モータ制御装置及び異常検出方法
【課題】モータ制御の異常を短時間で検出し、モータの暴走を防止する。
【解決手段】異常検出器１０は、微分器１０６から速度ωを入力すると共に、速度制御器１０３からトルク指令Ｔ＊を入力し、速度ωを時間微分して加速度ω’（回転加速度）を算出し、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値を算出し、差分の絶対値が定格トルクの１００％の値以上の場合に異常を検出し、異常信号をインバータ１０４に出力する。これにより、モータ１１３が暴走する状態を判定することができ、異常信号により、インバータ１０４の運転を停止することができる。異常は、モータ１１３が高速回転する前の低速回転の状態で検出され、短時間でインバータ１０４の運転が停止されるから、モータ１１３が暴走することによって生じるモータ１１３及び制御対象である機械への悪影響を軽減することができ、安全性を確保することができる。
【解決手段】異常検出器１０は、微分器１０６から速度ωを入力すると共に、速度制御器１０３からトルク指令Ｔ＊を入力し、速度ωを時間微分して加速度ω’（回転加速度）を算出し、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値を算出し、差分の絶対値が定格トルクの１００％の値以上の場合に異常を検出し、異常信号をインバータ１０４に出力する。これにより、モータ１１３が暴走する状態を判定することができ、異常信号により、インバータ１０４の運転を停止することができる。異常は、モータ１１３が高速回転する前の低速回転の状態で検出され、短時間でインバータ１０４の運転が停止されるから、モータ１１３が暴走することによって生じるモータ１１３及び制御対象である機械への悪影響を軽減することができ、安全性を確保することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置及び異常検出方法に関し、特に、モータの暴走を防止するための異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータを所定の速度で駆動し、制御対象を制御するモータ制御装置として、速度指令とモータフィードバックによる回転速度との間の速度偏差を算出し、この速度偏差からトルク指令を算出し、トルク指令に基づいてインバータによりモータを駆動するものが知られている。
【０００３】
図１１は、従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。この従来のモータ制御装置１００は、速度指令生成器１０１、減算器１０２、速度制御器１０３、インバータ１０４、カウンタ１０５、微分器１０６及び異常検出器１２０を備えている。モータ制御装置１００は、速度指令生成器１０１により生成された速度指令ω＊にてモータ１１３を回転制御するために、インバータ１０４により生成された交流電力をモータ１１３へ供給する。また、モータ制御装置１００は、パルスジェネレータ１１４から、モータ１１３の回転に伴うパルス信号をフィードバック信号として入力し、カウンタ１０５においてフィードバック信号をカウントして回転位置を示す位相角θを算出し、微分器１０６において位相角θからモータ１１３の速度ωを算出する。
【０００４】
異常検出器１２０は、比較器１０７〜１０９、ＡＮＤ回路１１０及び遅延器１１１，１１２を備えている。異常検出器１２０は、フィードバック信号から算出されたモータ１１３の速度ωに基づいて、フィードバック信号の異常及びモータ１１３の回転数オーバーの異常を検出し、モータ１１３の暴走を判定する。そして、異常検出器１２０は、異常信号をインバータ１０４に出力する。インバータ１０４は、異常検出器１２０から異常信号を入力すると、運転を停止し、モータ１１３への交流電力の供給を停止する。
【０００５】
ここで、暴走とは、モータ１１３がオペレータの意図しない速度または方向で回転する状態をいい、具体的には、モータ制御装置１００が交流電力をモータ１１３へ供給しているにもかかわらず、モータ１１３が回転しない状態、または、モータ制御装置１００がモータ１１３へ供給する交流電力とは逆の極性にてモータ１１３が回転する状態をいう。後者は、例えば、モータ制御装置１００が正転方向の交流電力を供給しているのに対し、モータ１１３が逆転方向に回転する状態をいい、または、モータ制御装置１００が逆転方向の交流電力を供給しているのに対し、モータ１１３が正転方向に回転する状態をいう。このような暴走は、特に、オペレータによりモータ制御装置１００に設定されるパラメータの誤り、モータ制御装置１００とモータ１１３との間の配線ミス等が原因であり、モータ制御装置１００のスタートアップ時に発生する。後述するモータ制御装置１においても同様である。
【０００６】
また、異常信号を入力することによってインバータ１０４の運転を停止し、モータ１１３への交流電力の供給を停止するとは、例えば、インバータＲＵＮの信号をＯＦＦにすることにより、モータ１１３をフリーランの状態にする、または回生停止状態にすることをいう。これらの運転停止の形態は、インバータ１０４に対するパラメータの設定によって、予め決められる。後述するモータ制御装置１においても同様である。
【０００７】
以下、異常検出器１２０について詳細に説明する。異常検出器１２０の比較器１０７は、速度指令生成器１０１により生成された速度指令ω＊を入力すると共に、予め設定された、モータ１１３における定格回転速度の１０％の値を入力する。そして、比較器１０７は、速度指令ω＊と定格回転速度の１０％の値とを比較し、速度指令ω＊が定格回転速度の１０％の値以上であると判定した場合、判定結果ＯＮの信号をＡＮＤ回路１１０に出力する。一方、比較器１０７は、速度指令ω＊が定格回転速度の１０％の値以上でないと判定した場合、判定結果ＯＦＦの信号をＡＮＤ回路１１０に出力する。
【０００８】
比較器１０８は、微分器１０６からモータ１１３の速度ωを入力すると共に、予め設定された定格回転速度の５％の値を入力する。そして、比較器１０８は、速度ωと定格回転速度の５％の値とを比較し、速度ωが定格回転速度の５％の値以下であると判定した場合、判定結果ＯＮの信号をＡＮＤ回路１１０に出力する。一方、比較器１０８は、速度ωが定格回転速度の５％の値以下でないと判定した場合、判定結果ＯＦＦの信号をＡＮＤ回路１１０に出力する。
【０００９】
ＡＮＤ回路１１０は、比較器１０７，１０８から判定結果ＯＮまたはＯＦＦの信号を入力し、比較器１０７から入力した信号が判定結果ＯＮであり、かつ比較器１０８から入力した信号が判定結果ＯＮである場合、ＯＮの信号を遅延器１１１に出力する。一方、ＡＮＤ回路１１０は、比較器１０７，１０８から入力した信号の少なくとも一方の信号が判定結果ＯＦＦである場合、ＯＦＦの信号を遅延器１１１に出力する。すなわち、ＡＮＤ回路１１０は、速度指令ω＊が定格回転速度の１０％の値以上であり、かつ速度ωが定格回転速度の５％の値以下である場合、ＯＮの信号を遅延器１１１に出力し、前記以外の場合（すなわち、速度指令ω＊が定格回転速度の１０％の値以上でない場合、または速度ωが定格回転速度の５％の値以下でない場合）、ＯＦＦの信号を遅延器１１１に出力する。
【００１０】
遅延器１１１は、ＡＮＤ回路１１０からＯＮまたはＯＦＦの信号を入力し、ＯＮの信号を入力している時間と、予め設定された時間（例えば１００〜２００ｍｓｅｃ、後述する図４の遅延時間（ＯＮディレイ時間）Ｄに相当する。）とを比較し、ＯＮの信号を入力している時間が予め設定された時間以上であると判定した場合、異常を検出してモータ１１３は暴走していると判定し、異常信号をインバータ１０４に出力する。一方、遅延器１１１は、ＯＦＦの信号を入力した場合、または、ＯＮの信号を入力している時間が予め設定された時間よりも短いと判定した場合、異常は発生しておらず、モータ１１３は暴走していないと判定して、異常信号を出力しない。この遅延器１１１は、速度指令ω＊による交流電力がモータ１１３へ供給され、供給された交流電力によってモータ１１３が回転してフィードバック信号が出力されるまでの応答遅れを吸収し誤動作を防止するために、遅延処理を行う。
【００１１】
比較器１０９は、微分器１０６からモータ１１３の速度ωを入力すると共に、予め設定された定格回転速度の１１０％の値を入力する。そして、比較器１０９は、速度ωと定格回転速度の１１０％の値とを比較し、速度ωが定格回転速度の１１０％の値以上であると判定した場合、判定結果ＯＮの信号を遅延器１１２に出力する。一方、比較器１０９は、速度ωが定格回転速度の１１０％の値以上でないと判定した場合、判定結果ＯＦＦの信号を遅延器１１２に出力する。
【００１２】
遅延器１１２は、比較器１０９から判定結果ＯＮまたはＯＦＦの信号を入力し、判定結果ＯＮの信号を入力している時間と、予め設定された時間（例えば１００〜２００ｍｓｅｃ、後述する図６の遅延時間Ｄに相当する。）とを比較し、ＯＮの信号を入力している時間が予め設定された時間以上であると判定した場合、異常を検出してモータ１１３は暴走していると判定し、異常信号をインバータ１０４に出力する。一方、遅延器１１２は、ＯＦＦの信号を入力した場合、または、ＯＮの信号を入力している時間が予め設定された時間よりも短いと判定した場合、異常は発生しておらず、モータ１１３は暴走していないとして、異常信号を出力しない。この遅延器１１２は、遅延器１１１と同様の理由により、誤動作を防止するために遅延処理を行う。
【００１３】
このように、モータ制御装置１００によれば、異常検出器１２０は、速度指令ω＊が予め設定された値（定格回転速度の１０％の値）以上であり、かつ速度ωが予め設定された値（定格回転速度の５％の値）以下であると判定した場合、異常信号をインバータ１０４に出力するようにした。これにより、速度指令ω＊に応じた交流電力をモータ１１３へ供給しているにもかかわらず、モータ１１３が十分に回転していない場合は、フィードバック信号の異常によってモータ１１３が暴走していると判定し、インバータ１０４の運転を停止させることができる。
【００１４】
また、異常検出器１２０は、速度ωが予め設定された値（定格回転速度の１１０％の値）以上であると判定した場合、異常信号をインバータ１０４に出力するようにした。これにより、モータ１１３が高速回転している場合は逆極性にて回転しているとして、モータ１１３の回転数オーバーの異常によってモータ１１３が暴走していると判定することができ、インバータ１０４の運転を停止させることができる。
【００１５】
ところで、モータ１１３の暴走判定手法には、図１１に示した、モータ１１３の速度ωに基づいて暴走を判定する手法だけでなく、様々な手法が知られている。例えば、特許文献１には、モータの位置偏差に基づいて検出する手法が記載されており、特許文献２には、モータの速度偏差に基づいて検出する手法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００９−２０１２１０号公報
