特開 2024-146367 モータ制御装置、モータ制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024146367

(43)【公開日】2024-10-15

(54)【発明の名称】モータ制御装置、モータ制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/05 20060101AFI20241004BHJP

【ＦＩ】

H02P21/05

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023059216

(22)【出願日】2023-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 泰之

【テーマコード（参考）】

5H505

【Ｆターム（参考）】

5H505BB04

5H505DD20

5H505EE32

5H505EE41

5H505GG02

5H505GG04

5H505LL07

5H505LL22

5H505LL41

(57)【要約】

【課題】ステッピングモータにおいて、振動の抑制を目的としてフィードバック制御とオープンループ制御とを切り替える場合に、駆動電流の変動を抑制する。
【解決手段】モータ制御装置１において、電流制御部２０は、電流指令値とステッピングモータの回転速度とに基づいてステッピングモータに供給する電流をベクトル制御により制御するクローズドループ制御、または、電流ベクトル値に基づいてステッピングモータに供給する電流を制御するオープンループ制御を行い、クローズドループ制御からオープンループ制御に移行する際、またはオープンループ制御からクローズドループ制御に移行する際に、電流ベクトル値がステッピングモータの定トルク曲線及び電流制限円の上を移動するようにステッピングモータに供給する電流を制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステッピングモータの回転速度が所定の値となるように前記ステッピングモータに供給する電流を制御する電流指令値を決定する速度制御部と、
前記電流指令値と前記ステッピングモータから検出された電流の測定値とに基づいて前記回転速度が所定の値となるように前記ステッピングモータに供給する電流をベクトル制御により制御する電流ベクトル値を出力する電流制御部と、
を備え、
前記電流制御部は、
前記電流ベクトル値と前記回転速度とに基づいて前記ステッピングモータに供給する電流をベクトル制御により制御するクローズドループ制御、または、前記電流指令値に基づいて前記ステッピングモータに供給する電流を制御するオープンループ制御を行い、
前記クローズドループ制御から前記オープンループ制御に移行する際、または前記オープンループ制御から前記クローズドループ制御に移行する際に、前記電流ベクトル値が前記ステッピングモータの定トルク曲線及び電流制限円の上を移動するように前記ステッピングモータに供給する電流を制御する、
モータ制御装置。

【請求項2】

前記電流制御部は、
前記クローズドループ制御から前記オープンループ制御に切り替える際に、ｄ軸電流及びｑ軸電流をそれぞれ固定値になるように前記ステッピングモータに供給する電流を制御する前に、前記電流ベクトル値が前記電流制限円の上を移動するように前記ステッピングモータに供給する電流を制御する、
請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項3】

前記電流制御部は、
前記クローズドループ制御から前記オープンループ制御に移行する際、または前記オープンループ制御から前記クローズドループ制御に移行する際に、ｄ軸電流とｑ軸電流との合成電流が一定の値となるように変化させることで前記電流ベクトル値が前記電流制限円の上を移動するように前記ステッピングモータに供給する電流を制御する、
請求項１または２に記載のモータ制御装置。

【請求項4】

前記電流制御部は、
前記クローズドループ制御から前記オープンループ制御に移行する際に、前記ｄ軸電流を０から前記定トルク曲線の上の値を経て前記電流制限円の上の値に変化させ、前記ｑ軸電流を前記定トルク曲線の上の値から前記電流制限円の上の値を経て０に変化させる、
請求項３に記載のモータ制御装置。

【請求項5】

前記電流制御部は、
前記オープンループ制御から前記クローズドループ制御に切り替える際に、前記ｄ軸電流を前記電流制限円の上の値から前記定トルク曲線の上の値を経て０に変化させ、前記ｑ軸電流を０から前記電流制限円の上の値を経て前記定トルク曲線の上の値に変化させる、
請求項３に記載のモータ制御装置。

【請求項6】

前記電流制御部は、
前記オープンループ制御から前記クローズドループ制御に切り替える際に、前記クローズドループ制御のゲインを所定の初期値から通常の値となるように変化させる、
請求項１に記載のモータ制御装置。

