JPH0421385A - サーボモータ制御装置の異常検出装置 - Google Patents

サーボモータ制御装置の異常検出装置

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JPH0421385A
JPH0421385A JP2121151A JP12115190A JPH0421385A JP H0421385 A JPH0421385 A JP H0421385A JP 2121151 A JP2121151 A JP 2121151A JP 12115190 A JP12115190 A JP 12115190A JP H0421385 A JPH0421385 A JP H0421385A
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servo motor
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cpu
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JP2121151A
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Yasuyuki Atake
阿竹 泰之
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的コ (産業上の利用分野) 本発明は、サーボモータにより被制御機械の位置制御を
行なうようにしたサーボモータ制御装置の異常検出装置
に関する。
(従来の技術) サーボモータにより被制御機械の位置制御を行なうサー
ボモータ制御装置としては、位置検出器たるインクリメ
ント形のエンコーダによりサーボモータのサーボ軸の回
転量に応した位置検出パルスを発生させて、設定された
目標パルス積算量と現在までの位置検出パルス積算量と
の偏差に応じて前記サーボモータの運転を制御する構成
のものが一般的である。
而して、このようなサーボモータ制御装置において、最
も生じ易い異常はサーボモータの暴走である。サーボモ
ータの暴走の主たる原因としては、エンコーダ自体の故
障或いはエンコーダとサーボモータ制御装置とを接続す
る電線の断線等により、サーボモータ制御装置にフィー
ドバック信号たる位置検出パルスが与えられなくなるこ
とにあるが、それ以外の原因としては、サーボモータ自
体の故陣、サーボモータの速度制御部分の故障等の動作
不良がある。
このため、従来では、被制御機械の駆動体が通常の動作
範囲を若干超えた時にこれを検出してサーボモータの電
源をしゃ断するオーバラン検出方式、或いは、エンコー
ダとサーボモータ制御装置とを接続する電線の断線を検
出してサーボモータの電源をしゃ断する断線検出方式を
採用した暴走検出装置が考えられている。
(発明が解決しようとする課題) オーバラン検出方式を採用した前者のものにおいては、
サーボモータが暴走する場合には多くは最高速度及び最
高トルクの出力をともなうので、被制御機械の構成によ
っては駆動体が通常の動作範囲を超えてサーボモータの
電源がしゃ断されても、駆動体が直ちには停止されずに
危険領域に進入することがあり、被制御機械自体或いは
被制御機械により制作される製品に損傷を与える問題か
ある。
又、断線検出方式を採用した後者のものにおいては、前
者のような問題は解消されるが、サーボモータ自体の故
障或いはサーボモータの速度制御部分の故障等のその他
の原因によって生するサーボモータの暴走については検
出てきない問題がある。
そして、サーボモータ制御装置においては、サーボモー
タが正常に運転されても、機械的原因によってサーボモ
ータにより駆動体か駆動されなかったり、或いは、駆動
に要する負荷か変動したりして、最終的な位置決めが正
常に行なわれないこともあり、このような位置決め制御
不良の異常については前述した前者及び後者の方式では
検出することはできない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、いかなる原因によって引起されたサーボモータの暴走
及び被制御機械の位置決め制御不良でもこれを確実に検
出することができるサーボモータ制御装置の異常検出装
置を提供するにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、位置検出器によりサーボモータのサーボ軸の
