JP6576790B2

JP6576790B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP6576790B2
Application number: JP2015213651A
Authority: JP
Inventors: 淳尾辻; 彰啓伊藤
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2019-09-18
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: JP2017085831A; CN106685310B; CN106685310A

Description

本発明は、モータ制御装置に係り、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。

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、通信周期ごとにサーボドライブの制御周期（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、オープンな規格の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。

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。

特開２００７−２０００６３号公報

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を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。

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。

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、周期差を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。

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、前記補間処理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。

また、前記サーボアンプは、前記制御周期毎に前記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。

また、前記上位装置からの前記指令は、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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で内部処理へ移行する（Ｘ１１ｂ）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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、周期差を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とを特徴とするモータ制御装置。
前記調停機能部は、前記上位装置からの通信周期の間、前記補間処理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。
前記サーボアンプは、前記制御周期毎に前記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。
前記上位装置からの前記指令は、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。