特許 7428527 モータ制御方法、モータ駆動装置、産業用ロボットの制御方法、及び産業用ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-29

(45)【発行日】2024-02-06

(54)【発明の名称】モータ制御方法、モータ駆動装置、産業用ロボットの制御方法、及び産業用ロボット

(51)【国際特許分類】

   H02P 21/22 20160101AFI20240130BHJP

【ＦＩ】

H02P21/22

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2020017206

(22)【出願日】2020-02-04

(65)【公開番号】P2021125950

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2023-01-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000002233

【氏名又は名称】ニデックインスツルメンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】花岡 正志

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－００７５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３８１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７６９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０５６８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０５８２１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ５／００－５／２５２

５／３９－５／６２

Ｈ０２Ｐ４／００

６／００－６／３４

２１／００－２５／０３

２５／０４

２５／０８－３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータを電流引込法によるオープンループ制御によって駆動するモータ制御方法において、
信号発信手段から送られてくる回転位置指令信号に基づいてモータに必要なトルクを求めるステップと、前記トルクに応じたＱ軸電流指令値を求めるステップと、前記Ｑ軸電流指令値に応じたＱ軸電流、及びロータの磁石の磁極を引き込むためのＤ軸電流をモータに供給するステップとを具備し、
前記トルクを求めるステップは、前記回転位置指令信号に応答した後のモータの角加速度推定値を求めるステップと、前記角加速度推定値に基づいて前記トルクを求めるステップとを具備する
ことを特徴とするモータ制御方法。

【請求項2】

前記トルクを求めるステップは、前記回転位置指令信号に応答した後のモータの角速度推定値を求めるステップと、前記角速度推定値、及び前記角加速度推定値に基づいて前記トルクを求めるステップとを具備する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ制御方法。

【請求項3】

前記トルクを求めるステップは、前記回転位置指令信号に応答した後のモータの回転位置推定値を求めるステップと、前記回転位置推定値に基づいて前記角加速度推定値を求めるステップとを具備する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御方法。

【請求項4】

前記トルクを求めるステップでは、前記角加速度推定値に慣性モーメントに相当する係数を乗じて求められる駆動機械系の加速及び減速に必要な力のモーメントを、前記トルク、又は前記トルクの一部として求める
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のモータ制御方法。

【請求項5】

前記トルクを求めるステップでは、前記回転位置指令信号に応答した後のモータの角速度推定値を求め、前記角速度推定値に基づいて駆動機械系の粘性抵抗力を補償するための力のモーメントを前記トルクの一部として求める
ことを特徴とする請求項４に記載のモータ制御方法。

【請求項6】

前記トルクを求めるステップでは、重力を補償するための力のモーメントを前記トルクの一部として求める
ことを特徴とする請求項４又は５に記載のモータ制御方法。

【請求項7】

前記トルクを求めるステップでは、前記回転位置指令信号に応答した後のモータの角速度推定値を求め、前記角速度推定値に基づいてクーロン摩擦力を補償するための力のモーメントを前記トルクの一部として求める
ことを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載のモータ制御方法。

【請求項8】

前記Ｑ軸電流指令値に応じたＤ軸電流指令値を求めるステップを具備し、前記Ｑ軸電流指令値に応じたＱ軸電流、及びロータの磁石の磁極を引き込むためのＤ軸電流をモータに供給するステップにおいて、前記Ｄ軸電流指令値に応じたＤ軸電流をモータに供給する
ことを特徴とする請求項４乃至７の何れか１項に記載のモータ制御方法。

【請求項9】

前記Ｄ軸電流指令値を求めるステップでは、前記Ｑ軸電流指令値の増加につれて前記Ｄ軸電流指令値を増加させるアルゴリズムで、前記Ｄ軸電流指令値を求める
ことを特徴とする請求項８に記載のモータ制御方法。

【請求項10】

前記Ｄ軸電流指令値を求めるステップでは、所定の低トルク領域にて、前記Ｄ軸電流指令値を前記Ｑ軸電流指令値よりも低い値とし、且つ前記Ｑ軸電流指令値の増加につれて値を低下させ、前記低トルク領域よりも高い中トルク領域にて、前記Ｑ軸電流指令値の増加につれてＤ軸電流指令値を増加させるアルゴリズムで、前記Ｄ軸電流指令値を求める
ことを特徴とする請求項９に記載のモータ制御方法。

【請求項11】

前記Ｄ軸電流指令値を求めるステップでは、前記中トルク領域よりも高い高トルク領域にて、前記Ｑ軸電流指令値の増加につれて前記Ｄ軸電流指令値を低下させるアルゴリズムで、前記Ｄ軸電流指令値を求める
ことを特徴とする請求項１０に記載のモータ制御方法。

【請求項12】

モータの回転位置を検出する回転位置検出器から発信される回転位置信号の異常を検出するステップを具備し、
前記異常が検出されない場合には、前記回転位置信号に基づくフィードバック制御によって前記モータを駆動し、
前記異常が検出され、且つ検出時のモータの角速度が所定の閾値以下又は閾値未満でない場合には、モータに流れる電流に基づいて推定される回転位置推定値をフィードバックするセンサレスベクトル制御によって前記モータを駆動し、
前記異常が検出され、且つ検出時のモータの角速度が前記閾値以下又は閾値未満である場合には、オープンループ制御によってモータの駆動を停止させる
ことを特徴とする請求項４乃至１１の何れか１項に記載のモータ制御方法。

【請求項13】

前記センサレスベクトル制御の実行中に、前記回転位置指令信号に基づいてモータの角加速度推定値を求めるステップを実行する
ことを特徴とする請求項１２に記載のモータ制御方法。

【請求項14】

モータの駆動を制御するモータ駆動装置であって、
請求項１乃至１３の何れか１項に記載のモータ制御方法によって前記モータの駆動を制御する
ことを特徴とするモータ駆動装置。

【請求項15】

複数のモータの駆動を個別に制御して産業用ロボットのアームの位置を変化させる産業用ロボットの制御方法であって、
複数のモータにおけるそれぞれの駆動を、請求項１乃至１３の何れか１項に記載のモータ制御方法によって制御する
ことを特徴とする産業用ロボットの制御方法。

【請求項16】

複数のモータの駆動を個別に制御してアームの位置を変化させる産業用ロボットであって、
複数のモータにおけるそれぞれの駆動を、請求項１４に記載のモータ駆動装置によって制御する
ことを特徴とする産業用ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータ制御方法、モータ駆動装置、産業用ロボットの制御方法、及び産業用ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、モータをオープンループ制御によって駆動するモータ制御方法が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１に記載のモータ制御方法では、モータを強制転流（電流引込法）によるオープンループ制御で起動する。このとき、モータに対して一定のＤ軸電流を供給しつつ、Ｑ軸電流をゼロに維持する。その後、モータ内で十分な誘起電圧が得られるようになるまでモータの角速度を上昇させると、制御方式を、オープンループ制御から、モータの回転位置を電流検出値に基づいて推定するセンサレスベクトル制御に切り換える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－１１６２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１には、モータの回転を停止させるときに、具体的にどのようにするのかについての記載がない。特許文献１に記載のモータ制御方法では、モータの通常駆動中に、センサレスベクトル制御によってモータの回転位置を制御していることから、モータの停止時には、モータの回転位置を制御しながら回転を減速させて停止させると考えられる。具体的には、モータ内で十分な誘起電圧が得られなくなるまでセンサレスベクトル制御によってモータの回転を減速させ、その後、制御方式をオープンループ制御に切り換えて、回転を停止させるのである。

【0006】

ところが、本発明者の実験によれば、特許文献１に記載のオープンループ制御を用いると、トルクの過不足によってモータの脱調や振動を引き起こしてしまうことが判明した。

【0007】

なお、モータの制御方式をセンサレスベクトル制御からオープンループ制御に切り換えるときに発生する課題について説明したが、次のような構成においても、同様の課題が生じ得る。即ち、制御方式を、エンコーダ等によるモータの回転位置の検出値をフィードバックするフィードバック制御から、オープンループ制御に切り換える構成である。

【0008】

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、次のようなモータ制御方法、モータ駆動装置、産業用ロボットの制御方法、及び産業用ロボットを提供することである。即ち、トルクの過不足によるモータの脱調や振動を発生させることなく、モータの回転をオープンループ制御によって停止させることができるモータ制御方法等である。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本願の第１発明は、モータを電流引込法によるオープンループ制御によって駆動するモータ制御方法において、信号発信手段から送られてくる回転位置指令信号に基づいてモータに必要なトルクを求めるステップと、前記トルクに応じたＱ軸電流指令値を求めるステップと、前記Ｑ軸電流指令値に応じたＱ軸電流、及びロータの磁石の磁極を引き込むためのＤ軸電流をモータに供給するステップとを具備することを特徴とするモータ制御方法である。

