WO2012169278A1 - モータ制御装置 - Google Patents

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WO2012169278A1
WO2012169278A1 PCT/JP2012/059212 JP2012059212W WO2012169278A1 WO 2012169278 A1 WO2012169278 A1 WO 2012169278A1 JP 2012059212 W JP2012059212 W JP 2012059212W WO 2012169278 A1 WO2012169278 A1 WO 2012169278A1
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WO
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motor
command value
power consumption
current
speed
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/059212
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English (en)
French (fr)
Inventor
浩一郎 上田
貴弘 丸下
英俊 池田
前川　清石
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control specially adapted for optimising the efficiency at low load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/26—Power factor control [PFC]

Definitions

  • the present invention relates to a motor control device.
  • Patent Document 1 discloses a technique for minimizing the value obtained by integrating the square integral of the drive current during the positioning operation by focusing on the command value for positioning control and performing positioning control with the command speed being parabolic. Is disclosed.
  • Patent Document 2 focuses on the command value (operation path), and considers power loss (average square of the current of the operation path) in the driving device and power loss based on the engine speed (average of the rotation speed of the operation path). It is disclosed that the acceleration and speed in the motion path are adjusted so that the sum of the square integration) becomes small.
  • Patent Document 1 focuses on the square integration of current.
  • the square integral of current corresponds to a loss called copper loss, and the loss is mainly heat.
  • the copper loss is a part of the power consumption, but does not occupy all the power consumption during the positioning operation. Therefore, although the technique of Patent Document 1 minimizes the generated heat, it does not correspond to reducing the power consumption.
  • the positioning control operation is an operation that accelerates the motor from a stopped state and then decelerates and stops when it approaches a predetermined movement distance.To perform this operation, electric power is required in addition to the loss of heat. is there.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a motor control device that reduces power consumption required for positioning control as much as possible.
  • the present invention provides the position command value to a motor drive amplifier that generates a current for driving the motor so that the operation of the motor follows the position command value.
  • a motor control device that is generated and supplied, and is configured by a product of a loss L generated according to the current or speed of the motor and the torque of the motor and the speed of the motor determined from the current of the motor.
  • a position command value is generated so that the amount of electric power is minimized.
  • the position command value is generated so that the power consumption considering not only the loss L but also the work W is minimized, the power consumption required for positioning control can be reduced as much as possible. There is an effect.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a system that uses the motor control device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the motor control device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a command value curve.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a command value curve.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of calculating the position command value by the motor control device of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of a system that uses the motor control device of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a functional configuration of the motor control device according to the second embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a system that uses the motor control device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the motor control device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of a system that uses the motor control device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a functional configuration of the motor control device according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of calculating the position command value by the motor control device of the third embodiment.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a system that uses the motor control device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a functional configuration of the motor control device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of calculating the position command value by the motor control device having the above functional components.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a system that uses the motor control device according to the first embodiment of the present invention.
  • the motor 1 operates by being supplied with a current 22 from a motor drive amplifier unit 4 described later.
  • the encoder 2 detects motor information 23 such as the position and speed of the motor 1.
  • the mechanical load 3 is driven by a driving force 21 such as torque or thrust provided by the motor 1.
  • the mechanical load 3 corresponds to, for example, a ball screw mechanism.
  • the motor control device 7 receives command value generation information 100 including a movement distance D, a positioning time T, a maximum acceleration Amax, and a maximum speed Vmax from the host device, and based on the input command value generation information 100, A position command value 24 that is a reference signal for positioning the motor 1 or the mechanical load 3 is generated.
  • the movement distance D represents the movement amount by which the motor 1 or the mechanical load 3 is positioned
  • the positioning time T is the time from the start of the position command value to the arrival of the target position D, the maximum acceleration Amax.
  • the maximum speed Vmax is the maximum allowable value of the command speed which is the first derivative of the position command value.
  • the motor control device 7 receives mechanical motion information 101, work calculation information, and loss calculation information (here, the work calculation information and loss calculation information are collectively referred to as work / loss calculation information 102) from the host device.
  • the position command value 24 is calculated so that the power consumption for operating the motor 1 or the mechanical load 3 during the positioning time T is as small as possible. Details of the machine motion information 101 and the work / loss calculation information 102 will be described later.
  • a programmable controller (PLC) corresponds to the host device.
  • the motor drive amplifier unit 4 generates a current for driving the motor 1 so that the position of the motor 1 follows the position command value 24 generated by the motor control device 7, and supplies the generated current to the motor 1.
  • the servo amplifier corresponds to the motor drive amplifier unit 4.
  • a feedback control system for following the position command value 24 is mounted on the motor drive amplifier unit 4.
  • the position command value 24 is given as a reference signal for the position of the motor 1
  • the motor information 23 is given by the detection position of the motor 1
  • the motor drive amplifier unit 4 is configured such that the detection position of the motor 1 is the position command value.
  • the current command value is calculated so as to follow 24.
  • a current for driving the motor 1 is generated by a power converter such as a PWM inverter.
  • the power source 5 is a power source that supplies electric power 25 for the motor drive amplifier unit 4 to generate a current, for example, a three-phase AC power source or a single-phase AC power source.
  • the regenerative resistor 6 is a resistor for consuming regenerative energy 26 when the motor 1 is in a regenerative state.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the motor control device 7 of the first embodiment for calculating the position command value 24 so as to reduce the power consumption required for the positioning control as much as possible.
  • the motor control device 7 includes a command value curve storage unit (generation pattern storage unit) 71 that stores a command value curve (generation pattern) group 103, an input reception unit 72, and a command value curve selection unit 73.
  • the input reception unit 72 receives input of the command value generation information 100, the machine motion information 101, and the work / loss calculation information 102.
  • the machine motion information 101 is information indicating what values the current and motor speed generated in the motor 1 when the motor 1 operates following the position command value 24.
  • the motion equation 101 Corresponds to this.
  • a specific example of the machine motion information 101 will be described.
  • the motor drive amplifier unit 4 performs control so as to follow the position command value 24, the speed when positioning control is performed using a certain position command value 24 is equal to the speed command which is the first derivative of the position command value 24. Therefore, the motor speed can be obtained by first-order differentiation of the position command value 24.
  • the total inertia J which is the sum of the inertia of the motor 1 and the inertia of the mechanical load 3 that moves when the motor 1 rotates, and the torque constant Kt of the motor 1, which is a proportional multiplier that generates torque when current is generated in the motor 1.
  • the machine motion information 101 in this case corresponds to the fact that the motor speed v (t) is equal to the value obtained by first-order differentiation of the position command value 24 and the relational expression of Expression (2).
  • the mechanical motion information 101 is not the motion equation itself shown in Equation (2), but the equation of motion of Equation (2) using the parameters (J, Kt, Cd, Cc) included in the motion equation as variables. May be held in the motor control device 7 in advance, and parameters (J, Kt, Cd, Cc) may be input as the machine motion information 101. Further, the machine motion information 101 itself may be held in advance in the motor control device 7 so that the input of the machine motion information 101 is not necessary.
  • a model that takes into account the resonance characteristics of the mechanical load 3 and the feedback control system of the motor drive amplifier unit 4 is constructed, and based on the model, the position command value 24, the current I (t), and the speed v (t) A relational expression between them may be obtained, and the relational expression may be used as the machine motion information 101.
  • the work calculation information in the work / loss calculation information 102 will be described.
  • the motor torque ⁇ (t) is generated according to the current I (t).
  • Kt is a torque constant of the motor 1.
  • the work calculation information in this case corresponds to the calculation formula (4) and the torque constant Kt.
  • the work W (t) is calculated by the product of the speed and the torque calculated from the current.
  • the loss calculation information in the work / loss calculation information 102 will be described.
  • Specific examples of the loss include a copper loss that is energy lost due to electric resistance of the motor coil, and an iron loss that is energy lost when the iron core wound around the motor is magnetized by alternating current.
  • the iron loss is composed of hysteresis loss and eddy current.
  • the loss Lcore based on the iron loss obtained by adding the hysteresis loss and the eddy current loss is obtained by using the magnetic flux density B (t), the speed v and the proportional multipliers ⁇ ′ and ⁇ ′ of the motor.
  • Lcore ⁇ ′ ⁇ v (t) ⁇ B (t) ⁇ ⁇ + ⁇ ′ ⁇ v (t) ⁇ 2 ⁇ B (t) ⁇ 2 (7) It can be expressed as.
  • the loss calculation information corresponds to the calculation formula (9) and the coefficients R, ⁇ , ⁇ , and ⁇ .
  • the loss based on the copper loss generated in proportion to the square of the current and the iron loss generated depending on both the motor speed and the current are calculated as in equation (9).
  • any expression can be used as long as it represents a calculation expression for modeling loss and a constant, and the present invention is not limited to this.
  • the loss of the motor drive amplifier unit 4 occurs at a constant value regardless of the speed, current and torque of the motor 1
  • a constant value term may be added to the equation (9).
  • a loss occurs in proportion to the absolute value of the current
  • a term proportional to the absolute value of the current may be added to the equation (9).
  • the work calculation information or the loss calculation information may be held in the motor control device 7 in advance, and the work calculation information or the loss calculation information may not be input.
  • the command value curve storage unit 71 is a memory that stores a plurality of command value curves (command value curve group 103).
  • the command value curve is a generation pattern that defines a time transition of the position command value 24 to be generated, and includes a parameter for adjusting the shape of the command value curve. That is, by setting the value of the parameter, the time transition of the position command value 24 that satisfies the movement distance D and the positioning time T can be uniquely defined.
  • 3 and 4 are diagrams for explaining an example of the command value curve.
  • a universal cam curve is an example of a command value curve.
  • FIG. 3 shows a position command value 24 represented by a universal cam curve having a moving distance D and a positioning time T, a speed (command speed) which is a first derivative of the position command value 24, and a second derivative of the position command.
  • the graph showing the acceleration (command acceleration) which is is shown.
  • the universal cam curve is divided into seven sections. As a whole, the positive and negative uniform acceleration sections (t2, t6), the uniform speed section (t4), and a section for connecting them with a trigonometric function ( It is a curve consisting of t1, t3, t5, t7).
  • the length of each section is expressed so as to satisfy the condition that the position command value 24 at the positioning time T is equal to the movement distance D and the total value of t1 to t7 is equal to the positioning time T.
  • the time transition of the position command value 24 in which the moving distance is D and the positioning time is T is uniquely determined. be able to.
  • FIG. 4 Another example of the command value curve is a curve shown in FIG.
  • T1, X1, T2, X2, T3, X3, T4, and X4 a set of eight parameters (T1, X1, T2, X2, T3, X3, T4, and X4) is specified under conditions that satisfy 0 ⁇ Tj ⁇ T and 0 ⁇ Xj ⁇ D.
  • the command value curve is not limited to these. As long as the moving distance is D, the positioning time is T, and the shape is determined by one or more parameters, any curve may be used.
  • a set of parameters for uniquely determining the time transition of the position command value 24 is referred to as a parameter set.
  • the command value curve selection unit 73 selects a command value curve to be used for generating the position command value 24 from the command value curve group 103 stored in the command value curve storage unit 71.
  • the command value curve selection unit 73 may receive a command specifying a desired command value from the host device and select a command value curve based on the command.
  • the parameter set generation unit 74 generates a plurality of parameter sets corresponding to the selected command value curve so that the movement distance is D and the positioning time is T.
  • the plurality of generated parameter sets are accumulated and stored as a parameter set group 104 in an internal memory.
