JP5358989B2

JP5358989B2 - モータ駆動用通信システム

Info

Publication number: JP5358989B2
Application number: JP2008071015A
Authority: JP
Inventors: 慶成池内
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2028-03-19
Also published as: JP2009232491A

Description

本発明は、シリアル通信手段を通じてモータフィードバック制御の制御モード（位置制御、速度制御、トルク制御）の指定や動作指令といったコマンドデータを上位装置からモータ駆動装置に送信し、モータ制御情報などのレスポンスデータをモータ駆動装置から上位装置に送信するモータ駆動用通信システムに関する。

従来のモータ駆動用通信システムについて図３と図４を併用して説明する。

上位装置３１とモータ駆動装置３２を通信ケーブル３６で接続し、上位装置３１はＣＰＵ３４ａにてモータフィードバック制御の制御モード（位置制御、速度制御、トルク制御）の指定や動作指令をモータ駆動装置３２に指令するためにコマンドデータ４１を作成し、シリアル通信手段３３ａを通じてモータ駆動装置３２に送信する。

モータ駆動装置３２内のＣＰＵ３４ｂにてシリアル通信手段３３ｂ内の受信バッファに取り込まれたコマンドデータ４１内容の解釈を行い、モータフィードバック制御手段３８内の制御モードをコマンドデータ４１にて指定されたものに切替えるとともに各種動作指令に従いモータ制御を行っている。

逆に各種モータ制御情報をレスポンスデータ４２としてモータ駆動装置３２から上位装置３１に送信し、上位装置３１は受信した各種モータ制御情報を使用して次のコマンドデータ４１を作成している。

モータフィードバック制御の制御モードの例として、指令位置に追従すべくモータ位置を制御する位置制御、指令速度に追従すべくモータ速度を制御する速度制御、指令トルク（電流）に追従すべくモータ電流を制御するトルク制御などがあり、これらの制御モードを動作状況に応じて切替えることにより装置として最適な制御を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、制御モードの切替え方法と確認の例として、上位装置３１はコマンドデータ４１内のコマンドコードにて制御モード（位置制御、速度制御、トルク制御）を指定し、その後モータ駆動装置からのレスポンスデータ４２内のコマンドコードエコーを確認することで、モータ駆動装置が制御モードの切替えを正常に実行したことを確認していた。
特開２００６−１０９５５７号公報

解決しようとする問題点は、上述した従来の技術では、コマンドコードをそのまま設定するコマンドコードエコーなどは、制御モード切替えタイミングにて即時にレスポンスデータとして設定が可能であるが、切替え後の制御モードでモータ制御処理を行った演算結果に基づいて生成する必要があるデータなどは、即時にレスポンスデータ４２として設定できない。

このため、上位装置３１がデータを正常に取得するには、レスポンスデータ４２内のどのデータが制御モード切替えのタイミングから遅れて生成されているのか、また逆にどのデータが制御モード切替えのタイミングと一致して生成されているのかを把握した上で処理する必要があり、上位装置３１側の処理が複雑になり課題があった。

また、レスポンスデータ４２内の全てのデータを、制御モード切替えタイミングにて即答する場合、モータ駆動装置３２は、コマンドデータ４１受信からレスポンスデータ４２作成までの間に、制御モードを切替えてモータ制御処理を行う構成とすればよいが、ＣＰＵの処理能力や通信応答時間の規定によっては、コマンドデータ４１受信からレスポンスデータ４２作成までの間にモータ制御処理を完了させることができず、高速なＣＰＵに変更する必要があった。また、ＣＰＵの処理能力を上げても処理が間に合わない場合には、上位装置３１側の処理で対応せざるを得ないため、コスト面に課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、上位装置が誤認識することなく、制御モード切替え時のレスポンスデータを取得できるモータ駆動用通信システムを安価に提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載のモータ駆動用通信システムは、上位装置とモータ駆動装置を通信ケーブルで接続し、相互に通信データを送受信するモータ駆動用通信システムにおいて、シリアル通信手段とＣＰＵを有する上位装置と、シリアル通信手段とＣＰＵならびにモータ接続手段を有するモータ駆動装置と、前記上位装置とモータ駆動装置のシリアル通信手段をそれぞれ接続する通信ケーブルを備え、前記上位装置のＣＰＵは
、シリアル通信手段を通じてモータフィードバック制御の制御モード（位置制御、速度制御、トルク制御）を指定するコマンドコードを含めたコマンドデータを前記モータ駆動装置に送信し、前記モータ駆動装置のＣＰＵは、シリアル通信手段を通じて受信したコマンドデータの内容に従いモータ制御の実行と実行中のモータ制御のデータを含んだレスポンスデータの生成を行い、コマンドコードにより制御モードの指定に変更があり制御モードを切替えた場合に、切替え時点から切替え後の制御モードに対応したレスポンスデータが生成可能となるまでの間は、制御モード切替え前の段階のレスポンスデータを送信することで前記コマンドデータに対応したレスポンスデータにし、前記レスポンスデータ内のデータに一貫性を持たせる。