【0010】

本願の第２発明は、モータの駆動を制御するモータ駆動装置であって、第１発明のモータ制御方法によって前記モータの駆動を制御することを特徴とするモータ駆動装置である。

【0011】

本願の第３発明は、複数のモータの駆動を個別に制御して産業用ロボットのアームの位置を変化させる産業用ロボットの制御方法であって、複数のモータにおけるそれぞれの駆動を、第１発明のモータ制御方法によって制御することを特徴とする産業用ロボットの制御方法である。

【0012】

本願の第４発明は、複数のモータの駆動を個別に制御してアームの位置を変化させる産業用ロボットであって、複数のモータにおけるそれぞれの駆動を、第２発明のモータ駆動装置によって制御することを特徴とする産業用ロボットである。

【発明の効果】

【0013】

これらの発明によれば、トルクの過不足によるモータの脱調や振動を発生させることなく、モータの回転をオープンループ制御によって停止させることができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態に係る産業用ロボットを示す斜視図。

【図2】同産業用ロボットを示す平面図。

【図3】同産業用ロボットに搭載されたモータ駆動装置の制御構成を、モータ等とともに示すブロック線図である。

【図4】同モータ駆動装置の制御モード選択部によって実行されるモード値選択処理の処理フローを示すフローチャートである。

【図5】同モータ駆動装置のオープンループ制御電気角生成部を示すブロック線図である。

【図6】位置指令値と、位置指令値に応答した制御による手部の実際の回転位置との関係を示すグラフである。

【図7】従来のオープンループ制御における各種状態の時間変化を示すグラフである。

【図8】オープンループ制御開始直前のトルク指令値に基づいてオープンループ制御開始直後のＱ軸電流指令値を決定する方法における各種状態の時間変化を示すグラフである。

【図9】同モータ駆動装置のオープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部の制御構成を示すブロック線図である。

【図10】同モータ駆動装置におけるＱ軸電流指令値値とＤ軸電流指令値値との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るモータ制御方法を用いるモータ駆動装置及び産業用ロボットの実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各構成をわかり易くするために、実際の構造、並びに、各構造における縮尺及び数、などを異ならせる場合がある。

【0016】

まず、実施形態に係る産業用ロボットの基本的な構成について説明する。図１は、実施形態に係る産業用ロボット１を示す斜視図である。図２は、産業用ロボット１を示す平面図である。産業用ロボット１は、ガラス基板を搬送するためのロボットであり、アーム２、架台３、及び昇降部４を備える。昇降部４は、架台３に保持され、不図示の昇降モータの駆動によって上下方向（図１の矢印方向）に昇降する。アーム２は、ガラス基板を載せる手部２Ａ、前腕部２Ｂ、及び上腕部２Ｃを備え、昇降部４によって保持される。

【0017】

上腕部２Ｃにおける昇降部４との接続部である肩関節２Ｄは、第１モータ２２Ａの駆動によって水平方向に沿って回動することが可能である。具体的には、第１モータ２２Ａの回転駆動力が第１ベルト２Ｅを介して肩関節２Ｄに伝達されることで、肩関節２Ｄが水平方向に回動する。また、上腕部２Ｃと前腕部２Ｂとの接続部である肘関節２Ｆは、第２モータ２２Ｂの駆動によって水平方向に沿って回動することが可能である。具体的には、第２モータ２２Ｂの回転駆動力が第２ベルト２Ｇを介して肘関節２Ｆに伝達されることで、肘関節２Ｆ水平方向に回動する。また、前腕部２Ｂと手部２Ａとの接続部である手首関節は、第２モータ２２Ｂの駆動力をベルトを介して受けることで、水平方向に沿って回動することが可能である。

【0018】

産業用ロボット１において、手部２Ａを図２の一点鎖線で示される軌道に沿って矢印方向に真っ直ぐに移動させるためには、肩関節２Ｄと肘関節２Ｆとの角度を１対２の割合にして両関節を回転させる必要がある。そのためには、第１モータ２２Ａと第２モータ２２Ｂとを互いに異なる駆動量で駆動する必要がある。第１モータ２２と第２モータ２２Ｂのそれぞれの回転位置を制御せずに両モータを停止させた場合、両モータの駆動量のバランスを崩して手部２Ａを一点鎖線で示される軌道から逸れた位置で停止させてしまう。すると、周囲の構造物や装置などに、手部２Ａをぶつけてしまうおそれがある。

【0019】

次に、実施形態に係るモータ制御方法を用いるモータ駆動装置について説明する。
図３は、実施形態に係る産業用ロボット１に搭載されたモータ駆動装置２０の制御構成を、モータ２２等とともに示すブロック線図である。なお、産業用ロボット１は、図３に示されるモータ駆動装置２０として、アーム２の肩関節２Ｄを回動させるためのモータ駆動装置２０、アーム２の肘関節２Ｆ、及び手首関節を回動させるためのモータ駆動装置２０、及び昇降部４を昇降させるためのモータ駆動装置２０の３つを備える。

【0020】

３つのモータ駆動装置２０のそれぞれは、モータ２２の駆動の制御方式として、検出位置フィードバック制御、センサレスベクトル制御、及びオープンループ制御の３つを切り換えて実行することができる。検出位置フィードバック制御は、モータの回転位置を検出した結果を、回転位置の指令生成にフィードバックする制御である。

【0021】

産業用ロボット１は、３つのモータ駆動装置２０に指令を送る上位コントローラ１００を備える。上位コントローラ１００は、記憶媒体に記憶している制御プログラムに基づいて、３つのモータ駆動装置２０のそれぞれに対して位置指令値（回転位置指令信号）を送信する。３つのモータ駆動装置２０のそれぞれは、上位コントローラ１００から送られてくる位置指令値に対応する回転位置までモータ２２のロータを回転させる制御を実行する。この制御により、産業用ロボット１のアーム２が前述の制御プログラムに基づいた動作を行う。

【0022】

３つのモータ駆動装置２０の構成は互いに同様である。よって、以下、３つのモータ駆動装置２０のうち、１つだけについて、構成を詳細に説明する。

【0023】

モータ駆動装置２０は、制御モード選択部２１、位置速度制御部２３、ベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部２４、第１セレクター２５、電流制御部２６、ＤＱ逆変換部２７、ＰＷＭ制御部２８、及びインバータ２９を備える。モータ駆動装置２０によって駆動されるモータ２２は、上述の第１モータ２２Ａ、第２モータ２２Ｂ、又は第３モータである。モータ駆動装置２０は、電流検出部３１、第２セレクター３２、ベクトル制御電気角生成部３３、第３セレクター３４、位置推定部３５、及びオープンループ制御電気角生成部３６を備える。また、モータ駆動装置２０は、オープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７、エンコーダ通信異常判定部３８、及びＤＱ変換部３９を備える。モータユニットは、モータ２２及びロータリーエンコーダ３０を備える。

【0024】

上位コントローラ１００から出力される位置指令値は、モータ駆動装置２０の位置速度制御部２３、及びオープンループ制御電気角生成部３６に入力される。

【0025】

産業用ロボット１のアーム２における旋回動作（肩関節２Ｄの回動）、関節曲げ伸ばし動作（肩関節２Ｄ、肘関節２Ｆ、及び手首関節の回動）、又は昇降動作の駆動源であるモータ２２は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）交流のＰＭ（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータからなる。モータ２２に搭載された回転位置検出器としてのロータリーエンコーダ３０は、周知の技術によってモータ２２のロータの回転位置を検出する。そして、ロータリーエンコーダ３０は、回転位置の検出結果の情報を位置検出値（回転位置信号）として出力する。出力された位置検出値は、エンコーダ通信異常判定部３８、及び制御モード選択部２１に入力される。また、位置検出値は、第２セレクター３２を介して位置速度制御部２３にも入力される。

【0026】

なお、以下、モータ２２のロータの回転を、モータ２２の回転と表現する場合がある。

【0027】

エンコーダ通信異常判定部３８は、ロータリーエンコーダ３０から送られてくる位置検出値について異常の有無を検出し、異常を検出した場合には異常発生信号を制御モード選択部２１、及び上位コントローラ１００に送信する。エンコーダ通信異常判定部３８によって位置検出値の異常を検出する方法の１例として、位置検出値の時間変化量が所定の閾値を超えた場合（あるいは閾値以上である場合）に、異常として検出する方法が挙げられる。但し、この方法に限られるものではない。位置検出値の異常を検出する方法として、ロータリーエンコーダ３０の異常を位置検出値の異常として検出する方法を採用してもよい。

