JP2011210245A

JP2011210245A - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP2011210245A
Application number: JP2011046241A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nishizono; 勝西園; Hisashi One; 久志大音; Tomohisa Hirakawa; 智久平川; Kenichi Suzuki; 健一鈴木
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2031-03-03
Also published as: CN102195546B; JP5845434B2; CN102195546A

Abstract

【課題】同期電動機の相順とＣＳ信号の検出方向を自動設定できるモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動装置１００は、モータ２０に接続され、モータ２０を駆動する。モータ２０は、例えば、一般的に知られているように、駆動用の巻線を有した固定子と永久磁石を有した可動子とを含む構成である。モータ２０の巻線に電圧を印加して電流を流すことによって、可動子が移動する。モータ駆動装置１００は、可動子の位置を所定の位置に移動させる位置制御機能を有している。この機能実現のため、モータ２０には、位置検出器２１が取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータが目標位置に到達したことを判定する位置決め完了判定の機能を有したモータ駆動装置に関する。

半導体関連装置や電子部品実装機などでは、高速応答性が重要になり、特に位置指令に対する追従性の指標である位置決め整定時間の短縮が求められている。通常、サーボアンプなどモータを制御する機器では、目標位置に対するモータ位置のずれ（以下、適宜、位置偏差と呼ぶ）が整定幅以下になれば、目標位置に到達したと判断し、位置決め完了信号を出力する。上位コントローラはその位置決め完了信号が出力されたのを確認し、次の動作を開始する。特に、２軸が連動して動作する軸では、軸Ａが目標位置にいることを前提に軸Ｂを動作させる、ということが行われる。このため、位置決め完了信号が出力されている状態では必ず整定幅以内にいなければならず、万が一、整定幅から出てしまった場合は、位置決め完了信号をＯＦＦし、上位コントローラに伝えなければならない。

また、従来、このような位置決め完了を判定する手法として、例えば、特許文献１のような技術が提案されている。特許文献１では、レーザ光線の照射位置をミラーおよびミラー駆動装置によって移動させるガルバノスキャナ装置が開示されている。この装置は、ミラー駆動装置によってミラーの駆動位置が目標角度を含む所定の整定範囲内に達したことを検出してから、待機時間経過後に位置決め完了と判断する。そして、待機時間をミラーの駆動角度や目標角度に応じて変化させることで、待機時間を最小限にし、高スループットを実現していた。

特開２００３−９０９７４号公報

しかしながら、前述した従来の技術は、整定時の振動などにより、一旦位置決め範囲内に入ってから、再度範囲外に出てしまうような現象が生じると、位置決め完了割れが発生し、必ずしもそのときに整定範囲内にいるとは限らない。すなわち、このような現象が生じると、複数回に渡って整定範囲内到達を検出することになる。そして、これら検出から待機時間経過後に位置決め完了と判断するため、位置決め完了信号にも完了と未完了とが繰り返されるような位置決め完了割れが発生する。また、位置決め完了割れが発生すると、位置決め範囲内に入るタイミングが数回発生する。内部の検出サンプリングは有限の時間であるため、どのタイミングのものを基準にするかがばらつく可能性があり、その場合、待機時間の開始がばらつくため、結果、位置決め完了判定までの時間がばらつき、位置決め完了判定が不安定になるという課題があった。

図４は、従来の手法において位置決め完了割れが発生する場合の一例を示す図である。図４では、位置偏差と、位置決め完了割れを含む位置決め完了信号を示している。すなわち、図４の例では、整定時の振動などにより、位置偏差が、一旦位置決め範囲となる位置決め完了幅内のレベルに入ってから、再度範囲外に出てしまうような現象が生じ、その結果、位置決め完了割れが生じている。従来の判定方法では、このような位置決め完了割れが発生してしまうため、位置偏差の振動が発生しないよう、制御ゲインを下げるなどで対応する必要があり、結果的に位置決め整定時間が長くなり、装置としてのタクトタイムも長くなる。

さらに、特許文献１のように位置偏差が位置決め完了範囲内に入ってから遅延時間を持たせる手法では、装置のばらつきにより、位置偏差が位置決め完了範囲内に入る時間自体がばらつくため、結果的に位置決め完了出力が出る時間もばらつき、位置決め完了判定が不安定になるという課題もあった。

