(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を整流して母線間に出力するコンバータと、前記コンバータの出力を平滑化して母線電圧を生成する平滑コンデンサと、前記母線間に接続された回生抵抗および回生トランジスタと、モータを駆動する駆動電流を供給するインバータを有するアンプ部と、
指令速度および指令加速度のパターン情報である指令パターンに基づいて、前記モータに接続された機械負荷の位置決め制御用の位置指令値を生成する指令生成部と、
を備える位置決め制御装置であって、
前記インバータは、前記母線間に接続され、前記位置指令値に基づいて前記駆動電流を供給し、
前記指令生成部は、位置決め動作の開始前に前記指令パターンから予測される回生電力量予測値と前記平滑コンデンサに蓄積可能なエネルギー値とを求めて、
前記回生電力量予測値が前記エネルギー値より大きい場合は、加速度の絶対値に上限値が与えられている条件下で前記モータのピーク速度が最小になるような前記位置指令値を前記位置決め動作において使用し、
前記回生電力量予測値が前記エネルギー値以下である場合は、前記指令パターンに基づいた前記位置指令値を前記位置決め動作において使用する
ことを特徴とする位置決め制御装置。
【請求項２】
前記アンプ部は、前記位置指令値と前記モータの位置に基づいて指令信号を出力するサーボ制御部を有し、
前記インバータは、前記指令信号に基づいて前記駆動電流を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の位置決め制御装置。
【請求項３】
前記指令生成部は、前記機械負荷および前記モータの可動部分のイナーシャＪと、
前記指令パターンに基づいたピーク速度ｖｐを用いて、前記回生電力量予測値を
【数１】
0005805353.tif 000021
と求める
ことを特徴とする請求項１または２に記載の位置決め制御装置。
【請求項４】
前記指令生成部は、前記平滑コンデンサの容量Ｃと、前記回生トランジスタがオンとなる電圧値Ｖｏｎと、前記コンバータが出力する定常的な前記母線電圧の値を表す基準母線電圧Ｖ０を用いて、前記エネルギー値を
【数２】
0005805353.tif 000022
と求める
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位置決め制御装置。
【請求項５】
前記指令生成部は、前記平滑コンデンサの容量Ｃと、前記回生トランジスタがオンとなる電圧値Ｖｏｎと、前記コンバータが出力する定常的な前記母線電圧の値を表す基準母線電圧Ｖ０と、１より大きい定数Ｇを用いて、前記エネルギー値を
【数３】
0005805353.tif 000023
と求める
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位置決め制御装置。
【請求項６】
前記指令生成部は、前記平滑コンデンサの容量Ｃと、前記回生トランジスタがオンとなる電圧値Ｖｏｎと、前記位置決め動作の開始時の母線電圧Ｖｄｃを用いて、前記エネルギー値を
【数４】
0005805353.tif 000024
と求める
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位置決め制御装置。
【請求項７】
前記指令生成部は、前記平滑コンデンサの容量Ｃと、前記回生トランジスタがオンとなる電圧値Ｖｏｎと、前記位置決め動作の開始時の母線電圧Ｖｄｃと、１より大きい定数Ｇを用いて、前記エネルギー値を
【数５】
0005805353.tif 000025
と求める
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の位置決め制御装置。
【請求項８】
前記指令加速度のパターンが、加速開始時に加速度が漸減し、減速開始時に減速度が漸増するパターンである
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の位置決め制御装置。
【請求項９】
前記指令加速度のパターンが、加速開始時に加速度は予め定めた期間一定加速度を維持し、その後加速度は漸減し、減速に転じた後は減速度が漸増していき、その後減速度が予め定めた期間一定減速度を維持するパターンである
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の位置決め制御装置。
【請求項１０】
前記平滑コンデンサは、前記母線間に並列に接続された複数のコンデンサから構成される
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の位置決め制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決め制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーボモータをはじめとするモータは、搬送機械、半導体製造装置、電子部品実装機、ロボットなどさまざまな産業用機械の位置決め制御用の駆動源に使用されている。産業用機械のランニングコストを抑制するためには、モータが位置決め動作を行う際の消費電力量、即ち積算電力を小さくする必要がある。【０００３】
消費電力量を削減するために、効率が高いモータや電源回生コンバータなどの機器を使用するという方法も考えられるが、これらの機器は高価であるという問題がある。位置決め制御用の指令値を工夫することで消費電力量を削減できれば、新たな機器導入をせずに、安価に消費電力量の削減を図ることができる。【０００４】
位置決め時間が短いが消費電力量が大きい位置決め制御用指令値と、位置決め時間が長いが消費電力が小さい位置決め制御用指令値とを記憶させておき、これらを使用者が選択できるようにしておくという技術が公開されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３２５４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
位置決め動作は、機械負荷をある位置から別の位置に移動させるために、加速動作と減速動作を伴う。加速動作を行う際は、モータは電力を消費するが、減速動作を行う際は、逆に、モータは発電状態となり回生電力が一般に発生する。例えば、サーボアンプのように、モータを駆動するためのモータ駆動機器には回生抵抗と回生トランジスタが備わることが多い。このような構成の場合、回生電力が発生すると、一部は回生抵抗で消費されるが、発生したすべての回生電力が回生抵抗で消費されるわけではなく、一部はモータ駆動機器内に残留し、次の位置決め動作に使用される。この回生電力は、モータ駆動時の消費電力量を考える上で重要な要素であり、従来技術はこの回生電力を考慮していないため、消費電力量の低減が十分ではないという課題がある。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位置決め動作時の消費電力量を低減する位置決め制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電源を整流して母線間に出力するコンバータと、前記コンバータの出力を平滑化して母線電圧を生成する平滑コンデンサと、前記母線間に接続された回生抵抗および回生トランジスタと、モータを駆動する駆動電流を供給するインバータを有するアンプ部と、指令速度および指令加速度のパターン情報である指令パターンに基づいて、前記モータに接続された機械負荷の位置決め制御用の位置指令値を生成する指令生成部と、を備える位置決め制御装置であって、前記インバータは、前記母線間に接続され、前記位置指令値に基づいて前記駆動電流を供給し、前記指令生成部は、位置決め動作の開始前に前記指令パターンから予測される回生電力量予測値と前記平滑コンデンサに蓄積可能なエネルギー値とを求めて、両者の比較結果に基づいて、前記指令パターンに基づいた前記位置指令値を前記位置決め動作において使用するか否かを決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる位置決め制御装置によれば、モータを用いて機械負荷を位置決め制御する