JP2007200063A - Servo system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コントローラからのネットワークを介した制御指令によりサーボを制御するサーボシステムに関する。 The present invention relates to a servo system that controls a servo by a control command from a controller via a network.
従来においては、複数台のサーボモータを制御するシステムは、通信インターフェースを介してコントローラとサーボドライブ装置は1対Nで接続する。特に、複数台のサーボモータによるテーブルの位置決めなどの場合には、複数のサーボモータの動作を同期させる必要があり、サーボドライブ装置への指令払い出しやサーボモータからのフィードバック入力のタイミングを同期させる手段が必要であった。
これに対し、コントローラが、異なるサーボドライブ仕様の複数台のサーボモータをシリアル通信で制御するシステムでは、サーボドライブ仕様ごとにグルーピングし、そのグループごとにシリアル通信ラインを設け、それぞれの通信ラインでは最適の通信プロトコルを適用していた。そして、デージチェーン形式などのシリアル通信ラインを介してコントローラとサーボドライブ装置は1対Nで接続していた(特許文献1参照)。
従来のサーボシステムは、通信周期とサーボドライブの制御周期は同一であり、コントローラからネットワークを介してサーボドライブ装置に通信周期ごとに送られる制御指令は、サーボドライブ周期1回分のものであり、サーボドライブ装置では、通信周期ごとにコントローラから送られてきた制御指令に基づいてサーボ制御を行なっていた。
On the other hand, in a system in which the controller controls multiple servo motors with different servo drive specifications via serial communication, grouping is performed for each servo drive specification, and a serial communication line is provided for each group. The communication protocol was applied. Then, the controller and the servo drive device are connected 1 to N via a serial communication line such as a daisy chain format (see Patent Document 1).
In the conventional servo system, the communication cycle and the control cycle of the servo drive are the same, and the control command sent from the controller to the servo drive device via the network for each communication cycle is for one servo drive cycle. In the drive device, servo control is performed based on a control command sent from the controller every communication cycle.
従来のサーボシステムでは、コントローラとサーボドライブ装置がネットワークで接続され、コントローラからネットワークを介してサーボドライブ装置に制御指令を出して制御する際に、通信周期ごとにサーボドライブの制御周期(サーボドライブ周期)1回分の制御指令を出しているため、ネットワークの通信周期とサーボドライブ周期を同一とする必要があり、サーボドライブ周期を変更できないう問題があった。
特に、ネットワークとしてオープンなネットワーク及び通信プロトコルを使用する場合には、通信周期を自由に決めることができず、サーボドライブ周期を通信周期にあわせなければならないという問題があった。例えば、定通信周期のIEEE1394などをネットワークとして使用した場合、通常のプロトコルでは通信周期は125μsであり、サーボドライブ制御周期もこれにあわせる必要がある。
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、使用する機器の性能や機能に応じて、通信周期とサーボドライブ周期の組み合わせを自由に設定することができるサーボシステムを提供することを目的とする。
In a conventional servo system, the controller and the servo drive device are connected via a network. When the controller issues a control command to the servo drive device via the network for control, the servo drive control cycle (servo drive cycle ) Since the control command for one time is issued, it is necessary to make the communication cycle of the network and the servo drive cycle the same, and there is a problem that the servo drive cycle cannot be changed.
In particular, when an open network and a communication protocol are used as a network, there is a problem that the communication cycle cannot be determined freely and the servo drive cycle must be matched with the communication cycle. For example, when IEEE1394 or the like having a constant communication cycle is used as a network, the communication cycle is 125 μs in a normal protocol, and the servo drive control cycle needs to be adjusted accordingly.
