JP7116930B2 - モータ制御システム、エンコーダ、サーボモータ - Google Patents

Description

開示の実施形態は、モータ制御システム、エンコーダ及びサーボモータに関する。

特許文献１には、制御装置が記載されている。この制御装置は、サーボモータの制御量を検出するエンコーダと、検出された制御量を取り込むＤＳＰ（デジタル信号処理装置）とを有する。ＤＳＰは、外乱トルクを推定するオブザーバと、ＰＩコントローラとを有しており、外乱トルクを補償したＰＩ制御を行う。

特開平７－１９１７０７号公報（図３）

上記従来技術の制御装置では、良好な制御性能が得られない場合があり、より高い制御性能が求められていた。

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、制御性能を高めることができるモータ制御システム、エンコーダ及びサーボモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、モータと、前記モータを制御する制御装置と、前記モータの回転位置を検出し、通信経路を介して前記回転位置を前記制御装置に送信するエンコーダと、を有し、前記制御装置は、前記モータを制御するためのトルク指令を前記通信経路を介して前記エンコーダに送信する制御装置側送信部を有し、前記エンコーダは、前記モータの前記回転位置を検出する位置検出部と、前記制御装置側送信部から前記通信経路を介して前記トルク指令を受信するエンコーダ側受信部と、前記回転位置と前記トルク指令とに基づいて、第１の外乱トルクを推定する第１外乱推定部と、前記回転位置及び前記第１の外乱トルクを前記通信経路を介して前記制御装置に送信するエンコーダ側送信部と、を有する、モータ制御システムが適用される。

また、本発明の別の観点によれば、モータの回転位置を検出し、通信経路を介して前記回転位置を前記モータを制御する制御装置に送信するエンコーダであって、前記モータの前記回転位置を検出する位置検出部と、前記制御装置の制御装置側送信部から前記通信経路を介してトルク指令を受信するエンコーダ側受信部と、前記回転位置と前記トルク指令とに基づいて、外乱トルクを推定する外乱推定部と、前記回転位置及び前記外乱トルクを前記通信経路を介して前記制御装置に送信するエンコーダ側送信部と、を有する、エンコーダが適用される。

また、本発明の別の観点によれば、モータと、上記エンコーダと、を有する、サーボモータが適用される。

本発明のモータ制御システム等によれば、制御性能を高めることができる。

本実施形態に係るモータ制御システムの構成の一例を表す図である。 変形例に係るモータ制御システムの構成の一例を表す図である。 変形例に係るモータ制御システムでの外乱推定による遅れの一例を表す図である。 本実施形態に係るモータ制御システムでの外乱推定による遅れの一例を表す図である。 エンコーダのＡＳＩＣにより実行される制御処理の一例を表すフローチャートである。 本実施形態と比較例において、入力を外力、出力を外乱推定値としたシミュレーション結果の一例を表すボード線図である。 図６のＡ部を拡大して示す図である。 本実施形態と比較例において、入力を外力、出力を外乱推定値としたシミュレーション結果の一例を表すボード線図である。 図８のＢ部を拡大して示す図である。 本実施形態と比較例において、位置固定時にステップ外乱を入力した場合の位置応答のシミュレーション結果の一例を表す図である。 図１０のＣ部を拡大して示す図である。 図１０のＤ部を拡大して示す図である。 エンコーダで回転加速度を演算する変形例に係るモータ制御システムの構成の一例を表す図である。 エンコーダで回転速度を演算する変形例に係るモータ制御システムの構成の一例を表す図である。 制御装置のハードウェア構成の一例を表す図である。

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

＜１．モータ制御システム＞
まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係るモータ制御システムの構成の一例について説明する。

図１に示すように、モータ制御システム１は、サーボモータ３と、制御装置５とを有する。サーボモータ３は、モータ７と、エンコーダ９とを有する。

制御装置５は、サーボモータ３を制御する。制御装置５は、位置制御部１１と、速度演算部１３と、速度制御部１５と、電流制御部１７とを有する。位置制御部１１は、上位制御装置（図示省略）から入力される位置指令Ｐｒと、エンコーダ９の送信部２６から通信経路１８を介して受信した回転位置Ｐｆとに基づいて、速度指令Ｖｒを出力する。速度演算部１３は、エンコーダ９から受信した回転位置Ｐｆを例えば１階微分することにより回転速度Ｖｆを演算する。速度制御部１５は、速度指令Ｖｒと、速度演算部１３により演算された回転速度Ｖｆとに基づいて、トルク指令Ｔｒを出力する。電流制御部１７は、トルク指令Ｔｒをモータ７のパラメータを用いて電流指令に変換し、当該電流指令に基づいてモータ７に駆動電力を給電してモータ７を駆動する。