際の消費電力量を小さくするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる位置決め制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる指令生成部の処理手順を表すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１にかかる基準指令パターンで規定される指令速度と指令加速度の例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１にかかる別の基準指令パターンで規定される指令速度と指令加速度の例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１にかかるさらに別の基準指令パターンで規定される指令速度と指令加速度の例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１にかかるモータのピーク速度が最小になる指令速度と指令加速度の波形を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１にかかる位置決め動作を行った際のモータ速度とアンプ部の母線電圧の関係の典型的な例を表す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２にかかる位置決め制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２にかかる指令生成部の処理手順を表すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２において一定速度動作がない位置決め動作を行った際の速度と母線電圧の関係を表す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２において機械負荷の摩擦が比較的大きい場合位置決め動作を行った際の速度と母線電圧の関係を表す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態３にかかる位置決め制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態３にかかる指令生成部の処理手順を表すフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態３にかかる位置決め動作を複数回間歇的に行った際のモータ速度と母線電圧の関係を表す図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態４にかかる位置決め制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態４にかかる指令生成部の処理手順を表すフローチャートである。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態４にかかる加速動作時に加速度が漸減し、減速開始時に減速度が漸増する指令パターンの例を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態４にかかる加速開始時に加速度は予め定めた期間一定加速度を維持し、その後加速度は漸減し、減速に転じた後は減速度が漸増していき、その後減速度が予め定めた期間一定減速度を維持する指令パターンの例を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態４にかかる加速度が加速開始時に漸減し、減速開始時に減速度が漸増する指令パターンを示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態４にかかる加速度が加速開始時に漸増し、減速開始時に減速度が漸減する指令パターンを示す図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態４にかかる加速度が加速動作中、および減速動作中一定の指令パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる位置決め制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる位置決め制御装置の全体構成を示すブロック図である。図１には、モータ１、エンコーダ２、ボールネジ３、位置決めヘッド４、カップリング５、アンプ部７、指令生成部１０、および交流電源２１が示されている。例えば、ボールネジ３、位置決めヘッド４、カップリング５などが、モータ１に接続された機械負荷である。
【００１３】
アンプ部７は、指令生成部１０から指令パターンである位置決め制御指令値１１を受信し、指令値に追従するように、モータ１に電流１４を供給する。アンプ部７は、サーボ制御部１２、コンバータ部２２、平滑コンデンサ２３、回生抵抗２４、回生トランジスタ２５およびインバータ部２６を備える。回生抵抗２４および回生トランジスタ２５は、平滑コンデンサ２３と並列するように母線間に接続されている。回生トランジスタ２５は回生抵抗２４に通電させるために設置されている。
【００１４】
モータ１は、アンプ部７からの電流１４によって駆動され、位置決め制御の駆動源となる。モータ１に接続されたエンコーダ２は、モータ１の位置および速度を検出し、検出情報１３、即ち、モータ位置および速度情報を出力する。ボールネジ３は、カップリング５によってモータ１に接続されている。モータ１の回転運動はボールネジ３によって並進運動に変換され、ボールネジ３に固定された位置決めヘッド４の運動が制御される。
【００１５】
図１に示す例では、ボールネジ３、位置決めヘッド４およびカップリング５で機械負荷を構成している。なお、図１には、ボールネジ３を利用して機械負荷を位置決め制御する例を示しているが、本発明はこれに限定されず、タイミングベルト(timing belt)やラックアンドピニオン(rack and pinion)などの他の機構を用いてもよいし、これらの機構を複数個組み合わせて機械負荷の位置決め制御が実現されていてもよい。
【００１６】
交流電源２１は、アンプ部７に交流電力を供給する。アンプ部７では、供給された交流電力をもとに、以下のようにモータ１に電流１４を供給する。交流電源２１が接続されたコンバータ部２２は、交流電源２１から供給される交流電力を整流して母線間に出力する。コンバータ部２２は、例えば、ダイオードスタックにより実現される。整流された交流電力は、平滑コンデンサ２３により平滑化された直流電源となり、これにより母線間に母線電圧を生成する。
【００１７】
回生トランジスタ２５は、モータ１が動作中に母線電圧が過度に上昇するとオン（ＯＮ）し、回生電力を回生抵抗２４に消費させ、母線電圧を低下させる。インバータ部２６は、パルス幅変調（ＰＷＭ：pulse  width  modulation）を行い、後述する電圧指令１５をもとにして、指令値に追従するようにモータ１を駆動するための電流１４をモータ１に供給する。
【００１８】
サーボ制御部１２は、位置決め制御用の位置決め指令値である位置指令信号１１にモータ１の位置が追従するように、電圧指令１５を算出する。モータ１の位置は、エンコーダ２が出力するモータ検出情報１３としてサーボ制御部１２に与えられる。電圧指令１５を算出する具体例は、位置指令１１とモータ位置１３をもとにフィードバック制御を構成することが挙げられるが、これに限られるものではなく、フィードフォワード制御を併用してもよい。アンプ部７の具体例は、サーボアンプや汎用インバータなどが該当する。
【００１９】
指令生成部１０は、位置決め制御用の位置指令値１１を生成し、アンプ部７に出力するものであり、本実施の形態の中心的な役割を果たす構成要素である。指令生成部１０は、位置決め制御時の移動量Ｄ、位置決めが開始されてから終了するまでの時間である移動時間Ｔ、位置決め制御時に許容される最大の加速度である最大加速度Ａmaxなどの位置決め動作仕様情報、可動部分イナーシャＪ、平滑コンデンサ２３の容量Ｃ、後述する基準指令パターン情報、および位置決め開始されるタイミングを規定する指令始動信号に基づいて、位置指令値を生成する。
