(57)【要約】【課題】発熱の低減、制御の高い応答性、及び、制御の高い安定性を図るモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置１は、工作機械の主軸を駆動する誘導モータ２を制御する装置であって、動作指令に基づいてトルク指令を生成し、主軸の回転位置及び／又は回転速度を制御する動作制御部２１０，２２０と、トルク指令に基づいて、誘導モータ２の２次磁束を制御する励磁電流指令と、誘導モータ２のトルクを制御するトルク電流指令とを生成し、誘導モータ２のベクトル制御を行う電流制御部２３０と、誘導モータ２の２次磁束を増加させる必要がある動作指令の変化を検知する変化検知部１０と、動作指令の変化が検知された場合に、電流制御部２３０に励磁電流指令又は磁束指令を一時的に大きくさせる磁束増幅を行う磁束増幅部１２と、磁束増幅を行うときに、動作制御部２１０，２２０のゲインを変更するゲイン変更部１４，１６とを備える。【選択図】図１
2019075962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸を駆動する誘導モータを制御するモータ制御装置であって、
動作指令に基づいてトルク指令を生成し、前記主軸の回転位置及び／又は回転速度を制御する動作制御部と、
前記トルク指令に基づいて、前記誘導モータの２次磁束を制御する励磁電流指令と、前記誘導モータのトルクを制御するトルク電流指令とを生成し、前記誘導モータのベクトル制御を行う電流制御部と、
前記誘導モータの２次磁束を増加させる必要がある動作指令の変化を検知する変化検知部と、
前記変化検知部で前記動作指令の変化が検知された場合に、前記電流制御部に前記励磁電流指令又は前記励磁電流指令を生成するための磁束指令を一時的に大きくさせる磁束増幅を行う磁束増幅部と、
前記磁束増幅部で磁束増幅を行うときに、前記動作制御部のゲインを変更するゲイン変更部と、
を備える、モータ制御装置。
【請求項２】
前記ゲイン変更部は、前記磁束増幅部で磁束増幅を行うときに、前記動作制御部のゲインを大きくする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記ゲイン変更部は、前記磁束増幅部で磁束増幅を行うときに、前記動作制御部のゲインを小さくする、請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記磁束増幅部による磁束増幅の時間は、前記誘導モータの２次磁束の変化に関する時定数に基づいて決定される、請求項１〜３の何れか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記動作制御部は、
位置指令に基づいて前記主軸の回転位置を制御する位置制御部と、
速度指令に基づいて前記主軸の回転速度を制御する速度制御部と、
を有し、
前記動作指令の変化は、前記速度指令から前記位置指令への動作指令の変更であり、
前記ゲイン変更部は、
前記位置制御部の位置ゲインを変更する位置ゲイン変更部と、
前記速度制御部の速度ゲインを変更する速度ゲイン変更部と、
を有し、
前記位置ゲイン及び前記速度ゲインの少なくとも一方を変更する、
請求項１〜４の何れか１項に記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記動作制御部は、速度指令に基づいて前記主軸の回転速度を制御する速度制御部を有し、
前記動作指令の変化は、前記速度指令の増加であり、
前記ゲイン変更部は、前記速度制御部の速度ゲインを変更する速度ゲイン変更部を有する、
請求項１〜４の何れか１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、工作機械の主軸を駆動する誘導モータを制御するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械の主軸モータとして、誘導モータが用いられることがある。特許文献１及び２には、このような誘導モータを制御するモータ制御装置が記載されている。
特許文献１には、誘導モータに供給する１次電流を、磁束生成のための励磁電流と、トルク電流とに分けて制御するベクトル制御に関する技術が記載されている。
特許文献２には、速度指令に基づく速度制御と位置指令に基づく位置制御との制御モードを切り換える技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２２３３２９号公報
【特許文献２】特開２００８−３０６７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
誘導モータは、固定子（ステータ）コイルに励磁電流を流して回転磁界を発生させると共に、回転子（ロータ）に誘導電流を発生させ、その電磁力により、回転子が回転磁界の回転を追いかけるように回転するモータである。誘導モータには、固定子コイルに励磁電流が流れることにより発熱が伴うという欠点がある。この欠点の回避を目的として、誘導モータに対する負荷が軽く、高いトルクが必要とされない場合に、回転磁界の磁束又は励磁電流を弱める磁束弱め技術がある。
【０００５】
ところで、位置指令に基づく位置制御では、軽負荷時でも高い応答性が求められる。そのため、磁束弱め技術を用いた場合、誘導モータの磁束を弱めることによりトルクが小さくなった状態で速度制御から位置制御に切り換えると、速度指令から位置指令への変更に従って励磁電流を増加した直後は、磁束が十分に立ち上がっていないために十分なトルクを得ることができず、位置制御の応答性が低下してしまう。
