JP2002335685A - サーボモータの制御方法 - Google Patents

サーボモータの制御方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーボモータシステムの異常処理時の不安定
状態を回避する。 【解決手段】 サーボモータへの電流指令値を最大電流
制限値Imaxにて出力する時間が所定の異常判定時間T
e以上続いた場合には、その後の電流指令値を各判定時
間Th1・Th2・Th3の経過に応じて低減する低減電流制
限値Is1・Is2・Is3に制限する。 【効果】 異常判定後にも低減電流制限値による電流指
令値を出力し続けることができるため、瞬時停止により
例えば不安定な姿勢で停止するような弊害を回避するこ
とができると共に、障害物へ突き当たって大電流を流し
続けることによりサーボモータやドライバが熱破壊して
しまうなどの不都合を回避することができる。また、電
流指令値の低減により、発生トルクも低下していくの
で、動作を停止する制御を行うような場合に安全に停止
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、サーボモータの制
御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、サーボモータは、工作機械やロ
ボットなどの動作におけるスタートやストップあるいは
反転などに高い応答性が要求される分野において広く使
用されている。そのようなサーボモータの制御にあって
は、典型的には、被制御量(例えばモータ回転速度)が
その指令値に一致するように、通常スイッチング素子か
らなる駆動回路にマイクロコンピュータなどから適切な
PWM信号を供給する形で行われる。
【0003】上記サーボモータの制御の一例を図2に示
されるサーボシステムについて示す。図2に示されるよ
うに、サーボモータ1を制御する制御回路10には、エ
ンコーダからの信号を処理してサーボモータ1の回転速
度を検出する回転速度検出部2と、検出されたモータ回
転速度と速度指令値とに基づいて電流指令値を算出する
電流指令値算出部3と、モータ電流を検出する電流検出
部4と、算出された電流指令値と検出されたモータ電流
値とに基づいてPWM信号を決定するPWM制御部5
と、PWM信号に従って動作しサーボモータ1に電流を
流して駆動する駆動回路6とが設けられている。なお、
駆動回路5は例えばFETやバイポーラトランジスタの
ような複数のスイッチング素子からなる。
【0004】このようなサーボシステムを産業用の多軸
ロボットなどに用いた場合に、例えばロボットアームが
移動途中で重量物に衝当すると、上記速度指令値を維持
しようとして電流指令値を上昇させることになる。その
電流指令値がサーボモータ1における電流上限値(図3
のImax)を許容し得る時間であって良いエラー判定時
間(図3のTe)以上続いた場合には、サーボモータ1
や駆動回路5(ドライバ)の保護のために、サーボモー
タ1を停止させるなどの異常処理を行うようにしてい
る。
【0005】図3に示されるように、電流指令値の出力
を、電流制限値Imaxに達しない場合や電流制限値Imax
に達してもエラー判定時間Te内の場合にはそのまま続
行して良い。それに対して、電流指令値が電流制限値I
maxに達した状態がエラー判定時間Te以上継続した場
合には、そのエラー判定時間Te経過時に、エラーフラ
グを立てて電流指令値の出力を停止することにより上記
異常処理を行うことができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】サーボシステムにおけ
る上記異常処理にあっては、電流制限値が高過ぎたり許
容時間が長過ぎたりすると異常判定前にサーボモータや
ドライバが壊れてしまう。それに対して、許容時間を短
くすることや電流制限値を低めに設定することでサーボ
モータやドライバの保護が可能である。
【0007】しかしながら、上述した産業用多軸ロボッ
トなどにあっては、上記異常処理によりサーボモータが
瞬時に停止すると、その停止した時が動作途中の不安定
な状態であった場合にはロボットの姿勢が不安定にな
り、その場合には異常発生後の復帰処理が煩雑化するな
どの問題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、サーボモータを用いたシステムの異常処理時の不安
定状態を回避し得るために、本発明に於いては、モータ
の電流指令値を最大電流制限値にて出力する時間が所定
の異常判定時間以上続いた場合には、その後の前記電流
指令値を前記電流指令値の出力時間経過に応じて低減す
る低減電流制限値により制限することとした。
【0009】これによれば、異常判定後にも低減電流制
限値による電流指令値を出力し続けることができるた
め、瞬時停止により例えば不安定な姿勢で停止するよう
な弊害を回避することができると共に、障害物へ突き当
たって大電流を流し続けることによりサーボモータやド
ライバが熱破壊してしまうなどの不都合を回避すること
ができる。また、電流指令値の低減により、発生トルク
も低下していくので、動作を停止する制御を行うような
場合に安全に停止させることができる。
【0010】また、前記低減電流制限値が時間経過に応
じて低減して定格トルク電流値より小さくなる場合に
は、前記電流指令値の上限を前記定格トルク電流値より