【0028】

制御モード選択部２１は、ロータリーエンコーダ３０から送られてくる位置検出値の単位時間あたりにおける変化量に基づいてモータ２２の角速度を算出し、算出結果と、位置検出値の異常の有無とに基づいて制御モード値を選択して出力する。

【0029】

図４は、制御モード選択部２１によって実行されるモード値選択処理の処理フローを示すフローチャートである。モード値選択処理では、まず、エンコーダ通信異常判定部３８から必要に応じて発信される異常発生信号について、受信したか否かが判定される（Ｓ（ステップ）１）。そして、異常発生信号が受信されない場合には（Ｓ１にてＮ）、制御モード値として「０」が選択されて制御モード選択部２１から出力される（Ｓ２）。その後、処理フローがＳ１に戻される。

【0030】

一方、異常発生信号が受信された場合には（Ｓ１にてＹ）、次に、モータ２２の角速度について、所定値以上であるか否か（あるいは所定値を超えるか否か）が判定される（Ｓ３）。そして、角速度が所定値以上である場合には（Ｓ３にてＹ）、制御モード値として「１」が選択されて制御モード選択部２１から出力される（Ｓ４）。一方、所定値以上でない場合（あるいは所定値を超えない場合）には（Ｓ３にてＮ）、制御モード値として「２」が選択されて制御モード選択部２１から出力される。以下、前述の所定値を、下限値と表現する場合がある。

【0031】

以上のようにして、制御モード値選択処理では、位置検出値の異常が発生していない場合には制御モード値として「０」が選択される。また、位置検出値の異常が発生し且つ角速度が所定値以上である場合には制御モード値として「１」が選択され、位置検出値の異常が発生し且つ角速度が所定値以上でない場合には制御モード値として「２」が選択される。

【0032】

なお、前述の所定値は、例えばモータ２２の定格角速度の１０〔％〕である。

【0033】

上位コントローラ１００は、モータ駆動装置２０から異常発生信号が送られてくると、３つのモータ駆動装置２０に送信する位置指令値を、アーム２を所定の軌道上で移動させながらアーム２及びモータ２２を減速停止させるパターンで変化させる。これにより、アーム２は、所定の軌道上で減速しながら停止する。

【0034】

図３において、制御モード選択部２１から出力される制御モード値は、第１セレクター２５、第２セレクター３２、及び第３セレクター３４（以下、これらをまとめて３つのセレクター（２５、３２、３４）とも言う）のそれぞれに入力される。３つのセレクター（２５、３２、３４）のそれぞれは、０番入力端子、１番入力端子、及び２番入力端子を備え、制御モード選択部２１から送られてくる制御モード値に基づいて、出力信号を切り換える。具体的には、３つのセレクター（２５、３２、３４）のそれぞれは、制御モード値が「０」である場合には０番入力端子に入力される信号を出力し、「１」である場合には１番入力端子に入力される信号を出力し、「２」である場合には２番入力端子に入力される信号を出力する。

【0035】

かかる構成の３つのセレクター（２５、３２、３４）のそれぞれからは、次のような信号が出力される。即ち、位置検出値の異常が発生していない場合（制御モード値＝０）には、モータ２２を、位置検出値によって示される位置から、位置指令値によって示される位置まで回転させる検出位置フィードバック制御を実行するための信号が出力される。また、位置検出値の異常が発生し、且つモータ２２の角速度が所定値以上（あるいは所定値を超える）である場合（制御モード値＝１）には、後述のセンサレスベクトル制御によってモータ２２を駆動するための信号が出力される。また、位置検出値の異常が発生し、且つモータ２２の角速度が所定値未満（あるいは所定値以下）である場合（制御モード値＝２）には、後述のオープンループ制御によってモータ２２を駆動するための信号が出力される。

【0036】

上述の３つの制御方式のうち、まず、検出位置フィードバック制御について説明する。
ロータリーエンコーダ３０から出力される位置検出値の異常がない場合には、モータ駆動装置２０が検出位置フィードバック制御によってモータ２２を駆動する。具体的には、位置検出値の異常がない場合には、第２セレクター３２から位置検出値が出力され、位置フィードバック値として位置速度制御部２３、及びベクトル制御電気角生成部３３に入力される。位置速度制御部２３は、モータ２２を位置フィードバック値によって示される位置から位置指令値によって示される位置まで回転させるのに必要なトルク値を算出し、結果をトルク指令値としてベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部２４に出力する。また、ベクトル制御電気角生成部３３は、位置フィードバック値に基づいて電気角を生成する。この電気角は、第３セレクター３４を介してＤＱ変換部３９に入力される。

【0037】

ベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部２４は、入力されたトルク値と同じトルクを発生させるのに必要なＤ軸電流、及びＱ軸電流をモータ２２内で発生させるためのＤ軸電流指令値、及びＱ軸電流指令値（以下、これらをＤＱ軸電流指令値とも言う）を生成する。Ｄ軸電流は、モータ２２に流れる電流のうちの永久磁石の磁束に平行な成分である。また、Ｑ軸電流は、モータ２２に流れる電流のうちの永久磁石の磁束に直交する成分である。

【0038】

ベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部２４から出力されるＤＱ軸電流指令値は、第１セレクター２５の０番入力端子、及び１番入力端子に入力される。検出位置フィードバック制御が実行される場合（制御モード値＝０）、及びセンサレスベクトル制御が実行される場合（制御モード値＝１）には、ベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部２４によって生成されたＤＱ軸電流指令値が第１セレクター２５から出力される。このＤＱ軸電流指令値は、電流制御部２６に入力される。

【0039】

ＤＱ変換部３９は、第３セレクター３４から送られてくる電気角に基づいてＤ軸電流フィードバック値、及びＱ軸電流フィードバック値（以下、ＤＱ軸電流フィードバック値とも言う）を生成して電流制御部２６に出力する。なお、後述のセンサレスベクトル制御時においては、ＤＱ変換部３９が、第３セレクター３４から送られてくる電気角と、電流検出部３１から送られてくる三相電流検出値とに基づいてＤＱ軸電流フィードバック値を生成する。

【0040】

電流制御部２６は、第１セレクター２５から送られてくるＤＱ軸電流指令値と、ＤＱ変換部３９から送られてくるＤＱ軸電流フィードバック値とに基づいて、ＤＱ軸電圧指令値を生成してＤＱ逆変換部２７に出力する。

【0041】

ＤＱ逆変換部２７は、第３セレクター３４から送られてくる電気角と、電流制御部２６から送られてくるＤＱ軸電圧指令値とに基づいて、要求されるＤ軸電流、及びＱ軸電流をモータ２２内に発生させるためのＵ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、及びＷ相電圧指令値（以下、三相電圧指令値とも言う）を生成して出力する。ＤＱ逆変換部２７から出力される三相電圧指令値は、ＰＷＭ制御部２８に入力される。ＰＷＭ制御部２８は、Ｕ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、Ｗ相電圧指令値によって示されるＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧をインバータ２９から出力させるためのＰＷＭ信号からなるＵ相ゲート信号、Ｖ相ゲート信号、Ｗ相ゲート信号を生成する。インバータ２９は、Ｕ相ゲート信号、Ｖ相ゲート信号、Ｗ相ゲート信号に基づくＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧をモータ２２に供給して、モータ２２を回転させる。

【0042】

電流検出部３１は、インバータ２９からモータ２２に流れるＵ相電流、Ｖ相電流、及びＷ相電流（以下、これらを三相電流とも言う）を検出し、検出結果をＵ相電流検出値、Ｖ相電流検出値、Ｗ相電流検出値（以下、三相電流検出値とも言う）として出力する。なお、三相の電流値を検出することに代えて、三相のうち、二相の電流値だけを検出し、残りの一相の電流値については、二相の電流値の検出結果に基づいて算出してもよい。

【0043】

ロータリーエンコーダ３０から出力される位置検出値の異常がない場合には、以上のような検出位置フィードバック制御によってモータ２２が駆動される。

【0044】

次に、センサレスベクトル制御について説明する。センサレスベクトル制御が実行される場合、即ち、位置検出値の異常があり、且つ異常発生直前のモータ２２の角速度が所定値以上である（あるいは所定値を超える）場合（制御モード値＝１）には、以下のようにしてモータ２２が駆動される。即ち、電流検出部３１から出力される三相電流検出値は、ＤＱ変換部３９に入力される。ＤＱ変換部３９は、三相電流検出値と、第３セレクター３４から送られてくる電気角とに基づいて、ＤＱ軸電流フィードバック値を生成して出力する。出力されたＤＱ軸電流フィードバック値は、電流制御部２６、及び位置推定部３５に入力される。

