JP7170601B2 - モータシミュレータ及びそのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、機械装置に具備されるモータを制御するモータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータ及びそのプログラムに関する。

近年、製品開発に要する期間の削減、又は製品開発のコスト削減を目的として、モータシミュレータが利用されている。モータシミュレータは、実際の機械装置を使用することなく、モータ制御装置の特性を試験するために用いられる。つまり、モータシミュレータを使用することにより、モータ制御装置を用いて実際の機械装置を制御したときの特性の確認、及び実際の機械装置を制御したときに起こり得る問題の抽出が可能となる。

一般的に、モータ制御装置の制御系には、電源電圧の変動特性の影響を補正する処理部が含まれている。この処理部の動作をモータシミュレータで検証する場合、モータシミュレータには電源電圧の変動特性を含む電源環境を模擬する仕組みが必要である。

下記非特許文献１には、各種の電源回路が開示されると共に、それらの電源回路の動作及び動作時の波形が詳細に記載されている。

矢野昌雄、打田良平 著、「セメスター大学講義 パワーエレクトロニクス 第３版」丸善株式会社、平成１５年９月２０日、４５－６３頁

非特許文献１に開示されているように、電源回路は多種多様であり、電源回路ごとに電源環境も多種多様となる。ここで、モータ制御装置における機械装置に組み込まれたモータの制御は、モータからの電圧情報に基づいて制御される。しかしながら、モータからの電圧情報は、モータを駆動するための電源環境によって変動することがある。従って、モータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータにおいては、電源環境を模擬するために、電源環境に合わせた様々なパラメータを入力して演算させ、電源環境ごとに合わせた電源環境モデルが必要となる。このため、電源回路が異なれば、それに対応した電源環境を模擬する電源環境モデルの変更に大幅な時間が必要とされる。従って、モータシミュレータを使用するために大幅な時間がかかり、モータ制御装置の制御系に含まれる電源電圧の変動特性の影響を補正する処理部の検証を簡易に行うことができないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータ制御装置の制御系に含まれる電源電圧の変動特性の影響を補正する処理部の検証を簡易に行うことができるモータシミュレータを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電源から出力される交流電圧を整流して得られる直流電圧が印加されるインバータによって駆動されるモータを制御するモータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータである。モータシミュレータは、直流電圧に基づいて母線電圧を出力する模擬電源装置部、及びモータ制御装置から出力されるスイッチング信号と母線電圧とに基づいて電圧信号を生成する模擬インバータ部を備える。また、モータシミュレータは、電圧信号に基づいてモータ制御装置に出力するモータ位相角信号及び電流信号を生成する模擬モータ部を備える。模擬電源装置部は、電源環境ごとに異なる電圧変動成分の情報を含む電圧変動情報を記憶する記憶部、及び記憶部から読み出される電圧変動情報に基づいて電圧変動成分を直流電圧に付加し、電圧変動成分が付加された電圧信号を母線電圧として出力する母線電圧演算部を備える。

本発明に係るモータシミュレータによれば、電源環境ごとに異なる電圧変動成分の情報である電圧変動情報を記憶する記憶部、記憶部から読み出される電圧変動情報に基づいて電圧変動成分を前記直流電圧に付加し、電圧変動成分が付加された電圧信号を母線電圧として出力する母線電圧演算部を備えている。従って、本発明に係るモータシミュレータを用いることで、モータ制御装置の制御系に含まれる電源電圧の変動特性の影響を補正する処理部の検証を簡易に行うことができるという効果を奏する。

実施の形態１に係るモータシミュレータの構成例を示すブロック図 実施の形態１の模擬モータ部における要部の構成例を示すブロック図 実施の形態１における模擬電源装置部の構成例を示すブロック図 実施の形態１における模擬電源装置部の動作説明に使用する第１の図 実施の形態１の記憶部に構築されるテーブルの説明に使用する図 実施の形態１における模擬電源装置部の動作説明に使用する第２の図 図１及び図３に示される模擬電源装置部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態２における模擬電源装置部の構成例を示すブロック図 実施の形態２における模擬電源装置部の動作説明に使用する第１の図 実施の形態２の記憶部に構築されるテーブルの説明に使用する図 実施の形態２における模擬電源装置部の動作説明に使用する第２の図 実施の形態２における検証方法の幾つかの例を示す図

