CN110955195B - 伺服控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的伺服控制装置具备指令接收部和伺服控制运算部。在测定模式下，指令接收部在每个指令接收周期非同步地接收控制装置在每个指令更新周期输出的计数值。伺服控制装置还具备：事件检测部，其在测定模式下，检测计数值的接收间隔产生偏差的事件的发生；偏差量计算部，其在测定模式下，根据事件的发生周期和指令接收周期，计算控制装置与伺服控制装置的时钟的偏差量；以及接收周期调整部，其在运转模式下，根据偏差量，调整指令接收周期。

Description

伺服控制装置
技术领域
本发明涉及伺服控制装置，具体涉及能够改进指令接收间隔的偏差的伺服控制装置。
背景技术
已知图1所示那样的运动系统，作为运动控制器的控制装置(数值控制装置等)和伺服控制装置(伺服驱动器等)非同步地进行通信(参照日本特开2006-359768号公报和日本特开2008-176673号公报)。在这样的运动系统中，控制装置以固定周期输出指令，伺服控制装置的指令接收部以固定周期接收该指令。伺服控制运算部根据所接收到的指令来驱动电动机。脉冲编码器向伺服控制运算部反馈位置或速度。
在这样的运动系统中，即使控制装置以固定周期进行指令更新(即指令输出)，伺服控制装置也有时无法以固定周期接收到该指令。具体地说，周期地产生指令接收定时错开伺服控制装置的一个动作周期的现象。
在图2中表示具体例子。控制装置根据指令更新周期M，周期地更新指令。伺服控制装置根据指令接收周期S，周期地试着接收指令。例如，如果指令更新周期M＝指令接收周期S×3，则在理论上，伺服控制装置应该必定能够在每3个指令接收周期中接收到指令。但是，实际上如图2所示，在每固定时间产生不是隔着3个而是隔着4个指令接收周期地接收到指令的现象。
作为这样的现象的主要产生原因，可以列举控制装置和伺服控制装置分别具有各自的时钟。理想的是两个装置的时钟在基准时刻、时钟间隔上完全一致，但实际上有时会稍有偏差。如果这样的偏差累积，而累积的偏差量高于指令接收周期S，则会产生上述现象。
控制装置和伺服控制装置以按照固定周期更新和接收指令为前提进行控制。因此，如果不按照固定周期进行伺服控制装置的指令接收，则在控制装置指示的电动机的速度或位置和伺服控制装置驱动的电动机的速度或位置之间产生不一致，定位精度会降低。另外，从指令更新到伺服控制装置接收而电动机进行驱动为止的响应时间会变慢。
在图3中，表示某定时下的基于控制装置输出的移动指令的电动机的速度(实线)与基于伺服控制装置的接收指令的电动机的速度(虚线)的比较。如果伺服控制装置的指令接收完全是固定周期的，即如果指令更新周期M严格地是指令接收周期S的整数倍，则两者本来应该是一致的。但是，如果伺服控制装置的指令接收产生一个周期量的偏差，则如图中圆围住的部分所示那样，在基于控制装置输出的移动指令的电动机的速度(实线)与基于伺服控制装置的接收指令的电动机的速度(虚线)之间，会产生相当于1×指令接收周期S的差分。此外，在图3中，列举了速度指令为例子，但对于位置指令，也可能产生同样的问题。
本发明就是用于解决这样的问题，其目的在于：提供能够改进指令接收间隔的偏差的伺服控制装置。
发明内容
本发明的一个实施方式的伺服控制装置具备：指令接收部，其在每个指令接收周期非同步地接收控制装置在每个指令更新周期输出的指令；伺服控制运算部，其根据上述指令来控制电动机，其特征在于，在测定模式下，上述指令接收部在每个上述指令接收周期非同步地接收上述控制装置在每个上述指令更新周期输出的计数值，上述伺服控制装置具备：事件检测部，其在上述测定模式下，检测在上述计数值的接收间隔产生偏差的事件的发生；偏差量计算部，其在上述测定模式下，根据上述事件的发生周期和上述指令接收周期，来计算上述控制装置和上述伺服控制装置的时钟的偏差量；接收周期调整部，其在运转模式下，根据上述偏差量，来调整上述指令接收周期。
本发明的一个实施方式的伺服控制装置的特征在于：上述接收周期调整部对上述指令接收周期的调整时间是上述伺服控制装置的最小时钟值的整数倍。
