JP2011259535A - モータ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】システム同期信号の伝送の信頼性を向上しながら、複数のモータ部の制御に求められるリアルタイム性を確保することが可能なモータ制御システムを提供する。
【解決手段】このモータ制御システム１００は、システム同期信号と指令信号とを生成するコントローラ部１と、コントローラ部１から出力されたシステム同期信号を受信した後、指令信号に基づいて動作するとともに、応答信号を出力するモータ部２とを備え、システム同期信号は、スペクトラム拡散方式に基づいて通信されるように構成されているとともに、指令信号と応答信号とは、直交周波数分割多重方式に基づいて通信されるように構成されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、モータ制御システムに関し、特に、コントローラ部とモータ部とを備えたモータ制御システムに関する。

従来、生産設備としてロボットに代表されるモータ制御システムでは、駆動・動作する機構部に、モータとモータを制御するモータ制御装置とが搭載されているものがある。そして、機構部の動作に伴って、モータ制御装置へ電力を供給するための配線と、制御部へ制御信号が伝達される配線とが屈曲する場合がある。このため、配線を配置するためのスペースを十分に設けない場合には、スペースに対する配線の割合（線積率）が大きくなるため、機構部の動作によって、配線が引っ張られたり圧縮されたりして、配線の断線事故の発生の機会が増えるという不都合があった。そこで、従来、配線の本数を少なくしてスペースに対する配線の割合（線積率）を少なくするために、モータ駆動用の電流（電力）と制御信号（指令信号および応答信号）との両方を供給可能な電力線通信ケーブルによりコントローラ部とモータ部とを接続したモータ制御システムが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、上記特許文献１に開示されたような従来の電力と制御信号との両方を供給可能な電力線通信ケーブルを用いる場合の通信方式として、一般的には、高速データ転送が可能な直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ方式：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が使用されている。

また、従来では、電力と通信データとの両方を供給可能な電力線通信ケーブルを用いる場合において、ＯＦＤＭ方式とスペクトラム拡散方式（ＳＳ方式：Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）とを切り替えることが可能な車載用通信装置も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この特許文献２に記載の車載用通信装置は、予めノイズの影響が小さい車の運転状態と、ノイズの影響が大きい車の運転状態とが定められている。そして、ノイズの影響が小さい運転状態では、高速データ通信が可能なＯＦＤＭ方式を使用するとともに、ノイズの影響が大きい運転では、耐ノイズ性の高いＳＳ方式を使用するように構成されている。これにより、ノイズの影響が大きい場合でも、ノイズの影響を受けることなくデータ通信を正常に行うことが可能となる。

特開２００３−３１９６９３号公報 特開２００８−３０１４０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のモータ制御システムでは、コントローラ部とモータ部とをモータ駆動用の電流と制御信号との両方を供給可能な電力線通信ケーブルにより接続する構成である一方、コントローラ部とモータ部との同期をとるためのシステム同期信号については言及されていないため、コントローラ部とモータ部とを確実に同期して駆動させることができない。ここで、コントローラ部とモータ部との同期がずれると、複数のモータ部の運転が互いにずれてしまい、生産設備の動作がずれてしまうので、製品加工などにおいて製品に傷をつけるという不都合が発生する。また、仮にコントローラ部からシステム同期信号を出力したとしても、システム同期信号の伝送の際にノイズの影響を受けることにより、システム同期信号の伝送を正常に行うことができない場合がある。この場合には、システム同期信号の伝送の信頼性を向上することが困難であるという問題点がある。

また、上記特許文献２に記載の車載用通信装置では、車の運転状況に基づいてＯＦＤＭ方式とＳＳ方式とが切り替えられる構成である一方、運転状況を把握してからＯＦＤＭ方式とＳＳ方式とを切り替えて制御信号を生成するため、制御信号の生成にある程度の時間を要すると考えられる。このため、上記特許文献２によるＯＦＤＭ方式とＳＳ方式とを切り替える構成を、複数モータ部の協調制御に適用した場合には、複数のモータ部の制御に要求されるリアルタイム性（一定時間内に処理を完了させること）を確保することが困難であるという問題点が発生すると考えられる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、システム同期信号の伝送の信頼性を向上しながら、複数のモータ部の制御に求められるリアルタイム性を確保することが可能なモータ制御システムを提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の一の局面によるモータ制御システムは、システム同期信号と指令信号とを生成するコントローラ部と、コントローラ部から出力されたシステム同期信号を受信した後、指令信号に基づいて動作するとともに、応答信号を出力するモータ部とを備え、システム同期信号は、スペクトラム拡散方式に基づいて通信されるように構成されているとともに、指令信号と応答信号とは、直交周波数分割多重方式に基づいて通信されるように構成されている。