【請求項7】

ステッピングモータの回転速度が所定の値となるように前記ステッピングモータに供給する電流を制御する電流指令値を決定するステップと、
前記電流指令値と前記ステッピングモータから検出された電流の測定値とに基づいて前記回転速度が所定の値となるように前記ステッピングモータに供給する電流をベクトル制御により制御する電流ベクトル値を出力するステップと、
を実行するモータ制御方法であり、
前記電流ベクトル値を出力するステップでは、
前記電流ベクトル値と前記回転速度とに基づいて前記ステッピングモータに供給する電流をベクトル制御により制御するクローズドループ制御、または、前記電流指令値に基づいて前記ステッピングモータに供給する電流を制御するオープンループ制御を行い、
前記クローズドループ制御から前記オープンループ制御に移行する際、または前記オープンループ制御から前記クローズドループ制御に移行する際に、前記電流ベクトル値が前記ステッピングモータの定トルク曲線及び電流制限円の上を移動するように前記ステッピングモータに供給する電流を制御する、
モータ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ制御装置、モータ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ステッピングモータにおいて、高速で回転する際に安定した動作を実現するために、クローズドループ制御により駆動の制御を行うことがある。ステッピングモータは、クローズドループ制御により駆動の制御を行った場合に、回転を停止する際に振動（ハンチング）が発生することがある。そこで、ステッピングモータの駆動の制御方法として、回転を停止する際にクローズドループ制御からオープンループ制御に切り替えることが考えられる。

【0003】

なお、モータの駆動を制御する技術において、フィードバック制御とオープンループ制御とを切り替える技術として、例えば、所定の加速度に従って加速制御を行うものが知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－０９８９２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、ステッピングモータにおいて、回転を停止する際に、駆動の制御方法をクローズドループ制御からオープンループ制御に切り替えた場合に、駆動電流の変動が生じることがある。ステッピングモータは、駆動電流が変動することによりトルクも変動する。ステッピングモータは、トルクの変動が大きくなった場合に、異音（クリック音）が発生する場合がある。従って、ステッピングモータにおいて、振動の抑制を目的としてフィードバック制御とオープンループ制御とを切り替える場合には、駆動電流（トルク）の変動を抑制することが求められる。

【0006】

本発明は、上述の課題を一例とするものであり、ステッピングモータにおいて、振動の抑制を目的としてフィードバック制御とオープンループ制御とを切り替える場合に、駆動電流の変動を抑制する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明に係るモータ制御装置は、ステッピングモータの回転速度が所定の値となるように前記ステッピングモータに供給する電流を制御する電流指令値を決定する速度制御部と、前記電流指令値と前記ステッピングモータから検出された電流の測定値とに基づいて前記回転速度が所定の値となるように前記ステッピングモータに供給する電流をベクトル制御により制御する電流ベクトル値を出力する電流制御部と、を備え、前記電流制御部は、前記電流ベクトル値と前記回転速度とに基づいて前記ステッピングモータに供給する電流をベクトル制御により制御するクローズドループ制御、または、前記電流指令値に基づいて前記ステッピングモータに供給する電流を制御するオープンループ制御を行い、前記クローズドループ制御から前記オープンループ制御に移行する際、または前記オープンループ制御から前記クローズドループ制御に移行する際に、前記電流ベクトル値が前記ステッピングモータの定トルク曲線及び電流制限円の上を移動するように前記ステッピングモータに供給する電流を制御する。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係るモータ制御装置によれば、ステッピングモータにおいて、振動の抑制を目的としてフィードバック制御とオープンループ制御とを切り替える場合に、駆動電流の変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の形態に係るモータ制御装置の機能構成を示す機能ブロック図である。

【図2】図１に示すモータ制御装置による、ｄ軸電流ｉｄ＝０のクローズドループ制御における電流ベクトルの一例を示す図である。

【図3】図１に示すモータ制御装置による、ｉｑ，ｉｄの合成電流が一定値であるクローズドループ制御における電流ベクトルの一例を示す図である。

【図4】図１に示すモータ制御装置による、ｑ軸電流ｉｑ，ｄ軸電流ｉｄの合成電流が一定値であるクローズドループ制御における電流ベクトルの一例を示す図である。

【図5】図１に示すモータ制御装置による、ｑ軸電流ｉｑ，ｄ軸電流ｉｄの合成電流が一定値であるクローズドループ制御における電流ベクトルの一例を示す図である。

【図6】図１に示すモータ制御装置による、ｉｑ，ｉｄの合成電流が一定値であるクローズドループ制御における電流ベクトルの一例を示す図である。

【図7】図１に示すモータ制御装置による、ｑ軸電流ｉｑ＝０、ｄ軸電流ｉｄ＝固定値のオープンループ制御における電流ベクトルの一例を示す図である。

【図8】図１に示すモータ制御装置による、ｉｑ，ｉｄ＝固定値の定トルクオープンループ制御における電流ベクトルの一例を示す図である。

【図9】図１に示すモータ制御装置が実行するモータ駆動制御方法における、クローズドループ制御からオープンループ制御への切り替え処理の一具体例を示すフローチャートである。

