JP4085112B2 - モータ制御方法およびモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御方法およびモータ制御装置に関し、特にソフトウェアサーボによって制御されるモータの暴走を含む異常回転状態を検出する機能を備えたモータ制御方法およびモータ制御装置に関する。

従来行われていたモータの異常回転検出の方法は、指令速度に対する速度フィードバックの速度偏差が決められた閾値を超えたら速度偏差過大としてモータの異常回転を検出するものであった。

例えば、特許文献１は、インバータ装置により駆動されるモータの過速度保護方式と題し、速度指令信号に応じて過速度保護範囲を変化させる方式を開示している。

また、特許文献２は、モータの暴走検出方法および暴走検出装置と題し、サーボモータにより駆動される機械系の位置を検出し位置帰還をサーボモータの暴走検出に利用する方法および装置を開示している。

特開平６−２０９５８８号公報（特許請求の範囲の［請求項１］〜［請求項３］、明細書の段落番号［０００６］〜［００１２］、［００１８］および図面の図１参照）。 特許第３０９１３８８号公報（特許請求の範囲の［請求項１］〜［請求項５］、明細書の段落番号［００１０］、［００１６］、［００２３］〜［００２６］および図面の図１参照）。

しかし、これら従来技術によるモータの異常回転検出の方法によれば、入力される速度指令がステップ状に変化する場合、モータの加減速時には速度偏差が大きくなるため、加減速時は速度偏差過大の検出を禁止していた。このため、加減速時にモータの異常回転が生じてもこれを検出できないという問題がある。

例えば、上述した特許文献１に記載の方式では、主軸用途でモータを使う場合、入力される速度指令はステップ状に変化する場合が多く、このため高い速度指令がステップ状に入力されモータが逆方向に暴走した場合には、過速度保護範囲を定める所定値が高く設定され、モータの回転速度がその所定値を超えるまでの間、モータの異常回転の検出ができず、かつモータを過速度から保護する過速度検出器が動作しないので、モータの異常回転の検出が遅くなるという問題がある。

また、モータの異常回転状態の中には速度指令に実速度が到達できずに一定回転するような場合がある。これは、制御側が認識している磁極位置と実際のモータの磁極位置とが異なった状態にあり、制御側が流したいトルク電流Ｉｑと磁束弱め電流Ｉｄが実際のモータ軸上で見るとトルク電流としては０となる場合などに生じる。このような場合には特許文献１に記載の方式による過速度検出器ではモータの回転速度が上記所定値を超えないのでモータの異常回転の検出ができないという問題がある。

一方、上述した特許文献２に記載のモータの暴走検出方法およびその装置は、サーボモータということで位置帰還を暴走検出に利用するため、位置帰還のない速度指令モードが多く使われる主軸用サーボモータの用途には適用できないという問題がある。

本発明は、上記問題を解決すべく、ソフトウェアサーボによって制御されるモータの暴走を検出する機能を備え、モータの加減速時でもモータの異常回転を即座に検出できモータの保護性能を高めることができるモータ制御方法およびモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明によるモータ制御装置は、速度指令に応じて駆動するモータの回転速度を制御するモータ制御装置において、速度指令からモータ回転の検出速度を減じて得られる速度偏差の絶対値が閾値以上で、かつ所定の周期で検出される検出速度の前回値から今回値を減じて得られる加速度と前記速度偏差を比例積分して得られるトルク指令との積の符号が負になった時、前記速度偏差の積算を開始し、該積算の開始後、所定の周期で積算される前記速度偏差の積算値が所定値を超えたとき、モータが異常回転状態であると判定する異常回転検出手段を備える、ことを特徴とする。
上記モータ制御装置において、前記速度偏差の積算の開始後、前記速度偏差の極性が反転した場合、または前記速度偏差の積算値の極性が反転した場合に、前記速度偏差の積算値を初期化する。

上記モータ制御装置において、所定の周期で供給される速度指令値が０、かつモータの検出速度が速度ゼロ状態とみなす設定速度以下の場合に、検出速度の絶対値に外部設定された速度判定値を加えた値で過速度判定の閾値を初期化し、その後は初期化後入力された速度指令絶対値の最大値に、外部設定された速度判定値を加えた値を新たに前記過速度判定の閾値とし、モータ回転の検出速度が前記過速度判定の閾値を超えたとき、モータが異常回転状態であると判定する過速度検出手段を備える。

