時のモータ速度である速度Ｖ２にラッチさせ、速度制限部１５は速度制限を開始する。その後、制限値可変部１８は、速度制限値Ｖｌｉｍを速度Ｖ２よりも大きい速度Ｖ１まで一定の比率で上昇させる。その結果、図６に示すように、制限された指令速度Ｖｒは速度Ｖ２から速度Ｖ１に至るまで一定の加速度で直線的に加速される。そして、制限された指令速度Ｖｒ（＝速度制限値Ｖｌｉｍ）が速度Ｖ１（＝第１位置指令速度ｄＰｒ１）に一致した際に（時間ｔ３）、速度制限部１５の速度制限機能が無効となり、速度制限部１５は速度制限を解除する。

なお、上述したように監視部２０によってモータ速度Ｖｆｂが第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致したことが検出される時点（時間ｔ３）までは、図２に示すように制御部６の各切替スイッチ２４〜２７は開成している。そして、モータ速度Ｖｆｂが第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致した直後に、図３に示すように切替スイッチ２４〜２６が閉成される。これにより、算出部２１がこのときのモータ速度Ｖｆｂ（≒第１位置指令速度ｄＰｒ１）に基づき理論位置偏差εｔｈを算出し、この理論位置偏差εｔｈが保持部２２に入力される。一方、保持部２２には位置偏差εが入力され、保持部２２は当該位置偏差εと理論位置偏差εｔｈとの差分値である溜まり位置偏差εｂｕｆを算出し、保持する。

その後、図４に示すように切替スイッチ２４，２５は開成され、切替スイッチ２６のみが閉成された状態となる。保持部２２で保持された溜まり位置偏差εｂｕｆは、減算器２８によって位置偏差εから減算され、位置制御部１４には理論位置偏差εｔｈが入力される。これにより、位置制御部１４で生成される速度指令Ｖｒは第１位置指令速度ｄＰｒ１と略一致する。その結果、図６に示すように、モータ速度Ｖｆｂが第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致した後（時間ｔ３）、第１位置指令速度ｄＰｒ１が減速を開始し（時間ｔ４）、第１位置指令Ｐｒ１の払い出しが完了するまでの間（時間ｔ５）、指令速度Ｖｒは第１位置指令速度ｄＰｒ１とほぼ一致する。すなわち、モータ１０は、時間ｔ３から時間ｔ５までの間、第１位置指令Ｐｒ１にしたがって駆動される。

監視部２０によって第１位置指令ｄＰｒ１の払い出しが完了した（第１位置指令速度ｄＰｒ１が０となった）ことが検出されると（時間ｔ５）、図５に示すように切替スイッチ２７が閉成される。これにより、払出部２３は、保持部２２により保持された溜まり位置偏差εｂｕｆに対応する第２位置指令Ｐｒ２を所定の速度プロファイルで払い出す。前述したように、図６及び図７に示す例では、払出部２３は、第２位置指令速度ｄＰｒ２が所定の加速度ａｃｃで加速し（時間ｔ５〜ｔ６）、所定の速度Ｖ３で所定時間だけ定速となり（時間ｔ６〜ｔ７）、所定の減速度ｄｅｃで減速する（時間ｔ７〜ｔ８）速度プロファイルとなるように、第２位置指令Ｐｒ２を払い出す。その結果、トルク制限中及び速度制限中に溜まった位置偏差εｂｕｆ分だけモータ１０を移動させ、目標位置まで到達させることができる。なお、上記加速度ａｃｃ、速度Ｖ３及び減速度ｄｅｃ等は、パラメータとして任意の値に設定される。

＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態のモータ制御装置１においては、トルク制限の解除後にモータ速度Ｖｆｂが第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致した場合に、速度一致指示部として機能する算出部２１及び減算器２８が、速度制御部１６に入力される速度指令Ｖｒを第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致させる。これにより、トルク制限時に位置偏差εが増大し、トルク制限解除時に当該増大した位置偏差である溜まり位置偏差εｂｕｆに対応した過大な速度指令Ｖｒが位置制御部１４により生成されても、当該速度指令Ｖｒを第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致させるので、モータ速度Ｖｆｂが第１位置指令速度ｄＰｒ１を上回るのを抑制できる。したがって、モータ１０のオーバーシュートを抑制して過速度アラームの発生等による停止を回避でき、主回路電源電圧の復帰時にモータ１０が停止するのを防止できる。

