JP5430793B2 - 電動機制御システムおよび通信方法 - Google Patents

Description

この発明は、電動機制御システムおよび通信方法に関するものである。

従来の電動機制御システムは、複数のモータなどの電動機のそれぞれに対して設けられる電動機制御装置と、これらの電動機制御装置を制御する上位制御装置と、がネットワークを介して接続された構成を有する。このような電動機制御システムでの上位制御装置から電動機制御装置への指令通信方式として、第１ステップで位置決め指令を電動機制御装置に送信し、第２ステップで電動機制御装置に対して起動指令を送信し、電動機制御装置は起動指令の受信を起点として電動機を駆動する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

また、上位制御装置から電動機制御装置への別の指令通信方式では、たとえば制御周期ごとに上位制御装置から電動機制御装置に逐次指令を送信し、電動機を駆動する技術が知られている（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００１−２４２９２３号公報 特開平９−７３３１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の指令通信方式では、１回の起動指令で、１回の通信で送信された位置決め指令動作しか実行することができず、連続する長い一連の位置決め指令動作を実行することができないという問題点があった。また、ノイズなどの障害で指令通信が失敗した場合には、再送信が必要となるが、再送信を行っている時間の分だけ電動機の起動が遅れてしまうという問題点もあった。

さらに、特許文献２に記載の指令通信方式では、ノイズなどの障害で指令通信が失敗した場合には、電動機制御装置は最後に受信できた古い指令に基づいて制御を実行するしかなく、誤差が生じてしまうという問題点があった。

この発明は上記に鑑みてなされたもので、ノイズなどの障害が発生して指令通信が失敗した場合でも、連続する長い一連の位置決め指令動作が実行可能な電動機制御システムおよび通信方法を得ることを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる電動機制御システムは、電動機を制御する電動機制御装置と、前記電動機制御装置を制御する上位制御装置と、がネットワークを介して接続され、前記上位制御装置から前記電動機制御装置へと前記電動機を駆動する指令が送信され、前記指令に基づいて前記電動機制御装置が前記電動機を制御し、前記電動機によって駆動対象を目標位置に駆動する電動機制御システムにおいて、前記上位制御装置は、目標位置情報、速度情報および加減速情報を含み、同期する前記複数の電動機間で前記加減速情報が一致するように調整した位置決め指令を、前記電動機ごとに生成する加減速情報調整手段と、前記電動機制御装置による前記電動機の駆動制御中に、現在実行中の指令よりも後で使用され、実行する順番を含む指令を前記電動機制御装置へと送信する通信制御手段と、を備え、前記電動機制御装置は、前記指令を複数記憶可能な指令記憶手段と、前記上位制御装置から受信した前記指令を、実行する順番に前記指令記憶手段に記憶する通信制御手段と、前記上位制御装置から受信した前記位置決め指令から所定のサンプリング時間内での前記駆動対象の移動位置を含む位置指令を生成する加減速指令生成手段と、前記指令に基づいて前記電動機を追従制御する指令追従制御手段と、を備え、前記電動機制御装置の前記通信制御手段は、前記指令記憶手段が指令で埋まってしまった場合には、実行済みの前記指令が記憶されている領域に新たに受信した前記指令を上書きして記憶することを特徴とする。

この発明によれば、電動機の動作中に上位制御装置は電動機制御装置につぎの制御に使用する位置決め指令よりも先行する位置決め指令を送付するようにしたので、ノイズなどの障害によって指令通信が失敗して再通信を実行した場合でも、現在実行中の指令動作には影響を与えることがなく、連続する長い一連の位置決め指令動作を実行することができるという効果を有する。

図１は、実施の形態１による電動機制御システムの構成の一例を模式的に示すブロック図である。 図２は、上位制御装置から電動機制御装置へ送信される指令の一例を示す図である。 図３は、ポイントテーブルの一例を示す図である。 図４は、実施の形態１による電動機制御システムの位置決め指令の設定処理手順の一例を示すフローチャートである。 図５は、実施の形態１による電動機制御システムの位置決め指令の実行処理手順の一例を示すフローチャートである。 図６は、駆動対象の指令位置の一例を示す図である。 図７は、図６の各区間で加減速時間が調整された速度と時間の関係の一例を示す図である。 図８は、位置決め指令の一例を示す図である。 図９は、駆動対象の指令位置の一例を示す図である。 図１０は、実施の形態２による電動機制御システムの構成の一例を模式的に示すブロック図である。 図１１は、逐次指令の一例を示す図である。 図１２は、逐次指令テーブルの一例を示す図である。 図１３は、実施の形態２による電動機制御システムの位置決め処理の手順の一例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる電動機制御システムおよび通信方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による電動機制御システムの構成の一例を模式的に示すブロック図である。電動機制御システムは、電動機２０を制御する元データとなる位置決め指令を生成する上位制御装置１０と、制御対象となる電動機２０と、上位制御装置１０からの位置決め指令を保存し、位置決め指令とは別に上位制御装置１０から送信される起動指令によって電動機２０の位置決め制御を行う電動機制御装置３０と、がネットワーク４０を介して接続される。