  • the parameter set generation unit 74 determines that the position command value 24 at the positioning time T is the movement distance D and the total value of t1 to t7 is the positioning time T.
  • N parameter sets (t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7) satisfying the condition of being equal to N are prepared.
  • the power consumption E (i) calculated for each parameter set is accumulated and stored in an internal memory in association with the used parameter set.
  • the parameter set selection unit 76 selects a parameter set that minimizes the power consumption E (i) from the parameter set group 104.
  • the command generation unit 77 causes the time transition of the position command value 24 to be a curve obtained by applying the parameter set selected by the parameter set selection unit 76 to the command value curve selected by the command value curve selection unit 73.
  • the position command value 24 is generated.
  • the generated position command value 24 is supplied to the motor drive amplifier unit 4.
  • these functional components may be realized by hardware circuits. Further, it may be realized by executing a program installed in advance in a computer including an arithmetic device, a storage device, and an interface for connecting to the host device and the motor drive amplifier unit 4.
  • the arithmetic device functions as an input receiving unit 72, a command value curve selecting unit 73, a parameter set generating unit 74, a power consumption calculating unit 75, a parameter set selecting unit 76, and a command generating unit 77 based on the program.
  • the storage device stores the program in advance and also functions as a command value curve storage unit 71.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of calculating the position command value 24 by the motor control device 7 having the above functional components.
  • the input receiving unit 72 receives input of the command value generation information 100 (movement distance D, positioning time T, maximum acceleration Amax, and maximum speed Vmax) (step ST1). And the input reception part 72 receives the input of the machine motion information 101 (step ST2).
  • step ST3 the input receiving unit 72 receives input of work / loss calculation information 102 (step ST3).
  • step ST3 the command value curve selection unit 73 extracts a command value curve that defines the type of time transition of the position command value 24 to be generated from the command value curve group 103 stored in the command value curve storage unit 71. Select (step ST4).
  • the parameter set generation unit 74 generates a plurality (here, N) of parameter sets corresponding to the selected command value curve so that the movement distance is D and the positioning time is T, and the parameter set group 104 (Step ST5).
  • the power consumption calculating unit 75 initializes an index i used for counting the loop processing in steps ST7 to ST12 with 1 (step ST6), and selects one parameter set from the parameter set group 104 (step ST7). ). Then, the peak velocity Vp and peak acceleration Ap of the position command value 24 when the selected parameter set is used are calculated (step ST8). Specifically, the power consumption amount calculation unit 75 calculates the position command value from the time transition curve of the position command value 24 obtained by applying the parameter set selected in step ST7 to the command value curve selected in step ST4. The command speed, which is the first derivative of 24, is calculated, and the maximum absolute value of the command speed is set as the peak speed Vp. Further, a command acceleration that is a second-order derivative of the position command is calculated, and the maximum absolute value of the command acceleration is set as the peak acceleration Ap.
  • step ST9, Yes the power consumption amount of the position command value 24 when the parameter set is used is calculated (step ST10). If Ap ⁇ Amax and Vp ⁇ Vmax are not satisfied in step ST9 (step ST9, No), the process of step ST10 is skipped.
  • the command generation unit 77 generates the position command value 24 based on the time transition of the position command value 24 determined by applying the parameter set selected in step ST13 to the command value curve selected in step ST4, and the generated position
  • the command value 24 is sequentially supplied to the motor drive amplifier unit 4 (step ST14), and the operation ends.
  • both the maximum speed and the maximum acceleration are input, and using these pieces of information, the position command value is generated so that the peak speed and the peak acceleration are less than or equal to the maximum speed and the maximum acceleration, respectively.
  • the position command value may be generated so that only the corresponding peak speed or only the peak acceleration is less than or equal to the input maximum value.
  • the maximum speed is not input, only the maximum acceleration is input, and the peak A position command value is generated so that the acceleration is less than or equal to the input maximum value.
  • the positioning control is only when the positioning time is sufficiently long, the acceleration during positioning will be small, so the input of the maximum acceleration is omitted, only the maximum speed is input, and the peak speed is less than the input maximum value.
  • the position command value is generated so that
  • the power consumption when the motor 1 is driven includes the loss L (t) generated in the motor 1 and the motor drive amplifier unit 4 generated according to the current I (t) flowing through the motor 1 and the motor speed v (t). It depends on the work W (t) performed by the motor 1.
  • the positioning operation includes an operation in which the motor 1 and the mechanical load 3 are accelerated from the stop state, decelerate and stop when approaching a predetermined movement distance. The acceleration operation and the deceleration operation are not caused by the loss of the power consumption, but are caused by work performed by the motor 1. Therefore, when the estimated value of the power consumption required for the positioning operation is calculated, a position command value for positioning control that reduces the power consumption cannot be obtained unless the work performed by the motor 1 is taken into consideration.
  • the loss L (t) becomes thermal energy, it takes a positive value regardless of whether the motor 1 is accelerating or decelerating.
  • the work W (t) is a positive value when the motor 1 is accelerating and maintaining a constant speed, and is a negative value when the motor 1 is decelerating and the sign of torque and speed is different.
  • the negative work W (t) means that regenerative energy is generated due to a decrease in kinetic energy associated with the deceleration operation.
  • the motor control device 1 calculates the position command value so that the power consumption E (i) obtained based on the equation (11) is minimized. Since the position command value is generated so that the power consumption considering not only L but also the work W is minimized, the power consumption required for positioning control can be reduced as much as possible. In addition, since the amount of power consumption can be estimated in consideration of the consumption of regenerative energy, the power consumption required for positioning control when the system has a configuration that consumes the regenerative energy in the regenerative resistor 6. It is possible to reduce as much as possible.
  • the parameter set generation unit 74 (parameter generation unit) generates a plurality of command value curve parameter sets to satisfy the movement distance D and the positioning time T received by the input reception unit 72, and the power consumption calculation unit 75 For each of the plurality of parameter sets generated by the parameter set generation unit 74, the power consumption amount E (i) is calculated based on the work and loss of the motor 1 when the parameter set is applied to the command value curve.
  • the set selection unit (parameter selection unit) 76 selects the parameter set with the smallest power consumption based on the power consumption calculated for each parameter set, and the command generation unit 77 applies the selected parameter set.
  • the position command value 24 to be supplied to the motor drive amplifier unit 4 is generated based on the command value curve Since it is configured, it is possible to reduce as much as possible the power consumption required for the positioning control.
  • the motor 1 and the mechanical load 3 have maximum speed and maximum acceleration that can be output. It is not preferable to operate the motor 1 or the mechanical load 3 beyond this limit value.
  • the maximum speed is the maximum rotation speed of the motor 1.
  • the input receiving unit 72 receives the input of the maximum speed Vmax and the maximum acceleration Amax that define the position command value that can be supplied to the motor drive amplifier unit 4 and consumes power.
  • the calculation unit 75 calculates the peak speed Vp and the peak acceleration Ap based on the generation pattern after applying the parameter set, and the calculated peak speed Vp is smaller than the input maximum speed Vmax and the calculated Since the power consumption required for the parameter set is calculated when the peak acceleration Ap is smaller than the input maximum acceleration Amax, the peak acceleration of the position command value used for positioning control exceeds the maximum acceleration. In addition, the peak speed does not exceed the maximum speed and the power consumption is as small as possible. It is possible to calculate the position command value Kusuru so.
  • the loss is typically a copper loss that is generated in proportion to the square of the current.
  • the loss that occurs when the motor 1 is driven is not limited to the copper loss.
  • the iron loss that occurs depending on the speed may not be negligible.
  • the power consumption calculation unit 75 calculates the loss based on the copper loss by squaring the current flowing through the motor 1, and the current flowing through the motor 1 and the motor Since the loss based on the iron loss is calculated based on the speed of 1, the loss can be calculated more accurately than in the case where the iron loss is not taken into account. There is an effect that the position command value to be reduced as much as possible can be accurately calculated.
  • Embodiment 2 FIG. In the first embodiment, a case has been described in which the present invention is applied to a system that employs a method in which the regenerative energy of the motor drive amplifier unit is consumed by a regenerative resistor (resistance regenerative method), but the motor of the second embodiment
  • the control device is applied to a system having a method for returning regenerative energy to a power source (power regeneration method).
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of a system using the motor control device according to the second embodiment of the present invention.
  • symbol is attached
  • the motor drive amplifier unit 4 is connected to the power regeneration circuit 10 instead of the regeneration resistor 6.
  • the power regeneration circuit 10 is realized by using a power regeneration converter or the like, and functions to return the regeneration energy 26 to the power source 5 when the motor drive amplifier unit 4 is in a regeneration state.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a functional configuration of the motor control device 11 according to the second embodiment.
  • the motor control device 11 includes a command value curve storage unit 71 that stores a command value curve group 103, an input reception unit 72, a command value curve selection unit 73, a parameter set generation unit 74, and power consumption.
  • An amount calculation unit 111, a parameter set selection unit 76, and a command generation unit 77 are provided.
  • the power consumption calculation unit 111 uses the following equation instead of the equation (11) to calculate the power consumption E (i ) Is calculated.
  • the power consumption calculation unit 111 calculates the power consumption E (i) for each parameter set based on the equation (12) in step ST10. Since the operation is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 5 except for the above, description of the operation in which the motor control device 11 of the second embodiment calculates the position command value 24 is omitted.
  • the power consumption during the positioning control operation includes the work W (t) performed by the motor and the generated current. And the loss L (t) according to the speed.
  • the acceleration operation and the deceleration operation during the positioning control operation are caused by energy for work W (t).
  • the power consumption P (t) is given by the total value of work W (t) and loss L (t).
  • the negative power consumption P (t) is not consumed by resistance regeneration but is returned to the power source 5 by the power regeneration circuit 10. Further, the power consumption amount during the positioning operation can be estimated by integrating the power consumption P (t).
  • Expression (12) represents the power consumption of the motor regeneration amplifier of the power regeneration type as described above.
  • the motor control device 11 calculates the power consumption E (i) for each parameter set based on the equation (12). Even if the system is equipped with a return configuration, the power consumption can be calculated taking into account the regeneration of regenerative energy, so the power consumption can be estimated accurately, and as a result The power consumption required for positioning control can be reduced as much as possible.
  • the present embodiment differs from the first embodiment only in the formula for calculating power consumption.
  • the peak acceleration does not exceed the maximum acceleration Amax, and the maximum value of the peak speed is the maximum. Since the points to be checked so as not to exceed the speed Vmax are the same, as in the first embodiment, the position command that satisfies the constraint that the command acceleration and the command speed are equal to or less than the maximum acceleration and the maximum speed and that minimizes the power consumption. There is an effect that a value can be generated.
  • Embodiment 3 the power consumption is estimated for each parameter set by calculation, and the parameter set that minimizes the estimated value is selected.
  • the current for determining the power consumption by actually executing the positioning control and the motor speed are measured for each parameter set, and the power consumption for each parameter set is calculated based on the measured value.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of a system using the motor control device according to the third embodiment of the present invention.
  • symbol is attached
  • the current detection unit 13 for detecting the current 22 supplied from the motor drive amplifier unit 4 to the motor 1 is shown in the embodiment. 1 is added to the system used.
  • the current detection unit 13 inputs current information 27 corresponding to the detected current value to the motor control device 12.
  • the motor control device 12 receives the command value generation information 100 and the work / loss calculation information 102 from the host device. Further, of the motor information 23 detected by the encoder 2, a detected value of the motor speed is input as a detected speed signal 28 via the motor drive amplifier unit 4.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a functional configuration of the motor control device 12 according to the third embodiment.
