JP7444566B2 - サーボ制御装置、サーボ制御システム及びサーボ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、サーボ制御処理に係る複数の処理を、演算処理装置を用いて行うサーボ制御装置、サーボ制御システム及びサーボ制御方法に関する。

本発明に関連する技術として、複数の処理を、演算処理装置を用いて行う数値制御装置が特許文献１及び特許文献に記載されている。
特許文献１には、タスクが実行するプログラムをメモリ上に展開するメモリ管理部と、タスクの実行時間を算出する実行時間算出部と、メモリ管理部および実行時間算出部の実行結果に基づいて、タスクの実行条件を設定する実行条件設定部と、演算ユニットの状態を監視し、タスクを割り当てる演算ユニットを決定するタスク監視部と、実行条件に基づき、割り当てられた演算ユニットにおいてタスクの登録および起動を行うタスク制御部と、を有する数値制御装置が記載されている。そして、特許文献１には、これらの構成部を記憶装置に格納されたプログラムを演算処理装置となるＣＰＵが実行することにより実現することが記載されている。

また特許文献２には、加工プログラムを実行して工作機械を制御するマルチコアプロセッサを有する数値制御装置において、加工プログラムから取得した加工指令に基づいて所定周期において実行する移動指令を作成するために必要とされる移動指令作成処理時間を推定する移動指令作成処理時間推定手段と、前記移動指令作成処理時間推定手段が推定した前記移動指令作成処理時間に基づいて、前記移動指令を作成する移動指令作成処理を前記マルチコアプロセッサの各コアに分割する移動指令作成処理分割手段とを備える数値制御装置が記載されている。これらの手段を備えることにより、移動指令作成処理の処理性能を向上させることが可能になり、工作機械の多軸・多系統化や、高機能化の要求に応じることが可能となる。

特開２０１９－０７９３３６号公報 特開２００６－０１２２２１号公報

サーボ制御装置において、高速、高精度のサーボ制御を実現するために、ＤＳＰ等の演算処理装置が用いられる。サーボ制御装置は、リアルタイム性が求められているため、一般的に各処理タスクに優先度を付け、優先度が高い処理タスクを割り込んで実行できるようなスケジューリングが行われることが望ましい。
また、サーボ制御装置で実行される機能の組み合わせをその演算処理装置に割り当てる場合に、その割り当てを見積もる際、演算処理装置の処理余裕を把握できれば、見積もりしやすくなる。
他方、システムの保守又は継続開発において、処理や機能の追加による各処理の所要時間が増える一方、各処理の所要時間と相対関係を把握することが困難となり、スケジュール管理が煩雑となり生産性が低下する課題がある。
このため、サーボ制御装置において、演算処理部の負荷の状態を把握することが望まれている。それによって、演算処理部の過剰機能を停止したり、負荷が少ない他の演算処理部に一部演算処理を移すことでサーボ制御装置の安定性と効率を向上させることが望まれている。

（１） 本開示の第１の態様は、サーボ制御処理に係る複数の処理を行う演算処理部と、
前記演算処理部の各処理の処理開始時刻情報及び処理終了時刻情報の少なくとも１つを求める観測部と、
前記観測部により求められた時刻情報を用いて、前記演算処理部の使用量に関する情報を計算し、出力する出力部を備えた、
サーボ制御装置である。

（２） 本開示の第２の態様は、サーボ制御処理に係る複数の処理を行う演算処理部と、前記演算処理部の各処理の処理開始時刻及び処理終了時刻の少なくとも１つを求める観測部とを備えたサーボ制御装置と、
前記観測部により求められた時刻情報を用いて、前記演算処理部の使用量に関する情報を計算し、出力する出力部と、を備えたサーボ制御システムである。

（３） 本開示の第３の態様は、サーボ制御処理に係る複数の処理を行う演算処理部を有するサーボ制御装置のサーボ制御方法であって、
前記複数の処理の各処理の処理開始時刻情報及び処理終了時刻情報の少なくとも１つを求め、
求められた時刻情報を用いて前記演算処理部の使用量に関する情報を計算し、出力する、サーボ制御方法である。

本開示の各態様によれば、ユーザは演算処理部の負荷の状態を把握することができる。それによって、ユーザは演算処理部の過剰機能を停止したり、負荷が少ない他の演算処理部に一部演算処理を移すことでサーボ制御装置の安定性と効率を向上させることができる。

本開示の一実施形態のサーボ制御装置及び数値制御装置を示すブロック図である。 第１の演算処理部が１つのモータを制御する機能を示すブロック図である。 第１の演算処理部のサーボ制御処理の一例を示す図である。 観測部の一構成例を示すブロック図である。 演算処理部の処理内容に対応する記憶部のテーブルの内容を示す図である。 出力部の一構成例を示すブロック図である。 画面情報に基づいて表示部に表示する画面の一例を示す図である。 演算処理部ごとに使用率を表示する画面の一例を示す図である。 出力部がサーボ制御装置の外部に設けられたサーボ制御システムを示すブロック図である。

