JP2020107127A - 同期制御装置、同期制御システム、同期制御方法及びシミュレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従軸の同期駆動の精度が向上される同期制御を実現する。【解決手段】同期制御装置（１０）は、主軸制御部（１１ａ）と、主軸速度の正負が前の期間から反転する場合には、主軸位相（Ｐｍ）に主軸速度に応じた進角量（Ｐａ）を加算した予定従軸指令位相を従軸指令位相（Ｐｓ）として生成し、主軸速度の正負が前の期間から反転しない所定の場合には、前の期間における従軸指令位相からの偏移の正負が主軸速度の正負から反転しない値を従軸指令位相（Ｐｓ）として生成する、従軸指令位置変動抑制部（１１４）を有する従軸制御部（１１ｂ）を備える。【選択図】図２

Description

本発明は同期制御装置、同期制御システム、同期制御方法及びシミュレーション装置に関する。

工作機械などの複数のサーボモータの同期制御を行う技術が知られている。同期制御においては、主軸に同期して従軸を動作させるために、従軸サーボ制御機構に対し、主軸の位置情報（主軸フィードバック位置）を従軸指令位置として与える。

しかしこのような同期制御においては、通信遅れや、制御対象機器の追従遅れによる従軸の同期遅れが問題となる。追従遅れを補正する方法として、特許文献１に開示されたように、位相推移速度の関数として発生させた位相遅れ量を位相指令に加算してサーボ系の位置指令とする手法が知られている。同期制御の分野においても、従軸の同期遅れを補償するため、主軸の速度に比例した値を補正値（進角量）として従軸指令位置に反映させる進角補正技術が知られている。

特開平７−１０４８５５号公報

しかしながら、主軸が減速・停止するなどの速度の変化を伴うような動きをする場合についての従軸の同期については、更に改善が求められる。

進角補正技術では、例えば、主軸が一方向に動いているが、主軸の速度がある時点で急に減速するような場合に、進角量が不連続に変化することになる。すると、従軸指令位置が不連続になる他、主軸の減速度が大きければ、進角量の減少が大きいため、主軸の向きと逆向きの従軸指令位置を発生させることがある。

従って、このような不自然な従軸指令位置を発生させてしまうことについて改善が必要であった。

本発明の一態様は、従軸の同期駆動の精度を更に向上させる同期制御を実現することを目的とする。

本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。

本発明の一側面に係る同期制御装置は、主軸サーボ制御機構に対して主軸指令位置を出力する主軸制御部と、前記主軸サーボ制御機構における主軸フィードバック位置を受信し、従軸サーボ制御機構に対して従軸指令位置を出力する従軸制御部と、を備え、前記従軸制御部は、前記主軸フィードバック位置に基づいて主軸位相を算出する位相算出部と、前記主軸フィードバック位置に基づいて主軸速度を算出する速度算出部と、前記主軸速度に応じた進角量を算出する進角量算出部と、従軸指令位相に基づいて前記従軸指令位置を生成する従軸指令位置生成部とを有し、更に、前記主軸位相に前記進角量を加算した予定従軸指令位相を算出し、前記主軸速度の正負が前の期間から反転する場合には前記予定従軸指令位相を前記従軸指令位相として生成し、前記主軸速度の正負が前の期間から反転しない所定の場合には、前の期間における前記従軸指令位相からの偏移の正負が前記主軸速度の正負から反転しない値を前記従軸指令位相として生成する、従軸指令位置変動抑制部を有する。

上記構成によれば、主軸の動きの方向に反しない従軸指令位置を生成することができ、従軸の同期駆動の精度を向上させる同期制御を実現することができる。

上記一側面に係る同期制御装置において、前記前の期間における従軸指令位相からの変化の方向が反転しない値は、前の期間における前記従軸指令位相であってよい。

上記構成によれば、主軸の動きの方向に反しない従軸指令位置を生成するための値を、具体的に定義できる。

上記一側面に係る同期制御装置において、前記所定の場合は、前の期間における前記従軸指令位相と、前記予定従軸指令位相との差異の大きさが所定の閾値を超えた場合であってよい。

上記構成によれば、上記制御の精度をさらに高めるためのパラメタ（閾値）を設定することができるようになる。

上記一側面に係る同期制御装置において、前記所定の場合は、前記主軸速度の大きさの、前の期間からの減少幅が所定の閾値を超えた場合であってよい。

上記構成によれば、上記制御の精度をさらに高めるためのパラメタ（閾値）を設定することができるようになる。

上記一側面に係る同期制御装置において、複数機種についての前記従軸サーボ制御機構に応じた前記閾値の情報を記憶する記録部と、前記閾値の情報を、前記記録部に記憶された前記複数機種についての閾値の情報から選択して取得する閾値情報取得部と、を更に備えていてもよい。

上記構成によれば、容易にユーザが従軸サーボ制御機構に応じた同期制御装置の設定ができるようになる。

上記一側面に係る同期制御装置において、前記従軸サーボ制御機構に応じた前記閾値の情報を、通信ネットワークを介して取得する、閾値情報取得部を更に備えていてもよい。

上記構成によれば、容易にユーザが従軸サーボ制御機構に応じた同期制御装置の設定ができるようになる。

上記一側面に係る同期制御装置において、前記同期制御装置に接続されている前記従軸サーボ制御機構の機種情報を取得する、機種情報取得部を更に備え、前記閾値情報取得部が、前記機種情報取得部によって取得された機種情報に対応する前記閾値情報を取得する構成を備えていてもよい。

