JP4576260B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明はモータを制御する装置に関する。

電子カム機能について、特許文献１に開示がある。

特開２００２−３２１２７号公報

特許文献１に開示の方法ではモータ制御装置内に正転、逆転などの運転パタンを用意し、これをクロック信号に同期して読み出し位置を制御することによって、電子的にカム機能を提供するものである。この方法ではモータによるカムの運転パタンをスムーズに動作させるためには、このクロック信号を速くし、かつ、運転パタンを細かく用意する必要がある。このため、このクロック信号の処理スピードを高く、かつ、運転パタンを記憶するメモリ容量を多くする必要があり、価格やサイズなどに制約を受ける。

本発明の課題は、運転パタン数が少なくてもスムーズな運転が可能な電子カム機能を有したモータ制御装置を提供することにある。

本発明では、電子的な制御によるギアよって、上記課題を達成するものとする。この電子的なギアの比率設定は、電子的なギアのギア比を規定する分子、分母の定数を運転パタンによって、可変、制御するようにする。

また、上記運転パタンは、カムパタンと対応させて、作成、記憶させるものとする。このカムパタンに対応させる運転パタンは、所定の間隔にて規定し、その間隔の間を補間動作によって、運転パタンを作成、記憶させるようにする。

このようにすることで、カムパタンを規定する運転パタンが粗く規定するものであっても、その間の動作は補間動作になるため、スムーズな運転が可能である。また、補間動作であるため、カムパタンを記憶するメモリ容量を小さくでき、このカムデータの読み出しも低速な処理で実現できる。

また、制御において用いる外部位置を分周器で分周することでカムパタンの記憶容量を下げることができる。さらには、分周することで周波数を下げることができるので、この部分を処理する回路もしくはソフトの処理スピードを低減するのに役立ち、位置制御装置のコストを抑えることができる。

上記の処理の実行は、少なくとも上記処理であるカム動作制御等を命令するプログラム命令と当該プログラム命令を実行する制御部にて実行するものとする。

なお、上記プログラム命令は、位置制御部、速度制御部、電力変換装部等のモータ制御装置内の動作部の動作を命令するものも含ませ、当該プログラム命令を実行する制御部がこれら位置制御部、速度制御部、電力変換装部等のモータ制御装置内の動作部を制御するものであっても良い。

上述の手段を用いることによって、装置の小形化、低価格化を可能とするものである。

本発明によれば、カム機能を有するモータの制御装置を従来よりも小形にて提供可能となる。

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
図１に本発明の構成例を示している。図１でモータＭ１はモータ制御装置１により駆動される。エンコーダＥ１はモータに取り付けられ、モータ制御装置１に入力される。モータ制御装置１の内部には速度変換部１１、位置変換部１２、速度制御部１３、位置制御部１４、電力変換部１５（電流制御を含む）から構成され、一般的に良く知られた位置制御系を構成している。この構成で、エンコーダＥ１からの入力で、速度変換部１１でエンコーダ信号から速度検出値Ｎを演算し、速度制御部１３に入力する。また、エンコーダＥ１からの入力で、位置変換部１２で位置θ１に演算し、位置制御部１４に入力する。

この位置制御系の実際の構成例を図２に示す。これは良く知られた位置制御系で位置指令θ＊１と位置θ１の偏差を取り、これを比例演算器１４１に入力する。この出力をスイッチＳ２（接点１側）を介して、速度制御部の比例演算器１３１に入力して、トルク指令として出力する。スイッチＳ２は外部からの速度指令Ｎ＊ｅｘｔを接点２側で入力できるようにする。

本発明の実施例の主たる部分を以下に説明する。本発明の実施例では電子ギア２、カムパタンの記憶部４、その読出制御部３、分周器５、位置変換部６，６１から構成される。電子ギア２は通常のパルス列のサーボアンプに内蔵されているような電子ギア機能で外部からの位置指令に分子／分母の比で変換し、位置制御部１４に入力する。ただし、本発明の実施例の実現のためには、この電子ギア比（分子／分母）が負の値でも変換可能な電子ギアが必要になる。

本発明の実施例では外部のモータＭ２、もしくはパルス発生器からの信号をスイッチＳ１を介して入力する。この信号を位置変換部６で外部位置θ２とし、電子ギア２に入力する。この状態で電子ギア２の値が一定であれば、外部位置θ２に同期した位置制御系になる。本発明の実施例ではこのθ２を分周器５と位置変換部６１を介して、分周後外部位置θ２１として読出制御部３に入力する。このθ２１値に応じて電子ギア比を可変にすることで外部位置θ２に同期し、かつ、その移動量を可変に制御できる。つまり、機械カムのように回転角に応じて中心からの距離に応じて移動量を変化させるように電子的なカムの機能を実現できる。