The present invention has been made in view of such problems, and provides a servo system capable of freely setting a combination of a communication cycle and a servo drive cycle in accordance with the performance and function of a device to be used. With the goal.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項1に記載の発明は、制御データには送信データに含まれる0または1以上の制御指令の数を指定する制御指令数を含み、また、送信データには制御指令数で定められた数の制御指令を含み、サーボドライブ装置は制御指令に基づいて、通信周期とは別に予め定められたサーボドライブ周期でサーボモータを駆動制御するものである。
また、請求項2に記載の発明は、送信データに含まれる制御指令の数は、通信周期ごとまたはシリアルインターフェースに接続されているサーボドライブ装置ごとに可変とするものである。
また、請求項3に記載の発明は、サーボドライブ装置は、先入先出の制御指令格納手段を備え、送信データに含まれる制御指令を順次格納し、サーボドライブ周期で制御指令を順次排出するものである。
また、請求項4に記載の発明は、制御指令は、サーボモータ駆動制御の位置指令とするものである。
また、請求項5に記載の発明は、制御指令は、サーボモータ駆動制御の速度指令とするものである。
また、請求項6に記載の発明は、制御指令は、サーボモータ駆動制御のトルク指令とするである。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
According to the first aspect of the present invention, the control data includes the number of control commands for designating the number of zero or more control commands included in the transmission data, and the transmission data includes a number determined by the number of control commands. In accordance with the control command, the servo drive device drives and controls the servo motor at a predetermined servo drive cycle separately from the communication cycle.
According to a second aspect of the present invention, the number of control commands included in the transmission data is variable for each communication cycle or for each servo drive device connected to the serial interface.
According to a third aspect of the present invention, the servo drive device comprises first-in first-out control command storage means, which sequentially stores the control commands included in the transmission data and sequentially discharges the control commands in the servo drive cycle. It is.
According to a fourth aspect of the present invention, the control command is a position command for servo motor drive control.
According to a fifth aspect of the present invention, the control command is a speed command for servo motor drive control.
According to a sixth aspect of the invention, the control command is a torque command for servo motor drive control.
本発明によると、コントローラから出力される送信データの通信周期とサーボドライブ装置でサーボモータを駆動制御するサーボドライブ周期を一致させる必要が無く、組み合わせを柔軟に選択することができる。この柔軟な組み合わせにより、サーボモータで駆動される機器の性能や機能に最適のサーボドライブ周期と制御方法を選択することができる。 According to the present invention, it is not necessary to make the communication cycle of transmission data output from the controller coincide with the servo drive cycle in which the servo motor is driven and controlled by the servo drive device, and the combination can be selected flexibly. With this flexible combination, it is possible to select a servo drive cycle and a control method that are optimal for the performance and function of the device driven by the servo motor.
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。 Hereinafter, specific examples of the method of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明のサーボシステムの構成図である。図において、100はコントローラであり、201,202,203はサーボドライブ装置であり、301,302,303はサーボモータであり、400はネットワークである。
コントローラ100は、予め定められた通信周期ごとに、ネットワーク400を介して、サーボモータ301,302,303を駆動制御するための位置指令、速度指令、あるいはトルク指定をサーボドライブ装置201,202,203へ送信する。サーボドライブ装置201は、コントローラから受信した制御指令とサーボモータ301からの位置フィードバックとから、予め定められたサーボドライブ周期ごとに駆動指令を生成し、サーボモータ301を駆動制御する。また、サーボモータ301の位置フィードバックとサーボドライブ装置201の内部状態信号が、ネットワーク400を介して、通信周期ごとにコントローラ100へ送信するようになっている。サーボドライブ装置202とサーボモータ302の組、およびサーボドライブ装置203とサーボモータ303の組も同様であり、この3つのサーボモータ301,302,303で、例えばステージのX,Y,Zの各軸を動作するようになっている。
FIG. 1 is a block diagram of a servo system according to the present invention. In the figure, 100 is a controller, 201, 202, and 203 are servo drive devices, 301, 302, and 303 are servo motors, and 400 is a network.
