(57)【要約】【課題】比較的簡素な構成で、負荷イナーシャ等を推定する推定部の有効および無効を適正に決定することのできるモータ制御装置を提供することにある。【解決手段】モータ制御装置において、決定部は、負荷イナーシャ等を推定する推定部の有効および無効を決定する。決定部では、モータの回転速度に対して設定された第１閾値ＴＨｖと、モータの回転加速度に対して設定された第２閾値ＴＨａとによって、推定部での負荷イナーシャ等の推定の推定オン区間ＯＮおよび推定オフ区間ＯＦＦが規定されている。ここで、第１閾値ＴＨｖは、一定値である。第２閾値ＴＨａは、モータの回転速度に対応して変化する値であり、モータの回転速度の一次関数として設定されている。このため、推定部の有効および無効を適正に決定することができる。【選択図】図２
2018057061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転速度を検出する速度検出部と、
モータの回転速度指令値および前記回転速度に基づいてトルク指令値を生成する速度制御部と、
前記速度検出部により検出された前記回転速度に基づいてモータの回転加速度を算出する加速度演算部と、
少なくともモータの負荷イナーシャを推定する推定部と、
モータの回転速度に対して設定された第１閾値と前記速度検出部による前記回転速度の検出結果との比較結果、およびモータの回転加速度に対して設定された第２閾値と前記加速度演算部による前記回転加速度の演算結果との比較結果に基づいて前記推定部の有効および無効を決定する決定部と、
を有し、
前記第２閾値は、モータの回転速度に対応して変化する値であることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記第１閾値は、一定であることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記第２閾値は、モータの回転速度の一次関数として設定されてい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。
【請求項４】
前記決定部は、前記速度検出部による前記回転速度の検出結果を前記一次関数に代入して得たモータの回転加速度の算出結果と前記加速度演算部による前記回転加速度の検出結果との比較結果に基づいて前記推定部の有効および無効を決定することを請求項３に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記決定部は、モータの回転速度の各値に対して前記第２閾値が規定されたルックアップテーブルに基づいて前記推定部の有効および無効を決定することを請求項１から３までの何れか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記推定部は、前記トルク指令値、前記回転速度、および前記回転加速度に基づいて、前記負荷イナーシャおよび粘性摩擦係数を推定し、
前記トルク指令値は、第１ローパスフィルタを介して前記推定部に入力され、
前記回転速度は、第２ローパスフィルタを介して前記推定部、前記決定部および前記加速度演算部に入力されることを特徴とする請求項１から５までの何れか一項に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータに加わる負荷イナーシャを推定する機能を有するモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータを備えた工作機械等において、モータの加減速指令の時定数や速度制御のゲインを算出する際には、モータに加わる負荷イナーシャ等の把握が重要である。そこで、負荷イナーシャ等を推定する機能を設けたモータ制御装置が提案されている。その際、モータの動作状態によっては、コギング等の影響により負荷イナーシャ等の推定精度が著しく低下するため、所定の条件下では負荷イナーシャ等の推定を無効とする構成が提案されている（特許文献１、２、３参照）。特許文献１に記載のモータ制御装置では、回転加速度の振動を検出し、振動が閾値を超えた場合は負荷イナーシャの推定を停止する。特許文献２に記載のモータ制御装置では、帰還加速度推定値が閾値以下の場合や、帰還加速度推定値の振動が閾値を超えた場合には負荷イナーシャの推定を停止する。特許文献３に記載のモータ制御装置では、回転速度が閾値以下の時、または回転加速度が閾値以下の時には、負荷イナーシャの推定を停止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７９６２６１号公報
