(57)【要約】【課題】モータが異常状態になったことを早期に検出できるモータ制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置は、入力された電流指令値に基づき電圧指令値を算出し、算出した電圧指令値を用いて前記モータの駆動制御を行う制御部と、前記制御部が算出した前記電圧指令値と前記モータの仕様に関する複数のパラメータとに基づき前記モータを流れる電流値をシミュレートする仮想モータ部と、前記制御部に入力された前記電流指令値と前記仮想モータ部によりシミュレートされた前記電流値とを比較することで前記モータが異常状態にあるか否かを判定する判定部と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータを制御するモータ制御装置であって、
入力された電流指令値に基づき電圧指令値を算出し、算出した電圧指令値を用いて前記モータの駆動制御を行う制御部と、
前記制御部が算出した前記電圧指令値と前記モータの仕様に関する複数のパラメータとに基づき前記モータを流れる電流値をシミュレートする仮想モータ部と、
前記制御部に入力された前記電流指令値と前記仮想モータ部によりシミュレートされた前記電流値とを比較することで前記モータが異常状態にあるか否かを判定する判定部と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記制御部には、前記電流指令値としてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値が入力され、
前記制御部は、入力された前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値に基づき、前記電圧指令値として、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記複数のパラメータは、前記モータの各相の電機子の抵抗値を示すパラメータ、前記モータのｄ軸インダクタンスを示すパラメータ、前記モータのｑ軸インダクタンスを示すパラメータ及び前記モータ内の永久磁石の電機子鎖交磁束を示すパラメータを含む、
ことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記複数のパラメータに含まれる少なくとも１つの前記パラメータが、前記モータの物性値の温度依存性を示す情報であり、
前記仮想モータ部は、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値と前記複数のパラメータと前記モータの温度とに基づき、前記モータのｄ軸電流値及びｑ軸電流値をシミュレートする、
ことを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータが暴走すると作業者に危険が及ぶことやモータにより駆動されている機器が破損することがある。そのため、モータの回転速度やモータの駆動電流を閾値と比較することで、モータが暴走状態となっているか否かを判定することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ただし、モータの回転速度等と閾値との比較では、モータが暴走状態になったことを早期に検出できない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２２９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、モータが異常状態になったことを早期に検出でき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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一観点に係る、モータを制御するモータ制御装置は、入力された電流指令値に基づき電圧指令値を算出し、算出した電圧指令値を用いて前記モータの駆動制御を行う制御部と、前記制御部が算出した前記電圧指令値と前記モータの仕様に関する複数のパラメータとに基づき前記モータを流れる電流値をシミュレートする仮想モータ部と、前記制御部に入力された前記電流指令値と前記仮想モータ部によりシミュレートされた前記電流値とを比較することで前記モータが異常状態にあるか否かを判定する判定部と、を備える。
【０００７】
