JP7274984B2 - モータシミュレータ及びそのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、機械装置に具備されるモータを制御するモータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータ及びそのプログラムに関する。

一般的に、モータ制御装置には、機械装置の特性を補正する制御系が含まれている。モータ制御装置において、この制御系は、複数の処理部で実装される。

下記特許文献１に記載のモータ制御装置では、電流検出器の検出値に含まれるオフセット成分である電流検出オフセットにより生ずるトルク変動を抑制する制御系の構成が開示されている。具体的に、特許文献１の図２には、電流検出オフセットを補正する制御系として、速度指令及びトルク指令が一定である場合に有効な制御系の構成が開示されている。また、特許文献１の図４及び図６には、電流検出オフセットを補正する制御系として、トルク指令が一定でない場合に有効な制御系の構成が開示されている。更に、特許文献１の図８には、電流検出オフセットを補正する制御系として、速度指令が一定でない場合に有効な制御系の構成が開示されている。

特開２００６－１２１８６０号公報

近年、製品開発に要する期間の削減、又は製品開発のコスト削減を目的として、モータシミュレータが利用されている。モータシミュレータは、モータ制御装置が制御する機械装置に組み込まれたモータの特性を模擬し、実際の機械装置を使用することなく、モータ制御装置の特性を試験するために用いられる。つまり、モータシミュレータを使用することにより、モータ制御装置を用いて実際の機械装置を制御したときの特性の確認、及び実際の機械装置を制御したときに起こり得る問題の抽出を行うことが可能となる。

しかしながら、モータシミュレータにより、機械装置に組み込まれたモータの特性を具現するには、機械装置の特性に合わせた様々なパラメータを入力して演算させ、機械装置の特性ごとに合わせた機械装置モデルが必要となる。このため、機械装置の特性を変更する場合、機械装置モデルの変更に大幅な時間が必要とされる。従って、モータ制御装置の制御系に含まれる機械装置の特性を補正する処理部の検証を簡易に行うことができないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータ制御装置の制御系に含まれる機械装置の特性を補正する処理部の検証を簡易に行うことができるモータシミュレータ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、本発明は、機械装置に具備されるモータを制御するモータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータである。モータシミュレータは、電圧信号に基づいてモータトルク信号を出力する模擬モータ部、及びモータトルク信号に基づいて角度信号を出力する模擬機械装置部を備える。模擬機械装置部は、モータの駆動に伴う機械装置ごとに異なる機械トルク特性から得られる模擬機械トルクの情報を含む機械トルク情報を記憶する記憶部、及び記憶部から読み出される機械トルク情報に基づいてモータトルク信号に含まれるモータトルクを補正し、補正後のモータトルクである補正トルクを含む補正トルク信号を出力する補正演算部を備える。更に、模擬機械装置部は、補正トルク信号に基づいて角度信号を演算する模擬回転検出器部を備える。

本発明に係るモータシミュレータによれば、機械装置ごとに異なる機械トルク情報を記憶する記憶部、機械トルク情報に基づいて補正トルク信号を出力する補正演算部、補正トルク信号に基づいて角度信号を演算する模擬回転検出器部を備えている。従って、本発明に係るモータシミュレータを用いることで、モータ制御装置の制御系に含まれる機械装置の特性を補正する処理部の検証を簡易に行うことができるという効果を奏する。

実施の形態１に係るモータシミュレータの構成例を示すブロック図 実施の形態１における模擬機械装置部の構成例を示すブロック図 実施の形態１における模擬機械装置部の動作説明に使用する第１の図 実施の形態１の記憶部に構築されるテーブルの説明に使用する図 実施の形態１における模擬機械装置部の動作説明に使用する第２の図 図２に示される模擬回転検出器部の構成例を示すブロック図 図１及び図２に示される模擬機械装置部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態２における模擬機械装置部の構成例を示すブロック図 実施の形態２における模擬機械装置部の動作説明に使用する第１の図 実施の形態２の記憶部に構築されるテーブルの説明に使用する図 実施の形態２における模擬機械装置部の動作説明に使用する第２の図 実施の形態２における検証方法の幾つかの例を示す図 実施の形態３における模擬機械装置部の構成例を示すブロック図 実施の形態３における模擬機械装置部の動作説明に使用する第１の図 実施の形態３の記憶部に構築されるテーブルの説明に使用する図 実施の形態３における模擬機械装置部の動作説明に使用する第２の図