回転量に応した位置検出パルスを発生させて、設定され
た目標パルス積算量と現在までの位置検出パルスla算
量との差に応して前記サーボモータの運転を制御するこ
とにより、被制御機械の位置制御を行なうようにしたサ
ーボモータ制御装置において、所定の時間間隔で目標パ
ルス積算量と位置検出パルス積算量との偏差をサンプリ
ングしてリングバッファに順次記憶させるとともに、そ
の記憶された偏差と予め設定された許容量及び完了範囲
とを順次比較することによって異常を判定する判定制御
手段を設ける構成に特徴を有する。
(作用) 本発明のサーボモータ制御装置の異常検出装置によれば
、目標パルス積算量及び位置検出パルス積算量の偏差と
予め設定された許容量とが判断制御手段により比較され
、偏差が許容量よりも大と判定された時にはサーボモー
タの暴走として異常検出かなされる。又、前記偏差と予
め設定された完了範囲とが判定制御手段により比較され
、偏差が完了範囲外と判定された時には被制御機械の位
置決め制御不良として異常検出がなされる。従って、電
機的及び機械的ないかなる原因によるサーボモータ制御
装置の異常であってもこれを確実に検出することかでき
る。
(実施例) 以下、本発明の第1の実施例につき第1図乃至第3図を
参照して説明する。
先ず、第1図に従って、全体の電気的機械について述べ
る。1は図示しない被制御機械の駆動体を駆動するサー
ボモータであり、これは後述するように動作するサーボ
制御装置2からの運転信号たる速度指令信号VSが駆動
回路3を介して与えられるようになっている。4はサー
ボモータ1のサーボ軸の回転速度を検出する速度検出器
であり、これの速度検出信号VDは駆動回路3に与えら
れるようになっている。そして、その駆動回路3は、速
度検出信号VDと速度指令信号VSとを比較して、その
速度検出信号VDが速度指令信号VSと等しくなるよう
にサーボモータ1を制御するようになっている。5は位
置検出器たるインクリメンタル形のエンコーダであり、
これは前記サーボモータ1のサーボ軸の回転量に応じた
数(量)の位置検出パルスPPを出力するようになって
おり、この位置検出パルスPPはサーボモータ制御装置
2に与えられるようになっている。そして、サーボモー
タ制御装置2は、被制御機械の駆動体が目標位置まで動
作するのに必要な数(量)の目標パルスOPを発生する
ように予め設定されていて、目標パルスOPの積算量と
現時点の位置検出パルスPPの積算量との偏差に応じて
速度指令信号VSを出力するようになっている。6はア
ップダウンカウンタからなる偏差カウンタであり、その
アップ入力端子UP及びダウン入力端子DNにはサーボ
モータ制御装置2から目標パルスOP及び位置検出パル
スPPが夫々与えられるようになっている。従って、偏
差カラタン6のカウント内容は目標パルスOFの積算量
と位置検出パルスPPの積算量との偏差を示すことにな
り、その偏差信号はラッチレジスタフに与えられるよう
になっている。このラッチレジスタ7は、更にサーボモ
ータ制御装置2からクロックパルスCKが与えるように
なっていて、クロックパルスCKが与えられる毎に前記
偏差信号を順次ラッチするようになっており、このラッ
チした偏差信号はリングバッファを有するデュアルポー
トメモリ8に与えられるようになっている。9はアドレ
ス発生器であり、これは、サーボモータ制御装置2から
クロックパルスCKが与えられるようになっていて、ク
ロックパルスCKが与えられる毎にアドレス信号を順次
自力してデュアルポートメモリ8に与えるようになって
いる。そして、このデュアルポートメモリ8は、アドレ
ス発生器9からアドレス信号が与えられる毎にリングバ
ッファのそのアドレス信号が示すアドレスに前記ラッチ
レジスタ7からの偏差信号を記憶させるようになってい
る。即ち、デュアルポートメモリ8は、クロックパルス
CKに基づく所定の時間間隔で偏差をサンプリングして
リングバッファに記憶させることになる。10は判定制
御手段たるマイクロコンピュータであり、これは、CP
UI 1.RO1i’l 2.RAM1 B、I10イ
ンタフェース14.比較カウンタユ5.アドレスカウン
タ16.計時カウンタ17及び収束カウンタ18等を備
えていて、これらの間でパスライン19を介してデータ
信号の授受が行なわれるようになっているとともに、C
PUIIと前記デュアルポートメモリ8との間でパスラ
