JP5665882B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御工作機械やプレス機等のモータを駆動制御するモータ制御装置に関し、特に回生エネルギーや無負荷時の余剰電力を蓄電する蓄電装置を有するモータ制御装置に関するものである。

数値制御工作機械やプレス機等のモータ駆動装置においては、電源容量の小型化や契約電力節約のため、加減速時に一時的に必要となる電力を蓄電装置から供給するシステム（ピークカットシステム）の提案がなされている。このようなシステムに関して、例えば特許文献１では、以下のような技術が開示されている。

すなわち、入力ＡＣ電圧を受け交流−直流電力変換を行うコンバータと、直流電力を受電し直流−交流電力変換を行うインバータとを有するモータ駆動装置は、コンバータとインバータとの間のリンク部に、並列接続した充放電制御回路およびコンデンサを有し、コンデンサに蓄えられたエネルギーを、充放電制御回路によって任意のタイミングで充放電を行う。

この特許文献１に記載の技術によれば、モータ加速中においてコンバータから供給される電力よりも大きなエネルギーが必要になるモータ加速後半において蓄電装置からエネルギーを供給できるので、電源からモータへの入力電流のピークが抑制されるようにエネルギーを供給することができる。

特開２００９−１０６１４６号公報

通常、モータが加減速運転を行う場合、減速時には回生エネルギーが発生して蓄電装置にエネルギーが溜まり、次の加速時にそのエネルギーを利用することができる。しかし、数値制御工作機械やプレス機等のモータの加減速運転においては、蓄電装置からエネルギーを供給する必要が起きたときに、供給するのに必要なエネルギーが蓄電装置に蓄電されていない場合が起こるので、特許文献１に記載の構成では、電源からモータへの入力電流のピークが抑制されるようにエネルギーを供給することができない場合が起こる。

例えば、鉛直方向に駆動する軸において鉛直上向きに位置決めする場合や、動作させる機械の損失（機械損など）が大きい場合には、蓄電装置に溜めることができる回生エネルギーが少なくなり、次の加速時にはエネルギーが不足することになる。

また、主軸と送り軸を有する工作機械において、主軸を加速した直後に送り軸を加速する場合に、主軸の加速において蓄電装置のエネルギーを消費してしまい、次の送り軸の加速時には蓄電装置からエネルギーを供給することができない場合が起こる。

加速中に蓄電装置から供給できるエネルギーが不足すると、速度が低下したり加速度が低下したりして、機械の動きが指令した動きとは異なった動きとなってしまう。これを回避する方策として、蓄電装置に溜まっているエネルギーが少ない場合に合わせて加速度を低く設定することもできる。しかし、その場合には、蓄電装置にエネルギーが溜まっているときでも低い加速度でしか動かすことができず、サイクルタイムが長くなってしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、動作パターンや蓄電量の状態に左右されずに、制御対象機械のモータを常に適切な加減速条件で動作させることができるモータ制御装置を得ることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、入力される動作指令を設定された加減速パラメータに従って加減速処理を行い、生成したサーボ指令を出力する加減速処理部と、前記サーボ指令の通りに制御対象機械のモータが駆動されるようにモータ駆動トルクを制御するサーボ制御部と、商用電源から変換した直流電力を前記サーボ制御部に供給する電源供給部と、前記電源供給部から前記サーボ制御部へ供給する直流電力を補う直流電力を前記サーボ制御部へ供給するための蓄電装置とを備えるモータ制御装置において、前記蓄電装置の蓄電量に基づいて前記加減速処理部に設定する加減速パラメータを演算生成する加減速パラメータ設定部を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、蓄電装置に蓄えられている蓄電量に応じて加減速の条件を設定するので、動作パターンや蓄電量の状態に左右されずに、制御対象機械のモータを常に実現可能な加減速条件で動作させることができ、加減速の途中で速度や加速度が落ちたりせずにモータを安定して駆動することができる。また、蓄電量が少ない場合には加減速の時間が長くなるように加減速パラメータの設定を行い、蓄電量が大きい場合には短時間で加減速するような加減速パラメータの設定を行うことができるので、サイクルタイムを短縮できるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示すモータ制御装置が制御する機械の全体構成を示す概念図である。 図３は、図１に示す加減速処理部が出力するサーボ指令が鉛直上向きの動作指令である場合に駆動されるモータの動作等を説明する特性図である。 図４は、図１に示す加減速処理部が出力するサーボ指令が鉛直下向きの動作指令である場合に駆動されるモータの動作等を説明する特性図である。 図５は、図１に示す加減速パラメータ設定部での最大電力演算方法を説明する特性図である。 図６は、本発明の実施の形態２によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図７は、図６に示すモータ制御装置が制御する機械の全体構成を示す概念図である。 図８は、図６に示す加減速処理部が出力する２つのサーボ指令により駆動される２つのモータの動作等を説明する特性図である。 図９は、本発明の実施の形態３によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図１０は、図９に示す加減速パラメータ設定部での最大回生電力演算方法を説明する特性図である。

