JP6629817B2

JP6629817B2 - 制御システム、および、モータ制御方法

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Publication number: JP6629817B2
Application number: JP2017214606A
Authority: JP
Inventors: 智久堤; 有紀森田
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2017-11-07
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2037-11-07
Also published as: DE102018008743B4; JP2019088099A; US20190137976A1; CN109768738B; CN109768738A; US10935959B2; DE102018008743A1

Description

本発明は、制御システム、および、モータ制御方法に関する。

下記に示す特許文献１に記載されているように、モータ制御装置は、数値制御装置からの指令に基づいてモータを制御する。

特開２０１６−２００５２３号公報

しかしながら、数値制御装置の制御周期とモータ制御装置の制御周期とが異なる場合は、制御に必要なデータ数に過不足が発生したり、モータの制御が遅れてしまうという問題がある。その結果、速度変動や位置ずれが生じ、モータ制御の安定性が低下する。

そこで、本発明は、数値制御装置の制御周期とモータ制御装置の制御周期とが異なる場合であっても、モータ制御の安定性が低下することを防止する制御システム、および、モータ制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、モータ制御装置であって、数値制御装置から移動指令と前記移動指令の第１制御周期とを受信する指令受信部と、前記第１制御周期と予め決められた第２制御周期とに基づいて、前記第１制御周期の前記移動指令から前記第２制御周期の前記移動指令を生成する指令生成部と、前記指令生成部で生成された前記移動指令にしたがって、モータを制御するモータ制御部と、を備える。

本発明の第２の態様は、上記本発明の第１の態様のモータ制御装置と前記数値制御装置とを備える制御システムであって、前記数値制御装置は、前記第１制御周期を設定する周期設定部を備える。

本発明の第３の態様は、モータを制御するモータ制御方法であって、モータ制御装置が、数値制御装置から移動指令と前記移動指令の第１制御周期とを受信する指令受信ステップと、前記モータ制御装置が、前記第１制御周期と予め決められた第２制御周期とに基づいて、前記第１制御周期の前記移動指令から前記第２制御周期の前記移動指令を生成する指令生成ステップと、前記モータ制御装置が、前記指令生成ステップで生成された前記移動指令にしたがって、前記モータを制御するモータ制御ステップと、を含む。

本発明によれば、数値制御装置とモータ制御装置との間で、制御周期が異なる場合であっても、モータ制御の安定性が低下することを防止することができる。

本実施の形態の制御システムの構成を示す図である。数値制御装置およびモータ制御装置の具体的な構成を示す機能ブロック図である。図２に示す指令生成部による移動指令の生成を説明するための図である。図２に示す数値制御装置の動作を示すフローチャートである。図２に示すモータ制御装置の動作を示すフローチャートである。

本発明に係るモータ制御装置、制御システム、および、モータ制御方法について、好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

［実施の形態］
図１は、本実施の形態の制御システム１０の構成を示す図である。制御システム１０は、数値制御装置１２、複数のモータ制御装置１４、および、複数のモータ１６を備える。なお、数値制御装置１２の制御周期Ｔ１と複数のモータ制御装置１４の各々の制御周期Ｔ２とは、互いに異なるものとする。

数値制御装置１２は、モータ１６を駆動するためのプログラムまたはオペレータの操作にしたがって、モータ１６を制御するための上位制御装置である。数値制御装置１２は、モータ１６を駆動させるための指令（以下、移動指令と呼ぶ。）Ｓを、複数のモータ制御装置１４に出力（送信）する。これにより、数値制御装置１２は、複数のモータ１６を制御することができる。数値制御装置１２は、モータ１６毎に異なる移動指令（駆動指令）Ｓを用いて複数のモータ１６を制御してもよい。

複数のモータ制御装置１４は、送られてきた移動指令Ｓにしたがって、複数のモータ（例えば、サーボモータ）１６を制御する。複数のモータ制御装置１４の各々は、対応するモータ１６を制御する。モータ制御装置１４は、移動指令Ｓに応じてモータ１６に電流を供給することで、モータ１６の駆動（回転）を制御する。

モータ１６には、回転位置若しくは回転速度を検出する回転センサ（例えば、エンコーダ）、および、モータ１６に供給される電流を検出する電流センサ等のセンサ１８が設けられている。モータ制御装置１４は、センサ１８が検出した検出信号に基づいてモータ１６をフィードバック制御する。