以下、本開示の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１は本開示の一実施形態のサーボ制御装置及び数値制御装置を示すブロック図である。
図１に示すように、サーボ制御装置１０は、２つの演算処理部（すなわち、第１の演算処理部１００、第２の演算処理部２００）、観測部３００、及び出力部４００を備えている。第１及び第２の演算処理部１００、２００は数値制御装置２０に接続される。
第１及び第２の演算処理部１００、２００はそれぞれＤＳＰ(Digital Signal Processor)から構成される。第１及び第２の演算処理部１００、２００はＤＳＰに限定されず、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）若しくは他の計算ユニット、又はＭＰＵとＤＳＰの組み合わせから構成されてもよい。なお、演算処理部の数は特に限定されず、１つ又は３つ以上であってもよい。

第１の演算処理部１００と第２の演算処理部２００は複数のモータをサーボ制御し、第１の演算処理部１００が制御するモータの数と第２の演算処理部２００が制御するモータの数は適宜設定される。例えば、第１の演算処理部１００と第２の演算処理部２００が８個のモータをサーボ制御する場合、第１の演算処理部１００及び第２の演算処理部２００がそれぞれ４個のモータを制御することができる。また第１の演算処理部１００が３個のモータをサーボ制御し、第２の演算処理部２００が５個のモータをサーボ制御することができる。
複数のモータは、工作機械、ロボット、産業機械等の一部として設けられる。サーボ制御装置１０は、工作機械、ロボット、産業機械等の機械の一部として設けられてもよい。例えば、サーボ制御装置１０が５軸加工機を駆動する場合、第１の演算処理部１００がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３軸を駆動する３つのモータをサーボ制御し、第２の演算処理部２００が回転軸及び傾斜軸を駆動する２つのモータをサーボ制御することができる。
モータは、回転運動をするモータであっても、直線運動をするリニアモータであってもよい。以下の説明では、サーボ制御装置１０は工作機械のモータを制御するものとして説明する。

観測部３００は、第１の演算処理部１００及び第２の演算処理部２００が実行するサーボ制御の複数の処理の各処理の開始と終了時の時刻を求める。

出力部４００は、観測部３００から出力される複数の処理の各処理の開始と終了に関する時刻情報に基づいて、第１の演算処理部１００、第２の演算処理部２００の使用量に関する情報（以下、使用量情報という）を計算し、出力する。使用量情報は、例えば、処理が実行される処理時間Ｔ、与えられた処理時間Ｔ０に対する余裕時間ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ０－Ｔ、与えられた処理時間に対する処理が実行される処理時間との差）、処理時間の使用率Ｔ／Ｔ０（与えられた処理時間に対する処理が実行される処理時間の比率）、又は余裕時間の比率ΔＴ／Ｔ０である。
出力部４００は使用量情報を出力するために、例えば、液晶表示装置等の表示部、又はインターネット、専用通信線と接続され外部に使用量情報を出力する通信部を有する。

出力部４００は、処理が実行される処理時間Ｔが与えられた処理時間Ｔ０に近づいた場合にアラーム（警報）を出してもよい。

数値制御装置２０は加工プログラムを解析し、解析結果に基づいて各軸の移動を指令する移動指令データを作成し、移動指令データにより指令される移動指令に基づいて、指令経路上の点を補間周期で補間計算した補間データを生成する。そして、数値制御装置２０は補間データに基づいて、加減速処理を行い補間周期ごとの各軸の加工速度を計算してサーボ制御装置１０の第１の演算処理部１００、第２の演算処理部２００に出力する。

以下、サーボ制御装置１０の各部について更に説明する。第２の演算処理部２００は第１の演算処理部１００と同じなので説明を省略する。

＜第１の演算処理部１００＞

図２は第１の演算処理部１００が１つのモータを制御する機能を示すブロック図である。
第１の演算処理部１００は複数のモータの制御に対応するが、図２では１つのモータを制御する構成部が示されている。サーボ制御を行う処理は各モータごとに独立して行われ、各モータごとに図２に示す構成部が動作する。
第１の演算処理部１００は、位置指令作成部１０１、減算器１０２、位置制御部１０３、加算器１０４、減算器１０５、速度制御部１０６、加算器１０７、積分器１０８、位置フィードフォワード部１０９及び速度フィードフォワード部１１０を備えている。位置制御部１０３は速度指令作成部、速度制御部１０６は電流指令作成部となる。
第１の演算処理部１００はサーボモータ５００を制御する。ロータリーエンコーダ５０１はサーボモータ５００に対応して設けられる。