また制御装置５は、送信部１９を有する。送信部１９（制御装置側送信部の一例）は、速度制御部１５により生成されたトルク指令Ｔｒを通信経路２０を介してエンコーダ９に送信する。また送信部１９は、回転位置Ｐｆの送信を要求する位置データ要求信号を通信経路２０を介してエンコーダ９に送信する。なお、通信経路１８，２０は、通常は有線として構成されるが、無線としてもよい。また、制御装置５は単体として構成されてもよいし、例えば複数のユニットや装置等により構成されてもよい。

なお、上述した位置制御部１１、速度演算部１３、速度制御部１５、電流制御部１７、送信部１９等における処理等は、これらの処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、更に少ない数の処理部（例えば１つの処理部）で処理されてもよく、また、更に細分化された処理部により処理されてもよい。また、制御装置５は、モータ７に駆動電力を給電する部分（インバータ等）のみ実際の装置により実装され、その他の機能は後述するＣＰＵ９０１（図１５参照）が実行するプログラムにより実装される。なお、その一部又は全部がＡＳＩＣやＦＰＧＡ、その他の電気回路等の実際の装置により実装されてもよい。本実施形態では、上述した位置制御部１１、速度演算部１３、速度制御部１５、電流制御部１７、送信部１９等による処理は、上記ＣＰＵ９０１の性能等により定まる演算周期Ｔｓ間隔で実行される。

エンコーダ９は、制御装置５とは別体として構成されており、モータ７の回転位置Ｐｆを検出し、通信経路１８を介して回転位置Ｐｆを制御装置５に送信する。エンコーダ９は、位置検出部２１と、受信部２３と、外乱推定部２５と、送信部２６とを有する。位置検出部２１は、モータ７の回転位置Ｐｆを検出する。受信部２３（エンコーダ側受信部の一例）は、制御装置５の送信部１９から通信経路２０を介してトルク指令Ｔｒを受信する。

外乱推定部２５（第１外乱推定部の一例）は、回転位置Ｐｆとトルク指令Ｔｒとに基づいて、外乱トルクＴｄ（第１の外乱トルクの一例）を推定する。具体的には、外乱推定部２５は、トルク指令Ｔｒと、当該トルク指令Ｔｒにより駆動された結果であるモータ７の回転位置Ｐｆとに基づき、回転位置Ｐｆの２階微分に相当する演算を行って回転加速度を演算し、当該回転加速度にモータ７のパラメータ（例えば慣性モーメントや質量等）を乗算することにより力（トルク）の次元に変換する。これにより演算されたトルクは上記トルク指令Ｔｒによりモータ７が実際に駆動された実動作によるトルクであるので、これらを比較することにより外乱トルクＴｄが算出される。このようにして算出された外乱トルクＴｄには、例えば、突然の負荷変動、外部から加えられた力やトルク、制御モデルと実モデルの誤差により生じる指令値と実動作間の力（トルク）の差、等が含まれる。

送信部２６（エンコーダ側送信部の一例）は、位置検出部２１により検出された回転位置Ｐｆと、外乱推定部２５により推定された外乱トルクＴｄとを、通信経路１８を介して制御装置５に送信する。送信部２６は、制御装置５の送信部１９から通信経路２０を介して位置データ要求信号を受信した際に、回転位置Ｐｆと合わせて外乱トルクＴｄを送信する。

エンコーダ９の送信部２６から送信された回転位置Ｐｆ及び外乱トルクＴｄは、制御装置５の受信部２４により受信され、各処理部に出力される。速度制御部１５は、速度演算部１３により演算された回転速度Ｖｆ及び外乱トルクＴｄに基づいてトルク指令Ｔｒを生成し、電流制御部１７に出力する。これにより、制御装置５は外乱トルクを補償したモータ制御を行う。