上記構成によれば、更に容易にユーザが従軸サーボ制御機構に応じた同期制御装置の設定ができるようになる。

本発明の一側面に係るシミュレーション装置は、上記一側面に係る制御装置に接続されるシミュレーション装置であって、互いに異なる複数の前記閾値に対して、前記主軸制御部、前記従軸制御部、前記主軸サーボ制御機構、前記従軸サーボ制御機構の動作をシミュレートすることにより、互いに異なる複数の前記閾値に対する、前記主軸サーボ制御機構における前記主軸フィードバック位置及び前記従軸サーボ制御機構における従軸フィードバック位置のシミュレーションを実行するシミュレート処理部と、前記シミュレート処理部による、互いに異なる複数の前記閾値に対する複数のシミュレーション結果から、適正な前記閾値を選択する選択部と、前記選択部により選択された前記閾値の情報を、前記同期制御装置に送信する送信部と、を備えていてもよい。

上記構成によれば、同期制御システムの構築の事前に、ユーザが従軸サーボ制御機構の選択とそのパラメタの設定を行うことができ、また、容易に従軸サーボ制御機構に応じた同期制御装置の設定ができるようになる。

本発明の一側面に係る同期制御システムは、上記一側面に係る制御装置と、前記同期制御装置に接続された主軸サーボ制御機構と、前記同期制御装置に接続され従軸サーボ制御機構と、を備えていてもよい。

上記構成によれば、主軸の動きの方向に反しない従軸指令位置を生成することができ、従軸の同期駆動の精度を向上させる同期制御を実現することができる。

本発明の一側面に係る同期制御方法は、主軸サーボ制御機構に対する主軸指令位置を算出する主軸指令位置算出ステップと、前記主軸サーボ制御機構における主軸フィードバック位置に基づいて主軸位相を算出する主軸位相算出ステップと、前記主軸フィードバック位置に基づいて主軸速度を算出する主軸速度算出ステップと、前記主軸速度に応じた進角量を算出する進角量算出ステップと、従軸指令位相に基づいて従軸指令位置を生成する従軸指令位置生成ステップと、前記主軸位相に前記進角量を加算した予定従軸指令位相を算出する予定従軸指令位相算出ステップと、前記主軸速度の正負が前の期間から反転する場合には前記予定従軸指令位相を前記従軸指令位相として生成し、前記主軸速度の正負が前の期間から反転しない所定の場合には、前の期間における前記従軸指令位相からの偏移の正負が前記主軸速度の正負から反転しない値を前記従軸指令位相として生成する従軸指令位置変動抑制ステップと、を有する構成を備えていてもよい。

上記構成によれば、主軸の動きの方向に反しない従軸指令位置を生成することができ、従軸の同期駆動の精度を向上させる同期制御を実現することができる。

本発明の一側面に係る同期制御装置によれば、従軸の同期駆動の精度が向上される同期制御を実現することができる。

本発明の一側面に係るシミュレーション装置によれば、同期制御装置に対して適切なパラメタを提供することができる。

本発明の一側面に係る同期制御システムによれば、従軸の同期駆動の精度が向上される同期制御を実現することができる。

本発明の一側面に係る同期制御方法によれば、従軸の同期駆動の精度が向上される同期制御を実現することができる。

本発明の実施形態１に係る同期制御システム及び同期制御装置を示す概略図である。 本発明の実施形態１に係る同期制御システム及び同期制御装置の制御ロジックを表す制御ブロック図である。 本発明の実施形態１に係る同期制御装置における、制御部の従軸指令位置生成部の動作を説明するためのフローチャートである。 （ａ）は実施形態１に係る同期制御装置により同期制御を行った場合の結果例で、（ｂ）は比較例の同期制御装置により同期制御を行った場合の結果例である。 （ｂ）は実施形態２に係る同期制御装置により同期制御を行った場合の結果例であり、（ａ）はその比較のための、実施形態１に係る同期制御装置により同期制御を行った場合の結果例である。 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ実施形態３に係る同期制御装置により同期制御を行う場合の動作を説明するための例である。 本発明の実施形態４及び５に係る同期制御システム及び同期制御装置を示す概略図である。 比較例の同期制御システム及び同期制御装置の制御ロジックを表す制御ブロック図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。

§１ 適用例
図１を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。

図１は、本実施形態に係る同期制御システム１の全体の機器構成を示す概略図である。同期制御システム１は、本実施形態に係る同期制御装置１０、主軸サーボ制御機構２０、従軸サーボ制御機構３０と、それら各装置間の通信を媒介する通信ネットワーク４０とを備える。

本実施形態において、同期制御装置１０が主軸サーボ制御機構２０と従軸サーボ制御機構３０の２つの制御対象機器の制御を行う例が説明されるが、同期制御装置１０が更に多くの機器の制御を行ってもよい。

同期制御装置１０は、制御部１１、インターフェース１２と記録部１３とを有している。インターフェース１２は、通信ネットワーク４０を介して、他の装置間との通信を行う。記録部１３は、制御部１１が実行するためのモーション制御プログラム等を格納し得る。また、記録部１３は、各種の制御対象機器（少なくとも従軸サーボ制御機構）に応じた、本発明の同期制御方法に係わるパラメタを保持し得る。

制御部１１は、主軸サーボ制御機構２０に対して主軸指令位置に基づく信号を出力する主軸制御部と、主軸サーボ制御機構２０における主軸フィードバック位置を受信し、従軸サーボ制御機構３０に対して従軸指令位置に基づく信号を出力する従軸制御部とを備えている。

従軸制御部は、主軸フィードバック位置に応じた従軸指令位置について、ある場面では、主軸フィードバック位置から算出される主軸速度に応じた進角量を補正量として加算して生成する。これは、従来の進角補正技術に相当する。

一方、ある場面では、従軸制御部は、従軸指令位置の変化の方向が、主軸フィードバック位置の変化の方向と相違しないように、従軸指令位置を生成する。

具体的には、従軸制御部は、主軸位相に進角量を加算した予定従軸指令位相を算出し、主軸速度の正負が前の期間から反転する場合には予定従軸指令位相を従軸指令位相として生成する。

そして、従軸制御部は、主軸速度の正負が前の期間から反転しない所定の場合には、前の期間における従軸指令位相からの偏移の正負が主軸速度の正負から反転しない値を従軸指令位相として生成し、これに基づいて従軸指令位置を生成する。