ここでは、上位制御装置１０に３台の電動機制御装置３０−１〜３０−３が接続され、各電動機制御装置３０−１〜３０−３には、それぞれ１台の電動機２０−１〜２０−３が接続されている場合が例示されている。電動機２０−１〜２０−３は、たとえば制御対象機器となるサーボモータと、サーボモータの位置と速度を検出するエンコーダと、を有する。ロボットや工作機械などの多軸制御が必要な装置（駆動対象）には複数のサーボモータが使用され、それぞれのサーボモータが同期して動作するように制御される。

上位制御装置１０は、指令入力部１１と、加減速時間調整部１２と、起動指令生成部１３と、通信制御部１４と、を備える。指令入力部１１は、駆動対象（中の基準となる箇所）がある時間に存在する位置を示す位置情報やその位置に到達する過程での速度を示す速度情報などを含む指令作成情報を入力する。たとえば、電動機制御システムの使用者によって指令作成情報が入力される。

加減速時間調整部１２は、入力された位置情報と速度情報から各電動機２０−１〜２０−３についての位置決め指令を生成する。ここでは、同期する複数の電動機２０−１〜２０−３の加速時間および／または減速時間（以下、加減速時間という）が一致するように加速度が調整された位置決め指令が電動機２０−１〜２０−３ごとに生成される。

図２は、上位制御装置から電動機制御装置へ送信される指令の一例を示す図である。位置決め指令は、たとえば位置決め指令を識別する識別番号、ある区間での駆動対象の目標位置までの移動距離、その区間での駆動対象の速度、その区間で加速する場合の加速時間、その区間で減速する場合の減速時間、つぎの位置決め指令を継続して実行するかどうかを識別する継続可否情報（継続／完了）、および継続しない場合の待ち時間である停止時間を含む。なお、これは一例であり、移動距離の代わりに駆動対象に対して設けた座標位置を用い、加速時間や減速時間の代わりに加速度を用いてもよい。また、継続可否情報を設けずに、つぎの位置決め指令を継続して実行する場合には、待ち時間に負の値を設定してもよい。さらに、移動距離や座標位置は目標位置情報であり、加速時間や減速時間、加速度は加減速情報である。位置決め指令は、上位制御装置１０に接続されている各電動機制御装置３０−１〜３０−３に対して作成される。

起動指令生成部１３は、位置決め指令を送信した電動機制御装置３０−１〜３０−３に対して位置決め指令の実行を指示する起動指令を送信する。図２に示されるように、起動指令にはたとえば位置決め指令を識別する識別番号を含む。

通信制御部１４は、ネットワーク４０内の電動機制御装置３０−１〜３０−３との間で行われるデータの送受信を制御する。たとえば加減速時間調整部１２で生成された位置決め指令を各電動機制御装置３０−１〜３０−３に送信したり、位置決め指令を送信した後に起動指令生成部１３で生成された起動指令を各電動機制御装置３０−１〜３０−３に送信したりする。通信制御部１４は、電動機制御装置３０−１〜３０−３へ先行して位置決め指令を送信するが、送信のタイミングは任意であり、たとえば電動機２０−１〜２０−３が駆動される前に予め加減速時間調整部１２で生成された複数の位置決め指令を送信してもよいし、電動機制御装置３０−１〜３０−３の動作中に、現在実行中の位置決め指令よりも先行する位置決め指令を送信してもよい。

電動機制御装置３０−１〜３０−３は、通信制御部３１と、位置決め指令記憶部３２と、加減速指令生成部３３と、指令追従制御部３４と、を有する。通信制御部３１は、ネットワーク４０に接続される上位制御装置１０や他の電動機制御装置３０との間でデータの送受信を行う。

位置決め指令記憶部３２は、上位制御装置１０から受信した自装置宛ての位置決め指令を記憶する。また、位置決め指令記憶部３２は、１つの位置決め指令だけではなく、複数の位置決め指令を格納できるだけの容量を有する。たとえば位置決め指令記憶部３２は、複数の位置決め指令を順に並べたポイントテーブルを格納する。図３は、ポイントテーブルの一例を示す図である。この例では、ポイントテーブルは２５５個の位置決め指令を格納可能な構成となっている。ポイントテーブルは、各位置決め指令の識別番号、移動距離、速度、加速時間、減速時間、停止時間、継続可否情報の各項目を含む。なお、この図で、継続可否情報の「１」は継続を示し、「０」は継続しないことを示しているものとする。このポイントテーブルには、テーブルの先頭から順に位置決め指令が格納されていくが、テーブルの最終行にまで達すると再び先頭に戻り、古いデータに上書きするように格納される。また、このポイントテーブルには、電動機制御装置３０−１〜３０−３の動作処理前に予め位置決め指令が格納されるか、または電動機制御装置３０−１〜３０−３の動作処理時に現在実行中の位置決め指令よりも後に実行される位置決め指令が格納される。この図３には、識別番号Ｎｏ．１０２の実行中に識別番号Ｎｏ．２の位置決め指令が更新される場合が示されている。