【特許文献２】特開平１１−２１５８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、図１１に示したモータ制御装置１００では、モータ１１３の速度指令ω＊及び速度ωに基づいてモータ制御の異常を検出するから、遅延器１１１，１１２により誤動作防止のための遅延処理が行われ、しかも、モータ１１３の回転数オーバーの異常を検出するためには、速度ωが定格回転速度の１１０％の値になるまで待つ必要がある。このため、モータ１１３の暴走を判定するのに時間がかかるという問題があった。暴走を判定するまでに長時間を要する場合は、モータ１１３及び制御対象である機械に対して不要な負荷を与えてしまう恐れがある。
【００１８】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータ制御の異常を短時間で検出し、モータの暴走を防止することが可能なモータ制御装置及び異常検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明によるモータ制御装置は、モータの回転速度が所定の速度になるように、フィードバック制御してトルク指令を算出し、前記トルク指令に応じてインバータから前記モータへ交流電力を供給するモータ制御装置において、前記モータを所定の速度で回転させるための速度指令を生成する速度指令生成器と、前記速度指令生成器により生成された速度指令と、前記モータからのフィードバック信号に基づいて算出された前記モータの回転速度との間の速度偏差を算出する減算器と、前記減算器により算出された速度偏差がゼロになるように、トルク指令を算出する速度制御器と、前記速度制御器により算出されたトルク指令に応じて、交流電力を前記モータへ供給するインバータと、異常を検出した場合、前記インバータからモータへのトルク指令に応じた交流電力の供給を停止させる異常検出器と、を備え、前記異常検出器が、前記モータの回転速度から回転加速度を算出し、前記速度制御器により算出されたトルク指令及び前記回転加速度に基づいて異常を検出することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明によるモータ制御装置は、前記異常検出器が、前記モータからのフィードバック信号に基づいて算出された前記モータの回転速度を時間微分し、前記モータの回転加速度を算出する微分器、前記微分器により算出された回転加速度に、予め設定された値を乗算する乗算器、前記速度制御器により算出されたトルク指令と、前記乗算器による乗算結果との間の差分の絶対値を算出する差分検出器、及び、前記差分検出器により算出された差分の絶対値と、前記モータの定格トルクに応じて予め設定された値とを比較し、前記差分の絶対値が前記予め設定された値以上のときに前記異常を検出する比較器を備えたことを特徴とする。
【００２１】
さらに、本発明による異常検出方法は、モータの回転速度が所定の速度になるように、フィードバック制御してトルク指令を算出し、前記トルク指令に応じてインバータから前記モータへ交流電力を供給するモータ制御装置における異常検出方法において、前記モータを所定の速度で回転させるための速度指令を生成するステップと、前記速度指令と前記モータの回転速度との間の速度偏差を算出するステップと、前記速度偏差がゼロになるように、トルク指令を算出するステップと、前記トルク指令に応じて、交流電力を前記モータへ供給するステップと、前記交流電力によるモータの回転に伴うパルス信号を、フィードバック信号として入力し、前記フィードバック信号に基づいて前記モータの回転速度を算出するステップと、前記一連のステップによるモータ制御の異常を検出するステップと、前記異常を検出した場合、前記インバータからモータへのトルク指令に応じた交流電力の供給を停止するステップと、を有し、前記異常を検出するステップが、前記モータの回転速度を時間微分して回転加速度を算出し、前記回転加速度に予め設定された値を乗算し、前記トルク指令と前記乗算結果との間の差分の絶対値を算出し、前記差分の絶対値が前記モータの定格トルクに応じて予め設定された値以上のときに、前記異常を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、トルク指令及びモータの回転加速度に基づいて、モータ制御の異常を検出するようにした。これにより、モータの速度指令及び回転速度に基づいて異常を検出する場合に比べ、短時間で異常を検出することができ、モータの暴走を防止することができる。例えば、モータが低速回転しているときに異常を検出することができるから、この異常検出に伴って、モータが高速回転する前にモータ制御を停止することができ、安全にモータの暴走を防止することができる。また、モータが暴走することによって生じるモータ及び制御対象である機械への悪影響を軽減することができ、安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態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】異常検出器の構成を示すブロック図である。
【図３】異常検出器の動作を説明するフローチャートである。
【図４】従来技術において、モータが回転しない場合の異常検出器の動作を説明するタイムチャートである。
【図５】本発明の実施形態において、モータが回転しない場合の異常検出器の動作を説明するタイムチャートである。
【図６】従来技術において、モータが逆極性にて回転する場合の異常検出器の動作を説明するタイムチャートである。
【図７】本発明の実施形態において、モータが逆極性にて回転する場合の異常検出器の動作を説明するタイムチャートである。
【図８】正常運転時の各信号のタイミングを説明する波形である。
【図９】モータが回転しない場合の各信号のタイミングを説明する波形である。
【図１０】モータが逆極性にて回転する場合の各信号のタイミングを説明する波形である。
【図１１】従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。本発明によるモータ制御装置の特徴は、モータが暴走する状態を、トルク指令、及びモータフィードバック速度を微分した加速度に基づいて判定することにある。これにより、モータの速度指令及び回転速度に基づいて判定する従来技術に比べ、モータが暴走する状態を短時間に判定してモータ制御を停止することができる。例えば、モータが高速回転する前の低速回転しているときに異常を検出し、モータ制御を停止することができる。したがって、モータ及び制御対象である機械への悪影響を軽減することができ、安全性を確保することができる。
【００２５】
〔モータ制御装置の構成〕
まず、本発明の実施形態によるモータ制御装置の構成について説明する。図１は、モータ制御装置の構成を示すブロック図である。このモータ制御装置１は、速度指令生成器１０１、減算器１０２、速度制御器１０３、インバータ１０４、カウンタ１０５、微分器１０６及び異常検出器１０を備えている。
【００２６】
モータ制御装置１は、図示しない電源から３相交流電力の供給を受け、モータ１１３が所定の速度で回転するように、モータ駆動のための交流電力を供給する。また、モータ制御装置１は、パルスジェネレータ１１４から、モータ１１３の回転に伴うパルス信号をフィードバック信号として入力する。モータ１１３は、例えば永久磁石同期モータである。
【００２７】
速度指令生成器１０１は、制御対象である機械の動作パターンが反映された速度指令ω＊を生成し、減算器１０２に出力する。尚、速度指令ω＊は、予め設定されていてもよい。カウンタ１０５は、パルスジェネレータ１１４から、モータ１１３の回転に伴うパルス信号を入力し、パルス信号をカウントし、カウント値からモータ１１３の回転位置を示す位相角θを算出し、位相角θを微分器１０６に出力する。微分器１０６は、カウンタ１０５から、モータ１１３の回転位置を示す位相角θを入力し、位相角θを時間微分して速度（回転速度）ωを算出し、速度ωを減算器１０２及び異常検出器１０に出力する。
【００２８】
減算器１０２は、速度指令生成器１０１から速度指令ω＊を入力すると共に、微分器１０６から速度ωを入力し、速度指令ω＊から速度ωを減算し、減算結果を速度偏差Δωとして速度制御器１０３に出力する。
【００２９】
速度制御器１０３は、減算器１０２から速度偏差Δωを入力し、速度偏差Δωが０（ゼロになるように、Ｐ制御またはＰＩ制御によりトルク指令Ｔ＊を算出し、トルク指令Ｔ＊をインバータ１０４及び異常検出器１０に出力する。ここで、ＰＩ制御におけるＰは比例要素を示すパラメータであり、Ｉは積分要素を示すパラメータである。
【００３０】
インバータ１０４は、速度制御器１０３からトルク指令Ｔ＊を入力すると共に、異常検出器１０から後述する異常信号を入力し、異常信号を入力していない場合、トルク指令Ｔ＊に応じたｑ軸電流指令ｉｑ＊を、例えば比例関係になるように算出し、インバータ１０４の出力電圧が所定の値以下になるようにｄ軸電流指令ｉｄ＊を算出する。そして、インバータ１０４は、ｑ軸電流指令ｉｑ＊及びｄ軸電流指令ｉｄ＊等に基づいて出力電圧指令信号を算出し、出力電圧指令信号に応じてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により出力電圧及び出力周波数を制御し、交流電力をモータ１１３へ供給する。これにより、モータ１１３の速度ωが、速度指令生成器１０１により生成された速度指令ω＊に合致するように、モータ１１３の速度制御が行われる。また、インバータ１０４は、異常検出器１０から異常信号を入力すると、モータ１１３への交流電力の供給を停止する。
【００３１】
異常検出器１０は、微分器１０６から速度ωを入力すると共に、速度制御器１０３からトルク指令Ｔ＊を入力し、速度ωを時間微分して加速度ω’（回転加速度）を算出し、加速度ω’に乗算パラメータＪＢＡＲを乗算し、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分を算出し、差分が予め設定された値以上の場合に異常を検出し、異常信号をインバータ１０４に出力する。これにより、モータ１１３が暴走する状態であると判定し、異常信号によりインバータ１０４を停止させることができる。
【００３２】
〔異常検出器の構成及び動作〕
次に、図１に示した異常検出器１０の構成及び動作について詳細に説明する。図２は、異常検出器１０の構成を示すブロック図である。図３は、異常検出器１０の動作を説明するフローチャートである。この異常検出器１０は、一次遅れ回路１１、微分器１２、一次遅れ回路１３、乗算器１６、差分検出器１４及び比較器１５を備えている。
【００３３】
一次遅れ回路１１は、速度制御器１０３からトルク指令Ｔ＊を入力し（ステップＳ３１）、入力したトルク指令Ｔ＊が変化した場合、一次遅れ処理により滑らかに変化するような新たなトルク指令Ｔ＊を算出し、新たなトルク指令Ｔ＊を差分検出器１４に出力する（ステップＳ３２）。これにより、トルク指令Ｔ＊に対するノイズが除去される。
【００３４】
