JP2010154728A - サーボモーターの低速制御方法と装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】サーボモーター1の低速制御方法と装置のサーボモーター1の低速制御装置は、サーボモーター1、エンコーダ2、挿入値計算ユニット3、サーボ制御チップ4、電源モジュール5を備え、エンコーダ2はサーボモーター1から速度の信号を受信し、エンコーダ作業後に、低解析度エンコーダ信号を出力し、挿入値計算ユニット3はエンコーダ2が出力する低解析度エンコーダ信号を受信し、補間数値の方式で低解析度エンコーダ信号を高解析度エンコーダ信号に変化させ、高解析度エンコーダ信号を出力し、サーボ制御チップ4は挿入値計算ユニット3が出力する高解析度エンコーダ信号を受信し、演算処理を経て、スイッチ制御コマンドを出力し、しかも、内部パラメーター設定機能を備え、電源モジュール5はサーボ制御チップ4が出力するスイッチ制御コマンドを受信し、サーボモーター1へと送り、サーボモーター1の速度を調整する。
【選択図】図2
Description
本発明が解決しようとする第二の課題は、信号処理の概念を採用し、エンコーダの解析度を向上させ、高精度制御の性能規格を達成し、また信号処理の概念と技術を使用するため、高ノイズ環境におけるエンコーダデータ伝送に対して、最適な信号品質を保持可能で、すなわち高ノイズ環境における、高い信号品質と高い解析度のエンコーダデータの伝送信号は、影響を受けることなく、伝送エラーも発生せず、低速度制御性能規格が実現され、より精密でより幅広い速度制御範囲を達成することができるサーボモーターの低速制御方法と装置を提供することである。
サーボモーターの低速制御方法と装置のサーボモーターの低速制御装置は、サーボモーター、エンコーダ、挿入値計算ユニット、サーボ制御チップ、電源モジュールを備え、
該エンコーダは、該サーボモーターから速度の信号を受信し、エンコーダ作業後に、低解析度エンコーダ信号を出力し、
該挿入値計算ユニットは、該エンコーダが出力する低解析度エンコーダ信号を受信し、補間数値の方式で低解析度エンコーダ信号を高解析度エンコーダ信号に変化させ、該高解析度エンコーダ信号を出力し、
該サーボ制御チップは、該挿入値計算ユニットが出力する高解析度エンコーダ信号を受信し、演算処理を経て、スイッチ制御コマンドを出力し、しかも、内部パラメーター設定機能を備え、
該電源モジュールは、該サーボ制御チップが出力するスイッチ制御コマンドを受信し、該サーボモーターへと送り、該サーボモーターの速度を調整する。
エンコーダの解析度を向上させることができる。
高ノイズ環境において、ノイズの影響を除去することができる。
異なるサーボ制御チップエンコーダインターフェースをすべて処理可能で、サーボチップの型式の制限を受けない。
サーボドライバーに最適なエンコーダデータを提供し、低速制御の目的を達成することができる。
図5と同時に図2、図3に示すように、本発明は以下のステップを含む。
61 エンコーダ信号を入力し、ローパスフィルターによりノイズをフィルタリングする。
62 速度コマンドを入力し、ローパスフィルターによりノイズをフィルタリングする。
63 エッジ探知ユニットはノイズフィルタリング済みのエンコーダ信号を受信し、該エンコーダ信号により、エッジ探知ユニットは補間値計算ユニットをトリガーし作動させる。
64 補間値計算ユニットはエンコーダ信号と速度コマンドを同時に受信し、計算処理し、信号解析度を増加する。
65 補間値計算ユニットは信号解析度増加作業を完成し、新しい信号解析度ポジションを出力する。
66 コンパレーターは補間値計算ユニットの新しい信号解析度ポジションを受信し、ポジション計算ユニットが予め設定する信号解析度を受信し、両者を比較し、補間値計算ユニットの新しい信号解析度が予め設定する信号解析度に符合するか否かを判断する。
67 サーボ制御チップの速度モニターは、信号解析度ポジションを把握する。
68 サーボ制御チップの速度比例積分微分コントローラーは、速度モニターに基づき、信号解析度ポジションと電流比例積分微分コントローラーのパラメーターを把握し、サーボモーターの調整すべき速度を計算する。
69 サーボ制御チップは演算処理後にスイッチ制御コマンドを出力する。