本発明は上記従来の課題を解決するために成されたものであり、安定した位置決め完了判定を行うことができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係るモータ駆動装置は、位置検出器を有するモータを位置制御するモータ駆動装置である。本モータ駆動装置は、位置決め完了幅と位置決め判定遅延時間とを記憶する記憶部と、位置検出器からのモータ位置信号と位置指令値との位置偏差、および位置決め判定遅延時間に基づき、判定開始信号を生成して出力する判定開始信号出力部と、位置指令値とモータ位置信号と位置決め完了幅と判定開始信号とに基づき、位置決め完了信号を生成して出力する位置決め完了信号出力部とを備える。そして、判定開始信号出力部は、位置指令値が０になってから位置決め判定遅延時間経過した後に、判定開始信号を出力する。さらに、位置決め完了信号出力部は、判定開始信号が入力された以降で、かつ位置偏差が位置決め完了幅以内の場合のみ位置決め完了信号を出力する。

この構成によれば、整定時の振動などにより、位置指令値とモータ位置信号との差（位置偏差）に位置決め完了幅を超える振動が発生している場合でも、位置決め判定遅延時間を適切に設定することにより、位置決め完了信号出力が割れることなく、安定した出力が可能となる。また、万が一、位置決め判定遅延時間後に外力などにより、一旦整定した後に位置偏差が位置決め完了幅を超えた場合は、適切に位置決め完了信号出力をＯＦＦすることができる。

本発明のモータ駆動装置によれば、整定時の振動などにより、位置指令とモータ位置との差（位置偏差）に位置決め完了幅を超える振動が発生している場合でも、判定遅延時間を適切に設定することにより、位置決め完了信号出力が割れることなく、安定した出力が可能となる。また、万が一、判定遅延時間後に外力などにより、一旦整定した後に位置偏差が位置決め完了幅を超えた場合は適切に位置決め完了信号出力をＯＦＦすることができる。

本発明の実施例におけるモータ駆動装置のブロック図本発明の実施例における位置決め完了処理部の詳細な構成を示すブロック図本発明の実施例における各信号の一例を示すタイミング図従来の位置決め完了割れが発生する場合の一例を示す図

以下、本発明を実施するための形態を、実施例にて図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例におけるモータ駆動装置のブロック図である。図１に示すように、本発明のモータ駆動装置１００は、モータ２０に接続され、モータ２０を駆動する。モータ２０は、例えば、一般的に知られているように、駆動用の巻線を有した固定子と永久磁石を有した可動子とを含む構成である。モータ２０の巻線に電圧を印加して電流を流すことによって、可動子が移動する。モータ駆動装置１００は、可動子の位置を所定の位置に移動させる位置制御機能を有している。この機能実現のため、モータ２０には、位置検出器２１が取り付けられている。位置検出器２１は、モータ２０の可動子の位置を検出し、検出された位置がモータ位置信号１０としてモータ駆動装置１００に供給される。また、モータ駆動装置１００には、例えば外部の上位コントローラ２２などから位置指令値１１が通知される。モータ駆動装置１００は、モータ位置信号１０に基づく位置が位置指令値１１に追従するように、制御のための電圧である電圧指令信号１９を生成する。そして、モータ駆動装置１００は、生成した電圧指令信号１９をモータ２０の巻線に印加することによって、可動子を目的位置まで移動させるような位置制御を行う。

モータ駆動装置１００は、位置制御を行う位置制御部１１０と位置決め完了の処理を行う位置決め完了処理部１２０とを含む構成である。

位置制御部１１０は、モータ位置信号１０に基づく位置が位置指令値１１に追従するように制御するための電圧指令信号１９を生成し、モータ２０へと出力する。すなわち、位置制御部１１０は、モータ位置信号１０に基づく位置と位置指令値１１との位置偏差を求め、この位置偏差に基づく電圧指令信号１９を生成する。

位置決め完了処理部１２０は、モータが目標位置に到達したことを判定する位置決め完了判定の機能を実行する。すなわち、位置決め完了処理部１２０は、位置制御部１１０が実行する位置制御において、位置決めが完了したかどうかを判定し、位置決めが完了したと判定すると、位置決めが完了したことを示す位置決め完了信号１５を上位コントローラ２２へと出力する。