従来の進角補正技術では、例えば主軸の動きが一方向であるにも関わらず、従軸を反転させるような従軸指令位置を生成してしまうことがある。本実施形態の同期制御装置１０は、このような不適切な従軸への指令を抑制し、従軸の同期駆動の精度を更に向上させる同期制御を実現する。

同期制御装置１０は、例えばプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）である。記録部１３は、例えば半導体メモリ、ハードディスク等の磁気メモリ、その他の記録媒体である。主軸サーボ制御機構２０と従軸サーボ制御機構３０とは、例えば、サーボコントロールステージとロボットアームである。より具体的には、サーボコントロールステージ上のワークを、ロボットアームで掴む動作が、同期制御を要する例として挙げられるが、本発明は、このような特定の制御対象機器に限られず、任意の主軸サーボ制御機構、従軸サーボ制御機構に適用可能である。

§２ 構成例
図２を用いて、本実施形態に係る同期制御システム１及び本実施形態に係る同期制御装置１０の構成例が説明される。図２は、実施形態１に係る同期制御装置１０が、主軸サーボ制御機構２０及び従軸サーボ制御機構３０に対する制御を行う際の、制御ロジックを示す制御ブロック図である。

同期制御システム１の主軸サーボ制御機構２０は、サーボモータなどの主軸モータＭｍ（主軸）と、主軸モータＭｍの制御を行う主軸モータ制御部Ｃｍとを備える。主軸モータＭｍは例えばエンコーダを備えることで、主軸の位置情報である主軸フィードバック位置Ｙｍを出力する。主軸モータ制御部Ｃｍは、同期制御装置１０からの主軸指令位置ｒに基づく指令信号に従い、主軸フィードバック位置Ｙｍを用いた主軸モータＭｍのフィードバック制御を行う。

同期制御システム１の従軸サーボ制御機構３０は、サーボモータなどの従軸モータＭｓ（従軸）と、従軸モータＭｓの制御を行う従軸モータ制御部Ｃｓとを備える。従軸モータＭｓは例えばエンコーダを備えることで、従軸の位置情報である従軸フィードバック位置Ｙｓを出力する。従軸モータ制御部Ｃｓは、同期制御装置１０からの従軸指令位置ｕに基づく指令信号に従い、従軸フィードバック位置Ｙｓを用いた従軸モータＭｓのフィードバック制御を行う。

同期制御システム１の同期制御装置１０において、制御部１１は、主軸サーボ制御機構２０に対して生成した主軸指令位置ｒに基づく指令信号を出力する主軸制御部１１ａと、主軸フィードバック位置Ｙｍを受信し、従軸サーボ制御機構３０に対して生成した従軸指令位置ｕに基づく指令信号を出力する従軸制御部１１ｂとを備える。

主軸制御部１１ａには、機能ブロックとしての主軸指令位置生成部１１０、第１座標変換部１１６とが設けられている。従軸制御部１１ｂには、機能ブロックとしての位相算出部１１１、速度算出部１１２、進角量算出部１１３、従軸指令位置変動抑制部１１４、従軸指令位置生成部１１５、第２座標変換部１１７、第３座標変換部１１８、第４座標変換部１１９とが設けられている。換言すれば、制御部１１は、例えば記録部１３に保持されたモーション制御プログラムを実行することで、機能ブロックとしてのこれら各部の機能を実現する。

主軸指令位置生成部１１０は、記録部１３に格納された主軸等の動作を規定するモーション制御プログラム等を読み出し、これに基づいて期間毎に主軸指令位置ｒを生成する（主軸指令位置算出ステップ）。

第１座標変換部１１６は、制御部１１における内部表現である主軸指令位置ｒを、主軸サーボ制御機構２０に応じた指令信号に変換し、主軸サーボ制御機構２０に対して出力する。主軸指令位置ｒと主軸サーボ制御機構２０に対して出力される指令信号とは、表現形式が異なる場合があるが対応する信号である。

第２座標変換部は、主軸サーボ制御機構２０から主軸フィードバック位置Ｙｍを受信し、主軸フィードバック位置Ｙｍを制御部１１における内部表現に変換する。主軸フィードバック位置Ｙｍと主軸フィードバック位置Ｙｍの制御部１１における内部表現とは、表現形式が異なる場合があるが対応する信号である。

位相算出部１１１は、主軸フィードバック位置Ｙｍの内部表現に基づいて、主軸位相Ｐｍを生成する（主軸位相算出ステップ）。主軸フィードバック位置Ｙｍの内部表現と主軸位相Ｐｍとは、表現形式が異なる場合があるが対応する信号である。

速度算出部１１２は、主軸サーボ制御機構２０から主軸フィードバック位置Ｙｍを受信し、主軸フィードバック位置Ｙｍの期間毎の信号列から算出した主軸の速度を表す信号を出力する。更に、第３座標変換部は、速度算出部１１２の算出した主軸の速度を表す信号を、制御部１１での内部表現である主軸速度Ｖに変換する（主軸速度算出ステップ）。速度算出部１１２の算出した主軸の速度を表す信号と主軸速度Ｖとは、表現形式が異なる場合があるが対応する信号である。

進角量算出部は、主軸速度Ｖに応じた進角量Ｐａを算出する（進角量算出ステップ）。典型的なケースでは、進角量Ｐａは、主軸速度Ｖに比例係数Ｋを乗じた値Ｋ・Ｖである。

従軸指令位置変動抑制部１１４は、主軸位相Ｐｍと進角量Ｐａとから、従軸指令位相Ｐｓを算出する（予定従軸指令位相算出ステップ、及び従軸指令位置変動抑制ステップ）。

従軸指令位置生成部１１５は、従軸指令位相Ｐｓを従軸指令位置ｕに変換する（従軸指令位置生成ステップ）。従軸指令位相Ｐｓと従軸指令位置ｕとは、表現形式が異なる場合があるが対応する信号である。

