JP7081079B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータを駆動制御するモータ制御装置に関する。

近年、製造現場では、サーボシステムが、各種機械における稼動部の位置決め制御などに用いられている。このようなサーボシステムとして、各種の機械装置を稼動するためのサーボモータと、このサーボモータに取り付けられたエンコーダと、サーボモータを駆動するためのサーボドライバと、サーボドライバに対して位置指令情報等を出力するための制御装置とを備えるシステムがある。そして、製造現場では、コスト削減、生産性の向上とともに、作業者に対する安全性確保の取り組みが重要な要件となっている。このため、サーボシステムについても、相応の安全規格に適合させることが要求されつつある。

ここで、特許文献１では、故障発生時にサーボドライバに対してサーボモータを停止させるための停止信号を出力するセーフティユニットが開示されている。具体的には、制御装置からサーボモータへの動作指令信号の値と、エンコーダからのフィードバック信号の値と、両値から算出される判断値のうち何れかが故障であると判断されたときに、セーフティユニットが停止信号を出力するように構成されている。このような構成により、サーボシステムの安全化が図られる。また、特許文献２では、エンコーダを含む指令ユニットの交換のためにサーボシステムの電源をＯＦＦからＯＮにする際に、システム内のエンコーダによる位置情報が電源ＯＮの前後でずれた場合に警報を出力するシステム構成が開示されている。この構成により、適切な指令ユニットの交換作業が担保される。

特許第５３６７６２３号公報 特許第４２６１３２０号公報

従来は、モータを駆動制御するモータ制御装置について、その安全性能を高めるためには、モータ制御装置への入力情報を生成する当該モータの動きを検出するエンコーダの安全性能を高める必要があると考えられていた。そのため、エンコーダの設計において所定の安全規格の要件を満たす必要がある。例えば、このような安全規格としてＩＥＣ６１５０８が規定されている。ＩＥＣ６１５０８は、電気・電子・プログラマブル電子式安全関連の機能安全に関する国際規格である。ＩＥＣ６１５０８では、システムの故障確率を、以下の表１に示すようにＳＩＬ（Safety Integrity Level:安全度水準）と呼ばれる尺度
で規定している。

そして、ＩＥＣ６１５０８は、表中のＳＩＬごとに満足すべき要求事項を定義しており
、構築する安全制御システムが達成すべき取り組みが明確化されている。ＳＩＬはＳＩＬ１からＳＩＬ４の４段階に分かれており、ＳＩＬの数値が大きくなるほど、安全性能が高いことを意味する。そして、モータ制御装置に関するＳＩＬの値を高めようとすると必然的に採用するエンコーダのＳＩＬも高める必要があり、エンコーダの高コスト化を招いたり、特別なインターフェースを採用する必要性等からエンコーダの大型化を招いたりし、モータ制御装置の設計面からの利便性を損なうこととなっていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、エンコーダの安全性能に縛られることなくモータ制御装置の安全性能を高める技術を提供することを目的とする。

本発明においては、上記課題を解決するために、モータに対応するエンコーダからのフィードバック信号により算出されるフィードバック値の他に、モータ制御装置自身が算出した、モータの作動状態と相関を有する状態計算値も、該モータ制御装置の安全性能を担保するための入力情報として採用する。このような構成により、エンコーダの安全性能に縛られることなくモータ制御装置の安全性能を高めることができる。

詳細には、本発明は、モータの動作を検出するエンコーダを有する該モータを駆動するモータ制御装置であって、モータを駆動するための動作指令信号と、前記エンコーダからの、前記モータの動作に対応するフィードバック信号とに基づいて、該モータの動作が該動作指令信号に追従するように所定のフィードバック方式に従い該モータの動作に関する指令値を生成するモータ制御部と、前記モータ制御部からの前記指令値に応じて、前記モータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する駆動部と、前記指令値を伴う、前記モータ制御部から前記駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部と、前記モータの駆動に関し故障が発生したと判断されたときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する安全制御部と、を備える。そして、前記安全制御部は、前記エンコーダからの前記フィードバック信号により算出される所定のフィードバック値と、前記動作指令信号に基づいて算出され、該所定のフィードバック値と対比可能な前記モータの動作状態に関する状態計算値とに関する両者の比較結果に基づいて、前記遮断部による前記駆動信号の遮断処理を実行する。