図２は、位置決め完了処理部１２０の詳細な構成を示すブロック図である。図２に示すように、位置決め完了処理部１２０は、位置決めの完了に関する処理を実行するため、位置決め完了信号出力部１と、判定開始信号出力部２と、記憶部３とを備えている。

記憶部３は、位置決めの判定を遅延させるための所定の遅延時間である位置決め判定遅延時間１２と、位置決めの完了を判定するための所定のレベルの範囲を示す位置決め完了幅１４とを記憶している。記憶部３は、このような位置決め判定遅延時間１２と位置決め完了幅１４とを出力する。

判定開始信号出力部２には、上位コントローラ２２から位置指令値１１が供給されるとともに、判定開始信号出力部２は、記憶部３から位置決め判定遅延時間１２を読み込んでいる。判定開始信号出力部２は、位置指令値１１が０になったかどうかを監視している。判定開始信号出力部２は、位置指令値１１が０になったと判定すると、０になったと判定した時刻から位置決め判定遅延時間１２だけ遅延した時刻において、判定開始信号１３を、位置決め完了信号出力部１へと出力する。このように、判定開始信号出力部２は、位置指令値１１と位置決め判定遅延時間１２とに基づき判定開始信号１３を生成して出力する。

位置決め完了信号出力部１には、上位コントローラ２２から位置指令値１１が供給されるとともに、位置検出器２１からモータ位置信号１０が供給される。さらに、位置決め完了信号出力部１には、判定開始信号出力部２から判定開始信号１３が供給されるとともに、位置決め完了信号出力部１は、記憶部３から位置決め完了幅１４を読み込んでいる。位置決め完了信号出力部１は、判定開始信号出力部２から判定開始信号１３が通知された時点において、位置指令値１１とモータ位置信号１０との差（位置偏差）が位置決め完了幅１４の範囲内であるかどうかを判定する。そして、位置決め完了信号出力部１は、位置指令値１１とモータ位置信号１０との差が位置決め完了幅１４の範囲内であると判定すると、位置決め完了信号１５を出力する。このように、位置決め完了信号出力部１は、上位コントローラ２２などからの位置指令値１１と位置検出器２１からのモータ位置信号１０と位置決め完了幅１４と判定開始信号１３とに基づき位置決め完了信号１５を生成して出力する。そして、位置決め完了信号出力部１は、判定開始信号１３が入力された以降で、かつ位置偏差が位置決め完了幅１４以内の場合のみ、位置決め完了信号１５を出力する。このような位置決め完了信号１５が、モータ駆動装置１００から上位コントローラ２２へと出力される。

位置決め完了処理部１２０は、以上のように構成されており、このような構成により、位置指令値１１が０になってから位置決め判定遅延時間１２経過後に、位置指令値１１とモータ位置信号１０との差が位置決め完了幅１４の範囲内であれば位置決め完了信号１５を出力する。

次に、本実施例のモータ駆動装置１００の動作について説明する。図３は、本実施例における各信号の一例を示すタイミング図である。図３では、位置指令値１１、位置指令値１１とモータ位置信号１０との差、すなわち位置偏差、および位置決め完了信号１５のタイミングを示している。

図３に示すように、位置指令値１１が０になると、判定開始信号出力部２は、位置指令値１１が０になった時刻から位置決め判定遅延時間１２だけ遅延した時刻において、判定開始信号１３を出力する。また、位置決め完了信号出力部１は、判定開始信号１３が通知された時点において、位置偏差が位置決め完了幅１４の範囲内であるかどうかを判定する。そして、位置決め完了信号出力部１は、位置偏差が位置決め完了幅１４の範囲内であると判定すると、図３に示すように、位置決め完了をＯＮで示す位置決め完了信号１５を出力する。また、判定開始信号１３が通知された時点において、位置決め完了信号出力部１は、位置偏差が位置決め完了幅１４の範囲内ではないと判定すると、位置偏差が位置決め完了幅１４の範囲内となるのを待って位置決め完了信号１５を出力する。

