WO2023189241A1 - 制御装置 - Google Patents

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WO2023189241A1
WO2023189241A1 PCT/JP2023/008342 JP2023008342W WO2023189241A1 WO 2023189241 A1 WO2023189241 A1 WO 2023189241A1 JP 2023008342 W JP2023008342 W JP 2023008342W WO 2023189241 A1 WO2023189241 A1 WO 2023189241A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
phase
phase coil
motor
output shaft
encoder
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/008342
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
僧太 海田
悌 大野
Original Assignee
オムロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by オムロン株式会社 filed Critical オムロン株式会社
Publication of WO2023189241A1 publication Critical patent/WO2023189241A1/ja

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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
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage

Definitions

  • the present invention relates to a control device.
  • a servo driver that performs servo control in response to a feedback signal from the motor, and a motor that has an encoder that detects the rotational state of the motor shaft are used (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
  • JP2018-061327A Japanese Patent Application Publication No. 2018-191422 Japanese Patent Application Publication No. 2010-057302
  • information related to motor control such as the arrangement order of the three-phase coils arranged in the associated three-phase AC motor and information on the encoder included in the three-phase AC motor, is set in the servo driver. Then, the servo driver controls the three-phase AC motor using the set motor control information. Since the information related to motor control differs depending on the model of three-phase AC motor, it is a hassle to check the information related to motor control in a manual or the like and set it in the servo driver before operating the servo system.
  • One aspect of the disclosed technology is to provide a control device that can acquire information related to control of a three-phase AC motor using a simpler method.
  • This control device is a control device that controls a three-phase AC motor that has an encoder that outputs a feedback signal indicating the rotational state of an output shaft, and a U-phase coil, a V-phase coil, and a W-phase coil.
  • the control device includes a first acquisition unit that acquires information related to a back electromotive force generated in the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil when the output shaft is rotated in a desired direction by an external force.
  • a second acquisition unit that acquires the feedback signal including information related to the rotation of the output shaft rotated by the external force from the encoder;
  • a control unit that estimates information related to control of the three-phase AC motor and controls the three-phase AC motor using the estimated information related to control of the three-phase AC motor.
  • the above control device estimates information related to control of the three-phase AC motor based on information related to back electromotive force generated in the U-phase coil, V-phase coil, and W-phase coil and feedback signals, and controls the estimated phase AC motor.
  • the three-phase AC motor can be controlled by using the information related to control. That is, the control device can set information regarding the motor by a simple operation of rotating the output shaft in a desired direction using an external force.
  • the above control device may have the following features.
  • the control unit estimates the arrangement order of the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil based on the information related to the back electromotive force, and the estimated U-phase coil, V-phase coil, and the W-phase coil.
  • the three-phase AC motor is controlled using the above arrangement order of the W-phase coils.
  • a control device having such characteristics can drive the three-phase AC motor by supplying current to the U-phase coil, V-phase coil, and W-phase coil by using the estimated arrangement order.
  • the above control device may have the following features.
  • the information related to the back electromotive force includes a first correspondence relationship between the voltage and the electrical angle between any two phases of the U phase, V phase, and W phase, and the control unit Obtain and store in advance the sign of the rate of change in the voltage between the two phases when the voltage between the two phases becomes 0, and the first electrical angle when the voltage between the two phases becomes 0.
  • the second correspondence between the voltages and electrical angles of the U-phase, V-phase, and W-phase stored in the unit, the sign of the obtained change rate of the voltage and the first electrical angle, and the estimated Based on the arrangement order of the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil, an offset for correcting the deviation between the electrical angle of the three-phase AC motor and the origin of the encoder is determined, and the determined offset is determined.
  • An offset is also used to control the three-phase AC motor.
  • the above control device may have the following features.
  • the information related to the control of the three-phase AC motor includes a parameter indicating the rotation direction of the output shaft notified by the feedback signal, and the control unit controls the output shaft when the output shaft is rotated in the desired direction.
  • the parameter indicating the rotation direction of the output shaft notified by the feedback signal indicates a negative direction
  • first information is stored in the storage unit, and the first information is stored in the storage unit. If so, the three-phase AC motor is controlled on the assumption that the output shaft has rotated in a direction opposite to the rotation direction of the output shaft notified by the feedback signal.
  • information related to control of a three-phase AC motor can be acquired using a simpler method.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a servo system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a first diagram schematically showing the arrangement order of the U-phase, V-phase, and W-phase and the count-up direction of the encoder when the motor 3 is viewed from the axial direction of the output shaft.
  • FIG. 3 is a second diagram schematically showing the arrangement order of the U-phase, V-phase, and W-phase and the count-up direction of the encoder when the motor 3 is viewed from the axial direction of the output shaft.
  • FIG. 4 is a third diagram schematically showing the arrangement order of the U-phase, V-phase, and W-phase and the count-up direction of the encoder when the motor 3 is viewed from the axial direction of the output shaft.
  • FIG. 2 is a first diagram schematically showing the arrangement order of the U-phase, V-phase, and W-phase and the count-up direction of the encoder when the motor 3 is viewed from the axial direction of the output shaft.
  • FIG. 5 is a fourth diagram schematically showing the arrangement order of the U-phase, V-phase, and W-phase and the count-up direction of the encoder when the motor 3 is viewed from the axial direction of the output shaft.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the output shaft of the motor is turned by hand.
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of functional units included in the servo driver according to the present embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a back electromotive force generated when the output shaft is rotated by hand.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the electrical angular velocity when the output shaft is rotated by hand.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing measurement of voltage input via a power line from a motor whose output shaft is rotated by hand.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a time-series change in the measured line voltage.
  • FIG. 12 is a first diagram illustrating the correspondence between the measured line voltage and the electrical angle recognized by the servo driver 2.
  • FIG. 13 is a second diagram illustrating the correspondence between the measured line voltage and the electrical angle recognized by the servo driver 2.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the correspondence between three-phase voltages and electrical angles measured from a neutral point.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a processing flow of a process of estimating the direction of encoder count-up by the estimation unit.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of a processing flow of a process of estimating an encoder offset by an estimator.
  • FIG. 17 is a diagram schematically showing measurement of current input via a power line from a motor whose output shaft is rotated by hand.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating current values generated when the electrical angular velocity illustrated in FIG. 9 is given.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a servo system 100 according to an embodiment.
  • Servo system 100 includes PLC 1, servo driver 2, motor 3, and industrial network N1.
  • the motor 3 includes a motor body 31, an encoder 32, and an output shaft 33.
  • PLC1 and servo driver 2 are connected by industrial network N1.
  • the servo driver 2 and the motor main body 31 are connected by a power line 7.
  • the servo driver 2 and encoder 32 are connected by an encoder cable 8.
  • the PLC1 outputs a command signal to servo driver 2 via industrial network N1.
  • the PLC 1 functions, for example, as a monitoring device for the servo driver 2 by executing processing according to a program prepared in advance.
  • the industrial network N1 is, for example, a TCP/IP network.
  • the servo driver 2 receives a command signal from the PLC 1 via the industrial network N1. Furthermore, the servo driver 2 receives a feedback signal from the encoder 32 of the corresponding motor 3 via the encoder cable 8 . Further, the servo driver 2 supplies a drive current to the motor body 31 of the motor 3 via the power line 7. Each servo driver 2 has a servo system that performs feedback control using a speed detector, torque detector, power generator, etc. These signals are used to servo control and drive the motor 3. do.
  • the servo driver 2 is an example of a "control device.”
  • the motor 3 is, for example, a three-phase AC servo motor.
  • the motor 3 includes a motor body 31 and an encoder 32.
  • the motor body 31 receives a drive current from the servo driver 2 via the power line 7.