以下に、本発明にかかるモータ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。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、この実施の形態１によるモータ制御装置１は、電源供給部２と蓄電装置３と加減速パラメータ設定部４と加減速演算部５とサーボ制御部６とを備えている。なお、加減速パラメータ設定部４は、この実施の形態において追加した構成である。

電源供給部２は、コンバータを備え、商用電源から得られた三相交流電力を直流電力に変換してサーボ制御部６に供給する。蓄電装置３は、コンデンサやキャパシタといった電力を貯蔵する装置であり、サーボ制御部６にてモータを駆動するために必要な電力が電源供給部３からの電力だけでは足りない場合に、サーボ制御部６に直流電力を供給する。つまり、サーボ制御部６と蓄電装置３は、電源供給部２に対して並列に接続される直流回路を形成している。

この実施の形態では、蓄電装置３は、加減速パラメータ設定部４に対し、現在蓄えられている蓄電量の情報を出力する機能を備えている。蓄電量情報の出力方法は、アナログ信号として出力する方法や、シリアル通信で出力する方法など、時々刻々の蓄電量が伝達されるものであればどのような方法でもよい。

加減速パラメータ設定部４は、蓄電装置３から出力された蓄電量と、既知データとして設定されている電源供給部２の電源容量の情報とに基づき、加減速処理部５に設定する加減速パラメータを、後述する方法で演算する。

加減速処理部５は、移動距離や移動速度といった動作指令が入力されると、一般的な構成においては予め設定された指令加速度や最大電流値といった加減速パラメータに従って加減速処理を行うが、この実施の形態１では、加減速パラメータ設定部４から設定された加減速パラメータに従って加減速処理を行い、加減速処理により生成した速度指令や位置指令といった動作指令をサーボ指令としてサーボ制御部６へ出力する。

サーボ制御部６は、インバータを内蔵しており、電源供給部２や蓄電装置３から入力された直流電力を交流電力へ変換することにより、サーボ指令の通りにモータが動作するための駆動トルクを発生する。

ここで、図２は、図１に示すモータ制御装置が制御する機械の全体構成を示す概念図である。図２において、モータ１１の回転軸は、制御対象機械内において鉛直に配置されたボールねじ１２に連結され、ボールねじ１２には負荷１３が搭載されている。この実施の形態１では、モータ制御装置１が、鉛直に配置されたボールねじ１２により負荷１３を鉛直上下方向に移動させるモータ１１を駆動制御する場合について説明する。

したがって、加減速処理部５に入力される動作指令は、負荷１３を一定速度で目標位置に移動させるための移動距離と移動速度とを指令しているとする。また、加減速パラメータ設定部４が加減速処理部５に設定する加減速パラメータは、指令加速度であるとする。よって、加減速処理部５は、負荷１３が、動作指令において指令された移動距離を、同じく動作指令において指令された移動速度で移動し、かつ加減速パラメータにて指定された指令加速度で速度が変化するように加減速処理を行い、図３および図４に示す動作パターンを実現するサーボ指令をサーボ制御部６へ出力することを行う。