微分器１２は、微分器１０６から速度ωを入力し（ステップＳ３３）、速度ωを時間微分して加速度ω’を算出し、加速度ω’を一次遅れ回路１３に出力する（ステップＳ３４）。一次遅れ回路１３は、微分器１２から加速度ω’を入力し、入力した加速度ω’が変化した場合、一次遅れ処理により滑らかに変化するような新たな加速度ω’を算出し、新たな加速度ω’を乗算器１６に出力する（ステップＳ３５）。乗算器１６は、一次遅れ回路１３から新たな加速度ω’を入力し、予め設定された乗算パラメータＪＢＡＲを乗算し、差分検出器１４に出力する（ステップＳ３５）。乗算パラメータＪＢＡＲは、トルク指令Ｔ＊に対する加速度ω’の応答遅れを吸収するためのパラメータである。これにより、加速度ω’×ＪＢＡＲは、トルク指令Ｔ＊に対応する値になるから、トルク指令Ｔ＊に基づいて交流電力がインバータ１０４からモータ１１３へ供給され、供給された交流電力によってモータ１１３が回転し、フィードバック信号が出力されて加速度ω’が算出されるまでの応答遅れを吸収することができ、誤動作を防止することができる。
【００３５】
差分検出器１４は、一次遅れ回路１１からトルク指令Ｔ＊を入力すると共に、乗算器１６から加速度ω’×ＪＢＡＲを入力し、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値を算出し、差分の絶対値を比較器１５に出力する（ステップＳ３６）。
【００３６】
比較器１５は、差分検出器１４から、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値を入力すると共に、予め設定された、モータ１１３における定格トルクの１００％の値を入力する。そして、比較器１５は、差分の絶対値と定格トルクの１００％の値とを比較し（ステップＳ３７）、差分の絶対値が定格トルクの１００％の値以上であると判定した場合（ステップＳ３７：Ｙ）、異常を検出してモータ１１３は暴走していると判定し、異常信号をインバータ１０４に出力する（ステップＳ３８）。一方、比較器１５は、差分の絶対値が定格トルクの１００％の値以上でないと判定した場合（ステップＳ３７：Ｎ）、異常は発生しておらず、モータ１１３は暴走していないと判定し、異常信号を出力しない。尚、差分の絶対値と比較する値を定格トルクの１００％としたが、これは例示であり、モータ１１３の容量、制御対象である機械、速度指令ω＊のパターン等に応じて適切に設定される。
【００３７】
〔異常検出器の動作タイミング〕
次に、図１及び図２に示した異常検出器１０の動作タイミングについて、モータ１１３が回転しない場合及びモータ１１３が逆極性にて回転する場合を、図１１に示した従来のモータ制御装置１００における異常検出器１２０と比較して詳細に説明する。
【００３８】
（モータが回転しない場合）
まず、モータ制御装置１，１００が交流電力をモータ１１３へ供給しているにもかかわらず、モータ１１３が回転しない場合の動作タイミングについて詳細に説明する。インバータ１０４の運転が開始し、速度指令ω＊から算出されたトルク指令Ｔ＊に応じて交流電力がモータ１１３へ供給されても、モータ１１３が回転しない場合を想定する。モータ１１３が回転しないから、フィードバック信号から算出された速度ωは０（ゼロ）を維持する。
【００３９】
図４は、従来のモータ制御装置１００において、モータ１１３が回転しない場合の異常検出器１２０の動作を説明するタイムチャートである。従来のモータ制御装置１００では、モータ１１３が回転しない場合、速度ω（＝０）が定格回転速度の５％の値以下であるから、図１１に示した比較器１０８の出力信号はＯＮの状態を維持する。そして、速度指令ω＊が定格回転速度の１０％の値に到達したタイミング（ａ’）で、比較器１０７の出力信号がＯＮし（ｂ’）、比較器１０８の出力信号はＯＮであるから、ＡＮＤ回路１１０の出力信号もＯＮする（ｃ’）。そして、遅延器１１１による遅延処理により、ＡＮＤ回路１１０の出力信号がＯＮしてから遅延時間Ｄ後に、異常信号がインバータ１０４に出力され（ｄ’）、インバータ１０４の運転が停止する（ｅ’）。
【００４０】
このように、モータ制御装置１００のスタートアップ時において、運転が開始してから時間ｔ１後に、モータ１１３が回転しないという暴走が判定され、インバータ１０４の運転が停止する。暴走判定時間ｔ１は、モータ１１３の速度ωが５％以下の状態で、速度指令ω＊が定格回転速度の１０％の値に到達するまでの時間（すなわち、速度指令生成器１０１により生成される速度指令ω＊のパターン）、及び遅延器１１１における遅延時間Ｄ（例えば１００〜２００ｍｓｅｃ）に依存する。尚、遅延器１１１における遅延時間Ｄは、前述したとおり、誤動作防止のために必要な時間である。
【００４１】
図５は、本発明の実施形態によるモータ制御装置１において、モータ１１３が回転しない場合の異常検出器１０の動作を説明するタイムチャートである。モータ制御装置１では、モータ１１３が回転しない場合、モータ１１３の速度ωは０（ゼロ）であり、加速度ω’及び加速度ω’×ＪＢＡＲも０（ゼロ）であり、速度ω（＝０）及び増加する速度指令ω＊の値が速度偏差Δω及びトルク指令Ｔ＊に反映され、トルク指令Ｔ＊の値が増加する。そして、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が増加し、定格トルクの１００％の値に到達したタイミング（ａ）で、異常信号がインバータ１０４に出力され（ｂ）、インバータ１０４の運転が停止する（ｃ）。
【００４２】
このように、モータ制御装置１のスタートアップ時において、運転が開始してから時間ｔ２後に、モータ１１３が回転しないという暴走が判定され、インバータ１０４の運転が停止する。暴走判定時間ｔ２は、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が定格トルクの１００％の値に到達するまでの時間（すなわち、速度制御器１０３において速度偏差Δωから算出されるトルク指令Ｔ＊）に依存する。
【００４３】
以上のように、異常信号は、従来のモータ制御装置１００では、モータ１１３の速度情報（速度指令ω＊及び速度ω）に基づいた条件を満たし、かつ、遅延時間Ｄ後に出力されるのに対し、本発明の実施形態によるモータ制御装置１では、モータ１１３の加速度情報（トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値）に基づいた条件を満たしたときに出力される。つまり、モータ制御装置１では、異常信号は、遅延時間Ｄ待たされることなく、条件が満たされたときに直ちに出力される。したがって、図４及び図５において、暴走判定時間ｔ１＞ｔ２となるから、モータ制御装置１は、モータ１１３が回転しないという異常を、従来よりも短時間で検出し、モータ１１３の暴走を防止することができる。これにより、モータ１１３が暴走することによって生じるモータ１１３及び制御対象である機械への悪影響を軽減することができ、安全性を確保することができる。
【００４４】
（モータが逆極性にて回転する場合）
次に、モータ制御装置１，１００が交流電力をモータ１１３へ供給しているときに、モータ１１３が逆極性にて回転する場合の動作タイミングについて詳細に説明する。インバータ１０４の運転が開始し、速度指令ω＊から算出されたトルク指令Ｔ＊に応じて交流電力がモータ１１３へ供給され、モータ１１３が逆極性にて回転する場合を想定する。モータ１１３は逆極性にて回転するから、フィードバック信号である速度ωはマイナスになる。また、図１に示した速度制御器１０３は、速度偏差Δωが０（ゼロ）になるように制御することができず、トルク指令Ｔ＊の値の増加に伴って、速度ωがマイナス方向に増加すると共に速度偏差Δωも増加する。
【００４５】
図６は、従来のモータ制御装置１００において、モータ１１３が逆極性にて回転する場合の異常検出器１２０の動作を説明するタイムチャートである。従来のモータ制御装置１００では、モータ１１３が逆極性にて回転する場合、トルク指令Ｔ＊の値の増加に伴って速度ωがマイナス方向に増加し、速度ωが定格回転速度の１１０％の値に到達したタイミング（ａ’）で、比較器１０９の出力信号がＯＮする（ｂ’）。そして、遅延器１１２による遅延処理により、比較器１０９の出力信号がＯＮしてから遅延時間Ｄ後に、異常信号がインバータ１０４に出力され（ｃ’）、インバータ１０４の運転が停止する（ｄ’）。
【００４６】
このように、モータ制御装置１００のスタートアップ時において、運転が開始してから時間ｔ３後に、モータ１１３が高速で運転している状態において、モータ１１３が逆極性にて回転しているという暴走が判定され、インバータ１０４の運転が停止する。暴走判定時間ｔ３は、速度ωが定格回転速度の１１０％の値に到達するまでの時間、及び遅延器１１２における遅延時間Ｄ（例えば１００〜２００ｍｓｅｃ）に依存する。尚、遅延器１１２における遅延時間Ｄは、前述したとおり、誤動作防止のために必要な時間である。
【００４７】
図７は、本発明の実施形態によるモータ制御装置１において、モータ１１３が逆極性にて回転する場合の異常検出器１０の動作を説明するタイムチャートである。モータ制御装置１では、モータ１１３が逆極性にて回転する場合、トルク指令Ｔ＊の値の増加に伴って速度ωがマイナス方向に増加し、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が増加し、定格トルクの１００％の値に到達したタイミング（ａ）で、異常信号がインバータ１０４に出力され（ｂ）、インバータ１０４の運転が停止する（ｃ）。
【００４８】
このように、モータ制御装置１のスタートアップ時において、運転が開始してから時間ｔ４後に、モータ１１３が逆極性にて回転しているという暴走が判定され、インバータ１０４の運転が停止する。暴走判定時間ｔ４は、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が定格トルクの１００％の値に到達するまでの時間（すなわち、速度制御器１０３において速度偏差Δωから算出されるトルク指令Ｔ＊）に依存する。
【００４９】
以上のように、異常信号は、従来のモータ制御装置１００では、モータ１１３の速度情報（速度ω）に基づいた条件を満たし、かつ、遅延時間Ｄ後に出力されるのに対し、本発明の実施形態によるモータ制御装置１では、モータ１１３の加速度情報（トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値）に基づいた条件を満たしたときに出力される。つまり、モータ制御装置１では、異常信号は、遅延時間Ｄ待たされることなく、また、速度ωが１１０％の値に到達するまで待たされることなく、条件が満たされたときに直ちに出力される。したがって、図６及び図７において、暴走判定時間ｔ３＞ｔ４となるから、モータ制御装置１は、モータ１１３が逆極性にて回転するという異常を、従来よりも短時間で検出し、モータ１１３の暴走を防止することができる。また、モータ制御装置１は、モータ１１３が高速回転する前の低速回転しているときに、異常を検出することができる。これにより、モータ１１３が高速回転することを防止し、モータ１１３が暴走することによって生じるモータ１１３及び制御対象である機械への悪影響を軽減することができ、優れた安全性を確保することができる。