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係るモータシミュレータ及びそのプログラムについて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るモータシミュレータ１の構成例を示すブロック図である。実施の形態１に係るモータシミュレータ１は、模擬インバータ部２と、模擬モータ部１０と、模擬電源装置部２０とを備える。図１に示されるように、モータシミュレータ１には、モータ制御装置３から出力されるスイッチング信号が入力される。モータ制御装置３は、機械装置に具備されるモータを制御する制御装置である。モータの一例は、永久磁石モータであるが、どのようなモータが用いられてもよい。モータシミュレータ１は、モータ制御装置３における制御系の検証に用いるシミュレーション装置である。

モータ制御装置３が機械装置に具備されるモータを制御する際、モータに接続される不図示のインバータには、不図示の交流電源から出力される交流電圧を整流して得られる直流電圧が印加される。インバータに印加される直流電圧は、スイッチング信号によって交流電圧に変換される。交流電圧は、モータに印加される。モータは、交流電圧によって駆動される。スイッチング信号は、インバータに具備される不図示の半導体素子の導通及び非導通を制御する制御信号である。

スイッチング信号の一例は、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）信号である。ＰＷＭ信号は、正弦波状の相電圧制御値と三角波状の搬送波とを比較して得られる信号である。正弦波状の相電圧制御値に代えて、直流の相電圧制御値が用いられる場合もある。また、三角波状の搬送波に代えて、のこぎり波状の搬送波が用いられる場合もある。ＰＷＭ信号の周波数は、ＰＷＭ信号のパルス幅の変動周期により定められる。

模擬インバータ部２は、インバータを模擬する構成部である。模擬インバータ部２には、モータ制御装置３によって生成されるスイッチング信号と、後述する模擬電源装置部２０から出力される母線電圧とが入力される。模擬インバータ部２は、スイッチング信号及び母線電圧に基づいて三相電圧信号を生成する。三相電圧信号は、三相の交流電圧信号、即ち互いに１２０°の位相角差を有する交流電圧信号である。三相電圧信号は、模擬モータ部１０に入力される。三相電圧信号は、電圧信号の一例であり、電圧信号は単相電圧信号を用いることも可能である。

模擬モータ部１０は、不図示のモータを模擬する構成部である。模擬モータ部１０は、三相電圧信号に基づいてモータ位相角信号及び三相電流信号を生成する。モータ位相角信号は、モータの回転位相角であるモータ位相角の情報を含む信号である。三相電流信号については、後述する。模擬モータ部１０が生成したモータ位相角信号及び三相電流信号は、モータ制御装置３に入力される。三相電流信号は、電流信号の一例である。電流信号は単相電流信号を用いることも可能である。

模擬電源装置部２０は、インバータへの印加電圧である母線電圧を模擬する構成部である。インバータの直流側と電源装置とを接続する電気配線は、一般的に直流母線と呼ばれる。このため、インバータの直流側に印加される電圧を「母線電圧」と呼ぶ。模擬電源装置部２０が生成した母線電圧は、模擬インバータ部２と、モータ制御装置３とに入力される。

次に、模擬モータ部１０における模擬の内容、及び模擬モータ部１０の動作について説明する。図２は、実施の形態１の模擬モータ部１０における要部の構成例を示すブロック図である。

前述の通り、模擬モータ部１０は、模擬インバータ部２から出力される三相電圧信号に基づいて、三相電流信号及びモータ位相角信号を生成する。三相電圧信号は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相による三相座標系の電圧値である三相電圧値Ｖ_ｕ，Ｖ_ｖ，Ｖ_ｗを含む信号である。三相電流信号は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相による三相座標系の電流値である三相電流値Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗを含む信号である。ここで、モータの磁極がつくる磁束の方向をｄ軸とし、このｄ軸よりもπ／２進んだ方向をｑ軸とする。このとき、モータの特性を規定するｄｑ座標系の電圧方程式は、以下の（１）式で表すことができる。

