JP5752062B2 - 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に組み込まれている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。

例えば特許文献１では、数値制御工作機械やプレス機等に組み込まれているモータを駆動制御するモータ駆動装置において、交流電力を直流電力に変換し直流母線へ供給する電源供給部の電源容量の小型化を可能にするために、蓄電装置を搭載し、力行時には電源供給部の出力電力では足りず一時的に必要となる電力を電源供給部の出力電力にプラスする形で蓄電装置からモータへ供給（放電）するシステムが提案されている。

また、例えば特許文献２では、蓄電装置が過放電または過充電されないように、蓄電装置の蓄電量を制御する技術が提案されている。

特開２００９−２０７３０５号公報 特開２０１０−２６００９４号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、蓄電装置の蓄電量（コンデンサの電気エネルギー）が分かっていないので、蓄電装置の過充電または蓄電不足が発生し指令どおりのモータ駆動ができなくなる可能性がある。

また、特許文献２に記載の技術では、プレス運転パターンから蓄電装置の蓄電量を制御するパターンを運転前に登録し、プレス運転パターンを選択すると対応する制御パターンを選択しているので、プレス運転パターンが変化するのに対してそのつど制御パターンを登録する必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、搭載する蓄電装置の過放電または過充電が行われないように、また無駄な充放電が行われないように、その蓄電量を制御できるモータ制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるモータ制御装置は、商用電源から入力される交流電力を直流電力に変換して直流母線に出力する電源供給部と、動作指令を生成するモーション指令生成部と、前記モーション指令生成部にて生成される動作指令に対し加減速処理を行ってサーボ指令を出力する加減速処理部と、前記電源供給部が前記直流母線に出力する直流電力を、前記サーボ指令の通りにモータを動作させるのに必要な交流電力に変換し前記モータに出力するサーボ制御部と、前記電源供給部から前記サーボ制御部へ供給する電力の不足分を前記サーボ制御部へ供給し、また前記モータの回生電力のうち前記電源供給部の回生処理能力を超える分の回生電力を吸収するために設けられる蓄電装置と、前記直流母線と前記蓄電装置との間に設けられる充放電回路と、前記モーション指令生成部から出力される動作指令に基づいて充放電指令を生成する充放電指令生成部と、前記直流母線の電力と、前記蓄電装置の蓄電量と、前記充放電指令とに基づき、前記充放電回路に、前記蓄電装置から前記直流母線への放電動作と、前記直流母線から前記蓄電装置への充電動作とを行わせる充放電回路制御部とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、充放電回路制御部が、直流母線電力と、蓄電装置の蓄電量と、充放電指令生成部が生成する充放電指令に基づき、充放電回路に、蓄電装置から直流母線への放電動作と、直流母線から蓄電装置への充電動作とを行わせる。したがって、搭載する蓄電装置の過放電または過充電が行われないように、また無駄な充放電が行われないように、その蓄電量を制御できるモータ制御装置を実現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１軸駆動系の機械構成例を示す概念図である。 図３は、図１に示す充放電回路制御部の回路構成例を示すブロック図である。 図４は、図１に示す電源供給部とそれに並列接続されるサーボ制御部および充放電回路との間の電力の流れを示す模式図である。 図５は、図３に示す第１の充放電回路制御ブロックが直流母線電力と電力しきい値とに基づいて電力補償指令値を算出し設定するまでの動作手順を説明するフローチャートである。 図６は、図３に示す第２の充放電回路制御ブロックが蓄電量指令値と蓄電装置の蓄電量と補助充放電許否信号とに基づいて電圧補償指令値を算出し設定するまでの動作手順を説明するフローチャートである。 図７は、特許文献１にて行われている電力しきい値のみを用いて蓄電量を制御する場合におけるモータの制御内容を説明する概念波形図である。 図８は、電力しきい値に図７に示した状況に対応できる蓄電量指令値を加えて蓄電量を制御する場合におけるモータの制御内容を説明する概念波形図である。 図９は、電力しきい値に各種の状況に対応できる蓄電量指令値を加えて蓄電量を制御する場合に、無駄な充放電が発生する場合があることを説明する概念波形図である。 図１０は、電力しきい値に各種の状況に対応できる蓄電量指令値および本実施の形態１による補助充放電許否信号を加えて蓄電量を制御する場合におけるモータの制御内容を説明する概念波形図である。 図１１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１２は、電力しきい値に各種の状況に対応できる蓄電量指令値および本実施の形態２による補助充放電許否信号を加えて蓄電量を制御する場合におけるモータの制御内容を説明する概念波形図である。 図１３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１４は、電力しきい値に各種の状況に対応できる蓄電量指令値および本実施の形態３による補助充放電許否信号を加えて蓄電量を制御する場合におけるモータの制御内容を説明する概念波形図である。

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、本実施の形態１によるモータ制御装置１ａは、商用電源２から得られる三相交流電力に基づき、数値制御工作機械やプレス機等組み込まれているモータ３を駆動制御する構成として、指令値生成部４と、加減速処理部５と、電源供給部６と、サーボ制御部７と、充放電回路８と、充放電回路制御部１０ａと、蓄電装置９と、直流母線電力検出部１１と、蓄電量検出部１２とを備えている。指令値生成部４は、モーション指令生成部１４と、充放電指令生成部１５ａとを備えている。

ここで、図２は、図１に示すモータ制御装置が制御する１軸駆動系の機械構成例を示す概念図である。図２において、モータ３の回転軸は、例えば、制御対象機械内において水平に配置されたボールねじ１７に連結され、このボールねじ１７には負荷１８が搭載されている。つまり、本実施の形態１によるモータ制御装置１ａは、水平に配置されたボールねじ１７を回転させて負荷１８を水平方向に往復移動させるモータ３を駆動制御するとしている。

さて、図１において、モーション指令生成部１４は、モータ３に対する動作指令２０を生成し、充放電指令生成部１５ａおよび加減速処理部５に並行に出力する。動作指令２０は、図２に示した例によれば、水平方向に往復移動する負荷１８を目標位置に移動させるための移動距離、移動速度等を指令としている。

充放電指令生成部１５ａは、モーション指令生成部１４が生成する動作指令２０に基づき充放電指令２１を生成し、充放電回路制御部１０ａへ出力する。ここで、充放電指令２１は、蓄電装置９への充放電動作の開始・終了を電源供給部６の電源容量との関係で決める「電力しきい値」に、蓄電装置９の蓄電量を制御するときの目標値となる「蓄電量指令値」および蓄電装置９の充放電の可否を指令する「補助充放電許否信号」を加えた構成になっている。そして、本実施の形態１では、蓄電量指令値および補助充放電許否信号は、それぞれ、運転開始前に予め設定されている。その設定方法については、後述する。

加減速処理部５は、モーション指令生成部１４からの動作指令２０に基づき加減速処理を行ってサーボ指令２２を生成しサーボ制御部７へ出力する。電源供給部６は、コンバータであり、その正極端および負極端に正極および負極の直流母線２３が接続されている。この直流母線２３に並列に、サーボ制御部７と充放電回路８とが接続されている。

