(57)【要約】【課題】  電動モータの負荷トルクの推定精度を向上させる。【解決手段】  電動モータを制御する制御装置であって、前記電動モータの回転速度の実測値に対応する、機械時定数及び電気時定数を導出する時定数導出部２２１と、前記電動モータを制御する制御値を、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたモータノミナルモデルに入力することで算出された推定値と、前記実測値とを、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する負荷トルク推定部２１２と、を有し、前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及びトルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする。【選択図】図２
2016019374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータを制御する制御装置であって、
前記電動モータの回転速度の実測値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出手段と、
前記電動モータを制御する制御値を、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたモータノミナルモデルに入力することで算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とを、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出手段と、を有し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
電動モータを制御する制御装置であって、
前記電動モータを制御する制御値に基づいてモータノミナルモデルを用いて算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とをトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出手段と、
前記算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出手段と、を有し、
前記算出手段は、
ｎ−１回目（ｎは２以上の整数）の制御周期で算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記機械時定数及び電気時定数により更新された前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルを用いて、ｎ回目の制御周期における前記負荷トルクの推定値を算出し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記回転速度の推定値と前記回転速度の実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする制御装置。
【請求項３】
前記機械時定数及び電気時定数は、
前記所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記回転速度の推定値と前記回転速度の実測値との差分値に応じて決定された、前記電動モータのコイル抵抗値の変動率を用いて、修正されることを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記回転速度の推定値と前記回転速度の実測値との差分値が、所定の範囲内に収まるように、前記電動モータのコイル抵抗値の変動率が決定されることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記電動モータの周辺温度に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正された前記モータノミナルモデルを用いて、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値が、所定の範囲内に収まっているか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により所定の範囲内に収まっていないと判定された場合に、前記電動モータによる駆動が正常でないと診断する診断手段と
を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項６】
印刷媒体を搬送するための電動モータを制御し、該印刷媒体に画像を印刷する画像形成装置であって、
前記電動モータの回転速度の実測値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出手段と、
前記電動モータを制御する制御値を、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたモータノミナルモデルに入力することで算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とを、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出手段と、を有し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
印刷媒体を搬送するための電動モータを制御し、該印刷媒体に画像を印刷する画像形成装置であって、
前記電動モータを制御する制御値に基づいてモータノミナルモデルを用いて算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とをトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出手段と、
前記算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出手段と、を有し、
前記算出手段は、
ｎ−１回目（ｎは２以上の整数）の制御周期で算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記機械時定数及び電気時定数により更新された前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルを用いて、ｎ回目の制御周期における前記負荷トルクの推定値を算出し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、前記印刷媒体の非搬送状態において前記電動モータを制御した場合の前記回転速度の推定値と前記回転速度の実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
前記画像形成装置の内部温度に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正された前記モータノミナルモデルを用いて、前記印刷媒体の非搬送状態において前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値が、所定の範囲内に収まっているか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により所定の範囲内に収まっていないと判定された場合に、前記電動モータによる駆動が正常でないと診断する診断手段と
を更に有することを特徴とする請求項６または７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記判定手段は、
前記印刷媒体の非搬送状態において、ユーザからの指示に基づいて前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値が、所定の範囲内に収まっているか否かを判定することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記判定手段は、
前記印刷媒体の非搬送状態において、前記画像形成装置の内部温度が外部温度に略等しいと判定されたことで前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値が、所定の範囲内に収まっているか否かを判定することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記画像形成装置の駆動用電源が遮断されてから所定時間が経過した場合に、前記画像形成装置の内部温度が外部温度に略等しいと判定されることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記電動モータの停止状態が所定時間継続した場合に、前記画像形成装置の内部温度が外部温度に略等しいと判定されることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
電動モータを制御する制御装置における制御方法であって、
前記電動モータの回転速度の実測値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出工程と、
前記電動モータを制御する制御値を、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたモータノミナルモデルに入力することで算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とを、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出工程と、を有し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする制御方法。
【請求項１４】
電動モータを制御する制御装置における制御方法であって、
前記電動モータを制御する制御値に基づいてモータノミナルモデルを用いて算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とをトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出工程と、
前記算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出工程と、を有し、
前記算出工程は、
ｎ−１回目（ｎは２以上の整数）の制御周期で算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記機械時定数及び電気時定数により更新された前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルを用いて、ｎ回目の制御周期における前記負荷トルクの推定値を算出し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記回転速度の推定値と前記回転速度の実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする制御方法。
【請求項１５】
電動モータを制御する制御装置のコンピュータに、
前記電動モータの回転速度の実測値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出工程と、
前記電動モータを制御する制御値を、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたモータノミナルモデルに入力することで算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とを、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出工程と、を実行させるためのプログラムであって、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とするプログラム。
【請求項１６】
電動モータを制御する制御装置のコンピュータに、
前記電動モータを制御する制御値に基づいてモータノミナルモデルを用いて算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とをトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出工程と、
前記算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出工程と、を実行させるためのプログラムであって、
前記算出工程は、
