JP3555329B2 - モータドライバ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば産業用ロボットの制御に用いて好適なモータドライバ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業用ロボットの駆動モータとしてはＡＣサーボモータやステッピングモータが用いられている。ＡＣサーボモータを用いた産業用ロボットの制御では、ロボットの各軸を駆動するＡＣサーボモータをモータドライバ装置により制御してロボットに所定の動作を行なわせる。このモータドライバ装置では、各軸を駆動するそれぞれのサーボモータ毎に単軸用のドライバ回路を割り当て、これら各ドライバ回路を組み合わせて各軸のサーボモータを制御し、ロボットの動作を制御するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のモータドライバ装置では、ロボットが多軸で構成されていると軸数に応じたドライバ回路を設けなければならず、さらに各ドライバ回路を組み合わせるための回路構成の規模が大きくなり、システムとして構成した際の全体の回路構成も複雑になる課題があった。
また、ロボットのようにモータ制御の同期制御が要求される場合には、単軸毎の電気的特性や周波数応答時間を正確に合わせるのが困難であり、補間制御を行なう際の精度を確保するのが容易でない課題があった。
【０００４】
また、軸毎の電流制御周期は同期しているため、各軸間の電流制御周期の違いによる位相差に応じた周波数の騒音が生じる課題があった。
また、電気的特性の異なるＡＣサーボモータへ変更した場合には、変更したＡＣサーボモータの電気的特性に応じたドライバ回路を使用する必要が生じ、ドライバ回路の変更も伴うことになる課題があった。
【０００５】
また、ＡＣサーボモータを制御するために必要なエンコーダ信号である位置パルス信号Ａ／Ｂ，Ｚ信号，磁気検出信号Ｕｅ／Ｖｅ／Ｗｅをシリアルデータに構成して省配線化を図ることも行なわれているが、各ドライバ回路毎に独立した回路構成となっているため回路規模が大きくなる課題があった。
また、アブソリュートタイプのエンコーダを使用するときに、アブソリュート・シリアル・データをリセットするためモータエンコーダへ与えられるクリア信号が各軸毎に必要となり、このクリア信号を送るための配線数が多く必要となる課題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、制御する軸数が多い場合でも配線の簡略化と小型化が実現でき、さらに制御システムとして構成した場合でも回路構成の複雑化をさけることの出来るモータドライバ装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、補間制御を行なう際の精度を確保できるモータドライバ装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、各軸を駆動するモータへ与える電流の電流制御周期の違いをなくして、騒音の少ないモータ制御を可能にするモータドライバ装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、特性の異なるモータに対しても汎用的に使用することの出来るモータドライバ装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、高精度のサーボ制御を実現できるモータドライバ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るモータドライバ装置は、シリアルに送信されてきた各軸の位置情報を受信する位置情報受信回路と、各軸の位置情報をリセットするためのクリア信号をシリアルに送信するシリアル送信手段と、各軸を駆動するそれぞれのモータへ電流を与えるモータ毎に設けられた電流供給回路と、位置情報受信回路により受信した各軸の位置情報と制御指令と各軸を駆動するそれぞれのモータへ与えられている電流の電流フィードバック情報とをもとに電流供給回路の制御を行う電流供給回路共通の電流制御手段とを備え、電流制御手段は、電流供給回路に接続されるモータの特性が変更されたか否かを判断する判断手段と、判断手段により電流供給回路に接続されるモータの特性が変更されたと判断される場合、該モータの特性に適合した制御パラメータを選択する選択手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明のモータドライバ装置は、位置情報受信回路により受信した各軸の位置情報と制御指令情報と前記各軸を駆動するそれぞれのモータへ与えられている電流の電流検出値情報とをもとに、電流制御手段が前記モータ毎に設けられた電流供給回路をそれぞれ制御して前記各モータへ与える電流の制御を行ない、前記それぞれのモータへ電流を供給し、前記モータ毎に設けられた電流供給回路に対し前記電流制御手段を共有化することで回路規模の増大を避けて装置およびシステムとして構成したときの小型化を実現する。
さらに、同一の電流制御周期で前記各モータへ与える電流の制御を行なうことで補間制御を行なう際の精度を向上させる。
また、制御パラメータの選択により電流供給回路に接続されるモータの特性に適合した電流の制御を行なうことで特性の異なるモータに対する汎用的な使用を可能にする。
さらに、各軸を駆動するそれぞれのモータへ与えられている電流の電流検出値情報をディジタルデータに変換するＡ−Ｄ変換器のオフセット値により、前記モータに与える電流を制御する際の補正を行なうことで、オフセットのない高精度なサーボ制御を実現する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明によるモータドライバ装置の実施の形態例について説明する。
図１は、４軸ロボットの各軸を駆動するＡＣサーボモータを制御するモータドライバ装置の一例を示す回路ブロック図である。
