JP4063209B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device.
従来、半導体製造装置やロボット、各種工作機械などのFAシステム装置には高精度の位置決めが要求されることから一般的にサーボモータとサーボアンプがよく利用されている。サーボアンプのシステム構成図を図11に示す。このサーボモータにはモータの回転情報を検出するためのエンコーダ9がロータに接続されており、一回転あたり10000以上のパルスを出力する。出力されたパルスはフィードバックパルスカウンタ10でパルス数をカウントする。サーボアンプは上位コントローラ(指令出力装置1)、例えばシーケンサ等からの指令に従いサーボモータを駆動し、上位コントローラからの指令に対し、エンコーダやレゾルバからフィードバックされる位置情報が一致するようにサーボモータを制御する動作を行う。指令出力装置1からの指令はパルスによる指令が一般的である。指令出力装置1から出力された指令パルスはモータ制御装置2にあるパルス入力回路3で受信し、指令パルスカウンタ4で周期毎にパルス数をカウントする。カウントした指令パルス数とフィードバックパルスカウンタでカウントしたパルス数の偏差を偏差カウンタ6で演算し、この偏差が0となるように制御手段7でモータをコントロールする構成となっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, servo motors and servo amplifiers are often used because FA system devices such as semiconductor manufacturing devices, robots, and various machine tools require high-precision positioning. A system configuration diagram of the servo amplifier is shown in FIG. The servo motor is connected to a rotor with an encoder 9 for detecting rotation information of the motor, and outputs 10,000 pulses or more per rotation. The output pulses are counted by the
最近では生産性の向上からモータの高速化と高精度な位置決めが要求されることから指令パルスの周波数は一段と高くなってきており、1Mppsを超えるパルスで指令を出すケースが増えてきている。指令パルスを受信するパルス入力回路3の構成は図12、図13のようになっており、フォトカプラで構成することによって指令出力装置1の出力回路はオープンコレクタ、ラインドライバのどちらでも接続することが可能である構成となっている。また、通常パルス入力回路にはノイズによる誤動作を防止するためにフィルタを備えている。しかし、指令パルスの高速化にともないフィルタのカットオフ周波数を高く設定する必要があるため、ノイズ耐量は低下する傾向にある。また、ノイズ耐量をあげるために差動ラインで信号を送信できるラインドライバを使用するケースが増えているが、図12の入力回路では差動ラインのインピーダンスマッチングが取れず、必ずしもノイズ耐量が向上するとは限らない。
Recently, since the speed of the motor and high-precision positioning are required to improve productivity, the frequency of the command pulse is further increased, and the number of cases in which a command is issued with a pulse exceeding 1 Mbps is increasing. The configuration of the
この改善策として、指令パルスを逓倍する方法や、エンコーダからのフィードバックパルスを分周して見かけ上の周波数を向上させる方法がある(例えば、特許文献1参照)。
解決しようとする問題点は、分周/逓倍の切替えを動作中にするのは難しいため、高速性を優先すると停止時のアンダーシュートや偏差が大きくなる。またアンダーシュートや偏差を小さくしようとすると高速性が損なわれる。 The problem to be solved is that it is difficult to switch the frequency division / multiplication during operation. Therefore, if high speed is prioritized, undershoot and deviation at the time of stopping increase. If the undershoot or deviation is reduced, the high speed is impaired.
上記課題を解決するために本発明は、パルス信号を入力するパルス入力回路と、前記パルス入力回路の出力を入力してサンプリング時間毎のパルス数を計数する指令パルスカウンタと、モータの回転角に応じて出力するエンコーダのフィードバックパルスを計数する
フィードバックパルスカウンタと、計数した指令パルス値とフィードバックパルス値を入力してパルス差を演算する偏差カウンタと、パルス偏差が0となるよう制御する制御手段とによってモータを駆動するモータ制御装置において、少なくとも2つ以上のパルス入力回路と、前記パルス入力回路と同数の指令パルスカウンタと、前記指令パルスカウンタの出力を選択する指令選択器を備え、前記2つ以上のパルス入力回路は構成が異なり、1つはフォトカプラで、他の1つはラインレシーバで構成され、前記指令選択器で選択された指令パルスカウンタで計数したパルス値を指令値とする。
The present invention in order to solve the above problems, a pulse input circuit for inputting a pulse signal, a command pulse counter for counting the pulses number per enter the sampling time the output of the pulse input circuit, the motors a feedback pulse counter for counting the full I over-back pulse encoder to force out in accordance with the rotation angle, and deviation counter for calculating the pulse difference to input command pulse value and the feedback pulse value counted pulse deviation becomes 0 the motor control apparatus for driving a motor by a control unit which controls, at least two or more pulses input circuit, the same number of command pulses counter and the pulse input circuit, a command selector for selecting the output of the command pulse counter wherein the two or more pulses input circuit different configurations, one photocoupler, the other one Consists in-receiver, the pulse value counted by the command pulse counter selected by the command selector to a command value.
