JP2001178188A - サーボモータの発振検出装置およびその検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】サーボモータの正常動作中における発振の誤検
出を防止し、サーボモータの発振を精度良く検出して、
発振状態にあるサーボモータを的確に停止させることに
より、サーボシステムの安全性と信頼性の向上をはか
る。 【解決手段】サーボモータの位置を制御する手段（１０
０）、速度を制御する手段（１０１）、および電流また
はトルクを制御する手段（１０２）、発振検出手段（１
０３）およびこれらの制御をマイコンにより処理する手
段（１０４）を備えたサーボモータの制御回路におい
て、サーボモータの発振状態を検出するために、速度制
御手段から出力される電流指令信号を一定期間監視し、
この電流指令信号が発振判断値を超えた周期をカウント
し、このカウント値が、設定の発振判断カウント値を超
えた時に、サーボモータの発振と判断して、サーボモー
タの制御および電流指令信号を遮断し、サーボモータの
駆動を停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は位置、方向、姿勢な
どを自動制御するサーボ機構を備えたサーボモータの発
振検出装置およびその検出方法に係り、特にＡＣサーボ
モータの制御回路において、発振状態を精度良く、的確
に検出できるサーボモータの発振検出装置およびそれを
用いた発振検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーボモータの回転子は、停止状態にお
いてもエンコーダ（コード化する装置）の最小分解能の
情報により、時計方向、反時計方向に振れている。つま
り、サーボモータの回転子が停止すべき基準位置から時
計方向の位置にある場合は反時計方向に、また、基準位
置から反時計方向の位置にある場合は時計方向に動作さ
せるべく制御が行われる。上記制御動作の速さは、制御
系のゲイン（利得）により変化し、回転子および回転子
に接続される負荷イナーシャによっても変化する。 サ
ーボモータの発振状態は、該制御系のゲイン、負荷イナ
ーシャの不都合により発生するもので、例えば、サーボ
モータの回転子に高負荷イナーシャが接続された場合、
該イナーシャを抑制できるだけの制御動作の速さが無い
場合に発振状態となる。

【０００３】図１（ａ）に、発振時のサーボモータの実
電流（電機子電流−直流分−）と、図１（ｂ）に、サー
ボモータの実速度（回転子の動作）の関係を示す。ま
た、発振した場合、電流制御手段で発生する電流指令値
は、図２（ａ）に示すとおり、電流ゼロを基準にマイナ
ス、プラスを繰り返す動作となり、該現象は持続し収束
することはなく、発散し極めて危険な状態となる。

【０００４】従来技術では、該現象を防止することはで
きないが、この現象を検知してサーボモータを停止し、
危険状態から脱却することを考えている。このために、
図２（ｂ）に示すごとく、該電流指令値の絶対値を有限
積分して、発振判断値と比較し、該発振判断値以上とな
った場合に、サーボモータは発振状態にあると判断し検
知している。なお、実際のマイコン処理では一定期間、
電流指令の絶対値を足し込んでいる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、サーボ
モータに接続される負荷イナーシャ等が大きく、急激な
動作が要求される時は、図３（ｂ）に示すように、加速
時、減速時に大きな電流指令値となり、図３（ｃ）に示
すように、発振判断値を超えてしまう。つまり、サーボ
モータの通常動作中に発振が検出されるという問題が生
じる。なお、図３（ａ）は、サーボモータの加速時、正
常動作時、減速時における回転数を示す。

【０００６】上記問題を解決するために、電流指令値の
足し込み期間を一定としていたが、サーボモータの動作
に合わせて、上記足し込み期間を可変として調整する方
法がとられている。しかし、この方法では、ユーザがサ
ーボモータの動作条件が変わる度に、上記電流指令値の
足し込み期間の変更を余儀なくされ、不便であり、かつ
サーボモータの正常動作中に発振が検出されるという不
都合な問題があった。

【０００７】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解消して、サーボモータの正常動作中における発
振の誤検出を防止し、サーボモータの発振状態を精度良
く検出することを可能とし、この情報を基に発振状態に
あるサーボモータを的確に停止させ、サーボシステムの
安全性と信頼性の向上をはかるサーボモータの発振検出
装置およびそれを用いた発振検出方法を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とする
ものである。すなわち、請求項１に記載のように、サー
ボモータの位置を制御する手段、速度を制御する手段、
および電流またはトルクを制御する手段、およびこれら
の制御をマイコンにより処理する手段を少なくとも備え
たサーボモータ制御回路において、上記位置制御手段、
速度制御手段、および電流またはトルク制御手段で発生
するサーボモータの発振状態を検出するために、上記速
度制御手段から出力される電流指令信号を一定期間監視
し、上記電流指令信号のゼロを基準に、該信号の発振判
断値を超えた周期をカウントする手段と、上記周期のカ
ウント値が、あらかじめ設定された発振判断カウント値
を超えた時にサーボモータの発振と判断する発振検出手
段を少なくとも備えたサーボモータの発振検出装置とす
るものである。