位置指令作成部１０１は、数値制御装置２０から出力される各軸の加工速度を用いて、サーボモータ５００の速度を変化させるためにパルス周波数を変えるように位置指令を作成する。位置指令は、減算器１０２、位置フィードフォワード部１０９及び速度フィードフォワード部１１０に出力される。なお、位置指令作成部１０１は数値制御装置２０に設けられてもよい。この場合、位置指令作成部１０１はサーボ制御装置の一部として機能する。

減算器１０２は、位置指令と位置フィードバック（位置ＦＢ）された検出位置（位置フィードバック情報となる）との差を求め、その差を位置偏差として位置制御部１０３に出力する。

位置制御部１０３は、位置偏差にポジションゲインＫｐを乗じた値を、速度指令として加算器１０４に出力する。

加算器１０４は、速度指令と位置フィードフォワード部１０９の出力値（位置フィードフォワード項）とを加算して、フィードフォワード制御された速度指令として減算器１０５に出力する。
減算器１０５は加算器１０４の出力と速度フィードバックされた速度検出値との差を求め、その差を速度偏差として速度制御部１０６に出力する。

速度制御部１０６は、速度偏差に積分ゲインＫ１ｖを乗じて積分した値と、速度偏差に比例ゲインＫ２ｖを乗じた値とを加算して電流指令として加算器１０７に出力する。
加算器１０７は、電流指令と速度フィードフォワード部１１０の出力値（速度フィードフォワード項）とを加算して、フィードフォワード制御された電流指令としてサーボモータ５００に出力する。
積分器１０８はロータリーエンコーダ５０１から出力される速度検出値を積分して位置検出値を出力する。

位置フィードフォワード部１０９は、位置指令を微分して定数αを掛けた値に、位置フィードフォワード係数を掛けた値を位置フィードフォワード項として、加算器１０４に出力する。
速度フィードフォワード部１１０は、位置指令を２回微分して定数βを掛け、速度フィードフォワード係数を掛けた値を速度フィードフォワード項として、加算器１０７に出力する。
ロータリーエンコーダ５０１は速度検出値を速度フィードバック情報として減算器１０５に出力する。積分器１０８は速度検出値から位置検出値を求め、その位置検出値を位置フィードバック（位置ＦＢ）情報として減算器１０２に出力する。

図３は第１の演算処理部１００のサーボ制御処理の一例を示す図である。
図３において、処理Ａｎ、処理Ｂｎ、処理Ｃｎ及び処理Ｄｎ（ｎは自然数）はサーボ制御における処理である。
処理Ａｎ、処理Ｂｎ、処理Ｃｎ及び処理Ｄｎは、例えば、速度制御部１０６による電流指令作成の処理、位置制御部１０３による速度指令作成の処理、位置指令作成部１０１による位置指令作成の処理及び数値制御装置２０との通信の処理が対応する。

図３において、ｔ_Ａ１は処理Ａ１の処理時間実績を示し、ｔ_Ｂ１は処理Ｂ１の処理時間実績を示し、ｔ_Ｃ１は処理Ｃ１の処理時間実績を示し、ｔ_Ｄ１は処理Ｄ１の処理時間実績を示す。また、Ｔ_Ａは処理Ａｎの制御周期を示し、Ｔ_Ｂは処理Ｂｎの制御周期を示し、Ｔ_Ｃは処理Ｃｎの制御周期を示し、Ｔ_Ｄは処理Ｄｎの制御周期を示す。

処理Ａｎが電流指令作成の処理であるとき、制御周期Ｔ_Ａは数十μｓｅｃ／回程度である。処理Ｂｎが速度指令作成の処理であるとき、制御周期Ｔ_Ｂは数百μｓｅｃ／回～数ｍｓｅｃ／回程度である。処理Ｃｎが位置指令作成の処理であるとき、制御周期Ｔ_Ｃは数ｍｓｅｃ／回程度である。処理Ｄｎが数値制御装置との通信の処理であるとき、制御周期Ｔ_Ｄは数十ｍｓｅｃ／回程度である。

処理Ａｎ、処理Ｂｎ、処理Ｃｎ及び処理Ｄｎ（ｎは自然数）の制御周期の長さは、（処理Ａｎの制御周期Ｔ_Ａ）＜（処理Ｂｎの制御周期Ｔ_Ｂ）＜（処理Ｃｎの制御周期Ｔ_Ｃ）＜（処理Ｄｎの制御周期Ｔ_Ｄ）となる。制御周期が短いほど優先度が高くなり、処理Ａｎの優先順位が一番高くなる。制御周期Ｔ_Ａにおいて一回の処理Ａｎが行われ、制御周期Ｔ_Ｂにおいて一回の処理Ｂｎが行われ、制御周期Ｔ_Ｃにおいて一回の処理Ｃｎが行われ、制御周期Ｔ_Ｄにおいて一回の処理Ｄｎが行われる。処理Ａｎ、処理Ｂｎ、処理Ｃｎ及び処理Ｄｎが一定時間内に全部処理できるように、処理の優先順位がスケジューリングされる。