【図10】図１に示すモータ制御装置が実行するモータ駆動制御方法における、オープンループ制御からクローズドループ制御への切り替え処理の一具体例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態に係るモータ制御装置１について図面を参照しながら説明する。

【0011】

図１は、本発明の実施の形態に係るモータ制御装置１の機能構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係るモータ制御装置１は、例えば、ステッピングモータのようなモータ３０の駆動制御を行う。モータ制御装置１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の各種メモリ、タイマ、カウンタ、Ａ／Ｄ変換回路、入出力Ｉ／Ｆ回路、およびクロック生成回路等のハードウェア要素を有し、各構成要素がバスや専用線を介して互いに接続されたプログラム処理装置（例えば、マイクロコントローラ：ＭＣＵ（Micro Control Unit）などのコンピュータ）である。モータ制御装置１は、メモリとして、例えば、フラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の書き換え可能な不揮発性の記憶装置を有している。以下において説明する、モータ制御装置１においてモータ制御方法を実行するために実現される各種機能部は、上述したＭＣＵ内のプロセッサが、メモリに記憶されているモータ制御装置１の動作プログラムに従って各種演算を実行するとともに、タイマおよびカウンタ、Ａ／Ｄ変換回路および入出力Ｉ／Ｆ回路等の周辺回路を制御することによって、実現される。

【0012】

モータ制御装置１は、速度制御部１０と、電流制御部２０と、モータ駆動回路８０と、電流・位置検出部６０と、を備える。電流制御部２０は、駆動制御部７０と、第１クローズドループ制御部２１と、第２クローズドループ制御部２２と、第１オープンループ制御部２３と、第２オープンループ制御部２４と、制御切替部２５とを有する。

【0013】

速度制御部１０は、モータ３０の回転位置及び速度を検出する電流・位置検出部６０が検出した回転速度が、コントローラ等の不図示の上位装置から取得した速度指令値値となるようにモータ３０の電流を制御する電流指令値を決定する。

【0014】

電流制御部２０は、モータ３０を駆動する電流を、クローズドループ制御とオープンループ制御とのいずれか一方により制御する。駆動制御部７０は、速度制御部１０が生成したモータ３０の電流指令値と、電流・位置検出部６０が検出したモータ３０のコイルの電流の測定値とに基づいて、ｄ軸電流ｉｄ、及び、ｑ軸電流ｉｑの指令値を、電流指令値として決定する。

【0015】

電流制御部２０において、第１クローズドループ制御部２１及び第２クローズドループ制御部２２は、クローズドループ制御によりモータ３０の電流を制御する。また、電流制御部２０において、第１オープンループ制御部２３及び第２オープンループ制御部２４は、オープンループ制御によりモータ３０の電流を制御する。制御切替部２５は、モータ３０の電流制御を行う制御部を切り替える。

【0016】

第１クローズドループ制御部２１及び第２クローズドループ制御部２２は、ベクトル制御によりモータ３０に供給する電流を、クローズドループ制御する。第１クローズドループ制御部２１及び第２クローズドループ制御部２２は、ベクトル制御でモータ３０に供給する電流をクローズドループ制御することにより、モータ３０が発生するトルクＴを変化させて所定の回転速度を維持する制御を行う。つまり、電流制御部２０において第１クローズドループ制御部２１及び第２クローズドループ制御部２２が行うクローズドループ制御は、速度制御系のフィードバックループが有効になっている。電流制御部２０は、トルクＴを変化させるために、モータ３０に供給するｑ軸電流ｉｑを変化させる。第１クローズドループ制御部２１及び第２クローズドループ制御部２２は、所定の制御周期、例えば１０ＫＨｚの制御周期で、ｑ軸電流ｉｑの電流指令値、及び、ｄ軸電流ｉｄの指令値の計算を行う。

【0017】

第１オープンループ制御部２３及び第２オープンループ制御部２４は、上述した速度制御系のフィードバックループを用いず、オープンループの電流制御によりモータ３０を駆動する。第１オープンループ制御部２３及び第２オープンループ制御部２４は、電流・位置検出部６０が検出したモータ３０のＡ相、Ｂ相それぞれのコイル電流の測定値に基づいてモータ３０に供給する電流を制御する。第１オープンループ制御部２３及び第２オープンループ制御部２４は、所定の制御周期、例えば、１０ＫＨｚの制御周期で、モータ３０に供給する電流の指令値の計算を行う。

