JP2019101724A - エンコーダ及び制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンコーダと制御装置とがシリアル通信を行う制御システムにおいて位置情報の正確な補正を行うことのできるエンコーダ及び制御システムを提供する。【解決手段】エンコーダ３０と制御装置１０とがシリアル通信により接続された制御システム１であって、エンコーダ３０は、被検知体５０の位置に関する情報である位置情報と、位置情報を生成したタイミングを表す位置情報生成タイミング情報とをシリアルデータ中に含めて制御装置１０に送信するデータ送信部３２を備え、制御装置１０は、エンコーダ３０から受信した位置情報と位置情報生成タイミング情報とに基づいて、被検知体５０の位置情報を補正する補正部１３を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、エンコーダ、及びエンコーダを有する制御システムに関する。

回転軸の回転位置や直線移動物の移動位置を検出するエンコーダが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、「検出した角度データを保持する記憶装置１０と、遅れ時間を補正する出力補正装置１１を設け、今回のサンプリングの角度データと過去の角度データからＡ／Ｄ変換、演算処理時間等による遅れ時間における移動量を出力補正装置１１にて推定し、推定された移動量を今回のサンプリングデータに加算し遅れ時間の補正を行う。」と記載されている。

特開平８−２６１７９４号公報

ところで、エンコーダと制御装置とがシリアル通信を行う制御システムにおいては、エンコーダから制御装置に位置情報をシリアルデータとして送信する通信処理に一定の時間を要するため、制御装置側がエンコーダから位置情報を取得した時点では被検知体の位置は受信した位置情報が表す位置よりも先に進行している場合がある。したがって、現時点での被検知体のより正確な位置を求めるために、位置情報を補正することが要求される。ここで、位置情報を補正するために一般的に考えられるやり方は、制御装置がエンコーダに位置情報を要求してからエンコーダから位置情報が送信されて来るまでの通信遅延時間に対応する補正量を、現在までに受信した複数回分の位置情報に基づいて求めることである。しかしながら、エンコーダが位置情報の要求を受けてから位置情報を生成するまでのタイミングがエンコーダ毎に異なる場合、上記補正のやり方では位置情報について正確な補正ができない。

本開示の一態様は、エンコーダと制御装置とがシリアル通信により接続された制御システムであって、エンコーダは、被検知体の位置に関する情報である位置情報と、位置情報を生成したタイミングを表す位置情報生成タイミング情報とをシリアルデータ中に含めて制御装置に送信するデータ送信部を備え、制御装置は、エンコーダから受信した位置情報と位置情報生成タイミング情報とに基づいて、被検知体の位置情報を補正する補正部を備える、制御システムである。

また、本開示の他の態様は、制御装置とシリアル通信可能に接続されるエンコーダであって、エンコーダは、被検知体の位置に関する情報である位置情報と、位置情報を生成したタイミングを表す位置情報生成タイミング情報とをシリアルデータ中に含めて制御装置に送信するデータ送信部を備える、エンコーダである。

本発明によれば、位置情報の正確な補正を行うことのできるエンコーダ及び制御システムが提供される。

添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれらの目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明確になるであろう。

本発明の実施形態に係る制御システムの全体構成を概略的に表すブロック図である。 図１の制御システムにおける制御装置の構成を表すブロック図である。 図１の制御システムにおけるエンコーダの構成を表すブロック図である。 要求信号、位置情報生成タイミング、シリアルデータのタイミングを示すタイムチャートである。 図１の制御システムによる位置情報補正処理を示すフローチャートである。 シリアルデータのフレームの構成例を表す図である。 制御装置に複数のエンコーダが接続された制御システムの構成例を示すブロック図である。

次に、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。参照する図面において、同様の構成部分または機能部分には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これらの図面は縮尺を適宜変更している。また、図面に示される形態は本発明を実施するための一つの例であり、本発明は図示された形態に限定されるものではない。