【００５０】
〔実験結果〕
次に、計算機シミュレーションによる実験結果について説明する。図８は、本発明の実施形態によるモータ制御装置１において、正常運転時の各信号のタイミングを説明する波形である。図８から、速度指令ω＊の増加に伴って、トルク指令Ｔ＊は急峻に増加し、モータ１１３の速度ωも増加する。加速度ω’×ＪＢＡＲはトルク指令Ｔ＊に対応した波形になり、速度制御器１０３において、速度指令ω＊＝速度ω（速度偏差Δω＝０）になるように制御され、トルク指令Ｔ＊、加速度ω’、加速度ω’×ＪＢＡＲ及び差分（｜Ｔ＊−ω’×ＪＢＡＲ｜）が０（ゼロ）になって安定する。トルク指令Ｔ＊は急峻に増加するが、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値はさほど変化せず、定格トルクの１００％の値に到達しないから、異常信号は出力されない。
【００５１】
図９は、モータ１１３が回転しない場合の各信号のタイミングを説明する波形である。図９において、暴走判定時間ｔ１，ｔ２、及び時点ａ，ｂ，ａ’，ｄ’は、図４及び図５に対応している。従来のモータ制御装置１００では、異常信号は、モータ１１３の速度情報（速度指令ω＊及び速度ω）に基づいた条件を満たし（ａ’）、かつ、遅延時間Ｄ後に出力される（ｄ’）。これに対し、本発明の実施形態によるモータ制御装置１では、異常信号は、モータ１１３の加速度情報（トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値）に基づいた条件を満たしたときに（ａ）出力される（ｂ）。つまり、図９から、暴走判定時間ｔ１＞ｔ２となることがわかる。したがって、モータ制御装置１は、モータ１１３が回転しないという異常を、従来よりも短時間で検出し、モータ１１３の暴走を防止することができる。
【００５２】
図１０は、モータ１１３が逆極性にて回転する場合の各信号のタイミングを説明する波形である。図１０において、暴走判定時間ｔ３，ｔ４、及び時点ａ，ｂ，ａ’，ｃ’は、図６及び図７に対応している。従来のモータ制御装置１００では、異常信号は、モータ１１３の速度情報（速度ω）に基づいた条件を満たし（ａ’）、かつ、遅延時間Ｄ後に出力される（ｃ’）。これに対し、本発明の実施形態によるモータ制御装置１では、異常信号は、モータ１１３の加速度情報（トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値）に基づいた条件を満たしたときに（ａ）出力される（ｂ）。つまり、図１０から、暴走判定時間ｔ３＞ｔ４となることがわかる。したがって、モータ制御装置１は、モータ１１３が逆極性にて回転するという異常を、従来よりも短時間で、モータ１１３が高速回転する前の低速回転しているときに検出し、モータ１１３の暴走を防止することができる。
【００５３】
尚、図５、図７、図９及び図１０に示した本発明の実施形態によるモータ制御装置１の動作タイミングにおいて、暴走判定時間ｔ２，ｔ４は、異常検出器１０の比較器１５において予め設定される定格トルクに応じた値に依存する。オペレータは、比較器１５において定格トルクの値を１００％よりも小さい値に設定することにより、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が定格トルクの値に到達する時間を一層短くすることができ、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を一層短くすることができる。これに対し、オペレータは、比較器１５において定格トルクの値を１００％よりも大きい値に設定することにより、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が定格トルクの値に到達する時間を一層長くすることができ、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を一層長くすることができる。つまり、異常検出器１０の比較器１５において定格トルクに応じた値を設定することにより、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を調整することができる。
【００５４】
また、暴走判定時間ｔ２，ｔ４は、モータ制御装置１の速度制御器１０３において予め設定される比例要素Ｐのパラメータの値に依存する。オペレータは、モータ制御による実運転に影響を与えない範囲において、比例要素Ｐを大きい値に設定することにより、速度制御器１０３により算出されるトルク指令Ｔ＊の傾きを大きくし、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値の傾きも大きくすることができる。この場合、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が定格トルクの１００％の値に到達する時間を一層短くすることができ、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を一層短くすることができる。これに対し、オペレータは、モータ制御による実運転に影響を与えない範囲において、比例要素Ｐを小さい値に設定することにより、速度制御器１０３により算出されるトルク指令Ｔ＊の傾きを小さくし、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値の傾きも小さくすることができる。この場合、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が定格トルクの１００％の値に到達する時間を一層長くすることができ、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を一層長くすることができる。つまり、モータ制御による実運転に影響を与えない範囲において、速度制御器１０３の比例要素Ｐのパラメータの値を設定することにより、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を調整することができる。
【００５５】
また、モータ制御による実運転に影響を与えない範囲において、速度制御器１０３の積分要素Ｉのパラメータの値を設定することによっても、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を調整することができる。すなわち、オペレータは、モータ制御による実運転に影響を与えない範囲において、積分要素Ｉを小さい値に設定することにより、速度制御器１０３により算出されるトルク指令Ｔ＊の傾きを大きくし、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値の傾きも大きくすることができ、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を一層短くすることができる。また、オペレータは、モータ制御による実運転に影響を与えない範囲において、積分要素Ｉを大きい値に設定することにより、速度制御器１０３により算出されるトルク指令Ｔ＊の傾きを小さくし、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値の傾きも小さくすることができ、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を一層長くすることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１，１００ モータ制御装置
１０，１２０ 異常検出器
１１，１３ 一次遅れ回路
１２，１０６ 微分器
１４ 差分検出器
１５，１０７，１０８，１０９ 比較器
１６ 乗算器
１０１ 速度指令生成器
１０２ 減算器
１０３ 速度制御器
１０４ インバータ
１０５ カウンタ
１１０ ＡＮＤ回路
１１１，１１２ 遅延器
１１３ モータ
１１４ パルスジェネレータ
ω＊ 速度指令
ω 速度（回転速度）
ω’ 加速度（回転加速度）
Δω 速度偏差
Ｔ＊ トルク指令
θ 位相角
ＪＢＡＲ 乗算パラメータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置及び異常検出方法に関し、特に、モータの暴走を防止するための異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータを所定の速度で駆動し、制御対象を制御するモータ制御装置として、速度指令とモータフィードバックによる回転速度との間の速度偏差を算出し、この速度偏差からトルク指令を算出し、トルク指令に基づいてインバータによりモータを駆動するものが知られている。
【０００３】
図１１は、従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。この従来のモータ制御装置１００は、速度指令生成器１０１、減算器１０２、速度制御器１０３、インバータ１０４、カウンタ１０５、微分器１０６及び異常検出器１２０を備えている。モータ制御装置１００は、速度指令生成器１０１により生成された速度指令ω＊にてモータ１１３を回転制御するために、インバータ１０４により生成された交流電力をモータ１１３へ供給する。また、モータ制御装置１００は、パルスジェネレータ１１４から、モータ１１３の回転に伴うパルス信号をフィードバック信号として入力し、カウンタ１０５においてフィードバック信号をカウントして回転位置を示す位相角θを算出し、微分器１０６において位相角θからモータ１１３の速度ωを算出する。
【０００４】
異常検出器１２０は、比較器１０７〜１０９、ＡＮＤ回路１１０及び遅延器１１１，１１２を備えている。異常検出器１２０は、フィードバック信号から算出されたモータ１１３の速度ωに基づいて、フィードバック信号の異常及びモータ１１３の回転数オーバーの異常を検出し、モータ１１３の暴走を判定する。そして、異常検出器１２０は、異常信号をインバータ１０４に出力する。インバータ１０４は、異常検出器１２０から異常信号を入力すると、運転を停止し、モータ１１３への交流電力の供給を停止する。
【０００５】
ここで、暴走とは、モータ１１３がオペレータの意図しない速度または方向で回転する状態をいい、具体的には、モータ制御装置１００が交流電力をモータ１１３へ供給しているにもかかわらず、モータ１１３が回転しない状態、または、モータ制御装置１００がモータ１１３へ供給する交流電力とは逆の極性にてモータ１１３が回転する状態をいう。後者は、例えば、モータ制御装置１００が正転方向の交流電力を供給しているのに対し、モータ１１３が逆転方向に回転する状態をいい、または、モータ制御装置１００が逆転方向の交流電力を供給しているのに対し、モータ１１３が正転方向に回転する状態をいう。このような暴走は、特に、オペレータによりモータ制御装置１００に設定されるパラメータの誤り、モータ制御装置１００とモータ１１３との間の配線ミス等が原因であり、モータ制御装置１００のスタートアップ時に発生する。後述するモータ制御装置１においても同様である。
