JP2007025759A - 電動機駆動装置および位置指令装置ならびに位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動機駆動装置での制御性能の向上を図る。
【解決手段】 位置検出器３２を有する電動機３１を位置指令値Ｐｍに基づいて駆動する電動機駆動装置１であって、位置制御周期Ｔｐで動作し検出位置θと位置指令値Ｐｒｅｆから電動機駆動部１４の入力値となる速度指令値Ｎｒｅｆを出力する位置制御演算処理部１１と、前記Ｔｐと比べて長い周期Ｔｍで前記Ｐｍを受信する通信部１２と、前記Ｐｍを記憶する記憶部１３と、前記Ｐｍに補間演算を行ない位置指令値Ｐｒｅｆを出力する位置指令補間演算処理部１６と、前記Ｎｒｅｆにより電動機３１を駆動する電動機駆動部１４とを備え、位置指令装置２より、今回の指令値Ｐｍと次回のＰｍを同時に受信し、記憶部１３に受信順に複数記憶し、位置指令補間演算処理部１６において、前記Ｐｍと次回のＰｍにより、前記Ｔｐに合わせて補間演算を施して前記Ｐｒｅｆを生成し、電動機の位置制御動作を行なう。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動機を駆動する技術およびこの駆動技術を用いた位置決め装置に関する。

従来、予めプログラムされた位置制御データと、位置センサから順次供給されるモータの回転情報とに基づいてモータの回転を制御する位置決め制御装置において、制御手段を、所定の第１の時間毎に当該第１の時間後におけるモータの回転量および回転形態に関する目標値データを形成する目標値発生手段と、当該目標値データに基づくモータの回転過程を所定時間分割して第１の時間よりも短い所定の第２の時間毎におけるモータの回転目標値を形成する位置制御演算手段とに分割し、位置制御演算手段が当該補間目標値および回転情報に基づいてモータを回転制御することにより、目標値発生手段および位置制御演算手段の処理能力を上げることなくモータの制御能力を向上させる位置決め装置を実現することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ただし、上記位置制御手段においては、位置指令装置の位置指令を分割するタイマなどの時間分割装置の実装が不可欠であり、装置を複雑にしている。

また、上記特許文献１の位置制御手段は、生成された目標値を分割し滑らかなモータ経路演算を解決する手段であり、目標位置生成装置から通信先頭を介して、位置指令値を受信し、当該受信した目標値発生手段からの目標値を元に電動機の制御を行っている。このとき、目標値生成装置から位置指令が送信されるタイミングと、位置制御演算手段との位置制御タイミングのずれが大きい場合には、必ずしも目標値発生手段が生成する目標値と、実際のモータの現在値を近づける手段ではない。
特開平６−８３４３３号公報

そこで、本発明は、電動機駆動装置において、より目標値と実際のモータの現在値とを近づけ、さらに滑らかな制御が行える位置制御性能を向上させること、さらに、同期性の精度を向上させることを課題とする。

また、本発明は、複数台の電動機駆動装置を用いたシステムにおいて、各電動機駆動装置の位置制御クロックの同期性の精度を向上させることを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の電動機駆動装置は、以下の構成を具備する。すなわち、本発明の電動機駆動装置は、電動機の位置θを検出する位置検出器と、同期信号を受信するとともに一定周期Ｔｐで起動する位置制御周期タイマと、一定周期Ｔｐで動作し検出位置θと位置指令値Ｐｒｅｆとから電動機駆動部へ回転速度指令値Ｎｒｅｆを出力する位置制御演算処理部と、位置制御周期Ｔｐよりも長い周期Ｔｍで動作し上位位置指令値Ｐｍを出力する位置指令装置から位置指令値Ｐｍを受信する通信部と、上位位置指令値Ｐｍを記憶する記憶部と、常位置指令値Ｐｍに対して補間演算を行い位置指令値Ｐｒｅｆを出力する位置指令補間演算処理部と、速度指令値Ｎｒｅｆに従い電動機を駆動する電動機駆動部を備え、上位制御装置からの上位位置指令値を元に電動機を制御する場合、位置指令補間演算部により複数の上位位置指令値間を位置制御周期で補間し、この補間結果を位置制御演算部へ入力する位置指令値とする。例えば、位置指令補間演算部において、第１の上位位置指令値と第２の上位位置指令値との間の位置指令値を、補間演算によって導出し、この補間位置指令値で電動機を制御する。

