JP5345248B2 - モータドライバ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータドライバ制御装置に関し、特にタクトタイムの短縮化に好適なモータドライバ制御装置に関するものである。

モータドライバ制御装置は、生産工程において、加工・組立や部品実装などで用いる位置決め装置の各軸に配置されるモータを駆動するモータドライバを制御して、位置決め装置における位置決め制御を実施する制御装置である。このモータドライバ制御装置としては、プログラマブルコントローラ（programmable logic controller）が広く用いられている。したがって、この明細書では、モータドライバ制御装置をプログラマブルコントローラと称することにする。

プログラマブルコントローラがモータドライバを制御する方式には各種あるが、本発明が対象とするプログラマブルコントローラは、位置指令パルスであるパルス列信号をモータドライバに出力して制御する構成である。この位置指令パルスは次のような手順で生成される。すなわち、プログラマブルコントローラは、モータドライバにより駆動されるモータの位置決めパターンを、始動指令をトリガとして、位置決め制御における目標位置および目標速度を含む位置決め設定データに基づいて演算生成し、その生成した位置決めパターンを３つのパルス出力モード（Ａ相／Ｂ相、ＣＷ／ＣＣＷ、ＰＵＬＳＥ／ＳＩＧＮ）の中の１つのパルス出力モードによる位置指令パルスに変換して出力する。ここで、始動指令は、ラダープログラムの実行過程で出力される場合と外部から入力される場合とがある。

特開２００３−８８１８７号公報 特開平６−２９２３９９号公報

ところで、モータドライバは、位置指令パルスの各周期における立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジに応答してモータ制御を実施するように構成されるが、従来のプログラマブルコントローラが出力する位置指令パルスの各周期における前半周期の信号レベルは、位置指令パルスを出力するまでの初期状態と同じである。つまりモータドライバは、位置指令パルスの先頭パルスに対しては、前半周期から後半周期への変化タイミングでモータ制御を始動することになり、その先頭パルスの前半周期の期間は、モータ制御の始動を待機しているパルス出力待ち時間となる。

そのため、従来のプログラマブルコントローラでは、始動指令をトリガとして位置決めパターンを生成し位置指令パルスを出力するまでの「軌跡生成時間」に、上記「パルス出力待ち時間」を足した期間が位置決め制御の始動時間となり、そのパルス出力待ち時間の分だけ位置決め制御の始動が遅れるという問題を有していた。

従来では、モータドライバの始動待機時間であるパルス出力待ち時間が問題になるほど高速始動が要求されるアプリケーションは多くはなかったが、近年のモータ技術の進歩に伴って、このパルス出力待ち時間が問題になるような高速始動を必要とするアプリケーションが増加してきており、対策が急がれている。

なお、モータ制御の始動高速化については、従来から種々の提案がなされている（例えば特許文献１，２等）が、いずれもハードウェアやソフトウェアの変更・追加で対応するものであり、コストアップ等を招来し好ましくない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ハードウェアおよびソフトウェアの基本アーキテクチャを変更することなく、位置決め制御の始動時間を短縮させ得るモータドライバ制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、位置決め制御が記述された制御プログラム、および位置決め制御における目標位置、目標速度を含む位置決め設定データを格納するプログラムメモリと、前記制御プログラムを実行する過程で位置決め制御の順序に従って前記プログラムメモリをアクセスし位置決め設定データを出力するシーケンス実行手段と、モータドライバが駆動するモータの位置決めパターンを前記シーケンス実行手段から入力される位置決め設定データに基づいて演算生成することを、前記シーケンス実行手段にて生成される始動指令をトリガとして、または、外部入力の始動指令をトリガとして実行する位置決めパターン生成手段と、前記位置決めパターン生成手段にて生成された位置決めパターンから前記モータドライバに出力する位置指令パルスを生成する位置指令パルス生成手段とを備えたモータドライバ制御装置において、装置内に、前記モータドライバに出力する位置指令パルスの初期位相情報が予め設定され、前記位置指令パルス生成手段は、前記位置指令パルスを、前記初期位相情報が示す位相だけ進めて生成することを特徴とする。

