JP2005176415A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータを低速から高速まで幅広く駆動する場合、オーバーシュートやアンダーシュートが発生したり、また停止時に外乱ノイズなどによってモータが振動しやすくなる。
【解決手段】パルス信号を入力するパルス入力回路３と、サンプリング時間毎に入力したパルス数を計数する指令パルスカウンタ４を備え、計数したパルス値がモータ８を駆動するための指令値とするモータ制御装置２からなり、少なくとも２つ以上のパルス入力回路３と、パルス入力回路と同数の指令パルスカウンタ４を備え、いずれか１つのパルス入力回路３にパルスを入力して、指令パルスカウンタ４で計数したパルス値を指令値とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。

従来、半導体製造装置やロボット、各種工作機械などのＦＡシステム装置には高精度の位置決めが要求されることから一般的にサーボモータとサーボアンプがよく利用されている。サーボアンプのシステム構成図を図１１に示す。このサーボモータにはモータの回転情報を検出するためのエンコーダ９がロータに接続されており、一回転あたり１００００以上のパルスを出力する。出力されたパルスはフィードバックパルスカウンタ１０でパルス数をカウントする。サーボアンプは上位コントローラ（指令出力装置１）、例えばシーケンサ等からの指令に従いサーボモータを駆動し、上位コントローラからの指令に対し、エンコーダやレゾルバからフィードバックされる位置情報が一致するようにサーボモータを制御する動作を行う。指令出力装置１からの指令はパルスによる指令が一般的である。指令出力装置１から出力された指令パルスはモータ制御装置２にあるパルス入力回路３で受信し、指令パルスカウンタ４で周期毎にパルス数をカウントする。カウントした指令パルス数とフィードバックパルスカウンタでカウントしたパルス数の偏差を偏差カウンタ６で演算し、この偏差が０となるように制御手段７でモータをコントロールする構成となっている。

最近では生産性の向上からモータの高速化と高精度な位置決めが要求されることから指令パルスの周波数は一段と高くなってきており、１Ｍｐｐｓを超えるパルスで指令を出すケースが増えてきている。指令パルスを受信するパルス入力回路３の構成は図１２、図１３のようになっており、フォトカプラで構成することによって指令出力装置１の出力回路はオープンコレクタ、ラインドライバのどちらでも接続することが可能である構成となっている。また、通常パルス入力回路にはノイズによる誤動作を防止するためにフィルタを備えている。しかし、指令パルスの高速化にともないフィルタのカットオフ周波数を高く設定する必要があるため、ノイズ耐量は低下する傾向にある。また、ノイズ耐量をあげるために差動ラインで信号を送信できるラインドライバを使用するケースが増えているが、図１２の入力回路では差動ラインのインピーダンスマッチングが取れず、必ずしもノイズ耐量が向上するとは限らない。

この改善策として、指令パルスを逓倍する方法や、エンコーダからのフィードバックパルスを分周して見かけ上の周波数を向上させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平４−３６１８３９号公報

解決しようとする問題点は、分周／逓倍の切替えを動作中にするのは難しいため、高速性を優先すると停止時のアンダーシュートや偏差が大きくなる。またアンダーシュートや偏差を小さくしようとすると高速性が損なわれる。

上記課題を解決するために本発明は、パルス信号を入力するパルス入力回路と、サンプリング時間毎に入力したパルス数を計数する指令パルスカウンタと、モータと、モータの回転角に応じてフィードバックパルスを出力するエンコーダと、フィードバックパルスを計数するフィードバックパルスカウンタと、計数した指令パルス値とフィードバックパルス値が等しくなるようにモータを駆動するモータ制御装置からなり、少なくとも２つ以上
のパルス入力回路と、パルス入力回路と同数の指令パルスカウンタを備え、いずれか１つのパルス入力回路にパルスを入力して、指令パルスカウンタで計数したパルス値を指令値とする。