また、速度指令に基づく速度制御時に、加減速を行う場合、大きなトルクが必要となる。そのため、磁束弱め技術を用いた場合、誘導モータの磁束を弱めることによりトルクが小さくなった状態で加減速を行うと、速度指令に従って励磁電流を増加した直後は、磁束が十分に立ち上がっていないために十分なトルクを得ることができず、加速時間が延びてしまう。すなわち、制御の応答性が低下してしまう。
そのため、速度制御から位置制御への制御モード切換時、又は、速度制御中の加減速時には、磁束が十分に立ち上がるまで待ってから動作を開始する必要があった。制御モード切換時又は加減速時に毎回この待ち時間が発生すると、加工時間が長くなってしまう。
【０００６】
この点に関し、制御モード切換時又は加減速時に磁束指令を大きくすることで磁束の立ち上がりを早める技術がある（磁束増幅、磁束ブースト）（特許文献２参照）。
この技術を用いた場合、２次磁束の立ち上がりを早め、位置制御の動作開始又は加速後の動作開始を早めることができる。
しかし、励磁電流を急激に変化させるため、磁束増幅時に誘導モータ２が動いてしまうという過渡現象が生じてしまう問題がある。すなわち、制御の安定性が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、発熱の低減、制御の高い応答性、及び、制御の高い安定性を図るモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）  本発明に係るモータ制御装置（例えば、後述のモータ制御装置１、１Ａ）は、工作機械の主軸を駆動する誘導モータ（例えば、後述の誘導モータ２）を制御するモータ制御装置であって、動作指令に基づいてトルク指令を生成し、前記主軸の回転位置及び／又は回転速度を制御する動作制御部（例えば、後述の位置制御部２１０及び速度制御部２２０（図１）、又は、後述の速度制御部２２０（図８））と、前記トルク指令に基づいて、前記誘導モータの２次磁束を制御する励磁電流指令と、前記誘導モータのトルクを制御するトルク電流指令とを生成し、前記誘導モータのベクトル制御を行う電流制御部（例えば、後述の電流制御部２３０）と、前記誘導モータの２次磁束を増加させる必要がある動作指令の変化を検知する変化検知部（例えば、後述の変化検知部１０）と、前記変化検知部で前記動作指令の変化が検知された場合に、前記電流制御部に前記励磁電流指令又は前記励磁電流指令を生成するための磁束指令を一時的に大きくさせる磁束増幅を行う磁束増幅部（例えば、後述の磁束増幅部１２）と、前記磁束増幅部で磁束増幅を行うときに、前記動作制御部のゲインを変更するゲイン変更部（例えば、後述の位置ゲイン変更部１４及び速度ゲイン変更部１６（図１）、又は、速度ゲイン変更部１６（図８））と、を備える。
【０００９】
（２）  （１）に記載のモータ制御装置において、前記ゲイン変更部は、前記磁束増幅部で磁束増幅を行うときに、前記動作制御部のゲインを大きくしてもよい。
【００１０】
（３）  （１）に記載のモータ制御装置において、前記ゲイン変更部は、前記磁束増幅部で磁束増幅を行うときに、前記動作制御部のゲインを小さくしてもよい。
【００１１】
（４）  （１）〜（３）のいずれかに記載のモータ制御装置において、前記磁束増幅部による磁束増幅の時間は、前記誘導モータの２次磁束の変化に関する時定数に基づいて決定されてもよい。
【００１２】
（５）  （１）〜（４）のいずれかに記載のモータ制御装置（例えば、後述のモータ制御装置１）において、前記動作制御部は、位置指令に基づいて前記主軸の回転位置を制御する位置制御部（例えば、後述の位置制御部２１０）と、速度指令に基づいて前記主軸の回転速度を制御する速度制御部（例えば、後述の速度制御部２２０）とを有してもよく、前記動作指令の変化は、前記速度指令から前記位置指令への動作指令の変更であってもよく、前記ゲイン変更部は、前記位置制御部の位置ゲインを変更する位置ゲイン変更部（例えば、後述の位置ゲイン変更部１４）と、前記速度制御部の速度ゲインを変更する速度ゲイン変更部（例えば、後述の速度ゲイン変更部１６）とを有し、前記位置ゲイン及び前記速度ゲインの少なくとも一方を変更してもよい。
【００１３】
（６）  （１）〜（４）のいずれかに記載のモータ制御装置（例えば、後述のモータ制御装置１Ａ）において、前記動作制御部は、速度指令に基づいて前記主軸の回転速度を制御する速度制御部（例えば、後述の速度制御部２２０）を有してもよく、前記動作指令の変化は、前記速度指令の増加であってもよく、前記ゲイン変更部は、前記速度制御部の速度ゲインを変更する速度ゲイン変更部（例えば、後述の速度ゲイン変更部１６）を有してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、発熱の低減、制御の高い応答性、及び、制御の高い安定性を図るモータ制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す図である。
【図２Ａ】図１Ａ及び図１Ｂに示す主軸制御部の電流制御部の構成の一例を示す図である。
【図２Ｂ】図１Ａ及び図１Ｂに示す主軸制御部の電流制御部の構成の他の一例を示す図である。
【図３】速度制御時の誘導モータの磁束弱め制御と位置制御時の誘導モータの磁束制御の概略図である。