または、パルス信号を入力するパルス入力回路と、前記パルス入力回路の出力を入力してサンプリング時間毎のパルス数を計数する指令パルスカウンタと、モータの回転角に応じて出力するエンコーダのフィードバックパルスを計数するフィードバックパルスカウンタと、計数した指令パルス値とフィードバックパルス値を入力してパルス差を演算する偏差カウンタと、パルス偏差が0となるよう制御する制御手段とによってモータを駆動するモータ制御装置において、少なくとも2つ以上のパルス入力回路と、前記パルス入力回路と同数の指令パルスカウンタと、前記複数の指令パルスカウンタで計数したパルス値を足し合わせる指令加算器を備え、前記指令加算器で演算したパルス値を指令値とする。 Or, a pulse input circuit for inputting a pulse signal, to force out in accordance with the rotation angle of the the command pulse counter for counting the pulses number per sampling time by entering the output of the pulse input circuit, motors encoding a feedback pulse counter for counting the full I over-back pulse da, the deviation counter which enter a command pulse value and the feedback pulse value obtained by counting and calculates the pulse difference, the motor by the control means for controlling so that the pulse deviation becomes 0 the motor control device for driving, comprising at least two or more pulses input circuit, the same number of command pulses counter and the pulse input circuit, a command adder adding the pulse value counted by said plurality of command pulse counter, wherein The pulse value calculated by the command adder is used as the command value.
または、少なくとも1つ以上のパルス入力回路に指令パルスを入力し、ラインレシーバで構成した他のパルス入力回路に設備に取り付けた外部スケールからのフィードバックパルス信号を入力して指令パルスカウンタの出力を偏差カウンタに出力する。 Or, input a command pulse to at least one pulse input circuit, input a feedback pulse signal from an external scale attached to the equipment to another pulse input circuit composed of line receivers, and deviate the output of the command pulse counter Output to the counter .
本発明のモータ制御装置によれば、モータを低速から高速まで低振動で精度良く駆動することができ、またオーバーシュートやアンダーシュートの発生も抑えることができる。また停止時に外乱ノイズなどによってモータが振動することも回避し、FA装置のタクトタイムを短縮することができる。 According to the motor control device of the present invention, the motor can be driven with low vibration from low speed to high speed with high accuracy, and the occurrence of overshoot and undershoot can be suppressed. Further, the motor can be prevented from vibrating due to disturbance noise or the like when stopped, and the tact time of the FA apparatus can be shortened.
パルス信号を入力するパルス入力回路と、前記パルス入力回路の出力を入力してサンプリング時間毎のパルス数を計数する指令パルスカウンタと、モータの回転角に応じて出力するエンコーダのフィードバックパルスを計数するフィードバックパルスカウンタと、計数した指令パルス値とフィードバックパルス値を入力してパルス差を演算する偏差カウンタと、パルス偏差が0となるよう制御する制御手段とによってモータを駆動するモータ制御装置において、少なくとも2つ以上のパルス入力回路と、前記パルス入力回路と同数の指令パルスカウンタと、前記指令パルスカウンタの出力を選択する指令選択器を備え、前記2つ以上のパルス入力回路は構成が異なり、1つはフォトカプラで、他の1つはラインレシーバで構成され、前記指令選択器で選択された指令パルスカウンタで計数したパルス値を指令値とする。 A pulse input circuit for inputting a pulse signal, a command pulse counter for counting the pulses number per enter the sampling time the output of the pulse input circuit, the encoder to force out in accordance with the rotation angle of the motors drives a feedback pulse counter for counting the full I over-back pulse, a deviation counter which enter a command pulse value and the feedback pulse value obtained by counting and calculates the pulse difference, the motor by the control means for controlling so that the pulse deviation becomes 0 in the motor control device, and at least two pulse input circuit, wherein the pulse input circuit the same number of command pulse counter, comprising a command selector for selecting the output of the command pulse counter, the two or more pulses input circuit Are different in structure, one is a photocoupler, the other is a line receiver, The pulse value counted by the command pulse counter selected in択器 to a command value.