【0018】

第２オープンループ制御部２４は、モータ３０に発生するトルクが一定になるようにｑ軸電流ｉｑおよびｄ軸電流ｉｄを固定値に制御することができ、クローズドループ制御からオープンループ制御に切り替え時には、その時点でのｑ軸電流ｉｑ、ｄ軸電流ｉｄの合成電流と同じ大きさを保ちながら電流制限円上を電流ベクトル値が移動するようにモータ３０に供給する電流を制御する。

【0019】

モータ３０は、電流制御部２０により制御された駆動電流により駆動力を発生させる。モータ３０は、例えば、Ａ相及びＢ相の２相励磁で駆動する。モータ３０は、Ａ相のコイル（不図示）及びＢ相のコイル（不図示）を有する。モータ３０は、モータ駆動回路８０から各相のコイルに駆動電力が供給されて動作する。モータ３０の出力軸には、エンコーダ４０が取り付けられている。

【0020】

エンコーダ４０は、例えば、モータ３０の出力軸が回転することに応じてＡ相、Ｂ相の２相のパルス信号を電流・位置検出部６０に出力する、インクリメンタル形の場合のロータリエンコーダである。なお、エンコーダ４０の出力相は、２相に限定されず、例えば、１相や３相であってもよい。また、エンコーダ４０は、インクリメンタル形のロータリエンコーダに限定されない。エンコーダ４０は、例えば、モータ３０の出力軸の複数回転にわたる回転角度を特定して出力するアブソリュート型のロータリエンコーダであってもよい。

【0021】

電流・位置検出部６０は、エンコーダ４０が出力したＡ相、Ｂ相のパルス信号に基づいてモータ３０の出力軸の回転速度及び回転位置を検出する。電流・位置検出部６０は、検出した回転速度を速度制御部１０に出力する。以上のように、モータ制御装置１において、エンコーダ４０及び電流・位置検出部６０は、モータ３０の回転速度及び回転位置を検出する速度・位置検出センサとして機能する。また、電流・位置検出部６０は、モータ３０のＡ相、Ｂ相それぞれのコイルに発生する電流の測定値を検出する。

【0022】

モータ駆動回路８０は、ｄ軸電流ｉｄ、及び、ｑ軸電流ｉｑを、モータ３０のＡ相、Ｂ相それぞれのコイル電流に変換する。モータ駆動回路８０は、変換したＡ相、Ｂ相それぞれのコイル電流をモータ３０に出力する。

【0023】

図２は、モータ制御装置１による、ｄ軸電流ｉｄ＝０のクローズドループ制御における電流ベクトルの一例を示す図である。図３、図４、図５、及び、図６は、モータ制御装置１による、モータ３０に供給するｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑを合成した電流が一定値とする場合のクローズドループ制御における電流ベクトルの一例を示す図である。図７は、モータ制御装置１による、ｑ軸電流ｉｑ＝０、ｄ軸電流ｉｄ＝固定値のオープンループ制御における電流ベクトルの一例を示す図である。図８は、モータ制御装置１による、ｉｑ，ｉｄ＝固定値の定トルクオープンループ制御における電流ベクトルの一例を示す図である。

【0024】

以下の説明で参照する図２から図８において、符号ＣＣが電流制御円を示し、符号ＴＣがモータ３０のトルクＴが一定の値になる理論曲線（以下「定トルク曲線」という）を示し、符号Ｉｖが、モータ３０に供給する電流を示す。

【0025】

次に、モータ制御装置１が実行する具体的な制御の処理について説明する。モータ制御装置１において、電流制御部２０では、第１クローズドループ制御部２１が、以下に説明するｄ軸電流ｉｄ＝０とするクローズドループ制御（以下「第１のクローズドループ制御」という。）を実行する。電流制御部２０では、第２クローズドループ制御部２２が、以下に説明するｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとの合成電流が一定となるように、クローズドループ制御（以下「第２のクローズドループ制御」という。）を実行する。電流制御部２０では、第１オープンループ制御部２３が、以下に説明するｑ軸電流ｉｑ＝０、ｄ軸電流ｉｄ＝固定値とするオープンループ制御（以下「第１のオープンループ制御」という。）を実行する。電流制御部２０では、第２オープンループ制御部２４が、以下に説明するｄ軸電流ｉｄ＝固定値、ｑ軸電流ｉｑ＝固定値としてモータ３０のトルクＴを一定にするオープンループ制御（以下「第２のオープンループ制御」という。）を実行する。電流制御部２０では、制御切替部２５が、上記４つの制御部を切り替える。

