JP2006304442A

JP2006304442A - 磁極検出方法およびモータ駆動装置

Info

Publication number: JP2006304442A
Application number: JP2005120512A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sato; 一男佐藤
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】異常検出手段を駆動装置に具備することなく、２軸間の捩れを生じることなく、磁極検出ができる方法を提供することを目的とする。
【解決手段】第１モータおよび第２モータとも同じ位相で同時にトルクの出力応答を検出し、磁極を検出する手段により、前記第１モータおよび前記第２モータの磁極を検出するものである。或いは２軸のうち１軸ずつ同期して１軸に追従しながら、前記第１モータおよび前記第２モータの磁極を検出するものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、機械的に結合された２軸の多軸機械を制御するモータ制御装置の磁極検出方法に関する。

従来の機械的に結合された２軸を有する多軸機械を制御するモータ駆動装置の磁極検出方法としては、位置検出器が１つの場合に、マスタ軸、スレーブ軸の電動機の相対磁極位置ずれを調整し、同時に磁極位置検出動作をさせ位置フードバックによって動作異常を検出するものがある（例えば、特許文献１）。従来のモータ駆動装置の構成について図６を用いて説明する。数値制御装置で構成される数値制御部１、マスタ軸の同期リニアモータ４ｍを駆動制御する電動機制御部を構成するマスタ制御部２ｍ、及びスレーブ軸の同期リニアモータ４ｓを駆動制御する電動機制御部を構成するスレーブ制御部２ｓ、及びマスタアンプ３ｍ、スレーブアンプ３ｓで構成されている。マスタ軸の同期リニアモータ４ｍは、固定子５ｍと可動子６ｍで構成され、又、スレーブ軸の同期リニアモータ４ｓは、固定子５ｓと可動子６ｓで構成されている。固定子５ｍ，５ｓと可動子６ｍ，６ｓの一方に磁極、他方に励磁巻線が施されている。この図１に示す実施形態では、固定子５ｍ，５ｓに磁極が設けられ、可動子６ｍ，６ｓに励磁巻線が施されている。
さらに、マスタ軸、スレーブ軸には、可動子６ｍ，６ｓの位置・速度を検出するリニアスケール７ｍ，７ｓがそれぞれ設けられ、該リニアスケール７ｍ，７ｓで検出された位置・速度は、それぞれマスタ制御部２ｍ、スレーブ制御部２ｓにフィードバックされている。又、各可動子６ｍ，６ｓには、被駆動体のテーブル８が取り付けられている。
数値制御部１からは、移動指令がマスタ制御部２ｍ，スレーブ制御部２ｓに出力され、該移動指令に基いて各マスタ制御部２ｍ，スレーブ制御部２ｓはそれぞれのマスタアンプ３ｍ、スレーブアンプ３ｓを介して同期リニアモータ４ｍ，４ｓを駆動制御して、各可動子６ｍ、６ｓに取り付けられたテーブル８を同期して駆動制御する。
次に、従来のモータ駆動装置の磁極検出方法について図７を用いて説明する。数値制御部１に磁極位置検出指令が入力されると、数値制御部１のプロセッサは、まず、該数値制御部１に接続された同期電動機が磁極位置を検出するセンサを備えているものか否か判断し（ステップ１００）、複数の同期電動機で１つの被駆動体を駆動制御するタンデム制御か否か判断する（ステップ１０１）。次に位置検出のためのスケールが１つか、２つ以上か判断される（ステップ１０２）。この図６に示した実施形態では、リニアスケールが２本あることから、ステップ１１０に移行し、まず、マスタ制御部２ｍに対してはイネーブル信号をＯＮ、スレーブ制御部２ｓに対してはイネーブル信号をＯＦＦと指令する。これにより、マスタ制御部２ｍは、同期リニアモータ４ｍを駆動するマスタアンプ３ｍへのＰＷＭ信号をＯＮ状態にし、かつ、スレーブ制御部２ｓは、スレーブアンプ３ｓへのＰＷＭ信号をＯＦＦ状態にすることによって、スレーブ軸の同期リニアモータ４ｓは励磁が解かれ、自由に移動可能なフリー状態とする。そして、数値制御部１のプロセッサはマスタ制御部２ｍに磁極位置検出開始指令を出力する（ステップ１１１）。この磁極位置検出開始指令を受けてマスタ制御部２ｍのプロセッサは、磁極位置検出動作処理を開始する。
このように、従来の２軸を有するモータ駆動装置では、２軸のうち１軸を動作状態、もう１軸をフリー状態で１軸ずつ磁極検出するという手順がとられていた。
特開２００４−２３６４３３号公報（第４−５頁、図１、図２）