なお、上述した位置検出部２１、受信部２３、外乱推定部２５、送信部２６等における処理等は、これらの処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、更に少ない数の処理部（例えば１つの処理部）で処理されてもよく、また、更に細分化された処理部により処理されてもよい。また、エンコーダ９の上記処理部による機能は、例えばＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）により実装される。なお、ＡＳＩＣに限らず、その他ＦＰＧＡ等の特定の用途向けに構築された専用集積回路により実装されてもよい。また、上記処理部による機能の一部又は全部がＣＰＵ（図示省略）が実行するプログラムにより実装されてもよい。本実施形態では、上述した位置検出部２１、受信部２３、外乱推定部２５、送信部２６等による処理は、上記ＡＳＩＣの性能等により定まる演算周期Ｔｖ間隔で実行される。この演算周期Ｔｖは、制御装置５の演算周期Ｔｓよりも速い（短い）。なお、送信部２６によるデータ送信処理は、制御装置５から位置データ要求信号を受信した際に実行されるので、送信部２６によるデータ送信処理は実際には制御装置５の演算周期Ｔｓ間隔で実行される。

＜２．外乱推定による遅れ＞
次に、図２～図４を参照しつつ、本実施形態に係るモータ制御システム１での外乱推定による遅れの一例について、比較例に係るモータ制御システム１’と比較しつつ説明する。

図２に、比較例に係るモータ制御システム１’の構成の一例を示す。図２に示すように、モータ制御システム１’が本実施形態に係るモータ制御システム１と異なる点は、外乱トルクの推定を制御装置側で行う点である。モータ制御システム１’では、制御装置５’が外乱推定部２７を有する。外乱推定部２７は、速度制御部１５より出力されるトルク指令Ｔｒと、エンコーダ９’の送信部２６から通信経路１８を介して受信した回転位置Ｐｆとに基づいて、外乱トルクＴｄを推定する。外乱推定部２７による演算手法は、前述した外乱推定部２５と同様である。速度制御部１５は、回転速度Ｖｆ及び外乱トルクＴｄに基づいてトルク指令Ｔｒを生成し、電流制御部１７に出力する。なお、外乱推定部２７による処理は、上記ＣＰＵ９０１の性能等により定まる演算周期Ｔｓ間隔で実行される。

図３に、比較例のモータ制御システム１’での外乱推定による遅れの一例を示す。図３において、上のグラフは横軸を時間、縦軸を回転位置としており、曲線２９がエンコーダ９’により検出される回転位置Ｐｆの時間変化の一例を示している。曲線２９の上部の矢印３１は、制御装置５’の受信部２４が回転位置Ｐｆを受信するタイミングを表しており、制御装置５’の演算周期Ｔｓ間隔で実行される。一方、曲線２９の下部の矢印３３は、エンコーダ９’の位置検出部２１が回転位置Ｐｆを検出するタイミングを表しており、エンコーダ９’の演算周期Ｔｖ間隔で実行される。図３に示すように、演算周期Ｔｖは演算周期Ｔｓよりも大幅に速い。

また、図３の下のグラフは横軸を時間、縦軸を外乱トルクとしており、直線３５が外乱推定部２７により推定される外乱トルクの時間変化の一例を示している。なお、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４はそれぞれ矢印３１のタイミングに対応しており、各時間の間隔はそれぞれ演算周期Ｔｓである。例えば外乱推定部２７が時間ｔ４における外乱トルクを推定する場合、回転位置Ｐｆに基づく２階微分に相当する演算が必要となるため、回転位置Ｐｆのサンプリングデータのうち２個前までのデータが必要となる。本比較例では、外乱推定部２７が回転位置Ｐｆを取得する時間間隔が演算周期Ｔｓであるため、時間ｔ３と時間ｔ２の回転位置Ｐｆが必要となる。これらの位置データと時間ｔ３におけるトルク指令Ｔｒとに基づく演算により、時間ｔ３における回転加速度に基づく外乱トルクが得られる。このため、推定しようとする時間ｔ４における外乱トルクとの間に比較的大きな時間Ｔｓの遅れが生じることになる。このように、比較例のモータ制御システム１’では、外乱推定に用いる回転位置Ｐｆのデータのリアルタイム性が低下し、モータ７に対する良好な制御性能が得られない可能性がある。また、制御上の無駄時間が生じてしまい、この無駄時間により制御装置５’の外乱補償の周波数応答が上げられない可能性がある。

