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技術 同期制御システム

出願人 富士電機株式会社
発明者 松本栄治萩原幸治佐藤以久也大家浩一朗
出願日 2011年9月13日 (9年2ヶ月経過) 出願番号 2011-199140
公開日 2013年4月4日 (7年7ヶ月経過) 公開番号 2013-062928
状態 特許登録済
技術分野 電動機の制御一般 複数電動機の制御
主要キーワード タイマ補正 同期制御システム タイムアップ値 定周期処理 任意回数 周期タイミング 周期処理 処理基準
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年4月4日)のものです。
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図面 (7)

課題

コントローラ装置制御周期Tcがドライブ装置駆動周期Tdの整数倍ではない場合にも同期を確保して設計上の自由度を増大させる。

解決手段

コントローラ装置1の制御周期よりも駆動周期が短いドライブ装置30Aが、コントローラ装置1からの同期信号に合わせて駆動周期の起動タイミングを調整する周期タイミング補正手段33を備え、調整後の起動タイミングに従って駆動されるシステムにおいて、制御周期が駆動周期の整数倍でない場合に、制御周期に含まれる駆動周期の回数端数時間とを求め、駆動周期の回数を変えずに1回以上の駆動周期を増加させた時の増加分の合計時間が前記端数時間に一致するように当該駆動周期を演算し、または、駆動周期の回数を増加させて1回以上の駆動周期を減少させた時の減少分の合計時間が元の駆動周期と端数時間との差に一致するように当該駆動周期を演算する周期演算手段32を備える。

概要

背景

この種の同期制御システムは、一定の制御周期に従って動作するコントローラ装置と、トルク指令電流指令位置指令等により周期的にモータ等の負荷を駆動する複数台ドライブ装置とを備え、各ドライブ装置が、コントローラ装置から出力される同期信号に同期して負荷を制御するものとして知られている。
この同期制御システムでは、例えば特許文献1に記載されているように、コントローラ装置から出力される同期信号とドライブ装置の駆動周期起動カウンタ値のずれ量とを算出し、前記起動カウンタ値をわずかに増減させてずれ量を減少させ、最終的にコントローラ装置からの同期信号に起動カウンタ値の開始タイミングを合わせて同期させる方法が採られている。

ここで、図4は特許文献1に記載された従来技術とほぼ同様の同期制御システムを示す構成図である。
同図において、1はコントローラ装置、3A〜3Cはコントローラ装置1により同期制御されるサーボインバータ等のドライブ装置、4A〜4Cはドライブ装置3A〜3Cによりそれぞれ駆動される負荷としてのモータ、2はコントローラ装置1とドライブ装置3A〜3Cとの間で同期信号や駆動データを伝送する信号伝送路である。
なお、ドライブ装置3A〜3Cの構成は同一であり、その台数は3台に限定されず任意の台数であればよい。

次に、この従来技術の動作を、コントローラ装置1及びドライブ装置3Aの構成と共に説明する。
コントローラ装置1は、一定の制御周期を決定する周期処理11を行う。同期信号発生手段12は、周期処理11の終了/開始に従って、ドライブ装置3A,3B,3C側が定周期処理起動する起動タイミングの基準となる同期信号を出力する。この同期信号は、例えば、コントローラ装置1のアプリケーションプログラムによる制御周期ごとに出力され、ドライブ装置3A,3B,3Cは、同期信号に同期してモータ4A〜4Cを駆動するようになっている。

ドライブ装置3Aは、信号伝送路2を介して入力される同期信号を取得する同期信号取得手段31と、周期処理の起動タイミングを補正する周期タイミング補正手段33と、周期タイミング補正手段33からの出力に基づいて周期起動タイミングを生成する周期起動タイミング発生手段34と、前記起動タイミングに従って起動される周期処理35と、を有する。