従来の磁極方法では、２軸のうち１軸を動作状態、もう１軸をフリー状態で１軸ずつ磁極検出するという手順をとっているので、磁極検出のために動作軸を大きく移動すると２軸間を捻る等の問題が生じていた。
また、２軸間の捻れの問題を解決するためには、駆動装置に異常検出手段などを備える必要があり、複雑なプログラム処理を行わなければならず、誤動作の要因の１つになる等の問題も生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、異常検出手段を駆動装置に具備することなく、２軸間の捩れが生じることなく、磁極検出ができる方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の発明は、機械的に結合された２軸を有する多軸の機械を駆動する多軸駆動装置で、前記２軸のうち１軸を駆動する第１モータと第１駆動装置と、前記２軸のうち他の１軸を駆動する第２モータと第２駆動装置と、前記２軸以外の第３モータから第ｎモータと、第３駆動装置から第ｎ駆動装置と、伝送手段を介してサンプリング時間ごとに前記第１駆動装置から前記第ｎ駆動装置までを制御するコントローラからなるサーボ制御装置の前記第１駆動装置および前記第２駆動装置の磁極検出方法において、前記第１モータおよび前記第２モータとも同じ位相で同時にトルクの出力応答を検出し、磁極を検出する手段により、前記第１モータおよび前記第２モータの磁極を検出するものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記磁極を検出する手段では、前記第１モータおよび前記第２モータ間の位相差を記憶する手段を持ち、前記第１モータおよび前記第２モータの一方は、前記第１モータおよび前記第２モータ間の位相差を合わせ、同じ位相でトルク指令し、２軸とも同時に磁極を検出するものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記磁極を検出する手段では、前記第１モータおよび前記第２モータの駆動装置を同期して制御する制御手段を持ち、前記制御手段により前記第１モータおよび前記第２モータとも同時に磁極を検出するものである。
また、請求項４に記載の発明は、機械的に結合された２軸を有する多軸の機械を駆動する多軸駆動装置で、前記２軸のうち１軸を駆動する第１モータと第１駆動装置と、前記２軸のうち他の１軸を駆動する第２モータと第２駆動装置と、前記２軸以外の第３モータから第ｎモータと、第３駆動装置から第ｎ駆動装置と、伝送手段を介してサンプリング時間ごとに前記第１駆動装置から前記第ｎ駆動装置までを制御するコントローラからなるサーボ制御装置の前記第１駆動装置および前記第２駆動装置の磁極検出方法において、前記第１モータおよび前記第２モータの一方を小さなトルクで駆動してその応答から、前記第１モータおよび前記第２モータの磁極を検出する手段を持ち、前記第１モータおよび前記第２モータの磁極を検出するものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記磁極を検出する手段では、前記第１モータおよび前記第２モータを駆動できる最低限の磁極を検出できるものである。
また、請求項６に記載の発明は、機械的に結合された２軸を有する多軸の機械を駆動する多軸駆動装置で、前記２軸のうち１軸を駆動する第１モータと第１駆動装置と、前記２軸のうち他の１軸を駆動する第２モータと第２駆動装置と、前記２軸以外の第３モータから第ｎモータと、第３駆動装置から第ｎ駆動装置と、伝送手段を介してサンプリング時間ごとに前記第１駆動装置から前記第ｎ駆動装置までを制御するコントローラからなるサーボ制御装置の前記第１駆動装置および前記第２駆動装置の磁極検出方法において、磁極を検出する手段と片側に位置又は速度で追従する追従手段を持ち、前記第１モータおよび前記第２モータのうち磁極の分かっている一方は位置又は速度制御で片側に追従し、磁極の分かっていないもう一方はトルクで駆動してその応答から、磁極を検出するものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記位置又は速度制御で片側に追従する手段では、前記コントローラが位置又は速度を監視するとともに一方に指令し、駆動装置が一方の位置又は速度を監視する手段を持ち、一方の位置又は速度に追従するものである。
また、請求項８に記載の発明は、機械的に結合された２軸を有する多軸の機械を駆動する多軸駆動装置で、前記２軸のうち１軸を駆動する第１モータと第１駆動装置と、前記２軸のうち他の１軸を駆動する第２モータと第２駆動装置と、前記２軸以外の第３モータから第ｎモータと、第３駆動装置から第ｎ駆動装置と、伝送手段を介してサンプリング時間ごとに前記第１駆動装置から前記第ｎ駆動装置までを制御するコントローラからなるサーボ制御装置の前記第１駆動装置および前記第２駆動装置において、前記第１モータおよび前記第２モータとも同じ位相で同時にトルクの出力応答を検出し、磁極を検出する手段と、前記第１モータおよび前記第２モータの磁極を検出する手段とからなるものである。