上記モータ制御装置において、駆動するモータがインクリメンタルセンサを有する同期モータであって、前記モータの回転子の永久磁石方向を示す磁極位置の初期位置を検出した後、前記モータの１回転信号を最初に検出した時、その１回転信号検出時の前記モータの固定巻き線磁軸からの前記磁極位置を記憶し、その後１回転信号を検出する度に、その１回転信号検出時の前記磁極位置と最初に１回転信号を検出した時に記憶した前記磁極位置の差分の絶対値が所定の値を超えたとき、モータが異常回転状態であると判定する磁極位置異常検出手段を備える。

上記モータ制御装置において、前記モータが異常回転状態であると判定されたとき、該モータの入力端子を短絡する短絡手段を備える。

多種のツールを備えた主軸用途の場合など、各ツール毎に特定速度以上になることを防ぐ為に、過速度レベルを変更したい場合、各ツール毎に過速度レベルの設定を変更すれば対応可能であるが、ツール交換の度に過速度レベルの設定を変更するのは面倒である。本発明によれば、オペレータは各ツール毎に回転させる速度を認識し速度指令を設定するから、これに対して判定速度を加算して過速度レベルの設定を行えば、自動的に各ツール毎に必要な過速度レベルを設定したことになり、過速度レベルを再設定する手間を省くことができる。また、判定用速度値を外部設定でき、これと速度指令を加算して過速度レベルを変えるので、機械的な条件に応じて、判定用速度値を外部で変更すれば、更に細かく過速度レベルを変更可能である。そして、速度指令が０にリセットされた場合や制御モードが速度制御モードから位置制御モードに変化したような場合には機械的な条件が変化したものとして、過速度レベルをリセットすることで各ツール毎に過速度レベルの設定ができる。

請求項１の発明によれば、このように機械的な条件で変化する過速度に対しては判断することはできない。この対策として、所定の周期で供給される速度指令値が０、かつモータの検出速度が速度ゼロ状態とみなす設定速度以下の場合に、検出速度の絶対値に外部設定された速度判定値を加えた値で過速度判定の閾値を初期化し、その後は初期化後入力された速度指令絶対値の最大値に、外部設定された速度判定値を加えた値を新たに前記過速度判定の閾値とし、モータ回転の検出速度が前記過速度判定の閾値を超えたとき、モータが異常回転状態であると判定する請求項２の発明によりこれをカバーする。

請求項３の発明は、ノイズ等の影響でフィードバックをミスカウントする場合、速度センサのパルス数やモータ極数の設定を間違えている場合などに生じる異常回転を未然に防ぐ為になされたもので、これらの影響を受ける場合には実際と異なった磁極位置が積算される結果、制御ソフトが認識している磁極位置はモータの実磁極位置とずれていき、その結果、モータを正常に動作させることができなくなり、異常回転を生じさせてしまうが、本発明によれば磁極位置のずれを検出しアラームとすることで異常回転を未然に防ぐことができる。

請求項４の発明は、同期モータを界磁弱めが必要な高速回転まで駆動する用途を想定した場合に備えたもので、異常回転検出時にモータを安全に停止させるために、電力変換器と同期モータ間に配置した短絡装置において、短絡装置起動信号を受けて、電力変換器側の端子を開放し、同期モータ側の端子を短絡する。モータが異常回転（暴走）状態にある場合、制御停止はできないので、モータへの動力供給を停止し、モータをフリーランさせる方法が考えられるが、界磁弱めが必要な高速回転状態でフリーランさせると、同期モータは高い逆起電圧を発生した状態になっているので、モータが発電機として動作し電力変換器の電圧は上昇し、電力変換器が破損に至る可能性がある。本発明は、これを防ぎ、安全に同期モータを停止させるために同期モータの固定子巻線を短絡する。

また、請求項１の発明によれば、暴走状態の可能性ありと判断後に速度偏差を積算し、その値が閾値を超えた時に暴走状態と判断できるので従来技術のモータ制御装置と比べて、異常状態を早くに検出することが可能となる。

また、本発明によれば、速度指令モードでも暴走検出が可能となる。

さらに、本発明によれば、ソフトウェアサーボによって制御されるモータ制御方法およびモータ制御装置にモータの暴走を検出する機能を備えたので、モータの加減速時でもモータの異常回転を即座に検出でき保護性能を高めることができる。