次いで、ドライブ装置3Aの同期処理を、図5(a)〜(c)のタイミング図に基づいて説明する。
まず、同期処理を開始する前は、コントローラ装置1の同期信号発生手段12から出力される同期信号に対して、ドライブ装置3Aによる駆動周期を示す周期処理タイマ値と周期起動タイミングとの関係は図5(a)[周期処理タイマ補正なし]に示す通りである。同図から明らかなように、周期起動タイミングは周期処理タイマ値が0の時に発生する。また、同期信号と周期起動タイミングとは一般にずれており、しかも同期信号の周期と周期起動タイミング(周期処理タイマタイムアップするタイミング)の周期とは変わらないので、同期信号と周期起動タイミングとはずれたままの状態で推移している。

次に、同期処理の例を、図5(b)[周期処理タイマ補正動作1],図5(c)[周期処理タイマ補正動作2]を参照しつつ説明する。
図4の周期タイミング補正手段33は、同期信号取得手段31を介して同期信号を検知すると周期処理タイマ値をラッチし、ラッチしたタイマ値T1とドライブ装置3Aの駆動周期を決める周期処理タイマのタイムアップ値Tupとの差を求める。このとき、図5(b)のように周期起動タイミングの方が同期信号より進んでいる場合は、タイムアップ値Tupを一時的に増加させることによって周期が長くなり、図5(b)の時刻tbに示すごとく、同期信号に周期処理タイマ値、周期起動タイミングが近づいて同期がとれるようになる。

逆に、図5(c)のように周期起動タイミングの方が同期信号より遅れている場合は、タイムアップ値Tupを一時的に減少させることによって周期が短くなり、図5(c)の時刻tcに示すごとく、同期信号に周期処理タイマ値、周期起動タイミングが近づいて同期がとれるようになる。
ここで、図4の周期起動タイミング発生手段34は、周期処理タイマ値のタイムアップと同時に周期起動タイミングを発生し、周期処理35を起動させてモータ4Aを駆動する。

この場合、例えば1回目の同期信号に対して図5(b)または(c)の同期処理を行い、次の同期信号のところでは、ずらしたタイムアップ値Tupを元に戻すことで周期起動タイミングは元に戻る。このようにして、同期信号の2回に1回の割合で同期補正を行うことが可能である。

なお、特許文献2には、上位制御装置と複数台のモータ駆動装置との間で、位置指令や速度指令、トルク指令等をシリアル通信により送受信するシステムが開示されている。

概要

コントローラ装置の制御周期Tcがドライブ装置の駆動周期Tdの整数倍ではない場合にも同期を確保して設計上の自由度を増大させる。コントローラ装置1の制御周期よりも駆動周期が短いドライブ装置30Aが、コントローラ装置1からの同期信号に合わせて駆動周期の起動タイミングを調整する周期タイミング補正手段33を備え、調整後の起動タイミングに従って駆動されるシステムにおいて、制御周期が駆動周期の整数倍でない場合に、制御周期に含まれる駆動周期の回数端数時間とを求め、駆動周期の回数を変えずに1回以上の駆動周期を増加させた時の増加分の合計時間が前記端数時間に一致するように当該駆動周期を演算し、または、駆動周期の回数を増加させて1回以上の駆動周期を減少させた時の減少分の合計時間が元の駆動周期と端数時間との差に一致するように当該駆動周期を演算する周期演算手段32を備える。

目的

本発明の解決課題は、コントローラ装置の制御周期Tcがドライブ装置の駆動周期Tdの整数倍ではない場合にも同期を確保することができ、自由度の高いシステム構築を可能にした同期制御システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

一定の制御周期ごとに同期信号を出力するコントローラ装置と、前記制御周期よりも短い駆動周期に従って負荷を駆動するドライブ装置と、を有し、前記ドライブ装置が、前記コントローラ装置から受信した同期信号に前記駆動周期の起動タイミングを同期させるように起動タイミングを調整する周期タイミング補正手段と、前記周期タイミング補正手段による調整後の起動タイミングを基準とした駆動周期により前記負荷を周期的に駆動させる手段と、を有する同期制御システムにおいて、前記制御周期が前記駆動周期の整数倍でない場合に、前記制御周期に含まれる前記駆動周期の回数端数時間とを求め、前記駆動周期の回数を変えずに1回以上の駆動周期を増加させたときの増加分の合計時間が前記端数時間に一致するように当該駆動周期を演算し、または、前記駆動周期の回数を増加させて1回以上の駆動周期を減少させたときの減少分の合計時間が元の駆動周期と前記端数時間との差に一致するように当該駆動周期を演算する周期演算手段を備え、前記周期演算手段により演算された駆動周期を前記周期タイミング補正手段に与えることを特徴とする同期制御システム。

