JP2007219642A

JP2007219642A - 制御システム

Info

Publication number: JP2007219642A
Application number: JP2006036847A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Aoyama; 一成青山; Minoru Nakamura; 稔中村; Takaaki Komatsu; 孝彰小松
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2007-08-30
Also published as: EP1818742B1; EP1818742A3; US20070188116A1; EP1818742A2; US7525263B2; CN101021727A

Abstract

【課題】通信路で接続されマスタユニット、スレーブユニットを構成する各制御装置で生成するタイミング信号の位相差及び周期差を補正し、同期制御する制御システムを得る。
【解決手段】マスタユニット１とスレーブユニット２₁、…２_nは通信路４で接続されている。マスタユニット１の周期信号発生器１１で生成されたタイミング信号は通信路４を介して各スレーブユニットに送られる。各スレーブユニットは自己の周期信号発生器２１で生成するタイミング信号とマスタユニット１からのタイミング信号の周期差、位相差を周期差測定器２２、位相比較器２３で求め、それぞれディジタルフィルタ２４、２５を通し、加算器２６で加算し周期調整量を求める。この周期調整量によって周期信号発生器２１は、タイミング信号の周期を調整する。マスタユニット１と各スレーブユニットのタイミング信号は、その周期も位相も一致するようになるから、正確な同期制御ができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の制御装置の同期制御システムに関する。

数値制御装置やロボットコントローラ等の制御装置では、一定周期で制御装置内のハードウェアが発生させるタイミング信号（ＩＴＰ（補間周期）信号）に基づいてモータの制御を行っており、制御装置のメインＣＰＵはＩＴＰ信号の間隔毎の移動量を、サーボモータを制御するＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）に渡している。ＤＳＰにおいては、ＩＴＰ信号の間隔をさらに等分割した制御周期（位置、速度制御周期）毎に指令移動量を分配してモータの位置、速度の制御をしている。

一方、数値制御装置やロボットコントローラ等の制御装置をバスやネットワークで複数接続し、これら複数の制御装置を同期運転するシステムも公知である。
マスタユニットとなる制御装置からタイミング信号をバスやネットワークを介してスレーブユニットの制御装置に送信し、該タイミング信号に基づいて同期して複数の制御装置を制御し、制御装置で駆動制御されるモータを同期運転する方法がとられている。
この場合、伝送遅れ等によって、各制御装置におけるタイミング信号にずれが生じるが、このずれを補正して同一タイミングで発生させるようにした技術は開発されている（特許文献１参照）。

又、移動体通信システムにおいて、基地局装置と基地局制御装置間のデータ伝送において、基地局制御装置から送られるデータフレームの基地局装置での到着予想時刻を推定し、この到着予想時刻を基地局制御装置に通知し、基地局制御装置では、この通知された到着予想時刻に基づいてデータフレームの送信タイミングを早めるようにした発明も知られている（特許文献２参照）。

特許第２８９８３８７号公報特開２００１−３５８７９３号公報

バスやネットワークで接続された数値制御装置やロボットコントローラ等の複数の制御装置間の同期方式として、タイミング信号の同期のずれを補正する方法として、スレーブユニットとなる制御装置自体がタイミング信号発生手段を備え、マスタユニットの制御装置から送られてくるタイミング信号と、スレーブユニット自体が発生するタイミング信号の位相差を補正してマスタユニットとスレーブユニットを同期させて運転する方法も本願出願人によって開発されて特許出願（以下先願という）されている（特願２００５−６０８６３号参照）。

この先願に係る発明は、マスタユニットからのタイミング信号とスレーブユニット自体が発生するタイミング信号の位相差を求め、該位相差が「０」となるようにスレーブユニット自体が発生するタイミング信号を補正するようにしたものである。