このモータドライバ装置は、電流制御回路１と第１軸用パワードライブ回路２１，第２軸用パワードライブ回路３１，第３軸用パワードライブ回路３２，第４軸用パワードライブ回路３３とマザーボード回路４１とから構成されている。
第１軸用パワードライブ回路２１，第２軸用パワードライブ回路３１，第３軸用パワードライブ回路３２，第４軸用パワードライブ回路３３は同一の回路構成であり、容易に交換できるようにそれぞれ独立して構成されている。
【００１０】
電流制御回路１はディジタル・シグナル・プロセッサ（以下、ＤＳＰという）２、共有ＲＡＭ３、各種データを一時的に格納するＲＡＭ４、ＡＣサーボモータへ与える電流を制御するためのプログラムを含む各種プログラムを格納したＲＯＭ５、図示していない上位側制御装置へ電流制御回路１から制御用同期信号を出力するための第１の出力ポート６、パルス幅変調されたスイッチング信号を出力するＰＷＭ出力回路７、各軸を駆動するＡＣサーボモータのモータコイルのＵ相とＷ相の電流フィードバック情報をディジタルデータに変換するＡ−Ｄ変換器８、各軸の絶対位置データが格納される２４ビットのカウンタ回路９、各軸の磁気検出信号Ｕｅ／Ｖｅ／Ｗｅとシリアル構成のアブソリュート・シリアル・データ（以下、シリアルＡＢＳデータという）とを取り込む入力ポート１０、シリアルＡＢＳデータをリセットするためのクリア信号を出力する第２の出力ポート１１、ローカルバス１２を備えている。
なお、第１の出力ポート６と共有ＲＡＭ３はインターフェース手段を構成している。
【００１１】
第１軸用パワードライブ回路２１は、パワースイッチング素子やそのゲートドライブ回路などのインテリジェント・パワー・モジュール（以下、ＩＰＭという）２２、図示していない第１軸のＡＣサーボモータのモータコイルのＵ相とＷ相の電流値を検出し電流フィードバック情報を得るためのシャント抵抗２３，２４とアンプ２５，２６を備えている。
【００１２】
第２軸用パワードライブ回路３１、第３軸用パワードライブ回路３２、第４軸用パワードライブ回路３３も前記第１軸用パワードライブ回路２１と同様な構成である。
【００１３】
マザーボード回路４１は、各軸のそれぞれの絶対位置回転検出器（図示省略）からシリアル構成で送られてくる各軸の位置パルス信号Ａ／Ｂ，Ｚ信号，磁気検出信号Ｕｅ／Ｖｅ／Ｗｅ、シリアルＡＢＳデータなどのアブソリュート・シリアル・エンコーダ信号（以下、エンコーダ信号という）を整形し増幅するバッファアンプ４２、このバッファアンプ４２で整形され増幅されたエンコーダ信号を受信して、各軸毎の位置パルス信号と磁気検出信号とシリアルＡＢＳデータとに分けてパラレルデータに変換し各軸のエンコーダ信号として出力する位置情報受信回路４３、各軸の絶対位置回転検出器のシリアルＡＢＳデータをリセットするクリア信号をシリアルデータに変換して出力するシリアル変換回路４４、シリアルデータに変換されたクリア信号を整形かつ増幅してモータ側へ送信するバッファアンプ４５を備えている。
【００１４】
また、第１軸のＡＣサーボモータ，第２軸のＡＣサーボモータ，第３軸のＡＣサーボモータ，第４軸のＡＣサーボモータのそれぞれのモータコイルと第１軸用パワードライブ回路２１，第２軸用パワードライブ回路３１，第３軸用パワードライブ回路３２，第４軸用パワードライブ回路３３とをそれぞれ接続するための電力線用コネクタ５１、モータ側との間で前記エンコーダ信号や前記クリア信号を授受するための信号線用コネクタ５２を備えている。
【００１５】
動力用電源６１は、第１軸用パワードライブ回路２１，第２軸用パワードライブ回路３１，第３軸用パワードライブ回路３２，第４軸用パワードライブ回路３３へ動力用の電源を供給する。
【００１６】
スイッチング信号出力線７１には、第１軸用パワードライブ回路２１のＩＰＭ２２の各相のパワースイッチング素子やそのゲートドライブ回路へ供給されるパルス幅変調されたスイッチング信号Ｕｇ１，Ｖｇ１，Ｗｇ１が、ＰＷＭ出力回路７から出力される。
スイッチング信号出力線７２には、第２軸用パワードライブ回路３１のＩＰＭの各相のパワースイッチング素子やそのゲートドライブ回路へ供給されるスイッチング信号Ｕｇ２，Ｖｇ２，Ｗｇ２がＰＷＭ出力回路７から出力される。
スイッチング信号出力線７３には、第３軸用パワードライブ回路３２のＩＰＭへ供給されるパルス幅変調されたスイッチング信号Ｕｇ３，Ｖｇ３，Ｗｇ３がＰＷＭ出力回路７から出力される。
スイッチング信号出力線７４には、第４軸用パワードライブ回路３３のＩＰＭへ供給されるスイッチング信号Ｕｇ４，Ｖｇ４，Ｗｇ４がＰＷＭ出力回路７から出力される。
【００１７】
電流フィードバック信号線７５には、第１軸のＡＣサーボモータのモータコイルのＵ相とＷ相へ供給されている電流フィードバック情報ｉｕ１，ｉｗ１が出力される。
電流情報出力信号線７６には、第２軸のＡＣサーボモータのモータコイルのＵ相とＷ相へ供給されている電流フィードバック情報ｉｕ２，ｉｗ２が出力される。
電流情報出力信号線７７には、第３軸のＡＣサーボモータのモータコイルのＵ相とＷ相へ供給されている電流フィードバック情報ｉｕ３，ｉｗ３が出力される。
電流情報出力信号線７８には、第４軸のＡＣサーボモータのモータコイルのＵ相とＷ相へ供給されている電流フィードバック情報ｉｕ４，ｉｗ４が出力される。
【００１８】
信号線７９には、ＡＣサーボモータを制御するために必要な各軸のエンコーダ信号の位置パルス信号Ａ／Ｂ、Ｚ信号がパラレルデータに変換されて出力される。信号線８０には、各軸のエンコーダ信号の磁気検出信号Ｕｅ／Ｖｅ／Ｗｅがパラレルデータに変換されて出力される。信号線８１には、モータ側から送られてきた各軸のエンコーダ信号のシリアルＡＢＳデータが出力される。８２は各軸のそれぞれの絶対位置回転検出器のシリアルＡＢＳデータをリセットするためのクリア信号が出力される。
【００１９】
図４は、このモータドライバ装置の組立構造を示す平面図、図５は図４の平面図、図６は図５の左側面図である。この図４から６において図１と同一の要素には同一の符号を付した。これらの図において、９０は冷却用のファンである。
【００２０】
次に動作について説明する。
