JP2008222334A - 搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ間の干渉による搬送装置の振動を抑制する。
【解決手段】指令パルスに対する位置誤差を加減算器１６で求めて、位置制御器２で速度指令を発生し、速度指令との速度誤差を加減算器１８で求め、速度制御器４で電流指令を発生し、マスターモータＭ１に加える。スレーブモータ側の速度をパルスジェネレータで求めて速度指令からの誤差を求め、スレーブ側の電流指令を発生する。マスター側の電流指令とスレーブ側の電流指令を加減算器２１で組み合わせて、スレーブモータＭ２に加える。
【選択図】図１

Description

この発明は１つの軸を複数のモータで駆動するようにした搬送装置に関し、特にモータ間の干渉を低減することに関する。

特許文献１（特開２００５−６２８４５）は、スタッカークレーンの走行モータを、走行軸毎に複数設けることを開示している。この場合、複数の走行モータの１つをマスターとし、マスターへの電流指令で他の走行モータ（スレーブ）を駆動する。

図７に、従来例でのマスターモータＭ１とスレーブモータＭ２との制御を示す。図示しない上位コントローラから、目標位置が指令パルスとして加減算器１６へ入力され、マスターモータＭ１の駆動軸の回転量を検出するパルスジェネレータＰＧからの信号と比較し、位置誤差を検出する。この誤差は位置制御器２へ入力され、位置誤差を解消するように速度指令を発生する。パルスジェネレータＰＧからの信号を微分器１４で微分し、速度指令との誤差を求めて速度制御器４へ入力する。速度制御器４は速度誤差に例えば比例した電流指令を発生し、電流制御器６へ入力する。８はモータの駆動用の電源、１０は整流器、１２はＰＷＭ制御器で、モータをＰＷＭ制御する。そして電流制御器６の信号でＰＷＭ制御器１２を制御し、マスターモータＭ１を制御する。またＰＷＭ制御器１２からの出力電流を電流検知器ＣＴで監視し、速度制御器４から電流指令との誤差を加減算器２０で求める。

スレーブモータＭ２の制御では、マスター側の速度制御器４からの電流指令を用い、スレーブ側の電流検知器ＣＴで求めた電流との誤差を加減算器２２で検出し、電流制御器６を介してＰＷＭ制御器１２を制御する。発明者は、マスターへの電流指令でスレーブを駆動すると、停止制御時や低速動作時等に搬送装置の振動が生じ易くなることを見出した。このことは、搬送装置を低速動作させた際や、充分減速した後の停止制御、及び停止時に搬送装置の位置をモータの制御で保つためのサーボロックで生じた。そこで発明者は振動の原因を解明し、この発明に到った。
特開２００５−６２８４５

この発明の課題は、モータ間の干渉による搬送装置の振動を抑制することにある。

この発明は、コントローラの制御下で複数のモータにより、共通の駆動軸を駆動する搬送装置であって、
前記コントローラでは、
・ 前記複数のモータの１つをマスターとして、該マスターに対する速度指令を発生させると共に、前記速度指令とマスターの回転量から求めた速度との誤差からマスターに対するトルク指令を発生させて、該トルク指令でマスターを駆動し、
・ マスター以外の各モータに対して、マスターに対する速度指令と各モータ毎の回転量から求めた速度との誤差から各モータ毎のトルク指令を発生させて、各モータ毎のトルク指令とマスターに対するトルク指令とを組み合わせた指令で、マスター以外の各モータを駆動するようにしたことを特徴とする。

マスターに対する速度指令は、例えば現在位置の目標値と、マスターの回転量から求めた位置の誤差等に応じて発生させる。
好ましくは、複数のモータが駆動軸に直接または剛体で間接的に接続されている。例えばモータはボルトやキーなどで直接に駆動軸に接続され、ギアや剛性の高いカップリングなどで駆動軸に間接的に接続されている。
また好ましくは、駆動軸が搬送装置の昇降部の駆動軸である。

この発明では、マスター以外のモータは、マスターからのトルク指令だけでなく、マスターからの速度指令をマスターからのトルク指令に組み合わせて制御される。このためマスターに対して偶発的な原因によるトルク指令が生じても、他のモータの制御への影響は速度指令により制限され、搬送装置が振動し難くなる。例えばマスター／スレーブ間のバックラッシやガタツキなどで、停止時や低速動作時などに偶発的な位置変動が生じ、これを打ち消すためにトルク指令が生じても、他のモータへの影響は制限され、振動に発展しがたい。

ここで複数のモータを共通の駆動軸に直接または剛体で間接的連結すると、マスターに対して生じた偶発的なトルク指令が他のモータで実行され、これによる駆動軸の回転がマスター側で検出され、これを打ち消すためにさらにマスターでトルク指令が発生する、とのループに陥りやすい。そこでこの発明を共通の駆動軸に複数のモータを直接または剛体で間接的に接続した場合に適用すると、上記のループを防止して、搬送装置の振動を低減できる。なお以下では上記の接続を、駆動軸に複数のモータを剛に接続するという。