【０００６】
また、異常信号を入力することによってインバータ１０４の運転を停止し、モータ１１３への交流電力の供給を停止するとは、例えば、インバータＲＵＮの信号をＯＦＦにすることにより、モータ１１３をフリーランの状態にする、または回生停止状態にすることをいう。これらの運転停止の形態は、インバータ１０４に対するパラメータの設定によって、予め決められる。後述するモータ制御装置１においても同様である。
【０００７】
以下、異常検出器１２０について詳細に説明する。異常検出器１２０の比較器１０７は、速度指令生成器１０１により生成された速度指令ω＊を入力すると共に、予め設定された、モータ１１３における定格回転速度の１０％の値を入力する。そして、比較器１０７は、速度指令ω＊と定格回転速度の１０％の値とを比較し、速度指令ω＊が定格回転速度の１０％の値以上であると判定した場合、判定結果ＯＮの信号をＡＮＤ回路１１０に出力する。一方、比較器１０７は、速度指令ω＊が定格回転速度の１０％の値以上でないと判定した場合、判定結果ＯＦＦの信号をＡＮＤ回路１１０に出力する。
【０００８】
比較器１０８は、微分器１０６からモータ１１３の速度ωを入力すると共に、予め設定された定格回転速度の５％の値を入力する。そして、比較器１０８は、速度ωと定格回転速度の５％の値とを比較し、速度ωが定格回転速度の５％の値以下であると判定した場合、判定結果ＯＮの信号をＡＮＤ回路１１０に出力する。一方、比較器１０８は、速度ωが定格回転速度の５％の値以下でないと判定した場合、判定結果ＯＦＦの信号をＡＮＤ回路１１０に出力する。
【０００９】
ＡＮＤ回路１１０は、比較器１０７，１０８から判定結果ＯＮまたはＯＦＦの信号を入力し、比較器１０７から入力した信号が判定結果ＯＮであり、かつ比較器１０８から入力した信号が判定結果ＯＮである場合、ＯＮの信号を遅延器１１１に出力する。一方、ＡＮＤ回路１１０は、比較器１０７，１０８から入力した信号の少なくとも一方の信号が判定結果ＯＦＦである場合、ＯＦＦの信号を遅延器１１１に出力する。すなわち、ＡＮＤ回路１１０は、速度指令ω＊が定格回転速度の１０％の値以上であり、かつ速度ωが定格回転速度の５％の値以下である場合、ＯＮの信号を遅延器１１１に出力し、前記以外の場合（すなわち、速度指令ω＊が定格回転速度の１０％の値以上でない場合、または速度ωが定格回転速度の５％の値以下でない場合）、ＯＦＦの信号を遅延器１１１に出力する。
【００１０】
遅延器１１１は、ＡＮＤ回路１１０からＯＮまたはＯＦＦの信号を入力し、ＯＮの信号を入力している時間と、予め設定された時間（例えば１００〜２００ｍｓｅｃ、後述する図４の遅延時間（ＯＮディレイ時間）Ｄに相当する。）とを比較し、ＯＮの信号を入力している時間が予め設定された時間以上であると判定した場合、異常を検出してモータ１１３は暴走していると判定し、異常信号をインバータ１０４に出力する。一方、遅延器１１１は、ＯＦＦの信号を入力した場合、または、ＯＮの信号を入力している時間が予め設定された時間よりも短いと判定した場合、異常は発生しておらず、モータ１１３は暴走していないと判定して、異常信号を出力しない。この遅延器１１１は、速度指令ω＊による交流電力がモータ１１３へ供給され、供給された交流電力によってモータ１１３が回転してフィードバック信号が出力されるまでの応答遅れを吸収し誤動作を防止するために、遅延処理を行う。
【００１１】
比較器１０９は、微分器１０６からモータ１１３の速度ωを入力すると共に、予め設定された定格回転速度の１１０％の値を入力する。そして、比較器１０９は、速度ωと定格回転速度の１１０％の値とを比較し、速度ωが定格回転速度の１１０％の値以上であると判定した場合、判定結果ＯＮの信号を遅延器１１２に出力する。一方、比較器１０９は、速度ωが定格回転速度の１１０％の値以上でないと判定した場合、判定結果ＯＦＦの信号を遅延器１１２に出力する。
【００１２】
遅延器１１２は、比較器１０９から判定結果ＯＮまたはＯＦＦの信号を入力し、判定結果ＯＮの信号を入力している時間と、予め設定された時間（例えば１００〜２００ｍｓｅｃ、後述する図６の遅延時間Ｄに相当する。）とを比較し、ＯＮの信号を入力している時間が予め設定された時間以上であると判定した場合、異常を検出してモータ１１３は暴走していると判定し、異常信号をインバータ１０４に出力する。一方、遅延器１１２は、ＯＦＦの信号を入力した場合、または、ＯＮの信号を入力している時間が予め設定された時間よりも短いと判定した場合、異常は発生しておらず、モータ１１３は暴走していないとして、異常信号を出力しない。この遅延器１１２は、遅延器１１１と同様の理由により、誤動作を防止するために遅延処理を行う。
【００１３】
このように、モータ制御装置１００によれば、異常検出器１２０は、速度指令ω＊が予め設定された値（定格回転速度の１０％の値）以上であり、かつ速度ωが予め設定された値（定格回転速度の５％の値）以下であると判定した場合、異常信号をインバータ１０４に出力するようにした。これにより、速度指令ω＊に応じた交流電力をモータ１１３へ供給しているにもかかわらず、モータ１１３が十分に回転していない場合は、フィードバック信号の異常によってモータ１１３が暴走していると判定し、インバータ１０４の運転を停止させることができる。
【００１４】
また、異常検出器１２０は、速度ωが予め設定された値（定格回転速度の１１０％の値）以上であると判定した場合、異常信号をインバータ１０４に出力するようにした。これにより、モータ１１３が高速回転している場合は逆極性にて回転しているとして、モータ１１３の回転数オーバーの異常によってモータ１１３が暴走していると判定することができ、インバータ１０４の運転を停止させることができる。
【００１５】
ところで、モータ１１３の暴走判定手法には、図１１に示した、モータ１１３の速度ωに基づいて暴走を判定する手法だけでなく、様々な手法が知られている。例えば、特許文献１には、モータの位置偏差に基づいて検出する手法が記載されており、特許文献２には、モータの速度偏差に基づいて検出する手法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００９−２０１２１０号公報
【特許文献２】特開平１１−２１５８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、図１１に示したモータ制御装置１００では、モータ１１３の速度指令ω＊及び速度ωに基づいてモータ制御の異常を検出するから、遅延器１１１，１１２により誤動作防止のための遅延処理が行われ、しかも、モータ１１３の回転数オーバーの異常を検出するためには、速度ωが定格回転速度の１１０％の値になるまで待つ必要がある。このため、モータ１１３の暴走を判定するのに時間がかかるという問題があった。暴走を判定するまでに長時間を要する場合は、モータ１１３及び制御対象である機械に対して不要な負荷を与えてしまう恐れがある。
【００１８】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータ制御の異常を短時間で検出し、モータの暴走を防止することが可能なモータ制御装置及び異常検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明によるモータ制御装置は、モータの回転速度が所定の速度になるように、フィードバック制御してトルク指令を算出し、前記トルク指令に応じてインバータから前記モータへ交流電力を供給するモータ制御装置において、前記モータを所定の速度で回転させるための速度指令を生成する速度指令生成器と、前記速度指令生成器により生成された速度指令と、前記モータからのフィードバック信号に基づいて算出された前記モータの回転速度との間の速度偏差を算出する減算器と、前記減算器により算出された速度偏差がゼロになるように、トルク指令を算出する速度制御器と、前記速度制御器により算出されたトルク指令に応じて、交流電力を前記モータへ供給するインバータと、異常を検出した場合、前記インバータからモータへのトルク指令に応じた交流電力の供給を停止させる異常検出器と、を備え、前記異常検出器が、前記モータの回転速度から回転加速度を算出し、前記速度制御器により算出されたトルク指令及び前記回転加速度に基づいて異常を検出することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明によるモータ制御装置は、前記異常検出器が、前記モータからのフィードバック信号に基づいて算出された前記モータの回転速度を時間微分し、前記モータの回転加速度を算出する微分器、前記微分器により算出された回転加速度に、予め設定された値を乗算する乗算器、前記速度制御器により算出されたトルク指令と、前記乗算器による乗算結果との間の差分の絶対値を算出する差分検出器、及び、前記差分検出器により算出された差分の絶対値と、前記モータの定格トルクに応じて予め設定された値とを比較し、前記差分の絶対値が前記予め設定された値以上のときに前記異常を検出する比較器を備えたことを特徴とする。
【００２１】
さらに、本発明による異常検出方法は、モータの回転速度が所定の速度になるように、フィードバック制御してトルク指令を算出し、前記トルク指令に応じてインバータから前記モータへ交流電力を供給するモータ制御装置における異常検出方法において、前記モータを所定の速度で回転させるための速度指令を生成するステップと、前記速度指令と前記モータの回転速度との間の速度偏差を算出するステップと、前記速度偏差がゼロになるように、トルク指令を算出するステップと、前記トルク指令に応じて、交流電力を前記モータへ供給するステップと、前記交流電力によるモータの回転に伴うパルス信号を、フィードバック信号として入力し、前記フィードバック信号に基づいて前記モータの回転速度を算出するステップと、前記一連のステップによるモータ制御の異常を検出するステップと、前記異常を検出した場合、前記インバータからモータへのトルク指令に応じた交流電力の供給を停止するステップと、を有し、前記異常を検出するステップが、前記モータの回転速度を時間微分して回転加速度を算出し、前記回転加速度に予め設定された値を乗算し、前記トルク指令と前記乗算結果との間の差分の絶対値を算出し、前記差分の絶対値が前記モータの定格トルクに応じて予め設定された値以上のときに、前記異常を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、トルク指令及びモータの回転加速度に基づいて、モータ制御の異常を検出するようにした。これにより、モータの速度指令及び回転速度に基づいて異常を検出する場合に比べ、短時間で異常を検出することができ、モータの暴走を防止することができる。例えば、モータが低速回転しているときに異常を検出することができるから、この異常検出に伴って、モータが高速回転する前にモータ制御を停止することができ、安全にモータの暴走を防止することができる。また、モータが暴走することによって生じるモータ及び制御対象である機械への悪影響を軽減することができ、安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態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】異常検出器の構成を示すブロック図である。