上記（１）式は、モータが永久磁石モータである場合の電圧方程式である。上記（１）式において、Ｖ_ｄは電機子電圧のｄ軸成分値であり、Ｖ_ｑは電機子電圧のｑ軸成分値である。Ｉ_ｄは電機子電流のｄ軸成分値であり、Ｉ_ｑは電機子電流のｑ軸成分値である。Ｒは電機子巻線の抵抗値である巻線抵抗である。Ｌ_ｄはｄ軸のインダクタンス成分値であり、Ｌ_ｑはｑ軸のインダクタンス成分値である。φは永久磁石による電機子鎖交磁束であり、ωは電気角速度であり、ｐは微分演算子である。模擬モータ部１０から出力される三相電流信号に含まれる三相電流値Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗは、上記（１）式に基づいて演算される電機子電流のｄ軸成分値Ｉ_ｄ及びｑ軸成分値Ｉ_ｑを三相座標系の電流値に変換することで得ることができる。

次に、模擬モータ部１０で演算されるモータトルクについて説明する。まず、三相電流値Ｉ_ｕ，Ｉ_ｖ，Ｉ_ｗと、ｄｑ座標系におけるｄ軸成分値Ｉ_ｄ及びｑ軸成分値Ｉ_ｑとの間には、以下の（２）式に示す関係がある。

上記（２）式において、δ_ｎは、ｄ軸成分値Ｉ_ｄ及びｑ軸成分値Ｉ_ｑを有するｄｑ座標系の電流ベクトルのｄ軸を基準とする進み角である。模擬モータ部１０から模擬電源装置部２０に出力されるモータトルクは、以下の（３）式に基づいて演算することができる。

上記（３）式において、Ｔ_ｅはモータトルクであり、単位は［Ｎｍ］である。Ｐ_ｎは極対数である。φは永久磁石による電機子鎖交磁束であり、単位は［Ｖ／ｒａｄ／ｓ］である。

図２には、モータトルクからモータ位相角を生成する制御系として、増幅器２３ａと、積分器２３ｂ，２３ｃとが示されている。

モータトルクＴ_ｅから角速度ωを求めるには、以下の（４）式を用いることができる。

上記（４）式において、Ｊは慣性力であり、単位は［ｋｇｍ^２］である。ｔは時間であり、単位は［ｓ］である。角速度ωの単位は［ｒａｄ／ｓ］である。

また、角速度ωからモータ位相角θ_ｓを求めるには、以下の（５）式を用いることができる。

上記（５）式において、モータ位相角θ_ｓの単位は［ｒａｄ］である。

上記（４）式の演算を行う構成部が増幅器２３ａ及び積分器２３ｂである。増幅器２３ａにより慣性力Ｊの逆数のゲインを与え、その出力を積分器２３ｂで積分することにより、角速度ωを求めることができる。また、上記（５）式の演算を行う構成部が積分器２３ｃである。積分器２３ｂの出力を更に積分器２３ｃで積分することにより、モータ位相角を求めることができる。モータ位相角を含む信号は、モータ位相角信号として、モータ制御装置３に入力される。

次に、模擬電源装置部２０の詳細構成及び動作について、図３から図６を参照して説明する。図３は、実施の形態１における模擬電源装置部２０の構成例を示すブロック図である。模擬電源装置部２０は、図３に示されるように、記憶部２１と、母線電圧演算部２２とを備えている。

図４は、実施の形態１における模擬電源装置部２０の動作説明に使用する第１の図である。図５は、実施の形態１の記憶部２１に構築されるテーブルの説明に使用する図である。図６は、実施の形態１における模擬電源装置部２０の動作説明に使用する第２の図である。