イン19を介してデータ信号の授受が行なわれるように
なっている。そして、前記サーボモータ制御装置2は、
設定された量(数)の目標パルスOPの出力を完了する
と、パルス出力完了信号PSを出力するようになってお
り、このパルス出力完了信号PSはI10インタフェー
ス14及びパスライン19を介してCPUIIに与えら
れるようになっている。
次に、本実施例の作用につき第2図の特性図及び第3図
のフローチャートをも参照しながら説明する。
先ず、第2図に従って検出原理について述べる。
今、サーボモータ制御装置2からの速度指令信号■Sに
応じてサーボモータ1が正常に運転されている場合には
、目標速度に対する速度と時間との関係は第2図(1)
に示すようになり、この時の目標パルスOPの積算量及
び位置検出パルスPPの積算量と時間との関係は第2図
(b)に示すようになり、同第2図(b)に斜線で示す
偏差は許容量よりも小になる。この許容量は、位置ルー
プゲインと駆動負荷との関係で決定される。ところが、
何らかの原因でサーボモータ1に暴走或いは動作不良の
異常が発生すると、第2図(c)に示すように、位置検
出パルスPPが発生しなくなり、位置検出パルスPPの
積算量は増加しなくなって一定となり、従って、斜線で
示すように偏差は時間とともに増大するようになる。こ
れにより、増大する偏差が前述の許容量よりも大になっ
たことを判定すれば、暴走或いは動作不良の異常を検出
することができる。一方、被制御機械が正常に動作して
位置決め制御された場合には、目標パルスOPの積算量
及び位置検出パルスPPの積算量の偏差の絶対値(1偏
差1)と時間との関係は第2図(d)に示すネうになり
、設定された量の目標パルスOPの出力が完了した時点
から所定の位置決め時間「T1」が経過した時には、偏
差は予め設定された斜線で示す完了範囲A内に収束され
ている。ところが、何らかの原因で被制御機械に位置決
め制御不良の異常が発生した場合には、第2図(e)に
示すように、1偏差1は位置決め時間「T1」が経過し
ても完了範囲Aに収束されることがなくなるものであり
、従って、j偏差1が完了範囲Aよりも大であることを
判定することによって、位置決め制御不良の異常を検出
することができる。
さて、以上の原理に基づいくマイクロコンピュータ10
の検出動作を第3図に従って述べる。CPUIIは、サ
ーボモータ制御装置2によるサーボモータ1の運転制御
が開始されると動作を開始(スタート)し、「比較カウ
ンタプリセット」の処理ステップS1となり、偏差と許
容量との比較回数(例えば「N」)をダウンカウンタか
らなる比較カウンタ15にプリセットする。次いで、C
PUI 1は、「アドレスカウンタセット」の処理ステ
ップS2となり、アドレスカウンタ16に所定のアドレ
スをセットし、「偏差〉許容量?」の判断ステップS、
に移行する。CPUIIは、この判断ステップS、では
、前記デュアルポートメモリ8のリングバッファにサン
プリング記憶された偏差信号の内のアドレスカウンタ1
6により示されたアドレスの偏差信号を読出して、これ
が許容量より大か否かを判断するもので、例えば「NO
」 (正常)と判断した時には「比較カウンタデクリメ
ント」の処理ステップS4に移行する。CPUI 1は
、処理ステップS4では比較カウンタ15にプリセット
された数値rNJからデクリメント処理を行なった上で
、「アドレスカウンタインクリメント」の処理ステップ
S、となり、アドレスカウンタ16にセットされたアド
レスからインクリメント処理を行なう。更に、CPUI
Iは、次の「比較カウンターQ7Jの判断ステップS6
となり、ここでは比較カウンタ15のカウント内容が零
(0)になったか否か、即ち、偏差と許容量との比較が
rNJ回行なわれたか否かを判断するもので、「NOJ
と判断した時には口偏差〉許容量?」の判断ステップS
3に戻るようになる。
CPUIIは、この判断ステップS、に戻ると、デュア
ルポートメモリ8のリングバッファにサンプリング記憶
された偏差信号の内の前述した如きインクリメントされ
たアドレスカウンタ16により示されたアドレスの偏差
信号を読出して、これが許容量より大か否かを判断する
ようになり、rNOJであれば、処理ステップS4.S
、及び判断ステップS6を経て判断ステップS、に戻る
ことを繰返す。そして、CPUI 1は、偏差と許容量
との比較がrNJ回行なわれて比較カウンタ15のカウ
ント内容が0になると、「比較カウンター0?」の判断
