JP4683325B2

JP4683325B2 - 多軸用モータ制御システム

Info

Publication number: JP4683325B2
Application number: JP2005077047A
Authority: JP
Inventors: 光則葛島
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: JP2006262636A

Description

本発明は、複数のサーボモータを制御する多軸サーボドライバに関する。

従来の多軸サーボドライバは、一つの機器に複数のサーボモータを設置し、一つのサーボモータの制御を行うコントロールユニットを複数装備し、このコントロールユニットは一つのサーボモータを制御するＣＰＵを個々のコントロールユニットに備えている。図３に従来の多軸サーボドライバの構成図を示す。１は多軸サーボドライバであり、１つのサーボモータを制御するコントロールユニット２を複数装備している。各コントロールユニット２は、一つのサーボモータを制御するためにＣＰＵ４およびモータ駆動パワー部９から構成され、サーボモータ１０およびエンコーダ７が接続される。１０はサーボモータであり、フィードバック制御を行うためのエンコーダ７が連結されている。

図４は図３のコントロールユニット２のブロック図である。図４において、コントロールユニット２は、位置制御部２１、速度制御部２２、電流制御部２３、およびモータ駆動パワー部９から構成されている。位置制御部２１は、上位装置、外部パルス列信号等により入力された位置指令値およびエンコーダ７からのフィードバック信号（位置フィードバック信号）をもとに位置制御を行い、速度指令値を速度制御部２２に出力する。速度制御部２２は、位置制御部２１から入力された速度指令値およびエンコーダ７からのフィードバック信号（速度フィードバック信号）をもとに速度制御を行い、トルク指令値を電流制御部２３に出力する。電流制御部２３は、速度制御部２２から入力されたトルク指令値およびＡＤ変換器等の電流フィードバック信号をもとに電流制御を行い、ＰＷＭ指令をモータ駆動パワー部９に出力する。モータ駆動パワー部９は、サーボモータ１０に電流を流し、サーボモータ１０を回転動作させる。

このように、従来の多軸サーボドライバは、一つの機器に複数のサーボモータを設置し、各サーボモータを制御するためにＣＰＵおよびモ−タ駆動パワー部から構成されるコントロールユニットを複数装備している（例えば、特許文献１参照）。
通常、ＮＣ工作機械やロボット等は少なくとも２〜３軸以上のサーボモータが必要であり、多いものでは６軸以上のものもある。また、人型ロボットに代表されるように、ロボット内部に設置できるようにサーボドライバは小形化の傾向にある。
特開２０００−６０１８１号公報（図１）

しかしながら、一般的にＣＰＵが付加されると、ＲＡＭやＲＯＭ等の周辺ＩＣやその周辺ＩＣと接続するデータバスなどの回路が必要であり、ＣＰＵが多いほどそのスペースおよびコストは大きくなる。上述のコントロールユニットではＣＰＵが必要であり、１つのコントロールユニットのコストおよびスペースが大きくなる。従って、上述のコントロールユニット複数から構成される従来の多軸サーボドライバは、安価とはいえない。また、多軸サーボドライバが大形になるという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、安価で小形な多軸サーボドライバを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、複数のエンコーダ付きモータと、前記複数のエンコーダ付きモータを位置制御および速度制御するモータ制御装置と、前記位置制御および前記速度制御の演算を実行する第１の制御周期および制御する前記複数のエンコーダ付きモータの制御軸数を予め設定するパラメータ設定装置と、を備えた多軸用モータ制御システムであって、前記モータ制御装置が、前記第１の制御周期で前記制御軸数毎順に、前記位置制御および前記速度制御の演算を実行して制御指令を算出すると共に、前記位置制御および前記速度制御にかかる制御処理時間および前記制御軸数に基づいて前記第１の制御周期を変更設定する単数のＣＰＵと、前記制御指令を入力し、前記第１の制御周期とは異なる第２の制御周期で電流制御の演算を実行して前記複数のエンコーダ付きモータ個々に電力をそれぞれ供給する複数のモータ駆動部と、を有するものである。