【図４】速度制御から位置制御への制御モード切換時の誘導モータの励磁電流と２次磁束の概略図である。
【図５Ａ】速度制御から位置制御への制御モード切換時の誘導モータの励磁電流と２次磁束の概略図である。
【図５Ｂ】誘導モータの磁束ブースト制御の概略図である。
【図６Ａ】第１実施形態に係るモータ制御装置による磁束増幅動作の一例の概略図である。
【図６Ｂ】第１実施形態に係るモータ制御装置による磁束増幅動作の他の一例の概略図である。
【図７】第１実施形態に係るモータ制御装置による磁束増幅動作のフローチャートである。
【図８】第２実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す図である。
【図９】誘導モータの磁束弱め制御の概略図である。
【図１０Ａ】速度指令の変化（増加）時の誘導モータの励磁電流と２次磁束の概略図である。
【図１０Ｂ】誘導モータの磁束ブースト制御の概略図である。
【図１１Ａ】第２実施形態に係るモータ制御装置による磁束増幅動作の一例の概略図である。
【図１１Ｂ】第２実施形態に係るモータ制御装置による磁束増幅動作の他の一例の概略図である。
【図１２】第２実施形態に係るモータ制御装置による磁束増幅動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す図である。図１に示すモータ制御装置１は、スピンドル加工機のような工作機械の主軸を回転駆動する誘導モータ２を制御するための装置である。モータ制御装置１は、数値制御部（ＣＮＣ）１００と、主軸制御部２００と、駆動部３００とを備える。
【００１８】
数値制御部１００は、工作機械の動作プログラム（加工プログラムともいう。）を記憶している。なお、数値制御部１００は、外部装置に記憶されている工作機械の動作プログラムを取得するようにしてもよい。
数値制御部１００は、この動作プログラム（加工プログラム）に基づいて、速度指令に基づく速度制御モードと位置指令に基づく位置制御モードとの制御モードの切り換えを行う。速度制御モード時、数値制御部１００は、主軸の回転速度を制御するための速度指令ｖｃｍｄを生成し、主軸制御部２００に供給する。また、位置制御モード時、数値制御部１００は、主軸の回転位置を制御するための位置指令Ｐｃｍｄを生成し、主軸制御部２００に供給する。
【００１９】
主軸制御部２００は、速度制御モード時、数値制御部１００からの速度指令ｖｃｍｄに従って、誘導モータ２を駆動制御する。また、主軸制御部２００は、位置制御モード時、数値制御部１００からの位置指令Ｐｃｍｄに従って、誘導モータ２を駆動制御する。主軸制御部２００は、位置制御部２１０と、制御切換部２１２と、速度制御部２２０と、電流制御部２３０とを備える。本実施形態では、位置制御部２１０と速度制御部２２０とが、主軸の回転位置及び／又は回転速度を制御する動作制御部を構成する。
【００２０】
位置制御部２１０は、数値制御部１００からの位置指令Ｐｃｍｄと、誘導モータ２に設けられたエンコーダ３で検出された誘導モータ２の位置（回転位置）のフィードバックＰａとの差分に基づいて速度指令ｖｃｍｄを生成する。位置制御部２１０は、例えば比例器と積分器とを含むＰＩ制御器、又は比例器を含むＰ制御器等のゲインを設定可能な制御器で構成される。
【００２１】
制御切換部２１２は、例えば数値制御部１００からの制御モード切換信号に基づいて、位置制御部２１０からの速度指令ｖｃｍｄと数値制御部１００からの速度指令ｖｃｍｄとを切り換える。具体的には、制御切換部２１２は、速度制御モード時、数値制御部１００からの速度指令ｖｃｍｄを速度制御部２２０に供給する。また、制御切換部２１２は、位置制御モード時、位置制御部２１０からの速度指令ｖｃｍｄを速度制御部２２０に供給する。
【００２２】
速度制御部２２０は、数値制御部１００からの速度指令ｖｃｍｄ又は位置制御部２１０からの速度指令ｖｃｍｄと、誘導モータ２に設けられたエンコーダ３で検出された誘導モータ２の実速度（速度ＦＢ）ｖａとの差分に基づいてトルク指令Ｔｃｍｄを生成する。速度制御部２２０は、例えば比例器と積分器とを含むＰＩ制御器等のゲインを設定可能な制御器で構成される。
【００２３】
電流制御部２３０は、速度制御部２２０からのトルク指令Ｔｃｍｄと、エンコーダ３からの実速度ｖａと、駆動部３００に設けられた電流検出器３１０で検出された駆動部３００の出力電流、すなわち誘導モータ２を駆動するための実電流（電流ＦＢ、駆動電流）Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて、駆動部３００を駆動するための電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを生成する。
【００２４】
数値制御部１００及び主軸制御部２００（及び、後述する数値制御部１００Ａ及び主軸制御部２００Ａ）は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等の演算プロセッサで構成される。数値制御部１００及び主軸制御部２００（及び、後述する数値制御部１００Ａ及び主軸制御部２００Ａ）の機能は、例えば記憶部に格納された所定のソフトウェア（プログラム）を実行することで実現される。数値制御部１００及び主軸制御部２００（及び、後述する数値制御部１００Ａ及び主軸制御部２００Ａ）の機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。