本発明に係るモータ制御装置は、動作指令信号に基づいてモータを駆動する装置であり、当該モータ制御装置としてはサーボドライバやインバータ等が例示できる。なお、動作指令信号は、モータ制御装置の外部に位置する他の制御装置（ＰＬＣ等）で生成されモータ制御装置に提供されてもよく、又は、モータ制御装置の内部で生成されてもよい。具体的には、モータ制御部により、動作指令信号とエンコーダからのフィードバック信号とから、モータを所定のフィードバック方式に従って駆動するための指令値が生成される。この指令値を伴った駆動信号がモータ制御部から駆動部に伝えられることで、駆動部が当該指令値に応じた駆動電流をモータに供給し、モータが動作指令信号に追従するように駆動されることになる。なお、上記所定のフィードバック方式は、上記モータの動作指令信号への追従駆動が可能であれば、任意のフィードバック方式を採用できる。例えば、位置情報、速度情報等に関するフィードバック方式等が採用できる。

ここで、モータ制御装置には、モータ制御部から駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部が備えられ、遮断部による駆動信号の遮断処理は安全制御部によって制御される。モータの駆動に関し故障が発生したと判断される場合には、安全制御部によって遮断処理が実行されることで、モータ制御装置の安全性能が実現されることになる。安全制御部により実行される遮断処理として、動作指令信号に基づいて算出される状態計算値と、エンコーダからのフィードバック値との比較結果に基づいて故障発生の有無が判断され、その判断結果に応じて実行される遮断処理が含まれる。当該状態計算値は、モータの動作状態
に関するパラメータであってエンコーダからのフィードバック値と対比可能なパラメータの値である。この状態計算値は、モータの動作駆動に関する入力（動作指令信号）から算出されることから、モータの制御上のオブザーバモデルに従って算出された値と言える。状態計算値としては、例えば、エンコーダからのフィードバック値に対応する物理量（例えば、位置や速度）と同一の物理量に関するパラメータの値が挙げられる。また、当該フィードバック値は、エンコーダからのフィードバック信号により算出される値であり、例えば、モータの位置に関する情報値、速度に関する情報値等が挙げられる。

以上より、遮断処理は、モータ制御装置の安全性能を担保する駆動信号の遮断ための入力情報として、エンコーダからのフィードバック値そのものだけではなく、いわばオブザーバモデルに従って算出される状態計算値も採用する形態である。したがって、上記モータ制御装置では、モータ制御装置の安全性能を担保するための入力情報の多様化が図られ、以て、エンコーダの安全性能に縛られることなくモータ制御装置の安全性能を高めることができる。すなわち、入力情報を多様化することでハードウェアフォールトトレランス（ＨＦＴ）の数値を大きくすることができ、以て、モータ制御装置の安全性能に関するＳＩＬの値を、エンコーダの安全性能に関するＳＩＬの値よりも高めることが可能となる（上記表１を参照すると、ＳＦＦを維持したままＨＦＴが大きくなるとＳＩＬの値が高くなることが理解できる。）。

なお、安全制御部は、更に他の遮断処理として、エンコーダからのフィードバック値を利用し、モータの速度や位置の制限に関する故障判断を行い、その判断結果に応じて駆動信号の遮断を行ってもよい。

ここで、上記のモータ制御装置において、前記エンコーダは、前記モータの動作に対応して、互いに独立した２つのフィードバック信号を生成するように構成され、前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記２つのフィードバック信号より算出される２つの前記所定のフィードバック値のそれぞれと、前記状態計算値とを比較し、且つ該２つの所定のフィードバック値とを比較して、前記駆動信号の遮断処理を実行してもよい。このように構成されることで、エンコーダからの二重化されたフィードバック信号と状態計算値の相互の比較結果を利用することで多様化された入力情報に基づいた遮断処理が行われることになる。これにより、モータ制御装置の安全性能に関するＳＩＬの値を、エンコーダの安全性能に関するＳＩＬの値よりも高めることが可能となる。

ここで、上述までのモータ制御装置における、安全制御部による遮断処理の具体例について開示する。第１には、前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値と前記状態計算値との差分に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断してもよい。また、第２には、前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値の変化率と前記状態計算値の変化率とを比較し、その比較結果に基づいて該遮断処理の実行の可否を判断してもよい。また、第３には、前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値の変化率と前記状態計算値の変化率との差分の変化率に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断してもよい。また、安全制御部による遮断処理として、これらの一部又は全部を組合わせた処理を採用してもよく、別法として、上述の処理以外の処理を採用しても構わない。