請求項１および８に記載の発明によると、２軸とも同じ位相で同時にモータの磁極を検出することができるので、２軸間を捻らないようにすることができる。
また、請求項２に記載の発明によると、２軸間の位相差で同じ位相とし磁極を検出するので同じ動作にすることができる。
請求項３に記載の発明によると制御手段により、２軸とも同時に磁極を検出するようにすることができる。
請求項４に記載の発明によると、小さなトルクで駆動してその応答からモータの磁極を検出することができるので、２軸間をあまり捻らないようにすることができる。
また、請求項５に記載の発明によると、モータを駆動できる最低限の磁極を検出することができる。
請求項６に記載の発明によると２軸のうち磁極の分かっている軸は位置又は速度制御で片側に追従するので、２軸間を捻らないようにすることができる。
また、請求項７に記載の発明によると、コントローラが位置又は速度を監視し片側に指令する或いは駆動装置が片側の位置又は速度を監視する手段を持ち、片側の位置又は速度に追従するので、２軸間を捻らないようにすることができる。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は実施例１の構成を示したものである。図１において、１はコントローラ、２〜５はそれぞれ、第１駆動装置、第２駆動装置、第３駆動装置、第ｎ駆動装置、６〜９はそれぞれ、第１モータ、第２モータ、第３モータ、第ｎモータ、１０〜１３はそれぞれ、第１位置検出器、第２位置検出器、第３位置検出器、第ｎ位置検出器、１４〜１７は機械可動部のスライダでそれぞれ、第１スライダ、第２スライダ、第３スライダ、第ｎスライダである。ここで第１スライダと第２スライダは締結部１８で機械的に結合されている。第１モータと第２モータの２台のモータを同期制御をして１軸を駆動する、いわゆるツインドライブである。また、１９はコントローラと各駆動装置を接続する伝送手段である。

次に動作について説明する。コントローラ１はプログラムされたとおりサンプリング周期ごとに各軸の位置指令データを演算し、伝送手段１９を介して各駆動装置２〜５に位置指令データを伝送する。各駆動装置２〜５は伝送手段１９を通して各駆動装置内のメモリ等に書かれた位置指令データを読み込み、あらかじめ物理的に決められた同じ時刻に各軸一斉に位置指令データを有効にしモータを駆動する。