本発明によるモータ制御装置について、図1から図6を用いて説明する。 A motor control device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に本発明の実施例1におけるモータ制御システムブロック図を示す。1は指令出力装置、2はモータ制御装置、8はモータ、9はエンコーダを示している。
FIG. 1 shows a block diagram of a motor control system in
指令出力装置1はシーケンサなどのサーボアンプに接続する上位コントローラを示しており、図2、図3のように出力にはオープンコレクタ、あるいはラインドライバによる出力が一般的である。指令はパルスを出力し、図4から図6に示すように3つの方法がある。図4の方法によるとコントローラ出力1aからパルスを出力した場合はCCW方向、コントローラ出力2aからパルスを出力した場合はCW方向への指令となる。移動量はパル
ス数となり、パルスの立ち上がりエッジをカウントする。図5の方法はコントローラ出力1aから移動量となるパルスを出力し、モータ回転方向はコントローラ出力2aがHのときはCCW、LのときはCWとなる。図6の方法はコントローラ出力1aとコントローラ出力2aが90度位相差をもったパルスとして、コントローラ出力2aの信号が90度進みの場合はCCW、90度遅れの場合はCWとする。ここで、CW/CCW、H/L、検出エッジの定義は逆でもよい。以上が指令出力装置1の説明である。
The
次にモータ制御装置2について説明する。モータ制御装置2はパルス入力回路3、指令パルスカウンタ4、指令選択器5、偏差カウンタ6、制御手段7、フィードバックパルスカウンタ10で構成されている。
Next, the
フィードバックパルスカウンタ10はエンコーダ9から出力されるパルス数をカウントしてモータの位置情報を検出する。例えば、1回転で10000パルスを出力するエンコーダでは、フィードバックパルスカウンタは0〜9999までをカウントする。最近ではエンコーダからの出力信号をシリアル信号で送信するものが多く、この場合も同様にカウント値とすれば0〜9999をカウントするようになっている。
The
偏差カウンタ6は、指令出力装置1からの指令を処理した総指令パルスカウント値24とフィードバックパルスカウンタ10でカウントしたパルス値を一定周期毎に検出し、その差を演算する。
The
制御手段7は偏差カウンタ6からのパルス偏差25を0となるようにモータをコントロールする。
The control means 7 controls the motor so that the
パルス入力回路3は図2あるいは図3のような回路構成となっている。図2はフォトカプラで構成しており、この場合は指令出力装置1の出力がオープンコレクタでもラインドライバでも受けることが可能であるため、サーボアンプのI/Fとして用いられている。図3はラインレシーバで構成しており、指令出力装置1の出力はラインドライバに限定される。ラインレシーバを用いる利点としては差動信号で処理するため、同相ノイズの影響をカットすることができる。そのためフィルタのカットオフ周波数をフォトカプラより小さくすることが可能となり、高速パルスを受信することができる。
The
指令パルスカウンタ4はパルス入力回路から出力されたパルスをカウントするものであり、信号のH/Lや位相関係などによってアップカウント/ダウンカウントすることによってCCW/CWどちらの方向に移動するのか、または移動量を演算する。パルス入力回路3と指令パルスカウンタ4を2つ以上備え、パルス入力回路3の構成を少なくともフォトカプラとラインレシーバの別構成にして、それぞれ1つ以上備えた構成とする。高速処理が必要であれば指令出力装置1の出力構成にラインドライバを使用、パルス入力回路3にラインレシーバを使用する。また、通常速度で駆動する場合には、パルス入力回路3に汎用性の高いフォトカプラ、あるいはラインドライバ出力を備えている場合は、パルス入力回路3にラインレシーバを使用する。
The
指令選択器5は複数の指令パルスカウンタ4からの入力で、どの指令パルスカウント値を使用するのかを選択する。ここで選択した指令パルスカウント値を総指令パルスカウント値24として偏差カウンタ6に出力する。
The
パルス入力回路3と指令パルスカウンタ4を同数としているが、パルス入力回路3だけを複数として、指令パルスカウンタ4を1つにして、全てのパルス数を同じ指令パルスカウンタ4でカウントしてもよい。
The number of
以上のような構成とすることで、モータを低速から高速まで低振動で精度良く駆動することができ、またオーバーシュートやアンダーシュートの発生も抑えることができる。また停止時に外乱ノイズなどによってモータが振動することも回避し、FA装置のタクトタイムを短縮することができる。 With the above configuration, the motor can be driven with low vibration and high accuracy from low speed to high speed, and the occurrence of overshoot and undershoot can be suppressed. Further, the motor can be prevented from vibrating due to disturbance noise or the like when stopped, and the tact time of the FA apparatus can be shortened.
