JP5045066B2 - モータ制御システム、モータ制御システムにおける同期方法、および制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御システム、モータ制御システムにおける同期方法、および制御装置に関する。

従来の制御装置、複数の制御装置で１台のモータを駆動する制御システム、および複数の制御装置で１台のモータを駆動する場合の同期方法は、制御装置に同期用の制御指令を設け、１つの制御装置から制御指令を出力し、他の制御装置はこの制御指令に同期して制御している（例えば、特許文献１参照）。
図６は従来技術を示す制御装置および複数の制御装置で１台のモータを駆動する制御システムの構成図である。
図６において、６１は２重巻線モータ、６２、６３は３相インバータ、６４、６５はサーボコントローラ、６６はエンコーダ、６７、６８は電流センサである。
以下、図６を用いて従来技術における制御装置および複数の制御装置で１台のモータを駆動する制御システムの構成を説明する。
２重巻線モータ６１の３相巻線に、それぞれ３相インバータ６２、６３を接続し、各３相インバータ６２、６３にそれぞれサーボコントローラ６４、６５を接続する。マスタであるサーボコントローラ６４は、電流センサ６７とエンコーダ６６からの出力に基づいて３相インバータ６２を制御し、スレーブであるサーボコントローラ６５は、サーボコントローラ６４からの同期用の制御指令に従い、電流センサ６８とエンコーダ６６からの出力に基づいて３相インバータ６３を制御する。
このように、従来の制御システムは、複数の制御装置で１台のモータを駆動する場合、制御装置に同期用の制御指令を設け、この制御指令で同期制御していた。
特開２００２−０５２５９２号公報（第４−５頁、第1図）

しかしながら、従来の制御装置、複数の制御装置で１台のモータを駆動する制御システム、および複数の制御装置で１台のモータを駆動する場合の同期方法は、１つの制御装置から同期用の制御指令を出力して、この制御指令に同期して他の制御装置は制御しているので、同期制御指令が別に必要になるという問題があった。
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、同期制御指令を別途設けることなく、簡単な設定のみで複数の制御装置による１台のモータの同期制御への適用を可能とし、かつ単独での運転も可能な制御装置を提供することを目的とする。
また、同期制御指令を別途必要とせず容易に同期制御を可能とする、複数の制御装置で１台のモータを駆動する制御システムを提供することを目的とする。
また、複数の制御装置で１台のモータを駆動する場合の同期方法で、同期制御指令を別途設ける必要がなく容易に同期制御を可能とする同期方法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、２以上の制御装置（１）と、前記制御装置（１）に接続され送信要求に基づいて所定の時間周期毎に位置情報を送信する１台のシリアルエンコーダ（５）とを備えるモータ制御システムにおいて、前記２以上の制御装置（１）のうちの１台の制御装置（１ａ）のみ、前記シリアルエンコーダ（５）に対して前記送信要求の送信と前記シリアルエンコーダ（５）からの前記位置情報の受信とを行なう設定を有し、残りの制御装置（１ｂ）は、前記シリアルエンコーダ（５）からの前記受信のみを行なう設定を有することを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、２以上の制御装置（１）と、前記制御装置（１）に接続され送信要求に基づいて所定の時間周期毎に位置情報を送信する１台のシリアルエンコーダ（５）とを備えるモータ制御システムにおける同期方法において、前記２以上の制御装置（１）のうちの１台の制御装置（１ａ）のみを前記シリアルエンコーダ（５）との送受信を行なう設定とするステップと、残りの前記制御装置（１ｂ）を前記シリアルエンコーダ（５）からの受信のみ行なう設定とするステップと、前記シリアルエンコーダ（５）からの情報を受信すると、前記２以上の制御装置（１）はその受信タイミングで同期信号を発生するステップと、前記同期信号のタイミングに基づいて、前記２以上の制御装置（１）は位置・速度制御処理（４３）を起動するステップと、前記同期信号のタイミングに基づいて、前記２以上の制御装置（１）は前記位置・速度制御処理（４３）が終了するある一定の時間後に電流制御処理（４４）を起動するステップと、を備えたことを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の同期方法において、前記２以上の制御装置（１）を、電流制御部（２２）の出力と三角波を比較してＰＷＭを出力するＰＷＭ出力回路（３０）を有する構成とし、前記ＰＷＭ出力回路（３０）のＰＷＭ出力周期を前記シリアルエンコーダ（５）の通信周期の整数倍とするステップと、前記三角波の谷の部分を前記同期信号のタイミングに同期させるステップと、を有することを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明は、１台のシリアルエンコーダ（５）が接続された２以上の制御装置（１）で駆動するモータ制御システムにおける前記制御装置（１）であって、位置または速度制御を行なう位置・速度制御部（２１）と、電流制御を行なう電流制御部（２２）と、前記電流制御部（２２）の出力と三角波を比較してＰＷＭを出力するＰＷＭ出力回路（３０）と、前記ＰＷＭに基づいて複数のスイッチング素子を駆動するパワー変換部（４）と、シリアルエンコーダ（５）とシリアル通信を行なうエンコーダ入出力部（３）と、前記シリアルエンコーダ（５）からの位置情報を受信すると、その受信タイミングで同期信号を発生する同期信号発生部（２３）と、を備え、前記位置・速度制御部（２１）は、前記同期信号で位置・速度制御処理（４３）を起動し、前記電流制御部（２２）は、前記同期信号のタイミングに基づいて前記位置・速度制御処理（４３）が終了するある一定の時間後に電流制御処理（４４）を起動することを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明は、請求項５に記載の制御装置において、前記２以上の制御装置（１）のうちの１台の制御装置（１ａ）のみ、前記シリアルエンコーダ（５）に対して前記位置情報の送信要求の送信と前記シリアルエンコーダ（５）からの前記位置情報の受信とを行なう設定を有し、残りの制御装置（１ｂ）は、前記シリアルエンコーダ（５）からの前記受信のみを行なう設定を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、シリアルエンコーダに対し1台の制御装置のみ送信要求し、全ての制御装置はシリアルエンコーダからの情報を受信すると、その受信タイミングで同期して位置制御、速度制御、および電流制御を制御することができるので、同期制御指令を別途設けることなく容易に同期制御を可能とし、２以上の制御装置と、前記制御装置に接続された１台のシリアルエンコーダとを備えるモータ制御システムを得ることができる。

