WO2013140500A1 - モータ制御装置 - Google Patents

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WO2013140500A1
WO2013140500A1 PCT/JP2012/057027 JP2012057027W WO2013140500A1 WO 2013140500 A1 WO2013140500 A1 WO 2013140500A1 JP 2012057027 W JP2012057027 W JP 2012057027W WO 2013140500 A1 WO2013140500 A1 WO 2013140500A1
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WO
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speed
command
unit
position command
motor
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/057027
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English (en)
French (fr)
Inventor
俊信 吉良
大久保　整
竹井　康行
赤間　誠
裕介 岡
Original Assignee
株式会社安川電機
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Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社安川電機 filed Critical 株式会社安川電機
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Priority to PCT/JP2012/057027 priority patent/WO2013140500A1/ja
Priority to JP2012554557A priority patent/JP5311167B1/ja
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Priority to US14/484,269 priority patent/US9389597B2/en

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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/06—Automatic controllers electric in which the output signal represents a continuous function of the deviation from the desired value, i.e. continuous controllers
    • 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
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/026—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being a power fluctuation
    • 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
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/032—Preventing damage to the motor, e.g. setting individual current limits for different drive conditions
    • 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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed

Definitions

  • the disclosed embodiments relate to a motor controller.
  • Patent Document 1 describes a motor control device capable of continuing the operation even if the power supply momentarily fails.
  • the motor control device generates a speed command from the position command and the motor position, and generates a first torque command from the speed command and the motor speed, converts the torque command into a current command, and generates the current command and the motor.
  • a torque control unit that generates a PWM gate signal from a current, a voltage detection unit that generates an undervoltage warning signal when it detects that the DC voltage of the DC power supply has dropped below a predetermined voltage, and a first torque command
  • a torque limiting unit that generates a second torque command by limiting the torque limiting signal to the host controller's torque limiting signal.
  • the semiconductor manufacturing apparatus has a standard called SEMI-F47.
  • SEMI-F 47 requires continuous operation without stopping the device or system even if a momentary power failure or a drop in the main circuit power supply voltage occurs.
  • torque restriction is performed when the main circuit power supply voltage is lowered, to cope with SEMI-F47.
  • the motor can not follow the position command, and the position deviation may be large. In that case, when the main circuit power supply voltage recovers, a speed command corresponding to the increased positional deviation is output, and the motor may overshoot and stop due to the occurrence of an overspeed alarm or the like.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a motor control capable of preventing the motor from being stopped due to the occurrence of an overspeed alarm or the like when the main circuit power supply voltage is restored. It is in providing an apparatus.
  • a converter unit that converts alternating current power to direct current power, a smoothing capacitor connected in parallel with the direct current power, and converting the direct current power to alternating current power
  • a main circuit having an inverter unit for driving a motor, a voltage detection unit for detecting a DC voltage of the main circuit, and a position for generating a speed command based on a positional deviation between a first position command from a host controller and the motor position
  • the control unit includes: a control unit that generates a torque command based on a speed deviation between the speed command and the motor speed; and a control unit that controls the inverter unit based on the torque command, the control unit
  • the torque commander according to the torque command is limited to a torque equal to or less than a predetermined torque when the voltage detection unit detects that the DC voltage is lower than the predetermined voltage.
  • a torque limiting unit that releases the torque limitation when it is detected that the DC voltage has exceeded the predetermined voltage, and the motor speed is set to the first position command after the torque limitation is released.
  • a speed matching instruction unit for matching the speed command with the first position command speed when the first position command speed is a time derivative value, and a position difference as the position deviation accumulated at least during the torque limitation
  • a holding unit that calculates and holds a second position command corresponding to the accumulation position deviation held by the holding unit after the start of deceleration of the first position command speed, and a payout unit that discharges the second position command with a predetermined velocity profile And a motor control device is applied.
  • the motor control device of the present invention it is possible to prevent the motor from being stopped due to the occurrence of an overspeed alarm or the like when the main circuit power supply voltage is restored.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration of a control unit immediately after the motor speed matches the first position command speed.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a functional configuration of a control unit until just before the start of the delivery of the second position command after the motor speed matches the first position command speed.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of a control unit after the start of the delivery of the second position command until the delivery is completed. It is a time chart showing an example of operation of a motor control device when a fall of main circuit power supply voltage occurs.
