JP4269874B2 - サーボ制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、エンコーダを用いて制御対象をフィードバック制御するサーボ制御装置に関するものである。更に詳しくは、制御対象の位置を検出するエンコーダから位置データを読み取り、読み取ったデータをもとに制御対象をフィードバック制御するサーボ制御装置の信頼性向上に関するものである。
従来、このようなサーボ制御装置においては、ノイズ等による絶対位置データのエラーを検出するために、位置データにパリティビットの付加やＣＲＣエラー検出ビットの付加を行い、これらのビットをもとにエラーが検出された時には、トリップ状態となり、エラー信号を出力するようになっている。しかしながら、環境が悪い場所で使用する際にはすぐにトリップするという課題があった。その解決案として特許文献１では、絶対位置データの差分から速度と加速度を算出し、算出値が上限値を超えているときは、絶対値エンコーダから絶対位置データを再度読み取るようにすることで信頼性を高めている。
しかしながら特許文献１では、速度と加速度が上限値を超えた回数が設定回数を超えるとエラー信号を発生するようになっているが、どのぐらいの頻度で速度と加速度が上限値を超えているのかが分からないため、サーボ制御装置を設置した時は問題ないが、時間が経過したり、他の機械等が同時に動作しだすとエラー発生となっていた。このような場合にはアースの強化等により耐ノイズ性を向上する必要があるが、採った対策に対しノイズに対する余裕度が分からないため、採った対策が良いのか悪いのか分からないという課題があった。また、文献１では、速度と加速度の条件として、例えばモータの最大回転速度と最大加速度の２倍の値を上限値とすることと記載されているが、明確な基準が設けられていない。モータの最大回転速度はモータの性能によって一定であるが、最大加速度はモータに取り付けられた負荷イナーシャによって変化する。よって出荷時には、ある程度上限値を大きめに設定しておく必要がある。しかし上限値を大きくし過ぎるとエラー検出ができないため信頼性も低下する。
また、特許文献１では速度と加速度が上限値を超えたときに、絶対位置データを再度読み取るようにするようにしているが、絶対位置データは通常シリアル通信であるため、絶対値エンコーダに対しコマンドを送信し、それに対し絶対値エンコーダが絶対位置データを送信するというやり取りが必要であるため時間がかかる。このため予めサーボ演算周期を絶対位置データの読み込みリトライ回数を考慮して長めにしておく必要があるが、これではサーボとしての制御性能が悪くなる（例えば、特許文献１参照。）。
また、エンコーダからの受信データのみだけでなく、上位制御器からの指令パルスもノイズの影響を受けるため、指令パルスに対しても信頼性を高める必要がある。
特開平５−２１６５３８号公報
解決しようとする問題点は、ノイズによるエンコーダからの位置データと上位制御器からの指令パルスの信頼性を高めるサーボ制御器を実現することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のサーボ制御装置は、上位制御器から指令パルスによって制御対象をフィードバック制御するサーボ制御装置において、今回のサーボ演算周期にカウントしたパルス数と前回のサーボ演算周期でカウントしたパルス数との差分を求める指令パルス１階差分演算器と、今回のサーボ演算周期において前記指令パルス１階差分演算器により求めた差分と、前回のサーボ演算周期において指令パルス１階差分演算器により求めた差分との差分を求める指令パルス２階差分演算器と、前記指令パルス２階差分演算器で求めた指令パルス２階差分と所定の上限値を比較する比較器と、前記比較器が用いる所定の上限値がセットされる第１のレジスタと、前記指令パルス２階差分演算器で求めた指令パルス２階差分が上限を超えた場合にエラー信号を出力するエラー報知手段と、を具備したことを特徴とするサーボ制御装置である。