図４に、本実施形態のモータ制御システム１での外乱推定による遅れの一例を示す。図４において、図３と同様に、上のグラフは横軸を時間、縦軸を回転位置としており、曲線２９がエンコーダ９により検出される回転位置Ｐｆの時間変化の一例を示している。曲線２９の上部の矢印３１は、制御装置５の受信部２４が回転位置Ｐｆ及び外乱トルクＴｄを受信するタイミング、且つ、エンコーダ９の受信部２３がトルク指令Ｔｒを受信するタイミング（トルク指令Ｔｒの更新タイミング）を表しており、制御装置５の演算周期Ｔｓ間隔で実行される。一方、曲線２９の下部の矢印３３は、エンコーダ９の位置検出部２１が回転位置Ｐｆを検出するタイミングを表しており、エンコーダ９の演算周期Ｔｖ間隔で実行される。本実施形態では、エンコーダ９の外乱推定部２５が位置検出部２１による位置検出と同じ演算周期Ｔｖで外乱トルクの推定を行う。曲線２９の上部の矢印３７は、この外乱推定が行われるタイミングを表している。

また、図４の下のグラフは、図３と同様に、横軸を時間、縦軸を外乱トルクとしており、直線３５が外乱推定部２５により推定される外乱トルクの時間変化の一例を示している。例えば外乱推定部２５が時間ｔ４における外乱トルクを推定する場合、回転位置Ｐｆに基づく２階微分に相当する演算が必要となるため、回転位置Ｐｆのサンプリングデータのうち２個前までのデータが必要となる。本実施形態では、外乱推定部２５が回転位置Ｐｆを取得する時間間隔が演算周期Ｔｖであるため、時間ｔ３２と時間ｔ３１の回転位置Ｐｆが必要となる。これらの位置データと時間ｔ３におけるトルク指令Ｔｒとに基づく演算により、時間ｔ３２における回転加速度に基づく外乱トルクが得られる。このため、推定しようとする時間ｔ４における外乱トルクとの間には比較的小さな時間Ｔｖの遅れしか生じないことになる。このように、本実施形態のモータ制御システム１では、外乱推定に用いる回転位置Ｐｆのデータのリアルタイム性を向上できるので、リアルタイム性の高い外乱推定が可能となる。その結果、制御上の無駄時間を減少でき、外乱推定の帯域を拡大できると共に、外乱に対するロバスト性を向上することができる。したがって、モータ７に対する制御性能を高めることができる。

＜３．エンコーダの制御処理＞
次に、図５を参照しつつ、エンコーダ９のＡＳＩＣにより実行される制御処理の一例について説明する。

図５に示すように、ステップＳ１０では、エンコーダ９は位置検出部２１により、モータ７の回転位置Ｐｆを検出する。

ステップＳ２０では、エンコーダ９は外乱推定部２５により、上記ステップＳ１０で検出した回転位置Ｐｆと、受信部２３により制御装置５から前回受信したトルク指令値（後述のステップＳ５０で更新されたトルク指令値）とに基づいて、外乱トルクＴｄを推定する。

ステップＳ３０では、エンコーダ９は受信部２３により、制御装置５から通信経路２０を介して位置データ要求信号とトルク指令値を受信したか否かを判定する。受信していない場合には（ステップＳ３０：ＮＯ）、上記ステップＳ１０に戻る。一方、受信した場合には（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、ステップＳ４０に移る。

ステップＳ４０では、エンコーダ９は送信部２６により、上記ステップＳ１０で検出された直前の回転位置Ｐｆと、上記ステップＳ２０で推定された直前の外乱トルクＴｄとを、通信経路１８を介して制御装置５に送信する。

ステップＳ５０では、エンコーダ９は、適宜の記録部に記録したトルク指令値を上記ステップＳ３０で受信した最新のトルク指令値に更新する。その後、ステップＳ１０に戻り同様の手順を繰り返す。

＜４．シミュレーション結果＞
次に、図６～図１２を参照しつつ、シミュレーション結果の一例について説明する。図６～図１２では、本実施形態による効果を確認するために、本実施形態に係るモータ制御システム１でのシミュレーション結果と、前述の比較例に係るモータ制御システム１’でのシミュレーション結果とを比較しつつ説明する。