本发明的一个实施方式的伺服控制装置的特征在于：在上述接收周期调整部对上述指令接收周期的调整前后，上述指令接收周期的相位大致错开半个周期。
本发明的一个实施方式的伺服控制装置的特征在于，还具备存储上述偏差量的偏差缓存部。
根据本发明，能够提供能够改进指令接收间隔的偏差的伺服控制装置。
附图说明
参照附图根据以下的实施例的说明，能够了解本发明的上述和其他的目的和特征。
图1是说明包含伺服控制装置的运动系统的结构的图。
图2是表示现有的包含伺服控制装置的运动系统的动作的图。
图3是表示现有的包含伺服控制装置的运动系统的动作的图。
图4是表示伺服控制装置计算偏差量的方法的图。
图5是表示伺服控制装置计算偏差量的方法的图。
图6是表示实施例1的包含伺服控制装置的运动系统的动作的图。
图7是表示实施例1的包含伺服控制装置的运动系统的动作的图。
图8是表示实施例2的包含伺服控制装置的运动系统的动作的图。
图9是表示实施例2的包含伺服控制装置的运动系统的动作的图。
图10是表示包含伺服控制装置的运动系统的结构的图。
图11是表示包含伺服控制装置的运动系统的其他结构例子的图。
具体实施方式
说明本发明的伺服控制装置100的动作。伺服控制装置100具备检测指令接收间隔的偏差并修正偏差的机构。伺服控制装置100具有测定模式和运转模式这2个动作模式。
测定模式是指用于在根据实际的指令运转之前计算控制装置200与伺服控制装置100的时钟的偏差量的模式。伺服控制装置100预先存储有以下这样的两个装置的指令更新周期的关系。
指令更新周期M＝指令接收周期S×a(a＝1、2、3……)
使用图4和图5，说明伺服控制装置100计算两个装置的时钟的偏差量的方法。控制装置200周期地向伺服控制装置100输出被称为计数值的信号来代替指令。计数值的输出周期是指令更新周期M。伺服控制装置100周期地试着接收计数值。接收试行周期是指令接收周期S。伺服控制装置100在大多数情况下在每a次的接收试行中接收到计数值，但如果时钟的偏差累积，则在每a次的接收试行中产生无法接收到计数值的现象(以下称为事件)。具体地说，产生事件时的伺服控制装置100在上次的接收后第a+1次(参照图4)或第a-1次(参照图5)的接收试行中接收到计数值。事件的产生有周期性，其周期是每x次计数值更新。伺服控制装置100测定该周期x。然后，根据事件产生周期x和指令接收周期S，通过以下的公式计算时钟的偏差量。偏差量t表示伺服控制装置100的时钟所示的时间相对于控制装置200的时钟所示的时间在一个指令接收周期S中的超前程度。表示如果偏差量t为正，则伺服控制装置100的时钟超前，如果偏差量t为负，则伺服控制装置100的时钟延后。
在每x次计数值更新中，伺服控制装置100在a+1次的接收试行时接收到计数值的情况下(参照图4)，用下式表示偏差量t。
t＝S/(x×a)(接收间隔>a)
在每x次计数值更新中，伺服控制装置100在a-1次的接收试行时接收到计数值的情况下(参照图5)，用下式表示偏差量t。
t＝-S/(x×a)(接收间隔<a)
运转模式是根据控制装置200输出的实际的指令进行运转的模式。伺服控制装置100根据在测定模式下计算出的时钟的偏差量，在每次接收指令时，调整指令接收周期S使得不产生事件。即，伺服控制装置100改变指令接收周期S的长度。
用下式表示伺服控制装置100在第n次的指令接收时的偏差量Dn。T表示每个指令接收周期S的偏差量，Rn-1表示在上次(第n-1次)的指令接收时没有调整完的偏差量(以下称为结余时间)。
Dn＝t+Rn-1
Dn中的能够在第n次的指令接收时进行调整的偏差量(以下称为调整时间)依存于最小时钟值T。最小时钟值T是规定伺服控制装置100的所有处理的定时的时钟周期，是调整指令接收周期S的长度时的最小时间单位。由此，调整时间为最小时钟值T的整数倍，用下式表示。
调整时间＝Qn×T
Qn＝Dn/T的商的整数部分
伺服控制装置100将计算出的调整时间与指令接收周期S相加。由此，调整指令接收周期S的长度。在第n次的指令接收时没有调整完的偏差量在下次(第n+1次)的指令接收时作为结余时间来处理。用下式表示向第n+1次的结余时间Rn。