また本実施形態においては、保持部２２が溜まり位置偏差εｂｕｆを算出して保持し、払出部２３が第１位置指令Ｐｒ１の払い出し完了後に保持された溜まり位置偏差εｂｕｆに対応する第２位置指令Ｐｒ２を所定の速度プロファイルで払い出す。これにより、主回路電源電圧の低下時にトルクを制限することにより生じた位置偏差εの増大分を、第１位置指令Ｐｒ１の払い出し完了後に補完することが可能となり、モータ１０を目標位置に精度良く位置決めすることができる。

また、本実施形態では特に、制御部６が、トルク制限の解除後に速度指令Ｖｒを可変制限する速度制限部１５を更に有する。これにより、トルク制限時および速度制限時に位置偏差εが増大し、速度制限解除時に当該増大した位置偏差である溜まり位置偏差εｂｕｆに対応した過大な速度指令Ｖｒが位置制御部１４により生成されても、モータ速度Ｖｆｂが第１位置指令速度ｄＰｒ１を上回るのを更に抑制できる。したがって、モータ１０のオーバーシュートを更に抑制して過速度アラームの発生等による停止を回避でき、主回路電源電圧の復帰時にモータ１０が停止するのを防止できる。また、主回路電源電圧の復帰時におけるモータ１０の急激な加速を回避して装置へのショックを低減できると共に、モータ１０の動作を滑らかにできる効果もある。

また、本実施形態では特に、第２位置指令Ｐｒ２の払い出しを第１位置指令Ｐｒ１の払い出し完了後に開始することで、制御部６において第１位置指令Ｐｒ１と第２位置指令Ｐｒ２とを分離して処理することができるので、第１位置指令Ｐｒ１と第２位置指令Ｐｒ２とを加算して処理する場合に比べ、演算処理の負担を低減できる。またその結果、演算誤差を抑制できるので、モータ１０を目標位置に精度良く位置決めできる。

また、本実施形態では特に、払出部２３が、第２位置指令速度ｄＰｒ２が所定の加速度で加速し、所定の速度で定速となり、所定の減速度で減速する速度プロファイルとなるように第２位置指令Ｐｒ２を払い出すので、当該払い出しの際のモータ１０の急激な加速・減速を回避し、モータ１０の動作を滑らかに目標位置まで到達させることができる。

＜変形例＞
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。

（１）第１位置指令速度の減速途中で払い出しを開始する場合（定速期間あり）
上記実施形態では、第２位置指令Ｐｒ２の払い出しを第１位置指令Ｐｒ１の払い出し完了後に開始するようにしたが、払い出しの開始タイミングを第１位置指令速度ｄＰｒ１の減速途中としてもよい。この場合の一例について、図８及び図９を用いて説明する。

図８に示すように、払出部２３は、第１位置指令速度ｄＰｒ１が減速を開始した後（時間ｔ４）、減速途中、すなわちこの例では第１位置指令速度ｄＰｒ１が速度Ｖ１から速度Ｖ４まで減速した時点で（時間ｔ９）、第２位置指令Ｐｒ２の払い出しを開始する。具体的には、監視部２０によって第１位置指令速度ｄＰｒ１が速度Ｖ４となったことが検出されると、前述の図５に示すように切替スイッチ２７が閉成され、払出部２３が払い出しを開始する。なお、払い出しの開始タイミングが異なる点以外は、制御部６の動作は前述の実施形態における図２〜図５と同様である。位置制御部１４は、第２位置指令Ｐｒ２の払い出し開始後は、加算された第１位置指令Ｐｒ１及び第２位置指令Ｐｒ２とモータ位置Ｐｆｂとの位置偏差εに基づき速度指令Ｖｒを生成する。

本変形例では、第２位置指令Ｐｒ２の速度プロファイルに定速期間を設ける。この速度プロファイルの設定の一例について、図９（ａ）に示す。定速期間の速度Ｖ４及びその後の減速期間の減速度ｄｅｃは、パラメータとして任意の値に設定される。この設定された速度Ｖ４及び減速度ｄｅｃにしたがって第１位置指令Ｐｒ１及び第２位置指令Ｐｒ２を払い出す間の移動距離（斜線部分の面積）が溜まり位置偏差εｂｕｆと一致するように、時間ｔ１０及び時間ｔ１１が設定される。その結果、払出部２３は、減速途中の第１位置指令速度ｄＰｒ１が速度Ｖ４に到達した後（時間ｔ９）、速度Ｖ４で所定の時間定速となり（時間ｔ９〜ｔ１０）、その後所定の減速度ｄｅｃで減速する（時間ｔ１０〜ｔ１１）速度プロファイルとなるように、第２位置指令Ｐｒ２を払い出す。