図１は本発明の実施形態に係る制御システム１の全体構成を概略的に表すブロック図である。制御システム１は、制御装置１０の制御下で、エンコーダ３０により検知された被検知体５０の位置を表す位置情報に基づいて被検知体５０の動作を制御するシステムである。制御システム１は、例えば、工作機械の主軸モータを制御するためのシステムであり、この場合、被検知体５０はモータであり、エンコーダ３０はモータの回転位置を検出するセンサを備える。制御装置１０とエンコーダ３０はシリアル通信により互いに通信可能に構成されおり、エンコーダ３０によって検知された被検知体５０の位置情報はシリアルデータ５としてエンコーダ３０から制御装置１０に送信される。また、以下で詳細に説明するように、エンコーダ３０は、位置情報を生成したタイミングを表す位置情報生成タイミング情報を生成し、位置情報と共にシリアルデータ５に含めて制御装置１０に送信するように構成されている。制御装置１０は、位置情報生成タイミング情報に基づいて位置情報を補正することによって、被検知体５０の現時点の正確な位置を算出できるように構成されている。

図２は、制御装置１０の構成を表すブロック図である。なお、図２は、制御装置１０が有する各種機能のうち、エンコーダ３０とのシリアル通信及び位置情報の補正の機能に関して表したものである。図２に示すように、制御装置１０は、エンコーダ３０に対して位置情報を要求するための要求信号を送信する要求信号送信部１２と、エンコーダ３０からシリアルデータとして受信した位置情報及び位置情報生成タイミング情報に基づいて位置情報を補正する位置情報補正部１３とを具備している。位置情報補正部１３とエンコーダ３０とのシリアルデータのやり取りはシリアルインタフェース１５を介して行われる。要求信号送信部１２は、例えば断続的に或いは周期的に要求信号を生成してもよい。要求信号送信部１２及び位置情報補正部１３の機能の詳細については後述する。

図３は、エンコーダ３０の構成を表すブロック図である。図３に示すように、エンコーダ３０は、制御装置１０の要求信号送信部１２からの要求信号に応じて被検知体５０の位置を表す位置情報を生成する位置情報生成部３１と、位置情報生成部３１で生成された位置情報及び位置情報生成タイミング情報をシリアルデータに含めて制御装置１０に送信するデータ送信部３２とを具備している。データ送信部３２と制御装置１０とのシリアルデータのやり取りはシリアルインタフェース３５を介して行われる。位置情報生成部３１及びデータ送信部３２の詳細については後述する。

次に、図４のタイムチャートを参照して位置情報の補正に関して説明する。図４には、制御装置１０が要求信号を送信するタイミングと、エンコーダ３０が位置情報を生成したタイミング（位置情報生成タイミング）と、制御装置１０がシリアルデータを受信するタイミングとが図示されている。なお、制御装置１０が要求信号を送信するタイミングとエンコーダ３０が要求信号を受信するタイミングとは実質的に同じとみなせるため、以下では両者は同じであるものとして説明を行う。図４中の上側には、時間の推移とともに増加する被検知体５０の位置をグラフとして併せて図示している。ここでは、エンコーダ３０が、制御装置１０からタイミングｔ１０において受信した要求信号ｒ１１に応答して、位置情報１１１ａをタイミングｔ１１で生成し、制御装置１０が、位置情報１１１ａと位置情報生成タイミング情報１１１ｂ（位置情報１１１ａを生成したタイミングｔ１１を表す情報）とを含むシリアルデータ１１１をタイミングｔ１２で受信したものとする。本実施形態では、一例として、制御装置１０及びエンコーダ３０は、シリアル通信のレートと比較して十分に高速で同一周期の内部クロックパルスに基づいて動作しているものとする。エンコーダ３０は、位置情報生成タイミング情報として、要求信号を受信してから位置情報を生成するまでの期間に相当する内部クロックパルスのカウント値を生成するものとする。この場合、制御装置１０はエンコーダ３０と同一周期の内部クロック基づいて動作しているので、エンコーダ３０から位置情報生成タイミング情報１１１ｂとして受信したカウント値により、要求信号ｒ１１を受信してから位置情報１１１ａを生成するまでの期間の長さを認識することができる。

制御装置１０が要求信号ｒ１１を送信したタイミングｔ１０での被検知体の位置ｐ１０に対して、制御装置１０が位置情報１１１ａを受信したタイミングｔ１２（現時点）では被検知体３０の位置は位置ｐ１２まで進んでいる。したがって、制御装置１０が、現時点ｔ１２における被検知体５０の正確な位置を把握するには、受信したシリアルデータ１１１に含まれる位置情報１１１ａを補正する必要がある。ここで、本実施形態にかかるエンコーダ３０は、位置情報（位置ｐ１１）を生成したタイミングｔ１１を表す位置情報生成タイミング情報１１１ｂをシリアルデータ１１１中に含めている。したがって、制御装置１０は、タイミングｔ１１における被検知体５０の正確な位置である位置ｐ１１をシリアルデータ１１１から得ることができる。

