JP2008131711A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同期追従開始直後のみならず、同期追従状態での主軸モータの急激な加速に対しても追従軸モータの速度を制限し、追従軸の加速を滑らかにするモータ制御装置を実現する。
【解決手段】他のモータの位置を検出してこれに対応する位置指令値を出力するモータ制御装置に関する。主軸モータの現在位置を検出する主軸現在位置検出部と、追従軸モータの加速度を制限する速度リミット値を設定して位置指令値に対し速度リミット処理を行う速度リミット部と、位置指令値の急変を防ぐフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、追従軸モータの現在速度が速度リミット値以下の場合に速度リミット値を追従軸モータの現在速度とする速度リミット変換部とを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーボモータ等のモータを制御するモータ制御装置に関し、特に他のモータの位置を検出してこれに対応する位置指令値を出力するモータ制御装置に関するものである。

モータ制御装置でモータを制御する際に、他のモータの位置を検出し、このモータの動きに対応する位置指令値を出力する同期追従という制御を行う場合がある。

図４は従来のモータ制御装置による同期追従を説明するブロック図である。
主軸モータ１の動きに追従軸モータ２を同期追従させる場合について説明する。主軸モータ１の回転量をエンコーダ３によりパルス列で抽出し、モータ制御装置１０の主軸現在位置検出部１１でこのパルス列を取り込み、主軸モータ１の現在位置を検出する。この主軸モータ１の現在位置から追従軸モータ２への位置指令値を算出し、ドライバ４にパルス列で出力する。この際、必要に応じて主軸モータ１のパルス数と追従軸モータ２のパルス数の相関をとるためのパルス数変換処理（電子ギアの演算）を行い位置指令値とする。これによりパルスモータやサーボモータ等の追従軸モータ２が制御される。
また、追従軸モータ２の急激な加速を回避するために、位置指令値をそのまま出力せず、速度リミット部１２により同期追従開始直後の加速を抑えている。

図５及び図６は従来の同期追従の動作説明図である。
例えば、コンベア上を流れている物に対して作業を行うロボットを制御する場合について説明する。
図５（ａ）は主軸となるモータの速度を示しており、コンベアを動かしているモータが主軸モータ１にあたる。主軸モータ１は一定値で加速し、設定速度に達した後は一定速度で動作している。

図５（ｂ）は追従軸となるモータの速度、図５（ｃ）は速度リミット処理がある場合の追従軸となるモータの速度を示しており、コンベア上を流れている物に作業を行うロボットを追従させるモータが追従軸モータ２にあたる。
図５（ｂ）に示すように、速度リミット処理がない場合、追従軸モータ２が急激に加速してしまい、追従軸モータ２に過負荷がかかり、また、制御対象であるロボットに不要な振動を与える等の問題がある。そこで、これを回避するために、追従軸モータ２への位置指令値に対して速度リミット部１２により速度のリミット処理や加速度のリミット処理を行っている。

図５（ｃ）に示すように、時間Ｔ１で追従軸モータ２が同期追従を開始した場合、徐々に速度リミット値を上げていき、時間Ｔ２において本来の上限の速度リミット値に達すると速度リミット値を頭打ちとする。時間Ｔ３において追従軸モータ２が主軸モータ１に同期追従すると、速度リミット処理はかからなくなり主軸モータ１と同等の位置指令値により追従軸モータ２は制御される。

図６（ａ）は主軸となるモータの速度を示しており、追従軸モータ２の同期追従後に主軸モータ１が急激な加速を伴う場合の動作である。主軸モータ１の速度が時間Ｔ４から時間Ｔ５にかけて減速し、時間Ｔ６から時間Ｔ７にかけて急激に加速し、その後一定速度で動作している。
図６（ｂ）は速度リミット処理がある場合の追従軸となるモータの速度を示している。追従軸モータ２は、時間Ｔ４までは図５（ｃ）と同様に動作し、時間Ｔ４から時間Ｔ５にかけて主軸モータ１と同等の位置指令値により制御され減速していく。その後、時間Ｔ６から時間Ｔ７にかけて主軸モータ１が急激に加速した場合、追従軸モータ２の速度リミット値は時間Ｔ２以降頭打ちになっているので、速度リミットがかかることはない。このため、主軸モータ１の急激な加速に追従しようとして追従軸モータ２に急加速となる位置指令値が出力される。