また、請求項２に記載のモータ駆動用通信システムは、制御モード切替え時点から切替え後の制御モードに対応したレスポンスデータが生成可能となるまでの間は、制御モード切替え前の段階のレスポンスデータを送信する。

請求項１に記載のモータ駆動用通信システムによれば、モータ駆動装置のＣＰＵは、制御モードに対応したレスポンスデータが生成可能となるまで、制御モード切替え前の段階のレスポンスデータを送信することで前記コマンドデータに対応したレスポンスデータにし、前記レスポンスデータ内のデータに一貫性を持たせるため、上位装置は誤認識することなく、制御モード切替え時のレスポンスデータを取得できる。

また、モータ駆動装置のＣＰＵを高速なＣＰＵに変更する必要がなく、上位装置は複雑な処理をする必要がなくなるため、コストアップを抑制できる。

本発明のモータ駆動用通信システムは、上位装置とモータ駆動装置を通信ケーブルで接続し、相互に通信データを送受信するモータ駆動用通信システムにおいて、シリアル通信手段とＣＰＵを有する上位装置と、シリアル通信手段とＣＰＵならびにモータ接続手段を有するモータ駆動装置と、前記上位装置とモータ駆動装置のシリアル通信手段をそれぞれ接続する通信ケーブルを備え、前記上位装置のＣＰＵは、シリアル通信手段を通じてモータフィードバック制御の制御モード（位置制御、速度制御、トルク制御）を指定するコマンドコードを含めたコマンドデータを前記モータ駆動装置に送信し、前記モータ駆動装置のＣＰＵは、シリアル通信手段を通じて受信したコマンドデータの内容に従いモータ制御の実行と実行中のモータ制御のデータを含んだレスポンスデータの生成を行い、コマンドコードにより制御モードの指定に変更があり制御モードを切替えた場合に、切替え時点から切替え後の制御モードに対応したレスポンスデータが生成可能となるまでの間は、制御モード切替え前の段階のレスポンスデータを送信することで前記コマンドデータに対応したレスポンスデータにし、前記レスポンスデータ内のデータに一貫性を持たせる。以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。

図１において、上位装置１１のシリアル通信手段１３ａと、モータ駆動装置１２のシリアル通信手段１３ｂは通信ケーブル１６によって接続され、上位装置１１のＣＰＵ１４ａは、シリアル通信手段１３ａと通信ケーブル１６およびシリアル通信手段１３ｂを通じて、モータ駆動装置１２のＣＰＵ１４ｂに対して制御データを送信する。

上位装置１１のＣＰＵ１４ａは、モータフィードバック制御の制御モード（位置制御、速度制御、トルク制御）の指定や動作指令をモータ駆動装置１２に指令するためにコマンドデータを作成し、シリアル通信手段１３ａを通じてモータ駆動装置１２のＣＰＵ１４ｂに送信する。

ここで、制御モード切替え時におけるコマンドデータ、レスポンスデータの送受信処理の一例について説明する。

モータ駆動装置１２のＣＰＵ１４ｂの内部は、送信バッファ制御手段１５、通信制御手段１７およびモータフィードバック制御手段１８で構成され、通信制御手段１７は、シリアル通信手段１３ｂ内の受信バッファからコマンドデータを取得し、取得したコマンドデータに従いモータ制御指令データを作成し、作成したモータ制御指令データをモータフィードバック制御手段１８に受け渡す。

その後、モータフィードバック制御手段１８は、受け取ったモータ制御指令データに基づき、制御モードを選択する。位置制御を行う指令は位置制御手段に、速度制御を行う指令は速度制御手段に、トルク制御を行う指令はトルク制御手段にモータ制御指令データに基づき指令を入力する。

さらに、位置制御時は位置制御手段の出力を速度制御手段へ入力し、速度制御手段の出力をトルク制御手段に入力し、さらにトルク制御手段の出力をモータ接続手段へ入力する。速度制御時は速度制御手段の出力をトルク制御手段に入力し、さらにトルク制御手段の出力をモータ接続手段へ入力する。トルク制御時はトルク制御手段の出力をモータ接続手段へ入力する。