請求項１に記載の発明によると、位置制御および速度制御を１つのＣＰＵで実行し、トータルとして低価格化、小形化が実現できる。また、一般的に位置制御および速度制御の制御周期は短いほど制御精度は向上するため、多軸サーボドライブを適用する機械システム、すなわち接続するサーボモータの数に合わせて位置制御および速度制御の制御周期を設定することにより、ＣＰＵ性能を最大限に活用でき、その結果として機械システムに合わせて最大限の制御精度を得ることができる。また、制御軸数設定値に設定された制御軸数に基づいて自動的に制御周期設定値に制御周期が設定されるので、制御周期を設定する手間を省くことができ、結果的に多軸サーボドライバの使い勝手を向上させることができる。更に、電流制御手段を電流制御ＬＳＩとしたので、多軸サーボドライバを小形化することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の多軸サーボドライバの構成図である。図において、１は多軸サーボドライバであり、位置制御、速度制御などの処理を実行するＣＰＵ４と、制御するサーボモータの数、すなわち制御軸数を格納する制御軸数設定値１１と、位置制御および速度制御を実行する制御周期を格納する制御周期設定値１２と、前記制御周期設定値１２に設定された制御周期にしたがって制御周期信号Ｓ１を出力する制御周期発生回路８と、位置制御を行う位置制御部２１と、速度制御を行う速度制御部２２と、一つのサーボモータを制御するために電流制御部２３を内蔵しＣＰＵ４とは独立したタイミングでインテリジェントに電流制御を行う機能を有する電流制御ＬＳＩ６とサーボモータ１０に電流を流し回転動作させるモータ駆動パワー部９から構成されるサーボアンプ５複数とから構成される。３はパラメータ設定装置であり、制御するサーボモータの数（制御軸数）および位置制御および速度制御を実行する制御周期を設定する。設定された制御軸数は制御軸数設定値１１に格納され、設定された制御周期は制御周期設定値１２に格納される。なお、制御軸数設定値１１および制御周期設定値１２は書き換え可能な不揮発メモリに記憶されるようになっている。１０はサーボモータであり、フィードバック制御を行うためのエンコーダ７が連結されている。

図２は、本発明の多軸サーボドライバによって実行される動作を示すタイミング図である。図２において、制御周期信号Ｓ１がＣＰＵ４に入力されると、位置制御部がＣＰＵより起動され、１軸目の位置制御が実行される。具体的には、１軸目の位置指令として、上位装置、外部パルス列信号等により入力された位置指令値および１軸目のサーボモータに連結されているエンコーダ７からのフィードバック信号（位置フィードバック信号）をもとに位置制御を行い、１軸目の速度指令値を速度制御部２２に出力する。次いで、速度制御部２２がＣＰＵ４より起動され、１軸目の速度制御が実行される。具体的には、位置制御部２１から入力された１軸目の速度指令値および１軸目のサーボモータに連結されているエンコーダ７からのフィードバック信号（速度フィードバック信号）をもとに速度制御を行い、１軸目のトルク指令値を電流制御ＬＳＩ６の電流制御部２３に出力する。次いで、２軸目の位置制御、速度制御、３軸目の位置制御、速度制御、・・・とパラメータ設定装置３よりあらかじめ制御軸数設定値１１に設定された制御軸数分くりかえす。

また、制御周期信号Ｓ１の周期、すなわち位置制御および速度制御を実行する制御周期は、制御軸数設定値１１に設定された全制御軸数分の位置制御および速度制御の実行に必要な時間分以上の値がパラメータ設定装置３よりあらかじめ制御周期設定値１２に設定されている。具体的には、制御軸数を３、１軸あたりの位置制御および速度制御に７０μｓの処理時間が必要であると仮定すると、制御周期は３×７０＝２１０μｓ以上必要であり、例えば３００μｓを設定しておく。また、制御軸数設定値１１に設定された制御軸数にしたがって自動的に制御周期設定値１２を設定してもよい。具体的には、１軸あたりの位置制御および速度制御に７０μｓの処理時間が必要であると仮定すると、自己診断、アラーム検出処理などその他の処理を行う時間（例えば３０μｓ）の余裕を考慮して、１軸あたりの位置制御および速度制御の処理時間を１００μｓとし、制御軸数が３の場合の制御周期は３×１００＝３００μｓを制御周期設定値１２に自動的に設定する。