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るモータシミュレータ及びそのプログラムについて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るモータシミュレータ１の構成例を示すブロック図である。実施の形態１に係るモータシミュレータ１は、模擬インバータ部２と、模擬モータ部１０と、模擬機械装置部２０とを備える。図１に示されるように、モータシミュレータ１には、モータ制御装置３から出力されるスイッチング信号が入力される。モータ制御装置３は、機械装置に具備されるモータを制御する制御装置である。モータの一例は、永久磁石モータであるが、どのようなモータが用いられてもよい。モータシミュレータ１は、モータ制御装置３における制御系の検証に用いるシミュレーション装置である。

モータ制御装置３が機械装置に具備されるモータを制御する際、モータに接続される不図示のインバータには、不図示の交流電源から出力される交流電圧を整流して得られる直流電圧が印加される。インバータに印加される直流電圧は、スイッチング信号によって交流電圧に変換される。交流電圧は、モータに印加される。モータは、交流電圧によって駆動される。スイッチング信号は、インバータに具備される不図示の半導体素子の導通及び非導通を制御する制御信号である。

スイッチング信号の一例は、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）信号である。ＰＷＭ信号は、正弦波状の相電圧制御値と三角波状の搬送波とを比較して得られる信号である。正弦波状の相電圧制御値に代えて、直流の相電圧制御値が用いられる場合もある。また、三角波状の搬送波に代えて、のこぎり波状の搬送波が用いられる場合もある。ＰＷＭ信号の周波数は、ＰＷＭ信号のパルス幅の変動周期により定められる。

模擬インバータ部２は、インバータを模擬する構成部である。模擬インバータ部２には、モータ制御装置３によって生成されるスイッチング信号が入力される。模擬インバータ部２は、スイッチング信号に基づいて三相電圧信号を生成する。三相電圧信号は、三相の交流電圧信号、即ち互いに１２０°の位相角差を有する交流電圧信号である。三相電圧信号は、模擬モータ部１０に入力される。なお、模擬インバータ部２は、モータ制御装置から出力されるスイッチング信号に基づいて三相電圧信号を生成する模擬インバータ部の一例である。また、三相電圧信号は、電圧信号の一例であり、電圧信号は単相電圧信号を用いることも可能である。

模擬モータ部１０は、不図示のモータを模擬する構成部である。模擬モータ部１０は、三相電圧信号に基づいてモータトルク信号及び三相電流信号を生成する。模擬モータ部１０が生成したモータトルク信号は、模擬機械装置部２０に入力される。模擬モータ部１０が生成した三相電流信号は、モータ制御装置３に入力される。

模擬機械装置部２０は、モータを具備する機械装置の特性を模擬する構成部である。模擬機械装置部２０は、模擬モータ部１０から出力されるモータトルク信号に基づいてモータの回転角度位置を示す角度信号を生成する。模擬機械装置部２０が生成した角度信号は、モータ制御装置３に入力される。

次に、模擬モータ部１０における模擬の内容、及び模擬モータ部１０の動作について説明する。前述の通り、模擬モータ部１０は、模擬インバータ部２から出力される三相電圧信号に基づいて、三相電流信号及びモータトルク信号を生成する。三相電圧信号は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相による三相座標系の電圧値である三相電圧値Ｖ_ｕ，Ｖ_ｖ，Ｖ_ｗを含む信号である。三相電流信号は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相による三相座標系の電流値である三相電流値Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗを含む信号である。ここで、モータの磁極がつくる磁束の方向をｄ軸とし、このｄ軸よりもπ／２進んだ方向をｑ軸とする。このとき、モータの特性を規定するｄｑ座標系の電圧方程式は、以下の（１）式で表すことができる。

上記（１）式は、モータが永久磁石モータである場合の電圧方程式である。上記（１）式において、Ｖ_ｄは電機子電圧のｄ軸成分値であり、Ｖ_ｑは電機子電圧のｑ軸成分値である。Ｉ_ｄは電機子電流のｄ軸成分値であり、Ｉ_ｑは電機子電流のｑ軸成分値である。Ｒは電機子巻線の抵抗値である巻線抵抗である。Ｌ_ｄはｄ軸のインダクタンス成分値であり、Ｌ_ｑはｑ軸のインダクタンス成分値である。φは永久磁石による電機子鎖交磁束であり、ωは電気角速度であり、ｐは微分演算子である。模擬モータ部１０から出力される三相電流信号に含まれる三相電流値Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗは、上記（１）式に基づいて演算される電機子電流のｄ軸成分値Ｉ_ｄ及びｑ軸成分値Ｉ_ｑを三相座標系の電流値に変換することで得ることができる。