図２は、数値制御装置１２およびモータ制御装置１４の具体的な構成を示す機能ブロック図である。複数のモータ制御装置１４の各々は、互いに同一の構成を有するので、図２では、１つのモータ制御装置１４を例に挙げて説明する。数値制御装置１２およびモータ制御装置１４は、ＣＰＵ等のプロセッサおよびメモリ等を備えている。まず、モータ制御装置１４の構成を説明した後に、数値制御装置１２の構成について説明する。

モータ制御装置１４は、通信部２０、指令生成部２２、および、モータ制御部２４を有する。通信部２０は、数値制御装置１２との間で信号の授受を行うためのものである。通信部（指令受信部）２０は、数値制御装置１２から移動指令Ｓと移動指令Ｓの制御周期（第１制御周期）Ｔ１とを受信する。数値制御装置１２は、制御周期Ｔ１で移動指令Ｓをモータ制御装置１４に送信（出力）する。通信部２０は、受信した移動指令Ｓおよび制御周期Ｔ１を指令生成部２２に出力する。また、通信部（周期送信部）２０は、モータ制御装置１４の制御周期Ｔ２を数値制御装置１２に送信する。

指令生成部２２は、制御周期Ｔ１と、モータ制御装置１４の予め決められた制御周期（第２制御周期）Ｔ２とに基づいて、制御周期Ｔ１の移動指令Ｓから制御周期Ｔ２の移動指令Ｓを生成する。指令生成部２２は、制御周期Ｔ１と制御周期Ｔ２との比を用いて、制御周期Ｔ１の移動指令Ｓから制御周期Ｔ２の移動指令Ｓを生成する。つまり、指令生成部（指令変換部）２２は、制御周期Ｔ１、Ｔ２に基づいて、制御周期Ｔ１の移動指令Ｓを制御周期Ｔ２の移動指令Ｓに変換している。なお、数値制御装置１２から送信された移動指令Ｓと指令生成部２２で生成された移動指令Ｓとを区別するため、便宜上、指令生成部２２が生成した移動指令ＳをＳ´で表す場合がある。

指令生成部２２は、仮に制御周期Ｔ２が制御周期Ｔ１と同一となっているモータ制御装置１４が、移動指令Ｓでモータ１６を制御したときのモータ１６の状態と略同じとなるような移動指令Ｓ´を生成する。この制御周期Ｔ２は、制御周期Ｔ１より短い周期とする（Ｔ１＞Ｔ２）。本実施の形態では、制御周期Ｔ１と制御周期Ｔ２との比は、Ｔ１：Ｔ２＝４：３、の関係を有するものとして説明する。

図３は、指令生成部２２による移動指令Ｓ´の生成を説明するための図である。通信部２０が受信した複数の移動指令Ｓを、Ｓ₁、Ｓ₂、Ｓ₃で表し、生成後の複数の移動指令Ｓ´を、Ｓ₁´、Ｓ₂´、Ｓ₃´、Ｓ₄´で表す。数値制御装置１２は、Ｓ₁、Ｓ₂、Ｓ₃の順で、モータ１６が制御されるように移動指令Ｓを送信し、通信部２０は、Ｓ₁、Ｓ₂、Ｓ₃の順で移動指令Ｓを受信したものとする。なお、移動指令Ｓの制御周期Ｔ１と移動指令Ｓ´の制御周期Ｔ２との比は、４：３、となっているので、Ｓ₁〜Ｓ₃の期間とＳ₁´〜Ｓ₄´の期間とは、同一となる。

指令生成部２２は、移動指令Ｓ₁のうち、３／４に相当する指令を移動指令Ｓ₁´として生成する。例えば、移動指令Ｓ₁が８度だけ回転しなさいという指令の場合は、生成された移動指令Ｓ₁´は、６度（＝８度×３／４）だけ回転しなさいという指令になる。

そして、指令生成部２２は、移動指令Ｓ₁のうち残りの１／４に相当する指令と、移動指令Ｓ₂のうち１／２に相当する指令とを含む指令を移動指令Ｓ₂´として生成する。例えば、移動指令Ｓ₂が４度だけ回転しなさいという指令の場合は、生成された移動指令Ｓ₂´は、２度（＝８度×１／４）だけ回転しなさいという指令（移動指令Ｓ₁の１／４に相当する指令）と、２度（＝４度×１／２）だけ回転しなさいという指令（移動指令Ｓ₂の１／２に相当する指令）とを含む指令となる。

このようにして、指令生成部２２は、制御周期Ｔ１と制御周期Ｔ２との比に基づいて、移動指令Ｓから移動指令Ｓ´を生成する。指令生成部２２は、生成した移動指令Ｓ´をモータ制御部２４に出力する。