【００２０】
ここで、可動部分イナーシャＪとは、モータ１の回転に伴い可動する部分のイナーシャの合計値である。図１においては、モータ１のロータ部分イナーシャと位置決めヘッド４、ボールネジ３、およびカップリング５のイナーシャを合計した値となる。また、指令始動信号の具体例は、オンおよびオフ（ＯＦＦ）で構成され、オフからオンに切換った瞬間に位置指令値の生成が開始される例が挙げられ、機械の動作シーケンスを司るプログラマブルロジックコントローラなどが指令始動信号を生成し、これが指令生成部１０に与えられる。
【００２１】
移動量Ｄ、移動時間Ｔ、最大加速度Ａmaxの情報は、ポイントテーブルとして指令生成部１０内に予め登録されるという形で記憶されていてもよいし、位置決め始動信号と同時にこれらの情報もプログラマブルロジックコントローラから同時に受信する形で与えられてもよい。また、可動部分イナーシャＪおよび平滑コンデンサ２３の容量Ｃの情報は指令生成部１０に予め記憶されているものとする。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態１で中心的役割を果たす指令生成部１０の処理手順を表すフローチャートである。図２の処理の流れを以下に説明する。
【００２３】
ステップＳ１０１では、位置決め制御を開始すべきタイミングかどうかを監視する。具体的には、位置決め始動信号が、オフからオンに切換ったタイミングを監視する。もし、位置決め制御を開始すべきタイミングでないと判断された場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）は監視を続行し、位置決めを開始すべきと判断された場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）はステップＳ１０２に移行する。
【００２４】
ステップＳ１０２では、位置決め動作仕様情報および基準指令パターン情報を取得する。ここで、位置決め動作仕様情報とは、位置決め指令値を構成する上で必要な情報であり、具体例は、移動量Ｄ、移動時間Ｔ、最大加速度Ａmaxが該当する。ここで、移動時間とは、機械負荷が停止状態から移動を開始し移動を終了し再び停止状態になるのに要する時間を表し、最大加速度は、機械負荷やモータ１がとれる加速度の絶対値の上限値を表す。
【００２５】
また、基準指令パターン情報とは、位置決め動作をさせるために必要な情報であり、位置決め指令値の形状を指定する情報である。基準指令パターン情報は、指令速度および指令加速度のパターン情報である指令パターンを含んでいる。図３は、本発明の実施の形態１にかかる基準指令パターンで規定される指令速度と指令加速度の例を示す図である。基準指令パターン情報の具体例は、位置決め制御用に用いる指令パターンが、例えば図３に示されるような指令速度の形状が対称三角になる指令値であれば、指令パターンが対称三角であるという情報である。速度が対称三角であるという情報、並びに移動量Ｄおよび移動時間Ｔから、加速時間と減速時間はＴ1＝Ｔ／２、ピーク速度ｖｐ＝２・Ｄ／Ｔ、加速度ａ＝４・Ｄ／Ｔ2など位置決め制御指令値を一意に規定することができる。
【００２６】
なお、図３においては、指令速度と指令加速度の波形を図示しているが、速度パターンである指令速度は位置指令値の微分を表し、加速度パターンである指令加速度は指令速度を微分した信号を指すものとする。指令速度を１回積分した信号が、位置決め制御の指令値である。
【００２７】
また、図４は、本発明の実施の形態１にかかる別の基準指令パターンで規定される指令速度と指令加速度の例を示す図である。別の基準指令パターン情報の例は、位置決め制御用に用いる指令値が、例えば図４に示されるような指令速度の形状が非対称三角になる指令値であれば、指令パターンが非対称三角であるという情報と加速動作時の加速度ａとである。これらの情報から、ピーク速度ｖｐ＝２・Ｄ／Ｔ、加速時間Ｔ1＝ｖｐ／ａ＝２・Ｄ／（ａ・Ｔ）、減速時間Ｔ2＝Ｔ−Ｔ1＝Ｔ−２・Ｄ／（ａ・Ｄ）、減速時の減速度はａｄ＝ｖｐ／Ｔと指令値を一意に規定することができる。ここで、減速度とは、減速動作時における加速度の絶対値を表すものである。
【００２８】
また、図５は、本発明の実施の形態１にかかるさらに別の基準指令パターンで規定される指令速度と指令加速度の例を示す図である。さらに別の基準指令パターン情報の例は、図５に示すようなＳ字加減速を伴う指令パターン情報を含んでいてもよい。基準指令パターン情報は、上述した例に限られるものではなく、停止状態から加速動作を行い、減速動作を行うことで再度停止状態に至る位置決め制御を実現する指令値を規定する情報であれば、どのようなものであってもかまわない。
【００２９】
ステップＳ１０３では、位置決め動作仕様情報で指定され、予め定めた移動量を予め定めた移動時間で、基準指令パターン情報に従った位置指令値のパターンに従って位置決め動作した場合に発生すると予測される回生電力量予測値Ｅ１を算出する。具体的な算出方法の１つは、ステップＳ１０２で取得した、位置決め仕様情報および基準指令パターンの情報から算出した速度指令のピーク速度ｖｐと、機械負荷およびモータ１の可動部分イナーシャＪとに基づいて、
【００３０】
【数１】
0005805353.tif 000002
と計算する。
【００３１】
ステップＳ１０４では、平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギーＥ２を算出する。具体的な算出法の１つは、平滑コンデンサ２３の容量Ｃ、回生トランジスタ２５がオンになる母線電圧値Ｖｏｎおよび基準母線電圧値Ｖ０を用いて、
【００３２】
【数２】
0005805353.tif 000003
と計算することが挙げられる。
【００３３】
ここで、基準母線電圧値Ｖ０はコンバータが出力する定常的な電圧値、すなわち、交流電源をアンプ部７に接続し、インバータに電圧指令を与えず、かつ、モータを動作させていないときの母線電圧値を指すものとする。整流部がダイオードスタックである場合は、交流電源の実効電圧の√２倍である交流電源電圧の波高値が、基準母線電圧値に相当する。
【００３４】
例えば、交流電源のＡＣ２００ボルトで、交流電源の波高値である２００×√２＝２８３ボルトがおおよその基準母線電圧Ｖ０となる。この基準母線電圧Ｖ０、平滑コンデンサ２３の容量Ｃ、回生トランジスタ２５がオンとなる母線電圧値Ｖｏｎも指令生成部１０に予め記憶させておくことでステップＳ１０４の計算を行うことができる。
【００３５】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０３で計算した回生電力量予測値Ｅ１とステップＳ１０４で計算した平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギーＥ２を比較する。もし、回生電力量予測値Ｅ１が平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギーＥ２以下であれば（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６に移行し、そうでなければ（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、ステップＳ１０７に移行する。
【００３６】
ステップＳ１０６では、位置決め制御用の指令値として基準指令パターンを位置決め制御の指令パターンとして選択する。
【００３７】
ステップＳ１０７では、与えられた位置決め動作仕様の情報をもとにモータ１のピーク速度が最小になる指令パターンを選択する。図６は、本発明の実施の形態１にかかるモータ１のピーク速度が最小になる指令速度と指令加速度の波形を示す図である。例えば、位置決め動作仕様が、移動量Ｄ、移動時間Ｔ、さらに加速度の絶対値の上限値が最大加速度Ａmaxであれば、図６に示されるように、加速動作および減速動作を常に絶対値が最大加速度Ａmaxの加速度で行う速度パターンおよび加速度パターンを選択する。図６の中の速度パターンＶ（ｔ）は、時間ｔ＝０で位置決めを開始したときの以下のように表せる。
【００３８】
【数３】