【０００９】また、請求項２に記載のように、請求項１
において、上記発振検出手段によりサーボモータの発振
と判断した後に、該サーボモータの制御および電流指令
信号を遮断する手段を備えたサーボモータの発振検出装
置とするものである。

【００１０】上記請求項１または請求項２に記載のよう
な構成とすることにより、サーボモータの発振状態の監
視を、ノイズのあるサーボモータの実電流ではなく、上
記速度制御手段から出力する電流指令信号を用いること
により、ノイズ等によるサーボモータの発振の誤判断を
排除することができ、サーボモータの発振状態を精度良
く検出することが可能となるので、サーボモータの発振
状態を的確に把握することができ、発振状態のサーボモ
ータの運転を停止させることによりサーボシステムの安
全性および信頼性をいっそう向上できる効果がある。

【００１１】また、本発明は請求項３に記載のように、
請求項１または請求項２に記載のサーボモータの発振検
出装置を用いてサーボモータの発振を検出する方法であ
って、 発振状態におけるサーボモータの実電流を監視
するのではなく、上記速度制御手段から出力されるノイ
ズの少ない電流指令信号を一定期間監視し、該電流指令
信号のゼロを基準にして発振判断値を超えた周期をカウ
ントし、該カウント値が、あらかじめ設定された発振判
断カウント値を超えた時にサーボモータの発振と判断す
る工程、もしくは上記サーボモータの発振と判断した後
に、該サーボモータの制御および電流指令信号を遮断す
る工程を含むサーボモータの発振検出方法とするもので
ある。

【００１２】上記請求項３に記載のような構成とするこ
とにより、上記請求項１および請求項２と同様に、サー
ボモータの発振状態の監視を、ノイズのあるサーボモー
タの実電流ではなく、上記速度制御手段から出力する電
流指令信号を用いることにより、ノイズ等によるサーボ
モータの発振の誤判断を排除することができ、サーボモ
ータの発振状態を精度良く検出することが可能となり、
この情報を基に発振状態にあるサーボモータを停止させ
ることができるので安全性と信頼性をいっそう向上でき
る効果がある。

【００１３】また、本発明は請求項４に記載のように、
請求項３において、電流指令信号のゼロを基準にして発
振判断値を超えた周期をカウントする方法は、電流指令
信号のマイナス側を奇数、プラス側を偶数、もしくはマ
イナス側を偶数、プラス側を奇数として、プログラム処
理内でカウントすることにより、該カウント用レジスタ
の最下位ビットだけをチェックすればよい手法とするサ
ーボモータの発振検出方法とするものである。

【００１４】上記請求項４に記載のような構成とするこ
とにより、電流指令信号のマイナス側を奇数、プラス側
を偶数、もしくは上記の逆順に設定してカウントし、該
カウント用レジスタの最下位ビットだけをチェックする
だけでよく、フラグレジスタを用いて奇数、偶数の判断
をする必要がなくなり、かつ奇数、偶数の判断により誤
カウントする心配がないという効果がある。

【００１５】本発明のサーボモータの発振検出装置およ
びその検出方法は、速度制御手段から出力する電流指令
信号を一定期間監視し、該電流指令信号のゼロを基準
に、該信号の発振判断値を超えた周期をカウントするこ
とにより、該カウント値が、あらかじめ設定された発振
判断カウント値を超えた時に、サーボモータの発振状態
と判断する検出方法であって、このような構成とするこ
とで、サーボモータの発振状態を精度良く検出すること
が可能となり、発振状態にあるサーボモータを的確に停
止することができるので、ＡＣサーボモータ制御回路の
安全性と信頼性をいっそう向上することができる。