図３は、加減速処理部５が出力するサーボ指令が鉛直上向きの動作指令である場合に駆動されるモータの動作等を説明する特性図である。図４は、加減速処理部５が出力するサーボ指令が鉛直下向きの動作指令である場合に駆動されるモータの動作等を説明する特性図である。図３および図４では、負荷１３を一定の距離移動させる加減速処理を行った場合の（ａ）速度（ｒａｄ／ｓ）と、（ｂ）トルク（Ｎｍ）と、（ｃ）電力（Ｗ）との各変化特性が示されている。

（ａ）速度（ｒａｄ／ｓ）：速度は、移動開始後加速度パラメータにて指定された加速度で速度の絶対値が増加していき、指令された移動速度に到達すると等速になる。その後、指令された移動距離分の移動が完了する手前で減速開始し、移動距離の分の移動が完了する時点で速度がゼロとなるように制御される。

（ｂ）トルク（Ｎｍ）：トルクは、速度を時間について１回微分した値である加速度に負荷のイナーシャを乗じた値と、外乱を打ち消すためのトルクとを加算した値となる。今の例では、鉛直方向に移動する負荷１３を考えているため、重力が外乱として働く。したがって、その外乱である重力を打ち消すためのトルクが常時加算されることになる。

（ｃ）電力（Ｗ）：電力は、摩擦やモータ損失などの各種の損失の影響を無視すると、モータが発生している出力すなわち速度とトルクの積で求めることができる。電力が正値の場合は、電力を消費している力行時であり、電力が負値の場合は、回生すなわち電力を発生している減速時である。力行時の場合は電源供給部２および蓄電装置３から供給される電力を消費し、回生の場合は回生エネルギーを蓄電装置３に蓄える。つまり、蓄電装置３に蓄えられる蓄電量は、負荷１３の移動中に発生する回生エネルギーであり、電力の負値の部分を積分した値となる。

負荷１３が鉛直上向きに移動する場合（図３）と鉛直下向きに移動する場合（図４）とを比較すると、鉛直上向きの移動時に発生する回生エネルギーは、鉛直下向きの移動時に発生する回生エネルギーよりも少ない。一方、力行時に必要な電力は、鉛直上向きの移動時の方が、鉛直下向きの移動時の方よりも大きい。このことから、蓄電装置３に蓄えられる蓄電量は動作指令のパターンによって変化することがわかる。

図３（ａ）または図４（ａ）に示す加減速処理後の速度パターンを時間について積分したものが加減速後の位置指令となり、サーボ指令としてサーボ制御部６に入力される。サーボ制御部６では、フィードフォワード制御やフィードバック制御により、負荷１３の位置がサーボ指令で与えられた位置に追従するようにサーボ制御が行われる。

加減速パラメータ設定部４では、蓄電装置３からの蓄電量と予め既知データとして設定されている電源供給部２の電源容量とに基づき、加減速に使用できる最大の電力を求め、さらに加減速中の電力がその最大電力を超えないような加減速パラメータを加減速処理部５に設定することを行う。

さて、図５は、加減速パラメータ設定部４での最大電力演算方法を説明する特性図である。図５では、横軸に加速開始からの時刻が示され、縦軸に加速中の電力が示されている。Ｐ０（Ｗ）は電源供給部２の電源容量であり、Ｐ（Ｗ）は加減速に使用できる最大電力である。