加減速指令生成部３３は、上位制御装置１０からの起動指令で指定された位置決め指令記憶部３２中の位置決め指令に含まれる移動距離、速度、加減速時間から制御周期（サンプリング時間）ごとの逐次指令である位置指令を生成し、指令追従制御部３４に出力する。位置指令は、位置決め指令で規定される区間をさらに分割した逐次指令制御区間での移動量または座標位置によって示される情報である。なお、加減速指令生成部３３は、ポイントテーブル中の１つの位置決め指令が終了すると、位置決め指令記憶部３２の対応する位置決め指令中の継続可否情報を参照し、「継続」に設定されているかを確認する。「継続」に設定されている場合には、続けてポイントテーブル中のつぎの位置決め指令について制御周期ごとの位置指令を生成する。また、「継続」に設定されていない場合には、現在実行中の位置決め指令で処理を止め、待ち時間で指定される時間だけ待つように電動機２０−１〜２０−３に指令を出力する。

指令追従制御部３４は、加減速指令生成部３３によって生成された位置指令に基づいてフィードフォワード制御およびフィードバック制御を実行し、電動機２０−１〜２０−３を制御する。

つぎに、電動機制御システムにおける位置決め指令の設定処理と位置決め指令の実行処理について説明する。図４は、実施の形態１による電動機制御システムの位置決め指令の設定処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、上位制御装置１０に指令入力部１１を介して位置情報と速度情報を含む指令作成情報が入力されると（ステップＳ１１）、加減速時間調整部１２は、同期する複数の電動機２０−１〜２０−３の加減速時間が一致するように加速度を調整した位置決め指令を電動機２０−１〜２０−３ごとに生成する（ステップＳ１２）。そして、位置決め指令を電動機制御装置３０−１〜３０−３へと送信する（ステップＳ１３）。各電動機制御装置３０−１〜３０−３では、自装置宛ての位置決め指令を受信すると（ステップＳ１４）、位置決め指令記憶部３２に順に記憶する（ステップＳ１５）。以上によって、位置決め指令の設定処理が終了する。

図５は、実施の形態１による電動機制御システムの位置決め指令の実行処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、上位制御装置１０の起動指令生成部１３は、電動機制御装置３０−１〜３０−３に対して起動指令を送信する（ステップＳ３１）。起動指令には処理を行う位置決め指令を識別する識別番号などの情報が含まれる。また、この起動指令は、すべての電動機制御装置３０−１〜３０−３に送信される。

電動機制御装置３０−１〜３０−３では、起動指令を受信すると（ステップＳ３２）、起動指令に含まれる識別番号に対応する位置決め指令を位置決め指令記憶部３２から呼び出し（ステップＳ３３）、加減速指令生成部３３に渡す。加減速指令生成部３３では、渡された位置決め指令に基づいて制御周期ごとの位置指令を生成し（ステップＳ３４）、電動機２０−１〜２０−３へと出力して電動機２０−１〜２０−３を駆動する（ステップＳ３５）。

その後、加減速指令生成部３３は、位置決め指令記憶部３２中の１つの位置決め指令についてすべての位置指令を生成したかを判定する（ステップＳ３６）。これは、たとえば位置決め指令で規定される区間を制御周期で加工する逐次指令制御区間に分割し、すべての逐次指令制御区間について位置指令を生成したか否かによって判定することができる。すべての位置指令を生成していない場合（ステップＳ３６でＮｏの場合）には、ステップＳ３４へと戻る。また、すべての位置指令を生成した場合（ステップＳ３６でＹｅｓの場合）には、現在加工中の位置決め指令の継続可否情報が「継続」であるかを判定する（ステップＳ３７）。

継続可否情報が「継続」である場合（ステップＳ３７でＹｅｓの場合）には、現在加工中の位置決め指令のつぎにポイントテーブルに格納されている位置決め指令を取得し（ステップＳ３８）、ステップＳ３４へと戻り、つぎの位置決め指令に関して位置指令を生成する。これによって、上位制御装置１０からのつぎの位置決め指令についての起動指令なしにつぎの位置決め指令を実行することができる。一方、継続可否情報が「継続」でない場合（ステップＳ３７でＮｏの場合）には、現在加工中の位置決め指令の停止時間を取得し、停止時間経過後に位置決め指令の実行処理が終了する。

図４の位置決め指令の設定処理は、図５の位置決め指令の実行処理の前に予め行ったり、また図５の位置決め指令の実行処理（電動機制御装置３０−１〜３０−３による制御処理）中に行ったりすることが可能である。

ここで、位置決め指令の設定処理と実行処理について具体的な例を挙げて説明する。図６は、駆動対象の指令位置の一例を示す図である。ここでは、Ｘ軸とＹ軸の２軸間の連続する３本の直線補間を例に挙げている。つまり、駆動対象をＸ軸方向に移動させる電動機２０−１と、駆動対象をＸ軸方向に対して直交するＹ軸方向に移動させる電動機２０−２と、を同期しながら連続する３本の直線に沿って駆動する場合を例に挙げる。

