JP2010063218A

JP2010063218A - サーボシステム

Info

Publication number: JP2010063218A
Application number: JP2008224411A
Authority: JP
Inventors: Shinya Takashima; 真也高嶋; Masaru Nishizono; 勝西園; Yusuke Imada; 裕介今田; Masaaki Nishiyama; 雅章西山
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】１種類の位置検出器で位置決め精度と応答性を向上させることができるサーボシステムを提供する。
【解決手段】１相励磁２相出力タイプのレゾルバ４を連結したサーボモータ３と、サーボモータ３の駆動を制御するマイコン６と、レゾルバ４のアナログ信号をデジタル信号に変換するトラッキング方式のＲＤコンバータ５と、サーボモータ３に電流を供給するモータ駆動回路７を有するサーボアンプ２と、サーボアンプ２に位置指令を送信する上位コントローラ１を備え、マイコン６は、制御における所定値に基いてＲＤコンバータ５の分解能を変更し、位置制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーボモータの回転検出に１相励磁２相出力のレゾルバを用いて位置制御を行うサーボシステムに関する。

半導体製造装置をはじめとするＦＡ分野の装置において、部品サイズの小型化、実装面積の省スペース化、タクトタイムの短縮などの要望が強まり、機器を駆動するサーボモータには、位置決め精度と応答性が求められている。

サーボモータの位置検出器としては、ロータリーエンコーダやレゾルバが用いられ、用途に応じて使い分けられている。レゾルバは、ロータリーエンコーダに比べて耐熱性と耐衝撃性に優れており、２相励磁１相出力タイプと１相励磁２相出力タイプが一般的である。

２相の励磁コイルと１つの検出コイルを有する２相励磁１相出力タイプのレゾルバの場合、レゾルバに加えられる励磁信号の周波数は、温度および幾何学角度による移送量の誤差を少なくすべくレゾルバの最適周波数に設定されているので、例えば、所定の停止位置近辺に到達するまでは高速回転でモータを駆動するように制御する場合には、サンプリング時間が長くなって位置検出の応答時間が長くなってしまい、的確にモータ制御を行わせることができなくなるという問題があった。

この問題を解決するため、回転体の回転状態により入力される制御指令に基づいて、励磁コイルに加えられる励磁信号の周波数を、検出精度重視用の周波数と応答性重視用の周波数とに切換えることが可能な回転位置検出装置が提案されており、回転体が低速で回転時は分解能の高い情報が計測され、回転数が高い時は、レゾルバＣの励磁信号は低速時の４倍となり、検出応答性が高く、分解能が低くなる(例えば、特許文献１参照)。

一方、２種類の分解能レベルの異なる位置検出器を用いて、所定の位置でそれぞれの位置検出器を切替えるに際し、制御対象機構部が移動中でも連続的に位置検出が行われ、正確な位置決め操作が短時間で実行でき、スループットが向上しえる位置制御装置が提案されている(例えば、特許文献２参照)。
特開昭６１−２０８１５号公報特開平５−２６５５６０号公報

解決しようとする問題点は、特許文献１の技術は、２相励磁１相出力タイプのレゾルバに有効な技術であり、温度特性のよい１相励磁２相出力タイプのレゾルバに適用することはできない。

また、特許文献２の技術は、正確な位置決め操作が短時間で実行でき、スループットは向上するものの、分解能レベルの異なる２種類の位置検出器を必要とする。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、１種類の位置検出器で位置決め精度と応答性を向上させ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。

上記課題を解決するため請求項１に記載のサーボシステムは、１相励磁２相出力タイプのレゾルバを連結したサーボモータと、前記サーボモータの駆動を制御するマイコンと、前記レゾルバのアナログ信号をデジタル信号に変換するトラッキング方式のＲＤコンバータと、前記サーボモータに電流を供給するモータ駆動回路を有するサーボアンプと、前記サーボアンプに位置指令を送信する上位コントローラを備え、前記マイコンは、制御における所定値に基いて前記ＲＤコンバータの分解能を変更し、位置制御を行う。