この一の局面によるモータ制御システムでは、上記のように、システム同期信号を、スペクトラム拡散方式に基づいて通信することによって、スペクトラム拡散方式がノイズに対する耐性に優れているので、システム同期信号の送信の際にノイズの影響を受けた場合でも、システム同期信号の伝送の信頼性を確保することができる。また、指令信号と応答信号とを、直交周波数分割多重方式に基づいて通信することによって、直交周波数分割多重方式が高速データ通信に優れているので、高頻度の指令信号および応答信号をコントローラ部およびモータ部に送信することができる。これにより、モータ部を複数設けた場合でも、複数のモータ部の制御に求められるリアルタイム性を確保することができる。

上記一の局面によるモータ制御システムにおいて、好ましくは、コントローラ部は、スペクトラム拡散方式に基づいて通信されるシステム同期信号を途切れることなく常時送信するように構成されている。このように構成すれば、一定の時間毎にのみシステム同期信号を送信している場合と異なり、システム同期信号が送信されていない間に混入されたノイズがモータ部によりシステム同期信号と誤って判断されることにより、モータ部の同期がずれてしまうのを抑制することができる。

この場合、好ましくは、モータ部がコントローラ部からのシステム同期信号を受信する際には、モータ部が受信する信号からモータ部が送信する応答信号を除去するように構成されている。このように構成すれば、システム同期信号を常時送信する場合に、システム同期信号と応答信号との伝達タイミングが重なり、モータ部が受信する信号にモータ部が送信する応答信号が含まれる場合にも、モータ部が受信する信号からモータ部が送信する応答信号を除去することにより、システム同期信号だけを正確に受信することができる。

上記コントローラ部がシステム同期信号を途切れることなく常時送信するモータ制御システムにおいて、好ましくは、コントローラ部がモータ部からの応答信号を受信する際には、コントローラ部が受信する信号からコントローラ部が送信するシステム同期信号を除去するように構成されている。このように構成すれば、システム同期信号を常時送信する場合に、システム同期信号と応答信号との伝達タイミングが重なり、コントローラ部が受信する信号にコントローラ部が送信するシステム同期信号が含まれる場合にも、コントローラ部が受信する信号からコントローラ部が送信するシステム同期信号を除去することにより、応答信号だけを正確に受信することができる。

上記一の局面によるモータ制御システムにおいて、好ましくは、システム同期信号は、擬似ランダム系列のうち最大の周期を有するＭ系列データと、固定のパターンを有する固定データとを含み、Ｍ系列データに対応する時間と固定データに対応する時間との和に等しい一定の周期でモータ部が制御されるように構成されている。ここで、Ｍ系列データに対応する時間は、（２^ｎ−１）×ｔ（ｎは自然数：ｔは時間、１０ＭＨｚのクロックでは０．１μｓ）で表わされるので、システム同期信号がＭ系列データのみから構成されている場合では、Ｍ系列データに対応する時間の長さはｎを１つずつ大きくする毎に略２倍ずつ変化する。つまり、システム同期信号がＭ系列データのみから構成されている場合では、Ｍ系列データに対応する時間の長さが略２倍ずつ変化するので、所望の制御周期にＭ系列データに対応する時間を合わせるのが困難である。一方、本発明のように、システム同期信号がＭ系列データと固定データとを含むように構成することによって、固定データの長さを調整することにより、システム同期信号の周期（Ｍ系列データに対応する時間と固定データに対応する時間との和）を所望の制御周期に容易に調整することができる。

この場合、好ましくは、システム同期信号は、Ｍ系列データの後に固定データが送信されるように構成されており、モータ部により受信されたシステム同期信号に含まれるＭ系列データと、モータ部が予め有するＭ系列データと同じパターンを有するデータとを比較することにより、コントローラ部とモータ部とが同期を取るように構成されている。このように構成すれば、システム同期信号の先頭列に含まれるＭ系列データと、モータ部が予め有するＭ系列データと同じパターンを有するデータとが一致したことを検知することにより、確実に同期を取ることができる。

上記一の局面によるモータ制御システムにおいて、好ましくは、コントローラ部とモータ部とは、電力の供給と、システム同期信号、指令信号および応答信号の通信と、を行う電力配線により接続されている。このように構成すれば、電力の供給と、システム同期信号、指令信号および応答信号の通信と、を同一の電力配線によって行うことができるので、スペースに対する配線の割合（線積率）を小さくすることができる。これにより、駆動・動作する機構部などの動作に起因する配線の断線事故の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態によるモータ制御システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態によるモータ制御システムのコントローラ部の通信部およびモータ部の通信部のブロック図である。 本発明の一実施形態によるモータ制御システムのコントローラ部のＳＳ送信部のブロック図である。 本発明の一実施形態によるモータ制御システムのモータ部のＳＳ受信部のブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態によるモータ制御システム１００の構成について説明する。

図１に示すように、モータ制御システム１００には、コントローラ部１と、複数のモータ部２と、直流（ＤＣ）電源供給部３とが設けられている。コントローラ部１と、複数のモータ部２と、ＤＣ電源供給部３とは、電力重畳型通信ケーブル４を介して接続されている。すなわち、本実施形態では、コントローラ部１の後述する通信部１２と、モータ部２の通信部２５とが、電力重畳型通信ケーブル４を介して接続されており、電力と、システム同期信号、指令信号および応答信号とが電力重畳型通信ケーブル４を介して送信されるように構成されている。なお、電力重畳型通信ケーブル４は、本発明の「電力配線」の一例である。