図３に示すように、例えば、処理Ｂ１が開始されるタイミングは、処理Ａ１が終了するタイミングである。また、図３に示す例では、処理Ｂ１が実行される期間において、処理Ａ２が開始されると処理Ｂ１は処理Ａ２が完了するまで一旦中断し、処理Ａ３が開始されると処理Ｂ１は処理Ａ３が完了するまで一旦中断する。これは、処理Ａ２、処理Ａ３の処理Ｂ１に対する割込みとなる。

また、図３に示す例では、処理Ｃ１が実行される期間において、処理Ａ４、Ａ５、Ａ８、Ａ９及びＡ１２が処理Ｃ１に対して割込みを実行する。また、処理Ａ６及びＡ７が処理Ｂ２に対して割込みを実行し、処理Ａ１０及びＡ１１が処理Ｂ３に対して割込みを実行する。さらに、処理Ｂ２及びＢ３が処理Ｃ１に対して割込みを実行する。

また、図３に示す例では、処理Ｄ１が実行される期間において、処理Ａ１３、Ａ１６及びＡ１７が処理Ｄ１に対して割込みを実行する。また、処理Ａ１４及びＡ１５が処理Ｂ４に対して割込みを実行し、処理Ａ１８及びＡ１９が処理Ｂ５に対して割込みを実行する。処理Ａ２２及びＡ２３が処理Ｂ６に対して割込みを実行し、処理Ａ２６及びＡ２７が処理Ｂ７に対して割込みを実行する。さらに、さらに、処理Ｂ４及びＢ５が処理Ｄ１に対して割込みを実行し、処理Ｂ６及びＢ７が処理Ｃ２に対して割込みを実行し、処理Ｃ２が処理Ｄ１に対して割込みを実行する。

＜観測部３００＞
図４は観測部３００の一構成例を示すブロック図である。
図４に示すように、観測部３００は信号取得部３０１、時刻計算部３０２、カウンタ３０３、データ処理部３０４、記憶部３０５、及びデータ出力部３０６を備えている。
信号取得部３０１は、第１の演算処理部１００及び第２の演算処理部２００から、例えば、図３に示したサーボ制御における処理Ａｎ、処理Ｂｎ、処理Ｃｎ及び処理Ｄｎの各処理の開始と終了を示す信号を取得する。処理の開始と終了を示す信号は例えば、処理の開始時にロウレベルからハイレベルとなり、処理の終了時にハイレベルからロウレベルとなる信号である。
信号取得部３０１は、処理Ａｎが電流指令作成の処理である場合は速度制御部１０６から電流指令の作成開始と作成終了を示す信号（図４において電流指令作成信号と示す）を取得し、処理Ｂｎが速度指令作成の処理である場合は位置制御部１０３から速度指令の作成開始と作成終了を示す信号（図４において速度指令作成信号と示す）を取得する。また、信号取得部３０１は、処理Ｃｎが位置指令作成の処理である場合は位置指令作成部１０１から位置指令の作成開始と作成終了を示す信号（図４において位置指令作成信号と示す）を取得し、処理Ｄｎが数値制御装置２０との通信の処理である場合は第１の演算処理部１００の不図示の通信部から通信の開始と終了を示す信号（図４において通信処理信号と示す）を取得し、時刻計算部３０２に出力する。

時刻計算部３０２は、処理の開始と終了を示す信号に基づいて、各処理の開始と終了の時刻を、一定時間刻みでカントアップするカウンタ３０３を用いてカウントすることで、そのカウント値を処理Ａｎ、処理Ｂｎ、処理Ｃｎ及び処理Ｄｎと対応づけてデータ処理部３０４に出力する。

データ処理部３０４は、処理Ａ１の開始を示す信号を受けたときのカウント値を記憶し、そのカウント値と時刻（例えば時刻“ｘ０．００”）を対応づけ、その時刻を処理Ａ１の開始と結びつけて記憶部３０５のテーブルに記憶し、処理Ａ１の終了を示す信号を受けたとき又は次の処理Ｂ１の開始を示す信号を受けたときのカウンタ値から換算して処理Ａ１の終了の時刻（例えば時刻“ｘ０．３０”）を求める。処理Ａ１の終了の時刻が次の処理Ｂ１の開始を示す信号を受けたときのカウンタ値から換算できるのは、図３に示すように、処理Ａ１の終了が処理Ｂ１の開始と同時刻となるからである。
なお、処理Ａ１を開始してからは、一つの処理の終了を示す信号を受けたときの時刻と次の処理の開始を示す信号を受けたときの時刻は同じなので、処理Ａ１を開始してからは、処理の開始を示す信号を受けたときの時刻と処理の終了を示す信号を受けたときの時刻とのいずれかを求めていけばよい。
データ処理部３０４は、処理Ｂ１以降の処理の開始及び終了も同様にしてカウント値から時刻を求め、求められた時刻を処理Ａ１の開始と結びつけて記憶部３０５のテーブルに記憶する。こうして、得られた開始と終了の時刻情報と処理Ａｎ、処理Ｂｎ、処理Ｃｎ及び処理Ｄｎの種類と対応づけたテーブルが記憶部３０５に記憶される。