  • the motor control device 12 includes a command value curve storage unit 71 that stores the command value curve group 103, an input reception unit 72, a command value curve selection unit 73, a parameter set generation unit 74, and power consumption.
  • a quantity measuring unit 121, a parameter set selecting unit 76, and a command generating unit 77 are provided.
  • the power consumption measuring unit 121 collects the values of the current information 27 and the detection speed signal 28 by performing positioning control on a trial basis, so that the actual current Ir ( t) and the actual speed Vr (t) are measured. Then, the power consumption E (i) is calculated based on the measured actual current Ir (t) and actual speed Vr (t). Specifically, the power consumption measuring unit 121 calculates the loss L (t) when calculating the work W (t) using the formula (4) or the formula (5) and using the formula (9). In this case, the actual current Ir (t) is used instead of the current I (t), and the actual speed Vr (t) is used instead of the speed v (t).
  • the power consumption measuring unit 121 measures the actual current Ir (t) and the actual speed Vr (t) and calculates the power consumption E (i) for each parameter set generated by the parameter set generating unit 74. Execute. The power consumption amount E (i) calculated for each parameter set is accumulated and stored in an internal memory.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of calculating the position command value 24 by the motor control device 12 having the above functional components.
  • the input receiving unit 72 receives input of the command value generation information 100 (movement distance D, positioning time T, maximum acceleration Amax, and maximum speed Vmax) (step ST21). And the input reception part 72 receives the input of the work / loss calculation information 102 (step ST22).
  • the command value curve selection unit 73 selects one command value curve from the command value curve group 103 stored in the command value curve storage unit 71 (step ST23).
  • the parameter set generation unit 74 generates a plurality (here, N) of parameter sets corresponding to the selected command value curve so that the movement distance is D and the positioning time is T, and the parameter set group 104 (Step ST24).
  • the power consumption measuring unit 121 executes a loop process from step ST26 to step ST31 to calculate the power consumption for positioning control for each parameter set. Specifically, first, the power consumption measuring unit 121 initializes an index i used for counting the loop processing with 1 (step ST25), and selects one parameter set from the parameter set group 104 (step ST26). ).
  • the power consumption measuring unit 121 calculates the peak velocity Vp and the peak acceleration Ap of the position command value 24 when the selected parameter set is used (step ST27). Then, the power consumption measuring unit 121 compares the maximum acceleration Amax and maximum speed Vmax received in step ST21 with the calculated peak speed Vp and peak acceleration Ap to determine whether Ap ⁇ Amax and Vp ⁇ Vmax are satisfied. It is determined whether or not (step ST28).
  • the power consumption measuring unit 121 determines the position command determined by applying the parameter set selected in step ST26 to the command value curve selected in step ST23.
  • the position command value 24 is generated in accordance with the time transition of the value 24 to execute the positioning control, and the current information 27 and the detection speed signal 28 are received, and the actual current from the start of the positioning control operation to the completion thereof. Ir (t) and actual speed Vr (t) are measured (step ST29).
  • the power consumption measuring unit 121 calculates the power consumption E (i) for each parameter set based on the measured actual current Ir (t) and the actual speed Vr (t) (step ST30).
  • Step ST28 if Ap ⁇ Amax and Vp ⁇ Vmax are not satisfied (No in Step ST28), the processes in Step ST29 and Step ST30 are skipped.
  • step ST33 the command generator 77 generates the position command value 24 based on the time transition of the position command value 24 determined by applying the parameter set selected in step ST33 to the command value curve selected in step ST23. Then, the generated position command value 24 is sequentially supplied to the motor drive amplifier unit 4 (step ST34), and the operation ends.
  • the power consumption E (i) may be calculated based on the equation (12).
  • the power consumption measuring unit 121 is actually a motor drive amplifier unit based on the command value curve after applying the parameter set generated by the parameter set generating unit 74. 4, the position command value is supplied to drive the motor 1 on a trial basis, the current flowing through the motor 1 and the speed of the motor 1 when the motor 1 is driven are measured, and the motor work W ( t) and the loss L (t) are obtained, so that the machine motion information 101 required in the first and second embodiments for estimating the work W (t) and the loss L (t) by calculation is used.
  • the work W (t) and the loss L (t) can be obtained without any problem. That is, the power consumption can be reduced as much as possible without the mechanical motion information 101 for accurately estimating the work W (t) and the loss L (t).
  • steps ST27 and ST28 since the peak acceleration is checked so as not to exceed the maximum acceleration Amax and the maximum value of the peak speed does not exceed the maximum speed Vmax, it is the same as in the first embodiment. As in the first embodiment, there is an effect that it is possible to generate a position command value that satisfies the constraint that the command acceleration and the command speed are equal to or less than the maximum acceleration and the maximum speed and that minimizes the power consumption.
  • Embodiment 4 the position command value is calculated within a range where the command acceleration does not exceed the maximum acceleration Amax. However, according to the fourth embodiment, the current generated during the positioning control does not exceed the maximum value. Calculate the position command value in the range.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a system using the motor control device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • symbol is attached
  • the motor control device 14 is different from the first embodiment in that the maximum current Imax is input from the host device instead of the maximum acceleration Amax. Specifically, the motor control device 14 receives the command value generation information 105 including the movement distance D, the positioning time T, the maximum current Imax, and the maximum speed Vmax. Then, the motor control device 14 ensures that the current flowing through the motor 1 during positioning control does not exceed the maximum current Imax input from the host device, and the command speed that is the first derivative of the position command value does not exceed the maximum speed Vmax. In addition, a position command value 24 is generated.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a functional configuration of the motor control device 14 according to the fourth embodiment.
  • the motor control device 14 includes a command value curve storage unit 71 that stores the command value curve group 103, an input reception unit 72, a command value curve selection unit 73, a parameter set generation unit 74, and power consumption.
  • An amount calculation unit 141, a parameter set selection unit 76, and a command generation unit 77 are provided.
  • FIG. 13 is a flowchart for explaining the operation of calculating the position command value 24 by the motor control device 14 having the above functional components.
  • the input receiving unit 72 receives input of the command value generation information 105 including the movement distance D, the positioning time T, the maximum current Imax, and the maximum speed Vmax (step ST41). Thereafter, in step ST42 to step ST45, the motor control device 7 executes the same processing as in step ST2 to step ST5.
  • step ST45 the power consumption calculating unit 141 initializes the index i with 1 (step ST46), and selects one parameter set from the parameter set group 104 (step ST47).
  • the power consumption calculation unit 141 uses the peak current value Ip that is the maximum value of the current that flows through the motor 1 when the selected parameter set is used, and the maximum value of the command speed that is the first derivative of the position command value 24. Is calculated (step ST48). Specifically, the power consumption calculating unit 141 sets the maximum value at the time 0 ⁇ t ⁇ T of the command speed v * (t), which is the first derivative of the position command value 24, as the peak speed Vp. Regarding the peak current value Ip, the current I (t) is calculated using Equation (2), and the maximum value of the calculated current I (t) at time 0 ⁇ t ⁇ T is defined as the peak current Ip.
  • the power consumption calculating unit 141 compares the maximum current Imax and the maximum speed Vmax received in step ST41 with the calculated peak current value Ip and the peak speed Vp, and sets Ip ⁇ Imax and Vp ⁇ Vmax. It is determined whether or not it is satisfied (step ST49). If the above condition is satisfied (step ST49, Yes), the power consumption amount E (i) of the position command value 24 when the parameter set is used is calculated (step ST50).
  • the calculation method of power consumption in the process of step ST50 is the same as that in the first embodiment.
  • the power consumption amount E (i) calculated for each parameter set is accumulated and stored in an internal storage device.
  • step ST49 when Ip ⁇ Imax and Vp ⁇ Vmax are not satisfied (No in step ST49), the process in step ST50 is skipped.
  • step ST54 the command generation unit 77 executes the same process as step ST14 (step ST54), and the operation of the motor control device 14 is ended.
  • Embodiment 4 of the present invention has been described for a case where the present invention is applied to a system in which regenerative energy is consumed by the regenerative resistor 6 when the motor drive amplifier unit 4 enters a regenerative state, the regenerative energy is supplied from the power source 5.
  • the power consumption E (i) may be calculated based on the equation (12).
  • the motor 1 has a maximum value of current that may be passed. If the current exceeds this maximum value, the motor 1 may be damaged.
  • the input receiving unit 72 receives the input of the maximum speed Vmax and the maximum current Imax that define the position command value that can be supplied to the motor drive amplifier unit 4, and the power consumption calculating unit 141
  • the peak speed Vp and the peak current Ip are calculated based on the command value curve after applying the parameter set generated by the parameter set generation unit 74, and the calculated peak speed Vp is smaller than the input maximum speed Vmax.
  • the power consumption E (i) applied to the parameter is calculated.
  • the user can input the maximum current Imax to be input.
  • the current generated during positioning control is reduced to a value that causes damage to the motor 1 or less. Rukoto can. That is, the motor 1 can be prevented from being damaged.
  • Expression (2) a linear relationship is established between the current and the acceleration. By limiting the current at the time of positioning control, the effect that the peak acceleration can be limited is also obtained.
  • both the maximum speed and the maximum current are input, and using these pieces of information, the position command value is generated so that the peak speed and the peak current are less than or equal to the maximum speed and the maximum current, respectively.
  • the position command value may be generated so that only the corresponding peak speed or only the peak current is less than or equal to the input maximum value.
  • the positioning control is performed only when the positioning time is sufficiently long, the acceleration during positioning decreases, and the current decreases accordingly.Therefore, the maximum current is omitted, only the maximum speed is input, and the peak speed is The position command value is generated so that is less than the input maximum value.
  • the motor control devices according to the first to fourth embodiments may be configured to include other components such as the motor drive amplifier unit 4 shown in the system configuration example.
  • a plurality of parameters are prepared in advance, each of which is applied to the generation pattern, and the current and speed of the motor are obtained based on each generation pattern after the parameters are applied.
  • the example of calculating the power consumption of the motor for each parameter based on the obtained current and speed of the motor has been described, but without generating a plurality of parameters, the least square method, the steepest descent method, etc.
  • the parameters for minimizing the power consumption represented by the equation (11) or the equation (12) may be calculated using the various optimization methods.