コントローラ部１には、指令部１１と、通信部１２と、カプラ部１３と、制御電源部１４とが設けられている。指令部１１は、通信部１２に接続されているとともに、通信部１２は、カプラ部１３に接続されている。また、カプラ部１３は、制御電源部１４に接続されているとともに、電力重畳型通信ケーブル４に接続されている。

複数のモータ部２の各々には、エンコーダ２１と、モータ２２と、パワー部２３と、制御部２４と、通信部２５と、カプラ部２６と、パワー電源部２７と、制御電源部２８とが設けられている。

エンコーダ２１は、モータ軸２２ａを介してモータ２２に接続されている。モータ２２は、モータ配線２２ｂを介してパワー部２３に接続されている。また、パワー部２３は、制御部２４に接続されているとともに、制御部２４は、通信部２５に接続されている。また、通信部２５は、カプラ部２６に接続されているとともに、カプラ部２６は、電力重畳型通信ケーブル４に接続されている。また、カプラ部２６は、パワー電源部２７と制御電源部２８とに接続されている。

図２に示すように、コントローラ部１の通信部１２には、ＳＳ送信部３１と、ＯＦＤＭ送信部３２と、ＯＦＤＭ受信部３３とが設けられている。ＳＳ送信部３１と、ＯＦＤＭ送信部３２と、ＯＦＤＭ受信部３３とは、データバス１５を介して指令部１１と接続されている。ＳＳ送信部３１は、スペクトラム拡散方式（ＳＳ方式：Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）に基づいてシステム同期信号を送信する機能を有する。ＯＦＤＭ送信部３２は、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ方式：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）に基づいて指令信号を送信する機能を有する。ＯＦＤＭ受信部３３は、ＯＦＤＭ方式に基づいて応答信号を受信する機能を有する。

すなわち、本実施形態では、コントローラ部１において、システム同期信号がＳＳ方式に基づいて送信されるとともに、指令信号は、ＯＦＤＭ方式に基づいて送信され、応答信号は、ＯＦＤＭ方式に基づいて受信されるように構成されている。なお、ＳＳ送信部３１は、システム同期信号を途切れることなく常時送信するように構成されている。ここで、システム同期信号とは、コントローラ部１から出力されるとともに、複数のモータ部２により受信され、コントローラ部１と複数のモータ部２との同期を取るための信号である。このシステム同期信号をモータ部２が受信した後に、モータ部２は、指令信号を実行するように構成されている。また、指令信号とは、モータ２２の位置指令、速度指令、または加速度指令を指令する信号である。この指令信号をモータ部２が実行することにより、モータ２２は、指令信号に従って駆動するように構成されている。また、応答信号とは、システム同期信号を受信した時点、または、指令信号を実行した時点のモータ２２の状態と位置情報とを有しており、モータ部２からコントローラ部１へ応答（返送）される信号である。

ＳＳ送信部３１のシステム同期信号線３１７ａは、加算器３４に接続されているとともに、加算器３４は、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）３５に接続されている。ＤＡＣ３５は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３６に接続されているとともに、ＢＰＦ３６は、アンプ３７に接続されている。アンプ３７は、カプラ部１３に設けられるコンデンサ５１および５２に接続されている。

ＯＦＤＭ送信部３２は、加算器３４に接続されている。また、ＯＦＤＭ受信部３３は、遅延回路３８を介してＳＳ送信部３１に接続されている。また、ＯＦＤＭ受信部３３は、減算器３９に接続されている。減算器３９は、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）４０に接続されているとともに、遅延回路４１を介して、加算器３４とＤＡＣ３５とに接続されている。そして、本実施形態では、コントローラ部１がモータ部２からの応答信号を受信する際には、コントローラ部１がＡＤＣ４０を介して受信する信号からコントローラ部１が送信するシステム同期信号が減算器３９により除去されるように構成されている。また、ＡＤＣ４０は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４２に接続されているととともに、ＢＰＦ４２は、カプラ部１３に設けられるコンデンサ５１および５２に接続されている。

コントローラ部１のカプラ部１３には、コンデンサ５１、コンデンサ５２、リアクトル５３およびリアクトル５４が設けられている。コンデンサ５１の一方電極は、アンプ３７とＢＰＦ４２とに接続されるとともに、他方電極は、リアクトル５４と電力重畳型通信ケーブル４とに接続されている。コンデンサ５２の一方電極は、アンプ３７とＢＰＦ４２に接続されるとともに、他方電極は、リアクトル５３と電力重畳型通信ケーブル４とに接続されている。リアクトル５３およびリアクトル５４は、制御電源部１４に接続されている。

