JP2000175473A - 任意補間を可能としたモータのパルス列制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーボ制御方式と同等の多軸制御における直
線、円弧及び任意の補間制御を可能とするモータのパル
ス列制御方式を提供すること。 【解決手段】 制御演算部１２は、偏差演算部１２−１
を含み、ホストシステム３１からの目標位置に応じて周
波数指令値を出力する。パルス発生部１３は、前記周波
数指令値に応じてパルスを発生しサーボモータ２０の駆
動ドライバ１４に与えるためのパルス発生器１３−１と
該パルス発生器で発生されたパルスをカウントするため
のパルスカウンタ１３−２とを有する。前記パルスカウ
ンタのカウント値を擬似現在位置として前記偏差演算部
にフイ一ドバックする疑似サーボループを形成して該偏
差演算部により前記目標位置と前記カウント値との偏差
を演算し、演算結果を前記周波数指令値として前記パル
ス発生器に与えるように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サーボモータ駆動
による駆動源を各軸毎に備えた多関節ロボットやＮＣ工
作機械のような機械装置におけるサーボモータの制御方
式に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーボモータの制御方式としては、パル
ス列制御方式とサーボ制御方式とが知られている。

【０００３】図２を参照して、従来のパルス列制御方式
について説明する。この制御方式は、ホストシステム２
１とパルス列制御ＩＣ２２と駆動ドライバ２３とを含
む。ホストシステム２１は、サーボモータ２０をどのよ
うな加減速カーブで駆動するかを設定すると共に、駆動
対象物の目標位置を設定するためのものである。パルス
列制御ＩＣ２２は、ホストシステム２１で設定された加
減速カーブを規定する動作指令コマンド受け、それに対
応した加減速関数に基づいて加減速パターンを作成する
加減速関数発生器２２−１と、この加減速パターンに基
づいてパルスを発生するパルス発生器２２−２と、パル
スを計数するパルスカウンタ２２−３と、パルス発生器
２２−２のパルス発生開始及び停止を規定する信号を出
力するコンパレータ２２−４とから成る。通常、加減速
関数発生器２２−１では、直線及びＳ字の加減速パター
ンを作成できるようにされている。

【０００４】パルスカウンタ２２−３は、スイッチ２２
−５の切換えにより、パルス発生器２２−２からのパル
スを計数する場合と、サーボモータ２０に備えられてい
るパルスエンコーダ等による位置検出器２０−１からの
パルスを計数する場合とがある。いずれにしても、コン
パレータ２２−４は、ホストシステム２１から動作指令
コマンドを受けるとパルス発生器２２−２のパルス発生
を開始させ、パルスカウンタ２２−３によるパルスのカ
ウント値が動作指令コマンドによる目標位置に一致する
とパルス発生を停止させる。

【０００５】本制御方式では、以下のような手順が必要
となる。

【０００６】作成すべき加減速パターンを予めパルス
列制御ＩＣ２２に設定しておく。

【０００７】１回の動作の最終的な目標位置を、ホス
トシステム２１に設定する。

【０００８】動作指令コマンドをホストシステム２１
からパルス列制御ＩＣ２２へ発行する。

【０００９】このパルス列制御方式では、ホストシステ
ム２１から設定された加減速カーブ、目標位置の動作指
令コマンドが出力されると、パルス列制御ＩＣ２２の加
減速関数発生器２２−１及びパルス発生器２２−２が動
作指令コマンドに対応した加減速パターンに基づくパル
スを発生し、駆動ドライバ２３を介してサーボモータ２
０を駆動する。スイッチ２２−５が位置検出器２０−１
側にある場合、位置検出器２０−１の検出信号がパルス
カウンタ２２−３に入力される。パルスカウンタ２２−
３は、検出信号におけるパルス数をカウントし、カウン
ト値をコンパレータ２２−４に出力する。コンパレータ
２２−４は、入力されたカウント値が動作指令コマンド
による目標値と一致するかどうかを比較する。そして、
入力されたカウント値が動作コマンドによる目標値と一
致するまで、パルス発生器２２−２のパルス発生を継続
させる。

【００１０】なお、スイッチ２２−５は、目標位置に対
する位置決め精度を重視する場合には、位置検出器２０
−１側に置かれ、応答性を重視する場合にはパルス発生
器２２−２側に置かれる。

【００１１】上記のパルス列制御方式では、一旦、加減
速カーブ、目標値が設定され、制御動作を開始すると、
動作途中での変更は不可能である。このため、以下のよ
うな欠点がある。