また、上述までのモータ制御装置において、前記安全制御部が形成される安全用回路基板は、前記モータ制御部と前記駆動部と前記遮断部が形成される前記モータ制御装置の本体側に対して取り外し可能とされ、前記モータ制御装置から前記安全用回路基板が取り外され、該安全用回路基板の代わりに、前記安全制御部とは異なる、前記モータの駆動に関し故障が発生したと判断されたときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する別の安全制御部が形成された別の回路基板が該モータ制御装置に組み込み可能とさ
れてもよい。安全制御部を形成する安全用回路基板がモータ制御装置の本体側に対して取り外し可能となるように構成されることで、必要に応じて、モータ制御装置に対して上述までの安全制御部に代えて、別の安全制御部を形成する別の回路基板をモータ制御装置に対して組み込み可能となる。これにより、需要に応じた安全性能を有するモータ制御装置を、好適にユーザに提供することが可能となる。

エンコーダの安全性能に縛られることなくモータ制御装置の安全性能を高めることが可能となる。

本発明に係るサーボドライバが組み込まれるサーボシステムの概略構成を示す第１の図である。 本発明に係るサーボドライバのサブシステムにおける安全性能を概略的に説明するための図である。 本発明に係るサーボドライバの第１の機能ブロック図である。 オブザーバ部による状態計算値の算出のためのモデルを示す図である。 本発明に係るサーボドライバで実行される遮断処理のフローチャートである。 本発明に係るサーボドライバの第２の機能ブロック図である。 本発明に係るインバータの機能ブロック図である。

＜実施例１＞
図１は、本発明のモータ制御装置に相当するサーボドライバが組み込まれるサーボシステムの概略構成図である。サーボシステムは、ネットワーク１と、モータ２と、エンコーダ３と、サーボドライバ４と、標準ＰＬＣ(Programmable Logic Controller)５と、安全
ＰＬＣ６とを備える。モータ２とエンコーダ３によりサーボモータが形成される。当該サーボシステムは、モータ２を駆動するためのシステムであり、そのモータ２は、図示しない各種の機械装置（例えば、産業用ロボットのアームや搬送装置）のアクチュエータとして当該装置内に組み込まれている。例えば、モータ２は、ＡＣモータである。そして、エンコーダ３は、モータ２の動作を検出するためにモータ２に取り付けられる。エンコーダ３は、検出されたモータ２の動作を示すフィードバック信号を生成するとともに、そのフィードバック信号をサーボドライバ４に送信する。フィードバック信号は、たとえばモータ２の回転軸の回転位置（角度）についての位置情報、その回転軸の回転速度の情報等を含む。エンコーダ３には一般的なインクリメンタル型エンコーダ、アブソリュート型エンコーダを適用することができる。

サーボドライバ４は、ネットワーク１を介して標準ＰＬＣ５からモータ２の動作（モーション）に関する動作指令信号を受けるとともに、エンコーダ３から出力されたフィードバック信号を受ける。サーボドライバ４は、標準ＰＬＣ５からの動作指令信号およびエンコーダ３からのフィードバック信号に基づいて、モータ２の駆動に関するサーボ制御を実行する。また、サーボドライバ４はネットワーク１を介して安全ＰＬＣ６と接続されている。これにより、サーボドライバ４は、安全ＰＬＣ６から受ける監視指令信号に基づいて、モータ２やサーボドライバ４に関する故障発生の監視を行い、その結果を安全ＰＬＣ６に返す。

また、サーボドライバ４は、標準ＰＬＣ５からの動作指令信号とエンコーダ３からのフィードバック信号とに基づいて、モータ２の動作に関する指令値を算出する。さらにサーボドライバ４は、モータ２の動作がその指令値に追従するように、モータ２に駆動電流を
供給する。なお、この供給電流は、交流電源１１からサーボドライバ４に対して送られる交流電力が利用される。本実施例では、サーボドライバ４は三相交流を受けるタイプのものであるが、単相交流を受けるタイプのものでもよい。