特に昇降制御の場合、一般に複数の昇降モータが近接して配置されるため、昇降モータが互いに極めて剛に接続され、さらに昇降台への荷重変動等による高さの変動を打ち消すため高い応答性が要求される。このため上記のマスターに対する偶発的なトルク指令により、振動が生じやすい。そこで昇降部の駆動軸に対してこの発明を適用することは実用的に重要である。

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。

図１〜図６に、実施例とその変形とを示す。図７の従来例と共通の符号は同じものを表し、図２の変形例では特に指摘した部分以外は、図１の実施例と同様である。

実施例において、２は位置制御器で、指令パルスにより与えられた目標位置と、パルスジェネレータから求めた現在位置との誤差を解消するように速度指令を発生し、速度制御器４は位置制御器２からの速度指令と、パルスジェネレータからの信号を微分器１４で微分した速度との誤差から電流指令を発生する。電流指令は、モータから取り出そうとするトルクに対応するので、トルク指令と呼ばれることもある。電流制御器６は、速度制御器４からの電流指令によりＰＷＭ制御器１２を介してモータＭ１，Ｍ２を制御する。そして各モータの駆動電流を電流検知器ＣＴで検出し、各モータの駆動軸もしくはこれに接続した軸の回転量をモータ毎にパルスジェネレータＰＧで検出する。

実施例では、マスター側の位置制御器２からの速度指令を、スレーブモータＭ２の制御側の加減算器１８へ入力し、スレーブモータＭ２の回転量から求めた現在速度との誤差を加減算器１８で求めて、速度制御器４へ入力する。この結果マスターモータＭ１とスレーブモータＭ２に共通の速度指令が与えられ、それぞれのモータ毎の速度と速度指令とを比較し、各モータ毎に電流指令を発生する。スレーブモータＭ２の電流制御では、マスター側の電流指令とスレーブ側の電流指令が共に加減算器２１の＋入力に入力され、スレーブモータＭ２の実際の電流と比較して、電流制御器６が動作する。

加減算器２１への２つの電流指令の比重は、例えばマスター側が０〜１００％、スレーブ側が１００〜０％とし、好ましくはマスター側が２０〜８０％、スレーブ側が８０〜２０％、最も好ましくはマスター側が４０〜６０％、スレーブ側が６０〜４０％である。この結果、スレーブモータＭ２に加えられる電流はマスター側の電流指令とスレーブ側の電流指令の組み合わせで定まる。またモータＭ１，Ｍ２に対する電流指令は、モータＭ１，Ｍ２の出力トルクへの指令と等価である。

図１のスイッチSW2はスレーブ側への目標速度の入力値を、マスター側への目標速度と、マスター側の実際の速度との間で切り替え、原則として図１のようにマスター側への目標速度をスレーブ側へ入力する。スイッチSW1は、マスター側からスレーブ側への電流指令（トルク指令）を、マスター側への電流指令と、マスターモータＭ１に流れる電流値との間で切り替えるスイッチである。またスレーブ側の加減算器２１での２つの＋入力の比重を、加速／定速／減速／停止／サーボロックなどの各時期に応じて可変にしてもよい。さらにスレーブ側をマスターからのトルク指令のみで動作させる場合、加減算器２１での２つの＋入力の比重を、スレーブ側の速度制御器が０％マスター側の速度制御器が１００％にする。

なおマスター側のトルク指令をスレーブ側へ入力せずに、目標速度のみをマスター／スレーブ間で共通にすると、サーボロック時等にマスターとスレーブ間での出力トルクのアンバランスを解消する機構が無いことが問題になる。この場合、過大なトルクを出力しようとする側で、電流制御器６等が過負荷異常を起こすおそれがある。また図１の破線は、スレーブモータを複数設ける場合、スレーブモータＭ２と同様に、マスター側から速度指令と電流指令を供給することを示している。なお加減算器１６への現在位置の入力は、パルスジェネレータＰＧからでなく、他の絶対位置センサから行っても良い。

図１の実施例ではマスター側の電流指令（トルク指令）と、スレーブ側の電流指令（トルク指令）を加減算器２１で組み合わせて、スレーブモータＭ２を制御する。このアイデアを発展させると、マスターモータＭ１に対しても、マスター側の電流指令とスレーブ側の電流指令とを組み合わせることが考えられる。このような変形例を図２に示し、マスターモータＭ１及びスレーブモータＭ２に対してそれぞれ加減算器２１を設けて、電流指令を組み合わせる。他の点は図１の実施例と同様である。

図３に、実施例を昇降台などの昇降部の昇降制御に用いた例を示す。マスターモータＭ１とスレーブモータＭ２はそれぞれ減速機３０，３１に接続され、各モータＭ１，Ｍ２の駆動軸の回転量をパルスジェネレータＰＧ１，ＰＧ２で監視する。減速機３０，３１は共通軸３３に剛に接続され、共通軸３３によりドラム３２を駆動して吊持材３４の巻き取りと繰り出しを行う。

図４に、実施例を走行車輪３６の駆動に応用した例を示し、前記の共通軸３３で駆動車輪３６を駆動し、３７は走行用のレールである。図３，図４のいずれの場合も、停止時には、モータＭ１，Ｍ２を速度が０となるように制御するサーボロックで、共通軸３３をブレーキする。