記憶部２１は、図４に示されるように、電源位相角θに対応した電圧変動成分のデータを格納するためのテーブル２１ａを有している。テーブル２１ａには、電源位相角θ（θ１，θ２，…，θｎ－１，θｎ）と、電源位相角θに対応する電圧変動成分（電圧１，電圧２，…，電圧ｎ－１，電圧ｎ）とが記憶されている。電源位相角θは、交流電源から出力される交流電圧の１周期を０°から３６０°の位相角で表したものである。また、以下の説明において、テーブル２１ａに記憶されている電圧変動成分、即ち電圧変動成分に関する複数のデータからなる集合体を「電圧変動情報」と呼ぶ。電圧変動情報には、電源環境ごとに異なる電圧変動成分の情報が含まれている。なお、本実施の形態１では、電源位相角θと電圧変動成分とを対応させて電圧変動情報としている。

図５には、テーブル２１ａのテーブルサイズと電源位相角θの分解能との関係が示されている。テーブル２１ａのテーブルサイズをＸとすると、電源位相角θの分解能は３６０／Ｘ［ｄｅｇ］となる。図４には、電源環境に応じて変化する母線電圧の変動成分の一例として、電源位相角θに応じて変化する電圧変動成分の波形が示されている。図４は、電源位相角θの１周期において、２つのピーク点を有する２ｆ特性の例を示したものである。ここで言うｆは交流電源から出力される交流電圧の周波数であり、２ｆ特性は交流電圧の周波数ｆの２倍に関係する特性である。

電源位相角θに対応する曲線Ｋ１の値は記憶部２１に読み込まれて、テーブル２１ａに記憶される。なお、テーブル２１ａに記憶されるデータは、操作者が手動で入力してもよい。

母線電圧演算部２２は、図４に示されるように、読み出し部２２２と、演算器２２４とを備える。演算器２２４は、加算器２２４ａと、乗算器２２４ｂと、選択器２２４ｃとを備える。読み出し部２２２は、入力される角度信号である交流電源位相を受信してテーブル２１ａの電源位相角θと対応付け、電源位相角θに対応する電圧変動成分をテーブル２１ａから読み出して演算器２２４に出力する。

読み出し部２２２から出力される電圧変動成分は、加算器２２４ａと、乗算器２２４ｂとに入力される。また、加算器２２４ａ及び乗算器２２４ｂのそれぞれには、設定された直流電圧が入力される。加算器２２４ａからは、直流電圧に電圧変動成分が加算された加算結果が出力される。乗算器２２４ｂからは、直流電圧に電圧変動成分が乗算された乗算結果が出力される。選択器２２４ｃは、加算器２２４ａの出力及び乗算器２２４ｂの出力のうちの何れかを選択し、母線電圧として出力する。なお、選択器２２４ｃが加算器２２４ａの出力及び乗算器２２４ｂの出力のうちの何れを選択するのかについて、操作者が任意に設定できるように構成されていてもよい。

上記のように、母線電圧演算部２２は、記憶部２１から読み出される電圧変動成分を直流電圧に付加し、電圧変動成分が付加された電圧信号を母線電圧として出力する。

図６には、母線電圧演算部２２における処理の流れが視覚化されて示されている。図６（ａ）には、母線電圧演算部２２に入力される直流電圧の例が示されている。本説明において、直流電圧は３００Ｖの一定電圧であるとする。図６（ｂ）には、記憶部２１のテーブル２１ａに格納された電圧変動成分が、図４で示していた電圧変動成分の波形で示されている。本説明において、電圧変動成分は、±１Ｖの範囲で変動する成分であるとする。

図６（ｃ）には、時間に対してリニアに変化する電源位相角θが示されている。テーブル２１ａに記憶された電圧変動成分は、電源位相角θに基づいて読み出し部２２２で読み出される。読み出し部２２２で読み出されたデータによる出力は、図６（ｄ）に示されるような、交流電圧の１周期ごとに変動を繰り返す波形となる。

加算器２２４ａからは、図６（ａ）の波形と、図６（ｄ）の波形との加算結果が出力される。図６（ｅ）に示されるように、加算器２２４ａの出力は、３００Ｖの直流電圧に±１Ｖの電圧変動成分が加算された波形となる。

また、乗算器２２４ｂからは、図６（ａ）の波形と、図６（ｄ）の波形との乗算結果が出力される。図６（ｆ）に示されるように、乗算器２２４ｂの出力は、３００Ｖから－３００Ｖの範囲で変動する交流電圧の波形となる。