ｎ−１回目（ｎは２以上の整数）の制御周期で算出された負荷トルクの推定値に対応する、前記機械時定数及び電気時定数により更新された前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルを用いて、ｎ回目の制御周期における前記負荷トルクの推定値を算出し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記回転速度の推定値と前記回転速度の実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御装置、画像形成装置、制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電動モータの負荷トルクをリアルタイムに推定する技術が知られている。例えば、特許文献１には、制御対象である電動モータについての制御モデルを同定し、電動モータを制御するための電圧値（制御値）と、電動モータの回転速度（実測値）とを用いて、電動モータの負荷トルクを推定する技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１によれば、トルクメータを配することなく負荷トルクをリアルタイムに算出し、電動モータの速度制御にフィードバックすることができるため、負荷トルクの変動の影響を受けにくい制御システムを低コストで実現することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１のように、制御モデルを同定して負荷トルクを推定する方法の場合、制御対象の状態が変化することで、負荷トルクが正しく推定できなくなることがある。制御対象の状態が変化することで、制御対象の特性が変動し、同定した制御モデルとは異なる特性となるためである。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、電動モータの負荷トルクの推定精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る制御装置は、以下のような構成を有する。すなわち、
電動モータを制御する制御装置であって、
前記電動モータの回転速度の実測値に対応する、前記電動モータの機械時定数及び電気時定数を導出する導出手段と、
前記電動モータを制御する制御値を、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたモータノミナルモデルに入力することで算出された前記電動モータの回転速度の推定値と、前記電動モータの回転速度の実測値とを、前記導出された機械時定数及び電気時定数により更新されたトルク推定モデルに入力することで、前記電動モータの負荷トルクの推定値を算出する算出手段と、を有し、
前記推定値の算出に際して更新される前記モータノミナルモデル及び前記トルク推定モデルは、所定の条件で前記電動モータを制御した場合の前記推定値と前記実測値との差分値に応じて予め決定された修正内容に基づいて修正されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の各実施形態によれば、電動モータの負荷トルクの推定精度を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る制御装置のハードウェア構成を示す図である。
【図２】負荷トルク推定プログラムが実行されることにより実現される機能を示す機能構成図である。
【図３】推定部において実行される処理モードの一例を示す図である。
【図４】電動モータを制御し、負荷トルクを推定するためのブロック線図である。
【図５】モータノミナルモデルを説明するための図である。
【図６】電動モータの機械時定数の測定方法を説明するための図である。
【図７】電動モータの電気時定数の測定方法を説明するための図である。
【図８】電動モータの回転速度と、機械時定数及び電気時定数との関係を示す図である。
【図９】負荷トルク推定処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】コイル抵抗値算出処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】コイル抵抗値決定処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】故障診断処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】温度データとコイル抵抗値の変動率との関係を示す図である。
【図１４】電動モータの機械時定数の測定方法を説明するための図である。
【図１５】電動モータの電気時定数の測定方法を説明するための図である。
【図１６】電動モータの負荷トルクと、機械時定数及び電気時定数との関係を示す図である。
【図１７】負荷トルク推定処理の流れを示すフローチャートである。
【図１８】実施形態に係る制御装置を画像形成装置に適用した場合の概略構成を示す図である。
【図１９】画像形成装置の処理モードと制御装置において実行される処理との関係を示した図である。
【図２０】画像形成装置の内部温度と負荷トルクの推定値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１０】
［第１の実施形態］
＜１．制御装置のハードウェア構成＞
はじめに、本実施形態に係る制御装置のハードウェア構成について説明する。図１は、本実施形態に係る制御装置１００のハードウェア構成を示す図である。
【００１１】
図１に示すように、制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３を備える。また、制御装置１００は、記憶装置１０４、インタフェース部１０５を備える。なお、制御装置１００の各部は、バス１０６を介して相互に接続されているものとする。
【００１２】
ＣＰＵ１０１は、記憶装置１０４に格納された、負荷トルク推定プログラム１１０を実行するコンピュータである。
【００１３】
ＲＯＭ１０２は不揮発性メモリである。ＲＯＭ１０２は、負荷トルク推定プログラム１１０をＣＰＵ１０１が実行するために必要な各種プログラム、データ等を格納する。具体的には、ＢＩＯＳ（Basic Input/Output System）やＥＦＩ（Extensible Firmware Interface）等のブートプログラムなどを格納する。
【００１４】
ＲＡＭ１０３は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）やＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）等の主記憶装置である。ＲＡＭ１０３は、負荷トルク推定プログラム１１０がＣＰＵ１０１によって実行される際に展開される、作業領域として機能する。記憶装置１０４は、負荷トルク推定プログラム１１０を格納する。
【００１５】
インタフェース部１０５はモータ駆動装置１２０と接続され、制御対象である電動モータ１３０を制御するための制御値をモータ駆動装置１２０に送信する。また、モータ駆動装置１２０を介して、位置／回転速度検出部１４０より、制御対象である電動モータ１３０の状態を示す情報（回転速度の実測値または位置情報の実測値）を受信する。
【００１６】
また、インタフェース部１０５は入力部１５０と接続され、入力部１５０において入力された制御情報、処理モードに関する情報、温度データ等を受信する。制御情報は、電動モータ１３０を動作させるための各種指示情報であり、制御情報には"目標回転速度"、"目標位置"、"動作開始指示"、"動作停止指示"等が含まれる。処理モードに関する情報は、負荷トルク推定プログラム１１０がＣＰＵ１０１により実行されることで実現される各種機能のうち、推定部（詳細は後述）に含まれる複数の機能（処理モード）のいずれを実行するかを指定するための情報である。温度データは、電動モータ１３０の周辺温度を示すデータである。
【００１７】
また、インタフェース部１０５は表示部１６０と接続され、負荷トルク推定プログラム１１０がＣＰＵ１０１により実行されることで出力される、負荷トルクの推定値及び電動モータ１３０を含む駆動系の故障診断結果を表示する。なお、負荷トルクの推定値及び故障診断結果の出力先は表示部１６０に限定されず、例えば、所定の記憶装置や他の制御装置であってもよい。
【００１８】
モータ駆動装置１２０は、インタフェース部１０５より送信された制御値に基づいて、電動モータ１３０を駆動する。また、位置／回転速度検出部１４０より出力された検出信号を受信し、回転速度の実測値または位置情報の実測値として、インタフェース部１０５に送信する。
【００１９】
電動モータ１３０は、例えば、ＤＣモータであり、モータ駆動装置１２０により駆動される。位置／回転速度検出部１４０は、電動モータ１３０に取り付けられ、検出信号（回転速度を示す信号または位置を示す信号）を出力する。本実施形態において、位置／回転速度検出部１４０には、例えば、２相エンコーダや１相フォトディテクタが含まれる。あるいは、ＦＧ（Frequency Generator）センサ、ホール素子センサ等の磁気センサが含まれる。
【００２０】
入力部１５０は、各種情報（制御情報、処理モードに関する情報、温度データ等）をインタフェース部１０５を介して制御装置１００に入力するための装置である。表示部１６０は、制御装置１００より送信された各種情報（負荷トルクの推定値及び電動モータ１３０を含む駆動系の故障診断結果）を表示する装置である。
【００２１】
＜２．負荷トルク推定プログラムの機能構成＞
次に、負荷トルク推定プログラム１１０がＣＰＵ１０１により実行されることで実現される各種機能について説明する。図２は、負荷トルク推定プログラム１１０がＣＰＵ１０１により実行されることで実現される各種機能を示す機能構成図である。
【００２２】
図２において、目標回転速度入力部２０１、目標位置入力部２０２は、インタフェース部１０５を介して制御情報を受信し、受信した制御情報に含まれる制御目標値（目標回転速度または目標位置）を制御部２００に入力する。また、動作指示入力部２０３は、インタフェース部１０５を介して制御情報を受信し、受信した制御情報に含まれる動作開始指示及び動作停止指示を制御部２００に入力する。
【００２３】
実測値入力部２０８は、インタフェース部１０５を介して受信した、電動モータ１３０の回転速度の実測値または位置情報の実測値を、制御部２００に入力する。
【００２４】
制御部２００は、動作開始指示が入力されることで電動モータ１３０の制御を開始する。具体的には、入力された制御目標値（目標回転速度または目標位置）と、入力された回転速度の実測値または位置情報の実測値とに基づいて、電動モータ１３０を制御するための制御値（電圧値）を算出する。制御部２００では、動作停止指示が入力されるまで、電動モータ１３０の制御を継続する。
【００２５】
制御値出力部２０９は、制御部２００において算出された制御値（電圧値）を、インタフェース部１０５を介してモータ駆動装置１２０に送信する。
【００２６】
処理モード入力部２０４は、インタフェース部１０５を介して受信した処理モードに関する情報を、推定部２１０に入力する。温度データ入力部２０５は、インタフェース部１０５を介して受信した温度データを、推定部２１０に入力する。
【００２７】
推定部２１０は、回転速度推定部２１１、負荷トルク推定部２１２、コイル抵抗値算出部２１３、故障診断部２１４を有し、制御部２００による電動モータ１３０の制御と連動して動作する。
【００２８】
回転速度推定部２１１は、制御部２００より出力される制御値（電圧値）に基づいて電動モータ１３０の回転速度の推定値を算出する制御モデルである、モータノミナルモデルを生成（または更新）する。また、生成（または更新）した当該モータノミナルモデルを用いて回転速度の推定値を算出する。
【００２９】
負荷トルク推定部２１２は、トルク推定モデルを生成（または更新）する。トルク推定モデルは、モータノミナルモデルに基づいて算出された回転速度の推定値と、制御部２００を介して取得した回転速度の実測値とに基づいて電動モータ１３０の負荷トルクの推定値を算出する制御モデルである。また、負荷トルク推定部２１２は、生成（または更新）したトルク推定モデルを用いて電動モータ１３０の負荷トルクの推定値を算出する。
【００３０】
コイル抵抗値算出部２１３は、所定の条件のもとで、回転速度推定部２１１において算出された回転速度の推定値と、制御部２００を介して取得した回転速度の実測値とに基づいて、電動モータ１３０のコイル抵抗値の変動率を算出する。なお、算出されたコイル抵抗値の変動率は、モータノミナルモデル及びトルク推定モデルの修正に用いられる。
【００３１】
故障診断部２１４は、温度データ入力部２０５より入力された温度データに基づいて導出されるコイル抵抗値の変動率により修正されたモータノミナルモデルを用いて、所定の条件のもとで回転速度推定部２１１において算出された回転速度の推定値を取得する。また、取得した回転速度の推定値に基づいて、電動モータ１３０を含む駆動系の故障の有無を診断する。
