JPH05313748A

JPH05313748A - モータ制御回路

Info

Publication number: JPH05313748A
Application number: JP4146695A
Authority: JP
Inventors: Osamu Shimoe; 治下江
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1992-05-12
Filing date: 1992-05-12
Publication date: 1993-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】動作周波数の高いモータ制御専用ＩＣの高い
機能を利用しつつ不足した機能については汎用のマイク
ロコンピュータを用いる。【構成】カウンタ１４を内蔵するモータ制御専用集積
回路１２と制御指令発生用コンピュータ８を有するモー
タ制御回路において、ＰＩＤ制御の内、少なくとも位置
の微分制御（Ｄ制御）は高速動作可能な専用ＩＣ１２で
行って第１のトルク指令１８を発生し、上記専用ＩＣ程
には動作速度が速くなくてもよいＩ制御等を上記コンピ
ュータ８により行って第２のトルク指令２６を発生し、
これら両トルク指令１８、２６を加算して駆動信号と
し、モータ４の位置制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータ制御回路に係
り、特に、制御用集積回路（ＩＣ）の高い機能を利用し
て、外部からの指令に従う位置制御を行うことができる
モータ制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、サーボモータ等においては、外
部からの指令パルスを受け、その位置制御を行うために
モータ制御回路が設けられている。このモータ制御回路
は、例えばサーボモータの回転軸に取り付けた速度セン
サとしてのエンコーダからのエンコーダ信号を制御系へ
フィードバックし、このフィードバック信号を直接使用
して外部からの指令パルスと比較しつつ位置乃至速度制
御を行っている。すなわち、上記エンコーダ信号は、例
えば、位相が相互に９０度ずれたＡ相、Ｂ相の２つのイ
ンクリメンタル信号よりなり、モータの回転方向が変わ
ることによりＡ相、Ｂ相間で進み位相の信号が変わるこ
とを利用して回転方向を検出し得ると共に、パルス数に
よって移動量を検出し得るものである。そして、このエ
ンコーダ信号と、外部からの指令パルスとを比較演算処
理し、その出力によりモータの駆動回路を動作して、位
置及び速度制御を行っている。

【０００３】ところで、最近、多数の機能を有したモー
タの制御専用の集積回路（ＩＣ）が開発されるに至って
いる。図６に示す如くこの制御ＩＣ２は、内部に位置、
速度制御用のプロセッサ（図示せず）を含み、サーボモ
ータ４の回転軸等に取り付けたエンコーダ６からのエン
コーダ信号をフィードバック信号として受けると共に、
ホストコンピュータ等の制御指令発生用コンピュータ８
からの制御データを受け、この結果を駆動回路１０へ出
力して、サーボモータ４の位置決め制御を行うようにな
っている。これにより、制御指令発生用コンピュータ８
のインタフェースによりリアルタイムに高精度のデジタ
ル位置決め制御を可能とするなど多数の機能を有し、モ
ータ制御回路に広く採用される傾向にある。ところで、
モータの位置決め乃至速度制御を行う場合には、速度す
なわち位置の微分制御（Ｄ：ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａ
ｌ）、位置の比例制御（Ｐ：ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａ
ｌ）及び位置偏差の積分制御（Ｉ：ｉｎｔｅｇｒａｌ）
などが適宜組み合わせて行われており、これらの制御の
一部或いは全部を行うモータ制御専用集積回路（ＩＣ）
としては例えば表１に示すような特性を有するＬＭ６２
８（登録商標）とＨＣＴＬ−１１００（登録商標）が主
に知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記ＰＩＤ制御方式の
内、Ｄ制御やＰ制御、特にＤ制御は位置を微分して時々
刻々の速度を求めて制御を行うことから制御精度を上げ
たり高速制御を行うためにはサンプリング周期がより短
いことが望ましい。このような状況下において、モータ
制御専用ＩＣとしてＬＭ６２８を用いる場合には、ＰＩ
Ｄ制御を行うことができて多くの機能を有しているが、
サンプリング周期が２５６μｓｅｃと動作周波数が小さ
くて演算に時間がかかってしまい、高速性が失われてし
まう。従って、通常のサーボモータ等を低速で動作させ
る場合には問題は生じないが、高速でＰＩＤ制御等を行
うことは困難である。