ここで、図２は、サーボドライバ４を１つのシステムとしたときに、それを構成する３つのサブシステムである入力構成、演算構成、出力構成における安全機能をブロック図化したものである。入力構成は、サーボドライバ４への入力に関するサブシステムであり、その安全性能はエンコーダ３の安全性能に大きく依拠する。具体的には、エンコーダ３は、後述するようにその内部で同時にスキャニングを行なうことにより独立したパルスの出力が可能となるように二重化された回路を有しており、その二重化されたフィードバック信号が、独立した配線を経てサーボドライバ４へ入力される。したがって、入力構成は、エンコーダ３により安全機能ＩｎＳ０１、ＩｎＳ０２を有し、その場合のハードウェアフォールトトレランス（ＨＦＴ）は１となる。また、入力構成のＨＦＴを１とする別法として、入力構成に関する通信を二重化してもよい。なお、一般的に、エンコーダの安全側故障割合（ＳＦＦ）は、エンコーダの容積（大きさ）や価格の観点から高くすることは容易ではなく、そのためエンコーダ３のＳＦＦは比較的低く６０％以上９０％未満の範囲に属するものとする。仮に、入力構成において、その安全性能がエンコーダ３のみに依拠する場合には、入力構成の安全度水準（ＳＩＬ）は２となる。

また、演算構成は、サーボドライバ４内での入力から出力を算出するための演算に関するサブシステムであり、例えば、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）を用いた演算回路が独立して二重化された構成とされることで、安全機能ＣｔＳ０１、ＣｔＳ０２を有し、その場合のＨＦＴは１となる。また、演算構成のＳＦＦは一般に比較的高くすることが容易であり、そのため演算構成のＳＦＦは比較的高く９０％以上９９％未満の範囲に属するものとする。したがって、演算構成のＳＩＬは３となる。更に、出力構成は、サーボドライバ４からの出力に関するサブシステムであり、後述するようにモータ制御部４２から駆動部４４への駆動信号の伝達を遮断する遮断部４３の安全性能に依拠する。具体的には、出力構成は、遮断部４３を形成する電気回路が独立して二重化された構成とされることで、安全機能ＯｔＳ０１、ＯｔＳ０２を有し、その場合のＨＦＴは１となる。また、出力構成のＳＦＦは一般に比較的高くすることが容易であり、そのため演算構成のＳＦＦは比較的高く９０％以上９９％未満の範囲に属するものとする。したがって、出力構成のＳＩＬも３となる。

このようにサーボドライバ４において、仮にその入力構成の安全性能がエンコーダ３のみに依拠する場合、その安全度水準が低いこと（ＳＩＬが２であること）によりシステム全体としての安全性能もその影響を受けて低くなり、具体的にはサーボドライバ４のＳＩＬも２となる。そこで、サーボドライバ４では、エンコーダ３の構成は同じままで、エンコーダ３からのフィードバック信号に加えて新たな信号を追加採用することで、入力構成に安全性能ＩｎＳ０３（図２参照）が追加され、入力構成のＨＦＴを２とする。仮に、この安全性能ＩｎＳ０３が追加されても入力構成のＳＦＦが同じく６０％以上９０％未満の範囲に属していれば、図２の白抜き矢印で示すように、入力構成のＳＩＬは３となる。そして、その結果、演算構成及び出力構成のＳＩＬが３であることを踏まえると、サーボドライバ４のＳＩＬを３とすることが可能となり、サーボドライバ４の安全性能を高めることが可能となる。すなわち、エンコーダ３自体の安全性能に縛られることなくサーボドライバ４の安全性能を高めることができ、換言すれば、エンコーダ３自体の安全性能はそのままに、安価にサーボドライバ４の安全性能を高めることができる。

以下、サーボドライバ４のより具体的な構成について説明する。図３は、サーボドライバ４の機能ブロック図である。図３に示すように、サーボドライバ４は、フィードバック処理部４１、モータ制御部４２、遮断部４３、駆動部４４、安全制御部５０を有している
。なお、以下においてはサーボドライバの入力構成に着目して説明を進めるが、その演算構成及び出力構成については、図２に示す通りそれぞれのＨＦＴは１であるものとする。先ず、フィードバック処理部４１は、エンコーダ３からのフィードバック信号に基づいてフィードバック値を生成する。たとえばエンコーダ３からパルスが出力される場合、フィードバック処理部４１は、そのパルスをカウントすることによりモータ２の回転軸の回転位置や回転速度を算出するとともに、その位置や速度を示す値を含むフィードバック値を生成する。

なお、エンコーダ３は、その内部で同時にスキャニングを行なうことにより独立したパルスの出力が可能となるように二重化された回路を有しており、二重化されたフィードバック信号を出力する。そのため、フィードバック処理部４１は、エンコーダ３から二重化されたフィードバック信号を受けるとともに、それらのフィードバック信号に基づいて二重化されたフィードバック値を生成する。そして、フィードバック処理部４１は、その生成された二重化されたフィードバック値をモータ制御部４２に送るとともに、安全制御部５０にも送る。

