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技術 モータ制御装置

出願人 日本電産サンキョー株式会社
発明者 尾辻淳伊藤彰啓
出願日 2015年10月30日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2015-213651
公開日 2017年5月18日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2017-085831
状態 特許登録済
技術分野 電動機の制御一般
主要キーワード 読み込み周期 サーボドライブ装置 周期差 サーボ制御周期 周期処理 送信用信号 サーボドライブ サーボ制御装置
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(2017年5月18日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

ワウ等を抑制し、サーボモータの制御の精度を向上させる技術を提供する。

解決手段

サーボシステム1において、サーボ制御装置10は上位装置2とサーボアンプ3との間に配置される。サーボ制御装置10は、上位装置2とサーボアンプ3との間の通信において、上位装置2の通信周期とサーボアンプ3のサーボ制御周期とが異なる場合、周期差調停する調停機能部20を有し、読み込み周期処理及び伝送周期処理を実行するとともに、通信周期及びサーボ制御周期より短い周期(通信周期の整数分の1)で、補間処理を行う。

概要

背景

上位装置(コントローラ)とサーボドライブ装置サーボアンプ)がネットワークで接続されコントローラからネットワークを介してサーボドライブ装置に制御指令を出して制御する同期通信のシステムの場合、通信周期ごとサーボドライブ制御周期サーボドライブ周期1回分の制御指令が出される。そのため、ネットワークの通信周期とサーボドライブ周期を同一とする必要があり、サーボドライブ周期を変更できない。特に、オープン規格ネットワークプロトコル及び通信プロトコルを使用する場合には、通信周期を自由に決めることができず、サーボドライブ周期を通信周期にあわせなければならない。したがって、サーボドライブ周期を通信周期と合わせない場合、いわゆるワウと呼ばれる指令揺れの問題が生じる。そこで、従来より、各種の技術が提案されている。

例えば、使用する機器の性能や機能に応じて、通信周期とサーボドライブ周期の組み合わせを自由に設定することができるサーボシステムがある(例えば、特許文献1参照。)。具体的には、通信周期とサーボドライブ周期が異なる場合に、コントローラは所定の周期比に基づいて送信する制御指令の数を調整している。また、サーボドライブ装置は、サーボドライブ周期ごとに整合された制御指令に基づきサーボモータ駆動制御している。

概要

ワウ等を抑制し、サーボモータの制御の精度を向上させる技術を提供する。サーボシステム1において、サーボ制御装置10は上位装置2とサーボアンプ3との間に配置される。サーボ制御装置10は、上位装置2とサーボアンプ3との間の通信において、上位装置2の通信周期とサーボアンプ3のサーボ制御周期とが異なる場合、周期差調停する調停機能部20を有し、読み込み周期処理及び伝送周期処理を実行するとともに、通信周期及びサーボ制御周期より短い周期(通信周期の整数分の1)で、補間処理を行う。

目的

本発明は、上記の状況に鑑みなされたものであって、サーボモータの制御の精度を向上させる技術を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

上位装置とサーボアンプとの間に配置されるモータ制御装置であって、前記上位装置と前記サーボアンプとの間の通信において、前記上位装置からの指令が出力される通信周期と、前記サーボアンプにおける制御周期とが異なる場合、周期差調停する調停機能部を有し、前記調停機能部は、前記上位装置から読み込み周期処理及び前記サーボアンプへ伝送周期処理を実行するとともに、前記通信周期及び前記制御周期より短い周期で前記指令に対して補間処理を行うことを特徴とするモータ制御装置。

請求項2

前記調停機能部は、前記上位装置からの通信周期の間、前記補間を前記上位装置と前記調停機能部との通信周期の、整数分の1の時間の周期で行い、前記制御周期で前記補間の結果を前記サーボアンプへ伝送することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。

請求項3

前記サーボアンプは、制御周期毎に調停機能部に指令内容を確認し、その指令内容の処理を行うことを特徴とする請求項1または2に記載のモータ制御装置。

請求項4

前記上位装置からの指令は、位置指令速度指令トルク指令のいずれかであることを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載のモータ制御装置。