そして、前記補間演算にて使用する複数の上位位置指令値の取得については、上位制御装置から受信した上位位置指令値を前記電動機駆動装置内部に複数個記憶するようにし、所望の個数が記憶された後に、前記位置指令補間演算部で補間演算をする構成でもよい。

または、上位制御装置において、上位位置指令値を電動機駆動装置に送信する際に、複数個の上位位置指令値を送信する構成であってもよい。

また、複数台の電動機駆動装置を同期制御する場合には、各電動機駆動装置の位置制御基準クロックとして参照される位置制御クロックを同期する。ここで、位置制御クロックを同期するために、上位制御装置から制御クロックの初期化を行う、制御クロックの初期化信号を、各電動機駆動装置に送信する。この初期化信号を受けると、各電動機駆動装置では、それまで発生していた位置制御クロックを初期化して、同時に位置制御クロックの発生を開始する。以上により、各電動機駆動装置間での位置制御クロックの同期を得る。

上述のように、本発明によれば、電動機駆動装置において、滑らかな制御が行える等の制御性能を向上することができる。また、複数台の電動機駆動装置間において、各電動機駆動装置の位置制御クロックの同期性精度を向上することができる。

本発明は、回転位置を検出する位置検出器を有する電動機を位置指令装置からの位置指令値に基づいて駆動する電動機駆動装置において、電動機駆動装置は、位置制御周期タイマにより一定の位置制御周期Ｔｐで動作し、前記位置検出器による検出位置θと位置指令値Ｐｒｅｆから電動機駆動部の入力値となる速度指令値Ｎｒｅｆを出力する位置制御演算処理部と、位置制御周期と比べて長い周期Ｔｍで動作し、上位位置指令値Ｐｍを出力する位置指令装置より前記上位位置指令値Ｐｍを受信する通信部と、通信部で受信した上位位置指令値Ｐｍを記憶する記憶部と、記憶部に記憶した上位位置指令値Ｐｍに対して補間演算を行ない位置制御演算処理部の入力となる位置指令値Ｐｒｅｆを出力する位置指令補間演算処理部と、速度指令値Ｎｒｅｆに従い商用電源により前記電動機を駆動する電動機駆動部とを備え、位置指令装置より、上記位置制御周期Ｔｐに必ずしも同期していない、今回の上位位置指令値Ｐｍ［目標値］と次回の上位位置指令値Ｐｍ［次回目標値］を同時に受信し、受信した上位位置指令値Ｐｍを前記記憶部に受信順に複数記憶し、位置指令補間演算処理部において、この上位位置指令値Ｐｍ［目標値］と次回の上位位置指令値Ｐｍ［次回目標値］の２つの上位位置指令値により、位置制御周期Ｔｐに合わせて補間演算を施して位置指令値Ｐｒｅｆを生成し、前記位置指令値Ｐｒｅｆに従って電動機の位置制御動作を行なう。さらに、上位位置指令値Ｐｍ［目標値］と次回の上位位置指令値Ｐｍ［次回目標値］の２つの上位位置指令値を受け取った以降の上位位置指令値Ｐｍ［次々回以降目標値］は単独の上位位置指令値である。