【０００５】これに対して、モータ制御専用ＩＣとして
ＨＣＴＬ−１１００を用いる場合には、サンプリング周
期は６４μｓｅｃと非常に短くなり高速性が良好となる
が、機能的にはＰＤ制御しか行うことができず、Ｉ制御
を行うことができない。このようにＩ制御ができない
と、例えば制御対象モータが垂直方向に沿って移動する
リニアモータ等の場合にはその移動体の重力荷重によっ
て定常的にモータの停止位置がズレてしまうなどの不都
合が生じ、停止精度の高い位置決め制御を行うことがで
きない。本発明は以上のような問題点に着目し、これを
有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的
は、動作周波数の高いモータ制御専用ＩＣの高い機能を
利用しつつ不足した機能については簡単な演算で処理す
る補正を行い、停止精度の高い位置決め制御を行うこと
ができるモータ制御回路を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、モータの位置決め用の制御指令を発生
する制御指令発生用コンピュータと、エンコーダ信号を
カウントするカウンタを内蔵すると共に前記カウンタの
値と前記制御指令とに基づいて位置の微分制御、位置の
比例制御及び位置偏差の積分制御の内の少なくとも微分
制御を行って第１のトルク指令を出力するモータ制御専
用集積回路とを有するモータ制御回路において、前記制
御指令発生用コンピュータは、前記カウンタの値に基づ
いて少なくとも位置偏差の積分制御を行って第２のトル
ク指令を発生し、発生した前記第２のトルク指令は前記
第１のトルク指令と加算されるようにしたものである。

【０００７】

【作用】本発明は、以上のように構成したので、モータ
のエンコーダからのエンコーダ信号はモータ制御専用集
積回路（ＩＣ）に内蔵されるカウンタに記憶され、制御
指令発生用コンピュータからの位置決め用の制御指令と
上記カウンタ内の値とに基づいてこのモータ制御専用Ｉ
Ｃは高いサンプリング周波数によりＤまたはＤＰ制御を
行って、第１のトルク指令を出力する。このＰＤ制御と
同時に、上記制御指令発生用コンピュータは低いサンプ
リング周波数でもって上記モータ制御専用ＩＣ内のカウ
ンタの値を読み取り、少なくとも位置偏差の積分制御す
なわちＩ制御を行って、第２のトルク指令を出力する。
この第２のトルク指令は上記第１のトルク指令と加算さ
れて、モータの駆動系へ供給されることになる。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明に係るモータ制御回路の一実
施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係
るモータ制御回路の一実施例を示す構成図、図２は図１
に示すモータ制御回路のサーボ系ブロック線図である。
尚、図６に示す従来回路と同一部分については同一符号
を付す。図示するようにこのモータ制御回路は、例えば
表１に示すＨＣＴＬ−１１００のようにサンプリング周
期が他の専用ＩＣと比較して短くて高速動作が可能では
あるがＰＤ制御しかできず、機能的に種類の少ない集積
回路がモータ制御専用集積回路（ＩＣ）１２として用い
られる。このＩＣ１２は、表１に示す周波数仕様は２Ｍ
Ｈｚであるが、実験的に外部からクロック信号を加えて
この回路の最高動作周波数を確認したところ約１１ＭＨ
ｚであった。従って、入力指令周波数も約７Ｍｐｐｓま
で高めることができる。

【０００９】この種のモータ制御専用ＩＣ１２は、内部
に予めカウンタ１４が内蔵されており、このカウンタ１
４には、例えばリニアモータやサーボモータ等のモータ
４に設けたエンコーダ６から出力される、例えばＡ相、
Ｂ相の２つのインクリメンタル信号よりなるエンコーダ
信号１６が入力されて、この値を記憶するようになって
いる。そして、このモータ制御専用ＩＣ１２は、マイク
ロプロセッサを有し、上記内蔵されたカウンタの値を高
いサンプリング周波数で読み取ると共にこの値に基づい
て位置の微分制御（Ｄ制御）及び位置の比例制御（Ｐ制
御）を行い得るようになっている。このＤＰ制御の結果
求められた値は第１のトルク指令１８として後段へ出力
され、第１のＤ／Ａ変換器１９にてアナログ信号に変換
される。尚、本実施例においてはモータ制御専用ＩＣ１
２においてＰＤ制御を行わせるようにしたが、特に高速
動作の必要とされるＤ制御のみをこのＩＣ１２により行
わせるようにしてもよい。

