(57)【要約】【課題】  各速度での加速度値をモータの最大推力特性に応じて変化させ、目標速度に至るまでの時間を短縮することを可能としたモータの速度制御装置及び速度制御方法提供する。【解決手段】  速度に対して推力が変動する推力特性を有するモータに速度指令を与えて、このモータの移動子の移動速度を制御するモータの速度制御装置において、  前記移動子の移動速度と、前記モータが発生する最大推力の相関を示す推力特性を保持する最大推力特性保持手段と、  前記保持された推力特性の速度に応じた最大推力値に基づいて時間に対する加速度値を順次に演算していく加速度演算手段と、  前記順次に演算された加速度値を積算して速度指令値を生成し、生成した速度指令値を前記モータに与える速度設定手段と、を備える。【選択図】                    図１
2008199836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度に対して推力が変動する推力特性を有するモータに速度指令を与えて、このモータの移動子の移動速度を制御するモータの速度制御装置において、
前記移動子の移動速度と、前記モータが発生する最大推力の相関を示す推力特性を保持する最大推力特性保持手段と、
前記保持された推力特性の速度に応じた最大推力値に基づいて時間に対する加速度値を順次に演算していく加速度演算手段と、
前記順次に演算された加速度値を積算して速度指令値を生成し、生成した速度指令値を前記モータに与える速度設定手段と、
を備えることを特徴とするモータの速度制御装置。
【請求項２】
前記最大推力特性保持手段は、前記推力特性を近似した関数の形態で保持することを特徴とする請求項１に記載のモータの速度制御装置。
【請求項３】
前記最大推力特性保持手段は、前記推力特性を近似たテーブルの形態で保持することを特徴とする請求項１に記載のモータの速度制御装置。
【請求項４】
前記関数またはテーブルは、前記推力特性を１次関数で近似したデータに基づいて生成されることを特徴とする請求項２または３に記載のモータの速度制御装置。
【請求項５】
前記最大推力特性保持手段は、前記推力特性に基づいてオフラインにより通常運転をしていないときに登録されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のモータの速度制御装置。
【請求項６】
速度に対して推力が変動する推力特性を有するモータに速度指令を与えて、このモータの移動子の移動速度を制御するモータの速度制御方法において、
前記移動子の移動速度と、前記モータが発生する最大推力の相関を示す推力特性を登録するステップと、
前記登録された推力特性の速度に応じた最大推力値に基づいて時間に対する加速度値を順次に演算していくステップと、
前記順次に演算された加速度値を積算して速度指令値を生成するステップと、
前記生成した速度指令値を前記モータに与えるステップと、
を備えることを特徴とするモータの速度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速度に対して推力が変動する推力特性を有するモータに速度指令を与えて、このモータの移動子の移動速度を制御するモータの速度制御装置及び速度制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的なモータの速度制御に関しては、特許文献１に技術開示がある。可動物をモータにより一定の目標速度まで加速させるための速度制御装置における速度指令値は、時系列的に与えられる加速度値を、目標速度まで順次積算した値を速度指令値とする手法を取る。
【０００３】
図４は、このような速度制御の手法を採用した従来のモータの速度制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。モータ１は、速度制御部２からの推力指令Ｉｆにより回転し、推力Ｆを質量Ｍの負荷３に出力する。
【０００４】
速度検出手段４は、負荷３の回転速度を検出し、速度検出値Ｖｆを出力する。速度指令生成部５から出力される速度指令値Ｖｓと前記速度検出値Ｖｆとの偏差信号ｅが速度制御部２に入力されることで、負荷３の回転速度が速度指令値Ｖｓに制御される。
【０００５】
速度指令生成部５は、等加速度値ａを算出する加速度算出手段５１と、各速度においてこの等加速度値ａを入力して積算し、一定勾配で変化する速度指令値Ｖｓを出力する速度設定手段５２よりなる。
【０００６】
加速度算出手段５１は、モータ１の速度に対する最大推力特性に基づいて求められる、使用速度領域での最大速度における推力値Ｆｍｉｎの設定値及び負荷１の質量Ｍの設定値により等加速度値ａを算出する。
【０００７】
一般的に、可動物を移動させる場合には、速度に応じた摩擦力（動摩擦）を受け、速度が大きくなるほど摩擦力が大きくなる。また、モータ性能として、速度大きくなると発生推力が低下する特性を持つものも多い。
【０００８】
等加速度で加速する速度指令を発生させた場合、使用する速度全域において一定の推力を必要とする。即ち、一定速度まで等加速度で加速させたい場合、指令どおりに追従させて運動させるためには、運動に寄与する力（摩擦がある場合は発生推力から摩擦力を差し引いた力）の最小値を負荷の質量で除した加速度値による速度指令値を出力させることになる。
【０００９】
図５は、一般的なモータの最大推力ｆmax（ｖ）の特性図である。発生推力Ｆは、速度ゼロで最大となり、速度大きくなると発生推力は暫時低下し、所定速度以上では推力が急激に低下する特性を持つ。