  • 17 is a block diagram showing a functional configuration of a control unit from the start of payout of the second position command to the end of the payout after the start of payout in the middle of deceleration of the first position command speed and only in the deceleration period. It is a time chart showing an example of operation of a motor control device when a fall of main circuit power supply voltage occurs in a modification which starts delivery in the middle of deceleration of the 1st position commanded speed, and is only a deceleration period. It is explanatory drawing for demonstrating the speed profile of 2nd position instruction
  • the motor control device 1 includes a converter unit 2, a smoothing capacitor 3, an inverter unit 4, a voltage detection unit 5, and a control unit 6.
  • Converter unit 2 converts AC power supplied from AC power supply 7 into DC power.
  • the smoothing capacitor 3 is connected in parallel to the DC power supply with respect to the positive DC bus 8 and the negative DC bus 9 and smoothes the DC power converted by the converter unit 2.
  • the inverter unit 4 converts direct current power into alternating current power based on a control signal S1 (PWM signal or the like) from the control unit 6, and drives the motor 10.
  • the converter unit 2, the smoothing capacitor 3, the inverter unit 4 and the like constitute a main circuit 11.
  • the voltage detection unit 5 is connected to the positive DC bus 8 and the negative DC bus 9 and detects a DC voltage of the main circuit 11. Further, the voltage detection unit 5 sets a predetermined voltage which is an undervoltage threshold using a parameter, and generates a warning signal S2 when the DC voltage falls below the predetermined voltage and outputs it to the host controller 12, and the DC voltage is predetermined. When the voltage is raised (returned), the output of the warning signal S2 is stopped. While the warning signal S2 is input from the voltage detection unit 5, the host controller 12 outputs a torque restriction signal (not shown) to a torque restriction unit 17 described later of the control unit 6.
  • the control unit 6 mainly controls the inverter unit 4 based on the first position command Pr1 from the upper controller 12.
  • the voltage detection unit 5 outputs the warning signal S2 to the host controller 12, torque restriction is performed via the host controller 12, but the present invention is not limited to this. That is, the voltage detection unit 5 may output the warning signal S2 directly to the control unit 6, and torque limitation may be performed without the host controller 12.
  • the position detector 13 detects the motor position (rotation angle etc.) of the motor 10 optically or magnetically to generate position data, and outputs the position data to the control unit 6 as a pulse signal S3.
  • the controller 6 takes in the pulse signal S3 as a feedback motor position Pfb (see FIG. 2), converts the motor position Pfb into a speed by a difference operation, etc., and feeds it back as a motor speed Vfb (see FIG. 2). take in.
  • the form of the position data output from the position detector 13 is not limited to the pulse signal, but may be various forms such as serial data and an analog sine wave.
  • FIG. 2 shows the normal time (from normal operation to the start of torque restriction to the release of torque restriction to the motor speed after the cancellation of the torque restriction to the first position command speed), and FIG. 3 shows the motor speed immediately after the first position command speed.
  • 4 is the control unit after the motor speed has reached the first position commanded speed and immediately before the start of the delivery of the second position command, and
  • FIG. 5 is the start of the delivery of the second position command and until the delivery is completed It shows the functional configuration of 6.
  • the control unit 6 includes a position control unit 14, a speed limiting unit 15, a speed control unit 16, a torque limiting unit 17, a limit value variable unit 18, and a differentiator 19.
  • the monitoring unit 20, the calculation unit 21, the holding unit 22, the payout unit 23, and a plurality of changeover switches 24 to 27 are provided.
  • the position control unit 14 generates a speed command Vr based on the first position command Pr1 from the host controller 12 and the position deviation ⁇ between the motor position Pfb fed back from the position detector 13.
  • the speed limiting unit 15 limits the commanded speed by the speed command Vr (hereinafter referred to as “commanded speed Vr” as appropriate) to a predetermined speed limit value Vlim or less.
  • the speed limit value Vlim is set to an arbitrary value as a parameter, and is varied by the limit value variable unit 18.
  • the speed limit function by the speed limit unit 15 is enabled when the torque limit described later by the torque limit unit 17 is released, and the speed limit value Vlim ( ⁇ motor speed Vfb) changed after the release of the torque limit is the first It becomes invalid when it agrees with the 1st position command speed dPr1 which is a time differential value of position command Pr1.
  • the speed limiting unit 15 executes the speed limit.