また、請求項２に記載の発明によると、シリアルエンコーダに対し1台の制御装置のみ送信要求し、全ての制御装置はシリアルエンコーダからの情報を受信すると、その受信タイミングで位置制御、速度制御、および電流制御を同期して制御する手順としているので、同期制御指令を別途設けることなく容易に同期制御を可能とし、２以上の制御装置と、前記制御装置に接続された１台のシリアルエンコーダとを備えるモータ制御システムで駆動することができる同期方法を得ることができる。

また、請求項３に記載の発明によると、全ての制御装置はシリアルエンコーダからの情報を受信すると、その受信タイミングで位置制御、速度制御、電流制御に加え、ＰＷＭ出力も同期して制御する手順としているので、同期制御指令を別途設けることなく、２以上の制御装置と、前記制御装置に接続された１台のシリアルエンコーダとを備えるモータ制御システムで駆動することができるより正確な同期方法を得ることができる。

また、請求項４および５に記載の発明によると、シリアルエンコーダに対し1台の制御装置のみ送信要求し、全ての制御装置はシリアルエンコーダからの情報を受信すると、その受信タイミングに基づいて位置制御、速度制御、および電流制御を起動するようにしているので、同期制御指令を別途必要としない、１台のシリアルエンコーダが接続された２以上の制御装置で駆動するモータ制御システムにおける前記制御装置を得ることができる。