【００１０】
使用速度領域での最大速度（目標速度）Ｖｍａｘにおける最大推力特性から求められる発生推力の最大値Ｆｍｉｎ（使用速度領域での最大推力特性の最小値）を負荷の質量Ｍで除した一定の加速度値ａにより、等加速度により速度指令値Ｖｓを生成する必要がある。
【００１１】
このように、最大速度で得られる発生推力Ｆｍｉｎを基準にした加速度値の算出手法では、速度がＶｍａｘ以下のＶｘの場合には、モータがその速度で備える最大推力Ｆｍａｘ以下で加速することになり、ＦｍａｘとＦｍｉｎの差の推力ΔＦを余らせて使用していることになる。
【００１２】
図６は、以上説明した従来手法により速度指令値Ｖｓを生成する手順を示す遷移図である。図６（Ａ）は、最大推力特性ｆmax（ｖ）に基づいて使用速度領域での最大速度（目標速度）Ｖｍａｘにおける推力値の最大値Ｆｍｉｎを調査して求めるステップである。
【００１３】
図６（Ｂ）は、求められた最大値Ｆｍｉｎと質量Ｍを加速度算出手段５１に設定するステップである。図６（Ｃ）は、時系列的に算出された加速度値ａを取得して順次積算することで速度指令値Ｖｓを生成するステップである。
【特許文献１】特開２００２−２８１７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
速度制御では、目標速度に至るまでの全速度域で、加速度値に運動する物体の質量を掛けた力を不足なく負荷に与える必要がある。従来手法では、目標速度に至るまでの全速度域で満足する加速度値を、最大速度（目標速度）Ｖｍａｘにおける推力値の最大値Ｆｍｉｎ（使用速度領域での最大推力特性の最小値）を調査して算出している。
【００１５】
この場合、最大速度（目標速度）以下の各速度における運動に寄与できる推力の最大値と、算出された加速度値に質量をかけた推力値との間に乖離が発生し、その差の分だけリソースの利用に無駄が生じ、目標速度に至るまでに時間を要する問題がある。
【００１６】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、各速度での加速度値をモータの最大推力特性に応じて変化させ、目標速度に至るまでの時間を短縮することを可能としたモータの速度制御装置及び速度制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）速度に対して推力が変動する推力特性を有するモータに速度指令を与えて、このモータの移動子の移動速度を制御するモータの速度制御装置において、
前記移動子の移動速度と、前記モータが発生する最大推力の相関を示す推力特性を保持する最大推力特性保持手段と、
前記保持された推力特性の速度に応じた最大推力値に基づいて時間に対する加速度値を順次に演算していく加速度演算手段と、
前記順次に演算された加速度値を積算して速度指令値を生成し、生成した速度指令値を前記モータに与える速度設定手段と、
を備えることを特徴とするモータの速度制御装置。
【００１８】
（２）前記最大推力特性保持手段は、前記推力特性を近似した関数の形態で保持することを特徴とする（１）に記載のモータの速度制御装置。
【００１９】
（３）前記最大推力特性保持手段は、前記推力特性を近似たテーブルの形態で保持することを特徴とする（１）に記載のモータの速度制御装置。
【００２０】
（４）前記関数またはテーブルは、前記推力特性を１次関数で近似したデータに基づいて生成されることを特徴とする（２）または（３）に記載のモータの速度制御装置。
【００２１】
（５）前記最大推力特性保持手段は、前記推力特性に基づいてオフラインにより通常運転をしていないときに登録されることを特徴とする（１９乃至（４）のいずれかに記載のモータの速度制御装置。
【００２２】
（６）速度に対して推力が変動する推力特性を有するモータに速度指令を与えて、このモータの移動子の移動速度を制御するモータの速度制御方法において、
前記移動子の移動速度と、前記モータが発生する最大推力の相関を示す推力特性を登録するステップと、
前記登録された推力特性の速度に応じた最大推力値に基づいて時間に対する加速度値を順次に演算していくステップと、
前記順次に演算された加速度値を積算して速度指令値を生成するステップと、
前記生成した速度指令値を前記モータに与えるステップと、
を備えることを特徴とするモータの速度制御方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、各速度での加速度値を、モータの最大推力特性に応じて常に最大値となるように演算して変化させることにより、各速度におけるモータが備える最大推力値をフルに利用した速度を指令することが可能となる。これにより、加速値を一定値とする従来装置に比較して目標速度に至るまでの時間を短縮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したモータの速度制御装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図４で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００２５】
本発明の特徴部は、速度指令生成部１００の構成にある。速度指令生成部１００は、最大推力特性保持手段１０１、加速度演算手段１０２、速度設定手段１０３の機能ブロックで構成されている。
【００２６】