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Abstract

　位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減するために、モータ制御装置は、位置指令値の推移を規定する指令値曲線のパラメータを、入力された移動距離および位置決め時間を満たすように生成し（ステップＳＴ５）、生成された複数のパラメータの夫々について、パラメータを指令値曲線に夫々適用した場合のモータの仕事および損失の和に基づくモータの消費電力量を算出し（ステップＳＴ１０）、消費電力量が最も小さいパラメータをモータの位置決め制御をするためのパラメータとして選択する（ステップＳＴ１３）。

Description

モータ制御装置
　本発明は、モータ制御装置に関する。
　半導体製造装置、電子部品実装機、工作機械などの各種産業機械においては、モータの駆動を利用した位置決め制御が広く行われている。これらの産業機械を使用するにあたり、位置決め制御時の電力をなるべく小さくしたいという要望がある。
　特許文献１には、位置決め制御用の指令値に着目して、指令速度の形状を放物線状にして位置決め制御することにより、駆動電流の２乗積分を位置決め動作中積分した値が最小にする技術が開示されている。
　また、特許文献２には、指令値（動作パス）に着目し、駆動装置における電力損失(動作パスの電流の平均二乗)と、エンジンの回転数に基づく電力損失（動作パスの回転数の平均二乗積分）の和が小さくなるように動作パスにおける加速度や速度を調整することが開示されている。
特開２００７－２４１６０４号公報 特表２００４－５２２６０２号公報
　しかしながら、特許文献１の技術では、電流の二乗積分に着目している。電流の二乗積分は銅損とよばれる損失に相当し、損失は主に熱となる。銅損は消費電力量の一部ではあるが、位置決め動作時の消費電力量のすべてを占めるものではない。したがって、特許文献１の技術は、発生する熱を最小にしていることにはなるが、消費電力量を小さくしていることに相当していない。位置決め制御動作は、モータを停止状態から加速させた後、所定の移動距離に近づいたら減速停止させる動作であり、この動作を行うためには、熱となってしまう損失とは別に電力が必要である。
　特許文献２の方法も、回転数の平均二乗積分では、位置決め動作に必要な加速、減速動作に要する消費電力を加味して、消費電力が小さくなる位置決め制御用の指令値を生成することができない。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減す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、本発明は、モータの動作が位置指令値に追従するように前記モータを駆動する電流を生成するモータ駆動アンプに対し、前記位置指令値を生成して供給するモータ制御装置であって、前記モータの電流または速度に応じて発生する損失Ｌと、前記モータの電流から決定される前記モータのトルクと前記モータの速度との積により構成される前記モータが行う仕事Ｗと、の和Ｑがゼロ値よりも大きい場合にＰ＝Ｑ、前記和Ｑがゼロ値よりも小さい場合にＰ＝０となるＰを積分して求まる前記モータの消費電力量が最小となるように、位置指令値を生成する、ことを特徴とする。
　本発明によれば、損失Ｌだけでなく仕事Ｗを考慮した消費電力量が最小となるように位置指令値を生成するので、位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減することができるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１のモータ制御装置を使用するシステムの構成例を説明するブロック図である。 図２は、実施の形態１のモータ制御装置の機能構成を説明する図である。 図３は、指令値曲線の例を示す図である。 図４は、指令値曲線の例を示す図である。 図５は、実施の形態１のモータ制御装置が位置指令値を算出する動作を説明するフローチャートである。 図６は、実施の形態２のモータ制御装置を使用するシステムの構成例を説明するブロック図である。 図７は、実施の形態２のモータ制御装置の機能構成を説明する図である。 図８は、本発明の実施の形態３のモータ制御装置を使用するシステムの構成例を説明するブロック図である。 図９は、実施の形態３のモータ制御装置の機能構成を説明する図である。 図１０は、実施の形態３のモータ制御装置が位置指令値を算出する動作を説明するフローチャートである。 図１１は、本発明の実施の形態４のモータ制御装置を使用するシステムの構成例を説明するブロック図である。 図１２は、実施の形態４のモータ制御装置の機能構成を説明する図である。 図１３は、上記の機能構成要素を備えるモータ制御装置が位置指令値を算出する動作を説明するフローチャートである。
　以下に、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１のモータ制御装置を使用するシステムの構成例を説明するブロック図である。
　モータ１は、後述するモータ駆動アンプ部４から電流２２を供給されることにより動作する。エンコーダ２は、モータ１の位置や速度などのモータ情報２３を検出する。機械負荷３は、モータ１が与えるトルク、推力などの駆動力２１により駆動される。機械負荷３は、例えば、ボールネジ機構が該当する。
　モータ制御装置７は、上位装置から、移動距離Ｄ、位置決め時間Ｔ、最大加速度Ａｍａｘ、および最大速度Ｖｍａｘを含む指令値生成情報１００が入力され、当該入力された指令値生成情報１００に基づいて、モータ１もしくは機械負荷３を位置決め動作させるための参照信号である位置指令値２４を生成する。ここで、移動距離Ｄは、モータ１もしくは機械負荷３が位置決め動作される移動量を表し、位置決め時間Ｔは、位置指令値が開始されてから目標位置Ｄに到達するまでの時間、最大加速度Ａｍａｘは位置指令値の２階微分である指令加速度の許容できる最大値、最大速度Ｖｍａｘは位置指令値の一階微分である指令速度の許容できる最大値を表す。
　ここで、モータ制御装置７は、上位装置から、機械運動情報１０１、仕事計算情報および損失計算情報（ここでは、仕事計算情報および損失計算情報を仕事／損失計算情報１０２と総称する）が入力され、位置決め時間Ｔの間に移動距離Ｄだけモータ１または機械負荷３を動作させるための消費電力量が可及的に小さくするように位置指令値２４を算出する。機械運動情報１０１、仕事／損失計算情報１０２の詳細については後述する。なお、上位装置は例えばプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）が該当する。
　モータ駆動アンプ部４は、モータ制御装置７が生成する位置指令値２４にモータ１の位置が追従するようにモータ１を駆動する電流を生成し、生成した電流をモータ１に供給する。モータ１としてサーボモータが採用されている場合、サーボアンプがモータ駆動アンプ部４に該当する。モータ駆動アンプ部４には、例えば位置指令値２４に追従させるためのフィードバック制御系が実装される。具体的には、位置指令値２４はモータ１の位置の参照信号として与えられ、モータ情報２３はモータ１の検出位置で与えられ、モータ駆動アンプ部４は、モータ１の検出位置が位置指令値２４に追従するように電流指令値を計算する。そして、計算した電流指令値に基づいて、ＰＷＭインバータなどの電力変換器により、モータ１を駆動する電流を生成する。
　電源５は、モータ駆動アンプ部４が電流を発生させるための電力２５を供給する電源であり、例えば３相交流電源や単相交流電源がこれに該当する。回生抵抗６は、モータ１が回生状態になったときの回生エネルギー２６を消費させるための抵抗である。
　図２は、位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減するように位置指令値２４を算出するための本実施の形態１のモータ制御装置７の機能構成を説明する図である。図示するように、モータ制御装置７は、指令値曲線（生成パターン）群１０３を記憶する指令値曲線記憶部（生成パターン記憶部）７１と、入力受け付け部７２と、指令値曲線選択部７３と、パラメータセット生成部（パラメータ生成部）７４と、消費電力量算出部７５と、パラメータセット選択部（パラメータ選択部）７６と、指令生成部７７とを備えている。
　入力受け付け部７２は、指令値生成情報１００、機械運動情報１０１、および仕事／損失計算情報１０２の入力を受け付ける。
　機械運動情報１０１とは、モータ１が位置指令値２４に追従して動作したときに、モータ１に発生する電流、モータ速度が、どのような値になるかを表す情報であり、例えば運動方程式がこれに該当する。以下に、機械運動情報１０１の具体例を説明する。
　モータ駆動アンプ部４は位置指令値２４に追従するように制御を行うので、ある位置指令値２４を用いて位置決め制御したときの速度は位置指令値２４の一階微分である速度指令に等しい。したがって、モータ速度は位置指令値２４を一階微分することにより求めることができる。モータ１のイナーシャとモータ１が回転したときに可動する機械負荷３のイナーシャを合計した総イナーシャＪと、モータ１に電流が発生したときのトルクが発生する比例乗数であるモータ１のトルク定数Ｋｔと、モータ１の速度に比例して発生する粘性摩擦係数Ｃｄと、モータ１の回転方向と反対方向にかかる一定の摩擦力であるクーロン摩擦Ｃｃの情報を用いて、モータ１に発生する時刻ｔにおける電流Ｉ（ｔ）とモータの速度ｖ（ｔ）、加速度ａ（ｔ）との関係を表す運動方程式は、
　Ｊ・ａ（ｔ）＝Ｋｔ・Ｉ（ｔ）－Ｃｄ・ｖ（ｔ）－Ｃｃ　　（１）
となる。この式に速度ｖ（ｔ）に位置指令値２４の一階微分である指令速度ｖ＊（ｔ）を、加速度ａ（ｔ）に位置指令値２４の二階微分である指令加速度ａ＊（ｔ）を夫々代入すると、式（１）の運動方程式は、
　Ｉ（ｔ）＝（１／Ｋｔ）・（Ｊ・ａ＊（ｔ）＋Ｃｄ・ｖ＊(t)＋Ｃｃ）　　（２）
と変形できる。この場合の機械運動情報１０１は、モータ速度ｖ（ｔ）が位置指令値２４を一階微分した値に等しいこと、および式（２）の関係式が該当する。
　なお、機械運動情報１０１は、式（２）に示す運動方程式そのものとするのではなく、当該運動方程式に含まれるパラメータ（Ｊ，Ｋｔ，Ｃｄ，Ｃｃ）を変数とした式（２）の運動方程式をモータ制御装置７内に予め保持しておき、機械運動情報１０１としてパラメータ（Ｊ，Ｋｔ，Ｃｄ，Ｃｃ）が入力されるようにしてもよい。さらに、機械運動情報１０１自体をモータ制御装置７内に予め保持しておき、機械運動情報１０１の入力を不要とするように構成してもよい。
　さらに、機械負荷３の共振特性およびモータ駆動アンプ部４のフィードバック制御系を考慮したモデルを構築して、当該モデルに基づいて位置指令値２４と電流Ｉ（ｔ）および速度ｖ（ｔ）との間の関係式を求め、当該関係式を機械運動情報１０１とするようにしてもよい。
　次に、仕事／損失計算情報１０２のうちの仕事計算情報について説明する。時刻ｔにおけるモータ１が行う仕事Ｗ（ｔ）は、時刻ｔにおけるモータの速度ｖ(t)とモータのトルクτ(t)を用いて、
　Ｗ（ｔ）＝ｖ（ｔ）×τ（ｔ）　　（３）
と表される。モータトルクτ（ｔ）は電流Ｉ（ｔ）に応じて発生する。モータトルクと電流が比例関係にある場合には、仕事Ｗ（ｔ）は、
　Ｗ（ｔ）＝ｖ（ｔ）×Ｋｔ・Ｉ（ｔ）　　（４）
と表すことができる。ここで、Ｋｔはモータ１のトルク定数である。この場合の仕事計算情報は、式（４）の計算式およびトルク定数Ｋｔが該当する。