請求項2

請求項1に記載した同期制御システムにおいて、前記ドライブ装置を複数台有し、前記コントローラ装置から出力される同期信号に全てのドライブ装置の起動タイミングを同期させることを特徴とする同期制御システム。

技術分野

0001

本発明は、サーボインバータ等のドライブ装置を、コントローラ装置制御周期に同期させて制御するための同期制御システムに関するものである。

背景技術

0002

この種の同期制御システムは、一定の制御周期に従って動作するコントローラ装置と、トルク指令電流指令位置指令等により周期的にモータ等の負荷を駆動する複数台のドライブ装置とを備え、各ドライブ装置が、コントローラ装置から出力される同期信号に同期して負荷を制御するものとして知られている。
この同期制御システムでは、例えば特許文献1に記載されているように、コントローラ装置から出力される同期信号とドライブ装置の駆動周期起動カウンタ値のずれ量とを算出し、前記起動カウンタ値をわずかに増減させてずれ量を減少させ、最終的にコントローラ装置からの同期信号に起動カウンタ値の開始タイミングを合わせて同期させる方法が採られている。

0003

ここで、図4は特許文献1に記載された従来技術とほぼ同様の同期制御システムを示す構成図である。
同図において、1はコントローラ装置、3A〜3Cはコントローラ装置1により同期制御されるサーボ、インバータ等のドライブ装置、4A〜4Cはドライブ装置3A〜3Cによりそれぞれ駆動される負荷としてのモータ、2はコントローラ装置1とドライブ装置3A〜3Cとの間で同期信号や駆動データを伝送する信号伝送路である。
なお、ドライブ装置3A〜3Cの構成は同一であり、その台数は3台に限定されず任意の台数であればよい。

0004

次に、この従来技術の動作を、コントローラ装置1及びドライブ装置3Aの構成と共に説明する。
コントローラ装置1は、一定の制御周期を決定する周期処理11を行う。同期信号発生手段12は、周期処理11の終了/開始に従って、ドライブ装置3A,3B,3C側が定周期処理起動する起動タイミングの基準となる同期信号を出力する。この同期信号は、例えば、コントローラ装置1のアプリケーションプログラムによる制御周期ごとに出力され、ドライブ装置3A,3B,3Cは、同期信号に同期してモータ4A〜4Cを駆動するようになっている。

0005

ドライブ装置3Aは、信号伝送路2を介して入力される同期信号を取得する同期信号取得手段31と、周期処理の起動タイミングを補正する周期タイミング補正手段33と、周期タイミング補正手段33からの出力に基づいて周期起動タイミングを生成する周期起動タイミング発生手段34と、前記起動タイミングに従って起動される周期処理35と、を有する。

0006

次いで、ドライブ装置3Aの同期処理を、図5(a)〜(c)のタイミング図に基づいて説明する。
まず、同期処理を開始する前は、コントローラ装置1の同期信号発生手段12から出力される同期信号に対して、ドライブ装置3Aによる駆動周期を示す周期処理タイマ値と周期起動タイミングとの関係は図5(a)[周期処理タイマ補正なし]に示す通りである。同図から明らかなように、周期起動タイミングは周期処理タイマ値が0の時に発生する。また、同期信号と周期起動タイミングとは一般にずれており、しかも同期信号の周期と周期起動タイミング(周期処理タイマタイムアップするタイミング)の周期とは変わらないので、同期信号と周期起動タイミングとはずれたままの状態で推移している。