0005805353.tif 000004
ここで、加速時間と減速時間はＴ1、一定速度時間はＴ2、一定速度はｖｐであり、それぞれ、移動量Ｄ、移動時間Ｔ、最大加速度Ａmaxを用いて、以下のように表される。
【００３９】
【数４】
0005805353.tif 000005
【００４０】
ステップＳ１０６もしくはＳ１０７の処理が終了したら、ステップＳ１０８に移行する。ステップＳ１０８では、ステップＳ１０６もしくはＳ１０７で選択された位置決め制御用指令値を時間ごとに生成し、モータ１を動作させ位置決め動作を実際に開始する。なお、ステップＳ１０８に入る前はモータ１の動作は行われず、ステップＳ１０６もしくはＳ１０７で位置決め制御用の指令値が選択されてから、ステップＳ１０８で位置決め制御が実際に開始される。
【００４１】
このように、図２のフローチャートで示した処理に従って、位置決め制御を行うと、位置決め動作時の消費電力量を小さくすることができる。なお、図２のフローチャートは１回の位置決め動作に係る処理を説明したフローチャートである。なお、間歇的に複数回位置決め動作する場合であれば、今回の位置決め動作が完了したならば、再度、ステップＳ１０１に戻り、次の位置決め動作についても同様の処理を繰り返していく。
【００４２】
次に本実施の形態の効果を説明する。図７は、本発明の実施の形態１にかかる位置決め動作を行った際のモータ速度とアンプ部の母線電圧の関係の典型的な例を表す図である。なお以下の議論は、図７に示すように、加速動作において速度が直線的に増加し、減速動作において速度が直線的に減少する場合を例にしてなされているが、加速動作、減速動作がＳ字指令など直線加減速以外のパターンをとっても同様に成立する。また、モータ速度はアンプ部７により指令速度、即ち速度パターンに追従するように制御されるため、モータ速度は指令速度、即ち速度パターンとほぼ同じと見なせる。
【００４３】
位置決め動作を行う直前の母線電圧は、アンプ部７に交流電源２１から交流電圧が供給されてからはじめて位置決め動作をする前、又は、前回の位置決め動作との間の時間が充分大きければ、基準母線電圧をとる。位置決め動作を行うと、モータ１は停止状態、すなわち速度０の状態から加速動作を行い、その後、一定速度を維持し、モータ１の位置が目標距離に近づくと、減速動作を行い停止するという挙動をとる。
【００４４】
このとき母線電圧は、モータ１が仕事を行っている状態である力行か、モータ１に仕事がされている状態である回生かに応じて、変動する。モータ１が加速動作を行うと、電力を消費してモータ１および機械負荷に運動エネルギーを与える。アンプ部７はモータ１にエネルギーを供給するため電力を消費するので、母線電圧は基準母線電圧値より低下する挙動をとる。母線電圧が基準母線電圧以下になると、コンバータ部２２は母線電圧を基準母線電圧値になるように電力を供給する。機械負荷の摩擦が小さいような場合、モータ１が一定速度をとる時間において、モータ１は大きなトルク(torque)を発生する必要がないので、モータ１が行う仕事はほとんど０とみなせる。このため電力をほとんど消費しない。従って、モータ１が一定速度である間に、コンバータ部２２から電力が供給されて、母線電圧は基準母線電圧付近の値に戻る。モータ１が減速動作を行うと、モータ１および機械負荷の運動エネルギーは減少していき回生電力が発生する。減少した運動エネルギーが回生電力となり、母線電圧が基準母線電圧値より上昇する。
【００４５】
前述のとおり、母線電圧が上昇し、予め定めた電圧値である回生トランジスタＯＮ電圧に到達すると、回生トランジスタ２５がオンし、回生電力は回生抵抗２４で消費され、母線電圧が回生トランジスタＯＮ電圧未満に低下する。しかし、図７に示すように、減速動作をして回生状態になっても母線電圧が回生トランジスタＯＮ電圧に到達しない場合には、回生電力は回生抵抗２４で消費されない。減速動作をしても母線電圧が回生トランジスタＯＮ電圧に到達しない場合、回生電力は母線間の平滑コンデンサ２３に蓄えられ、平滑コンデンサ２３に回生電力が蓄えられるにつれて、母線電圧が上昇する。位置決め動作時に発生する回生電力量は機械負荷の運動エネルギーとみなせる。減速動作時にはピーク速度から速度０の状態である停止に至るので、ピーク速度から計算される運動エネルギーを示す（１）式が、位置決め動作時に発生する回生電力量予測値Ｅ１となる。
【００４６】
この回生電力量予測値Ｅ１がすべて平滑コンデンサ２３に蓄積されるならば、回生電力は回生抵抗２４で消費されることはない。平滑コンデンサ２３にエネルギーをどの程度蓄積できるかは、（２）式で見積もることができる。これは、母線電圧値が回生トランジスタＯＮ電圧値をとるときに平滑コンデンサ２３に蓄えられているエネルギー（＝１／２・Ｃ・Ｖｏｎ2）と、母線電圧値が基準母線電圧値をとるときに平滑コンデンサ２３に蓄えられているエネルギー（＝１／２・Ｃ・Ｖ０2）との差に相当する。すなわち、母線電圧が基準母線電圧から回生トランジスタＯＮ電圧まで上昇した場合に、蓄えることができるエネルギーの量を表す。
【００４７】
（１）式で計算される今回の位置決め動作時に発生する回生電力量予測値Ｅ１と（２）式で計算される平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー値Ｅ２を比較し、Ｅ２よりＥ１が小さい場合は、位置決め動作時に発生する回生電力量は、今回の位置決め動作中に回生抵抗２４で消費されず、すべて平滑コンデンサ２３に蓄えられる。平滑コンデンサ２３に蓄えられた回生電力量は、次回の位置決め動作時に再利用することが可能である。位置決め動作に必要になる電力量は、モータ出力分の電力量と損失分の電力量から構成される。サーボモータのような高効率なモータ１を使用した場合、この２つのうち、モータ出力分の電力が支配的である。モータ出力分の電力は、主に加速動作中にモータ１および機械負荷の運動エネルギーとなる。
【００４８】
図２のステップＳ１０５で、ステップＳ１０６に移行すると判断される場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）は、基準指令パターンを用いて位置決め動作をしても、加速動作中にモータ１が機械負荷に与えた運動エネルギーは無駄にならないため、位置決め動作時の消費電力量は小さい。基準指令パターンにショックや振動を低減する効果のあるＳ字指令などを選択することにより、消費電力量の削減と振動ショック低減がある程度両立しながら、位置決め制御を行うことができるという効果もある。
【００４９】
他方、図２のステップＳ１０５で、今回の位置決め動作時に発生する回生電力量予測値Ｅ１が平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー値Ｅ２より大きいと判定される場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）は、位置決め動作を行ったときに、回生電力は平滑コンデンサ２３に蓄えきれず、その一部が回生抵抗２４で消費されることになる。回生抵抗２４で消費されてしまう回生電力は熱になってしまうので、次回の位置決め動作時に再利用することはできない。回生抵抗２４で消費されてしまい再利用することができない電力量をなるべく小さくすることが、位置決め動作時の消費電力量を削減することになる。回生電力量はモータ１および機械負荷の運動エネルギーであるので、運動エネルギーがなるべく小さい、すなわち、加速度の上限値である最大加速度Ａmaxが与えられている条件下でピーク速度がなるべく小さくなる指令パターン、すなわち、（３）式で表せる指令パターンが、回生抵抗２４で消費させてしまう回生電力量をなるべく小さくすることができ、位置決め動作時の消費電力量を小さくする。
【００５０】
（３）式で表される指令パターンは、予め定めた移動量Ｄを予め定めた移動時間Ｔで移動するのに、加速動作をつねに最大加速度Ａmaxで行い、予め定めた一定速度時間を維持した後、減速動作をつねに最大加速度−Ａmaxで行う。仮に加速度の上限値がなければ、移動量Ｄを移動時間Ｔで移動する指令パターンのうちで速度が最も小さくなる指令パターンは、時間０、即ち始動時から時間Ｔまで速度Ｄ／Ｔで移動する指令パターンである。この指令パターンは加速時間および減速時間がともに０である。しかし、このような指令パターンは加速度が無限大となってしまうため、加速度に上限値がある場合は、このような指令パターンを実現することが不可能である。