ここで、図４に示すように、制御装置１０が、前回、位置情報１０１ａを要求する要求信号ｒ１０を送信しエンコーダ３０がそれに応じて位置情報１０１ａを生成したタイミングをｔ１、タイミングｔ１における被検知体５０の位置を位置ｐ１とする。位置ｐ１を表す位置情報１０１ａ及びタイミングｔ１を表す位置情報生成タイミング情報１０１ｂは、前回受信したシリアルデータ１０１に含まれている。したがって、制御装置１０の位置情報補正部１３は、下記の計算式によって被検知体５０の正確な移動速度を求めることができる。

（移動速度）＝（前回の位置ｐ１−今回の位置ｐ１１）／（前回の位置情報生成タイミングｔ１−今回の位置情報生成タイミングｔ１１）

また、シリアルデータ１１１によって提供された位置情報１１１ａが生成されたタイミングｔ１１から、タイミングｔ１２（現時点）までの遅延時間は下記によって求めることができる。

（遅延時間）＝（制御装置がシリアルデータを受信したタイミングｔ１２）−（位置情報生成タイミングｔ１１）

以上のように求められた「移動速度」と「遅延時間」を基に、制御装置１０の位置情報補正部１３は、タイミングｔ１２で取得した位置情報１１１ａに対する補正量を以下の数式によって求めることができる。

（補正量）＝(移動速度)×(遅延時間)

制御装置１０の位置情報補正部１３は、タイミングｔ１２で受信した位置情報（位置ｐ１１）に、上記の通り算出された「補正量」を加えることで、被検知体５０の現時点における正確な位置情報（位置ｐ１２）を得ることができる。

図５は、以上説明した制御システム１における位置情報補正処理をフローチャートとして表した図である。図５を参照して制御システム１における動作フローについて説明する。はじめに、制御装置１０の要求信号送信部１２が位置情報の要求信号を送信すると（ステップＳ１）、エンコーダ３０はその要求信号を受信する（ステップＳ２）。要求信号の受信に応じて、エンコーダ３０は位置情報を生成すると共に、位置情報と位置情報生成タイミング情報を含んだシリアルデータを生成し制御装置１０に送信する（ステップＳ３）。図６に、ここで生成されるシリアルデータのフレームの構成例を示す。なお、図６では、説明の便宜のため前述のシリアルデータ１１１に用いた符号を付している。図６に示すように、１フレームのシリアルデータ１１１中に位置情報１１１ａと位置情報生成タイミング情報１１１ｂとが並べて配置されている。

制御装置１０は、シリアルデータを受信すると（ステップＳ４）、上述の計算式に従って位置情報に対する補正量を算出する（ステップＳ５）。そして、制御装置１０は、ステップＳ４で受信した位置情報にステップＳ５にて算出した補正量を加えることにより現時点での被検知体５０の正確な位置を取得する（ステップＳ６）。なお、図５の位置情報補正処理は、例えば断続的に或いは周期的に実行されてもよい。図５のフローチャートに相当する制御装置側の処理は、一例として、制御装置１０のプロセッサが実行可能な形式のプログラムとして、制御装置１０が有する不図示のメモリ（或いは記録媒体）にプログラムとして格納されていてもよい。

以上説明したように本実施形態によれば、エンコーダ３０が出力するシリアルデータ中に位置情報に加えて位置情報生成タイミング情報を含めることとしたので、制御装置１０において被検知体の現時点の正確な位置を求めることができ、被検知体の制御の精度を向上させることができる。

以上、典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、上述の各実施形態に変更及び種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。

上述の実施形態の制御システムは、被検知体５０として電動機以外にも、直線移動物等、様々な被検知体の位置の検出に基づく制御に応用することができる。すなわち、エンコーダ３０は、ロータリエンコーダ、リニアエンコーダ等、様々なタイプのエンコーダとして構成されていても良い。