モータ制御部２４は、移動指令Ｓ´にしたがってモータ１６を制御する。このとき、モータ制御部２４は、センサ１８が検出した検出信号に基づいてモータ１６をフィードバック制御する。これにより、数値制御装置１２とモータ制御装置１４との間で、制御周期Ｔ１、Ｔ２が異なる場合であっても、制御に必要なデータ数に過不足が発生したり、制御が遅れたりすることを防止することができる。そのため、速度変動や位置ずれ等が生じることを防止することができ、モータ１６の制御の安定性が低下することを防止することができる。したがって、数値制御装置１２とモータ制御装置１４との間で、制御周期Ｔ１、Ｔ２が互いに異なる場合であっても、モータ制御装置１４が制御周期Ｔ１にしたがって移動指令Ｓでモータ１６を制御したときのモータ１６の状態と略同じとなるように、モータ１６を制御することができる。

次に、数値制御装置１２の構成について説明する。数値制御装置１２は、通信部３０、周期設定部３２、および、移動指令生成部３４を有する。通信部３０は、モータ制御装置１４の通信部２０との間で信号の授受を行うものである。モータ制御装置１４は、通信部２０を介して制御周期Ｔ２を数値制御装置１２に送信し、通信部（周期受信部）３０は、モータ制御装置１４から制御周期Ｔ２を受信する。通信部３０は、受信した制御周期Ｔ２を周期設定部３２に出力する。また、通信部（指令送信部）３０は、移動指令Ｓおよび設定された制御周期Ｔ１をモータ制御装置１４に送信する。

周期設定部３２は、制御周期Ｔ１を設定する。周期設定部３２は、モータ制御装置１４の制御周期Ｔ２よりも長い周期を制御周期Ｔ１として設定する。これにより、モータ制御装置１４の制御周期Ｔ２は、数値制御装置１２の制御周期Ｔ１より短い周期となるので、制御に必要なデータ数に過不足が発生したり、制御が遅れたりすることをさらに防止することができる。したがって、モータ１６の制御の安定性が低下することをさらに防止することができる。

また、周期設定部３２は、数値制御装置１２による処理の負荷率（数値制御装置１２のＣＰＵの負荷率）に応じて制御周期Ｔ１を設定する。例えば、制御周期Ｔ１が短い程、ＣＰＵの負荷率が高くなるので、現在の負荷率が高い場合は制御周期Ｔ１を長く設定し、現在の負荷率が低い場合には制御周期Ｔ１を短く設定する。これにより、モータ１６の制御の安定性が低下することをさらに防止することができる。ＣＰＵの負荷率とは、ＣＰＵの処理容量に対する現在の処理量を意味する。周期設定部３２は、設定した制御周期Ｔ１を通信部３０および移動指令生成部３４に出力する。この設定された制御周期Ｔ１は、通信部３０からモータ制御装置１４に送信される。

移動指令生成部３４は、モータ１６を駆動するためのプログラムを解析することで、移動指令Ｓを設定された制御周期Ｔ１で順次生成する。移動指令生成部３４は、生成した移動指令Ｓを通信部３０に出力する。順次生成された移動指令Ｓは、制御周期Ｔ１で通信部３０からモータ制御装置１４に送信される。

なお、図２では、説明をわかり易くするために、数値制御装置１２と１つのモータ制御装置１４とを用いて説明したが、図１に示すように複数のモータ制御装置１４が設けられる場合もある。この場合は、通信部３０は、複数のモータ制御装置１４の各々から制御周期Ｔ２を受信し、周期設定部３２は、複数のモータ制御装置１４の制御周期Ｔ２のうち、最も長い制御周期Ｔ２より長い周期を制御周期Ｔ１として設定すればよい。これにより、モータ制御装置１４が複数ある場合であっても、モータ１６の制御の安定性が低下することを防止することができる。

次に、数値制御装置１２の動作を図４に示すフローチャートにしたがって説明する。ステップＳ１で、通信部３０は、モータ制御装置１４の制御周期Ｔ２を受信する。このとき、数値制御装置１２に複数のモータ制御装置１４が接続されている場合は、通信部３０は、複数のモータ制御装置１４の各々から制御周期Ｔ２を受信する。

次いで、ステップＳ２で、周期設定部３２は、ステップＳ１で取得した制御周期Ｔ２と、数値制御装置１２による処理の負荷率とに応じて制御周期Ｔ１を設定する。具体的には、周期設定部３２は、制御周期Ｔ２（モータ制御装置１４が複数ある場合は、複数の制御周期Ｔ２のうち最も長い制御周期Ｔ２）よりも長い周期であって、且つ、負荷率に応じた周期を制御周期Ｔ１として設定する。なお、周期設定部３２は、制御周期Ｔ２および負荷率のいずれか一方を用いて制御周期Ｔ１を設定してもよい。