図５では、第１の演算処理部１００の処理内容に対応する記憶部３０５のテーブルの内容が示される。図５において、処理Ａ１から処理Ｃ１の一部までの各処理の開始と終了、及び開始と終了時の時刻を示すテーブルが示されている。
データ処理部３０４は、記憶部３０５に記憶されたテーブルのデータをデータ出力部３０６に出力する。テーブルのデータをデータ出力部３０６に出力するタイミングは特に限定されないが、例えば、データ処理部３０４は、後述する図７に示す画面の表示のために、図５に示される処理Ａ１から処理Ｃ１の一部までの制御周期Ｔ_Ｂでテーブルのデータが得られた時点でこれらのデータを出力することができる。

＜出力部４００＞
図６は出力部４００の一構成例を示すブロック図である。
図６に示すように、出力部４００はデータ入力部４０１、使用量情報計算部４０２、表示部４０３及び警報部４０４を備えている。
データ入力部４０１は、観測部３００のデータ出力部３０６から各処理の開始と終了、及び開始と終了時の時刻に関するデータを受けて使用量情報計算部４０２に出力する。
使用量情報計算部４０２は、第１の演算処理部１００の各処理の使用量に関する情報（使用量情報）を計算する。例えば、処理Ａ１～Ａ４、処理Ｂ１、及び処理Ｃ１の開始と終了時の時刻から、処理Ａ１～Ａ４、処理Ｂ１、及び処理Ｃ１が実行される時間Ｔを計算し、各処理が実行される処理時間Ｔを含む情報を表示部４０３で表示するための画面情報を作成する。使用量情報計算部４０２は作成した画面情報を表示部４０３に出力する。

図７は、画面情報に基づいて表示部４０３に表示する画面の一例を示している。図７では、使用量情報として、タイムライン上の処理Ａｎの制御周期Ｔ_Ａ１～Ｔ_Ａ４において、処理Ａ１～Ａ４、処理Ｂ１、及び処理Ｃ１が実行される時間が示されている。図７の画面では、処理の優先度が示され、優先度は、処理Ａｎ＞処理Ｂｎ＞処理Ｃｎの順であることが示されている。図７の画面において、Ｗａｉｔは割り込みによる待ち時間を示している。
ユーザが図７の画面を見ることで、処理Ａ１～Ａ４、処理Ｂ１、及び処理Ｃ１のタイミングを知ることができる。そして、ユーザは処理Ａ１～Ａ３が処理Ｂ１に優先されて処理され、処理Ｂ１が終了して処理Ｃ１が行われるが、処理Ａ４が処理Ｃ１に優先されて処理されていることが分かる。また、ユーザは処理Ｂ１及び処理Ｃ１における割り込みによる処理の中断のタイミングと再開のタイミングも認識することができる。
図７では、処理Ａｎ、処理Ｂｎ、処理Ｃｎ及び処理Ｄｎの全ての処理が示されていないが、表示部４０３に全ての処理の表示が必要であれば、全ての処理の表示を行う。すなわち、必要に応じて処理Ａｎ、処理Ｂｎ、処理Ｃｎ及び処理Ｄｎの一部又は全ての処理が表示部４０３に表示する。

使用量情報計算部４０２は、処理が実行される処理時間Ｔが与えられた処理時間Ｔ０に近づいた場合にアラーム指示（警報指示）を警報部４０４に出す。警報部４０４は警報音を出したり、警報用のＬＥＤアレイが発光するＬＥＤ素子の数を増やしたりすることでアラーム（警報）を出す。アラームは、表示部４０３に警報情報を表示したり、表示部４０３に警報情報を表示するとともに表示部４０３のスピーカで警報音を出して実行してもよい。表示部４０３が警報を行う場合、警報部４０４はなくともよい。
アラームを出すタイミングは、処理が実行される処理時間Ｔが与えられた処理時間Ｔ０より小さければよく、任意に設定できるが、例えばアラームを出す基準となる時間Ｔ１がＴ１＝０．９×Ｔ０とされ、処理が実行される処理時間Ｔが０．９×Ｔ０を超えた場合に、処理時間不足のアラーム指示を出力することができる。