このように、本実施例では、位置指令値１１が０になってから位置決め判定遅延時間１２経過後に、位置指令値１１とモータ位置信号１０との差が位置決め完了幅１４の範囲内であれば位置決め完了信号１５を出力する。本実施例ではこのように動作するため、図４に示した従来の手法に比べて図３に示すように位置決め完了割れは発生しておらず、位置決め完了割れの発生を抑制できる。

このように、本実施例のモータ駆動装置１００によれば、位置決め完了割れの発生を抑制できるため、位置決め判定遅延時間１２の間はどれだけ振動してもよく、その分、制御ゲインを上げることができ、結果的に位置決め整定時間も短くできる。

多軸の制御を行う装置では、軸ごとに目標の整定時間が決められ、その整定時間内に位置決め完了となるように制御ゲインを調整する。その際、整定時間の短縮の大きな障害になるのが、位置決め完了割れであり、基本的には割れが発生しないよう制御ゲインを調整しなければならない。本実施例の方式を用いれば、位置決め判定遅延時間１２を目標の整定時間と同じ、またはそれより少し短い時間に設定することで、その間の位置決め完了割れが無視できる。このため、本実施例によれば、制御ゲインを従来より高く設定でき、整定時間を短縮することができる。

また、上述したように、従来の特許文献１のような手法では位置決め完了出力が出力される時間がばらつくという課題があった。それに対し、本実施例では、位置指令値１１が０になる地点を基準にしているため、装置のばらつきの影響をうけず、常に安定した時間で位置決め完了出力を出すことができるという特徴もある。

なお、記憶部３に記憶している位置決め判定遅延時間１２と位置決め完了幅１４は通信や前面パネルでの操作などにより、変更できるようにしておくとよい。

また、本発明を適用した場合でも、上位コントローラ側の位置決め完了検出処理部分は何も変更する必要がないこともメリットである。

また、上位コントローラが位置指令値を出力してから、位置決め完了出力がＯＦＦになるのを確認して、モータが動作を開始したと判断している場合、ショートピッチ動作では位置決め完了出力がＯＦＦになる時間が短いため、上位コントローラのサンプリング能力によっては取りこぼしが発生し、上位コントローラがモータの動作を認識できないことがある。そのような用途に対しても、本発明を適用すれば、位置決め完了信号１５がＯＦＦになる時間を位置決め判定遅延時間１２で調整することができるため、この遅延時間を上位コントローラ２２のサンプリング時間に対し、十分長くすることで前述の取りこぼしの問題を回避することができる。

以上説明したように、本発明のモータ駆動装置は、判定開始信号出力部が、位置指令値が０になってから位置決め判定遅延時間経過した後に判定開始信号を出力し、位置決め完了信号出力部が、判定開始信号が入力された以降でかつ位置偏差が位置決め完了幅以内の場合のみ位置決め完了信号を出力する構成である。この構成により、位置決め完了割れの発生を抑制でき、安定した位置決め完了の判定を行うことができる。

本発明のモータ駆動装置は、位置決め完了信号出力を遅延させる用途などにも有用である。

１０モータ位置信号
２０モータ
２１位置検出器
２２上位コントローラ
１１位置指令値
１９電圧指令信号
１００モータ駆動装置
１１０位置制御部
１２０位置決め完了処理部

Claims

位置検出器を有するモータを位置制御するモータ駆動装置において、位置決め完了幅と位置決め判定遅延時間とを記憶する記憶部と、前記位置検出器からのモータ位置信号と位置指令値との位置偏差、および前記位置決め判遅延時間に基づき、判定開始信号を生成して出力する判定開始信号出力部と、前記位置指令値と前記モータ位置信号と前記位置決め完了幅と前記判定開始信号とに基づき、位置決め完了信号を生成して出力する位置決め完了信号出力部とを備え、前記判定開始信号出力部は、前記位置指令値が０になってから前記位置決め判定遅延時間経過した後に、前記判定開始信号を出力し、前記位置決め完了信号出力部は、前記判定開始信号が入力された以降で、かつ前記位置偏差が前記位置決め完了幅以内の場合のみ位置決め完了信号を出力することを特徴とするモータ駆動装置。