本発明は、回転位置を検出する位置検出器を有する電動機を位置指令装置からの位置指令値に基づいて駆動する電動機駆動装置において、電動機駆動装置は、位置制御周期タイマにより一定の位置制御周期Ｔｐで動作し、前記位置検出器による検出位置θと位置指令値Ｐｒｅｆから電動機駆動部の入力値となる速度指令値Ｎｒｅｆを出力する位置制御演算処理部と、位置制御周期と比べて長い周期Ｔｍで動作し、上位位置指令値Ｐｍを出力する位置指令装置より前記上位位置指令値Ｐｍを受信する通信部と、通信部で受信した上位位置指令値Ｐｍを記憶する記憶部と、記憶部に記憶した上位位置指令値Ｐｍに対して補間演算を行ない位置制御演算処理部の入力となる位置指令値Ｐｒｅｆを出力する位置指令補間演算処理部と、速度指令値Ｎｒｅｆに従い商用電源により前記電動機を駆動する電動機駆動部とを備え、前記電動機駆動装置を複数台使用する電動機駆動システムを構成する場合、各電動機駆動装置内部の位置制御周期タイマへ同期信号を同時に入力し、各位置制御周期タイマを同期することにより、各電動機位置制御装置の位置制御周期を同期する。

本発明は、上記電動機駆動装置を複数台用いて構成する電動機駆動システムの位置指令装置であって、１台の位置指令装置から各電動機駆動装置に対し、上位位置指令値Ｐｍと、前回の上位位置指令値送信から今回の上位位置信号送信までの時間Ｔｍｓを、同時に送信する。

本発明は、上記位置指令装置と、上記複数台の電動機駆動装置により位置決め電動機駆動システムを構成する。

本発明は、上記位置指令装置に、同期信号を出力する機能を付加し、複数台の電動機駆動装置への同期信号を同時出力可能とした位置決めシステムを構成する。

以下、本発明の実施例を図１〜図４を用いて詳細に説明する。各図中において、共通する符号は同じ対象物を示す。図４は、本発明の実施例にかかる電動機駆動装置をＸＹテーブル４に適用した場合のシステム構成を説明する図である。ＸＹテーブル４は、Ｘ軸ボールネジ４Ａと、Ｙ軸ボールネジ４Ｂと、それを駆動する電動機３Ａと、電動機３Ｂと、電動機３Ａを制御する電動機駆動装置１Ａと、電動機電動機３Ｂを制御する駆動装置１Ｂと、電動機駆動装置１Ｂと電動機駆動装置１Ｂに位置指令を与える上位制御装置２と、電動機３Ａと電動機駆動装置１Ａ間の電力線・位置フィードバック信号線６Ａと、電動機３Ｂと電動機駆動装置１Ｂ間の電力線・位置フィードバック信号線６Ｂと、位置指令装置２と電動機駆動装置１Ａ、１Ｂ間の通信ライン５で構成される。

一方、図１は、サーボモータ３と、電動機駆動装置１の構成の詳細を説明する図である。Ｘ軸またはＹ軸のサーボモータ３は、電動機３１と、電動機の位置θを検出する位置検出器３２で構成される。電動機３１を駆動する電動機駆動装置１は、位置指令装置２からの位置指令Ｐｍなどを受信する通信部１２と、通信部１２で得た位置指令Ｐｍを格納する記憶部１３と、記憶部１３から得た位置指令Ｐｍと電動機３１の位置θを検出する位置検出器３２から得た電動機位置θから電動機の位置指令Ｐｒｅｆを演算生成する位置指令補間演算処理部１６と、位置指令補間演算処理部１６から得たＰｒｅｆを基に、電動機を制御する速度指令Ｎｒｅｆを生成する位置制御演算処理部１１と、電動機を駆動する電動機駆動部１４と、位置制御演算処理部１１を一定周期Ｔｐで起動させるための位置制御周期タイマ１５とで構成される。