  • the speed control unit 16 generates a torque command Tr based on a speed deviation Ve between a speed command Vr and a motor speed Vfb which is a difference value obtained by performing a difference operation on the motor position Pfb fed back from the position detector 13.
  • the torque limiting unit 17 limits command torque (hereinafter referred to as “command torque Tr” as appropriate) by the torque command Tr to a predetermined torque limit value Tlim or less.
  • the torque limit value Tlim is set to an arbitrary value as a parameter.
  • the torque limiting function by the torque limiting unit 17 is valid while the torque limiting signal described above is input from the host controller 12.
  • the torque limiting unit 17 performs torque limitation when the command torque Tr becomes equal to or greater than the torque limitation value Tlim within this effective period.
  • the torque command Tr from the speed control unit 16 is converted into the control signal S 1 described above, and is output to the inverter unit 4.
  • the control unit 6 may have a torque control unit (not shown).
  • the torque control unit converts the torque command Tr from the speed control unit 16 into a current command, generates a voltage command from the current command and the feedback motor current, and generates a control signal S1 based on the voltage command.
  • the limit value variable unit 18 varies the speed limit value Vlim of the speed limit unit 15.
  • the variable range and aspect are arbitrarily set, for example, using upper limit value, lower limit value, and variable time as parameters. There are various conceivable variable aspects. In this embodiment, as shown in FIG. 6 described later, the commanded velocity Vr linearly accelerates at a constant acceleration from the velocity V2 which is the motor velocity at the time of releasing the torque restriction to the first position commanded velocity dPr1.
  • the limit value variable unit 18 varies the speed limit value Vlim.
  • the differentiator 19 receives the first position command Pr1 from the upper controller 12, and generates a first position command speed dPr1 which is a time differential value.
  • the monitoring unit 20 receives the first position command speed dPr1 and the motor speed Vfb from the differentiator 19, and monitors whether the motor speed Vfb matches the first position command speed dPr1. Further, the monitoring unit 20 determines whether or not the delivery of the first position command dPr1 is completed in order to start the delivery of the second position command dPr2 by the dispensing unit 23 (whether or not the first position command speed dPr1 has become 0). Also monitor).
  • the calculation unit 21 detects the motor speed Vfb and the position loop gain kp of the position control unit 14 when it is detected by the monitoring unit 20 that the motor speed Vfb matches the first position command speed dPr1 after releasing the torque restriction.
  • the changeover switch 24 is closed immediately after the monitoring unit 20 detects that the motor speed Vfb matches the first position command speed dPr1, and the other switches are open. Thereby, when the motor speed Vfb and the first position command speed dPr1 coincide with each other, the motor speed Vfb is input to the calculation unit 21, and the calculation unit 21 can calculate the theoretical position deviation ⁇ th.
  • the position loop gain kp is preset and stored.
  • the holding unit 22 is, for example, a buffer memory, and calculates and holds a pool position deviation ⁇ buf that is a position deviation ⁇ that accumulates during torque limitation and speed limitation.
  • the accumulation position deviation ⁇ buf can be expressed as the following equation based on the position deviation ⁇ between the first position command Pr1 and the motor position Pfb and the theoretical position deviation ⁇ th calculated by the calculation unit 21.
  • ⁇ buf ⁇ - ⁇ th (Equation 2)
  • the changeover switch 25 is closed immediately after the monitoring unit 20 detects that the motor speed Vfb matches the first position command speed dPr1, and the other switches are open.
  • the position deviation ⁇ is input to the holding unit 22, and the holding unit 22 can calculate the accumulation position deviation ⁇ buf.
  • the changeover switch 26 is closed immediately after the monitoring unit 20 detects that the motor speed Vfb matches the first position commanded speed dPr 1. 2) It will be closed until the delivery of the position command Pr2 is completed. Thereby, immediately after the motor speed Vfb and the first position command speed dPr1 match, the difference between the position deviation ⁇ and the theoretical position deviation ⁇ th calculated by the calculation unit 21 from the position deviation ⁇ by the subtractor 28
  • the payout unit 23 holds the position deviation of the accumulation held by the holding unit 22.
  • the second position command Pr2 corresponding to ⁇ buf is dispensed with a predetermined velocity profile.
  • the second position command Pr2 paid out by the payout unit 23 is added to the first position command Pr1 by the adder 29, but in the present embodiment, the first position command dPr1 has been completely paid out, so the first position command Pr1 is added.