電源供給部６は、商用電源２から得られる三相交流電力を直流電力に変換して直流母線２３に出力し、サーボ制御部７と充放電回路８とに供給する。サーボ制御部７は、インバータを内蔵しており、電源供給部６が直流母線２３に出力した直流電力を、加減速処理部５からのサーボ指令２２の通りにモータ３を動作させるのに必要な交流電力へ変換しモータ３に供給する。また、サーボ制御部７は、モータ３が発生した回生電力を直流母線２３に出力する。そのため、電源供給部６は、サーボ制御部７から直流母線２３に出力される直流電力を三相交流電力へ変換し、商用電源２に出力する電力回生動作も行う。

充放電回路８は、昇降圧チョッパ回路であり、充放電回路制御部１０ａから入力される制御指示に基づき、昇降圧チョッパ回路内のスイッチング素子がオン・オフ制御されることで、直流母線２３から蓄電装置９への充電動作と、蓄電装置９から直流母線２３への放電動作とを行う。

蓄電装置９は、コンデンサやキャパシタなど、電力を貯蔵する装置である。蓄電装置９は、モータ３を駆動するのに必要な電力を電源供給部６のみから供給できない場合に、その不足分電力をモータ３へ供給できるようにするために設けられている。この場合には、充放電回路制御部１０ａが充放電回路８に対し、蓄電装置９から直流母線２３への放電動作を行ように指示を出す。直流母線２３の電力は、モータ３を駆動するのに必要な電力となるので、サーボ制御部７は、モータ３へ所定の駆動電力を供給することができる。

また、モータ３が発生する回生電力は、サーボ制御部７から直流母線２３へ出力されるが、その直流母線２３へ出力される回生電力が電源供給部６の回生処理能力を超えている場合に、蓄電装置９は、その電源供給部６の回生処理能力を超えている分の回生電力を回収できるようにするために設けられている。この場合には、充放電回路制御部１０ａが充放電回路８に対し、直流母線２３から蓄電装置９への充電動作を行ように指示を出す。

直流母線電力検出部１１は、電源供給部６がその正極端および負極端に接続される直流母線２３に出力する電力、または、直流母線２３からサーボ制御部７に入力する電力、或いは、直流母線２３から充放電回路８に入力する電力のいずれかを直流母線電力２４として検出し、充放電回路制御部１０ａに出力する。なお、直流母線電力検出部１１が電力を検出する方式は、直流母線２３の電圧と電流とを個別に検出し、両者の積でもって検出した直流母線電力２４とする構成でも構わない。また、蓄電量検出部１２は、蓄電装置９の正極端および負極端間に現れる蓄電電圧を蓄電量２５として検出し、充放電回路制御部１０ａに出力する。なお、蓄電量検出部１２が蓄電量２５を検出する方式は、上記と同様に、蓄電装置９の正極端および負極端間に現れる電圧と電流とを個別に検出し、両者の積でもって表した蓄電電力量を蓄電量２５としてもよい。

充放電回路制御部１０ａは、例えば図３に示す構成により、充放電指令生成部１５ａからの充放電指令２１と、直流母線電力検出部１１が検出した直流母線電力２４と、蓄電量検出部１２が検出した蓄電量２５とに基づき、充放電回路８への制御指示（図３に示す「電力変換制御指令値３７」）を生成する。

以下、図３〜図６を参照して充放電回路制御部１０ａの構成と動作について説明する。なお、図３は、図１に示す充放電回路制御部の構成例を示すブロック図である。図４は、図１に示す電源供給部とそれに並列接続されるサーボ制御部および充放電回路との間の電力の流れを示す模式図である。図５は、図３に示す第１の充放電回路制御ブロックが直流母線電力と電力しきい値とに基づいて電力補償指令値を算出し設定するまでの動作手順を説明するフローチャートである。図６は、図３に示す第２の充放電回路制御ブロックが蓄電量指令値と蓄電装置の蓄電量と補助充放電許否信号とに基づいて電圧補償指令値を算出し設定するまでの動作手順を説明するフローチャートである。

充放電回路制御部１０ａは、例えば図３に示すように、第１の充放電回路制御ブロック２７と、第２の充放電回路制御ブロック２８と、加算器２９と、電力変換制御ブロック３０とを備えている。

第１の充放電回路制御ブロック２７は、直流母線電力検出部１１が検出した直流母線電力２４と充放電指令生成部１５ａからの充放電指令２１に含まれている電力しきい値３２とに基づき、モータ３の加速時または減速時に、電源供給部６では処理できない電力を補償するための電力補償指令値３３を生成するブロックである。

具体的には、第１の充放電回路制御ブロック２７は、モータ３の加速時において、モータ３を駆動するのに必要な電力が電源供給部６から供給される電力だけでは足りない場合に、その足りない分の電力を補償（供給）するための電力補償指令値３３を生成する。また、第１の充放電回路制御ブロック２７は、モータ３の減速時において、モータ３からサーボ制御部７を介して直流母線２３へ出力される回生電力が電源供給部６の回生処理能力を超えている場合に、その超えている分の回生電力を補償（吸収）するための電力補償指令値３３を生成する。

第２の充放電回路制御ブロック２８は、充放電指令生成部１５ａからの充放電指令２１に含まれている補助充放電許否信号３４が「補助充放電許可」を示すときに、充放電指令生成部１５ａからの充放電指令２１に含まれている蓄電量指令値３５に、蓄電量検出部１２が検出した蓄電装置９の蓄電量２５を追従させるための電圧補償指令値３６を生成するブロックである。

ここで、蓄電量指令値３５に蓄電装置９の蓄電量２５を追従させるための充電を補助充電と称し、蓄電量指令値３５に蓄電装置９の蓄電量２５を追従させるための放電を補助放電と称し、補助充電と補助放電とをまとめて補助充放電と称する。補助充放電許否信号３４は、この補助充放電を許可するか禁止するかを指令する信号である。

加算器２９は、第１の充放電回路制御ブロック２７の出力である電力補償指令値３３と第２の充放電回路制御ブロック２８の出力である電圧補償指令値３６とを加算する。電力変換制御ブロック３０は、加算器２９の出力に基づき、充放電回路８内のスイッチング素子をオン・オフ制御するための電力変換制御指令値３７を生成する。充放電回路８は、この電力変換制御指令値３７に従って直流母線２３と蓄電装置９との間の電力の入出力制御を行う。このとき、電力補償指令値３３、電圧補償指令値３６、および電力変換制御指令値３７は、それぞれ、電流値または電圧値のどちらでも構わない。

次に、動作について説明する。まず、図４に沿って電力の方向などについて説明する。図４において、電源供給部６の出力電力４０は、電源供給部６から直流母線２３に入出力される電力を示している。サーボ制御部７の入力電力４１は、直流母線２３からサーボ制御部７に入出力される電力を示している。充放電回路８の入力電力４２は、直流母線２３から充放電回路８に入出力される電力を示している。蓄電装置９の入力電力４３は、充放電回路８から入出力される電力を示している。そして、電源供給部６の出力電力４０の矢印の方向は、電力の向きを表し、図４における矢印の方向を正の方向と定義する。サーボ制御部７の入力電力４１、充放電回路８の入力電力４２および蓄電装置９の入力電力４３の各矢印の方向についても同様である。

次に、図５に沿って、第１の充放電回路制御ブロック２７において行われる電力補償指令値３３を設定するまでの動作について説明する。図５において、ステップＳ１では、直流母線電力検出部１１を設定する。前記したように、直流母線電力検出部１１は、電源供給部６の出力電力４０、または、サーボ制御部７の入力電力４１、或いは、充放電回路８の入力電力４２のいずれかを検出し、それを直流母線電力２４として出力するように設定される。