【0045】

電流制御部２６は、第１セレクター２５から送られてくるＤＱ軸電流指令値と、ＤＱ変換部から送られてくるＤＱ軸電流フィードバック値とに基づいて、ＤＱ軸電圧指令値を生成して出力する。位置推定部３５は、電流制御部２６から送られてくるＤＱ軸電圧指令値と、ＤＱ変換部３９から送られてくるＤＱ軸電流フィードバック値とに基づいて、モータ２２の回転位置を推定する。

【0046】

位置推定部３５は、ＤＱ変換部３９から送られてくるＤＱ軸電流フィードバック値と、電流制御部２６から送られてくるＤＱ軸電圧指令値とに基づいて、位置推定値と、電気角推定値とを求める。そして、位置推定部３５は、位置推定値を第２セレクター３２の１番入力端子に出力し、且つ電気角推定値を第３セレクターの１番入力端子に出力する。

【0047】

位置推定部３５から出力される位置推定値は、第２セレクター３２を介して、位置フィードバック値として位置速度制御部２３に入力される。位置速度制御部２３は、位置フィードバック値として位置推定値を用いる点の他は検出位置フィードバック制御と同様にしてトルク指令値を出力する。このトルク指令値に基づくＵ相ゲート信号、Ｖ相ゲート信号、Ｗ相ゲート信号としてインバータ―２９に入力されるまでの処理は、検出位置フィードバック制御と同様である。つまり、センサレスベクトル制御では、位置検出値の代わりに、モータ２２内で発生する誘起電圧に基づく位置推定値を位置フィードバック値として位置速度制御部２３にフィードバックする点の他は、検出位置フィードバック制御と同様の処理が行われる。

【0048】

なお、モータ駆動装置２０は、センサレスベクトル制御において、検出位置フィードバック制御に比べて位置速度制御の制御ループゲインを低下させる。制御ループゲインを低下させる方法の１例として、上位コントローラ１００の指令によって制御ループゲインを低下させる方法が挙げられる。アーム２の軌道を精度良く維持するためには、位置検出値の異常が発生したモータ駆動装置２０だけでなく、他のモータ駆動装置２０の位置速度制御の制御ループゲインも低下させることが望ましい。上位コントローラ１００の指令によれば、全てのモータ駆動装置２０における位置速度制御の制御ループゲインを適切に低下させることが可能である。

【0049】

モータ駆動装置２０の位置速度制御の制御ループゲインを低下させる他の１例として、位置検出値の異常を引き起こしたモータ駆動装置２０の処理によって、そのモータ駆動装置２０の位置速度制御の制御ループゲインだけ低下させる方法が挙げられる。この方法の処理の１例としては、Ｐ－ＰＩ制御によって回転位置と角速度とを制御する構成において、速度ループゲイン、位置ループゲイン、及び速度ループ積分ゲインのそれぞれを低下させる方法が挙げられる。また、他の１例として、例えば特開２００２－２２９６０４号公報に記載のようなＲＰＰ制御によって回転位置と角速度とを制御する構成において、ω_２ゲイン、ω_１ゲイン、ω_ｑゲインを低下させる方法が挙げられる。また、更なる他の例として、ＲＰＰ制御によって回転位置と角速度とを制御する構成において、イナーシャノミナル設定値を低下させる方法が挙げられる。イナーシャノミナル設定値を低下させることで、ω_２ゲイン、ω_１ゲインを近似的に低下させることが可能である。この方法によれば、制御ループゲインを低下させるための専用のプログラムを構築することなく、制御ループゲインを適切に低下させることができる。

【0050】

次に、オープンループ制御について説明する。オープンループ制御が実行される場合、即ち、位置検出値の異常があり、且つモータ２２の角速度が所定値未満である（あるいは所定値以下である）場合（制御モード値＝２）には、以下のようにしてモータ２２が駆動される。即ち、オープンループ制御電気角生成部３６は、上位コントローラ１００から送られてくる位置指令値に基づいてモータ２２の磁極を引き付ける回転位置（以下、強制同期位置指令値と言う）を算出してオープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７に出力する。また、位置指令値に基づいて電気角推定値を算出して第３セレクター３４に出力する。

【0051】

制御方式を、検出位置フィードバック制御やセンサレスベクトル制御に切り換えるときに、モータ２２の電気角を、位置検出値、又は位置推定値によって示される角度から、オープンループ制御を実施するための初期角に切り換えたとする。このとき、モータ２２に流すＤＱ軸電流ベクトルの向きを、Ｑ軸方向からＤ軸方向の正の向きへ瞬時に切り換えると、次のような不具合を発生させてしまう。即ち、モータ２２を駆動源とする駆動対象機械（アーム２全体、手部２Ａ、前腕部２Ｂ、又は上腕部２Ｃ）を運動させるためのトルクが得られなくなり、モータ２２の脱調や大きな振動を発生させてしまう。

【0052】

そこで、図３に示されるオープンループ制御電気角生成部３８は、モータ２２の回転位置を、検出位置フィードバック制御の実行時と同様に時間変化させるように電気角を生成する。

【0053】

図５は、オープンループ制御電気角生成部３６を示すブロック線図である。このオープンループ制御電気角生成部３６は、制御器３６ａと、電気系・機械系のモデル３６ｂと、電気角算出部３６ｃとを備える。

【0054】

制御器３６ａは、位置速度制御部３６ａ１、ベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部３６ａ２、電流制御部３６ａ３、ＤＱ逆変換部３６ａ４、ＰＷＭ制御部３６ａ５、及びＤＱ変換部３６ａ６を備える。図５に示される位置速度制御部３６ａ１は、図３に示される位置速度制御部２３と同様の処理を実行する。図５に示されるベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部３６ａ２は、図３に示されるベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部２４と同様の処理を実行する。図５に示される電流制御部３６ａ３は、図３に示される電流制御部２６と同様の処理を実行する。図５に示されるＤＱ逆変換部３６ａ４は、図３に示されるＤＱ逆変換部２７と同様の処理を実行する。図５に示されるＰＷＭ制御部３６ａ５は、図３に示されるＰＷＭ制御部２８と同様の処理を実行する。図５に示されるＤＱ変換部３６ａ６は、図３に示されるＤＱ変換部３９と同様の処理を実行する。

【0055】

電気系・機械系のモデル３６ｂは、インバータ３６ｂ１のモデル、モータ３６ｂ２のモデル、及びモータに対する負荷機械３６ｂ５のモデルを備える。これらモデルは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれについてゲート信号が変化前の値から変化後の値に変化した場合に、モータ２２の回転位置と、モータ２２に流れる電流値とについてどのように変化するのかをシミュレーションするアルゴリズムを備える。シミュレーションによって得られた位置シミュレーション値は、ロータリーエンコーダ３６ｂ４のモデルから出力され、制御器３６ａの位置速度制御部３６ａ１と、電気角算出部３６ｃと、図３におけるオープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７とに入力される。

【0056】

図５における電気角算出部３６ｃは、位置シミュレーション値に基づいてモータ２２の電気角を算出し、結果を図３におけるＤＱ逆変換部２７、及びＤＱ変換部３９に出力する。

【0057】

位置検出値の異常発生時において、制御方式を。検出位置フィードバック制御、あるいはセンサレスベクトル制御から、オープンループ制御に切り換えた後には、位置検出値を行う場合と同様の挙動でモータを動作させることが可能である。よって、実施形態に係るモータ制御方法によれば、制御方式をオープンループ制御に切り換え後の電気角の急激な変化によるモータの脱調や振動の発生を抑えることができる。

【0058】

なお、モータ２２の回転位置と、モータ２２に供給される電流値とをシミュレーションすることに代えて、モータ２２の回転位置だけをシミュレーションしてもよい。この場合、位置指令値と位置シミュレーション値とに基づいて必要なトルク指令値を求める処理を位置速度制御部３６ａ１によって実行し、得られたトルク指令値を機械系のモデル３６ｂに入力して位置シミュレーション値を得ればよい。