第４座標変換部１１９は、制御部１１における内部表現である従軸指令位置ｕを、従軸サーボ制御機構３０に応じた指令信号に変換し、従軸サーボ制御機構３０に対して出力する。従軸指令位置ｕと従軸サーボ制御機構３０に対して出力する指令信号とは、表現形式が異なる場合があるが対応する信号である。

図２においては、特定の期間ｉにおいて、ある機能ブロックから他の機能ブロックに受け渡される信号が示されている。ここで符号ｉは、期間のインデックスである。

例えば、期間ｉにおいて主軸指令位置生成部１１０は主軸指令位置ｒ（ｉ）を出力し、主軸モータＭｍは、主軸フィードバック位置Ｙｍ（ｉ）を出力する。また、期間ｉにおいて、従軸指令位置生成部１１５は従軸指令位置ｕ（ｉ）を出力し、従軸モータＭｓは、従軸フィードバック位置Ｙｓ（ｉ）を出力するといった具合である。

期間ｉの次の期間ｉ＋１で、各機能ブロックは、それぞれ期間ｉの次のタイミングの信号を出力する。

§３ 動作例
上述のように、従軸指令位置変動抑制部１１４には、主軸フィードバック位置Ｙｍに対応する信号である主軸位相Ｐｍと、従軸の同期遅れを補償するための進角量Ｐａとが入力される。そうして、従軸指令位置変動抑制部１１４がこれらの信号から従軸指令位相Ｐｓを算出する。

図３は、期間ｉにおける従軸指令位置変動抑制部１１４の動作を示すフローチャートである。

（ステップＳ１）
ステップＳ１で従軸指令位置変動抑制部１１４は、主軸位相Ｐｍ（ｉ）を位相算出部１１１から取得し、進角量Ｐａ（ｉ）を進角量算出部１１３から取得する。

（ステップＳ２）
続いてステップＳ２で従軸指令位置変動抑制部１１４は、主軸位相Ｐｍ（ｉ）と進角量Ｐａ（ｉ）の和である予定従軸指令位相Ｐｓｔ（ｉ）を算出する（予定従軸指令位相算出ステップ）。

（ステップＳ３）
続いてステップＳ３では、従軸指令位置変動抑制部１１４は、主軸位相の変化の正負が、前の期間である期間ｉ−１と同じかどうかを判断する。つまり、主軸の動作方向が一定しているかを判断する。

ここでは例えば、従軸指令位置変動抑制部１１４は、期間ｉ−１に対する主軸位相の変化Ｐｍ（ｉ−１）−Ｐｍ（ｉ−２）の正負と、期間ｉに対する主軸位相の変化Ｐｍ（ｉ）−Ｐｍ（ｉ−１）の正負とが同じかどうかを判断すればよい。

あるいは、従軸指令位置変動抑制部１１４は、主軸速度Ｖに比例する量である進角量Ｐａを用いて、期間ｉ−１の進角量Ｐａ（ｉ−１）の正負と、期間ｉの進角量Ｐａ（ｉ）の正負とが同じかどうかを判断してもよい。

ステップＳ３で同じではないと判断された場合（ＮＯ）は、ステップＳ６に進み、同じと判断された場合（ＹＥＳ）は、次の動作（ステップＳ４）を行う。

（ステップＳ４）
ステップＳ４で従軸指令位置変動抑制部１１４は、前の期間の出力である従軸指令位相Ｐｓ（ｉ−１）からの予定従軸指令位相Ｐｓｔ（ｉ）の変化（偏移）について、正負が主軸位相の変化の正負と不一致（条件１）であり、かつ、絶対値が所定の閾値ｄを超える（条件２）、との条件が満たされるか否かを判断する。

その正負が主軸位相の変化の正負と不一致か否かは、具体的には、値Ｐｓｔ（ｉ）−Ｐｓ（ｉ−１）の正負と、期間ｉに対する主軸位相の変化Ｐｍ（ｉ）−Ｐｍ（ｉ−１）の正負とが不一致か否かを判断すればよい。

あるいは、値Ｐｓｔ（ｉ）−Ｐｓ（ｉ−１）の正負と、進角量Ｐａ（ｉ）の正負とが不一致か否かを判断してもよい。

その絶対値が所定の閾値ｄを超えるか否かは、具体的には、不等式｜Ｐｓｔ（ｉ）−Ｐｓ（ｉ−１）｜＞ｄが満たされるか否かを判断すればよい。

（ステップＳ５）
ステップＳ４で条件が満たされると判断された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４からステップＳ５に進む。ステップＳ５で従軸指令位置変動抑制部１１４は、前の期間の従軸指令位相Ｐｓ（ｉ−１）を、従軸指令位相Ｐｓ（ｉ）として出力する。

（ステップＳ６）
ステップＳ４で条件が満たされると判断されない場合（ＮＯ）、ステップＳ４からステップＳ６に進む。また、ステップＳ３で条件が満たされると判断されない場合（ＮＯ）、ステップＳ３からステップＳ６に進む。ステップＳ６で従軸指令位置変動抑制部１１４は、予定従軸指令位相Ｐｓｔ（ｉ）を従軸指令位相Ｐｓ（ｉ）として出力する。

（ステップＳ７）
ステップＳ５若しくはステップＳ６に続くステップＳ７で、従軸指令位置変動抑制部１１４は、期間ｉの、主軸位相Ｐｍ（ｉ）と算出した従軸指令位相Ｐｓ（ｉ）とを記憶する。なお、ステップＳ３での判断において、前の期間の進角量Ｐａを用いる場合には、更に進角量Ｐａ（ｉ）も記憶する。なお図３のフローチャートには示されないが、期間ｉ＋１以降の適宜のタイミングで、記憶した主軸位相Ｐｍ（ｉ）と従軸指令位相Ｐｓ（ｉ）とが消去されてもよい。