本発明によれば、従前のハードウェアおよびソフトウェアの基本アーキテクチャを変更することなく従前と同じにして、プログラムメモリに、０°〜１８０°の範囲内における任意の初期位相を指定する初期位相情報を設定するだけで、位置決め装置の各軸に対する位置決め制御の始動時間を短縮させることができる。したがって、この発明によるモータドライバ制御装置を生産工程で使用すれば、アプリケーション装置におけるタクトタイムの短縮化が可能になるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施例によるモータドライバ制御装置の構成を示すブロック図である。 図２は、位置指令パルスの初期位相を進める動作の一例を説明するタイミングチャートである。 図３は、位置指令パルスの初期位相を進める動作の他の一例を説明するタイミングチャートである。

以下に、本発明にかかるモータドライバ制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施例によるモータドライバ制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、この実施例によるモータドライバ制御装置であるプログラマブルコントローラ１は、モータドライバ２を制御する構成として、シーケンス制御部３と、位置決め制御部４とを備えている。

シーケンス制御部３は、プログラムメモリ５とシーケンス実行手段６とを備えている。また、位置決め制御部４は、位置決めパターン生成手段７と位置指令パルス生成手段８とを備えている。

まず、シーケンス制御部３の構成について説明する。プログラムメモリ５には、位置決め制御が記述された制御プログラム（ラダープログラム）と、位置決め制御における目標位置、目標速度を含む設定データとが格納されるのが一般的であるが、この実施例では、理解を容易にするため、さらに、モータドライバ２に出力する位置指令パルスの初期位相情報が格納されている。なお、この初期位相情報は、後述するように位置指令パルス生成手段８にて使用するので、位置指令パルス生成手段８が取り出せるように位置決め制御部４内に予め設定することでもよい。

シーケンス実行手段６は、プログラムメモリ５からラダープログラムを読み出して実行する。その実行過程で、始動指令ａを位置決めパターン生成手段７に出力するとともに、プログラムメモリ５から位置制御の順序に従って読み出した位置決め設定データｂを位置決めパターン生成手段７に出力する。位置決め設定データｂには、位置指令パルスの初期位相情報が含まれている。

次に、位置決め制御部４の構成について説明する。位置決めパターン生成手段７には、外部から始動指令ｃが入力される場合がある。この場合、位置決めパターン生成手段７は、シーケンス実行手段６からの始動指令ａと外部始動指令ｃとの何れかを選択するようになっている。位置決めパターン生成手段７は、始動指令ａまたは外部始動指令ｃをトリガとして、モータドライバ２が駆動するモータ９の位置決めパターンをシーケンス実行手段６から入力される位置決め設定データｂに基づいて演算生成することを実行し、その生成した位置決めパターンｄを位置指令パルス生成手段８に出力する。位置決めパターンｄには、位置決め設定データｂから抜き出した位置指令パルスの初期位相情報が含まれている。

位置指令パルス生成手段８は、一般には、位置決めパターン生成手段７にて生成された位置決めパターンから、モータドライバ２の仕様に合わせたパルス出力モードによる位置指令パルスを生成しモータドライバ２に出力する。パルス出力モードとしては、Ａ相／Ｂ相モード（９０度位相差パルス方式）、ＣＷ／ＣＣＷモード（２パルス方式）、ＰＵＬＳＥ／ＳＩＧＮモード（共通パルス方式）がある。この実施例では、位置指令パルス生成手段８は、Ａ相／Ｂ相モードによる位置指令パルス「Ａ相パルス列信号Ｐａ、Ｂ相パルス列信号Ｐｂ」を出力するとしている。

モータドライバ２は、Ａ相／Ｂ相のパルス列信号Ｐａ，Ｐｂの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジに応答してモータ制御を実施する。モータドライバ２が駆動するモータ９は、生産工程において、加工・組立や部品実装などで用いる位置決め装置の各軸に配置されるサーボモータやステッピングモータなどである。