図５に、モータＭ１，Ｍ２の駆動時期と制御との関係を示す。図の縦軸はモータの出力軸の回転数を示し、モータＭ１，Ｍ２の動作は加速時、定速時、減速時、停止制御時、サーボロック時の例えば５つの時期に区分できる。このうち加速時〜減速時においては、加減算器２１の＋入力での、マスター側からの電流指令の比重を例えば１００％として、マスター側からの目標速度を無視する。この結果、マスター側の電流指令のみでスレーブモータＭ２を駆動する。停止制御時〜サーボロック時、及び低速動作時には、加減算器２１でマスターからの速度指令とマスターからの電流指令とを組み合わせて、スレーブモータＭ２を制御する。

図６に、モータＭ１，Ｍ２に対する実施例での制御モデルを示す。停止制御時や低速動作時、サーボロック時にマスター側の位置変動が生じ、これをパルスジェネレータで検出すると、加減算器１８で速度誤差を検出して、電流指令を発生する。なおこの位置変動は実際の位置変動であることも、バックラッシや装置のがたつきなどによる見かけの位置変動であることもある。生じた電流指令はスレーブ側の加減算器２１へ入力され、この指令のみを用いると、スレーブモータＭ２がマスター側の位置変動に過剰に応答し、その結果、共通の駆動軸が回転して、再度マスター側のパルスジェネレータが位置変動を検出することになる。

実施例では、スレーブ側の加減算器１８で独自の速度誤差の検出を行ない、これはマスター側の速度誤差とは独立して検出される。スレーブ側の速度誤差に基づく電流指令と、マスター側からの電流指令とを加減算器２１で組み合わせるので、マスター側での位置変動による電流指令の影響が、スレーブ側で小さくなる。このためマスター側の位置変動を解消するための電流指令に、スレーブ側が過剰な応答をすることによる、搬送装置の振動を防止できる。

例えばマスター／スレーブ間の連結がバックラッシしやすい状態にあるとする。ここにマスター側からの電流指令が加わったケースを想定する。図７の従来例では、バックラッシしやすい状態にあるスレーブモータに、マスター側から電流指令が加わるので、スレーブモータは大きく回転し、その結果搬送装置の位置が変化し、これをマスター側のパルスジェネレータで再度検出すると、振動が始まる可能性がある。これに対して実施例では、マスター側の位置変動によるスレーブ側への制御の比重を小さくしてあるので、振動が生じにくい。

実施例では走行軸と昇降軸の駆動を説明したが、これ以外の軸に対しても同様に実施例を適用できる。そして１つの軸を複数のモータで駆動することにより、小さなモータを効率的に配置して、搬送装置を小型化できる。実施例では以下の効果が得られる。
(1) 低速動作時、停止制御時やサーボロック時に搬送装置が振動することを防止できる。
(2) ２つのモータを共通の軸に剛に接続して、共通の軸を精密に制御しても、振動が生じにくい。
(3) 加速時〜減速時と、低速動作時や停止制御時〜サーボロック時とで、制御の仕組みを切り替えることにより、共にモータ間の干渉を小さくできる。

実施例での駆動モータの制御系を示すブロック図 変形例での制御系を示すブロック図 実施例での昇降駆動を模式的に示す図 実施例での走行駆動を模式的に示す図 実施例での制御切り替え時期を模式的に示す図 実施例での振動抑制メカニズムを説明する図 従来例での駆動モータの制御系を示すブロック図

符号の説明

２ 位置制御器
４ 速度制御器
６ 電流制御器
８ 電源
１０ 整流器
１２ ＰＷＭ制御器
１４ 微分器
１６〜２２ 加減算器
３０，３１ 減速機
３２ ドラム
３３ 共通軸
３４ 吊持材
３６ 走行車輪
３７ レール
ＣＴ 電流検知器
Ｍ１ マスターモータ
Ｍ２ スレーブモータ
ＰＧ パルスジェネレータ
SW1，SW2 スイッチ

Claims (3)

1. コントローラの制御下で複数のモータにより、共通の駆動軸を駆動する搬送装置であって、
   前記コントローラでは、
   ・ 前記複数のモータの１つをマスターとして、該マスターに対する速度指令を発生させると共に、前記速度指令とマスターの回転量から求めた速度との誤差からマスターに対するトルク指令を発生させて、該トルク指令でマスターを駆動し、
   ・ マスター以外の各モータに対して、マスターに対する速度指令と各モータ毎の回転量から求めた速度との誤差から各モータ毎のトルク指令を発生させて、各モータ毎のトルク指令とマスターに対するトルク指令とを組み合わせた指令で、マスター以外の各モータを駆動するようにしたことを特徴とする、搬送装置。
2. 前記複数のモータが駆動軸に直接または剛体で間接的に接続されていることを特徴とする、請求項１の搬送装置。
3. 前記駆動軸が搬送装置の昇降部の駆動軸であることを特徴とする、請求項１または２の搬送装置。
   

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