以上の一連のフローを、従軸指令位置変動抑制部１１４は、各期間毎に実行する。

このように、従軸指令位置変動抑制部１１４は、ステップＳ３からステップＳ６の動作フローによって、場合分けを行って従軸指令位相Ｐｓ（ｉ）を生成する（従軸指令位置変動抑制ステップ）。

§４ 効果、作用
本実施形態に係る同期制御システム１、同期制御装置１０の効果、作用について説明するため、まず、比較例の同期制御システム９、同期制御装置９０の構成が示される。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図８は、比較例の同期制御システム９の制御ロジックを示す制御ブロック図である。図２の同期制御システム１と比較すると、同期制御装置９０の制御部９１の従軸制御部９１ｂの加算部９１４が、従軸指令位置変動抑制部１１４と置き換えられている他は同様である。

すなわち、比較例の同期制御装置９０では、主軸位相Ｐｍ（ｉ）に補正量としての進角量Ｐａ（ｉ）を加算した値が、常に従軸指令位相Ｐｓ（ｉ）となる点が、本実施形態に係る同期制御装置１０との相違点である。

図４は、同期制御を実施した結果例である、主軸位相Ｐｍ及び従軸指令位相Ｐｓを時間経過に沿って示すグラフである。図４（ａ）が本実施形態に係る同期制御装置１０で同期制御を行った結果であり、図４（ｂ）が比較例の同期制御装置９０で同期制御を行った結果である。いずれのグラフにも参考として、進角補正を行わない場合の従軸指令位相が点線で示される。

図４の同期制御は、期間ｉ＝６まで、主軸が一定の速度で正の向きに進み、期間ｉ＝６以降は、減速した一定の速度で続けて正の向きに進むような、主軸指令位置ｒが与えられる例である。このように、主軸サーボ制御機構２０に対して、常に正方向に進むような主軸指令位置ｒが与えられて、主軸位相Ｐｍも同様に推移している。

図４（ａ）の同期制御装置１０においても、図４（ｂ）の比較例の同期制御装置９０においても、点線で示された進角補正をしない同期制御と比較して、従軸の同期遅れが抑制されていることが示されている。

図４（ｂ）の比較例の同期制御装置９０では、主軸の速度が変化する際に、従軸を負方向に進めるような、不自然な従軸指令位相Ｐｓ（従軸指令位置ｕ）が生成されている。一方、図４（ａ）の本実施形態に係る同期制御装置１０では、従軸を負方向に進めるような従軸指令位相Ｐｓは、生成されていない。

このように、本実施形態に係る同期制御装置１０によれば、主軸の速度が変化する際に主軸が常に正方向に進んでいるのにもかかわらず、従軸を負方向に進めてしまうような、不自然な従軸指令位置ｕが生成されることが抑制されている。つまり、主軸の動きが反転しない場合には、従軸指令位置ｕの偏移が所定以下（従軸指令位相の偏移が閾値以下）となる場合を除いて、従軸指令位置ｕも反転しないような制御が実行されている。

図４の例のように、主軸の速度が急激に減少すると、進角量Ｐａも急激に減少する。そのため、主軸位相Ｐｍを進角量Ｐａで補正した値Ｐｍ＋Ｐａの推移は、主軸の動きとは逆転してしまう。比較例の同期制御装置９０では、値Ｐｍ＋Ｐａに基づいて従軸指令位相Ｐｓを生成するため、このような不自然な従軸指令位相Ｐｓが生成されたのである。

一方、本実施形態に係る同期制御装置１０では、期間ｉ＝７での、図３のフローチャートのステップＳ３において、主軸の動きの反転が行われていないと判断され、更にステップＳ４の条件１において、値Ｐｓｔ（７）−Ｐｓ（６）の正負が、主軸位相の変化の正負と不一致と判断された。そのため、従軸指令位相Ｐｓ（７）として、進角量Ｐａ（７）により補正される予定従軸指令位相Ｐｓｔ（７）ではなく、先の従軸指令位相Ｐｓ（６）の値が維持して与えられている。

つまり、従軸指令位置変動抑制部１１４は、ステップＳ４の（１）において、値Ｐｍ＋Ｐａを従軸指令位相Ｐｓとして与えると、主軸の動きとは逆転してしまうような、不自然な従軸指令位置ｕを与えてしまう状況か否かの判断を行っている。

そうして、同期制御装置１０では、このように判断された場合に、従軸指令位置変動抑制部１１４ステップＳ５において、従軸指令位相Ｐｓを先の値に維持して出力しているのである（ラチェット動作）。

なお、主軸位相Ｐｍを進角量Ｐａで補正した値Ｐｍ＋Ｐａの、先の従軸指令位相Ｐｓからの変化の大きさが所定の閾値ｄよりも小さければ、このようなラチェット動作を働かせるに及ばないし、むしろ、補正値を反映しない制御となって、好ましくない。そのため、従軸指令位置変動抑制部１１４はステップＳ４において条件２の判断も合わせて行っているのである。

以上のように、本実施形態の同期制御システム１及び同期制御装置１０によれば、従軸の同期遅れを抑制する進角補正技術を用いつつも、主軸の動きが反転しないのに、従軸に対して反転動作させるような不自然な従軸指令位置の生成を抑制する、従軸の同期駆動の精度を更に向上させる同期制御が実現できる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した構成要素と同じ機能を有する構成要素については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

実施形態２に係る同期制御システム及び同期制御装置は、図３のフローチャートにおけるステップＳ５の動作が異なる他は実施形態１と同様である。実施形態２においては、ラチェット動作の際の従軸指令位相Ｐｓの維持は、先の期間の従軸指令位相Ｐｓ（ｉ−１）そのものを用いるのではなく、主軸位相Ｐｍの変化に対応して先の期間の従軸指令位相Ｐｓ（ｉ−１）を修正し、従軸指令位相Ｐｓ（ｉ）として生成することにより行う。