なお、図７は第１の演算処理部１００の使用量情報を示しているが、同時に第２の演算処理部２００の使用量情報を示してもよい。また、画面に切り替えボタンを示し、切り替えボタンを選択することで第１の演算処理部１００の使用量情報の画面と第２の演算処理部２００の使用量情報の画面とを切り替えることができるようにしてもよい。
使用量情報計算部４０２は、使用量情報が処理時間の使用率Ｔ／Ｔ０である場合には、図８に示すように、演算処理部ごとに使用率を表示するようにしてもよい。

使用量情報計算部４０２は、図７又は図８に示した画面に関する画像情報を、通信部を介してインターネット、専用通信線等を介して外部に出力してもよい。

表示部４０３及び警報部４０４の一方又は両方は、サーボ制御装置１０とは別に設けてもよい。例えば、サーボ制御装置１０と通信可能な端末に表示部４０３及び警報部４０４の一方又は両方を設けてもよい。

本実施形態のサーボ制御装置によれば、ユーザは使用量情報によって演算処理部の負荷を把握することができる。そうすることで、ユーザは公知の技術によって演算処理部の過剰機能を停止したり、負荷が少ない他の演算処理部に一部演算処理を移すことでサーボ制御装置の安定性と効率を向上させることができる。例えば、１つの演算処理部で複数のモータに関する制御演算を順番に処理する場合、処理するモータの数が多いほど、処理しきれない可能があるが、一部のモータの制御を他の演算処理部に移すことで演算処理量が減る。

また、サーボ制御装置は、リアルタイム性が求めているため、一般的に各処理タスクに優先度を付けることが望ましいが、本実施形態のサーボ制御装置によれば優先度が高い処理タスクを割り込んで実行できるようなスケジューリングを行われることができる。

また、サーボ制御装置では、サーボ制御装置で用いられる機能（フィードバック機能、フィードフォワード機能等）を組み合わせる場合、その必要処理能力を見積もる必要がある。その場合、本実施形態のサーボ制御装置によれば、現行の演算処理装置の処理余裕を把握することができ、前記機能の組み合わせを追加する際の演算処理装置の処理能力を見積もりしやすくなる。
また、本実施形態のサーボ制御装置によれば、システムの保守又は継続開発において、処理や機能の追加による各処理の所要時間が増えても、各処理の所要時間と相対関係が明確になるため、スケジュール管理が容易で生産性を向上させることができる。

以上、サーボ制御装置１０に含まれる機能ブロックについて説明した。
上述したように、演算処理部は、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）若しくは他の計算ユニット、又はＭＰＵとＤＳＰの組み合わせ等から構成される。観測部又は出力部を実現するために、サーボ制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置を備える。また、サーボ制御装置１０は、アプリケーションソフトウェアやＯＳ（Operating System）等の各種の制御用プログラムを格納したＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の補助記憶装置や、演算処理装置がプログラムを実行する上で一時的に必要とされるデータを格納するためのＲＡＭ（Random Access Memory）といった主記憶装置も備える。

そして、サーボ制御装置１０において、演算処理装置が補助記憶装置からアプリケーションソフトウェアやＯＳを読み込み、読み込んだアプリケーションソフトウェアやＯＳを主記憶装置に展開させながら、これらのアプリケーションソフトウェアやＯＳに基づいた演算処理を行なう。また、この演算結果に基づいて、各装置が備える各種のハードウェアを制御する。これにより、本実施形態の機能ブロックは実現される。つまり、本実施形態は、ハードウェアとソフトウェアが協働することにより実現することができる。

サーボ制御装置１０の観測部又は出力部において演算量が多い場合には、例えば、パーソナルコンピュータにＧＰＵ（Graphics Processing Units）を搭載し、ＧＰＧＰＵ（General-Purpose computing on Graphics Processing Units）と呼ばれる技術により、ＧＰＵを演算処理に利用するようにすると高速処理できるようになるのでよい。更には、より高速な処理を行うために、このようなＧＰＵを搭載したコンピュータを複数台用いてコンピュータ・クラスターを構築し、このコンピュータ・クラスターに含まれる複数のコンピュータにて並列処理を行うようにしてもよい。

上記のサーボ制御装置に含まれる各構成部は、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。また、上記のモータ制御装置に含まれる各構成部のそれぞれの協働により行なわれるサーボ制御方法も、ハードウェア、ソフトウェア又はこれらの組み合わせにより実現することができる。ここで、ソフトウェアによって実現されるとは、コンピュータがプログラムを読み込んで実行することにより実現されることを意味する。

プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ(Programmable ROM)、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(random access memory）)を含む。

上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

＜出力部がサーボ制御装置の外部に設けられた変形例＞
本変形例では、出力部はサーボ制御装置と独立して設けられた例について説明する。本変形例では、出力部はサーボ制御装置と独立して設けられているため出力装置と呼ぶ。
図９は出力部がサーボ制御装置の外部に設けられたサーボ制御システムを示すブロック図である。