　なお、モータ１として、同期モータを用いる場合には、トルク定数と誘起電圧定数が等しくなるため、トルク定数のかわりに誘起電圧定数を用いてもよい。また、トルクと電流との間に比例関係が成り立たない場合は、モータ１に電流が流れたときに発生するトルクの値をテーブル、もしくは関数で予め記憶しておき、これをもとにトルクに算出してもよい。すなわち、電流Ｉ（ｔ）とトルクτ（ｔ）の関係を表すテーブルもしくは関数をＦとすると、
　Ｗ（ｔ）＝ｖ（ｔ）×Ｆ（Ｉ（ｔ）)　　（５）
である。この場合、仕事計算情報は、式（５）の計算式、および、テーブルもしくは関数Ｆが該当する。
　いずれの場合においても、仕事計算情報としての計算式によれば、仕事Ｗ（ｔ）は、速度と、電流から計算されるトルクとの積により算出される。
　次に、仕事／損失計算情報１０２のうちの損失計算情報について説明する。損失の具体例としては、モータコイルの電気抵抗によって失われるエネルギーである銅損や、モータに巻かれた鉄心に交流で磁化したときに失われるエネルギーである鉄損がある。
　銅損に基づく損失Ｌｃｏｐｐｅｒは、モータの巻線抵抗Ｒを比例定数として用いて、
　Ｌｃｏｐｐｅｒ＝Ｒ・Ｉ（ｔ）＾２　　（６）
と計算することができる。
　また、鉄損はヒステリシス損や渦電流から構成される。ヒステリシス損と渦電流損を合計した鉄損に基づく損失Ｌｃｏｒｅは、モータの磁束密度Ｂ（ｔ）、速度ｖと、比例乗数α’、β’とを用いて、
　Ｌｃｏｒｅ＝α’・ｖ（ｔ）・Ｂ(t)^γ＋β’・ｖ（ｔ）＾２・Ｂ（ｔ）＾２　　（７）
と表すことができる。
　さらに、磁束密度Ｂはモータ電流Ｉに概ね比例して発生するので、比例乗数α’、β’に夫々対応する別の比例乗数α、βを用いることにより、
　Ｌｃｏｒｅ＝α・ｖ（ｔ）・Ｉ（ｔ）＾γ＋β・ｖ（ｔ）＾２・Ｉ（ｔ）＾２　　（８）
と表すことができる。なお、定数α、β、γはモータを電磁界解析することにより得ることができる。
　損失として、銅損と鉄損を含む場合、損失Ｌ（ｔ）は
　Ｌ（ｔ）＝Ｒ・Ｉ（ｔ）＾２＋α・ｖ（ｔ）・Ｉ（ｔ）＾γ＋β・ｖ（ｔ）＾２・Ｉ（ｔ）＾２　　（９）
で計算される。損失計算情報は、例えば（９）式の計算式と各係数Ｒ、α、β、γが該当する。なお、モータ１の鉄損が非常に小さい場合、銅損のみを損失、すなわち、α＝０、β＝０としてもよい。
　なお、上記説明では、電流の二乗に比例して発生する銅損に基づく損失と、モータの速度と電流の両方に依存して発生する鉄損とに基づく損失を（９）式のような計算式でモデル化することを説明したが、損失をモデル化するための計算式、および、定数を表すものであれば何でもよく、これに限られるものではない。例えば、モータ駆動アンプ部４の損失が、モータ１の速度や電流、トルクにかかわらず、一定値の損失が発生するのであれば、（９）式に一定値の項を加えても良い。また、電流の絶対値に比例して、損失が発生するのであれば、電流の絶対値に比例する項を（９）式に加えてもよい。また、仕事計算情報または損失計算情報を予めモータ制御装置７内に保持させるようにしておき、仕事計算情報または損失計算情報の入力を不要とするように構成してもよい。
　指令値曲線記憶部７１は、複数の指令値曲線（指令値曲線群１０３）を記憶するメモリである。指令値曲線は、生成する位置指令値２４の時間推移を定義する生成パターンであって、自指令値曲線の形状を調整するためのパラメータを備えている。すなわち、当該パラメータの値が設定されることにより、移動距離Ｄ、位置決め時間Ｔを満たす位置指令値２４の時間推移を一意に規定することができるようになっている。以下に、指令値曲線およびパラメータの例を説明する。図３および図４は、指令値曲線の例を説明するための図である。
　指令値曲線の１つの例としてユニバーサルカム曲線があげられる。図３は、移動距離がＤであり、位置決め時間がＴであるユニバーサルカム曲線で表される位置指令値２４、位置指令値２４の一階微分である速度（指令速度）、位置指令の二階微分である加速度（指令加速度）を表すグラフを示している。図示するように、ユニバーサルカム曲線は、７つの区間に分割され、全体として正負の等加速度区間（ｔ２，ｔ６）、等速度区間（ｔ４）、および、それらを三角関数で接続する接続する区間（ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７）から成る曲線である。このユニバーサルカム曲線によれば、位置決め時間Ｔにおける位置指令値２４が移動距離Ｄに等しく、かつｔ１～ｔ７の合計値が位置決め時間Ｔに等しいという条件を満たすようにそれぞれの区間の長さを表すパラメータの組（ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６，ｔ７）を指定することによって、移動距離がＤであり、かつ、位置決め時間がＴである位置指令値２４の時間推移を一意に決めることができる。
　また、指令値曲線の別の例として図４に示す曲線が挙げられる。図４に示す曲線は、０＜Ｔｊ＜Ｔ、０＜Ｘｊ＜Ｄを満たす複数個（この例では４個）の座標（Ｔｊ，Ｘｊ）（ｊ＝１，２，３，４）をパラメータとし、（０、０）、これらの座標、および（Ｔ、Ｄ）の間を例えばスプライン補間などで補間して生成される。すなわち、この曲線によれば、８個のパラメータの組（Ｔ１、Ｘ１、Ｔ２、Ｘ２、Ｔ３、Ｘ３、Ｔ４、Ｘ４）を、０＜Ｔｊ＜Ｔ、０＜Ｘｊ＜Ｄを満たす条件で指定することによって、位置指令値２４の時間推移を一意に決めることができる。
　なお、指令値曲線はこれらのみに限定されない。移動距離がＤで、位置決め時間がＴであり、１以上のパラメータにより形状を決定される曲線であるなら、どのようなものであってもよい。以降、位置指令値２４の時間推移を一意に決めるためのパラメータの組をパラメータセットということとする。
　指令値曲線選択部７３は、指令値曲線記憶部７１が記憶する指令値曲線群１０３のうち、位置指令値２４を生成するために使用する指令値曲線を選択する。なお、指令値曲線選択部７３は、上位装置から所望の指令値を指定する指令を受け付けて、当該指令に基づいて指令値曲線を選択するようにしてよい。
　パラメータセット生成部７４は、移動距離がＤ、位置決め時間がＴとなるように、前記選択された指令値曲線に対応するパラメータセットを複数生成する。生成された複数のパラメータセットは、内部のメモリにパラメータセット群１０４として蓄積記憶される。例えば、ユニバーサルカム曲線を指令値曲線として使用する場合であれば、パラメータセット生成部７４は、位置決め時間Ｔにおける位置指令値２４が移動距離Ｄであり、かつｔ１～ｔ７の合計値が位置決め時間Ｔに等しいという条件を満たすパラメータセット（ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６，ｔ７）をＮ組用意する。
　消費電力量算出部７５は、指令値生成情報１００、機械運動情報１０１、および仕事／損失計算情報１０２を用いて、位置決め制御にかかる消費電力量をパラメータセット毎に算出する。具体的には、以下のようにして算出する。時刻ｔにおける消費電力をＱ（ｔ）とすると、
　Ｑ（ｔ）＝Ｌ（ｔ）＋Ｗ（ｔ）　　（１０）
となる。なお、煩雑を避けるために式変形を省略するが、式（１０）には、機械運動情報１０１、仕事／損失計算情報１０２が適用されることはいうまでもない。実施の形態１においては、回生電力は回生抵抗６で消費されるので、消費電力量Ｅ（ｉ）は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　となる。パラメータセット毎に算出された消費電力量Ｅ（ｉ）は、使用したパラメータセットと対応付けて内部のメモリに蓄積記憶される。
　パラメータセット選択部７６は、パラメータセット群１０４のうちから、消費電力量Ｅ（ｉ）が最小となるパラメータセットを選択する。
　指令生成部７７は、位置指令値２４の時間推移が指令値曲線選択部７３により選択された指令値曲線にパラメータセット選択部７６により選択されたパラメータセットを適用して得られる曲線になるように、位置指令値２４を生成する。生成した位置指令値２４はモータ駆動アンプ部４に供給される。
　なお、これらの機能構成要素は、夫々ハードウェア回路により実現するようにしてもよい。また、演算装置、記憶装置、および上位装置やモータ駆動アンプ部４と接続するためのインタフェースを備えるコンピュータにおいて、予めインストールされているプログラムを実行させることによって実現するようにしてもよい。例えば、演算装置は、前記プログラムに基づいて、入力受け付け部７２、指令値曲線選択部７３、パラメータセット生成部７４、消費電力量算出部７５、パラメータセット選択部７６、指令生成部７７として機能する。また、記憶装置は、前記プログラムを予め記憶しておくほか、指令値曲線記憶部７１として機能する。
　図５は、上記の機能構成要素を備えるモータ制御装置７が位置指令値２４を算出する動作を説明するフローチャートである。
　まず、入力受け付け部７２は、指令値生成情報１００（移動距離Ｄ、位置決め時間Ｔ、最大加速度Ａｍａｘ、および最大速度Ｖｍａｘ）の入力を受け付ける（ステップＳＴ１）。そして、入力受け付け部７２は、機械運動情報１０１の入力を受け付ける（ステップＳＴ２）。
　ステップＳＴ２に続いて、入力受け付け部７２は、仕事／損失計算情報１０２の入力を受け付ける（ステップＳＴ３）。
　ステップＳＴ３に続いて、指令値曲線選択部７３は、生成する位置指令値２４の時間推移のタイプを規定する指令値曲線を、指令値曲線記憶部７１に格納されている指令値曲線群１０３から選択する（ステップＳＴ４）。
　パラメータセット生成部７４は、移動距離がＤ、位置決め時間がＴとなるように、前記選択された指令値曲線に対応するパラメータセットを複数（ここではＮ個とする）生成し、パラメータセット群１０４として出力する（ステップＳＴ５）。
　消費電力量算出部７５は、まず、ステップＳＴ７～ステップＳＴ１２のループ処理のカウントに用いるインデックスｉを１で初期化し（ステップＳＴ６）、パラメータセット群１０４のうちからパラメータセットをひとつ選択する（ステップＳＴ７）。そして、選択したパラメータセットを使用した場合の位置指令値２４のピーク速度Ｖｐおよびピーク加速度Ａｐを算出する（ステップＳＴ８）。具体的には、消費電力量算出部７５は、ステップＳＴ４において選択された指令値曲線にステップＳＴ７で選択したパラメータセットを適用して得られる位置指令値２４の時間推移の曲線から、位置指令値２４の一階微分である指令速度を計算し、指令速度の絶対値の最大値をピーク速度Ｖｐとする。また、位置指令の二階微分である指令加速度を計算し、指令加速度の絶対値の最大値をピーク加速度Ａｐとする。
　そして、消費電力量算出部７５は、Ａｐ≦Ａｍａｘ、かつＶｐ≦Ｖｍａｘを満たすか否かを判定する（ステップＳＴ９）。上記条件が満たされている場合（ステップＳＴ９、Ｙｅｓ）、当該パラメータセットを使用した場合の位置指令値２４の消費電力量を算出する（ステップＳＴ１０）。ステップＳＴ９において、Ａｐ≦Ａｍａｘ、かつＶｐ≦Ｖｍａｘが満たされない場合（ステップＳＴ９、Ｎｏ）、ステップＳＴ１０の処理がスキップされる。
　ステップＳＴ１０の後、消費電力量算出部７５は、ｉ＝Ｎであるか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。ｉ＝Ｎではなかった場合（ステップＳＴ１１、Ｎｏ）、消費電力量算出部７５は、ｉ＝ｉ＋１とし（ステップＳＴ１２）、ステップＳＴ７に移行して、パラメータセット群１０４から未選択のパラメータセットをひとつ選択する。ｉ＝Ｎであった場合（ステップＳＴ１１、Ｙｅｓ）、パラメータセット選択部７６は、消費電力量が最小の値となるパラメータセットを選択する（ステップＳＴ１３）。