技術分野

0001

本発明は、モータ制御装置係り、例えば、上位装置の指令に基づきサーボアンプを介してサーボモータを制御するモータ制御装置に関する。

背景技術

0002

上位装置(コントローラ)とサーボドライブ装置(サーボアンプ)がネットワークで接続されコントローラからネットワークを介してサーボドライブ装置に制御指令を出して制御する同期通信のシステムの場合、通信周期ごとサーボドライブ制御周期サーボドライブ周期1回分の制御指令が出される。そのため、ネットワークの通信周期とサーボドライブ周期を同一とする必要があり、サーボドライブ周期を変更できない。特に、オープン規格ネットワークプロトコル及び通信プロトコルを使用する場合には、通信周期を自由に決めることができず、サーボドライブ周期を通信周期にあわせなければならない。したがって、サーボドライブ周期を通信周期と合わせない場合、いわゆるワウと呼ばれる指令の揺れの問題が生じる。そこで、従来より、各種の技術が提案されている。

0003

例えば、使用する機器の性能や機能に応じて、通信周期とサーボドライブ周期の組み合わせを自由に設定することができるサーボシステムがある(例えば、特許文献1参照。)。具体的には、通信周期とサーボドライブ周期が異なる場合に、コントローラは所定の周期比に基づいて送信する制御指令の数を調整している。また、サーボドライブ装置は、サーボドライブ周期ごとに整合された制御指令に基づきサーボモータを駆動制御している。

先行技術

0004

特開2007−200063号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、上述の様に、ネットワーク対応サーボアンプにおいて、ネットワークの通信周期とサーボアンプの制御周期とは大抵異なっている。この場合、サーボアンプ側での通信処理周期処理で行う場合、サーボアンプの制御周期の倍数となる通信周期でしか通信できないという課題がある。仮にサーボアンプの制御周期の倍数でない通信周期で通信しようとすると、通信処理にサーボアンプの制御周期分のワウが生じてしまい、同期通信による位置決め動作を行う場合等に不都合を生じる。サーボアンプ側での通信処理を割り込みで行う場合は、上記ワウの問題は発生しない。しかし、通信プロトコルの解釈・実行といった重たい処理をどのタイミングで処理されるかわからない割り込みで行うのは、設計上効率が悪いため適さないという課題があり別の技術が求められていた。また、特許文献1に開示の技術では、上位装置及びサーボアンプ側の両装置で対応させる必要があり、システムの設計の柔軟性等の観点から別の技術が求められていた。

0006

本発明は、上記の状況に鑑みなされたものであって、サーボモータの制御の精度を向上させる技術を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明に係るモータ制御装置は、上位装置とサーボアンプとの間に配置されるモータ制御装置であって、前記上位装置と前記サーボアンプとの間の通信において、前記上位装置からの指令が出力される通信周期と、前記サーボアンプにおける制御周期とが異なる場合、周期差調停する調停機能部を有し、前記調停機能部は、前記上位装置から読み込み周期処理及び前記サーボアンプへ伝送の周期処理を実行するとともに、前記通信周期及び前記制御周期より短い周期で前記指令に対して補間処理を行う。これによって、通信周期に埋もれることなく、上位装置からの指令を調停機能部に伝達することができるので、結果的に、サーボアンプが指令を適切に実行することができ、ワウの発生を抑制することができる。

0008

また、前記調停機能部は、前記上位装置からの通信周期の間、前記補間を前記上位装置と前記調停機能部との通信周期の、整数分の1の時間の周期で行い、前記制御周期で前記補間の結果を前記サーボアンプへ伝送してもよい。これによって、指令値の補間処理によって制御周期タイミングに適した指令ができ、ワウの発生を抑制することができる。

0009

また、前記サーボアンプは、制御周期毎に調停機能部に指令内容を確認し、その指令内容の処理を行ってもよい。制御周期ごとに指令を確認するので、制御周期タイミングに適した指令ができ、上位装置の指令を適切に実行できる。