図５において、トルク一定で加速するとすれば、加速中に電力が、直線的に増加し、電源供給部２の電源容量Ｐ０を超えて加減速に使用できる最大電力Ｐに到達する。この場合に、電源容量Ｐ０を超えた斜線で示す部分の面積が、蓄電量Ｅ（Ｊ）の蓄電装置３から供給されるエネルギー量Ｅに相当するが、トルク一定で加速するとすれば、図５に示すように、電源容量Ｐ０を超えた斜線で示す部分は、三角形状となる。

したがって、必要な全エネルギーＥａと蓄電装置３から供給されるエネルギー量Ｅとの比は、加減速に使用できる最大電力Ｐの二乗と、加減速に使用できる最大電力Ｐと電源容量Ｐ０との差の二乗との比に等しくなる。これを式で表すと、式（１）となる。なお、必要な全エネルギーＥａは、加速時の消費電力量を予め実測して求めてもよいし、負荷のイナーシャと指令速度から計算によって求めた運動エネルギーを使用してもよい。

この式（１）の関係から加減速に使用できる最大電力Ｐ（Ｗ）を以下の式（２）により求めることができる。

加減速に使用できる最大電力Ｐは、指令速度と加減速トルクの積に一致し、加減速トルクは外乱を無視すれば指令加速度と負荷のイナーシャの積に一致する。よって、加減速に使用できる最大電力Ｐを指令速度ｖ（ｒａｄ／ｓ）で除し、さらに負荷１３のイナーシャＪ（ｋｇｍ^２）で除することにより得られる値を指令加速度ａ（ｒａｄ／ｓ^２）とし、この指令加速度ａを加減速処理部５のパラメータとして設定する。この指令加速度ａの演算を式で表すと、以下の式（３）となる。

この指令加速度ａは、現在の蓄電量Ｅを使って加減速することができる最大の指令加速度となる。しかし、制約として、機械能力や振動といった消費電力以外の条件がある。それらの制約によって別途上限の加速度が制限される場合には、式（３）で求めた指令加速度ａと、消費電力以外の条件によってきまる上限加速度とのうちの小さい方の値を、指令加速度として設定するようにしてもよい。

また、以上の説明は、駆動される軸が回転モータとボールねじとで構成される例での説明であるが、リニアモータによって駆動されるものであっても同様に適用できる。その場合は、指令速度の単位をｍ／ｓとし、指令加速度の単位をｍ／ｓ^２とし、イナーシャを質量（単位ｋｇ）に置き換えて考えればよい。

また、指令加速度の演算では、負荷のイナーシャと指令加速度との積がトルクと一致するものとし外乱を無視して演算したが、重力や摩擦といった外乱を考慮して演算するものであってもよい。この場合、重力や摩擦といったパラメータは、予め停止時や一定速送り中のトルクを実測した結果をもとに同定して設定しておくことになる。

以上のように、この実施の形態１によれば、蓄電装置に蓄えられている蓄電量に応じて加減速の条件を設定するので、動作パターンや蓄電量の状態に左右されずに、制御対象機械のモータを常に実現可能な加減速条件で動作させることができ、加減速の途中で速度や加速度が落ちたりせずにモータを安定して駆動することができる。

また、蓄電量が少ない場合には加減速の時間が長くなるように加減速パラメータの設定を行い、蓄電量が大きい場合には短時間で加減速するような加減速パラメータの設定を行うことができるので、サイクルタイムを短縮できる。

加えて、現在蓄電装置に蓄えられているエネルギー量に基づきモータ駆動に利用できる最大電力量を演算し、その最大電力量以下で駆動できるように加減速パラメータを設定するため、最大電力量を超えない範囲でモータを駆動することができる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。この実施の形態２では、制御対象機械の複数の軸をまとめて制御するモータ制御装置の構成例を示す。図６では、最もシンプルな２軸を制御する場合の構成例が示されている。なお、図６では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。

すなわち、図６において、この実施の形態２によるモータ制御装置２０では、図１（実施の形態１）に示した構成において、サーボ制御部６に代えて、１軸目のサーボ制御部２１と２軸目のサーボ制御部２２とが設けられている。それに伴って、符号を変えた加減速パラメータ設定部２３および加減速処理部２４には、若干の機能追加がなされている。