  • the command dPr1 is zero. Therefore, after the start of delivery of the second position command Pr2, the position control unit 14 generates the speed command Vr based on the position deviation ⁇ between the second position command Pr2 and the motor position Pfb.
  • the predetermined velocity profile can be arbitrarily set using parameters such as velocity, acceleration, and deceleration, and is set and stored in advance.
  • the second position command speed dPr2 which is a time differential value of the second position command Pr2 accelerates at a predetermined acceleration, and at a predetermined speed for a predetermined time.
  • the speed profile is set so as to be a constant speed and to decelerate at a predetermined deceleration.
  • the moving distance during the delivery of the second position command Pr2 in this speed profile is accumulated and becomes the position deviation ⁇ buf.
  • the velocity profile is not limited to the above and can be variously considered.
  • the acceleration / deceleration may not be constant during acceleration and deceleration, or a constant speed period may not be provided.
  • the changeover switch 27 is closed when it is detected by the monitoring unit 20 that the delivery of the first position command dPr1 is completed, as shown in FIG. Thereby, the payout of the second position command dPr2 by the payout unit 23 becomes possible. Thereafter, when the delivery of the second position command dPr2 is completed, the changeover switch 27 is opened.
  • the voltage detection unit 5 When the voltage detection unit 5 detects that the DC voltage of the main circuit 11 falls below the predetermined voltage V0 (time t1), the voltage detection unit 5 generates the warning signal S2 and outputs it to the host controller 12 as described above.
  • the host controller 12 outputs a torque limit signal to the torque limit unit 17. As a result, the torque limiting function of the torque limiting unit 17 becomes effective, and the torque limiting unit 17 starts torque limitation.
  • the motor speed Vfb is decreased, and the commanded speed Vr is increased as the position deviation ⁇ is increased.
  • the position commanded speed dPr1, the commanded speed Vr, and the motor speed Vfb have substantially the same value until time t1.
  • the voltage detection unit 5 stops the output of the warning signal S2 to the upper controller 12, and the upper controller 12 stops the output of the torque limit signal to the torque limit unit 17.
  • the torque limiting function of the torque limiting unit 17 becomes invalid, and the torque limiting unit 17 releases the torque limitation.
  • the limit value variable unit 18 latches the speed limit value Vlim at the speed V2 which is the motor speed at the time of releasing the torque limit, and the speed limit unit 15 starts the speed limit. Thereafter, the limit value variable unit 18 increases the speed limit value Vlim to a speed V1 larger than the speed V2 at a constant rate. As a result, as shown in FIG. 6, the limited commanded velocity Vr is linearly accelerated at a constant acceleration from the velocity V2 to the velocity V1.
  • each changeover switch 24 of the control unit 6 as shown in FIG. 27 are open. Then, immediately after the motor speed Vfb matches the first position command speed dPr1, as shown in FIG. 3, the changeover switches 24 to 26 are closed. Accordingly, the calculation unit 21 calculates the theoretical position deviation ⁇ th based on the motor speed Vfb ( ⁇ first position command speed dPr1) at this time, and the theoretical position deviation ⁇ th is input to the holding unit 22. On the other hand, the position deviation ⁇ is input to the holding unit 22, and the holding unit 22 calculates and holds a stagnation position deviation ⁇ buf which is a difference value between the position deviation ⁇ and the theoretical position deviation ⁇ th.
  • the changeover switch 27 is closed as shown in FIG. Be done.
  • the dispensing unit 23 dispenses the second position command Pr2 corresponding to the stagnation position deviation ⁇ buf held by the holding unit 22 with a predetermined speed profile.
  • the dispensing portion 23 accelerates the second position commanded speed dPr2 at the predetermined acceleration acc (time t5 to t6), and keeps the predetermined speed V3 for the predetermined time.
  • the second position command Pr2 is discharged so as to become a speed profile (speed t6 to t7) and deceleration at a predetermined deceleration dec (time t7 to t8).
  • the motor 10 can be moved by the position deviation ⁇ buf accumulated during torque limitation and speed limitation to reach the target position.
  • the acceleration acc, the velocity V3 and the deceleration dec are set to arbitrary values as parameters.
  • the holding unit 22 calculates and holds the stagnation position deviation ⁇ buf, and the second position command Pr2 corresponding to the stagnation position deviation ⁇ buf held after the dispensing unit 23 holds the first position command Pr1 is completed. Pay out with a predetermined speed profile. This makes it possible to compensate for the increase in the positional deviation ⁇ caused by limiting the torque when the main circuit power supply voltage is reduced, after completion of the delivery of the first position command Pr1, so that the motor 10 can be accurately positioned at the target position. It can be positioned.