図１は本発明によるモータ制御装置の概略ブロック構成図である。図１に示すモータ制御装置１は同期モータ（以下、モータと記す）２の速度と電流を制御する装置である。速度制御部１０１は、外部、例えば不図示のプログラマブルコントローラ（以下、ＰＭＣと記す）搭載の数値制御装置（以下、ＮＣと記す）から速度指令ＶＣＭＤと、モータ２に組込まれた回転角センサから出力されるパルス信号ＰＳを速度検出部１０２でモータの回転速度に変換した検出速度信号ＴＳＡとを受ける。速度制御部１０１は、速度偏差Ｖｅｒ（＝ＶＣＭＤ−ＴＳＡ）を演算しＶｅｒを比例積分ＰＩしてトルク指令Ｔｃを求め出力する。ここで、回転角センサはモータ２の回転軸の回転角を検出する例えばインクリメンタルエンコーダである。

ｄｑ相電流指令生成部１０３は、速度制御部１０１からトルク指令Ｔｃを受けると共に速度検出部１０２から検出速度信号ＴＳＡを受け、ベクトル制御の一般式にしたがいモータの高効率と電力変換器１０８の出力電圧の飽和を考慮してｄ軸電流指令値Ｉｃｄとｑ軸電流指令値Ｉｃｑを生成する。ここで、ｄ軸とはモータ２の回転子の永久磁石方向を指し、ｑ軸とはｄ軸に直交した方向を指す。

ｄｑ相電流制御部１０４は、ｄｑ相電流指令生成部１０３からｄ軸電流指令値Ｉｃｄとｑ軸電流指令値Ｉｃｑを受けると共に後述する三相−ｄｑ変換部１０６からｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを受け、ｄ軸電圧指令値Ｖｄおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑを生成する。

磁極カウンタ１０５は、電源オン後最初に行う磁極検出動作で検出されたモータ回転子の初期磁極位置で初期化され、モータ２の回転角センサ（インクリメンタルセンサ）から出力される相対位置パルスを積算することで磁極位置信号Ｍθとする。また、回転角センサの１回転中の特定位置で出力される１回転信号θＳが、磁極検出動作後、最初に検出された場合、予め設定された１回転信号位置に対応する磁極位置データＡＭＲオフセットで磁極カウンタ１０５はリセットされ、積算を続ける。

三相−ｄｑ変換部１０６は、モータ２へのｕ相とｖ相の電流値Ｉｕ、Ｉｖを変流器ＣＴを介して受け、Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０からＩｗを生成すると共に磁極カウンタ１０５から磁極位置信号Ｍθを受け、三相−αβ変換後にαβ−ｄｑ変換することで、座標（三相−ｄｑ）変換してｄ軸電流Ｉｄとｑ軸電流Ｉｑを生成し、ＩｄとＩｑをｄｑ相電流制御部１０４に出力する。

ｄｑ−三相変換部１０７は、ｄｑ相電流制御部１０４からｄ軸電圧指令値Ｖｄとｑ軸電圧指令値Ｖｑを受けると共に磁極カウンタ１０５から磁極位置信号Ｍθを受け、座標逆（ｄｑ−三相）変換して三相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを生成する。

電力変換器１０８は、ｄｑ−三相変換部１０７から三相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを受け、例えば三相ＡＣ電源から供給される三相交流をＤＣ電圧に変換したＤＣ電圧源から三相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに応じてパルス巾変調ＰＷＭして三相交流電圧をモータ２の固定子巻線に印加する。

異常状態検出部１１０は、上述したトルク指令Ｔｃ、速度指令ＶＣＭＤ、検出速度信号ＴＳＡ、１回転信号θＳおよび磁極位置信号Ｍθを受け、後で詳述する異常信号ＡＳと短絡信号ＳＣＳを生成する。