なお、図９（ａ）では、第２位置指令速度ｄＰｒ２の減速度ｄｅｃが第１位置指令速度ｄＰｒ１の減速度と等しい場合を一例として示しているが、これらを異ならせてもよい。

なお、溜まり位置偏差εｂｕｆが小さい場合、指定された速度Ｖ４から定速、減速運転をすると、移動距離が溜まり位置偏差εｂｕｆより大きくなり、目標位置を過ぎてしまう可能性がある。この場合、指定された速度Ｖ４に代えて速度Ｖ４’を次式により算出することで、対応すればよい。
Ｖ４’＝（ｄｅｃ×εｂｕｆ）^０．５ ・・・ （式３）

上記式３の導出について、図９（ｂ）を用いて説明する。第２位置指令速度ｄＰｒ２の加速時間または減速時間をΔｔとすると、たまり位置偏差εｂｕｆの面積は、
εｂｕｆ＝（２×Δｔ×Ｖ４’）／２＝Δｔ×Ｖ４’ ・・・ （式４）
ここで、減速度ｄｅｃは次のように表せる。
ｄｅｃ＝Ｖ４’／Δｔ ∴Δｔ＝Ｖ４’／ｄｅｃ ・・・ （式５）
式４に式５を代入すると、
εｂｕｆ＝（Ｖ４’／ｄｅｃ）×Ｖ４’＝Ｖ４’^２／ｄｅｃ ・・・ （式６）
式６をＶ４’について整理すると、
Ｖ４’＝（ｄｅｃ×εｂｕｆ）^０．５ となる。

なお、指定された速度Ｖ４により移動距離が溜まり位置偏差εｂｕｆより大きくなるか否かは、例えば次の条件で判断すればよい。
εｂｕｆ＜Ｖ４^２／ｄｅｃ ・・・ （式７）
すなわち、溜まり位置偏差εｂｕｆが（Ｖ４^２／ｄｅｃ）以上である場合には、指定された速度Ｖ４に基づく速度プロファイルとし、溜まり位置偏差εｂｕｆが（Ｖ４^２／ｄｅｃ）より小さい場合には、上記式３によるＶ４’に基づく速度プロファイルとする。

以上説明した本変形例によれば、払出部２３が、第１位置指令速度ｄＰｒ１の減速途中で第２位置指令Ｐｒ２の払い出しを開始し、第２位置指令Ｐｒ２の払い出し開始後の速度プロファイルに定速期間を設けるので、モータ１０の動作を滑らかに目標位置まで到達させることができる。

（２）第１位置指令速度の減速途中で払い出しを開始する場合（減速期間のみ）
上記変形例（１）では、第２位置指令Ｐｒ２の速度プロファイルに定速期間を設けたが、定速期間を設けずに所定の減速度で減速するようにしてもよい。この場合の一例について、図１０〜図１２を用いて説明する。

図１０に示すように、本変形例の制御部６は、減速度算出補正部３０を有している。減速度算出補正部３０は、監視部２０によって第１位置指令速度ｄＰｒ１が予め定められた所定の速度まで減速したことが検出され、払出部２３が第２位置指令Ｐｒ２の払い出しを開始する際に、新たな減速度を算出する。また減速度算出補正部３０は、必要に応じ、第１位置指令Ｐｒ１の払い出し完了時に、当該払い出し完了時における溜まり位置偏差εｂｕｆに基づいて速度プロファイルの減速度を補正する。これ以外の制御部６の構成及び動作については、前述の図２〜図５と同様である。なお、減速度算出補正部３０が特許請求の範囲に記載の減速度補正部の一例に相当する。

図１１に示すように、払出部２３は、第１位置指令速度ｄＰｒ１が減速を開始した後（時間ｔ４）、減速途中、すなわちこの例では第１位置指令速度ｄＰｒ１が速度Ｖ１から速度Ｖ５まで減速した時点で（時間ｔ１２）第２位置指令Ｐｒ２の払い出しを開始し、第１位置指令速度ｄＰｒ１と第２位置指令速度ｄＰｒ２の和が所定の減速度で減速するようにしつつ、払い出しを完了する（時間ｔ１３）。このときの第２位置指令Ｐｒ２の払い出しは、速度算出補正部３０によって算出された減速度にしたがって行われる。位置制御部１４は、第２位置指令Ｐｒ２の払い出し開始後は、加算された第１位置指令Ｐｒ１及び第２位置指令Ｐｒ２とモータ位置Ｐｆｂとの位置偏差εに基づき速度指令Ｖｒを生成する。