次に、モータ制御部４２は、標準ＰＬＣ５から動作指令信号を受けるとともに、フィードバック処理部４１からフィードバック値を受ける。モータ制御部４２は、動作指令信号およびフィードバック値に基づいて、位置フィードバック制御、速度フィードバック制御を実行するための指令値を生成する。なお、当該フィードバック制御で採用されるフィードバック方式は、モータ２が組み込まれる機械装置（搬送装置等）の所定の目的（例えば、荷物の搬送）に好適なサーボループが形成される方式であり、適宜設計することができる。そして、モータ制御部４２で生成されたこれらの指令値は、駆動信号として遮断部４３に送られる。

次に、遮断部４３は、後述する安全制御部５０から遮断信号を受けた場合において、後述する駆動部４４にモータ制御部４２からの駆動信号を電気的に通過させないことで、駆動部４４を停止させる。これによりモータ制御部４２が駆動信号を送出したとしても、モータ２によるトルクの出力が停止することになる。一方、遮断部４３に遮断信号が入力されない場合には、遮断部４３はモータ制御部４２から出力された指令値を伴う駆動信号をそのまま駆動部４４に通過させる。

ここで駆動部４４は、遮断部４３を介して、モータ制御部４２からの駆動信号を受ける。駆動部４４は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体
スイッチング素子で構成される回路を有しており、モータ制御部４２からの駆動信号に基づいて、スイッチング素子をＰＷＭ方式に従ってオン・オフさせるための信号を生成するとともに、その信号に従ってスイッチング素子をオン・オフさせる。これによりモータ２に交流電力が供給されるとともに、駆動信号に従ってモータ２が駆動される。一方、遮断部４３が作動し駆動信号の駆動部４４への伝達が遮断されると、駆動部４４からの出力がオフに固定される。これによりモータ２への電力供給が停止されるので、モータ２からのトルクの出力が停止することになる。

このようにフィードバック処理部４１、モータ制御部４２、遮断部４３、駆動部４４は、いわばモータ２の駆動制御に直接関連する機能部である。一方で、安全制御部５０は、そのモータ２の動作に関するサーボドライバ４内の故障の発生を判断し、故障が発生していると判断される場合には、モータ２の動作を停止させ当該動作に対する安全を確保する機能部である。具体的には、安全制御部５０は、更に詳しくは判断部５１と遮断指示部５２とオブザーバ部５３を有している。安全制御部５０による故障判断を含む安全確保に関する制御は、安全ＰＬＣ６からの監視指令に基づいて実行される。

判断部５１は、モータ２の動作に関連する故障が発生していないかを判断する機能部であり、判断部５１は、フィードバック処理部４１から二重化されたフィードバック値を受け取るとともに、オブザーバ部５３から状態計算値Ｐ１を受けとり、これらのパラメータの値に基づいて故障発生の判断を行う。

ここで、図４に示す算出モデルに基づいて、オブザーバ部５３による状態計算値Ｐ１の算出態様について説明する。オブザーバ部５３は、標準ＰＬＣ５から動作指令信号を受け取る。オブザーバ部５３は、動作指令信号に基づくパラメータの値に基づいて状態計算値Ｐ１を算出する。具体的には、オブザーバ部５３は、動作指令信号に含まれるトルク指令に基づく負荷トルクを、モータ２及び負荷の合計イナーシャＪで除算することで、モータ２の加速度が算出される。その後、算出された加速度が積分されることで、状態計算値Ｐ１の１つであるモータ速度が算出される。更に、そのモータ速度が積分され、位置オフセット量（算出初期のモータ位置に関する情報）が加算されることで、状態計算値Ｐ１の１つであるモータ位置が算出される。

このように状態計算値Ｐ１は、フィードバック値と対比可能なパラメータの値である。例えば、フィードバック処理部４１から判断部５１に送られるフィードバック値が、モータ２の速度に関する値である場合には、状態計算値Ｐ１は、オブザーバ部５３によって算出されたモータ速度に関するパラメータの値となる。また、当該フィードバック値がモータ２の位置に関する値である場合には、同じようにオブザーバ部５３によって算出されたモータ位置に関するパラメータの値となる。なお、当該フィードバック値がモータ２の速度及び位置に関する値である場合には、状態計算値Ｐ１は、モータ速度に関するパラメータの値とモータ位置に関するパラメータの値の両者である。