電力変換器１０８は、異常状態検出部１１０から異常信号ＡＳを受けてパルス巾変調ＰＷＭ後の三相交流電圧のモータ２への供給を遮断、すなわちインバータ出力をオフにする。

短絡装置１２０は、異常状態検出部１１０から短絡信号ＳＣＳを受けてモータ２の固定子の巻線を短絡する。

図２は図１に示す異常状態検出部のブロック構成図である。異常状態検出部１１０は異常回転検出部２１と、過速度検出部２２と、磁極位置チェック部２３とモータ２の異常回転状態を判定して異常信号ＡＳを出力し、異常回転状態と判定されたとき、モータ２の固定子巻線を短絡する短絡信号ＳＣＳを出力する出力部２４とを有する。これら各部の機能はコンピュータにより後述するフローチャートの処理を実行することにより遂行される。

図３は図２に示す異常回転検出部の機能の説明図であり、図４は異常回転検出部の機能を遂行する処理手順を示すフローチャートであり、図５は速度指令ＶＣＭＤに対する検出速度信号ＴＳＡの変動を示す図である。図３、４および５を参照して異常回転状態の判定処理を以下に説明する。図３全体に示す異常回転検出部は、所定の周期でトルク指令Ｔｃと速度指令ＶＣＭＤと検出速度ＴＳＡを受け、速度指令ＶＣＭＤから検出速度ＴＳＡを減算して速度偏差Ｖｅｒを求め、ラッチ部３１に記憶した前回周期の検出速度ＴＳＡを今回周期の検出速度ＴＳＡから減算して加速度ΔＴＳＡを求める。上記処理を図３〜図５を用いて詳述する。

以下のフローチャートにおいて、Ｓに続く数字は処理ステップ番号を示す。

これより、速度偏差Ｖｅｒの積算値で暴走を判定する処理についてフローチャートを用いて説明する。概略的には、速度偏差Ｖｅｒが閾値αを超え、ΔＴＳＡ(加速度)×トルク指令ＴＳＡが負になったことをトリガとして速度偏差の積算ＶｅｒＳＵＭを開始し、速度偏差の極性が反転した場合や速度偏差積算値（位置偏差相当）が反転した場合に初期化し、その速度偏差積算値が閾値を超えたら、異常状態と判定する。

図４に示すフローチャートの処理は所定の周期で実行される。まず、図３の条件判定部３２において、ステップＳ１０１で、磁極未検出時、モータ２への電力供給の遮断時、アラーム状態時（速度偏差積算値ＶｅｒＳＵＭがアラームレベルＡＬＭｌｅｖｅｌを超えた場合）、速度指令ゼロで速度ゼロの時等か否かを判定し、初期化されていないと判定されたときはステップＳ１１０に進み初期化し（ＦＬＧ＝０、ＶｅｒＳＵＭ＝０、Ｖｅｒ＝０）、初期化されていると判定されたときはステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２で速度偏差Ｖｅｒの絶対値｜Ｖｅｒ｜が閾値αを超えたと判定され、ステップＳ１０３で加速度ΔＴＳＡとトルク指令Ｔｃの積が負になったと判定されたことをトリガとして、速度偏差積算部３３において、スイッチＳＷをオンにしてステップＳ１０６で速度偏差Ｖｅｒの積算（ＶｅｒＳＵＭ＝ＶｅｒＳＵＭ＋Ｖｅｒ）を開始し、ステップＳ１０７でＦＬＡＧ＝１とし、ステップＳ１０８で速度偏差積算値ＶｅｒＳＵＭが予め記憶部３４に記憶した設定値である閾値ＡＬＭｌｅｖｅｌを超えたか否かを比較判定部３５において判定し、超えたと判定されたときはステップＳ１０９でモータ２は異常回転状態であると判定し、次いでステップＳ１１０で初期化する。この間、ステップＳ１０４でＦＬＡＧが０か１かを判定し、ＦＬＡＧ＝０のときはステップＳ１０５で異常回転条件が最初に成立した時の速度偏差ＶｅｒをＶｅｒ０とし、ＦＬＡＧ＝１のときはステップＳ１０６に進む。

一方、ステップＳ１０２で速度偏差Ｖｅｒが閾値αを超えていないと判定されときは、ステップＳ１２１でＦＬＡＧが０か１かを判定し、ＦＬＡＧ＝０のとき、すなわち連続で異常回転状態が不成立のときは本処理を終了し、ＦＬＡＧ＝１のとき、すなわち一旦異常回転状態とみなした後に異常回転とみなせなかったときは、ステップＳ１２２に進む。