Ｘ軸の電動機３Ａを駆動する電動機駆動装置１Ａの電動機３Ｂを駆動する電動機駆動装置１Ｂもそれぞれ同様な構成を有している。

ここで、上位の位置指令装置２からＸ軸制御用の電動機駆動装置１ＡおよびＹ軸制御用の電動機駆動装置１Ｂへ位置指令Ｐｍを与えることで、２次元の自由なラインを描くことが可能となる。

次に、本発明の前提となる、滑らかな位置制御方法について、図２（ａ）を用いて説明する。電動機駆動装置１は、位置指令装置２が送信する位置指令Ｐｍを受信して位置制御を行う。このとき、従来の位置指令補間演算処理部を持たない、電動機駆動装置では、位置制御周期（以後Ｔｐという）と位置指令装置２の位置指令送信周期（位置指令周期）Ｔｍが非同期であれば、実際の位置制御は、図２（ａ）の期待される位置指令Ｐｅｘｐに対して、図２（ａ）の階段状破線で表される補間前の位置指令Ｐｂｅｆのように行われる。本発明では、上位位置指令装置から送信される時刻ｔ０での位置指令Ｐｍ１と時刻ｔ５での位置指令Ｐｍ２をメモリなどに格納し、位置指令Ｐｍ２が受信された時点ｔ５で、位置指令補間演算処理部１６にて、位置指令Ｐｍ１と位置指令Ｐｍ２の指令幅ΔＰと、位置指令Ｐｍ１と位置指令Ｐｍ２の位置指令周期Ｔｍの間での演算周期Ｔｐの数で割った補間位置Ｐ’を計算し、演算周期Ｔｐ毎に位置指令Ｐｍを作成し位置を制御する。この位置指令Ｐｍは、順次、Ｐｍ・Ｐｍ＋Ｐ’・Ｐｍ＋２Ｐ’…となる。この結果、位置指令は、図２（ａ）の補間後の位置指令Ｐｒｅｆとなり、補間前の位置指令Ｐｂｅｆよりも滑らかな軌跡を描くことが可能になる。

ここで、図２（ａ）では、位置指令Ｐｍ２が受信されてから、補間演算を行うため、この補間後の位置指令Ｐｒｅｆは、常に期待される位置指令Ｐｅｘｐに対して、位置指令装置２からの位置指令送信周期Ｔ１周期分の遅れを持つことになる。この問題を解決する本発明の方法を図２（ｂ）を用いて説明する。

図２（ａ）と図２（ｂ）の違いは、上位位置指令装置２が電動機駆動装置１に対して送信するデータとそのタイミングにある。図２（ａ）では、上位位置指令装置２は、その刻々の位置指令Ｐｍを送信しているだけであるが、図２（ｂ）では、最初の時刻ｔ０に、位置指令Ｐｍ１と位置指令Ｐｍ２と位置指令Ｐｍ１から位置指令Ｐｍ２への到達時間（位置指令周期）Ｔｍが送信されている。サーボアンプは、位置指令Ｐｍ１と位置指令Ｐｍ２と位置指令Ｐｍ１から位置指令Ｐｍ２への到達時間Ｔｍを受信することで、受信した直後ｔ０の位置制御演算処理にて、次の位置指令通信が受信される直前までの、位置制御演算処理での、補間後の位置指令Ｐｒｅｆを計算することが可能となる。位置指令Ｐｍ１と位置指令Ｐｍ２と位置指令Ｐｍ１から位置指令Ｐｍ２への到達時間Ｔｍを受信した後は、位置指令Ｐｍ２をすでに受信していることから、上位位置値制御装置２は、時刻ｔ５で、位置指令Ｐｍ３と位置指令Ｐｍ３からＰｍ４への到達時間Ｔｍを送信し、電動機駆動装置１はそれを受信し、その受信データをもとに次の補間位置指令Ｐｒｅｆを演算すればよい。