次いで、ステップＳ３で、通信部３０は、ステップＳ２で設定された制御周期Ｔ１をモータ制御装置１４に送信するとともに、制御周期Ｔ１で移動指令Ｓを送信する。なお、移動指令Ｓは、移動指令生成部３４によってステップＳ２で設定された制御周期Ｔ１で順次生成される。

次に、モータ制御装置１４の動作を図５に示すフローチャートにしたがって説明する。ステップＳ１１で、通信部２０は、数値制御装置１２から送信された制御周期Ｔ１と移動指令Ｓとを受信する。

次いで、ステップＳ１２で、指令生成部２２は、制御周期Ｔ１と制御周期Ｔ２とに基づいて、制御周期Ｔ１の移動指令Ｓから制御周期Ｔ２の移動指令Ｓ´を生成する。

次いで、ステップＳ１３で、モータ制御部２４は、移動指令Ｓ´にしたがって、モータ１６を制御する。

［実施の形態から得られる技術的思想］
上記実施の形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。

＜第１の技術的思想＞
モータ制御装置（１４）は、数値制御装置（１２）から移動指令（Ｓ）と移動指令（Ｓ）の第１制御周期（Ｔ１）とを受信する指令受信部（２０）と、第１制御周期（Ｔ１）と予め決められた第２制御周期（Ｔ２）とに基づいて、第１制御周期（Ｔ１）の移動指令（Ｓ）から第２制御周期（Ｔ２）の移動指令（Ｓ´）を生成する指令生成部（２２）と、指令生成部（２２）で生成された移動指令（Ｓ´）にしたがって、モータ（１６）を制御するモータ制御部（２４）と、を備える。

これにより、数値制御装置（１２）とモータ制御装置（１４）との間で、制御周期（Ｔ１、Ｔ２）が異なる場合であっても、制御に必要なデータ数に過不足が発生したり、制御が遅れたりすることを防止することができる。そのため、速度変動や位置ずれ等が生じることを防止することができ、モータ（１６）の制御の安定性が低下することを防止することができる。

第２制御周期（Ｔ２）は、第１制御周期（Ｔ１）より短い周期であってもよい。これにより、モータ（１６）の制御の安定性が低下することをさらに防止することができる。

＜第２の技術的思想＞
制御システム（１０）は、上記第１の技術的思想のモータ制御装置（１４）と数値制御装置（１２）とを備える。数値制御装置（１２）は、第１制御周期（Ｔ１）を設定する周期設定部（３２）を備える。

これにより、数値制御装置（１２）とモータ制御装置（１４）との間で、制御周期（Ｔ１、Ｔ２）が異なる場合であっても、制御に必要なデータ数に過不足が発生したり、制御が遅れたりすることを防止することができる。そのため、速度変動や位置ずれ等が生じることを防止することができ、モータ（１６）の制御の安定性が低下することを防止することができる。また、適切な周期を第１制御周期（Ｔ１）として設定することができる。

周期設定部（３２）は、数値制御装置（１２）による処理の負荷率に応じて第１制御周期（Ｔ１）を設定してもよい。これにより、モータ（１６）の制御の安定性が低下することを防止することができる。

数値制御装置（１２）は、モータ制御装置（１４）から第２制御周期（Ｔ２）を受信する周期受信部（３０）を備えてもよい。周期設定部（３２）は、第２制御周期（Ｔ２）よりも長い周期を第１制御周期（Ｔ１）として設定してもよい。これにより、モータ（１６）の制御の安定性が低下することをさらに防止することができる。

制御システム（１０）は、モータ制御装置（１４）を複数備えてもよい。周期受信部（３０）は、複数のモータ制御装置（１４）から第２制御周期（Ｔ２）を受信してもよい。周期設定部（３２）は、複数のモータ制御装置（１４）の第２制御周期（Ｔ２）のうち、最も長い第２制御周期（Ｔ２）より長い周期を第１制御周期（Ｔ１）として設定してもよい。これにより、モータ制御装置（１４）が複数ある場合であっても、モータ（１６）の制御の安定性が低下することを防止することができる。

＜第３の技術的思想＞
モータ（１６）を制御するモータ制御方法は、モータ制御装置（１４）が、数値制御装置（１２）から移動指令（Ｓ）と移動指令（Ｓ）の第１制御周期（Ｔ１）とを受信する指令受信ステップと、モータ制御装置（１４）が、第１制御周期（Ｔ１）と予め決められた第２制御周期（Ｔ２）とに基づいて、第１制御周期（Ｔ１）の移動指令（Ｓ）から第２制御周期（Ｔ２）の移動指令（Ｓ´）を生成する指令生成ステップと、モータ制御装置（１４）が、指令生成ステップで生成された移動指令（Ｓ´）にしたがって、モータ（１６）を制御するモータ制御ステップと、を含む。