また、上位制御器から指令パルスによって制御対象をフィードバック制御するサーボ制御装置において、今回のサーボ演算周期にカウントしたパルス数と前回のサーボ演算周期でカウントしたパルス数との差分を求める指令パルス１階差分演算器と、今回のサーボ演算周期において前記指令パルス１階差分演算器により求めた差分と、前回のサーボ演算周期において指令パルス１階差分演算器により求めた差分との差分を求める指令パルス２階差分演算器と、前記指令パルス２階差分演算器で求めた指令パルス２階差分と所定の上限値を比較する比較器と、前記比較器が用いる所定の上限値がセットされる第１のレジスタと、前記指令パルス２階差分演算器で求めた指令パルス２階差分が上限値を超えた場合をトリガとして、少なくともトリガの前後一定期間の指令パルス１階差分と指令パルス２階差分とサーボ演算で求められるトルクを保存できるバッファと、前記バッファの内容を確認できる手段と、を具備したことを特徴とするサーボ制御装置である。
本発明によれば、指令パルス２階差分をトリガとして前後の状況をデータとして保存できる。そのためどの程度のノイズがどのタイミングで進入したかが分かるため、ノイズ対策を実施した際の効果を目で見て判断できる。
上記の課題を解決するために請求項１記載の発明は、上位制御器から指令パルスによって制御対象をフィードバック制御するサーボ制御装置において、今回のサーボ演算周期にカウントしたパルス数と前回のサーボ演算周期でカウントしたパルス数との差分を求める指令パルス１階差分演算器と、今回のサーボ演算周期において前記指令パルス１階差分演算器により求めた差分と、前回のサーボ演算周期において指令パルス１階差分演算器により求めた差分との差分を求める指令パルス２階差分演算器と、前記指令パルス２階差分演算器で求めた指令パルス２階差分と所定の上限値を比較する比較器と、前記比較器が用いる所定の上限値がセットされる第１のレジスタと、前記指令パルス２階差分演算器で求めた指令パルス２階差分が上限を超えた場合にエラー信号を出力するエラー報知手段と、を具備している。
これにより指令パルスからのデータにノイズが進入したことを判断できる。
また、請求項３記載の発明では、上位制御器から指令パルスによって制御対象をフィードバック制御するサーボ制御装置において、今回のサーボ演算周期にカウントしたパルス数と前回のサーボ演算周期でカウントしたパルス数との差分を求める指令パルス１階差分演算器と、今回のサーボ演算周期において前記指令パルス１階差分演算器により求めた差分と、前回のサーボ演算周期において指令パルス１階差分演算器により求めた差分との差分を求める指令パルス２階差分演算器と、前記指令パルス２階差分演算器で求めた指令パルス２階差分と所定の上限値を比較する比較器と、前記比較器が用いる所定の上限値がセ
ットされる第１のレジスタと、前記指令パルス２階差分演算器で求めた指令パルス２階差分が上限値を超えた場合をトリガとして、少なくともトリガの前後一定期間の指令パルス１階差分と指令パルス２階差分とサーボ演算で求められるトルクを保存できるバッファと、前記バッファの内容を確認できる手段と、を具備している。
ットされる第１のレジスタと、前記指令パルス２階差分演算器で求めた指令パルス２階差分が上限値を超えた場合をトリガとして、少なくともトリガの前後一定期間の指令パルス１階差分と指令パルス２階差分とサーボ演算で求められるトルクを保存できるバッファと、前記バッファの内容を確認できる手段と、を具備している。
バッファの内容を確認することによりどの程度のノイズがどのタイミングで指令パルスに進入したかが分かるため、ノイズ対策を実施した際の効果を目で見て判断できる。
（参考実施例１）
以下、図面を参照して説明する。
以下、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の参考実施例１を示すブロック図である。図１において、１は制御対象であるモータ、２はモータ１に取り付けられた負荷、３はモータ１の回転位置を検出するエンコーダ、４はエンコーダ３から出力される位置データを読み取るデータ受信器である。５は１階差分演算器であり、今回のサーボ演算周期で読み取った絶対位置データと、前回のサーボ演算周期で使用した絶対位置データとの差分（以下、この差分を１階差分とする）を求める。６は２階差分器であり、今回のサーボ演算周期において１階差分演算器５が求めた１階差分と、前回のサーボ演算周期において１階差分演算器５が求めた１階差分との差分（以下、この差分を２階差分とする）を求める。８は２階差分と比較する上限値が入るレジスタである。７は２階差分とレジスタ８の内容とを比較する比較器である。１１は２階差分が上限値を超えた場合にエラー信号を発生するエラー報知手段である。９は指令値とエンコーダ３から得られる位置データによりモータ１に対しフィードバック制御を行いトルク指令を算出するサーボ演算器である。１３はサーボ演算器９のトルク指令を駆動信号に変えてモータ１に与えるパワーアンプである。１２はバッファであり、サーボ演算器内に存在し、一定周期毎に１階差分と２階差分とトルク指令がバッファ１２内に保存される。１０１は操作パネルであり、レジスタ８に上限値を設定できる。１１０は７セグの表示パネルであり、バッファ１２の内容を確認できるようになっている。