モータ部２の通信部２５には、ＳＳ受信部６１と、ＯＦＤＭ送信部６２と、ＯＦＤＭ受信部６３とが設けられている。ＳＳ受信部６１と、ＯＦＤＭ送信部６２と、ＯＦＤＭ受信部６３とは、データバス２９を介して制御部２４に接続されている。なお、ＳＳ受信部６１は、ＳＳ方式に基づいてシステム同期信号を受信する機能を有する。ＯＦＤＭ送信部６２は、ＯＦＤＭ方式に基づいて応答信号を送信する機能を有する。ＯＦＤＭ受信部６３は、ＯＦＤＭ方式に基づいて指令信号を受信する機能を有する。すなわち、本実施形態では、モータ部２において、システム同期信号がＳＳ方式に基づいて受信されるとともに、指令信号は、ＯＦＤＭ方式に基づいて受信され、応答信号は、ＯＦＤＭ方式に基づいて送信されるように構成されている。

ＯＦＤＭ送信部６２は、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）６４に接続されているとともに、ＤＡＣ６４は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６５に接続されている。また、ＢＰＦ６５は、アンプ６６に接続されているとともに、アンプ６６は、カプラ部２６に設けられるコンデンサ８１および８２に接続されている。

ＳＳ受信部６１はＯＦＤＭ受信部６３に接続されているとともに減算器６８に接続されている。減算器６８は、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）６９に接続されているとともに、遅延回路７０を介して、ＯＦＤＭ送信部６２およびＤＡＣ６４に接続されている。ＡＤＣ６９は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７１に接続されているとともに、ＢＰＦ７１は、カプラ部２６に設けられるコンデンサ８１および８２に接続されている。ＳＳ受信部６１の復調後システム同期信号線６１ａは、遅延回路６７を介してＯＦＤＭ送信部６２に接続されているとともに、ＯＦＤＭ受信部６３と制御部２４とに接続されている。そして、本実施形態では、モータ部２がコントローラ部１からのシステム同期信号をＡＤＣ６９を介して受信する際には、モータ部２が受信する信号からモータ部２が送信する応答信号が減算器６８により除去されるように構成されている。また、ＯＦＤＭ受信部６３が復調後システム同期信号を受けると、ＯＦＤＭ信号の受信を開始する。制御部２４が復調後システム同期信号を受けると、エンコーダ通信線２１ａを介して取り込んだエンコーダ２１の位置データとモータ部２の状態とを含む応答データをＯＦＤＭ送信部６２へ書き込む。ＯＦＤＭ送信部が遅延回路６７を介して復調後システム同期信号を受けると、予め書き込まれた上記応答データを送信する。モータ部２が受信する指令信号はコントローラ部１でＳＳ送信部３１より送信されるシステム同期信号と同期してＯＦＤＭ送信部から送信されているので、モータ部２ではＳＳ受信部６１の復調後システム同期信号を基点に指令信号を受信することが可能となる。つまり、ＯＦＤＭ受信部６３ではＯＦＤＭ信号の頭出し信号であるプリアンブルを必要としない。

モータ部２のカプラ部２６には、コンデンサ８１、コンデンサ８２、リアクトル８３およびリアクトル８４が設けられている。コンデンサ８１の一方電極は、アンプ６６とＢＰＦ７１とに接続されるとともに、他方電極は、リアクトル８４と電力重畳型通信ケーブル４とに接続されている。コンデンサ８２の一方電極は、アンプ６６とＢＰＦ７１に接続されるとともに、他方電極は、リアクトル８３と電力重畳型通信ケーブル４とに接続されている。リアクトル８３およびリアクトル８４は、パワー電源部２７および制御電源部２８に接続されている。

図３に示すように、ＳＳ送信部３１には、Ｍ系列生成回路３１１と、固定データ生成回路３１２と、ＳＳ送信制御回路３１３と、タイマ３１４とが設けられている。Ｍ系列生成回路３１１と、固定データ生成回路３１２と、タイマ３１４とは、データバス３１５に接続されている。なお、Ｍ系列生成回路３１１は、擬似ランダム系列のうち最大の周期を有するＭ系列データを生成する機能を有する。また、固定データ生成回路３１２は、固定のパターンを有する固定データを生成する機能を有する。固定データは、たとえば０と１とが繰り返されるデータ列から構成されている。すなわち、システム同期信号は、Ｍ系列データの後に固定データが送信されるように構成されている。ここで、本実施形態では、Ｍ系列データに対応する時間と固定データに対応する時間との和に等しい一定の周期でモータ部２が制御されるように構成されている。