次に、模擬モータ部１０で演算されるモータトルクについて説明する。まず、三相電流値Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗと、ｄｑ座標系におけるｄ軸成分値Ｉ_ｄ及びｑ軸成分値Ｉ_ｑとの間には、以下の（２）式に示す関係がある。

上記（２）式において、δ_ｎは、ｄ軸成分値Ｉ_ｄ及びｑ軸成分値Ｉ_ｑを有するｄｑ座標系の電流ベクトルのｄ軸を基準とする進み角である。模擬モータ部１０から模擬機械装置部２０に出力されるモータトルクは、以下の（３）式に基づいて演算することができる。

上記（３）式において、Ｔ_ｅはモータトルクであり、単位は［Ｎｍ］である。Ｐ_ｎは極対数である。φは永久磁石による電機子鎖交磁束であり、単位は［Ｖ／ｒａｄ／ｓ］である。

次に、模擬機械装置部２０の詳細構成及び動作について、図２から図６を参照して説明する。図２は、実施の形態１における模擬機械装置部２０の構成例を示すブロック図である。模擬機械装置部２０は、図２に示されるように、記憶部２１と、補正演算部２２と、模擬回転検出器部２３とを備えている。

図３は、実施の形態１における模擬機械装置部２０の動作説明に使用する第１の図である。図４は、実施の形態１の記憶部２１に構築されるテーブルの説明に使用する図である。図５は、実施の形態１における模擬機械装置部２０の動作説明に使用する第２の図である。

記憶部２１は、図３に示されるように、機械装置の機械トルク特性を模擬した複数の模擬機械トルクのデータを格納するためのテーブル２１ａを有している。テーブル２１ａには、機械角θ（θ１，θ２，…，θｎ－１，θｎ）と、機械角θに対応する模擬機械トルク（トルク１，トルク２，…，トルクｎ－１，トルクｎ）とが記憶されている。なお、図３の例では、θを機械角としているが、θを電気角としてもよい。機械角を用いるか、電気角を用いるかは、操作者が選択可能である。また、以下の説明において、テーブル２１ａに記憶されている模擬機械トルク、即ち模擬機械トルクに関する複数のデータからなる集合体を「機械トルク情報」と呼ぶ。即ち、機械トルク情報には、モータの駆動に伴う機械装置ごとに異なる機械トルク特性から得られる模擬機械トルクの情報が含まれている。なお、本実施の形態１では、機械角θと模擬機械トルクとを対応させて機械トルク情報としている。

図４には、テーブル２１ａのテーブルサイズと機械角θの分解能との関係が示されている。テーブル２１ａのテーブルサイズをＸとすると、機械角θの分解能は３６０／Ｘ［ｄｅｇ］となる。図３には、機械装置における機械トルク特性の一例として、機械角θに応じて変化する機械トルク特性が示されている。図３は、機械角θの１周期において１つのピーク点を有する１ｆ特性の例を示したものである。ここで言うｆはモータの回転周波数であり、１ｆ特性は回転周波数ｆの１倍に関係する特性である。機械装置の他の特性、例えば２ｆ特性、３ｆ特性、又は６ｆ特性を検証する場合には、当該特性をデータをテーブルに登録すればよい。

機械角θに対応する曲線Ｋ１の値は記憶部２１に読み込まれて、テーブル２１ａに記憶される。なお、テーブル２１ａに記憶されるデータは、操作者が手動で入力してもよい。

補正演算部２２は、図３に示されるように、読み出し部２２２と、演算器２２４とを備える。演算器２２４は、加算器２２４ａと、乗算器２２４ｂと、選択器２２４ｃとを備える。読み出し部２２２は、入力される角度信号を受信して機械角θの情報を認識し、機械角θに対応する模擬機械トルクの情報をテーブル２１ａから読み出して演算器２２４に出力する。

読み出し部２２２から出力される模擬機械トルクは、加算器２２４ａと、乗算器２２４ｂとに入力される。また、加算器２２４ａ及び乗算器２２４ｂのそれぞれには、モータトルク信号が入力される。加算器２２４ａからは、モータトルク信号に含まれるモータトルクと模擬機械トルクとの加算結果が出力される。乗算器２２４ｂからは、モータトルク信号に含まれるモータトルクと模擬機械トルクとの乗算結果が出力される。選択器２２４ｃは、加算器２２４ａの出力及び乗算器２２４ｂの出力のうちの何れかを選択し、補正トルク信号として出力する。なお、選択器２２４ｃが加算器２２４ａの出力及び乗算器２２４ｂの出力のうちの何れを選択するのかについて、操作者が任意に設定できるように構成されていてもよい。