例えば、上述の実施形態で説明した構成は、制御装置に複数のエンコーダが接続された構成の制御システムにも適用することができる。一例として、図７に、制御装置２１０に３つのエンコーダ２３１，２３２，２３３が接続された制御システム２０１の構成例を示す。なお、エンコーダ２３１，２３２，２３３には、それぞれ被検知体５０１，５０２，５０３が接続されている。図７の構成において、制御装置２１０は、エンコーダ２３１，２３２，２３３をそれぞれ個別に上述の実施形態と同様のやり方で制御するように構成されている。この構成により、それぞれ位置情報生成のタイミングが異なる３つのエンコーダ２３１，２３２，２３３について、位置情報を適切に補正することができる。そのため、位置情報生成タイミングの異なる複数のエンコーダを有する制御システムにおいても、制御の精度を向上させることができる。

また、本開示の課題を解決するために、以下のような各種の態様とその効果を提供することができる。なお、以下の態様の説明文における括弧内の番号は本開示の図面の参照符号に対応する。
例えば、本開示の第一態様は、エンコーダ（３０）と制御装置（１０）とがシリアル通信により接続された制御システムであって、前記エンコーダ（３０）は、被検知体の位置に関する情報である位置情報と、前記位置情報を生成したタイミングを表す位置情報生成タイミング情報とをシリアルデータ中に含めて前記制御装置に送信するデータ送信部（３２）を備え、前記制御装置（１０）は、前記エンコーダから受信した前記位置情報と前記位置情報生成タイミング情報とに基づいて、前記被検知体の前記位置情報を補正する補正部（１３）を備える、制御システムである。上記第一態様によれば、制御装置において被検知体の現時点の正確な位置を求めることができ、被検知体の制御の精度を向上させることができる。

また、本開示の第二態様は、上記第一態様の制御システムであって、前記制御装置（１０）は、前記エンコーダ（３０）に対し前記位置情報を要求する要求信号を送信する要求信号送信部（１２）を更に備え、前記エンコーダ（３０）は、前記制御装置（１０）から前記要求信号を受信することに応答して前記位置情報を生成すると共に、前記要求信号の受信を基準とした前記位置情報の生成タイミングを表す情報を前記位置情報生成タイミング情報として生成する位置情報生成部（３１）を更に備える。

また、本開示の第三態様は、上記第二態様の制御システムであって、前記制御装置（１０）は、前記要求信号を時系列に沿って複数回、前記エンコーダ（３０）に送信し、前記補正部（１３）は、受信した複数回分の前記位置情報を用いて前記被検知体の移動速度を算出し、今回受信した前記位置情報生成タイミング情報を基準として前記シリアル通信による遅延時間を算出し、算出された前記移動速度と前記遅延時間を用いて、今回受信した前記位置情報に対する補正量を求める。

また、本発明の第四態様は、上記第三態様の制御システムであって、
前記要求信号送信部が今回、前記要求信号を送信することにより前記制御装置が前記エンコーダから受信した前記位置情報、前記位置情報生成タイミング情報を、それぞれ、位置ｐ１１、タイミングｔ１１とし、
前記要求信号送信部が前回、前記要求信号を送信することにより前記制御装置が前記エンコーダから受信した位置情報、前記位置情報生成タイミング情報をそれぞれ位置ｐ１、タイミングｔ１とするとき、
前記制御装置（１０）の前記補正部（１３）は、前記被検知体の移動速度を、
移動速度＝（ｐ１−ｐ１１）／（ｔ１−ｔ１１）
によって求め、
前記制御装置（１０）が、今回、前記エンコーダから前記シリアルデータを受信したタイミングをｔ１２とするとき、
前記制御装置（１０）の前記補正部（１３）は、前記シリアル通信による前記遅延時間を、
遅延時間＝ｔ１２−ｔ１１
によって求め、
更に、前記制御装置（１０）の前記補正部（１３）は、求められた前記移動速度及び前記遅延時間に基づいて、今回受信した前記位置情報に対して加えるべき前記補正量を、
補正量＝移動速度×遅延時間
によって求める。

また、本発明の第五態様は、制御装置（１０）とシリアル通信可能に接続されるエンコーダ（３０）であって、前記エンコーダ（３０）は、被検知体の位置に関する情報である位置情報と、前記位置情報を生成したタイミングを表す位置情報生成タイミング情報とをシリアルデータ中に含めて前記制御装置（１０）に送信するデータ送信部（３２）を備える、エンコーダである。上記第五態様によれば、制御装置において被検知体の現時点の正確な位置を求めることができ、被検知体の制御の精度を向上させることができる。