【0059】

また、モータの回転位置をシミュレーションすることに代えて、位置指令値を位置制御応答伝達関数Ｇ（ｓ）により、仮想的に検出位置フィードバック制御を実行した場合における位置検出値に応答した後のモータ２２の回転位置に変換してもよい。位置制御応答伝達関数Ｇ（ｓ）を用いて位置変換値を得る方法では、位置指令値について、実際の制御においてどのような遅れでどのような回転位置に反映されるのかを位置制御応答伝達関数Ｇ（ｓ）によって位置変換値として求める。得られた位置変換値を、図３に示されるＤＱ逆変換部２７、及びＤＱ変換部３９に出力し、且つ強制同期位置指令値としてオープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７に出力すればよい。また、位置変換値に基づいて電気角を算出すればよい。

【0060】

位置制御応答伝達関数Ｇ（ｓ）の基本式は、次式で表される。

【数1】

【0061】

この基本式を用いて位置変換値を得ることが望ましいが、基本式の右辺を改変した次式によって位置指令値を位置変換値に変換してもよい。

【数2】

【0062】

ｆｆ_１、ｆｆ_２、ω_１、及びω_２のうち、ω_２だけを含む単純な位置制御応答伝達関数Ｇ（ｓ）を用いることで、高速で高価な演算装置（例えばＣＰＵ）を用いることなく、モータ２２の位置変換値を高速で求めることが可能である。単純な位置制御応答伝達関数Ｇ（ｓ）であっても、次のような態様におけるモータ制御であれば、モータ２２の位置変換値を適切な値で求めることが可能である。即ち、ｆｆ_１が１に近い値をとり、且つｆｆ_２が０に近い値をとる態様である。

【0063】

前述の態様であれば、モータ２２の制御方式を、検出位置フィードバック制御、あるいは、センサレスベクトル制御から、オープンループ制御に切り換えた後において、位置フィードバック制御を行う場合と同様の挙動でモータを動作させることが可能である。このため、制御方式をオープンループ制御に切り換えた後のモータ２２の脱調や振動の発生を抑え、且つ位置変換値を安価な演算装置によって適切に求めることができる。

【0064】

なお、モータ２２の電気角を位置指令値に近づける方法として、オープンループ制御に切り換わる直前の位置偏差を初期値として、位置偏差を徐々にゼロに収束させる一次遅れフィルターを用いる方法も考えられる。しかしながら、この方法では、位置指令値とは無関係に位置偏差を減少させることから、手部２Ａを所望の軌道に沿って移動させることができない。

【0065】

図６は、位置指令値と、位置指令値に応答した制御による手部２Ａの実際の回転位置との関係を示すグラフである。回転位置と時間との関係を示すグラフに着目すると、位置指令値の変化に対して実際の位置の変化が遅れている。これは、指令に応答する実際の位置の変化に時間を要するからである。検出位置フィードバック制御やセンサレスベクトル制御では、産業用ロボット１の各関節のモータの位置指令値に対して実際の回転位置を均一に遅らせるように位置制御ゲインを設定することで、手部２Ａの軌道精度を確保する。一方、オープンループ制御において、上述の一次遅れフィルタによって特定の軸だけ位置偏差をゼロに収束させる方法を用いると、図示のように、実際の回転位置の変化が、検出位置フィードバック制御の時とは異なる。これにより、各軸の位置の位置指令値に対する遅れ方に差が生じ、手部２Ａの位置が目標の軌道から逸れてしまう。これに対し、実施形態に係るオープンループ制御のようにシミュレーション値を用いる方法では、図示のように、位置指令値の変化に対して実際の回転位置を、検出位置フィードバック制御を実行したときと同じように変化させることができる（手部２Ａを目標の軌道に沿って移動させることができる）。

【0066】

図７は、従来のオープンループ制御における各種状態の時間変化を示すグラフである。図７では、モータ２２を検出位置フィードバック制御で起動した後、モータ２２の回転の角速度をセンサレスベクトル制御の下限値に到達させる前に、位置検出値の異常発生に起因して従来のオープンループ制御でモータ２２を停止させた例を示している。この例では、モータ２２の起動後に、検出位置フィードバック制御によってＱ軸電流指令値を増加させてモータ２２の角速度を上昇させていく。その後、位置検出値の異常発生に起因してモータ２２を停止させるべく、制御方式をオープンループ制御に切り換えると、フィルタ処理によってＱ軸電流指令値をゼロまで減少させた後、モータ２２の回転を停止させるまで、Ｑ軸電流指令値をゼロに維持する。

【0067】

ところが、前述のようなＱ軸電流指令値の変化では、トルクの過不足によってモータ２２の脱調や振動を発生させてしまうことが判明した。必要なトルクを発生させるためには、モータ２２に対するＱ軸電流の供給が必要だからである。具体的には、図７に示されるように、正常時の検出位置フィードバック制御でモータ２２を停止させると仮定した場合、Ｑ軸電流指令値は、まず、サインカーブ状にゼロまで減少した後、再びマイナス方向に増加し、マイナス側でサインカーブ状の変動を経てゼロに戻る。必要なトルクを得ながらモータ２２を停止させるためには、前述のようにＱ軸電流指令値を変化させる必要がある。

【0068】

そこで、実施形態に係るモータ駆動装置２０では、位置指令値に基づいてモータ２２に必要なトルクを求めた後、トルクに応じたＱ軸電流指令値を求め、Ｑ軸電流指令値に応じたＱ軸電流、及びロータの磁石の磁極を引き込むためのＤ軸電流をモータに供給する。かかる構成によれば、モータ２２に必要なトルクに応じた値のＱ軸電流をモータに供給することで、トルクの過不足に起因するモータ２２の脱調や振動を引き起こすことなく、オープンループ制御によってモータ２２の駆動を停止させることができる。

【0069】

モータ２２を位置指令値によって指令された位置まで回転させるのに必要なトルクを求める方法として、位置指令値に基づいて仮想的に検出位置フィードバック制御を実行した場合の角加速度を推定し、得られた角加速度推定値に基づいて必要なトルクを求める方法が挙げられる。これにより、モータ２２を所望の角速度で回転させるのに必要なトルクを求めることができる。

【0070】

また、必要なトルクを求める別の方法として、位置指令値に基づいて必要な角速度、及び角加速度を推定し、得られた角速度推定値、及び角加速度推定値に基づいて必要なトルクを求める方法が挙げられる。より詳しくは、角加速度推定値に基づいて加速又は減速に必要なトルクを求め、且つ角速度推定値に基づいて必要な粘性抵抗、及びクーロン摩擦のうちの少なくとも一方を補償するためのトルク求めるのである。

【0071】

なお、オープンループ制御において、位置指令値と、直前のトルク指令値とに基づいて必要なトルクを推定する方法では、次のような不具合を発生させてしまうことが本発明者による実験で判明した。即ち、センサレスベクトル制御からオープンループ制御に切り換わった場合に、位置検出値の異常の発生タイミングによっては、モータ２２を大きく振動させてしまうという不具合である。

【0072】

図８は、オープンループ制御開始直前のトルク指令値に基づいてオープンループ制御開始直後のＱ軸電流指令値を決定する方法における各種状態の時間変化を示すグラフである。図８では、位置検出値の異常が発生した後の時間帯にも、検出位置フィードバック制御による各種状態の系列が記されているが、同系列は、異常が発生しなかったと仮定した場合にどのように状態が変化するのかを示している。

【0073】

図８に示される例では、モータ２２が検出位置フィードバック制御によって起動された後、モータ２２の回転の角速度がセンサレスベクトル制御の下限値（閾値）よりも少しだけ高い値まで上昇したときに、位置検出値の異常が発生している。

【0074】

異常の発生に基づいて制御方向が検出位置フィードバック制御からセンサレスベクトル制御に切り換わると、図示のように、切り換え直後には、電流検出による回転位置推定の過渡現象によってモータ２２の回転が不安定になって、電流検出値による角速度推定値が大きく変動する。位置検出値の異常発生時にモータ２２の角速度がセンサレスベクトル制御の下限値よりも少しだけ高いであったため、センサレスベクトル制御が短時間しか実行されない。このため、電流検出値に基づく位置推定値の振動が収束して角速度推定値が安定化する前に制御方式がオープンループ制御に移行する。Ｑ軸電流値は角速度推定値に対する定数の乗算によって算出されることから、制御方式がセンサレスベクトル制御からオープンループ制御に切り換わる直前のトルク指令値は、オープンループ制御の実行に必要なトルクに応じた値からかけ離れている可能性がある。このような値のトルク指令値を用いると、モータ２２を大きく振動させてしまうおそれがある。以下、前述のようにしてモータ２２が大きく振動してしまう現象を、センサレスベクトル制御の位置推定応答性不足によるオープンループ制御切り換わり時のモータ２２の振動という。