しかし、この先願に係る発明では、マスタユニットとスレーブユニットがそれぞれ自己のタイミング信号を発生し、その位相差を補正して同期させるものであるが、それぞれ独自のタイミング信号発生手段をもってタイミング信号を発生するものであるから、タイミング信号の周期自体も相違する場合がある。このタイミング信号の周期が相違すれば、各制御装置で駆動されるモータの動作タイミングがずれて、安定した同期制御ができなくなる。
そこで、本発明の目的は、各制御装置で生成するタイミング信号の位相差及び周期差を補正する制御システムを提供することにある。

マスタユニットとなる１台の制御装置とスレーブユニットとなる１台以上の制御装置を通信路で接続し、これら制御装置で制御されるモータ同士の同期制御を行う制御システムにおいて、請求項１に係る発明は、前記マスタユニット及び前記スレーブユニットは、タイミング信号を生成する周期信号発生器を有し、さらに、前記スレーブユニットには、前記マスタユニットから送信され受信されたタイミング信号と前記スレーブユニットが発生するタイミング信号との位相差および周期差を求め、この位相差と周期差により、スレーブユニット側のタイミング信号をマスタユニット側のタイミング信号に追従させる補正量を求める補正量生成手段を備え、前記スレーブユニットの周期信号発生器は、前記補正量生成手段で求められた補正量でタイミング信号の発生周期を補正して出力するようにしたことを特徴とする制御システムである。

請求項２に係る発明は、前記制御装置を数値制御装置またはロボットコントローラとしたものである。又、請求項３に係る発明は、前記補正量生成手段を、前記マスタユニットから送信され前記スレーブユニットで受信されるタイミング信号と前記スレーブユニットが発生するタイミング信号との位相差を計測する位相比較器と、前記マスタユニットから送信され前記スレーブユニットで受信されるタイミング信号と前記スレーブユニットが発生するタイミング信号との周期差を計測する周期差測定器と、該周期差測定器の出力と該位相比較器の出力から補正量を生成するものとした。さらに、請求項４に係る発明は、前記補正量生成手段にフィルタリング手段を設け、前記位相比較器の出力をフィルタリングした結果と、前記周期差測定器の出力をフィルタリングした結果から前記補正量を求めるものとした。請求項５に係る発明は、前記フィルタリング手段の特性を可変とした。

マスタユニットのタイミング信号とスレーブユニットのタイミング信号の位相と周期が一致することから、マスタユニット及びスレーブユニットで制御されるモータが高精度に同期制御される。

以下、図面と共に本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態の概要図である。工作機械等を制御する数値制御装置やロボットコントローラ等で構成される制御装置がシリアルバスやイーサネット（登録商標）等で構成される通信路４で複数接続されている。同期制御を行う上で、これらの制御装置の１つがマスタユニット１となり、他の制御装置がスレーブユニット２₁、２₂、…２_nとなる。マスタユニット１には複数のモータ駆動装置３が接続され、さらに、各モータ駆動装置３には、それぞれ複数モータＭが接続され、マスタユニット１が各モータ駆動装置３を介して接続された各モータＭを駆動制御する。

同様に各スレーブユニット２₁、…２_nにも複数のモータ駆動装置３が接続され、各モータ駆動装置３には、それぞれ複数モータＭが接続されており、各スレーブスユニット２₁、…２_nが各モータ駆動装置３を介して接続された各モータＭを駆動制御する。
マスタユニット１、スレーブユニット２₁、…２_nを構成する数値制御装置やロボットコントローラは、従来の数値制御装置やロボットコントローラと同等の構成を有するものであるが、図１、及び図２では、本発明と関係した特徴とする部分のみを表している。マスタユニット１には、タイミング信号生成部１ａを有し、各スレーブユニット２₁、…２_nもタイミング信号生成部２ａを有している。