図６では、点Ｐ０（Ｘ０，Ｙ０）から出発し、点Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）、点Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２）および点Ｐ０へと直線的に移動する軌跡を描くように、駆動対象を動かすものとする。ここで、点Ｐ０−点Ｐ１間を第１区間とし、点Ｐ１−点Ｐ２間を第２区間とし、点Ｐ２−点Ｐ０間を第３区間とし、それぞれの区間の速度（合成速度）をＶ１，Ｖ２，Ｖ３としている。

上位制御装置１０の加減速時間調整部１２は、図６のような位置情報と速度情報を含む指令作成情報から位置決め指令を生成する。たとえば図６の第１区間において、駆動対象をＸ軸方向に移動距離ＬＸ（＝Ｘ１−Ｘ０）だけ移動させる時間と、駆動対象をＹ軸方向に移動距離ＬＹ（＝Ｙ１−Ｙ０）だけ移動させる時間とが同じになり、同期する複数の電動機２０−１，２０−２の加減速時間が一致するように加速度を調整する。第２区間と第３区間においても同様に加速度を調整する。

図７は、図６の各区間で加減速時間が調整された速度と時間の関係の一例を示す図であり、（ａ）はＸ軸方向の速度を示し、（ｂ）はＹ軸方向の速度を示している。これらの図において、横軸は時間を示し、縦軸は速度を示している。図７に示されるように、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで加減速時間が一致するように調整されている。すなわち、第１区間では、加減速時間はＴａ１であり、第２区間ではＴａ２であり、第３区間はＴａ３である。

上位制御装置１０の加減速時間調整部１２は、図７に示される各区間における速度と時間の関係を位置決め指令として生成する。図８は、位置決め指令の一例を示す図であり、（ａ）はＸ軸方向の位置決め指令を示し、（ｂ）はＹ軸方向の位置決め指令を示している。図８では、識別番号Ｎｏ．１，２，３がそれぞれ第１区間、第２区間および第３区間の位置決め指令に対応している。また、第１区間〜第３区間を連続して処理する場合を例示しているので、識別番号Ｎｏ．１，２では、継続可否情報は「継続」となり、識別番号Ｎｏ．３では、継続可否情報は「完了」となる。このように生成された位置決め指令は、それぞれ対応する電動機制御装置３０−１，３０−２へと送信される。

電動機制御装置３０−１，３０−２では、上位制御装置１０から受信した位置決め指令Ｎｏ．１，２，３を位置決め指令記憶部３２に記憶する。その後、上位制御装置１０から各電動機制御装置３０−１，３０−２に実行すべき位置決め指令の識別番号Ｎｏ．１を含む起動指令が送信される。各電動機制御装置３０−１，３０−２の加減速指令生成部３３では、起動指令に含まれる識別番号に一致する位置決め指令から下記の手順でサンプリング時間ΔＴごとの移動距離を計算する。なお、以下では、第１区間のＸ軸方向におけるサンプリング時間ΔＴごとの移動距離について説明する。

まず、移動に必要なサンプリング数ｎ１を次式（１）を用いて計算する。ここで、ｃｅｉｌ関数は引数より１以上大きくない整数を返す関数である。
ｎ１＝ｃｅｉｌ｛ＬＸ１／（ＶＸ１×ΔＴ）｝ ・・・（１）

これによって、各サンプリング時間の移動距離ＦΔＴ＿Ｘ１は、次式（２）で与えられる。
ＦΔＴ＿Ｘ１＝ＬＸ１／ｎ１ ・・・（２）

加減速はたとえば移動平均フィルタを用いて調整する。その場合、移動平均フィルタの段数ＮＡ１は、次式（３）で与えられる。
ＮＡ１＝ｃｅｉｌ（Ｔａ1／ΔＴ） ・・・（３）

このようにして求められた段数ＮＡ１の移動平均フィルタを用いることで、加減速調整された各サンプリング時間の移動距離ＦΔＴ＿Ｘ（逐次指令）が求められる。そして、このようにして求められた移動距離ＦΔＴ＿Ｘが位置指令として加減速指令生成部３３から指令追従制御部３４に送信され、指令追従制御部３４でフィードフォワード制御およびフィードバック制御を実施して電動機２０−１〜２０−３が駆動され、駆動対象が位置指令にしたがって駆動される。

なお、上記した例では、図６に示されるようにＸ軸とＹ軸の２軸間の連続する３本の直線補間を例に挙げているが、電動機２０の動作中に現在実行中の位置決め指令よりも先行する位置決め指令を上位制御装置１０から電動機制御装置３０へと送信して位置決め指令記憶部３２のポイントテーブルを更新することによって、複雑な形状の連続軌跡指令を、ポイントテーブルの位置決め指令格納数による制限を受けることなく実行することができる。図９は、駆動対象の指令位置の一例を示す図である。この図９では、駆動対象の移動軌跡が曲線によって構成され、図６の場合に比してより複雑な形状を有している。このような場合でも曲線を、たとえば黒丸間を結ぶ線分の連続で近似する疑似曲線補間制御（簡易軌跡制御）を行うことで制御対象を駆動することができる。このとき黒丸間を結ぶ１つの線分が上記の例の１つの位置決め指令に対応し、曲線にそって複数の位置決め指令を作成することで、上記と同様の制御を行うことができる。