【００２５】
駆動部３００は、電流制御部２３０からの電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて、誘導モータ２を駆動するための実電流（駆動電流）Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを生成する。
駆動部３００は、例えば、商用３相交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータからの直流電力を３相交流電力に変換するインバータとにより構成される。この場合、電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗはインバータの制御電圧として用いられる。
【００２６】
図２Ａは、図１に示す主軸制御部２００における電流制御部２３０の構成の一例を示す図であり、図２Ｂは、図１に示す主軸制御部２００における電流制御部２３０の構成の他の一例を示す図である。
図２Ａ及び図２Ｂに示す電流制御部２３０（すなわち主軸制御部２００）は、誘導モータ２の１次電流すなわち駆動電流を、磁束生成のための励磁電流（ｄ相電流）と、トルク生成のためのトルク電流（ｑ相電流）とに分けて制御するベクトル制御を行う。
【００２７】
図２Ａに示す電流制御部２３０は、磁束指令発生部２３１と、減算器２３２，２３５，２３８と、磁束制御部２３３と、磁束推定部２３４と、励磁電流制御部２３６と、トルク電流指令発生部２３７と、トルク電流制御部２３９と、２相−３相変換部２４０とを備える。
【００２８】
磁束指令発生部２３１は、トルク指令Ｔｃｍｄと誘導モータ２の実速度（速度ＦＢ）ｖａとに基づいて、誘導モータ２の磁束生成のための磁束指令Φｃｍｄを生成する。
【００２９】
減算器２３２は、磁束指令Φｃｍｄと、磁束推定部２３４で推定された誘導モータ２の２次磁束の推定値Φ２ｄとの差分を求める。
磁束制御部２３３は、減算器２３２で求められた磁束指令Φｃｍｄと磁束推定値Φ２ｄとの差分に基づいて、励磁電流指令（ｄ相電流指令）Ｉｄｃｍｄを生成する。
磁束推定部２３４は、磁束制御部２３３で生成された励磁電流指令Ｉｄｃｍｄと、例えば記憶部（図示省略）に格納された誘導モータ２の相互インダクタンスＭと、誘導モータ２の回路定数で決まる時定数τ＝Ｌ２／Ｒ２とに基づいて、下式（１）より誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを推定する。
【数１】
2019075962.tif 000003
なお、磁束推定部２３４は、励磁電流指令Ｉｄｃｍｄに代えて誘導モータ２の励磁電流（ｄ相電流）のフィードバックＩ１ｄを用い、下式（２）より誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを推定してもよい。
【数２】
2019075962.tif 000004
【００３０】
このように、磁束指令発生部２３１、減算器２３２、磁束制御部２３３及び磁束推定部２３４は、上式（１）又は上式（２）のように時定数τ＝Ｌ２／Ｒ２の１次遅れを考慮して励磁電流指令Ｉｄｃｍｄ又は励磁電流Ｉ１ｄから誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを推定し、磁束指令Φｃｍｄと磁束推定値Φ２ｄとの偏差から励磁電流指令Ｉｄｃｍｄを生成する。
【００３１】
減算器２３５は、磁束制御部２３３で生成された励磁電流指令Ｉｄｃｍｄと、２相−３相変換部２４０によって実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが変換された励磁電流（ｄ相電流）のフィードバックＩ１ｄとの差分を求める。
励磁電流制御部２３６は、励磁電流指令Ｉｄｃｍｄと励磁電流のフィードバックＩ１ｄとの差分に基づいて、ｄ相電圧指令Ｖｄｃｍｄを生成する。
【００３２】
トルク電流指令発生部２３７は、トルク指令Ｔｃｍｄに基づいてトルク電流指令（ｑ相電流指令）Ｉｑｃｍｄを生成する。
【００３３】
減算器２３８は、トルク電流指令発生部２３７で生成されたトルク電流指令Ｉｑｃｍｄと、２相−３相変換部２４０によって実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが変換されたトルク電流（ｑ相電流）のフィードバックＩ１ｑとの差分を求める。
トルク電流制御部２３９は、トルク電流指令Ｉｑｃｍｄとトルク電流のフィードバックＩ１ｑとの差分に基づいて、ｑ相電圧指令Ｖｑｃｍｄを生成する。
【００３４】
２相−３相変換部２４０は、ｄ相電圧指令Ｖｄｃｍｄとｑ相電圧指令Ｖｑｃｍｄとを、ｕｖｗ各相の電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。また、２相−３相変換部２４０は、ｕｖｗ各相の実電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを、励磁電流（ｄ相電流）Ｉ１ｄ及びトルク電流（ｑ相電流）Ｉ１ｑに変換する。
【００３５】
図２Ｂに示す電流制御部２３０は、図２Ａに示す電流制御部２３０における、磁束指令発生部２３１、減算器２３２、磁束制御部２３３及び磁束推定部２３４に代えて、励磁電流指令発生部２４１を備える。
励磁電流指令発生部２４１は、トルク指令Ｔｃｍｄと誘導モータ２の実速度（速度ＦＢ）ｖａとに基づいて、励磁電流指令（ｄ相電流指令）Ｉｄｃｍｄを生成する。