ステップS6てrYEsJと判断して「パルス出力完了
?」の判断ステップS7となる。CPUIIは、この判
断ステップS7では、サーボモータ制御装置2が設定さ
れた量の目標パルスOPの出力を完了してパルス出力完
了信号PSを出力したか否かを判断するもので、「NO
」と判断した時には再び処理ステップS1に戻って、以
上の動作を繰返すことになる。
ところで、CPUIIがステップS1乃至S7の動作を
行なっている場合において、サーボモータ1の暴走或い
は動作不良の異常か発生した時には、第2図(c)で示
すように、偏差は許容量よりも大になる。そこて、CP
UI 1は、「偏差〉許容量?」の判断ステップS、と
なった時に、rYEsJと判断して「異常検出」の出力
ステップS8となり、パスライン1つ及びI10インタ
フェース14を介して異常検出信号ASを出力する。こ
の異常検出信号Asは例えば駆動回路3に与えられるよ
うになっており、駆動回路3は、異常検出信号ASが与
えられると、サーボモータ1に対する電源をしゃ断する
ようになっている。薗、異常検出信号ASに基づいて更
にブザー、ランプ等の警報器を動作させるようにしても
よい。
さて、CPUI 1が前述したようなステップS乃至S
7の動作を行なっている場合において、サーボモータ1
に異常が発生せずに、サーボモータ制御装置2が設定さ
れた量の目標パルスOPの出力を完了してパルス出力完
了信号PSを出力すると CPUI 1は、「パルス圧
力完了?」の判断ステップS7になった時にrYEsJ
と判断して「21時カウンタプリセット」の処理ステッ
プS、となり、計時カウンタ17に所定の位置決め時間
「T1」をプリセットする。更に、CPUIIは、「収
束カウンタプリセット」の処理ステップSIOに移行し
、収束カウンタ18に設定された収束時間(遅延時間)
「T2」をプリセットして、「1偏差1く完了節・囲?
」の判断ステップS11となる。CPUI 1は、この
判断ステップSllでは、目標パルスOPの積算量と位
置検出パルスPPの積算量との1偏差[が完了範囲Aよ
り小か否かを判断するもので、当初は例えばrNOJと
判断して、「計時カウンタデクリメント」の処理ステッ
プS12となる。CPUI 1は、この処理ステップ3
12では計時カウンタ17に位置決め時間「T、」のダ
ウン動作を行なわせ、次いて「収束カウンタプリセット
」の処理ステップS13を経て、「計時カウンター0?
」の判断ステップS14となる。CPUI 1は、この
判断ステップS14では、計時カウンタ17にプリセッ
トされた位置決め時間「T1」がOになったか否かを判
断するもので、ここでは例えばrNOJと判断して判断
ステップSl+に戻るようになり、以下、ステップS 
12+  513+S14及びS1□を繰返することな
る。その後、被制御機械の位置決め制御が正常に行なわ
れて、第2図(d)に示すように、1偏差1が完了範囲
Aに収束されると、CPUIIは、「1偏差1く完了範
囲?」の判断ステップSllでrYESJと判断して[
収束カウンタデクリメント」の処理ステップS15とな
り、ここて収束カウンタ18にプリセットされた収束時
間「T2」のダウン動作を行なわせる。そして、CPU
IIは、「収束カウンター0?」の判断ステップS16
に移行し、ここでは収束カウンタ18にプリセットされ
た収束時間「T2」が0になったか否かを判断し、当初
はrNOJと判断して判断ステップS11に戻るように
なり、以下、ステップSl、l5I6及びS 11を繰
返すようになる。このような繰返しにより収束カウンタ
18の収束時間「T2」か0になると、CPu1lは、
[収束カウンター0?jの判断ステップS1゜になった
時にrYEsJと判断して、「位置決め完了」の出力ス
テップS1□となり、ここでパスライン19及びI10
インタフェース14を介して位置決め完了信号ESを出
力する。この位置決め完了信号ESは例えばサーボモー
タ制御装置2に与えらるようになっており、サーボモー
タ制御装置2は、この位置決め完了信号ESが与えられ
ることにより、サーボモータ1の次の運転制御を開始す
る。尚、位置決め完了信号ESに基づいて更に完了確認
用のランプを動作させるようにしてもよい。
ところで、被制御機械の位置決め制御が何らかの原因で
不良になった場合には、CPUI 1は、「1偏差1く
完了範囲?」の判断ステップS11においては常にrN
OJと判断するので、ステップS1□、S1□、Sl、