【００１６】また、本発明のサーボモータの発振検出装
置およびその検出方法は、電流指令信号の発振判断値お
よび発振判断カウント値を、初期時に設定することで、
その後は、この設定を可変とする必用がなく、サーボモ
ータの発振状態を精度良く、かつ的確に検出することが
でき、安全性と信頼性の高いサーボモータ制御回路が得
られる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図４は、本実施の形態で例示する
サーボモータ制御装置の全体の構成を示す模式図であ
る。図において、位置制御手段１００は、ユーザからの
位置指令信号０１を受け、サーボモータ２００に搭載さ
れた位置情報用エンコーダ２０１のエンコーダ位置情報
信号０５により、サーボモータ２００の位置が指令通り
の位置に動作して停止するように制御する。速度制御手
段１０１は、位置制御手段１００からの速度指令信号０
２を受け、サーボモータ２００の速度を制御する。電流
制御手段１０２は、速度制御手段１０１から出力される
電流指令信号０３を受け、サーボモータ２００のモータ
電流０４を制御する。

【００１８】位置制御手段１００および速度制御手段１
０１は、マイコン１０４で処理され、電流制御手段１０
２は、アナログ回路構成となっている。位置制御手段１
００および速度制御手段１０１は、サーボモータ２００
の負荷２０２に合わせ、ゲインの設定が調整できるよう
になっている。ゲインがサーボモータ２００の負荷２０
２に一致した調整の場合には、安定したサーボモータ２
００の動作が望めるが、上記従来技術の欄で説明したよ
うに、不都合な調整の場合にはサーボモータ２００は発
振状態となる。サーボモータ２００の発振状態時の電流
指令値は、図２に示すようになる。この時、発振検出手
段１０３は、発振検出を行い発振判断時に発振検出信号
０６を出力し、位置制御手段１００および速度制御手段
１０１の制御を停止し、かつ、電流制御手段１０２の制
御を停止およびモータ電流０４を遮断する。以下、発振
検出手段１０３の内部について説明する。

【００１９】図５に、本実施の形態で例示する発振検出
手段１０３の構成をしめすブロック図、図６に、本実施
の形態で例示する発振検出のマイコン動作フローチャー
トを示す。なお、プログラム処理は、５００μｓの周期
で処理し検出を行っている。発振判断基準設定レジスタ
１０３２は、ステップＳ１で動作するサーボモータ２０
０に合わせ発振と判断する基準値、ここでは、電流指令
値の発振判断値１０００と、発振回数である発振判断カ
ウント値１００１を設定する。ステップＳ２では測定期
間をチェックし、測定期間を超えた場合は再監視とな
り、そうでなければステップＳ３へ進む。電流指令符号
監視回路１０３１は、入力された電流指令信号０３から
ステップＳ３で電流指令値の符号をチェックし、プラス
であればステップＳ８へ、マイナスであればステップＳ
４へ分岐する。

【００２０】電流指令監視回路１０３３は、ステップＳ
４およびステップＳ８においてステップＳ１で設定した
発振判断値１０００と電流指令信号０３を比較し、電流
指令信号０３が発振判断値１０００を超えた場合は、ス
テップＳ５、ステップＳ９へ進み発振検出電流値信号１
００２を出力する。振幅カウント回路１０３４は、電流
指令信号０３がマイナス時ステップＳ５では前回のカウ
ント値が偶数であるか判断し、偶数であればステップＳ
６へ進み、カウント値を＋１し、奇数カウントとする。
電流指令値がプラス時ステップＳ９では前回のカウント
値が奇数であるか判断し、奇数であればステップＳ６へ
進み、カウント値を＋１し、偶数カウントとする。ステ
ップＳ７では、該カウント値をステップＳ１で設定した
発振判断カウント値１００１となった時に発振判断と
し、発振検出カウント値信号１００３を出力する。発振
判断回路１０３５は、ステップＳ１０で発振検出電流値
信号１００２と、発振判断カウント値信号１００３を受
け発振判断とし、発振検出信号０６を出力する。

【００２１】上述の方法により、図２に示す電流指令値
がプラス、マイナスに振れる発振状態を検知することが
可能となり、図３に示す正常動作時には誤検出すること
がない。さらに、奇数、偶数の判断をフラグレジスタ、
およびカウントを行うカウント用レジスタの二つのレジ
スタを使用した場合に比べ、本手法では上記のようにプ
ラス、マイナスに振れる状態の、例えばプラス側を偶
数、マイナス側を奇数（もしくはその逆順）としてカウ
ントすることにより、該カウント用レジスタの最下位ビ
ットだけチェックすればよい方法となっており、極めて
有効な手法であり、フラグレジスタを用いて奇数、偶数
の判断をする必要がなく、かつ誤カウントする心配がな
い。また、上記実施の形態では、マイコンを用いて実現
したが、その一部または全部をハードウェアロジックに
よって構成しても良い。