【図３】異常検出器の動作を説明するフローチャートである。
【図４】従来技術において、モータが回転しない場合の異常検出器の動作を説明するタイムチャートである。
【図５】本発明の実施形態において、モータが回転しない場合の異常検出器の動作を説明するタイムチャートである。
【図６】従来技術において、モータが逆極性にて回転する場合の異常検出器の動作を説明するタイムチャートである。
【図７】本発明の実施形態において、モータが逆極性にて回転する場合の異常検出器の動作を説明するタイムチャートである。
【図８】正常運転時の各信号のタイミングを説明する波形である。
【図９】モータが回転しない場合の各信号のタイミングを説明する波形である。
【図１０】モータが逆極性にて回転する場合の各信号のタイミングを説明する波形である。
【図１１】従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。本発明によるモータ制御装置の特徴は、モータが暴走する状態を、トルク指令、及びモータフィードバック速度を微分した加速度に基づいて判定することにある。これにより、モータの速度指令及び回転速度に基づいて判定する従来技術に比べ、モータが暴走する状態を短時間に判定してモータ制御を停止することができる。例えば、モータが高速回転する前の低速回転しているときに異常を検出し、モータ制御を停止することができる。したがって、モータ及び制御対象である機械への悪影響を軽減することができ、安全性を確保することができる。
【００２５】
〔モータ制御装置の構成〕
まず、本発明の実施形態によるモータ制御装置の構成について説明する。図１は、モータ制御装置の構成を示すブロック図である。このモータ制御装置１は、速度指令生成器１０１、減算器１０２、速度制御器１０３、インバータ１０４、カウンタ１０５、微分器１０６及び異常検出器１０を備えている。
【００２６】
モータ制御装置１は、図示しない電源から３相交流電力の供給を受け、モータ１１３が所定の速度で回転するように、モータ駆動のための交流電力を供給する。また、モータ制御装置１は、パルスジェネレータ１１４から、モータ１１３の回転に伴うパルス信号をフィードバック信号として入力する。モータ１１３は、例えば永久磁石同期モータである。
【００２７】
速度指令生成器１０１は、制御対象である機械の動作パターンが反映された速度指令ω＊を生成し、減算器１０２に出力する。尚、速度指令ω＊は、予め設定されていてもよい。カウンタ１０５は、パルスジェネレータ１１４から、モータ１１３の回転に伴うパルス信号を入力し、パルス信号をカウントし、カウント値からモータ１１３の回転位置を示す位相角θを算出し、位相角θを微分器１０６に出力する。微分器１０６は、カウンタ１０５から、モータ１１３の回転位置を示す位相角θを入力し、位相角θを時間微分して速度（回転速度）ωを算出し、速度ωを減算器１０２及び異常検出器１０に出力する。
【００２８】
減算器１０２は、速度指令生成器１０１から速度指令ω＊を入力すると共に、微分器１０６から速度ωを入力し、速度指令ω＊から速度ωを減算し、減算結果を速度偏差Δωとして速度制御器１０３に出力する。
【００２９】
速度制御器１０３は、減算器１０２から速度偏差Δωを入力し、速度偏差Δωが０（ゼロになるように、Ｐ制御またはＰＩ制御によりトルク指令Ｔ＊を算出し、トルク指令Ｔ＊をインバータ１０４及び異常検出器１０に出力する。ここで、ＰＩ制御におけるＰは比例要素を示すパラメータであり、Ｉは積分要素を示すパラメータである。
【００３０】
インバータ１０４は、速度制御器１０３からトルク指令Ｔ＊を入力すると共に、異常検出器１０から後述する異常信号を入力し、異常信号を入力していない場合、トルク指令Ｔ＊に応じたｑ軸電流指令ｉｑ＊を、例えば比例関係になるように算出し、インバータ１０４の出力電圧が所定の値以下になるようにｄ軸電流指令ｉｄ＊を算出する。そして、インバータ１０４は、ｑ軸電流指令ｉｑ＊及びｄ軸電流指令ｉｄ＊等に基づいて出力電圧指令信号を算出し、出力電圧指令信号に応じてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により出力電圧及び出力周波数を制御し、交流電力をモータ１１３へ供給する。これにより、モータ１１３の速度ωが、速度指令生成器１０１により生成された速度指令ω＊に合致するように、モータ１１３の速度制御が行われる。また、インバータ１０４は、異常検出器１０から異常信号を入力すると、モータ１１３への交流電力の供給を停止する。
【００３１】
異常検出器１０は、微分器１０６から速度ωを入力すると共に、速度制御器１０３からトルク指令Ｔ＊を入力し、速度ωを時間微分して加速度ω’（回転加速度）を算出し、加速度ω’に乗算パラメータＪＢＡＲを乗算し、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分を算出し、差分が予め設定された値以上の場合に異常を検出し、異常信号をインバータ１０４に出力する。これにより、モータ１１３が暴走する状態であると判定し、異常信号によりインバータ１０４を停止させることができる。
【００３２】
〔異常検出器の構成及び動作〕
次に、図１に示した異常検出器１０の構成及び動作について詳細に説明する。図２は、異常検出器１０の構成を示すブロック図である。図３は、異常検出器１０の動作を説明するフローチャートである。この異常検出器１０は、一次遅れ回路１１、微分器１２、一次遅れ回路１３、乗算器１６、差分検出器１４及び比較器１５を備えている。
【００３３】
一次遅れ回路１１は、速度制御器１０３からトルク指令Ｔ＊を入力し（ステップＳ３１）、入力したトルク指令Ｔ＊が変化した場合、一次遅れ処理により滑らかに変化するような新たなトルク指令Ｔ＊を算出し、新たなトルク指令Ｔ＊を差分検出器１４に出力する（ステップＳ３２）。これにより、トルク指令Ｔ＊に対するノイズが除去される。
【００３４】
微分器１２は、微分器１０６から速度ωを入力し（ステップＳ３３）、速度ωを時間微分して加速度ω’を算出し、加速度ω’を一次遅れ回路１３に出力する（ステップＳ３４）。一次遅れ回路１３は、微分器１２から加速度ω’を入力し、入力した加速度ω’が変化した場合、一次遅れ処理により滑らかに変化するような新たな加速度ω’を算出し、新たな加速度ω’を乗算器１６に出力する（ステップＳ３５）。乗算器１６は、一次遅れ回路１３から新たな加速度ω’を入力し、予め設定された乗算パラメータＪＢＡＲを乗算し、差分検出器１４に出力する（ステップＳ３５）。乗算パラメータＪＢＡＲは、トルク指令Ｔ＊に対する加速度ω’の応答遅れを吸収するためのパラメータである。これにより、加速度ω’×ＪＢＡＲは、トルク指令Ｔ＊に対応する値になるから、トルク指令Ｔ＊に基づいて交流電力がインバータ１０４からモータ１１３へ供給され、供給された交流電力によってモータ１１３が回転し、フィードバック信号が出力されて加速度ω’が算出されるまでの応答遅れを吸収することができ、誤動作を防止することができる。
【００３５】
差分検出器１４は、一次遅れ回路１１からトルク指令Ｔ＊を入力すると共に、乗算器１６から加速度ω’×ＪＢＡＲを入力し、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値を算出し、差分の絶対値を比較器１５に出力する（ステップＳ３６）。
【００３６】
比較器１５は、差分検出器１４から、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値を入力すると共に、予め設定された、モータ１１３における定格トルクの１００％の値を入力する。そして、比較器１５は、差分の絶対値と定格トルクの１００％の値とを比較し（ステップＳ３７）、差分の絶対値が定格トルクの１００％の値以上であると判定した場合（ステップＳ３７：Ｙ）、異常を検出してモータ１１３は暴走していると判定し、異常信号をインバータ１０４に出力する（ステップＳ３８）。一方、比較器１５は、差分の絶対値が定格トルクの１００％の値以上でないと判定した場合（ステップＳ３７：Ｎ）、異常は発生しておらず、モータ１１３は暴走していないと判定し、異常信号を出力しない。尚、差分の絶対値と比較する値を定格トルクの１００％としたが、これは例示であり、モータ１１３の容量、制御対象である機械、速度指令ω＊のパターン等に応じて適切に設定される。
【００３７】
〔異常検出器の動作タイミング〕
次に、図１及び図２に示した異常検出器１０の動作タイミングについて、モータ１１３が回転しない場合及びモータ１１３が逆極性にて回転する場合を、図１１に示した従来のモータ制御装置１００における異常検出器１２０と比較して詳細に説明する。
【００３８】
（モータが回転しない場合）
まず、モータ制御装置１，１００が交流電力をモータ１１３へ供給しているにもかかわらず、モータ１１３が回転しない場合の動作タイミングについて詳細に説明する。インバータ１０４の運転が開始し、速度指令ω＊から算出されたトルク指令Ｔ＊に応じて交流電力がモータ１１３へ供給されても、モータ１１３が回転しない場合を想定する。モータ１１３が回転しないから、フィードバック信号から算出された速度ωは０（ゼロ）を維持する。
【００３９】
図４は、従来のモータ制御装置１００において、モータ１１３が回転しない場合の異常検出器１２０の動作を説明するタイムチャートである。従来のモータ制御装置１００では、モータ１１３が回転しない場合、速度ω（＝０）が定格回転速度の５％の値以下であるから、図１１に示した比較器１０８の出力信号はＯＮの状態を維持する。そして、速度指令ω＊が定格回転速度の１０％の値に到達したタイミング（ａ’）で、比較器１０７の出力信号がＯＮし（ｂ’）、比較器１０８の出力信号はＯＮであるから、ＡＮＤ回路１１０の出力信号もＯＮする（ｃ’）。そして、遅延器１１１による遅延処理により、ＡＮＤ回路１１０の出力信号がＯＮしてから遅延時間Ｄ後に、異常信号がインバータ１０４に出力され（ｄ’）、インバータ１０４の運転が停止する（ｅ’）。
【００４０】
このように、モータ制御装置１００のスタートアップ時において、運転が開始してから時間ｔ１後に、モータ１１３が回転しないという暴走が判定され、インバータ１０４の運転が停止する。暴走判定時間ｔ１は、モータ１１３の速度ωが５％以下の状態で、速度指令ω＊が定格回転速度の１０％の値に到達するまでの時間（すなわち、速度指令生成器１０１により生成される速度指令ω＊のパターン）、及び遅延器１１１における遅延時間Ｄ（例えば１００〜２００ｍｓｅｃ）に依存する。尚、遅延器１１１における遅延時間Ｄは、前述したとおり、誤動作防止のために必要な時間である。