上記のように、補正演算部２２は、機械トルク情報に基づいてモータトルクを補正する。補正演算部２２は、補正後のモータトルクである補正トルクを含む補正トルク信号を模擬回転検出器部２３に出力する。

図５には、補正演算部２２における処理の流れが視覚化されて示されている。図５（ａ）には、模擬モータ部１０から出力されるモータトルクの例が示されている。本説明では、モータトルクは２［Ｎ・ｍ］の一定トルクであるとする。図５（ｂ）には、記憶部２１のテーブル２１ａに格納された機械トルク情報が、図３で示していた機械トルク特性の波形で示されている。図５（ｃ）には、時間ｔに対してリニアに変化する機械角θが示されている。テーブル２１ａに記憶された機械トルク情報は、機械角θに基づいて読み出し部２２２で読み出される。読み出し部２２２で読み出されたデータによる出力は、図５（ｄ）に示されるような、モータが１回転する時間、即ちモータの回転周期ごとに変動を繰り返す波形となる。

加算器２２４ａからは、図５（ａ）の波形と、図５（ｄ）の波形との加算結果が出力される。図５（ｅ）に示されるように、加算器２２４ａの出力は、模擬機械トルクに、２［Ｎ・ｍ］のオフセット成分が付加された波形となる。加算器２２４ａの出力は、モータを具備する機械装置において、例えばベアリングの故障診断に用いることができる。

また、乗算器２２４ｂからは、図５（ａ）の波形と、図５（ｄ）の波形との乗算結果が出力される。図５（ｆ）に示されるように、乗算器２２４ｂの出力は、模擬機械トルクが２倍された波形となる。乗算器２２４ｂの出力は、例えば回転数に応じて機械トルクが非線形で増えて行く機械装置の検証に用いることができる。

図６は、図２に示される模擬回転検出器部２３の構成例を示すブロック図である。模擬回転検出器部２３は、図６に示されるように、増幅器２３ａと、積分器２３ｂ，２３ｃとを備えている。

補正トルクから角速度ωを求めるには、以下の（４）式を用いることができる。

上記（４）式において、Ｊは慣性力であり、単位は［ｋｇｍ^２］である。ｔは時間であり、単位は［ｓ］である。角速度ωの単位は［ｒａｄ／ｓ］である。

また、角速度ωから角度θ_ｓを求めるには、以下の（５）式を用いることができる。

上記（５）式において、角度θ_ｓの単位は［ｒａｄ］である。

上記（４）式の演算を行う構成部が増幅器２３ａ及び積分器２３ｂである。増幅器２３ａにより慣性力Ｊの逆数のゲインを与え、その出力を積分器２３ｂで積分することにより、角速度ωを求めることができる。また、上記（５）式の演算を行う構成部が積分器２３ｃである。積分器２３ｂの出力を更に積分器２３ｃで積分することにより、角度θ_ｓを求めることができる。

以上の構成とすることで、モータ制御装置の制御系に含まれる機械装置の角度特性を補正する処理部の検証を簡易に行うことができる。

以上説明したように、実施の形態１によれば、模擬機械装置部は、記憶部から順次読み出される機械トルク情報に基づいて、モータトルク信号に含まれるモータトルクを補正し、補正後のモータトルクである補正トルクを含む補正トルク信号を演算する。つまり、模擬機械装置部の記憶部は、機械角θと模擬機械トルクとを対応させて機械トルク情報として記憶している。模擬機械装置部の補正演算部は、補正演算部に入力された角度信号に対応する機械トルク情報に基づいて補正トルクを演算する。また、模擬機械装置部は、補正トルク信号に基づいて角度信号を演算し、演算した角度信号をモータ制御装置に出力する。これにより、モータ制御装置の制御系に含まれる機械装置の特性を補正する処理部の検証を簡易に行うことができる。

また、実施の形態１によれば、模擬機械装置部の記憶部には、機械装置ごとに異なる機械装置の特性に関する情報を記憶することができる。これにより、異なる機械装置の特性、及び異なる種類の機械装置の特性は、記憶部に記憶する機械トルク特性の情報を変更することで模擬することができる。このため、機械装置の特性ごとに合わせた複雑な機械装置モデルを作成する必要がない。これにより、機械装置の特性の変更に要する時間を含むシミュレーション時間を、従来よりも短縮することができる。