さらに、ノイズの問題も処理する必要があるため、ノイズの演算を処理しなければならない。異なるサーボ制御チップ4が必要なエンコーダ信号に対応するため、エンコーダ信号を発生する一組のモジュールにより演算を執行しなければならない。最後に、出力信号を制御するため、一組の処理インターフェースを設計する。
上記したように、本発明の目的を達成するため、高解析度エンコーダ信号を発生する。
ロジック及び数学演算ロジックユニット
レジスタ
エンコーダ信号を発生するユニット
処理インターフェース
内、レジスタ内部には、チップの設定とエンコーダに関する出力データを保存し、サーボ制御チップ4と互換性のある伝送フォーマットを通して、チップとサーボ制御チップ4はデータ交換の動作を行う。サーボ制御チップ4は、データとパラメーターを本発明のチップに伝送し、或いは本発明のチップよりサーボ制御チップ4へと伝送する。
また、高解析度のエンコーダを使用し、高解析度エンコーダの性能をさらに向上させることができ、エンコーダ解析度の制限により、ドライバーの性能が制限されることはないため、エンコーダの解析度を選択する際に、非常に幅広い柔軟性を備え、しかも、減速機構を使用しないため、体積とコストを共に節減することができる。
上記した説明により、本発明が提出するサーボモーターの低速制御方法と装置は、低コスト、コンパクト、拡充性及び実用性が高いという特徴を備え、サーボモータードライバーのエンコーダ解析度を向上させる方法に対して、既存のサーボ制御チップを使用可能であるばかりか、既存のサーボモータードライバーの性能をも向上させることができる。
2 エンコーダ
3、8 挿入値計算ユニット
31 ローパスフィルター
32 エッジ探知ユニット
33 補間値計算ユニット
34 ポジション計算ユニット
35 コンパレーター
36 マルチプレクサー
4、9 サーボ制御チップ
41 速度比例積分微分コントローラー
42 電流比例積分微分コントローラー
43 電流ディテクター
44 速度モニター
45 エンコーダインターフェース
5 電源モジュール
61 エンコーダ信号を入力し、ローパスフィルターによりノイズをフィルタリングする62 速度コマンドを入力し、ローパスフィルターによりノイズをフィルタリングする
63 エッジ探知ユニットはノイズフィルタリング済みのエンコーダ信号を受信し、該エンコーダ信号により、エッジ探知ユニットは補間値計算ユニットをトリガーし作動させる64 補間値計算ユニットはエンコーダ信号と速度コマンドを同時に受信し、計算処理し、信号解析度を増加する
65 補間値計算ユニットは信号解析度増加作業を完成し、新しい信号解析度ポジションを出力する
66 コンパレーターは補間値計算ユニットの新しい信号解析度ポジションを受信し、ポジション計算ユニットが予め設定する信号解析度を受信し、両者を比較し、補間値計算ユニットの新しい信号解析度が予め設定する信号解析度に符合するか否かを判断する
67 サーボ制御チップの速度モニターは、信号解析度ポジションを把握する
68 サーボ制御チップの速度比例積分微分コントローラーは、速度モニターに基づき、信号解析度ポジションと電流比例積分微分コントローラーのパラメーターを把握し、サーボモーターの調整すべき速度を計算する
69 サーボ制御チップは演算処理後にスイッチ制御コマンドを出力する
Claims (14)
- サーボモーター、エンコーダ、挿入値計算ユニット、サーボ制御チップ、電源モジュールを備え、
前記エンコーダは、前記サーボモーターから速度の信号を受信し、エンコーダ作業後に、低解析度エンコーダ信号を出力し、
前記挿入値計算ユニットは、前記エンコーダが出力する低解析度エンコーダ信号を受信し、補間数値の方式で、前記低解析度エンコーダ信号を高解析度エンコーダ信号に変化させ、前記高解析度エンコーダ信号を出力し、
前記サーボ制御チップは、前記挿入値計算ユニットが出力する高解析度エンコーダ信号を受信し、演算処理を経て、スイッチ制御コマンドを出力し、しかも、内部パラメーター設定機能を備え、
前記電源モジュールは、前記サーボ制御チップが出力するスイッチ制御コマンドを受信し、前記サーボモーターへと送り、前記サーボモーターの速度を調整することを特徴とするサーボモーターの低速制御装置。 - 前記エンコーダは矩形波信号を出力し、しかも前記矩形波信号は、差動信号或いはモノ信号であることを特徴とする請求項1に記載のサーボモーターの低速制御装置。