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。

実際の制御装置には様々な機能や構成要素が内蔵されているが、図には本発明に関係する機能や構成要素に関する部分のみを記載し説明することとする。
図１は、本発明を示す制御装置および複数の制御装置で１台のモータを駆動する制御システムの構成図である。
図１において、１、１ａ、１ｂはインバータ制御装置やサーボ制御装置などの制御装置、２はモータの制御部、 ３はエンコーダ入出力部、４はパワー変換部、５はシリアルエンコーダ、６は多相巻線モータ、多重巻線モータなどのモータである。
また、図２は、本発明を示す制御装置の内部構成図である。
図２において、２１は位置・速度制御部、２２は電流制御部、２３は同期信号発生部、２４は送信要求設定部であり、位置・速度制御部２１、電流制御部２２、および同期信号発生部２３で図１に示すモータの制御部２を構成している。尚、図２において、図１と同じ説明符号のものは図１と同じ構成要素を示しているものとし、その説明は省略する。
本発明が従来技術を示す図６と異なる点は、本発明の制御装置１は、シリアルエンコーダ５への送信要求を送信する／しないを設定する送信要求設定部２４とシリアルエンコーダ５からの情報を受信するとその受信タイミングで同期信号を発生する同期信号発生部２３を備え、位置または速度制御を行なう位置・速度制御部２１は、この同期信号で位置・速度制御処理を起動し、モータ６の電流を制御する電流制御部２２は、この同期信号のタイミングに基づいて位置・速度制御処理が終了するある一定の時間後に電流制御処理を起動するようにしている点であり、また、本発明の制御システムにおいては、シリアルエンコーダ５への送信は１台の制御装置１ａが行ない、シリアルエンコーダ５からの受信は全ての制御装置１（１ａ＋１ｂ）で行ない、この受信のタイミングで各制御装置１（１ａ＋１ｂ）は制御周期の同期を行なうようにしている点である。

以下、図２を用いて、本発明における制御装置１の動作を説明する。
制御装置１に、例えば位置指令が入力されると、位置・速度制御部２１はシリアルエンコーダ５からの位置情報をエンコーダ入出力部３で受信し、位置フィードバックとして位置指令から差し引き制御ゲインをかけて位置制御する。また、位置・速度制御部２１はエンコーダ入出力部３からの位置フィードバックを微分して速度フィードバックとし、位置制御の出力である速度指令からこの速度フィードバックを差し引き制御ゲインをかけて速度制御する。電流制御部２２は、位置・速度制御部２１の出力を電流指令とし、この電流指令から電流フィードバックを差し引き制御ゲインをかけて電流制御する。電流制御部２２の出力をパワー変換部４でパワー変換し、モータ６を駆動する。
また、同期信号発生部２３は、シリアルエンコーダ５からの情報の受信完了時に同期信号を発生させる。この同期信号に基づいて位置・速度制御部２１や電流制御部２２はその処理を同期させる。また、送信要求設定部２４はシリアルエンコーダ５への送信要求を送信するか、送信しないかを設定する。

図３は、本発明における制御装置の動作を示す制御タイミング図である。
図３において、４１はシリアルエンコーダ５への送信要求、４２はシリアルエンコーダ５からの位置情報等の受信データ、４３は制御装置１の位置・速度制御部２１における位置・速度制御処理、４４は制御装置１の電流制御部２２における電流制御処理である。
以下、図３を用いて、本発明の制御システムにおける制御装置の位置・速度制御および電流制御の同期処理について、制御装置１が制御装置１ａと制御装置１ｂの２台の場合、すなわち制御装置１ａと制御装置１ｂの２台で１台のモータ５を駆動する場合を例にして説明する。
先ず、ある通信周期毎に制御装置１からシリアルエンコーダ５へ位置情報を要求する送信要求４１を送信する。但し、シリアルエンコーダ５へ送信要求４１を送信するのは予めパラメータなどでシリアルエンコーダ５への送信要求を送信することを送信要求設定部２４に設定された１台の制御装置１ａのみで行ない、送信することを送信要求設定部２４に設定されていない他の制御装置１ｂは行なわない。シリアルエンコーダ５は、制御装置１ａからの送信要求４１を受信すると、そのタイミングで位置情報等の受信データ４２を制御装置１ａ、１ｂへ送信する。つまり制御装置１ａは、シリアルエンコーダ５との送信と受信処理を行ない、制御装置１ｂは受信処理のみ行なう。すなわち、制御装置１ａがシリアルエンコーダ５との送信タイミングを決めるので、最終的には制御装置１ａに制御装置１ｂが同期することになる。
次に、制御装置１ａ、１ｂは、シリアルエンコーダ５からの位置情報等の受信データ４２を受信すると、その受信タイミングで同期信号発生部２３により同期信号を発生させる。この同期信号で位置・速度制御部２１の位置・速度制御処理４３を起動させ、またこの同期信号のタイミングを基準に位置・速度制御処理４３が終了後に、電流制御部２２の電流制御処理４４を起動させる。つまり電流制御処理４４は、同期信号のタイミングから位置・速度制御処理４３が終了するある一定の時間後から開始する。
このようにしてシリアルエンコーダ５からの受信タイミングを同期の基準にして、制御装置１ａ、１ｂの位置・速度制御処理４３や電流制御処理４４を同期して行なうことができる。
尚、本実施例では制御装置１が制御装置１ａと制御装置１ｂの２台の場合で説明したが３台以上の場合でも同様に行なうことができる。