【００１２】動作に入った後、最終目標位置に達する
まで次の動作に入れない。

【００１３】動作中の速度の変更位置や変更の回数が
指定できず、連続した位置補間もできないので、多関節
ロボットやＮＣ工作機械などの高度な制御には適用でき
ない。

【００１４】補間機能は、３軸以上の場合は直線補間
（同時到達）のみで、２軸でも直線補間と円弧補間であ
る。

【００１５】一方、サーボ制御方式は、上記のような問
題点を解消する方式であり、図３を参照して、従来のサ
ーボ制御方式について説明する。このサーボ制御方式
は、ホストシステム３１、サーボ制御装置３２、駆動ド
ライバ３３とから成る。サーボ制御装置３２は、偏差演
算部３２−１、ＰＩＤサーボ演算部３２−２を含む。

【００１６】このサーボ制御方式では、ホストシステム
３１において補間演算、座標変換により目標位置ＰＣが
リアルタイムに生成される。生成された目標位置ＰＣ
は、サーボ制御装置３２の偏差演算部３２−１にリアル
タイム（時系列毎）に与えられる。偏差演算部３２−１
では、与えられた目標位置ＰＣと位置検出器２０−１で
検出された現在位置ＰＡとの偏差演算を行い、偏差をＰ
ＩＤサーボ演算部３２−２に出力する。ＰＩＤサーボ演
算部３２−２は、偏差に対して周知のＰＩＤサーボ演算
を行い、演算結果を速度指令値として駆動ドライバ３３
に与えることにより、サーボモータ２０が駆動される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このサーボ制御方式で
は、目標位置ＰＣをリアルタイム（時系列毎）に与える
ことができる。そのため、ホストシステム３１から複数
の各軸に対して任意の時点での目標位置を与えることが
でき、多軸制御において、直線、円弧に限らず任意の補
間動作が可能となる。

【００１８】しかし、このサーボ制御方式が適用される
のは、サーボ制御方式用のサーボモータに対してだけで
ある。言い換えれば、パルス列制御方式とサーボ制御方
式とはまったく異なる方式のために制御上分離せざるを
得ず、同列に扱うことはできない。したがって、これら
が混在しているようなシステムにおいて任意の補間制御
動作を行うことはできない。

【００１９】そこで、本発明の主たる課題は、サーボ制
御方式と同等の多軸制御における直線、円弧及び任意の
補間制御を可能とするモータのパルス列制御方式を提供
することにある。

【００２０】本発明の他の課題は、同一のシステムの中
で、パルス列制御方式のモータとサーボ制御方式のモー
タを区別なく入れ替え可能で混在させて制御することの
できるモータのパルス列制御方式を提供することにあ
る。

【００２１】本発明の更に他の課題は、シンプルで且つ
高速高精度の制御を低価格で実現することのできるモー
タのパルス列制御方式を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、補間演
算、座標変換により目標位置をリアルタイムに生成可能
なホストシステムからの前記目標位置に応答して、モー
タ駆動による駆動源を備えた機械装置におけるモータを
パルス列制御するモータのパルス列制御方式であって、
偏差演算部を含み、前記目標位置に応じて周波数指令値
を出力するための制御演算部と、前記周波数指令値に応
じてパルスを発生し前記モータの駆動ドライバに与える
ためのパルス発生器と該パルス発生器で発生されたパル
スをカウントするためのパルスカウンタとを有するパル
ス発生部とを有し、前記パルスカウンタのカウント値を
擬似現在位置として前記偏差演算部にフイ一ドバックす
る疑似サーボループを形成して該偏差演算部により前記
目標位置と前記カウント値との偏差ＰＥを演算し、演算
結果を前記周波数指令値として前記パルス発生器に与え
るように構成したことを特徴とする任意補間を可能とし
たモータのパルス列制御方式が提供される。

【００２３】なお、前記制御演算部は更に、１／Ｋｐ・
ＰＥ（ただし、Ｋｐは疑似サーボループ比例ゲイン）の
演算を行うサーボ演算部を含む。

【００２４】また、前記モータはパルスエンコーダによ
る位置検出器を有しており、前記駆動ドライバは、前記
パルス発生器からのパルス列と前記位置検出器からの検
出結果により前記モータを駆動する。

【００２５】

【作用】上記の構成により、１）サーボ制御方式のモー
タとパルス列制御方式のモータとを混在させ、多軸制御
で高速高精度な任意の補間制御ができるため、モーショ
ンコントローラのシステムがシンプルになる。また、
２）制御システムに要求される機能に応じたサーボ制御
方式のモータあるいはパルス列制御方式のモータが任意
に選択でき、また変更することが容易である。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明によるモ
ータのパルス列制御方式をサーボモータに適用する場合
の実施の形態について説明する。本方式は、図３と同様
のホストシステム３１と、偏差演算部１２−１とサーボ
演算部１２−２で構成される制御演算部１２と、パルス
発生器１３−１とパルスカウンタ１３−２とを有するパ
ルス発生部１３と、駆動ドライバ１４とから成る。