ここで、電子ギア２は分子、分母の少なくても一方を変化させれば良い。カムパタンの記憶部４の容量を低減したい場合は電子ギアの分子、分母のいづれかを用意すれば良い。また、滑らかな電子カム動作を実現するには細かいカムパタンをカムパタン記憶部４を用意すれば良いが、外部位置θ２を分周器５で分周θ２１にすることでカムパタンの記憶容量を下げることができる。また、θ２１の周波数はθ２に比べ下がるのでこの部分の回路もしくはソフトの処理スピードを低減するのに役立ち、位置制御装置１のコストを抑えることができる。

図３が本実施例のタイムチャートの一例を描いたものである。説明の簡略化のため、この場合、電子ギア２の分母＝１００とし、分子を変化させている。また、外部モータエンコータＥ２が８００パルスで１パタンとした時、分周器５で１パタンを８個、８００／８＝１００分周している仮定している。

図３のＡ区間はスイッチＳ１、Ｓ２は図に示すような接点を制御している。Ｓ１が接点２のため、外部エンコーダＥ２の信号は外部位置変換器６には入力されず、かつ、読出制御部３には入力されず、図３のように外部エンコーダ位置θ２は一定値になり、この場合はＣＡＭ値は０とする。

この状態から区間Ｂになり、スイッチＳ１を接点１側にすると外部エンコーダ位置θ２を０クリアし、カウントを開始するので、θ２１も図のように階段的に変化する。このθ２１のカウントに合わせ読出制御部３がカムパタン記憶部４からＣＡＭ値を順次呼び出し、電子ギア２の分子を変化させる。また、外部エンコーダ位置θ２が１パタン分に相当する８００でカウンタクリヤすることで、パタンの１周期を制御できる。

本実施例ではカムパタンに５０、１００，３０、２０、−２０、−３０、−１００、−５０を置き、図３のようにＣＡＭ値（電子ギアの分子）が変化する。この例では分母を１００としているので電子ギア比としては５０／１００＝０．５、１００／１００＝１．０、３０／１００＝０．３、２０／１００＝０．２，−２０／１００＝−０．２，−３０／１００＝−０．３，−１００／１００＝−１．０，−５０／１００＝−０．５と変化する。ここで、電子ギア機能は従来と異なるのは負の値が扱えることが必要になる。

電子ギア２の入力を分周前のθ２であるため、電子ギア比がこのように電子ギア比は階段状に変化しても図３に示すように位置指令θ１＊は自動的に補間され、滑らかに動作する。ここで、電子カム機能では滑らかに動作することも必要だが、軌跡のある点を通過する必要がある。その場合、その地点に一致するように分周比を決めれば、その地点を通過するカムパタンを用意できる。

図４は図１の構成例で他の利用法について、描いたタイムチャートである。本実施例は電子カム機能を運転中に切り換えて使用する場合のタイムチャートである。区間ＢではＳ１は接点２、Ｓ２は接点２、この区間は外部からの速度指令Ｎ＊ｅｘｔで、速度制御運転される。この図４ではＮ＊ｅｘｔは台形波状の速度指令を仮定している。

次に区間Ｃでは各スイッチＳ１、Ｓ２が全て接点が１側になり、速度制御から位置制御へと変化する。この瞬間から分周器５の出力の位置θ２１がカウントを開始し、それに合わせカムパタン記憶部からＣＡＭ値が順次呼び出される。本実施例では分母は１００に固定しており、カムパタンは１００，１２０，１４０，１２０，１００と準備している。ここで、前例では電子ギアは負の値も対応が必要だが本実施例では特に必要なく、一般的な電子ギア機能で十分である。

このカムパタンから位置指令θ１＊は図のような動作となる。カムパタンを１００のみでは、区間Ｃへの切替に置いて、一定の位置偏差（遅れ分）が発生するが本実施例のように始動部分に大きめのカムパタン値を用意すれば、その遅れ分を補正できる。（図４のＣＡＭ値の色付け部）このため、本実施例ではベルトコンベアなどで動くものに対して位置決めすることが可能で、遅れの補正も可能である。

本実施例の区間Ｄ〜Ｅでは各スイッチＳ１、Ｓ２元の接点に戻し、速度制御に切り換る。この際、θ２１をクリアする。図４では外部速度指令Ｎ＊ｅｘｔを図４のように減速するように与え、停止させている。