- 前記サーボ制御チップはさらに、ノイズ抑制機能をも備えることを特徴とする請求項1に記載のサーボモーターの低速制御装置。
- 前記サーボ制御チップはさらに、エンコーダ差動信号をモノ信号に転換する機能も備えることを特徴とする請求項1に記載のサーボモーターの低速制御装置。
- 前記エンコーダが出力する低解析度エンコーダ信号の出力フォーマットは並列出力であることを特徴とする請求項1に記載のサーボモーターの低速制御装置。
- 前記挿入値計算ユニットの補間数値方法は、前記エンコーダが入力する信号の矩形波数により増加し、前記信号を前記サーボ制御チップに提供し、解析度の増加は、前記サーボ制御チップ内部のパラメーター設定を通して達成されることを特徴とする請求項1に記載のサーボモーターの低速制御装置。
- 前記補間数値の計算方式は、前記サーボ制御チップ内部の最終解析度の数値と、その時の前記エンコーダの解析度数値とに基づき、毎回の補間矩形波数を算出し、さらに、その時の前記サーボモーターの速度と速度コマンドに基づき、出力周波数を算出後、矩形波信号を出力することを特徴とする請求項6に記載のサーボモーターの低速制御装置。
- 前記サーボ制御チップは、速度比例積分微分コントローラー、電流比例積分微分コントローラー、電流ディテクター、速度モニター、エンコーダインターフェースを備えることを特徴とする請求項1に記載のサーボモーターの低速制御装置。
- 前挿入値計算ユニットは、ローパスフィルター、エッジ探知ユニット、補間値計算ユニット、ポジション計算ユニット、コンパレーター、マルチプレクサーを備えることを特徴とする請求項1に記載のサーボモーターの低速制御装置。
- 前記挿入値計算ユニットはさらに、前記サーボ制御チップ内部に内蔵可能であることを特徴とする請求項1に記載のサーボモーターの低速制御装置。
- 前記挿入値計算ユニットはさらに、プログラム化可能なロジックチップ(Field Programmable Gate Array、FPGA)で、しかも内部には少なくともローパスフィルター(LPF)を備えることを特徴とする請求項1に記載のサーボモーターの低速制御装置。
- サーボモーターの低速制御方法は、以下のステップを備え、
エンコーダ信号を入力し、ローパスフィルターによりノイズをフィルタリングし、
速度コマンドを入力し、ローパスフィルターによりノイズをフィルタリングし、
エッジ探知ユニットはノイズフィルタリング済みのエンコーダ信号を受信し、前記エンコーダ信号により、エッジ探知ユニットは補間値計算ユニットをトリガーし作動させ、
補間値計算ユニットはエンコーダ信号と速度コマンドを同時に受信し、計算処理し、信号解析度を増加し、
補間値計算ユニットは信号解析度増加作業を完成し、新しい信号解析度ポジションを出力し、
コンパレーターは補間値計算ユニットの新しい信号解析度ポジションを受信し、ポジション計算ユニットが予め設定する信号解析度を受信し、両者を比較し、補間値計算ユニットの新しい信号解析度が予め設定する信号解析度に符合するか否かを判断し、
サーボ制御チップの速度モニターは、信号解析度ポジションを把握し、
サーボ制御チップの速度比例積分微分コントローラーは、速度モニターに基づき、信号解析度ポジションと電流比例積分微分コントローラーのパラメーターを把握し、サーボモーターの調整すべき速度を計算し、
サーボ制御チップは演算処理後にスイッチ制御コマンドを出力することを特徴とするサーボモーターの低速制御方法。 - 前記エンコーダ信号は、矩形波であることを特徴とする請求項12に記載のサーボモーターの低速制御方法。
- 前記コンパレーターは、前記補間値計算ユニットの新しい信号解析度ポジションを受信し、前記ポジション計算ユニットが予め設定する信号解析度を受信し、両者を比較し、前記補間値計算ユニットの新しい信号解析度が、予め設定する信号解析度に符合するか否かを判断し、
前記補間値計算ユニットの新しい信号解析度が、予め設定する信号解析度に符合するなら、マルチプレクサーは前記信号解析度を出力し、
前記補間値計算ユニットの新しい信号解析度が、予め設定する信号解析度に符合しないなら、前記補間値計算ユニットは計算処理を継続し、信号解析度を増加させることを特徴とする請求項12に記載のサーボモーターの低速制御方法。
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