  • the encoder 32 detects the operation of the motor body 31 by the servo driver 2 and generates a feedback signal indicating the detected operation.
  • the feedback signal is output to the servo driver 2 via the encoder cable 8.
  • the feedback signal includes, for example, information about the rotational position (angle) of the output shaft 33 of the motor body 31, information about the rotational speed of the output shaft 33, information about the rotational direction of the output shaft 33, and the displacement of the output shaft 33. Contains information related to.
  • For the configuration of the encoder 32 for example, a known incremental type or absolute type configuration can be applied.
  • the motor 3 is an example of a "three-phase AC motor.”
  • 2 to 5 are diagrams schematically showing the arrangement order of the U phase, V phase, and W phase and the count-up direction of the encoder 32 when the motor 3 is viewed from the axial direction of the output shaft 33. . 2 to 5, the origin position when the encoder 32 counts the number of rotations of the encoder 32 is also illustrated.
  • a U-phase coil 311, a V-phase coil 312, and a W-phase coil 313 are arranged to surround a rotor 310 to which an output shaft 33 is attached.
  • the encoder 32 determines that when the output shaft 33 rotates in the direction of the output shaft 331, the rotation is in the positive direction. Furthermore, the encoder 32 counts the amount of rotation of the output shaft 33 with respect to the encoder origin 320.
  • the arrangement order of the V-phase coil 312 and the W-phase coil 313 is reversed. Comparing FIG. 2 and FIG. 4, the encoder count-up direction 321 is reversed. Comparing FIG. 2 and FIG. 5, the position of the encoder origin 320 is different. As described above, in the motor 3, the arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313, the position of the encoder origin 320, and the encoder count-up direction 321 may differ depending on the model of the motor 3.
  • the arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313, the position of the encoder origin 320, and the encoder count-up direction 321 must be set by the servo driver. 2.
  • the U-phase coil 311 and V-phase Information such as the arrangement order of the coil 312 and the W-phase coil 313, the position of the encoder origin 320, and the encoder count-up direction 321 is acquired, and the acquired information is set in the servo driver 2.
  • the direction that the user wants to take as the forward direction is an example of a "desired direction.”
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the output shaft 33 of the motor 3 is being rotated by hand.
  • the output shaft 33 is rotated in a counterclockwise direction toward the output shaft 33.
  • a back electromotive force generated by rotating the output shaft 33 is input to the servo driver 2 via the power line 7.
  • a feedback signal from the encoder 32 that detects the rotation of the output shaft 33 is input to the servo driver 2 via the encoder cable 8.
  • FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of functional units included in the servo driver 2 according to the present embodiment.
  • the servo driver 2 can be regarded as a computer having a calculation device, a storage device, and the like.
  • the functional units shown in FIG. 7 are realized by executing a predetermined program or the like in the servo driver 2.
  • the servo driver 2 includes a first receiving section 11, a second receiving section 12, an estimating section 13, a setting section 14, a control section 15, and a storage section 16, but may include functional sections other than these.
  • the first receiving unit 11 acquires the back electromotive force from the motor body 31 via the power line 7.
  • a back electromotive force is generated.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a back electromotive force generated when the output shaft 33 is turned by hand.
  • the vertical axis in FIG. 8 illustrates back electromotive force
  • the horizontal axis illustrates time.
  • the first receiving unit 11 causes the storage unit 16 to store the received time-series changes in the back electromotive force generated in each of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313.
  • the first receiving unit 11 is an example of a “first acquiring unit”.
  • the time-series change in back electromotive force is an example of "information related to back electromotive force.”
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the electrical angular velocity when the output shaft 33 is rotated by hand.
  • the vertical axis in FIG. 9 illustrates electrical angular velocity (degrees/second), and the horizontal axis illustrates time (seconds).
  • the encoder 32 outputs a feedback signal containing information indicating the detected rotational direction and rotational speed of the output shaft 33 to the servo driver 2.
  • the second receiving unit 12 causes the storage unit 16 to store the time-series change in the rotational speed of the output shaft 33 indicated by the received feedback signal.
  • the second receiving unit 12 is an example of a “second acquiring unit”.
  • the estimating unit 13 determines the arrangement of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313 based on the information stored in the storage unit 16 by the first receiving unit 11 and the second receiving unit 12.
  • the encoder offset corrects the deviation between the electrical angle of the motor 3 and the origin of the encoder 32 (in other words, the deviation between the dq axis of the servo driver 2 and the dq axis of the motor 3), and the output shaft 33 counts up the number of revolutions. Estimate the direction.
  • the estimation unit 13 is an example of a “control unit”.
  • Encoder offset is an example of an "offset.”
  • the estimation unit 13 estimates the arrangement order of the U-phase coil 311, the V-phase coil 312, and the W-phase coil 313 based on, for example, the order in which the back electromotive force is generated.
  • the estimation unit 13 estimates the direction of count-up of the encoder 32 based on, for example, the sign of the rotational speed of the output shaft 33 indicated by the feedback signal.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the measurement of the voltage input via the power line 7 from the motor 3 whose output shaft 33 is rotated by hand.
  • the servo driver 2 includes a voltmeter 21, and the voltage input from the motor 3 is measured by the voltmeter 21.
  • the first acquisition unit 11 may measure the line-to-line voltage using the voltmeter 21 instead of directly measuring the back electromotive force.
  • the line voltage to be measured include the voltage between the U phase and the V phase, the voltage between the W phase and the V phase, and the voltage between the U phase and W phase.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a time-series change in the measured line voltage. In FIG. 11, the vertical axis represents voltage (V), and the horizontal axis represents time (seconds). In FIG. 11, the voltage between the W phase and the V phase and the voltage between the U phase and the W phase are illustrated.
  • the measured line voltage is an example of "information related to back electromotive force."
  • the estimation unit 13 can estimate the arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313 based on the positive/negative of other measured line-to-line voltages at the zero-crossing point of a certain measured line-to-line voltage.
  • 12 and 13 are diagrams illustrating the correspondence between the measured line voltage and the electrical angle recognized by the servo driver 2.
  • the vertical axis represents voltage (V)
  • the horizontal axis represents electrical angle (degrees).
  • FIG. 12 shows the arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313 preset in the servo driver 2, and the arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313 in the motor 3.
  • FIG. 13 An example is a case where the order matches. Further, in FIG. 13, the arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313 set in advance in the servo driver 2, and the arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313 in the motor 3 are shown. An example is a case where the order of arrangement is different.
  • the storage unit 16 stores, for example, the correspondence between the change in the measured line voltage acquired by the first acquisition unit 11 and the electrical angle indicated by the feedback signal acquired by the second acquisition unit.
  • the correspondence relationship between the measured line voltage and the electrical angle illustrated in FIGS. 12 and 13 is an example of a "first correspondence relationship.”
  • the voltage between the U phase and W phase is 0V at an electrical angle of 180 degrees.
  • the voltage between the W phase and the U phase at an electrical angle of 180 degrees is positive.
  • the estimation unit 13 determines the preset arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313, and the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil arranged in the motor 3. It is estimated that the arrangement order of the coils 313 matches.
  • the estimation unit 13 estimates that the U-phase coil 311, the V-phase coil 312, and the W-phase coil 313 are lined up in this order with respect to the direction in which the output shaft 33 is turned by hand.
  • the voltage between the U phase and W phase is 0V at an electrical angle of 180 degrees.
  • the voltage between the W phase and the U phase at an electrical angle of 180 degrees is negative.
  • the estimation unit 13 determines the preset arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313, and the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil arranged in the motor 3. It is determined that the arrangement order of the coils 313 is reversed.