0007

次に、同期処理の例を、図5(b)[周期処理タイマ補正動作1],図5(c)[周期処理タイマ補正動作2]を参照しつつ説明する。
図4の周期タイミング補正手段33は、同期信号取得手段31を介して同期信号を検知すると周期処理タイマ値をラッチし、ラッチしたタイマ値T1とドライブ装置3Aの駆動周期を決める周期処理タイマのタイムアップ値Tupとの差を求める。このとき、図5(b)のように周期起動タイミングの方が同期信号より進んでいる場合は、タイムアップ値Tupを一時的に増加させることによって周期が長くなり、図5(b)の時刻tbに示すごとく、同期信号に周期処理タイマ値、周期起動タイミングが近づいて同期がとれるようになる。

0008

逆に、図5(c)のように周期起動タイミングの方が同期信号より遅れている場合は、タイムアップ値Tupを一時的に減少させることによって周期が短くなり、図5(c)の時刻tcに示すごとく、同期信号に周期処理タイマ値、周期起動タイミングが近づいて同期がとれるようになる。
ここで、図4の周期起動タイミング発生手段34は、周期処理タイマ値のタイムアップと同時に周期起動タイミングを発生し、周期処理35を起動させてモータ4Aを駆動する。

0009

この場合、例えば1回目の同期信号に対して図5(b)または(c)の同期処理を行い、次の同期信号のところでは、ずらしたタイムアップ値Tupを元に戻すことで周期起動タイミングは元に戻る。このようにして、同期信号の2回に1回の割合で同期補正を行うことが可能である。

0010

なお、特許文献2には、上位制御装置と複数台のモータ駆動装置との間で、位置指令や速度指令、トルク指令等をシリアル通信により送受信するシステムが開示されている。

先行技術

0011

特開2005−094933号公報(段落[0013]〜[0023]、図1等)
特開2003−189654号公報(段落[0002]〜[0005]、図9等)

発明が解決しようとする課題

0012

図4及び図5に示した従来技術では、コントローラ装置1の制御周期Tcと各ドライブ装置の駆動周期Tdとが等しい(つまりTc=Td)ことを前提として、制御周期Tcごとにコントローラ装置1から出力される同期信号を基準としてドライブ装置の周期起動タイミングを調整している。
しかし、一般にサーボやインバータ等のドライブ装置は、コントローラ装置1の制御周期Tcに比べて短い駆動周期Tdで動作を繰り返す場合が多い。

0013

いま、コントローラ装置1の制御周期Tcを1600 [μs]とし、各ドライブ装置3A〜3Cの駆動周期Tdを80[μs]とした場合、同期前及び同期後(同期取得後)の処理と時間軸との関係を示すと、図6のようになる。
同期前の図6(a)では、コントローラ装置1とドライブ装置3A〜3Cとの間で同期が取れていないので、同期信号に対してドライブ装置3A〜3Cの周期起動タイミングが合っておらず、ドライブ装置3A〜3Cの間でも、周期起動タイミングがずれている。

0014

この状態から同期をとることにより、図6(b)のように、同期信号とドライブ装置3A〜3Cの周期起動タイミングが一致し、コントローラ装置1の制御周期Tcに同期して全てのドライブ装置3A〜3Cの駆動処理が開始される。
ここで、図6(b)は、前述したようにTc=1600 [μs]、Td=80[μs]であって、TcがTdの整数倍(Tc=n×Td,nは正の整数)である場合のものであり、最初の同期信号発生時にドライブ装置3A〜3Cとの間で同期がとれれば、次の同期信号発生時にも同期が確保されることになる。

0015

しかし、TcがTdの整数倍でない場合(Tc≠n×Tdの場合)、例えばコントローラ装置1の処理周期が1500[μs](ドライブ装置3A〜3Cの駆動周期についてはTd=80[μs]のまま)のときは図6(c)のようになり、同期信号とドライブ装置3A〜3Cとの間で一旦、同期がとれたとしても、次の同期信号発生時には同期信号とドライブ装置3A〜3Cの周期起動タイミングとの間にずれが生じ、同期が外れてしまうことになる。