Rn＝Dn-(Qn×T)
根据这些处理，在各次的指令接收中，以最小时钟值T为单位调整接收周期。由此，随时地消除控制装置200与伺服控制装置100的时钟的偏差量t的累积，抑制事件的产生。
此外，即使对包含伺服控制装置100的运动系统1进行重启，偏差量t也不变，因此不需要再次计算。但是，处理开始的定时变化。因此，优选地，在重启时，在测定模式下预测一次下次的事件产生定时，此后切换到运转模式，调整指令接收周期S。
图10是表示本发明的实施方式的包含伺服控制装置100的运动系统1的结构的框图。运动系统1具备伺服控制装置100、控制装置200、电动机300、以及脉冲编码器310。
控制装置200例如是数值控制装置、PLC(可编程逻辑控制器)等上位控制装置。在测定模式下，向伺服控制装置100输出计数值，在运转模式下，向伺服控制装置100输出位置指令、速度指令等指令。
伺服控制装置100具备指令接收部110、事件检测部111、偏差计算部112、偏差缓存部113、接收周期调整部114、伺服控制运算部120。
指令接收部110接收控制装置200输出的计数值、或位置指令、速度指令等指令。
事件检测部111在测定模式下，检测伺服控制装置100的事件的产生。
偏差计算部112在测定模式下，根据事件产生周期x(在每x次计数值更新时产生事件)和指令接收周期S，计算控制装置200与伺服控制装置100的内部时钟的相对偏差量t。
偏差缓存部113临时保存在测定模式下由偏差计算部112计算出的偏差量t。
接收周期调整部114在运转模式下，根据保存在偏差缓存部113中的偏差量t，调整指令接收周期S，抑制事件产生。
伺服控制运算部120向电动机300输出与指令对应的指令脉冲信号。电动机300按照与指令脉冲信号对应的旋转角度和转速进行驱动。脉冲编码器310检测电动机300的轴的旋转角度和转速，作为编码器信号向伺服控制运算部120反馈。伺服控制运算部120根据编码器信号，进行反馈控制，调整指令脉冲信号。
作为实施例，公开伺服控制装置100的具体动作例子。
<实施例1>
使用图6和图7说明实施例1的包含伺服控制装置100的运动系统1的动作。如图6所示，在测定模式下，控制装置200按照指令更新周期M≈1毫秒，输出计数值。调整前、即测定模式下的伺服控制装置100试着按照指令接收周期S＝250微秒接收计数值。其结果是，周期地产生指令接收间隔变长的事件，这时为x＝5000、a＝4。即，在大多数情况下，指令接收部110在每4次的接收试行中接收到计数值，但偶尔在5次的接收试行中接收到计数值(事件产生)。在每5000次的指令更新中产生事件。其结果是，偏差计算部112计算出一个指令接收周期S的偏差量t为12.5。
在运转模式下，伺服控制装置100的接收周期调整部114在每次指令接收时，计算出偏差量Dn、调整量Qn、结余时间Rn。图7表示出计算出的偏差量Dn、调整量Qn、结余时间Rn的迁移。在调整量Qn为1的那次指令接收(用星标表示)中，以最小时钟值T＝20纳秒为单位，调整指令接收周期S，消除了一部分偏差量的累积。因此，可知在下一次的指令接收中，偏差量Dn减少了。
如图6所示，调整后、即运转模式下的伺服控制装置100在用星标所示的那次指令接收中，将指令接收周期S调整为250微秒+20纳秒。此外，在没有标记的那次指令接收中，不进行调整，因此指令接收周期S保持为250微秒。通过该调整，随时地消除了时钟的偏差量t的累积。因此，在运转模式下，没有产生事件。
此外，优选地，如图6所示那样，伺服控制装置100在从测定模式转移到运转模式时，换言之在开始调整时，通过中断使调整前的指令接收周期与调整后的指令接收周期的相位错开约a/2。由此，能够在最难以产生事件的定时开始指令接收。另外，优选在预测产生事件的那次指令接收的一次以上以前的定时进行该中断。由此，能够确保用于进行指令接收周期S的调整的处理时间，因此能够平稳地转移到运转模式。
<实施例2>