一方、電流制御は、電流制御部２３を内蔵しＣＰＵ４とは独立したタイミングでインテリジェントに電流制御を行う機能を有する電流制御ＬＳＩ６により各軸ごとに実行される。すなわち、各軸の電流制御ＬＳＩ６は、速度制御部２２から入力されたトルク指令値およびＡＤ変換器等の電流フィードバック信号をもとに電流制御周期ごとに電流制御をＣＰＵ４とは独立したタイミングでインテリジェントに実行する。例えば、電流制御周期を３０μｓになるようにあらかじめ電流制御ＬＳＩ６を設計しておく。

このように、位置制御および速度制御を１つのＣＰＵで実行し、電流制御はＬＳＩ化し各サーボモータごとに複数のＬＳＩで実行することにより、トータルとして低価格化、小形化が実現できる。また、一般的に位置制御および速度制御の制御周期は短いほど制御精度は向上するため、多軸サーボドライブを適用する機械システム、すなわち接続するサーボモータの数に合わせて位置制御および速度制御の制御周期を設定することにより、ＣＰＵ性能を最大限に活用でき、その結果として機械システムに合わせて最大限の制御精度を得ることができる。例えば、６軸用として製作された多軸サーボドライバを実際には４軸しかサーボモータを使用しない機械システムに適用した場合には、そのサーボモータの数に合わせて制御軸数、および制御周期を設定することで、位置制御および速度制御の制御周期を短く設定することができ、機械システムに合わせて最大限の制御精度を得ることができる。

複数のサーボモータの位置制御、速度制御、電流制御を１つのＣＰＵと複数のＬＳＩで実行することによって、多軸サーボドライバをコンパクトにかつ低価格に構成できるので、複数のサーボモータを使用するＮＣ工作機械やロボットなどの機械システムのサーボドライバ、特に狭小な場所や安価な機械システムで使用されるサーボドライバに適用できる。

本発明の多軸サーボドライバの構成を示すブロック図本発明の多軸サーボドライバの動作を示すタイミング図従来の多軸サーボドライバの構成を示すブロック図従来の多軸サーボドライバにおけるコントロールユニットの構成を示すブロック図

符号の説明

１多軸サーボドライバ
２コントロールユニット
３パラメータ設定装置
４ＣＰＵ
５サーボアンプ
６電流制御ＬＳＩ
７エンコーダ
８制御周期発生回路
９モータ駆動パワー部
１０サーボモータ
１１制御軸数設定値
１２制御周期設定値
２１位置制御部
２２速度制御部
２３電流制御部

Claims

複数のエンコーダ付きモータと、前記複数のエンコーダ付きモータを位置制御および速度制御するモータ制御装置と、前記位置制御および前記速度制御の演算を実行する第１の制御周期および制御する前記複数のエンコーダ付きモータの制御軸数を予め設定するパラメータ設定装置と、を備えた多軸用モータ制御システムであって、
前記モータ制御装置が、前記第１の制御周期で前記制御軸数毎順に、前記位置制御および前記速度制御の演算を実行して制御指令を算出すると共に、前記位置制御および前記速度制御にかかる制御処理時間および前記制御軸数に基づいて前記第１の制御周期を変更設定する単数のＣＰＵと、
前記制御指令を入力し、前記第１の制御周期とは異なる第２の制御周期で電流制御の演算を実行して前記複数のエンコーダ付きモータ個々に電力をそれぞれ供給する複数のモータ駆動部と、を有することを特徴とする多軸用モータ制御システム。