ここで、この実施例による位置指令パルス生成手段８は、従前の回路構成に、位置決めパターン生成手段７からの位置決めパターンと、それに含まれている位置指令パルスの初期位相情報とを適用して、Ａ相／Ｂ相のパルス列信号Ｐａ，Ｐｂを、その初期位相を従前の位相「０°」から、初期位相情報が指示する位相「０°〜１８０°の範囲内の任意位相」だけ進めて生成する（例えば図２、図３参照）。

次に、図２と図３を参照して、この実施例による位置指令パルスの初期位相を進める動作について説明する。図２と図３は、それぞれ位置指令パルスの初期位相を進める動作の一例を説明するタイミングチャートである。特に、図２は、位置指令パルスの先頭パルスの周期が短い場合の動作を示し、図３は、位置指令パルスの先頭パルスの周期が長い場合（例えば、Ｓ字加減速時や指令速度に達するまでの加速時間が長い場合）の動作を示している。なお、図２と図３は、パルス出力モードがＡ相／Ｂ相モードである場合の動作を示すが、パルス出力モードがＣＷ／ＣＣＷモードやＰＵＬＳＥ／ＳＩＧＮモードの場合も同様である。

図２（１）、図３（１）では、Ａ相／Ｂ相モードで初期位相を０°進めた場合、つまり従前の動作が示されている。図２（２）、図３（２）では、Ａ相／Ｂ相モードで初期位相を１８０°進めた場合、つまり位置指令パルスの半周期分だけ初期位相を進めた場合の動作が示されている。

図２と図３に示すように、位置指令パルス生成手段８は、Ａ相／Ｂ相のパルス列信号Ｐａ，Ｐｂを、Ａ相パルス列信号Ｐａを進相とし、Ｂ相パルス列信号ＰｂをＡ相パルス列信号Ｐａから９０°遅れた位相関係で出力するとしている。そして、位置指令パルス生成手段８がパルス出力を開始するまでにおけるＡ相／Ｂ相のパルス列信号Ｐａ，Ｐｂの信号ラインの初期状態は、この実施例では低レベルである。つまり、この初期状態は、高レベルとする場合もある。

プログラムメモリ５に設定された位置指令パルスの初期位相情報が示す初期位相が０°である場合、位置指令パルス生成手段８は、Ａ相／Ｂ相のパルス列信号Ｐａ，Ｐｂを従前の通りに生成する。すなわち、従前のＡ相／Ｂ相のパルス列信号Ｐａ，Ｐｂの各周期は、前半周期が初期状態と同じ低レベルであり、後半周期が高レベルである。そうすると、モータドライバ２に最初に入力する進相のＡ相パルス列信号Ｐａの先頭パルスは、前半周期が初期状態と同じ低レベルを継続し、その後高レベルに立ち上がるので、モータドライバ２は、Ａ相パルス列信号Ｐａの先頭パルスの１周期に対しては、前半周期から後半周期への変化タイミングでモータ制御を始動することになり、前半周期の期間はモータ制御の始動を待機している。

したがって、図２（１）に示すように、従前における位置決め制御の始動時間Ｔ１は、軌跡生成時間１１に出力パルス待ち時間１２を足した時間となる。軌跡生成時間１１は、始動指令をトリガとして位置決めパターンを演算生成しＡ相パルス列信号Ｐａを出力するまでの時間である。出力パルス待ち時間１２は、Ａ相パルス列信号Ｐａの先頭パルスの１周期１３の前半周期の時間である。

図３（１）においても同様に、従前における位置決め制御の始動時間Ｔ３は、軌跡生成時間１１に出力パルス待ち時間１４を足した時間であるが、Ａ相パルス列信号Ｐａの先頭パルスの１周期１５が図２の場合よりも長いので、出力パルス待ち時間１４は、出力パルス待ち時間１２よりも長くなり、始動時間Ｔ３は、始動時間Ｔ１よりも長くなる。