次にモータ駆動装置の制御ブロックについて図２を用いて説明する。図２において、２１は第１位置制御部、２２は第１速度制御部、２３は第１トルク制御部、２４は第１速度変換部、２５は第２位置制御部、２６は第２速度制御部、２７は第２トルク制御部、２８は第２速度変換部である。
各駆動装置は位置指令１９を読み取ると位置指令１９を位置検出器で検出した実位置とともに位置制御部へ入力する。位置制御部２１、２５は位置指令から実位置を差し引き、位置偏差をもとめＰＩ又はＰＩＤ演算等の位置制御処理を行って速度制御部へ速度指令を出力する。速度制御部は速度指令と実速度の差をとって速度偏差をもとめ、速度偏差をＰＩ又はＰＩＤ演算等の制御処理を行ってトルク指令をトルク制御部へ出力する。トルク制御部はトルク指令を電流指令に変換し、電流指令と実電流との差をとって電流偏差をもとめ、電流偏差をＰＩＤ処理などの制御処理を行い電圧指令とし、電圧指令を図示しない電力変換部を介して電力増幅してモータを駆動する。さらに、各駆動装置は位置、速度、トルク、アラームなどの状態情報をリアルタイムでモニタし、モニタした情報は第１伝送手段１９を通してコントローラへ伝送する。
次に動作について説明する。コントローラ１と駆動装置２〜５に電源が投入され駆動装置の運転状態になった場合、駆動装置２〜５に磁極検出器が備えてないので磁極検出を行う。次に、磁極検出が２軸とも完了すれば、各々のモータに付いた位置検出器からの位置に応じて磁極を得て、２軸とも通常の運転が可能となる。
磁極検出は例えば、図３に示すようにモータが移動するだけのトルク指令を出力し、モータの位相が合っていればトルクは追従し、速度フィードバックは増速する。また、トルク指令を反転して出力し、位相が合っていればトルクも反転し、速度フィードバックは減速方向となる。このような最も効率の良い位相になるように磁極検出を行う。
ここで、最も効率の良い位相というのはトルク指令を出力しモータが移動し、その間のトルクは小さくなるようなモータの電気角の位相である。大まかな磁極検出では、磁極検出によりトルク指令通りに移動することができる。例として位相を順次６０度毎に変えて、６０度毎の位相を検出する。詳細な磁極検出ではその中を細かく分割し位相を変えて、最も効率の良い位相を検出する。つまり、ある一定距離移動しトルクが小さい位相を検出する。

次に、磁極検出する処理手順について図４に示すフローチャートを用いて説明する。
ステップ４１で第２駆動装置（以下、２軸目と呼ぶ）は、第１駆動装置（以下、１軸目と呼ぶ）との位相差を、例えばセットアップ時に計測し、あらかじめ記憶していた図示しない不揮発メモリ等から読み込む。
次に、ステップ４２では２軸目は位相差を設定し、１軸目と位相を合わせる。ここで１軸目と２軸目ともにコントローラ１から磁極検出の指令を受けて全く同じトルクを出力する。この時の２軸目の位相は合っているので、同じようなトルクが出力され同じような動作となる。
次に、ステップ４３で１軸目、２軸目ともトルク出力の応答より磁極を検出する。
次に、ステップ４４で通常の運転動作を行い、運転どおりかどうかを確認する。動作どおりであれば完了する。
このように、２軸同時に同じ動作でトルク出力してその応答より磁極検出をするので、２軸間を捻らないように磁極検出ができるのである。