図６～図９に、入力を外力、出力を外乱推定値とした場合のシミュレーションによるボード線図の一例を示す。このシミュレーションでは、外力として、例えば２秒間で１Ｈｚから２００Ｈｚまで変化させるスイープ信号を入力している。また、外乱推定における遮断周波数を例えば８０Ｈｚとしている。なお、図中の破線が比較例の周波数特性、実線が実施形態の周波数特性を示す。

図７は、図６のＡ部を拡大した図である。図６及び図７に示すように、実施形態の方が比較例に比べて遮断周波数付近でのゲインが高くなっている。また、図９は、図８のＢ部を拡大した図である。図８及び図９に示すように、実施形態の方が比較例に比べて位相の遅れが小さくなっている。以上から、実施形態の方が比較例に比べて外乱推定の帯域を拡大できることが分かる。

図１０～図１２に、位置固定時にステップ外乱（例えば定格トルクの１％）を入力した場合の位置応答のシミュレーション結果の一例を示す。図１１は図１０のＣ部を拡大した図であり、図１２は図１０のＤ部を拡大した図である。なお、図中の破線が比較例の位置応答値、実線が実施形態の位置応答値を示す。また、図中のＰｒが位置指令値（角度０）を示す。図１１に示すように、実施形態の方が比較例に比べて外乱による位置変動のピークが小さくなっている。また図１２に示すように、実施形態の方が比較例に比べて収束も速くなっている。以上から、実施形態の方が比較例に比べて外乱に対するロバスト性を向上できることが分かる。

＜５．本実施形態による効果の例＞
以上説明したように、本実施形態のモータ制御システム１は、モータ７と、モータ７を制御する制御装置５と、モータ７の回転位置Ｐｆを検出し、通信経路１８を介して回転位置Ｐｆを制御装置５に送信するエンコーダ９と、を有し、制御装置５は、モータ７を制御するためのトルク指令Ｔｒを通信経路２０を介してエンコーダ９に送信する送信部１９を有し、エンコーダ９は、モータ７の回転位置Ｐｆを検出する位置検出部２１と、送信部１９から通信経路２０を介してトルク指令Ｔｒを受信する受信部２３と、回転位置Ｐｆとトルク指令Ｔｒとに基づいて、外乱トルクＴｄを推定する外乱推定部２５と、回転位置Ｐｆ及び外乱トルクＴｄを通信経路１８を介して制御装置５に送信する送信部２６と、を有する。

モータ制御システム１では、制御装置５が、エンコーダ９の外乱推定部２５で推定された外乱トルクＴｄを用いて、外乱トルクＴｄを補償したモータ制御を行う。このとき、外乱トルクＴｄの推定をエンコーダ９で行うので、次のような効果を得ることができる。

モータ７の回転位置Ｐｆに基づいて外乱トルクＴｄを推定する場合、２階微分に相当する演算が必要となるため、回転位置Ｐｆのサンプリングデータのうち２個前までのデータが必要となる。前述の比較例のように、外乱トルクＴｄの推定を制御装置５’側で行う場合、制御装置５’の外乱推定部２７は制御装置５’の演算周期Ｔｓで回転位置Ｐｆのサンプリングを行うこととなるが、制御装置のＣＰＵによる演算周期ＴｓはエンコーダＡＳＩＣの演算周期Ｔｖよりも遅い。このため、サンプリングデータのリアルタイム性が低下し、モータ７に対する良好な制御性能が得られない可能性がある。

本実施形態では、エンコーダ９が制御装置５の演算周期Ｔｓよりも速い演算周期Ｔｖで回転位置Ｐｆの検出及び外乱トルクＴｄの推定演算を行う。そして、エンコーダ９は回転位置Ｐｆと外乱トルクＴｄとを制御装置５に送信し、制御装置５は当該回転位置Ｐｆと外乱トルクＴｄを用いてモータ７の制御を行う。これにより、外乱推定で用いる２個前までのサンプリングデータのリアルタイム性を向上できるので、リアルタイム性の高い外乱推定が可能となる。したがって、外乱推定の帯域を拡大できると共に、外乱に対するロバスト性を向上することが可能となる。さらに、外乱推定部２５は２階微分に相当する演算を行うために積分器（図示省略）を有しているため、演算周期を速くすることにより出力される外乱トルク値をより滑らかにすることができる。以上により、モータ７に対する制御性能を高めることができる。