ステップＳ２では、設定した直流母線電力検出部１１が検出した直流母線電力２４を第１の充放電回路制御ブロック２７に取り込む。ステップＳ３では、充放電指令生成部１５ａからの充放電指令２１に含まれている電力しきい値３２を第１の充放電回路制御ブロック２７に取り込む。

ここで言う電力しきい値３２は、電源供給部６の電源容量の範囲内で正の値を持つ力行側電力しきい値Ｐ_ｔｈｇｅと、電源供給部６の電源容量の範囲内で負の値を持つ回生側電力しきい値Ｐ_ｔｈｒｅとの両方を含む総称である。個別に示す。力行側電力しきい値Ｐ_ｔｈｇｅは、直流母線電力Ｐ_ｍが該力行側電力しきい値Ｐ_ｔｈｇｅよりも大きくなったとき蓄電装置９から直流母線２３へ電力が供給される動作が開始されるしきい値である。また、回生側電力しきい値Ｐ_ｔｈｒｅは、直流母線電力Ｐ_ｍが該回生側電力しきい値Ｐ_ｔｈｒｅよりも小さくなったとき直流母線２３から蓄電装置９に電力が回収される動作が開始されるしきい値である。

そして、直流母線電力Ｐ_ｍが力行側電力しきい値Ｐ_ｔｈｇｅよりも大きくなり蓄電装置９からモータ駆動の不足電力を供給することを力行アシストと定義する。また、直流母線電力Ｐ_ｍが回生側電力しきい値Ｐ_ｔｈｒｅよりも小さくなりモータ３から出力される回生電力を蓄電装置９に回収することを回生アシストと定義する。加えて、力行アシストと回生アシストとを合わせて電力アシストと定義する。

さらに、力行アシスト時にモータ３と蓄電装置９との間で入出力される電力、電力量を力行アシスト電力、力行アシスト電力量と定義し、回生アシスト時にモータ３と蓄電装置９との間で入出力される電力、電力量を回生アシスト電力、回生アシスト電力量と定義する。そして、力行アシスト電力と回生アシスト電力とをまとめてアシスト電力と定義し、力行アシスト電力量と回生アシスト電力量をまとめてアシスト電力量と定義する。

さて、ステップＳ４以下では、ステップＳ２にて取り込んだ直流母線電力２４をＰ_ｍとし、ステップＳ３にて取り込んだ電力しきい値３２から得られる力行側電力しきい値をＰ_ｔｈｇｅとして説明する。

ステップＳ４では、直流母線電力Ｐ_ｍが力行側電力しきい値Ｐ_ｔｈｇｅよりも大きいか否かを判定する。その結果、直流母線電力Ｐ_ｍが力行側電力しきい値Ｐ_ｔｈｇｅよりも大きい場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ステップＳ５にて力行アシスト時の処理を行う。すなわち、ステップＳ５では、力行側電力しきい値Ｐ_ｔｈｇｅから直流母線電力Ｐ_ｍを減じた値０以下の値（減じた値が正のときは値０とする）を力行アシスト開始時刻から積分して力行アシスト電力量を算出する。力行アシスト電力量を算出した後、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、ステップＳ５にて算出された力行アシスト電力量を蓄電装置９の端子間電圧の変動量分の電圧値に換算し、それを次のステップＳ１０にて、電力補償指令値２３として設定し、本手順を終了する。ただし、本実施の形態１では、蓄電装置９から放電する場合の電圧変化値を負と定義している。そのため、換算後の電力補償指令値２３は値０以下の値になる。

ここで、ステップＳ４，Ｓ５，Ｓ９での処理内容を式で表す。電力補償指令値３３の電圧値V_1cmdは、直流母線電力P_m、力行側電力しきい値P_thge、アシスト開始時刻t₀、現在の時刻t、電力量から電圧への換算関数f(・)、蓄電装置９の静電容量Ｃ、蓄電装置９の現在の端子間電圧Ｖ_０とを用いて式（１）で表せる。なお、電力量から電圧への換算関数を表す式（２）は、蓄電装置９の端子間電圧をＶとしたときの蓄電エネルギーＥ（Ｅ＝（１／２）ＣＶ^２−（１／２）ＣＶ_０ ^２）を変形したものである。なお、式（１）中の関数min(・,・)は、式（３）のように定義される。

一方、ステップＳ４において、直流母線電力Ｐ_ｍが力行側電力しきい値Ｐ_ｔｈｇｅよりも小さい場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップＳ６に進み、直流母線電力Ｐ_ｍがステップＳ３にて取り込んだ電力しきい値３２から得られる回生側電力しきい値Ｐ_ｔｈｒｅよりも小さいか否かを判定する。

ステップＳ６において、直流母線電力Ｐ_ｍが回生側電力しきい値Ｐ_ｔｈｒｅよりも小さい場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ステップＳ７にて回生アシスト時の処理を行う。すなわち、ステップＳ７では、回生側電力しきい値Ｐ_ｔｈｒｅから直流母線電力Ｐ_ｍを減じた値０以上の値（減じた値が負のときは値０とする）を回生アシスト開始時刻から積分して回生アシスト電力量を算出する。回生アシスト電力量を算出した後、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、ステップＳ７にて算出された回生アシスト電力量を蓄電装置９の端子間電圧の変動量分の電圧値に換算し、それを次のステップＳ１０にて、電力補償指令値２３として設定し、本手順を終了する。

ここで、力行時と同様に、ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ９での処理内容を式で表す。電力補償指令値３３は、回生側電力しきい値P_threを用いて、式（４）で表せる。なお、式（４）中の関数max(・,・)は式（５）のように定義される。

一方、ステップＳ６において、直流母線電力Ｐ_ｍが回生側電力しきい値Ｐ_ｔｈｒｅよりも大きい場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、ステップＳ８にて、回生アシスト電力量として値０を出力し、ステップＳ９にて、０である回生アシスト電力量を電力補償指令値３３に変換し、それをステップＳ１０にて電力補償指令値３３に設定し、本手順を終了する。

以上のようにして、第１の充放電回路制御ブロック２７から電力補償指令値３３が出力される。なお、ステップＳ５，Ｓ７での積分値は、力行アシストまたは回生アシストが終了したとき、または電力補償指令値が値０になったとき、値０にリセットされる。

以上の説明では、電力補償指令値３３は、電圧値であるとしているが、電流値でも構わない。電流値への換算は、
［アシスト電力］＝［直流母線２３の電圧］×［アシスト時に充放電回路８から直流母線２３に入出力される電流］
という関係式を利用して行えばよい。

次に、図６に沿って第２の充放電回路制御ブロック２８において行われる電圧補償指令値３６を設定するまでの動作について説明する。図６において、ステップＳ２１では、充放電指令生成部１５ａからの充放電指令２１に含まれている補助充放電許否信号３４を第２の充放電回路制御ブロック２８に取り込む。以下、補助充放電許否信号３４は、補助充放電許否信号Ｆｅｎと表記することとする。