  • the estimation unit 13 estimates that the U-phase coil 311, the W-phase coil 313, and the V-phase coil 312 are lined up in this order with respect to the direction in which the output shaft 33 is turned by hand.
  • the estimation unit 13 determines that the preset U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil It is estimated that the arrangement order of the coils 313 matches the arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313 arranged in the motor 3. Furthermore, when a certain measured line voltage becomes 0 and other measured line voltages are negative, the estimating unit 13 determines whether the preset U-phase coil 311, V-phase coil 312, W-phase coil It is estimated that the arrangement order of the coils 313 matches the arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313 arranged in the motor 3.
  • the estimation unit 13 estimates the encoder offset.
  • the estimation unit 13 estimates that the U-phase coil 311, the V-phase coil 312, and the W-phase coil 313 are lined up in this order with respect to the direction in which the output shaft 33 is turned by hand.
  • the zero crossing points of the voltage between the U phase and W phase in FIG. 12 are at electrical angles of 60 degrees and 180 degrees.
  • the voltage between the U-phase and W-phase is decreasing at a location at an electrical angle of 60 degrees.
  • the voltage between the U phase and the W phase is increasing at a location at an electrical angle of 180 degrees. That is, the rate of change in voltage between the U phase and W phase at an electrical angle of 180 degrees is positive.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the correspondence between three-phase voltage and electrical angle measured from a neutral point. It can be said that FIG. 14 illustrates the true value of the electrical angle.
  • the correspondence between the three-phase voltage and the electrical angle illustrated in FIG. 14 may be stored in advance in the storage unit 16 of the servo driver 2, for example.
  • FIG. 14 it can be seen that the U-phase voltage and the W-phase voltage are equal when the electrical angle is 30 degrees and 210 degrees.
  • the voltage between the U and W phases tends to decrease (the rate of change is negative), and at an electrical angle of 180 degrees, the voltage between the U and W phases decreases. There is an increasing trend (rate of change is positive).
  • the point where the U-phase voltage and the W-phase voltage are equal corresponds to, for example, the zero-crossing point of the voltage between the U-phase and W-phase in FIG. 14.
  • the zero-crossing points of the voltage between the U phase and W phase illustrated in FIG. 14 the voltage between the U phase and W phase at an electrical angle of 60 degrees tends to decrease, and at The voltage between the U phase and W phase tends to increase.
  • the correspondence relationship between the three-phase voltage and the electrical angle illustrated in FIG. 14 is an example of a "second correspondence relationship.”
  • the zero-crossing point at an electrical angle of 60 degrees corresponds to the electrical angle of 30 degrees in FIG.
  • the zero-crossing point at an electrical angle of 180 degrees corresponds to an electrical angle of 210 degrees in FIG.
  • the encoder offset set in the servo driver 2 can be calculated by subtracting the electrical angle assumed by the servo driver 2 from the true value of the electrical angle.
  • the true value of the electrical angle is 210 degrees. Therefore, the estimation unit 13 can subtract the electrical angle of 180 degrees assumed by the servo driver 2 from the true value of the electrical angle of 210 degrees to calculate the electrical angle of 30 degrees as the encoder offset.
  • the setting unit 14 causes the servo driver 2 to store each piece of information related to the motor 3 estimated by the estimation unit 13 in the storage unit 16. By storing the information related to the motor 3 in the storage unit 16, the servo driver 2 can servo control the motor 3 using the information stored in the storage unit 16.
  • the control unit 15 performs feedback control of the motor 3 according to the command signal from the PLC 1 using each piece of information related to the motor 3 stored in the storage unit 16 by the setting unit 14.
  • the control unit 15 is an example of a “control unit”.
  • the storage unit 16 stores information acquired by the first receiving unit 11 and the second receiving unit 12 and the processing performed by the first receiving unit 11, the second receiving unit 12, the estimating unit 13, the setting unit 14, and the control unit 15. Store information related to.
  • the storage unit 16 is, for example, an EEPROM.
  • the storage unit 16 is an example of a “storage unit”.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a processing flow of a process of estimating the direction of encoder count-up by the estimation unit 13.
  • FIG. 15 an example of the process of estimating the direction of encoder count-up by the estimation unit 13 will be described.
  • the output shaft 33 of the motor 3 is manually rotated in the direction of rotation desired by the user of the servo system 100.
  • the second receiving unit 12 receives the feedback signal from the encoder 32. Based on the feedback signal received by the second receiving section 12, the estimating section 13 determines whether the count value of the encoder indicating the rotational direction of the output shaft 33 indicates a positive direction. If the positive direction is indicated (YES in S2), the count-up direction has been correctly set in the servo driver 2, and the process ends. If the direction is not positive (negative direction) (NO in S2), the process proceeds to S3.
  • the encoder count value indicating the rotational direction of the output shaft 33 is an example of a "parameter indicating the rotational direction of the output shaft.”
  • the estimation unit 13 detects that the count-up direction stored in advance in the storage unit 16 of the servo driver 2 and the count-up direction of the encoder 32 are opposite.
  • the setting unit 14 reverses the count-up direction stored in advance in the storage unit 16 and stores it in the storage unit 16.
  • the setting unit 14 may cause the storage unit 16 to store information indicating that the direction of count-up is opposite to the direction previously stored in the storage unit 16. For example, when information indicating that the direction is reverse is stored in the storage unit 16, the control unit 15 rotates the output shaft 33 by the amount of decrease in the rotation amount of the output shaft 33 indicated by the feedback signal from the encoder 32. The amount of rotation of the output shaft 33 may be counted as an increase in the amount of rotation of the output shaft 33.
  • Information indicating that the direction is the opposite direction is an example of "first information.”
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the processing flow of the process of estimating the encoder offset by the estimation unit 13.
  • the same processes as those in FIG. 15 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • an example of the process of estimating the encoder offset by the estimation unit 13 will be described with reference to FIG. 16.
  • the first receiving unit 11 receives the back electromotive force from the motor 3.
  • the estimation unit 13 estimates the arrangement order of the U-phase coil 311, the V-phase coil 312, and the W-phase coil 313 based on the positive/negative of other measured line-to-line voltages at the zero-crossing point of a certain measured line-to-line voltage. If the estimated arrangement order matches the arrangement order preset in the servo driver 2 (YES in S11), the arrangement order of the U phase, V phase, and W phase is correctly set in the servo driver 2, and the process is completed. The process proceeds to S12. If the estimated arrangement order does not match the arrangement order preset in the servo driver 2 (NO in S11), the process proceeds to S13.
  • the estimation unit 13 calculates an encoder offset of the encoder 32 that corrects the deviation between the dq axes of the servo driver 2 and the dq axes of the motor 3.
  • the setting unit 14 causes the storage unit 16 to store the calculated encoder offset.
  • the setting unit 14 changes the order of the U phase, V phase, and W phase previously stored in the storage unit 16 of the servo driver 2 to the reverse order, and stores the changed order in the storage unit 16. That is, the setting unit 14 causes the storage unit 16 to store the U-phase, V-phase, and W-phase in the order of occurrence of the back electromotive force acquired in S11.
  • information regarding the motor 3 is acquired by manually rotating the output shaft 33 in a desired direction of the user, and is stored in the storage unit 16. Then, the control unit 15 can control the motor 3 by using the information stored in the storage unit 16. That is, according to the present embodiment, information related to the motor 3, which is a three-phase AC motor, can be stored in the storage unit 16 using a simple method.
  • the arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313 is estimated based on the time-series change in the back electromotive force caused by manual rotation of the output shaft 33, and the estimated arrangement order is It is stored in the storage unit 16.
  • the control unit 15 can drive the motor 3 by supplying current to the U-phase coil 311, the V-phase coil 312, and the W-phase coil 313 by referring to the above arrangement order stored in the storage unit 16.