以上の構成とすることで、モータ制御装置の制御系に含まれる電源電圧の位相角変動特性の影響を補正する処理部の検証を簡易に行うことができる。

以上説明したように、実施の形態１によれば、模擬電源装置部は、記憶部から読み出される電圧変動成分を直流電圧に付加し、電圧変動成分が付加された電圧信号を母線電圧として出力する。つまり、模擬電源装置部の記憶部は、電源位相角と電圧変動成分とを対応させて電圧変動情報として記憶している。模擬電源装置部の母線電圧演算部は、母線電圧演算部に入力された電源位相角に対応する電圧変動情報に基づいて母線電圧を演算する。また、模擬電源装置部は、演算した母線電圧をモータ制御装置に印加する。これにより、モータ制御装置の制御系において、電源電圧の変動特性の影響を補正する処理部の検証を簡易に行うことができる。

また、実施の形態１によれば、模擬電源装置部の記憶部には、電源環境ごとに異なる電源電圧の変動特性に関する情報を記憶することができる。これにより、異なる電源環境の電源電圧の変動特性は、記憶させる情報を変更することにより、模擬することができる。これにより、電源環境ごとに合わせた複雑な電源環境モデルを作成する必要がない。従って、電源環境の変更に要する時間を含むシミュレーション時間を、従来よりも短縮することができる。

次に、実施の形態１における模擬電源装置部２０の機能を実現するハードウェア構成について説明する。図１及び図３に示される模擬電源装置部２０の機能の全部又は一部は、例えば、図７に示すハードウェア構成で実現され得る。図７は、図１及び図３に示される模擬電源装置部２０の機能を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。模擬電源装置部２０は、演算を行うプロセッサ３００、プロセッサ３００によって読みとられるプログラム及びデータが記憶されるメモリ３０２、及び信号の入出力を行うインタフェース３０４を含む構成とすることができる。模擬電源装置部２０の記憶部２１におけるテーブル２１ａは、メモリ３０２に構築することができる。

図１及び図３に示される模擬電源装置部２０が図７の構成で実現される場合には、模擬電源装置部２０は、例えば、図７に示されるプロセッサ３００がメモリ３０２に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。なお、模擬電源装置部２０の機能のうちの一部を回路又は制御器で実装し、他の部分をプロセッサ３００及びメモリ３０２を用いて実現してもよい。

プロセッサ３００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。メモリ３０２としては、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）、ＢＲＡＭ（ブロックＲＡＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリを例示することができる。

プロセッサ３００は、インタフェース３０４を介して必要な情報を授受し、メモリ３０２に格納されたプログラムをプロセッサ３００が実行することにより、上述した処理を行うことができる。プロセッサ３００による演算結果は、メモリ３０２に記憶することができる。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２における模擬電源装置部２０Ａの構成例を示すブロック図である。実施の形態２における模擬電源装置部２０Ａでは、図３に示される実施の形態１における模擬電源装置部２０の構成において、記憶部２１が記憶部２１Ａに置き替えられ、母線電圧演算部２２が母線電圧演算部２２Ａに置き替えられている。実施の形態１の模擬電源装置部２０では、母線電圧演算部２２に交流電源位相が入力されていたが、これに代えて、実施の形態２の模擬電源装置部２０Ａでは、母線電圧演算部２２Ａに出力開始タイミング信号が入力されている。なお、その他の構成は図３に示される実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の内容には、同一の符号及び同一の名称を付して重複する説明は省略する。

次に、実施の形態２における模擬電源装置部２０Ａの要部の動作について、図８に加え、図９から図１２を参照して説明する。図９は、実施の形態２における模擬電源装置部２０Ａの動作説明に使用する第１の図である。図１０は、実施の形態２の記憶部２１Ａに構築されるテーブルの説明に使用する図である。図１１は、実施の形態２における模擬電源装置部２０Ａの動作説明に使用する第２の図である。図１２は、実施の形態２における検証方法の幾つかの例を示す図である。