　指令生成部７７は、ステップＳＴ４において選択された指令値曲線にステップＳＴ１３において選択されたパラメータセットを適用して決まる位置指令値２４の時間推移に基づいて位置指令値２４を生成し、生成した位置指令値２４を順次モータ駆動アンプ部４に供給し（ステップＳＴ１４）、動作を終了する。
　なお、本実施の形態において、最大速度と最大加速度を両方とも入力し、これらの情報を用いて、ピーク速度とピーク加速度がそれぞれ最大速度と最大加速度以下になるように位置指令値を生成したが、最大速度のみ、あるいは、最大加速度のみを入力とし、それぞれ対応するピーク速度のみ、あるいは、ピーク加速度のみを、入力した最大値以下になるように位置指令値を生成してもよい。
　例えば、移動距離が十分短い場合のみの位置決め制御である場合であるなら、モータの最大速度に到達する前に減速を行う動作となるため、最大速度の入力を省き、最大加速度のみ入力し、ピーク加速度が入力した最大値以下になるように位置指令値を生成する。
　また、位置決め時間が十分長い場合のみの位置決め制御である場合であるなら、位置決め時の加速度が小さくなるため、最大加速度の入力を省き、最大速度のみを入力し、ピーク速度が入力した最大値以下になるように位置指令値を生成する。
　モータ１が駆動されるときの消費電力は、モータ１に流れる電流Ｉ（ｔ）やモータ速度ｖ（ｔ）に応じて発生するモータ１およびモータ駆動アンプ部４に発生する損失Ｌ（ｔ）とモータ１が行う仕事Ｗ（ｔ）によって決まる。位置決め動作は、モータ１・機械負荷３が停止状態から加速され、所定の移動距離に近づいたら減速し、停止するという動作から構成される。加速動作、減速動作は、消費電力量のうち損失分が引き起こすものではなく、モータ１が行う仕事によって引き起こされている。よって、位置決め動作に必要な消費電力量の推定値を計算する際に、モータ１が行う仕事を考慮しないと消費電力量が小さくする位置決め制御用の位置指令値を得ることができない。
　また、損失Ｌ（ｔ）は熱エネルギーになるため、モータ１の加速、減速状態に関わらず、正の値をとる。仕事Ｗ（ｔ）は、モータ１が加速度動作、一定速度を維持する動作をするときには正の値となり、モータ１が減速動作をして、トルクと速度の符合が異なるときには負の値となる。仕事Ｗ（ｔ）が負になることは減速動作に伴う運動エネルギーの減少により回生エネルギーが発生することを意味する。仕事と損失とがともに正の場合、もしくは、仕事Ｗ（ｔ）が負で、かつ、その絶対値が損失Ｌ（ｔ）よりも小さい場合は、Ｌ（ｔ）+Ｗ（ｔ）の値も正となり、これがその時点における消費電力Ｐ（ｔ）となる。一方、仕事Ｗ（ｔ）の値が負で、かつ、その絶対値が損失Ｌ（ｔ）よりも大きい場合は、仕事と損失の合計値Ｌ（ｔ）＋Ｗ（ｔ）が負の値となる。これは、損失Ｌ（ｔ）を補償する電力が、モータの回生エネルギー（＝仕事Ｗ（ｔ））により供給されるため、モータ駆動アンプ部４は電力を必要としないことを意味する。さらに、損失Ｌ（ｔ）の電力を補償し、さらに余剰の回生エネルギーは回生抵抗６で消費されるため、その時点での消費電力Ｐ(t)は０となる。この消費電力Ｐ（ｔ）を積分することにより、位置決め動作時の消費電力量が算出される。以上をモデル化したものが式(１１)である。
　本発明の実施の形態１によれば、モータ制御装置１は、式（１１）に基づいて求まる消費電力量Ｅ（ｉ）が最小となるように位置指令値を算出するようにしたので、損失Ｌだけでなく仕事Ｗを考慮した消費電力量が最小となるように位置指令値を生成するので、位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減することができるという効果を奏する。また、回生エネルギーの消費を考慮に入れて消費電力量を見積もることができるようになるので、回生エネルギーを回生抵抗６において消費する構成をシステムが備えている場合に、位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減することができるという効果を奏する。
　また、パラメータセット生成部７４（パラメータ生成部）は、入力受け付け部７２が受け付けた移動距離Ｄおよび位置決め時間Ｔを満たすように指令値曲線のパラメータセットを複数生成し、消費電力量算出部７５は、パラメータセット生成部７４が生成した複数のパラメータセットの夫々について、パラメータセットを指令値曲線に夫々適用した場合のモータ１の仕事および損失に基づいて消費電力量Ｅ（ｉ）を算出し、パラメータセット選択部（パラメータ選択部）７６は、パラメータセット毎に算出された消費電力量に基づいて、消費電力量が最も小さいパラメータセットを選択し、指令生成部７７は、選択されたパラメータセットが適用された指令値曲線に基づいてモータ駆動アンプ部４に供給する位置指令値２４を生成する、ように構成したので、位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減することができる。
　また、モータ１、機械負荷３には出力させてよい最大速度や最大加速度が存在する。この制限値を越えて、モータ１や機械負荷３を動作させることは好ましくない。最大速度を決める要因となる例として、最大速度はモータ１の最大回転速度が挙げられる。また、最大加速度はモータ最大トルクにより決まる最大加速度が挙げられる。モータ１の最大トルクにより、運動方程式（イナーシャ×加速度＝トルク）の関係から、最大トルクを使用して加速した場合の加速度は、最大トルク／イナーシャまでしか発生させることができない。このため、これが最大加速度を定める要因となる。また、機械負荷がある速度許容値やある加速度許容値を超えて動作させると、非常に大きな振動が引き起こされたりすることがあり、これが、機械負荷の動作に最大速度や最大加速度を定める要因となる。
　これに対し、本発明の実施の形態１によれば、入力受け付け部７２は、モータ駆動アンプ部４に供給できる位置指令値を規定する最大速度Ｖｍａｘおよび最大加速度Ａｍａｘの入力を受け付け、消費電力量算出部７５は、パラメータセットを適用した後の生成パターンに基づいてピーク速度Ｖｐおよびピーク加速度Ａｐを算出し、前記算出したピーク速度Ｖｐが前記入力された最大速度Ｖｍａｘよりも小さく、かつ前記算出したピーク加速度Ａｐが前記入力された最大加速度Ａｍａｘよりも小さい場合に当該パラメータセットにかかる消費電力量を算出する、ように構成したので、位置決め制御に使用する位置指令値のピーク加速度が最大加速度を越えず、かつ、ピーク速度が最大速度を越えることがなく、かつ、消費電力量を可及的に小さくするように位置指令値を算出することができる。
　また、損失は、電流の二乗に比例して発生する銅損が代表的であるが、モータ１を駆動させたときに発生する損失は銅損だけではなく、モータ１の種類によっては、電流と速度に応じて発生する鉄損が無視できない場合がある。
　本発明の実施の形態１によれば、消費電力量算出部７５は、モータ１に流れる電流を２乗することによって銅損に基づく損失を算出するようにし、また、モータ１に流れる電流とモータ１の速度とに基づいて鉄損に基づく損失を算出する、ようにしたので、鉄損を考慮しない場合に比べて正確に損失を計算することができるので、位置決め動作時の消費電力量を可及的に小さくする位置指令値を正確に算出することができるという効果がある。
実施の形態２．
　実施の形態１においては、モータ駆動アンプ部の回生エネルギーが回生抵抗で消費される方式（抵抗回生方式）が採用されたシステムに適用される場合について説明を行ったが、実施の形態２のモータ制御装置は、回生エネルギーを電源に戻す方式（電源回生方式）を備えるシステムに適用される。
　図６は、本発明の実施の形態２のモータ制御装置を使用するシステムの構成例を説明するブロック図である。なお、ここでは、実施の形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
　図示するように、実施の形態２のモータ制御装置１１を使用するシステムの構成例によれば、モータ駆動アンプ部４には、回生抵抗６の替わりに電源回生回路１０が接続されている点が実施の形態１と異なる。電源回生回路１０は、具体的には、電源回生コンバータなどを用いて実現され、モータ駆動アンプ部４が回生状態になったときに回生エネルギー２６を電源５に戻す働きをする。
　図７は、実施の形態２のモータ制御装置１１の機能構成を説明する図である。図示するように、モータ制御装置１１は、指令値曲線群１０３を記憶する指令値曲線記憶部７１と、入力受け付け部７２と、指令値曲線選択部７３と、パラメータセット生成部７４と、消費電力量算出部１１１と、パラメータセット選択部７６と、指令生成部７７とを備えている。
　図６のシステムにおいては、回生エネルギーが電源回生回路１０によって電源５に戻されるので、消費電力量算出部１１１は、式（１１）の替わりに、次の式を用いて消費電力量Ｅ（ｉ）を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　実施の形態２のモータ制御装置１１が位置指令値２４を算出する動作は、ステップＳＴ１０において消費電力量算出部１１１が式（１２）に基づいてパラメータセット毎の消費電力量Ｅ（ｉ）を算出する以外は図５に示した実施の形態１の動作と同様であるので、実施の形態２のモータ制御装置１１が位置指令値２４を算出する動作の説明を省略する。
　次に、実施の形態２の発明で得られる効果について説明を行う。電源回生方式を実装されたモータ駆動アンプ部４においても、抵抗回生方式が採用されている場合と同様に、位置決め制御動作時の消費電力は、モータが行う仕事Ｗ（ｔ）と、発生した電流や速度に応じた損失Ｌ（ｔ）によって決定される。位置決め制御動作時の加速動作や減速動作は、仕事Ｗ（ｔ）分のエネルギーによって引き起こされる。仕事Ｗ（ｔ）と損失Ｌ（ｔ）の合計値が正である場合は、消費電力Ｐ（ｔ）は仕事Ｗ（ｔ）と損失Ｌ（ｔ）の合計値で与えられることは、抵抗回生方式の場合と同じであるが、抵抗回生方式の場合と異なるのは、Ｐ（ｔ）＝Ｗ（ｔ）＋Ｌ（ｔ）の値が負の場合でも、そのまま消費電力とする点である。負の値となった消費電力Ｐ（ｔ）は、抵抗回生で消費されるのではなく電源回生回路１０によって電源５に戻される。さらに消費電力Ｐ（ｔ）を積分することにより位置決め動作時の消費電力量を推定することができる。式（１２）は、上述のような電源回生方式のモータ駆動アンプの消費電力を表している。
　本発明の実施の形態２によれば、モータ制御装置１１は、式（１２）に基づいてパラメータセット毎の消費電力量Ｅ（ｉ）を算出するようにしているので、回生エネルギーを電源５に戻す構成をシステムが備えている場合であっても、回生エネルギーの再生を考慮に入れて消費電力量を算出することができるようになるので、消費電力量を正確に見積もることができ、結果として位置決め制御に要する消費電力量を可及的に低減することができる。
　また、本実施の形態は、実施の形態１と消費電力を計算する式のみが異なり、ステップＳＴ８、ＳＴ９において、ピーク加速度が最大加速度Ａｍａｘを超えないように、また、ピーク速度の最大値が最大速度Ｖｍａｘを超えないようにチェックする点は同一なので、実施の形態１と同様に指令加速度や指令速度を、最大加速度や最大速度以下にする制約を満たし、かつ、消費電力を最小にする位置指令値を生成することが可能とする効果がある。
実施の形態３．
　実施の形態１、２では、パラメータセット毎に消費電力量を計算により推定し、この推定値が最小となるパラメータセットを選択するようにした。実施の形態３では、実際に位置決め制御を実行して消費電力量を求めるための電流およびモータの速度をパラメータセット毎に測定し、測定値に基づいてパラメータセット毎の消費電力量を算出する。