【００３２】
なお、以下では、負荷トルク推定部２１２が電動モータ１３０の負荷トルクの推定値を算出する処理を、"負荷トルク推定処理"と称する。また、コイル抵抗値算出部２１３が電動モータ１３０のコイル抵抗値の変動率を算出する処理を、"コイル抵抗値算出処理"と称する。更に、故障診断部２１４が電動モータ１３０を含む駆動系の故障の有無を診断する処理を"故障診断処理"と称する。負荷トルク推定処理、コイル抵抗値算出処理、故障診断処理のうちのいずれの処理を実行するかは、処理モード入力部２０４より入力された処理モードに関する情報に基づいて推定部２１０において決定されるものとする。
【００３３】
時定数導出部２２１は、推定部２１０より送信された回転速度の実測値に基づいて、予め保持する近似式またはテーブルを参照し、回転速度に応じた電動モータ１３０の機械時定数及び電気時定数を導出する。また、導出した機械時定数及び電気時定数を推定部２１０に入力する。なお、近似式またはテーブルには、回転速度と電動モータ１３０の機械時定数及び電気時定数との関係が規定されているものとする。
【００３４】
推定部２１０の回転速度推定部２１１及び負荷トルク推定部２１２では、それぞれ、時定数導出部２２１において導出された機械時定数及び電気時定数に基づいて、モータノミナルモデル及びトルク推定モデルを更新する。
【００３５】
コイル抵抗値管理部２２２は、コイル抵抗値算出部２１３により算出された、電動モータ１３０のコイル抵抗値の変動率を、算出値として管理する。また、予め、電動モータ１３０のコイル抵抗値の変動率と温度との関係が規定された近似式またはテーブルを保持し、温度データ入力部２０５において受信された温度データに基づいて、電動モータ１３０のコイル抵抗値の変動率を導出する。更に、導出したコイル抵抗値の変動率を、推定部２１０の故障診断部２１４に入力する。
【００３６】
推定トルク値出力部２０６は、推定部２１０の負荷トルク推定部２１２において算出された負荷トルクの推定値を出力する。診断結果出力部２０７は、推定部２１０の故障診断部２１４により判定された故障診断結果を出力する。なお、負荷トルクの推定値及び故障診断結果は、インタフェース部１０５を介して出力される。
【００３７】
＜３．処理モードの説明＞
次に、推定部２１０において実行される処理モードについて説明する。図３は、推定部２１０において実行される処理モードの一例を示す図である。図３に示すように、推定部２１０において実行される処理モードには、"負荷トルク推定モード"、"コイル抵抗値算出モード"、"故障診断モード"が含まれる。推定部２１０では、処理モード入力部２０４から入力された処理モードに関する情報に応じた処理モードに遷移し、対応する処理を実行する。
【００３８】
負荷トルク推定モードは、制御部２００による電動モータ１３０の制御時に、回転速度推定部２１１がモータノミナルモデルを用いて回転速度の推定値を算出し、負荷トルク推定部２１２が、トルク推定モデルを用いて負荷トルクの推定値を算出するモードである。
【００３９】
コイル抵抗値算出モードは、所定の条件のもとで制御部２００が電動モータ１３０を制御した際に、回転速度推定部２１１がモータノミナルモデルを用いて回転速度の推定値を算出し、コイル抵抗値算出部２１３がコイル抵抗値の変動率を算出するモードである。なお、コイル抵抗値算出モードにおいて算出されたコイル抵抗値の変動率は、負荷トルク推定モードにおいて、電動モータ１３０の回転速度の推定値及び負荷トルクの推定値を算出する際に、モータノミナルモデル及びトルク推定モデルを修正するのに用いられる。
【００４０】
故障診断モードは、所定の条件のもとで制御部２００が電動モータ１３０を制御した際に、回転速度推定部２１１がモータノミナルモデルを用いて回転速度の推定値を算出し、故障診断部２１４が電動モータ１３０を含む駆動系の故障の有無を診断するモードである。
【００４１】
＜４．ブロック線図の説明＞
次に、制御部２００が電動モータの回転速度または位置を制御するとともに、推定部２１０が回転速度及び負荷トルクを推定するためのブロック線図について説明する。図４は、制御部２００が電動モータ１３０の回転速度または位置を制御するとともに、推定部２１０が回転速度及び負荷トルクを推定するためのブロック線図である。
【００４２】
図４に示すように、制御部２００では、制御目標値（目標回転速度ωｔｇｔまたは目標位置ｘｔｇｔ）と、フィードバックされた実測値（回転速度の実測値ωｄｅｔまたは回転位置の実測値ｘｄｅｔ）とに基づいて、制御値（電圧値Ｖｃｔｌ）を出力する。
【００４３】
電動モータ１３０では、制御部２００より出力された制御値（電圧値Ｖｃｔｌ）に基づいて、所定の回転トルクＴが発生する。これに対して、電動モータ１３０には、未知の負荷トルクτがかかるため、電動モータ１３０は、回転トルクＴと負荷トルクτとの差分値に応じた回転速度で回転する。
【００４４】
位置／回転速度検出部１４０では、電動モータ１３０の回転速度を検出し、回転速度の実測値ωｄｅｔを制御部２００にフィードバックする。
【００４５】
あるいは、検出した回転速度に基づいて位置情報を算出し（あるいは直接位置情報を検出し）、位置情報の実測値ｘｄｅｔとして制御部２００にフィードバックする。
【００４６】
このように、回転速度の実測値ωｄｅｔまたは位置情報の実測値ｘｄｅｔに基づくフィードバック制御を行うことで、電動モータ１３０は、目標回転速度ωｔｇｔまたは目標位置ｘｔｇｔに制御されることとなる。
【００４７】
電動モータ１３０の回転速度の制御または位置の制御と平行して、推定部２１０では、逐次、回転速度の推定値ωｅ、負荷トルクの推定値τｅの算出を行う。
【００４８】
具体的には、回転速度推定部２１１が、制御部２００より出力される制御値（電圧値Ｖｃｔｌ）を取得し、モータノミナルモデルＰ（ｓ）に基づいて、電動モータ１３０の回転速度の推定値ωｅを算出する。
【００４９】
また、推定部２１０が、位置／回転速度検出部１４０において検出された回転速度の実測値ωｄｅｔを取得し、回転速度の推定値ωｅと実測値ωｄｅｔとの差分値を算出したうえで負荷トルク推定部２１２に入力する。
【００５０】
負荷トルク推定部２１２では、入力された差分値から、トルク推定モデルＴｑ（ｓ）を用いて負荷トルクの推定値τｅを算出する。
【００５１】
なお、トルク推定モデルＴｑ（ｓ）は、以下のように表すことができる。
【００５２】
【数１】
2016019374.tif 000003
ただし、Ｐ−１（ｓ）は、モータノミナルモデルＰ（ｓ）の逆数である。また、Ｆ（ｓ）は、低域フィルタの伝達関数であり、Ｐ（ｓ）がｎ次の伝達関数であった場合、以下のように表すことができる。
【００５３】
【数２】
2016019374.tif 000004
更に、Ｒは電動モータ１３０のコイル抵抗値を、Ｌは電動モータ１３０のコイルインダクタンスを、Ｋｔはトルク定数をそれぞれ表している。また、ｆは帯域周波数を表している。
【００５４】
ここで、回転速度の推定値ωｅと実測値ωｄｅｔとの差分値を負荷トルク推定部２１２に入力することで、負荷トルクの推定値τｅを算出する過程について簡単に説明する。
【００５５】
式１において、まず、回転速度の推定値ωｅと実測値ωｄｅｔとの差分値に、Ｐ−１（ｓ）Ｆ（ｓ）をかけあわせると、負荷トルクτ分を駆動するのに必要な電圧の推定値（ここではＶｅと称す）が算出される。
【００５６】
更に、算出した電圧の推定値Ｖｅに、１／（Ｒ＋ｓＬ）をかけあわせると、負荷トルクτ分を駆動するのに必要な電流の推定値（ここではＩｅと称す）が算出される。そして、算出した電流の推定値Ｉｅにトルク定数Ｋｔをかけあわせると、負荷トルクτに対応する推定値τｅを算出することができる。
【００５７】
以上のことから、回転速度の推定値ωｅと実測値ωｄｅｔとの差分値に、式１に示すトルク推定モデルＴｑ（ｓ）をかけあわせることで負荷トルクの推定値τｅを算出することができる。
【００５８】
なお、制御値（電圧値Ｖｃｔｌ）及び実測値（回転速度の実測値ωｄｅｔ）は、制御部２００の制御周期ごとに出力されるため、推定部２１０では、制御部２００の制御周期ごとに、負荷トルクの推定値τｅを算出することができる。
【００５９】
＜５．モータノミナルモデル＞
次に、モータノミナルモデルＰ（ｓ）の詳細について説明する。一般に電動モータは、図５（ａ）に示すブロック線図により表現することができる。
【００６０】
なお、図５（ａ）において、Ｖｃｔｌは、制御部２００より出力される制御値（電圧値）であり、Ｒは電動モータ１３０のコイル抵抗値を、Ｌは電動モータ１３０のコイルインダクタンスを、Ｋｔはトルク定数をそれぞれ表している。また、Ｊはイナーシャを、Ｋｅは逆起電力定数をそれぞれ表している。
【００６１】
ここで、図５（ａ）に示す閉ループのブロック線図は、図５（ｂ）に示す開ループのブロック線図に書き替えることができる。
【００６２】
つまり、モータノミナルモデルＰ（ｓ）は、以下のように表すことができる。
【００６３】
【数３】
2016019374.tif 000005
なお、Ｔｍは機械時定数であり、下式により表すことができる。
【００６４】
【数４】
2016019374.tif 000006
ただし、Ｊはイナーシャを、Ｋｔはトルク定数を、Ｋｅは逆起電力定数をそれぞれ示している。
【００６５】
また、Ｔｅは電気時定数であり、下式により表すことができる。
【００６６】
【数５】
2016019374.tif 000007
ただし、Ｌは電動モータ１３０のコイルインダクタンスを、Ｒは電動モータ１３０のコイル抵抗値をそれぞれ表している。
【００６７】
このように、負荷トルクの推定値τｅを求めるために必要なモータノミナルモデルＰ（ｓ）（及びトルク推定モデル）には、機械時定数と電気時定数とが含まれる。
【００６８】
ここで、本願出願人は、従来技術を用いて算出する負荷トルクの推定値が、制御対象である電動モータの状態の変化に伴って誤差が大きくなってしまうことの原因を解析するにあたり、電動モータの回転速度と機械時定数及び電気時定数との関係に着目した。
【００６９】
従来技術を用いて負荷トルクの推定値を算出する場合、電動モータの機械時定数と電気時定数は常に一定であると仮定しており、回転速度に関わらず、電動モータの機械時定数と電気時定数には、所定の定数が代入されることになっているからである。
【００７０】
これに対して、本願出願人が、電動モータの機械時定数及び電気時定数を、様々な回転速度において実験的に求めたところ、電動モータの機械時定数及び電気時定数は、回転速度によって変動することがわかった。更に、同じ回転速度であっても、温度の変動により電動モータのコイル抵抗値が変動するため、機械時定数及び電気時定数も変動することがわかった。
【００７１】
そこで、以下では、まず、電動モータの回転速度と機械時定数及び電気時定数とがどのような関係にあるかを説明する。そして、電動モータの回転速度と機械時定数及び電気時定数との関係を反映したうえで、更に、温度の変動に伴う修正を施した負荷トルク推定処理について説明する。更に、温度の変動に起因して生じた電動モータのコイル抵抗値の変動率を算出するための処理である、コイル抵抗値算出処理について説明する。更に、温度の変動に応じて機械時定数及び電気時定数の修正が行われたモータノミナルモデルを利用した故障診断処理について説明する。
【００７２】
＜６．電動モータの回転速度と機械時定数及び電気時定数との関係＞
はじめに、電動モータ１３０の回転速度ωｄｅｔと機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅとの関係について図６乃至図８を用いて説明する。
【００７３】
図６は、電動モータ１３０の回転速度ωｄｅｔと機械時定数Ｔｍとの関係を実験的に求める様子を示した図である。図６において、（ａ−１）は、回転速度が５００ｒｐｍになるように電圧Ｖ５００をステップ入力した様子を示している。また（ｂ−１）は、電動モータ１３０に電圧Ｖ５００をステップ入力した場合の、電動モータ１３０の回転速度の実測値ωｄｅｔの時間変化を示している。
【００７４】
図６（ｂ−１）において、回転速度の実測値ωｄｅｔが、変位量の６３．２％に到達するまでの時間を求めることで、回転速度が５００ｒｐｍのときの機械時定数Ｔｍ５００を導き出すことができる。
【００７５】
同様に、（ａ−２）は、回転速度が１０００ｒｐｍになるように、電圧Ｖ１０００をステップ入力した様子を示している。また、（ｂ−２）は、電動モータ１３０に電圧Ｖ１０００をステップ入力した場合の、電動モータ１３０の回転速度の実測値ωｄｅｔの時間変化を示している。
【００７６】
図６（ｂ−２）において、回転速度の実測値ωｄｅｔが、変位量の６３．２％に到達するまでの時間を求めることで、回転速度が１０００ｒｐｍのときの機械時定数Ｔｍ１０００を導き出すことができる。
【００７７】