次に、実施の形態１における模擬機械装置部２０の機能を実現するハードウェア構成について説明する。図１及び図２に示される模擬機械装置部２０の機能の全部又は一部は、例えば、図７に示すハードウェア構成で実現され得る。図７は、図１及び図２に示される模擬機械装置部２０の機能を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。模擬機械装置部２０は、演算を行うプロセッサ３００、プロセッサ３００によって読みとられるプログラム及びデータが記憶されるメモリ３０２、及び信号の入出力を行うインタフェース３０４を含む構成とすることができる。模擬機械装置部２０の記憶部２１におけるテーブル２１ａは、メモリ３０２に構築することができる。

図１及び図２に示される模擬機械装置部２０が図７の構成で実現される場合には、模擬機械装置部２０は、例えば、図７に示されるプロセッサ３００がメモリ３０２に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。なお、模擬機械装置部２０の機能のうちの一部を回路又は制御器で実装し、他の部分をプロセッサ３００及びメモリ３０２を用いて実現してもよい。

プロセッサ３００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。メモリ３０２としては、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）、ＢＲＡＭ（ブロックＲＡＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリを例示することができる。

プロセッサ３００は、インタフェース３０４を介して必要な情報を授受し、メモリ３０２に格納されたプログラムをプロセッサ３００が実行することにより、上述した処理を行うことができる。プロセッサ３００による演算結果は、メモリ３０２に記憶することができる。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２における模擬機械装置部２０Ａの構成例を示すブロック図である。実施の形態２における模擬機械装置部２０Ａでは、図２に示される実施の形態１における模擬機械装置部２０の構成において、記憶部２１が記憶部２１Ａに置き替えられ、補正演算部２２が補正演算部２２Ａに置き替えられている。実施の形態１の模擬機械装置部２０では、補正演算部２２に角度信号が入力されていたが、これに代えて、実施の形態２の模擬機械装置部２０Ａでは、補正演算部２２Ａに補正開始タイミング信号が入力されている。なお、その他の構成は図２に示される実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の内容には、同一の符号及び同一の名称を付して重複する説明は省略する。

次に、実施の形態２における模擬機械装置部２０Ａの要部の動作について、図８に加え、図９から図１２を参照して説明する。図９は、実施の形態２における模擬機械装置部２０Ａの動作説明に使用する第１の図である。図１０は、実施の形態２の記憶部２１Ａに構築されるテーブルの説明に使用する図である。図１１は、実施の形態２における模擬機械装置部２０Ａの動作説明に使用する第２の図である。図１２は、実施の形態２における検証方法の幾つかの例を示す図である。

記憶部２１Ａは、図９に示されるように、機械装置の機械トルク特性を模擬した複数の模擬機械トルクのデータを格納するためのテーブル２１Ａ１を有している。テーブル２１Ａ１には、時間ｔ（ｔ１，ｔ２，…，ｔｎ－１，ｔｎ）と、時間ｔに対応する模擬機械トルク（トルク１，トルク２，…，トルクｎ－１，トルクｎ）とが記憶されている。テーブル２１Ａ１に記憶されるデータは、機械トルク情報であり、機械トルク情報は、機械装置ごとに異なる機械トルク特性から得られる模擬機械トルクの情報である。なお、本実施の形態２では、モータシミュレータの演算周期と模擬機械トルクとを対応させて機械トルク情報としている。

図１０には、テーブル２１Ａ１のテーブルサイズと時間ｔの分解能との関係が示されている。時間ｔの分解能は、時間間隔と言い替えることができる。テーブル２１Ａ１のテーブルサイズをＸとすると、時間ｔの分解能である時間間隔は、ｎ^ｍ＋１で表すことができる。ここで、ｎは制御周期であり、ｍはマスク回数である。マスク回数ｍは、データのサンプリング時間を決めるパラメータである。マスク回数ｍは、操作者が、例えば０から１５の任意の整数で設定することができる。例えば、モータ制御装置３の制御周期ｎが２［μｓｅｃ］であり、マスク回数ｍを１５とすると、時間間隔は、２［μｓｅｃ］＾（１５＋１）＝６５．５３６［ｍｓｅｃ］となる。テーブルサイズをＸとすると、テーブル全体で、０［ｓｅｃ］からｎ＾（ｍ＋１）×（Ｘ－１）［ｓｅｃ］までの機械トルク特性のデータを記憶させることができる。

図９には、機械トルク特性を再現した波形の例が示されている。時間ｔに対応する曲線Ｋ２の値は記憶部２１Ａに読み込まれて、テーブル２１Ａ１に記憶される。なお、テーブル２１Ａ１に記憶されるデータは、操作者が手動で入力してもよい。