数値制御装置（１２）が、第１制御周期（Ｔ１）を設定する周期設定ステップを含んでもよい。これにより、適切な周期を第１制御周期（Ｔ１）として設定することができる。

周期設定ステップは、数値制御装置（１２）による処理の負荷率に応じて第１制御周期（Ｔ１）を設定してもよい。これにより、モータ（１６）の制御の安定性が低下することを防止することができる。

数値制御装置（１２）が、モータ制御装置（１４）から第２制御周期（Ｔ２）を受信する周期受信ステップを含んでもよい。周期設定ステップは、第２制御周期（Ｔ２）よりも長い周期を第１制御周期（Ｔ１）として設定してもよい。これにより、モータ（１６）の制御の安定性が低下することをさらに防止することができる。

前記周期受信ステップは、複数のモータ制御装置（１４）から第２制御周期（Ｔ２）を受信してもよい。周期設定ステップは、複数のモータ制御装置（１４）の第２制御周期（Ｔ２）のうち、最も長い第２制御周期（Ｔ２）より長い周期を前記第１制御周期（Ｔ１）として設定してもよい。これにより、モータ制御装置（１４）が複数ある場合であっても、モータ（１６）の制御の安定性が低下することを防止することができる。

１０…制御システム１２…数値制御装置
１４…モータ制御装置１６…モータ
１８…センサ２０…通信部（指令受信部、周期送信部）
２２…指令生成部２４…モータ制御部
３０…通信部（周期受信部、指令送信部）３２…周期設定部
３４…移動指令生成部Ｓ、Ｓ´…移動指令
Ｔ１、Ｔ２…制御周期

Claims

モータ制御装置と数値制御装置とを備える制御システムであって、
前記モータ制御装置は、
数値制御装置から移動指令と前記移動指令の第１制御周期とを受信する指令受信部と、
前記第１制御周期と予め決められた第２制御周期とに基づいて、前記第１制御周期の前記移動指令から前記第２制御周期の前記移動指令を生成する指令生成部と、
前記指令生成部で生成された前記移動指令にしたがって、モータを制御するモータ制御部と、
を備え、
前記数値制御装置は、前記第１制御周期を設定する周期設定部と、
前記モータ制御装置から前記第２制御周期を受信する周期受信部と、
前記周期設定部は、前記第２制御周期よりも長い周期を前記第１制御周期として設定する、制御システム。
請求項１に記載の制御システムであって、
前記周期設定部は、前記数値制御装置による処理の負荷率に応じて前記第１制御周期を設定する、制御システム。
請求項１または２に記載の制御システムであって、
前記モータ制御装置を複数備え、
前記周期受信部は、複数の前記モータ制御装置から前記第２制御周期を受信し、
前記周期設定部は、複数の前記モータ制御装置の前記第２制御周期のうち、最も長い前記第２制御周期より長い周期を前記第１制御周期として設定する、制御システム。
モータを制御するモータ制御方法であって、
モータ制御装置が、数値制御装置から移動指令と前記移動指令の第１制御周期とを受信する指令受信ステップと、
前記モータ制御装置が、前記第１制御周期と予め決められた第２制御周期とに基づいて、前記第１制御周期の前記移動指令から前記第２制御周期の前記移動指令を生成する指令生成ステップと、
前記モータ制御装置が、前記指令生成ステップで生成された前記移動指令にしたがって、前記モータを制御するモータ制御ステップと、
前記数値制御装置が、前記第１制御周期を設定する周期設定ステップと、
前記数値制御装置が、前記モータ制御装置から前記第２制御周期を受信する周期受信ステップと、
を含み、
前記周期設定ステップは、前記第２制御周期よりも長い周期を前記第１制御周期として設定する、モータ制御方法。
請求項４に記載のモータ制御方法であって、
前記周期設定ステップは、前記数値制御装置による処理の負荷率に応じて前記第１制御周期を設定する、モータ制御方法。
請求項４または５に記載のモータ制御方法であって、
前記周期受信ステップは、複数の前記モータ制御装置から前記第２制御周期を受信し、
前記周期設定ステップは、複数の前記モータ制御装置の前記第２制御周期のうち、最も長い前記第２制御周期より長い周期を前記第１制御周期として設定する、モータ制御方法。