電流制御回路１は、パワードライブ回路２１，３１，３２，３３の２相のモータコイル電流を検出し、Ａ−Ｄ変換器８によりディジタルデータに変換して取り込んだ電流フィードバック情報と、カウンタ回路９からの各軸の絶対位置データとをフィードバック信号としてｄ−ｑ変換する。そして、このｑ軸のフィードバック信号と上位制御装置から制御指令として与えられるモータ・トルク指令とにより電流フィードバック制御を行なう。
さらに、電流制御器で演算した各軸のＡＣサーボモータのモータコイル電流量をパルス幅変調されたスイッチング信号としてＰＷＭ出力回路７で生成し、各軸のＡＣサーボモータのモータコイルへ電流を供給するパワードライブ回路２１，３１，３２，３３へ与える。
【００２１】
パワードライブ回路２１，３１，３２，３３では、前記スイッチング信号により各ＩＰＭのゲートがドライブされ、各軸のＡＣサーボモータのモータコイルの各相へ前記演算されたモータコイル電流量を供給する。また、このときのＵ相とＷ相のモータコイル電流量は、シャント抵抗２３，２４により電圧に変換され、さらにアンプ２５，２６でアイソレートされた状態で増幅され、電流フィードバック情報としてＡ−Ｄ変換器８へ入力される。
【００２２】
マザーボード回路４１は、電流制御回路１とパワードライブ回路２１，３１，３２，３３との間で授受される各種信号の中継を行なう。また、外部から電流制御回路１へ送られてくるエンコーダ信号、電流制御回路１から外部へ送信されるクリア信号などの中継を行なう。
【００２３】
図２は、電流制御回路１の動作を示すフローチャートである。図３は、電流制御回路１のＤＳＰが一定の電流制御周期毎の割込み処理により実行するモータコイル電流の演算処理を示すフローチャートである。
以下、これらフローチャートにもとずいて電流制御回路１の動作について説明する。
電源投入後、マザーボード回路４１が受信した各軸の位置パルス信号Ａ／Ｂ，Ｚ信号，磁気検出信号Ｕｅ／Ｖｅ／Ｗｅ、シリアルＡＢＳデータなどのエンコーダ信号をカウンタ回路９や入力ポート１０から取り込む（ステップＳ１）。次に、各軸のシリアルＡＢＳデータの値をカウンタ回路９へセットする（ステップＳ２）。
【００２４】
従って、これ以後、カウンタ回路９にセットされたシリアルＡＢＳデータの値は各軸の位置パルス信号Ａ／Ｂ，Ｚ信号によりカウントアップあるいはカウントダウンされ、カウンタ回路９のシリアルＡＢＳデータの値は各軸の絶対位置を示すことになる。
次に、Ａ−Ｄ変換器８へ供給されている電流フィードバック情報に対しＡ−Ｄ変換器８が出力している電流フィードバック値を取り込む。このとき、各軸のＡＣサーボモータのモータコイル電流は流れていないので、前記電流フィードバック値をＡ−Ｄ変換器８のゼロオフセット値として登録する（ステップＳ３）。以後、Ａ−Ｄ変換器８から出力される電流フィードバック値は、前記登録されたゼロオフセット値により補正されて用いられる。
【００２５】
次に、パワードライブ回路２１，３１，３２，３３に夫々接続されているＡＣサーボモータの電気的な特性が変更されているかいないかを判定する（ステップＳ５）。変更されているときには電流制御回路１でソフトウェア的に構成されている電流制御器のＰＩＤ制御のＰＩＤゲインｋｐ，ｋｉ，ｋｄなどの制御パラメータの調整を行ない、前記ＡＣサーボモータの電気的な特性に適合したものにする（ステップＳ６）。
次に、電流制御周期から分周された整数倍の周期のモータ制御系の制御用同期信号を第１の出力ポート６から上位制御装置へ出力する（ステップＳ７）。
【００２６】
次に、電流制御回路１のＤＳＰが一定の電流制御周期毎の割込み処理により実行するモータコイル電流の演算処理について説明する。
ＤＳＰ２が行なうモータコイル電流演算処理は、一定の周期で発生する割込み信号をトリガとして行なわれており、この一定の周期でＤＳＰはモータコイル電流の制御を行なう。この制御周期になると、図３に示すフローチャートに示すように、先ず、Ａ−Ｄ変換器８が出力する各軸のＵ相，Ｗ相の電流フィードバック値と、カウンタ回路９にセットされている絶対位置データとをフィードバック信号としてｄ−ｑ変換し、ｄ軸とｑ軸の電流制御フィードバックデータＩｄ，Ｉｑを算出する（ステップＳ８ａ）。
【００２７】
次に、共有ＲＡＭ３を介して上位制御装置から与えられたモータトルク指令Ｉｑ＿ｒｅｆと、設定された一定値のＩｄ＿ｒｅｆとを読み込む（ステップＳ８ｂ）。
次に、ｑ軸の電流制御フィードバックデータＩｑと上位制御装置から与えられたモータトルク指令入力Ｉｑ＿ｒｅｆとの差分を求め、ソフトウェアとして構成された電流制御器のＰＩＤ制御に基づいた次式（１）による演算を行ない、ｑ軸電流値Ｉｑ０を求める（ステップＳ８ｃ）。
【００２８】
【数１】
【００２９】
同様に、ｄ軸の電流制御フィードバックデータＩｄと上位制御装置から与えられたモータトルク指令入力Ｉｄ＿ｒｅｆとの差分を求め、前記電流制御器のＰＩＤ制御に基づいた次式（２）による演算を行ない、ｄ軸電流値Ｉｄ０を求める（ステップＳ８ｄ）。
【００３０】
【数２】
【００３１】
次に、前記求めたｄ軸電流値Ｉｄ０，ｑ軸電流値Ｉｑ０をｄ−ｑ変換し、各軸のＵ相，Ｖ相，Ｗ相のモータコイル電流を求める（ステップＳ８ｅ）。
次に、このようにして求めた各軸のＡＣサーボモータのＵ相，Ｖ相，Ｗ相のモータコイル電流値をＰＷＭ出力回路７へ書き込み（ステップＳ８ｆ）、ＰＷＭ出力回路７から各パワードライブ回路２１，３１，３２，３３へスイッチング信号として与える。そして、次の制御周期になると前記ステップＳ７ａ以降の処理が繰り返される。
【００３２】
次に、電流制御回路１による絶対位置回転検出器のシリアルＡＢＳデータのリセット動作について説明する。
電流制御回路１のＤＳＰ２は、上位制御装置から共有ＲＡＭ３を介してシリアルＡＢＳデータのリセット命令が与えられると、クリア信号を‘Ｌ’レベルへドライブする。このクリア信号は、シリアル変換回路４４によりＡＣサーボモータ側へ送信される。続いて、前記ＡＣサーボモータを回転させる。そして、エンコーダ信号の最初のＺ信号を検出したとき、絶対位置回転検出器の絶対位置回転データ値はゼロリセットされる。ＤＰＳ２は、エンコーダ信号のＺ相信号を検出した後、前記ＡＣサーボモータの回転を停止し、クリア信号を‘Ｈ’レベルにドライブして、共有ＲＡＭ３を介して上位制御装置に対し前記リセット命令を完了したことを伝える。