より具体的には、図３のフローチャートのステップＳ５において、値Ｐｓ（ｉ−１）＋（Ｐｍ（ｉ）-Ｐｍ（ｉ-１））を従軸指令位相Ｐｓ（ｉ）として生成する。

図５は、同期制御を実施した結果例である。図５（ａ）が、実施形態１に係る同期制御装置１０で同期制御を行った結果であり、図５（ｂ）が、実施形態２に係る同期制御装置で同期制御を行った結果である。

図示されるように、主軸の速度が変化する際のラチェット動作において期間ｉ＝７の従軸指令位相Ｐｓ（７）として、図５（ａ）の実施形態１に係る同期制御装置１０では、先の期間の従軸指令位相Ｐｓ（６）の値が維持されて出力される。一方、図５（ｂ）の実施形態２に係る同期制御装置では、先の期間の従軸指令位相Ｐｓ６）から主軸位相Ｐｍの変化に応じて修正された値が従軸指令位相Ｐｓ（７）として出力されている。

実施形態２に係る同期制御システム及び同期制御装置によれば、同期遅れを抑制しつつも、主軸の動きが速度変化を伴う場合に、従軸が主軸の動きに対して更に自然に追従できる同期制御が実現できる。

〔実施形態３〕
実施形態３に係る同期制御システム及び同期制御装置では、図３のフローチャートにおけるステップＳ４の動作が変更される他は実施形態１と同様である。

第１例として、ステップＳ４の条件２が、特定の値（閾値）を超えて主軸が減速することに変更される。より具体的には、定められた閾値ｄ１について不等式｜（Ｐａ（ｉ）−Ｐａ（ｉ−１））／（Ｐａ（ｉ−１）−Ｐａ（ｉ−２））｜＞ｄ１が満たされる、とすることができる。

図６（ａ）は第１例により同期制御を実施する際の、条件２を説明するための図である。期間ｉ＝８からの主軸の速度の減速が、グラフａ１のように小さい場合には、条件２は満たされずステップＳ６に進んでラチェット動作が行われない。グラフａ２のように主軸の速度の減速が大きい場合には、条件２が満たされステップＳ５に進んでラチェット動作が実施される。

第１例を適用した場合においても、実施形態１に係る同期制御装置１０の場合と同様に作用する。

第２例として、ステップＳ４の条件２が、所定期間連続して特定の値（閾値）を超えて主軸が減速することに変更される。より具体的には、定められた閾値ｄ１、期間幅ｗについて、不等式｜（Ｐａ（ｉ）−Ｐａ（ｉ−ｊ））／（Ｐａ（ｉ−ｊ）−Ｐａ（ｉ−ｊ−１））｜＞ｄ１が、０＜ｊ＜ｗであるすべてのｊについて満たされる、とすることができる。

図６（ｂ）は第２例により同期制御を実施する際の、条件２を説明するための図である。期間ｉ＝８からの主軸の速度の減速が、グラフｂ１のように所定期間継続せず、直ぐに元の速度に近い速度に戻る場合には、条件２は満たされずステップＳ６に進んでラチェット動作が行われない。グラフｂ２のように主軸の速度の減速が所定期間継続した場合に初めて条件２が満たされステップＳ５に進んでラチェット動作が実施される。

第２例を適用した場合には、一時的な信号の変動（チャタリング）等によって主軸フィードバック速度が変動した場合に、ラチェットの過度な働きが防止され得る。

また、実施形態３によっても実施形態１と同様の効果が得られる。

〔実施形態４〕
図７は、実施形態４に係る同期制御システム２の全体の機器構成を示す概略図である。同期制御システム２の同期制御装置５０の制御部５１には、実施形態１に係る制御部１１の機能ブロックに加えて、機種情報取得部５２、閾値情報取得部５３の各機能ブロックが設けられている。

更に、同期制御システム２は、実施形態１における同期制御システム１の構成に加えて、シミュレーション装置６０を備えている。シミュレーション装置６０は、通信ネットワーク４０を介して、同期制御装置５０と情報の送受信を行う。

シミュレーション装置６０は、シミュレート処理部６１、インターフェース６２、記録部６３、表示部６４、選択部６５、送信部６６を備えている。

シミュレート処理部６１は、図２のブロック線図に示された制御系をシミュレートする。

インターフェース６２は、通信ネットワーク４０を介して、他の装置間との通信を行う。

記録部６３は、各種制御対象機器の、型式、主軸サーボ制御機構２０または従軸サーボ制御機構３０のモデル、各種制御対象機器に対する主軸制御部１１ａまたは従軸制御部１１ｂのモデル等の情報を保持している。

表示部６４は、シミュレーション結果等の各種情報の表示を行う。

選択部６５は、各種制御対象機器についての上記各種モデルから同期制御システム２のシミュレーションのためのモデルを選択する。また、複数のシミュレーション結果から、最適な閾値ｄ（または閾値ｄ１）を選択する。

送信部６６は、情報をインターフェース６２を通じて、同期制御装置５０に対して情報を送信する。

次に、同期制御システム２におけるシミュレーション装置６０の利用方法について説明する。

ユーザが、同期制御を行おうとする主軸サーボ制御機構２０及び従軸サーボ制御機構３０の型式等を指示すると、選択部６５は、記録部６３から選択された制御対象機器に応じた各部のモデルを抽出する。そして、シミュレート処理部６１において、図２に示されたブロック線図に示された制御系のシミュレーションモデルが構築される。

こうして、ユーザが任意に選択した主軸サーボ制御機構２０及び従軸サーボ制御機構３０を備えた同期制御システム２の動作のシミュレーションがシミュレーション装置６０において、自在に行えるようになる。シミュレート処理部６１は、同期制御システム２が適当なモーション制御プログラム等に沿った同期制御を行う際の主軸フィードバック位置Ｙｍ、従軸フィードバック位置Ｙｓをシミュレートする。シミュレート処理部６１による同期制御システム２の動作のシミュレーション結果は、表示部６４に表示され、ユーザが確認できる。