【００５１】
従って、加速度の絶対値Ａmax以下にしながら、予め定めた移動量Ｄを予め定めた移動時間Ｔでピーク速度が最小になるように位置決めするためには、なるべく短い時間で加速動作を行い、なるべく短い時間で減速動作を行う、すなわち、最大加速度Ａmaxで加速動作と減速動作を行う必要がある。この指令パターンが（３）式で表せる指令パターンであり、加速度に上限値がある場合、ピーク速度が最小になる指令パターンとなる。
【００５２】
なお、本実施の形態では、平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー量Ｅ２を算出する場合において、平滑コンデンサ２３の容量Ｃ、回生トランジスタ２５がオンになる母線電圧値Ｖｏｎ、基準母線電圧Ｖ０の情報から（２）式の計算式を用いて算出した例を説明した。従って、アンプ部７に変更がなければ（２）式による計算値は変わらないので、アンプ部７に対応した、平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー量を（２）式により予め計算しておき、この値を指令生成部１０に記憶させて、この値を取得して処理を行ってもよい。
【００５３】
実施の形態２．
実施の形態１では、平滑コンデンサ２３に蓄積可能な回生電力量を算出するのに、（２）式により計算を行う例を説明したが、これに限られるものではない。本実施の形態では、（２）式以外で計算する例について説明を行う。
【００５４】
図８は、本発明の実施の形態２にかかる位置決め制御装置の全体構成を示すブロック図である。図８のブロック図は図１のブロック図と類似しており、同じ番号を付している箇所に関しては、基本的に同じ働きをするものとして説明を省略する。図１と異なる部分は指令生成部１０である。図１の指令生成部１０は、可動部分イナーシャＪ、平滑コンデンサ２３の容量Ｃの情報を入力、又は予め記憶していたのに対し、図８の指令生成部１０は可動部分イナーシャＪ、平滑コンデンサ２３の容量Ｃに加えて、１より大きい補正係数Ｇの情報が入力される、又は、予め指令生成部１０に記憶されているものとする。この補正係数Ｇがどのようなものかは後述する。
【００５５】
図９は、本発明の実施の形態２にかかる指令生成部１０の処理手順を表すフローチャートである。図９のフローチャートは、図２のフローチャートと類似している。同じ番号を付している箇所については、基本的に同じ処理を行うものとして説明を省略する。
【００５６】
図９のフローチャートが図２のフローチャートと異なる部分は、図２のステップＳ１０４が、図９ではステップＳ１０４ｂに置き換わる点である。ステップＳ１０４ｂでは、平滑コンデンサ２３に蓄えられるエネルギー量Ｅ２を、平滑コンデンサ２３の容量Ｃ、回生トランジスタＯＮ電圧Ｖｏｎ、基準母線電圧Ｖ０、および補正係数Ｇ(＞１)を用いて算出する。これらの情報を用いて以下の（５）式のように平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー量Ｅ２を算出する。
【００５７】
【数５】
0005805353.tif 000006
【００５８】
ステップＳ１０４ｂの処理が終了したら、ステップＳ１０５以降の処理に移行する。ステップＳ１０５以降の処理は実施の形態１の図２と同様なので説明を省略する。図９の処理に従って、位置決め制御を行うと、位置決め動作時の消費電力量を小さくすることができる。
【００５９】
本実施の形態においても、位置決め動作を実際に行う前に、基準指令パターンで動作した場合の回生電力量予測値Ｅ１を算出し、これと平滑コンデンサ２３に蓄えられるエネルギー値Ｅ２との比較結果によって、位置決め制御用の指令値を選択する。この点は実施の形態１と同様なので、位置決め動作時の消費電力量を小さくするという効果が得られる。
【００６０】
実施の形態１では得られず、本実施の形態で得られる効果について説明を行う。実施の形態２と実施の形態１との違いは、平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー量の算出を（２）式の代わりに（５）式で行うことである。ここで、（５）式と（２）式とは、補正係数Ｇ倍だけ異なり、Ｇ＞１なので、（２）式で算出する値よりも、本実施の形態においては平滑コンデンサ２３に蓄えられるエネルギーを大きく算出することになる。この物理的な意味を図１０および図１１を用いて説明する。
【００６１】
図１０は、一定速度時間がない、すなわち、加速動作が終了した直後に減速動作を行う指令パターンに従って位置決め動作を行ったときのモータ１の速度と母線電圧の関係を表す図である。実施の形態１で述べたように、モータ１が加速動作をするとモータ１が電力を消費するため母線電圧は低下し、逆に減速動作を行うとモータ１が回生状態となるため母線電圧が上昇する。
【００６２】
図１０に示すように加速動作終了直後に減速動作を開始すると、加速動作中に母線電圧が低下するため、減速動作開始時の母線電圧は基準母線電圧Ｖ０よりも小さい値をとる。減速動作を開始した時点から回生電力が発生し、母線電圧が上昇し始める。平滑コンデンサ２３に蓄積できるエネルギー量は母線電圧がとる電圧の二乗差に依存する。（２）式では、回生トランジスタＯＮ電圧Ｖｏｎと基準母線電圧Ｖ０の二乗差として示されている。この差が大きければより大きなエネルギーを蓄えることが可能で、逆に小さければそれだけしかエネルギーを蓄えることができない。しかし、図１０の場合は減速動作開始時の母線電圧は基準母線電圧Ｖ０よりも小さい値をとるので、（２）式で示される値より大きいエネルギーを平滑コンデンサ２３に蓄積することができる。
【００６３】
また、図１１は機械負荷の摩擦が比較的大きい場合に、一定速度時間がある指令パターンで位置決め動作をしたときの、モータ速度と母線電圧の関係を表す図である。前述のように加速動作を行うときには母線電圧が小さくなり、減速動作を行うときには母線電圧が大きくなる点は同じである。モータ１が消費する電力の一部には、モータ出力分の消費電力が含まれる。モータ出力はモータトルクとモータ速度の積により表される。機械負荷の摩擦が小さければ、速度が一定であるときにモータトルクがほぼ０となり、モータ１の出力もほぼ０となる。これにより、モータ１はほとんど電力を消費しない。しかし、機械負荷の摩擦が比較的大きいと、速度が一定である場合に機械負荷の摩擦が要因となりモータトルクも大きくなり、モータ出力は０でなくなる。このためモータ駆動装置は電力を消費し、モータ１が一定速度をとっている場合、および減速動作を開始する直前において、母線電圧が基準母線電圧Ｖ０よりも小さくなるという挙動を示す。
【００６４】
図１０および図１１で示されるように減速動作を行う直前の母線電圧は基準母線電圧Ｖ０よりも小さくなる場合には、減速動作時に（２）式で計算される平滑コンデンサ２３に貯められるエネルギー値よりも大きな回生電力量を貯めることができる。そこで、（２）式で計算される平滑コンデンサ２３に蓄えることができるエネルギー値に対し、（５）式に示すように補正係数Ｇ(＞１)を乗じることで、この状況での平滑コンデンサ２３に蓄えることができるエネルギー値をより正確に見積もることができる。
【００６５】
ここで、補正係数Ｇは、例えば、予め位置決め動作を行わせたときの減速動作を開始直前の母線電圧値を測定し、その母線電圧値から計算される平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー値と、（２）式で計算される平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー値との比として決定することが考えられる。母線電圧値から計算される平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー値とは、基準母線電圧の代わりに減速動作開始直前の母線電圧値を代入し計算した値である。
【００６６】