この実施の形態１では、ネットワーク４０で接続された上位制御装置１０と電動機制御装置３０と電動機２０とで構成される電動機制御システムにおいて、電動機２０の動作中に上位制御装置１０は電動機制御装置３０につぎの制御に使用する位置決め指令よりも先行する位置決め指令を送付するようにした。これによって、ノイズなどの障害によって指令通信が失敗して再通信を実行した場合でも、現在実行中の指令動作には影響を与えることがなく、軌跡誤差や遅延の発生を防止することができるという効果を有する。

また、上位制御装置１０から電動機制御装置３０へと、引き続きつぎの位置決め指令を実行するか否かを示す継続可否情報を含めた位置決め指令を送付し、電動機制御装置３０では複数の位置決め指令を位置決め指令記憶部３２に記憶できるようにした。これによって、上位制御装置１０から電動機制御装置３０へ送信される１つの起動指令のみで、電動機制御装置３０は連続する複数の位置決め指令を実行することができるという効果を有する。

さらに、位置決め指令記憶部３２の実行済みの位置決め指令領域に新たに受信した位置決め指令を上書きするようにしたので、電動機制御装置３０の位置決め指令記憶部３２の記憶容量に制限がある場合でも、連続する長い一連の指令動作を実行することができるという効果を有する。

また、上位制御装置１０には位置決め指令を生成する加減速時間調整部１２を設け、電動機制御装置３０には位置決め指令から位置指令を生成する加減速指令生成部３３を設けるようにした。これによって、上位制御装置１０で電動機制御システムに設けられる電動機２０に対する位置指令を生成する必要がなく、上位制御装置１０の計算負荷を増大させずに、複数の電動機２０の同期制御を実現することができるという効果を有する。

さらに、容量の大きい位置決め指令を、リトライが可能な動作処理前の時間を利用して送信し、容量の小さい起動指令のみ動作処理時に送信する場合には、ノイズによる障害を防止することができるという効果も有する。

実施の形態２．
図１０は、実施の形態２による電動機制御システムの構成の一例を模式的に示すブロック図である。電動機制御システムは、電動機２０−１〜２０−３を制御する逐次指令（位置指令）を生成する上位制御装置１０Ａと、制御対象となる電動機２０−１〜２０−３と、上位制御装置１０Ａからの逐次指令によって電動機２０−１〜２０−３の位置決め制御を行う電動機制御装置３０Ａ−１〜３０Ａ−３と、がネットワーク４０を介して接続される。ここでも実施の形態１と同様に、上位制御装置１０Ａに３台の電動機制御装置３０Ａ−１〜３０Ａ−３が接続され、電動機制御装置３０Ａ−１〜３０Ａ−３にはそれぞれ１台の電動機２０−１〜２０−３が接続されている場合が例示されている。電動機２０−１〜２０−３は、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。

上位制御装置１０Ａは、指令入力部１１と、加減速指令生成部１５と、通信制御部１４と、を備える。指令入力部１１は、駆動対象（中の基準となる箇所）がある時間に存在する位置を示す位置情報やその位置に到達する過程での速度を示す速度情報、加減速時間などの加減速情報を含む指令作成情報を入力する。たとえば、電動機制御システムの使用者によってこれらの位置情報や速度情報が入力される。

加減速指令生成部１５は、指令入力部１１によって入力されたたとえば位置情報や速度情報、加減速情報を含む指令作成情報からネットワーク４０の通信周期ごとに加速度が調整された位置指令である逐次指令を生成する。この逐次指令は、電動機２０−１〜２０−３ごとに生成される。図１１は、逐次指令の一例を示す図である。逐次指令は、たとえば逐次指令を識別する指令番号、およびサンプリング時間（一通信周期）で加工対象が移動する位置を示す位置指令を含む。

通信制御部１４は、所定の通信周期で加減速指令生成部１５によって生成された逐次指令をネットワーク４０を介して電動機制御装置３０Ａ−１〜３０Ａ−３へと送信する。また、通信制御部１４は、逐次指令を送信する際に、つぎのサンプリング時間の逐次指令だけでなく、そのつぎ以降の連続する複数のサンプリング時間に対応する将来の逐次指令も同時に送信する。

電動機制御装置３０Ａ−１〜３０Ａ−３は、通信制御部３１と、逐次指令記憶部３５と、指令順序制御部３６と、指令追従制御部３４と、を有する。通信制御部３１は、ネットワーク４０に接続される上位制御装置１０Ａや他の電動機制御装置３０Ａ−１〜３０Ａ−３との間でデータの送受信を行う機能を有する。ここでは、通信制御部３１は、上位制御装置１０Ａから受信した逐次指令を受信中に通信エラーが発生していない場合には、受信した逐次指令を指令番号の順番に逐次指令記憶部３５に記憶し、通信エラーが発生した場合には逐次指令を逐次指令記憶部３５に記憶しないようにしている。