本変形例の速度プロファイルの設定の一例について、図１２に示す。速度Ｖ５はパラメータとして予め任意の値に設定される。この設定された速度Ｖ５まで第１位置指令速度ｄＰｒ１が減速したことが監視部２０によって検出されると、減速度算出補正部３０は次のような手順で新たな減速度ｄｅｃ’を算出する。まず、減速度算出補正部３０は、払出部２３から払い出される前回の指令と今回の指令の差分から、第１位置指令速度ｄＰｒ１の減速度ｄｅｃを算出する。次に、算出した減速度ｄｅｃから次式に基づき減速距離Ｌ（斜線部分の面積）を算出する。
Ｌ＝（１／２）×Δｔ×Ｖ５
＝（１／２）×（Ｖ５／ｄｅｃ）×Ｖ５
＝（１／２）×（Ｖ５^２／ｄｅｃ） ・・・ （式８）

そして、減速度算出補正部３０は、算出した減速距離Ｌと保持部２２に保持された溜まり位置偏差εｂｕｆとから、次式に基づき減速度ｄｅｃ’を算出する
ｄｅｃ’＝（１／２）×（Ｖ５^２／（Ｌ＋εｂｕｆ）） ・・・ （式９）
なお、式９は、式８をｄｅｃについて整理し、当該式においてＬを（Ｌ＋εｂｕｆ）に置き換えることで導出できる。この算出された減速度ｄｅｃ’にしたがって第１位置指令Ｐｒ１及び第２位置指令Ｐｒ２を払い出す間の移動距離は、減速距離Ｌと溜まり位置偏差εｂｕｆの和と一致する。

なお、上記において算出した減速度ｄｅｃや減速距離Ｌに誤差がある場合、目標位置に対して位置ずれが生じてしまう。このような位置ずれが予想される場合には、減速度算出補正部３０が、第１位置指令Ｐｒ１の払い出しが完了した時点（時間ｔ５）で減速度ｄｅｃ’の再計算を行い、補正を行ってもよい。減速度ｄｅｃ’の再計算は、例えば次式に基づいて行う。
ｄｅｃ’＝（１／２）×（Ｖ５^２／εｂｕｆ’） ・・・ （式１０）
なお、εｂｕｆ’は第１位置指令Ｐｒ１の払い出し完了時における溜まり位置偏差である。これにより補正された減速度ｄｅｃ’の一例を、図１２中に一点鎖線で示す。

以上説明した本変形例によれば、払出部２３が、第１位置指令速度ｄＰｒ１の減速途中で第２位置指令Ｐｒ２の払い出しを開始し、第２位置指令Ｐｒ２の払い出し開始後の速度プロファイルを減速のみとする。これにより、第２位置指令Ｐｒ２の払い出し開始の前後において減速度は変化する（小さくなる）ものの、減速状態を維持しつつ第２位置指令Ｐｒ２の払い出しを行うことができるので、払い出し開始時のモータ１０のショックを低減し、モータ１０の動作を滑らかに目標位置まで到達させることができる。また、減速度算出補正部３０により減速度ｄｅｃ’の補正を行うので、減速度ｄｅｃや減速距離Ｌの算出に誤差が生じた場合でも、目標位置に対する位置ずれを防止でき、位置決め精度を向上できる。

（３）第１位置指令速度の減速開始と同時に払い出しを開始する場合
上記変形例（１）及び（２）では、第１位置指令速度ｄＰｒ１の減速途中で払い出しを開始するようにしたが、第１位置指令速度ｄＰｒ１の減速開始と同時に払い出しを開始してもよい。この場合の一例について、図１３及び図１４を用いて説明する。

本変形例の制御部６の構成は、前述の図１０に示すものと同様であり、減速度算出補正部３０を有している。減速度算出補正部３０は、監視部２０によって第１位置指令速度ｄＰｒ１が減速を開始したことが検出され、払出部２３が第２位置指令Ｐｒ２の払い出しを開始する際に、新たな減速度を算出する。また速度算出補正部３０が、必要に応じて速度プロファイルの減速度を補正する点も前述と同様である。

図１３に示すように、払出部２３は、第１位置指令速度ｄＰｒ１が減速を開始した際に（時間ｔ４）、第２位置指令Ｐｒ２の払い出しを開始し、第１位置指令速度ｄＰｒ１と第２位置指令速度ｄＰｒ２の和が所定の減速度で減速するようにしつつ、払い出しを完了する（時間ｔ１４）。このときの第２位置指令Ｐｒ２の払い出しは、速度算出補正部３０によって算出された減速度ｄｅｃ’にしたがって行われる。