  • the estimation unit 13 determines whether the count value of the encoder indicating the amount of rotation of the output shaft 33 has increased based on the feedback signal when the output shaft 33 is manually rotated. When the count value decreases, the estimation unit 13 detects that the count-up direction stored in advance in the storage unit 16 and the count-up direction of the encoder 32 are opposite. Then, the setting section 14 can match the desired direction with the direction of the count-up by reversing the direction of the count-up stored in the storage section 16 in advance. Further, the setting unit 14 may cause the storage unit 16 to store information indicating that the direction of count-up is opposite to the direction previously stored in the storage unit 16.
  • the estimating unit 13 estimates an encoder offset that corrects the deviation between the electrical angle of the motor 3 and the origin of the encoder 32. Therefore, according to the present embodiment, even if there is a deviation between the origin of the encoder 32 and the electrical angle of 0 degrees of the motor 3, the servo driver 2 can correct the deviation and control the motor 3. I can do it. For example, if the electrical angle of 0 degrees exists at the position of 10,000 pulses, the servo driver 2 may control the motor 3 by setting the encoder offset to 10,000 pulses.
  • the arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313 is estimated using the measured line voltage that occurs when the output shaft 33 is turned by hand.
  • the V-phase coil 312, and the W-phase coil 313 can be estimated using, for example, the current generated when the output shaft 33 is turned by hand.
  • a process will be described in which the order of arrangement of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313 is estimated using the current generated when the output shaft 33 is turned by hand.
  • FIG. 17 is a diagram schematically showing the measurement of the current input via the power line 7 from the motor 3 whose output shaft 33 is rotated by hand.
  • the servo driver 2 includes ammeters 22a, 22b, and 22c.
  • the voltmeter 22a measures the U-phase current value
  • the ammeter 22b measures the V-phase current value
  • the ammeter 22c measures the W-phase current value. Note that when measuring the current value, for example, the U phase, V phase, and W phase are shorted in the servo driver 2.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating current values generated when the electrical angular velocity illustrated in FIG. 9 is given.
  • the vertical axis represents current (A)
  • the horizontal axis represents time (seconds).
  • the arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313 in the motor 3 and the estimation of the encoder offset set in the servo driver 2 were explained using voltages with reference to FIGS. 12 and 13. Similar to the method, estimation can also be performed using current. For example, in FIG. 18, the estimation unit 13 determines the arrangement order of the U-phase coil 311, V-phase coil 312, and W-phase coil 313 of the motor 3 based on the sign of the V-phase current value at the zero-crossing point of the U-phase current. can be estimated. Furthermore, the estimating unit 13 can estimate the encoder offset, for example, based on the sign of the rate of change in the U-phase current value at the zero-crossing point of the U-phase current.
  • the estimation unit 13 calculates that when the rate of change in the U-phase current value at the zero-crossing point of the U-phase current is positive, the direction of the q-axis current is 270 degrees, and the electrical angle (d-axis angle) is 180 degrees. It can be estimated that the degree of
  • a three-phase AC motor (3) includes an encoder (32) that outputs a feedback signal indicating the rotational state of an output shaft (33), a U-phase coil (311), a V-phase coil (312), and a W-phase coil (313). ), the control device (2) controlling the Information regarding the back electromotive force generated in the U-phase coil (311), the V-phase coil (312), and the W-phase coil (313) when the output shaft (33) is rotated in a desired direction by an external force.
  • a first acquisition unit (11) that acquires; a second acquisition unit (12) that acquires the feedback signal including information related to the rotation of the output shaft (33) rotated by the external force from the encoder (32); Based on the information related to the back electromotive force and the feedback signal, information related to the control of the three-phase AC motor (3) is estimated, and the estimated information related to the control of the three-phase AC motor (3) is used.