及びS14を繰返すことになって、遂には、計時カウン
タ17の位置決め時間「T1」か「0」になる。従って
、CPUIIは、「計時カウンター0?」の判断ステッ
プSI4となった時にrYEsjと判断して、「異常検
出」の出力ステップsrsとなり、前述のステップS8
と同様に異常検出信号ASを出力するようになる。
このような本実施例によれば、次のような効果を得るこ
とができる。即ち、サーボモータ制御袋W2からのクロ
ックパルスCKに基づいて目標パルスOPの積算量と位
置検出パルスPPの積算量との偏差を所定の時間間隔で
サンプリングしてデュアルポートメモリ8のリングバッ
ファに順次記憶させ、このリングバッファに記憶された
偏差信号をマイクロコンピュータ10により順次読出し
てこれが許容量より大であるか否かを判定させ、偏差が
許容量よりも大であると判定した時には、マイクロコン
ピュータ10から異常検出信号ASを出力させてサーボ
モータ1の電源をしゃ断させるように構成した。従って
、エンコーダ5自体の故障或いはエンコーダ5とサーボ
モータ制御装置2とを接続する電線の断線等の主たる原
因によるサーボモータ1の暴走、若しくは、サーボモー
タ1自体の故障或いはサーボモータ1の速度制御部分の
故障等の原因即ち動作不良によるサーボモータ1の暴走
の異常を検出することができて、被制御機械の駆動体が
危険領域に進入することを早期に且つ確実に防止するこ
とかでき、被制御機械自体或いは被制御機械により制作
される製品に損傷を与えることはない。更に、マイクロ
コンピュータ10は、サーボモータ制御装置2からパル
ス出力完了信号PSが出力された時点から所定の位置決
め時間「T1」が経過しても1偏差1が完了範囲Aに収
束しなかったと判定した時には、マイクロコンピュータ
10から異常検出信号ASを出力させてサーボモータ1
の電源をしゃ断させるように構成した。従って、機械的
原因によりサーボモータ1により被制御機械の駆動体が
駆動されなかったり或いは負荷が変動したりすることに
よる被制御機械の位置決め制御不良を確実に検出するこ
とができる。
第4図乃至第6図は本発明の第2の実施例であり、前記
第1の実施例と同一機能部分には同一符号を付して示し
、以下、異なる部分について説明する。
即ち、第4図において、20はマイクロコンピュータを
含んで構成された判定制御手段を兼用するサーボモータ
制御装置であり、これは、前記マイクロコンピュータ1
0と同様にCPUII、ROM12.RAM13.I1
0インタフェース14、比較カウンタ15.アドレスカ
ウンタ16゜計時カウンタ17及び収束カウンタ18を
有するとともに、更に、所定時間毎に割込み信号を発生
するタイマー21.目標パルスカウンタ22及び位置検
出パルスカウンタ23を有する。そして、CPUIIは
、パスライン19及びD/A (デジタル−アナログ)
変換回路24を介して駆動回路3に速度指令信号vSを
与え、又、エンコーダ5からの位置検出パルスPPを■
インタフェース25及びパスライン19を介して与えら
れ、更に、パスライン19及びI10インタフェース1
4を介して異常検出信号AS及び位置決め完了信号ES
を出力するとともに、同I10インタフェース14を介
して外部人出力信号を授受するようになっている。
而して、CPUIユは、第5図に示すように、被制御機
械の位置制御を行なう位置制御ルーチンSI9と、サー
ボモータ1の暴走、動作不良及び被制御機械の位置決め
制御不良の異常を検圧する異常検出ルーチンS2oと、
を順次繰返して実行するものであるか、タイマー21に
よって所定の時間間隔で割込み信号か与えられると、第
7図に示すような割込みルーチンを実行する。
即ち、CPUIIは、位置制御ルーチンS19による位
置制御か開始された時には、これを割込みルーチンに知
らせるフラグをセットするとともに、最終的な目標パル
ス量及びサーボモータ1の速度パターン等の制御に必要
なパラメータをRAMl3にセットする。タイマー21
により割込みルーチンが開始されると、CPU11は、
「目標パルスカウンタ・位置検出パルスカウンタ更新」
の処理ステップS21となり、ここでは、RAM13に
セットされたパラメータに従って目標パルスカウンタ2
2に所定の時間単位tの目標パルス量(OP)tを加算
するとともに、位置検出パルスカウンタ23にIインタ
フユース25を介して得られた所定の時間単itの位置
検出パルスff1(PP)tを加算し、「偏差演算」の