【００２７】制御演算部１２はＣＰＵで実現することが
できる。パルス発生部１３は、パルス発生器１３−１で
発生されたパルスをパルスカウンタ１３−２にてカウン
トしたカウント値を擬似現在位置ＰＡとして制御演算部
１２に出力する。すなわち、パルス発生部１３から制御
演算部１２への疑似サーボループを形成している。

【００２８】本方式では、図３で説明したサーボ制御方
式と同様に、ホストシステム３１から補間演算、座標変
更によりリアルタイム（時系列毎）に目標位置ＰＣが制
御部演算部１２に送られる。偏差演算部１２−１では、
この目標位置ＰＣと、駆動ドライバ１４に与えられるパ
ルスをパルスカウンタ１３−２でカウントした擬似現在
位置ＰＡとの偏差演算を行い、その結果をサーボ演算部
１２−２を通してパルス周波数指令値として、パルス発
生器１３−１に与える。パルス発生器１３−１は、与え
られた周波数指令値に応じた周波数にてパルス列を発生
し、駆動ドライバ１４はそのパルス列に応じてサーボモ
ータ２０を駆動する。なお、駆動ドライバ１４は、パル
ス発生器２２−２からのパルス列を指令値とし、位置検
出器２０−１からの位置検出信号におけるパルス列を現
在位置として監視しながらサーボモータ２０を駆動す
る。

【００２９】本方式の場合、サーボ制御方式と同様な擬
似サーボループを制御演算部１２とパルス発生部１３に
て構成しているので、目標位置をリアルタイム（時系列
毎）に与えることができ、ホストシステム３１において
任意の補間動作が可能となる。

【００３０】これは、図３のサーボ制御方式によるサー
ボ制御系の偏差演算部とＰＩＤサーボ演算部のサーボル
ープによる速度指令を、制御演算部１２とパルス発生部
１３による擬似サ一ボループのパルス列出力指令に置き
換えたこと及びホストシステム３１側からは、サーボ制
御方式と全く同様の信号による制御を可能としたことに
基づいている。

【００３１】なお、制御演算部１２の計算式は、パルス
発生器１３−１の出力をカウントした擬似現在位置をＰ
Ａ、ホストシステム３１から来る目標位置をＰＣ、パル
ス発生器１３−１への周波数指令値をｆ₀ とすると、 ｆ₀ ＝１／Ｋｐ（ＰＣ−ＰＡ） ＝１／Ｋｐ・ＰＥ で与えられる。

【００３２】ここで、Ｋｐは疑似サーボループの比例ゲ
インである。通常のサーボ演算と比べ最終結果が逆数演
算となっているのは、通常のサーボ演算の出力が速度指
令であるのに対し、本方式での出力がパルス列出力の周
波数、すなわち速度指令の逆数となっているためであ
る。この場合、周波数指令値を受け取ったパルス発生器
１３−１は周波数指令値どおりに発振するだけで良い。
この結果、駆動ドライバ１４への出力パルスはホストシ
ステム３１からの位置指令に自然に追従することにな
る。

【００３３】本制御方式による利点は以下の通りであ
る。

【００３４】（１）ホストシステム３１からサーボ制御
系を見た時、サーボ制御方式とまったく同様に見え、パ
ルス列制御方式／サーボ制御方式の違いが無く同列に扱
うことができる。

【００３５】（２）パルス発生のためのパルス発生部１
３は、周波数指令値どおりに発振するだけで良く、図２
のパルス列制御ＩＣに比べ単純である。

【００３６】（３）構成のどの部分を取っても非常にシ
ンプルであり、複雑な演算が必要ない。したがって、高
速・高精度の制御を低価格で実現できることになる。

【００３７】本制御方式の別の特徴としてサーボ軸の応
答特性を意図的に変更できる点がある。比例ゲインＫｐ
は疑似サーボループの応答特性を決定するゲインであ
る。パルス発生器１３−１の基準カウント周波数をｆｐ
（Ｈｚ）、制御演算部１２の疑似サーボ演算のサンプリ
ング周波数をｆｓ（Ｈｚ）とすると、比例ゲインＫｐは
次式、 Ｋｐ＝ｆｓ／ｆｐ で与えられ、このときｆｓ、ｆｐが十分に大きければ出
力パルスは目標位置指令に遅れなく追従すると考えて良
い。この時の比例ゲインＫｐの値を理論限界とすると、
Ｋｐを理論限界より小さく設定すれば、Ｋｐに比例して
サーボ系の追従が遅くなる。この性質を利用すると、各
軸の実際のサーボゲインを最大値としながらも、条件の
悪い軸に合わせて比例ゲインＫｐを調整することでサー
ボ偏差による追従遅れを相殺し、全体の軌跡精度を向上
させることができる。