【００３６】
このように、図２Ｂに示す電流制御部２３０では、励磁電流指令発生部２４１により励磁電流を直接指令することで間接的に誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを制御する。
ここで、上式（２）に示すように、誘導モータ２では、励磁電流（ｄ相電流）Ｉ１ｄを供給しても、２次磁束Φ２ｄは時定数τ＝Ｌ２／Ｒ２だけ遅れて立ち上がる。
この点に関し、図２Ａに示す電流制御部２３０では、磁束指令発生部２３１、減算器２３２、磁束制御部２３３及び磁束推定部２３４により、時定数τ＝Ｌ２／Ｒ２の１次遅れを考慮して励磁電流から誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを推定し、磁束指令Φｃｍｄと磁束推定値Φ２ｄとの偏差から励磁電流指令Ｉｄｃｍｄを生成する。これにより、図２Ａの電流制御部２３０は、図２Ｂの電流制御部２３０よりも、励磁電流変化時の過渡状態における誘導モータ２の制御性を向上できる。
【００３７】
ところで、モータ制御装置１は、速度指令に基づく速度制御時、誘導モータ２の発熱低減のため、誘導モータ２の負荷が軽く高トルクが必要とされない場合（軽負荷時）には、誘導モータ２の２次磁束（励磁電流）を小さく制御する（磁束弱め制御）。例えば、図２Ａに示す電流制御部２３０では、磁束指令発生部２３１により、図３（実線）に示すように、トルク指令が小さくなるにつれて磁束指令を次第に小さくするように、トルク指令に応じて磁束指令を変更する。また、図２Ｂに示す電流制御部２３０では、励磁電流指令発生部２４１により、図３（実線）に示すように、トルク指令が小さくなるにつれて励磁電流指令を次第に小さくするように、トルク指令に応じて磁束指令を変更する。
【００３８】
一方、位置指令に基づく位置制御では軽負荷時でも高い応答性（指令に対する追従性）が求められるため、軽負荷時の磁束指令又は励磁電流指令を大きく設定する。例えば、図２Ａに示す電流制御部２３０では、磁束指令発生部２３１により、図３（一点鎖線）に示すように、トルク指令によらず常に磁束指令を１００％に設定する。また、図２Ｂに示す電流制御部２３０では、励磁電流指令発生部２４１により、図３（一点鎖線）に示すように、トルク指令によらず常に励磁電流指令を１００％に設定する。
【００３９】
例えば、停止状態（軽負荷時）の速度制御モードにおいて磁束弱め制御により磁束指令又は励磁電流指令を３０％にしているときに速度制御モードから位置制御モードに切り換えると、磁束指令又は励磁電流指令は３０％から１００％に変化する。このとき、図４に示すように、実際の２次磁束Φ２ｄは、励磁電流Ｉ１ｄ、すなわち磁束指令又は励磁電流指令に対して時定数τ＝Ｌ２／Ｒ２で遅れて立ち上がる。
【００４０】
誘導モータ２のトルクＴは、下式（３）に示すように２次磁束Φ２ｄとトルク電流（ｑ相電流）Ｉ１ｑの積で表される。
【数３】
2019075962.tif 000005
Ｎｐ：極対数
そのため、図５Ａに示すように、速度制御モードから位置制御モードへ制御モードが変更する場合、磁束指令又は励磁電流指令を増加した直後（時刻ｔ１直後）は、２次磁束Φ２ｄが十分に立ち上がっていないために十分なトルクを出力することができず、位置制御の応答性が低下してしまう。
そのため、制御モード切換時、２次磁束が十分に立ち上がるまで待ってから動作を開始する必要があった（時刻ｔ２）。制御モード切換時に毎回この待ち時間が発生すると、加工時間が長くなってしまう。
【００４１】
この点に関し、制御モード切換時に磁束指令又は励磁電流指令を１００％以上に大きくすることで２次磁束の立ち上がりを早める技術がある（磁束増幅、磁束ブースト）（特許文献２参照）。
例えば、図２Ａに示す電流制御部２３０では、磁束指令発生部２３１により、図５Ｂに示すように、磁束指令３０％の速度制御モードから磁束指令１００％の位置制御モードに切り換えるときに、所定時間だけ磁束指令を例えば２００％に増幅する（時刻ｔ１）。また、図２Ｂに示す電流制御部２３０では、励磁電流指令発生部２４１により、図５Ｂに示すように、励磁電流指令３０％の速度制御モードから励磁電流指令１００％の位置制御モードに切り換えるときに、所定時間だけ励磁電流指令を例えば２００％に増幅する（時刻ｔ１）。これにより、２次磁束の立ち上がりを早め、位置制御の動作開始を早めることができる（時刻ｔ２）。
しかし、励磁電流を急激に変化させることで生じるトルク変動が静止摩擦力よりも大きくなってしまい、磁束増幅時に誘導モータ２が動いてしまうという過渡現象が生じてしまう問題がある。
【００４２】
そこで、本実施形態では、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、速度指令から位置指令への動作指令の変更時に、磁束指令又は励磁電流指令を一時的（ｔ１１−ｔ１２）に増加させる磁束増幅を行うと共に、位置制御の位置ゲイン及び速度制御の速度ゲインの少なくとも一方のゲインを変更（大きく、又は、小さく）する。
【００４３】
具体的には、図１に示すように、主軸制御部２００は、変化検知部１０と、磁束増幅部１２と、位置ゲイン変更部１４と、速度ゲイン変更部１６とを備える。
【００４４】