＜６．変形例＞
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。

（６－１．エンコーダで回転加速度を演算する場合）
図１３に、本変形例に係るモータ制御システム１Ａの構成の一例を示す。なお、図１３において前述の図１と同様の構成には同符号を付し、適宜説明を省略する。

図１３に示すように、モータ制御システム１Ａは、制御装置５Ａと、モータ７と、エンコーダ９Ａとを有する。エンコーダ９Ａは、前述のエンコーダ９の構成に加えて、加速度演算部３９を有する。加速度演算部３９は、位置検出部２１により検出した回転位置Ｐｆの２階微分に相当する演算を行ってモータ７の回転加速度Ａｆを演算する。送信部２６は、回転位置Ｐｆ及び外乱推定部２５により推定した外乱トルクＴｄ１（第１の外乱トルクの一例）と共に、回転加速度Ａｆを通信経路１８を介して制御装置５Ａに送信する。

これにより、制御装置５Ａは、エンコーダ９Ａから送信される回転加速度Ａｆを利用した各種の処理を実行することが可能となる。したがって、付加価値の高いエンコーダの検出情報に基づいてより高性能な制御を実現できる。例えば本変形例では、制御装置５Ａが外乱推定部４１を有する。外乱推定部４１は、トルク指令Ｔｒと、エンコーダ９Ａの送信部２６から通信経路１８を介して受信した回転加速度Ａｆとに基づいて、外乱トルクＴｄ２（第２の外乱トルクの一例）を推定する。速度制御部１５は、速度演算部１３により演算された回転速度Ｖｆ、エンコーダ９Ａから受信した外乱トルクＴｄ１、及び、外乱推定部４１により演算された外乱トルクＴｄ２に基づいてトルク指令Ｔｒを生成し、電流制御部１７に出力する。

以上によれば、制御装置５Ａで回転位置Ｐｆの２階微分に相当する演算を行うのではなく、エンコーダ９Ａ側で演算した回転加速度Ａｆを用いて外乱推定を行うので、リアルタイム性の高い外乱推定が可能となる。また、エンコーダ９Ａと制御装置５Ａの両方に外乱推定部２５，４１を設けるので、外乱推定部の二重化によりバックアップ等が可能となり、信頼性を向上できる。さらに、例えば演算周期の速いエンコーダ９Ａ側で高周波帯域の外乱推定を行い、演算周期の遅い制御装置５Ａ側で低周波数帯域の外乱推定を行うことによって、ダイナミックレンジが異なる２つの外乱推定部２５，４１を活用してより帯域を拡大した分解能の高い外乱推定を実現できる。

また制御装置５Ａは、エンコーダ９Ａから送信される回転加速度Ａｆを利用した処理の一例として、振動抑制部４３を有してもよい。振動抑制部４３は、エンコーダ９Ａの送信部２６から通信経路１８を介して受信した回転加速度Ａｆに基づいて、モータ７の振動を抑制するための演算を行う。速度制御部１５は、振動抑制部４３の演算結果に基づいてトルク指令Ｔｒを生成し、電流制御部１７に出力する。これにより、振動を補償したモータ制御を行うことができる。

（６－２．エンコーダで回転速度を演算する場合）
図１４に、本変形例に係るモータ制御システム１Ｂの構成の一例を示す。なお、図１４において前述の図１等と同様の構成には同符号を付し、適宜説明を省略する。

図１４に示すように、モータ制御システム１Ｂは、制御装置５Ｂと、モータ７と、エンコーダ９Ｂとを有する。エンコーダ９Ｂは、前述のエンコーダ９の構成に加えて、速度演算部４５を有する。速度演算部４５は、位置検出部２１により検出した回転位置Ｐｆの１階微分に相当する演算を行ってモータ７の回転速度Ｖｆを演算する。送信部２６は、回転位置Ｐｆ及び外乱推定部２５により推定した外乱トルクＴｄと共に、回転速度Ｖｆを通信経路１８を介して制御装置５Ｂに送信する。