図7、図8を用いて本発明の実施例2について説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図7に示すように実施例1と異なるのは指令パルスカウンタ4からの指令パルスカウント値23a、23b、23c、・・・の処理方法でありこれについて説明する。
As shown in FIG. 7, what is different from the first embodiment is a processing method of command
指令加算器11は指令パルスカウンタ4でカウントした指令パルスカウント値23a、23b、23c、・・・のカウント値を加算して偏差カウンタ6に総指令パルスカウント値24を出力する。この動作を図7と図8を用いて説明する。図8は指令パルス1a(b)にパルスを与えたときにCCW方向、指令パルス2a(b)にパルスを与えたときにCW方向の指令とした場合の図である。図7のパルス入力回路1の信号が指令パルス1a、2aであり、パルス入力回路2の信号が指令パルス1b、2bである。指令パルス1aと1bにパルスが入力された場合、指令パルスカウンタa、bでそれぞれのパルス数をカウントする。カウントした指令パルスカウント値a、bは指令加算器11で加算され、総指令パルスカウント値24となる。パルス入力回路3を2構成とすることで2逓倍処理したことと同じ結果になる。次に指令パルス2aにだけパルスを入力すると、総指令パルスカウント値24は1ずつ減算する。この指令パルス1aと1b、2aと2bは同期/非同期のどちらでもよい。
The
以上のような構成とすることで、実施例1より更に高速まで精度良く駆動することができ、またオーバーシュートやアンダーシュートの発生も抑えることができる。また停止時に外乱ノイズなどによってモータが振動することも回避し、FA装置のタクトタイムを短縮することができる。 With the configuration as described above, it is possible to drive with higher accuracy than in the first embodiment, and it is possible to suppress the occurrence of overshoot and undershoot. Further, the motor can be prevented from vibrating due to disturbance noise or the like when stopped, and the tact time of the FA apparatus can be shortened.
図9、図10を用いて本発明の実施例3について説明する。パルス入力回路と指令パルスの処理方法は実施例1と実施例2と同様である。実施例1と実施例2と異なるのはパルス入力回路の1つをエンコーダパルス出力器30から出力されるフィードバックパルス31を入力する構成としたことである。このエンコーダパルス出力器はモータに接続したロータの位置を検出するエンコーダ、あるいは設備に取り付けた外部スケールから出力される信号である。フィードバックパルス31はパルス入力回路3に入力する。エンコーダパルス出力器30の出力信号は通常ラインドライバで構成されているため、パルス入力回路3の形態としては図3に示すようなラインレシーバを使用する。パルス入力回路3の形態がフォトカプラの場合でも間にラインレシーバを介して接続することもできる。次にエンコーダパルスは90度位相差の信号であるので、指令パルスカウンタ4は図6に示すカウンタ構成をとることで信号を処理することができる。指令パルスカウンタ4でカウントした信号は偏差カウンタ6へ出力する。偏差カウンタ6では指令選択器5、あるいは指令加算器11の信号との差を演算して制御手段7へ出力する。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The pulse input circuit and the command pulse processing method are the same as those in the first and second embodiments. The difference between the first embodiment and the second embodiment is that one of the pulse input circuits is configured to receive the
以上のような構成とすることで、エンコーダ入力と指令入力を共有化することが可能となるため、部品点数を削減することができる。 With the configuration described above, the encoder input and the command input can be shared, so that the number of parts can be reduced.
本発明のモータ制御装置によれば、モータを低速から高速まで低振動で精度良く駆動することができ、またオーバーシュートやアンダーシュートの発生も抑えることができる。
また停止時に外乱ノイズなどによってモータが振動することも回避し、FA装置のタクトタイムを短縮する場合などに有用である。
According to the motor control device of the present invention, the motor can be driven with low vibration from low speed to high speed with high accuracy, and the occurrence of overshoot and undershoot can be suppressed.
It is also useful for avoiding the vibration of the motor due to disturbance noise or the like when stopping, and shortening the takt time of the FA device.
1 指令出力装置
2 モータ制御装置
3、3a、3b、3c パルス入力回路
4、4a、4b、4c 指令パルスカウンタ
5 指令選択器
6 偏差カウンタ
7 制御手段
8 モータ
9 エンコーダ
10 フィードバックパルスカウンタ
11 指令加算器
20a1、20a2、20−1、20−2 コントローラ出力
21、21a、21b、21c アンプ入力
22、22a、22b、22c 指令パルス
23、23a、23b、23c 指令パルスカウント値
24 総指令パルスカウント値
25 パルス偏差
30 エンコーダパルス出力器
31 フィードバックパルス
DESCRIPTION OF
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