次に、本発明の第２実施例を説明する。モータ駆動装置および制御ブロックは同様であるので省略する。第２実施例が、第１実施例と異なる点は、１軸を小さなトルクで移動させ、２軸目の磁極を検出するようにした部分である。
第２実施例の磁極検出する処理手順について図５に示すフローチャート及び図６に示す磁極検出例のタイムチャートを用いて説明する。ステップ５１で、１軸目を小さなトルクで移動し、２軸目はフリーまたは停止状態にする。図６に示すタイムチャートのトルク指令１のように小さなトルクで移動する。ここで、１軸目を小さなトルクとするのは、２軸間を捻らないように移動量を最小限にすることと、運転するのに必要な最小限の磁極を検出するためである。また、最小限のトルクとは指令方向に駆動装置が移動できるレベルである。
次に、ステップ５２ではステップ４１のトルクの出力応答より第１ステップの磁極検出を行う。具体的な第１ステップの磁極検出の一例をあげると、位相は０から３６０度あるとしてどの位相にあるかを分割して検出する。例えば６０度毎に分割して出力応答より検出する。
次に、ステップ５３で２軸目にトルク指令を出力してトルクの出力の応答により第１ステップの磁極を検出し、１軸目はステップ５２で検出した磁極を使い、位置又は速度制御で２軸目に追従する。図６のタイムチャートのトルク指令２のようになる。追従の方法としては例えば、コントローラ１が１軸目の位置を２軸目へ位置指令する等で行う。もちろん追従する軸が追従される軸の位置や速度を直接入力して、追従しても良い。
次に、ステップ５４では２軸目をトルク出力した応答より磁極検出し、磁極をセットする。ここではステップ５２とは異なり、第２ステップの磁極を検出する。具体的な第２ステップの磁極検出の一例をあげると、６０度の範囲を更に６分割して詳細な磁極検出をし、更にその１０度の範囲を１０分割してというように詳細な磁極検出をする。
次に、ステップ５５ではステップ５３と同様に１軸目をトルク出力して磁極を検出し、２軸目をステップ５２で検出した磁極を用い、位置又は速度制御で１軸目に追従する。図６のタイムチャートの２回目のトルク指令１のようになる。
次に、ステップ５６ではステップ５４と同様に、１軸目をトルク出力した応答より磁極検出した第２ステップの磁極をセットする。
次にステップ５７で通常の運転動作を行い、所定の運転どおりかどうかを確認する。動作どおりであれば完了する。
このように、１軸ずつ追従しながらトルク出力してその応答より磁極検出をするので、２軸間を捻らないように磁極検出ができるのである。

機械的に結合された２軸の機械を駆動する２軸駆動装置において、２軸のうち１軸ずつ同期しながら磁極検出するという手順をとるため、２軸間がずれては困るような機械や用途にも適用できる。または、２軸同時に同じ動作で磁極検出をするという手順をとるため、２軸間がずれては困るような機械や用途にも適用できる。

本発明の実施例を示す構成ブロック図本発明の実施例を示す制御ブロック図本発明の実施例の磁極検出例のタイムチャート本発明の実施例の処理フローチャート本発明の第２実施例の処理フローチャート本発明の第２実施例の磁極検出例のタイムチャート従来の構成ブロック図従来の方法の処理手順を示すフローチャート

符号の説明

１コントローラ
２〜５第１〜第ｎ駆動装置
６〜９第１〜第ｎモータ
１０〜１３第１〜第ｎ位置検出器
１４〜１７第１〜第ｎスライダ
１８締結部
１９伝送手段
２１第１位置制御部
２２第１速度制御部
２３第１トルク制御部
２４第１速度変換部
２５第２位置制御部
２６第２速度制御部
２７第２トルク制御部
２８第２速度変換部
１ｃ数値制御部（数値制御装置）
２ｍマスタ制御部
２ｓスレーブ制御部
３ｍマスタアンプ
３ｓスレーブアンプ
４ｍマスタ軸の同期リニアモータ
４ｓスレーブ軸の同期リニアモータ
５ｍ，５ｓ固定子
６ｍ，６ｓ可動子
７ｍ，７ｓリニアスケール