本実施例が第1実施例と異なる点は、本実施例の制御装置は、第1実施例における制御装置の構成および動作に加え、シリアルエンコーダ５からの位置情報等の受信データ４２の受信タイミングでＰＷＭ出力回路の三角波との同期も行なうようにしている点である。
図４は、本発明の制御装置におけるＰＷＭ出力回路の構成図である。図４において、３０はＰＷＭ出力回路、３１はコンパレータである。
以下、図１、２、４を用いて、本発明の制御装置１におけるＰＷＭ出力回路３０の構成を説明する。
コンパレータ３１は、電流制御部２２からの電流制御出力と三角波を入力して比較することにより、三角波の周期に応じた周波数のＰＷＭを出力する。
このＰＷＭ出力に短絡を防止するためのオンディレイを加えてパワー変換部２３の上下アームのパワートランジスタ（不図示）に分割し、モータ６を駆動する。

図５は、本発明の制御装置におけるＰＷＭ出力回路３０の動作を示す制御タイミング図である。
以下、図５を用いて本発明の制御装置１におけるＰＷＭ出力との同期動作を説明する。
本実施例では、図５に示すようにＰＷＭ出力の周期をシリアルエンコーダ５の通信周期の２倍とする。
シリアルエンコーダ５への送信要求４１の送信、およびシリアルエンコーダ５からの位置情報等の受信データ４２の受信に関する動作は第１実施例で述べたとおりである。すなわち、制御装置１はシリアルエンコーダ５からの位置情報等の受信データ４２を受信すると、その受信タイミングで同期信号を発生させる。この同期信号で位置・速度制御処理４３を起動させ、また電流制御処理４４をこの同期信号のタイミングを用いて位置・速度制御処理４３が終了後に起動させる。また、三角波同期部(不図示)は、この同期信号でＰＷＭ出力回路の三角波との同期を行なう。ＰＷＭ出力回路の三角波との同期は、三角波の谷の部分を同期信号のタイミング毎に合わせることにより、三角波が同期信号のタイミングとずれていくことを防ぐ。この三角波のタイミングでＰＷＭ出力が作成されるので、ＰＷＭ出力も同期することになる。
尚、本実施例を示す図５ではＰＷＭ出力の周期はシリアルエンコーダ５の通信周期の２倍としたが、シリアルエンコーダ５の通信周期の整数倍でも同様に行なうことができる。

以上述べたように、本実施例に係わる制御装置１、複数の制御装置１で１台のモータ６を駆動する制御システム、および複数の制御装置１で１台のモータ６を駆動する場合の同期方法は、シリアルエンコーダ５への送信は１台の制御装置１ａが行ない、シリアルエンコーダ５からの受信は全ての制御装置１ａ、１ｂで行ない、この受信のタイミングで各制御装置１ａ、１ｂの制御周期の同期を行なうようにし、さらに、この受信のタイミングでＰＷＭ出力回路３０の三角波との同期を行なうようにしているので、シリアルエンコーダ５からの受信タイミングを同期の基準にして、制御装置１ａ、１ｂの位置・速度制御処理４３、電流制御処理４４、およびＰＷＭ出力を同期して行なうことができ、従って従来技術のように同期用の制御指令を別途設けることなく同期制御をすることができ、制御装置１は単体でも使用可能である。

本発明は、シリアルエンコーダからの受信タイミングを同期の基準にして、制御装置の位置・速度制御処理や電流制御処理、ＰＷＭ出力を同期して行なうことができるので、複数の制御装置で多重または多相巻線を備えた１台のモータを駆動する射出成型機などの用途に最適であるが、それ以外に、１つの軸を数台のモータとそれぞれの制御装置で駆動するような同期用途にも適用できる。

本発明を示す制御装置および複数の制御装置で１台のモータを駆動する制御システムの構成図 本発明を示す制御装置の内部構成図 本発明における制御装置の動作を示す制御タイミング図 本発明の制御装置におけるＰＷＭ出力回路の構成図 本発明の制御装置におけるＰＷＭ出力回路の動作を示す制御タイミング図 従来技術を示す制御装置および複数の制御装置で１台のモータを駆動する制御システムの構成図