本変形例の速度プロファイルの設定の一例について、図１４に示す。減速度算出補正部３０による減速度ｄｅｃ’の算出手法は、前述した変形例（２）と同様である。但し、本変形例では、減速度ｄｅｃ’の算出タイミングは第１位置指令速度ｄＰｒ１が減速を開始した時点あるいはその直後である。また、位置ずれが予想される場合に減速度算出補正部３０によって行う減速度ｄｅｃ’の補正手法も、前述した変形例（２）と同様である。

以上説明した本変形例によれば、払出部２３が、第１位置指令速度ｄＰｒ１の減速開始と略同時に第２位置指令Ｐｒ２の払い出しを開始し、その後の減速度が一定である（減速度の変化が無い）ので、モータ１０の動作をさらに滑らかに目標位置まで到達させることができる。

また、第２位置指令Ｐｒ２の払い出しの開始タイミングが第１位置指令速度ｄＰｒ１の減速開始以後であれば、モータ速度Ｖｆｂが第１位置指令速度ｄＰｒ１を上回らないように払い出しを行うことが可能である。

（４）速度制限を実施しない場合
以上では、制御部６が速度制限部１５を有し、トルク制限が解除された際に速度制限を実施するようにしたが、速度制限は必ずしも必要ではない。すなわち、制御部６が速度制限部１５及び制限値可変部１８を有しない構成としてもよい。この場合でも、トルク制限の解除後にモータ速度Ｖｆｂが第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致した直後から速度指令Ｖｒが第１位置指令速度ｄＰｒ１に一致されるので、モータ１０のオーバーシュートを抑制して過速度アラームの発生等による停止を回避でき、主回路電源電圧の復帰時にモータ１０が停止するのを防止できる。なおこの場合、溜まり位置偏差εｂｕｆはトルク制限中に溜まる位置偏差εとなる。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ モータ制御装置
２ コンバータ部
３ 平滑コンデンサ
４ インバータ部
５ 電圧検出部
６ 制御部
７ 交流電源
１０ モータ
１１ 主回路
１２ 上位コントローラ
１３ 位置検出器
１４ 位置制御部
１５ 速度制限部
１６ 速度制御部
１７ トルク制限部
２１ 算出部（速度一致指示部）
２２ 保持部
２３ 払出部
２８ 減算器（速度一致指示部）
３０ 減速度算出補正部（減速度補正部）
ｄＰｒ１ 第１位置指令速度
ｄＰｒ２ 第２位置指令速度
ｋｐ 位置ループゲイン
Ｐｒ１ 第１位置指令
Ｐｒ２ 第２位置指令
Ｐｆｂ モータ位置
Ｔｒ トルク指令
Ｖｅ 速度偏差
Ｖｆｂ モータ速度
Ｖｌｉｍ 速度制限値
Ｖｒ 速度指令
ε 位置偏差
εｂｕｆ 溜まり位置偏差
εｔｈ 理論位置偏差

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、交流電源を直流電源に変換するコンバータ部、前記直流電源と並列に接続された平滑コンデンサ、及び、前記直流電源を交流電源に変換しモータを駆動するインバータ部を有する主回路と、前記主回路の直流電圧を検出する電圧検出部と、上位コントローラからの第１位置指令とモータ位置との位置偏差に基づき速度指令を生成する位置制御部、及び、前記速度指令とモータ速度との速度偏差に基づきトルク指令を生成する速度制御部を有し、前記トルク指令に基づき前記インバータ部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電圧検出部により前記直流電圧が所定電圧を下回ったことが検出された場合に、前記トルク指令による指令トルクを所定トルク以下に制限するトルク制限を開始し、前記直流電圧が前記所定電圧を上回ったことが検出された場合に、前記トルク制限を解除するトルク制限部と、前記トルク制限の解除後に前記モータ速度が前記第１位置指令の時間微分値である第１位置指令速度に一致した場合に、前記位置偏差から、前記モータ速度に基づく理論位置偏差と前記位置偏差との差分を減算した理論位置偏差を前記位置制御部に入力することにより前記速度指令を前記第１位置指令速度に一致させる速度一致指示部と、を有するモータ制御装置が適用される。

Claims (11)