同様に、（ａ−３）は、回転速度が３０００ｒｐｍになるように、電圧Ｖ３０００をステップ入力した様子を示している。また、（ｂ−３）は、電動モータ１３０に電圧Ｖ３０００をステップ入力した場合の、電動モータ１３０の回転速度の実測値ωｄｅｔの時間変化を示している。
【００７８】
図６（ｂ−３）において、回転速度の実測値ωｄｅｔが、変位量の６３．２％に到達するまでの時間を求めることで、回転速度３０００ｒｐｍのときの機械時定数Ｔｍ３０００を導き出すことができる。
【００７９】
図８のＴｍは、このようにして求めた各回転速度における機械時定数をグラフ化したものである。図８において、横軸は電動モータ１３０の回転速度を、縦軸は、それぞれの機械時定数を正規化した値を示している。
【００８０】
一方、図７は、電動モータ１３０の回転速度ωｄｅｔと電気時定数Ｔｅとの関係を実験的に求める様子を示した図である。図７において、（ａ−１）は、回転速度が５００ｒｐｍになるように電圧Ｖ５００をステップ入力した様子を示している。また（ｂ−１）は、電動モータ１３０に電圧Ｖ５００をステップ入力した場合の、電動モータ１３０のコイルに流れる電流の実測値Ｉｄｅｔの時間変化を示している。
【００８１】
図７（ｂ−１）において、電流の実測値Ｉｄｅｔが、変位量の６３．２％に到達するまでの時間を求めることで、回転速度が５００ｒｐｍのときの電気時定数Ｔｅ５００を導き出すことができる。
【００８２】
同様に、図７（ａ−２）は、回転速度が１０００ｒｐｍになるように、電圧Ｖ１０００をステップ入力した様子を示している。また、図７（ｂ−２）は、電動モータ１３０に電圧Ｖ１０００をステップ入力した場合の、電動モータ１３０のコイルに流れる電流の実測値Ｉｄｅｔの時間変化を示している。
【００８３】
図７（ｂ−２）において、電流の実測値Ｉｄｅｔが、変位量の６３．２％に到達するまでの時間を求めることで、回転速度が１０００ｒｐｍのときの電気時定数Ｔｅ１０００を導き出すことができる。
【００８４】
同様に、図７（ａ−３）は、回転速度が３０００ｒｐｍになるように、電圧Ｖ３０００をステップ入力した様子を示している。また、図７（ｂ−３）は、電動モータ１３０に電圧Ｖ３０００をステップ入力した場合の、電動モータ１３０のコイルに流れる電流の実測値Ｉｄｅｔの時間変化を示している。
【００８５】
図７（ｂ−３）において、電流の実測値Ｉｄｅｔが、変位量の６３．２％に到達するまでの時間を求めることで、回転速度３０００ｒｐｍのときの電気時定数をＴｅ３０００を導き出すことができる。
【００８６】
図８のＴｅは、このようにして求めた各回転速度における電気時定数をグラフ化したものである。図８において、横軸は電動モータ１３０の回転速度を、縦軸は、それぞれの電気時定数を正規化した値を示している。
【００８７】
以上のように、電動モータ１３０の機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅは、回転速度に応じて変動する。このため、制御装置１００では、モータノミナルモデルＰ（ｓ）を用いて回転速度の推定値ωｅを算出するにあたり、算出時の電動モータ１３０の回転速度の実測値（ωｄｅｔ）に応じて、機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅを逐次更新する構成とした。
【００８８】
具体的には、図８のグラフに基づいて、Ｔｍ、Ｔｅをそれぞれ、回転速度の関数としてＮ次式により近似しておき、当該近似式に、算出時の電動モータ１３０の回転速度の実測値（ωｄｅｔ）を代入することで、機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅを算出する。そして、当該算出した機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅを用いてモータノミナルモデルＰ（ｓ）を生成（または更新）し、生成（または更新）したモータノミナルモデルＰ（ｓ）により、回転速度の推定値ωｅを算出する構成とした。
【００８９】
なお、機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅを、例えば、１次式で表すと、以下のように表すことができる。
【００９０】
Ｔｍ＝Ａｍ×ωｄｅｔ＋Ｂｍ  （Ａｍ、Ｂｍは定数）
Ｔｅ＝Ａｅ×ωｄｅｔ＋Ｂｅ  （Ａｅ、Ｂｅは定数）
ただし、近似式は１次式に限定されないことはいうまでもない。
【００９１】
なお、機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅの導出方法は、近似式に限定されない。例えば、図８のグラフをテーブル化したものを予め作成しておき、算出時に、電動モータ１３０の回転速度の実測値ωｄｅｔに最も近い回転速度に対応する機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅを当該テーブルより導出するように構成してもよい。
【００９２】
なお、上記近似式またはテーブルは、回転速度が０ｒｐｍから３０００ｒｐｍまでの機械時定数及び電気時定数について記載した図８に基づいて作成することとしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、更に、広いレンジについて実験を行うことで得られた結果を用いて、近似式またはテーブルを作成するようにしてもよい。作成された近似式またはテーブルは、時定数導出部２２１に格納される。
【００９３】
＜７．負荷トルク推定処理＞
次に、電動モータの回転速度と機械時定数及び電気時定数との関係を反映するとともに、温度の変動に伴う修正を施した、負荷トルク推定処理の流れについて説明する。図９は、負荷トルク推定処理の流れを示すフローチャートである。
【００９４】
動作指示入力部２０３が動作開始指示を受信し、処理モード入力部２０４が処理モードに関する情報として"負荷トルク推定モード"を受信した場合に、推定部２１０では、負荷トルク推定処理を実行する。
【００９５】
ステップＳ９０１において、負荷トルク推定部２１２は、現在、コイル抵抗値管理部２２２において管理されている算出値（コイル抵抗値の変動率Ｒｔ）を取得する。なお、コイル抵抗値管理部２２２に管理されているコイル抵抗値の変動率（温度の変動に起因して生じた電動モータのコイル抵抗値の変動率Ｒｔ）を算出するためのコイル抵抗値算出処理の詳細は後述する。
【００９６】
ステップＳ９０２において、推定部２１０は、制御部２００がタイミングＴ１で出力した制御値（電圧値Ｖｃｔｌ１）を取得する。また、実測値入力部２０８は、タイミングＴ１で受信した回転速度の実測値ωｄｅｔ１を取得する。
【００９７】
ステップＳ９０３において、時定数導出部２２１は、ステップＳ９０２において取得した回転速度の実測値ωｄｅｔ１に対応する機械時定数及び電気時定数を、時定数導出部２２１に格納された近似式に基づいて導出する。ここでは、機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ１と電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ１を導出する。
【００９８】
ステップＳ９０４において、回転速度推定部２１１は、機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ１及び電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ１に基づいて、モータノミナルモデルＰ（ｓ）１を生成する。更に、負荷トルク推定部２１２は、機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ１及び電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ１に基づいて、トルク推定モデルＴｑ（ｓ）１を生成する。このとき、回転速度推定部２１１及び負荷トルク推定部２１２では、ステップＳ９０１で取得したコイル抵抗値の変動率Ｒｔを用いた所定の修正内容により、モータノミナルモデルＰ（ｓ）１及びトルク推定モデルＴｑ（ｓ）１を修正する。具体的には、式４に基づいて、導出した機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ１にコイル抵抗値の変動率Ｒｔをかけあわせることで、機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ１を修正する。また、式５に基づいて、導出した電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ１をコイル抵抗値の変動率Ｒｔで除算することで、電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ１を修正する。更に、トルク推定モデルＴｑ（ｓ）１にあっては、式１に基づいて、分母のＲ（コイル抵抗値）にコイル抵抗値の変動率Ｒｔをかけあわせることで修正する（Ｒ→Ｒ×Ｒｔ）。
【００９９】
ステップＳ９０５において、回転速度推定部２１１は、ステップＳ９０４において生成したモータノミナルモデルＰ（ｓ）１に、ステップＳ９０２において取得された制御値（電圧値Ｖｃｔｌ１）をかけあわせることで、回転速度の推定値ωｅ１を算出する。
【０１００】
ステップＳ９０６において、推定部２１０は、ステップＳ９０２において取得した回転速度の実測値ωｄｅｔ１とステップＳ９０５において算出した回転速度の推定値ωｅ１との差分値を算出する。
【０１０１】
更に、負荷トルク推定部２１２は、ステップＳ９０４において生成及び修正したトルク推定モデルＴｑ（ｓ）１に、当該差分値をかけあわせることで、負荷トルクの推定値τｅ１を算出する。
【０１０２】
ステップＳ９０６において負荷トルクの推定値τｅ１の算出が完了すると、ステップＳ９０７に進む。ステップＳ９０７において、推定部２１０は負荷トルク推定処理を終了するか否かを判定する。推定部２１０では、動作指示入力部２０３が動作停止指示を受信した場合に、負荷トルク推定処理を終了すると判定する。一方、動作指示入力部２０３が動作停止指示を受信していない場合には、負荷トルク推定処理を維持すると判定する。
【０１０３】
ステップＳ９０７において、推定部２１０が負荷トルク推定処理を維持すると判定した場合には、次の制御周期まで待機し、次の制御周期において、再び、ステップＳ９０２からの処理を実行する。
【０１０４】
つまり、タイミングＴ２において制御値Ｖｃｔｌ２及び回転速度の実測値ωｄｅｔ２を取得し（ステップＳ９０２）、機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ２と電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ２を導出する（ステップＳ９０３）。更に、導出した機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ２と電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ２とによりモータノミナルモデルＰ（ｓ）２及びトルク推定モデルＴｑ（ｓ）２を更新したうえでコイル抵抗値の変動率Ｒｔを用いて修正する（ステップＳ９０４）。更に、回転速度の推定値ωｅ２を算出し（ステップＳ９０５）、負荷トルクの推定値τｅ２を算出する（ステップＳ９０６）。
【０１０５】
以下、次の制御周期においても同様の処理を繰り返す。これにより、各制御周期ごとに、回転速度の実測値に応じた機械時定数及び電気時定数によりモータノミナルモデル及びトルク推定モデルが更新され、コイル抵抗値の変動率を用いて修正されたうえで、負荷トルクの推定値が算出される。この結果、電動モータの回転速度及び電動モータの周辺温度に関わらず負荷トルクの推定値を精度よく算出することが可能となる。
【０１０６】
＜８．コイル抵抗値算出処理＞
次に、温度の変動に起因して生じた電動モータ１３０のコイル抵抗値の変動率Ｒｔを算出するための、コイル抵抗値算出処理の流れについて説明する。図１０は、コイル抵抗値算出処理の流れを示すフローチャートである。
【０１０７】
所定の条件（負荷トルクτ＝０）が成立した状態で動作指示入力部２０３が動作開始指示を受信し、目標回転速度入力部２０１または目標位置入力部２０２が所定の目標回転速度または目標位置を受信すると、制御部２００では電動モータ１３０の制御を開始する。このとき、処理モード入力部２０４が処理モードに関する情報として"コイル抵抗値算出モード"を受信すると、推定部２１０ではコイル抵抗値算出処理を実行する。
【０１０８】
ステップＳ１００１において、コイル抵抗値算出部２１３は、コイル抵抗値の変動率として１．０を代入する。ステップＳ１００２において、推定部２１０は、制御部２００がタイミングＴ１で出力した制御値（電圧値Ｖｃｔｌ１）を取得する。また、推定部２１０は実測値入力部２０８がタイミングＴ１で受信した回転速度の実測値ωｄｅｔ１を取得する。