電源供給部２は、この実施の形態２では、商用電源から変換した直流電力を１軸目のサーボ制御部２１と２軸目のサーボ制御部２２とに並列に供給する。蓄電装置３もこの実施の形態２では、不足分の直流電力を１軸目のサーボ制御部２１および２軸目のサーボ制御部２２に並列に供給する。よって、１軸目のサーボ制御部２１と２軸目のサーボ制御部２２と蓄電装置３とは、電源供給部２に対して並列に接続される直流回路を形成している。

加減速パラメータ設定部２３は、実施の形態１にて説明した方法で加減速パラメータを演算するが、この実施の形態２では、１軸目用と２軸目用とを求め、それぞれを加減速処理部２４に設定する。

加減速処理部２４は、２軸の移動距離や移動速度といった動作指令が入力されると、一般的な構成においては予め設定された指令加速度や最大電流値といった加減速パラメータに従って加減速処理を行うが、この実施の形態２では、加減速パラメータ設定部２３から設定された加減速パラメータに従って加減速処理を行い、加減速処理により生成した２軸それぞれに対する速度指令や位置指令といった動作指令を１軸目サーボ指令、２軸目サーボ指令とし、対応する１軸目のサーボ制御部２１と２軸目のサーボ制御部２２とへ出力する。

１軸目のサーボ制御部２１と２軸目のサーボ制御部２２は、それぞれインバータを内蔵しており、入力された直流電力を交流電力へ変換することにより、１軸目のサーボ制御部２１は１軸目サーボ指令の通り１軸目のモータが動作するための１軸目のモータ駆動トルクを発生し、２軸目のサーボ制御部２２は２軸目サーボ指令の通り２軸目のモータが動作するための２軸目のモータ駆動トルクを発生する。

ここで、図７は、図６に示すモータ制御装置が制御する機械の全体構成を示す概念図である。図７において、送り軸モータ３１は、１軸目のモータであり、その回転軸が水平に配置されるボールねじ３２に連結され、ボールねじ３２には負荷であるテーブル３３が搭載されている。また、テーブル３３の直上に配置される主軸モータ３４は、２軸目のモータであり、その回転軸に負荷である工具３５が取り付けられて垂下している。

つまり、この実施の形態２では、モータ制御装置２０が、１軸目のモータ（送り軸モータ３１）を駆動してボールねじ３２を回転させ負荷であるテーブル３３を水平方向に移動させる制御動作と、２軸目のモータ（主軸モータ３４）を駆動して、負荷である工具３５を一定の速度で回転させる制御動作とを並行して行う場合について説明する。

したがって、加減速処理部２４に入力される動作指令は、テーブル３３を一定速度で目標位置に移動させるための送り軸移動距離と送り軸移動速度、および、工具３５を一定の速度で回転させるための主軸回転速度を指令しているとする。また、加減速パラメータ設定部２３が加減速処理部２４に設定する加減速パラメータは、送り軸指令加速度と主軸電流制限値とであるとする。

よって、加減速処理部２４は、送り軸については、動作指令において指令された送り軸移動距離を、同じく動作指令において指令された送り軸移動速度で移動し、かつ加減速パラメータにて指定された指令加速度で送り軸の速度が変化するように加減速処理を行い、１軸目サーボ指令を出力する。また、加減速処理部２４は、主軸については、駆動トルクを発生するために必要な電流が加減速パラメータで指定された電流制限値以下となるように加減速処理を行い、２軸目サーボ指令を出力する。

この実施の形態２では、主軸モータ３４を回転させたあとに、送り軸モータ３１を回転させてテーブル３３を移動させ、テーブル３３の移動が完了したあとに、主軸モータ３４の回転を停止させる動作を行う。