【0026】

図２に示す、モータ制御装置１が備える電流制御部２０における第１クローズドループ制御部２１が実行する第１のクローズドループ制御とは、ベクトル制御においてｄ軸電流ｉｄ＝０となるようにｄ軸電流の指令値を固定し、ｑ軸電流ｉｑの指令値のみを変化させることで、モータ３０に供給する電流Ｉｖを制御してモータ３０の回転速度を一定に保つ。第１クローズドループ制御部２１は、第１のクローズドループ制御を実行してモータ３０に供給する電流Ｉｖを制御することにより、モータ３０の回転数を一定に保つ。

【0027】

図４及び図５に示す、モータ制御装置１が備える電流制御部２０における第２クローズドループ制御部２２が実行する第２のクローズドループ制御とは、第１クローズドループ制御部２１が実行する第１のクローズドループ制御と同様に、速度制御、すなわち、モータ３０の回転速度を一定に保つクローズドループ制御を行う。図４に示す電流ベクトルの一例は、第２クローズドループ制御部２２が実行する第２のクローズドループ制御において、クローズドループ制御からオープンループ制御に移行する際、またはオープンループ制御からクローズドループ制御に移行する際に、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとの合成電流である電流Ｉｖが一定の電流となるようにそれぞれの指令値を制御する例を示している。第２クローズドループ制御部２２が実行するクローズドループ制御では、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとの合成電流である電流Ｉｖが一定の電流となるようにそれぞれの指令値を制御する。具体的には、第２クローズドループ制御部２２では、図５に示すように、オープンループ制御からクローズドループ制御に移行する際に、電流制限円ＣＣ上を矢印Ａ３方向に移動するように、モータ３０を駆動する電流Ｉｖを決定することができる。第２クローズドループ制御部２２が実行する第２のクローズドループ制御では、速度制御系によるフィードバックが行われるため、モータ３０の出力軸への負荷トルクに応じてｑ軸電流ｉｑが変化する。ｑ軸電流ｉｑは、モータ３０の出力軸の回転速度のフィードバック量によって決定される。ｄ軸電流ｉｄは、決定されたｑ軸電流ｉｑに合わせて、電流Ｉｖが一定となるように決定される。例えば、Ｉａを定格電流としたとき、ｄ軸電流ｉｄは、下記の式（１）で決定される。

【0028】

【数1】

【0029】

図３に示す電流ベクトルの一例は、第２クローズドループ制御部２２が実行する第２のクローズドループ制御において、クローズドループ制御からオープンループ制御に移行する際に、ｄ軸電流ｉｄ＝固定値としてｑ軸電流ｉｑの値のみ変化する場合を示している。図６に示す電流ベクトルの一例は、第２クローズドループ制御部２２が実行する第２のクローズドループ制御において、ｄ軸電流ｉｄ＝固定値としてｉｑの値のみ変化する場合を示している。第２クローズドループ制御部２２は、一定の減少量をもってｄ軸電流を減少させる。ｑ軸電流は速度系のクローズドループで決定される。第２クローズドループ制御部２２はｄ軸電流を減少させていき、ｄ軸電流ｉｄ＝０に到達すると、図２の状態に遷移する。

【0030】

図３に示すように、第２クローズドループ制御部２２では、図４に示した第２のクローズドループ制御に移行する前に、ｄ軸電流ｉｄ＝固定値とするクローズドループ制御を行う。また、図６に示すように、第２クローズドループ制御部２２ではｄ軸電流ｉｄ＝固定値とするクローズドループ制御を行う。第２クローズドループ制御部２２では、ｄ軸電流ｉｄを固定値（ｉｄ＞０）とするときに、ｑ軸電流ｉｑをモータ３０の出力軸の回転速度のフィードバック量によって決定する。ｑ軸電流ｉｑは、具体的には以下のように決定される。

【0031】

モータ制御装置１が実行するフィードバック制御におけるベクトル制御の一般式は、以下の式（２）の行列式で表される。

【0032】

【数2】

【0033】

式（２）において、電気子電圧のｄ軸成分をｖｄ、電気子電圧のｑ軸成分をｖｑ、モータ３０のコイルの巻き抵抗をＲａ、ｄ軸のインダクタンスをＬｄ、ｑ軸のインダクタンスをＬｑ、電気角速度をω、ｄ軸電流をｉｄ、ｑ軸電流をｉｑ、磁束鎖交数をΨa、微分演算子をｐとする。