【特許文献２】特開２００９−１３１０２２号公報
【特許文献３】特開２００６−２１７７２９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１、２に記載の技術では、回転加速度または帰還加速度推定値の振動を検出する必要がある。かかる振動を正確に検出するためには、高速なサンプリングが必要であるので、演算コストが嵩むという問題点がある。
【０００５】
特許文献３に記載の技術では、図４に示すように、回転速度ｖの第１閾値ＴＨｖ、および回転加速度ａの第２閾値ＴＨａによって推定オン区間ＯＮおよび推定オフ区間ＯＦＦが規定されている。ここで、第１閾値ＴＨｖおよび第２閾値ＴＨａは一定である。このため、コギング等の影響によって、今回検出された回転加速度ａの絶対値が大きくなった場合は、推定を停止できないという問題点がある。
【０００６】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、比較的簡素な構成で、負荷イナーシャ等を推定する推定部の有効および無効を適正に決定することのできるモータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係るモータ制御装置は、モータの回転速度を検出する速度検出部と、モータの回転速度指令値および前記回転速度に基づいてトルク指令値を生成する速度制御部と、前記速度検出部により検出された前記回転速度に基づいてモータの回転加速度を算出する加速度演算部と、少なくともモータの負荷イナーシャを推定する推定部と、モータの回転速度に対して設定された第１閾値と前記速度検出部による前記回転速度の検出結果との比較結果、およびモータの回転加速度に対して設定された第２閾値と前記加速度演算部による前記回転加速度の演算結果との比較結果に基づいて前記推定
部の有効および無効を決定する決定部と、を有し、前記第２閾値は、モータの回転速度に対応して変化する値であることを特徴とする。
【０００８】
本発明において、決定部は、モータの回転速度に対して設定された第１閾値とモータの回転加速度に対して設定された第２閾値とによって、推定部での負荷イナーシャ等の推定の推定オン区間および推定オフ区間が規定されている。ここで、第２閾値は、モータの回転速度に対応して変化する値である。このため、決定部は、コギング等の影響によって、今回検出された加速度の絶対値が大きくなった場合には、推定を停止すべきであると決定することができる。それ故、比較的簡素な構成で、コギング等の影響によって回転加速度の検出値が上昇した場合でも、負荷イナーシャ等を推定する推定部の有効および無効を適正に決定することができる。
【０００９】
本発明において、前記第１閾値は、一定である態様を採用することができる。
【００１０】
本発明において、前記第２閾値は、モータの回転速度の一次関数として設定されている態様を採用することができる。かかる態様によれば、第２閾値の設定が容易であり、この場合でも、コギング等の影響については排除することができる。
【００１１】
本発明において、前記決定部は、前記速度検出部による前記回転速度の検出結果を前記一次関数に代入して得たモータの回転加速度の算出結果と前記加速度演算部による前記回転加速度の検出結果との比較結果に基づいて前記推定部の有効および無効を決定する態様を採用することができる。
【００１２】
本発明において、前記決定部は、モータの回転速度の各値に対して前記第２閾値が規定されたルックアップテーブルに基づいて前記推定部の有効および無効を決定する態様を採用することができる。
【００１３】