ステップＳ２２では、補助充放電許否信号Ｆｅｎが許可を示しているか否かを調べる。その結果、補助充放電許否信号Ｆｅｎが許可を示している場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）は、ステップＳ２３〜ステップＳ２９の処理が行われて本手順を終了し、補助充放電許否信号Ｆｅｎが許可を示していない場合（ステップＳ２：Ｎｏ）は、ステップＳ３０、ステップＳ２９の処理が行われて本手順を終了する。

＜ステップＳ２３〜ステップＳ２９での処理＞
ステップＳ２３では、補助充放電を許可する補助充放電許否信号Ｆｅｎが入力されたので、充放電指令生成部１５ａからの充放電指令２１に含まれている蓄電量指令値３５を第２の充放電回路制御ブロック２８に取り込む。なお、蓄電量指令値３５は電圧値で入力するとしているが、電力量値で入力しても構わない。

ステップＳ２４では、蓄電量検出部１２にて検出された蓄電装置９の蓄電量２５を第２の充放電回路制御ブロック２８に取り込む。なお、蓄電装置９の蓄電量２５は、蓄電装置９の端子間電圧としているが、蓄電装置９に蓄積している電力量でも構わない。

ステップＳ２５では、蓄電量指令値３５から蓄電装置９の蓄電量２５を減じた値を比例制御、積分制御等の制御器に入力して電圧制御指令値を算出する。ここで、算出した電圧制御指令値が正のときは蓄電装置９に充電動作を行うことの指令であると定義し、負のときは蓄電装置９から放電動作を行うことの指令であると定義する。

ステップＳ２６では、算出された電圧制御指令値に従って蓄電装置９に対し充放電を行う際、充放電回路８が蓄電装置９の電力上限値または電力下限値を超えて動作しないようにするため、電圧制御指令値の上限値と下限値を設定し、充放電回路８の動作範囲を制限する。これを「充放電回路制約」と定義する。電圧制御指令値が充放電回路制約の上限値より大きくなった場合は電圧制御指令値を充放電回路制約の上限値に再設定する。また、電圧制御指令値が充放電回路制約の下限値より小さくなった場合は電圧制御指令値を充放電回路制約の下限値に再設定する。

ステップＳ２７では、充放電回路８から入出力される電力が電力アシスト期間中においては必ず電力アシストできるように、ステップＳ２６にて処理された電圧制御指令値によって蓄電装置９から充放電される電力を制限する。これを「アシスト優先制約」と定義する。ここでは、力行アシスト時には補助充電をしないこと、および回生アシスト時には補助放電をしないこととする。つまり、力行アシスト時において電圧制御指令値は、値０以上にし、回生アシスト時において電圧制御指令値は、値０以下にする。

ステップＳ２８では、ステップＳ２７にて処理された電圧制御指令値によって蓄電装置９から充放電される電力が、電源供給部６の電源容量から電源供給部６の出力電力４０を減じた値を超えないように電圧制御指令値が制限される。つまり、モータ３に入出力される電力と蓄電装置９の充放電とは、電源供給部６の供給可能な電力の範囲内または回生処理可能な電力の範囲内にて行われることを意味する。これを「電源供給部制約」と定義する。

ステップＳ２９では、ステップＳ２３〜ステップＳ２８までに処理された電圧制御指令値を電圧値に換算し、それを電圧補償指令値３６として設定する。

＜ステップＳ３０、ステップＳ２９での処理＞
ステップＳ３０では、補助充放電を禁止する補助充放電許否信号Ｆｅｎが入力されたので、電圧制御指令値を値０として電圧値に換算し、ステップＳ２９にて電圧補償指令値３６に設定する。

以上のようにして、第２の充放電回路制御ブロック２８から電力補償指令値３６が出力される。

電圧補償指令値３６の設定手順を式で表す。まず、補助充放電許否信号３４が許可を指令している場合、電圧補償指令値３６の電圧値V_2cmdは式（６）で表される。なお、式（６）において、V_edlcは蓄電装置９の蓄電量２５であり、V_edlcRefは蓄電量指令値３５であり、F₁(・)は充放電回路制約を表す関数であり、F₂(・)はアシスト優先制約を表す関数であり、F₃(・)は電源供給部制約を表す関数である。そして、制御器には制御ゲインＫの比例制御を用いた。

ここで、式（６）において、関数F₁(・)は式（７）で表され、関数F₂(・)は式（８）で表され、関数F₃(・)は式（９）で表される。

なお、式（７）〜式（９）において、V_dc/dchighは充放電回路８の電圧上限値であり、V_dc/dclowは充放電回路８の電圧下限値であり、P_cvmaxは正の値で電源供給部６が供給できる電力の上限値であり、P_cvminは負の値で電源供給部６が回生処理できる電力の下限値であり、i_cmdは蓄電装置９に充放電する際の電流値の絶対値である。関数Sat(・)、sgn(・)は式（１０）、式（１１）のように定義される。

次に、補助充放電許否信号３４が禁止を指令している場合には、電圧補償指令値３６の電圧値V_2cmdは、式（１２）になる。
V_2cmd＝0 …（１２）

なお、以上の説明では、電圧補償指令値３６は、電圧値であるとしているが、電流値でも構わない。電流値への換算は、
［蓄電装置９への入力電力４３］
＝［蓄電装置９の端子間電圧］×［蓄電装置９の入出力電流］
という関係式を利用して行えばよい。

次に、図７〜図１０を参照して、蓄電量の制御方法について説明する。なお、図７は、特許文献１にて行われている電力しきい値のみを用いて蓄電量を制御する場合におけるモータの制御内容を説明する概念波形図である。図８は、電力しきい値に図７に示した状況に対応できる蓄電量指令値を加えて蓄電量を制御する場合におけるモータの制御内容を説明する概念波形図である。図９は、電力しきい値に各種の状況に対応できる蓄電量指令値を加えて蓄電量を制御する場合に、無駄な充放電が発生する場合があること説明する概念波形図である。図１０は、電力しきい値に各種の状況に対応できる蓄電量指令値および本実施の形態１による補助充放電許否信号を加えて蓄電量を制御する場合におけるモータの制御内容を説明する概念波形図である。

図７では、モータ３を２回加減速したときの、（１）速度と、（２）そのときのモータ３の消費電力と、（３）蓄電装置９の蓄電量との各時間応答が示されている。

図７（１）に示すモータ３の速度の時間応答は、各回の加減速時定数を変えたときの速度波形を示している。ここで、時定数とは、モータ３の加速開始から指令速度に到達するまでに要する時間、および、指令速度からモータ停止に到達するまでに要する時間のことであり、特に前者を加速時定数と定義し、後者を減速時定数と定義する。そして、加速時定数と減速時定数とが同じ値のとき、まとめて加減速時定数と定義する。これ以降、時定数と称するときは、加減速時定数を指すと定義する。

図７（２）に示すモータ３の消費電力の時間応答において、一点鎖線４１は力行側電力しきい値を示し、一点鎖線４２は回生側電力しきい値を示している。図７（２）では、電力しきい値４１，４２は、時間に対して一定値になっているが、時間に対して可変値であってもよい。

図７（３）に示す蓄電装置９の蓄電量の時間応答は、蓄電量を電力量で示している。一点鎖線４３は、蓄電量上限値を示している。一方、蓄電装置９の蓄電量下限値４４は、値０に設定されている。