次にサーボ演算周期毎の動作を説明する。
サーボ演算器９は指令値とエンコーダ３からの位置データを用いて、フィードバック制御を行う。同時に、バッファ１２に１階差分、２階差分、トルク指令を保存する。サーボ演算器９はパワーアンプ１３に対してトルク指令を出力し、パワーアンプ１３はトルク指令を駆動信号に変えてモータ１を動作させる。エンコーダ３はモータ１の位置に応じて位置データを出力し、データ受信器４にて位置データを受信する。データ受信器４で得られた位置データを用いて１階差分演算器５は１階差分を演算する。１階差分演算器５で得られた１階差分を用いて２階差分演算器６は２階差分を演算する。２階差分演算器６で得られた２階差分とレジスタ８に設定された上限値を比較器７で比較し、もし２階差分が上限値を超えている場合は、エラー報知手段１１とサーボ演算器９に信号を出力する。エラー報知手段１１は比較器７からの信号があった場合、エラー信号を出力する。この時、エラー信号を用いてモータを停止させても良い。サーボ演算器９は比較器７からの信号をトリガとしてバッファ１２に一定期間１階差分、２階差分、トルク指令の保存を継続した後、保存を停止する。一定期間保存を継続するのでどこでエラーが発生したかが分かる。
バッファ１２の内容を確認するための確認手段は表示パネルではなく、通信によって例えばパソコン等の外部に出力し、パソコンのディスプレイに数値あるいは波形を表示させても良い。
またバッファ１２はリングバッファでも良い。エラー報知手段１１から出力されるエラー信号を用いてモータを停止させても良い。
（参考実施例２）
図２は、本発明の参考実施例２を示すブロック図である。図２において図１と同じ物については同番号を付与し、説明を省く。
図２は、本発明の参考実施例２を示すブロック図である。図２において図１と同じ物については同番号を付与し、説明を省く。
１０３はロータイナーシャ値がセットされるロータイナーシャレジスタ、１０４は負荷イナーシャ値がセットされる負荷イナーシャレジスタ、１０５はサーボ制御装置が出力可能な最大出力トルクがセットされる最大出力トルクレジスタである。１０２はロータイナーシャレジスタ１０３、負荷イナーシャレジスタ１０４、最大出力トルクレジスタ１０５から最大加速度を算出し、余裕度を乗じたものを算出する上限値演算器であり、上限値演算器１０２で算出された上限値がレジスタ８にセットされる。上限値演算器１０２では上限値の演算を次のように行う。最大出力トルクＴ［Ｎ・ｍ］であるサーボ制御装置がロータイナーシャＪM［ｋｇ・ｍ2］に負荷イナーシャＪL［ｋｇ・ｍ2］が付いたモータを制御する際の最大加速度［ｒａｄ／ｓ2］はＴ／（ＪM＋ＪL）で求められる。これをエンコー
ダのパルス数をＰ［ｐｕｌｓｅ］を用い場合において、サーボ制御周期Ｔs［ｓ］間の速
度変化［ｐｕｌｓｅ／Ｔs／Ｔs］に換算すると、Ｔ／（ＪM＋ＪL）×（Ｐ／２π）×Ｔs 2となり、これに余裕度として例えば１．５を乗じたものを上限値とする。
ダのパルス数をＰ［ｐｕｌｓｅ］を用い場合において、サーボ制御周期Ｔs［ｓ］間の速
度変化［ｐｕｌｓｅ／Ｔs／Ｔs］に換算すると、Ｔ／（ＪM＋ＪL）×（Ｐ／２π）×Ｔs 2となり、これに余裕度として例えば１．５を乗じたものを上限値とする。
次にサーボ演算周期毎の動作を説明する。
サーボ演算周期毎にサーボ演算器９は指令値とエンコーダ３からの位置データを用いて、フィードバック制御を行う。サーボ演算器９はパワーアンプ１３に対してトルク指令を出力し、パワーアンプ１３はトルク指令を駆動信号に変えてモータ１を動作させる。エンコーダ３はモータ１の位置に応じて位置データを出力し、データ受信器４にて位置データを受信する。データ受信器４で得られた位置データを用いて１階差分演算器５は１階差分を演算する。１階差分演算器５で得られた１階差分を用いて２階差分演算器６は２階差分を演算する。上限値演算器１０２は上限値の演算を行い、上限値をレジスタ８に設定する。２階差分演算器６で得られた２階差分とレジスタ８に設定された上限値を比較器７で比較し、もし２階差分が上限値を超えている場合は、エラー報知手段１１に信号を出力する。エラー報知手段１１は比較器７からの信号があった場合、エラー信号を出力する。この時、エラー信号を用いてモータを停止させても良い。