【００３８】次に、本制御方式の適用例について説明す
る。本制御方式は、例えば半導体製造工場内で製品の搬
送に用いられるＡＧＶ（自立走行台車）に適用される。
このＡＧＶは、昇降軸にパルスモータ（位置フィードバ
ック無し）、旋回軸にＤＤモータ、走行軸にＡＣサーボ
モータとリニアモータが使用される。このようなＡＧＶ
ではパルス列制御方式とサーボ制御方式とが混在してお
り、各駆動源も軸毎に異なる。このようなＡＧＶに本制
御方式を適用するに際しては、以下の点が考慮される。

【００３９】（１）旋回軸にＤＤモータを採用するた
め、高速のパルス列出力が可能であること。

【００４０】（２）各軸のパルス列入力形態が異なるた
め、任意の出力形態に対応可能であること。

【００４１】（３）小型で低価格に押さえること。

【００４２】以上の点に対応するため、本制御方式のパ
ルス発生部１３にＦＰＧＡ（汎用プログラミングＩＣ）
を採用した。回路の構成がシンプルであることで汎用の
ＦＰＧＡに回路を構築することができ、その結果、高速
で多様な出力形式に対応可能であるにもかかわらず、小
型・低コストとすることができた。

【００４３】なお、本発明による制御方式は、サーボモ
ータに限らず、１）ステッピンダモータによる複雑、高
精度な軌跡制御に応用できる。また、２）複数メーカの
サーボドライバとステッピンダモータとを組み合わせた
システムにも適用できる。

【００４４】

【発明の効果】本発明においては、従来のサーボ制御方
式のサーボ制御系のサーボループに対応するパルス列制
御の擬似サーボループを制御演算部とパルス発生部とで
構成することにより、パルス列制御方式のモータを駆動
することが可能となる。このことにより、同一システム
でサーボ制御方式のモータとパルス列制御方式のモータ
とをホストシステムからは、同様に扱うことができ、多
軸制御において、高速高精度の任意の補間制御が可能と
なる。また、小容量にて比較的安価なパルスモータをサ
ーボモータと置き換えて制御することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるモータのパルス列制御方式をサー
ボモータに適用する場合の実施の形態の構成を示した図
である。

【図２】従来のパルス列制御方式の構成を示した図であ
る。

【図３】従来のサーボ制御方式の構成を示した図であ
る。

【符号の説明】

１２ 制御演算部 １２−１、３２−１ 偏差演算部 １２−２ サーボ演算部 １３ パルス発生部 １４、２３、３３ 駆動ドライバ ２０ サーボモータ ２０−１ 位置検出器 ３１ ホストシステム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊東 匠 神奈川県平塚市久領堤2711−11 朋立技研 株式会社内 Ｆターム(参考） 3F059 BA02 DD01 FB29 FC11 5H550 AA18 DD06 DD07 GG02 JJ02 JJ23 JJ24 KK05 LL36

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 補間演算、座標変換により目標位置をリ
   アルタイムに生成可能なホストシステムからの前記目標
   位置に応答して、モータ駆動による駆動源を備えた機械
   装置におけるモータをパルス列制御するモータのパルス
   列制御方式であって、 偏差演算部を含み、前記目標位置に応じて周波数指令値
   を出力するための制御演算部と、 前記周波数指令値に応じてパルスを発生し前記モータの
   駆動ドライバに与えるためのパルス発生器と該パルス発
   生器で発生されたパルスをカウントするためのパルスカ
   ウンタとを有するパルス発生部とを有し、 前記パルスカウンタのカウント値を擬似現在位置として
   前記偏差演算部にフイ一ドバックする疑似サーボループ
   を形成して該偏差演算部により前記目標位置と前記カウ
   ント値との偏差ＰＥを演算し、演算結果を前記周波数指
   令値として前記パルス発生器に与えるように構成したこ
   とを特徴とする任意補間を可能としたモータのパルス列
   制御方式。
2. 【請求項２】 請求項１記載のパルス列制御方式におい
   て、前記制御演算部は更に、１／Ｋｐ・ＰＥ（ただし、
   Ｋｐは疑似サーボループ比例ゲイン）の演算を行うサー
   ボ演算部を含むことを特徴とする任意補間を可能とした
   モータのパルス列制御方式。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは２記載のパルス列制御
   方式において、前記モータはパルスエンコーダによる位
   置検出器を有しており、前記駆動ドライバは、前記パル
   ス発生器からのパルス列と前記位置検出器からの検出結
   果により前記モータを駆動することを特徴とする任意補
   間を可能としたモータのパルス列制御方式。