記憶部２１Ａは、図９に示されるように、時間ｔに対応した電圧変動成分のデータを格納するためのテーブル２１Ａ１を有している。テーブル２１Ａ１には、時間ｔ（ｔ１，ｔ２，…，ｔｎ－１，ｔｎ）と、時間ｔに対応する電圧変動成分（電圧１，電圧２，…，電圧ｎ－１，電圧ｎ）とが記憶されている。テーブル２１Ａ１に記憶されるデータは、電圧変動情報であり、電圧変動情報は、電源環境ごとに異なる電圧変動成分の情報である。本実施の形態２では、モータシミュレータの演算周期と電圧変動成分とを対応させて電圧変動情報としている。

図１０には、テーブル２１Ａ１のテーブルサイズと時間ｔの分解能との関係が示されている。時間ｔの分解能は、時間間隔と言い替えることができる。テーブル２１Ａ１のテーブルサイズをＸとすると、時間ｔの分解能である時間間隔は、ｎ^ｍ＋１で表すことができる。ここで、ｎは制御周期であり、ｍはマスク回数である。マスク回数ｍは、データのサンプリング時間を決めるパラメータである。マスク回数ｍは、操作者が、例えば０から１５の任意の整数で設定することができる。例えば、モータ制御装置３の制御周期ｎが２［μｓｅｃ］であり、マスク回数ｍを１５とすると、時間間隔は、２［μｓｅｃ］＾（１５＋１）＝６５．５３６［ｍｓｅｃ］となる。テーブルサイズをＸとすると、テーブル全体で、０［ｓｅｃ］からｎ＾（ｍ＋１）×（Ｘ－１）［ｓｅｃ］までの電圧変動成分のデータを記憶させることができる。

図９には、電源環境で発生する電圧変動を再現した波形の例が示されている。時間ｔに対応する曲線Ｋ２の値は記憶部２１Ａに読み込まれて、テーブル２１Ａ１に記憶される。なお、テーブル２１Ａ１に記憶されるデータは、操作者が手動で入力してもよい。

母線電圧演算部２２Ａにおいて、読み出し部２２２には、出力の開始を指示する出力開始タイミング信号が入力される。読み出し部２２２は、出力開始タイミング信号を開始点として、時間ｔによって変化する電圧変動成分をテーブル２１Ａ１から順次読み出して演算器２２４に出力する。以降の演算器２２４の動作は実施の形態１と同様であり、ここでの説明は省略する。

図１１には、母線電圧演算部２２Ａにおける処理の流れが視覚化されて示されている。図１１（ａ）には、母線電圧演算部２２Ａに入力される直流電圧の例が示されている。本説明において、直流電圧は３００Ｖの一定電圧であるとする。図１１（ｂ）には、記憶部２１Ａのテーブル２１Ａ１に格納された電圧変動成分が、図９で示していた電圧変動成分の波形で示されている。本説明において、電圧変動成分の電圧値は正側が＋１Ｖ、負側が－１Ｖであるとする。

図１１（ｃ）には、出力開始タイミング信号が示されている。テーブル２１Ａ１に記憶された電圧変動成分は、出力開始タイミング信号をトリガにして読み出し部２２２で読み出される。読み出し部２２２で読み出されたデータによる出力は、図１１（ｄ）に示されるように、出力開始タイミング信号を開始点とする電圧変動成分の波形となる。

加算器２２４ａからは、図１１（ａ）の波形と、図１１（ｄ）の波形との加算結果が出力される。乗算器２２４ｂからは、図１１（ａ）の波形と、図１１（ｄ）の波形との乗算結果が出力される。図１１（ｅ）に示されるように、加算器２２４ａの出力は、３００Ｖの直流電圧に図１１（ｄ）に示される電圧変動成分が付加された波形となる。また、図１１（ｆ）に示されるように、乗算器２２４ｂの出力は、図１１（ｄ）に示される電圧変動成分が電圧軸方向に拡大された波形となる。