そして、判断部５１は、状態計算値Ｐ１と２つのフィードバック値とを比較する。詳細には、判断部５１は、エンコーダ３からの２つのフィードバック値に加えて、状態計算値Ｐ１を新たなフィードバック値として追加的に受け取る。したがって、判断部５１は、フィードバック値として同質の信号を３つ受け取ることになる。そして、これらの全ての信号の妥当性を確認するために、３つの信号のうち２つの信号同士の差分が許容範囲内であるか否かについて、判断部５１は、２つの信号の全ての組合せにわたって判断する。そして、それぞれの組合せにおける差分が許容範囲を逸脱している場合には、エンコーダ３からサーボドライバ４への入力であるフィードバック信号と、推定されるサーボモータの動作状態とが乖離していることを意味し、故に何らかの故障が生じていると合理的に判断し得る。すなわち、判断部５１は、状態計算値Ｐ１と２つのフィードバック値とを相互に比較し、各値に対応する信号の妥当性を判断し得る。また、合理的な故障判断の別法としては、状態計算値Ｐ１の変化率とフィードバック値の変化率とを比較し、両者の差分がその許容範囲内であるか否かを判断してもよく、また、両変化率の差分の変化率がその許容範囲内であるか否かを判断してもよく、これらの故障判断の態様の任意の組合せを採用してもよい。

このように判断部５１は、２つのフィードバック値に状態計算値Ｐ１を加えた３つの信号を利用して、各信号の妥当性を判断する。そして、判断部５１によって少なくともいずれか１つの信号が妥当ではないと判断された場合には、遮断指示部５２により遮断信号が生成され、生成された遮断信号は遮断部４３に対して送られる。当該遮断信号を受け取った遮断部４３は、上記の通りモータ制御部４２からの駆動信号の駆動部４４への伝達を遮断することで、モータ２によるトルク出力を停止させる。なお、このような安全制御部５０による制御状態（故障の有無）は、安全ＰＬＣ６からの監視指令に対する回答の形で安全ＰＬＣ６に通知される。

ここで、上記判断部５１、遮断指示部５２、オブザーバ部５３を有する安全制御部５０
による遮断処理について、図５に基づいて説明する。図５に示す遮断処理は、安全制御部５０を形成する演算装置（ＭＰＵ等）により、例えば、指令値が生成される制御周期（例えば、２ｍｓｅｃ）で繰り返して実行される。Ｓ１０１では、判断部５１が、オブザーバ部５３によって算出された状態計算値Ｐ１を取得する。その後、Ｓ１０２で、判断部５１により、状態計算値Ｐ１と２つのフィードバック値をそれぞれ比較し、それぞれの差分が許容範囲外であるか否かが判断される。すなわち、状態計算値Ｐ１と一方のフィードバック値との差分、状態計算値Ｐ１と他方のフィードバック値との差分、２つのフィードバック値同士の差分のそれぞれが、許容範囲外であるか否かが判断される。そして、これらの差分のうち少なくとも１つの差分が許容範囲外となると、Ｓ１０２では肯定判定されることになる。

そして、Ｓ１０２で肯定判定されＳ１０３へ進んだ場合、Ｓ１０３では、遮断指示部５２により遮断信号が生成され、生成された遮断信号は遮断部４３に対して送られる。これにより、モータ２によるトルク出力を停止させる。また、Ｓ１０２で否定判定された場合には、Ｓ１０４へ進む。そして、Ｓ１０４では、状態計算値Ｐ１と２つのフィードバック値をそれぞれ比較し、それぞれの差分が警告範囲内であるか否かが判断される。この警告範囲は、当該許容範囲内であり、且つ、その許容範囲の境界の近傍となる範囲である。したがって、当該差分が警告範囲内に属している状態とは、当該差分は許容範囲内に属してはいるものの、その許容範囲から逸脱しかかっている状態ということができる。すなわち、当該差分が警告範囲内にある場合には、エンコーダ３からの入力信号であるフィードバック信号の故障の前兆と合理的に捉えることができる。そこで、Ｓ１０４で肯定判定される場合には、Ｓ１０５へ進み、安全制御部５０から安全ＰＬＣ６に対して警告信号が出力される。また、Ｓ１０４で否定判定される場合には、遮断指示部５２による遮断信号の生成は行われず、遮断処理を終了する。