または、パルス信号を入力するパルス入力回路と、サンプリング時間毎に入力したパルス数を計数する指令パルスカウンタと、モータと、モータの回転角に応じてフィードバックパルスを出力するエンコーダと、フィードバックパルスを計数するフィードバックパルスカウンタと、計数した指令パルス値とフィードバックパルス値が等しくなるようにモータを駆動するモータ制御装置からなり、少なくとも２つ以上のパルス入力回路と、パルス入力回路と同数の指令パルスカウンタと、指令パルスカウンタで計数したパルス値を足し合わせるパルス合成器を備え、パルス合成値で演算したパルス値を指令値とする。

または、少なくとも１つ以上のパルス入力回路に指令パルスを入力し、１つのパルス入力回路にエンコーダからのフィードバックパルス信号を入力する。

本発明のモータ制御装置によれば、モータを低速から高速まで低振動で精度良く駆動することができ、またオーバーシュートやアンダーシュートの発生も抑えることができる。また停止時に外乱ノイズなどによってモータが振動することも回避し、ＦＡ装置のタクトタイムを短縮することができる。

パルス信号を入力するパルス入力回路と、サンプリング時間毎に入力したパルス数を計数する指令パルスカウンタと、モータと、モータの回転角に応じてフィードバックパルスを出力するエンコーダと、フィードバックパルスを計数するフィードバックパルスカウンタと、計数した指令パルス値とフィードバックパルス値が等しくなるようにモータを駆動するモータ制御装置からなり、少なくとも２つ以上のパルス入力回路と、パルス入力回路と同数の指令パルスカウンタを備え、いずれか１つのパルス入力回路にパルスを入力して、指令パルスカウンタで計数したパルス値を指令値とする。

本発明によるモータ制御装置について、図１から図６を用いて説明する。

図１に本発明の実施例１におけるモータ制御システムブロック図を示す。１は指令出力装置、２はモータ制御装置、８はモータ、９はエンコーダを示している。

指令出力装置１はシーケンサなどのサーボアンプに接続する上位コントローラを示しており、図２、図３のように出力にはオープンコレクタ、あるいはラインドライバによる出力が一般的である。指令はパルスを出力し、図４から図６に示すように３つの方法がある。図４の方法によるとコントローラ出力１ａからパルスを出力した場合はＣＣＷ方向、コントローラ出力２ａからパルスを出力した場合はＣＷ方向への指令となる。移動量はパルス数となり、パルスの立ち上がりエッジをカウントする。図５の方法はコントローラ出力１ａから移動量となるパルスを出力し、モータ回転方向はコントローラ出力２ａがＨのときはＣＣＷ、ＬのときはＣＷとなる。図６の方法はコントローラ出力１ａとコントローラ出力２ａが９０度位相差をもったパルスとして、コントローラ出力２ａの信号が９０度進みの場合はＣＣＷ、９０度遅れの場合はＣＷとする。ここで、ＣＷ／ＣＣＷ、Ｈ／Ｌ、検出エッジの定義は逆でもよい。以上が指令出力装置１の説明である。

次にモータ制御装置２について説明する。モータ制御装置２はパルス入力回路３、指令パルスカウンタ４、指令選択器５、偏差カウンタ６、制御手段７、フィードバックパルス
１０で構成されている。

フィードバックパルスカウンタ１０はエンコーダ９から出力されるパルス数をカウントしてモータの位置情報を検出する。例えば、１回転で１００００パルスを出力するエンコーダでは、フィードバックパルスカウンタは０〜９９９９までをカウントする。最近ではエンコーダからの出力信号をシリアル信号で送信するものが多く、この場合も同様にカウント値とすれば０〜９９９９をカウントするようになっている。

偏差カウンタ６は、指令出力装置１からの指令を処理した総指令パルスカウント値２４とフィードバックパルスカウンタ１０でカウントしたパルス値を一定周期毎に検出し、その差を演算する。

制御手段７は偏差カウンタ６からのパルス偏差２５を０となるようにモータをコントロールする。

パルス入力回路３は図２あるいは図３のような回路構成となっている。図２はフォトカプラで構成しており、この場合は指令出力装置１の出力がオープンコレクタでもラインドライバでも受けることが可能であるため、サーボアンプのＩ／Ｆとして用いられている。図３はラインレシーバで構成しており、指令出力装置１の出力はラインドライバに限定される。ラインレシーバを用いる利点としては差動信号で処理するため、同相ノイズの影響をカットすることができる。そのためフィルタのカットオフ周波数をフォトカプラより小さくすることが可能となり、高速パルスを受信することができる。