【００３３】
このように、本実施の形態例のモータドライバ装置では、パワードライブ回路２１，３１，３２，３３を１台の電流制御回路１がそれぞれ制御して、各軸のＡＣサーボモータへ各相のモータコイル電流を与えるので、制御する軸数が多い場合でもモータドライバ装置を小型に構成できる。さらに制御システムとして構成した場合でも、電流制御回路１と上位制御装置との間でインターフェースを行なえばよいことから回路構成の複雑化をさけることが出来る。
【００３４】
また、各軸のシリアルＡＢＳデータをリセットするためモータエンコーダへ与えられるクリア信号は各軸共通の信号線によりシリアルデータに変換されてＡＣサーボモータ側へ送信されるので、クリア信号を送信するための配線が簡略化される。
また、パワードライブ回路２１，３１，３２，３３は同一の回路構成であり、容易に交換できるようにそれぞれ独立して構成されているので、ＡＣサーボモータの大容量化への対応をパワードライブ回路の交換のみで行なうことが出来、他の回路は共通して使用でき、汎用性が向上する。
また、各軸を駆動するＡＣサーボモータは電流制御回路１により同一の電流制御周期で制御されるので、騒音の少ないモータ制御が実現し補間制御を行なう際の精度もする。
また、電流制御回路１はＡ−Ｄ変換器８の出力するゼロオフセット値により、電流制御の際の電流フィードバック値を補正するのでフルディジタルサーボを高精度に実現できる。
さらに、特性の異なったＡＣサーボモータへ変更したときには、ソフトウェアとして構成されている電流制御器のＰＩＤ制御のＰＩＤゲインｋｐ，ｋｉ，ｋｄなどの制御パラメータを調整し、ＡＣサーボモータの特性に適合した電流制御を行なうので、汎用性が向上し、補間制御を行なう際の精度も向上する。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のモータドライバ装置では、各軸を駆動するそれぞれのモータへ電流を与える電流供給回路をモータ毎に設け、これら電流供給回路をそれぞれぞれの電流供給回路が共有する電流制御手段により制御する構成にしたので、回路構成が簡略化され小型化が実現する効果がある。
【００３６】
また、シリアルに送られてきた各軸の位置情報を受信する各軸共通の位置情報受信回路や各軸の位置検出器の位置情報をリセットするためのクリア信号をシリアルに送信するシリアル送信手段を備えるように構成したので、外部と接続される配線が簡略化され、制御システムとして構成した場合でも回路構成の複雑化をさけることの出来る効果がある。
また、電流制御手段は、制御パラメータの選択により電流供給回路に接続されるモータの特性に適合した電流の制御を行なう構成にしたので、特性の異なるモータに対しても前記制御パラメータの選択を適切に行なうことで汎用的に使用することの出来るモータドライバ装置が実現できる効果がある。
また、各軸を駆動するそれぞれのモータの電流制御周期を同一にして電流制御手段が電流の制御を行なう構成にしたので、補間制御を行なう際の精度が向上し、騒音の少ないモータ制御を可能にするモータドライバ装置が実現できる効果がある。
また、電流制御手段は、制御指令の与えられていないときのＡ−Ｄ変換器の出力のオフセット値を検出し、モータに与える電流を制御する際に前記オフセット値をもとに補正を行なう構成にしたので、高精度のサーボ制御を実現できる効果がある。
また、上位側制御装置へ制御用同期信号を出力する出力回路と、前記上位側制御装置との間で共有するメモリとをインターフェース手段として備えるように構成したので、前記上位側制御装置を含む制御システムとして構成した場合でも回路構成の複雑化をさけることが出来、高精度のモータ制御を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータドライバ装置の一例を示す回路ブロック図である。
【図２】本発明のモータドライバ装置の一例の電流制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明のモータドライバ装置の一例の電流制御回路によるモータコイル電流の演算処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明のモータドライバ装置の一例の組立構造を示す平面図である。
【図５】図３の正面図である。
【図６】図５の左側面図である。
【符号の説明】
１……電流制御回路（電流制御手段）、３……共有ＲＡＭ（メモリ）、６……第１の出力ポート（出力回路）、８……Ａ−Ｄ変換器、２１，３１，３２，３３……パワードライブ回路（電流供給回路）、４１……マザーボード回路、４３……位置情報受信回路、４４……シリアル変換回路（シリアル送信手段）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば産業用ロボットの制御に用いて好適なモータドライバ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業用ロボットの駆動モータとしてはＡＣサーボモータやステッピングモータが用いられている。ＡＣサーボモータを用いた産業用ロボットの制御では、ロボットの各軸を駆動するＡＣサーボモータをモータドライバ装置により制御してロボットに所定の動作を行なわせる。このモータドライバ装置では、各軸を駆動するそれぞれのサーボモータ毎に単軸用のドライバ回路を割り当て、これら各ドライバ回路を組み合わせて各軸のサーボモータを制御し、ロボットの動作を制御するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のモータドライバ装置では、ロボットが多軸で構成されていると軸数に応じたドライバ回路を設けなければならず、さらに各ドライバ回路を組み合わせるための回路構成の規模が大きくなり、システムとして構成した際の全体の回路構成も複雑になる課題があった。