符号の説明

１、１ａ、１ｂ 制御装置
２ 制御部
３ エンコーダ入出力部
４ パワー変換部
５ シリアルエンコーダ
６ モータ
２１ 位置・速度制御部
２２ 電流制御部
２３ 同期信号発生部
２４ 送信要求設定部
３０ ＰＷＭ出力回路
３１ コンパレータ
４１ シリアルエンコーダへの送信要求
４２ シリアルエンコーダからの受信データ
４３ 位置・速度制御処理
４４ 電流制御処理
６１ ２重巻線モータ
６２、６３ ３相インバータ
６４、６５ サーボコントローラ
６６ エンコーダ
６７、６８は電流センサ

Claims (5)

1. ２以上の制御装置（１）と、前記制御装置（１）に接続され送信要求に基づいて所定の時間周期毎に位置情報を送信する１台のシリアルエンコーダ（５）とを備えるモータ制御システムにおいて、
   前記２以上の制御装置（１）のうちの１台の制御装置（１ａ）のみ、前記シリアルエンコーダ（５）に対して前記送信要求の送信と前記シリアルエンコーダ（５）からの前記位置情報の受信とを行なう設定を有し、
   残りの制御装置（１ｂ）は、前記シリアルエンコーダ（５）からの前記受信のみを行なう設定を有することを特徴とするモータ制御システム。
2. ２以上の制御装置（１）と、前記制御装置（１）に接続され送信要求に基づいて所定の時間周期毎に位置情報を送信する１台のシリアルエンコーダ（５）とを備えるモータ制御システムにおける同期方法において、
   前記２以上の制御装置（１）のうちの１台の制御装置（１ａ）のみを前記シリアルエンコーダ（５）との送受信を行なう設定とするステップと、
   残りの前記制御装置（１ｂ）を前記シリアルエンコーダ（５）からの受信のみ行なう設定とするステップと、
   前記シリアルエンコーダ（５）からの情報を受信すると、前記２以上の制御装置（１）はその受信タイミングで同期信号を発生するステップと、
   前記同期信号のタイミングに基づいて、前記２以上の制御装置（１）は位置・速度制御処理（４３）を起動するステップと、
   前記同期信号のタイミングに基づいて、前記２以上の制御装置（１）は前記位置・速度制御処理（４３）が終了するある一定の時間後に電流制御処理（４４）を起動するステップと、を備えたことを特徴とする同期方法。
3. 前記２以上の制御装置（１）を、電流制御部（２２）の出力と三角波を比較してＰＷＭを出力するＰＷＭ出力回路（３０）を有する構成とし、
   前記ＰＷＭ出力回路（３０）のＰＷＭ出力周期を前記シリアルエンコーダ（５）の通信周期の整数倍とするステップと、
   前記三角波の谷の部分を前記同期信号のタイミングに同期させるステップと、を有することを特徴とする請求項２に記載の同期方法。
4. １台のシリアルエンコーダ（５）が接続された２以上の制御装置（１）で駆動するモータ制御システムにおける前記制御装置（１）であって、
   位置または速度制御を行なう位置・速度制御部（２１）と、
   電流制御を行なう電流制御部（２２）と、
   前記電流制御部（２２）の出力と三角波を比較してＰＷＭを出力するＰＷＭ出力回路（３０）と、
   前記ＰＷＭに基づいて複数のスイッチング素子を駆動するパワー変換部（４）と、
   シリアルエンコーダ（５）とシリアル通信を行なうエンコーダ入出力部（３）と、
   前記シリアルエンコーダ（５）からの位置情報を受信すると、その受信タイミングで同期信号を発生する同期信号発生部（２３）と、を備え、
   前記位置・速度制御部（２１）は、前記同期信号で位置・速度制御処理（４３）を起動し、
   前記電流制御部（２２）は、前記同期信号のタイミングに基づいて前記位置・速度制御処理（４３）が終了するある一定の時間後に電流制御処理（４４）を起動することを特徴とする制御装置。
5. 前記２以上の制御装置（１）のうちの１台の制御装置（１ａ）のみ、前記シリアルエンコーダ（５）に対して前記位置情報の送信要求の送信と前記シリアルエンコーダ（５）からの前記位置情報の受信とを行なう設定を有し、
   残りの制御装置（１ｂ）は、前記シリアルエンコーダ（５）からの前記受信のみを行なう設定を有することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
   

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