さて、図７（１）（２）において、モータ３の１回目の加減速時では、モータ３の消費電力が力行側電力しきい値４１を超えたとき、蓄電装置９から電力が供給される。そのときに蓄電装置９から放電される電力量は斜線部４５の面積になる。その後の減速時では、モータ３の消費電力は回生側電力しきい値４２を超えないので、蓄電装置９への充電は行われない。

また、モータ３の２回目の加減速時では、モータ３の消費電力が力行側電力しきい値４１を超えたとき、蓄電装置９から電力が供給される。そのときに蓄電装置９から放電される電力量は、斜線部４６の面積になる。

ところが、特許文献１では、充放電回路制御部１０ａは電力しきい値のみを用いて蓄電量の制御をしていたので、蓄電装置９の蓄電量の時間応答は、図７（３）に示すような応答波形になる。図７（３）において、モータ３の１回目の加減速時では、斜線部４５の面積分の電力が蓄電装置９から供給されるので、蓄電装置９の蓄電量は蓄電量下限値４４の近くまで低下する。しかし、減速時では、モータ３の消費電力は回生側電力しきい値４２を超えないので、蓄電装置９への充電は行われない。その状態でモータ３は２回目の加減速制御へ移行する。

そうすると、モータ３の２回目の加減速時において、モータ３の２回目の加減速が開始されたときの蓄電装置９の電力量は、図７（３）に示すように蓄電量下限値４４の近くまで低下した状態であるから、２回目の加速を行おうとすると、蓄電装置９の電力量は蓄電量下限値４４を大きく下回る程度にまで低下しようとする。このことは、蓄電装置９には、モータ３に供給できる蓄電量が十分に蓄電されていないことを示しており、２回目の加速は充分にできないことを示している。

この問題を防ぐには、（１）回生側電力しきい値４２の値を大きくして蓄電装置９への充電量を増やす、（２）力行側電力しきい値４１の値を小さくして蓄電装置９からの放電量を減らす、（３）モータ３の加速時定数を大きくして蓄電装置９から放電される電力量を小さくする、（４）蓄電装置９の蓄電量の上下限値を規定する蓄電量指令値を設定し蓄電装置９の蓄電量を蓄電量指令値に追従させる、という４つの方法が考えられるが、本実施の形態では、（４）の方法を採用することにした。そうすると、図８に示す特性が得られる。なお、図８では、図７と同一構成部分ないし同等部分には、同一の符号が付されている。

図８では、図７と同様に、モータ３を２回加減速したときの、（１）速度と、（２）そのときのモータ３の消費電力と、（３）蓄電装置９の蓄電量との各時間応答が示されている。そして、図８（３）において、蓄電量指令値３５が追加されている。蓄電量指令値３５は、その大きさが時間に対して変化している。特に、２回目の加速前に蓄電量指令値３５を大きくすることで蓄電装置９の蓄電量が増加している。そのため、２回目の加速時において、蓄電装置９からモータ３に対して、斜線部４６の面積分に相当する十分な電力を供給することが可能になる。また、２回目の減速時において、斜線部４７の面積分の回生電力が蓄電装置９に回収されると、蓄電装置９の蓄電量は蓄電力上限値４３の近くまで戻る。

よって、蓄電量指令値３５を設定して蓄電装置９の蓄電量を適切に制御することで、モータ３の減速時定数を大きくすることなく、モータ３の高速駆動が行える。このように、蓄電量指令値を設定して補助充放電を行うことにより、蓄電装置９の蓄電量を制御することを蓄電量制御と定義する。

蓄電量指令値３５は運転開始前に充放電指令生成部１５ａに予め設定される。蓄電量指令値３５の最も簡単な決め方は、放電中には蓄電量の下限値を保ち、充電中は蓄電量の上限値を保ち、充放電をしていないときは蓄電量を保つようにすることである。但し、この決め方では無駄な充放電が生じ損失が大きくなる。その無駄な充放電を抑制して適切に蓄電量を制御するため、モータ３の消費電力を予測しその予測値に応じて蓄電量指令値３５を決めるようにしている。

例えば次のように求められる。始めに加速開始時刻を０とし、摩擦が非常に小さく無視できると仮定したときのモータ３と負荷とを合わせたイナーシャをJ、指令速度をV_cmd、加速時定数をt₁、減速時定数をt₂、移動距離Lとおくと、時刻tでの加速時のモータの消費電力の予測値P_estは、式（１３）と表せる。なお、式（１３）において、時刻tの範囲は加速開始時刻から加速終了時刻までとする。

また、減速終了時刻をt_fとすると、減速時のモータ３の消費電力の予測値P_estは式（１４）と表せる。なお、式（１４）において、時刻tの範囲は減速開始時刻から減速終了時刻までとする。

このように求めたモータ３の消費電力の予測値と事前に決めた電力しきい値とから式（１５）、式（１６）のように電力しきい値を超えた分の電力を積分し、力行アシスト時に必要な電力量E_geと、回生アシスト時に必要な電力量E_reとを計算する。

このように計算した電力量を充放電量予測値とする。但し、充放電量予測値は、充電の場合は正の値、放電の場合は負の値となる。そして、充放電量予測値を電圧に換算する。ここで計算した電力量の絶対値が小さい場合は値０とする。つまり、蓄電量指令値３５の大きさを変更しないようにして、無駄な補助充放電を行わないような蓄電量指令値３５を生成する。

次に、力行アシストおよび回生アシストに必要な電力量を過不足なく充放電できるように蓄電量指令値３５を次のように作成する。ここで、時刻ｔ＝０のときの蓄電量を初期蓄電量V_iniとする。そして、時刻ｔでの蓄電量指令値３５をV_edlcRef(t)、時刻ｔで蓄電量指令値３５を変更する前の蓄電量指令値V_Refとする。

時刻ｔに応じた蓄電量指令値３５を、（１）ケース０：力行アシストおよび回生アシストが現れない場合と、（２）ケース１：力行アシストと回生アシストが交互に現れる場合と、（３）ケース２：力行アシストが連続する場合または回生アシストが連続して現れる場合との３つに分けて生成する。なお、以下の説明では、蓄電量指令値３５の大きさをステップ的に変更しているが、ステップ的ではなくてもよい。

（１）ケース０：力行アシストおよび回生アシストが現れない場合
この場合は、特に蓄電量指令値３５を変更する必要がないのでV_edclRef(t)=V_Refとする。

（２）ケース１：力行アシストと回生アシストが交互に現れる場合
この場合は、力行アシスト前のときに力行アシストによって蓄電量が過放電になることを防ぐため、その力行アシスト分だけ事前に充電をする必要がある。よって、式（１７）のように変更前の蓄電量指令値３５に力行アシスト分だけ蓄電量指令値３５を大きくする。但し、式（１５）により力行アシスト時に必要な電力量E_geは負の値になるので、力行アシスト時に必要な電力量E_geに値「−１」をかけ、その値を電圧に変換し、それを力行アシスト分として変更前の蓄電量指令値V_Refに加えて蓄電量指令値３５を大きくする。

但し、力行アシスト分を加えた後、蓄電量指令値３５が蓄電量上限値よりも大きくなってしまう場合は、蓄電量指令値３５を蓄電量上限値４３までに制限する。または、蓄電量上限値４３を超えた分は、一つ前の蓄電量指令値３５を変更するときに、超えた分を変更前の蓄電量指令値V_Refから減算する。