すなわち、本発明の一観点に係るモータ制御装置は、制御部に入力された電流指令値と、制御部が当該電流指令値から算出した電圧指令値に基づき仮想モータ部によりシミュレートされた電流値とを比較することでモータが異常状態にあるか否かを判定する構成を有する。換言すれば、モータ制御装置は、モータが異常状態にあるか否かを判定するための基準値自体（電流指令値、又は、シミュレートされた電流値）が状況に応じて変更される構成を有する。従って、モータ制御装置によれば、その分、モータが異常状態になったことを、従来よりも早期に検出することが可能となる。
【０００８】
モータ制御装置の各部（制御部、仮想モータ部、判定部）としては、具体的な構成の異なる様々なものを採用することが出来る。例えば、判定部は、モータが異常状態にあるか否かを判定するために、電流指令値と電流値の間の差を閾値と比較するものであっても良い。また、電流指令値と電流値の比を閾値（上下限閾値）と比較するものであっても良い。
【０００９】
モータ制御装置に、『前記制御部には、前記電流指令値としてｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値が入力され、前記制御部は、入力された前記ｄ軸電流指令値及び前記ｑ軸電流指令値に基づき、前記電圧指令値として、ｄ軸電圧指令値及びｑ軸電圧指令値を算出する
』構成を採用しておいても良い。換言すれば、モータ制御装置の制御部は、ベクトル制御を行うものであっても良い。
【００１０】
ベクトル制御を行う制御部を採用する場合、複数のパラメータは、前記モータの各相の電機子の抵抗値を示すパラメータ、前記モータのｄ軸インダクタンスを示すパラメータ、前記モータのｑ軸インダクタンスを示すパラメータ及び前記モータ内の永久磁石の電機子鎖交磁束を示すパラメータを含んでも良い。また、前記複数のパラメータに含まれる少なくとも１つの前記パラメータを、前記モータの物性値の温度依存性を示す情報としておき、仮想モータ部として、前記ｄ軸電圧指令値及び前記ｑ軸電圧指令値と前記複数のパラメータと前記モータの温度とに基づき、前記モータのｄ軸電流値及びｑ軸電流値をシミュレートするものを採用して良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、モータが異常状態になったことを早期に検出でき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】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置の概略構成及び使用形態の説明図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係るモータ制御装置が備える制御部の機能ブロック図である。
【図３】図３は、モータ制御部の機能ブロック図である。
【図４】図４は、仮想モータ部の機能ブロック図である。
【図５】図５は、判定部が行う判定処理の流れ図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置の概略構成及び使用形態の説明図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係るモータ制御装置が備える制御部の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
《第１実施形態》
図１に、本発明の第１実施形態に係るモータ制御装置２０の概略構成及び使用形態を示す。
【００１５】
本実施形態に係るモータ制御装置２０は、モータ（三相モータ）５５を駆動するための装置（いわゆるサーボドライバ）である。図示してあるように、モータ制御装置２０は、パワー回路２１と制御部３０とを備える。
【００１６】
パワー回路２１は、制御部３０（詳細は後述）の制御下、モータ５５に供給する三相交流を生成する回路である。パワー回路２１は、三相電源５０からの三相交流を整流するための整流回路２２と平滑コンデンサ２３とを備えている。また、パワー回路２１は、平滑コンデンサ２３により平滑化された整流回路２２の出力電圧を、三相交流電圧に変換するためのインバータ回路２４も備えている。
【００１７】
制御部３０は、基本的には、ＰＬＣ（Programmable logic controller）等の上位装置
１０からの指示に従ってインバータ回路２４を制御することによりモータ５５を制御するユニットである。制御部３０は、プロセッサ（ＣＰＵ、マイクロコントローラ等）とその周辺回路とから構成されている。