【０１０９】
ステップＳ１００３において、時定数導出部２２１は、回転速度の実測値ωｄｅｔ１に対応する機械時定数及び電気時定数を、時定数導出部２２１に格納された近似式に基づいて導出する。ここでは、機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ１と電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ１を導出する。
【０１１０】
ステップＳ１００４において、回転速度推定部２１１は、機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ１及び電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ１に基づいて、モータノミナルモデルＰ（ｓ）１を生成する。このとき、回転速度推定部２１１では、コイル抵抗値の変動率を用いた修正内容により、モータノミナルモデルＰ（ｓ）１を修正する。具体的には、式４に基づいて、導出した機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ１にコイル抵抗値の変動率（ここでは１．０）をかけあわせることで、機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ１を修正する。また、式５に基づいて、導出した電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ１をコイル抵抗値の変動率（ここでは１．０）で除算することで、電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ１を修正する。
【０１１１】
ステップＳ１００５において、回転速度推定部２１１は回転速度の推定値ωｅ１を算出する。具体的には、ステップＳ１００４において生成及び修正されたモータノミナルモデルＰ（ｓ）１に、ステップＳ１００２において取得された制御値（電圧値Ｖｃｔｌ１）をかけあわせることで、回転速度の推定値ωｅ１を算出する。
【０１１２】
ステップＳ１００６において、コイル抵抗値算出部２１３は、コイル抵抗値決定処理を実行することで、コイル抵抗値の変動率を変更する（１．０→Ｒ'（Ｒ'は例えば、１．１））。なお、ステップＳ１００６におけるコイル抵抗値決定処理の詳細は後述する。
【０１１３】
ステップＳ１００７では、コイル抵抗値算出部２１３によりコイル抵抗値の変動率が決定されたか否かを判定する。ステップＳ１００７において、コイル抵抗値の変動率が決定されていないと判定された場合には、次の制御周期まで待機し、次の制御周期において、再び、ステップＳ１００２からの処理を実行する。
【０１１４】
つまり、タイミングＴ２において制御値Ｖｃｔｌ２及び回転速度の実測値ωｄｅｔ２を取得し（ステップＳ１００２）、機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ２と電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ２を導出する（ステップＳ１００３）。更に、導出した機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ２と電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ２とによりモータノミナルモデルＰ（ｓ）２を更新したうえで、ステップＳ１００６において算出されたコイル抵抗値の変動率（Ｒ'）を用いて修正する（ステップＳ１００４）。更に、回転速度の推定値ωｅ２を算出し（ステップＳ１００５）、コイル抵抗値決定処理を実行する（ステップＳ１００６）。以下、コイル抵抗値決定処理において、コイル抵抗値の変動率が決定するまでコイル抵抗値の変動率を変更させながら（Ｒ'→Ｒ''→Ｒ'''・・・Ｒｔ）、同様の処理を繰り返す。なお、図１０の例では、コイル抵抗値の変動率がＲｔに決定されたことを示している。
【０１１５】
＜９．コイル抵抗値決定処理＞
次に、コイル抵抗値の変動率を決定する、コイル抵抗値決定処理（図１０のステップＳ１００６）の詳細な流れについて説明する。図１１は、コイル抵抗値決定処理の流れを示すフローチャートである。
【０１１６】
ステップＳ１１０１において、コイル抵抗値算出部２１３は、回転速度推定部２１１において算出された回転速度の推定値ωｅを取得する。ステップＳ１１０２において、コイル抵抗値算出部２１３は、推定部２１０が取得した回転速度の実測値ωｄｅｔと、回転速度の推定値ωｅとを対比し、両者が略等しいか否か（両者の差分値が所定範囲内であるか否か）を判定する。
【０１１７】
ステップＳ１１０２において、回転速度の推定値ωｅと回転速度の実測値ωｄｅｔとの差分値が所定範囲内にないと判定された場合には、ステップＳ１１０３に進む。ステップＳ１１０３において、コイル抵抗値算出部２１３は、回転速度の推定値ωｅが回転速度の実測値ωｄｅｔよりも大きいか否かを判定する。ステップＳ１１０３において、回転速度の推定値ωｅが回転速度の実測値ωｄｅｔよりも大きいと判定した場合には、ステップＳ１１０４に進む。
【０１１８】
ステップＳ１１０４において、コイル抵抗値算出部２１３は、コイル抵抗値の変動率を大きくする。例えば、コイル抵抗値の変動率を１．０から１．１に変更する。これにより、次の制御周期のステップＳ１００４（図１０）において機械時定数及び電気時定数が修正される（機械時定数は１．１倍になり、電気時定数は、１／１．１倍になる）。
【０１１９】
一方、ステップＳ１１０３において、回転速度の推定値ωｅが回転速度の実測値ωｄｅｔより小さいと判定した場合には、ステップＳ１１０５に進む。ステップＳ１１０５において、コイル抵抗値算出部２１３は、コイル抵抗値の変動率を小さくする。例えば、コイル抵抗値の変動率を１．０から０．９に変更する。これにより、機械時定数及び電気時定数が修正される（機械時定数は０．９倍になり、電気時定数は、１／０．９倍になる）。
【０１２０】
一方、ステップＳ１１０２において、回転速度の推定値ωｅが回転速度の実測値ωｄｅｔと略等しい（両者の差分値が所定範囲内である）と判定された場合には、ステップＳ１１０６に進む。ステップＳ１１０６において、コイル抵抗値算出部２１３では、このときのコイル抵抗値の変動率を、コイル抵抗値管理部２２２に格納する。
【０１２１】
このように、本実施形態に係る制御装置１００では、
・所定の条件（負荷トルクτ＝０）が成立し、かつ、
・電動モータの回転速度に応じた機械時定数及び電気時定数によりモータノミナルモデルが更新されている、
状態において、当該モータノミナルモデルを用いて算出された回転速度の推定値と、回転速度の実測値との間に生じる差分値は、温度の変動に起因して生じたコイル抵抗値の変動が原因であると判断する構成とした。
【０１２２】
これにより、回転速度の推定値と回転速度の実測値との差分値が所定の範囲内に収まるようにコイル抵抗値の変動率を変えることで、温度の変動の影響を除去することが可能となる。
【０１２３】
＜１０．故障診断処理＞
次に、推定部２１０において実行される故障診断処理の流れについて説明する。図１２は、故障診断処理の流れを示すフローチャートである。
【０１２４】
所定の条件（負荷トルクτ＝０）が成立した状態で動作指示入力部２０３が動作開始指示を受信し、目標回転速度入力部２０１または目標位置入力部２０２が所定の目標回転速度または目標位置を受信すると、制御部２００では電動モータ１３０の制御を開始する。このとき、処理モード入力部２０４が処理モードに関する情報として、"故障診断モード"を受信すると、推定部２１０では故障診断処理を実行する。
【０１２５】
ステップＳ１２０１において、温度データ入力部２０５は、タイミングＴ１で温度データθ１を受信する。また、推定部２１０は、温度データ入力部２０５において受信された温度データθ１を取得する。
【０１２６】
ステップＳ１２０２において、コイル抵抗値管理部２２２は、推定部２１０において取得された温度データθ１に対応する、コイル抵抗値の変動率を導出する。ここでは、コイル抵抗値の変動率Ｒ１を導出する。
【０１２７】
図１３は、コイル抵抗値管理部２２２に格納されているテーブルの一例を示す図である。図１３に示すように、コイル抵抗値管理部２２２には、各温度データに対応付けて、予め実験的に求めたコイル抵抗値の変動率が格納されている。これにより、コイル抵抗値管理部２２２では、推定部２１０において取得された温度データθ１に対応するコイル抵抗値の変動率Ｒ１を導出することができる。
【０１２８】
図１２の説明に戻る。ステップＳ１２０３において、推定部２１０は、制御部２００がタイミングＴ１で出力した制御値（電圧値Ｖｃｔｌ１）を取得する。また、実測値入力部２０８が、タイミングＴ１で受信した回転速度の実測値ωｄｅｔ１を取得する。
【０１２９】
ステップＳ１２０４において、時定数導出部２２１は、回転速度の実測値ωｄｅｔ１に対応する機械時定数及び電気時定数を、時定数導出部２２１に格納された近似式に基づいて導出する。ここでは、機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ１と電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ１を導出する。
【０１３０】
ステップＳ１２０５において、回転速度推定部２１１は、機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ１及び電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ１に基づいて、モータノミナルモデルＰ（ｓ）１を生成する。このとき、回転速度推定部２１１では、コイル抵抗値の変動率Ｒ１を用いた修正内容により、モータノミナルモデルＰ（ｓ）１を修正する。具体的には、式４に基づいて、導出した機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ１にコイル抵抗値の変動率Ｒ１をかけあわせることで、機械時定数Ｔｍ＿ωｄｅｔ１を修正する。また、式５に基づいて、導出した電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ１をコイル抵抗値の変動率Ｒ１で除算することで、電気時定数Ｔｅ＿ωｄｅｔ１を修正する。
【０１３１】
ステップＳ１２０６において、回転速度推定部２１１は回転速度の推定値ωｅ１を算出する。具体的には、ステップＳ１２０５において生成及び修正したモータノミナルモデルＰ（ｓ）１に、ステップＳ１２０３において取得された制御値（電圧値Ｖｃｔｌ１）をかけあわせることで、回転速度の推定値ωｅ１を算出する。
【０１３２】
ステップＳ１２０７において、故障診断部２１４は、ステップＳ１２０６において算出した回転速度の推定値ωｅ１と、ステップＳ１２０３において取得した回転速度の実測値ωｄｅｔ１とを対比する。対比の結果、ステップＳ１２０６において算出した回転速度の推定値ωｅ１と、ステップＳ１２０３において取得した回転速度の実測値ωｄｅｔ１とが等しくない（両者の差分値が所定範囲外である）と判定した場合には、ステップＳ１２０８に進む。
【０１３３】
ステップＳ１２０８において、故障診断部２１４は、電動モータ１３０を含む駆動系が故障していると判定し、故障診断結果（警報を含む）を診断結果出力部２０７を介して出力する。一方、対比の結果、ステップＳ１２０６において算出した回転速度の推定値ωｅ１と、ステップＳ１２０３において取得した回転速度の実測値ωｄｅｔ１とが略等しい（両者の差分値が所定範囲内である）と判定した場合には、ステップＳ１２０９に進む。ステップＳ１２０９において、故障診断部２１４は、電動モータ１３０を含む駆動系が正常である（故障していない）と判定し、故障診断結果を診断結果出力部２０７を介して出力する。
【０１３４】
このように、本実施形態に係る制御装置１００では、
・所定の条件（負荷トルクτ＝０）が成立し、
・電動モータの回転速度に応じた機械時定数及び電気時定数により、モータノミナルモデルが更新され、かつ、
・温度データに応じたコイル抵抗値の変動率を用いてモータノミナルモデルが修正されている、
状態において、当該モータノミナルモデルを用いて算出された回転速度の推定値と、回転速度の実測値との間に生じる差分値は、電動モータの故障が原因であると判断する構成とした。これにより、電動モータ１３０を含む駆動系の故障診断を行うことが可能となる。
【０１３５】
＜１１．まとめ＞
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る制御装置では、
・制御対象である電動モータのモータノミナルモデル及び電動モータに係る負荷トルクを推定するためのトルク推定モデルを同定した。また、電動モータを制御するための制御値（電圧値）と、電動モータの回転速度の実測値とを用いて、同定したモータノミナルモデル及びトルク推定モデルにより、電動モータの負荷トルクを推定する構成とした。