また、請求項２に記載のサーボシステムは、モータの速度によって分解能を変更する。

また、請求項３に記載のサーボシステムは、トルク指令変化量によって分解能を変更する。

また、請求項４に記載のサーボシステムは、位置偏差量によって分解能を変更する。

また、請求項５に記載のサーボシステムは、変更の基準にヒステリシスを持たせる。

また、請求項６に記載のサーボシステムは、位置指令の有無によって分解能を変更する。

また、請求項７に記載のサーボシステムは、位置指令の入力または終了から一定時間後に分解能を変更する。

また、請求項８に記載のサーボシステムは、外部からの信号によって分解能を変更する。

さらに、請求項９に記載のサーボシステムは、位置制御と速度制御の制御モードを組み合わせて使用し、制御モードによって分解能を変更する。

請求項１記載のサーボシステムによれば、サーボモータを制御するマイコンは、制御の所定値を基準にして、ＲＤコンバータの出力を変更して位置制御を行うため、１種類の位置検出器のみで位置決め精度と応答性を向上させることができる。

また、請求項２から請求項４記載のサーボシステムによれば、モータ速度、トルク指令変化量、位置偏差量のいずれか（または組み合わせたもの）を基準にして、分解能を選択的に切替えることで、応答性を要求されるモータ動作時には応答性を、位置決め精度を要求される停止時には位置決め精度を向上させることができる。

また、請求項５記載のサーボシステムによれば、分解能の切替えの所定値にヒステリシスを持たせることで、基準付近で分解能が頻繁に切替わることを防ぎ、動作を安定させることができる。

また、請求項６のサーボシステムによれば、位置指令により分解能を切替えることで、モータの動作時と停止時を判断し、位置決め精度と応答性を向上させることができる。

また、請求項７記載のサーボシステムによれば、位置指令の入力または終了から一定時間おいて分解能を切替えることで、モータが停止するまで応答性が向上した状態を維持することができる。

また、請求項８記載のサーボシステムによれば、外部からの信号により分解能を切替え
ることで、任意のタイミングで、位置決め精度と応答性のいずれかを向上させることができる。

また、請求項９記載のサーボシステムによれば、制御モードにより分解能を切替えることで、応答性を要求される速度制御時には応答性を、位置決め精度を要求される位置制御時には位置決め精度を向上させることができる。

このように、ＲＤコンバータの分解能を制御の所定値に基いて選択的に変更し、位置制御を行うことで、１種類の位置検出器のみで位置決め精度と応答性を向上させることができる。

１相励磁２相出力タイプのレゾルバを連結したサーボモータと、前記サーボモータの駆動を制御するマイコンと、前記レゾルバのアナログ信号をデジタル信号に変換するトラッキング方式のＲＤコンバータと、前記サーボモータに電流を供給するモータ駆動回路を有するサーボアンプと、前記サーボアンプに位置指令を送信する上位コントローラを備え、前記マイコンは、制御における所定値に基いて前記ＲＤコンバータの分解能を変更し、位置制御を行うことを特徴とするサーボシステムである。以下、具体的な実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明のサーボシステムのブロック構成図である。

図１において、１は上位コントローラ、２はサーボアンプ、３はサーボモータ、４は１相励磁２相出力のレゾルバ、５はトラッキング方式のＲＤコンバータ、６はマイコン、７はモータ駆動回路、８は指令線、９はモータ線、１０はレゾルバ線である。

本発明のサーボシステムは、１相励磁２相出力タイプのレゾルバ４を連結したサーボモータ３と、サーボモータ３を制御するマイコン６と、レゾルバ４のアナログ信号をデジタル信号に変換するＲＤコンバータ７を備えたサーボアンプ２と、サーボアンプ２に位置指令を送信する上位コントローラ１で構成される。

上位コントローラ１とサーボアンプ２は指令線８で接続される。サーボアンプ２とサーボモータ３はモータ線９で接続され、モータ駆動回路７から電流が供給される。レゾルバ４のアナログ信号（位置情報）は、レゾルバ線１０によってサーボアンプ２のＲＤコンバータ８に入力され、デジタル信号に変換される。

従来のＲＤコンバータは、ＰＬＬ制御で構成されることが一般的であり、レゾルバデジタル変換時の位置情報の分解能を向上するとレゾルバデジタル変換処理の応答性が低下する。位置検出器がエンコーダの場合、２種類のスリットで分解能が決まるため、分解能をリアルタイムに変更することが困難であり、スリットを通過した光の変化回数をカウントする構成のため、分解能の違いによる応答性の低下はない。

そこで、応答性が要求されるモータ動作時は、デジタル位置情報の分解能を低く設定することで応答性を向上させ、精度が要求されるモータ停止時にデジタル位置情報の分解能を高く設定することで、位置決め精度を向上することができる。