また、ロボットのようにモータ制御の同期制御が要求される場合には、単軸毎の電気的特性や周波数応答時間を正確に合わせるのが困難であり、補間制御を行なう際の精度を確保するのが容易でない課題があった。
【０００４】
また、軸毎の電流制御周期は同期しているため、各軸間の電流制御周期の違いによる位相差に応じた周波数の騒音が生じる課題があった。
また、電気的特性の異なるＡＣサーボモータへ変更した場合には、変更したＡＣサーボモータの電気的特性に応じたドライバ回路を使用する必要が生じ、ドライバ回路の変更も伴うことになる課題があった。
【０００５】
また、ＡＣサーボモータを制御するために必要なエンコーダ信号である位置パルス信号Ａ／Ｂ，Ｚ信号，磁気検出信号Ｕｅ／Ｖｅ／Ｗｅをシリアルデータに構成して省配線化を図ることも行なわれているが、各ドライバ回路毎に独立した回路構成となっているため回路規模が大きくなる課題があった。
また、アブソリュートタイプのエンコーダを使用するときに、アブソリュート・シリアル・データをリセットするためモータエンコーダへ与えられるクリア信号が各軸毎に必要となり、このクリア信号を送るための配線数が多く必要となる課題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、制御する軸数が多い場合でも配線の簡略化と小型化が実現でき、さらに制御システムとして構成した場合でも回路構成の複雑化をさけることの出来るモータドライバ装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、補間制御を行なう際の精度を確保できるモータドライバ装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、各軸を駆動するモータへ与える電流の電流制御周期の違いをなくして、騒音の少ないモータ制御を可能にするモータドライバ装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、特性の異なるモータに対しても汎用的に使用することの出来るモータドライバ装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、高精度のサーボ制御を実現できるモータドライバ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るモータドライバ装置は、シリアルに送信されてきた各軸の位置情報を受信する位置情報受信回路と、各軸の位置情報をリセットするためのクリア信号をシリアルに送信するシリアル送信手段と、各軸を駆動するそれぞれのモータへ電流を与えるモータ毎に設けられた電流供給回路と、位置情報受信回路により受信した各軸の位置情報と制御指令と各軸を駆動するそれぞれのモータへ与えられている電流の電流フィードバック情報とをもとに電流供給回路の制御を行う電流供給回路共通の電流制御手段とを備え、電流制御手段は、電流供給回路に接続されるモータの特性が変更されたか否かを判断する判断手段と、判断手段により電流供給回路に接続されるモータの特性が変更されたと判断される場合、該モータの特性に適合した制御パラメータを選択する選択手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明のモータドライバ装置は、位置情報受信回路により受信した各軸の位置情報と制御指令情報と前記各軸を駆動するそれぞれのモータへ与えられている電流の電流検出値情報とをもとに、電流制御手段が前記モータ毎に設けられた電流供給回路をそれぞれ制御して前記各モータへ与える電流の制御を行ない、前記それぞれのモータへ電流を供給し、前記モータ毎に設けられた電流供給回路に対し前記電流制御手段を共有化することで回路規模の増大を避けて装置およびシステムとして構成したときの小型化を実現する。
さらに、同一の電流制御周期で前記各モータへ与える電流の制御を行なうことで補間制御を行なう際の精度を向上させる。
また、制御パラメータの選択により電流供給回路に接続されるモータの特性に適合した電流の制御を行なうことで特性の異なるモータに対する汎用的な使用を可能にする。
さらに、各軸を駆動するそれぞれのモータへ与えられている電流の電流検出値情報をディジタルデータに変換するＡ−Ｄ変換器のオフセット値により、前記モータに与える電流を制御する際の補正を行なうことで、オフセットのない高精度なサーボ制御を実現する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明によるモータドライバ装置の実施の形態例について説明する。
図１は、４軸ロボットの各軸を駆動するＡＣサーボモータを制御するモータドライバ装置の一例を示す回路ブロック図である。
このモータドライバ装置は、電流制御回路１と第１軸用パワードライブ回路２１，第２軸用パワードライブ回路３１，第３軸用パワードライブ回路３２，第４軸用パワードライブ回路３３とマザーボード回路４１とから構成されている。
第１軸用パワードライブ回路２１，第２軸用パワードライブ回路３１，第３軸用パワードライブ回路３２，第４軸用パワードライブ回路３３は同一の回路構成であり、容易に交換できるようにそれぞれ独立して構成されている。
【００１０】
電流制御回路１はディジタル・シグナル・プロセッサ（以下、ＤＳＰという）２、共有ＲＡＭ３、各種データを一時的に格納するＲＡＭ４、ＡＣサーボモータへ与える電流を制御するためのプログラムを含む各種プログラムを格納したＲＯＭ５、図示していない上位側制御装置へ電流制御回路１から制御用同期信号を出力するための第１の出力ポート６、パルス幅変調されたスイッチング信号を出力するＰＷＭ出力回路７、各軸を駆動するＡＣサーボモータのモータコイルのＵ相とＷ相の電流フィードバック情報をディジタルデータに変換するＡ−Ｄ変換器８、各軸の絶対位置データが格納される２４ビットのカウンタ回路９、各軸の磁気検出信号Ｕｅ／Ｖｅ／Ｗｅとシリアル構成のアブソリュート・シリアル・データ（以下、シリアルＡＢＳデータという）とを取り込む入力ポート１０、シリアルＡＢＳデータをリセットするためのクリア信号を出力する第２の出力ポート１１、ローカルバス１２を備えている。