　図８は、本発明の実施の形態３のモータ制御装置を使用するシステムの構成例を説明するブロック図である。なお、ここでは、実施の形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
　図示するように、実施の形態３のモータ制御装置１２を使用するシステムの構成例によれば、モータ駆動アンプ部４からモータ１へ供給される電流２２を検出する電流検出部１３が実施の形態１が使用されるシステムに追加された構成を備えている。電流検出部１３は、電流の検出値に相当する電流情報２７をモータ制御装置１２に入力する。
　また、モータ制御装置１２は、上位装置から、指令値生成情報１００、仕事／損失計算情報１０２が入力される。さらに、エンコーダ２が検出するモータ情報２３のうち、モータ速度の検出値がモータ駆動アンプ部４を介して検出速度信号２８として入力される。
　図９は、実施の形態３のモータ制御装置１２の機能構成を説明する図である。図示するように、モータ制御装置１２は、指令値曲線群１０３を記憶する指令値曲線記憶部７１と、入力受け付け部７２と、指令値曲線選択部７３と、パラメータセット生成部７４と、消費電力量測定部１２１と、パラメータセット選択部７６と、指令生成部７７とを備えている。
　消費電力量測定部１２１は、位置決め制御を試験的に実行して電流情報２７および検出速度信号２８の値を収集することで、位置決め制御動作が開始されてから、完了するまでの実電流Ｉｒ（ｔ）と実速度Ｖｒ（ｔ）とを測定する。そして、測定した実電流Ｉｒ（ｔ）と実速度Ｖｒ（ｔ）とに基づいて消費電力量Ｅ（ｉ）を算出する。具体的には、消費電力量測定部１２１は、式（４）または式（５）を用いて仕事Ｗ（ｔ）を算出する際、および式（９）を用いて損失Ｌ（ｔ）を算出する際、電流Ｉ（ｔ）のかわりに実電流Ｉｒ（ｔ）を、速度ｖ（ｔ）のかわりに実速度Ｖｒ（ｔ）を夫々用いる。そして、算出した仕事Ｗ（ｔ）と損失Ｌ（ｔ）とを式（１０）および式（１１）に適用して消費電力量Ｅ（ｉ）を求める。なお、消費電力量測定部１２１は、実電流Ｉｒ（ｔ）および実速度Ｖｒ（ｔ）の測定と、消費電力量Ｅ（ｉ）の算出を、パラメータセット生成部７４が生成したパラメータセット毎に実行する。パラメータセット毎に算出された消費電力量Ｅ（ｉ）は、内部のメモリに蓄積記憶される。
　図１０は、上記の機能構成要素を備えるモータ制御装置１２が位置指令値２４を算出する動作を説明するフローチャートである。
　まず、入力受け付け部７２は、指令値生成情報１００（移動距離Ｄ、位置決め時間Ｔ、最大加速度Ａｍａｘ、および最大速度Ｖｍａｘ）の入力を受け付ける（ステップＳＴ２１）。そして、入力受け付け部７２は、仕事／損失計算情報１０２の入力を受け付ける（ステップＳＴ２２）。
　続いて、指令値曲線選択部７３は、指令値曲線記憶部７１に格納されている指令値曲線群１０３から指令値曲線を一つ選択する（ステップＳＴ２３）。
　パラメータセット生成部７４は、移動距離がＤ、位置決め時間がＴとなるように、前記選択された指令値曲線に対応するパラメータセットを複数（ここではＮ個とする）生成し、パラメータセット群１０４として出力する（ステップＳＴ２４）。
　続いて、消費電力量測定部１２１は、ステップＳＴ２６～ステップＳＴ３１のループ処理を実行して、位置決め制御にかかる消費電力量をパラメータセット毎に算出する。具体的には、まず、消費電力量測定部１２１は、当該ループ処理のカウントに用いるインデックスｉを１で初期化し（ステップＳＴ２５）、パラメータセット群１０４のうちからパラメータセットをひとつ選択する（ステップＳＴ２６）。
　そして、消費電力量測定部１２１は、選択したパラメータセットを使用した場合の位置指令値２４のピーク速度Ｖｐおよびピーク加速度Ａｐを算出する（ステップＳＴ２７）。そして、消費電力量測定部１２１は、ステップＳＴ２１において受け付けた最大加速度Ａｍａｘおよび最大速度Ｖｍａｘと、算出したピーク速度Ｖｐおよびピーク加速度Ａｐとを比較して、Ａｐ≦Ａｍａｘ、かつＶｐ≦Ｖｍａｘを満たすか否かを判定する（ステップＳＴ２８）。
　上記条件が満たされている場合（ステップＳＴ２８、Ｙｅｓ）、消費電力量測定部１２１は、ステップＳＴ２３で選択された指令値曲線にステップＳＴ２６で選択されたパラメータセットを適用して決定される位置指令値２４の時間推移に従って位置指令値２４を生成して位置決め制御を実行するとともに、電流情報２７および検出速度信号２８の入力を受け付けて、位置決め制御動作が開始されてから、完了するまでの実電流Ｉｒ（ｔ）と実速度Ｖｒ（ｔ）とを測定する（ステップＳＴ２９）。
　そして、消費電力量測定部１２１は、測定した実電流Ｉｒ（ｔ）と実速度Ｖｒ（ｔ）とに基づいて、パラメータセット毎の消費電力量Ｅ（ｉ）を算出する（ステップＳＴ３０）。
　ステップＳＴ３０の後、消費電力量測定部１２１は、ｉ＝Ｎであるか否かを判定する（ステップＳＴ３１）。ｉ＝Ｎではなかった場合（ステップＳＴ３１、Ｎｏ）、消費電力量測定部１２１は、ｉ＝ｉ＋１とし（ステップＳＴ３２）、ステップＳＴ２６に移行して、パラメータセット群１０４から未選択のパラメータセットをひとつ選択する。ｉ＝Ｎであった場合（ステップＳＴ３１、Ｙｅｓ）、パラメータセット選択部７６は、消費電力量が最小の値となるパラメータセットを選択する（ステップＳＴ３３）。
　なお、ステップＳＴ２８において、Ａｐ≦Ａｍａｘ、かつＶｐ≦Ｖｍａｘが満たされない場合（ステップＳＴ２８、Ｎｏ）、ステップＳＴ２９およびステップＳＴ３０の処理がスキップされる。
　ステップＳＴ３３の後、指令生成部７７は、ステップＳＴ２３において選択された指令値曲線にステップＳＴ３３において選択されたパラメータセットを適用して決まる位置指令値２４の時間推移に基づいて位置指令値２４を生成し、生成した位置指令値２４を順次モータ駆動アンプ部４に供給し（ステップＳＴ３４）、動作を終了する。
　なお、本発明の実施の形態３は、モータ駆動アンプ部４が回生状態になったときに回生エネルギーが回生抵抗６で消費されるシステムに適用される場合について説明したが、回生エネルギーが電源５に戻されるシステムに適用される場合には、実施の形態２にて説明したように、式（１２）に基づいて消費電力量Ｅ（ｉ）を算出するようにするとよい。
　このように、本発明の実施の形態３によれば、消費電力量測定部１２１は、パラメータセット生成部７４が生成したパラメータセットを適用した後の指令値曲線に基づいて実際にモータ駆動アンプ部４に位置指令値を供給してモータ１を試験的に駆動させ、モータ１の駆動時にモータ１に流れる電流およびモータ１の速度を測定し、測定した電流および速度に基づいてモータの仕事Ｗ（ｔ）および損失Ｌ（ｔ）を求める、ように構成したので、計算により仕事Ｗ（ｔ）および損失Ｌ（ｔ）を推定する実施の形態１、２において必要とされた機械運動情報１０１を用いることなく仕事Ｗ（ｔ）および損失Ｌ（ｔ）を得ることができる。すなわち、仕事Ｗ（ｔ）および損失Ｌ（ｔ）を正確に推定するための機械運動情報１０１がなくても消費電力量を可及的に低減することができるようになる。
　また、ステップＳＴ２７、ＳＴ２８において、ピーク加速度が最大加速度Ａｍａｘを超えないように、また、ピーク速度の最大値が最大速度Ｖｍａｘを超えないようにチェックする点は実施の形態１と同じなので、実施の形態１と同様に指令加速度や指令速度を、最大加速度や最大速度以下にする制約を満たし、かつ、消費電力を最小にする位置指令値を生成することが可能とする効果がある。
実施の形態４．
　実施の形態１、２では、指令加速度が最大加速度Ａｍａｘを超えない範囲で位置指令値を算出するようにしたが、実施の形態４によれば、位置決め制御時に発生する電流が最大値を越えない範囲で位置指令値を算出する。
　図１１は、本発明の実施の形態４のモータ制御装置を使用するシステムの構成例を説明するブロック図である。なお、ここでは、実施の形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
　図示するように、実施の形態４のモータ制御装置１４は、最大加速度Ａｍａｘの替わりに最大電流Ｉｍａｘが上位装置から入力される点が実施の形態１と異なっている。具体的には、モータ制御装置１４は、移動距離Ｄ、位置決め時間Ｔ、最大電流Ｉｍａｘ、最大速度Ｖｍａｘを含む指令値生成情報１０５が入力される。そして、モータ制御装置１４は、位置決め制御時にモータ１に流れる電流が上位装置から入力された最大電流Ｉｍａｘを越えず、かつ位置指令値の一階微分である指令速度が最大速度Ｖｍａｘを越えないように、位置指令値２４を生成する。
　図１２は、実施の形態４のモータ制御装置１４の機能構成を説明する図である。図示するように、モータ制御装置１４は、指令値曲線群１０３を記憶する指令値曲線記憶部７１と、入力受け付け部７２と、指令値曲線選択部７３と、パラメータセット生成部７４と、消費電力量算出部１４１と、パラメータセット選択部７６と、指令生成部７７とを備えている。
　図１３は、上記の機能構成要素を備えるモータ制御装置１４が位置指令値２４を算出する動作を説明するフローチャートである。
　まず、入力受け付け部７２は、移動距離Ｄ、位置決め時間Ｔ、最大電流Ｉｍａｘ、および最大速度Ｖｍａｘを含む指令値生成情報１０５の入力を受け付ける（ステップＳＴ４１）。以降、モータ制御装置７は、ステップＳＴ４２～ステップＳＴ４５において、ステップＳＴ２～ステップＳＴ５と同様の処理を実行する。
　ステップＳＴ４５の後、消費電力量算出部１４１は、インデックスｉを１で初期化し（ステップＳＴ４６）、パラメータセット群１０４のうちからパラメータセットをひとつ選択する（ステップＳＴ４７）。
　そして、消費電力量算出部１４１は、選択したパラメータセットを使用した場合のモータ１に流れる電流の最大値であるピーク電流値Ｉｐと、位置指令値２４の一階微分である指令速度の最大値であるピーク速度Ｖｐを算出する（ステップＳＴ４８）。具体的には、消費電力量算出部１４１は、位置指令値２４の一階微分である指令速度ｖ＊（ｔ）の時間０≦ｔ≦Ｔにおける最大値をピーク速度Ｖｐとする。ピーク電流値Ｉｐに関しては、式（２）を用いて電流Ｉ（ｔ）を算出し、算出した電流Ｉ（ｔ）の時間０≦ｔ≦Ｔにおける最大値をピーク電流Ｉｐとする。
　続いて、消費電力量算出部１４１は、ステップＳＴ４１において受け付けた最大電流Ｉｍａｘおよび最大速度Ｖｍａｘと、算出したピーク電流値Ｉｐおよびピーク速度Ｖｐとを比較して、Ｉｐ≦Ｉｍａｘ、かつＶｐ≦Ｖｍａｘを満たすか否かを判定する（ステップＳＴ４９）。上記条件が満たされている場合（ステップＳＴ４９、Ｙｅｓ）、当該パラメータセットを使用した場合の位置指令値２４の消費電力量Ｅ（ｉ）を算出する（ステップＳＴ５０）。ステップＳＴ５０の処理における消費電力量の算出方法は、実施の形態１と同様である。パラメータセット毎に算出された消費電力量Ｅ（ｉ）は、内部の記憶装置に蓄積記憶される。
　ステップＳＴ４９において、Ｉｐ≦Ｉｍａｘ、かつＶｐ≦Ｖｍａｘが満たされない場合（ステップＳＴ４９、Ｎｏ）、ステップＳＴ５０の処理がスキップされる。
　ステップＳＴ５０の後、消費電力量算出部１４１は、ｉ＝Ｎであるか否かを判定する（ステップＳＴ５１）。ｉ＝Ｎではなかった場合（ステップＳＴ５１、Ｎｏ）、消費電力量算出部１４１は、ｉ＝ｉ＋１とし（ステップＳＴ５２）、ステップＳＴ４７に移行して、パラメータセット群１０４から未選択のパラメータセットを選択する。ｉ＝Ｎであった場合（ステップＳＴ５１、Ｙｅｓ）、パラメータセット選択部７６は、消費電力量が最小の値となるパラメータセットを選択する（ステップＳＴ５３）。
　以降、指令生成部７７がステップＳＴ１４と同様の処理を実行して（ステップＳＴ５４）、モータ制御装置１４の動作が終了となる。