逐次指令記憶部３５は、上位制御装置１０Ａから受信した自装置宛ての逐次指令を記憶する。また、逐次指令記憶部３５は、１つの逐次指令だけではなく、複数の逐次指令を格納できるだけの容量を有する。たとえば、逐次指令記憶部３５は、複数の逐次指令を順に並べた逐次指令テーブルを有する。図１２は、逐次指令テーブルの一例を示す図である。この例では、逐次指令テーブルは、１０個の逐次指令を格納可能な構成となっている。逐次指令テーブルは、逐次指令と同様に、指令番号および位置指令の各項目を含む。この逐次指令テーブルには、テーブルの先頭から順に位置指令が格納されていくが、テーブルの最終行にまで達すると再び先頭に戻り、古いデータを上書きするように逐次指令が格納される。また、この逐次指令テーブルには、電動機２０−１〜２０−３の制御中に現在実行中の逐次指令のつぎから所定の通信周期後までの逐次指令が格納される。

指令順序制御部３６は、上位制御装置１０Ａから逐次指令を受信すると、現在実行している逐次指令のつぎの逐次指令を逐次指令記憶部３５（逐次指令テーブル）から読み出し、指令追従制御部３４に出力する。また、読み出した逐次指令テーブル中の位置指令が格納されていた領域には、読み出したことを示す情報を格納する。図１２の例では、読み出した逐次指令の「位置指令」の項目には「９９９９９９９」を格納し、読み出しがなされていない逐次指令と区別可能となる。

指令追従制御部３４は、指令順序制御部３６から渡された逐次指令に基づいてフィードフォワード制御およびフィードバック制御を実行し、電動機２０−１〜２０−３を制御する。

つぎに、電動機制御システムにおける位置決め制御の処理手順について説明する。図１３は、実施の形態２による電動機制御システムの位置決め処理の手順の一例を示すフローチャートである。まず、上位制御装置１０Ａに指令入力部１１を介して目標位置、速度および加減速時間を含む指令作成情報が入力されると（ステップＳ７１）、加減速指令生成部１５は、ネットワーク４０の通信周期ごとに加速度が調整された各電動機２０−１〜２０−３に対する逐次指令を生成する（ステップＳ７２）。生成する逐次指令として、つぎに実行するもののみであってもよいし、連続する複数の通信周期（サンプリング時間）のものであってもよい。また、入力された指令作成情報に基づいてすべての通信周期（サンプリング時間）の逐次指令を予め生成するようにしてもよい。

そして、上位制御装置１０Ａの通信制御部１４は、送信タイミングであるかを判定し（ステップＳ７３）、送信タイミングでない場合（ステップＳ７３でＮｏの場合）には、送信タイミングとなるまで待ち状態となる。そして、送信タイミングになると（ステップＳ７３でＹｅｓの場合）、生成した逐次指令を各電動機制御装置３０Ａ−１〜３０Ａ−３に送信する（ステップＳ７４）。

ここで、上位制御装置１０Ａから電動機制御装置３０Ａ−１〜３０Ａ−３へ送信される逐次指令を、何サンプリング時間分まで先行して送信するかを、システム構築時のノイズ環境に応じて増減させる。たとえば、予め定めた時間内の通信エラー発生回数に基づいて、つぎの逐次指令の後の先行する逐次指令の送信数（以下、先行指令数という）を決定することができる。この場合、所定時間内の通信エラー発生回数が０回であれば、先行指令数は不要（０）とする。つまり、毎通信周期に１個（つぎのサンプリング時間の）逐次指令のみを送信する。また、所定時間内の通信エラー発生回数が５回であれば、先行指令数を５個とし、毎通信周期につぎのサンプリング時間の逐次指令とその後に連続する５サンプリング時間分の逐次指令を送信する。なお、複数の逐次指令を送信する場合には、送信時までに送信する逐次指令の分だけ加減速指令生成部１５で生成されているものとする。

その後、上位制御装置１０Ａの通信制御部１４は、送信した逐次指令が終了指示であるかを判定し（ステップＳ７５）、終了指示でない場合（ステップＳ７５でＮｏの場合）には、ステップＳ７３に戻る。また、終了指示である場合（ステップＳ７５でＹｅｓの場合）には、処理が終了する。

各電動機制御装置３０Ａ−１〜３０Ａ−３の通信制御部３１は、上位制御装置１０Ａから逐次指令を受信すると（ステップＳ７６）、通信エラーが発生しているかを判断する（ステップＳ７７）。通信エラーの発生の有無は、データを通信するフレームにＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）情報やチェックサム情報などを設けることによって検出することができる。通信エラーが発生していない場合（ステップＳ７７でＮｏの場合）には、通信制御部３１は受信した逐次指令を逐次指令記憶部３５に記憶する（ステップＳ７８）。具体的には、逐次指令テーブルの該当する指令番号の部分を受信した逐次指令で更新する。