図９に示すサーボ制御システム１０Ａは、ｎ（ｎは２以上の自然数）個のサーボ制御装置１０－１～１０－ｎと、ｎ個の出力装置４００－１～４００－ｎと、サーボ制御装置１０－１～１０－ｎとｎ個の出力装置４００－１～４００－ｎとを接続するネットワーク６００とを備えている。サーボ制御装置１０－１～１０－ｎはそれぞれ数値制御装置と接続されるが、図９では数値制御装置は省略されている。
サーボ制御装置１０－１～１０－ｎの各々は出力部を備えていない点を除き、図１のサーボ制御装置１０と同じ構成を有している。出力装置４００－１～４００－ｎは図６に示した出力部４００と同じ構成を有している。

ここで、サーボ制御装置１０－１と、出力部４００－１とは１対１の組とされて、通信可能に接続されている。サーボ制御装置１０－２～１０－ｎと、出力部４００－２～４００－ｎについてもサーボ制御装置１０－１と出力部４００－１と同様に接続される。図９では、サーボ制御装置１０－１～１０－ｎと、出力部４００－１～４００－ｎとのｎ個の組は、ネットワーク６００を介して接続されているが、サーボ制御装置１０－１～１０－ｎと、出力装置４００－１～４００－ｎとのｎ個の組は、それぞれの組のサーボ制御装置と出力装置とが接続インタフェースを介して直接接続されてもよい。これらサーボ制御装置１０－１～１０－ｎと出力装置４００－１～４００－ｎとのｎ個の組は、例えば同じ工場に複数組設置されていてもよく、それぞれ異なる工場に設置されていてもよい。

なお、ネットワーク６００は、例えば、工場内に構築されたＬＡＮ（Local Area Network）や、インターネット、公衆電話網、或いは、これらの組み合わせである。ネットワーク６００における具体的な通信方式や、有線接続および無線接続のいずれであるか等については、特に限定されない。

＜システム構成の自由度＞
上述した実施形態では、サーボ制御装置１０－１～１０－ｎと、出力部４００－１～４００－ｎとはそれぞれ１対１の組とされて通信可能に接続されているが、例えば１台の出力部が複数のサーボ制御装置とネットワーク６００を介して通信可能に接続され、１台の出力部が複数のサーボ制御装置の演算処理部の使用量情報を出力して、ユーザが演算処理部の負荷を把握できるようにしてもよい。
その際、１台の出力装置の各機能を、適宜複数のサーバに分散する、分散処理システムとしてもよい。また、クラウド上で仮想サーバ機能等を利用して、１台の出力装置の各機能を実現してもよい。

本開示によるサーボ制御装置、サーボ制御システム及びサーボ制御方法は、上述した実施形態を含め、次のような構成を有する各種各様の実施形態を取ることができる。
（１）本開示の第１の態様は、サーボ制御処理に係る複数の処理を行う演算処理部（演算処理部１００、２００）と、
前記演算処理部の各処理の処理開始時刻情報及び処理終了時刻情報の少なくとも１つを求める観測部（例えば観測部３００）と、
前記観測部により求められた時刻情報を用いて、前記演算処理部の使用量に関する情報を計算し、出力する出力部（例えば出力部４００）を備えた、
サーボ制御装置（例えば、サーボ制御装置１０）である。
このサーボ制御装置によれば、演算処理部の負荷の状態を把握することができ、演算処理部の過剰機能を停止したり、負荷が少ない他の演算処理部に一部演算処理を移すことでサーボ制御装置の安定性と効率を向上することができる。

（２） 前記使用量に関する情報は、前記演算処理部の処理が実行される処理時間、与えられた処理時間に対する前記処理が実行される処理時間との差、前記与えられた処理時間に対する前記処理が実行される処理時間の比率、又は前記与えられた処理時間に対する前記差の比率である上記（１）に記載のサーボ制御装置。

（３） 前記出力部は表示部（例えば表示部４０３）を備え、前記表示部は複数の演算処理装置の使用量を表示する上記（１）又は（２）に記載のサーボ制御装置。

（４） 前記出力部は表示部（例えば表示部４０３）を備え、前記表示部は前記複数の処理の少なくとも一部の処理毎の処理時間、および各処理間の時間上の相対位置関係をタイムライン上に表示する上記（１）から（３）のいずれかに記載のサーボ制御装置。

（５） 前記出力部は処理が実行される処理時間が警報を出す基準となる時間を超えたときに前記表示部に警報情報を表示する上記（３）又は（４）に記載のサーボ制御装置。

（６） 前記出力部は警報部（例えば、警報部４０４）を備え、前記警報部は処理が実行される処理時間が警報を出す基準となる時間を超えたときに警報を出す上記（１）から（４）のいずれかに記載のサーボ制御装置。