変化検知部１０は、速度指令から位置指令への動作指令の変更、すなわち誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを増加させる必要がある動作指令の変化を検知する。変化検知部１０は、例えば上述した制御モード切換信号に基づいて、速度指令から位置指令への動作指令の変更を検出する。
【００４５】
磁束増幅部１２は、変化検知部１０で速度指令から位置指令への変更が検知された場合に、磁束指令又は励磁電流指令を一時的に大きくさせる磁束増幅を行う。
例えば、磁束増幅部１２は、図１及び図２Ａに示すように、電流制御部２３０における磁束指令発生部２３１に増幅信号を送信する。これにより、磁束指令発生部２３１は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、速度制御から位置制御へ制御モードが切り換わるときに（時刻ｔ１１）、磁束指令を大きくする。
また、磁束増幅部１２は、図１及び図２Ｂに示すように、電流制御部２３０における励磁電流指令発生部２４１に増幅信号を送信する。これにより、励磁電流指令発生部２４１は、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、速度制御から位置制御へ制御モードが切り換わるときに（時刻ｔ１１）、励磁電流指令を大きくする。
磁束増幅部１２による磁束増幅の時間（ｔ１１−ｔ１２）は、誘導モータ２の時定数τ＝Ｌ２／Ｒ２に基づいて決定される。
【００４６】
位置ゲイン変更部１４は、磁束増幅部１２で磁束増幅を行うときに、位置制御部２１０の位置ゲインを変更する。例えば、図６Ａに示すように、位置ゲイン変更部１４は、磁束増幅時（ｔ１１−ｔ１２）に、位置制御部２１０の位置ゲインを大きくしてもよい。又は、図６Ｂに示すように、位置ゲイン変更部１４は、磁束増幅時（ｔ１１−ｔ１２）に、位置制御部２１０の位置ゲインを小さくしてもよい。
【００４７】
速度ゲイン変更部１６は、磁束増幅部１２で磁束増幅を行うときに、速度制御部２２０の速度ゲインを変更する。例えば、図６Ａに示すように、速度ゲイン変更部１６は、磁束増幅時（ｔ１１−ｔ１２）に、速度制御部２２０の速度ゲインを大きくしてもよい。又は、図６Ｂに示すように、速度ゲイン変更部１６は、磁束増幅時（ｔ１１−ｔ１２）に、速度制御部２２０の速度ゲインを小さくしてもよい。
【００４８】
なお、位置ゲイン変更部１４による位置制御部２１０の位置ゲインの変更と、速度ゲイン変更部１６による速度制御部２２０の速度ゲインの変更との両方が行われてもよいし、何れか一方が行われてもよい。
【００４９】
次に、図７を参照して、第１実施形態に係るモータ制御装置１による磁束増幅動作について説明する。
【００５０】
まず、変化検知部１０は、速度指令から位置指令への動作指令の変更が生じたか否かを判定する（Ｓ１）。速度指令から位置指令への動作指令の変更が検知されない場合、磁束増幅部１２は磁束増幅を行わず、位置ゲイン変更部１４は位置制御部２１０の位置ゲインとして速度制御モードの標準ゲインを適用し、速度ゲイン変更部１６は速度制御部２２０の速度ゲインとして速度制御モードの標準ゲインを適用する（Ｓ２）（図６Ａ及び図６Ｂにおけるｔ１１以前）。
【００５１】
一方、速度指令から位置指令への動作指令の変更が検知されると、磁束増幅部１２は、磁束指令又は励磁電流指令を一時的に大きくさせる磁束増幅を行う（Ｓ３）（図６Ａ及び図６Ｂにおける時刻ｔ１１）。
【００５２】
このとき、位置ゲイン変更部１４は位置制御部２１０の位置ゲインを磁束増幅時のゲインに変更（大きく、又は、小さく）し、速度ゲイン変更部１６は速度制御部２２０の速度ゲインを磁束増幅時のゲインに変更（大きく、又は、小さく）する（Ｓ４）（図６Ａ及び図６Ｂにおける時刻ｔ１１）。
なお、位置ゲイン変更部１４による位置制御部２１０の位置ゲインの変更と、速度ゲイン変更部１６による速度制御部２２０の速度ゲインの変更との両方が行われてもよいし、何れか一方が行われてもよい。
【００５３】
次に、例えば磁束増幅部１２は、磁束増幅開始から所定時間（ｔ１１−ｔ１２）経過したかを判定し（Ｓ５）、所定時間経過したときに磁束増幅を停止する（Ｓ６）（図６Ａ及び図６Ｂにおける時刻ｔ１２）。
【００５４】
このとき、位置ゲイン変更部１４は位置制御部２１０の位置ゲインとして位置制御モードの標準ゲインを適用し、速度ゲイン変更部１６は速度制御部２２０の速度ゲインとして位置制御モードの標準ゲインを適用する（Ｓ７）（図６Ａ及び図６Ｂにおけるｔ１２以降）。
【００５５】
以上説明したように、第１実施形態のモータ制御装置１によれば、速度指令から位置指令への動作指令の変更時に、磁束指令又は励磁電流指令を増加させて誘導モータ２の２次磁束を増加させる磁束増幅を一時的に行う。これにより、速度制御時に、誘導モータ２の発熱の低減のために誘導モータ２の軽負荷時に磁束弱め制御を行っても、速度制御から位置制御への制御モード切換時には、誘導モータ２の２次磁束を早く立ち上げることができ、位置制御の動作開始を早めることができる（位置制御の高い応答性）。
また、第１実施形態のモータ制御装置１によれば、磁束増幅時、位置制御の位置ゲイン及び速度制御の速度ゲインの少なくとも一方のゲインを変更する。例えば、位置制御ループ又は速度制御ループのゲインを大きくすると、誘導モータ２の動きに対する収束性を高めることができ、誘導モータ２が動く過渡現象を抑制することができる。また、位置制御ループ又は速度制御ループのゲインを小さくすると、誘導モータ２の動きを鈍くすることができ、誘導モータ２が動く過渡現象を抑制することができる（制御の高い安定性）。