【００１８】
図示してあるように、モータ制御装置２０には、モータ５５のＵ相電流値Iｕ、Ｖ相電
流値Ｉｖ、Ｗ相電流値Ｉｗを測定するための３つの電流センサ２５が設けられている。また、モータ５５には、モータ５５の回転角θを検出するための回転角センサ５６が設けられており、制御部３０には、これらのセンサ２５，５６からの情報が入力されている。
【００１９】
以下、図２〜図５を用いて、制御部３０の機能を説明する。図２は、制御部３０の機能ブロック図であり、図３は、モータ制御部３１の機能ブロック図である。また、図４は、仮想モータ部３２の機能ブロック図であり、図５は、判定部３３が行う判定処理の流れ図である。なお、図２〜図４に示してある各機能ブロックは、ソフトウェアが用いられたもの（プロセッサの一機能として実現されたもの）であっても、ハードウェア（集積回路等）であってもよい。
【００２０】
図２に示してあるように、モータ制御装置２０の制御部３０は、モータ制御部３１、仮想モータ部３２及び判定部３３として機能する。
【００２１】
モータ制御部３１は、電流指令値Ｉｄｒｅｑ及びＩｑｒｅｑと、モータ５５のＵ相電流値Iｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ、Ｗ相電流値Ｉｗ及び回転角θとに基づき、ベクトル制御により
、モータ５５を制御する機能ブロックである。仮想モータ部３２及び判定部３３は、モータ５５が異常状態になったことを早期に検出できるようにするために、制御部３０に実装されている機能ブロックである。
【００２２】
以下、モータ制御部３１、仮想モータ部３２及び判定部３３の機能を具体的に説明する。
【００２３】
〔モータ制御部３１〕
図３に示してあるように、モータ制御部３１は、ＰＩ制御部４１、二相三相変換部４２、ＰＷＭ信号生成部４３及び三相二相変換部４４を備える。
【００２４】
ＰＩ制御部４１は、電流指令値Ｉｄｒｅｑと三相二相変換部４４からの電流値Ｉｄと間の電流偏差のＰＩ演算により電圧指令値Ｖｄを生成すると共に、電流指令値Ｉｑｒｅｑと三相二相変換部４４からの電流値Iｑ間の電流偏差のＰＩ演算により電圧指令値Ｖｑを生
成する機能ブロックである。なお、本実施形態における電流指令値Ｉｄｒｅｑ及びＩｑｒｅｑは、上位装置１０からの指令（速度指令、位置指令等）と他の情報（モータ５５の速度等）とに基づき、制御部３０内で生成される情報である。ただし、電流指令値Ｉｄｒｅｑ及びＩｑｒｅｑは、上位装置１０から入力される情報であっても良い。
【００２５】
二相三相変換部４２は、ＰＩ制御部４１からの電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑを、モータ５５の回転角θを用いて、三相交流の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する機能ブロックである。ＰＷＭ信号生成部４３は、二相三相変換部４２からの電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づき、インバータ回路２４内の６つの半導体スイッチのＯＮ／ＯＦＦ制御用のＰＷＭ信号を生成する機能ブロックである。
【００２６】
三相二相変換部４４は、モータ５５の回転角θに基づき、各相用の電流センサ２５により検知された各相の電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを、回転座標系における二相の電流値Ｉｄ、Ｉｑに変換する機能ブロックである。
【００２７】
モータ制御部３１は、以上のような構成によりベクトル制御を行う機能ブロックであると共に、判定部３３から所定の停止指示が入力された場合には、モータ５５（インバータ回路２４）に対する制御を中止する機能ブロック（図２参照）となっている。
【００２８】
〔仮想モータ部３２〕
仮想モータ部３２（図２）は、モータ制御部３１が算出した電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑ等と、予め設定されている各種モータパラメータとに基づき、電流指令値Ｉｄｒｅｑ及びＩｑｒｅｑをシミュレートする機能ブロックである。
【００２９】
この仮想モータ部３２には、モータ制御装置２０の実際の運用を開始する前に、上位装置１０又は他のコンピュータから、以下のようなモータパラメータが設定される。
・モータ５５の各相の電機子の抵抗値Ｒ［ｏｈｍ］