図２は、マスタユニット１とスレーブユニット２₁、…２_nの同期制御に関係するタイミング信号生成部１ａ、２ａの構成を示すブロック図である。
マスタユニット１のタイミング信号生成部１ａとしては、クロック信号を発生する発振器１０と、該発振器１０からのクロック信号に基づいて所定周期のタイミング信号を発生する周期信号発生器１１を備える。マスタユニット１は、この周期信号発生器１１から発生するタイミング信号に基づいて、各モータＭに指令する移動量等を補間分配する制御を従来の数値制御装置やロボットコントローラと同様に行って、モータ駆動装置３を介して各モータＭを駆動制御するものである。
さらに、このマスタユニット１の周期信号発生器１１からのタイミング信号を送受信器１２を介して通信路４に出力される。

一方、スレーブユニット２₁、…２_nに設けられたタイミング信号生成部２ａは、クロック信号を発生する発振器２０、該クロック信号に基づいて所定周期のタイミング信号を発生する周期信号発生器２１を備え、さらに、タイミング信号の発生周期を補正するための補正量を求める補正量生成手段を構成する、周期差測定器２２、位相比較器２３、ディジタルフィルタ２４，２５、加算器２６、周期設定レジスタ２７を有する。さらに、タイミング信号生成部２ａは通信路４に接続された送受信器２８に接続されている。

周期信号発生器２１は、発振器２０から発生したクロック信号に基づいて所定周期のタイミング信号を生成し、該タイミング信号に基づいて、スレーブユニット２₁、…２_nの制御動作を実行し、従来の数値制御装置やロボットコントローラと同様に各スレーブユニット２₁、…２_nに接続されたモータ駆動装置３を介して各モータＭを駆動制御する。
又、周期信号発生器２１で生成したタイミング信号は、位相比較器２３に入力されている。周期設定レジスタ２７にはタイミング信号の周期が設定されており、該周期設定レジスタ２７に設定されたデフォルトのタイミング周期が周期信号発生器２１及び周期差測定器２２に入力されている。さらに、周期差測定器２２，位相比較器２３には、送受信器２８で受信したマスタユニット１からのタイミング信号も入力されており、周期差測定器２２では、マスタユニット１からのタイミング信号の周期と周期設定レジスタ２７に設定されたデフォルトのタイミング信号の周期の周期差（周期時間差）を求め出力する。又、位相比較器２３はマスタユニット１からのタイミング信号とスレーブユニット２₁、…２_n自体の周期信号発生器２１から出力されるタイミング信号の位相差を求め出力するものである。

図３は、この周期差及び位相差の説明図である。図３（ａ）はマスタユニット１からのタイミング信号を示し、図３（ｂ）はスレーブユニット２₁、…２_nの周期信号発生器２１から出力されるタイミング信号を示すものである。この図３に示すように、位相比較器２３は各タイミング信号の立ち下がりエッジの差によって位相差を求め、周期差測定器２２は、マスタユニット１からのタイミング信号の立ち下がりエッジ間の長さとスレーブユニット自身のデフォルト周期との差によって周期差を求めるものである。

周期差測定器２２から出力された周期差及び位相比較器２３から出力された位相差は、それぞれディジタルフィルタ２４，２５を通し、加算器２６で加算され周期調整量が求められ、周期信号発生器２１は、デフォルト周期にこの周期調整量を加算して周期を調整しタイミング信号を生成する。

位相比較器２３の構成は、先願の特願２００５−６０８６３号に記載された、マスタユニット１からのタイミング信号とスレーブユニット２₁、…２_n自体のタイミング信号の位相差を求める方法、手段と同一であり、マスタユニット１からスレーブユニット２₁、…２_nまでの通信路４における遅れ時間等を考慮して両タイミング信号の位相差を求めるものである。

又、周期差測定器２２は、マスタユニット１のタイミング信号の立ち下がりエッジ間のクロック信号数を計数し、周期時間を求めてデフォルトの周期との差を周期差として求めるものである。マスタユニット１のタイミング信号の周期がデフォルトのタイミング信号の周期より長ければ「＋」の周期差が出力され、逆であれば、「−」の周期差が出力されることになる。