The controller 100 transmits a position command, a speed command, or a torque designation for driving and controlling the servo motors 301, 302, and 303 via the network 400 at each predetermined communication cycle. Send to. The servo drive device 201 generates a drive command for each predetermined servo drive cycle from the control command received from the controller and the position feedback from the servo motor 301, and drives and controls the servo motor 301. Further, the position feedback of the servo motor 301 and the internal state signal of the servo drive device 201 are transmitted to the controller 100 via the network 400 every communication cycle. The same applies to the set of the servo drive device 202 and the servo motor 302, and the set of the servo drive device 203 and the servo motor 303. With the three servo motors 301, 302, and 303, for example, the X, Y, and Z axes of the stage Is supposed to work.
図2は、本発明のサーボドライブ装置のブロック図である。図において、210は伝送インターフェースであり、220は制御指令格納手段であり、230はサーボドライブ部である。制御指令格納手段220は、サーボドライブ装置のCPUのメモリに割り付けられても良い。
伝送インターフェース210は、通信周期ごとに受信した制御指令(位置、速度、あるいはトルク)を、制御指令格納手段220に書き込む。また、図示していないが、サーボモータの位置フィードバック、サーボドライブ装置の内部状態信号などを送信する。サーボドライブ部230は、サーボドライブ周期ごとに制御指令格納手段220に格納された制御指令を読み出し、制御指令とサーボモータから位置フィードバックを使ってサーボモータ駆動指令を生成し、サーボモータへ出力して駆動制御する。
制御指令格納手段220は、先入先出ができる構造で構成されている。伝送インターフェース210は、通信周期ごとに送信データに含まれる制御指令数で定められた数の制御指令をすべて制御指令格納手段220に順次格納する。サーボドライブ部230は、伝送インターフェース210によって制御指令格納手段220に格納された制御指令を順次読み出しされる。図2では、制御指令格納手段220をシフトレジスタのイメージで記載しているが、リングバッファの形式でも同様の効果を奏する。
FIG. 2 is a block diagram of the servo drive device of the present invention. In the figure, 210 is a transmission interface, 220 is a control command storage means, and 230 is a servo drive unit. The control command storage means 220 may be assigned to the memory of the CPU of the servo drive device.
The transmission interface 210 writes the control command (position, speed, or torque) received for each communication cycle in the control command storage unit 220. Further, although not shown, the position feedback of the servo motor, the internal state signal of the servo drive device, etc. are transmitted. The servo drive unit 230 reads out the control command stored in the control command storage means 220 for each servo drive cycle, generates a servo motor drive command using the position feedback from the control command and the servo motor, and outputs it to the servo motor. Drive control.
The control command storage means 220 has a structure that allows first-in first-out. The transmission interface 210 sequentially stores in the control command storage unit 220 all the control commands of the number determined by the number of control commands included in the transmission data for each communication cycle. The servo drive unit 230 sequentially reads out the control commands stored in the control command storage unit 220 by the transmission interface 210. In FIG. 2, the control command storage means 220 is described as an image of a shift register, but the same effect can be achieved by a ring buffer format.
図3は、コントローラ100からサーボドライブ装置201,202,203のそれぞれに送信される送信データの一例のフォーマット図である。コントローラ100からの送信データは、図の左から右の順に送信される。
図3は、コマンドが制御指令であるときの例である。このフォーマットでは、送信される順に、通信(送受信)の同期を確立するためのプリアンブル、データ列の始まりを示すフラグ、送信対象であるサーボドライブ装置固有の識別符号であるアドレス、サーボドライブ装置への指令内容を示すコマンド(図の例では、コマンドは制御指令であり、ここが制御指令であることを示すデータまたは符号が格納される)、本送信データに含まれる制御指令の数を示す制御指令数、サーボモータを駆動制御するための位置指令、速度指令あるいはトルク指令で表された制御指令、送信データ誤り検出用の符号であるCRCC、最後にデータ列の終わりを示すフラグとなっている。トルク指令は、これに代わる電流指令であってもかまわない。
図の例において、制御指令数には0以上の整数に相当する符号が格納され、制御指令数に応じた数の制御指令がその後ろに続けて送信されることとなる。すなわち、制御指令数が1であれば制御指令数の後ろに1つの制御指令が格納され、制御指令数が2であれば2つの制御指令が格納される。
FIG. 3 is a format diagram of an example of transmission data transmitted from the controller 100 to each of the servo drive devices 201, 202, and 203. Transmission data from the controller 100 is transmitted in the order from left to right in the figure.