0010

また、前記上位装置からの指令は、位置指令速度指令トルク指令のいずれかであってもよい。

発明の効果

0011

本発明によれば、サーボモータの制御の精度を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0012

実施形態に係る、サーボシステムのブロック図である。
実施形態に係る、サーボシステムにおける通信及び制御のタイミングチャート例を示す図である。

実施例

0013

以下、発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、図面を参照しつつ説明する。

0014

図1は、本実施形態に係るサーボシステム1の概略構成を示すブロック図である。サーボシステム1は、上位装置2と、サーボアンプ3と、サーボモータ4と、エンコーダ5と、サーボ制御装置10とを備え、同期通信によるサーボモータ4の駆動制御を行う。

0015

上位装置2は、所定の通信周期ごとに、ネットワーク回線を通じてサーボモータ4を駆動制御するための制御指令を出力する。出力された制御指令は、サーボ制御装置10を介してサーボアンプ3に伝達される。制御指令は、例えば、位置指令、速度指令、トルク指令である。

0016

サーボアンプ3は、上位装置2から取得した制御指令とサーボモータ4からのフィードバックから、所定の制御周期(サーボ制御周期)ごとに駆動指令を生成し、サーボモータ4を駆動制御する。なお、サーボアンプ3は、いわゆるポーリングによって、サーボ制御周期毎に調停機能部20に制御指令を確認し、その制御指令の処理を行う。サーボ制御周期ごとに制御指令を確認するので、上位装置2の指令を適切に実行できる。

0017

エンコーダ5は、サーボモータ4の状態(位置情報速度情報トルク情報)を検出し、フィードバック信号としてサーボアンプ3へ送信する。

0018

サーボ制御装置10は、CPU(Central-Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を備える装置であって、上位装置2とサーボアンプ3との間に配置される。例えば、サーボ制御装置10は、サーボアンプ3のオプションボードとして提供され、上位装置2に接続されるネットワーク回線に接続される。

0019

サーボ制御装置10は、調停機能部20を備える。調停機能部20は、上位装置2とサーボアンプ3を調停する機能(以下、「調停機能」という。)を有し、上位装置2及びサーボアンプ3と通信する。

0020

具体的には、調停機能部20は、上位装置2の通信周期とサーボアンプ3のサーボ制御周期とが異なる場合、周期差を調停する調停機能を有する。調停機能とは、上位装置2から調停機能部20の通信周期と、調停機能部20からサーボアンプ3の制御周期の差に応じて、上位装置2からの指令を、後述する補間した指令として一時保持し、制御周期のタイミングでその保持した指令を伝送することで読み込み周期処理及び伝送の周期処理を実行する。そして、調停機能部20は、通信周期及びサーボ制御周期より短い周期(調停制御周期)で、上位装置2からの指令に対して補間処理を行う。これによって、通信周期とサーボ制御周期が異なっていても、通信周期に埋もれることなく、上位装置2からの指令が調停機能部20に伝達する。その結果的に、サーボアンプ3が指令を適切に実行することができ、ワウの発生を抑制することができる。

0021

また、調停機能部20は、上位装置2との通信周期の間、補間を上位装置2と調停機能部20との通信周期の、整数分の1の時間の周期で行い、制御周期で補間の結果をサーボアンプ3へ伝送する。調停制御周期で制御指令(指令値)の補間を行う。この補間処理によって制御周期タイミングに適した指令ができ、ワウの発生を抑制することができる。

0022

この構成のサーボシステム1における信号の流れの概要を説明する。上位装置2は、所定の通信周期ごとに制御指令(以下、「上位側指令CA」という。)をサーボ制御装置10に出力する。そして、上位側指令CAを受けたサーボ制御装置10の調停機能部20は、制御指令を下位側指令CBとしてサーボアンプ3へ出力する。サーボアンプ3は、所定の制御周期(以下、「サーボ制御周期」という。)に基づいてサーボモータ4に対して駆動指令CDを出力する。

0023

エンコーダ5からのフィードバック(フィードバック情報FB)を受けたサーボアンプ3は、サーボ制御周期にもとづき、サーボ情報を下位側サーボ情報SBとしてサーボ制御装置10へ出力する。

0024

下位側サーボ情報SBを受けたサーボ制御装置10の調停機能部20は、サーボ情報を上位側サーボ情報SAとして上位装置2に出力する。

0025

図2は、サーボシステム1における通信及び制御のタイミングチャート例を示す。このタイミングチャートを参照し、サーボシステム1における信号の流れをより具体的に説明する。