  • a control unit (13, 15) that controls the three-phase AC motor (3); Control device (2).

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Abstract

より簡易な手法で三相交流モータの制御に係る情報を取得する。本制御装置は、出力軸の回転状態を示すフィードバック信号を出力するエンコーダと、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルとを有する三相交流モータを制御する制御装置であって、出力軸が所望の方向に外力によって回転させられることによってＵ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルで生じる逆起電力に係る情報を取得する第１取得部と、外力によって回転させられた出力軸の回転に係る情報を含むフィードバック信号をエンコーダから取得する第２取得部と、逆起電力に係る情報とフィードバック信号とを基に、三相交流モータの制御に係る情報を推定し、推定した三相交流モータの制御に係る情報を用いて三相交流モータを制御する制御部と、を備える。

Description

制御装置
　本発明は、制御装置に関する。
　モータからのフィードバック信号を受けてサーボ制御するサーボドライバや、モータ軸の回転状態を検出するエンコーダを有するモータが利用されている（例えば、特許文献１－３参照）。
特開２０１８－０６１３２７号公報 特開２０１８－１９１４２２号公報 特開２０１０－０５７３０２号公報
　サーボシステムでは、対応付けられた三相交流モータに配置された三相のコイルの並び順や当該三相交流モータが備えるエンコーダの情報等のモータ制御に係る情報がサーボドライバに設定される。そして、サーボドライバは、設定されたモータ制御に係る情報を用いて三相交流モータの制御を行う。モータ制御に係る情報は三相交流モータの機種毎に異なるため、サーボシステムの運用前にマニュアル等でモータ制御に係る情報を確認し、サーボドライバに設定する手間が生じていた。
　開示の技術の１つの側面は、より簡易な手法で三相交流モータの制御に係る情報を取得することができる制御装置を提供することを目的とする。
　開示の技術の１つの側面は、次のような制御装置によって例示される。本制御装置は、出力軸の回転状態を示すフィードバック信号を出力するエンコーダと、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルとを有する三相交流モータを制御する制御装置である。本制御装置は、上記出力軸が所望の方向に外力によって回転させられることによって上記Ｕ相コイル、上記Ｖ相コイル及び上記Ｗ相コイルで生じる逆起電力に係る情報を取得する第１取得部と、上記外力によって回転させられた上記出力軸の回転に係る情報を含む上記フィードバック信号を上記エンコーダから取得する第２取得部と、上記逆起電力に係る情報と上記フィードバック信号とを基に、上記三相交流モータの制御に係る情報を推定し、推定した上記三相交流モータの制御に係る情報を用いて上記三相交流モータを制御する制御部と、を備える。
　上記出力軸が所望の方向に外力によって回転させられると、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルにおいて逆起電力が生じ、逆起電力による電流は上記制御装置に流れる。また、上記出力軸が所望の方向に外力によって回転させられると、当該回転を示すフィードバック信号が、上記制御装置に出力される。上記制御装置は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルに生じる逆起電力に係る情報及びフィードバック信号を基に、三相交流モータの制御に係る情報を推定し、推定した相交流モータの制御に係る情報を用いることで三相交流モータを制御することができる。すなわち、上記制御装置は、外力で出力軸を所望の方向に回転させるという簡易な操作で、モータに係る情報を設定することができる。
　上記制御装置は、次の特徴を備えてもよい。上記制御部は、上記逆起電力に係る情報を基に上記Ｕ相コイル、上記Ｖ相コイル及び上記Ｗ相コイルの上記並び順を推定し、推定した上記Ｕ相コイル、上記Ｖ相コイル及び上記Ｗ相コイルの上記並び順を用いて、上記三相交流モータを制御する。このような特徴を備える制御装置は、推定した上記並び順を用いることで、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに電流を供給して上記三相交流モータを駆動することができる。
　上記制御装置は、次の特徴を備えてもよい。上記逆起電力に係る情報は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のうちのいずれか２相間における電圧と電気角との第１の対応関係を含み、上記制御部は、上記第１の対応関係における上記２相間における上記電圧が０となるときにおける上記２相間における上記電圧の変化の割合の正負と、上記２相間における上記電圧が０となるときにおける第１の電気角を取得し、予め記憶部に記憶させたＵ相、Ｖ相及びＷ相夫々の電圧と電気角との第２の対応関係と、取得した上記電圧の上記変化の割合の正負及び上記第１の電気角と、推定した上記Ｕ相コイル、上記Ｖ相コイル及び上記Ｗ相コイルの上記並び順と、を基に上記三相交流モータの電気角と上記エンコーダの原点とのずれを補正するオフセットを決定し、決定した上記オフセットも用いて、上記三相交流モータを制御する。上記制御装置は、このような特徴を備えることで、エンコーダの原点とモータの電気角の０度との間にずれが生じていても、当該ずれを補正して三相交流モータを制御することができる。なお、上記オフセットは、電圧に代えて電流値を用いて決定されてもよい。
　上記制御装置は、次の特徴を備えてもよい。上記三相交流モータの制御に係る情報は、上記フィードバック信号によって通知される上記出力軸の回転方向を示すパラメータを含み、上記制御部は、上記所望の方向に出力軸が回転されたときにおいて上記フィードバック信号によって通知された上記出力軸の上記回転方向を示す上記パラメータが負の方向を示す場合には、第１の情報を記憶部に記憶させ、上記記憶部に上記第１の情報が記憶されている場合には、上記フィードバック信号によって通知される上記出力軸の回転方向とは逆方向に上記出力軸が回転したものとして、上記三相交流モータを制御する。上記制御装置は、このような特徴を備えることで、所望の方向を正方向として三相交流モータを制御することができる。
　開示の技術によれば、より簡易な手法で三相交流モータの制御に係る情報を取得することができる。
図１は、実施形態に係るサーボシステムの一例を示す図である。 図２は、モータ３を出力軸の軸方向から見たときにおける、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の並び順と、エンコーダのカウントアップ方向とを模式的に示す第１の図である。 図３は、モータ３を出力軸の軸方向から見たときにおける、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の並び順と、エンコーダのカウントアップ方向とを模式的に示す第２の図である。 図４は、モータ３を出力軸の軸方向から見たときにおける、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の並び順と、エンコーダのカウントアップ方向とを模式的に示す第３の図である。 図５は、モータ３を出力軸の軸方向から見たときにおける、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の並び順と、エンコーダのカウントアップ方向とを模式的に示す第４の図である。 図６は、モータの出力軸が手で回されている状態を例示する図である。 図７は、本実施形態に係るサーボドライバが有する機能部の概略構成を示す図である。 図８は、出力軸が手で回されたことで生じる逆起電力を例示する図である。 図９は、出力軸が手で回されたことによる電気角速度を例示する図である。 図１０は、出力軸が手で回されたモータから動力線を介して入力される電圧の測定を模式的に示す図である。 図１１は、測定線間電圧の時系列変化を例示する図である。 図１２は、サーボドライバ２が認識した測定線間電圧と電気角との対応関係を例示する第１の図である。 図１３は、サーボドライバ２が認識した測定線間電圧と電気角との対応関係を例示する第２の図である。 図１４は、中性点から測定した三相電圧と電気角の対応関係を例示する図である。 図１５は、推定部によるエンコーダのカウントアップの方向を推定する処理の処理フローの一例を示す図である。 図１６は、推定部によるエンコーダのオフセットを推定する処理の処理フローの一例を示す図である。 図１７は、出力軸が手で回されたモータから動力線を介して入力される電流の測定を模式的に示す図である。 図１８は、図９に例示される電気角速度が与えられたときに生じる電流値を例示する図である。
　＜実施形態＞
　以下、図面を参照して実施形態について説明する。図１は、実施形態に係るサーボシステム１００の一例を示す図である。サーボシステム１００は、ＰＬＣ１、サーボドライバ２、モータ３及び産業用ネットワークＮ１を含む。モータ３は、モータ本体３１、エンコーダ３２及び出力軸３３を含む。ＰＬＣ１及びサーボドライバ２は、産業用ネットワークＮ１によって接続される。サーボドライバ２とモータ本体３１とは、動力線７によって接続される。サーボドライバ２とエンコーダ３２とは、エンコーダケーブル８によって接続される。
　ＰＬＣ１は、サーボドライバ２に対する指令信号を産業用ネットワークＮ１を介して出力する。ＰＬＣ１は、予め準備されたプログラムに従う処理を実行することによって、例えば、サーボドライバ２の監視装置として機能する。産業用ネットワークＮ１は、例えば、ＴＣＰ／ＩＰネットワークである。