・モータノミナルモデル及びトルク推定モデルを同定するにあたっては、機械時定数及び電気時定数が、電動モータの回転速度に応じて変動する点に着目した。また、機械時定数及び電気時定数に含まれるコイル抵抗値が、温度に応じて変動する点に着目した。そして、回転速度の実測値に基づく機械時定数及び電気時定数を導出し、モータノミナルモデル及びトルク推定モデルを生成したうえで、コイル抵抗値の変動率により該モデルを修正する構成とした。
・各回転速度における機械時定数及び電気時定数は、予め、実験的に求めておき、ｎ次式の近似式で近似するか、テーブルに格納しておく構成とした。
・温度に応じたコイル抵抗値の変動率は、所定の条件のもと、回転速度の実測値に応じた機械時定数及び電気時定数により更新されたモータノミナルモデルにおいて算出された回転速度の推定値が、回転速度の実測値と略等しくなるように、変化させる構成とした。
・温度に応じたコイル抵抗値の変動率を予め実験的に求めておく構成とした。また、所定の条件のもと、回転速度の実測値に応じた機械時定数及び電気時定数により更新され、かつ温度に応じたコイル抵抗値の変動率により修正されたモータノミナルモデルを用いて回転速度の推定値を算出する構成とした。そして、算出した回転速度の推定値が、回転速度の実測値と異なっていた場合に、電動モータを含む駆動系が故障したと判定する構成とした。
【０１３６】
これにより、電動モータの回転速度及び温度が変動することによって、負荷トルクの推定値の誤差が大きくなるといった従来の問題を回避することが可能となる。この結果、電動モータの負荷トルクの推定精度を向上させることが可能になる。
【０１３７】
［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、制御対象である電動モータ１３０の状態の変化によって、同定される制御モデルが変動する場合として、制御対象である電動モータ１３０の回転速度と機械時定数及び電気時定数との関係及び温度とコイル抵抗値との関係に着目した。
【０１３８】
しかしながら、制御対象である電動モータの状態の変化は、回転速度の変動として捉えることができるほか、例えば、負荷トルクの変動として捉えることもできる。
【０１３９】
そこで、本実施形態では、まず、電動モータの負荷トルクと機械時定数及び電気時定数とがどのような関係にあるかを説明する。そして、電動モータの負荷トルクと機械時定数及び電気時定数との関係を反映したうえで、温度の変動に伴う修正を施した負荷トルク推定処理について説明する。
【０１４０】
なお、本実施形態における制御装置のハードウェア構成（図１）、機能構成（図２）、処理モード（図３）、ブロック線図（図４）、モータノミナルモデル（図５）については、上記第１の実施形態と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【０１４１】
＜１．電動モータの負荷トルクと機械時定数及び電気時定数との関係＞
はじめに、電動モータ１３０の負荷トルクτと機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅとの関係について図１４乃至図１６を用いて説明する。
【０１４２】
図１４は、電動モータ１３０の負荷トルクτと機械時定数Ｔｍとの関係を実験的に求める様子を示した図である。図１４において、（ａ−１）は、電動モータ１３０に既知の負荷トルクτ＝０．０１［Ｎｍ］がかかるようにした状態で、所定の回転速度になるように電圧Ｖ１をステップ入力した様子を示している。また（ｂ−１）は、電動モータ１３０に既知の負荷トルクτ＝０．０１［Ｎｍ］がかかるようにした状態で、電動モータ１３０に電圧Ｖ１をステップ入力した場合の、電動モータ１３０の回転速度の実測値ωｄｅｔの時間変化を示している。
【０１４３】
図１４（ｂ−１）において、回転速度の実測値ωｄｅｔが、変位量の６３．２％に到達するまでの時間を求めることで、負荷トルクτ＝０．０１［Ｎｍ］のときの機械時定数Ｔｍ１を導き出すことができる。
【０１４４】
同様に、図１４（ａ−２）は、電動モータ１３０に既知の負荷トルクτ＝０．０２［Ｎｍ］がかかるようにした状態で、所定の回転速度になるように、電圧Ｖ２をステップ入力した様子を示している。また、図１４（ｂ−２）は、電動モータ１３０に既知の負荷トルクτ＝０．０２［Ｎｍ］がかかるようにした状態で、電動モータ１３０に電圧Ｖ２をステップ入力した場合の、電動モータ１３０の回転速度の実測値ωｄｅｔの時間変化を示している。
【０１４５】
図１４（ｂ−２）において、回転速度の実測値ωｄｅｔが、変位量の６３．２％に到達するまでの時間を求めることで、負荷トルクτ＝０．０２［Ｎｍ］のときの機械時定数Ｔｍ２を導き出すことができる。
【０１４６】
同様に、図１４（ａ−３）は、電動モータ１３０に既知の負荷トルクτ＝０．０６［Ｎｍ］がかかるようにした状態で、所定の回転速度になるように、電圧Ｖ６をステップ入力した様子を示している。また、図１４（ｂ−３）は、電動モータ１３０に既知の負荷トルクτ＝０．０６［Ｎｍ］がかかるようにした状態で、電動モータ１３０に電圧Ｖ６をステップ入力した場合の、電動モータ１３０の回転速度の実測値ωｄｅｔの時間変化を示している。
【０１４７】
図１４（ｂ−３）において、回転速度の実測値ωｄｅｔが、変位量の６３．２％に到達するまでの時間を求めることで、負荷トルクτ＝０．０６［Ｎｍ］のときの機械時定数Ｔｍ６を導き出すことができる。
【０１４８】
図１６のＴｍは、このようにして求めた各回転速度における機械時定数をグラフ化したものである。図１６において、横軸は電動モータ１３０にかかる既知の負荷トルクを、縦軸は、それぞれの機械時定数を正規化した値を示している。
【０１４９】
一方、図１５は、電動モータ１３０の負荷トルクτと電気時定数Ｔｅとの関係を実験的に求める様子を示した図である。図１５において、（ａ−１）は、電動モータ１３０に既知の負荷トルクτ＝０．０１［Ｎｍ］がかかるようにした状態で、所定の回転速度になるように電圧Ｖ１をステップ入力した様子を示している。また（ｂ−１）は、電動モータ１３０に既知の負荷トルクτ＝０．０１［Ｎｍ］がかかるようにした状態で、電動モータ１３０に電圧Ｖ１をステップ入力した場合の、電動モータ１３０のコイルに流れる電流の実測値Ｉｄｅｔの時間変化を示している。
【０１５０】
図１５（ｂ−１）において、電流の実測値Ｉｄｅｔが、変位量の６３．２％に到達するまでの時間を求めることで、負荷トルクτ＝０．０１［Ｎｍ］のときの電気時定数Ｔｅ１を導き出すことができる。
【０１５１】
同様に、図１５（ａ−２）は、電動モータ１３０に既知の負荷トルクτ＝０．０２［Ｎｍ］がかかるようにした状態で、所定の回転速度になるように、電圧Ｖ２をステップ入力した様子を示している。また、図１５（ｂ−２）は、電動モータ１３０に既知の負荷トルクτ＝０．０２［Ｎｍ］がかかるようにした状態で、電動モータ１３０に電圧Ｖ２をステップ入力した場合の、電動モータ１３０のコイルに流れる電流の実測値Ｉｄｅｔの時間変化を示している。
【０１５２】
図１５（ｂ−２）において、電流の実測値Ｉｄｅｔが、変位量の６３．２％に到達するまでの時間を求めることで、負荷トルクτ＝０．０２［Ｎｍ］のときの電気時定数Ｔｅ２を導き出すことができる。
【０１５３】
同様に、図１５（ａ−３）は、電動モータ１３０に既知の負荷トルクτ＝０．０６［Ｎｍ］がかかるようにした状態で、所定の回転速度になるように、電圧Ｖ６をステップ入力した様子を示している。また、図１５（ｂ−３）は、電動モータ１３０に既知の負荷トルクτ＝０．０６［Ｎｍ］がかかるようにした状態で、電動モータ１３０に電圧Ｖ６をステップ入力した場合の、電動モータ１３０のコイルに流れる電流の実測値Ｉｄｅｔの時間変化を示している。
【０１５４】
図１５（ｂ−３）に示すように、電流の実測値Ｉｄｅｔが、変位量の６３．２％に到達するまでの時間を求めることで、負荷トルクτ＝０．０６［Ｎｍ］のときの電気時定数をＴｅ６を導き出すことができる。
【０１５５】
図１６のＴｅは、このようにして求めた各回転速度における電気時定数をグラフ化したものである。図１６において、横軸は電動モータ１３０にかかる既知の負荷トルクを、縦軸は、それぞれの電気時定数を正規化した値を示している。
【０１５６】
以上のように、電動モータ１３０の機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅは、負荷トルクに応じて変動する。このため、制御装置１００では、モータノミナルモデルＰ（ｓ）を用いて回転速度の推定値ωｅを算出するにあたり、前回算出時の電動モータ１３０の負荷トルクの推定値に応じて、機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅを逐次更新する構成とした。
【０１５７】
具体的には、図１６のグラフに基づいて、Ｔｍ、Ｔｅをそれぞれ、負荷トルクの関数としてＮ次式により近似しておき、当該近似式に、前回算出時の電動モータ１３０の負荷トルクの推定値を代入することで、機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅを算出する。そして、当該算出した機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅを用いてモータノミナルモデルＰ（ｓ）を生成（または更新）し、生成（または更新）したモータノミナルモデルＰ（ｓ）により、回転速度の推定値ωｅを算出する構成とした。
【０１５８】
なお、機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅを、例えば、１次式で表すと、以下のように表すことができる。
【０１５９】
Ｔｍ＝Ｃｍ×τｅ＋Ｄｍ  （Ｃｍ、Ｄｍは定数）
Ｔｅ＝Ｃｅ×τｅ＋Ｄｅ  （Ｃｅ、Ｄｅは定数）
ただし、近似式は１次式に限定されないことはいうまでもない。
【０１６０】
なお、機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅの導出方法は、近似式に限定されない。例えば、図１６のグラフをテーブル化したものを予め作成しておき、算出時に、電動モータ１３０の負荷トルクの推定値τｅに最も近い負荷トルクに対応する機械時定数Ｔｍ及び電気時定数Ｔｅを当該テーブルより導出するように構成してもよい。
【０１６１】
なお、上記近似式またはテーブルは、負荷トルクが０［Ｎｍ］から０．０６［Ｎｍ］までの機械時定数及び電気時定数について記載した図１６に基づいて作成することとしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、更に、広いレンジについて実験を行うことで得られた結果を用いて、近似式またはテーブルを作成するようにしてもよい。作成された近似式またはテーブルは、時定数導出部２２１に格納される。
【０１６２】
＜２．負荷トルク推定処理＞
次に、電動モータの負荷トルクと機械時定数及び電気時定数との関係を反映するとともに、温度の変動に伴う修正を施した、負荷トルク推定処理の流れについて説明する。図１７は、負荷トルク推定処理の流れを示すフローチャートである。
【０１６３】
動作指示入力部２０３が動作開始指示を受信し、処理モード入力部２０４が処理モードに関する情報として"負荷トルク推定モード"を受信した場合に、推定部２１０では、負荷トルク推定処理を実行する。
【０１６４】
ステップＳ１７０１において、負荷トルク推定部２１２は、現在、コイル抵抗値管理部２２２において管理されている算出値（コイル抵抗値算出部２１３により算出されたコイル抵抗値の変動率Ｒｔ）を取得する。
【０１６５】
ステップＳ１７０２において、推定部２１０は、制御部２００がタイミングＴ１で出力した制御値（電圧値Ｖｃｔｌ１）を取得する。また、実測値入力部２０８が、タイミングＴ１で受信した回転速度の実測値ωｄｅｔ１を取得する。
【０１６６】
ステップＳ１７０３において、負荷トルク推定部２１２は、前回の負荷トルクの推定値を取得する。なお、ここでは、前回の負荷トルクの推定値が存在しないため、所定の初期値τｅ０を取得する。
【０１６７】
ステップＳ１７０４において、時定数導出部２２１は、ステップＳ１７０３において取得した負荷トルクの推定値（ここでは、初期値τｅ０）に対応する機械時定数及び電気時定数を、時定数導出部２２１に格納された近似式に基づいて導出する。ここでは、機械時定数Ｔｍ＿τｅ０と電気時定数Ｔｅ＿τｅ０を導出する。
【０１６８】