ステップＳ１２２でＶｅｒ×Ｖｅｒ０＜０である速度偏差Ｖｅｒの極性が反転した場合はステップＳ１２６、Ｓ１２７に進み初期化し、ステップＳ１２２でＶｅｒ×Ｖｅｒ０≧０である速度偏差Ｖｅｒの極性が反転しなかった場合は、ステップＳ１２３に進む。ステップＳ１２２では、最初に異常回転とみなした時の速度偏差Ｖｅｒ０に対し、今回周期の速度偏差の極性が逆転した場合、回転速度が速度指令とクロスしたことになり、正常である可能性がある。よって、この場合にはステップＳ１２６に進み、検出状態を初期化して誤検出を防ぐ。一方、ステップＳ１２２では、最初に異常回転とみなした時の速度偏差Ｖｅｒ０に対し、今回周期の速度偏差の極性が同一極性の場合、異常である可能性がある。よって、この場合にはステップＳ１２３に進み、ステップＳ１２３で｜Ｖｅｒ｜≧｜Ｖｅｒ０｜のときは異常状態と判定してステップＳ１０６に進み、ステップＳ１２３で｜Ｖｅｒ｜＜｜Ｖｅｒ０｜のときは正常状態と判定してステップＳ１２４に進む。

図５において、横軸は時間軸ｔを示し、縦軸は回転数ｒｐｍを示す。図５に示すように、検出速度ＴＳＡが変化した場合、時刻ｔ１ではΔＴＳＡが正常状態時と逆の方向になり、ステップＳ１２２で異常回転状態と判定できるが、時刻ｔ２ではΔＴＳＡが正常状態時と同じ方向になり、ステップＳ１２２で異常回転状態と判定できないことが考えられる。このような場合に速度偏差Ｖｅｒが増加していることをステップＳ１２３で判定し、ステップＳ１０６〜Ｓ１０８を経由してステップＳ１０９に進み、異常回転状態と判定する。

ステップＳ１２４では、ＶｅｒＳＵＭ＝ＶｅｒＳＵＭ−Ｖｅｒを演算し、ステップＳ１２５で速度偏差Ｖｅｒの積算値（位置偏差に相当）ＶｅｒＳＵＭが極性反転または０となった場合にはステップＳ１２６に進みＶｅｒＳＵＭ＝０、Ｖｅｒ＝０と初期化し、次いでステップＳ１２７に進みＦＬＡＧ＝０と初期化する。ステップＳ１２５で速度偏差Ｖｅｒの積算値（位置偏差に相当）ＶｅｒＳＵＭが極性反転または０とならなかった場合には本処理を終了する。ステップＳ１２５では、異常回転状態とみなせなかった場合、一旦、異常回転状態とみなし、積算した速度偏差の値を減算してそれが０以下となったら、間違えて積算を開始したものとみなし、初期化することで誤検出をなくす。

次に、速度指令に応じた過速度検出処理について説明する。概略的には、指令速度ＶＣＭＤに応じて過速度レベルＯＶＲＳＰ２を変更することで、異常回転検出の補助機能とする。また、機械的条件から高速回転できない状況における過速度に対する保護対策とする。過速度レベルＯＶＲＳＰ２を以下のように速度指令ＶＣＭＤに応じて可変とし、図８に示すように速度指令ＶＣＭＤに応じて変化させる。何らかの原因で検出速度ＴＳＡがこのレベルを超えた場合、過速度検出状態とする。上記処理を図６〜図８を用いて詳述する。

図６は図２に示す過速度検出部の機能の説明図であり、図７は過速度検出部の機能を遂行する処理手順を示すフローチャートである。図６および図７を相互に参照して過速度状態の判定の処理を以下に説明する。図６全体に示す過速度検出部は、所定の周期で速度指令ＶＣＭＤと検出速度ＴＳＡを受け、各周期毎の速度指令ＶＣＭＤの絶対値｜ＶＣＭＤ｜を絶対値記憶部６２に記憶し、各周期毎の検出速度ＴＳＡの絶対値｜ＴＳＡ｜を絶対値記憶部６３に記憶する。

ステップＳ２０１では初期化すべきか否かを判定し、電源オン直後やアラーム発生直後の場合、速度指令が０の場合や制御モードが変化した場合で、かつモータの検出速度が速度ゼロ状態とみなす設定速度以下である時に初期化すべきと判定し、ステップＳ２０２に進み、それ以外の初期化すべきでないと判定した場合にはステップＳ２０３に進む。