図３は、本発明の請求項１および２の実施例を示すブロック図ある。図３において図１あるいは図２と同じ物については同番号を付与し、説明を省く。
１０６は指令パルス１階差分演算器であり、今回のサーボ演算周期でカウントした指令パルス数と、前回のサーボ演算周期でカウントした指令パルス数との差分（以下、この差分を指令パルス１階差分とする）を求める。１０７は指令パルス２階差分器であり、今回のサーボ演算周期において指令パルス１階差分演算器１０６が求めた指令パルス１階差分と、前回のサーボ演算周期において指令パルス１階差分演算器１０６が求めた指令パルス１階差分との差分（以下、この差分を指令パルス２階差分とする）を求める。１０９は指令パルス２階差分と比較する上限値が入るレジスタである。１０１はレジスタ８に上限値を入力できる操作パネルである。１０８は指令パルス２階差分とレジスタ１０９の内容とを比較する指令パルス比較器である。
次にサーボ演算周期毎の動作を説明する。
サーボ演算周期毎にサーボ演算器９は指令パルスをカウントし、エンコーダ３からの位置データを用いて、フィードバック制御を行う。サーボ演算器９はパワーアンプ１３に対
してトルク指令を出力し、パワーアンプ１３はトルク指令を駆動信号に変えてモータ１を動作させる。エンコーダ３はモータ１の位置に応じて位置データを出力し、データ受信器４にて位置データを受信する。指令パルス１階差分演算器１０６では指令パルス１階差分を演算する。指令パルス２階差分演算器１０７では指令パルス１階差分演算器１０６で得られた指令パルス１階差分を用いて指令パルス２階差分を演算する。指令パルス２階差分演算器１０７で得られた指令パルス２階差分とレジスタ１０９に設定された指令パルス上限値を指令パルス比較器１０８で比較し、もし指令パルス２階差分が指令パルス上限値を超えている場合は、エラー報知手段１１に信号を出力する。エラー報知手段１１は指令パルス比較器１０８からの信号があった場合、エラー信号を出力する。この時、エラー信号を用いてモータを停止させても良い。
してトルク指令を出力し、パワーアンプ１３はトルク指令を駆動信号に変えてモータ１を動作させる。エンコーダ３はモータ１の位置に応じて位置データを出力し、データ受信器４にて位置データを受信する。指令パルス１階差分演算器１０６では指令パルス１階差分を演算する。指令パルス２階差分演算器１０７では指令パルス１階差分演算器１０６で得られた指令パルス１階差分を用いて指令パルス２階差分を演算する。指令パルス２階差分演算器１０７で得られた指令パルス２階差分とレジスタ１０９に設定された指令パルス上限値を指令パルス比較器１０８で比較し、もし指令パルス２階差分が指令パルス上限値を超えている場合は、エラー報知手段１１に信号を出力する。エラー報知手段１１は指令パルス比較器１０８からの信号があった場合、エラー信号を出力する。この時、エラー信号を用いてモータを停止させても良い。
レジスタ１０９に上限値を入力する手段は操作パネルではなく、通信によって行っても良い。
図４は、本発明の請求項３および４の実施例を示すブロック図である。図４において図１、図２あるいは図３と同じ物については同番号を付与し、説明を省く。
図４において、１２はバッファであり、サーボ演算器内に存在し、一定周期毎に指令パルス１階差分と指令パルス２階差分とトルク指令がバッファ１２内に保存される。
次にサーボ演算周期毎の動作を説明する。
サーボ演算周期毎にサーボ演算器９は指令パルスをカウントし、エンコーダ３からの位置データを用いて、フィードバック制御を行う。同時に、バッファ１２に指令パルス１階差分、指令パルス２階差分、トルク指令を保存する。サーボ演算器９はパワーアンプ１３に対してトルク指令を出力し、パワーアンプ１３はトルク指令を駆動信号に変えてモータ１を動作させる。エンコーダ３はモータ１の位置に応じて位置データを出力し、データ受信器４にて位置データを受信する。指令パルス１階差分演算器１０６では指令パルス１階差分を演算する。指令パルス２階差分演算器１０７では指令パルス１階差分演算器１０６で得られた指令パルス１階差分を用いて指令パルス２階差分を演算する。指令パルス２階差分演算器１０７で得られた指令パルス２階差分とレジスタ１０９に設定された上限値を指令パルス比較器１０８で比較し、もし指令パルス２階差分が指令パルス上限値を超えている場合は、エラー報知手段１１とサーボ演算器９に信号を出力する。エラー報知手段１１は指令パルス比較器１０８からの信号があった場合、エラー信号を出力する。この時、エラー信号を用いてモータを停止させても良い。サーボ演算器９は指令パルス比較器１０８からの信号をトリガとしてバッファ１２に一定期間指令パルス１階差分、指令パルス２階差分、トルク指令の保存を継続した後、保存を停止する。一定期間保存を継続するのでどこでエラーが発生したかが分かる。