ステップＳ１７０５において、回転速度推定部２１１は、機械時定数Ｔｍ＿τｅ０及び電気時定数Ｔｅ＿τｅ０に基づいて、モータノミナルモデルＰ（ｓ）１を生成する。更に、負荷トルク推定部２１２は、機械時定数Ｔｍ＿τｅ０及び電気時定数Ｔｅ＿τｅ０に基づいて、トルク推定モデルＴｑ（ｓ）１を生成する。このとき、回転速度推定部２１１及び負荷トルク推定部２１２では、コイル抵抗値の変動率を用いた修正内容により、モータノミナルモデルＰ（ｓ）１及びトルク推定モデルＴｑ（ｓ）１を修正する。具体的には、式４に基づいて、導出した機械時定数Ｔｍ＿τｅ０にコイル抵抗値の変動率Ｒｔをかけ合せることで、機械時定数Ｔｍ＿τｅ０を修正する。また、式５に基づいて、導出した電気時定数Ｔｅ＿τｅ０をコイル抵抗値の変動率Ｒｔで除算することで、電気時定数Ｔｅ＿τｅ０を修正する。更に、トルク推定モデルＴｑ（ｓ）１にあっては、式１に基づいて分母のＲ（コイル抵抗値）を修正する（Ｒ→Ｒ×Ｒｔ）。
【０１６９】
ステップＳ１７０６において、回転速度推定部２１１は回転速度の推定値ωｅ１を算出する。具体的には、ステップＳ１７０５において生成及び修正したモータノミナルモデルＰ（ｓ）１に、ステップＳ１７０２において取得された制御値（電圧値Ｖｃｔｌ１）をかけあわせることで、回転速度の推定値ωｅ１を算出する。
【０１７０】
ステップＳ１７０７において、負荷トルク推定部２１２は、ステップＳ１７０２で取得した回転速度の実測値ωｄｅｔ１とステップＳ１７０６で算出した回転速度の推定値ωｅ１との差分値を算出する。
【０１７１】
更に、負荷トルク推定部２１２は、ステップＳ１７０５において生成及び修正したトルク推定モデルＴｑ（ｓ）１に、当該差分値をかけあわせることで、負荷トルクの推定値τｅ１を算出する。
【０１７２】
ステップＳ１７０７において負荷トルクの推定値τｅ１の算出が完了すると、ステップＳ１７０８に進む。ステップＳ１７０８において、推定部２１０は負荷トルク推定処理を終了するか否かを判定する。推定部２１０では、動作指示入力部２０３が動作停止指示を受信した場合に、負荷トルク推定処理を終了すると判定し、動作指示入力部２０３が動作停止指示を受信していない場合には、負荷トルク推定処理を維持すると判定する。
【０１７３】
ステップＳ１７０８において、推定部２１０が負荷トルク推定処理を維持すると判定した場合には、次の制御周期まで待機し、次の制御周期において、再び、ステップＳ１７０２からの処理を実行する。
【０１７４】
つまり、タイミングＴ２における制御値（電圧値Ｖｃｔｌ２）、回転速度の実測値ωｄｅｔ２を取得した後（ステップＳ１７０２）、前回の負荷トルクの推定値τｅ１を取得する。更に、前回の負荷トルクの推定値τｅ１に基づいて、機械時定数Ｔｍ＿τｅ１と電気時定数Ｔｅ＿τｅ１を導出する（ステップＳ１７０３）。更に、導出した機械時定数Ｔｍ＿τｅ１と電気時定数Ｔｅ＿τｅ１とによりモータノミナルモデルＰ（ｓ）２及びトルク推定モデルＴｑ（ｓ）２を更新したうえで、コイル抵抗値の変動率Ｒｔを用いて修正する（ステップＳ１７０５）。更に、回転速度の推定値ωｅ２を算出し（ステップＳ１７０６）、負荷トルクの推定値τｅ２を算出する（ステップＳ１７０７）。
【０１７５】
以下、次の制御周期においても同様の処理を繰り返す。これにより、各制御周期ごとに、前回の負荷トルクの推定値に応じた機械時定数及び電気時定数によりモータノミナルモデル及びトルク推定モデルが更新され、コイル抵抗値の変動率で修正されたうえで、今回の負荷トルクの推定値が算出される。この結果、電動モータ１３０の負荷トルクの大きさ及び温度に関わらず負荷トルクの推定値を精度よく算出することが可能となる。
【０１７６】
＜３．コイル抵抗値算出処理及び故障診断処理＞
本実施形態に係る制御装置１００によるコイル抵抗値算出処理は、上記第１の実施形態において図１０を用いて説明したコイル抵抗値算出処理と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【０１７７】
一方、本実施形態に係る制御装置１００による故障診断処理は、上記第１の実施形態において図１２を用いて説明した故障診断処理と、ステップＳ１２０４及びステップＳ１２０５を除いて同じである。このため、ここではステップＳ１２０４及びステップＳ１２０５について説明する。
【０１７８】
本実施形態に係る制御装置１００の場合、ステップＳ１２０４において、時定数導出部２２１は、基準負荷トルクに対応する機械時定数Ｔｅ＿τｅ０及び電気時定数Ｔｅ＿τｅ０を導出する。なお、基準負荷トルクとは、所定の条件（負荷トルクτ＝０）が成立した状態で電動モータ１３０にかかる負荷トルクを指す。
【０１７９】
ステップＳ１２０５において、回転速度推定部２１１は、ステップＳ１２０４において導出した機械時定数Ｔｅ＿τｅ０及び電気時定数Ｔｅ＿τｅ０に基づいて、モータノミナルモデルＰ（ｓ）１を生成する。このとき、回転速度推定部２１１では、コイル抵抗値の変動率Ｒｔを用いた修正内容により、モータノミナルモデルＰ（ｓ）１を修正する。具体的には、式４に基づいて、導出した機械時定数Ｔｍ＿τｅ０にコイル抵抗値の変動率Ｒｔをかけ合せることで、機械時定数Ｔｍ＿τｅ０を修正する。また、式５に基づいて、導出した電気時定数Ｔｅ＿τｅ０をコイル抵抗値の変動率Ｒｔで除算することで、電気時定数Ｔｅ＿τｅ０を修正する。
【０１８０】
＜４．まとめ＞
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る制御装置では、
・制御対象である電動モータのモータノミナルモデル及び電動モータに係る負荷トルクを推定するための負荷トルク推定モデルを同定した。また、電動モータを制御するための制御値（電圧値）と、電動モータの回転速度の実測値とを用いて、同定したモータノミナルモデル及びトルク推定モデルにより、電動モータの負荷トルクを推定する構成とした。
・モータノミナルモデル及びトルク推定モデルを同定するにあたっては、機械時定数及び電気時定数が、電動モータの負荷トルクに応じて変動する点に着目した。また、機械時定数及び電気時定数に含まれるコイル抵抗値が、温度に応じて変動する点に着目した。
・各負荷トルクにおける機械時定数及び電気時定数は、予め、実験的に求めておき、Ｎ次式の近似式で近似するか、テーブルに格納しておく構成とした。
・ｎ−１回目（ｎは２以上の整数）の制御周期で算出された負荷トルクの推定値に基づいて、ｎ回目の制御周期における機械時定数及び電気時定数を導出し、モータノミナルモデル及びトルク推定モデルを生成する構成とした。更に、温度に応じたコイル抵抗値の変動率により生成したモータノミナルモデル及びトルク推定モデルを修正する構成とした。
・ｎ回目の制御周期で取得した、制御値（電圧値）と電動モータの回転速度の実測値と、生成及び修正後のモータノミナルモデル及びトルク推定モデルとを用いて、ｎ回目の制御周期における負荷トルクの推定値を算出する構成とした。
【０１８１】
これにより、電動モータの負荷トルクの大きさ及び温度が変動することによって、負荷トルクの推定値の誤差が大きくなるといった従来の問題を回避することが可能となる。この結果、電動モータの負荷トルクの推定精度を向上させることが可能になる。
【０１８２】
［第３の実施形態］
上記第１及び第２の実施形態では、制御装置１００の適用先について特に言及しなかったが、制御装置１００は、例えば、ＭＦＰ（Multi-Function Peripheral）等の画像形成装置に適用することができる。
【０１８３】
＜１．画像形成装置の概略構成＞
図１８は、制御装置１００を画像形成装置１８００に適用した場合の概略構成を示す図である。制御装置１００を画像形成装置１８００に適用した場合、制御装置１００の制御対象は、例えば、印刷媒体を搬送する搬送装置を駆動するためのＤＣモータとなる。また、制御装置１００に対する指示は本体制御装置１８１０から送信され、制御装置１００では、本体制御装置１８１０からの指示に基づいて、印刷媒体の搬送を制御する。
【０１８４】
具体的には、本体制御装置１８１０から送信される、制御情報、処理モードに関する情報、温度データに基づいて、制御装置１００が負荷トルク推定プログラム１１０を実行する。また、負荷トルク推定プログラム１１０を実行することで出力される、負荷トルクの推定値及び故障診断結果は、本体制御装置１８１０に送信される。
【０１８５】
なお、本体制御装置１８１０には、ユーザからの各種操作を受け付ける操作装置１８２０と、制御装置１００により搬送が制御された印刷媒体に画像データを印刷する印刷装置１８３０とが接続されている。更に、本体制御装置１８１０には、画像形成装置１８００の外部温度を計測する温度センサ１８４０が接続されており、本体制御装置１８１０では、温度センサ１８４０により計測された温度データを制御装置１００に送信する。
【０１８６】
＜２．画像形成装置における制御装置の動作＞
次に、画像形成装置１８００に適用された制御装置１００の処理について図１９を参照しながら説明する。図１９は、画像形成装置１８００の処理モードと、制御装置１００において実行される各種処理（コイル抵抗値算出処理、負荷トルク推定処理、故障診断処理）との関係を示した図である。
【０１８７】
画像形成装置１８００の主電源が投入されると、画像形成装置１８００が起動し、図１９に示すように、処理モードが"起動モード"となる。起動モードで起動した場合、本体制御装置１８１０では、制御装置１００に対して、処理モードに関する情報として"コイル抵抗値算出モード"を送信する。また、制御装置１００に対して、所定の目標回転速度とともに動作開始指示を送信する。
【０１８８】
これにより、制御装置１００では、所定の条件（負荷トルクτ＝０）のもと、目標回転速度で電動モータ１３０が動作するよう制御する。この結果、画像形成装置１８００では、起動時のイニシャル動作として、印刷媒体を非搬送状態として搬送装置を動作させる"空回し動作"が行われることとなる。
【０１８９】
所定時間の空回し動作が行われた後、本体制御装置１８１０では、制御装置１００に対して、動作停止指示を送信する。これにより、電動モータ１３０が停止し、画像形成装置１８００ではイニシャル動作を終了する。
【０１９０】
ここで、画像形成装置１８００による起動時のイニシャル動作に応じて、制御装置１００の推定部２１０では、コイル抵抗値算出処理を実行する。これにより、制御装置１００の推定部２１０では、起動時に、コイル抵抗値管理部２２２に管理されているコイル抵抗値の変動率を更新することができる。
【０１９１】
なお、この時点では印刷装置１８３０による印刷処理が行われていないため、画像形成装置１８００の内部温度は上昇しておらず、概ね画像形成装置１８００の外部温度と等しい内部温度となっている。
【０１９２】
ここで、操作装置１８２０に対してユーザが各種設定操作を行い、印刷開始を指示するスタートボタンが押圧されると、本体制御装置１８１０では印刷モードに遷移する。印刷モードに遷移すると、画像形成装置１８００では、制御装置１００に対して、処理モードに関する情報として、"負荷トルク推定モード"を送信する。また、制御装置１００に対して所定の目標回転速度とともに動作開始指示を送信する。
【０１９３】
これにより、制御装置１００の制御部２００では電動モータ１３０の制御を開始し、搬送装置が印刷媒体の搬送を行う。また、印刷装置１８３０では、搬送された印刷媒体に対して印刷処理を行う。印刷装置１８３０による印刷処理が、複数枚の印刷媒体に対して行われる場合、印刷処理の間、制御装置１００の制御部２００による電動モータ１３０の制御が継続する。また、制御装置１００の推定部２１０による負荷トルク推定処理が継続し、算出された負荷トルクの推定値が本体制御装置１８１０に送信される。
【０１９４】
画像形成装置１８００では、所定枚数の印刷媒体について印刷処理を行うと、一旦、補正モードに遷移し、印刷装置１８３０では各種補正処理を実行する。また、本体制御装置１８１０では、制御装置１００に対して、処理モードに関する情報として"コイル抵抗値算出モード"を送信する。更に、制御装置１００に対して所定の目標回転速度とともに動作開始指示を送信する。
【０１９５】
これにより、制御装置１００では、所定の条件（負荷トルクτ＝０）のもと、目標回転速度で電動モータ１３０を動作させるよう制御する。この結果、画像形成装置１８００では、補正モードにおけるイニシャル動作として、印刷媒体を非搬送状態として搬送装置を動作させる"空回し動作"が行われることとなる。
【０１９６】
所定時間の空回し動作が行われた後、本体制御装置１８１０では、制御装置１００に対して、動作停止指示を送信する。これにより、電動モータ１３０が停止し、画像形成装置１８００では、イニシャル動作を終了する。
【０１９７】
ここで、画像形成装置１８００による補正モードにおけるイニシャル動作に応じて、制御装置１００の推定部２１０では、コイル抵抗値算出処理を実行する。これにより、制御装置１００の推定部２１０では、補正モード中に、コイル抵抗値管理部２２２に管理されているコイル抵抗値の変動率を更新することができる。
【０１９８】
なお、この時点では印刷装置１８３０による印刷処理が行われているため、画像形成装置１８００の内部温度は上昇している。つまり、補正モードにおいてコイル抵抗値の変動率が更新されると、以降の印刷モードでは、上昇した内部温度に応じたコイル抵抗値の変動率により修正されたモータノミナルモデル及びトルク推定モデルを用いて負荷トルク推定処理を行うことができる。