　サーボドライバ２は、ＰＬＣ１からの指令信号を産業用ネットワークＮ１を介して受ける。さらにサーボドライバ２は、対応するモータ３のエンコーダ３２からエンコーダケーブル８を介してフィードバック信号を受ける。また、サーボドライバ２は、モータ３のモータ本体３１に対して動力線７を介して駆動電流を供給する。サーボドライバ２においては、それぞれ、速度検出器、トルク検出器、電力生成器等を利用したフィードバック制御を行うサーボ系が形成されており、これらの信号を利用して、モータ３をサーボ制御し駆動する。サーボドライバ２は、「制御装置」の一例である。
　モータ３は、例えば、三相交流サーボモータである。モータ３は、モータ本体３１及びエンコーダ３２を含む。モータ本体３１は、サーボドライバ２からの駆動電流を動力線７を介して受ける。エンコーダ３２は、サーボドライバ２によりモータ本体３１の動作を検出して、検出された動作を示すフィードバック信号を生成する。フィードバック信号はエンコーダケーブル８を介してサーボドライバ２に出力される。フィードバック信号には、例えば、モータ本体３１の出力軸３３の回転位置（角度）についての情報、出力軸３３の回転速度についての情報、出力軸３３の回転方向についての情報等の出力軸３３の変位に係る情報が含まれる。エンコーダ３２の構成には、例えば公知のインクリメンタル型またはアブソリュート型の構成を適用することができる。モータ３は、「三相交流モータ」の一例である。
　図２から図５は、モータ３を出力軸３３の軸方向から見たときにおける、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の並び順と、エンコーダ３２のカウントアップ方向とを模式的に示す図である。図２から図５では、エンコーダ３２によるエンコーダ３２の回転数をカウントする際の原点位置も例示される。
　モータ３では、出力軸３３が取り付けられたロータ３１０の周囲を囲むように、Ｕ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３が配置される。エンコーダ３２は、出力軸３３が出力軸３３１の方向に回転する場合に正方向と判定する。また、エンコーダ３２は、エンコーダ原点３２０を基準として、出力軸３３の回転量をカウントする。
　ここで、図２と図３とを比較すると、Ｖ相コイル３１２とＷ相コイル３１３の並び順が逆になっている。図２と図４とを比較すると、エンコーダカウントアップ方向３２１が逆方向になっている。図２と図５とを比較すると、エンコーダ原点３２０の位置が異なっている。このように、モータ３では、Ｕ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順、エンコーダ原点３２０の位置及びエンコーダカウントアップ方向３２１がモータ３の機種ごとに異なることがある。そのため、サーボドライバ２によるモータ３のサーボ制御を適切に行うには、Ｕ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順、エンコーダ原点３２０の位置及びエンコーダカウントアップ方向３２１がサーボドライバ２に対して事前に設定される。
　本実施形態では、サーボシステム１００の利用者が正方向としたい方向に出力軸３３を手で回すことによって生じる逆起電力や、エンコーダ３２からのフィードバック信号を用いて、Ｕ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順、エンコーダ原点３２０の位置及びエンコーダカウントアップ方向３２１の各情報を取得し、取得した情報をサーボドライバ２に設定する。利用者が正方向としたい方向は、「所望の方向」の一例である。
　図６は、モータ３の出力軸３３が手で回されている状態を例示する図である。図６の例では、出力軸３３は、出力軸３３に向かって反時計回りの方向に回される。出力軸３３が回されることで生じる逆起電力は、動力線７を介してサーボドライバ２に入力される。また、出力軸３３の回転を検出したエンコーダ３２によるフィードバック信号は、エンコーダケーブル８を介してサーボドライバ２に入力される。
　図７は、本実施形態に係るサーボドライバ２が有する機能部の概略構成を示す図である。サーボドライバ２は、演算装置、記憶装置等を有するコンピュータとみなすことができる。図７に示す機能部は、サーボドライバ２において所定のプログラム等が実行されることで実現される。サーボドライバ２は、第１受信部１１、第２受信部１２、推定部１３、設定部１４、制御部１５及び記憶部１６を有するが、これら以外の機能部を有していても構わない。
　第１受信部１１は、動力線７を介してモータ本体３１からの逆起電力を取得する。図６を参照して説明したように、出力軸３３が手で回されると逆起電力が生じる。図８は、出力軸３３が手で回されたことで生じる逆起電力を例示する図である。図８の縦軸は逆起電力を例示し、横軸は時間を例示する。出力軸３３が手で回されると、出力軸３３の回転速度に応じた逆起電力が、Ｕ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２及びＷ相コイル３１３夫々のコイルで生じる。第１受信部１１は、受信したＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２及びＷ相コイル３１３夫々のコイルで生じた逆起電力の時系列変化を記憶部１６に記憶させる。第１受信部１１は、「第１取得部」の一例である。逆起電力の時系列変化は、「逆起電力に係る情報」の一例である。
　図７に戻り、第２受信部１２は、エンコーダケーブル８を介してエンコーダ３２からのフィードバック信号を取得する。図９は、出力軸３３が手で回されたことによる電気角速度を例示する図である。図９の縦軸は電気角速度（度／秒）を例示し、横軸は時間（秒）を例示する。出力軸３３が手で回されると、出力軸３３の回転方向及び回転速度がエンコーダ３２によって検出される。エンコーダ３２は、検出した出力軸３３の回転方向及び回転速度を示す情報を含むフィードバック信号をサーボドライバ２に出力する。第２受信部１２は、受信したフィードバック信号が示す出力軸３３の回転速度の時系列変化を記憶部１６に記憶させる。第２受信部１２は、「第２取得部」の一例である。
　図７に戻り、推定部１３は、第１受信部１１及び第２受信部１２によって記憶部１６に記憶された情報に基づいて、Ｕ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順、モータ３の電気角とエンコーダ３２の原点とのずれ（換言すれば、サーボドライバ２のｄｑ軸とモータ３のｄｑ軸のずれ）を補正するエンコーダオフセット、出力軸３３が回転数をカウントアップする方向を推定する。推定部１３は、「制御部」の一例である。エンコーダオフセットは、「オフセット」の一例である。
　推定部１３は、例えば、逆起電力が生じた順番を基に、Ｕ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順を推定する。推定部１３は、例えば、フィードバック信号が示す出力軸３３の回転速度の正負を基に、エンコーダ３２のカウントアップの方向を推定する。
　以下では、逆起電力を用いてＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順を推定する処理の一例について説明する。図１０は、出力軸３３が手で回されたモータ３から動力線７を介して入力される電圧の測定を模式的に示す図である。サーボドライバ２は電圧計２１を備えており、当該電圧計２１によって、モータ３から入力される電圧が測定される。電気角速度ω、２相インダクタンスＬｄ、Ｌｑ、相抵抗Ｒ、誘起電圧定数Ｋｅ、ｄ軸電流ｉｄ、ｑ軸電流ｉｑ、微分演算子ｐすると、以下の式（１）が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　サーボオフ状態であることから、ｉｄ＝０、ｉｑ＝０となるため、以下の式（２）が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　出力軸３３が手で回されたことにより図９に例示される電気角速度が与えられると、図８に例示するような逆起電力が生じる。ここで、電圧計２１によって逆起電力を測定することは困難である。そこで、本実施形態において第１取得部１１は、逆起電力を直接測定することに代えて、電圧計２１によって測定線間電圧を測定してもよい。測定線間電圧としては、Ｕ相とＶ相との間の電圧、Ｗ相とＶ相との間の電圧及びＵ相とＷ相との間の電圧を挙げることができる。図１１は、測定線間電圧の時系列変化を例示する図である。図１１において、縦軸は電圧（Ｖ）、横軸は時間（秒）を例示する。図１１では、Ｗ相とＶ相との間の電圧と、Ｕ相とＷ相との間の電圧が例示される。測定線間電圧は、「逆起電力に係る情報」の一例である。
　推定部１３は、ある測定線間電圧のゼロクロス点における、他の測定線間電圧の正負を基に、Ｕ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順を推定できる。図１２及び図１３は、サーボドライバ２が認識した測定線間電圧と電気角との対応関係を例示する図である。図１２及び図１３では、縦軸は電圧（Ｖ）、横軸は電気角（度）を例示する。図１２では、サーボドライバ２に予め設定されたＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順と、モータ３におけるＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順とが一致する場合が例示される。また、図１３では、サーボドライバ２に予め設定されたＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順と、モータ３におけるＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順とが異なる場合が例示される。
　サーボドライバ２では、例えば、第１取得部１１によって取得された測定線間電圧の変化と第２取得部によって取得されたフィードバック信号が示す電気角との対応関係が記憶部１６に記憶される。図１２及び図１３に例示される測定線間電圧と電気角との対応関係は、「第１の対応関係」の一例である。