（７） 本開示の第２の態様は、サーボ制御処理に係る複数の処理を行う演算処理部（演算処理部１００、２００）と、前記演算処理部の各処理の処理開始時刻及び処理終了時刻の少なくとも１つを求める観測部（例えば観測部３００）とを備えたサーボ制御装置（例えば、サーボ制御装置１０－１～１０－ｎ）と、
前記観測部により求められた時刻情報を用いて、前記演算処理部の使用量に関する情報を計算し、出力する出力装置（例えば、出力装置４００－１～４００－ｎ）と、を備えたサーボ制御システムである。
このサーボ制御システムによれば、演算処理部の負荷の状態を把握することができ、演算処理部の過剰機能を停止したり、負荷が少ない他の演算処理部に一部演算処理を移すことでサーボ制御装置の安定性と効率を向上することができる。

（８） 本開示の第３の態様は、サーボ制御処理に係る複数の処理を行う演算処理部（演算処理部１００、２００、１０－１～１０－ｎ）を有するサーボ制御装置（例えば、サーボ制御装置１０、）のサーボ制御方法であって、
前記複数の処理の各処理の処理開始時刻情報及び処理終了時刻情報の少なくとも１つを求め、
求められた時刻情報を用いて前記演算処理部の使用量に関する情報を計算し、出力する、サーボ制御方法である。
この機械学習方法によれば、演算処理部の負荷の状態を把握することができ、演算処理部の過剰機能を停止したり、負荷が少ない他の演算処理部に一部演算処理を移すことでサーボ制御装置の安定性と効率を向上することができる。

１０、１０－１～１０－ｎ サーボ制御装置
２０ 数値制御装置
１００、２００ 演算処置部
１０１ 位置指令作成部
１０２ 減算器
１０３ 位置制御部
１０４ 加算器
１０５ 減算器
１０６ 速度制御部
１０７ 加算器
１０８ 積分器
１０９ 位置フィードフォワード部
１１０ 速度フィードフォワード部
３００ 観測部
４００ 出力部
４００－１～４００－ｎ 出力装置
５００ サーボモータ
５０１ ロータリーエンコーダ
６００ ネットワーク

Claims (7)

1. サーボ制御処理に係る複数処理を行う演算処理部と、
   前記演算処理部の各処理の処理開始時刻情報及び処理終了時刻情報の少なくとも１つを求める観測部と、
   前記観測部により求められた時刻情報を用いて、前記演算処理部の使用量に関する情報を計算し、出力する出力部を備え、
   前記出力部は警報部を備え、前記警報部は各処理が実行される処理時間が、与えられた処理時間より小さい、警報を出す基準となる時間を超えたときに警報を出す、サーボ制御装置。
2. 前記使用量に関する情報は、前記演算処理部の処理が実行される処理時間、与えられた処理時間に対する前記処理が実行される処理時間との差、前記与えられた処理時間に対する前記処理が実行される処理時間の比率、又は前記与えられた処理時間に対する前記差の比率である請求項１に記載のサーボ制御装置。
3. 前記出力部は表示部を備え、前記表示部は複数の演算処理装置の使用量を表示する請求項１又は２に記載のサーボ制御装置。
4. 前記出力部は表示部を備え、前記表示部は前記複数処理の少なくとも一部の処理毎の処理時間、および各処理間の時間上の相対位置関係をタイムライン上に表示する請求項１から３のいずれか１項に記載のサーボ制御装置。
5. 前記出力部は処理が実行される処理時間が警報を出す基準となる時間を超えたときに前記表示部に警報情報を表示する請求項３又は４に記載のサーボ制御装置。
6. サーボ制御処理に係る複数処理を行う演算処理部と、前記演算処理部の各処理の処理開始時刻及び処理終了時刻の少なくとも１つを求める観測部とを備えたサーボ制御装置と、
   前記観測部により求められた時刻情報を用いて、前記演算処理部の使用量に関する情報を計算し、出力する出力装置と、を備え、
   前記出力装置は警報部を備え、前記警報部は各処理が実行される処理時間が、与えられた処理時間より小さい、警報を出す基準となる時間を超えたときに警報を出す、サーボ制御システム。
7. サーボ制御処理に係る複数処理を行う演算処理部を有するサーボ制御装置のサーボ制御方法であって、
   前記複数処理の各処理の処理開始時刻情報及び処理終了時刻情報の少なくとも１つを求め、
   求められた時刻情報を用いて前記演算処理部の使用量に関する情報を計算し、出力し、
   各処理が実行される処理時間が、与えられた処理時間より小さい、警報を出す基準となる時間を超えたときに警報を出す、サーボ制御方法。

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