・モータ５５のｄ軸インダクタンスＬｄ［Ｈ］及びｑ軸インダクタンスＬｑ［Ｈ］
・モータ５５内の永久磁石の電機子鎖交磁束φｍ［Ｖ／（ｒａｄ／ｓｅｃ）］
【００３０】
また、モータ制御装置２０の運用中、仮想モータ部３２には、モータ制御部３１（図３）によるモータ５５の制御処理中で生成された電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑと電流値Ｉｄ、Ｉｑとモータ５５の電機角速度ω（θから算出された電気角θeを微分した値）とが入力され
る。
【００３１】
そして、仮想モータ部３２は、図４に模式的に示してあるように、以下の（１）式にてｓＩｄ，ｓＩｑを算出し、算出したｓＩｄ，ｓＩｑを積分することで、Ｉｄ，Ｉｑのシミュレーション結果Ｉｄ′，Ｉｑ′を算出する処理を繰り返すように構成されている。
【００３２】
【数１】
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なお、この（１）式におけるｓは、ラプラス演算子である。また、（１）式は、永久磁石同期モータのｄｑ座標系における電圧方程式である以下の（２）式を、ｓＩｄ，ｓＩｑについて解いた式である。
【００３３】
【数２】
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【００３４】
〔判定部３３〕
判定部３３は、仮想モータ部３２によりＩｄ，Ｉｑのシミュレーション結果Ｉｄ′，Ｉｑ′が算出される度に、図５に示した手順の判定処理を行う機能ブロックである。
【００３５】
すなわち、仮想モータ部３２によりＩｄ，Ｉｑのシミュレーション結果Ｉｄ′，Ｉｑ′が算出されると、判定部３３は、仮想電流値と実電流値との間に異常判定条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１０１）。
【００３６】
ここで、仮想電流値とは、シミュレーション結果Ｉｄ′及びＩｑ′の双方又は一方のことである。また、実電流値とは、仮想電流値がＩｄ′及びＩｑ′である場合には、電流指令値Ｉｄｒｅｑ及びＩｑｒｅｑ、又は、電流値Ｉｄ及びＩｑのことであり、仮想電流値がＩｘ′（ｘ＝ｄ、ｑ）である場合には、電流指令値Ｉｘｒｅｑ、又は、電流値Ｉｘのことである。
【００３７】
異常判定条件とは、モータ５５が異常状態となったと判定できるときに成立するように予め定められている条件（実電流値及び仮想電流値の関係式）のことである。
【００３８】
すなわち、仮想電流値（Ｉｄ′及びＩｑ′の双方又は一方）は、モータ５５が正常な状態にある場合にモータ５５を流れる二相電流値の理論値である。従って、仮想電流値と実電流値の違いの多寡によりモータ５５が異常状態となったか否かを判定できる。
【００３９】
具体的には、Ｉｄ′及びＩｑ′を仮想電流値として使用し、Ｉｄ、Ｉｑを実電流値として使用する場合には、例えば、以下のような条件を異常判定条件として使用すれば、モータ５５が異常状態となったか否かを判定することができる。
・（Ｉｄ′−Ｉｄ）２＋（Ｉｑ′−Ｉｑ）２≧閾値
・（Ｉｄ′／Ｉｄ）値がＩｄ用許容範囲外、且つ、（Ｉｑ′／Ｉｑ）値がＩｑ用許容範囲外
【００４０】
また、Ｉｘ′（ｘ＝ｄ、ｑ）を仮想電流値として使用し、Ｉｘを実電流値として使用する場合には、例えば、以下のような条件を異常判定条件として使用すれば、モータ５５が異常状態となったか否かを判定することができる。
・｜Ｉｘ′−Ｉｘ｜≧閾値
・（Ｉｘ′／Ｉｘ）値が許容範囲外
なお、上記した各種条件における各閾値、各許容範囲は、実験等により予め定めておけば良い。
【００４１】
異常判定条件が成立していなかった場合（ステップＳ１０１；ＮＯ）、判定部３３は、特に処理を行うことなく、この判定処理（図５の処理）を終了する。一方、異常判定条件が成立していた場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、判定部３３は、モータ制御部３１に制御の停止を指示（ステップＳ１０２）してから、この判定処理を終了する。
【００４２】
以上、説明したように、本実施形態に係るモータ制御装置２０は、モータ制御部３１に入力された電流指令値と、モータ制御部３１が当該電流指令値から算出した電圧指令値に基づきシミュレートされたモータ５５を流れる電流値とを比較することでモータ５５が異常状態にあるか否かを判定する構成を有する。換言すれば、モータ制御装置は、モータ５５が異常状態にあるか否かを判定するための基準値自体（電流指令値、又は、シミュレートされた電流値）が状況に応じて変更される構成を有する。従って、モータ制御装置によれば、その分、モータが異常状態になったことを、従来よりも早期に検出することが可能となる。