バッファ１２の内容を確認するための確認手段は表示パネルではなく、通信によって例えばパソコン等の外部に出力し、パソコンのディスプレイに数値あるいはグラフ表示させても良い。
またバッファ１２はリングバッファでも良い。エラー報知手段１１から出力されるエラー信号を用いてモータを停止させても良い。
本発明は、エンコーダを用いて制御対象をフィードバック制御するサーボ制御装置に関するものであり、更に詳しくは、制御対象の位置を検出するエンコーダから位置データを
読み取り、読み取ったデータをもとに制御対象をフィードバック制御するサーボ制御装置の信頼性向上に関するものである。
読み取り、読み取ったデータをもとに制御対象をフィードバック制御するサーボ制御装置の信頼性向上に関するものである。
１ モータ
２ 負荷
３ エンコーダ
４ データ受信器
５ １階差分演算器
６ ２階差分演算器
７ 比較器
８、１０９ レジスタ
９ サーボ演算器
１１ エラー報知手段
１２ バッファ
１３ パワーアンプ
１０１ 操作パネル
１０２ 上限値演算器
１０３ ロータイナーシャレジスタ
１０４ 負荷イナーシャレジスタ
１０５ 最大出力トルクレジスタ
１０６ 指令パルス１階差分演算器
１０７ 指令パルス２階差分演算器
１０８ 指令パルス比較器
１１０ 表示パネル
２ 負荷
３ エンコーダ
４ データ受信器
５ １階差分演算器
６ ２階差分演算器
７ 比較器
８、１０９ レジスタ
９ サーボ演算器
１１ エラー報知手段
１２ バッファ
１３ パワーアンプ
１０１ 操作パネル
１０２ 上限値演算器
１０３ ロータイナーシャレジスタ
１０４ 負荷イナーシャレジスタ
１０５ 最大出力トルクレジスタ
１０６ 指令パルス１階差分演算器
１０７ 指令パルス２階差分演算器
１０８ 指令パルス比較器
１１０ 表示パネル
Claims (4)
- 上位制御器から指令パルスによって制御対象をフィードバック制御するサーボ制御装置において、今回のサーボ演算周期にカウントしたパルス数と前回のサーボ演算周期でカウントしたパルス数との差分を求める指令パルス１階差分演算器と、今回のサーボ演算周期において前記指令パルス１階差分演算器により求めた差分と、前回のサーボ演算周期において指令パルス１階差分演算器により求めた差分との差分を求める指令パルス２階差分演算器と、前記指令パルス２階差分演算器で求めた指令パルス２階差分と所定の上限値を比較する比較器と、前記比較器が用いる所定の上限値がセットされる第１のレジスタと、前記指令パルス２階差分演算器で求めた指令パルス２階差分が上限を超えた場合にエラー信号を出力するエラー報知手段と、を具備したことを特徴とするサーボ制御装置。
- 第１のレジスタに指令パルス上限値を設定できる手段を具備したことを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
- 上位制御器から指令パルスによって制御対象をフィードバック制御するサーボ制御装置において、今回のサーボ演算周期にカウントしたパルス数と前回のサーボ演算周期でカウントしたパルス数との差分を求める指令パルス１階差分演算器と、今回のサーボ演算周期において前記指令パルス１階差分演算器により求めた差分と、前回のサーボ演算周期において指令パルス１階差分演算器により求めた差分との差分を求める指令パルス２階差分演算器と、前記指令パルス２階差分演算器で求めた指令パルス２階差分と所定の上限値を比較する比較器と、前記比較器が用いる所定の上限値がセットされる第１のレジスタと、前記指令パルス２階差分演算器で求めた指令パルス２階差分が上限値を超えた場合をトリガとして、少なくともトリガの前後一定期間の指令パルス１階差分と指令パルス２階差分とサーボ演算で求められるトルクを保存できるバッファと、前記バッファの内容を確認できる手段と、を具備したことを特徴とするサーボ制御装置。
- 前記第１のレジスタに指令パルス上限値を設定できる手段を具備したことを特徴とする請求項３記載のサーボ制御装置。
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