【0075】

なお、検出位置フィードバック制御においてモータ２２が十分な角速度で回転しているときに位置検出値の異常が発生した場合には、センサレスベクトル制御が十分な時間実行されて角速度推定値が安定化してから制御方式がオープンループ制御に切り換わる。すると、オープンループ制御にて、制御方式をセンサレスベクトル制御からオープンループ制御に切り換えた直後のトルク指令値適切な値で求めることが可能なので、モータ２２を大きく振動させることはない。

【0076】

実施形態に係るモータ駆動装置２０では、位置指令値に応答した後のモータ２２の回転位置推定値を求め、得られた回転位置推定値に基づいて角加速度推定値を求める。回転位置推定値は、オープンループ制御ＤＱ軸電気角生成部３６によって強制同期位置指令値として求められる。

【0077】

図９は、オープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７の制御構成を示すブロック線図である。オープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７は、Ｑ軸電流指令生成部３７Ａと、Ｄ軸電流指令生成部３７Ｂとを備える。

【0078】

Ｑ軸電流指令生成部３７Ａは、複数の遅延素子、第１数値微分部３７Ａ１、第１ローパスフィルター３７Ａ９、第２数値微分部３７Ａ２、第２ローパスフィルター３７Ａ４、慣性モーメントのノミナル値（以下、慣性ゲインと言う）３７Ａ５等を備える。また、Ｑ軸電流指令生成部３７Ａは、トルク定数除算部３７Ａ８、符号関数部３７Ａ３、粘性係数のノミナル値（以下、粘性ゲインと言う）３７Ａ６、クーロン摩擦力のノミナル値（以下、クーロン摩擦ゲインと言う）３７Ａ７等を備える。

【0079】

Ｑ軸電流指令生成部３７Ａで実行される処理について説明する。
オープンループ制御電気角生成部（図３の３６）から送られてくる強制同期位置指令値は、第１数値微分部３７Ａ１と第１ローパスフィルター３７Ａ９とに順に入力されて角速度推定値となる。この角速度推定値は、第２数値微分部３７Ａ２と第２ローパスフィルター３７Ａ４とに順に入力されて角加速度推定値となった後、慣性ゲイン３７Ａ５に入力される。慣性ゲイン３７Ａ５は、慣性トルク補償値（慣性力）を出力する。これは、次式に基づいて慣性加速に必要なトルクを算出することと等価である。

【数3】

Ｊ：慣性モーメント
θ：モータ角度

【0080】

上述の角速度推定値は、粘性ゲイン３７Ａ６にも入力される。粘性ゲイン３７Ａ６は、粘性トルク補償値（粘性抵抗力）を出力する。これは、次式に基づいて粘性抵抗力を補償するためのトルクを算出することと等価である。

【数4】

Ｄ：粘度係数

【0081】

上述の角速度推定値は、符号関数部３７Ａ３にも入力される。符号関数部３７Ａ３からは、角速度推定値とは逆の符号の値が出力され、クーロン摩擦ゲイン３７Ａ７に入力される。クーロン摩擦ゲイン３７Ａ１７は、クーロン摩擦トルク補償値（クーロン摩擦力）を出力する。これは、次式に基づいてクーロン摩擦力を補償するためのトルクを算出することと等価である。

【数5】

Ｃ：クーロン摩擦

【0082】

図９に示される重力補償値は、定数である。慣性トルク補償値、粘性トルク補償値、クーロン摩擦補償値、及び重力補償値は、合算されてトルク指令値となってトルク定数除算部３７Ａ８に入力される。トルク定数除算部３７Ａ８は、トルク指令値をトルク定数Ｋｔで除算した結果（トルク定数の逆数を乗算した結果）をＱ軸電流指令値として出力する。このＱ軸電流指令値は、電流制御部（図３の２６）と、Ｄ軸電流指令生成部３７Ｂとに入力される。なお、モータ２２のトルク定数を、慣性ゲイン、粘性ゲイン、クーロン摩擦補償値、重力補償値のそれぞれに含めることで、トルク定数除算部３７Ａ８を省略してもよい。

【0083】

開始直後のＱ軸電流指令値を決定する図８に示されるように、

【0084】

制御方式がセンサレスベクトル制御からオープンループ制御に切り換わった後、角加速度推定値が求められるまでには、十数〔μ秒〕程度の時間を要する。その間、角加速度推定値を求めることができないと、適切なＱ軸電流をモータに供給することができなくなる。

【0085】

そこで、実施形態に係るモータ駆動装置２０では、図３、及び図５、及び図９に示されるように、センサレスベクトル制御の実行中に、位置指令値に基づいて加速度推定値を求める。

【0086】

具体的には、図３に示されるように、上位コントローラ１００から発信される位置指令値は、セパレータを介することなくオープンループ制御電気角生成部３６に入力される。また、オープンループ制御電気角生成部３６から出力される強制同期位置指令値は、セパレータを介することなくオープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７に入力される。よって、位置指令値がオープンループ制御電気角生成部３６とオープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７とを介してＤＱ軸電流指令値となって第１セレクター２５に入力されるまでの流れは、制御方式にかかわらず、実行される。即ち、センサレスベクトル制御の実行中においても、前述の流れが実行される。

【0087】

図５に示されるように、オープンループ制御電気角生成部３６は、位置指令値に基づいて位置シミュレーション値を生成し、これを強制同期位置指令値としてＤＱ軸電流指令生成部３７に出力する。また、図９に示されるように、オープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７は、強制同期位置指令値に基づいて角速度推定値を求め、得られた角速度推定値に基づいて角加速度推定値を求める。よって、モータ駆動装置２０は、センサレスベクトル制御の実行中に、位置指令値に基づいて加速度推定値を求めている。

【0088】

かかる構成では、制御方式をセンサレスベクトル制御からオープンループ制御に切り換えた直後に、直前に求めておいた角加速度推定値を用いて必要なトルクを求めることが可能になる。よって、センサレスベクトル制御からオープンループ制御に切り換えた直後から、必要なトルクに応じたＱ軸電流指令値を求めて、切り換え時に不適切なＱ軸電流を供給することによるモータ２２の振動の発生を抑えることができる。

【0089】

実施形態に係るモータ駆動装置２０では、Ｑ軸電流値（Ｑ軸電流指令値）に応じてＤ軸電流値（Ｄ軸電流指令値）を変化させる。
図１０は、実施形態に係るモータ駆動装置２０におけるＱ軸電流指令値とＤ軸電流指令値値との関係を示すグラフである。図１０におい、Ｑ軸ノルム変化率ゲインは√２であるが、この値は一例である。また、電流値ｂは、ＤＱ軸ノルム電流下限値であるが、図１０の例では、この値をモータ２２の定格電流値としている。但し、定格電流値でなくてもよい。電流値ａは、ＤＱ軸ノルム電流下限値をＱ軸ノルム変化率ゲインで除算した値である。また、電流値ｄは、ＤＱ軸ノルム電流上限値であるが、図１０に示される例ではこの値を、モータ２２の瞬時最大電流仕様値としている。但し、瞬時最大電流仕様値でなくてもよい。また、電流値ｃは、ＤＱ軸ノルム電流上限値をＱ軸ノルム変化率ゲインで除算した値である。ＤＱ軸ノルム電流値は、Ｑ軸電流値とＤ軸電流値との２次元座標におけるＱ軸電流値とＤ軸電流値との交点と、原点とを結ぶ線分の長さに相当する電流値である。

【0090】

以下、電流値ａ未満のＱ軸電流値で得られるトルク領域を低トルク領域という。また、電流値ａ以上、且つ電流値ｃ未満のＱ軸電流値で得られるトルク領域を中トルク領域という。また、電流値ｃ以上のＱ軸電流値で得られるトルク領域を高トルク領域という。

【0091】

オープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７は、低トルク領域にて、ＤＱ軸電流ベクトルのノルムを一定にする態様でＤ軸電流指令値を算出する。この算出のために、Ｄ軸電流指令値を求めるアルゴリズムとして、Ｄ軸電流指令値をＱ軸電流指令値よりも低い値とし、且つＱ軸電流指令値の増加につれて値を低下させるアルゴリズムを用いる。かかる構成では、電流の大きさを定格電流値又はそれ以下に抑えることで、モータ２２の発熱を抑えることができる。