図５は本発明の他の実施例の構成例を描いている。本発明の実施例による電子カム機能により、従来より電子カム機能が簡単になるため、モータ制御装置１内に上位制御装置の機能を組み込むことができる。本実施例は上位制御装置の機能をユーザがプログラムで記述することができる。プログラム機能内蔵のモータ制御装置１である。このため、この例ではモータ制御装置内にプログラム実行部７とそのプログラムメモリ８を追加している。ユーザプログラムをこのプログラムメモリ８に記憶し、このユーザプログラムをプログラムメモリ８から順次呼び出し、プログラム実行部７でデコードし、実行する。このため、本モータ制御装置１はソフトウェアで実現することになる。

図５は本発明の実施例のカム制御機構をカム制御部９として描いており、前述のスイッチＳ１、Ｓ２、電子ギア２、読出制御部３、カムパタン記憶部４、分周器５，位置変換部６，６１から構成され、その動作は前述の動作となる。ただし、スイッチＳ１、Ｓ２は外部からの制御でなく、プログラム命令で制御する。ここで、カムパタン記憶部４はプログラムメモリ８と別に記述してあるが、ソフトウェアで本モータ制御装置１を構成する場合、物理的には同一メモリで構成でき、システムのコストダウンを測れる。

以上の実施例では、電子ギア機能、分周器は低価格のサーボアンプに内蔵でき、これを用いて電子カム機能を実現するので、低価格で、インテリジェントなシステムを実現できる。また、この内部に分周器を用意してあるため、カムパタンのデータ数、読み出し周波数を小さくできるので、安価なシステムとなる。

さらにプログラムでその動作を記述できるので、柔軟にシステムの動作を変更できる。

本発明の実施例の内容を実現するための一例としては下記のようにプログラム命令と設定レジスタを用意すれば良い。

上記の処理の実行は、少なくとも上記処理であるカム動作制御等を命令するプログラム命令と当該プログラム命令を実行する制御部にて実行するものとする。

また、上記プログラム命令は、読出制御部、位置制御部、速度制御部、電力変換部等のモータ制御装置内の動作部の動作を命令するものも含ませ、当該プログラム命令を実行する制御部がこれら読出制御部、位置制御部、速度制御部、電力変換部等のモータ制御装置内の動作部を制御するものであっても良い。

なお、本実施例は一例であり、これに限定されるものではなく、本実施例を適宜、改良、変更することによっても同様な効果を得ることも可能である。

速度制御命令…台形の速度パタンを発生し、一定速度で速度制御する。
本命令で各のスイッチを以下の接点に切替
Ｓ１：接点２ Ｓ２：接点２
速度制御停止命令…一定速度から０速度へ減速を開始する。
電子カム開始命令…電子カム機能での運転を開始する。
本命令で各のスイッチを以下の接点に切替
Ｓ１：接点１ Ｓ２：接点１
電子カム停止命令…電子カム機能での運転を中止する。
本命令で各のスイッチを以下の接点に切替
Ｓ１：接点２ Ｓ２：接点１
カムデータ定義命令…カムデータを定義する。（何種類か、個別に定義）
カムデータ指定命令…上記で定義したカムデータのどれを選択するか指定する。
分周比設定レジスタ…分周器比率を設定する。
モジュロレジスタ…θ２のリセット値を設定する。

このため、カム制御部９内にモジュロレジスタ９１、分周比設定レジスタ９２を用意する。また、Ｓ１、Ｓ２の制御のためのスイッチ制御部１０１を用意している、また、図４の実施例を実現するため、外部からでなくモータ制御装置１内に速度指令を発生する速度指令発生部１００を準備する必要がある。ただし、これらはソフトウェアで実現すればコスト的には増大しない。

図３、図４の実施例を実現する場合前述のプログラム命令の動作のさせ方を以下に記す。図３の下部に命令の実行状態を記している。区間Ａでは（１）カムデータ定義命令、（２）カムデータ指定命令、（３）分周比設定レジスタに分周比を設定（この例では１００を設定）、（４）モジュロレジスタ設定（この例では８００を設定）する。（５）電子カム開始命令を実行することで区間Ｂとなり、各スイッチＳ１、Ｓ２を図３のように制御する。θ２がモジュロレジスタ設定となったところでθ２、θ２１をクリヤし、ＣＡＭ値を０にする。この後、（６）電子カム停止命令で電子カム動作を停止し、区間Ｃとする。