なお、第１の出力ポート６と共有ＲＡＭ３はインターフェース手段を構成している。
【００１１】
第１軸用パワードライブ回路２１は、パワースイッチング素子やそのゲートドライブ回路などのインテリジェント・パワー・モジュール（以下、ＩＰＭという）２２、図示していない第１軸のＡＣサーボモータのモータコイルのＵ相とＷ相の電流値を検出し電流フィードバック情報を得るためのシャント抵抗２３，２４とアンプ２５，２６を備えている。
【００１２】
第２軸用パワードライブ回路３１、第３軸用パワードライブ回路３２、第４軸用パワードライブ回路３３も前記第１軸用パワードライブ回路２１と同様な構成である。
【００１３】
マザーボード回路４１は、各軸のそれぞれの絶対位置回転検出器（図示省略）からシリアル構成で送られてくる各軸の位置パルス信号Ａ／Ｂ，Ｚ信号，磁気検出信号Ｕｅ／Ｖｅ／Ｗｅ、シリアルＡＢＳデータなどのアブソリュート・シリアル・エンコーダ信号（以下、エンコーダ信号という）を整形し増幅するバッファアンプ４２、このバッファアンプ４２で整形され増幅されたエンコーダ信号を受信して、各軸毎の位置パルス信号と磁気検出信号とシリアルＡＢＳデータとに分けてパラレルデータに変換し各軸のエンコーダ信号として出力する位置情報受信回路４３、各軸の絶対位置回転検出器のシリアルＡＢＳデータをリセットするクリア信号をシリアルデータに変換して出力するシリアル変換回路４４、シリアルデータに変換されたクリア信号を整形かつ増幅してモータ側へ送信するバッファアンプ４５を備えている。
【００１４】
また、第１軸のＡＣサーボモータ，第２軸のＡＣサーボモータ，第３軸のＡＣサーボモータ，第４軸のＡＣサーボモータのそれぞれのモータコイルと第１軸用パワードライブ回路２１，第２軸用パワードライブ回路３１，第３軸用パワードライブ回路３２，第４軸用パワードライブ回路３３とをそれぞれ接続するための電力線用コネクタ５１、モータ側との間で前記エンコーダ信号や前記クリア信号を授受するための信号線用コネクタ５２を備えている。
【００１５】
動力用電源６１は、第１軸用パワードライブ回路２１，第２軸用パワードライブ回路３１，第３軸用パワードライブ回路３２，第４軸用パワードライブ回路３３へ動力用の電源を供給する。
【００１６】
スイッチング信号出力線７１には、第１軸用パワードライブ回路２１のＩＰＭ２２の各相のパワースイッチング素子やそのゲートドライブ回路へ供給されるパルス幅変調されたスイッチング信号Ｕｇ１，Ｖｇ１，Ｗｇ１が、ＰＷＭ出力回路７から出力される。
スイッチング信号出力線７２には、第２軸用パワードライブ回路３１のＩＰＭの各相のパワースイッチング素子やそのゲートドライブ回路へ供給されるスイッチング信号Ｕｇ２，Ｖｇ２，Ｗｇ２がＰＷＭ出力回路７から出力される。
スイッチング信号出力線７３には、第３軸用パワードライブ回路３２のＩＰＭへ供給されるパルス幅変調されたスイッチング信号Ｕｇ３，Ｖｇ３，Ｗｇ３がＰＷＭ出力回路７から出力される。
スイッチング信号出力線７４には、第４軸用パワードライブ回路３３のＩＰＭへ供給されるスイッチング信号Ｕｇ４，Ｖｇ４，Ｗｇ４がＰＷＭ出力回路７から出力される。
【００１７】
電流フィードバック信号線７５には、第１軸のＡＣサーボモータのモータコイルのＵ相とＷ相へ供給されている電流フィードバック情報ｉｕ１，ｉｗ１が出力される。
電流情報出力信号線７６には、第２軸のＡＣサーボモータのモータコイルのＵ相とＷ相へ供給されている電流フィードバック情報ｉｕ２，ｉｗ２が出力される。
電流情報出力信号線７７には、第３軸のＡＣサーボモータのモータコイルのＵ相とＷ相へ供給されている電流フィードバック情報ｉｕ３，ｉｗ３が出力される。
電流情報出力信号線７８には、第４軸のＡＣサーボモータのモータコイルのＵ相とＷ相へ供給されている電流フィードバック情報ｉｕ４，ｉｗ４が出力される。
【００１８】
信号線７９には、ＡＣサーボモータを制御するために必要な各軸のエンコーダ信号の位置パルス信号Ａ／Ｂ、Ｚ信号がパラレルデータに変換されて出力される。信号線８０には、各軸のエンコーダ信号の磁気検出信号Ｕｅ／Ｖｅ／Ｗｅがパラレルデータに変換されて出力される。信号線８１には、モータ側から送られてきた各軸のエンコーダ信号のシリアルＡＢＳデータが出力される。８２は各軸のそれぞれの絶対位置回転検出器のシリアルＡＢＳデータをリセットするためのクリア信号が出力される。
【００１９】
図４は、このモータドライバ装置の組立構造を示す平面図、図５は図４の平面図、図６は図５の左側面図である。この図４から６において図１と同一の要素には同一の符号を付した。これらの図において、９０は冷却用のファンである。
【００２０】
次に動作について説明する。
電流制御回路１は、パワードライブ回路２１，３１，３２，３３の２相のモータコイル電流を検出し、Ａ−Ｄ変換器８によりディジタルデータに変換して取り込んだ電流フィードバック情報と、カウンタ回路９からの各軸の絶対位置データとをフィードバック信号としてｄ−ｑ変換する。そして、このｑ軸のフィードバック信号と上位制御装置から制御指令として与えられるモータ・トルク指令とにより電流フィードバック制御を行なう。
さらに、電流制御器で演算した各軸のＡＣサーボモータのモータコイル電流量をパルス幅変調されたスイッチング信号としてＰＷＭ出力回路７で生成し、各軸のＡＣサーボモータのモータコイルへ電流を供給するパワードライブ回路２１，３１，３２，３３へ与える。
【００２１】
パワードライブ回路２１，３１，３２，３３では、前記スイッチング信号により各ＩＰＭのゲートがドライブされ、各軸のＡＣサーボモータのモータコイルの各相へ前記演算されたモータコイル電流量を供給する。また、このときのＵ相とＷ相のモータコイル電流量は、シャント抵抗２３，２４により電圧に変換され、さらにアンプ２５，２６でアイソレートされた状態で増幅され、電流フィードバック情報としてＡ−Ｄ変換器８へ入力される。