　なお、本発明の実施の形態４は、モータ駆動アンプ部４が回生状態になったときに回生エネルギーが回生抵抗６で消費されるシステムに適用される場合について説明したが、回生エネルギーが電源５に戻されるシステムに適用される場合には、実施の形態２にて説明したように、式（１２）に基づいて消費電力量Ｅ（ｉ）を算出するようにするとよい。
　次に、本実施の形態４の効果について説明を行う。通常、モータ１には、流してもよい電流の最大値が存在する。この最大値を越えて電流を流そうとすると、モータ１が破損する可能性がある。本発明の実施の形態４によれば、入力受け付け部７２は、モータ駆動アンプ部４に供給できる位置指令値を規定する最大速度Ｖｍａｘおよび最大電流Ｉｍａｘの入力を受け付け、消費電力量算出部１４１は、パラメータセット生成部７４が生成したパラメータセットを適用した後の指令値曲線に基づいてピーク速度Ｖｐおよびピーク電流Ｉｐを算出し、前記算出したピーク速度Ｖｐが前記入力された最大速度Ｖｍａｘよりも小さく、かつ前記算出したピーク電流Ｉｐが前記入力された最大電流Ｉｍａｘよりも小さい場合に当該パラメータにかかる消費電力量Ｅ（ｉ）を算出する、ように構成したので、ユーザは、入力する最大電流Ｉｍａｘを適切に設定することにより、位置決め制御時に発生する電流を、モータ１の破損を招く電流値以下にすることができる。すなわち、モータ１の破損を防ぐことができる。また、式(２)に示されるように、電流と加速度の間には線形な関係が成立する。位置決め制御時の電流が制限されることにより、ピーク加速度も制限することができるという効果も得られる。
　なお、本実施の形態において、最大速度と最大電流を両方とも入力し、これらの情報を用いて、ピーク速度とピーク電流がそれぞれ最大速度と最大電流以下になるように位置指令値を生成したが、最大速度のみ、あるいは、最大電流のみを入力とし、それぞれ対応するピーク速度のみ、あるいは、ピーク電流のみを、入力した最大値以下になるように位置指令値を生成してもよい。
　位置決め時間が十分長い場合のみの位置決め制御である場合であるなら、位置決め時の加速度が小さくなり、これに伴い電流が小さくなるため、最大電流の入力を省き、最大速度のみを入力し、ピーク速度が入力した最大値以下になるように位置指令値を生成する。
　なお、実施の形態１～４のモータ制御装置は、モータ駆動アンプ部４など、システムの構成例において示した他の構成要素を含んで構成されるようにしても構わない。
　また、実施の形態１～４では、複数のパラメータを予め用意し、これらを前記生成パターンに夫々適用し、前記パラメータを適用した後の夫々の生成パターンに基づいて前記モータの電流および速度を求め、前記求めたモータの電流および速度に基づいて前記モータの消費電力量をパラメータ毎に算出するという例について説明を行ったが、複数のパラメータを生成せずに、最小二乗法、最急降下法などの各種最適化手法を用いて、（１１）式あるいは（１２）式で表される消費電力を最小化するパラメータを算出してもよい。
　１　モータ
　２　エンコーダ
　３　機械負荷
　４　モータ駆動アンプ部
　５　電源
　６　回生抵抗
　７、１１、１２、１４　モータ制御装置
　１０　電源回生回路
　１３　電流検出部
　２１　駆動力
　２２　電流
　２３　モータ情報
　２４　位置指令値
　２５　電力
　２６　回生エネルギー
　２７　電流情報
　２８　検出速度信号
　７１　指令値曲線記憶部
　７２　入力受け付け部
　７３　指令値曲線選択部
　７４　パラメータセット生成部
　７５、１１１、１４１　消費電力量算出部
　７６　パラメータセット選択部
　７７　指令生成部
　１００、１０５　指令値生成情報
　１０１　機械運動情報
　１０２　仕事／損失計算情報
　１０３　指令値曲線群
　１０４　パラメータセット群
　１１１　消費電力量算出部
　１２１　消費電力量測定部

Claims (16)

  1. 　モータの動作が位置指令値に追従するように前記モータを駆動する電流を生成するモータ駆動アンプに対し、前記位置指令値を生成して供給するモータ制御装置であって、
    　前記モータの電流または速度に応じて発生する損失Ｌと、前記モータの電流から決定される前記モータのトルクと前記モータの速度との積により構成される前記モータが行う仕事Ｗと、の和Ｑがゼロ値よりも大きい場合にＰ＝Ｑ、前記和Ｑがゼロ値よりも小さい場合にＰ＝０となるＰを積分して求まる前記モータの消費電力量が最小となるように、位置指令値を生成する、
    　ことを特徴とするモータ制御装置。
  2. 　前記モータ駆動アンプは、前記モータの回生エネルギーを消費する回生抵抗を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 　モータの動作が位置指令値に追従するように前記モータを駆動する電流を生成するモータ駆動アンプに対し、前記位置指令値を生成して供給するモータ制御装置であって、
    　前記モータの電流または速度に応じて発生する損失Ｌと、前記モータの電流から決定される前記モータのトルクと前記モータの速度との積により構成される前記モータが行う仕事Ｗと、の和Ｐを積分して求まる前記モータの消費電力量が最小となるように、位置指令値を生成する、
    　ことを特徴とするモータ制御装置。
  4. 　前記モータ駆動アンプは、前記モータの回生エネルギーを前記モータ駆動アンプに電源供給する電源に返還する電源回生回路を備える、ことを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
  5. 　移動距離および位置決め時間の入力を受け付ける入力受け付け部と、
    　生成する位置指令値の推移を定義する生成パターンであって当該推移を調整するためのパラメータを備える生成パターンを記憶する生成パターン記憶部と、
    　前記入力受け付け部が受け付けた移動距離および位置決め時間を満たすように前記生成パターンのパラメータを複数生成するパラメータ生成部と、
    　前記パラメータ生成部が生成した複数のパラメータを前記生成パターンに夫々適用し、前記パラメータを適用した後の夫々の生成パターンに基づいて前記モータの電流および速度を求め、前記求めたモータの電流および速度に基づいて前記モータの消費電力量をパラメータ毎に算出する消費電力量算出部と、
    　前記パラメータ毎に算出された消費電力量に基づいて、前記パラメータ生成部が生成した複数のパラメータのうちから消費電力量が最も小さいパラメータを選択するパラメータ選択部と、
    　前記パラメータ選択部が選択したパラメータが適用された生成パターンに基づいて前記モータ駆動アンプに供給する位置指令値を生成する指令生成部と、
    　を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れか一項に記載のモータ制御装置。
  6. 　前記消費電力量算出部は、前記パラメータ生成部が生成したパラメータを適用した後の生成パターンに基づいて前記モータに流れる電流および前記モータの速度を算出する、
    　ことを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
  7. 　前記消費電力量算出部は、前記パラメータ生成部が生成したパラメータを適用した後の生成パターンに基づいて前記モータ駆動アンプに位置指令値を供給して前記モータを試験的に駆動させ、前記モータの駆動時に前記モータに流れる電流および前記モータの速度を測定する、
    　ことを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
  8. 　前記入力受け付け部は、前記モータ駆動アンプに供給できる位置指令値を規定する最大速度Ｖｍａｘの入力を受け付け、
    　前記消費電力量算出部は、前記パラメータ生成部が生成したパラメータを適用した後の生成パターンに基づいてピーク速度Ｖｐを算出し、前記算出したピーク速度Ｖｐが前記入力された最大速度Ｖｍａｘよりも小さい場合に当該パラメータにかかる消費電力量を算出する、
    　ことを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
  9. 　前記入力受け付け部は、前記モータ駆動アンプに供給できる位置指令値を規定する最大加速度Ａｍａｘの入力を受け付け、
    　前記消費電力量算出部は、前記パラメータ生成部が生成したパラメータを適用した後の生成パターンに基づいてピーク加速度Ａｐを算出し、前記算出したピーク加速度Ａｐが前記入力された最大加速度Ａｍａｘよりも小さい場合に当該パラメータにかかる消費電力量を算出する、
    　ことを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
  10. 　前記入力受け付け部は、前記モータ駆動アンプに供給できる位置指令値を規定する最大電流Ｉｍａｘの入力を受け付け、
    　前記消費電力量算出部は、前記パラメータ生成部が生成したパラメータを適用した後の生成パターンに基づいてピーク電流Ｉｐを算出し、前記算出したピーク電流Ｉｐが前記入力された最大電流Ｉｍａｘよりも小さい場合に当該パラメータにかかる消費電力量を算出する、
    　ことを特徴とする請求項５に記載のモータ制御装置。
  11. 　前記消費電力量算出部は、
    　前記測定したモータに流れる電流を２乗することによって算出される銅損、または、
    　前記測定したモータに流れる電流と前記モータの速度とに基づいて算出される鉄損
    の少なくともどちらかを含む損失Ｌを算出する
    ことを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
  12. 　前記消費電力量算出部は、
    　前記測定したモータに流れる電流を２乗することによって算出される銅損、または、
    　前記測定したモータに流れる電流と前記モータの速度とに基づいて算出される鉄損
    の少なくともどちらかを含む損失Ｌを算出する
    ことを特徴とする請求項７に記載のモータ制御装置。
  13. 　前記モータ駆動アンプに供給できる位置指令値を規定する最大速度Ｖｍａｘの入力を受け付け、ピーク速度が前記入力された最大速度Ｖｍａｘよりも小さくなるように位置指令値を算出する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れか一項に記載のモータ制御装置。
  14. 　前記モータ駆動アンプに供給できる位置指令値を規定する最大加速度Ａｍａｘの入力を受け付け、ピーク加速度が前記入力された最大加速度Ａｍａｘよりも小さくなるように位置指令値を算出する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れか一項に記載のモータ制御装置。
  15. 　前記モータ駆動アンプに供給できる位置指令値を規定する最大電流Ｉｍａｘの入力を受け付け、ピーク電流が前記入力された最大電流Ｉｍａｘよりも小さくなるように位置指令値を算出する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れか一項に記載のモータ制御装置。
  16. 　前記損失Ｌは、前記モータの電流を２乗することによって求まる、銅損に基づく損失、または前記モータに流れる電流および速度に基づいて求まる、鉄損に基づく損失、を含む、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れか一項に記載のモータ制御装置。
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