また、本発明の第六態様は、上記第五態様のエンコーダ（３０）であって、制御装置（１０）から前記位置情報を要求する要求信号を受信することに応答して前記位置情報を生成すると共に、前記要求信号の受信を基準とした前記位置情報の生成タイミングを表す情報を前記位置情報生成タイミング情報として生成する位置情報生成部（３１）を更に備える。

１ 制御システム
１０ 制御装置
１２ 要求信号送信部
１３ 位置情報補正部
３０ エンコーダ
３１ 位置情報生成部
３２ データ送信部
５０ 被検知体
１０１，１１１ シリアルデータ
１０１ａ，１１１ａ 位置情報
１０１ｂ，１１１ｂ 位置情報生成タイミング情報

Claims (6)

1. エンコーダと制御装置とがシリアル通信により接続された制御システムであって、
   前記エンコーダは、被検知体の位置に関する情報である位置情報と、前記位置情報を生成したタイミングを表す位置情報生成タイミング情報とをシリアルデータ中に含めて前記制御装置に送信するデータ送信部を備え、
   前記制御装置は、前記エンコーダから受信した前記位置情報と前記位置情報生成タイミング情報とに基づいて、前記被検知体の前記位置情報を補正する補正部を備える、制御システム。
2. 前記制御装置は、前記エンコーダに対し前記位置情報を要求する要求信号を送信する要求信号送信部を更に備え、
   前記エンコーダは、前記制御装置から前記要求信号を受信することに応答して前記位置情報を生成すると共に、前記要求信号の受信を基準とした前記位置情報の生成タイミングを表す情報を前記位置情報生成タイミング情報として生成する位置情報生成部を更に備える、
   請求項１に記載の制御システム。
3. 前記制御装置は、前記要求信号を時系列に沿って複数回、前記エンコーダに送信し、
   前記補正部は、
   受信した複数回分の前記位置情報を用いて前記被検知体の移動速度を算出し、
   今回受信した前記位置情報生成タイミング情報を基準として前記シリアル通信による遅延時間を算出し、
   算出された前記移動速度と前記遅延時間を用いて、今回受信した前記位置情報に対する補正量を求める、請求項２に記載の制御システム。
4. 前記要求信号送信部が今回、前記要求信号を送信することにより前記制御装置が前記エンコーダから受信した前記位置情報、前記位置情報生成タイミング情報を、それぞれ、位置ｐ１１、タイミングｔ１１とし、
   前記要求信号送信部が前回、前記要求信号を送信することにより前記制御装置が前記エンコーダから受信した位置情報、前記位置情報生成タイミング情報をそれぞれ位置ｐ１、タイミングｔ１とするとき、
   前記制御装置の前記補正部は、前記被検知体の移動速度を、
   移動速度＝（ｐ１−ｐ１１）／（ｔ１−ｔ１１）
   によって求め、
   前記制御装置が、今回、前記エンコーダから前記シリアルデータを受信したタイミングをｔ１２とするとき、
   前記制御装置の前記補正部は、前記シリアル通信による前記遅延時間を、
   遅延時間＝ｔ１２−ｔ１１
   によって求め、
   更に、前記制御装置の前記補正部は、求められた前記移動速度及び前記遅延時間に基づいて、今回受信した前記位置情報に対して加えるべき前記補正量を、
   補正量＝移動速度×遅延時間
   によって求める、請求項３に記載の制御システム。
5. 制御装置とシリアル通信可能に接続されるエンコーダであって、
   前記エンコーダは、被検知体の位置に関する情報である位置情報と、前記位置情報を生成したタイミングを表す位置情報生成タイミング情報とをシリアルデータ中に含めて前記制御装置に送信するデータ送信部を備える、エンコーダ。
6. 前記制御装置から前記位置情報を要求する要求信号を受信することに応答して前記位置情報を生成すると共に、前記要求信号の受信を基準とした前記位置情報の生成タイミングを表す情報を前記位置情報生成タイミング情報として生成する位置情報生成部を更に備える、
   請求項５に記載のエンコーダ。

Images