【００２２】
マザーボード回路４１は、電流制御回路１とパワードライブ回路２１，３１，３２，３３との間で授受される各種信号の中継を行なう。また、外部から電流制御回路１へ送られてくるエンコーダ信号、電流制御回路１から外部へ送信されるクリア信号などの中継を行なう。
【００２３】
図２は、電流制御回路１の動作を示すフローチャートである。図３は、電流制御回路１のＤＳＰが一定の電流制御周期毎の割込み処理により実行するモータコイル電流の演算処理を示すフローチャートである。
以下、これらフローチャートにもとずいて電流制御回路１の動作について説明する。
電源投入後、マザーボード回路４１が受信した各軸の位置パルス信号Ａ／Ｂ，Ｚ信号，磁気検出信号Ｕｅ／Ｖｅ／Ｗｅ、シリアルＡＢＳデータなどのエンコーダ信号をカウンタ回路９や入力ポート１０から取り込む（ステップＳ１）。次に、各軸のシリアルＡＢＳデータの値をカウンタ回路９へセットする（ステップＳ２）。
【００２４】
従って、これ以後、カウンタ回路９にセットされたシリアルＡＢＳデータの値は各軸の位置パルス信号Ａ／Ｂ，Ｚ信号によりカウントアップあるいはカウントダウンされ、カウンタ回路９のシリアルＡＢＳデータの値は各軸の絶対位置を示すことになる。
次に、Ａ−Ｄ変換器８へ供給されている電流フィードバック情報に対しＡ−Ｄ変換器８が出力している電流フィードバック値を取り込む。このとき、各軸のＡＣサーボモータのモータコイル電流は流れていないので、前記電流フィードバック値をＡ−Ｄ変換器８のゼロオフセット値として登録する（ステップＳ３）。以後、Ａ−Ｄ変換器８から出力される電流フィードバック値は、前記登録されたゼロオフセット値により補正されて用いられる。
【００２５】
次に、パワードライブ回路２１，３１，３２，３３に夫々接続されているＡＣサーボモータの電気的な特性が変更されているかいないかを判定する（ステップＳ５）。変更されているときには電流制御回路１でソフトウェア的に構成されている電流制御器のＰＩＤ制御のＰＩＤゲインｋｐ，ｋｉ，ｋｄなどの制御パラメータの調整を行ない、前記ＡＣサーボモータの電気的な特性に適合したものにする（ステップＳ６）。
次に、電流制御周期から分周された整数倍の周期のモータ制御系の制御用同期信号を第１の出力ポート６から上位制御装置へ出力する（ステップＳ７）。
【００２６】
次に、電流制御回路１のＤＳＰが一定の電流制御周期毎の割込み処理により実行するモータコイル電流の演算処理について説明する。
ＤＳＰ２が行なうモータコイル電流演算処理は、一定の周期で発生する割込み信号をトリガとして行なわれており、この一定の周期でＤＳＰはモータコイル電流の制御を行なう。この制御周期になると、図３に示すフローチャートに示すように、先ず、Ａ−Ｄ変換器８が出力する各軸のＵ相，Ｗ相の電流フィードバック値と、カウンタ回路９にセットされている絶対位置データとをフィードバック信号としてｄ−ｑ変換し、ｄ軸とｑ軸の電流制御フィードバックデータＩｄ，Ｉｑを算出する（ステップＳ８ａ）。
【００２７】
次に、共有ＲＡＭ３を介して上位制御装置から与えられたモータトルク指令Ｉｑ＿ｒｅｆと、設定された一定値のＩｄ＿ｒｅｆとを読み込む（ステップＳ８ｂ）。
次に、ｑ軸の電流制御フィードバックデータＩｑと上位制御装置から与えられたモータトルク指令入力Ｉｑ＿ｒｅｆとの差分を求め、ソフトウェアとして構成された電流制御器のＰＩＤ制御に基づいた次式（１）による演算を行ない、ｑ軸電流値Ｉｑ０を求める（ステップＳ８ｃ）。
【００２８】
【数１】
同様に、ｄ軸の電流制御フィードバックデータＩｄと上位制御装置から与えられたモータトルク指令入力Ｉｄ＿ｒｅｆとの差分を求め、前記電流制御器のＰＩＤ制御に基づいた次式（２）による演算を行ない、ｄ軸電流値Ｉｄ０を求める（ステップＳ８ｄ）。
【００３０】
【数２】
次に、前記求めたｄ軸電流値Ｉｄ０，ｑ軸電流値Ｉｑ０をｄ−ｑ変換し、各軸のＵ相，Ｖ相，Ｗ相のモータコイル電流を求める（ステップＳ８ｅ）。
次に、このようにして求めた各軸のＡＣサーボモータのＵ相，Ｖ相，Ｗ相のモータコイル電流値をＰＷＭ出力回路７へ書き込み（ステップＳ８ｆ）、ＰＷＭ出力回路７から各パワードライブ回路２１，３１，３２，３３へスイッチング信号として与える。そして、次の制御周期になると前記ステップＳ７ａ以降の処理が繰り返される。
【００３２】
次に、電流制御回路１による絶対位置回転検出器のシリアルＡＢＳデータのリセット動作について説明する。
電流制御回路１のＤＳＰ２は、上位制御装置から共有ＲＡＭ３を介してシリアルＡＢＳデータのリセット命令が与えられると、クリア信号を‘Ｌ’レベルへドライブする。このクリア信号は、シリアル変換回路４４によりＡＣサーボモータ側へ送信される。続いて、前記ＡＣサーボモータを回転させる。そして、エンコーダ信号の最初のＺ信号を検出したとき、絶対位置回転検出器の絶対位置回転データ値はゼロリセットされる。ＤＰＳ２は、エンコーダ信号のＺ相信号を検出した後、前記ＡＣサーボモータの回転を停止し、クリア信号を‘Ｈ’レベルにドライブして、共有ＲＡＭ３を介して上位制御装置に対し前記リセット命令を完了したことを伝える。
【００３３】
このように、本実施の形態例のモータドライバ装置では、パワードライブ回路２１，３１，３２，３３を１台の電流制御回路１がそれぞれ制御して、各軸のＡＣサーボモータへ各相のモータコイル電流を与えるので、制御する軸数が多い場合でもモータドライバ装置を小型に構成できる。さらに制御システムとして構成した場合でも、電流制御回路１と上位制御装置との間でインターフェースを行なえばよいことから回路構成の複雑化をさけることが出来る。
【００３４】
また、各軸のシリアルＡＢＳデータをリセットするためモータエンコーダへ与えられるクリア信号は各軸共通の信号線によりシリアルデータに変換されてＡＣサーボモータ側へ送信されるので、クリア信号を送信するための配線が簡略化される。
また、パワードライブ回路２１，３１，３２，３３は同一の回路構成であり、容易に交換できるようにそれぞれ独立して構成されているので、ＡＣサーボモータの大容量化への対応をパワードライブ回路の交換のみで行なうことが出来、他の回路は共通して使用でき、汎用性が向上する。