0016

従って、図4及び図5に示した従来技術において、コントローラ装置1とドライブ装置3A〜3Cとの間で常に同期を維持するためには、必ずTc=n×Tdである必要があり、システム構築上の自由度がないという問題があった。
そこで、本発明の解決課題は、コントローラ装置の制御周期Tcがドライブ装置の駆動周期Tdの整数倍ではない場合にも同期を確保することができ、自由度の高いシステム構築を可能にした同期制御システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0017

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、一定の制御周期ごとに同期信号を出力するコントローラ装置と、前記制御周期よりも短い駆動周期に従って負荷を駆動するドライブ装置と、を有し、
前記ドライブ装置が、
前記コントローラ装置から受信した同期信号に前記駆動周期の起動タイミングを同期させるように起動タイミングを調整する周期タイミング補正手段と、
前記周期タイミング補正手段による調整後の起動タイミングを基準とした駆動周期により前記負荷を周期的に駆動させる手段と、を有する同期制御システムにおいて、
前記制御周期が前記駆動周期の整数倍でない場合に、
前記制御周期に含まれる前記駆動周期の回数端数時間とを求め、前記駆動周期の回数を変えずに1回以上の駆動周期を増加させたときの増加分の合計時間が前記端数時間に一致するように当該駆動周期を演算し、または、前記駆動周期の回数を増加させて1回以上の駆動周期を減少させたときの減少分の合計時間が元の駆動周期と前記端数時間との差に一致するように当該駆動周期を演算する周期演算手段を備え、
前記周期演算手段により演算された駆動周期を前記周期タイミング補正手段に与えるものである。

0018

請求項2に係る発明は、前記ドライブ装置を複数台有し、前記コントローラ装置から出力される同期信号に全てのドライブ装置の起動タイミングを同期させるものである。

発明の効果

0019

本発明によれば、コントローラ装置の制御周期がドライブ装置の駆動周期の整数倍でない場合にもコントローラ装置とドライブ装置との同期を確保することができ、システム構築の自由度を高めることができる。

図面の簡単な説明

0020

本発明の実施形態を示す構成図である。
本発明の実施形態における周期演算手段の処理を示すフローチャートである。
本発明の実施形態の作用効果を説明するためのタイミング図である。
従来技術を示す構成図である。
図4におけるドライブ装置の同期処理を説明するためのタイミング図である。
従来技術における同期前及び同期後の処理と時間軸との関係を示す図である。

実施例

0021

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1はこの実施形態の構成図であり、図4と同一の構成要素には同一の参照符号を付してある。以下では、図4と異なる部分を中心に説明する。

0022

すなわち、本実施形態の同期制御システムにおけるドライブ装置30A(他のドライブ装置30B,30Cの構成も同一)は、同期信号取得手段31と周期タイミング補正手段33との間に周期演算手段32を備えている。
この周期演算手段32は、同期信号取得手段31から出力される同期信号と周期演算手段32が有する周期処理タイマ値とに基づき、コントローラ装置1とドライブ装置30Aとの間で同期合わせを行うためにドライブ装置30Aの駆動周期を調整する機能を備えており、周期演算手段32の出力が周期タイミング補正手段33に送られている。
なお、周期演算手段32以外の構成は図4と同一である。

0023

次に、この実施形態の動作を説明する。
図2のフローチャートは、コントローラ装置1の制御周期Tcとドライブ装置30Aの駆動周期Td(他のドライブ装置30B,30Cの駆動周期も同一)との関係に応じた周期演算手段32の処理を示している。
ここで、図2のフローチャートは、制御周期Tcが駆動周期Tdの整数倍ではない場合を想定しているが、制御周期Tcが駆動周期Tdの整数倍である場合には、後述するステップS2〜S5における端数時間ΔTや回数Mがゼロになるため、実質的に処理は行われず、図1における周期演算手段32を除去したのと同様の動作になる。