変更のタイミングは、力行アシスト前に起こる回生アシスト期間（回生アシスト充電を行っている期間）内の任意の時間とする。但し、回生アシスト開始時刻および回生アシスト終了時刻が分からない場合は、回生アシストが起きるときの減速開始時刻または減速終了時刻を変更のタイミングとする。その場合、充放電許否信号３４を後述するように許可または禁止に制御する必要がある。

回生アシスト前のときは、回生アシストによって蓄電量が過充電になることを防ぐために、その回生アシスト分だけ事前に放電をする必要がある。よって、式（１８）のように変更前の蓄電量指令値３５に回生アシスト分だけ蓄電量指令値３５を小さくする。但し、式（１６）により回生アシストに必要な電力量E_reは正の値になるので、回生アシスト時に必要な電力量E_geに値「−１」をかけ、その値を電圧に変換し、それを回生アシスト分として変更前の蓄電量指令値V_Refに加える。この回生アシスト分は負の値であるので、蓄電量指令値３５は小さくなる。

但し、回生アシスト分を加えた後、蓄電量指令値３５が蓄電量下限値４４よりも小さくなってしまう場合は蓄電量指令値３５を蓄電量下限値４４に制限する。または、蓄電量下限値４４を超えた分は、一つ前の蓄電量指令値３５を変更するときに、超えた分に絶対値を適用して、その値を変更前の蓄電量指令値V_Refに加算する。

変更のタイミングは回生アシスト前に起こる力行アシスト期間（力行アシスト充電を行っている期間）内の任意の時間とする。但し、力行アシスト開始時間および力行アシスト終了時間が分からない場合は力行アシストが起きるときの加速開始時刻または加速終了時刻を変更タイミングとする。その場合には、充放電許否信号３４を後述するように許可または禁止に制御する必要がある。

また、最初の力行アシストまたは回生アシストの前に蓄電量指令値３５を変更する場合は時刻ｔ＝０の直後に変更する。その他、最後の力行アシストまたは回生アシスト後は蓄電量指令値３５を初期蓄電量に設定してもよい。

（３）ケース２：力行アシストが連続する場合または回生アシストが連続して現れる場合
この場合は、力行アシストが連続する場合は連続する力行アシストをひとつの力行アシスト（拡大力行アシスト）とみなす。このとき拡大力行アシストが必要とする電力量は各力行アシストが必要とする電力の和とする。回生アシストが連続する場合も同様にひとつの回生アシスト（拡大回生アシスト）とみなし、拡大回生アシストが必要とする電力量は各回生アシストが必要とする電力量の和とする。このような処理を行うことで力行アシストと回生アシストが交互に現れるようになり、ケース１と同様の処理を行う。

ここで、以上の説明では、蓄電量指令値３５を電圧値としているが電力量値でも構わない。また、蓄電量指令値３５の変更タイミングをモーションパターンまたはモータの消費電力に同期させているが、運転中にモータの速度フィードバック値または電流フィードバック値が分かる場合は、その値が所定の値を超えたときに蓄電量指令値３５を変更するとしてもよい。

蓄電量指令値３５は、運転開始前に、予め分かっている運転パターンから求められる力行アシストおよび回生アシストに必要な電力量の予測に基づいて設定される。そのため、第１の充放電回路制御ブロック２７の動作によって蓄電装置９の蓄電量が蓄電量指令値３５よりも大きい、または小さいということが起こる。その場合、第２の充放電回路制御ブロック２８が稼動し、補助充放電が行われることにより蓄電装置９の蓄電量を蓄電量指令値３５に追従させる制御が行われる。

図９は、電力しきい値に以上のように設定した蓄電量指令値３５を加えた場合の制御内容を示しており、図９（３）に示すように、２回目の加速時に、蓄電装置９から充分な電力を供給できるようになる。

しかし、図９（３）に示す蓄電装置９の蓄電量の時間応答において、１回目の減速開始前後では補助放電をした後に補助充電を行っているため、無駄な充放電を行っていることになる。なぜなら、モータ３の消費電力は回生側電力しきい値４２を超えていない。この場合、電力変換器である電源供給部６およびサーボ制御部７の損失を考えると、充放電損失が大きくなる。

そこで、本実施の形態１では、充放電回路制御部１０ａに第２の充放電回路制御ブロック２８を追加し、充放電指令生成部１５ａから充放電回路制御部１０ａ内の第２の充放電回路制御ブロック２８に対し、上述したような蓄電量指令値３５に加えて、明らかに無駄な充放電を行っていることがわかる場合は、無駄な充放電を行わせないための禁止指令を与える補助充放電許否信号３４を入力するようにした。図１０に制御例を示してある。

ここで、補助充放電許否信号３４は、補助充放電を行うか行わないかを決める信号であって、許可と禁止の２値を持っている。補助充放電許否信号がオンであるということは補助充放電の許可を指令する、つまり、補助充放電を行うことと定義する。また、補助充放電許否信号がオフであるということは、補助充放電の禁止を指令する、つまり、補助充放電を行わない、もしくは第２の充放電回路制御ブロック２８の出力である電圧補償指令値３６を、入力に関わらず０にすることと定義する。なお、本実施の形態１では、オンを許可に、オフを禁止に割り当てているが、禁止・許可の識別・割り当てができる信号であればどのような形態でも問題はない。

図１０では、補助充放電否可信号３４を１回目の減速開始時から２回目の力行アシスト開始時までオンにし、それ以外はオフにし、蓄電量指令値３５の最大振幅区間を補助充放電否可信号３４が許可を示している期間４８と重複する形で設定した場合の、（１）モータ３の速度と、（２）モータ３の消費電力と、（３）蓄電装置９の蓄電量と、（４）補助充放電許否信号との各時間応答が示されている。図１０に示す例では、充放電回路制御部１０ａは、補助充放電許否信号が許可を示している期間４８における蓄電量指令値３５および電力しきい値４１，４２に基づき充放電回路８に放電動作を行わせる。

図９（３）に示す蓄電装置９の蓄電量の時間応答に比べて、図１０（３）の蓄電装置９の蓄電量の時間応答は、必要なときに補助充電を行い、補助充放電の必要のないところでは無駄な充放電を行っていないことがわかる。そのため、無駄な充放電による損失を抑えることが可能になる。

また、無駄な充放電を行う場合として力行アシスト時に補助放電を行うこと、回生アシスト時に補助充電を行うことが挙げられるので、このときは予め補助充放電許否信号をオフ（禁止）にする。また、加速開始時または終了時に蓄電量指令値３５を変更した場合には、力行アシストとの関係で無駄な充放電が起こりやすい。この場合は加速時中の補助充放電許否信号をオフ（禁止）にする。同様に減速開始または終了時に蓄電量指令値３５を変更した場合も、回生アシストとの関係で無駄な充放電が起こりやすいので、この場合も補助充放電許否信号をオフ（禁止）にする。

なお、充放電指令生成部１５ａが生成する充放電指令２１に含まれる蓄電量指令値３５および補助充放電許否信号３４は、運転開始前に予め設定されているが、運転中に使用者の判断で変更する構成になっていてもよい。