本実施の形態は、位置決め始動前に、今回の位置決め動作時に発生する回生電力量と、平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギーを算出し、これらの比較結果に応じて、位置決め指令パターンを使い分けるという点は同じなので、実施の形態１と同様の効果がある。さらに、本実施の形態によれば、実施の形態１に比べて、平滑コンデンサ２３に蓄えられるエネルギーをより正確に見積もるので、位置決め動作時の消費電力量を削減するのに有利な指令値の選択が可能になるという効果がある。
【００６７】
実施の形態３．
実施の形態１および２においては、基準母線電圧Ｖ０をもとに平滑コンデンサ２３に蓄積可能な回生電力量を算出する例を説明したが、基準母線電圧Ｖ０を用いずに平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギーＥ２を算出することが可能であり、本実施の形態では、そのような場合についての説明を行う。
【００６８】
図１２は、本発明の実施の形態３にかかる位置決め制御装置の全体構成を示すブロック図である。図１２のブロック図は、実施の形態１で説明した図１のブロック図および実施の形態２で説明した図８のブロック図と類似しており、同じ番号を付している箇所に関しては、基本的に同様な動作をするものとして説明を省略する。図１２が、図１および図８と異なる点は、図１２には母線電圧検出回路２７が備わり、検出された母線電圧値２８（Ｖｄｃ）が指令生成部１０に入力される点である。
【００６９】
図１３は、本発明の実施の形態３にかかる指令生成部１０の処理手順を表すフローチャートである。図１３のフローチャートは、実施の形態１で説明した図２のフローチャートおよび実施の形態２で説明した図９のフローチャートと類似している。同じ番号を付している箇所については、基本的に同様な処理を行うものとして説明を省略する。
【００７０】
図１３のフローチャートが図２のフローチャートと異なる部分は、ステップＳ１０３の処理を行った後、ステップＳ１１０で、母線電圧検出回路２７で母線電圧値Ｖｄｃを検出する処理を行う点である。その後、ステップＳ１０４ｃで、検出された母線電圧値２８（Ｖｄｃ）を用いて、平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー量Ｅ２を計算する。具体的な計算は以下の（６）式である。
【００７１】
【数６】
0005805353.tif 000007
【００７２】
（６）式と（２）式との違いは、基準母線電圧Ｖ０が母線電圧Ｖｄｃに置き換わった点である。また、実施の形態２で説明したように、（６）式にさらに補正係数Ｇ（＞１）を乗じて、平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー量Ｅ２を算出してもよい。すなわち、Ｅ２を以下の（７）式として計算してもよい。
【００７３】
【数７】
0005805353.tif 000008
【００７４】
ステップＳ１０４ｃの処理が終了したら、ステップＳ１０５以降の処理を実行する。ステップＳ１０５以降の処理については実施の形態１で説明を行ったステップＳ１０５以降の処理を行う。図１３の処理に従って、位置決め制御を行うと、位置決め動作時の消費電力量を小さくすることができる。
【００７５】
本実施の形態においても、位置決め動作を実際に行う前に、基準指令パターンで動作した場合の回生電力量予測値Ｅ１を算出し、これと平滑コンデンサ２３に蓄えられるエネルギー値Ｅ２との比較結果によって、位置決め制御用の指令値を選択する。この点は実施の形態１と同様なので、位置決め動作時の消費電力量を小さくするという効果が得られる。      
【００７６】
実施の形態１および２では得られず、本実施の形態で得られる効果について説明を行う。図１４は、本発明の実施の形態３にかかる位置決め動作を複数回、間歇的に行った際のモータ速度と母線電圧の関係を表す図である。具体的には、図１４の例では位置決め動作を２回、間歇的に行った際のモータ速度と母線電圧の関係を表している。図１４を用いて本実施の形態の効果を説明する。
【００７７】
実施の形態１および２で述べたように、位置決め動作を行うと、加速動作時、一定速動作時にはモータ１は電力を消費するため、母線電圧は基準母線電圧Ｖ０よりも小さい母線電圧をとり、この間、アンプ部７のコンバータ部２２がインバータ部２６に電力を供給する。一方、減速動作時は回生状態となり、減速動作開始時から機械負荷、モータ１の運動エネルギーが平滑コンデンサ２３に蓄えられ、その結果、母線電圧が上昇する。位置決め制御は停止状態からある速度に到達し、その後再度停止状態になるので、運動エネルギーは、加速動作開始時である位置決め開始時および減速動作終了時である位置決め終了時は０である。しかし、加速動作中に母線電圧が基準母線電圧Ｖ０よりも小さい状態の時に、コンバータ部２２から電力の供給を受けるため、位置決め動作終了時の母線電圧は、一般に、位置決め動作開始時の母線電圧よりも大きくなる。間歇的に位置決め動作をする場合、ある位置決め動作、即ち図１４の位置決め動作Ｘを行って、しばらく停止状態を維持した後、別の位置決め動作、即ち図１４の位置決め動作Ｙを開始することになる。この停止状態中、停止状態を維持するためにモータ１には小さいながらも電流を流す必要がある。モータ１に電流を流すとモータ１の巻線抵抗で損失が発生し電力を消費するので、母線電圧が徐々に下がっていく。停止状態が長ければ、母線電圧は基準母線電圧Ｖ０まで下がることになるが、図１４に示されるように、停止状態の期間が短ければ、基準母線電圧Ｖ０まで下がる前に、次の位置決め動作が開始されることになる。すると、位置決め動作Ｙが開始されるときの母線電圧は基準母線電圧Ｖ０より大きくなるが、この分だけ、回生トランジスタＯＮ電圧Ｖｏｎと位置決め動作開始時の母線電圧との差が小さくなる。よって、位置決め動作Ｙを行う際には、母線電圧が基準母線電圧Ｖ０から位置決め動作を開始するときに比べて、平滑コンデンサ２３に蓄えられるエネルギーが小さくなる。
【００７８】
図１３のフローチャートにおいて、ステップＳ１１０で位置決め動作始動直前又は位置決め動作始動時の母線電圧Ｖｄｃを取得し、ステップＳ１０４ｃで平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー量を、（６）式や（７）式により算出することにより、図１４で示したような場合において平滑コンデンサ２３に蓄えられるエネルギー値Ｅ２を正確に算出することができる。
【００７９】
（７）式のように補正係数Ｇを乗ずるのは、例えば、以下のようなことを考慮に入れた場合である。即ち、位置決め動作始動時以前には基準指令パターンで位置決め動作を行うかを決定する必要があるので母線電圧の実測データとしては位置決め動作始動時の母線電圧Ｖｄｃしか得られないのであるが、実際に平滑コンデンサ２３に蓄えられるエネルギーは、減速動作開始時の母線電圧に依存する。従って、位置決め動作始動時から減速動作開始時までの加速動作による母線電圧の低下により、平滑コンデンサ２３に蓄えられるエネルギーが増大するので、それを考慮する場合などである。
【００８０】
これにより、位置決め動作時に発生する回生電力量が回生抵抗２４で消費されるかどうかをより正確に判定することが可能になる。従って、与えられた位置決め動作仕様で、消費電力量を削減するのに有利になるように、基準指令パターンで位置決め動作を行うか、又は、ピーク速度が最小になる指令パターンで位置決め動作を行うかを適切に選択することが可能になり、位置決め動作時の消費電力量を削減するのに有利な指令値の選択が可能になるという効果が得られる。
【００８１】
実施の形態４．
実施の形態１、２、および３では、基準指令パターン情報を入力し、基準指令パターンに従って今回位置決め動作の指令値を生成した場合に予測される回生電力量予測値Ｅ１を求め、これと平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー量Ｅ２との比較結果に基づいて指令値を選択しながら位置決め制御を実行した。本実施の形態においては、基準指令パターンとして、ある指令値を用いることで、さらに、位置決め制御時の消費電力量を削減することができる構成について説明する。
【００８２】