【００４１】
図５は、本発明の実施形態によるモータ制御装置１において、モータ１１３が回転しない場合の異常検出器１０の動作を説明するタイムチャートである。モータ制御装置１では、モータ１１３が回転しない場合、モータ１１３の速度ωは０（ゼロ）であり、加速度ω’及び加速度ω’×ＪＢＡＲも０（ゼロ）であり、速度ω（＝０）及び増加する速度指令ω＊の値が速度偏差Δω及びトルク指令Ｔ＊に反映され、トルク指令Ｔ＊の値が増加する。そして、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が増加し、定格トルクの１００％の値に到達したタイミング（ａ）で、異常信号がインバータ１０４に出力され（ｂ）、インバータ１０４の運転が停止する（ｃ）。
【００４２】
このように、モータ制御装置１のスタートアップ時において、運転が開始してから時間ｔ２後に、モータ１１３が回転しないという暴走が判定され、インバータ１０４の運転が停止する。暴走判定時間ｔ２は、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が定格トルクの１００％の値に到達するまでの時間（すなわち、速度制御器１０３において速度偏差Δωから算出されるトルク指令Ｔ＊）に依存する。
【００４３】
以上のように、異常信号は、従来のモータ制御装置１００では、モータ１１３の速度情報（速度指令ω＊及び速度ω）に基づいた条件を満たし、かつ、遅延時間Ｄ後に出力されるのに対し、本発明の実施形態によるモータ制御装置１では、モータ１１３の加速度情報（トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値）に基づいた条件を満たしたときに出力される。つまり、モータ制御装置１では、異常信号は、遅延時間Ｄ待たされることなく、条件が満たされたときに直ちに出力される。したがって、図４及び図５において、暴走判定時間ｔ１＞ｔ２となるから、モータ制御装置１は、モータ１１３が回転しないという異常を、従来よりも短時間で検出し、モータ１１３の暴走を防止することができる。これにより、モータ１１３が暴走することによって生じるモータ１１３及び制御対象である機械への悪影響を軽減することができ、安全性を確保することができる。
【００４４】
（モータが逆極性にて回転する場合）
次に、モータ制御装置１，１００が交流電力をモータ１１３へ供給しているときに、モータ１１３が逆極性にて回転する場合の動作タイミングについて詳細に説明する。インバータ１０４の運転が開始し、速度指令ω＊から算出されたトルク指令Ｔ＊に応じて交流電力がモータ１１３へ供給され、モータ１１３が逆極性にて回転する場合を想定する。モータ１１３は逆極性にて回転するから、フィードバック信号である速度ωはマイナスになる。また、図１に示した速度制御器１０３は、速度偏差Δωが０（ゼロ）になるように制御することができず、トルク指令Ｔ＊の値の増加に伴って、速度ωがマイナス方向に増加すると共に速度偏差Δωも増加する。
【００４５】
図６は、従来のモータ制御装置１００において、モータ１１３が逆極性にて回転する場合の異常検出器１２０の動作を説明するタイムチャートである。従来のモータ制御装置１００では、モータ１１３が逆極性にて回転する場合、トルク指令Ｔ＊の値の増加に伴って速度ωがマイナス方向に増加し、速度ωが定格回転速度の１１０％の値に到達したタイミング（ａ’）で、比較器１０９の出力信号がＯＮする（ｂ’）。そして、遅延器１１２による遅延処理により、比較器１０９の出力信号がＯＮしてから遅延時間Ｄ後に、異常信号がインバータ１０４に出力され（ｃ’）、インバータ１０４の運転が停止する（ｄ’）。
【００４６】
このように、モータ制御装置１００のスタートアップ時において、運転が開始してから時間ｔ３後に、モータ１１３が高速で運転している状態において、モータ１１３が逆極性にて回転しているという暴走が判定され、インバータ１０４の運転が停止する。暴走判定時間ｔ３は、速度ωが定格回転速度の１１０％の値に到達するまでの時間、及び遅延器１１２における遅延時間Ｄ（例えば１００〜２００ｍｓｅｃ）に依存する。尚、遅延器１１２における遅延時間Ｄは、前述したとおり、誤動作防止のために必要な時間である。
【００４７】
図７は、本発明の実施形態によるモータ制御装置１において、モータ１１３が逆極性にて回転する場合の異常検出器１０の動作を説明するタイムチャートである。モータ制御装置１では、モータ１１３が逆極性にて回転する場合、トルク指令Ｔ＊の値の増加に伴って速度ωがマイナス方向に増加し、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が増加し、定格トルクの１００％の値に到達したタイミング（ａ）で、異常信号がインバータ１０４に出力され（ｂ）、インバータ１０４の運転が停止する（ｃ）。
【００４８】
このように、モータ制御装置１のスタートアップ時において、運転が開始してから時間ｔ４後に、モータ１１３が逆極性にて回転しているという暴走が判定され、インバータ１０４の運転が停止する。暴走判定時間ｔ４は、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が定格トルクの１００％の値に到達するまでの時間（すなわち、速度制御器１０３において速度偏差Δωから算出されるトルク指令Ｔ＊）に依存する。
【００４９】
以上のように、異常信号は、従来のモータ制御装置１００では、モータ１１３の速度情報（速度ω）に基づいた条件を満たし、かつ、遅延時間Ｄ後に出力されるのに対し、本発明の実施形態によるモータ制御装置１では、モータ１１３の加速度情報（トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値）に基づいた条件を満たしたときに出力される。つまり、モータ制御装置１では、異常信号は、遅延時間Ｄ待たされることなく、また、速度ωが１１０％の値に到達するまで待たされることなく、条件が満たされたときに直ちに出力される。したがって、図６及び図７において、暴走判定時間ｔ３＞ｔ４となるから、モータ制御装置１は、モータ１１３が逆極性にて回転するという異常を、従来よりも短時間で検出し、モータ１１３の暴走を防止することができる。また、モータ制御装置１は、モータ１１３が高速回転する前の低速回転しているときに、異常を検出することができる。これにより、モータ１１３が高速回転することを防止し、モータ１１３が暴走することによって生じるモータ１１３及び制御対象である機械への悪影響を軽減することができ、優れた安全性を確保することができる。
【００５０】
〔実験結果〕
次に、計算機シミュレーションによる実験結果について説明する。図８は、本発明の実施形態によるモータ制御装置１において、正常運転時の各信号のタイミングを説明する波形である。図８から、速度指令ω＊の増加に伴って、トルク指令Ｔ＊は急峻に増加し、モータ１１３の速度ωも増加する。加速度ω’×ＪＢＡＲはトルク指令Ｔ＊に対応した波形になり、速度制御器１０３において、速度指令ω＊＝速度ω（速度偏差Δω＝０）になるように制御され、トルク指令Ｔ＊、加速度ω’、加速度ω’×ＪＢＡＲ及び差分（｜Ｔ＊−ω’×ＪＢＡＲ｜）が０（ゼロ）になって安定する。トルク指令Ｔ＊は急峻に増加するが、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値はさほど変化せず、定格トルクの１００％の値に到達しないから、異常信号は出力されない。
【００５１】
図９は、モータ１１３が回転しない場合の各信号のタイミングを説明する波形である。図９において、暴走判定時間ｔ１，ｔ２、及び時点ａ，ｂ，ａ’，ｄ’は、図４及び図５に対応している。従来のモータ制御装置１００では、異常信号は、モータ１１３の速度情報（速度指令ω＊及び速度ω）に基づいた条件を満たし（ａ’）、かつ、遅延時間Ｄ後に出力される（ｄ’）。これに対し、本発明の実施形態によるモータ制御装置１では、異常信号は、モータ１１３の加速度情報（トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値）に基づいた条件を満たしたときに（ａ）出力される（ｂ）。つまり、図９から、暴走判定時間ｔ１＞ｔ２となることがわかる。したがって、モータ制御装置１は、モータ１１３が回転しないという異常を、従来よりも短時間で検出し、モータ１１３の暴走を防止することができる。
【００５２】
図１０は、モータ１１３が逆極性にて回転する場合の各信号のタイミングを説明する波形である。図１０において、暴走判定時間ｔ３，ｔ４、及び時点ａ，ｂ，ａ’，ｃ’は、図６及び図７に対応している。従来のモータ制御装置１００では、異常信号は、モータ１１３の速度情報（速度ω）に基づいた条件を満たし（ａ’）、かつ、遅延時間Ｄ後に出力される（ｃ’）。これに対し、本発明の実施形態によるモータ制御装置１では、異常信号は、モータ１１３の加速度情報（トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値）に基づいた条件を満たしたときに（ａ）出力される（ｂ）。つまり、図１０から、暴走判定時間ｔ３＞ｔ４となることがわかる。したがって、モータ制御装置１は、モータ１１３が逆極性にて回転するという異常を、従来よりも短時間で、モータ１１３が高速回転する前の低速回転しているときに検出し、モータ１１３の暴走を防止することができる。
【００５３】
尚、図５、図７、図９及び図１０に示した本発明の実施形態によるモータ制御装置１の動作タイミングにおいて、暴走判定時間ｔ２，ｔ４は、異常検出器１０の比較器１５において予め設定される定格トルクに応じた値に依存する。オペレータは、比較器１５において定格トルクの値を１００％よりも小さい値に設定することにより、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が定格トルクの値に到達する時間を一層短くすることができ、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を一層短くすることができる。これに対し、オペレータは、比較器１５において定格トルクの値を１００％よりも大きい値に設定することにより、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が定格トルクの値に到達する時間を一層長くすることができ、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を一層長くすることができる。つまり、異常検出器１０の比較器１５において定格トルクに応じた値を設定することにより、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を調整することができる。
【００５４】