最大推力特性保持手段１０１には、装置が定常運転していないときにオフライン処理により、図５で示す最大推力特性ｆmax（ｖ）が登録される。登録の形態は、最大推力特性を多次多項式で近似した関数で保持する形態または所定のピッチで特性をプロットしたデータをテーブルで保持する形態等である。保持する関数の形態は、実用的には最大推力特性ｆmax（ｖ）を１次関数で近似した形態でもよい。
【００２７】
近似関数で保持された最大推力特性ｆmax（ｖ）は、質量Ｍが設定されている加速度演算手段１０２に読み出され、所定の演算処理により各速度で変化する加速度値ａ（ｔ）が算出される。算出された加速度値ａ（ｔ）は、速度設定手段１０３に渡され、順次積算されて速度指令値Ｖｓが生成される。
【００２８】
次に、加速度演算手段１０２の演算処理により最大推力特性ｆmax（ｖ）及び質量Ｍから加速度値ａ（ｔ）を求める手順を、式（１）乃至式（７）により説明する。各式で使用する変数、常数を以下に示す。
【００２９】
【数１】
2008199836.tif 000003
【００３０】
適正な加速度値が与えられた場合の「時間−推力特性」は、次式を満足すればよい。
【００３１】
【数２】
2008199836.tif 000004
【００３２】
Ｆ（ｔ）は、質量Ｍと加速度値ａ（ｔ）により次式で表される。
【００３３】
【数３】
2008199836.tif 000005
【００３４】
（１）式及び（２）式より、次式の微分方程式が導かれる。
【００３５】
【数４】
2008199836.tif 000006
【００３６】
この微分方程式を解いて、ｖ（ｔ）を求め、更に加速度値ａ（ｔ）を計算することができる。
【００３７】
最大推力特性ｆmax（ｖ）を１次関数で近似した場合には、速度に比例して推力が減衰する。この減衰分の推力をｋ＊ｖ（ｋ：減衰係数（N/m/s）、ｖ：速度（m/s））とすれば、（２）式は、次のように表される。ここで、Ｆｍａｘは、速度０での発生推力である。
【００３８】
【数５】
2008199836.tif 000007
【００３９】
（３）式と同様の計算により次式が得られる。
【００４０】
【数６】
2008199836.tif 000008
【００４１】
この微分方程式を解くことで、速度ｖ（ｔ）は次のように求められる（計算過程は省略する）。
【００４２】
【数７】
2008199836.tif 000009
【００４３】
速度ｖ（ｔ）の値より、加速度値ａ（ｔ）は次式のように求められる。
【００４４】
【数８】
2008199836.tif 000010
【００４５】
図２は、本発明手法により速度指令値Ｖｓを生成する手順を示す遷移図である。図２（Ａ）は、最大推力特性ｆmax（ｖ）を近似関数の形態でオフライン処理により最大推力特性保持手段１０１に登録するステップである。
【００４６】
図２（Ｂ）は、最大推力特性保持手段１０１から読み出されるｆmax（ｖ）と設定された質量Ｍにより、加速度演算手段１０２により各速度での加速度値ａを演算して求めるステップである。
【００４７】
図２（Ｃ）は、速度設定手段１０３が、加速度演算手段１０２より時系列的に算出された加速度値ａを取得して順次加算することで速度指令値Ｖｓを生成するステップである。
【００４８】
図３は、従来装置の特性との比較により本発明の効果を説明する、加速度、速度、推力の特性図である。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、時刻ｔ０より加速を開始して目標速度Ｖに達するまでの加速度信号及び速度信号変化の比較を示している。
【００４９】
本発明による速度−推力特性に合わせた加速度値による速度指令によれば、低速度領域での加速度値を大きくすることができることで、目標速度Ｖに達する時刻ｔ１を、従来装置での等加速度値による到達時刻ｔ２よりも早くすることができる。
【００５０】
図３（Ｃ）は、速度の対応した最大推力特性の利用形態を比較したものである。本発明では、速度に応じて速度−推力特性を目いっぱい利用した加速度値による速度指令が可能であるが、従来装置では最大速度での推力に基づいて加速度値を一定に決めているために、低速時において利用できる推力の余力を無駄にしていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明を適用したモータの速度制御装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明手法により速度指令値Ｖｓを生成する手順を示す遷移図である。
【図３】本発明の効果を説明する、加速度、速度、推力の特性図である。
【図４】従来のモータの速度制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図５】一般的なモータの最大推力特性図である。
【図６】従来手法により速度指令値Ｖｓを生成する手順を示す遷移図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  モータ
２  速度制御部
３  負荷
４  速度変換器
１００  速度指令生成部
１０１  最大推力特性保持手段
１０２  加速度演算手段
１０３  速度設定手段
【図１】
2008199836.tif 000011
【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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