このようにサーボドライバ４では、判断部５１によりエンコーダ３からの２つのフィードバック値に加えて状態計算値Ｐ１が相互に比較されて、各信号の妥当性の判断が行われ、妥当ではないと判断された場合には、遮断部４３の働きによりモータ２によるトルク出力が停止させられる。すなわち、サーボドライバ４において、入力構成における入力信号の妥当性判断の対象となる実質的な信号の数が増加することで、サーボドライバ４の入力構成に関するＨＦＴを１から２に上げることができる。そして、当該故障判断が行われることでも入力構成のＳＦＦが、６０％以上９０％未満の範囲に属していれば、ＨＦＴの上昇に伴って入力構成のＳＩＬも２から３へと上昇することになる（図２を参照）。

また、判断部５１は、上述のエンコーダ３からの入力信号であるフィードバック信号の故障判断以外の故障判断を行うこともできる。例えば、フィードバック処理部４１から受け取る２つのフィードバック値のそれぞれと、予め安全制御部５０内に設定、記憶されているその上限値とを比較する。フィードバック値が当該上限値を超えている場合には、実際のサーボモータの動作状態が、本来あるべきサーボモータの動作状態と乖離していることを意味し、故に何らかの故障が生じていると合理的に判断し得る。なお、当該上限値は、公知の故障判断である速度制限（ＳＬＳ）や位置制限（ＳＬＰ）等に対応する値である。

＜実施例２＞
図６に基づいて、本発明のサーボドライバ４の機能構成について説明する。図６に示す機能部のうち図３に示す機能部と実質的に同一のものについては、同一の参照番号を付してその詳細な説明を省略する。本実施例では、モータ２の駆動制御に直接関連する機能部であるフィードバック処理部４１、モータ制御部４２、遮断部４３、駆動部４４は、サーボドライバ４の本体側に配置されている。その配置に際して駆動部４４は、他の機能部よりも高電圧環境下に置かれるため、駆動部４４と他の機能部との間には公知の適切な絶縁
処理が施されている。一方で、安全制御部５０は、安全回路基板４Ａ上に形成されている。

そして、この回路基板４Ａは、サーボドライバ４の本体側に設けられたスロット４ａを介して当該本体に対して取り外し可能となるように構成されている。そのため、回路基板４Ａがスロット４ａを通ってサーボドライバ４の本体内に組み込まれたときに、安全ＰＬＣ６と安全制御部５０との間の信号のやり取りが可能となるように、また、判断部５１がフィードバック処理部４１からのフィードバック値を受け取れるように、また、オブザーバ部５３が標準ＰＬＣ５からの動作指令信号を受け取れるように、また、遮断部４３が遮断指示部５２から遮断信号を受け取れるように、回路基板４Ａとサーボドライバ４の本体側との電気的接点が設計されている。

更に、サーボドライバ４においては、回路基板４Ａを取り外した状態で、安全制御部５０とは異なる、モータ２の駆動に関し故障が発生したと判断されたときに、遮断部４３を介して駆動信号の遮断処理を実行する別の安全制御部が形成された別の回路基板がサーボドライバ４に組み込み可能とされてもよい。例えば、上述のエンコーダ３からの入力信号であるフィードバック信号の故障判断は行わずに、速度制限（ＳＬＳ）や位置制限（ＳＬＰ）等に関する故障判断のみが実行可能な安全制御部が形成された別の回路基板を、サーボドライバ４の本体に組み込んでもよい。このように構成されることで、サーボドライバのＳＩＬを３とする必要のないユーザに対しても、モータ２の駆動制御に直接関連する共通の機能部を利用することで必要な安全性能を有するサーボドライバを容易に提供することができる。

＜変形例１＞
上述までの実施例では、サブシステムとしての入力構成のＳＩＬが２、演算構成及び出力構成のＳＩＬが３の形態を例示したが、それ以外の形態でも当然に本発明を適用可能である。例えば、フィードバック信号が二重化されていない、比較的安全性能が低いエンコーダを利用する入力構成のＳＩＬが１、演算構成及び出力構成のＳＩＬが２の形態において、入力構成において本発明による、エンコーダ３からの入力信号であるフィードバック信号の故障判断及び遮断に関する処理を適用することで、その形態によるサーボドライバのＳＩＬを、エンコーダの安全性能に縛られずに２とすることが可能となる。