【００２２】

【発明の効果】本発明のサーボモータの発振検出装置お
よびその検出方法によれば、電流指令値がプラス、マイ
ナスに振れる発振状態を検知することが可能となり、サ
ーボモータの正常動作時に発振の誤検出をすることな
く、電流指令値のマイナス側を奇数、プラス側を偶数、
もしくは上記の逆順に設定してカウントし、該カウント
用レジスタの最下位ビットだけをチェックするだけでよ
く、フラグレジスタを用いて奇数、偶数の判断をする必
要がなく、かつ奇数、偶数の判断により誤カウントする
心配がなく、サーボモータの発振状態を精度良く検出す
ることができる。この情報を基に発振状態にあるサーボ
モータを的確に停止させることができ、サーボシステム
の安全性および信頼性をいっそう向上できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】サーボモータの発振状態時の実電流（ａ）およ
び実速度（ｂ）の推移を示す図。

【図２】サーボモータの発振状態時の電流指令値（ａ）
および従来方法での発振判断値（ｂ）を示す図。

【図３】サーボモータの回転数（ａ）および通常動作時
の電流指令値（ｂ）および従来方法での発振判断値
（ｃ）を示す図。

【図４】本発明の実施の形態で例示したサーボモータの
発振検出装置の構成を示す図。

【図５】本発明の実施の形態で例示したサーボモータの
発振検出手段の構成を示す図。

【図６】本発明の実施の形態で例示したサーボモータの
発振検出のマイコン動作フローチャートを示す図。

【符号の説明】

０１…位置指令信号 ０２…速度指令信号 ０３…電流指令信号 ０４…モータ電流 ０５…エンコーダ位置情報信号 ０６…発振検出信号 １００…位置制御手段 １０１…速度制御手段 １０２…電流制御手段 １０３…発振検出手段 １０４…マイコン ２００…サーボモータ ２０１…位置情報用エンコーダ ２０２…負荷 １０００…発振判断値 １００１…発振判断カウント値 １００２…発振検出電流値信号 １００３…発振検出カウント値信号 １０３１…電流指令符号監視回路 １０３２…発振判断基準設定レジスタ １０３３…電流指令監視回路 １０３４…振幅カウント回路 １０３５…発振判断回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サーボモータの位置を制御する手段、速度
   を制御する手段、および電流またはトルクを制御する手
   段、およびこれらの制御をマイコンにより処理する手段
   を少なくとも備えたサーボモータ制御回路において、 上記位置制御手段、速度制御手段、および電流またはト
   ルク制御手段で発生するサーボモータの発振状態を検出
   するために、上記速度制御手段から出力される電流指令
   信号を一定期間監視し、上記電流指令信号のゼロを基準
   に、該信号の発振判断値を超えた周期をカウントする手
   段と、上記周期のカウント値が、あらかじめ設定された
   発振判断カウント値を超えた時にサーボモータの発振と
   判断する発振検出手段を少なくとも備えたことを特徴と
   するサーボモータの発振検出装置。
2. 【請求項２】請求項１において、上記発振検出手段によ
   りサーボモータの発振と判断した後に、該サーボモータ
   の制御および電流指令信号を遮断する手段を備えたこと
   を特徴とするサーボモータの発振検出装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載のサーボモ
   ータの発振検出装置によりサーボモータの発振を検出す
   る方法であって、 発振状態におけるサーボモータの実電流を監視するので
   はなく、上記速度制御手段から出力されるノイズの少な
   い電流指令信号を一定期間監視し、該電流指令信号のゼ
   ロを基準にして発振判断値を超えた周期をカウントし、
   該カウント値が、あらかじめ設定された発振判断カウン
   ト値を超えた時にサーボモータの発振と判断する工程、
   もしくは上記サーボモータの発振と判断した後に、該サ
   ーボモータの制御および電流指令信号を遮断する工程を
   含むことを特徴とするサーボモータの発振検出方法。
4. 【請求項４】請求項３において、電流指令信号のゼロを
   基準にして発振判断値を超えた周期をカウントする方法
   は、電流指令信号のマイナス側を奇数、プラス側を偶
   数、もしくはマイナス側を偶数、プラス側を奇数とし
   て、プログラム処理内でカウントすることにより、該カ
   ウント用レジスタの最下位ビットだけをチェックすれば
   よい手法とすることを特徴とするサーボモータの発振検
   出方法。