制御装置５Ｂの速度制御部１５は、速度指令Ｖｒと、エンコーダ９Ｂの送信部２６から通信経路１８を介して受信した回転速度Ｖｆとに基づいて速度制御を行う。また速度制御部１５は、エンコーダ９Ｂから受信した外乱トルクＴｄに基づいて外乱トルクを補償したモータ制御を行う。これにより、制御装置５Ｂで回転速度Ｖｆの演算（回転位置Ｐｆの１階微分）を行うのではなく、エンコーダ９Ｂ側で演算した回転速度Ｖｆを用いて速度制御を行うので、リアルタイム性の高い速度制御が可能となる。また、制御装置５Ｂは、エンコーダ９Ｂから送信される回転速度Ｖｆを利用した各種の処理を実行することが可能となる。例えば、図示は省略するが、前述の図１３と同様に、制御装置５Ｂ側にエンコーダ９Ｂから送信される回転速度Ｖｆを利用して外乱トルクを推定する外乱推定部を実装し、外乱推定部の二重化を行うこと等も可能となる。したがって、付加価値の高いエンコーダの検出情報に基づいてより高性能な制御を実現できる。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

＜７．制御装置のハードウェア構成例＞
次に、図１５を参照しつつ、上記で説明したＣＰＵ９０１が実行するプログラムにより実装された位置制御部１１、速度演算部１３、速度制御部１５、電流制御部１７、送信部１９等による処理を実現する制御装置５のハードウェア構成例について説明する。なお、図１５中では、制御装置５のモータ７に駆動電力を給電する機能に係る構成を適宜省略して図示している。

図１５に示すように、制御装置５は、例えば、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５と、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の特定の用途向けに構築された専用集積回路９０７と、入力装置９１３と、出力装置９１５と、記録装置９１７と、ドライブ９１９と、接続ポート９２１と、通信装置９２３とを有する。これらの構成は、バス９０９や入出力インターフェース９１１を介し相互に信号を伝達可能に接続されている。

プログラムは、例えば、ＲＯＭ９０３やＲＡＭ９０５、記録装置９１７等に記録しておくことができる。

また、プログラムは、例えば、フレキシブルディスクなどの磁気ディスク、各種のＣＤ・ＭＯディスク・ＤＶＤ等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブルな記録媒体９２５に、一時的又は非一時的（永続的）に記録しておくこともできる。このような記録媒体９２５は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することもできる。この場合、これらの記録媒体９２５に記録されたプログラムは、ドライブ９１９により読み出されて、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。

また、プログラムは、例えば、ダウンロードサイト・他のコンピュータ・他の記録装置等（図示せず）に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、ＬＡＮやインターネット等のネットワークＮＷを介し転送され、通信装置９２３がこのプログラムを受信する。そして、通信装置９２３が受信したプログラムは、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。

また、プログラムは、例えば、適宜の外部接続機器９２７に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、適宜の接続ポート９２１を介し転送され、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。

そして、ＣＰＵ９０１が、上記記録装置９１７に記録されたプログラムに従い各種の処理を実行することにより、上記の位置制御部１１、速度演算部１３、速度制御部１５、電流制御部１７、送信部１９等による処理が実現される。この際、ＣＰＵ９０１は、例えば、上記記録装置９１７からプログラムを直接読み出して実行してもよいし、ＲＡＭ９０５に一旦ロードした上で実行してもよい。更にＣＰＵ９０１は、例えば、プログラムを通信装置９２３やドライブ９１９、接続ポート９２１を介し受信する場合、受信したプログラムを記録装置９１７に記録せずに直接実行してもよい。

また、ＣＰＵ９０１は、必要に応じて、例えばマウス・キーボード・マイク（図示せず）等の入力装置９１３から入力する信号や情報に基づいて各種の処理を行ってもよい。

そして、ＣＰＵ９０１は、上記の処理を実行した結果を、例えば表示装置や音声出力装置等の出力装置９１５から出力してもよく、さらにＣＰＵ９０１は、必要に応じてこの処理結果を通信装置９２３や接続ポート９２１を介し送信してもよく、上記記録装置９１７や記録媒体９２５に記録させてもよい。