補正演算部２２Ａにおいて、読み出し部２２２には、補正の開始を指示する補正開始タイミング信号が入力される。読み出し部２２２は、補正開始タイミング信号を開始点として、時間によって変化する模擬機械トルクの情報をテーブル２１Ａ１から読み出して演算器２２４に出力する。以降の演算器２２４の動作及び模擬回転検出器部２３の動作は実施の形態１と同様であり、ここでの説明は省略する。

図１１には、補正演算部２２Ａにおける処理の流れが視覚化されて示されている。図１１（ａ）には、模擬モータ部１０から出力されるモータトルクの例が示されている。本説明では、モータトルクは２［Ｎ・ｍ］の一定トルクであるとする。図１１（ｂ）には、記憶部２１Ａのテーブル２１Ａ１に記憶された機械トルク情報が、図９で示していた機械トルク特性の波形で示されている。図１１（ｃ）には、補正開始タイミング信号が示されている。テーブル２１Ａ１に記憶された機械トルク情報は、補正開始タイミング信号をトリガにして読み出し部２２２で読み出される。読み出し部２２２で読み出されたデータによる出力は、図１１（ｄ）に示されるように、補正開始タイミング信号を開始点とする模擬機械トルクの波形となる。

加算器２２４ａからは、図１１（ａ）の波形と、図１１（ｄ）の波形との加算結果が出力される。乗算器２２４ｂからは、図１１（ａ）の波形と、図１１（ｄ）の波形との乗算結果が出力される。図１１（ｅ）に示されるように、加算器２２４ａの出力は、模擬機械トルクに、２［Ｎ・ｍ］のオフセット成分が付加された波形となる。また、図１１（ｆ）に示されるように、乗算器２２４ｂの出力は、模擬機械トルクが２倍された波形となる。

図１２には、実施の形態２における検証方法に関する３つの例が示されている。何れの検証方法も、補正を開始してテーブル２１Ａ１に記憶された機械トルク情報を読み出して、モータ制御装置３を動作させるところまでは同じである。それぞれの差異について説明すると、図１２（ａ）は、モータ制御装置３を動作させた後に、模擬機械トルクの最終値、即ち最後に読み出された模擬機械トルクを出力したままにする検証方法である。図１２（ｂ）は、モータ制御装置３を動作させた後に、模擬機械トルクの最終値、即ち最後に読み出された模擬機械トルクを０クリアする検証方法である。図１２（ｃ）は、モータ制御装置３を動作させた後に、最初の模擬機械トルクに戻って、同じ一連の模擬機械トルクを周期的に連続して出力する検証方法である。図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）のうちの何れの検証方法を用いるのかは、操作者によって選択可能である。図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）のうちの少なくとも１つの検証方法を用いることにより、モータ制御装置３における制御系の挙動を評価することができる。これにより、モータ制御装置３を用いて実際の機械装置を制御したときに起こり得る問題の抽出が可能となる。

以上説明したように、実施の形態２によれば、模擬機械装置部の記憶部は、モータシミュレータの演算周期を表す時間ｔと模擬機械トルクとを対応させて機械トルク情報として記憶している。模擬機械装置部の補正演算部は、補正演算部に入力された演算周期を表す時間ｔに対応する機械トルク情報に基づいて補正トルクを演算する。これにより、モータ制御装置の制御系に含まれる機械装置の時間周期特性を補正する処理部の検証を簡易に行うことができる。更に、本実施の形態２においても、機械装置の特性ごとに合わせた複雑な機械装置モデルを作成する必要がない。従って、機械装置の特性の変更に要する時間を含むシミュレーション時間を、従来よりも短縮することができる。

実施の形態３．
図１３は、実施の形態３における模擬機械装置部２０Ｂの構成例を示すブロック図である。実施の形態３における模擬機械装置部２０Ｂでは、図２に示される実施の形態１における模擬機械装置部２０の構成において、記憶部２１が記憶部２１Ｂに置き替えられ、補正演算部２２が補正演算部２２Ｂに置き替えられ、模擬回転検出器部２３が模擬回転検出器部２３Ｂに置き替えられている。実施の形態１の模擬機械装置部２０では、補正演算部２２に角度信号が入力されていたが、これに代えて、実施の形態３の模擬機械装置部２０Ｂでは、補正演算部２２Ｂに角速度信号が入力されている。なお、図１３では、模擬回転検出器部２３Ｂの内部で生成される信号を角速度信号として用いているが、これに限定されない。角速度信号は、模擬機械装置部２０Ｂの外部から入力される信号であってもよい。また、その他の構成は図２に示される実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の内容には、同一の符号及び同一の名称を付して重複する説明は省略する。