過速度レベルＯＶＲＳＰ２生成部６４では、ステップＳ２０２で記憶部６３に記憶した検出速度絶対値｜ＴＳＡ｜に過速度レベル用に外部設定された速度判定値βを加算して新たな過速度レベルＯＶＲＳＰ２として初期化し、更にステップＳ２０７でＶＣＭＤＢを検出速度絶対値｜ＴＳＡ｜で初期化した後、ステップＳ２０６へ進む。

また、ステップＳ２０３では過速度判定の閾値を初期化した後から記憶した最大の速度指令絶対値（過速度レベルＯＶＲＳＰ２を計算した時の速度指令絶対値）ＶＣＭＤＢと絶対値記憶部６２に記憶した今回の速度指令の絶対値｜ＶＣＭＤ｜を比較し、｜ＶＣＭＤ｜＞ＶＣＭＤＢのときはステップＳ２０４に進み、ステップＳ２０４で外部設定された速度判定値βと絶対値記憶部６２に記憶した今回の速度指令の絶対値｜ＶＣＭＤ｜を加算して新たな過速度レベルＯＶＲＳＰ２を生成し、更にステップＳ２０５でＶＣＭＤＢを今回の速度指令絶対値で置き換える。また、ステップＳ２０３で｜ＶＣＭＤ｜≦ＶＣＭＤＢのときはステップＳ２０６に進む。

比較部６５では、ステップＳ２０６で過速度レベルＯＶＲＳＰ２と検出速度絶対値｜ＴＳＡ｜を比較し、｜ＴＳＡ｜＞ＯＶＲＳＰ２のとき過速度状態と判定し、｜ＴＳＡ｜≦ＯＶＲＳＰ２のとき終了する。

図８は過速度レベル２の変化を示す図であり、（Ａ）は速度指令の変化に応じてシフトされる過速度レベル２の変化を示す図であり、（Ｂ）は等加速度で変化する検出速度と過速度レベル２との変化を示す図である。図８において横軸は時間ｔを示し、縦軸は回転数ｒｐｍを示す。図８の（Ａ）に示されるように、破線で示す速度指令ＶＣＭＤの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、…、ｔ７の７回の変化に応じて実線で示すように過速度レベル２が５段にシフトすることが判る。図８の（Ｂ）に示されるように、破線で示す速度指令ＶＣＭＤの時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３の３回の変化に応じて太い実線で示す検出速度ＴＳＡは等加速度で変化し、細い実線で示すように過速度レベル２が３段でシフトすることが判る。

次に、同期モータ２の１回転信号位置に対応する磁極位置のチェック処理について説明する。概略的には、ＡＭＲオフセット実行（磁極検出後最初に１回転信号を検出した時に１回転信号に対応する磁極位置を設定された磁極位置で置換える処理）後、１回転信号検出毎にこれに対応する磁極位置を求め、ＡＭＲオフセット値と比較する。そして、そのずれが閾値以上あれば、異常状態と判定する。この処理により、速度フィードバックの抜けが生じたような場合に、それが累積してモータが異常回転状態に陥ることを未然に防ぎ、異常状態であることをオペレータに知らせ、モータ速度制御のフィードバック系に異常があること認識させる。上記処理を図９と図１０を用いて詳述する。

図９は図２に示す磁極位置チェック部の機能の説明図であり、図１０は磁極位置チェック部の機能を遂行する処理手順を示すフローチャートである。図９および図１０を相互に参照して磁極位置チェックの処理を以下に説明する。図９全体に示す磁極位置チェック部は、モータ２の１回転毎に磁極位置Ｍθと１回転信号θＳを受け、ステップＳ３０１で磁極未検出と判定されたときは本処理を終了し、磁極検出と判定されたときはステップＳ３０２に進み、１回転信号θＳを検出したか否かを判定し、θＳを検出したと判定したときは、ステップＳ３０３でＦＬＡＧが０か１かを判定し、ＦＬＡＧ＝０と判定されたときはステップＳ３０４に進み、ＡＭＲオフセットを実行し、ＦＬＡＧ＝１と判定されたときはステップＳ３０５に進み、磁極位置の異常判定を実行する。