0026

上位装置2の通信周期T11は500μs、調停機能部20の調停制御周期T12=62.5μs、サーボアンプ3のサーボ制御周期T13は400μsに設定されている。すなわち、調停制御周期T12は通信周期T11の1/8に設定されている。なお、ここでは、図中において太線で示す時刻t=500μsで上位装置2からサーボ制御装置10へ出力される通信データの流れに着目して説明する。

0027

時刻t=500μsで、上位装置2からサーボ制御装置10へ上位側制御指令CA11が出力される。サーボ制御装置10の調停機能部20は、送信用信号処理X11a〜X11cを行う。すなわち、調停機能部20は、受信バッファに取り込み、時刻t=1000μsで受信処理を行い(X11a)、サーボアンプ3のサーボ制御周期に対応した時刻t=1200μsで内部処理移行する(X11b)。

0028

時刻t=1200と次のサーボアンプ3のサーボ制御周期に対応した時刻t=1600μsとの間の期間では、調停機能部20は、上位側制御指令にもとづいて調停制御周期T12の動作クロックでサーボアンプ3へ出力するコマンド生成処理CGを実行し、生成したコマンドを所定の送信用バッファに一時保持する(X11c)。調停機能部20は、コマンド生成処理CGにおいて、調停制御周期T12にて補完処理を行う。補完処理の手法については、公知のアルゴリズムによる手法を用いる。

0029

上記時刻t=1600μsになると、サーボ制御装置10の調停機能部20は、サーボアンプ3からの要求に応じて、送信用バッファに一時保持されているコマンド、すなわち下位側制御指令CB11をサーボアンプ3に出力する。

0030

サーボアンプ3は、下位側制御指令CB11に基づく制御処理X21をサーボ制御周期で行う。具体的には、サーボアンプ3は、サーボ制御装置10から下位側制御指令CB11を取得すると、所定の受信バッファに一時保持し所定のタイミングでコマンド解析CSを実行し、サーボモータ4を制御する。さらに、サーボアンプ3は、サーボモータ4の状態をエンコーダ5から取得し、上位装置2へ通知するフィードバック情報の生成FGを実行する。生成されたフィードバック情報は所定の送信用バッファに一時保持される。

0031

サーボアンプ3は、サーボ制御周期に対応した時刻t=2000μsになると、送信用バッファに一時保持されているフィードバック情報(サーボ情報SB11)をサーボ制御装置10へ送信する。

0032

サーボ制御装置10の調停機能部20は、サーボ情報SB11を受信すると、返信用信号処理Y11a〜Y11cを実行する。具体的には、調停機能部20は、サーボ情報SB11を一旦所定の受信バッファに一時保持した後、サーボ情報SB11の解析処理(フィードバック情報解析FA)を実行する(Y11a)。実行完了後、調停機能部20は、解析結果を所定の送信用バッファに送り(Y11b)、送信用バッファに一時保持する(Y11c)。フィードバック情報解析FAにおいて、調停機能部20は、調停制御周期T12にて補完処理を行う。

0033

上位装置2の通信周期T11に対応した時刻t=2500μsになると、サーボ制御装置10の調停機能部20は、送信用バッファに一時保持されている解析結果を上位側サーボ情報SA11として上位装置2に対して送信する。送信された上位側サーボ情報SA11は、次の上位装置2の通信周期T11に対応した時刻t=3000μsで、上位装置2に取り込まれる。

0034

このように、調停機能部20は、通信周期及びサーボ制御周期より短い周期で補間を行い、読み込み周期処理及び伝送の周期処理を実行するため、通信周期に埋もれることなく上位装置2からの制御指令が調停機能部20に伝達する。調停制御周期は、通信周期の整数分の1の時間に設定されているため、制御周期タイミングに適した指令ができる。

0035

また、調停機能部20は、上位装置2との通信周期の間、調停制御周期で制御指令の補間を行うため、制御周期タイミングに適した指令ができ、ワウの発生を抑制できる。

0036

本発明を、実施の形態をもとに説明したが、この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

0037

1サーボシステム
2 上位装置
3サーボアンプ
4サーボモータ
5エンコーダ
10サーボ制御装置
20調停機能部

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