このように、第１実施形態のモータ制御装置１によれば、誘導モータ２の軽負荷時の磁束弱めによる誘導モータ２の発熱の低減と、速度指令から位置指令への動作指令の変更時の誘導モータ２の位置制御の高い応答性と、磁束増幅時の誘導モータ２の制御の高い安定性とを図ることができる。
【００５６】
（第２実施形態）
第１実施形態では、速度指令に基づく速度制御と位置指令に基づく位置制御との制御モード切換を行うモータ制御装置について説明した。第２実施形態では、速度指令に基づく速度制御において加速動作を行うモータ制御装置について説明する。
【００５７】
図８は、第２実施形態に係るモータ制御装置の構成を示す図である。図８に示すモータ制御装置１Ａは、図１に示すモータ制御装置１における数値制御部１００及び主軸制御部２００に代えて、数値制御部１００Ａ及び主軸制御部２００Ａを備える。
【００５８】
数値制御部１００Ａは、動作プログラム（加工プログラム）に基づいて、速度制御モードと位置制御モードとの制御モードの切り換えを行わず、速度指令ｖｃｍｄを生成し、主軸制御部２００に供給する。
【００５９】
主軸制御部２００Ａは、上述した速度制御モードのみで動作し、数値制御部１００Ａからの速度指令ｖｃｍｄに従って、誘導モータ２を駆動制御する。主軸制御部２００Ａは、図１に示す主軸制御部２００における位置制御部２１０と制御切換部２１２と位置ゲイン変更部１４とを備えない構成である。本実施形態では、速度制御部２２０が、主軸の回転速度を制御する動作制御部を構成する。
【００６０】
本実施形態でも、モータ制御装置１は、誘導モータ２の発熱低減のため、誘導モータ２の負荷が軽く高トルクが必要とされない場合（軽負荷時）には、誘導モータ２の２次磁束（励磁電流）を小さく制御する（磁束弱め制御）。例えば、図２Ａに示す電流制御部２３０では、磁束指令発生部２３１により、図９に示すように、トルク指令が小さくなるにつれて磁束指令を次第に小さくするように、トルク指令に応じて磁束指令を変更する。また、図２Ｂに示す電流制御部２３０では、励磁電流指令発生部２４１により、図９に示すように、トルク指令が小さくなるにつれて励磁電流指令を次第に小さくするように、トルク指令に応じて磁束指令を変更する。
【００６１】
例えば、磁束弱め制御により磁束指令又は励磁電流指令を３０％にしているときに停止状態から加速動作を行うと、トルク指令は０％から１００％に変化するため、磁束指令又は励磁電流指令は３０％から１００％に変化する。このとき、図４に示すように、実際の２次磁束Φ２ｄは、励磁電流Ｉ１ｄ、すなわち磁束指令又は励磁電流指令に対して時定数τ＝Ｌ２／Ｒ２で遅れて立ち上がる。
【００６２】
上述したように、誘導モータ２のトルクＴは、上式（３）に示すように２次磁束Φ２ｄとトルク電流（ｑ相電流）Ｉ１ｑの積で表される。
そのため、図１０Ａに示すように、加速時のような大きなトルクが必要な場合、すなわち速度指令が増加する場合、磁束指令又は励磁電流指令を増加した直後（時刻ｔ１直後）は、２次磁束Φ２ｄが十分に立ち上がっていないために十分なトルクを出力することができず、加速時間が延びてしまう。
そのため、加速時、２次磁束が十分に立ち上がるまで待ってから動作を開始する必要があった（時刻ｔ２）。加速時に毎回この待ち時間が発生すると、加工時間が長くなってしまう。
【００６３】
この点に関し、上述したように、加速時に磁束指令又は励磁電流指令を１００％以上に大きくすることで２次磁束の立ち上がりを早める技術がある（磁束増幅、磁束ブースト）。
例えば、図２Ａに示す電流制御部２３０では、磁束指令発生部２３１により、図１０Ｂに示すように、磁束指令３０％から磁束指令１００％にする加速時に、所定時間だけ磁束指令を例えば２００％に増幅する（時刻ｔ１）。また、図２Ｂに示す電流制御部２３０では、励磁電流指令発生部２４１により、図５Ｂに示すように、励磁電流指令３０％から励磁電流指令１００％にする加速時に、所定時間だけ励磁電流指令を例えば２００％に増幅する（時刻ｔ１）。これにより、２次磁束の立ち上がりを早め、加速後の動作開始を早めることができる（時刻ｔ２）。
しかし、励磁電流を急激に変化させることで生じるトルク変動が静止摩擦力よりも大きくなってしまい、磁束増幅時に誘導モータ２が動いてしまうという過渡現象が生じてしまう問題がある。
【００６４】
そこで、本実施形態でも、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、速度指令の変化（増加）時に、磁束指令又は励磁電流指令を一時的（ｔ１１−ｔ１２）に増加させる磁束増幅を行うと共に、速度制御の速度ゲインを変更（大きく、又は、小さく）する。
【００６５】
具体的には、図８に示すように、主軸制御部２００Ａは、変化検知部１０と、磁束増幅部１２と、速度ゲイン変更部１６とを備える。
【００６６】
変化検知部１０は、速度指令の変化（増加）、すなわち誘導モータ２の２次磁束Φ２ｄを増加させる必要がある動作指令の変化を検知する。
【００６７】
磁束増幅部１２は、変化検知部１０で速度指令の変化（増加）が検知された場合に、磁束指令又は励磁電流指令を一時的に大きくさせる磁束増幅を行う。
例えば、磁束増幅部１２は、図８及び図２Ａに示すように、電流制御部２３０における磁束指令発生部２３１に増幅信号を送信する。これにより、磁束指令発生部２３１は、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、加速時に（時刻ｔ１１）、磁束指令を大きくする。