1. 交流電源を直流電源に変換するコンバータ部、前記直流電源と並列に接続された平滑コンデンサ、及び、前記直流電源を交流電源に変換しモータを駆動するインバータ部を有する主回路と、
   前記主回路の直流電圧を検出する電圧検出部と、
   上位コントローラからの第１位置指令とモータ位置との位置偏差に基づき速度指令を生成する位置制御部、及び、前記速度指令とモータ速度との速度偏差に基づきトルク指令を生成する速度制御部を有し、前記トルク指令に基づき前記インバータ部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記電圧検出部により前記直流電圧が所定電圧を下回ったことが検出された場合に、前記トルク指令による指令トルクを所定トルク以下に制限するトルク制限を開始し、前記直流電圧が前記所定電圧を上回ったことが検出された場合に、前記トルク制限を解除するトルク制限部と、
   前記トルク制限の解除後に前記モータ速度が前記第１位置指令の時間微分値である第１位置指令速度に一致した場合に、前記速度指令を前記第１位置指令速度に一致させる速度一致指示部と、
   少なくとも前記トルク制限中に溜まる前記位置偏差である溜まり位置偏差を算出して保持する保持部と、
   前記第１位置指令速度の減速開始以後に、前記保持部により保持された前記溜まり位置偏差に対応する第２位置指令を所定の速度プロファイルで払い出す払出部と、を有する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記トルク制限部が前記トルク制限を解除した場合に、前記速度指令を速度制限値以下に制限する速度制限を開始し、前記速度指令が前記トルク制限の解除時の前記モータ速度から所定の加速度で加速するように前記速度制限値を可変させ、当該速度制限値が前記第１位置指令速度に一致した場合に、前記速度制限を解除する速度制限部を更に有し、
   前記保持部は、
   前記トルク制限中および前記速度制限中に溜まる前記位置偏差である前記溜まり位置偏差を算出して保持する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記速度一致指示部は、
   前記トルク制限の解除後に前記モータ速度が前記第１位置指令速度に一致した場合に、前記モータ速度と前記位置制御部の位置ループゲインとに基づき理論位置偏差を算出する算出部と、
   前記位置偏差から、前記位置偏差と前記算出部で算出した前記理論位置偏差との差分値である前記保持部で算出した前記溜まり位置偏差を減算する減算器と、を備える
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ制御装置。
4. 前記払出部は、
   前記第１位置指令の払い出しが完了した後に、前記第２位置指令の払い出しを開始し、
   前記位置制御部は、
   前記第２位置指令の払い出し開始後は、前記第２位置指令と前記モータ位置との位置偏差に基づき速度指令を生成する
   ことを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記払出部は、
   前記第２位置指令の時間微分値である第２位置指令速度が所定の加速度で加速し、所定の速度で定速となり、所定の減速度で減速する前記速度プロファイルとなるように、前記第２位置指令を払い出す
   ことを特徴とする請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記払出部は、
   前記第１位置指令速度の減速途中で前記第２位置指令の払い出しを開始し、
   前記位置制御部は、
   前記第２位置指令の払い出し開始後は、加算された前記第１位置指令及び前記第２位置指令と前記モータ位置との位置偏差に基づき速度指令を生成する
   ことを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
7. 前記払出部は、
   減速途中の前記第１位置指令速度が所定の速度に到達した後、前記所定の速度で定速となり、所定の減速度で減速する前記速度プロファイルとなるように、前記第２位置指令を払い出す
   ことを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
8. 前記払出部は、
   減速途中の前記第１位置指令速度が所定の速度に到達した後、所定の減速度で減速する前記速度プロファイルとなるように、前記第２位置指令を払い出す
   ことを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
9. 前記払出部は、
   前記第１位置指令速度の減速開始と略同時に前記第２位置指令の払い出しを開始し、
   前記位置制御部は、
   前記第２位置指令の払い出し開始後は、加算された前記第１位置指令及び前記第２位置指令と前記モータ位置との位置偏差に基づき速度指令を生成する
   ことを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
10. 前記払出部は、
    前記第１位置指令速度と前記第２位置指令速度との加算速度が所定の減速度で減速する前記速度プロファイルとなるように、前記第２位置指令を払い出す
    ことを特徴とする請求項９に記載のモータ制御装置。
11. 前記制御部は、
    前記第１位置指令の払い出し完了時に、当該払い出し完了時における前記溜まり位置偏差に基づいて前記速度プロファイルの減速度を補正する減速度補正部をさらに有する
    ことを特徴とする請求項８又は１０に記載のモータ制御装置。

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