使用图8和图9，说明实施例2的包含伺服控制装置100的运动系统1的动作。如图8所示，在测定模式下，控制装置200按照指令更新周期M≈1毫秒，输出计数值。调整前、即测定模式下的伺服控制装置100按照指令接收周期S＝250微秒，试着接收计数值。其结果是周期地产生指令接收间隔变短的事件，这时为x＝5000、a＝4。即，在大多数情况下，指令接收部110在每4次的接收试行中接收到计数值，但偶尔在3次的接收试行中接收到计数值(事件产生)。在每5000次的指令更新中产生事件。其结果是，偏差计算部112计算出一个指令接收周期S的偏差量t为-12.5。
在运转模式下，伺服控制装置100的接收周期调整部114在每次指令接收时，计算出偏差量Dn、调整量Qn、结余时间Rn。图9表示出计算出的偏差量Dn、调整量Qn、结余时间Rn的迁移。在调整量Qn为-1的那次指令接收(用星标表示)中，以最小时钟值T＝20纳秒为单位，调整指令接收周期S，消除了一部分偏差量的累积。因此，可知在下一次的指令接收中，偏差量Dn的绝对值减少了。
如图8所示，调整后、即运转模式下的伺服控制装置100在用星标所示的那次指令接收中，将指令接收周期S调整为250微秒+20纳秒。此外，在没有标记的那次指令接收中，不进行调整，因此指令接收周期S保持为250微秒。通过该调整，随时地消除了时钟的偏差量t的累积。因此，在运转模式下，没有产生事件。
此外，在实施例2中，优选地，如图8所示那样，伺服控制装置100也在从测定模式转移到运转模式时，换言之在开始调整时，通过中断使调整前的指令接收周期与调整后的指令接收周期的相位错开约a/2。由此，能够在最难以产生事件的定时开始指令接收。另外，优选在预测产生事件的那次指令接收的一次以上以前的定时进行该中断。由此，能够确保用于进行指令接收周期S的调整的处理时间，因此能够平稳地转移到运转模式。
根据本实施方式，在控制装置200的指令更新与伺服控制装置100的指令接收不同步的情况下，伺服控制装置100计算出两个装置的时钟的偏差量，根据偏差量调整指令接收周期。因此，伺服控制装置100能够抑制指令接收间隔的偏差。其结果是，改进了控制装置200输出的指令与伺服控制装置100实际输出的指令的不一致，因此提高了响应性。另外，提高了定位精度。进而提高了加工精度，由此不合格率降低，提高了生产率。另外，能够进行稳定的实验设备的应用。
此外，本发明并不限于上述实施方式，在不脱离发明的主要内容的范围内，能够进行各种变形。例如，也可以如图11所示那样，将多个伺服控制装置100与控制装置200连接。在该情况下，在控制装置200与各个伺服控制装置100之间，实施上述实施方式所示的处理。

Claims (4)

1.一种伺服控制装置，该伺服控制装置具备：指令接收部，其在每个指令接收周期非同步地接收控制装置在每个指令更新周期输出的指令；以及伺服控制运算部，其根据上述指令来控制电动机，
其特征在于，
在测定模式下，上述指令接收部在每个上述指令接收周期非同步地接收上述控制装置在每个上述指令更新周期输出的计数值，
上述伺服控制装置具备：
事件检测部，其在上述测定模式下，检测在上述计数值的接收间隔产生偏差的事件的发生；
偏差量计算部，其在上述测定模式下，根据上述事件的发生周期和上述指令接收周期，来计算上述控制装置与上述伺服控制装置的时钟的偏差量；以及
接收周期调整部，其在运转模式下，根据上述偏差量，来调整上述指令接收周期。
2.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其特征在于，
上述接收周期调整部对上述指令接收周期的调整时间是上述伺服控制装置的最小时钟值的整数倍。
3.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其特征在于，
在上述接收周期调整部对上述指令接收周期的调整前后，上述指令接收周期的相位大致错开半个周期。
4.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其特征在于，
上述伺服控制装置还具备存储上述偏差量的偏差缓存部。
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