  • control unit 6 further includes the speed limiting unit 15 that variably limits the speed command Vr after releasing the torque limitation.
  • the position deviation ⁇ increases at the time of torque restriction and speed restriction, and an excessive speed command Vr corresponding to the stagnation position deviation ⁇ buf which is the increased position deviation at the time of speed restriction release is generated by the position control unit 14
  • the motor speed Vfb can be further suppressed from exceeding the first position command speed dPr1. Therefore, the overshoot due to the motor 10 can be further suppressed to prevent the stop due to the occurrence of the overspeed alarm or the like, and the motor 10 can be prevented from stopping when the main circuit power supply voltage is restored.
  • sudden acceleration of the motor 10 at the time of restoration of the main circuit power supply voltage can be avoided to reduce shock to the apparatus, and the operation of the motor 10 can be made smooth.
  • control unit 6 separates the first position command Pr1 and the second position command Pr2 by starting the delivery of the second position command Pr2 after the completion of the delivery of the first position command Pr1. Since processing can be performed, the load of arithmetic processing can be reduced compared to the case where processing is performed by adding the first position command Pr1 and the second position command Pr2. Further, as a result, since the calculation error can be suppressed, the motor 10 can be accurately positioned at the target position.
  • the dispensing unit 23 is configured such that the second position commanded velocity dPr2 accelerates at a predetermined acceleration, becomes a constant velocity at a predetermined velocity, and becomes a velocity profile decelerating at a predetermined deceleration. Since the position command Pr2 is paid out, it is possible to prevent the rapid acceleration / deceleration of the motor 10 at the time of the payout, and to cause the operation of the motor 10 to reach the target position smoothly.
  • the dispensing unit 23 is in the middle of deceleration, that is, in this example, the first position command speed dPr1 decelerates from speed V1 to speed V4.
  • the delivery of the second position command Pr2 is started. Specifically, when it is detected by the monitoring unit 20 that the first position commanded speed dPr1 has become the speed V4, as shown in FIG. 5 described above, the changeover switch 27 is closed, and the dispensing unit 23 dispenses Start.
  • the operation of the control unit 6 is the same as that of FIGS. 2 to 5 in the above-described embodiment except that the start timing of the payout is different.
  • the position control unit 14 After the start of the delivery of the second position command Pr2, the position control unit 14 generates a speed command Vr based on the added first position command Pr1 and the position difference ⁇ between the second position command Pr2 and the motor position Pfb.
  • a constant speed period is provided in the speed profile of the second position command Pr2.
  • An example of the setting of the velocity profile is shown in FIG.
  • the velocity V4 in the constant velocity period and the deceleration dec in the subsequent deceleration period are set to arbitrary values as parameters.
  • the time t10 and the movement distance (area of the hatched portion) while delivering the first position command Pr1 and the second position command Pr2 according to the set speed V4 and deceleration dec coincide with the stagnation position deviation ⁇ buf.
  • the time t11 is set.
  • the dispensing unit 23 becomes constant for a predetermined time at the speed V4 (time t9 to t10), and then the predetermined deceleration
  • the second position command Pr2 is paid out so that the speed profile decelerates at dec (time t10 to t11).
  • FIG. 9A shows the case where the deceleration dec of the second position commanded velocity dPr2 is equal to the deceleration of the first position commanded velocity dPr1, these may be different.
  • the velocity V4 ′ may be calculated by the following equation instead of the designated velocity V4.
  • V4 ′ (dec ⁇ ⁇ buf) 0.5 (Equation 3)
  • the dispensing unit 23 starts delivering the second position command Pr2 during deceleration of the first position commanded speed dPr1, and determines the speed profile after the delivery of the second position command Pr2 starts. Since the speed period is provided, the operation of the motor 10 can smoothly reach the target position.
  • the control unit 6 of the present modification has a deceleration calculation correction unit 30.
  • the deceleration calculation / correction unit 30 it is detected by the monitoring unit 20 that the first position command speed dPr1 has decelerated to a predetermined speed, and the payout unit 23 starts delivering the second position command Pr2. , To calculate the new deceleration.
  • the deceleration calculation / correction unit 30 corrects the deceleration of the speed profile based on the stagnation position deviation ⁇ buf at the time of completion of the first position command Pr1 when the first position command Pr1 is completed.