FIG. 3 shows an example when the command is a control command. In this format, in order of transmission, a preamble for establishing communication (transmission / reception) synchronization, a flag indicating the start of a data string, an address that is an identification code unique to the servo drive device to be transmitted, Command indicating the command content (in the example of the figure, the command is a control command, and data or code indicating that this is a control command is stored), a control command indicating the number of control commands included in the transmission data Number, position command for drive control of servo motor, control command represented by speed command or torque command, CRCC which is a code for detecting transmission data error, and finally a flag indicating the end of the data string. The torque command may be a current command instead.
In the example shown in the figure, the number of control commands stores a sign corresponding to an integer equal to or greater than 0, and a number of control commands corresponding to the number of control commands is subsequently transmitted. That is, if the number of control commands is 1, one control command is stored after the number of control commands. If the number of control commands is 2, two control commands are stored.
以下、通信周期がサーボドライブ周期の1.5倍であると仮定して、本発明によるサーボシステムの動作の一例を説明する。
また、コントローラにおいて、制御開始前にサーボドライブ周期とネットワークの通信周期を認識しているものとする。自動的に認識するのか、オペレータによる設定により認識させるのかは問わない。
通信周期がサーボドライブ周期の1.5倍であるとき、次の通信周期で制御指令を送信するまでの間に、サーボドライブ装置では2回目のサーボドライブ周期が開始されるため、最初は最低でも2サーボドライブ周期分の制御指令が必要となる。
図4は、本発明の送信データと制御指令の整合を説明するタイミングチャートの例である。尚、本図の送信データは、制御指令数及び制御指令以外を省いている。
コントローラでは、まず2サーボドライブ周期分の制御指令を生成する。次に、コマンドを「制御指令」、制御指令数を「2」、および生成した2個の制御指令を設定した送信データを第1通信周期で、ネットワークを介して対象のサーボドライブ装置へ送信する。(第1通信周期)
Hereinafter, an example of the operation of the servo system according to the present invention will be described on the assumption that the communication cycle is 1.5 times the servo drive cycle.
Further, it is assumed that the controller recognizes the servo drive cycle and the network communication cycle before starting the control. It does not matter whether it is automatically recognized or recognized by setting by an operator.
When the communication cycle is 1.5 times the servo drive cycle, the servo drive device starts the second servo drive cycle before sending the control command in the next communication cycle. A control command for two servo drive cycles is required.
FIG. 4 is an example of a timing chart for explaining matching between transmission data and a control command according to the present invention. The transmission data in this figure omits the number of control commands and items other than the control commands.