【0034】

また、モータ３０が発生するトルクＴは、以下の式（３）で表される。式（３）において、Ｐｎを極対数とする。

【0035】

【数3】

【0036】

式（３）をｑ軸電流ｉｑについて解くと次の式（４）となる。つまり、モータ制御装置１において、第２クローズドループ制御部２２では、モータ３０のトルクＴが一定（固定）となる条件では、式（４）を満たすようなｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑの組み合わせにより、図３及び図６に示す定トルク曲線ＴＣ上を移動するように、モータ３０を駆動する電流Ｉｖを決定することができる。具体的には、第２クローズドループ制御部２２では、図３に示すように、クローズドループ制御からオープンループ制御に移行する際に、定トルク曲線ＴＣ上を矢印Ａ２方向に移動するように、モータ３０を駆動する電流Ｉｖを決定することができる。また、第２クローズドループ制御部２２では、図６に示すように、オープンループ制御からクローズドループ制御に移行する際に、定トルク曲線ＴＣ上を矢印Ａ４方向に移動するように、モータ３０を駆動する電流Ｉｖを決定することができる。

【0037】

【数4】

【0038】

図３及び図６に示す、ｄ軸電流ｉｄを固定値として第２クローズドループ制御部２２が実行する第２のクローズドループ制御では、速度制御系によるフィードバックが行われるため、モータ３０の出力軸への負荷トルクに応じてｑ軸電流ｉｑが変化する。ｑ軸電流ｉｑは、モータ３０の出力軸の回転速度のフィードバック量によって決定される。ｑ軸電流ｉｑと電流Ｉｖとが一定の値であることにより、ｄ軸電流ｉｄは、一定の固定値となるように決定される。

【0039】

図７に示すように、モータ制御装置１が備える電流制御部２０における第１オープンループ制御部２３が実行する第１のオープンループ制御とは、ｑ軸電流ｉｑ＝０、ｄ軸電流ｉｄ＝固定値となるようにｑ軸電流の指令値及びｄ軸電流の指令値を制御して、モータ３０に供給する電流Ｉｖを制御する。第１オープンループ制御部２３は、第１のオープンループ制御として、速度制御系によるフィードバックを行わないで、モータ３０の基本的な駆動方法であるステップ駆動に近い駆動方法で制御する。第１のオープンループ制御において、第１オープンループ制御部２３は、ｄ軸電流ｉｄとして定格電流に近い電流が流れるように指令値を制御する。

【0040】

図８に示すように、モータ制御装置１が備える電流制御部２０における第２オープンループ制御部２４が実行する第２のトルクオープンループ制御とは、第１のオープンループ制御と同様にオープンループ制御である。第２のオープンループ制御では、モータ３０が発生するトルクが一定となるように、ｄ軸電流ｉｄ、及び、ｑ軸電流ｉｑを一定の電流、例えば、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとの合成電流である電流Ｉｖが定格電流となるように制御する。第２のオープンループ制御でも、速度制御系によるフィードバック制御が行われない。具体的には、第２オープンループ制御部２４では、図８に示すように、オープンループ制御からクローズドループ制御に移行する際に、電流制限円ＣＣ上を矢印Ａ１方向に移動するように、モータ３０を駆動する電流Ｉｖを決定することができる

【0041】

第２のクローズドループ制御と第２のオープンループ制御との違いは、第２のクローズドループ制御では速度制御系のクローズドループ制御で制御される点である。このため、第２のクローズドループ制御では、モータ３０の出力軸への負荷トルクに応じてｑ軸電流ｉｑとｄ軸電流ｉｄが動的に変化する。

【0042】

次に、モータ制御装置１が実行する、クローズドループ制御からオープンループ制御への切り替え処理を説明する。

【0043】

図９は、モータ制御装置１が実行するモータ駆動制御方法における、クローズドループ制御からオープンループ制御への切り替え処理の一具体例を示すフローチャートである。

【0044】

モータ制御装置１では、電流制御部２０における第１クローズドループ制御部２１が、図２で示した第１のクローズドループ制御、すなわち、ｄ軸電流ｉｄ＝０となるクローズドループ制御でモータ３０を制御している（ステップＳ１０１）。第１のクローズドループ制御では、通常のベクトル制御でモータ３０を制御している状態である。モータ制御装置１は、例えば、上位システムからオープンループ制御への切り替え指令を受信すると、駆動制御部７０が第１クローズドループ制御部２１を制御する制御状態から第２クローズドループ制御部２２を制御する制御状態に切り替わるとともに制御切替部２５によって第２クローズドループ制御部２２を出力する状態に切り替え、図３で示した第２のクローズドループ制御におけるｄ軸電流ｉｄ＝固定値とする制御状態に遷移する。