指令パルスカウンタ４はパルス入力回路から出力されたパルスをカウントするものであり、信号のＨ／Ｌや位相関係などによってアップカウント／ダウンカウントすることによってＣＣＷ／ＣＷどちらの方向に移動するのか、または移動量を演算する。パルス入力回路３と指令パルスカウンタ４を２つ以上備え、パルス入力回路３の構成を少なくともフォトカプラとラインドライバそれぞれ１つ以上備えた構成とすることで、高速処理が必要であって指令出力装置１の出力構成がラインドライバを使用する。また、通常速度で駆動する場合には汎用性の高いフォトカプラ、あるいはラインドライバ出力を備えている場合はラインレシーバを使用する。

指令選択器５は複数の指令パルスカウンタ４からの入力で、どの指令パルスカウント値を使用するのかを選択する。ここで選択した指令パルスカウント値を総指令パルスカウント値２４として偏差カウンタ６に出力する。

パルス入力回路３と指令パルスカウンタ４を同数としているが、パルス入力回路３だけを複数として、指令パルスカウンタ４を１つにして、全てのパルス数を同じ指令パルスカウンタ４でカウントしてもよい。

以上のような構成とすることで、モータを低速から高速まで低振動で精度良く駆動することができ、またオーバーシュートやアンダーシュートの発生も抑えることができる。また停止時に外乱ノイズなどによってモータが振動することも回避し、ＦＡ装置のタクトタイムを短縮することができる。

図７、図８を用いて本発明の実施例２について説明する。

図７に示すように実施例１と異なるのは指令パルスカウンタ４からの指令パルスカウント値２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、・・・の処理方法でありこれについて説明する。

指令加算器１１は指令パルスカウンタ４でカウントした指令パルスカウント値２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、・・・のカウント値を加算して偏差カウンタ６に総指令パルスカウント値２４を出力する。この動作を図７と図８を用いて説明する。図８は指令パルス１ａ（ｂ）にパルスを与えたときにＣＣＷ方向、指令パルス２ａ（ｂ）にパルスを与えたときにＣＷ方向の指令とした場合の図である。図７のパルス入力回路１の信号が指令パルス１ａ、２ａであり、パルス入力回路２の信号が指令パルス１ｂ、２ｂである。指令パルス１ａと１ｂにパルスが入力された場合、指令パルスカウンタａ、ｂでそれぞれのパルス数をカウントする。カウントした指令パルスカウント値ａ、ｂは指令加算器１１で加算され、総指令パルスカウント値２４となる。パルス入力回路３を２構成とすることで２逓倍処理したことと同じ結果になる。次に指令パルス２ａにだけパルスを入力すると、総指令パルスカウント値２４は１ずつ減算する。この指令パルス１ａと１ｂ、２ａと２ｂは同期／非同期のどちらでもよい。

以上のような構成とすることで、実施例１より更に高速まで精度良く駆動することができ、またオーバーシュートやアンダーシュートの発生も抑えることができる。また停止時に外乱ノイズなどによってモータが振動することも回避し、ＦＡ装置のタクトタイムを短縮することができる。

図９、図１０を用いて本発明の実施例３について説明する。パルス入力回路と指令パルスの処理方法は実施例１と実施例２と同様である。実施例１と実施例２と異なるのはパルス入力回路の１つをエンコーダパルス出力器３０から出力されるフィードバックパルス３１を入力する構成としたことである。このエンコーダパルス出力器はモータに接続したロータの位置を検出するエンコーダ、あるいは設備に取り付けた外部スケールから出力される信号である。フィードバックパルス３１はパルス入力回路３に入力する。エンコーダパルス出力器３０の出力信号は通常ラインドライバで構成されているため、パルス入力回路３の形態としては図３に示すようなラインレシーバを使用する。パルス入力回路３の形態がフォトカプラの場合でも間にラインレシーバを介して接続することもできる。次にエンコーダパルスは９０度位相差の信号であるので、指令パルスカウンタ４は図６に示すカウンタ構成をとることで信号を処理することができる。指令パルスカウンタ４でカウントした信号は偏差カウンタ６へ出力する。偏差カウンタ６では指令選択器５、あるいは指令加算器１１の信号との差を演算して制御手段７へ出力する。