次に図４を説明する。区間Ａでは（１）カムデータ定義命令、（２）カムデータ指定命令、（３）分周比設定レジスタに分周比を設定（この例では１００を設定）、（４）モジュロレジスタ設定（この例では８００を設定）する。次ぎに（５）速度制御命令を実行し、台形波状速度運転を開始する。（区間Ｂ）外部からの信号などにより、（６）電子カム開始命令を実行することで区間Ｃとなり、各スイッチＳ１、Ｓ２を図４のように制御し、図４のような同期運転をする。同期運転が必要なくなったところで、（７）電子カム停止命令を実行し、同期運転を解除する。（区間Ｄ）さらに（８）速度制御停止命令で減速停止する。（区間Ｅ）
ここで、図５において、スイッチＳ１に接点３を追加しているが、モータ制御装置１内で外部エンコーダＥ２に変えて、基準信号を与えることで外部にエンコーダＥ２を置かなくて良くなり、コストダウンを図れる。

本実施例の一構成例である。 位置制御、速度制御部の一構成例である。 本実施例のタイムチャートの一例である。 本実施例のタイムチャートの他の一例である。 本実施例の他の構成例である。

符号の説明

１…モータ制御装置、２…電子ギア、３…読出制御部、４…カムパタン記憶部、５…分周器、６，６１…位置変換器、７…プログラム実行部、８…プログラムメモリ、９…カム制御部、１１…速度変換器、１２…位置変換器、１３…速度制御部、１４…位置制御部、１５…電力変換部、９１…モジュロレジスタ、９２…分周比設定レジスタ、１００…速度指令発生部、１０１…スイッチ制御部、１３１…比例積分演算器、１４１…比例演算器
Ｓ１，Ｓ２…スイッチ、Ｅ１…エンコーダ、Ｍ１…モータ、Ｅ２…外部モータエンコーダ、Ｍ２…外部モータ、Ｎ…速度検出値、Ｎ＊…速度指令、Ｎ＊ｅｘｔ…外部速度指令、θ１…位置、θ＊１…位置指令、θ２…外部位置、θ２１…分周後外部位置

Claims (8)

1. 任意のギア比を乗じた位置指令信号を出力する電子ギア部と、
   前記位置指令信号に基づき、モータを制御する電力変換部を有するモータ制御装置において、
   外部から入力された信号を外部位置信号に変換する第１の位置変換部と、
   前記外部から入力された信号を分周する分周器と、
   前記分周器の出力から分周後外部位置信号に変換する第２の位置変換部と、
   電子ギア比をカムパタンとして記憶するカムパタン記憶部と、
   前記カムパタン記憶部から分周後外部位置信号に対応するカムパタンを読出し、前記電子ギア部に電子ギア比を入力する読出制御部とを設け、
   分周後外部位置信号の変化に応じて前記読出制御部で対応するカムパタンを読み出し、電子ギア比を変化させて前記電子ギア部に入力し、
   入力される電子ギア比と前記外部位置信号とから前記電子ギア部で位置制御信号を出力して、
   前記位置制御信号によってモータの位置制御を行うことで、電子カム動作を行うことを特徴とするモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   分周後外部位置信号の変化に応じて、前記読出制御部で電子ギア比の分子、もしくは分母の少なくとも一方を変更して電子カム動作を行い、前記外部から入力された信号に同期したモータの位置制御を行うことを特徴とするモータ制御装置。
3. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   前記読出制御部でのカムパタン記憶部からの読出し、または、前記外部から入力された信号との同期が、外部からのカム運転開始信号が入力された後に開始されることを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ制御装置において、
   前記読出制御部でのカムパタン記憶部からの読出しにおいて、
   カムパタンの最終データを読み出した際、または、外部から設定された読出し数を越えた際には、当該読出しデータ位置をカムパタンのデータ開始位置にリセットすることを特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のモータ制御装置において、
   前記外部から入力された信号をモータ制御装置内で内部信号に切換えることを特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載のモータ制御装置において、
   位置制御を行う位置制御部と、
   前記位置制御部から出力が速度指令として入力される速度制御部とを設け、
   前記速度指令と外部からの速度指令とを切換えることを特徴とするモータ制御装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のモータ制御装置において、
   前記モータのカム動作制御をプログラム命令と当該プログラム命令を実行する制御部にて実行することを特徴とするモータ制御装置。
8. 請求項１に記載のモータ制御装置において、
   負の値を有する電子ギア比を用いて、電子カム動作を行うことを特徴とするモータ制御装置。

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