処理ステップS2□に移行する。CPUIIは、この処
理ステップS22では、目標パルスカウンタ22のカウ
ント内容たる目標パルスOFの積算量と位置検出パルス
カウンタ23のカウント内容たる位置検出パルスPPの
積算量との偏Xを演算し、その偏差を次の「D/A出力
」の出力ステップS23でD/A変換回路24を介して
速度指令信号vSとして出力する。
更に、CPU11は、「リングバッファ更新」の処理ス
テップS24に移行し、ここでは前記処理ステップS2
□で演算した偏差をRAM13上に設けられたリングバ
ッファに記憶させる。そして、以上の割込みルーチンは
タイマー21より所定の時間間隔で出力される割込み信
号により周期的に実行されるので、RAM13上のリン
グバッファには所定の時間間隔でサンプリングされた偏
差が順次更新記憶されることになる。そして、異常検出
ルーチン520においては、前記実施例における第3図
に示すフローチャートと同様のフローチャトを実行する
のであるか、但し、この場合には偏差はRAM13上の
リングバッファに記憶されたものを用いることになる。
従って、この実施例によっても前記実施例同様の効果を
得ることができ、特に、前記実施例の如き異常検出専用
の偏差カウンタ6、ラッチレジスタ7、デュアルポート
メモリ8及びアドレス発生器9からなるハード手段並び
にマイクロコンピュータ10からなるソフト手段を設け
なくても、被制御機械を位置制御するためのサーボモー
タ制御装置20にソフト手段により異常検出を行゛なわ
せるようにしたので、電気的構成が簡単になる利点があ
る。
[発明の効果] 本発明のサーボモータ制御装置の異常検出装置は以上説
明したように、目標パルスの積算量と位置検出パルスの
積算量との偏差を予め設定された許容量及び完了範囲と
比較させるようにしたので、いかなる原因によって引起
されたサーボモータの暴走及び被制御機械の位置決め制
御不良でもこれを早期に且つ確実に検出することができ
、被制御機械自体或いはこの被制御機械により制作され
る製品に損傷を与えることがないという優れた効果を奏
するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第3図は本発明の第1の実施例を示し、第1
図は電気的構成を示すブロック線図、第2図(a)乃至
(e)は作用説明用の特性図、第3図は作用説明用のフ
ローチャートである。そして、第4図乃至第6図は本発
明の第2の実施例を示し、第4図は電気的構成を示すブ
ロック線図、第5図及び第6図は作用説明用のフローチ
ャートである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、位置検出器によりサーボモータのサーボ軸の回転量
    に応じた位置検出パルスを発生させて、設定された目標
    パルス積算量と現在までの位置検出パルス積算量との差
    に応じて前記サーボモータの運転を制御することにより
    、被制御機械の位置制御を行なうようにしたサーボモー
    タ制御装置において、所定の時間間隔で目標パルス積算
    量と位置検出パルス積算量との偏差をサンプリングして
    リングバッファに順次記憶させるとともに、その記憶さ
    れた偏差と予め設定された許容量及び完了範囲とを順次
    比較することによって異常を判定する判定制御手段を設
    けたことを特徴とするサーボモータ制御装置の異常検出
    装置。
JP2121151A 1990-05-14 1990-05-14 サーボモータ制御装置の異常検出装置 Pending JPH0421385A (ja)

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JP2010067077A (ja) * 2008-09-11 2010-03-25 Fuji Electric Systems Co Ltd 位置決め装置
JP2010152595A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Omron Corp サーボシステムおよび安全制御機器
JP2012207945A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Shimadzu Corp 駆動装置

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