　図１２では、Ｕ相とＷ相との間の電圧は電気角１８０度において０Ｖとなっている。電気角１８０度におけるＷ相とＵ相との間の電圧は、正になっている。このことから、推定部１３は、予め設定されたＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順と、モータ３に配置されたＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順とが一致していると推定する。ここでは、推定部１３は、出力軸３３が手で回された方向に対して、Ｕ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の順で並んでいると推定する。
　図１３では、Ｕ相とＷ相との間の電圧は電気角１８０度において０Ｖとなっている。電気角１８０度におけるＷ相とＵ相との間の電圧は、負になっている。このことから、推定部１３は、予め設定されたＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順と、モータ３に配置されたＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順とが逆になっていると判定する。ここでは、推定部１３は、出力軸３３が手で回された方向に対して、Ｕ相コイル３１１、Ｗ相コイル３１３、Ｖ相コイル３１２の順で並んでいると推定する。
　すなわち、推定部１３は、ある測定線間電圧が０となるときに他の測定線間電圧が正となっている場合には、予め設定されたＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順と、モータ３に配置されたＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順とが一致していると推定する。また、推定部１３は、ある測定線間電圧が０となるときに他の測定線間電圧が負となっている場合には、予め設定されたＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順と、モータ３に配置されたＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順とが一致していると推定する。
　つづいて、推定部１３は、エンコーダオフセットを推定する。ここでは、出力軸３３が手で回された方向に対して、Ｕ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の順で並んでいると推定部１３によって推定されたものとする。図１２におけるＵ相とＷ相との間の電圧のゼロクロス点は、電気角６０度と１８０度のときである。図１２において、電気角６０度の箇所では、Ｕ相とＷ相との間の電圧は減少している。また、図１２において、電気角１８０度の箇所では、Ｕ相とＷ相との間の電圧は増加している。すなわち、電気角１８０度におけるＵ相とＷ相との間の電圧の変化の割合は正である。
　図１４は、中性点から測定した三相電圧と電気角の対応関係を例示する図である。図１４は、電気角の真値を例示するということができる。図１４に例示される三相電圧と電気角の対応関係は、例えば、サーボドライバ２の記憶部１６に予め記憶されてもよい。図１４において、Ｕ相の電圧とＷ相の電圧は、電気角が３０度及び２１０度のときに等しくなることが理解できる。図１４において、電気角３０度においてはＵ相とＷ相との間の電圧は減少傾向（変化の割合が負）にあり、電気角１８０度においてはＵ相とＷ相との間の電圧は増加傾向（変化の割合が正）にある。
　そして、Ｕ相の電圧とＷ相の電圧が等しくなる箇所は、例えば、図１４におけるＵ相とＷ相との間の電圧のゼロクロス点に対応する。図１４に例示されるＵ相とＷ相との間の電圧のゼロクロス点のうち、電気角６０度のときにおけるＵ相とＷ相との間の電圧は減少傾向であり、電気角１８０度におけるＵ相とＷ相との間の電圧は増加傾向である。図１４に例示される三相電圧と電気角の対応関係は、「第２の対応関係」の一例である。
　すなわち、図１２に例示されるＵ相とＷ相との間の電圧のゼロクロス点のうち、電気角６０度のゼロクロス点は図１４の電気角３０度に対応することが理解できる。また、図１２に例示されるＵ相とＷ相との間の電圧のゼロクロス点のうち、電気角１８０度のゼロクロス点は図１４の電気角２１０度に対応することが理解できる。
　ここで、サーボドライバ２に設定するエンコーダオフセットは、電気角の真値からサーボドライバ２が想定している電気角を減算することで算出することができる。本実施形態では、例えば、サーボドライバ２が電気角１８０度であると想定した箇所において、電気角の真値は２１０度である。そこで、推定部１３は、電気角の真値である２１０度からサーボドライバ２が想定した電気角１８０度を減算して、エンコーダオフセットとして電気角３０度を算出することができる。
　設定部１４は、推定部１３によって推定されたモータ３に係る各情報をサーボドライバ２に記憶部１６に記憶させる。モータ３に係る情報が記憶部１６に記憶されることで、サーボドライバ２は記憶部１６に記憶された情報を用いてモータ３をサーボ制御可能となる。
　制御部１５は、設定部１４によって記憶部１６に記憶されたモータ３に係る各情報を用いて、ＰＬＣ１からの指令信号にしたがったモータ３のフィードバック制御を行う。制御部１５は、「制御部」の一例である。
　記憶部１６は、第１受信部１１及び第２受信部１２によって取得された情報や、第１受信部１１、第２受信部１２、推定部１３、設定部１４及び制御部１５で行われる処理に関連する情報を記憶する。記憶部１６は、例えば、ＥＥＰＲＯＭである。記憶部１６は、「記憶部」の一例である。
　＜処理フロー＞
　図１５は、推定部１３によるエンコーダのカウントアップの方向を推定する処理の処理フローの一例を示す図である。以下、図１５を参照して、推定部１３によるエンコーダのカウントアップの方向を推定する処理の一例について説明する。
　Ｓ１では、サーボシステム１００の利用者が正としたい回転方向に向けてモータ３の出力軸３３が手で回される。Ｓ２では、第２受信部１２は、エンコーダ３２からのフィードバック信号を受信する。推定部１３は、第２受信部１２によって受信されたフィードバック信号を基に、出力軸３３の回転方向を示すエンコーダのカウント値が正方向を示したか否かを判定する。正の方向を示した場合（Ｓ２でＹＥＳ）、カウントアップの方向はサーボドライバ２に正しく設定されているので処理は終了される。正の方向ではない場合（負の方向の場合）（Ｓ２でＮＯ）、処理はＳ３に進められる。出力軸３３の回転方向を示すエンコーダのカウント値は、「前記出力軸の回転方向を示すパラメータ」の一例である。
　Ｓ３では、推定部１３は、サーボドライバ２の記憶部１６に予め記憶されたカウントアップの方向とエンコーダ３２のカウントアップの方向とが逆になっていることを検知する。設定部１４は、記憶部１６に予め記憶されたカウントアップの方向を反転させて、記憶部１６に記憶させる。設定部１４は、カウントアップの方向が記憶部１６に予め記憶された方向とは逆方向であることを示す情報を記憶部１６に記憶させてもよい。制御部１５は、例えば、記憶部１６に逆方向であることを示す情報が記憶されている場合には、エンコーダ３２からのフィードバック信号が示す出力軸３３の回転量の減少分だけ、出力軸３３の回転量が増加したものとして出力軸３３の回転量を計数してもよい。逆方向であることを示す情報は、「第１の情報」の一例である。
　図１６は、推定部１３によるエンコーダのオフセットを推定する処理の処理フローの一例を示す図である。図１６において、図１５と同一の処理については同一の符号を付し、その説明を省略する。以下、図１６を参照して、推定部１３によるエンコーダのオフセットを推定する処理の一例について説明する。
　Ｓ１１では、第１受信部１１は、モータ３から逆起電力を受信する。推定部１３は、ある測定線間電圧のゼロクロス点における、他の測定線間電圧の正負を基に、Ｕ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順を推定する。推定した並び順とサーボドライバ２に予め設定された並び順とが一致する場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の並び順はサーボドライバ２に正しく設定されており、処理はＳ１２に進められる。推定した並び順とサーボドライバ２に予め設定された並び順とが一致しない場合（Ｓ１１でＮＯ）、処理はＳ１３に進められる。
　Ｓ１２では、推定部１３は、サーボドライバ２のｄｑ軸とモータ３のｄｑ軸のずれを補正するエンコーダ３２のエンコーダオフセットを算出する。設定部１４は、算出されたエンコーダオフセットを記憶部１６に記憶させる。
　Ｓ１３では、設定部１４は、サーボドライバ２の記憶部１６に予め記憶されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順を逆順に変更して記憶部１６に記憶させる。すなわち、設定部１４は、Ｓ１１で取得した逆起電力の発生順にしたがったＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順を記憶部１６に記憶させる。
　＜実施形態の作用効果＞
　本実施形態では、利用者の所望の方向に出力軸３３を手回しすることで、モータ３に係る情報が取得され、記憶部１６に記憶される。そして、制御部１５は、記憶部１６に記憶された情報を用いることで、モータ３を制御することができる。すなわち、本実施形態によれば、簡易な手法で三相交流モータであるモータ３に係る情報を記憶部１６に記憶させることができる。
　本実施形態では、例えば、出力軸３３の手回しによって生じる逆起電力の時系列変化を基にＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２及びＷ相コイル３１３の並び順を推定し、推定した並び順が記憶部１６に記憶される。制御部１５は、記憶部１６に記憶された上記並び順を参照することで、Ｕ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３に電流を供給してモータ３を駆動することができる。