以上のように、本実施の形態１によれば、特許文献１を含む先行例で備わっていた電力しきい値に、過放電や過充電を抑制する蓄電量指令値および無駄な充放電を抑制する補助充放電許否信号を加えたので、搭載する蓄電装置の過放電または過充電が行われないように、また無駄な充放電が行われないように、その蓄電量を制御できる。

要するに、本実施の形態１によれば、蓄電装置とモータとの間の電力の入出力を制御する電力しきい値を電源供給部の電源容量との関係で設定するのでシステムの動作保証が可能となり、蓄電装置の蓄電量を制御する蓄電量指令値を設定するので蓄電装置の有効利用が可能となり、蓄電装置に対して充放電動作の許可または禁止を指令する補助充放電許否信号を設定するので充放電損失の低減が可能となる。

加えて、電力しきい値を蓄電装置と直流母線との間の充放電制御に利用するので、電源供給部の電力供給処理能力または回生電力処理能力を超えるモータの高速駆動が可能になる。

実施の形態２．
図１１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。なお、図１１では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないし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、本実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。

図１１において、本実施の形態２によるモータ制御装置１ｂでは、図１（実施の形態１）に示した構成において、充放電指令生成部１５ａに代えて充放電指令生成部１５ｂが設けられ、充放電回路制御部１０ａに代えて充放電回路制御部１０ｂが設けられている。その他の構成は、図１と同様である。

充放電回路制御部１０ｂは、充放電回路制御部１０ａの動作に加えて、蓄電量検出部１２から入力された蓄電装置９の蓄電量２５をそのまま充放電指令生成部１５ｂに与える。なお、蓄電量検出部１２から検出された蓄電装置９の蓄電量２５を充放電回路制御部１０ｂにも並行して入力されるようにしてもよい。

充放電指令生成部１５ｂは、充放電指令２１に含ませる補助充放電許否信号３４の許可・禁止の切り替えタイミングを、充放電回路制御部１０ｂから入力された蓄電装置９の蓄電量２５、または、蓄電量検出部１２から入力された蓄電装置９の蓄電量２５を利用して次のように決定する。

すなわち、充放電指令生成部１５ｂは、予め設定された蓄電量指令値３５と蓄電装置９の蓄電量２５との差の絶対値が所定値よりも小さい場合は禁止を指令し、大きい場合は許可を指令する補助充放電許否信号３４を生成し、それを蓄電量指令値３５および電力しきい値３２と共に、充放電指令２１として、充放電回路制御部１０ｂに出力する。

その結果、本実施の形態２によるモータ制御装置１ｂでの蓄電量の制御は、例えば図１２に示すように行われる。なお、図１２は、電力しきい値に各種の状況に対応できる蓄電量指令値および本実施の形態２による補助充放電許否信号を加えて蓄電量を制御する場合におけるモータの制御内容を説明する概念波形図である。図１２では、図１０と同様に、（１）モータ３の速度、（２）モータ３の消費電力、（３）蓄電装置９の蓄電量および（４）補助充放電許否信号の各時間応答が示されている。

図１２（３）において、斜線で示す領域４９ａ，４８ｂ，４９ｃ，４９ｄ，４９ｅは、それぞれ、蓄電量２５と蓄電量指令値３５との差の絶対値が所定値以下である領域を示している。そして、図１２（３）では、蓄電量２５が、領域４９ａ，４８ｂ，４９ｃ，４９ｄ，４９ｅの内側にある場合と、外側にある場合とが示されている。

図１２（３）（４）に示すように、補助充放電許否信号は、蓄電量２５が、領域４９ａ，４８ｂ，４９ｃ，４９ｄの内側にある場合に禁止５１，５２ｂを示すように設定され、領域４９ａ，４８ｂ，４９ｃ，４９ｄ，４９ｅの外側にある場合に許可５２ａを示すように設定される。領域４９ｅでは、明示を省略したが、補助充放電許否信号は、「禁止」を示すように設定される。

このように補助充放電の許可と禁止とがきめ細かく設定されるので、無駄な充放電による電力損失を抑制できる。

よって、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様の作用・効果が得られる。

実施の形態３．
図１３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１３では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないし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、本実施の形態３に関わる部分を中心に説明する。

図１３において、本実施の形態３によるモータ制御装置１ｃでは、図１（実施の形態１）に示した構成において、充放電指令生成部１５ａに代えて充放電指令生成部１５ｃが設けられている。その他の構成は、図１と同様である。

充放電指令生成部１５ｃは、補助充放電許否信号の許可・禁止の切り替えタイミングをモーション指令生成部１４が生成した動作指令２０を利用して、次のように設定する。すなわち、充放電指令生成部１５ｃは、動作指令２０から得られる、目標位置に向けての負荷の移動開始時から目標位置に到達して次のブロックを設定する。そして、充放電指令生成部１５ｃは、その設定した移動ブロックにおいて、移動ブロック開始時から移動ブロック終了時の所定時間前までの時間内を禁止指令とするように補助充放電許否信号３４を設定する。

なお、動作指令２０に代えて、モータの位置フィードバック値や速度フィードバック値等の動作情報を用いてもよい。

その結果、本実施の形態３によるモータ制御装置１ｃでの蓄電量の制御は、例えば図１４に示すように行われる。なお、図１４は、電力しきい値に各種の状況に対応できる蓄電量指令値および本実施の形態３による補助充放電許否信号を加えて蓄電量を制御する場合におけるモータの制御内容を説明する概念波形図である。

図１４では、図１０と同様に（１）モータ３の速度、（２）モータ３の消費電力、（３）蓄電装置９の蓄電量および（４）補助充放電許否信号、の各時間応答が示されている。図１４では、補助充放電許否信号３４は、モータ３の加速開始時（負荷の移動開始時）からモータ３の減速期間の途中（目標位置に到達する所定期間前）までの期間５３は禁止を指令し、モータ３の減速期間の途中から停止するまでの期間５４が許可と指令できるように出力されることが示されている。モータ３の停止時から次に目標位置に向けての移動開始時までの停止期間５５は、当然に補助充放電許否信号３４は、禁止を示している。上記した移動ブロックは、（期間５５）＋（期間５３）＋（期間５４）である。

このように、本実施の形態３では、無駄な充放電が行わないようにする補助充放電許否信号を生成できるので、無駄な充放電による電力損失を抑制できる。よって、本実施の形態３においても、実施の形態１と同様の作用・効果が得られる。

以上のように、本発明にかかるモータ制御装置は、搭載する蓄電装置の過放電または過充電が行われないように、また無駄な充放電が行われないように、その蓄電量を制御できるので、システムの動作保証と蓄電装置の有効利用と充放電損失の低減とが可能となるモータ制御装置として有用である。