ステップＳ３０４では、まず磁極位置記憶部９１に１回転信号対応の磁極位置Ｍθを記憶し、次いでＡＭＲデータ記憶部９２に、磁極位置を決定した後において最初に１回転信号θＳを検出した時の１回転信号の固定子巻線磁極からの電気角であるＡＭＲオフセット値Ｍθ０を記憶する。次に、減算部９３で磁極位置記憶部９１に記憶した１回転信号対応の磁極位置ＭθからＡＭＲデータ記憶部９２に記憶したＡＭＲオフセット値Ｍθ０を減算して磁極位置の差ΔＭθ（＝Ｍθ−Ｍθ０）を求める。最後にＦＬＡＧ＝１にセットする。

一方、閾値記憶部９４に閾値γが記憶されており、磁極位置チェック部９５では、ステップＳ３０５で磁極位置の差ΔＭθが閾値γより大きいと判定されたとき、ステップＳ３０６で磁極未検出と判定し、ＦＬＡＧ＝０にリセットし、ステップＳ３０５でΔＭθが閾値γより小さいか等しいと判定されたとき本処理を終了する。

図１１は図１に示す電力変換器と短絡装置の一実施例を示す図である。図１１に示す電力変換器１０８は三相交流電源から供給される三相交流を整流して直流に変換し直流電圧ＶｄｃのＤＣ電源を得る。図１に示すｄｑ−三相変換部１０７から三相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを受け、これらに応じてＤＣ電源を６つのトランジスタをスイッチングしてパルス巾変調ＰＷＭし、三相交流電圧をモータ２に加える。電力変換器１０８は、図１に示す異常状態検出部１１０から異常信号ＡＳを受けてパルス巾変調ＰＷＭ後の三相交流電圧のモータ２への供給を遮断、すなわち６つのトランジスタをオフにしてインバータ出力をオフにする。異常信号ＡＳは、モータ制御装置１の外部、例えばＮＣに通知され、ＮＣはそのディスプレイの画面上にモータ回転異常を表示する。通常、ＮＣにより制御される同期モータの磁極（ｄ軸）位置の認識処理がＮＣへの電源投入時に実行される。ＮＣのディスプレイの画面上にはモータの磁極位置認識処理が終了しているか否かが表示される。

一方、図１１に示す短絡装置１２０は、図１に示す異常状態検出部１１０から短絡信号ＳＣＳを受け、通常オフのＳＣＲをオンにしてモータ２の固定子の巻線を短絡する。短絡装置１２０によれば、モータの異常状態を検出した場合、モータと電力変換器の間に配置した短絡装置１２０により同期モータ２の固定子巻線間を短絡させ、同期モータを安全に停止させることができる。

本発明によるモータ制御装置の概略ブロック構成図である。 図１に示す異常状態検出部のブロック構成図である。 図２に示す異常回転検出部の機能の説明図である。 異常回転検出部の機能を遂行する処理手順を示すフローチャートである。 速度指令ＶＣＭＤに対する検出速度信号ＴＳＡの変動を示す図である。 図２に示す過速度検出部の機能の説明図である。 過速度検出部の機能を遂行する処理手順を示すフローチャートである。 過速度レベル２の変化を示す図であり、（Ａ）は速度指令の変化に応じてシフトされる過速度レベル２の変化を示す図であり、（Ｂ）は等加速度で変化する検出速度と過速度レベル２との変化を示す図である。 図２に示す磁極位置チェック部の機能の説明図である。 磁極位置チェック部の機能を遂行する処理手順を示すフローチャートである。 図１に示す電力変換器と短絡装置の一実施例を示す図である。

符号の説明

１ モータ制御装置
２ 同期モータ
１０１ 速度制御部
１０２ 速度検出部
１０３ ｄｑ相電流指令生成部
１０４ ｄｑ相電流制御部
１０５ 磁極カウンタ
１０６ 三相−ｄｑ変換部
１０７ ｄｑ−三相変換部
１０８ 電力変換器
１１０ 異常状態検出部
１２０ 短絡装置
ＶＣＭＤ 速度指令
Ｔｃ トルク指令
ＴＳＡ 検出速度信号
θＳ １回転信号
ＰＳ パルス信号
Ｍθ 磁極位置信号
ＡＳ 異常信号
ＳＣＳ 短絡信号

Claims (10)