図１２には、実施の形態２における検証方法に関する３つの例が示されている。何れの検証方法も、出力開始タイミング信号をトリガにして、テーブル２１Ａ１に記憶された電圧変動成分を読み出して、モータ制御装置３を動作させるところまでは同じである。それぞれの差異について説明すると、図１２（ａ）は、モータ制御装置３を動作させた後に、電圧変動成分の最終値、即ち最後に読み出された電圧変動成分を０クリアする検証方法である。図１２（ｂ）は、モータ制御装置３を動作させた後に、電圧変動成分の最終値、即ち最後に読み出された電圧変動成分を出力したままにする検証方法である。なお、本稿の波形例の場合、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示されるように、母線電圧の波形に相違点は生じないが、テーブル２１Ａ１の最後に記憶されている電圧変動成分が０ではない場合、母線電圧の波形は異なるものになる。

図１２（ｃ）は、モータ制御装置３を動作させた後に、最初のデータに戻って、同じ一連の電圧変動成分を周期的に連続して出力する検証方法である。図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）のうちの何れの検証方法を用いるのかは、操作者によって選択可能である。図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）のうちの少なくとも１つの検証方法を用いることにより、電源環境における電圧変動によって起こり得る問題の抽出が可能となる。これにより、モータ制御装置３を用いて実際の機械装置を制御したときの制御系の挙動を評価することができる。

以上説明したように、実施の形態２によれば、模擬電源装置部の記憶部は、モータシミュレータの演算周期を表す時間ｔと電圧変動成分とを対応させて電圧変動情報として記憶している。模擬電源装置部の母線電圧演算部は、母線電圧演算部に入力された演算周期を表す時間ｔに対応する電圧変動成分に基づいて母線電圧を演算する。これにより、モータ制御装置の制御系に含まれる電源電圧の時間周期特性を影響を補正する処理部の検証を簡易に行うことができる。更に、本実施の形態２においても、電源環境ごとに合わせた複雑な電源環境モデルを作成する必要がない。従って、電源環境の変更に要する時間を含むシミュレーション時間を、従来よりも短縮することができる。

なお、実施の形態１から２に係るモータシミュレータの機能をコンピュータにて実行させるための命令群で構成されるプログラムを作成して、記憶媒体に保持してもよい。記憶媒体に保持されたプログラムは、コンピュータのメモリ内に読み出され、若しくは展開されることで、上述した実施の形態１から２に係るモータシミュレータの機能を実行することができる。

また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ モータシミュレータ、２ 模擬インバータ部、３ モータ制御装置、１０ 模擬モータ部、２０，２０Ａ 模擬電源装置部、２１，２１Ａ 記憶部、２１ａ，２１Ａ１ テーブル、２２，２２Ａ 母線電圧演算部、２３ａ 増幅器、２３ｂ，２３ｃ 積分器、２２２ 読み出し部、２２４ 演算器、２２４ａ 加算器、２２４ｂ 乗算器、２２４ｃ 選択器、３００ プロセッサ、３０２ メモリ、３０４ インタフェース。

Claims (5)