図８は、図６に示す加減速処理部が出力する２つのサーボ指令により駆動される２つのモータの動作等を説明する特性図である。図８では、主軸モータ３４を一定の速度で回転させながら、送り軸モータ３１を回転させてテーブル３３を一定の距離移動させる加減速処理を行った場合の、（ａ）送り軸速度（ｒａｄ／ｓ）と、（ｂ）主軸速度（ｒａｄ／ｓ）と、電力（Ｗ）との各変化特性が示されている。

（ａ）送り軸速度（ｒａｄ／ｓ）：送り軸モータ３１の速度は、テーブル３３の移動開始後は加減速パラメータにて指定された加速度で速度の絶対値が増加していき、指令された移動速度に到達すると等速になる。さらに、指令された移動距離分の移動が完了する手前で減速開始し、移動距離の分の移動が完了する時点で速度がゼロとなるように制御する。

（ｂ）主軸速度（ｒａｄ／ｓ）：主軸モータ３４の速度は、テーブル３３の移動開始後は指令された主軸回転速度に到達するまで増加していくが、一般に主軸モータ３４は高速になるほどトルクが低下するため、速度の増加率は高速になるほど緩やかになるような駆動特性となる。

（ｃ）電力（Ｗ）：電力は、摩擦やモータの損失などの各種の損失の影響を無視すると、送り軸モータ３１の加減速中については実施の形態１と同様に送り軸モータ３１の速度に比例した値となる。また、主軸モータ３４の加減速中については、加減速中の出力は一定となるように設計されていることから、ほぼ一定の値をとる。また、送り軸・主軸ともに加速中は正値の電力、減速中は負値の電力となる。

実施の形態１で述べたように、負値の電力は蓄電装置３に蓄えられることとなる。蓄電装置３に蓄えられる蓄電量は、電力の負値の部分を積分した値となる。電源供給部２の電源容量が図８に示した電力の上限値よりも小さい場合、蓄電装置３から電力を供給することになる。したがって、主軸の加速完了時には蓄電装置３の蓄電量は少なくなっており、次の送り軸の加速時には十分な電力を供給することができない。このような場合に高加速度で加速を行うと、加速途中で電力が足りなくなってしまう。

そこで、この実施の形態２では、加減速パラメータ設定部２３において、実施の形態１で述べたように、電源供給部２の電源容量と蓄電装置３の蓄電量とから、加減速に使用できる最大電力を求め、加速中の必要電力がその最大電力以下となるような送り軸の指令加速度および主軸の電流制限値を設定する。加減速に使用できる最大電力の演算方法も、加速中の必要電力が最大電力以下となるような送り軸の指令加速度の演算も、実施の形態１と同様に行うことができる。

なお、加速中の必要電力が最大電力以下となるような主軸の電流制限値の演算については、電流値と消費電力との関係を予めモデル化しておき、そのモデルを用いて演算すればよい。一般には、電流値と消費電力とは概ね比例関係にあるため、最大電力をその比例係数で除した値を電流制限値として設定する。あるいは、電流値と消費電力との関係を予め測定してテーブルを作成しておき、そのテーブルを逆引きすることでもよい。

図６では、単一の加減速処理部において複数軸のモータの加減速処理を行う構成としたが、各軸ごとの加減速処理を個別の加減速処理部によって行う構成としてもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、蓄電装置に蓄えられている蓄電量に応じて加減速の条件を設定するので、制御対象機械内の複数のモータを異なったタイミングで駆動させるような場合でも、動作パターンや蓄電量の状態に左右されずに、常に実現可能な加減速条件で動作させることができ、加減速の途中で速度や加速度が落ちたりせずにモータを安定して駆動することができる。

また、蓄電量が少ない場合には加減速の時間が長くなるように加減速パラメータの設定を行い、蓄電量が大きい場合には短時間で加減速するような加減速パラメータの設定を行うことができるので、サイクルタイムを短縮できる。