次に、プログラムメモリ５に設定された位置指令パルスの初期位相情報が示す初期位相が例えば１８０°である場合、位置指令パルス生成手段８は、Ａ相／Ｂ相のパルス列信号Ｐａ，Ｐｂの初期位相を従前よりも１８０°進めた形で生成する。このケースでは、端的に、従前のＡ相／Ｂ相のパルス列信号Ｐａ，Ｐｂを論理反転した形で生成したのに相当するので、位置指令パルス生成手段８がパルス出力を開始すると、進相のＡ相パルス列信号Ｐａの先頭パルスは、図２（２）と図３（２）に示すように、軌跡生成時間１１の終了時に初期状態の低レベルから高レベルに立ち上がって前半周期を開始し期間を経過すると低レベルに立ち下がって後半周期を開始する波形となる。

すなわち、位置指令パルスの初期位相を１８０°と指定した場合には、モータドライバ２は、進相のＡ相パルス列信号Ｐａの先頭パルスの前半周期の開始タイミングでモータ制御を始動できることになり、位置決め制御の始動時間Ｔ２は、図２（１）、図３（１）に示した出力パルス待ち時間１２，１４の無い軌跡生成時間１１と同じ時間となる。このように、初期位相が０°の場合から大幅に短縮される。特に、図３に示すように、Ａ相パルス列信号Ｐａの先頭パルスの周期が長い場合に大きな短縮効果が得られる。

この場合、Ａ相パルス列信号Ｐａの先頭パルスの１周期は、位置指令パルスの初期位相が０°の場合も１８０°の場合も、図２に示すケースでは同じ周期１３であり、図３に示すケースでも同じ周期１５である。

ここで、図２（１）、図３（１）に示した初期位相が０°の場合の出力パルス待ち時間１２，１４の時間幅が、初期位相調整幅であり、位置指令パルスの初期位相を、０°から最大１８０°までの範囲内における任意の位相に調整できることが解る。

以上のように、この実施例によれば、プログラマブルコントローラのハードウェアおよびソフトウェアの基本アーキテクチャを変更することなく従前と同じにして、プログラムメモリに、０°〜１８０°の範囲内における任意の初期位相を指定する初期位相情報を設定するだけで、プログラマブルコントローラから位置決め装置の各軸に対する位置決め制御の始動時間を短縮させることができる。

したがって、この実施例によるプログラマブルコントローラを生産工程で使用すれば、アプリケーション装置におけるタクトタイムの短縮化が可能になる。

以上のように、本発明にかかるモータドライバ制御装置は、位置決め制御の始動時間を短縮させ得るモータドライバ制御装置として有用であり、特にタクトタイムの短縮化を図るのに適している。

１ プログラマブルコントローラ（モータドライバ制御装置）
２ モータドライバ
３ シーケンス制御部
４ 位置決め制御部
５ プログラムメモリ
６ シーケンス実行手段
７ 位置決めパターン生成手段
８ 位置指令パルス生成手段
９ モータ

Claims (2)

1. 位置決め制御が記述された制御プログラム、および位置決め制御における目標位置、目標速度を含む位置決め設定データを格納するプログラムメモリと、
   前記制御プログラムを実行する過程で位置決め制御の順序に従って前記プログラムメモリをアクセスし位置決め設定データを出力するシーケンス実行手段と、
   モータドライバが駆動するモータの位置決めパターンを前記シーケンス実行手段から入力される位置決め設定データに基づいて演算生成することを、前記シーケンス実行手段にて生成される始動指令をトリガとして、または、外部入力の始動指令をトリガとして実行する位置決めパターン生成手段と、
   前記位置決めパターン生成手段にて生成された位置決めパターンから前記モータドライバに出力する位置指令パルスを生成する位置指令パルス生成手段と
   を備えたモータドライバ制御装置において、
   装置内に、前記モータドライバに出力する位置指令パルスの初期位相情報が予め設定され、
   前記位置指令パルス生成手段は、前記位置指令パルスを、前記初期位相情報が示す位相だけ進めて生成する
   ことを特徴とするモータドライバ制御装置。
2. 前記初期位相情報は、モータドライバに出力する位置指令パルスの先頭パルスの半周期の期間内での任意位相であることを特徴とする請求項１に記載のモータドライバ制御装置。

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