本発明のマイコン６は、サーボモータ３を制御する際に、制御の所定値に基いてＲＤコンバータ５の分解能を変更し、位置制御を行う点に特徴がある。このため、ＲＤコンバータ５には、複数の分解能に設定できるものを用いる。

マイコン６は、上位コントローラ１から位置指令を受け、レゾルバ４の回転位置情報を受けとり、モータ駆動回路７の電流を制御してサーボモータ３を位置決めする。つまり、マイコン６が位置決めに関する情報を一手に受け、サーボモータを制御する点を利用するものである。

マイコン６は、サーボモータ３の制御における所定値を基準にして、ＲＤコンバータ５のポートを切替えるためのポート信号を出力する。ＲＤコンバータ５は、内部の分解能を変更し、出力する。このように、分解能の切替えの主体は、サーボモータ３を制御するマイコン６側にあり、制御における基準を自由に設定することができる。

例えば、モータ速度を基準として、分解能を切替え、モータ速度が一定以上になれば、分解能を低く設定し、応答性を向上させ、モータ速度が一定以下になれば、分解能を高く設定し、位置決め精度を向上させる。

また、分解能を切替える基準をトルク指令変化量や位置偏差量とした場合も、同様に実施できる。さらに、分解能を切替える基準にヒステリシスを設定することで、基準付近で分解能が頻繁に切り替わることを防ぎ、動作を安定させることができる。

図２は、マイコン６によるＲＤコンバータ５の分解能切替え有無における効果の説明図であり、指令波形１１を細実線で、分解能切替え時の応答波形１２を太実線で、分解能固定時の応答波形１３を破線で示したものである。図２から分解能を切替えることで位置決め整定時間の短縮が確認できる。

なお、分解能を切替える基準として、位置指令の有無で判断した場合も同様に実施できる。また、位置指令の入力または終了から一定時間おいて分解能を切替えれば、モータが停止するまで応答性を向上した状態を維持することができる。さらに、分解能の切替える基準を外部信号とした場合も同様に実施できる。

また、図１の構成はそのままで、位置制御と速度制御の制御モードを組み合わせて使用するサーボシステムにおいて分解能を切替えてもよく、応答性が要求される速度制御時には応答性を、位置決め精度が要求される位置制御時には位置決め精度を向上させることも可能である。

制御モードを位置−速度として考えたが、位置−トルク、速度−トルク制御での切替えも同様に考えることができる。

このように、サーボモータを制御するマイコンが、サーボモータを制御する所定値に基づいて、ＲＤコンバータの分解能を選択的に変更し、制御を行うことで１種類の位置検出器のみで位置決め精度と応答性を向上させることができる。

本発明のサーボシステムは、位置検出器にレゾルバを用いる装置などに有用である。

本発明の実施の形態１におけるサーボシステムのブロック構成図本発明の分解能の切替え効果を説明する応答波形図

符号の説明

１上位コントローラ
２サーボアンプ
３サーボモータ
４レゾルバ
５ＲＤコンバータ
６マイコン
７モータ駆動回路
８指令線
９モータ線
１０レゾルバ線
１１指令波形（細実線）
１２分解能切替え時の応答波形（太実線）
１３分解能固定時の応答波形（破線）

Claims

１相励磁２相出力タイプのレゾルバを連結したサーボモータと、
前記サーボモータの駆動を制御するマイコンと、前記レゾルバのアナログ信号をデジタル信号に変換するトラッキング方式のＲＤコンバータと、前記サーボモータに電流を供給するモータ駆動回路を有するサーボアンプと、
前記サーボアンプに位置指令を送信する上位コントローラを備え、
前記マイコンは、制御における所定値に基いて前記ＲＤコンバータの分解能を変更し、位置制御を行うことを特徴とするサーボシステム。
モータの速度によって分解能を変更する請求項１記載のサーボシステム。
トルク指令変化量によって分解能を変更する請求項１記載のサーボシステム。
位置偏差量によって分解能を変更する請求項１記載のサーボシステム。
変更の基準にヒステリシスを持たせる請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のサーボシステム。
位置指令の有無によって分解能を変更する請求項１記載のサーボシステム。
位置指令の入力または終了から一定時間後に分解能を変更する請求項６記載のサーボシステム。
外部からの信号によって分解能を変更する請求項１記載のサーボシステム。
位置制御と速度制御の制御モードを組み合わせて使用し、制御モードによって分解能を変更する請求項１記載のサーボシステム。