タイマ出力線３１４ａはＭ系列データと固定データとを繋ぎ合わせたシステム同期信号の周期を示す信号（タイマ出力）を伝達する線である。タイマ出力線３１４ａは、ＳＳ送信制御回路３１３に接続されているとともに、指令部１１（図２参照）とＯＦＤＭ送信部３２（図２参照）と遅延回路３８（図２参照）とに接続されている。指令部１１がタイマ出力を受けると、ＯＦＤＭ受信部で受信したデータを読み出し、指令を計算する。ＯＦＤＭ送信部３２がタイマ出力を受けると、予め指令部から入力された送信データを送信するが、送信のタイミングがＳＳ信号出力の周期に同期して送信されるため、モータ部２のＯＦＤＭ受信部６３ではＯＦＤＭ信号の頭出し信号であるプリアンブルを必要としない。ＯＦＤＭ受信部３３がタイマ出力を受けると、システム同期信号に同期して応答された信号がモータ部２より応答されるため、ＯＦＤＭ受信部３３ではＯＦＤＭ信号の頭出し信号であるプリアンブルを必要としない。また、タイマ３１４は、ＳＳ送信制御回路３１３に接続されているとともに、遅延回路３８（図２参照）に接続されている。また、ＳＳ送信制御回路３１３は、固定データ生成回路３１２およびＭ系列生成回路３１１に接続されているとともに、セレクタ３１６に接続されている。固定データ生成回路３１２およびＭ系列生成回路３１１は、セレクタ３１６に接続されているとともに、セレクタ３１６は、セレクタ３１７に接続されている。また、セレクタ３１７には、正弦波発生回路３１８と位相遅延器３１９とが接続されている。また、正弦波発生回路３１８は、接地されている。

また、図４に示すように、モータ部２のＳＳ受信部６１には、乗算器６１１ａおよび６１１ｂと、マッチドフィルタ（ＭＦ）回路６１２ａおよび６１２ｂと、２乗演算器６１３ａおよび６１３ｂと、加算器６１４と、閾値比較器６１５とが設けられている。また、ＳＳ受信部６１には、正弦波発生回路６１６と位相遅延器６１７とが設けられている。なお、ＭＦ回路６１２ａおよび６１２ｂは、システム同期信号に含まれるＭ系列データと、予めＭＦ回路６１２ａおよび６１２ｂが有するＭ系列データと同じパターンを有するデータとを比較する機能を有する。そして、本実施形態では、モータ部２により受信されたシステム同期信号に含まれるＭ系列データとモータ部２のＭＦ回路６１２ａおよび６１２ｂが予め有するＭ系列データと同じパターンを有するデータとを比較することにより、コントローラ部１と複数のモータ部２とが同期を取るように構成されている。

乗算器６１１ａおよび６１１ｂは、コントローラ部１から送信されるシステム同期信号が減算器６８を介して入力されるように構成されている。また、乗算器６１１ａは、正弦波発生回路６１６に接続されているとともに、乗算器６１１ｂは、位相遅延器６１７に接続されている。また、乗算器６１１ａおよび６１１ｂは、それぞれ、ＭＦ回路６１２ａおよび６１２ｂに接続されている。ＭＦ回路６１２ａおよび６１２ｂは、それぞれ、２乗演算器６１３ａおよび６１３ｂに接続されるとともに、２乗演算器６１３ａおよび６１３ｂは、加算器６１４に接続されている。また、加算器６１４は、閾値比較器６１５に接続されている。閾値比較器６１５は、加算器６１４から入力される信号が所定の閾値以上であるか、または、所定の閾値よりも小さいかを比較する機能を有する。また、閾値比較器６１５から出力される信号は、ＯＦＤＭ送信部６２およびＯＦＤＭ受信部６３（図２参照）に出力されるように構成されている。

次に、図１を参照して、モータ制御システム１００の基本的な動作について説明する。

複数のモータ部２にそれぞれ設けられるエンコーダ２１が有する位置データが、通信部２５、カプラ部２６および電力重畳型通信ケーブル４を介して応答信号としてコントローラ部１に送信される。コントローラ部１では、カプラ部１３を介して通信部１２により応答信号が受信されるとともに、応答信号に基づいて複数のモータ２２への指令が指令部１１により計算される。そして、指令部１１で計算された指令は、指令信号として、通信部１２、カプラ部１３および電力重畳型通信ケーブル４を介して複数のモータ部２に送信される。指令信号は、複数のモータ部２の各々において、カプラ部２６、通信部２５を介して制御部２４に取り込まれる。そして、指令信号に基づいた指令が、制御部２４によりパワー部２３へ出力されるとともに、モータ２２は、制御部２４の指令に従って駆動される。

また、コントローラ部１とモータ部２との間の通信は、重畳型通信ケーブル４を介して、ＳＳ方式とＯＦＤＭ方式とに基づいて行われている。ここで、本実施形態では、システム同期信号は、ＳＳ方式に基づいて通信されるととともに、指令信号と応答信号とは、ＯＦＤＭ方式に基づいて通信される。なお、システム同期信号は、途切れることなく常時送信されている。