次に、実施の形態３における模擬機械装置部２０Ｂの要部の動作について、図１３に加え、図１４から図１６を参照して説明する。図１４は、実施の形態３における模擬機械装置部２０Ｂの動作説明に使用する第１の図である。図１５は、実施の形態３の記憶部２１Ｂに構築されるテーブルの説明に使用する図である。図１６は、実施の形態３における模擬機械装置部２０Ｂの動作説明に使用する第２の図である。

記憶部２１Ｂは、図１４に示されるように、機械装置の機械トルク特性を模擬した複数の模擬機械トルクのデータを格納するためのテーブル２１Ｂ１を有している。テーブル２１Ｂ１には、角速度ω（ω１，ω２，…，ωｎ－１，ωｎ）と、角速度ωに対応する模擬機械トルク（トルク１，トルク２，…，トルクｎ－１，トルクｎ）とが記憶されている。テーブル２１Ｂ１に記憶されるデータは、機械トルク情報である。この機械トルク情報は、機械装置ごとに異なる機械トルク特性から得られる模擬機械トルクの情報である。なお、本実施の形態３では、モータの角速度ωと模擬機械トルクとを対応させて機械トルク情報としている。

図１５には、テーブル２１Ｂ１のテーブルサイズと角速度ωの分解能との関係が示されている。テーブル２１Ｂ１のテーブルサイズをＸとすると、角速度ωの分解能は、ωｍａｘ／Ｘ［ｒ／ｍｉｎ］となる。ωｍａｘは速度の最大値であり、操作者が任意に設定することができる。

図１４には、機械装置における機械トルク特性の一例として、角速度ωに応じて変化する機械トルク特性が示されている。角速度ωに対応する曲線Ｋ３の値は記憶部２１Ｂに読み込まれて、テーブル２１Ｂ１に記憶される。なお、テーブル２１Ｂ１に記憶されるデータは、操作者が手動で入力してもよい。

補正演算部２２Ｂにおいて、読み出し部２２２には、角速度信号が入力される。読み出し部２２２は、角速度信号の値によって変化する模擬機械トルクの情報をテーブル２１Ｂ１から読み出して演算器２２４に出力する。以降の演算器２２４の動作及び模擬回転検出器部２３の動作は実施の形態１と同様であり、ここでの説明は省略する。

図１６には、補正演算部２２Ｂにおける処理の流れが視覚化されて示されている。図１６（ａ）には、模擬モータ部１０から出力されるモータトルクの例が示されている。本説明では、モータトルクは２［Ｎ・ｍ］の一定トルクであるとする。図１６（ｂ）には、記憶部２１Ｂのテーブル２１Ｂ１に記憶された機械トルク情報が、図１４で示していた機械トルク特性の波形で示されている。図１６（ｃ）には、時間ｔに対してリニアに変化し、０［ｒ／ｍｉｎ］からωｍａｘ／２［ｒ／ｍｉｎ］まで増加する角速度ωが示されている。テーブル２１Ｂ１に記憶された機械トルク情報は、角速度ωに基づいて読み出し部２２２で読み出される。読み出し部２２２で読み出されたデータによる出力は、図１６（ｄ）に示されるような、時間の経過に従って模擬機械トルクの値が変化する波形となる。

加算器２２４ａからは、図１６（ａ）の波形と、図１６（ｄ）の波形との加算結果が出力される。乗算器２２４ｂからは、図１６（ａ）の波形と、図１６（ｄ）の波形との乗算結果が出力される。図１６（ｅ）に示されるように、加算器２２４ａの出力は、模擬機械トルクに、２［Ｎ・ｍ］のオフセット成分が付加された波形となる。また、図１６（ｆ）に示されるように、乗算器２２４ｂの出力は、模擬機械トルクが２倍された波形となる。

以上の構成とすることで、モータ制御装置の制御系に含まれる機械装置の速度特性を補正する処理部の検証を簡易に行うことができる。

以上説明したように、実施の形態３によれば、模擬機械装置部の記憶部は、モータの角速度ωと模擬機械トルクとを対応させて機械トルク情報として記憶している。模擬機械装置部の補正演算部は、補正演算部に入力されたモータの角速度に対応する機械トルク情報に基づいて補正トルクを演算する。これにより、モータ制御装置の制御系に含まれる機械装置の速度特性を補正する処理部の検証を簡易に行うことができる。更に、本実施の形態３においても、機械装置の特性ごとに合わせた複雑な機械装置モデルを作成する必要がない。従って、機械装置の特性の変更に要する時間を含むシミュレーション時間を、従来よりも短縮することができる。