図１５は、本発明の実施の形態４にかかる位置決め制御装置の全体構成を示すブロック図である。図１５は図１のブロック図と共通している部分があり、図１と同様な部分については説明を省略する。図１５と図１のブロック図とで異なるのは、指令生成部１０に対して外部からの基準指令パターン情報の入力がなく指令生成部１０が以下で説明する予め定めた基準指令パターンを保持している点である。
【００８３】
図１６は、本発明の実施の形態４にかかる指令生成部１０の処理手順を表すフローチャートである。図１６のフローチャートは図２のフローチャートと共通している部分があり、図２と同じ部分については説明を省略する。図１６のフローチャートが図２のフローチャートと異なる処理は、図２のステップＳ１０２が、ステップＳ１０２ｂおよびステップＳ１０２ｃに置き換わる点である。
【００８４】
ステップＳ１０２ｂでは位置決め動作仕様情報として、移動量Ｄ、移動時間Ｔ、最大加速度Ａmaxを入力する。
【００８５】
その後、ステップＳ１０２ｃで、基準指令パターンを、加速開始時に加速度が漸減し、減速開始時に減速度が漸増する指令パターン、又は、加速開始時に加速度は予め定めた期間一定加速度、即ち最大加速度を維持し、その後加速度は漸減し、減速に転じた後は減速度が漸増していき、その後減速度が予め定めた期間一定減速度、即ち最大減速度を維持する指令パターンとする。ここで、最大減速度は負の最大加速度である。
【００８６】
加速開始時に加速度が漸減し、減速開始時に減速度が漸増する指令パターンの具体例は、図１７に示される指令パターンがあり、その加速度の数式表現は以下の（８）式となる。
【００８７】
【数８】
0005805353.tif 000009
【００８８】
ここで、Ａpは加速動作開始時の加速度、減速動作時の終了後の減速度であり、移動量Ｄと移動時間Ｔを用いて、
【数９】
0005805353.tif 000010
と表される。
【００８９】
また、指令パターンが（８）式で表すことができる加速度に従って、位置決めした際のピーク速度ｖｐは、（８）式を時間０から時間Ｔ/２まで積分した値として計算できるので、
【数１０】
0005805353.tif 000011
である。
【００９０】
ここで、加速動作開始とともに加速度が漸減し、減速開始時とともに減速度が増加する指令パターンは（８）式に限られるものではない。（８）式は、加速動作開始とともに加速度が直線的に漸減し、減速開始時とともに減速度が直線的に増加しているが、直線に限られる必要はなく、コサイン（ｃｏｓ）カーブなどの時間ｔに関する三角関数や、時間ｔに関する高次多項式で表される曲線などであってもよい。
【００９１】
加速開始時に加速度は予め定めた期間一定加速度、即ち最大加速度を維持し、その後加速度は漸減し、減速に転じた後は減速度が漸増していき、その後減速度が予め定めた期間一定減速度、即ち最大減速度を維持する指令パターンの具体例は、図１８に示される指令パターンがあり、その加速度は以下の（１１）式で表される。
【数１１】
0005805353.tif 000012
ここで、
【数１２】
0005805353.tif 000013
である。
【００９２】
また、指令パターンが（１１）式で表すことができる加速度に従って、位置決めした際のピーク速度ｖｐは、（１１）式を時間０から時間Ｔ/２まで積分した値で計算できるので、
【数１３】
0005805353.tif 000014
である。
【００９３】
また、加速開始時に加速度は予め定めた期間一定加速度、即ち最大加速度を維持し、その後加速度は漸減し、減速に転じた後は減速度が漸増していき、その後減速度が予め定めた期間一定減速度、即ち最大減速度を維持する指令パターンは、（１１）式に限られるものではない。（１１）式は、加速度が直線的に漸減、又は、減速動作開始とともに加速度が直線的に漸減し、減速開始時とともに減速度が直線的に増加しているが、直線に限られる必要はなく、コサインカーブなどの時間ｔに関する三角関数や、時間ｔに関する高次の多項式で表される曲線などであってもよい。
【００９４】
ステップＳ１０３以降は、実施の形態１と同様の処理を行う。また、実施の形態２、３と同様に、ステップＳ１０４の代わりにステップＳ１０４ｂ又はステップＳ１０４ｃの処理を実行してもよい。
【００９５】
次に、本実施の形態の効果を説明する。本実施の形態も、実施の形態１、２、３と同様、今回位置決め動作時に発生する回生電力量を位置決め始動前に予測し、この予測値Ｅ１と平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー値Ｅ２とを比較し、回生電力量予測値Ｅ１のほうが大きい場合は、与えられた位置決め条件でピーク速度が最小になる指令パターンを選択する点は同じである。これにより、再利用できない回生抵抗２４で消費されてしまう回生電力量を最小化し、位置決め動作時の消費電力量を減少させるという効果が得られる。
【００９６】
基準指令パターンとして、（８）式で示される図１７や（１１）式で示される図１８などで代表されるように、加速開始時に加速度が漸減し、減速開始時に減速度が漸増する指令パターン、又は、加速開始時に加速度は予め定めた期間一定加速度、即ち最大加速度を維持し、その後加速度は漸減し、減速に転じた後は減速度が漸増していき、その後減速度が予め定めた期間一定減速度、即ち最大減速度を維持する指令パターンを用いることで、さらに位置決め制御時の消費電力量を減少させることができる。
【００９７】
即ち、本実施の形態によれば、実施の形態１、２、および３で説明した場合よりも、図１６のステップＳ１０５で、位置決め動作時に発生する回生電力量予測値Ｅ１が、平滑コンデンサ２３に蓄積可能なエネルギー量Ｅ２以下と判断されるときに、さらに位置決め制御時の消費電力量を減少させることができる。以下にその理由を説明する。
【００９８】
位置決め動作時に必要な消費電力量は、モータ１の出力分の電力量と損失分の電力量から構成される。加速動作中、モータ１の出力はモータ１および機械負荷の運動エネルギーとなる。さらに、減速動作中、この運動エネルギーが回生電力量となるのは実施の形態１、２、および３で述べた通りである。位置決め動作時に発生する回生電力量がすべて平滑コンデンサ２３に蓄積される場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）には、図１６のステップＳ１０５からステップＳ１０６に移行する。位置決め動作時に発生する回生電力量がすべて平滑コンデンサ２３に蓄積されれば、次回の位置決め動作時に、その回生電力量を再利用することができるのでステップＳ１０６に移行する場合は、モータ１の出力分の電力量は位置決め動作時にトータルで０と考えることができる。
【００９９】
一方、位置決め動作を行うときには加速動作及び減速動作が伴う。加速動作及び減速動作を行わせるためには、モータ１にトルクを発生させる必要があり、トルクを発生させるためにはモータ１に電流を流す必要がある。モータ１に電流が流れると、損失が発生するので、ステップＳ１０６に移行する場合は損失がなるべく小さくなるように指令パターンを構成することで位置決め動作時の消費電力量を更に減少させることが可能となる。
【０１００】
損失の中で大きな要因となるのは、モータ巻線抵抗に電流が流れることにより発生する銅損である。位置決め動作中にモータ巻線抵抗で発生する銅損は、位置決め動作中にモータ１に流れる電流Ｉ（ｔ）を用いて、
【数１４】
0005805353.tif 000015
で表される。さらに、ａ（ｔ）をモータ加速度とした場合、モータ１および機械負荷の運動方程式
【数１５】
0005805353.tif 000016
(Ｊ：モータおよび機械負荷の可動部分のイナーシャ、ａ（ｔ）：モータ加速度、Ｋｔ：モータトルク定数)が成立することから、電流と加速度とは比例関係がある。予め定めた移動量Ｄを予め定めた移動時間Ｔだけかけて移動する指令パターンで上記の（１４）式を最小化するものは（８）式で表わせる。この指令パターンの特徴は、加速開始時に加速度が漸減し、減速開始時の負の加速度である減速度が漸増していくことであり、この動きにより銅損を減少させる効果を得ることができる。
【０１０１】