Claims

機械的に結合された２軸を有する多軸の機械を駆動する多軸駆動装置で、前記２軸のうち１軸を駆動する第１モータと第１駆動装置と、前記２軸のうち他の１軸を駆動する第２モータと第２駆動装置と、前記２軸以外の第３モータから第ｎモータと、第３駆動装置から第ｎ駆動装置と、伝送手段を介してサンプリング時間ごとに前記第１駆動装置から前記第ｎ駆動装置までを制御するコントローラからなるサーボ制御装置の前記第１駆動装置および前記第２駆動装置の磁極検出方法において、
前記第１モータおよび前記第２モータとも同じ位相で同時にトルクの出力応答を検出することにより磁極を検出し、前記第１モータおよび前記第２モータの磁極を検出することを特徴としたモータ駆動装置の磁極検出方法。
前記磁極を検出する手段では、前記第１モータおよび前記第２モータ間の位相差を記憶する手段を持ち、前記第１モータおよび前記第２モータの一方は、前記第１モータおよび前記第２モータ間の位相差を合わせ、同じ位相でトルク指令し、２軸とも同時に磁極を検出することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置の磁極検出方法。
前記磁極を検出する手段では、前記第１モータおよび前記第２モータの駆動装置を同期して制御する制御手段を持ち、前記制御手段により前記第１モータおよび前記第２モータとも同時に磁極を検出することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置の磁極検出方法。
機械的に結合された２軸を有する多軸の機械を駆動する多軸駆動装置で、前記２軸のうち１軸を駆動する第１モータと第１駆動装置と、前記２軸のうち他の１軸を駆動する第２モータと第２駆動装置と、前記２軸以外の第３モータから第ｎモータと、第３駆動装置から第ｎ駆動装置と、伝送手段を介してサンプリング時間ごとに前記第１駆動装置から前記第ｎ駆動装置までを制御するコントローラからなるサーボ制御装置の前記第１駆動装置および前記第２駆動装置の磁極検出方法において、
前記第１モータおよび前記第２モータの一方を小さなトルクで駆動してその応答から、前記第１モータおよび前記第２モータの磁極を検出する手段を持ち、前記第１モータおよび前記第２モータの磁極を検出することを特徴としたモータ駆動装置の磁極検出方法。
前記磁極を検出する手段では、前記第１モータおよび前記第２モータを駆動できる最低限の磁極を検出することを特徴とする請求項４記載のモータ駆動装置の磁極検出方法。
機械的に結合された２軸を有する多軸の機械を駆動する多軸駆動装置で、前記２軸のうち１軸を駆動する第１モータと第１駆動装置と、前記２軸のうち他の１軸を駆動する第２モータと第２駆動装置と、前記２軸以外の第３モータから第ｎモータと、第３駆動装置から第ｎ駆動装置と、伝送手段を介してサンプリング時間ごとに前記第１駆動装置から前記第ｎ駆動装置までを制御するコントローラからなるサーボ制御装置の前記第１駆動装置および前記第２駆動装置の磁極検出方法において、
磁極を検出する手段と片側に位置又は速度で追従する追従手段を持ち、前記第１モータおよび前記第２モータのうち磁極の分かっている一方は位置又は速度制御で片側に追従し、磁極の分かっていないもう一方はトルクで駆動してその応答から、磁極を検出することを特徴としたモータ駆動装置の磁極検出方法
前記位置又は速度制御で片側に追従する手段では、前記コントローラが位置又は速度を監視するとともに一方に指令し、駆動装置が一方の位置又は速度を監視する手段を持ち、一方の位置又は速度に追従することを特徴とする請求項６記載のモータ駆動装置の磁極検出方法。
機械的に結合された２軸を有する多軸の機械を駆動する多軸駆動装置で、前記２軸のうち１軸を駆動する第１モータと第１駆動装置と、前記２軸のうち他の１軸を駆動する第２モータと第２駆動装置と、前記２軸以外の第３モータから第ｎモータと、第３駆動装置から第ｎ駆動装置と、伝送手段を介してサンプリング時間ごとに前記第１駆動装置から前記第ｎ駆動装置までを制御するコントローラからなるサーボ制御装置の前記第１駆動装置および前記第２駆動装置において、
前記第１モータおよび前記第２モータとも同じ位相で同時にトルクの出力応答を検出することにより磁極を検出する手段と、前記第１モータおよび前記第２モータの磁極を検出する手段とからなることを特徴としたモータ駆動装置。