なお、実施の形態１から３に係るモータシミュレータの機能をコンピュータにて実行させるための命令群で構成されるプログラムを作成して、記憶媒体に保持してもよい。記憶媒体に保持されたプログラムは、コンピュータのメモリ内に読み出され、若しくは展開されることで、上述した実施の形態１から３に係るモータシミュレータの機能を実行することができる。

また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ モータシミュレータ、２ 模擬インバータ部、３ モータ制御装置、１０ 模擬モータ部、２０，２０Ａ，２０Ｂ 模擬機械装置部、２１，２１Ａ，２１Ｂ 記憶部、２１ａ，２１Ａ１，２１Ｂ１ テーブル、２２，２２Ａ，２２Ｂ 補正演算部、２３，２３Ｂ 模擬回転検出器部、２３ａ 増幅器、２３ｂ，２３ｃ 積分器、２２２ 読み出し部、２２４ 演算器、２２４ａ 加算器、２２４ｂ 乗算器、２２４ｃ 選択器、３００ プロセッサ、３０２ メモリ、３０４ インタフェース。

Claims (6)

1. 機械装置に具備されるモータを制御するモータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータであって、
   実機である前記モータ制御装置から出力されるスイッチング信号に基づいて電圧信号を生成する模擬インバータ部と、
   前記電圧信号に基づいてモータトルク信号を出力する模擬モータ部と、
   前記モータトルク信号に基づいて生成した角度信号を前記モータ制御装置に出力する模擬機械装置部と、
   を備え、
   前記模擬機械装置部は、
   前記モータの駆動に伴う前記機械装置ごとに異なる機械トルク特性から得られる模擬機械トルクの情報を含む機械トルク情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部から読み出される前記機械トルク情報に基づいて前記モータトルク信号に含まれるモータトルクを補正し、補正後のモータトルクである補正トルクを含む補正トルク信号を出力する補正演算部と、
   前記補正トルク信号に基づいて前記角度信号を演算する模擬回転検出器部と、
   を備えることを特徴とするモータシミュレータ。
2. 前記記憶部は、前記角度信号に対応付けて前記模擬機械トルクの情報を前記機械トルク情報として記憶し、
   前記補正演算部は、入力された前記角度信号に対応する前記機械トルク情報に基づいて前記補正トルクを演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータシミュレータ。
3. 前記記憶部は、前記モータシミュレータの演算周期に対応付けて前記模擬機械トルクの情報を前記機械トルク情報として記憶し、
   前記補正演算部は、入力された前記演算周期に対応する前記機械トルク情報に基づいて前記補正トルクを演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータシミュレータ。
4. 前記記憶部は、前記モータの角速度に対応付けて前記模擬機械トルクの情報を前記機械トルク情報として記憶し、
   前記補正演算部は、入力された前記角速度に対応する前記機械トルク情報に基づいて前記補正トルクを演算する
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータシミュレータ。
5. 前記補正演算部は、
   前記記憶部から読み出された前記機械トルク情報に含まれる模擬機械トルクと前記モータトルクとの乗算値を演算する乗算器と、
   前記模擬機械トルクと前記モータトルクとの加算値を演算する加算器と、
   を備えたことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のモータシミュレータ。
6. 機械装置に具備されるモータを制御するモータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータとしてコンピュータを動作させるモータシミュレータのプログラムであって、
   前記コンピュータを、
   実機である前記モータ制御装置から出力されるスイッチング信号に基づいて電圧信号を生成する模擬インバータ部、
   前記電圧信号に基づいてモータトルク信号を出力する模擬モータ部、及び
   前記モータトルク信号に基づいて生成した角度信号を前記モータ制御装置に出力する模擬機械装置部、
   として機能させ、
   前記模擬機械装置部を、
   前記モータの駆動に伴う前記機械装置ごとに異なる機械トルク特性から得られる模擬機械トルクの情報を含む機械トルク情報を記憶する記憶部、
   前記記憶部から読み出される前記機械トルク情報に基づいて前記モータトルク信号に含まれるモータトルクを補正し、補正後のモータトルクである補正トルクを含む補正トルク信号を出力する補正演算部、及び
   前記補正トルク信号に基づいて前記角度信号を演算する模擬回転検出器部、
   として機能させる
   モータシミュレータのプログラム。

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