次に、図２を参照して、コントローラ部１とモータ部２との間のシステム同期信号、指令信号および応答信号の送受信の動作について説明する。

まず、コントローラ部１のＳＳ送信部３１において、システム同期信号が生成される。そして、システム同期信号は、ＳＳ方式に基づいて、加算器３４、ＤＡＣ３５、ＢＰＦ３６、アンプ３７、および、カプラ部１３を介して電力重畳型通信ケーブル４に送信される。電力重畳型通信ケーブル４では、システム同期信号とＤＣ電源供給部３から供給される電力とが重畳されるとともに、モータ部２に送信される。モータ部２では、電力重畳型通信ケーブル４を介して受信したシステム同期信号と電力とが、カプラ部２６によって分離される。そして、電力は、パワー電源部２７と制御電源部２８とに供給される。また、システム同期信号は、ＢＰＦ７１、ＡＤＣ６９、減算器６８を介してＳＳ受信部６１に入力される。なお、電力重畳型通信ケーブル４を介して送信される信号には、システム同期信号とモータ部２が送信する応答信号とが含まれており、本実施形態では、減算器６８により、モータ部２が受信する信号からモータ部２が送信する応答信号が除去される。その後、ＳＳ受信部６１では、後述するように、モータ部２により受信されたシステム同期信号に含まれるＭ系列データとモータ部２のＭＦ回路６１２ａおよび６１２ｂが予め有するＭ系列データと同じパターンを有するデータとが比較されて相関が取られる。そして、Ｍ系列データとＭＦ回路６１２ａおよび６１２ｂが有するデータとが一致したと判断された場合に、ＳＳ受信部６１から同期が取れたことを示す信号（ＳＳ受信部出力）が出力される。

また、コントローラ部１では、ＳＳ送信部３１から出力されるＳＳ同期出力に同期して、ＯＦＤＭ送信部３２から指令信号が加算器３４に送信され、システム同期信号に加算される。その後、指令信号は、ＤＡＣ３５、ＢＰＦ３６、アンプ３７、カプラ部１３および電力重畳型通信ケーブル４を介してモータ部２に送信される。そして、モータ部２では、ＳＳ受信部６１から同期が取れたことを示す信号（ＳＳ受信部出力）がＯＦＤＭ受信部６３に出力されることにより、コントローラ部１から送信されたＯＦＤＭ信号のシンボル同期がＯＦＤＭ受信部６３により行われる。その後、指令信号が受信される。なお、ＯＦＤＭ受信部６３におけるＯＦＤＭ信号のシンボル同期は、ＯＦＤＭ信号のプリアンブル（データの始まりを示す符号）は用いずに、ＳＳ受信部出力を用いて行われている。これにより、ＯＦＤＭ信号がプリアンブルを含まなくてよい分、ＯＦＤＭ信号に別のデータ（更なる指令信号など）を含ませることが可能となる。

また、ＯＦＤＭ信号（指令信号）の受信と並行して、エンコーダ２１の位置データがエンコーダ線２１ａを介して制御部２４により取得されるとともに、位置データとモータ部２の状態とを含む応答データがＯＦＤＭ送信部６２に書き込まれる。その後、ＳＳ受信部６１から同期が取れたことを示す信号（ＳＳ受信部出力）が、遅延回路６７を介してＯＦＤＭ送信部６２に入力されることにより、応答信号（応答データ）がコントローラ部１に送信される。そして、コントローラ部１では、応答信号がＢＰＦ４２、ＡＤＣ４０および減算器３９を介してＯＦＤＭ受信部３３により受信される。なお、電力重畳型通信ケーブル４を介して受信される信号には、応答信号とコントローラ部１が送信するシステム同期信号とが含まれており、本実施形態では、減算器３９により、コントローラ部１が受信する信号からコントローラ部１が送信するシステム同期信号が除去される。

また、コントローラ部１からのシステム同期信号の送信は、複数のモータ部２のそれぞれに対して一斉に行われる。これにより、各モータ部２において、システム同期信号が受信されるとともに、各モータ部２のＳＳ受信部６１から同期が取れたことを示す信号（ＳＳ受信部出力）が出力される。その結果、各モータ部２において、同時に指令信号に従ってモータ２２の制御が行われる。また、各モータ部２において、同時に制御部２４によりモータ２２の位置データがエンコーダ２１から取得される。これにより、複数のモータ部２の同期がずれるのが抑制される。

次に、図３を参照して、コントローラ部１のＳＳ送信部３１のシステム同期信号を生成する動作について説明する。

コントローラ部１がモータ部２を制御する一定の周期がタイマ３１４により生成されるとともに、ＳＳ送信制御回路３１３に入力される。ＳＳ送信制御回路３１３に入力されたタイマ３１４の出力に基づいて、セレクタ３１６に接続されるＭ系列生成回路３１１および固定データ生成回路３１２のうちの一方の出力がセレクタ３１６からセレクタ３１７に出力される。そして、セレクタ３１６の出力に基づいて、正弦波発生回路３１８からの正弦波、または、正弦波発生回路３１８から位相遅延器３１９を介すことにより位相が遅延された正弦波がセレクタ３１７から出力される。