以上のような構成とすることで、エンコーダ入力と指令入力を共有化することが可能となるため、部品点数を削減することができる。

本発明のモータ制御装置によれば、モータを低速から高速まで低振動で精度良く駆動することができ、またオーバーシュートやアンダーシュートの発生も抑えることができる。また停止時に外乱ノイズなどによってモータが振動することも回避し、ＦＡ装置のタクトタイムを短縮する場合などに有用である。

本発明の実施例１におけるモータ制御システムブロック図 本発明の実施例１における第１のパルス入力回路図 本発明の実施例１における第２のパルス入力回路図 本発明の実施例１におけるパルスカウント動作１を示す図 本発明の実施例１におけるパルスカウント動作２を示す図 本発明の実施例１におけるパルスカウント動作３を示す図 本発明の実施例２におけるモータ制御システムブロック図 本発明の実施例２におけるパルスカウント動作を示す図 本発明の実施例３における第１のモータ制御システムブロック図 本発明の実施例３における第２のモータ制御システムブロック図 従来技術におけるモータ制御システムブロック図 従来技術における第１のパルス入力回路図 従来技術における第２のパルス入力回路図

符号の説明

１ 指令出力装置
２ モータ制御装置
３、３ａ、３ｂ、３ｃ パルス入力回路
４、４ａ、４ｂ、４ｃ 指令パルスカウンタ
５ 指令選択器
６ 偏差カウンタ
７ 制御手段
８ モータ
９ エンコーダ
１０ フィードバックパルスカウンタ
１１ 指令加算器
２０ａ１、２０ａ２、２０−１、２０−２ コントローラ出力
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ アンプ入力
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 指令パルス
２３、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 指令パルスカウント値
２４ 総指令パルスカウント値
２５ パルス偏差
３０ エンコーダパルス出力器
３１ フィードバックパルス

Claims (7)

1. パルス信号を入力するパルス入力回路と、サンプリング時間毎に入力したパルス数を計数する指令パルスカウンタと、モータと、モータの回転角に応じてフィードバックパルスを出力するエンコーダと、フィードバックパルスを計数するフィードバックパルスカウンタと、計数した指令パルス値とフィードバックパルス値が等しくなるようにモータを駆動するモータ制御装置からなり、少なくとも２つ以上のパルス入力回路と、パルス入力回路と同数の指令パルスカウンタを備え、いずれか１つのパルス入力回路にパルスを入力して、指令パルスカウンタで計数したパルス値を指令値とすることを特徴とするモータ制御装置。
2. パルス信号を入力するパルス入力回路と、サンプリング時間毎に入力したパルス数を計数する指令パルスカウンタと、モータと、モータの回転角に応じてフィードバックパルスを出力するエンコーダと、フィードバックパルスを計数するフィードバックパルスカウンタと、計数した指令パルス値とフィードバックパルス値が等しくなるようにモータを駆動するモータ制御装置からなり、少なくとも２つ以上のパルス入力回路と、パルス入力回路と同数の指令パルスカウンタと、指令パルスカウンタで計数したパルス値を足し合わせるパルス合成器を備え、パルス合成値で演算したパルス値を指令値とすることを特徴とするモータ制御装置。
3. 少なくとも１つ以上のパルス入力回路に指令パルスを入力し、１つのパルス入力回路にエンコーダからのフィードバックパルス信号を入力することを特徴とした請求項１と請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 請求項１から請求項３に記載のモータ制御装置を用いた半導体製造装置。
5. 請求項１から請求項３に記載のモータ制御装置を用いたロボット。
6. 請求項１から請求項３に記載のモータ制御装置を用いた工作機械。
7. 請求項１から請求項３に記載のモータ制御装置を用いた搬送装置。
   
   

Images