1. 交流電源から出力される交流電圧を整流して得られる直流電圧が印加されるインバータによって駆動されるモータを制御するモータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータであって、
   前記直流電圧に基づいて母線電圧を出力する模擬電源装置部と、
   前記モータ制御装置から出力されるスイッチング信号と前記母線電圧とに基づいて電圧信号を生成する模擬インバータ部と、
   前記電圧信号に基づいて前記モータ制御装置に出力するモータ位相角信号及び電流信号を生成する模擬モータ部と、
   を備え、
   前記模擬電源装置部は、
   電源環境ごとに異なり、前記交流電圧の位相角である電源位相角に対応付けられた電圧変動成分の情報を含む電圧変動情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部から読み出される前記電圧変動情報に基づいて前記電圧変動成分を前記直流電圧に付加し、前記電圧変動成分が付加された電圧信号を前記母線電圧として出力する母線電圧演算部と、
   を備えたことを特徴とするモータシミュレータ。
2. 交流電源から出力される交流電圧を整流して得られる直流電圧が印加されるインバータによって駆動されるモータを制御するモータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータであって、
   前記直流電圧に基づいて母線電圧を出力する模擬電源装置部と、
   前記モータ制御装置から出力されるスイッチング信号と前記母線電圧とに基づいて電圧信号を生成する模擬インバータ部と、
   前記電圧信号に基づいて前記モータ制御装置に出力するモータ位相角信号及び電流信号を生成する模擬モータ部と、
   を備え、
   前記模擬電源装置部は、
   電源環境ごとに異なり、前記モータシミュレータの演算周期に対応付けられた電圧変動成分の情報を含む電圧変動情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部から読み出される前記電圧変動情報に基づいて前記電圧変動成分を前記直流電圧に付加し、前記電圧変動成分が付加された電圧信号を前記母線電圧として出力する母線電圧演算部と、
   備えたことを特徴とするモータシミュレータ。
3. 交流電源から出力される交流電圧を整流して得られる直流電圧が印加されるインバータによって駆動されるモータを制御するモータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータであって、
   前記直流電圧に基づいて母線電圧を出力する模擬電源装置部と、
   前記モータ制御装置から出力されるスイッチング信号と前記母線電圧とに基づいて電圧信号を生成する模擬インバータ部と、
   前記電圧信号に基づいて前記モータ制御装置に出力するモータ位相角信号及び電流信号を生成する模擬モータ部と、
   を備え、
   前記模擬電源装置部は、
   電源環境ごとに異なる電圧変動成分の情報を含む電圧変動情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部から読み出される前記電圧変動情報に基づいて前記電圧変動成分を前記直流電圧に付加し、前記電圧変動成分が付加された電圧信号を前記母線電圧として出力する母線電圧演算部と、
   を備え、
   前記母線電圧演算部は、
   前記電圧変動成分と前記直流電圧との乗算値を演算する乗算器と、
   前記電圧変動成分と前記直流電圧との加算値を演算する加算器と、
   を備えたことを特徴とするモータシミュレータ。
4. 交流電源から出力される交流電圧を整流して得られる直流電圧が印加されるインバータによって駆動されるモータを制御するモータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータとしてコンピュータを動作させるモータシミュレータのプログラムであって、
   前記コンピュータを、
   前記直流電圧に基づいて母線電圧を出力する模擬電源装置部、
   前記モータ制御装置から出力されるスイッチング信号と前記母線電圧とに基づいて電圧信号を生成する模擬インバータ部、及び
   前記電圧信号に基づいて前記モータ制御装置に出力するモータ位相角信号及び電流信号を生成する模擬モータ部、
   として機能させ、
   前記模擬電源装置部を、
   電源環境ごとに異なり、前記交流電圧の位相角である電源位相角に対応付けられた電圧変動成分の情報を含む電圧変動情報を記憶する記憶部、及び
   前記記憶部から読み出される前記電圧変動情報に基づいて前記電圧変動成分を前記直流電圧に付加し、前記電圧変動成分が付加された電圧信号を前記母線電圧として出力する母線電圧演算部、
   として機能させる
   モータシミュレータのプログラム。
5. 交流電源から出力される交流電圧を整流して得られる直流電圧が印加されるインバータによって駆動されるモータを制御するモータ制御装置における制御系の検証に用いるモータシミュレータとしてコンピュータを動作させるモータシミュレータのプログラムであって、
   前記コンピュータを、
   前記直流電圧に基づいて母線電圧を出力する模擬電源装置部、
   前記モータ制御装置から出力されるスイッチング信号と前記母線電圧とに基づいて電圧信号を生成する模擬インバータ部、及び
   前記電圧信号に基づいて前記モータ制御装置に出力するモータ位相角信号及び電流信号を生成する模擬モータ部、
   として機能させ、
   前記模擬電源装置部を、
   電源環境ごとに異なり、前記モータシミュレータの演算周期に対応付けられた電圧変動成分の情報を含む電圧変動情報を記憶する記憶部、及び
   前記記憶部から読み出される前記電圧変動情報に基づいて前記電圧変動成分を前記直流電圧に付加し、前記電圧変動成分が付加された電圧信号を前記母線電圧として出力する母線電圧演算部、
   として機能させる
   モータシミュレータのプログラム。

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