周期差測定器２２から出力された周期差及び位相比較器２３から出力された位相差をディジタルフィルタ２４，２５を通すのは、ノイズを抑えることを目的としているものである。通信路４には、通常のデータ通信も行われるものであり、通信路４の状態にかかわらずタイミング信号が遅れなしに送受信されることはなく、又、遅れなしに送受信される特殊なプロトコルを用いないでよいものとするためである。このように、スレーブユニット２₁、…２_nが受信するマスタユニット１からのタイミング信号の到着時刻にバラツキが発生し、周期差や位相差がこの外乱の影響を受けないように、このようなノイズを抑えるためにディジタルフィルタ２４，２５を設けたものである。なお、このディジタルフィルタ２４，２５の特性を可変とすることによって、通信路４やシステムの構成、特性に合わせたものとするようにしている。

加算器２６で、周期差と位相差を加算して周期調整量を求め、この周期調整量によって周期信号発生器２１は、タイミング信号発生周期を調整することになる。
位相比較器２３で求められた位相差によって先願の特願２００５−６０８６３号に記載された発明と同様にマスタユニット１とスレーブユニット２₁、…２_n自体のタイミング信号の位相差が補正されるが、さらに、周期差測定器２２によって求められた周期差も位相差に加算されて周期調整量として、スレーブユニット２₁、…２_nの周期信号発生器２１で生成されるタイミング信号の発生周期が調整されるから、マスタユニット１とスレーブユニット２₁、…２_n自体のタイミング信号の位相差、周期差が「０」となるように調整され、マスタユニット１及びスレーブユニット２₁、…２_nの各モータＭは精度高く同期して駆動制御されることになる。

本発明の一実施形態の概要図である。同実施形態におけるマスタユニットとスレーブユニットのタイミング信号生成部の構成を中心として示すブロック図である。マスタユニットからのタイミング信号とスレーブユニット自体のタイミング信号の周期差、位相差の説明図である。

符号の説明

１マスタユニット
２₁、…２_n スレーブユニット
３モータ駆動装置
１ａ、２ａタイミング信号生成部
Ｍモータ

Claims

マスタユニットとなる１台の制御装置とスレーブユニットとなる１台以上の制御装置を通信路で接続し、これら制御装置で制御されるモータ同士の同期制御を行う制御システムにおいて、前記マスタユニット及び前記スレーブユニットは、タイミング信号を生成する
周期信号発生器を有し、さらに、前記スレーブユニットには、前記マスタユニットから送信され受信されたタイミング信号と前記スレーブユニットが発生するタイミング信号との位相差および周期差を求め、この位相差と周期差により、スレーブユニット側のタイミング信号をマスタユニット側のタイミング信号に追従させる補正量を求める補正量生成手段を備え、前記スレーブユニットの周期信号発生器は、前記補正量生成手段で求められた補正量でタイミング信号の発生周期を補正して出力するようにしたことを特徴とする制御システム。
前記制御装置は数値制御装置またはロボットコントローラである請求項１に記載の制御システム。
前記補正量生成手段は、前記マスタユニットから送信され前記スレーブユニットで受信されるタイミング信号と前記スレーブユニットが発生するタイミング信号との位相差を計測する位相比較器と、前記マスタユニットから送信され前記スレーブユニットで受信されるタイミング信号と前記スレーブユニットが発生するタイミング信号との周期差を計測する周期差測定器と、該周期差測定器の出力と該位相比較器の出力から補正量を生成する請求項１または請求項２に記載の制御システム。
前記補正量生成手段にフィルタリング手段を設け、前記位相比較器の出力をフィルタリングした結果と、前記周期差測定器の出力をフィルタリングした結果から前記補正量を求めるようにした請求項３に記載の制御システム。
前記フィルタリング手段の特性は可変であることを特徴とした請求項４に記載の制御システム。