　本実施形態では、推定部１３は、出力軸３３が手回しされたときにおけるフィードバック信号を基に、出力軸３３の回転量を示すエンコーダのカウント値が増加したか否かを判定する。そして、カウント値が減少する場合には、記憶部１６に予め記憶されたカウントアップの方向とエンコーダ３２のカウントアップの方向とが逆になっていることを推定部１３が検知する。そして、設定部１４は、予め記憶部１６に記憶されたカウントアップの方向を反転させることで、所望の方向とカウントアップの方向を一致させることができる。また、設定部１４は、設定部１４は、カウントアップの方向が記憶部１６に予め記憶された方向とは逆方向であることを示す情報を記憶部１６に記憶させてもよい。
　また、本実施形態では、モータ３の電気角とエンコーダ３２の原点とのずれを補正するエンコーダオフセットが推定部１３によって推定される。そのため、本実施形態によれば、サーボドライバ２は、エンコーダ３２の原点とモータ３の電気角の０度との間にずれが生じていても、当該ずれを補正してモータ３を制御することができる。サーボドライバ２は、例えば、１００００パルスの位置に電気角０度が存在する場合には、エンコーダオフセットに１００００パルスを設定して、モータ３を制御すればよい。
　＜第１変形例＞
　実施形態では、出力軸３３が手で回されたときに生じる測定線間電圧を用いてＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順を推定されたが、Ｕ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順の推定は、例えば、出力軸３３が手で回されたときに生じる電流を用いても行うことができる。第１変形例では、出力軸３３が手で回されたときに生じる電流を用いてＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順を推定する処理について説明する。
　図１７は、出力軸３３が手で回されたモータ３から動力線７を介して入力される電流の測定を模式的に示す図である。サーボドライバ２は電流計２２ａ、２２ｂ、２２ｃを備える。電圧計２２ａによってＵ相の電流値が、電流計２２ｂによってＶ相の電流値が、電流計２２ｃによってＷ相の電流値が、夫々測定される。なお、電流値の測定の際には、例えば、サーボドライバ２内において、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相がショートされる。
　ここで、出力軸３３が手で回されることで、図９に例示される電気角速度が与えられたものとする。図１８は、図９に例示される電気角速度が与えられたときに生じる電流値を例示する図である。図１８において、縦軸は電流（Ａ）、横軸は時間（秒）を例示する。
　上記した式（１）において、Ｖｄ及びＶｑが０であることから、以下の式（３）が成立する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（３）を近似するとともに微分項を０とみなすと、以下の式（４）を得ることができる。なお、出力軸３３が手で回されることでω２が十分小さいことから、ｉｄの項は無視することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　そして、モータ３におけるＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順やサーボドライバ２に設定するエンコーダオフセットの推定は、図１２及び図１３を参照して電圧を用いて説明した手法と同様に、電流を用いても推定することができる。推定部１３は、例えば、図１８において、Ｕ相の電流のゼロクロス点におけるＶ相の電流値の正負を基に、モータ３のＵ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２、Ｗ相コイル３１３の並び順を推定することができる。また、推定部１３は、例えば、Ｕ相の電流のゼロクロス点におけるＵ相の電流値の変化の割合の正負を基に、エンコーダオフセットを推定することができる。一例としては、推定部１３は、Ｕ相の電流のゼロクロス点におけるＵ相の電流値の変化の割合が正のときにはｑ軸電流の方向は２７０度となり、電気角（ｄ軸の角度）は１８０度であることを推定することができる。
　以上説明した実施形態及び変形例は、組み合わせることができる。
　＜付記１＞
　出力軸（３３）の回転状態を示すフィードバック信号を出力するエンコーダ（３２）と、Ｕ相コイル（３１１）、Ｖ相コイル（３１２）及びＷ相コイル（３１３）とを有する三相交流モータ（３）を制御する制御装置（２）であって、
　前記出力軸（３３）が所望の方向に外力によって回転させられることによって前記Ｕ相コイル（３１１）、前記Ｖ相コイル（３１２）及び前記Ｗ相コイル（３１３）で生じる逆起電力に係る情報を取得する第１取得部（１１）と、
　前記外力によって回転させられた前記出力軸（３３）の回転に係る情報を含む前記フィードバック信号を前記エンコーダ（３２）から取得する第２取得部（１２）と、
　前記逆起電力に係る情報と前記フィードバック信号とを基に、前記三相交流モータ（３）の制御に係る情報を推定し、推定した前記三相交流モータ（３）の制御に係る情報を用いて前記三相交流モータ（３）を制御する制御部（１３、１５）と、を備える、
　制御装置（２）。
　１・・ＰＬＣ
　２・・サーボドライバ
　３・・モータ
　７・・動力線
　８・・エンコーダケーブル
　１１・・第１受信部
　１２・・第２受信部
　１３・・推定部
　１４・・設定部
　１５・・制御部
　１６・・記憶部
　２１・・電圧計
　２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・電流計
　３１・・モータ本体
　３２・・エンコーダ
　３３・・出力軸
　１００・・サーボシステム
　３１０・・ロータ
　３１１・・Ｕ相コイル
　３１２・・Ｖ相コイル
　３１３・・Ｗ相コイル
　３２０・・エンコーダ原点
　３２１・・エンコーダカウントアップ方向
　５００・・矢印

Claims (5)

  1. 　出力軸の回転状態を示すフィードバック信号を出力するエンコーダと、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル及びＷ相コイルとを有する三相交流モータを制御する制御装置であって、
    　前記出力軸が所望の方向に外力によって回転させられることによって前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルで生じる逆起電力に係る情報を取得する第１取得部と、
    　前記外力によって回転させられた前記出力軸の回転に係る情報を含む前記フィードバック信号を前記エンコーダから取得する第２取得部と、
    　前記逆起電力に係る情報と前記フィードバック信号とを基に、前記三相交流モータの制御に係る情報を推定し、推定した前記三相交流モータの制御に係る情報を用いて前記三相交流モータを制御する制御部と、を備える、
    　制御装置。
  2. 　前記制御部は、
    　　前記逆起電力に係る情報を基に前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルの並び順を推定し、
    　　推定した前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルの前記並び順を用いて、前記三相交流モータを制御する、
    　請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記逆起電力に係る情報は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のうちのいずれか２相間における電圧と電気角との第１の対応関係を含み、
    　前記制御部は、
    　　前記第１の対応関係における前記２相間における前記電圧が０となるときにおける前記２相間における前記電圧の変化の割合の正負と、前記２相間における前記電圧が０となるときにおける第１の電気角を取得し、
    　　予め記憶部に記憶させたＵ相、Ｖ相及びＷ相夫々の電圧と電気角との第２の対応関係と、取得した前記電圧の前記変化の割合の正負及び前記第１の電気角と、推定した前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルの前記並び順と、を基に、前記三相交流モータの電気角と前記エンコーダの原点とのずれを補正するオフセットを決定し、
    　　決定した前記オフセットも用いて、前記三相交流モータを制御する、
    　請求項２に記載の制御装置。
  4. 　前記逆起電力に係る情報は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のうちのいずれかの相における電流値と電気角との第３の対応関係を含み、
    　前記制御部は、
    　　前記第３の対応関係における前記電流値が０となるときにおける前記電流値の変化の割合の正負と、前記電流値が０となるときにおける第２の電気角を取得し、
    　　予め記憶部に記憶させたＵ相、Ｖ相及びＷ相夫々の電流値と電気角との第４の対応関係と、取得した前記電流値の前記変化の割合の正負及び前記第２の電気角と、推定した前記Ｕ相コイル、前記Ｖ相コイル及び前記Ｗ相コイルの前記並び順と、を基に、前記三相交流モータの電気角と前記エンコーダの原点とのずれを補正するオフセットを決定し、
    　　決定した前記オフセットも用いて、前記三相交流モータを制御する、
    　請求項２に記載の制御装置。
  5. 　前記三相交流モータの制御に係る情報は、前記フィードバック信号によって通知される前記出力軸の回転方向を示すパラメータを含み、
    　前記制御部は、
    　　前記所望の方向に出力軸が回転されたときにおいて前記フィードバック信号によって通知された前記出力軸の前記回転方向を示す前記パラメータが負の方向を示す場合には、第１の情報を記憶部に記憶させ、
    　　前記記憶部に前記第１の情報が記憶されている場合には、前記フィードバック信号によって通知される前記出力軸の回転方向とは逆方向に前記出力軸が回転したものとして、前記三相交流モータを制御する、
    　請求項１から４のいずれか一項に記載の制御装置。
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