モータ接続手段は、トルク制御手段の出力から位置検出器付きモータへの入力を決定し、モータ駆動用の電力を供給する。なお、位置制御手段と速度制御手段には位置検出器付きモータにて検出した位置（速度）データ、トルク制御手段にはモータに供給した電流データについてもフィードバックして入力し制御に使用している。

また、通信制御手段１７は、各制御モードで演算した結果をモータフィードバック制御手段１８より取得し、レスポンスデータを作成する。送信バッファ制御手段１５は、制御モードに変更がない場合は、作成したレスポンスデータをシリアル通信手段１３ｂの送信バッファに転送するが、逆に制御モードに変更があった場合には、転送しないように制御している。その後、シリアル通信手段１３ｂの送信バッファに保存されているレスポンスデータを規定されたタイミングで上位装置１１に送信し、上位装置１１は受信した各種モータ制御情報を使用して次のコマンドデータを作成している。

次に、図２を併用して速度制御モードから位置制御モードへ切替えた場合の通信データ交換タイミング例について説明する。上位装置１１は、通信データとしてコマンドデータ２１をモータ駆動装置１２に送信しており、コマンドデータ２１内にはコマンドコードのほかに動作指令値などの補足データがある。また、レスポンスデータ２２はコマンドコードと同じ値を返すコマンドコードエコー、制御モード切替えタイミングにて即時に応答可能なモニタデータＡ、切替え後の制御モードでのモータ制御演算結果に基づき生成するため制御モード切替えタイミングにて即時に応答不可能なモニタデータＢなどがある。

実施の形態１では、モニタデータＡをコマンドデータ２１の動作指令値のエコーとし、位置制御時は位置指令値、速度制御時は速度指令値となり、制御モード切替えにより意味付けが変化するものとする。これらはコマンドデータ２１を受信した段階で設定可能なため、制御モード切替え時においても即時に応答可能なデータである。

また、モニタデータＢをモータ制御状態とし、位置制御時は位置決め完了状態、速度制御時は速度到達状態を表すデータとし、これらも制御モード切替えにより意味付けが変化するものとする。ただし、モータ制御状態は実際に制御モードを切替えた後に演算されるため、即時応答不可能なデータである。

まず、モータ駆動装置１２は、上位装置１１からコマンドデータ２１（コマンドコードと動作指令値）を受信したら、通信制御手段１７で実行される通信データ処理にて、コマンドデータ２１に基づきモータ制御指令データを生成する。この段階では、速度制御コマンドコードを受信しているものとし、制御モードを速度制御とする制御モード切替え指令を生成し、これと動作指令値に設定された速度指令値をモータ制御指令データとしてモータフィードバック制御手段１８に入力し、モータフィードバック制御手段１８は、モータ制御指令データに基づき制御モード状態２４を速度制御としてモータ制御処理を実行する。

また、前回周期のモータ制御指令データにより演算した結果である制御モード状態２４とモータ制御状態（速度到達状態）を通信制御手段１７に入力する。さらに、通信制御手段１７より送信バッファ制御手段１５には、制御モード切替え指令とコマンドを受け付けた時点での制御モード状態２４が入力される。なお、この段階での制御モード切替え指令は速度制御、制御モード状態も速度制御である。

よって、送信バッファ制御手段１５は、制御モード切替え指令と制御モード状態が一致しているため、制御モードに変化がなかったものとし、シリアル通信手段１３ｂ内の送信バッファ２３のコマンドコードエコーに速度制御コマンドコード、モニタデータＡに速度指令値、モニタデータＢに速度到達状態を設定する。

その後、送信バッファ２３内のデータが、シリアル通信手段１３ａにより上位装置１１に送信される。上位装置１１は、レスポンスデータ２２内のコマンドコードエコーが速度制御コマンドコードであることより、モータ駆動装置１２から取得したデータは速度制御用のものであると判断し、モニタＡは速度指令値、モニタＢは速度到達状態として制御を行う。

次に、上位装置１１は、速度制御から位置制御に切替えるため、コマンドデータ２１のコマンドコードを位置制御コマンドコード、動作指令値を位置指令に変更し、モータ駆動装置１２に送信する。通信制御手段１７は、位置制御コマンドコードを受信したため、制御モードを位置制御とする制御モード切替え指令を生成し、これと動作指令値に設定された位置指令値をモータ制御指令データとしてモータフィードバック制御手段１８に入力し、モータフィードバック制御手段１８は、モータ制御指令データに基づき制御モード状態
２４を位置制御としてモータ制御処理を実行する。