＜変形例２＞
上述までの例では、本発明のモータ制御装置としてのサーボドライバ４が例示されているが、その態様に代えて、当該モータ制御装置として、図７に示すインバータ４０を採用することもできる。なお、インバータ４０により駆動制御されるモータ２としては、誘導モータ等が例示できる。図７は、インバータ４０の機能ブロックをイメージ化した図である。図７に示すように、インバータ４０は、複数の機能部を有しており、それらの機能部のうち実質的に図３に示すサーボドライバ４が有する機能部と同等のものは、同一の参照番号を付してその詳細な説明は省略する。具体的には、インバータ４０は、フィードバック処理部４１、モータ制御部４２、遮断部４３、駆動部４４、安全制御部５０を有しており、その他に動作指示部６０も有している。

動作指示部６０は、図示しない入力装置を介して予めユーザにより与えられた要求動作に基づき、モータ２を駆動するための動作指令信号を生成する。したがって、インバータ４０は、外部装置（上記の標準ＰＬＣ５等）からは動作指令信号は提供されず、エンコーダ３からのフィードバック信号と、動作指示部６０からの動作指令信号とに基づいて、所定のフィードバック方式に従いモータ２を駆動制御する。別法として、外部装置からインバータ４０に対して動作指令信号が提供されてもよい。このように構成されるインバータ４０においても、上述までのサーボドライバ４と同様に、安全制御部５０の有する判断部
５１により、エンコーダ３からの２つのフィードバック値に加えて制御計算値Ｐ１が相互に比較されて、各信号の妥当性の判断が行われ、妥当ではないと判断された場合には、遮断部４３の働きによりモータ２によるトルク出力が停止させられる。この結果、インバータ４０においても、入力構成における入力信号の妥当性判断の対象となる実質的な信号の数を増加させることで、その入力構成のＳＩＬの向上を図ることができる。

１・・・・ネットワーク
２・・・・モータ
３・・・・エンコーダ
４・・・・サーボドライバ
４Ａ・・・・安全用回路基板
４ａ・・・・スロット
５・・・・標準ＰＬＣ
６・・・・安全ＰＬＣ
４０・・・・インバータ
４１・・・・フィードバック処理部
４２・・・・モータ制御部
４３・・・・遮断部
４４・・・・駆動部
５０・・・・安全制御部
５１・・・・判断部
５２・・・・遮断指示部

Claims (5)

1. モータの動作を検出するエンコーダを有する該モータを駆動するモータ制御装置であって、
   前記モータを駆動するための動作指令信号と、前記エンコーダからの、前記モータの動作に対応するフィードバック信号とに基づいて、該モータの動作が該動作指令信号に追従するように所定のフィードバック方式に従い該モータの動作に関する指令値を生成するモータ制御部と、
   前記モータ制御部からの前記指令値に応じて、前記モータを駆動するための駆動電流を該モータに供給する駆動部と、
   前記指令値を伴う、前記モータ制御部から前記駆動部への駆動信号の伝達を遮断する遮断部と、
   前記モータの駆動に関し故障が発生したと判断されたときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する安全制御部と、
   を備え、
   前記エンコーダは、前記モータの動作に対応して、互いに独立した２つのフィードバック信号を生成するように構成され、
   前記安全制御部は、
   前記エンコーダからの前記フィードバック信号により算出される２つの所定のフィードバック値と、前記モータのオブザーバモデルに従って前記動作指令信号に基づいて算出され、該所定のフィードバック値と対比可能な前記モータの動作状態に関する状態計算値とを含む３つの信号のうちの２つの信号の全て組み合わせにおける該２つの信号同士を比較した比較結果に基づいて、前記遮断部による前記駆動信号の遮断処理を実行する、
   モータ制御装置。
2. 前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値と前記状態計算値との差分に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値の変化率と前記状態計算値の変化率とを比較し、その比較結果に基づいて該遮断処理の実行の可否を判断する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
4. 前記安全制御部は、前記遮断処理において、前記所定のフィードバック値の変化率と前記状態計算値の変化率との差分の変化率に基づいて、該遮断処理の実行の可否を判断する、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
5. 前記安全制御部が形成される安全用回路基板は、前記モータ制御部と前記駆動部と前記遮断部が形成される前記モータ制御装置の本体側に対して取り外し可能とされ、
   前記モータ制御装置から前記安全用回路基板が取り外され、該安全用回路基板の代わりに、前記安全制御部とは異なる、前記モータの駆動に関し故障が発生したと判断されたときに、前記遮断部を介して前記駆動信号の遮断処理を実行する別の安全制御部が形成された別の回路基板が該モータ制御装置に組み込み可能とされる、
   請求項１から請求項４の何れか１項に記載のモータ制御装置。

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