たとえば、１回の通信周期で３個の逐次指令を送信するように設定されており、図１２で指令番号５の位置指令（＝７０）への追従制御が実行されている場合には、上位制御装置１０Ａから指令番号６，７，８の逐次指令が送信され、逐次指令テーブルに格納される。また、指令番号５の位置指令への追従制御が終了し、つぎに指令番号６の位置指令（＝９０）への追従制御がなされている場合には、上位制御装置１０Ａから指令番号７，８，９の逐次指令が送信され、逐次指令テーブルに格納される。

その後、指令順序制御部３６は逐次指令の受信によって、現在実行中の位置指令のつぎの指令番号を有する逐次指令を逐次指令記憶部３５から読み出す（ステップＳ７９）。

一方、通信エラーが発生している場合（ステップＳ７７でＹｅｓの場合）には、通信制御部３１は、受信した逐次指令を逐次指令記憶部３５には記憶しない（ステップＳ８０）。その後、指令順序制御部３６は逐次指令の受信によって、現在実行中の位置指令のつぎの指令番号を有する逐次指令を逐次指令記憶部３５から読み出し（ステップＳ８１）、正常な逐次指令であるかを判定する（ステップＳ８２）。

正常な逐次指令である場合（ステップＳ８２でＹｅｓの場合）またステップＳ７９の後、逐次指令が終了指示であるかをさらに判定する（ステップＳ８３）。終了指示でない場合（ステップＳ８３でＮｏの場合）には、指令順序制御部３６は指令追従制御部３４に読み出した位置指令を渡し、指令追従制御部３４では、追従制御を実行して（ステップＳ８４）、電動機２０−１〜２０−３を駆動する。そして、指令順序制御部３６は、逐次指令の読み出しを完了したことを示す情報を逐次指令記憶部３５に記憶する（ステップＳ８５）。図１２の例では、逐次指令の読み出しが完了した位置指令には、読み出しが完了したことを示す値「９９９９９９９」を記憶するようにしている。そして、ステップＳ７６へと処理が戻る。

また、ステップＳ８２で正常な逐次指令でない場合（ステップＳ８２でＮｏの場合）には、たとえば通信エラーが想定数より多く連続して発生したために逐次指令が全く更新されなかった場合には、エラー時処理が行われる（ステップＳ８６）。たとえば位置指令が読み出し完了を示す「９９９９９９９」である場合に、正常な逐次指令ではないと判定することができる。また、エラー処理としては、アラームを出力して電動機制御システムを停止したり、前回の位置指令をそのまま使用したりするなど予め設定した処理を実施させることができる。このフローチャートでは、エラー時処理の後、ステップＳ７６に処理が戻るようにしているが、位置決め制御処理を終了するようにしてもよい。

さらに、ステップＳ８３で終了指示である場合（ステップＳ８３でＹｅｓの場合）には、位置決め制御処理が終了する。

この実施の形態２では、ネットワーク４０で接続された上位制御装置１０Ａと電動機制御装置３０Ａ−１〜３０Ａ−３と電動機２０−１〜２０−３で構成される電動機制御システムにおいて、電動機制御装置３０Ａ−１〜３０Ａ−３が上位制御装置１０Ａから制御周期ごとの逐次指令を受信する逐次指令方式の場合に、電動機制御装置３０Ａ−１〜３０Ａ−３内に予め定められた周期数分の逐次指令を記憶しておき、制御動作中に予め定められた周期数分先の逐次指令を上位制御装置１０Ａから受信するようにした。これによって、曲線／曲面補間などの複数の電動機２０−１〜２０−３間での複雑な同期制御を実行することができる。

また、現在実行中の逐次指令よりも所定の周期数分先の逐次指令が記憶されているので、ノイズなどによる通信障害が生じても、軌跡誤差や動作遅延の発生を防止することができるという効果を有する。

さらに、電動機制御装置３０Ａ−１〜３０Ａ−３内の逐次指令記憶部３５に記憶しておく逐次指令の周期数を、ネットワーク４０の通信状態に応じて増減させるようにした。たとえば、ノイズが多く通信状態がよくない場合には、通信周期ごとに先行して送信する逐次指令の周期数を増加させることによって、先行して送信する逐次指令の数だけリトライできることになり、リトライ通信の許容回数を増加させるのと同じ効果を有する。また、ノイズが少なく通信状態がよい場合には、通信周期ごとに先行して送信する逐次指令の周期数を減少させることによって、通信負荷量を減少させることができるという効果を有する。

以上のように、この発明にかかる電動機制御システムは、上位制御装置から電動機制御装置に指令を通信し、電動機を制御するシステムに有用である。

１０，１０Ａ 上位制御装置
１１ 指令入力部
１２ 加減速時間調整部
１３ 起動指令生成部
１４，３１ 通信制御部
１５ 加減速指令生成部
２０−１〜２０−３ 電動機
３０，３０−１〜３０−３，３０Ａ，３０Ａ−１〜３０Ａ−３ 電動機制御装置
３２ 位置決め指令記憶部
３３ 加減速指令生成部
３４ 指令追従制御部
３５ 逐次指令記憶部
３６ 指令順序制御部
４０ ネットワーク