このようにして、位置指令周期Ｔごとに２回目以降の位置指令Ｐｍは、次回の位置指令Ｐｍと次回の次の位置指令までの到達時間Ｔｍを受信することになり、期待される位置指令Ｐｅｘｐと補間後の位置指令Ｐｒｅｆとの間の遅れを最小とするとともに滑らかな補完後の位置指令Ｐｒｅｆを得ることができる。

次に、図４に示すＸＹテーブルなどの電動機駆動装置が複数台の装置の場合に、より滑らかな位置制御を行う方法を、図３のタイムチャートを用いて説明する。
複数台の電動機駆動装置の駆動対象物が、図４のＸ軸またはＹ軸のみの１軸動作であれば、上記に図２で説明した実施例により、滑らかな位置制御を行うことが可能となる。しかし、図４に示すＸＹテーブル４のように、２軸または複数軸が協調して位置制御を行う装置においては、各サーボアンプの位置制御演算周期Ｔｐの同期性が保証されない場合には、Ｘ軸とＹ軸が同時に動く直線動作や曲線動作を行った場合、上位位置指令装置が指令した位置指令Ｐｍに対して、若干ずれた軌跡を描く場合がある。

この問題を解決するため、図４のように、１台目の電動機駆動装置１Ａと２台目の電動機駆動装置１Ｂがそれぞれ独立して位置制御演算処理起動タイマを動作させている状態で（ｔ０〜ｔ４）、上位位置指令装置２から各電動機駆動装置１へ位置指令Ｐｍを与える時刻ｔ６前に、位置制御演算処理部の処理周期Ｔｐを作成している位置制御周期タイマのリセット信号（同期信号）を送り（ｔ５）、位置制御周期タイマをリセットし、位置制御演算処理起動を同期さる。その後、時刻ｔ６で上位位置指令装置２から複数台の電動機駆動装置１Ａ，１Ｂへ位置指令Ｐｍを送ることで、電動機駆動装置１Ａ、１Ｂは同期して滑らかな動作を行い、より木目細かい軌跡制御が可能となる。

本発明にかかる電動機駆動装置の内部構成を説明する図。 本発明にかかる位置制御演算処理部の演算処理を説明する図。 本発明にかかる位置制御演算処理部の同期タイミングを説明する図。 本発明かかる電動機駆動装置を用いたＸＹテーブルの構成を説明する図。

符号の説明

１：電動機駆動装置、１１：位置制御演算処理部、１２：通信部、１３：記憶部、１４：位置制御周期タイマ、１５：位置指令補間演算処理部、１６：電動機駆動部、２：位置指令装置、３：サーボモータ、３１：電動機、３２：位置検出器、４：ＸＹテーブル、４１：ボールネジ、５：通信ライン、６：電力線・位置フィードバック信号線

Claims (11)