【0045】

モータ制御装置１は、制御状態の遷移により、第２のクローズドループ制御、すなわち、図３で示したｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとの合成電流が一定となるクローズドループ制御でモータ３０を制御している（ステップＳ１０２）。第２のクローズドループ制御では、ｄ軸電流ｉｄ＝０の状態から一定の増加量をもってｄ軸電流ｉｄを増加させる。ｑ軸電流ｉｑは、速度制御系のクローズドループ制御で、具体的には上述した式（４）で決定される。モータ制御装置１は、ｄ軸電流ｉｄを増加させていき、ｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑの合成電流である電流Ｉｖが定格電流Ｉａに一致（図３に示す電流制限円ＣＣ）に到達する。この時、電流Ｉｖは定トルク曲線ＴＣと電流制限円ＣＣの交点に位置し、第２のクローズドループ制御から第２のオープン制御への切り替えタイミングとなる。

【0046】

この切り替えタイミングで駆動制御部７０が第２クローズドループ制御部２２を制御する制御状態から第２オープンループ制御部２４を制御する制御状態に切り替わるとともに、制御切替部２５によって第２オープンループ制御部２４を出力状態に切り替える。つまり、モータ制御装置１は、速度制御系のクローズドループを停止し、図８で示した第２のオープンループ制御の制御状態に遷移する。

【0047】

モータ制御装置１は、図８で示した、第２のオープンループ制御、すなわち、ｑ軸電流ｉｑ＝固定値、ｄ軸電流ｉｄ＝固定値となる定トルクのオープンループ制御でモータ３０を制御している（ステップＳ１０３）。図８で示した第２のオープンループ制御では、図８で示した状態からｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとの合成電流である電流Ｉｖ＝Ｉａの値を一定に保ちつつ、ｑ軸電流ｉｑを０まで減少させる。モータ制御装置１では、ｑ軸電流ｉｑが０に到達すると、図７で示した、ｑ軸電流ｉｑ＝０、ｄ軸電流ｉｄ＝固定値となる第１のオープンループ制御に遷移する。

【0048】

モータ制御装置１は、第１のオープンループ制御、すなわち、図７で示したｑ軸電流ｉｑ＝０、ｄ軸電流ｉｄ＝固定値とするオープンループ制御でモータ３０を制御している（ステップＳ１０４）。以上のように、モータ制御装置１は、Ｓ１０１からＳ１０４に示したように、モータ３０の電流の制御を、クローズドループ制御からオープンループ制御に移行することができる。

【0049】

次に、モータ制御装置１が実行する、オープンループ制御からクローズドループ制御への切り替え処理を説明する。

【0050】

図１０は、モータ制御装置１が実行するモータ駆動制御方法における、オープンループ制御からクローズドループ制御への切り替え処理の一具体例を示すフローチャートである。

【0051】

モータ制御装置１では、電流制御部２０における第１オープンループ制御部２３が、第１のオープンループ制御、すなわち、図７で示したｑ軸電流ｉｑ＝０、ｄ軸電流ｉｄ＝固定値とするオープンループ制御でモータ３０を制御している（ステップＳ２０１）。モータ制御装置１は、例えば、上位システムからクローズドループ制御への切り替え指令を受信すると、駆動制御部７０が第１オープンループ制御部２３を制御する制御状態から第２クローズドループ制御部２２を制御する制御状態に切り替わるとともに、制御切替部２５によって第２クローズドループ制御部２２を出力する状態に切り替え、図５で示した第２のクローズドループ制御におけるｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとの合成電流が一定の値となる制御状態に遷移する。