図１９、図２０、および図２１に示す３つの指令パターンを用いて、この効果について説明する。図１９は、加速動作初期（０≦ｔ≦Ｔ／４）の加速度はαであり、加速動作終盤（Ｔ／４＜ｔ≦Ｔ／２）に加速度が小さくなってα／２になり、減速動作初期（Ｔ／２＜ｔ≦３／４・Ｔ）の減速度はα／２であり、減速動作終盤（３／４・Ｔ＜ｔ≦Ｔ）に減速度は大きくなって減速度がαとなる指令パターンである。また、ここで、ｔは時間を表すパラメータである。この指令パターンで移動する量は、速度パターンが移動時間０から移動時間Ｔ囲まれる量に等しいため、この指令パターンにしたがって位置決め動作したときの移動量は７／３２・α・Ｔ2となる。所望の移動量Ｄに移動させるためには、加速度αはα＝３２／７・Ｄ／Ｔ2である。また、このとき、位置決め時間Ｔ中の平均的な加速度絶対値は、
【数１６】
0005805353.tif 000017
となる。
【０１０２】
一方、図２０は、図１９の指令パターンとは逆に、加速動作初期（０≦ｔ≦Ｔ／４）の加速度はβ／２で、加速動作終盤（Ｔ／４＜ｔ≦Ｔ／２）に加速度が大きくなってβになり、減速動作初期（Ｔ／２＜ｔ≦３／４・Ｔ）の減速度はβであり、減速動作終盤（３／４・Ｔ＜ｔ≦Ｔ）に減速度は小さくなって減速度がβ／２となる指令パターンである。この指令パターンに従って、位置決め動作した時に移動量を所望の移動量Ｄにするためには、加速度βはβ＝３２／５・Ｄ／Ｔ2である。また、このとき位置決め時間Ｔ中の平均的な加速度絶対値は、２４／５・Ｄ／Ｔ2となる。
【０１０３】
また、図２１は、加速動作中および減速動作中に、それぞれ一定の加速度γおよび減速度γで位置決め動作する指令パターンである。この指令パターンに従って、位置決め動作したときに移動量を所望の移動量Ｄにするためには、加速度γは、γ＝４・Ｄ／Ｔ2である。位置決め時間Ｔ中の平均的な加速度絶対値も４・Ｄ／Ｔ2である。
【０１０４】
図１９、２０、および２１に示す指令パターンは、いずれも所望の移動量Ｄを所望の移動時間Ｔで位置決め動作するための指令パターンである。それぞれの位置決め動作をしたときの指令パターンに従って、位置決め動作したときの銅損を比較する。図１９、２０、および２１に示す指令パターンのそれぞれに従って位置決め動作したときの銅損をそれぞれＬ１、Ｌ２、およびＬ３で表す。運動方程式から、位置決め動作をしたときの電流Ｉ（ｔ）は、Ｉ（ｔ）＝Ｊ／Ｋt・Ａ（ｔ）と表すことができる。ただし、Ｊ：機械負荷およびモータのイナーシャ、Ｋt：モータのトルク定数、即ち単位電流がモータに流れた際に発生するトルク、Ａ（ｔ）：指令パターンの加速度である。
【０１０５】
このとき、モータ１の巻線抵抗Ｒを用いて、Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３は以下のように計算される。
【数１７】
0005805353.tif 000018
【数１８】
0005805353.tif 000019
【数１９】
0005805353.tif 000020
【０１０６】
すなわち、同じ移動量Ｄ、同じ移動時間Ｔで位置決めしたときに、銅損を減少させる効果が大きいのは、図１９のように、加速動作中は加速度が時間経過につれて減少し、減速動作中は減速度が時間経過につれて増加していく指令パターンである。これは、図１９の指令パターンにだけ見られる性質ではなく、加速動作時に加速度が漸減して、減速動作時に減速度が漸増していくパターンに共通してみられる性質である。同一の移動量Ｄを、同一の移動時間Ｔで移動する際に、加速動作初期に大きな加速度をとることにより、位置決め開始直後から大きな速度をとることができ、減速動作終盤に大きな減速動作をとることにより、速度が０になる減速停止の直前まで比較的大きな速度をとることができる。これにより、ある移動量をある移動時間で位置決めするのに、位置決め時間中小さな速度で済む。加速度は速度の変化率、即ち速度の微分であるため、速度が小さければその変化率である加速度の絶対値を移動時間中に平均的に小さくしても、予め定めた移動時間Ｔで、予め定めた移動量Ｄを移動できる。実際、図１９、図２０、図２１に示される指令パターンの例においても、図１９に示される指令パターンの平均的な加速度が一番小さくなっている。モータ加速度とモータ電流は比例関係にあるので、このような指令パターンをとることで位置決め時間中の電流も平均して小さくなり、その結果、位置決め制御中の銅損を小さくするという効果がある。
【０１０７】
ここで、（８）式に代表されるように、加速開始時に加速度が漸減し、減速開始時に減速度が漸増する指令パターンを用いると、位置決め動作中の加速度が最大加速度Ａmaxを超えてしまう場合は、（１１）式のように、加速開始時に加速度が最大加速度をある時間維持し、その後漸減し、減速開始時に、減速度が漸増していき、その後、減速度がある時間最大加速度を維持する指令パターンとする。このような指令パターンは同一の移動時間Ｔで移動する際に、加速動作初期に大きな加速度をとることにより、位置決め開始直後から大きな速度をとることができ、減速動作終盤に大きな減速動作をとることにより、速度が０になる減速停止の直前まで比較的大きな速度をとることが、加速度の最大値を最大加速度Ａmax以下にしながら実現することができる。
【０１０８】
以上に説明した実施の形態１〜４においては、モータ１として回転型モータを用いて、ボールネジ３により回転運動を並進運動に変換して機械負荷を位置決め制御する場合を例として説明したが、リニアモータのように直線方向に動力を発生するモータを用いて機械負荷を位置決め制御を行う場合でも同様に適用することができる。
【０１０９】
また、図１、図８、図１２、および図１５においては位置決め制御装置に平滑コンデンサ２３が１つだけ設けられている例を説明したが、母線間に並列に平滑コンデンサを複数個設ける構成であってもよい。この場合、複数の平滑コンデンサの容量の合成値を、平滑コンデンサ２３の容量として計算すればよい。例えば、容量がＣ１とＣ２の２つの平滑コンデンサを母線間に並列に接続した場合は、Ｃ＝Ｃ１・Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）として平滑コンデンサ２３の容量を計算すれば、上記実施の形態１〜４を同様に実施することができる。
【０１１０】
さらに、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
以上のように、本発明にかかる位置決め制御装置は、モータを用いて機械負荷を位置決め制御する際の消費電力量を小さくすることに有用であり、特に、平滑コンデンサを備えたアンプ部を有する位置決め制御装置に適している。
【符号の説明】
【０１１２】
１  モータ、２  エンコーダ、３  ボールネジ、４  位置決めヘッド、５  カップリング、６  モータ制御装置、７  アンプ部、１０  指令生成部、１３  検出情報、１４  電流、１５  電圧指令、２１  交流電源、２２  コンバータ部、２３  平滑コンデンサ、２４  回生抵抗、２５  回生トランジスタ、２６  インバータ部、２７  母線電圧検出回路、２８  検出された母線電圧値（Ｖｄｃ）。
【要約】
実施の形態の位置決め制御装置は、交流電源を整流して母線間に出力するコンバータと、コンバータの出力を平滑化して母線電圧を生成する平滑コンデンサと、母線間に接続された回生抵抗および回生トランジスタと、モータを駆動する駆動電流を供給するインバータを有するアンプ部と、指令速度および指令加速度のパターン情報である指令パターンに基づいて、モータに接続された機械負荷の位置決め制御用の位置指令値を生成する指令生成部と、を備える位置決め制御装置であって、インバータは、母線間に接続され、位置指令値に基づいて駆動電流を供給し、指令生成部は、位置決め動作の開始前に指令パターンから予測される回生電力量予測値と平滑コンデンサに蓄積可能なエネルギー値とを求めて、両者の比較結果に基づいて、指令パターンに基づいた位置指令値を位置決め動作において使用するか否かを決定する。【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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