従来のモータ制御装置を示したものとして、例えば特許文献１に記載されたものがあった。

特開２００２−３２５４７４号公報

主軸モータ１の現在位置については、例えば１ｍｓなど一定周期でサンプリングされるため、位置については整数値で正確に検出できるが、現在速度は、１ｍｓ周期サンプリングの場合には、１ｋｐｐｓの分解能しか確保できず、現在速度の正確な検出が困難であった。

主軸モータ１が一定の速度で動作していれば、同期追従開始直後の速度リミット処理により最初の加速を抑えることでその後追従軸モータ２に大きな加速が与えられることはないが、速度リミット値が頭打ちになっている状態で主軸モータ１が急激な加速を伴う動作をするような場合、追従軸モータ２も主軸モータ１に追従しようとして急加速となる位置指令値が出力されてしますという問題点があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、同期追従開始直後のみならず、同期追従状態での主軸モータの急激な加速に対しても追従軸モータの速度を制限し、追従軸の加速を滑らかにするモータ制御装置を実現することを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明は次のとおりの構成になっている。
（１）主軸モータに追従軸モータが追従するように追従軸モータを駆動するドライバに出力する位置指令値を制御するモータ制御装置であって、
前記主軸モータの現在位置を検出する主軸現在位置検出部と、
前記追従軸モータの加速度を制限する速度リミット値を設定して前記位置指令値に対し速度リミット処理を行う速度リミット部と、
前記位置指令値の急変を防ぐフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、
前記追従軸モータの現在速度が前記速度リミット値以下の場合に該速度リミット値を前記追従軸モータの現在速度とする速度リミット変換部と、
を有することを特徴とするモータ制御装置。

（２）前記主軸現在位置検出部は、前記主軸モータの回転に応じて回転するエンコーダから出力されるパルスをカウントすることにより前記主軸モータの現在位置を検出することを特徴とする（１）記載のモータ制御装置。

（３）前記速度リミット部は、前記主軸モータの現在位置から前記位置指令値を算出し、前記速度リミット処理を行わない場合のみ前記速度リミット変換部へリミットＯＦＦ信号を送信し、
前記速度リミット変換部は、該リミットＯＦＦ信号を受信した場合に前記フィルタ処理部によりフィルタ処理された位置指令値をもとにした速度リミット値を算出することを特徴とする（１）又は（２）記載のモータ制御装置。

（４）前記フィルタ処理部は、ローパスフィルタにより前記位置指令値の一次遅れフィルタ処理を行うことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のモータ制御装置。

（５）前記フィルタ処理部は、前記位置指令値の移動平均処理を行うことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のモータ制御装置。

本発明によれば次のような効果がある。
速度リミット処理を行わない場合に速度リミット値を現在速度に合わせて下げていくため、同期追従開始直後のみならず、同期追従状態で主軸モータの速度が下がった後の急激な加速に対しても追従軸モータの速度を制限し、追従軸モータの加速を滑らかすることができる。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す構成図である。前出の図と同一のものは同一符号を付ける。
主軸モータ１の動きに追従軸モータ２を同期追従させる場合について説明する。主軸モータ１の回転量をエンコーダ３によりパルス列で抽出する。モータ制御装置２０の主軸現在位置検出部２１でこのパルス列を取り込み、パルス数をカウントすることにより主軸モータ１の現在位置を検出する。この主軸モータ１の現在位置から追従軸モータ２への位置指令値を算出し、ドライバ４にパルス列で出力する。この際、必要に応じて主軸モータ１のパルス数と追従軸モータ２のパルス数の相関をとるためのパルス数変換処理（電子ギアの演算）を行い位置指令値とする。これによりパルスモータやサーボモータ等の追従軸モータ２が制御される。

主軸現在位置検出部２１で検出した主軸モータ１の現在位置により速度リミット部２２では追従軸モータ２への位置指令値を算出する。この際、追従軸モータ２の急激な加速を回避するためには、位置指令値をそのまま出力せず、速度リミット部２２により追従軸モータ２の加速度を制限する速度リミット処理を行う。

速度リミット部２２で算出された位置指令値はそのままドライバ４に出力せず、フィルタ処理部２３で一次遅れローパスフィルタ処理や移動平均フィルタ処理を行い、位置指令値の急変を防ぐフィルタ処理を行った後にドライバ４へ出力される。また、このフィルタ処理後の位置指令値から速度リミット変換部２４は追従軸モータ２の現在速度を検出する。