本発明において、前記推定部は、前記トルク指令値、前記回転速度、および前記回転加速度に基づいて、前記負荷イナーシャおよび粘性摩擦係数を推定し、前記トルク指令値は、第１ローパスフィルタを介して前記推定部に入力され、前記回転速度は、第２ローパスフィルタを介して前記推定部、前記決定部および前記加速度演算部に入力される態様を採用することができる。かかる態様によれば、コギング等に起因するノイズをトルク指令値および回転速度から除去することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明において、決定部は、モータの回転速度に対して設定された第１閾値とモータの回転加速度に対して設定された第２閾値とによって、推定部での負荷イナーシャ等の推定の推定オン区間および推定オフ区間が規定されている。ここで、第２閾値は、モータの回転速度に対応して変化する値である。このため、決定部は、コギング等の影響によって、今回検出された加速度の絶対値が大きくなった場合には、推定を停止すべきであると決定することができる。それ故、比較的簡素な構成で、コギング等の影響によって回転加速度の検出値が上昇した場合でも、負荷イナーシャ等を推定する推定部の有効および無効を適正に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用したモータ制御装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示すモータ制御装置における負荷イナーシャの推定の推定オン区間ＯＮおよび推定オフ区間ＯＦＦの説明図である。
【図３】図１に示すモータ制御装置の決定部における判定回路の一例を示すブロック図である。
【図４】従来のモータ制御装置における負荷イナーシャの推定の推定オン区間ＯＮおよび推定オフ区間ＯＦＦの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したモータ制御装置を説明する。なお、以下の説明では、図４を参照して説明した構成との対応が分かりやすいように、対応する部分には同一の符号を付して説明する。また、以下の説明では、検出や演算により求められた回転速度および回転加速度については、必要に応じて、回転速度ｖ０および回転加速度ａ０とし、閾値の設定等の際に用いられる一般的な意味での回転速度ｖおよび回転加速度ａと区別してある。
【００１７】
（モータ制御装置の基本構成）
図１は、本発明を適用したモータ制御装置１の一例を示すブロック図である。図１に示すように、モータ制御装置１は、加減算器１１、速度制御部１２、加減算器１３、電流制御部１４、エンコーダからなる位置・速度検出器１５（速度検出部）を有しており、位置・速度検出器１５は、モータＭの回転軸の回転位置や回転速度を検出し、回転速度ｖ０を出力する。加減算器１１は、位置制御部（図示せず）により算出された回転速度指令値ｐから回転速度ｖ０を減じて速度偏差を求める。速度制御部１２は、速度偏差に基づいてＰＩ制御（比例積分制御）等の速度ループ制御を行い、トルク指令値ｔ０（電流指令値）を求める。加減算器１３は、アンプ（図示せず）に設けられた電流検出器（図示せず）からフィードバックされてくる電流値ｉ０をトルク指令値ｔ０から減じて電流偏差を求める。電流制御部１４は、電流偏差に基づいて電流ループ制御を行い、アンプ（図示せず）を介して、モータＭを駆動制御する。
【００１８】
モータ制御装置１は、回転速度ｖ０等に基づいて、モータＭに加わる負荷イナーシャや粘性摩擦係数を推定する推定部１０と、回転速度ｖ０および回転加速度ａ０に基づいて、推定部１０の有効および無効を決定する決定部２０とを有している。モータ制御装置１は、回転速度ｖ０を微分して回転加速度ａ０を求める加速度演算部３０を有している。
【００１９】
推定部１０は、例えば、トルク指令値ｔ０、回転速度ｖ０、および回転加速度ａ０に基づいて、負荷イナーシャ推定値ｆ１および粘性摩擦推定値ｆ２を算出し、出力する。その際、推定部１０に入力されるトルク指令値ｔ０、回転速度ｖ０、および回転加速度ａ０からコギング等に起因するノイズを排除するために、トルク指令値ｔ０は、第１ローパスフィルタ４１を介して推定部１０に入力され、回転速度ｖ０は、第２ローパスフィルタ４２を介して、推定部１０、決定部２０および加速度演算部３０に入力される。
【００２０】