具体的には、たとえば２５０μｓの周期でコントローラ部１がモータ部２を制御する場合では、２０４７（＝２^１１−１）ビットのＭ系列データがＭ系列生成回路３１１により生成される。なお、コントローラ部１の指令部１１のクロックは、１０ＭＨｚ（１クロック＝０．１μｓ）であり、２０４７ビットのＭ系列データに対応する時間は、２０４．７μｓとなる。また、Ｍ系列データに対応する時間と、固定データに対応する時間との和が２５０μｓになるように、固定データ生成回路３１２により固定データが生成される。つまり、固定データに対応する時間が、４５．３μｓ（＝２５０μｓ−２０４．７μｓ）になるように、４５３ビットの固定データが生成される。たとえば、固定データは、０と１とを繰り返すデータ列により構成される。そして、Ｍ系列生成回路３１１により生成されたＭ系列データが、セレクタ３１６から出力された後に、固定データ生成回路３１２により生成された固定データが出力される。なお、Ｍ系列データの出力と固定データの出力とは交互に繰り返し行われる。これにより、Ｍ系列データと固定データとからなるシステム同期信号が、途切れることなく常時送信される。なお、タイマ３１４は、任意の周期を出力することが可能なように構成されており、タイマ３１４が出力する周期に応じて、Ｍ系列データのビット数と、固定データのビット数とが調整される。

次に、図４を参照して、モータ部２のＳＳ受信部６１のシステム同期信号を受信する際の動作について説明する。

まず、コントローラ部１から送信されたＭ系列データと固定データとからなるシステム同期信号がモータ部２の減算器６８（図２参照）を介してＳＳ受信部６１に入力される。そして、正弦波発生回路６１６と位相遅延器６１７とによって、ＳＳ受信部６１に入力されたシステム同期信号から、正弦波成分と余弦波成分とが抽出される。その後、システム同期信号の正弦波成分は、ＭＦ回路６１２ａに入力されるとともに、ＭＦ回路６１２ａが予め有するシステム同期信号の正弦波成分（Ｍ系列データ）と同一のパターンからなる比較値としてのデータとの間で相関が取られる。そして、ＭＦ回路６１２ａからの出力は、２乗演算器６１３ａに入力されるとともに、２乗される。また、システム同期信号の余弦波成分は、ＭＦ回路６１２ｂに入力されるとともに、ＭＦ回路６１２ｂが予め有するシステム同期信号の余弦波成分（Ｍ系列データ）と同一のパターンからなる比較値としてのデータとの間で相関が取られる。そして、ＭＦ回路６１２ｂからの出力は、２乗演算器６１３ｂに入力されるとともに、２乗される。２乗演算器６１３ａからの出力と、２乗演算器６１３ｂからの出力とは、加算器６１４に入力されるとともに加算される。加算器６１４からの出力は、閾値比較器６１５に入力される。そして、加算器６１４からの出力が所定の閾値よりも大きい場合（Ｍ系列データと比較値としてのデータとの相関が高い場合）、同期が取れたことを示す信号（ＳＳ受信部出力）が閾値比較器６１５から出力される。

本実施形態では、上記のように、システム同期信号を、スペクトラム拡散方式（ＳＳ方式）に基づいて通信することによって、スペクトラム拡散方式がノイズに対する耐性に優れているので、システム同期信号の送信の際にノイズの影響を受けた場合でも、システム同期信号の伝送の信頼性を確保することができる。また、指令信号と応答信号とを、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ方式）に基づいて通信することによって、直交周波数分割多重方式が高速データ通信に優れているので、高頻度の指令信号および応答信号をコントローラ部１およびモータ部２に送信することができる。これにより、モータ部２を複数設けた場合でも、複数のモータ部２の制御に求められるリアルタイム性を確保することができる。

また、本実施形態では、上記のように、コントローラ部１を、ＳＳ方式に基づいて通信されるシステム同期信号を途切れることなく常時送信するように構成することによって、一定の時間毎にのみシステム同期信号を送信している場合と異なり、システム同期信号が送信されていない間に混入されたノイズがモータ部２によりシステム同期信号と誤って判断されることにより、モータ部２の同期がずれてしまうのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、モータ部２がコントローラ部１からのシステム同期信号を受信する際には、モータ部２が受信する信号からモータ部２が送信する応答信号を除去するように構成することによって、システム同期信号を常時送信する場合に、システム同期信号と応答信号との伝達タイミングが重なり、モータ部２が受信する信号にモータ部２が送信する応答信号が含まれる場合にも、モータ部２が受信する信号からモータ部２が送信する応答信号を除去することにより、システム同期信号だけを正確に受信することができる。

また、本実施形態では、上記のように、コントローラ部１がモータ部２からの応答信号を受信する際には、コントローラ部１が受信する信号からコントローラ部１が送信するシステム同期信号を除去するように構成することによって、システム同期信号を常時送信する場合に、システム同期信号と応答信号との伝達タイミングが重なり、コントローラ部１が受信する信号にコントローラ部１が送信するシステム同期信号が含まれる場合にも、コントローラ部１が受信する信号からコントローラ部１が送信するシステム同期信号を除去することにより、応答信号だけを正確に受信することができる。