0024

さて、図2において、1回の制御周期内で発生するドライブ装置の駆動周期回数N及び端数時間ΔTを、数式1,2により求める。(図2のステップS1,S2)
[数式1]
N=int(Tc/Td)
[数式2]
ΔT=mod(Tc/Td)
数式1における駆動周期回数N=int( )は、括弧内の割り算余り切り捨てた整数であって、制御周期Tcに含まれる駆動周期Tdの回数を示す。また、数式2における端数時間ΔT=mod( )は、括弧内の割り算の余りである。
従って、N×Td+ΔT=Tcの関係が成り立つ。

0025

次に、端数時間ΔTが駆動周期Tdの1/2より小さいかどうかを判断し(ステップS3)、1/2より小さい場合は(ステップS3 Yes)、Tcに含まれるTdの回数を変えずにNのままとしてTdを合計でΔTだけ増やす。増加分は、例えば、駆動周期Tdが処理基準タイマ値tを基準(刻み幅)として設定されている場合、数式3を算出し(ステップS4)、このM回をN回のTdの中の任意回数で配分する(ステップS5)。例えば、M=2であり、N=18である場合には、18回のTdのうちの2回のTdを増加させ、その増加分の合計時間がΔTになるようにする。
[数式3]
M=ΔT/t

0026

また、端数時間ΔTが駆動周期Tdの1/2以上である場合には(ステップS3 No)、NをインクリメントしてTcに含まれるTdの回数を一つ増やし(ステップS6)、Tdを合計で(Td−ΔT)分減らす。
減少分は、前記同様に駆動周期Tdが処理基準タイマ値tを基準(刻み幅)として設定されている場合、数式4を演算し(ステップS7)、このM回をN+1回のTdの中で配分する(ステップS5)。例えば、M=2であり、N=18である場合には、N+1=19であるから、19回のTdのうちの2回のTdを減少させ、その減少分の合計時間が(Td−ΔT)になるようにする。
[数式4]
M=(Td−ΔT)/t

0027

具体例として、Tc=1500[μs]、Td=80[μs]である場合、数式1,2を演算すると以下のようになる(ステップS1,S2)。
N=int(1500/80)=18回
ΔT=mod(1500/80)=60[μs]

0028

ΔT=60[μs]はTdの1/2以上であるから、Nをインクリメントして19回とする(ステップS3 No,ステップS6)。更に、処理基準タイマ値t=10[μs]である場合、数式4を演算すると以下のようになる(ステップS7)。
M=(Td−ΔT)/t=(80−60)/10=2
従って、19回のTdのうちの2回のTdを減少させ、その減少分の合計時間を(Td−ΔT)=20[μs]にすればよく、例えば、19回のTdのうち、2回のTdを10[μs]ずつ減少させてそれぞれ70[μs]とし、残りの17回のTdを80[μs]のままにすればよい。

0029

図3(a)は、本実施形態による周期合わせ(周期タイミング補正)を行わない場合のタイミング図、図3(b)は本実施形態による周期合わせを行った場合のタイミング図である。これらの図において、ドライブ装置の駆動周期a:80[μs]は駆動周期Td=80[μs]であることを示し、同じく駆動周期b:70[μs]は駆動周期Td=70[μs]であることを示している。

0030

この図3は、前述した具体例の、Tc=1500[μs]、Td=80[μs]、t=10[μs]の場合に相当しており、図3(b)に示す本実施形態によれば、コントローラ装置1の制御周期Tc内に、駆動周期Td=80[μs]を17回、駆動周期Td=70[μs]を2回設けることにより、同期信号と駆動装置の周期起動タイミングとを一致させて同期合わせを行うことができる。
従って、コントローラ装置1の制御周期がドライブ装置の元の駆動周期の整数倍ではない場合であっても、ドライブ装置の同期制御を行うことが可能である。

0031

なお、上記実施形態において、ドライブ装置は必ずしも複数台である必要はなく、本発明は、各1台のコントローラ装置とドライブ装置とからなるシステムにも適用可能である。

0032

1:コントローラ装置
11:周期処理
12:周期信号発生手段
2:信号伝送路
30A,30B,30C:ドライブ装置
31:同期信号取得手段
32:周期演算手段
33:周期タイミング補正手段
34:周期起動タイミング発生手段
35:周期処理
4A,4B,4C:モータ

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