【０１９９】
補正モードが終了すると、画像形成装置１８００では印刷モードに遷移する。印刷モードに遷移すると、本体制御装置１８１０では、制御装置１００に対して、処理モードに関する情報として、"負荷トルク推定モード"を送信する。また、制御装置１００に対して所定の目標回転速度とともに動作開始指示を送信する。
【０２００】
これにより、制御装置１００の制御部２００では再び電動モータ１３０の制御を開始し、搬送装置による印刷媒体の搬送を行う。また、印刷装置１８３０では、搬送された印刷媒体に対して印刷処理を行う。なお、印刷装置１８３０による印刷処理の間、制御装置１００の推定部２１０による負荷トルク推定処理が継続し、算出された負荷トルクの推定値が本体制御装置１８１０に送信される。
【０２０１】
以降、画像形成装置１８００では、所定枚数の印刷媒体に対する印刷処理が行われるごとに補正モードに遷移し、イニシャル動作を行った後、印刷モードに遷移する動作を繰り返す。そして、制御装置１００では、補正モードに遷移するたびにコイル抵抗値算出処理を実行し、印刷モードに遷移している間は負荷トルク推定処理を実行する。
【０２０２】
なお、図１９の例では、所定枚数の印刷媒体に対する印刷処理が行われたのと同時に、ユーザにより設定された枚数の印刷媒体に対する印刷処理も完了している。このため、画像形成装置１８００では、印刷モードから補正モードに遷移した後、非印刷状態となっている。
【０２０３】
非印刷状態が所定時間継続すると、画像形成装置１８００では、省エネモードに遷移する。省エネモードでは、駆動用電源が遮断される。なお、印刷装置１８３０による印刷処理中は画像形成装置１８００の内部温度は外部温度よりも高くなっていたところ、印刷モードが完了してから所定時間が経過すると、外部温度と概ね同じ温度まで下がる。
【０２０４】
画像形成装置１８００の内部温度が外部温度と概ね同じ温度まで下がったと判定した場合、本体制御装置１８１０では、制御装置１００に対して処理モードに関する情報として、"故障診断モード"を送信する。また、制御装置１００に対して所定の目標回転速度とともに動作開始指示を送信する。これにより、制御装置１００の推定部２１０では、故障診断処理を実行し、電動モータ１３０を含む駆動系における故障の有無を判定する。
【０２０５】
なお、本体制御装置１８１０では、印刷装置１８３０による印刷処理が終了してから所定時間（例えば、５〜１０分）が経過した場合に、画像形成装置１８００の内部温度が外部温度と概ね同じ温度まで下がったと判定する。
【０２０６】
印刷処理が終了してから所定時間が経過したことは、例えば、本体制御装置１８１０が動作停止指示を送信し、電動モータ１３０の停止状態が所定時間継続したことをもって判定してもよい。あるいは、省エネモードに遷移してから所定時間が経過したことをもって判定してもよい。あるいは、駆動用電源が遮断されてから所定時間が経過したことをもって判定してもよい。あるいは、画像形成装置１８００の主電源が遮断されてから所定時間が経過してことをもって判定してもよい。いずれにしても、画像形成装置１８００の内部温度が外部温度と概ね同じ温度まで下がったと判定できる状態になった場合に、本体制御装置１８１０では、制御装置１００に対して処理モードに関する情報として"故障診断モード"を送信する。これにより、制御装置１００の推定部２１０では故障診断処理が実行される。
【０２０７】
省エネモードに遷移した後、操作装置１８２０に対してユーザ操作が行われると、画像形成装置１８００では、省エネモード解除状態となり駆動用電源が投入される。また、省エネモード解除状態になると、本体制御装置１８１０では、制御装置１００に対して、処理モードに関する情報として"コイル抵抗値算出モード"を送信する。更に、制御装置１００に対して所定の目標回転速度とともに動作開始指示を送信する。
【０２０８】
これにより、制御装置１００の制御部２００では、所定の条件（負荷トルクτ＝０）のもと、目標回転速度で電動モータ１３０が動作するよう制御する。この結果、画像形成装置１８００では、省エネモード解除後のイニシャル動作として、印刷媒体を非搬送状態として搬送装置を動作させる"空回し動作"が行われることとなる。
【０２０９】
所定時間の空回し動作が行われた後、本体制御装置１８１０では、制御装置１００に対して、動作停止指示を送信する。これにより、電動モータ１３０が停止し、画像形成装置１８００では、イニシャル動作を終了する。
【０２１０】
ここで、画像形成装置１８００による省エネモード解除後のイニシャル動作に応じて、制御装置１００の推定部２１０では、コイル抵抗値算出処理を実行する。これにより、制御装置１００の推定部２１０では、省エネモード解除後に、コイル抵抗値管理部２２２に管理されているコイル抵抗値の変動率を更新することができる。
【０２１１】
＜３．画像形成装置の内部温度と負荷トルクの推定値との関係＞
次に、画像形成装置１８００の内部温度と負荷トルクの推定値との関係について説明する。図２０は、画像形成装置１８００の内部温度と負荷トルクの推定値との関係を示す図である。
【０２１２】
図２０（ａ）は、横軸が時間を表しており、縦軸は電動モータ１３０に実際にかかっている負荷トルクτを示している。図２０（ａ）の例では、一定時間、同じ大きさの負荷トルクをかけた後、時間の経過とともに負荷トルクを増加させ、所定の負荷トルクに達した後は、時間の経過とともに負荷トルクを減少させる。そして、はじめの負荷トルクに戻した後は、再び、一定時間、同じ大きさの負荷トルクをかけている。
【０２１３】
図２０（ｂ）は、横軸が時間を表しており、縦軸は画像形成装置１８００の内部温度を示している。図２０（ｂ）の例では、時間の経過とともに画像形成装置１８００の内部温度が上昇していき、所定の温度に達した後は、当該温度が維持されている。
【０２１４】
図２０（ｃ）は、横軸が時間を表しており、縦軸は負荷トルクの推定値τｅを示している。画像形成装置１８００の内部温度の上昇したことで、コイル抵抗値が変動するため、図２０（ｃ）の例では、コイル抵抗値算出処理が実行されるまでの間、実際の負荷トルク（図２０（ｃ）の点線２００１）よりも、負荷トルクの推定値（図２０（ｃ）の実線２０００）が高く算出されることとなる。
【０２１５】
一方、コイル抵抗値算出処理が実行され、コイル抵抗値の変動率が更新されると、モータノミナルモデル及びトルク推定モデルが修正されるため、負荷トルクの推定値は、実際の負荷トルクに概ね等しくなる（図２０（ｃ）の実線２００３）。つまり、コイル抵抗値算出処理が実行されなければ、温度上昇に伴う誤差が含まれていたところ（図２０（ｃ）の点線２００２）、コイル抵抗値算出処理が実行されることで、温度上昇に伴う誤差が排除されることとなる。
【０２１６】
このように、コイル抵抗値算出処理が実行されることで、制御対象の状態（温度）が変化したことに応じて更新されたコイル抵抗値の変動率がモータノミナルモデルとトルク推定モデルとに反映されるため、電動モータの負荷トルクの推定精度が向上する。
【０２１７】
［第４の実施形態］
上記第１及び第２の実施形態では、制御対象である電動モータの状態の変化として、回転速度と負荷トルクとを挙げた。そして、それぞれについて別々に実験を行うことで、回転速度と機械時定数及び電気時定数との関係、及び、負荷トルクと機械時定数及び電気時定数との関係を求め、それぞれについて近似式またはテーブルを作成する構成とした。
【０２１８】
しかしながら、本発明はこれに限定されず、回転速度と負荷トルクの両方の影響を考慮して、機械時定数及び電気時定数の変動について、近似式またはテーブルを作成するように構成してもよい。
【０２１９】
具体的には、回転速度と負荷トルクの種々の組み合わせについて実験を行い、電気時定数及び機械時定数を求めておき、各制御周期において、回転速度の実測値と前回の負荷トルクの推定値とを用いて、電気時定数及び機械時定数を導出するように構成してもよい。
【０２２０】
これにより、より高い精度で、負荷トルクの推定値を算出することが可能となる。
【０２２１】
［第５の実施形態］
上記第１及び第２の実施形態では、各制御周期ごとに、機械時定数及び電気時定数の両方を導出する構成としたが、本発明はこれに限定されない。図８及び図１６に示すように、回転速度または負荷トルクの変化に伴う機械時定数の変動と、回転速度または負荷トルクの変化に伴う電気時定数の変動とを比較すると、機械時定数の変動の方が大きい。
【０２２２】
したがって、各制御周期ごとに、機械時定数のみを導出し、電気時定数は、所定の値を予め代入しておく構成としてもよい。
【０２２３】
［第６の実施形態］
上記第１及び第２の実施形態では、回転速度の実測値をフィードバックし、電動モータ１３０が目標回転速度で回転するように、制御装置１００がフィードバック制御を行う場合について説明した。あるいは、位置情報の実測値をフィードバックし、電動モータ１３０が目標位置に回転するように、制御装置１００がフィードバック制御を行う場合について説明した。
【０２２４】
しかしながら、本発明において、制御装置１００が行う制御は、これに限定されるものではない。例えば、目標回転速度から速度フィードフォワード制御を行うように構成してもよいし、目標位置から位置フィードフォワード制御を行うように構成してもよい。
【０２２５】
［第７の実施形態］
上記第３の実施形態では、制御装置１００の適用先として画像形成装置１８００を例示したが、本発明はこれに限定されず、自動車やロボット、アミューズメント機器等にも適用可能である。
【０２２６】
なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【０２２７】
１００          ：制御装置
１０１          ：ＣＰＵ
１０２          ：ＲＯＭ
１０３          ：ＲＡＭ
１０４          ：記憶装置
１０５          ：インタフェース部
１０６          ：バス
１１０          ：負荷トルク推定プログラム
１２０          ：モータ駆動装置
１３０          ：電動モータ
１４０          ：位置／回転速度検出部
１５０          ：入力部
１６０          ：表示部
２００          ：制御部
２０１          ：目標回転速度入力部
２０２          ：目標位置入力部
２０３          ：動作指示入力部
２０４          ：処理モード入力部
２０５          ：温度データ入力部
２０６          ：推定トルク値出力部
２０７          ：診断結果出力部
２０８          ：実測値入力部
２０９          ：制御値出力部
２１０          ：推定部
２１１          ：回転速度推定部
２１２          ：負荷トルク推定部
２１３          ：コイル抵抗値算出部
２１４          ：故障診断部
２２１          ：時定数導出部
２２２          ：コイル抵抗値管理部
１８００        ：画像形成装置
１８１０        ：本体制御装置
１８２０        ：操作装置
１８３０        ：印刷装置
１８４０        ：温度センサ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０２２８】
【特許文献１】特開２００８−１３７４５０号公報
【図１】
2016019374.tif 000008
【図２】
2016019374.tif 000009
【図３】
2016019374.tif 000010
【図４】
2016019374.tif 000011
【図５】
2016019374.tif 000012
【図６】
2016019374.tif 000013
【図７】
2016019374.tif 000014
【図８】
2016019374.tif 000015
【図９】
2016019374.tif 000016
【図１０】
2016019374.tif 000017
【図１１】
2016019374.tif 000018
【図１２】
2016019374.tif 000019
【図１３】
2016019374.tif 000020
【図１４】
2016019374.tif 000021
【図１５】
2016019374.tif 000022
【図１６】
2016019374.tif 000023
【図１７】
2016019374.tif 000024
【図１８】
2016019374.tif 000025
【図１９】
2016019374.tif 000026
【図２０】
2016019374.tif 000027