シミュレーション装置６０での、シミュレーションにより、ユーザが目的とする作業に対して適切な機器を選択することができる。またユーザは、各種パラメタ、例えば、閾値ｄ（または閾値ｄ１）、期間幅ｗ、係数Ｋ等についての適切な値を事前検討できる。

またシミュレーション装置６０においては、閾値ｄ（または閾値ｄ１）について、自動的に複数の異なる閾値ｄ（または閾値ｄ１）に対してシミュレート処理部６１がシミュレーションを実行する。そうして、選択部６５が、最も適切なシミュレーション結果を判断して、その閾値ｄ（または閾値ｄ１）を抽出する。

こうして、機器の選択や、選択部６５を通じてユーザにより、若しくは自動的に、パラメタの決定が行われた後に、シミュレーション装置６０の送信部６６は、抽出した閾値ｄ（または閾値ｄ１）の情報、その他の各種パラメタの情報を、インターフェース６２を通じて、同期制御装置１０に送信し得る。

更に、シミュレーション装置６０は、選択された主軸制御部１１ａまたは従軸制御部１１ｂのモデルの情報を同期制御装置１０に送信し得るものであってもよい。

実施形態４において、同期制御装置５０の制御部５１では、実施形態１に係る制御部１１の機能ブロックに加えて、少なくとも、閾値情報取得部５３の機能ブロックが設けられている。また、図７に示された機種情報取得部５２についても制御部５１に設けられていてもよい。

同期制御装置５０の閾値情報取得部５３は、シミュレーション装置６０から送信された、閾値ｄ（または閾値ｄ１）の情報、その他の情報を、インターフェース１２を通じて受信する。

更に閾値情報取得部５３は、シミュレーション装置６０において決定された閾値ｄ（または閾値ｄ１）を制御部５１の少なくとも従軸制御部１１ｂに設定する。また、閾値情報取得部５３は、シミュレーション装置６０から受信した、その他の情報に基づいて、制御部５１を設定してもよい。また、閾値情報取得部５３は、これらの情報を、適宜記録部１３に保存する。

こうして、実施形態２によれば、ユーザが、機器の選択やパラメタの設定について十分に検討を行ったうえで同期制御システムを構築でき、ユーザの利便性が高まる。

なお、シミュレーション装置６０は、ユーザが選択部６５から同期制御を行おうとする主軸サーボ制御機構２０及び従軸サーボ制御機構３０の型式等を指示すると、その組み合わせにおいて適切な閾値ｄ（または閾値ｄ１）、その他各種パラメタの情報等を、インターネット回線を通じてクラウドサーバーから取得するものであってもよい。また、取得した閾値ｄ（または閾値ｄ１）、その他各種パラメタの値を、推奨値として表示部６４においてユーザに提示する機能を有しているものであることも好ましい。

〔実施形態５〕
実施形態４では、シミュレーション装置６０が、備えた記録部６３に各種制御対象機器の型式、主軸制御部１１ａまたは従軸制御部１１ｂのモデル、主軸サーボ制御機構２０または従軸サーボ制御機構３０のモデル、閾値ｄ（または閾値ｄ１）の情報を有していた。一方、実施形態５においてこれらの情報は、同期制御装置５０がその記録部１３に保持している。

従って、実施形態５の同期制御システムでは、シミュレーション装置６０を備えなくとも同期制御装置１０の制御部１１に、選択された制御対象機器に応じた制御ロジックを容易に設定できる。実施形態５に係る同期制御システムの構成は、図７に示された同期制御システム２において、シミュレーション装置６０は必ずしも備えていなくてもよいものである。

実施形態５において、同期制御装置５０の制御部５１では、実施形態１に係る制御部１１の機能ブロックに加えて、少なくとも、閾値情報取得部５３の機能ブロックが設けられている。

実施形態５に係る同期制御装置１０は、端末等を通じてのユーザの操作により選択された従軸サーボ制御機構３０に応じて、また好ましくは従軸サーボ制御機構３０と主軸サーボ機構との組み合わせに応じて、閾値情報取得部５３が、記録部１３に保持されている閾値ｄ（あるいは閾値ｄ１）を従軸制御部１１ｂに設定する。

また、閾値情報取得部５３は、記録部１３に保持されている上記その他の情報に基づいて、更に制御部５１を設定してもよい。

あるいは変形例として、実施形態５に係る同期制御装置１０の制御部５１には、更に機種情報取得部５２の機能ブロックが設けられていてもよい。機種情報取得部５２は、インターフェース１２を介し、通信ネットワークを通じて、少なくとも接続された従軸サーボ制御機構３０の型式を認識する。そうして、認識した従軸サーボ制御機構３０に応じて、閾値情報取得部５３が、記録部１３に保持されている閾値ｄ（または閾値ｄ１）情報から選択した閾値ｄ（または閾値ｄ１）を従軸制御部１１ｂに設定するものであってもよい。

更に、機種情報取得部５２が認識した主軸サーボ制御機構２０と従軸サーボ制御機構３０との組み合わせに応じて、制御部１１における制御ロジックを設定するものであってもよい。

更に、実施形態５に係る同期制御装置１０は、選択された従軸サーボ制御機構３０または、主軸サーボ制御機構２０及び従軸サーボ制御機構３０との組み合わせにおいて適切な各種パラメタを、閾値情報取得部５３がインターネット回線を通じてクラウドサーバーから取得し、制御部１１に設定、若しくは推奨値としてユーザに提示する機能を有しているものであることも好ましい。