The controller first generates a control command for two servo drive cycles. Next, the transmission data in which the command is “control command”, the number of control commands is “2”, and the two generated control commands are set is transmitted to the target servo drive device via the network in the first communication cycle. . (First communication cycle)
サーボドライブ装置では、コントローラから制御データを受信すると、伝送インターフェースで受信され、制御指令は制御指令格納手段に格納され、この格納された制御指令は、サーボドライブ装置のサーボドライブ周期で順次読み出され、サーボモータを駆動制御する。前述の第1通信周期の送信データを受信し格納された制御指令は、第1サーボドライブ周期で第1制御指令が制御指令格納手段から読み出され、この制御指令に基づき第1サーボドライブ周期の間のサーボモータを駆動制御する。この例では、通信周期の方がサーボドライブ周期より長いため、次の制御データを受信する前に第2サーボドライブ周期が開始され、第2制御指令に基づくモータの駆動制御が行なわれる。
この間、コントローラでは、第2通信周期で送信する制御指令を生成する。通信周期がサーボ制御周期の1.5倍のため、2通信周期で3サーボドライブ周期分の制御指令が必要であり、第1通信周期で2サーボドライブ周期分の制御指令を送信しているので、第2通信周期は次の1サーボドライブ周期分の制御指令が必要となる。
コントローラでは、第3サーボドライブ周期の制御指令を生成する。次に、コマンドを「制御指令」、制御指令数を「1」、および生成した1個の制御指令を設定した送信データを生成し、ネットワークを介してサーボドライブ装置へ送信する。
サーボドライブ装置では、第3サーボドライブ周期(図示していないが、第2サーボドライブ周期に続くサーボドライブ周期である)で、第2通信周期で受信した第3制御指令を使ってサーボモータ駆動制御を実行する。
In the servo drive device, when control data is received from the controller, it is received by the transmission interface, the control command is stored in the control command storage means, and the stored control command is sequentially read in the servo drive cycle of the servo drive device. Drive control of servo motor. The control command received and stored in the transmission data of the first communication cycle is read out from the control command storage means in the first servo drive cycle, and the first servo drive cycle of the first servo drive cycle is read based on this control command. In between, drive control of the servo motor. In this example, since the communication cycle is longer than the servo drive cycle, the second servo drive cycle is started before the next control data is received, and the drive control of the motor based on the second control command is performed.
During this time, the controller generates a control command to be transmitted in the second communication cycle. Because the communication cycle is 1.5 times the servo control cycle, a control command for 3 servo drive cycles is required for 2 communication cycles, and a control command for 2 servo drive cycles is transmitted in the first communication cycle. The second communication cycle requires a control command for the next one servo drive cycle.
The controller generates a control command for the third servo drive cycle. Next, transmission data in which the command is “control command”, the number of control commands is “1”, and one generated control command is generated, and transmitted to the servo drive device via the network.
In the servo drive device, the servo motor drive control is performed using the third control command received in the second communication cycle in the third servo drive cycle (not shown, but the servo drive cycle following the second servo drive cycle). Execute.
この例では、この次の通信周期とサーボドライブ周期が一致するはずである。しかしながら、通信周期とサーボドライブ周期は別のタイマを使用しているため、わずかにずれが生じる可能性がある。このため、サーボドライブ装置内でサーボドライブ周期を通信周期にあわせて補正する必要がある。
以降も同様の手順で、コントローラ、ネットワーク、サーボドライブ装置の処理が実行される。
In this example, the next communication cycle and the servo drive cycle should match. However, since the communication cycle and the servo drive cycle use different timers, a slight deviation may occur. For this reason, it is necessary to correct the servo drive cycle in accordance with the communication cycle in the servo drive device.
Thereafter, the processes of the controller, the network, and the servo drive device are executed in the same procedure.
以上の実施例では、通信周期のほうがサーボドライブ周期より長い場合を仮定したが、逆の場合も考えられる。この場合は、ある通信周期で制御指令数を「0」とすることで周期比に基づき正しい数の制御指令を送信することができる。
さらに、本発明によると、1台のコントローラに複数のサーボドライブ装置を接続したシステムにおいて、各サーボドライブ装置のサーボドライブ周期が異なる場合にも対応することが可能である。
In the above embodiment, it is assumed that the communication cycle is longer than the servo drive cycle, but the reverse case is also conceivable. In this case, by setting the number of control commands to “0” in a certain communication cycle, a correct number of control commands can be transmitted based on the cycle ratio.
Furthermore, according to the present invention, in a system in which a plurality of servo drive devices are connected to one controller, it is possible to cope with cases where servo drive cycles of the respective servo drive devices are different.