また、磁束増幅部１２は、図８及び図２Ｂに示すように、電流制御部２３０における励磁電流指令発生部２４１に増幅信号を送信する。これにより、励磁電流指令発生部２４１は、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、加速時に（時刻ｔ１１）、励磁電流指令を大きくする。
【００６８】
速度ゲイン変更部１６は、磁束増幅部１２で磁束増幅を行うときに、速度制御部２２０の速度ゲインを変更する。例えば、図１１Ａに示すように、速度ゲイン変更部１６は、磁束増幅時（ｔ１１−ｔ１２）に、速度制御部２２０の速度ゲインを大きくしてもよい。又は、図１１Ｂに示すように、速度ゲイン変更部１６は、磁束増幅時（ｔ１１−ｔ１２）に、速度制御部２２０の速度ゲインを小さくしてもよい。
【００６９】
次に、図１２を参照して、第２実施形態に係るモータ制御装置１Ａによる磁束増幅動作について説明する。
【００７０】
まず、変化検知部１０は、速度指令の変化（増加）が生じたか否かを判定する（Ｓ１１）。速度指令の変化（増加）が検知されない場合、磁束増幅部１２は磁束増幅を行わず、速度ゲイン変更部１６は速度制御部２２０の速度ゲインとして標準ゲインを適用する（Ｓ１２）（図１１Ａ及び図１１Ｂにおけるｔ１１以前）。
【００７１】
一方、速度指令の変化（増加）が検知されると、磁束増幅部１２は、磁束指令又は励磁電流指令を一時的に大きくさせる磁束増幅を行う（Ｓ３）（図１１Ａ及び図１１Ｂにおける時刻ｔ１１）。
【００７２】
このとき、速度ゲイン変更部１６は、速度制御部２２０の速度ゲインを磁束増幅時のゲインに変更（大きく、又は、小さく）する（Ｓ１４）（図１１Ａ及び図１１Ｂにおける時刻ｔ１１）。
【００７３】
次に、例えば磁束増幅部１２は、磁束増幅開始から所定時間（ｔ１１−ｔ１２）経過したかを判定し（Ｓ５）、所定時間経過したときに磁束増幅を停止する（Ｓ６）（図１１Ａ及び図１１Ｂにおける時刻ｔ１２）。
【００７４】
このとき、速度ゲイン変更部１６は、速度制御部２２０の速度ゲインとして標準ゲインを適用する（Ｓ１７）（図１１Ａ及び図１１Ｂにおけるｔ１２以降）。
【００７５】
以上説明したように、第２実施形態のモータ制御装置１Ａによれば、速度指令の変化（増加）に、磁束指令又は励磁電流指令を増加させて誘導モータ２の２次磁束を増加させる磁束増幅を一時的に行う。これにより、誘導モータ２の発熱の低減のために誘導モータ２の軽負荷時に磁束弱め制御を行っても、加速時には、誘導モータ２の２次磁束を早く立ち上げることができ、十分なトルクを得られ、加速時間を短縮でき、加速後の動作開始を早めることができる（位置制御の高い応答性）。
また、第２実施形態のモータ制御装置１Ａによれば、磁束増幅時、速度制御の速度ゲインを変更する。例えば、速度制御ループのゲインを大きくすると、誘導モータ２の動きに対する収束性を高めることができ、誘導モータ２が動く過渡現象を抑制することができる。また、速度制御ループのゲインを小さくすると、誘導モータ２の動きを鈍くすることができ、誘導モータ２が動く過渡現象を抑制することができる（制御の高い安定性）。
このように、第２実施形態のモータ制御装置１Ａによれば、誘導モータ２の軽負荷時の磁束弱めによる誘導モータ２の発熱の低減と、速度指令の変化（増加）時の誘導モータ２の制御の高い応答性と、磁束増幅時の誘導モータ２の制御の高い安定性とを図ることができる。
【００７６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１，１Ａ  モータ制御装置
２  誘導モータ
３  エンコーダ
１０  変化検知部
１２  磁束増幅部
１４  位置ゲイン変更部（ゲイン変更部）
１６  速度ゲイン変更部（ゲイン変更部）
１００，１００Ａ  数値制御部
２００，２００Ａ  主軸制御部
２１０  位置制御部（動作制御部）
２１２  制御切換部
２２０  速度制御部（動作制御部）
２３０  電流制御部
２３１  磁束指令発生部
２３２，２３５，２３８  減算器
２３３  磁束制御部
２３４  磁束推定部
２３６  励磁電流制御部
２３７  トルク電流指令発生部
２３９  トルク電流制御部
２４０  ２相−３相変換部
２４１  励磁電流指令発生部
３００  駆動部
３１０  電流検出器
【図１】
2019075962.tif 000006
【図２Ａ】
2019075962.tif 000007
【図２Ｂ】
2019075962.tif 000008
【図３】
2019075962.tif 000009
【図４】
2019075962.tif 000010
【図５Ａ】
2019075962.tif 000011
【図５Ｂ】
2019075962.tif 000012
【図６Ａ】
2019075962.tif 000013
【図６Ｂ】
2019075962.tif 000014
【図７】
2019075962.tif 000015
【図８】
2019075962.tif 000016
【図９】
2019075962.tif 000017
【図１０Ａ】
2019075962.tif 000018
【図１０Ｂ】
2019075962.tif 000019
【図１１Ａ】
2019075962.tif 000020
【図１１Ｂ】
2019075962.tif 000021
【図１２】
2019075962.tif 000022