決定部２０において推定部１０の無効が決定された際、推定部１０へのトルク指令値ｔ０、回転速度ｖ０、および回転加速度ａ０の入力を停止させる態様や、推定部１０から負荷イナーシャ推定値ｆ１および粘性摩擦推定値ｆ２の出力を停止する態様等を採用することができる。本形態では、推定部１０の前段にスイッチ部５０を設けてある。従って、決定部２０は、推定部１０を有効とするとの決定を行った際、スイッチ部５０をオンにして、推定部１０へのトルク指令値ｔ０、回転速度ｖ０、および回転加速度ａ０の入力を許容する。これに対して、決定部２０は、推定部１０を無効とするとの決定を行った際、スイッチ部５０をオフにして、推定部１０へのトルク指令値ｔ０、回転速度ｖ０、および回転加速度ａ０の入力を阻止する。
【００２１】
（閾値の構成）
図２は、図１に示すモータ制御装置１における負荷イナーシャの推定の推定オン区間ＯＮおよび推定オフ区間ＯＦＦの説明図である。図２に示すように、決定部２０では、回転速度ｖの第１閾値ＴＨｖ、および回転加速度ａの第２閾値ＴＨａによって推定オン区間Ｏ
Ｎおよび推定オフ区間ＯＦＦが規定されている。従って、決定部２０は、位置・速度検出器１５が検出した回転速度ｖ０の絶対値が第１閾値ＴＨｖ以上、かつ、加速度演算部３０が検出した回転加速度ａ０の絶対値が第２閾値ＴＨａ以上の推定オン区間ＯＮにあれば、推定部１０を有効とし、推定部１０での負荷イナーシャ推定値ｆ１および粘性摩擦推定値ｆ２の算出および出力を許容する。これに対して、決定部２０は、位置・速度検出器１５が検出した回転速度ｖ０の絶対値が第１閾値ＴＨｖ未満、あるいは加速度演算部３０が検出した回転加速度ａ０の絶対値が第２閾値ＴＨａ未満の推定オフ区間ＯＦＦにあれば、推定部１０を無効とし、推定部１０での負荷イナーシャ推定値ｆ１および粘性摩擦推定値ｆ２の算出および出力を停止させる。
【００２２】
ここで、回転速度ｖの第１閾値ＴＨｖは、回転加速度ａの値にかかわらず一定である。第１閾値ＴＨｖは例えば、５０ｒｐｍである。
【００２３】
これに対して、回転加速度ａの第２閾値ＴＨａは、回転速度ｖによって変化している。本形態において、第２閾値ＴＨａは、回転速度ｖの一次関数として設定されている。より具体的には、第２閾値ＴＨａは、回転速度ｖ（図２の横軸）の第１切片ｖｉと回転加速度ａ（図２の縦軸）の第２切片ａｉとを結んだ傾きｍの直線であり、以下の式で表される。
ｍ＝−ａｉ／ｖｉ
ＴＨａ＝ｖ×ｍ＋ａｉ
【００２４】
第１切片ｖｉは、例えば３００ｒｐｍであり、第２切片ａｉは、例えば２０００ｒｐｍ／ｓである。
【００２５】
（決定部２０での判定処理）
図３は、図１に示すモータ制御装置１の決定部２０における判定回路２１の一例を示すブロック図である。図３に示すように、決定部２０には判定回路２１が構成されている。判定回路２１は、絶対値算出器２１１、第１比較器２１２およびアンド回路２１３を有している。従って、第２ローパスフィルタ４２から出力された回転速度ｖ０は、絶対値算出器２１１によって絶対値に変換された後、第１比較器２１２によって第１閾値ＴＨｖと比較され、その結果は、アンド回路２１３の入力として利用される。このようにして、今回検出された回転速度ｖ０と第１閾値ＴＨｖとの比較が行われ、回転速度ｖ０が第１閾値ＴＨｖ以上である場合、アンド回路２１３の第１端子２１３ａにハイレベル（Ｈ）の信号が入力される。これに対して、回転速度ｖ０が第１閾値ＴＨｖ未満である場合、アンド回路２１３の第１端子２１３ａにローレベル（Ｌ）の信号が入力される。
【００２６】
また、判定回路２１は、絶対値算出器２１８、乗算器２１４、加減算器２１５、リミッタ２１６、および第２比較器２１７を有している。従って、絶対値算出器２１１から出力された回転速度ｖ０は、乗算器２１４によって傾きｍと乗算された後、加減算器２１５によって第２切片ａｉが加算される。かかる演算により、今回検出された回転速度ｖ０に対応する第２閾値ＴＨａが得られる。ただし、第２閾値ＴＨａはリミッタ２１６によって０以上の値に制限される。そして、第２比較器２１７によって、今回検出された回転加速度ａ０が第２閾値ＴＨａと比較される。その際、加速度演算部３０から出力された回転加速度ａ０は、絶対値算出器２１８によって絶対値に変換されている。そして、第２比較器２１７での比較結果は、アンド回路２１３の入力として利用される。このようにして、第２閾値ＴＨａを規定する一次関数に、今回検出された回転速度ｖ０を代入して得た回転加速度ａの算出結果（第２閾値ＴＨａ）と、加速度演算部３０による回転加速度ａ０の算出結果との比較が行われる。そして、回転加速度ａ０が第２閾値ＴＨａ以上である場合、アンド回路２１３の第２端子２１３ｂにハイレベル（Ｈ）の信号が入力される。これに対して、回転加速度ａ０が第２閾値ＴＨａ未満である場合、アンド回路２１３の第２端子２１３ｂにローレベル（Ｌ）の信号が入力される。