  • the other configuration and operation of the control unit 6 are the same as those of FIGS. 2 to 5 described above.
  • the deceleration calculation and correction unit 30 corresponds to an example of the deceleration correction unit described in the claims.
  • the dispensing unit 23 is in the middle of deceleration, that is, in this example, the first position command speed dPr1 decelerates from speed V1 to speed V5.
  • the delivery of the second position command Pr2 is started, and the delivery is completed while the sum of the first position command speed dPr1 and the second position command speed dPr2 is decelerated at a predetermined deceleration ( Time t13).
  • the payout of the second position command Pr2 at this time is performed in accordance with the deceleration calculated by the speed calculation correction unit 30.
  • the position control unit 14 After the start of the delivery of the second position command Pr2, the position control unit 14 generates a speed command Vr based on the added first position command Pr1 and the position difference ⁇ between the second position command Pr2 and the motor position Pfb.
  • the velocity V5 is previously set to an arbitrary value as a parameter.
  • the dispensing unit 23 starts delivering the second position command Pr2 during deceleration of the first position command speed dPr1, and decelerates the speed profile after the delivery of the second position command Pr2 starts. Only. As a result, although the deceleration changes (decreases) before and after the start of delivery of the second position command Pr2, the second position command Pr2 can be delivered while maintaining the decelerating state. The shock of 10 can be reduced, and the operation of the motor 10 can be smoothly reached to the target position.
  • the positional deviation from the target position can be prevented, and the positioning accuracy can be improved.
  • the configuration of the control unit 6 of this modification is the same as that shown in FIG. 10 described above, and includes the deceleration calculation and correction unit 30.
  • the deceleration calculation and correction unit 30 when the monitoring unit 20 detects that the first position command speed dPr1 has started to decelerate, and the dispensing unit 23 starts delivering the second position command Pr2, a new deceleration is detected. calculate. Further, the point that the velocity calculation and correction unit 30 corrects the deceleration of the velocity profile as necessary is also the same as described above.
  • the dispensing unit 23 starts delivering the second position command Pr2, and the first position command speed dPr1 and the second position command Pr2 start. While the sum of the position command speed dPr2 is decelerated at a predetermined deceleration, the payout is completed (time t14). The payout of the second position command Pr2 at this time is performed in accordance with the deceleration dec 'calculated by the speed calculation correction unit 30.
  • FIG. 1 An example of the setting of the speed profile of this modification is shown in FIG.
  • the calculation method of the deceleration dec 'by the deceleration calculation / correction unit 30 is the same as that of the modification (2) described above.
  • the calculation timing of the deceleration dec ' is at or immediately after the first position commanded velocity dPr1 starts to decelerate.
  • the correction method of the deceleration dec 'performed by the deceleration calculation correction unit 30 when the positional deviation is predicted is also the same as that of the modification (2) described above.
  • the dispensing unit 23 starts dispensing the second position command Pr2 substantially simultaneously with the start of deceleration of the first position command speed dPr1, and the deceleration thereafter is constant (the deceleration Since there is no change), the operation of the motor 10 can be made to reach the target position more smoothly.
  • the start timing of the delivery of the second position command Pr2 is after the start of the deceleration of the first position command speed dPr1, it is possible to perform the payout such that the motor speed Vfb does not exceed the first position command speed dPr1. .
  • the control unit 6 has the speed limitation unit 15 and performs the speed limitation when the torque limitation is released, but the speed limitation is not necessarily required. That is, the control unit 6 may not include the speed limiting unit 15 and the limit value changing unit 18. Even in this case, since the speed command Vr matches the first position command speed dPr1 immediately after the motor speed Vfb matches the first position command speed dPr1 after releasing the torque limitation, overshoot of the motor 10 is suppressed and excessive. A stop due to the occurrence of a speed alarm or the like can be avoided, and the motor 10 can be prevented from stopping when the main circuit power supply voltage recovers. In this case, the accumulation position deviation ⁇ buf is a position deviation ⁇ that is accumulated during the torque limitation.

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

モータ制御装置
　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＜Ｖ４２／ｄｅｃ　・・・　（式７）
　すなわち、溜まり位置偏差εｂｕｆが（Ｖ４２／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（Ｖ４２／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）×（Ｖ５２／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）×（Ｖ５２／（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）×（Ｖ５２／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

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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