従来では、追従軸モータ２の現在位置が整数値でサンプリングされるため、現在速度については、１／（サンプリング周期）の分解能しか確保できなかったが、フィルタ処理を行うことにより、追従軸モータ２の現在速度についても十分な分解能を得ることができる。この際、フィルタ時定数については、時間の遅れと分解能確保との関係で設定を行う。
また、フィルタ処理を行うことは、減速時の加速度や、加速度の急激な変化を抑えるためにも有効となる。

速度リミット部２２は速度リミット処理を行わない場合、速度リミット変換部２４にリミットＯＦＦ信号を送信する。速度リミット変換部２４はこのリミットＯＦＦ信号を受信すると、フィルタ処理後の位置指令値から算出した追従軸モータ２の現在速度を速度リミット値とするために、速度リミット部２２の速度リミット値を追従軸モータ２の現在速度に書き換える。

図２は本発明の同期追従の動作説明図である。
例えば、コンベア上を流れている物に対して作業を行うロボットを制御する場合について説明する。
図２（ａ）は主軸となるモータの速度を示しており、コンベアを動かしているモータが主軸モータ１にあたる。図２（ｂ）は本発明の速度リミット処理がある場合の追従軸となるモータの速度を示しており、コンベア上を流れている物に作業を行うロボットを追従させるモータが追従軸モータ２にあたる。

主軸モータ１は一定値で加速し、設定速度に達した後は一定速度で動作している。時間Ｔ１で追従軸モータ２の同期追従を開始させる場合、追従軸モータ２の急激な加速を抑えるため、速度リミット部２２により速度リミット処理を行う。
時間Ｔ１において、速度リミット値は“０”となっている。速度リミット部２２には、急激な加速を抑えるための加速度リミット値（速度の設定周期毎に現在の設定速度に加算する速度の値）が設定されており、速度リミット値に加速度リミット値を加算したものを新たな速度リミット値としていくことで時間Ｔ１から時間Ｔ２にかけて徐々に速度リミット値は上がっていく。時間Ｔ２において本来の速度リミット値に達すると速度リミット値を頭打ちとする。

時間Ｔ３において追従軸モータ２が主軸モータ１に同期追従すると、速度リミット処理はかからなくなり主軸モータ１と同等の位置指令値により制御される。
主軸モータ１の速度が時間Ｔ４から時間Ｔ５にかけて減速していくと、追従軸モータ２は、時間Ｔ４から時間Ｔ５にかけて主軸モータ１と同等の位置指令値により制御され減速していく。

時間Ｔ３から時間Ｔ５の区間においては、速度リミット処理がかからない状態であり、速度リミット部２２は速度リミット変換部２４へリミットＯＦＦ信号を送信する。速度リミット変換部２４はこのリミットＯＦＦ信号を受信すると、フィルタ処理部２３によるフィルタ処理後の位置指令値から算出した追従軸モータ２の現在速度を速度リミット値とするために、速度リミット部２２の速度リミット値を追従軸モータ２の現在速度に書き換える。これにより、速度リミット値は、図２（ｂ）の時間Ｔ３から時間Ｔ５の追従軸となるモータの速度と同じ軌跡をたどり、時間Ｔ４から時間Ｔ５にかけてだんだんと小さくなっていき、時間Ｔ５では速度リミット値は“０”となる。

追従軸モータ２が同期追従を開始後、主軸モータ１の速度が急変した場合について説明する。時間Ｔ６から時間Ｔ７にかけて主軸モータ１の速度が再び急激に加速し、その後一定速度で動作している。
時間Ｔ６において、速度リミット値は“０”となっている。速度リミット部２２には、急激な加速を抑えるための加速度リミット値（速度の設定周期毎に現在の設定速度に加算する速度の値）が設定されており、速度リミット値に加速度リミット値を加算したものを新たな速度リミット値としていくことで時間Ｔ６から時間Ｔ８にかけて徐々に速度リミット値は上がっていく。時間Ｔ８において本来の速度リミット値に達すると速度リミット値を頭打ちとする。