１ モータ制御システム
５ 制御装置
７ モータ
９ エンコーダ
１８ 通信経路
１９ 送信部（制御装置側送信部）
２０ 通信経路
２１ 位置検出部
２３ 受信部（エンコーダ側受信部）
２５ 外乱推定部（第１外乱推定部）
２６ 送信部（エンコーダ側送信部）
３９ 加速度演算部
４１ 外乱推定部（第２外乱推定部）
４３ 振動抑制部
Ａｆ 回転加速度
Ｐｆ 回転位置
Ｔｄ 外乱トルク（第１の外乱トルク）
Ｔｄ１ 外乱トルク（第１の外乱トルク）
Ｔｄ２ 外乱トルク（第２の外乱トルク）
Ｔｒ トルク指令

Claims (10)

1. モータと、
   前記モータを制御する制御装置と、
   前記モータの回転位置を検出し、通信経路を介して前記回転位置を前記制御装置に送信するエンコーダと、を有し、
   前記制御装置は、
   前記モータを制御するためのトルク指令を前記通信経路を介して前記エンコーダに送信する制御装置側送信部を有し、
   前記エンコーダは、
   前記モータの前記回転位置を検出する位置検出部と、
   前記制御装置側送信部から前記通信経路を介して前記トルク指令を受信するエンコーダ側受信部と、
   前記回転位置と前記トルク指令とに基づいて、第１の外乱トルクを推定する第１外乱推定部と、
   前記回転位置及び前記第１の外乱トルクを前記通信経路を介して前記制御装置に送信するエンコーダ側送信部と、を有する、
   モータ制御システム。
2. 前記エンコーダは、
   前記回転位置に基づいて前記モータの回転加速度を演算する加速度演算部を有し、
   前記エンコーダ側送信部は、
   前記回転加速度を前記通信経路を介して前記制御装置に送信する、
   請求項１に記載のモータ制御システム。
3. 前記制御装置は、
   前記トルク指令と前記エンコーダ側送信部から前記通信経路を介して受信した前記回転加速度とに基づいて、第２の外乱トルクを推定する第２外乱推定部を有する、
   請求項２に記載のモータ制御システム。
4. 前記制御装置は、
   前記エンコーダ側送信部から前記通信経路を介して受信した前記回転加速度に基づいて、前記モータの振動を抑制するための演算を行う振動抑制部を有する、
   請求項２又は３に記載のモータ制御システム。
5. 前記エンコーダは、
   前記回転位置に基づいて前記モータの回転速度を演算する速度演算部を有し、
   前記エンコーダ側送信部は、
   前記回転速度を前記通信経路を介して前記制御装置に送信する、
   請求項１～４のいずれか１項に記載のモータ制御システム。
6. 前記制御装置は、
   上位制御装置から入力される位置指令と前記エンコーダ側送信部から前記通信経路を介して受信した前記回転位置とに基づいて、速度指令を出力する位置制御部と、
   前記速度指令と前記エンコーダ側送信部から前記通信経路を介して受信した前記回転速度とに基づいて、前記トルク指令を出力する速度制御部と、を有する、
   請求項５に記載のモータ制御システム。
7. モータの回転位置を検出し、通信経路を介して前記回転位置を前記モータを制御する制御装置に送信するエンコーダであって、
   前記モータの前記回転位置を検出する位置検出部と、
   前記制御装置の制御装置側送信部から前記通信経路を介してトルク指令を受信するエンコーダ側受信部と、
   前記回転位置と前記トルク指令とに基づいて、外乱トルクを推定する外乱推定部と、
   前記回転位置及び前記外乱トルクを前記通信経路を介して前記制御装置に送信するエンコーダ側送信部と、を有する、
   エンコーダ。
8. 前記回転位置に基づいて前記モータの回転加速度を演算する加速度演算部をさらに有し、
   前記エンコーダ側送信部は、
   前記回転加速度を前記通信経路を介して前記制御装置に送信する、
   請求項７に記載のエンコーダ。
9. 前記回転位置に基づいて前記モータの回転速度を演算する速度演算部をさらに有し、
   前記エンコーダ側送信部は、
   前記回転速度を前記通信経路を介して前記制御装置に送信する、
   請求項７又は８に記載のエンコーダ。
10. モータと、
    請求項７～９のいずれか１項に記載のエンコーダと、
    を有する、サーボモータ。

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