Claims (6)

1. 電動機を制御する電動機制御装置と、前記電動機制御装置を制御する上位制御装置と、がネットワークを介して接続され、前記上位制御装置から前記電動機制御装置へと前記電動機を駆動する指令が送信され、前記指令に基づいて前記電動機制御装置が前記電動機を制御し、前記電動機によって駆動対象を目標位置に駆動する電動機制御システムにおいて、
   前記上位制御装置は、
   目標位置情報、速度情報および加減速情報を含み、同期する前記複数の電動機間で前記加減速情報が一致するように調整した位置決め指令を、前記電動機ごとに生成する加減速情報調整手段と、
   前記電動機制御装置による前記電動機の駆動制御中に、現在実行中の指令よりも後で使用され、実行する順番を含む指令を前記電動機制御装置へと送信する通信制御手段と、
   を備え、
   前記電動機制御装置は、
   前記指令を複数記憶可能な指令記憶手段と、
   前記上位制御装置から受信した前記指令を、実行する順番に前記指令記憶手段に記憶する通信制御手段と、
   前記上位制御装置から受信した前記位置決め指令から所定のサンプリング時間内での前記駆動対象の移動位置を含む位置指令を生成する加減速指令生成手段と、
   前記指令に基づいて前記電動機を追従制御する指令追従制御手段と、
   を備え、
   前記電動機制御装置の前記通信制御手段は、前記指令記憶手段が指令で埋まってしまった場合には、実行済みの前記指令が記憶されている領域に新たに受信した前記指令を上書きして記憶することを特徴とする電動機制御システム。
2. 前記ネットワークには前記電動機制御装置が複数接続され、前記上位制御装置と複数の前記電動機制御装置との間で所定の通信周期でデータが通信され、
   前記上位制御装置の前記通信制御手段は、複数の前記電動機制御装置に前記位置決め指令を送信した後に、前記位置決め指令を実行させる起動指令を送信し、
   前記電動機制御装置の前記加減速指令生成手段は、前記起動指令を受信すると、前記起動指令で特定される位置決め指令を前記指令記憶手段から取得し、前記位置指令を生成することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御システム。
3. 前記位置決め指令は、該位置決め指令のつぎの位置決め指令を継続して実行するかを示す継続可否情報をさらに含み、
   前記電動機制御装置の前記加減速指令生成手段は、前記継続可否情報が継続を示す場合に、実行中の前記位置決め指令に引き続いてつぎの位置決め指令を連続して実行することを特徴とする請求項１または２に記載の電動機制御システム。
4. 前記上位制御装置の前記通信制御手段は、複数の前記位置決め指令をまとめて前記電動機制御装置に送信することを特徴とする請求項３に記載の電動機制御システム。
5. 電動機を制御する電動機制御装置と、前記電動機制御装置を制御する上位制御装置と、がネットワークを介して接続され、前記上位制御装置から前記電動機制御装置へと前記電動機を駆動する指令が送信され、前記指令に基づいて前記電動機制御装置が前記電動機を制御し、前記電動機によって駆動対象を目標位置に駆動する電動機制御システムでの通信方法において、
   前記上位制御装置は、
   目標位置情報、速度情報および加減速情報を含み、同期する前記複数の電動機間で前記加減速情報が一致するように調整した位置決め指令を、前記電動機ごとに生成する位置決め指令生成工程と、
   前記電動機制御装置による前記電動機の駆動制御中に、現在実行中の指令よりも後で使用され、実行する順番を含む指令を前記電動機制御装置へと送信する指令送信工程と、
   前記位置決め指令を実行させる起動指令を前記電動機制御装置に送信する起動指令送信工程と、
   前記電動機制御装置は、
   前記指令を複数記憶可能な指令記憶手段に記憶する指令記憶工程と、
   前記起動指令を受けると、前記起動指令で指定される位置決め指令を前記指令記憶手段から読み出し、所定のサンプリング時間内での前記駆動対象の移動位置を含む位置指令を作成する位置指令生成工程と、
   前記指令に基づいて前記電動機を追従制御する制御工程と、
   を含み、
   前記指令記憶工程では、電動機制御装置は、前記指令記憶手段が指令で埋まってしまった場合に、実行済みの前記指令が記憶されている領域に新たに受信した前記指令を上書きして記憶することを特徴とする通信方法。
6. 前記位置決め指令は、該位置決め指令のつぎの位置決め指令を継続して実行するかを示す継続可否情報をさらに含み、
   前記位置指令生成工程で、前記電動機制御装置は、前記継続可否情報が継続を示す場合に、実行中の前記位置決め指令に引き続いてつぎの位置決め指令を連続して実行することを特徴とする請求項５に記載の通信方法。

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