また、暴走判定時間ｔ２，ｔ４は、モータ制御装置１の速度制御器１０３において予め設定される比例要素Ｐのパラメータの値に依存する。オペレータは、モータ制御による実運転に影響を与えない範囲において、比例要素Ｐを大きい値に設定することにより、速度制御器１０３により算出されるトルク指令Ｔ＊の傾きを大きくし、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値の傾きも大きくすることができる。この場合、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が定格トルクの１００％の値に到達する時間を一層短くすることができ、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を一層短くすることができる。これに対し、オペレータは、モータ制御による実運転に影響を与えない範囲において、比例要素Ｐを小さい値に設定することにより、速度制御器１０３により算出されるトルク指令Ｔ＊の傾きを小さくし、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値の傾きも小さくすることができる。この場合、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値が定格トルクの１００％の値に到達する時間を一層長くすることができ、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を一層長くすることができる。つまり、モータ制御による実運転に影響を与えない範囲において、速度制御器１０３の比例要素Ｐのパラメータの値を設定することにより、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を調整することができる。
【００５５】
また、モータ制御による実運転に影響を与えない範囲において、速度制御器１０３の積分要素Ｉのパラメータの値を設定することによっても、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を調整することができる。すなわち、オペレータは、モータ制御による実運転に影響を与えない範囲において、積分要素Ｉを小さい値に設定することにより、速度制御器１０３により算出されるトルク指令Ｔ＊の傾きを大きくし、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値の傾きも大きくすることができ、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を一層短くすることができる。また、オペレータは、モータ制御による実運転に影響を与えない範囲において、積分要素Ｉを大きい値に設定することにより、速度制御器１０３により算出されるトルク指令Ｔ＊の傾きを小さくし、トルク指令Ｔ＊と加速度ω’×ＪＢＡＲとの間の差分の絶対値の傾きも小さくすることができ、暴走判定時間ｔ２，ｔ４を一層長くすることができる。
【符号の説明】
【００５６】
１，１００ モータ制御装置
１０，１２０ 異常検出器
１１，１３ 一次遅れ回路
１２，１０６ 微分器
１４ 差分検出器
１５，１０７，１０８，１０９ 比較器
１６ 乗算器
１０１ 速度指令生成器
１０２ 減算器
１０３ 速度制御器
１０４ インバータ
１０５ カウンタ
１１０ ＡＮＤ回路
１１１，１１２ 遅延器
１１３ モータ
１１４ パルスジェネレータ
ω＊ 速度指令
ω 速度（回転速度）
ω’ 加速度（回転加速度）
Δω 速度偏差
Ｔ＊ トルク指令
θ 位相角
ＪＢＡＲ 乗算パラメータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転速度が所定の速度になるように、フィードバック制御してトルク指令を算出し、前記トルク指令に応じてインバータから前記モータへ交流電力を供給するモータ制御装置において、
前記モータを所定の速度で回転させるための速度指令を生成する速度指令生成器と、
前記速度指令生成器により生成された速度指令と、前記モータからのフィードバック信号に基づいて算出された前記モータの回転速度との間の速度偏差を算出する減算器と、
前記減算器により算出された速度偏差がゼロになるように、トルク指令を算出する速度制御器と、
前記速度制御器により算出されたトルク指令に応じて、交流電力を前記モータへ供給するインバータと、
異常を検出した場合、前記インバータからモータへのトルク指令に応じた交流電力の供給を停止させる異常検出器と、を備え、
前記異常検出器は、
前記モータの回転速度から回転加速度を算出し、前記速度制御器により算出されたトルク指令及び前記回転加速度に基づいて異常を検出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記異常検出器は、
前記モータからのフィードバック信号に基づいて算出された前記モータの回転速度を時間微分し、前記モータの回転加速度を算出する微分器、
前記微分器により算出された回転加速度に、予め設定された値を乗算する乗算器、
前記速度制御器により算出されたトルク指令と、前記乗算器による乗算結果との間の差分の絶対値を算出する差分検出器、及び、
前記差分検出器により算出された差分の絶対値と、前記モータの定格トルクに応じて予め設定された値とを比較し、前記差分の絶対値が前記予め設定された値以上のときに前記異常を検出する比較器を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
モータの回転速度が所定の速度になるように、フィードバック制御してトルク指令を算出し、前記トルク指令に応じてインバータから前記モータへ交流電力を供給するモータ制御装置における異常検出方法において、
前記モータを所定の速度で回転させるための速度指令を生成するステップと、
前記速度指令と前記モータの回転速度との間の速度偏差を算出するステップと、
前記速度偏差がゼロになるように、トルク指令を算出するステップと、
前記トルク指令に応じて、交流電力を前記モータへ供給するステップと、
前記交流電力によるモータの回転に伴うパルス信号を、フィードバック信号として入力し、前記フィードバック信号に基づいて前記モータの回転速度を算出するステップと、
前記一連のステップによるモータ制御の異常を検出するステップと、
前記異常を検出した場合、前記インバータからモータへのトルク指令に応じた交流電力の供給を停止するステップと、を有し、
前記異常を検出するステップは、
前記モータの回転速度を時間微分して回転加速度を算出し、前記回転加速度に予め設定された値を乗算し、前記トルク指令と前記乗算結果との間の差分の絶対値を算出し、前記差分の絶対値が前記モータの定格トルクに応じて予め設定された値以上のときに、前記異常を検出することを特徴とする異常検出方法。
【請求項１】
モータの回転速度が所定の速度になるように、フィードバック制御してトルク指令を算出し、前記トルク指令に応じてインバータから前記モータへ交流電力を供給するモータ制御装置において、
前記モータを所定の速度で回転させるための速度指令を生成する速度指令生成器と、
前記速度指令生成器により生成された速度指令と、前記モータからのフィードバック信号に基づいて算出された前記モータの回転速度との間の速度偏差を算出する減算器と、
前記減算器により算出された速度偏差がゼロになるように、トルク指令を算出する速度制御器と、
前記速度制御器により算出されたトルク指令に応じて、交流電力を前記モータへ供給するインバータと、
異常を検出した場合、前記インバータからモータへのトルク指令に応じた交流電力の供給を停止させる異常検出器と、を備え、
前記異常検出器は、
前記モータの回転速度から回転加速度を算出し、前記速度制御器により算出されたトルク指令及び前記回転加速度に基づいて異常を検出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記異常検出器は、
前記モータからのフィードバック信号に基づいて算出された前記モータの回転速度を時間微分し、前記モータの回転加速度を算出する微分器、
前記微分器により算出された回転加速度に、予め設定された値を乗算する乗算器、
前記速度制御器により算出されたトルク指令と、前記乗算器による乗算結果との間の差分の絶対値を算出する差分検出器、及び、
前記差分検出器により算出された差分の絶対値と、前記モータの定格トルクに応じて予め設定された値とを比較し、前記差分の絶対値が前記予め設定された値以上のときに前記異常を検出する比較器を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
モータの回転速度が所定の速度になるように、フィードバック制御してトルク指令を算出し、前記トルク指令に応じてインバータから前記モータへ交流電力を供給するモータ制御装置における異常検出方法において、
前記モータを所定の速度で回転させるための速度指令を生成するステップと、
前記速度指令と前記モータの回転速度との間の速度偏差を算出するステップと、
前記速度偏差がゼロになるように、トルク指令を算出するステップと、
前記トルク指令に応じて、交流電力を前記モータへ供給するステップと、
前記交流電力によるモータの回転に伴うパルス信号を、フィードバック信号として入力し、前記フィードバック信号に基づいて前記モータの回転速度を算出するステップと、
前記一連のステップによるモータ制御の異常を検出するステップと、
前記異常を検出した場合、前記インバータからモータへのトルク指令に応じた交流電力の供給を停止するステップと、を有し、
前記異常を検出するステップは、
前記モータの回転速度を時間微分して回転加速度を算出し、前記回転加速度に予め設定された値を乗算し、前記トルク指令と前記乗算結果との間の差分の絶対値を算出し、前記差分の絶対値が前記モータの定格トルクに応じて予め設定された値以上のときに、前記異常を検出することを特徴とする異常検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
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【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−５１５１（Ｐ２０１２−５１５１Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３４６０５（Ｐ２０１０−１３４６０５）
【出願日】平成２２年６月１２日（２０１０．６．１２）
【出願人】（３９００１４３８４）日本リライアンス株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１２日（２０１０．６．１２）
【出願人】（３９００１４３８４）日本リライアンス株式会社 (58)
【Ｆターム（参考）】
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