【0092】

低トルク領域にて、Ｄ軸電流指令値が低下していくと、やがてＱ軸電流値と同じ値になって（ＤＱ軸ノルム電流値がＤＱ軸ノルム電流下限値と同じ値になって）、トルク領域が中トルク領域となる。オープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７は、中トルク領域にて、Ｑ軸電流指令値の増加につれてＤ軸電流指令値を増加させるアルゴリズムで、前記Ｄ軸電流指令値を求める。図示の例では、Ｑ軸電流指令値とＤ軸電流指令値とを比例の関係にしている。Ｑ軸電流指令値が定格電流値（ｂ）を超えることが一般的な中トルク領域では、Ｄ軸電流値を低トルク領域におけるＤ軸電流値よりも高くすることで、必要なトルクを得ることができる。加えて、トルクの増加につれてＤ軸電流指令値を増加させることで、必要なトルクの算出誤差や外乱に対する復元力を得て、モータ２２を脱調や振動させることなく、オープンループ制御によってモータ２２の駆動を停止させることができる。

【0093】

中トルク領域にて、Ｄ軸電流指令値が増加していくと、やがてＤＱ軸ノルム電流値がＤＱ軸ノルム電流上限値に達して、トルク領域が高トルク領域となる。オープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部３７は、高トルク領域において、Ｑ軸電流指令値の増加につれてＤ軸電流指令値を低下させるアルゴリズムで、Ｄ軸電流指令値を求める。中トルク領域よりも更に高いトルクが必要になる高トルク領域では、トルクの増加につれてＱ軸電流値を低下させることで、ロータの磁石の磁極を引き付ける力を弱めて、電流が許容最大値を超えることを抑えることができる。

【0094】

図９に示されるＤ軸電流指令生成部３７Ｂで実行される処理について説明する。
Ｄ軸電流指令生成部３７Ｂは、Ｑ軸-ノルム電流変化率ゲイン３７Ｂ１、絶対値演算部３７Ｂ２、飽和部３７Ｂ３、第１の２乗演算部３７Ｂ４、第２の２乗演算３７Ｂ５、及び平方根演算部３７Ｂ６を備える。

【0095】

Ｑ軸電流指令生成部３７Ａで生成されたＱ軸電流指令値は、第２の２乗演算部３７Ｂ５によって２乗の値に変換された後、加算器にマイナスの値として入力される。また、Ｑ軸電流指令値は、Ｑ軸-ノルム電流変化率ゲイン３７Ｂ１によってゲインをかけられた後、絶対値演算部３７Ｂによって絶対値に変換され、飽和部３７Ｂ３に入力される。飽和部３７Ｂ３において、入力値がＤＱ軸ノルム電流下限値を下回る場合にはＤＱ軸ノルム電流下限値に変換され、入力値がＤＱ軸ノルム電流上限値を上回る場合にはＤＱ軸ノルム電流上限値に変換される。

【0096】

飽和部３７Ｂ３からの出力は、第１の２乗演算部３７Ｂ４によって２乗の値に変換された後、加算器にプラスの値として入力される。平方根演算部３７Ｂ６は、加算器からの出力値を平方根の値に変換し、その値をＤ軸電流指令値として出力する。以上のような処理により、Ｄ軸電流指令値は、図１０のグラフに示される特性で変化する。

【0097】

＜産業用ロボット１の作用効果＞
＜構成１＞
構成１は、モータ２２を電流引込法によるオープンループ制御によって駆動するモータ制御方法である。構成１は、上位コントローラ１００（信号発信手段）から送られてくる位置指令値（回転位置指令信号）に基づいてモータ２２に必要なトルク（例えば、図９におけるトルク指令値）を求めるステップを具備する。また、構成１は、必用なトルクに応じたＱ軸電流指令値を求めるステップ（例えば、図９におけるトルク定数除算部３７Ａ８）と、Ｑ軸電流指令値に応じたＱ軸電流、及びロータの磁石の磁極を引き込むためのＤ軸電流をモータに供給するステップ（例えば図９のＤ軸電流指令生成部３７Ｂ）とを具備する。

【0098】

＜構成１の作用効果＞
構成１によれば、モータ２２に必要なトルクに応じた値のＱ軸電流をモータ２２に供給することで、モータ２２を脱調や振動させることなく、オープンループ制御によってモータ２２の駆動を停止させることができる。

【0099】

＜構成２＞
構成２は、構成１におけるトルクを求めるステップが、位置指令値に応答した後のモータ２２の角加速度推定値（例えば、図９の角速度推定値）を求めるステップと、角加速度推定値に基づいてトルク（例えば、図９のトルク指令値）を求めるステップとを具備する。

【0100】

＜構成２の作用効果＞
構成２によれば、モータ２２を回転させるのに必要なトルクに応じたＱ軸電流をモータ２２に供給することで、モータ２２に不要なＱ軸電流を供給することを抑えることができる。

【0101】

＜構成３＞
構成３は、構成２におけるトルクを求めるステップが、位置指令値に応答した後のモータ２２の角速度推定値（例えば、図９の角速度推定値）を求めるステップと、角速度推定値、及び角加速度推定値に基づいてトルクを求めるステップとを具備する。

【0102】

＜構成３の作用効果＞
構成３によれば、角加速度推定値に加えて、角速度推定値にも基づいてトルクを求めることで、必要なトルクをより正確に求めることができる。

【0103】

＜構成４＞
構成４は、構成２又は３におけるトルクを求めるステップが、位置指令値に応答した後のモータ２２の位置シミュレーション値（回転位置推定値）を求めるステップ（例えば図５、における電気系・機械系のモデル）と、位置シミュレーション値に基づいて角加速度推定値（例えば、図９のトルク指令値）を求めるステップとを具備する。

【0104】

＜構成４の作用効果＞
構成４によれば、位置シミュレーション値に基づいてモータ２２の角加速度推定値を求めることで、センサレスベクトル制御の実行時間不足によるオープンループ制御切り換わり時のモータ２２の振動の発生を回避することができる。

【0105】

＜構成５＞
構成５は、構成２乃至４の何れかのトルクを求めるステップでは、角加速度推定値に慣性モーメントに相当する係数（例えば、図９の慣性ゲイン３７Ａ５）を乗じて求められる駆動機械系の加速及び減速に必要な力のモーメントを、トルク、又はトルクの一部として求める。

【0106】

＜構成５の作用効果＞
構成５によれば、駆動機械系の慣性力に応じたＱ軸電流をモータ２２に供給することができる。

【0107】

＜構成６＞
構成６は、構成５におけるトルクを求めるステップでは、位置指令値に応答した後のモータ２２の角速度推定値を求め、角速度推定値に基づいて駆動機械系の粘性抵抗力を補償するための力のモーメントをトルクの一部として求める。

【0108】

＜構成６の作用効果＞
構成６によれば、駆動機械系の加速及び減速に必要な力のモーメントに加えて、駆動機械系の粘性抵抗も必要なトルクとして求める。これにより、加速及び減速に必要な力のモーメントだけを必要なトルクとして求める場合に比べて、モータ２２のトルクの過不足の発生を抑えることができる。

【0109】

＜構成７＞
構成７は、構成５又は６におけるトルクを求めるステップでは、重力を補償するための力のモーメントをトルクの一部として求める。

【0110】

＜構成７の作用効果＞
構成７によれば、駆動機械系の加速及び減速に必要な力のモーメントに加えて、重力も必要なトルクとして求めることで、加速及び減速に必要な力のモーメントだけを必要なトルクとして求める場合に比べて、モータ２２のトルクの過不足の発生を抑えることができる。

【0111】

＜構成８＞
構成８は、構成５乃至７の何れかにおけるトルクを求めるステップでは、位置指令値に応答した後のモータ２２の角速度推定値を求め、角速度推定値に基づいてクーロン摩擦力を補償するための力のモーメントをトルクの一部として求める。

【0112】

＜構成８の作用効果＞
構成８によれば、駆動機械系の加速及び減速に必要な力のモーメントに加えて、クーロン摩擦力も必要なトルクとして求める。これにより、加速及び減速に必要な力のモーメントだけを必要なトルクとして求める場合に比べて、モータ２２のトルクの過不足の発生を抑えることができる。

【0113】

＜構成９＞
構成９は、構成５乃至８の何れかにおいて、前記Ｑ軸電流指令値に応じたＤ軸電流指令値を求めるステップを具備する。また、構成９は、Ｑ軸電流指令値に応じたＱ軸電流、及びロータの磁石の磁極を引き込むためのＤ軸電流をモータに供給するステップにおいて、前記Ｄ軸電流指令値に応じたＤ軸電流をモータに供給する。