１ａ，１ｂ，１ｃ モータ制御装置
２ 商用電源
３ モータ
４ 指令値生成部
５ 加減速処理部
６ 電源供給部
７ サーボ制御部
８ 充放電回路
９ 蓄電装置
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 充放電回路制御部
１１ 直流母線電力検出部
１２ 蓄電量検出部
１４ モーション指令生成部
１５ａ 充放電指令生成部
１７ ボールねじ
１８ 負荷
２０ 動作指令
２１ 充放電指令
２２ サーボ指令
２３ 直流母線
２４ 直流母線電力
２５ 蓄電量
２７ 第１の充放電回路制御ブロック
２８ 第２の充放電回路制御ブロック
２９ 加算器
３０ 電力変換制御ブロック
３２ 電力しきい値
３３ 電力補償指令値
３４ 補助充放電許否信号
３５ 蓄電量指令値
３６ 電圧補償指令値
３７ 電力変換制御指令値
４１ 力行側電力しきい値
４２ 回生側電力しきい値
４３ 蓄電量上限値
４４ 蓄電量下限値
４５ １回目加速時力行アシスト電力量
４６ ２回目加速時力行アシスト電力量
４７ ２回目減速時回生アシスト電力量
４８，５２ａ，５４ 補助充放電許否信号が許可を示す期間
５１，５２ｂ，５３，５５ 補助充放電許否信号が禁止を示す期間（目標位置に向けての負荷の移動開始時までの単位駆動期間を移動ブロックとして設定する。なお、例えば工作機械の主軸等の速度制御の場合、加速、定速（停止も含む）、減速ごとに移動する）

Claims (15)

1. 商用電源から入力される交流電力を直流電力に変換して直流母線に出力する電源供給部と、
   動作指令を生成するモーション指令生成部と、
   前記モーション指令生成部にて生成される動作指令に対し加減速処理を行ってサーボ指令を出力する加減速処理部と、
   前記電源供給部が前記直流母線に出力する直流電力を、前記サーボ指令の通りにモータを動作させるのに必要な交流電力に変換し前記モータに出力するサーボ制御部と、
   前記電源供給部から前記サーボ制御部へ供給する電力の不足分を前記サーボ制御部へ供給し、また前記モータの回生電力のうち前記電源供給部の回生処理能力を超える分の回生電力を吸収するために設けられる蓄電装置と、
   前記直流母線と前記蓄電装置との間に設けられる充放電回路と、
   前記モーション指令生成部から出力される動作指令に基づいて充放電指令を生成する充放電指令生成部と、
   前記直流母線の電力と、前記蓄電装置の蓄電量と、前記充放電指令とに基づき、前記充放電回路に、前記蓄電装置から前記直流母線への放電動作と、前記直流母線から前記蓄電装置への充電動作とを行わせる充放電回路制御部と
   を備え、
   前記充放電指令生成部は、
   前記充放電指令を、少なくとも、前記直流母線から前記蓄電装置に電力を回収するための第１のしきい値と、前記蓄電装置から前記直流母線への電力供給を開始させるための第２のしきい値とを含む電力しきい値と、前記蓄電装置の蓄電量を制御するときの目標値となる蓄電量指令値と、前記蓄電装置の充放電の可否を指令する補助充放電許否信号とを含む指令として生成する
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記充放電指令生成部は、
   前記蓄電量指令値を、予め分かっている運転パターンから予測した前記モータの消費電力の該予測値に基づき設定し、
   前記補助充放電許否信号を、前記設定した蓄電量指令値を用いて前記直流母線と前記蓄電装置との間で電力の入出力が実施された場合の状況に応じて、許可または禁止に設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記充放電指令生成部は、
   前記補助充放電許否信号を、前記設定した蓄電量指令値と前記蓄電装置の蓄電量との差の絶対値が所定値よりも小さいときに、禁止に設定する
   ことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記充放電指令生成部は、
   前記蓄電量指令値を、予め分かっている運転パターンから予測した前記モータの消費電力の該予測値に基づき設定し、
   前記補助充放電許否信号を、前記動作指令から得られる負荷の移動開始時から目標位置に到達する前までの所定区間において、禁止に設定する
   ことを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
5. 前記充放電指令生成部は、
   前記蓄電量指令値を、前記モータの消費電力と前記電力しきい値とに基づいて設定し、前記モータのモーションパターンまたは前記モータの消費電力に同期して変化させる
   ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
6. 前記充放電指令生成部は、
   前記蓄電量指令値を設定する場合に蓄電量下限値をさらに設け、前記計算した蓄電量指令値が前記蓄電量下限値よりも小さいときは、該蓄電量下限値を前記設定した蓄電量指令値とする
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
7. 前記充放電指令生成部は、
   前記蓄電量指令値を設定する場合に蓄電量上限値をさらに設け、前記計算した蓄電量指令値が前記蓄電量上限値よりも大きいときは、該蓄電量上限値を前記設定した蓄電量指令値とする
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
8. 前記充放電指令生成部は、
   前記計算した蓄電量指令値の大きさの絶対値が所定値よりも小さいときは、前記設定した蓄電量指令値の大きさを変更しない
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
9. 前記充放電指令生成部は、
   前記第１のしきい値を前記電源供給部の電源容量の範囲内で負の値である回生側電力しきい値として、前記第２のしきい値を前記電源供給部の電源容量の範囲内で正の値である力行側電力しきい値として、一定値または可変値として設定することを特徴とする
   請求項１から８のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
10. 前記充放電回路制御部は、
    前記直流母線の電力と前記電力しきい値とに基づき、前記直流母線と前記蓄電装置との間の電力の入出力の制御を行うための電力補償指令値を生成出力する第１の充放電回路制御ブロックと、
    前記蓄電装置の蓄電量と前記蓄電量指令値と前記補助充放電許否信号とに基づき、前記蓄電装置の蓄電量の制御を行うための電圧補償指令値を生成出力する第２の充放電回路制御ブロックと
    を備え、
    前記電力補償指令値と前記電圧補償指令値との和に基づいて前記充放電回路に蓄電装置の充放電を制御させる
    ことを特徴とする請求項２から９のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
11. 前記第１の充放電回路制御ブロックは、
    前記電力補償指令値を、前記直流母線の電力が前記力行側電力しきい値よりも大きいときは前記力行側電力しきい値よりも大きい分の電力を、または前記回生側電力しきい値よりも小さいときは前記回生側電力しきい値よりも小さい分の電力を、それぞれ、前記蓄電装置の充放電で補う値として生成出力する
    ことを特徴とする請求項１０に記載のモータ制御装置。
12. 前記第１の充放電回路制御ブロックは、
    前記直流母線の電力が前記力行側電力しきい値以上の場合には、前記力行側電力しきい値と前記直流母線の電力との差から前記電力補償指令値を生成出力し、
    前記直流母線の電力が前記回生側電力しきい値以下の場合には、前記回生側電力しきい値と前記直流母線の電力との差から前記電力補償指令値を生成出力し、
    前記直流母線の電力が前記力行側電力しきい値より小さく、かつ前記回生側電力しきい値より大きい場合には、前記電力補償指令値を値０として出力する
    ことを特徴とする請求項１０に記載のモータ制御装置。
13. 前記第２の充放電回路制御ブロックは、
    前記補助充放電許否信号が許可を指令している場合は、前記蓄電量指令値と前記蓄電装置の蓄電量との差から前記電圧補償指令値を生成出力し、
    前記補助充放電許否可信号が禁止を指令している場合は、前記電圧補償指令値を値０として出力する
    ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
14. 前記第２の充放電回路制御ブロックでは、
    前記蓄電装置の蓄電量および前記蓄電量指令値が該蓄電装置の蓄電電圧値として入力される
    ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
15. 前記第２の充放電回路制御ブロックでは、
    前記蓄電装置の蓄電量および前記蓄電量指令値が該蓄電装置に蓄電されている電力量値として入力される
    ことを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一つに記載のモータ制御装置。
    

Images