1. 回転位置を検出する位置検出器を有する電動機を位置指令装置からの位置指令値に基づいて駆動する電動機駆動装置において、
   電動機駆動装置は、
   位置制御周期タイマにより一定の位置制御周期Ｔｐで動作し、前記位置検出器による検出位置θと位置指令値Ｐｒｅｆから電動機駆動部の入力値となる速度指令値Ｎｒｅｆを出力する位置制御演算処理部と、
   位置制御周期と比べて長い周期Ｔｍで動作し、上位位置指令値Ｐｍを出力する位置指令装置より前記上位位置指令値Ｐｍを受信する通信部と、
   通信部で受信した上位位置指令値Ｐｍを記憶する記憶部と、
   記憶部に記憶した上位位置指令値Ｐｍに対して補間演算を行ない位置制御演算処理部の入力となる位置指令値Ｐｒｅｆを出力する位置指令補間演算処理部と、
   速度指令値Ｎｒｅｆに従い商用電源により前記電動機を駆動する電動機駆動部と
   を備え、
   位置指令装置より、上記位置制御周期Ｔｐに必ずしも同期していない、今回の上位位置指令値Ｐｍ［目標値］と次回の上位位置指令値Ｐｍ［次回目標値］を同時に受信し、受信した上位位置指令値Ｐｍを前記記憶部に受信順に複数記憶し、位置指令補間演算処理部において、この上位位置指令値Ｐｍ［目標値］と次回の上位位置指令値Ｐｍ［次回目標値］の２つの上位位置指令値により、位置制御周期Ｔｐに合わせて補間演算を施して位置指令値Ｐｒｅｆを生成し、前記位置指令値Ｐｒｅｆに従って電動機の位置制御動作を行なう
   ことを特徴とする電動機駆動装置。
2. 請求項１記載の電動機駆動装置において、
   上位位置指令値Ｐｍ［目標値］と次回の上位位置指令値Ｐｍ［次回目標値］の２つの上位位置指令値を受け取った以降の上位位置指令値Ｐｍ［次々回以降目標値］は単独の上位位置指令値である
   ことを特徴とする電動機駆動装置。
3. 回転位置を検出する位置検出器を有する電動機を位置指令装置からの位置指令値に基づいて駆動する電動機駆動装置において、
   電動機駆動装置は、
   位置制御周期タイマにより一定の位置制御周期Ｔｐで動作し、前記位置検出器による検出位置θと位置指令値Ｐｒｅｆから電動機駆動部の入力値となる速度指令値Ｎｒｅｆを出力する位置制御演算処理部と、
   位置制御周期と比べて長い周期Ｔｍで動作し、上位位置指令値Ｐｍを出力する位置指令装置より前記上位位置指令値Ｐｍを受信する通信部と、
   通信部で受信した上位位置指令値Ｐｍを記憶する記憶部と、記憶部に記憶した上位位置指令値Ｐｍに対して補間演算を行ない位置制御演算処理部の入力となる位置指令値Ｐｒｅｆを出力する位置指令補間演算処理部と、
   速度指令値Ｎｒｅｆに従い商用電源により前記電動機を駆動する電動機駆動部と
   を備え、
   前記電動機駆動装置を複数台使用する電動機駆動システムを構成する場合、各電動機駆動装置内部の位置制御周期タイマへ同期信号を同時に入力し、各位置制御周期タイマを同期することにより、各電動機位置制御装置の位置制御周期を同期することを特徴とする電動機駆動装置。
4. 請求項１の電動機駆動装置を複数台用いて構成する電動機駆動システムの位置指令装置において、
   １台の位置指令装置から各電動機駆動装置に対し、上位位置指令値Ｐｍと、前回の上位位置指令値送信から今回の上位位置信号送信までの時間Ｔｍｓを、同時に送信する
   ことを特徴とする位置指令装置。
5. 請求項４の位置指令装置と、請求項１の特徴を持つ複数台の電動機駆動装置により位置決め電動機駆動システムを構成する
   ことを特徴とする位置決め装置。
6. 請求項４の位置指令装置と、請求項２の特徴を持つ複数台の電動機駆動装置により位置決めシステムを構成する
   ことを特徴とする位置決め装置。
7. 請求項４の位置指令装置と、請求項１と請求項３の両方の特徴を持つ複数台の電動機駆動装置により位置決めシステムを構成する
   ことを特徴とする位置決め装置。
8. 請求項４の位置指令装置に、同期信号を出力する機能を付加し、複数台の電動機駆動装置への同期信号を同時出力可能とした位置決めシステムを構成する
   ことを特徴とする位置決め装置。
9. 請求項８の位置指令装置と、請求項１の特徴を持つ複数台の電動機駆動装置により位置決めシステムを構成する
   ことを特徴とした位置決め装置。
10. 請求９の位置指令装置と、請求項３の特徴を持つ複数台の電動機駆動装置により位置決めシステムを構成する
    ことを特徴とした位置決め装置。
11. 請求項４の位置指令装置と、請求項１と請求項３の両方の特徴を持つ複数台の電動機駆動装置により位置決めシステムを構成する
    ことを特徴とした位置決め装置。

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