加えて、現在蓄電装置に蓄えられているエネルギー量に基づきモータ駆動に利用できる最大電力量を演算し、その最大電力量以下で駆動できるように加減速パラメータを設定するため、複数のモータを異なったタイミングで駆動させるような場合でも、最大電力量を超えない範囲でモータを駆動することができる。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３によるモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図９では、図６（実施の形態２）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態３に関わる部分を中心に説明する。

図９において、この実施の形態３によるモータ制御装置４０は、図６（実施の形態２）に示した構成において、電源供給部２に代えて電源供給部４１が設けられ、加減速パラメータ設定部２３に代えて加減速パラメータ設定部４２が設けられている。その他の構成は図６と同様である。

電源供給部４１は、電源回生機能を有し、モータの減速時に発生する回生エネルギーを商用電源側に送り出す機能が追加されている。加減速パラメータ設定部４２は、主軸の加減速パラメータを加速時の電流制限値と減速時の電流制限値とに分けて設定する機能が追加されている。

この実施の形態３のケースでは、主軸の加速時の電力および電流値は、電源供給部４１の電源容量の制約を受け、減速時の電力および電流値は、電源供給部４１の回生容量の制約を受ける。通常、減速時に電源供給部４１で商用電源側に送り出す電力が回生容量で定められた電力値以下となるように、減速時の電流制限値が定められている。一方、蓄電装置３を有する場合は、回生容量を超える分の電力を蓄電装置３に蓄えることができる。しかし、蓄電装置３の容量にも上限があるため、蓄電装置３の蓄電量に応じて減速時の電流制限値を加減速パラメータ設定部４２において設定する。

加減速パラメータ設定部４２は、蓄電装置３の蓄電量と既知データとして設定されている電源供給部４１の回生容量とから、回収可能な最大の回生電力を求め、さらに発生する回生電力がその上限値を超えないように電流制限値の設定を行う。

図１０は、図９に示す加減速パラメータ設定部での最大回生電力演算方法を説明する特性図である。図１０では、横軸に減速開始からの時刻が示され、縦軸に減速中の電力が示されている。減速中の電力は、回生電力であるので、負の値となる。Ｐｒ（Ｗ）は、電源供給部４１の回生容量の大きさであり、Ｐ（Ｗ）は、減速中に発生可能な最大回生電力の大きさである。

図１０において、回生電力の大きさが回生容量の大きさＰｒを上回る斜線で示す部分の面積が、減速中に蓄電装置３に蓄えられるエネルギー量になるので、これが蓄電装置３の最大蓄電量Ｅｃ（Ｊ）と現在の蓄電量Ｅ（Ｊ）の差（Ｅｃ−Ｅ）と等しくなればよい。主軸モータの場合、加減速中の出力は概ね一定であり、消費電力も一定であるとみなせば、減速時に発生する全エネルギーＥａと、蓄電装置３に蓄えられるエネルギー量（Ｅｃ−Ｅ）との比は、求めたい最大回生電力Ｐと、最大回生電力Ｐと回生容量Ｐｒとの差（Ｐ−Ｐｒ）との比と等しくなる。このことを式で表すと、式（４）となる。なお、回生時に発生する全エネルギーＥａは、減速時に発生する電力量を実測して求めてもよいし、負荷のイナーシャと指令速度から計算によって求めた運動エネルギーを使用してもよい。

この式（４）の関係から回収可能な最大の回生電力Ｐを以下の式（５）により求めることができる。

主軸減速時の電流制限値は、減速中の回生電力が回収可能な最大電力以下となるように演算する。この主軸減速時の電流制限値は、電流値と回生電力との関係を予めモデル化しておき、そのモデルを用いて演算すればよい。一般には、減速時の電流値と回生電力とは概ね比例関係にあるため、回収可能な最大電力をその比例係数で除した値を減速時の電流制限値として設定する。あるいは、減速時の電流値と回生電力との関係を予め測定してテーブルを作成しておき、そのテーブルから逆引きする方法でもよい。