小さな小電流制限値に制限し、かつ所定時間経過後に前
記電流指令値の制限を前記最大電流制限値に戻すことに
よれば、定格トルク電流値以上の電流指令値を出力する
ことにより過熱したサーボモータやドライバを、定格ト
ルク電流値より小さな小電流制限値に制限することによ
りサーボモータの駆動を停止することなく上記過熱した
分を冷却することができる。そして、冷却に十分な所定
時間経過後には初期状態の電流指令値に対する制限を最
大電流制限値に戻すことにより、異常による動作を繰り
返すような場合でもサーボモータやドライバの熱破壊を
防止することができる。
【0011】また、前記電流指令値が前記定格トルク電
流値以上の場合の前記定格トルク電流値に対する過大電
流量が、前記電流指令値が前記小電流制限値になった場
合の前記定格トルク電流値に対する小電流制限量以下に
なるように、前記小電流制限値に制限する前記所定時間
が設定されていると良い。この場合の過大電流量とは定
格トルク電流値に対してそれ以上流した部分の面積に相
当し、小電流制限量とは小電流制限値で流した部分の定
格トルク電流値に対する面積に相当する。このように、
電流指令値が定格トルク電流値以上になって過大に流し
た電流量が生じた場合には、定格トルク電流値以下の小
電流制限値にすると共に、その状態に制限する時間を小
電流制限値による定格トルク電流値に対する電流量が過
大電流量以上になるように設定することにより、定格ト
ルク電流値以上流して過熱した分を、サーボモータやド
ライバの駆動を停止することなく冷却することができる
と共に、サーボモータの仕様違いにも同一の制御プログ
ラムで対応でき、汎用性のある制御を構築できる。
【0012】特に、前記低減電流制限値が、段階的に低
減することにすれば、低減電流制限値と段階毎に電流指
令値を出力する時間とをマップ化することができ、簡単
な制御で上記目的を達成することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。
【0014】図1は、本発明に基づくサーボモータの制
御要領を示すタイムチャートである。本発明が適用され
るサーボシステムは従来例の図2で示したものと同様で
あって良く、その図示及び詳細な説明を省略する。ま
た、図において、最大電流制限値Imaxは従来例と同様
であって良く、また、その最大電流制限値Imaxを流し
得る時間に相当する異常判定時間Teが設定されてい
る。
【0015】図に示されるように、電流指令値が上昇し
て最大電流制限値Imaxに制限された値になり、かつそ
の最大電流制限値Imaxにて出力され続けてその出力継
続時間が異常判定時間Teに達した場合には、異常な電
流指令制御であると判断し、その後の電流指令値を低減
電流制限値として最大電流制限値Imaxより低い第1の
電流制限値Is1に制限する。
【0016】このように、電流指令値を、異常処理で即
座にモータ停止状態にするのではなく、第1の電流制限
値Is1にて出力するようにすることから、異常判定後に
もサーボモータ1を駆動させることができる。これによ
り、例えば産業用多軸ロボットにおいて不安定な状態の
時に瞬時に停止してしまい、その後の復帰処理において
作業し難くなることを回避することができる。
【0017】また、図1に示されるように電流指令値を
上記第1の電流制限値Is1にて出力し続ける時間が第1
の判定時間Th1に達したら、第1の電流制限値Is1より
低い第2の電流制限値Is2を設定し、その後の電流指令
値を低減電流制限値としての第2の電流制限値Is2に制
限するようにしている。
【0018】このように、電流指令値を徐々に低減する
ことにより、上記した瞬時停止による弊害を回避すると
共に、例えばロボットアームがその移動範囲内に不意に
入ってきた重量物に衝当した場合に、大電流を流し続け
ることによりサーボモータ1や駆動回路6(ドライバ)
が熱破壊してしまうなどの不都合を回避することができ
る。また、電流指令値の低減により、発生トルクも低下
していくので、動作を停止する制御を行うような場合に
安全に停止させることができる。
【0019】さらに、図1に示されるように電流指令値
を上記第2の電流制限値Is2にて出力し続ける時間が第
2の判定時間Th2に達したら、定格トルク電流値Itよ
り低い小電流制限値としての第3の電流制限値Is3を設
定し、その後の電流指令値を第3の電流制限値Is3に制
限するようにしている。そして、この第3の電流制限値
Is3による電流指令値を出力し続けるように制限する所
定時間として第3の判定時間Th3を設定している。
【0020】このように異常判定により電流指令値を徐
々に低減しているが、定格トルク電流値It以上の電流
指令値に応じて流れた過大電流によりサーボモータ1や
駆動回路6(ドライバ)が過熱する。そのため、上記第
3の電流制限値Is3にて制限することにより定格トルク
電流値Itよりも低い電流を流して、それによりサーボ
モータ1の駆動を停止することなく上記過熱した分を冷
却するようにしている。
【0021】なお、この第3の判定時間Th3の長さは、
図1に示されるように、電流指令値が定格トルク電流値
It以上で出力されている間の面積(過大電流量)A
が、電流指令値が定格トルク電流値It以下の上記第3
の電流制限値Is3で出力されている間、すなわち定格ト
ルク電流値Itに対して不足する部分の面積(小電流制