1. 速度指令に応じて駆動するモータの回転速度を制御するモータ制御方法において、
   速度指令からモータ回転の検出速度を減じて得られる速度偏差の絶対値が閾値以上で、かつ
   所定の周期で検出される検出速度の前回値から今回値を減じて得られる加速度と前記速度偏差を比例積分して得られるトルク指令との積の符号が負になった時、前記速度偏差の積算を開始し、
   該積算の開始後、所定の周期で積算される前記速度偏差の積算値が所定値を超えたとき、
   モータが異常回転状態であると判定する、
   ことを特徴とするモータ制御方法。
2. 前記速度偏差の積算の開始後、前記速度偏差の極性が反転した場合、または前記速度偏差の積算値の極性が反転した場合に、前記速度偏差の積算値を初期化する、
   請求項１に記載のモータ制御方法。
3. 所定の周期で供給される速度指令値が０、かつモータの検出速度が速度ゼロ状態とみなす設定速度以下の場合に、検出速度の絶対値に外部設定された速度判定値を加えた値で過速度判定の閾値を初期化し、その後は初期化後入力された速度指令絶対値の最大値に、外部設定された速度判定値を加えた値を新たに前記過速度判定の閾値とし、モータ回転の検出速度が前記過速度判定の閾値を超えたとき、モータが異常回転状態であると判定する、
   請求項１または２に記載のモータ制御方法。
4. 駆動するモータがインクリメンタルセンサを有する同期モータであって、前記モータの回転子の永久磁石方向を示す磁極位置の初期位置を検出した後、前記インクリメンタルセンサの１回転信号を最初に検出した時、その１回転信号検出時の前記モータの固定子巻線磁軸からの前記磁極位置を記憶し、その後１回転信号を検出する度に、その１回転信号検出時の前記磁極位置と最初に１回転信号を検出した時に記憶した前記磁極位置の差分の絶対値が所定の値を超えたとき、モータが異常回転状態であると判定する、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のモータ制御方法。
5. 前記モータが異常回転状態であると判定されたとき、該モータの入力端子を短絡する、請求項１乃至４の何れか１項に記載のモータ制御方法。
6. 速度指令に応じて駆動するモータの回転速度を制御するモータ制御装置において、
   速度指令からモータ回転の検出速度を減じて得られる速度偏差の絶対値が閾値以上で、かつ
   所定の周期で検出される検出速度の前回値から今回値を減じて得られる加速度と前記速度偏差を比例積分して得られるトルク指令との積の符号が負になった時、前記速度偏差の積算を開始し、
   該積算の開始後、所定の周期で積算される前記速度偏差の積算値が所定値を超えたとき、
   モータが異常回転状態であると判定する異常回転検出手段を備える、
   ことを特徴とするモータ制御装置。
7. 前記速度偏差の積算の開始後、前記速度偏差の極性が反転した場合、または前記速度偏差の積算値の極性が反転した場合に、前記速度偏差の積算値を初期化する、
   請求項６に記載のモータ制御装置。
8. 所定の周期で供給される速度指令値が０、かつモータの検出速度が速度ゼロ状態とみなす設定速度以下の場合に、検出速度の絶対値に外部設定された速度判定値を加えた値で過速度判定の閾値を初期化し、その後は初期化後入力された速度指令絶対値の最大値に、外部設定された速度判定値を加えた値を新たに前記過速度判定の閾値とし、モータ回転の検出速度が前記過速度判定の閾値を超えたとき、モータが異常回転状態であると判定する過速度検出手段を備える、
   請求項６または７に記載のモータ制御装置。
9. 駆動するモータがインクリメンタルセンサを有する同期モータであって、前記モータの回転子の永久磁石方向を示す磁極位置の初期位置を検出した後、前記インクリメンタルセンサの１回転信号を最初に検出した時、その１回転信号検出時の前記モータの固定巻き線磁軸からの前記磁極位置を記憶し、その後１回転信号を検出する度に、その１回転信号検出時の前記磁極位置と最初に１回転信号を検出した時に記憶した前記磁極位置の差分の絶対値が所定の値を超えたとき、モータが異常回転状態であると判定する磁極位置異常検出手段を備える、
   請求項６乃至８の何れか１項に記載のモータ制御装置。
10. 前記モータが異常回転状態であると判定されたとき、該モータの入力端子を短絡する短絡手段を備える、請求項６乃至９の何れか１項に記載のモータ制御装置。

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