また、前通信周期のモータ制御指令データにより演算した結果である制御モード状態２４とモータ制御状態（速度到達状態）を通信制御手段１７に入力する。さらに、通信制御手段１７より送信バッファ制御手段１５には、制御モード切替え指令とコマンドを受け付けた時点での制御モード状態２４が入力される。なお、この段階での制御モード切替え指令は位置制御、制御モード状態は速度制御であるため、これらが一致していないことから制御モードに変化があったものとし、送信バッファ２３の内容を更新しない。

よって、シリアル通信手段１３ｂは前回の値をそのまま上位装置１１に送信する。上位装置１１は、レスポンスデータ２２内のコマンドコードエコーが速度制御コマンドコードであることより、モータ駆動装置１２から取得したデータは速度制御用のものであると判断し、モニタＡは速度指令値、モニタＢは速度到達状態として制御を行うため、各レスポンスデータと制御モードの関係が一致し、誤認識や異常動作を行わない。

次の通信周期では、上位装置１１は位置制御を継続するため、コマンドデータ２１のコマンドコードを位置制御コマンドコード、動作指令値を位置指令とし、モータ駆動装置１２に送信する。通信制御手段１７は、位置制御コマンドコードを受信したため、制御モードを位置制御とする制御モード切替え指令を生成し、これと動作指令値に設定された位置指令値をモータ制御指令データとしてモータフィードバック制御手段１８に入力し、モータフィードバック制御手段１８は、モータ制御指令データに基づき制御モード状態２４を位置制御としてモータ制御処理を実行する。

また、前通信周期のモータ制御指令データにより演算した結果である制御モード状態２４とモータ制御状態（位置決め完了状態）を通信制御手段１７に入力する。さらに、通信制御手段１７より送信バッファ制御手段１５には制御モード切替え指令とコマンドを受け付けた時点での制御モード状態２４が入力される。なお、この段階での制御モード切替え指令は位置制御、制御モード状態も位置制御であるため、これらが一致したことから制御モードに変化がなかったものとし、送信バッファ２３のコマンドコードエコーに位置制御コマンドコード、モニタデータＡに位置指令値、モニタデータＢに位置決め完了状態を設定する。

その後、レスポンスバッファ２３内のデータがシリアル通信手段１３ａにより上位装置１１に送信される。上位装置１１は、レスポンスデータ２２内のコマンドコードエコーが位置制御コマンドコードであることより、モータ駆動装置１２から取得したデータは位置制御であると判断し、モニタＡは位置指令値、モニタＢは位置決め完了状態として制御を行う。

よって、上位装置側の処理を複雑にすることなく、モータ駆動装置側のＣＰＵ能力をそのままに、制御モード切替え時のレスポンスデータを上位装置が正常に取得することを可能とし、コストアップを抑えることができる。

本発明のモータ駆動用通信システムは、動作中にモータフィードバック制御モードを切替える用途、例えば、通常動作時は位置制御で使用し、押し当てトルクの管理が必要な制御を行う場合はトルク制御に切替える装置などに有用である。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動用通信システムの要部説明図本発明の実施の形態１における通信データ交換タイミングの説明図従来のモータ駆動用通信システムのモータ駆動用通信システムの要部説明図従来のモータ駆動用通信システムの通信データ交換タイミングの説明図

符号の説明

１１上位装置
１２モータ駆動装置
１３ａ、１３ｂシリアル通信手段
１４ａＣＰＵ（上位装置）
１４ｂＣＰＵ（モータ駆動装置）
１５送信バッファ制御手段
１６通信ケーブル
１７通信制御手段
１８モータフィードバック制御手段

Claims

上位装置とモータ駆動装置を通信ケーブルで接続し、相互に通信データを送受信するモータ駆動用通信システムにおいて、
シリアル通信手段とＣＰＵを有する上位装置と、
シリアル通信手段とＣＰＵならびにモータ接続手段を有するモータ駆動装置と、
前記上位装置とモータ駆動装置のシリアル通信手段をそれぞれ接続する通信ケーブルを備え、
前記上位装置のＣＰＵは、シリアル通信手段を通じてモータフィードバック制御の制御モード（位置制御、速度制御、トルク制御）を指定するコマンドコードを含めたコマンドデータを前記モータ駆動装置に送信し、
前記モータ駆動装置のＣＰＵは、シリアル通信手段を通じて受信したコマンドデータの内容に従いモータ制御の実行と実行中のモータ制御のデータを含んだレスポンスデータの生成を行い、
コマンドコードにより制御モードの指定に変更があり制御モードを切替えた場合に、切替え時点から切替え後の制御モードに対応したレスポンスデータが生成可能となるまでの間は、制御モード切替え前の段階のレスポンスデータを送信することで前記コマンドデータに対応したレスポンスデータにし、前記レスポンスデータ内のデータに一貫性を持たせることを特徴とするモータ駆動用通信システム。