【0052】

モータ制御装置１は、制御状態の遷移により、第２のクローズドループ制御、すなわち、図５で示したｄ軸電流ｉｄとｑ軸電流ｉｑとの合成電流が一定となるクローズドループ制御でモータ３０を制御する（ステップＳ２０２）。モータ制御装置１において、第１のオープンループ制御から第２のクローズドループ制御に遷移することで、速度制御系のクローズドループが有効になる。また、モータ制御装置１は、第１のオープンループ制御から第２のクローズドループ制御に切り替える際に、速度制御系のクローズドループ制御のゲインを所定の初期値、例えば０に設定する。第２クローズドループ制御部２２では、初期値から段階的に通常のゲイン値となるように変化させる。仮に、モータ制御装置１において、オープンループ制御から速度制御系のクローズドループ制御に切り替える際に、第２クローズドループ制御部２２で用いるゲインを急に通常の値にしてしまうと、ｑ軸電流ｉｑが急激に変化して振動の原因になるため、切り替えタイミングではゲインを通常の値より低い初期値に設定する。

【0053】

以上のようにモータ制御装置１において、第２クローズドループ制御部２２が速度制御系のクローズドループ制御のゲインを制御することにより、ゲインの上昇に伴いｑ軸電流ｉｑが上昇する。また、第２クローズドループ制御部２２において速度制御系のクローズドループ制御のゲインを制御することにより、モータ３０では、出力軸の負荷トルクに応じてｑ軸電流ｉｑが決定される。

【0054】

つまり、第２クローズドループ制御部２２において、速度制御系のクローズドループ制御のゲインを制御する。このようにゲインを制御することにより、モータ制御装置１によれば、オープンループ制御からクローズドループ制御に切り替える際に、ｑ軸電流ｉｑが急激に変化してモータ３０で切り替え時の振動（ハンチング）が生じることを抑制することができる。

【0055】

第２クローズドループ制御部２２では、速度制御系のクローズドループ制御のゲインが通常の値に到達したときに、第２のクローズドループ制御から、図４で示したｄ軸電流ｉｄ＝固定値となる第２のクローズドループ制御の制御状態に遷移する。

【0056】

ｄ軸電流ｉｄ＝固定値となる第２のクローズドループ制御では、ｄ軸電流ｉｄ＞０（ゲインが通常の値に到達したときのｑ軸電流ｉｑ、ｄ軸電流ｉｄの合成電流で決まる値）の状態から一定の減少量をもってｄ軸電流ｉｄを減少させる。ｑ軸電流ｉｑは、速度制御系のクローズドループで、具体的には上述した式（４）で決定される。モータ制御装置１は、ｄ軸電流ｉｄを減少させていき、ｄ軸電流ｉｄ＝０に到達すると、図２で示した第１のクローズドループ制御の制御状態に遷移する。

【0057】

モータ制御装置１は、制御状態の遷移により、第１のクローズドループ制御、すなわち、ｄ軸電流ｉｄ＝０となるクローズドループ制御でモータ３０を制御している（ステップＳ２０３）。第１のクローズドループ制御は、通常のベクトル制御でモータ３０を制御している状態である。以上のように、モータ制御装置１において、電流制御部２０は、モータ３０の電流の制御を、オープンループ制御からクローズドループ制御に切り替え時の振動（ハンチング）を抑制して移行することができる。

【0058】

以上のように構成されているモータ制御装置１は、電流制御部２０における駆動制御部７０が、電流指令値とモータ３０の回転速度とに基づいてモータ３０に供給する電流をベクトル制御により制御するクローズドループ制御、または、電流ベクトル値に基づいてモータ３０に供給する電流を制御するオープンループ制御を切り替える。電流制御部２０を有するモータ制御装置１によれば、上述した図９及び図１０に示すような遷移によりクローズドループ制御とオープンループ制御とを切り替えることにより、切り替え時に生じる振動（ハンチング）を抑制することができる。

【0059】

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明を適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

【0060】

なお、モータ制御装置１において、オープンループ制御とクローズドループ制御との切り替えの基準は、上述したように上位システムからの切り替え指令によるものに限定されない。モータ制御装置１において、オープンループ制御とクローズドループ制御との切り替えの基準は、例えば、モータ３０の出力軸の回転速度が所定の回転速度に達した場合などの所定の基準、タイミングであってもよい。

【符号の説明】

【0061】

１：モータ制御装置、１０：速度制御部、２０：電流制御部、２１：第１クローズドループ制御部、２２：第２クローズドループ制御部、２３：第１オープンループ制御部、２４：第２オープンループ制御部、２５：制御切替部、３０：モータ、４０：エンコーダ、６０：電流・位置検出部、７０：駆動制御部、８０：モータ駆動回路、ＣＣ：電流制限円、Ｉａ：定格電流、Ｉｖ：電流、Ｔ ：トルク、ＴＣ：定トルク曲線、ｉｄ：ｄ軸電流、ｉｑ：ｑ軸電流、Ｐｎ：極対数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】