【００２７】
その結果、アンド回路２１３において、第１端子２１３ａおよび第２端子２１３ｂの双方に入力された信号のレベルがハイレベル（Ｈ）であれば、アンド回路２１３からハイレベル（Ｈ）の信号（真偽値の「真」の信号）が出力されるので、決定部２０は、推定部１０を有効（オン）と決定する。これに対して、アンド回路２１３において、第１端子２１３ａおよび第２端子２１３ｂの少なくとも一方の端子に入力された信号のレベルがローレベル（Ｌ）であれば、アンド回路２１３からローレベル（Ｌ）の信号（真偽値の「偽」の信号）が出力されるので、決定部２０は、推定部１０を無効（オフ）と決定する。
【００２８】
（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のモータ制御装置１において、決定部２０は、モータＭの回転速度（回転速度ｖ０）に対して設定された第１閾値ＴＨｖとモータＭの回転加速度（回転加速度ａ０）に対して設定された第２閾値ＴＨａとによって、推定部１０での負荷イナーシャ等の推定の推定オン区間ＯＮおよび推定オフ区間ＯＦＦが規定されている。ここで、第２閾値ＴＨａは、モータＭの回転速度に対応して変化する値である。このため、決定部２０は、コギング等の影響によって、今回検出された加速度の絶対値が大きくなった場合には、推定を停止すべきであると決定することができる。それ故、比較的簡素な構成で、コギング等の影響によって回転加速度の検出値が上昇した場合でも、負荷イナーシャ等を推定する推定部１０の有効および無効を適正に決定することができる。
【００２９】
また、第２閾値ＴＨａは、モータの回転速度の一次関数として設定されているため、第２閾値ＴＨａの設定が容易である。この場合でも、コギング等の影響については排除することができる。また、推定部１０は、トルク指令値ｔ０、回転速度、および回転加速度に基づいて、負荷イナーシャおよび粘性摩擦係数を推定する。かかる構成に対応して、トルク指令値ｔ０は、第１ローパスフィルタ４１を介して推定部１０に入力され、回転速度は、第２ローパスフィルタ４２を介して推定部１０、決定部２０および加速度演算部３０に入力される。従って、コギング等に起因するノイズをトルク指令値ｔ０、回転速度および回転加速度から除去することができる。
【００３０】
（他の実施の形態）
上記実施の形態では、図３を参照して説明した判定回路２１によって決定部２０を構成したが、モータの回転速度の各値に対して第２閾値ＴＨａが規定されたルックアップテーブルに基づいて推定部１０の有効および無効を決定する態様を決定部２０に採用してもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１…モータ制御装置、１０…推定部、１２…速度制御部、１４…電流制御部、１５…位置・速度検出器（速度検出部）、２０…決定部、２１…判定回路、３０…加速度演算部、４１…第１ローパスフィルタ、４２…第２ローパスフィルタ、５０…スイッチ部、２１２…第１比較器、２１３…アンド回路、２１７…第２比較器、ａ、ａ０…回転加速度、ｆ１…負荷イナーシャ推定値、ｆ２…粘性摩擦推定値、ｉ０…電流値、Ｍ…モータ、ＯＮ…推定オン区間、ＯＦＦ…推定オフ区間、ｐ…回転速度指令値、ＴＨｖ…第１閾値、ＴＨａ…第２閾値、ｔ０…トルク指令値、ｖ、ｖ０…回転速度、ａｉ…第２切片、ｖｉ…第１切片
【図１】
2018057061.tif 000003
【図２】
2018057061.tif 000004
【図３】
2018057061.tif 000005
【図４】
2018057061.tif 000006