限量)B以下(A≦B)になるように設定されていて良
い。
【0022】そして、第3の電流制限値Is3にて第3の
判定時間Th3が経過することにより、上記したようにサ
ーボモータ1や駆動回路6(ドライバ)を冷却して元の
状態(温度)に戻すことができるため、第3の判定時間
Th3の経過時に電流指令値に対する制限を初期状態の最
大電流制限値Imaxとして良い。このようにすることに
より、上記したような異常による動作を繰り返すような
場合でも、過大電流により過熱した分を冷却することが
でき、サーボモータ1や駆動回路6(ドライバ)の熱破
壊を防止することができる。
【0023】また、上記したように動作中の電流量(上
記面積)の比較で良いことから、そのように設計した同
一のプログラムを仕様違いのサーボモータに対しても容
易に適用でき、汎用性が高い。
【0024】なお、本図示例では低減電流制限値を段階
的に下げたが、段階的に下げることに限られるものでは
なく、所定の関数に基づいて低下させるようにしても良
く、例えば曲線状に低減させる場合には低電流制限値の
切り替わり時のトルク変動を無くした円滑な制御を行う
ことができる。
【0025】
【発明の効果】このように本発明によれば、異常判定後
にも低減電流制限値による電流指令値を出力し続けるこ
とができるため、瞬時停止により例えば不安定な姿勢で
停止するような弊害を回避することができると共に、障
害物へ突き当たって大電流を流し続けることによりサー
ボモータやドライバが熱破壊してしまうなどの不都合を
回避することができる。また、電流指令値の低減によ
り、発生トルクも低下していくので、動作を停止する制
御を行うような場合に安全に停止させることができる。
【0026】また、定格トルク電流値以上の電流指令値
を出力することにより過熱したサーボモータやドライバ
を、定格トルク電流値より小さな小電流制限値に制限す
ることによりサーボモータの駆動を停止することなく上
記過熱した分を冷却することができると共に、冷却に十
分な所定時間経過後には初期状態の電流指令値に対する
制限を最大電流制限値に戻すことにより、異常による動
作を繰り返すような場合でもサーボモータやドライバの
熱破壊を防止することができる。
【0027】また、定格トルク電流値を基準として、そ
れぞれの電流制限値とその流した時間との積による両面
積の比較において小電流制限値による面積の方が大きく
なるように、小電流制限値に制限する時間を設定するこ
とにより、定格トルク電流値以上流して過熱した分を、
サーボモータやドライバの駆動を停止することなく冷却
することができると共に、サーボモータの仕様違いにも
同一の制御プログラムで対応でき、汎用性のある制御を
構築できる。
【0028】特に、低減電流制限値が段階的に低減する
ことによれば、低減電流制限値と段階毎に電流指令値を
出力する時間とをマップ化することができ、簡単な制御
で上記目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づくサーボモータの制御要領を示す
タイムチャート。
【図2】サーボシステムの概略を示すブロック図。
【図3】従来のサーボモータの制御要領を示すタイムチ
ャート。
【符号の説明】
1 サーボモータ 2 回転速度検出部 3 電流指令値算出部 4 電流検出部 5 PWM制御部 6 駆動回路 10 制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 裕人 群馬県桐生市広沢町1丁目2681番地 株式 会社ミツバ内 (72)発明者 磯村 俊章 群馬県桐生市広沢町1丁目2681番地 株式 会社ミツバ内 Fターム(参考) 5H550 AA18 BB08 DD01 GG03 GG05 HA07 HA08 HA09 HB16 JJ18 JJ30 LL07 LL22 MM02 MM04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータの電流指令値を最大電流制限値に
    て出力する時間が所定の異常判定時間以上続いた場合に
    は、その後の前記電流指令値を前記電流指令値の出力時
    間経過に応じて低減する低減電流制限値により制限する
    ことを特徴とするサーボモータの制御方法。
  2. 【請求項2】 前記低減電流指令値の上限を時間経過に
    応じて低減して定格トルク電流値より小さな小電流制限
    値に制限し、かつ所定時間経過後に前記電流指令値の制
    限を前記最大電流制限値に戻すことを特徴とする請求項
    1に記載のサーボモータの制御方法。
  3. 【請求項3】 前記電流指令値が前記定格トルク電流値
    以上の場合の前記定格トルク電流値に対する過大電流量
    が、前記電流指令値が前記小電流制限値になった場合の
    前記定格トルク電流値に対する小電流制限量以下になる
    ように、前記小電流制限値に制限する前記所定時間が設
    定されていることを特徴とする請求項2に記載のサーボ
    モータの制御方法。
  4. 【請求項4】 前記低減電流制限値が、段階的に低減す
    ることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに
    記載のサーボモータの制御方法。
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