〔ソフトウェアによる実現例〕
同期制御装置１０の機能ブロック（特に、主軸指令位置生成部１１０、位相算出部１１１、速度算出部１１２、進角量算出部１１３、従軸指令位置変動抑制部１１４、従軸指令位置生成部１１５、第１座標変換部１１６、第２座標変換部１１７、第３座標変換部１１８、第４座標変換部１１９、機種情報取得部５２、閾値情報取得部５３）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、同期制御装置１０は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１、２ 同期制御システム
１０、５０ 同期制御装置
１１、５１ 制御部
１１ａ 主軸制御部
１１ｂ 従軸制御部
１１０ 主軸指令位置生成部
１１１ 位相算出部
１１２ 速度算出部
１１３ 進角量算出部
１１４ 従軸指令位置変動抑制部
１１５ 従軸指令位置生成部
１１６ 第１座標変換部
１１７ 第２座標変換部
１１８ 第３座標変換部
１１９ 第４座標変換部
５２ 機種情報取得部
５３ 閾値情報取得部
１２ インターフェース
１３ 記録部
２０ 主軸サーボ制御機構
Ｃｍ 主軸モータ制御部
Ｍｍ 主軸モータ
３０ 従軸サーボ制御機構
Ｃｓ 従軸モータ制御部
Ｍｓ 従軸モータ
４０ 通信ネットワーク
６０ シミュレーション装置
６１ シミュレート処理部
６２ インターフェース
６３ 記録部
６４ 表示部
６５ 選択部
６６ 送信部
ｒ 主軸指令位置
ｕ 従軸指令位置
Ｙｍ 主軸フィードバック位置
Ｙｓ 従軸フィードバック位置
Ｐｍ 主軸位相
Ｖ 主軸速度
Ｐａ 進角量
Ｐｓ 従軸指令位相

Claims (10)

1. 主軸サーボ制御機構に対して主軸指令位置を出力する主軸制御部と、
   前記主軸サーボ制御機構における主軸フィードバック位置を受信し、従軸サーボ制御機構に対して従軸指令位置を出力する従軸制御部と、を備え、
   前記従軸制御部は、前記主軸フィードバック位置に基づいて主軸位相を算出する位相算出部と、前記主軸フィードバック位置に基づいて主軸速度を算出する速度算出部と、前記主軸速度に応じた進角量を算出する進角量算出部と、従軸指令位相に基づいて前記従軸指令位置を生成する従軸指令位置生成部とを有し、
   更に、前記主軸位相に前記進角量を加算した予定従軸指令位相を算出し、前記主軸速度の正負が前の期間から反転する場合には前記予定従軸指令位相を前記従軸指令位相として生成し、前記主軸速度の正負が前の期間から反転しない所定の場合には、前の期間における前記従軸指令位相からの偏移の正負が前記主軸速度の正負から反転しない値を前記従軸指令位相として生成する、従軸指令位置変動抑制部を有する、同期制御装置。
2. 前記前の期間における従軸指令位相からの変化の方向が反転しない値は、前の期間における前記従軸指令位相である、請求項１に記載の同期制御装置。
3. 前記所定の場合は、前の期間における前記従軸指令位相と、前記予定従軸指令位相との差異の大きさが所定の閾値を超えた場合である、請求項１または２に記載の同期制御装置。
4. 前記所定の場合は、前記主軸速度の大きさの、前の期間からの減少幅が所定の閾値を超えた場合である、請求項１または２に記載の同期制御装置。
5. 複数機種についての前記従軸サーボ制御機構に応じた前記閾値の情報を記憶する記録部と、
   前記閾値の情報を、前記記録部に記憶された前記複数機種についての閾値の情報から選択して取得する閾値情報取得部と、を更に備える、請求項３または４に記載の同期制御装置。
6. 前記従軸サーボ制御機構に応じた前記閾値の情報を、通信ネットワークを介して取得する、閾値情報取得部を更に備える、請求項３または４に記載の同期制御装置。
7. 前記同期制御装置に接続されている前記従軸サーボ制御機構の機種情報を取得する、機種情報取得部を更に備え、
   前記閾値情報取得部が、前記機種情報取得部によって取得された機種情報に対応する前記閾値情報を取得する、請求項５または６に記載の同期制御装置。
8. 請求項３または４に記載の同期制御装置に接続されるシミュレーション装置であって、
   互いに異なる複数の前記閾値に対して、前記主軸制御部、前記従軸制御部、前記主軸サーボ制御機構、前記従軸サーボ制御機構の動作をシミュレートすることにより、互いに異なる複数の前記閾値に対する、前記主軸サーボ制御機構における前記主軸フィードバック位置及び前記従軸サーボ制御機構における従軸フィードバック位置のシミュレーションを実行するシミュレート処理部と、
   前記シミュレート処理部による、互いに異なる複数の前記閾値に対する複数のシミュレーション結果から、適正な前記閾値を選択する選択部と、
   前記選択部により選択された前記閾値の情報を、前記同期制御装置に送信する送信部と、を備えるシミュレーション装置。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の同期制御装置と、
   前記同期制御装置に接続された主軸サーボ制御機構と、
   前記同期制御装置に接続され従軸サーボ制御機構と、を備える、同期制御システム。
10. 主軸サーボ制御機構に対する主軸指令位置を算出する主軸指令位置算出ステップと、
    前記主軸サーボ制御機構における主軸フィードバック位置に基づいて主軸位相を算出する主軸位相算出ステップと、
    前記主軸フィードバック位置に基づいて主軸速度を算出する主軸速度算出ステップと、
    前記主軸速度に応じた進角量を算出する進角量算出ステップと、
    従軸指令位相に基づいて従軸指令位置を生成する従軸指令位置生成ステップと、
    前記主軸位相に前記進角量を加算した予定従軸指令位相を算出する予定従軸指令位相算出ステップと、
    前記主軸速度の正負が前の期間から反転する場合には前記予定従軸指令位相を前記従軸指令位相として生成し、前記主軸速度の正負が前の期間から反転しない所定の場合には、前の期間における前記従軸指令位相からの偏移の正負が前記主軸速度の正負から反転しない値を前記従軸指令位相として生成する従軸指令位置変動抑制ステップと、を有する同期制御方法。

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