本発明が特許文献1と異なる部分は、通信周期とサーボドライブ周期が異なるサーボドライブシステムで、コントローラはこの周期比に基づいて送信する制御指令の数を調整し、サーボドライブ装置では、制御指令格納手段を備え、サーボドライブ周期ごとに整合された制御指令に基づきサーボモータを駆動制御する部分である。 The present invention differs from Patent Document 1 in a servo drive system in which a communication cycle and a servo drive cycle are different. The controller adjusts the number of control commands to be transmitted based on this cycle ratio, and the servo drive device stores the control commands. And a means for driving and controlling the servo motor based on a control command matched for each servo drive cycle.
上述の実施例では、各サーボドライブ周期で必要かつ最小限の制御指令を送信しているが、サーボドライブ周期とネットワークの通信周期を誤って認識していると、サーボドライブ装置側に必要な個数だけ制御指令が送信されて来ない場合も考えられる。サーボドライブ装置では、受信した制御データ中の制御指令数により、判断することが可能である。制御システムの仕様、制御状態、制御指令の種類などにもよるため一概には言えないが、エラーとすること以外にも、不足している分はNOP(無効コマンド)を受信したとして動作することも考えられる。
逆に、制御指令の個数が制御に必要な数より多い場合も考えられる。受信エリアは通信周期ごとに更新されるため、実際にはそのまま使用することは少ない。サーボドライブ装置内の別のバッファにコピーしておき、受信した順に処理する方法がとられる。
In the above-described embodiment, necessary and minimum control commands are transmitted in each servo drive cycle. However, if the servo drive cycle and the network communication cycle are erroneously recognized, the necessary number of servo drive devices is required. There may be a case where only the control command is not transmitted. The servo drive device can make a determination based on the number of control commands in the received control data. It depends on the specifications of the control system, the control status, the type of control command, etc., but it can not be said unconditionally, but besides making an error, it operates as if it received a NOP (invalid command) for the shortage Is also possible.
Conversely, there may be a case where the number of control commands is larger than the number required for control. Since the reception area is updated every communication cycle, it is rarely used as it is. A method of copying to another buffer in the servo drive device and processing in the order received is employed.
本実施例では、コントローラ1台に対してサーボドライブ装置およびサーボモータは3組としているが、構成はこれに限定されるものではない。また、コントローラとサーボドライブ装置との接続をネットワークとしているが、各1台を一般に使用される例えばEIA−RS422などのシリアル通信や無線通信で接続されるときも同様である。 In this embodiment, there are three servo drive devices and servo motors for one controller, but the configuration is not limited to this. The connection between the controller and the servo drive device is a network, but the same applies to the case where each unit is connected by serial communication or wireless communication such as EIA-RS422 which is generally used.
100 コントローラ
201,202,203 サーボドライブ装置
210 伝送インターフェース
220 制御指令格納手段
230 サーボドライブ部
301,302,303 サーボモータ
400 ネットワーク
100 Controller 201, 202, 203 Servo Drive Device 210 Transmission Interface 220 Control Command Storage Means 230 Servo Drive Unit 301, 302, 303 Servo Motor 400 Network
Claims (6)
前記制御データには前記送信データに含まれる0または1以上の前記制御指令の数を指定する制御指令数を含み、
前記送信データには前記制御指令数で定められた数の前記制御指令を含み、
前記サーボドライブ装置は前記制御指令に基づいて、前記通信周期とは別に予め定められたサーボドライブ周期で前記サーボモータを駆動制御することを特徴とするサーボシステム。 A servo drive device is connected to the controller via a serial interface, and the controller transmits transmission data composed of a control command and control data to the servo drive device via the serial interface at predetermined communication cycles. In the servo system that drives and controls the servo motor based on the control command, the servo drive device,
The control data includes a control command number that specifies the number of the control commands of 0 or 1 or more included in the transmission data,
The transmission data includes the number of control commands determined by the number of control commands,
The servo drive device drives and controls the servo motor at a predetermined servo drive cycle separately from the communication cycle based on the control command.
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