また、各軸を駆動するＡＣサーボモータは電流制御回路１により同一の電流制御周期で制御されるので、騒音の少ないモータ制御が実現し補間制御を行なう際の精度もする。
また、電流制御回路１はＡ−Ｄ変換器８の出力するゼロオフセット値により、電流制御の際の電流フィードバック値を補正するのでフルディジタルサーボを高精度に実現できる。
さらに、特性の異なったＡＣサーボモータへ変更したときには、ソフトウェアとして構成されている電流制御器のＰＩＤ制御のＰＩＤゲインｋｐ，ｋｉ，ｋｄなどの制御パラメータを調整し、ＡＣサーボモータの特性に適合した電流制御を行なうので、汎用性が向上し、補間制御を行なう際の精度も向上する。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のモータドライバ装置では、各軸を駆動するそれぞれのモータへ電流を与える電流供給回路をモータ毎に設け、これら電流供給回路をそれぞれぞれの電流供給回路が共有する電流制御手段により制御する構成にしたので、回路構成が簡略化され小型化が実現する効果がある。
【００３６】
また、シリアルに送られてきた各軸の位置情報を受信する各軸共通の位置情報受信回路や各軸の位置検出器の位置情報をリセットするためのクリア信号をシリアルに送信するシリアル送信手段を備えるように構成したので、外部と接続される配線が簡略化され、制御システムとして構成した場合でも回路構成の複雑化をさけることの出来る効果がある。
また、電流制御手段は、制御パラメータの選択により電流供給回路に接続されるモータの特性に適合した電流の制御を行なう構成にしたので、特性の異なるモータに対しても前記制御パラメータの選択を適切に行なうことで汎用的に使用することの出来るモータドライバ装置が実現できる効果がある。
また、各軸を駆動するそれぞれのモータの電流制御周期を同一にして電流制御手段が電流の制御を行なう構成にしたので、補間制御を行なう際の精度が向上し、騒音の少ないモータ制御を可能にするモータドライバ装置が実現できる効果がある。
また、電流制御手段は、制御指令の与えられていないときのＡ−Ｄ変換器の出力のオフセット値を検出し、モータに与える電流を制御する際に前記オフセット値をもとに補正を行なう構成にしたので、高精度のサーボ制御を実現できる効果がある。
また、上位側制御装置へ制御用同期信号を出力する出力回路と、前記上位側制御装置との間で共有するメモリとをインターフェース手段として備えるように構成したので、前記上位側制御装置を含む制御システムとして構成した場合でも回路構成の複雑化をさけることが出来、高精度のモータ制御を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータドライバ装置の一例を示す回路ブロック図である。
【図２】本発明のモータドライバ装置の一例の電流制御回路の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明のモータドライバ装置の一例の電流制御回路によるモータコイル電流の演算処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明のモータドライバ装置の一例の組立構造を示す平面図である。
【図５】図３の正面図である。
【図６】図５の左側面図である。
【符号の説明】
１……電流制御回路（電流制御手段）、３……共有ＲＡＭ（メモリ）、６……第１の出力ポート（出力回路）、８……Ａ−Ｄ変換器、２１，３１，３２，３３……パワードライブ回路（電流供給回路）、４１……マザーボード回路、４３……位置情報受信回路、４４……シリアル変換回路（シリアル送信手段）。
Claims (5)
- シリアルに送信されてきた各軸の位置情報を受信する位置情報受信回路と、
前記各軸の位置情報をリセットするためのクリア信号をシリアルに送信するシリアル送信手段と、
前記各軸を駆動するそれぞれのモータへ電流を与える前記モータ毎に設けられた電流供給回路と、
前記位置情報受信回路により受信した前記各軸の位置情報と制御指令と前記各軸を駆動するそれぞれのモータへ与えられている電流の電流フィードバック情報とをもとに前記電流供給回路の制御を行う前記電流供給回路共通の電流制御手段とを備え、
前記電流制御手段は、
前記電流供給回路に接続されるモータの特性が変更されたか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段により前記電流供給回路に接続されるモータの特性が変更されたと判断される場合、該モータの特性に適合した制御パラメータを選択する選択手段とを有する
ことを特徴とするモータドライバ装置。 - 前記電流制御手段は、制御パラメータの選択により前記電流供給回路に接続されるモータの特性に適合した電流の制御を行い、前記電流制御回路は前記モータの特性に適合して制御された電流を前記モータへ供給する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータドライバ装置。 - 前記電流制御手段は、各軸を駆動するそれぞれのモータの電流制御周期を同一にして電流の制御を行う
ことを特徴とする請求項２に記載のモータドライバ装置。 - 前記各軸を駆動するそれぞれのモータへ与えられている電流フィードバック情報をディジタルデータに変換するＡ−Ｄ変換器を備え、電流制御手段は、制御指令の与えられていないときの前記Ａ−Ｄ変換器の出力のオフセット値を検出し、前記モータに与える電流を制御する際に前記オフセット値をもとに補正を行う
ことを特徴とする請求項３に記載のモータドライバ装置。 - 前記位置情報受信回路および前記シリアル送信手段を備えたマザーボード回路と、前記電流供給回路と、前記電流制御手段とをそれぞれブロック化して構成した
ことを特徴とする請求項４に記載のモータドライバ装置。
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