【００４３】
《第２実施形態》
図６に、本発明の第２実施形態に係るモータ制御装置２０ｂの概略構成及び使用形態を示す。
【００４４】
本実施形態に係るモータ制御装置２０ｂは、モータ制御装置２０の制御部３０を、制御部３０ｂに置換した装置である。制御部３０ｂは、モータ５５が異常状態になったか否かの判定をモータ５５の温度を考慮して行うように制御部３０を変形したユニットである。
【００４５】
具体的には、図７に示してあるように、制御部３０ｂは、制御部３０の仮想モータ部３２を、仮想モータ部３２ｂに置換した構成を有している。
【００４６】
仮想モータ部３２ｂは、仮想モータ部３２と同様に、モータ制御部３１が算出した電圧指令値Ｖｄ、Ｖｑ等と、予め設定されている各種モータパラメータとに基づき、電流指令値Ｉｄｒｅｑ及びＩｑｒｅｑをシミュレートする機能ブロックである。
【００４７】
ただし、仮想モータ部３２ｂには、各種モータパラメータとして、モータ５５の各相の電機子の抵抗値をモータ５５の温度Ｔの関数として表した情報Ｒ（Ｔ）や、モータ５５のｄ軸インダクタンスを温度Ｔの関数として表した情報Ｌｄ（Ｔ）等が設定される。また、仮想モータ部３２ｂには、モータ５５に取り付けられた温度センサ５７からモータ５５の温度Ｔが入力される。そして、仮想モータ部３２ｂは、モータ５５の現在の温度Ｔにおけるパラメータ値（抵抗値Ｒ、ｄ軸インダクタンスＬｄ等）を用いて、Ｉｄ′及びＩｑ′を算出する（図４参照）ように構成されている。
【００４８】
以上、説明したように、本実施形態に係るモータ制御装置２０ｂは、モータ５５の温度Ｔを考慮して電流指令値をシミュレートする構成、すなわち、モータ５５の温度Ｔの影響を考慮して異常判定条件を決定する必要がない構成を有する。そして、上記したモータ制御装置２０では、モータ５５の温度Ｔの影響を考慮して異常判定条件を決定する必要があるのであるから、モータ制御装置２０ｂによれば、モータ５５の温度Ｔの影響を考慮して異常判定条件を決定する必要がない分、モータ５５が異常状態になったことを、モータ制御装置２０よりも早期に検出できることになる。
【００４９】
《変形例》
上記した各実施形態に係るモータ制御装置（２０，２０ｂ）は、各種の変形を行えるものである。例えば、制御部３０（モータ制御部３１）を、センサレスのベクトル制御を行うものや、ベクトル制御を行わないものに変形しても良い。判定部３３を、異常判定条件が成立していた場合、停止指示を出すと共に、又は、停止指示を出さずに、その旨を示す情報を上位装置１０に送信するものに変形しても良い。
【００５０】
仮想モータ部３２ｂに設定する全モータパラメータを、温度依存性を示すものとするのではなく、仮想モータ部３２ｂに設定する幾つかのモータパラメータを、温度依存性を示すものとしておいても良い。
【００５１】
《付記》
モータ（５５）を制御するモータ制御装置（２０）であって、
入力された電流指令値に基づき電圧指令値を算出し、算出した電圧指令値を用いて前記モータの駆動制御を行う制御部（３１）と、
前記制御部（３１）が算出した前記電圧指令値と前記モータ（５５）の仕様に関する複数のパラメータとに基づき前記モータを流れる電流値をシミュレートする仮想モータ部（３２）と、
前記制御部（３１）に入力された前記電流指令値と前記仮想モータ部（３２）によりシミュレートされた前記電流値とを比較することで前記モータ（５５）が異常状態にあるか否かを判定する判定部（３３）と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置（２０）。
【符号の説明】
【００５２】
１０  上位装置
２０、２０ｂ  モータ制御装置
２１  パワー回路
２２  整流回路
２３  平滑コンデンサ
２４  インバータ回路
２５  電流センサ
３０、３０ｂ  制御部
３１  モータ制御部
３２、３２ｂ  仮想モータ部
３３  判定部
４１  ＰＩ制御部
４２  二相三相変換部
４３  ＰＷＭ信号生成部
４４  三相二相変換部
５０  三相電源
５５  モータ
５６  回転角センサ
５７  温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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