また、本実施形態では、上記のように、システム同期信号が、擬似ランダム系列のうち最大の周期を有するＭ系列データと、固定のパターンを有する固定データとを含み、Ｍ系列データに対応する時間と固定データに対応する時間との和に等しい一定の周期でモータ部２を制御する。ここで、Ｍ系列データに対応する時間は、（２^ｎ−１）×ｔ（ｎは自然数：ｔは時間、１０ＭＨｚのクロックでは０．１μｓ）で表わされるので、システム同期信号がＭ系列データのみから構成されている場合では、Ｍ系列データに対応する時間の長さはｎを１つずつ大きくする毎に略２倍ずつ変化する。つまり、システム同期信号がＭ系列データのみから構成されている場合では、Ｍ系列データに対応する時間の長さが略２倍ずつ変化するので、所望の制御周期にＭ系列データに対応する時間を合わせるのが困難である。一方、本実施形態のように、システム同期信号がＭ系列データと固定データとを含むように構成することによって、固定データの長さを調整することにより、システム同期信号の周期（Ｍ系列データに対応する時間と固定データに対応する時間との和）を所望の制御周期に容易に調整することができる。

また、本実施形態では、上記のように、システム同期信号が、Ｍ系列データの後に固定データが送信されるように構成されており、モータ部２により受信されたシステム同期信号に含まれるＭ系列データとモータ部２が予め有するＭ系列データと同じパターンを有するデータとを比較することにより、システム同期信号の先頭列に含まれるＭ系列データとモータ部２が予め有するＭ系列データと同じパターンを有するデータとが一致したことを検知することにより、確実に同期を取ることができる。

また、本実施形態では、上記のように、コントローラ部１とモータ部２とを、電力の供給と、システム同期信号、指令信号および応答信号の通信と、を行う電力重畳型通信ケーブル４により接続する。これにより、電力の供給と、システム同期信号、指令信号および応答信号の通信と、を同一の電力重畳型通信ケーブル４によって行うことができるので、スペースに対する配線の割合（線積率）を小さくすることができる。その結果、駆動・動作する機構部などの動作に起因する配線の断線事故の発生を抑制することができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、システム同期信号がＭ系列データを含む例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、同期をとることが可能なデータであればＭ系列データ以外のデータを用いてもよい。

また、上記実施形態では、コントローラ部が、ＳＳ方式に基づいて通信されるシステム同期信号を途切れることなく常時送信するように構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ＳＳ方式に基づいて通信されるシステム同期信号を所定の周期毎に送信するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、２５０μｓの周期でモータ部が制御される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、２５０μｓ以外の周期でモータ部が制御されるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、コントローラ部の指令部のクロックが１０ＭＨｚである例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、１０ＭＨｚ以外のクロックによりコントローラ部の指令部が動作してもよい。なお、クロック数が変化することにより、１クロックに相当する時間も変化するので、モータ部を制御する所望の周期に合うようにＭ系列データのビット数と固定データのビット数とが調整される。

１ コントローラ部
２ モータ部
４ 電力重畳型通信ケーブル（電力配線）
１２ 通信部
２５ 通信部

Claims (7)

1. システム同期信号と指令信号とを生成するコントローラ部と、
   前記コントローラ部から出力された前記システム同期信号を受信した後、前記指令信号に基づいて動作するとともに、応答信号を出力するモータ部とを備え、
   前記システム同期信号は、スペクトラム拡散方式に基づいて通信されるように構成されているとともに、前記指令信号と前記応答信号とは、直交周波数分割多重方式に基づいて通信されるように構成されている、モータ制御システム。
2. 前記コントローラ部は、前記スペクトラム拡散方式に基づいて通信される前記システム同期信号を途切れることなく常時送信するように構成されている、請求項１に記載のモータ制御システム。
3. 前記モータ部が前記コントローラ部からの前記システム同期信号を受信する際には、前記モータ部が受信する信号から前記モータ部が送信する前記応答信号を除去するように構成されている、請求項２に記載のモータ制御システム。
4. 前記コントローラ部が前記モータ部からの前記応答信号を受信する際には、前記コントローラ部が受信する信号から前記コントローラ部が送信する前記システム同期信号を除去するように構成されている、請求項２または３に記載のモータ制御システム。
5. 前記システム同期信号は、擬似ランダム系列のうち最大の周期を有するＭ系列データと、固定のパターンを有する固定データとを含み、
   前記Ｍ系列データに対応する時間と前記固定データに対応する時間との和に略等しい一定の周期で前記モータ部が制御されるように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータ制御システム。
6. 前記システム同期信号は、前記Ｍ系列データの後に前記固定データが送信されるように構成されており、前記モータ部により受信された前記システム同期信号に含まれる前記Ｍ系列データと、前記モータ部が予め有する前記Ｍ系列データと同じパターンを有するデータとを比較することにより、前記コントローラ部と前記モータ部とが同期を取るように構成されている、請求項５に記載のモータ制御システム。
7. 前記コントローラ部と前記モータ部とは、電力の供給と、前記システム同期信号、前記指令信号および前記応答信号の通信と、を行う電力配線により接続されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のモータ制御システム。

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