時間Ｔ９において追従軸モータ２が主軸モータ１に同期追従すると、速度リミット処理はかからなくなり主軸モータ１と同等の位置指令値により制御される。
時間Ｔ９以降においては、速度リミット処理がかからない状態であり、速度リミット部２２は速度リミット変換部２４へリミットＯＦＦ信号を送信する。速度リミット変換部２４はこのリミットＯＦＦ信号を受信すると、フィルタ処理部２３によるフィルタ処理後の位置指令値から算出した追従軸モータ２の現在速度を速度リミット値とするために、速度リミット部２２の速度リミット値を追従軸モータ２の現在速度に書き換える。

このように、速度リミット処理を行わない場合に速度リミット値を現在速度に合わせて下げていくため、追従軸モータ２が同期追従開始直後のみならず、同期追従状態において主軸モータ１の速度が下がった後の主軸モータ１の急激な加速に対しても追従軸モータ２の加速度を制限し、追従軸モータ２の加速を滑らかにして装置に不要な振動等を与えないようにすることができる。

図３は本発明の速度リミット処理のフロー図である。
速度リミット部２２は速度リミット値が頭打ちになっているか判別する（Ｓ１０）。速度リミット値が頭打ちになっていない場合、現在の速度リミット値に加速度リミット値（速度の設定周期毎に現在の設定速度に加算する速度の値）を加算して新たな速度リミット値とする（Ｓ２０）。速度リミット値が頭打ちになっている場合はこの処理（Ｓ２０）は行わない。

速度リミット部２２は主軸モータ１の現在位置から追従軸モータ２への位置指令値に対して速度リミット処理を行う必要があるかどうか判断する（Ｓ３０）。速度リミット処理を行う必要がある場合、前回の位置指令値に対し速度リミット値を加算して今回の位置指令値とする（Ｓ４０）。速度リミット処理を行う必要がない場合、速度リミット部２２で算出した位置指令値をフィルタ処理部２３へ出力する。また、フィルタ処理部２３によるフィルタ処理後の位置指令値から算出した追従軸モータ２の現在速度を速度リミット値とするために、速度リミット部２２の速度リミット値を追従軸モータ２の現在速度に書き換える（Ｓ５０）。

これにより、主軸モータ１が減速したにも関わらず、追従軸モータ２の速度リミット値が頭打ちになっていることで速度リミットがかからず主軸モータ１の急激な加速に追従しようとして追従軸モータ２が急加速となることを防ぐことができる。

本発明の一実施例を示す構成図である。 本発明の同期追従の動作説明図である。 本発明の速度リミット処理のフロー図である。 従来のモータ制御装置による同期追従を説明するブロック図である。 従来の同期追従の動作説明図である。 従来の同期追従の動作説明図である。

符号の説明

１ 主軸モータ
２ 追従軸モータ
３ エンコーダ
４ ドライバ
２０ モータ制御装置
２１ 主軸現在位置検出部
２２ 速度リミット部
２３ フィルタ処理部
２４ 速度リミット変換部

Claims (5)

1. 主軸モータに追従軸モータが追従するように追従軸モータを駆動するドライバに出力する位置指令値を制御するモータ制御装置であって、
   前記主軸モータの現在位置を検出する主軸現在位置検出部と、
   前記追従軸モータの加速度を制限する速度リミット値を設定して前記位置指令値に対し速度リミット処理を行う速度リミット部と、
   前記位置指令値の急変を防ぐフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、
   前記追従軸モータの現在速度が前記速度リミット値以下の場合に該速度リミット値を前記追従軸モータの現在速度とする速度リミット変換部と、
   を有することを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記主軸現在位置検出部は、前記主軸モータの回転に応じて回転するエンコーダから出力されるパルスをカウントすることにより前記主軸モータの現在位置を検出することを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記速度リミット部は、前記主軸モータの現在位置から前記位置指令値を算出し、前記速度リミット処理を行わない場合のみ前記速度リミット変換部へリミットＯＦＦ信号を送信し、
   前記速度リミット変換部は、該リミットＯＦＦ信号を受信した場合に前記フィルタ処理部によりフィルタ処理された位置指令値をもとにした速度リミット値を算出することを特徴とする請求項１又は２記載のモータ制御装置。
4. 前記フィルタ処理部は、ローパスフィルタにより前記位置指令値の一次遅れフィルタ処理を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置。
5. 前記フィルタ処理部は、前記位置指令値の移動平均処理を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置。

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