【0114】

＜構成９の作用効果＞
構成９によれば、モータの焼損を防止し、従来構成のように一定の値のＤ軸電流を流す構成に比べて、モータの発熱を抑え、且つ、必要なトルクの算出誤差や外乱に対する復元力を得ることができる。

【0115】

＜構成１０＞
構成１０は、構成９における前記Ｄ軸電流指令値を求めるステップでは、Ｑ軸電流指令値の増加につれて前記Ｄ軸電流指令値を増加させるアルゴリズムで、Ｄ軸電流指令値を求める。

【0116】

＜構成１０の作用効果＞
構成１０によれば、Ｑ軸電流指令値の増加につれてＤ軸電流指令値を増加させることで、必要なトルクの算出誤差や外乱に対する復元力得て、モータ２２を脱調や振動させることなく、オープンループ制御によってモータ２２の駆動を停止させることができる。

【0117】

＜構成１１＞
構成１１は、構成１０における前記Ｄ軸電流指令値を求めるステップでは、次のようなアルゴリズムでＤ軸電流指令値を求める。即ち、所定の低トルク領域にて、前ＤＱ軸電流ベクトルのノルムを一定にする態様でＤ軸電流指令値を求める。また、低トルク領域よりも高い中トルク領域にて、Ｑ軸電流指令値の増加につれてＤ軸電流指令値を増加させる。

【0118】

＜構成１１の作用効果＞
構成１１によれば、ロータの磁石の磁極を強力に引き込む必要のない低トルク領域では、ＤＱ軸電流ベクトルのノルムを一定にする態様でＤ軸電流値を求めることで、電流の大きさを定格電流値又はそれ以下に抑えてモータ２２の発熱を抑えることができる。
また、構成１１によれば、Ｑ軸電流値が定格電流値を超えることが一般的な中トルク領域では、Ｄ軸電流値を低トルク領域におけるＤ軸電流値よりも高くすることで、必要なトルクの算出誤差や外乱に対する復元力を得て、モータ２２を脱調や振動させることなく、オープンループ制御によってモータ２２の駆動を停止させることができる。

【0119】

＜構成１２＞
構成１２は、構成１１における前記Ｄ軸電流指令値を求めるステップでは、中トルク領域よりも高い高トルク領域にて、Ｑ軸電流指令値の増加につれてＤ軸電流指令値を低下させるアルゴリズムで、Ｄ軸電流指令値を求める。

【0120】

＜構成１２の作用効果＞
構成１２によれば、中トルク領域よりも更に高いトルクが必要になる高トルク領域では、トルクの増加につれてＤ軸電流値を低下させることで、ロータの磁石の磁極を引き付ける力を弱めて、電流が許容最大値を超えることを抑えることができる。

【0121】

＜構成１３＞
構成１３は、構成５乃至１２の何れかにおいて、モータ２２の回転位置を検出するロータリーエンコーダ３０（回転位置検出器）から発信される位置検出値（回転位置信号）の異常を検出するステップを具備する。また、構成１３は、異常が検出されない場合には、位置検出値に基づく検出位置フィードバック制御によってモータ２２を駆動する。また、構成１３は、異常が検出され、且つ検出時のモータ２２の角速度が所定の下限値未満（閾値以下又は閾値未満）でない場合には、センサレスベクトル制御によってモータ２２を駆動する。センサレスベクトル制御では、モータ２２に流れる電流に基づいて推定される位置推定値（回転位置推定値）をフィードバックする。また、構成１３は、異常が検出され、且つ検出時のモータの角速度が下限値未満である場合には、オープンループ制御によってモータ２２の駆動を停止させる。

【0122】

＜構成１３の作用効果＞
構成１３において、モータ２２が比較的高い速度で回転しているときに位置検出値に異常が発生した場合には、センサレスベクトル制御により、モータ２２内で良好に発生する誘起電圧を推定する。そして、推定された誘起電圧からモータ２２の回転位置を推定し、推定結果に基づいてモータ２２を駆動して、モータ２２の回転動作を適切に制御する。その後、センサレスベクトル制御により、モータ２２内で十分な誘起電圧を発生させなくなる程度までモータ２２の角速度を低下させると、モータ２２の駆動制御を、センサレスベクトル制御からオープンループ制御に切り替える。オープンループ制御では、電流引込法によってモータ２２の回転動作を適切に制御する。かかる構成では、モータ２２が比較的高い角速度で回転しているときに位置検出値に異常が発生した場合に、センサレスベクトル制御とオープンループ制御とを実施して、モータ２２の回転動作を適切に制御しながらモータ２２を徐々に減速して停止させる。
また、構成１３において、モータ２２が比較的低い角速度で回転しているときに位置検出値に異常が発生した場合には、オープンループ制御によってモータ２２の駆動を停止させる。
かかる構成１３によれば、位置検出値の異常発生時にモータ２２を直ちに強制停止させることによる手部２Ａ（被操作体）の不適切な動作の発生を回避することができる。加えて、制御方式をオープンループ制御に切り換えた後において、検出位置フィードバック制御を行う場合と同様の挙動でモータを動作させることが可能なので、切り換え後のモータの脱調や振動の発生を抑えることができる。

【0123】

なお、位置検出値の異常発生時において、手部２Ａの動作を停止させるために上位コントローラ１００（上位装置）から送られてくる位置指令値のパターンは、モータ２２の駆動を単純に減速停止させるパターンに限られない。アーム２の構造によっては、次のようなパターンにより、手部２Ａを適切な軌道に沿って停止させることが可能な場合もあり得る。即ち、まず、センサレスベクトル制御とオープンループ制御とによってモータ２２の駆動を停止させる。その直後に、オープンループ制御によってモータ２２を逆回転させた後、センサレスベクトル制御によって逆方向への加速と減速とを行ってから、オープンループ制御によってモータ２２を減速停止させる、というパターンである。

【0124】

＜構成１４＞
構成１４は、構成のセンサレスベクトル制御の実行中に、位置指令値（回転位置指令値）に基づいてモータ２２の角加速度推定値を求めるステップを実行する。

【0125】

＜構成１４の作用効果＞
構成１４においては、センサレスベクトル制御からオープンループ制御に切り換えた直後から、切り換え直前に求めておいた角加速度推定値に基づいて、必要なトルクに応じたＱ軸電流指令値を求める。これにより、構成１４によれば、切り換え時に不適切なＱ軸電流を供給することによるモータ２２の振動の発生を抑えることができる。

【0126】

＜構成１５＞
構成１５は、モータ２２の駆動を制御するモータ駆動装置２０であって、構成１乃至１４の何れかのモータ制御方法によってモータ２２の駆動を制御する。

【0127】

＜構成１５の作用効果＞
構成１５によれば、構成１乃至１５の何れかのモータ制御方法を用いることで、モータ２２を脱調や振動させることなく、オープンループ制御によってモータ２２の駆動を停止させることができる。

【0128】

＜構成１６＞
構成１６は、複数のモータ２２の駆動を個別に制御して産業用ロボット１のアーム２の位置を変化させる産業用ロボット１の制御方法である。また、構成１６は、複数のモータ２２におけるそれぞれの駆動を、構成１乃至１４の何れかのモータ制御方法によって制御する。

【0129】

＜構成１７＞
構成１７は、複数のモータ２２の駆動を個別に制御してアーム２の位置を変化させる産業用ロボット１であって、複数のモータ２２におけるそれぞれの駆動を、構成１５のモータ駆動装置２０によって制御する。

【0130】

＜構成１６、１７の作用効果＞
構成１６、１７においては、少なくとも何れか１つのモータ２２において位置検出値の異常が発生したときに、そのモータ２２を脱調や振動させることなく、オープンループ制御によってそのモータ２２の駆動を停止させることができる。

【0131】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。実施形態は、発明の範囲及び要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0132】

１：産業用ロボット、 ２：アーム、 ２０：モータ駆動装置、 ２１：制御モード選択部、 ２２：モータ、 ２３：位置速度制御部、 ２４：ベクトル制御ＤＱ軸電流指令生成部、 ２５：第１セレクター、 ２６：電流制御部、 ２７：ＤＱ逆変換部、 ２８；ＰＷＭ制御部、 ２９：インバータ、 ３０：ロータリーエンコーダ（回転位置検出器）、 ３１：電流検出部、 ３２：第２セレクター、 ３３：ベクトル制御電気角生成部、 ３４：第３セレクター、 ３５：位置推定部、 ３６：オープンループ制御電気角生成部、 ３７：オープンループ制御ＤＱ軸電流指令生成部、 ３８エンコーダ通信異常判定部、 ３９：ＤＱ変換部、 １００：上位コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】