以上のように、この実施の形態３によれば、蓄電装置に蓄えられている蓄電量と最大蓄電量とに応じて加減速の条件である減速時の電流制限値を設定するので、電源回生容量に制約がある場合でも、動作パターンや蓄電量の状態に左右されずに、制御対象機械のモータを常に実現可能な加減速条件で動作させることができ、常に回生容量の範囲内でモータを安定して駆動することができる。

また、従来は回生容量の上限により減速時に発生する回生電力の上限が制限され、減速時の減速率が制限されることから減速所要時間を短くできなかったが、この実施の形態３によれば、蓄電装置で回生電力を回収できる場合には減速所要時間を短くすることができるため、サイクルタイムを短縮できる。

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、動作パターンや蓄電量の状態に左右されずに、制御対象機械のモータを常に適切な加減速条件で動作させることができるモータ制御装置として有用である。

１，２０，４０ モータ制御装置
２，４１ 電源供給部
３ 蓄電装置
４，２３，４２ 加減速パラメータ設定部
５，２４ 加減速処理部
６ サーボ制御部
１１ モータ
１２，３２ ボールねじ
１３ 負荷
２１ １軸目サーボ制御部
２２ ２軸目サーボ制御部
３１ 送り軸モータ
３３ テーブル（負荷）
３４ 主軸モータ
３５ 工具

Claims (5)

1. 入力される動作指令に対して設定された加減速パラメータに従って生成したサーボ指令を出力する加減速処理部と、前記サーボ指令の通りに制御対象機械のモータが駆動されるようにモータ駆動トルクを制御するサーボ制御部と、商用電源から所定の電源容量の電力を前記サーボ制御部に供給する電源供給部と、前記電源供給部から前記サーボ制御部へ供給する電力を補う電力を前記サーボ制御部へ供給するための蓄電装置とを備えるモータ制御装置において、
   前記蓄電装置の蓄電量と前記電源容量と加速に必要な全エネルギーとに基づいて加速に使用できる最大電力を演算し、加速時の電力が前記最大電力以下となる加減速パラメータを演算して前記加減速処理部に設定する加減速パラメータ設定部
   を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記加減速パラメータ設定部は、
   前記動作指令によって指令された移動速度に基づいて加速に必要な全エネルギーを演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 入力される動作指令に対して設定された加減速パラメータに従って生成したサーボ指令を出力する加減速処理部と、前記サーボ指令の通りに制御対象機械のモータが駆動されるようにモータ駆動トルクを制御するサーボ制御部と、商用電源から電力を前記サーボ制御部に供給するとともに所定の回生容量の電力を回生する機能を有する電源供給部と、前記電源供給部から前記サーボ制御部へ供給する電力を補う電力を前記サーボ制御部へ供給するとともに前記モータが発生する回生電力を蓄えるための蓄電装置とを備えるモータ制御装置において、
   前記蓄電装置の蓄電量と前記蓄電装置の最大蓄電量と前記回生容量と減速時に発生する全エネルギーとに基づいて回収可能な回生電力の大きさの上限値を演算し、減速時の回生電力の大きさが前記上限値以下となる加減速パラメータを演算して前記加減速処理部に設定する加減速パラメータ設定部
   を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
4. 前記加減速パラメータ設定部は、前記動作指令によって指令された移動速度に基づいて減速時に発生する全エネルギーを演算する
   ことを特徴とする請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記サーボ制御部は、複数個設けられ、
   前記加減速パラメータ設定部は、前記複数のサーボ制御部のそれぞれのサーボ指令の演算に必要な複数の加減速パラメータを前記加減速処理部に設定し、
   前記加減速処理部は、前記加減速パラメータ設定部から設定される複数の加減速パラメータに従って加減速処理を行い、前記複数のサーボ制御部それぞれへのサーボ指令を生成する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のモータ制御装置。

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