【００１０】このＩＣ１２の動作は、これに接続される
例えばＺ８０（登録商標）よりなるマイクロコンピュー
タ等の制御指令発生用コンピュータ８から出力されるモ
ータの位置決め用の制御指令２０に基づいて行われる。
この制御指令発生用コンピュータ８は、予め処理プログ
ラム等が記憶されたＲＯＭ２２や処理中に一時的に値を
記憶させるためのＲＡＭ２４等を有している。特に、本
実施例においては、この制御指令発生用コンピュータ８
は、比較的低いサンプリング周波数で上記モータ制御専
用ＩＣ１２内のカウンタ１４の値を読んで取り込み、こ
の値に基づいて位置偏差の積分演算がなされて積分制御
（Ｉ制御）を行うように構成されており、そのためのプ
ログラムが上記ＲＯＭ２２内に記憶されている。尚、上
記専用ＩＣ１２内にてＰ制御を行わない場合には、上記
制御指令発生用コンピュータ８にてＰ制御を行うように
構成する。このコンピュータ８にて求められた値は、第
２のトルク指令２６として出力され、例えば８２５５Ｐ
ＩＯよりなるインターフェース２８を介して第２のＤ／
Ａ変換器３０へ入力されてここでアナログ信号へ変換さ
れる。

【００１１】この第２のＤ／Ａ変換器３０及び前記第１
のＤ／Ａ変換器１９の後段には加算器３２が接続されて
上記第１及び第２のトルク指令１８、２６を加算するよ
うになされている。そして、この加算された信号は第１
の増幅器３４にて増幅されると共に増幅された信号は、
駆動回路１０に含まれる電力増幅器３６にて増幅され
て、前記モータ４を駆動するようになされている。図２
は、図１に示す制御回路のサーボ系ブロック図を示し、
この１巡伝達関数Ｇｏ（Ｓ）は下記式のようになる。ここでＦ（Ｓ）：ディジタル演算部伝達関数Ｋ_Z ：５×１０⁶ カウント／ｍＫ_R ：１０Ｖ／１２８カウントＫ_A Ｋ_T ：２７０Ｎ／１０ＶＴ_E ＝０．５ｍｓｅｃＭ＝４Ｋｇである。また、Ｋ_I ＝１、Ｋ_P ＝１０、Ｋ_D ＝１００で
あり、これらはソフトウエアにより変更可能である。図中、１／Ｓはカウンタの特性を示し、ＳＫ_D 、Ｋ_P 、
Ｋ_I ／ＳはそれぞれＤ制御、Ｐ制御、Ｉ制御の特性を示
す。更にＫ_R はＤ／Ａ変換器の特性を、Ｋ_A は増幅器の
特性をそれぞれ示す。

【００１２】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、制御指令発生用コンピュ
ータ８からはモータ位置決め用の制御指令２０が予めＲ
ＯＭ２２に記憶されているプログラムに基づいて出力さ
れ、これを受けたモータ制御専用ＩＣ１２は、エンコー
ダ６から送出されるエンコーダ信号１６の記憶されてい
る内蔵カウンタ１４の値に基づいてＰＤ制御を行う。こ
のＰＤ制御で得られた値は第１のトルク指令１８として
出力され第１のＤ／Ａ変換器１９を経た後に、前記制御
指令発生用コンピュータ８から出力される第２のトルク
指令２６と加算され、その後、この加算されたトルク指
令は第１の増幅器３４及び駆動回路１０の電力増幅器３
６にて増幅されて、モータ４を位置決め制御する。

【００１３】この場合、上記専用ＩＣ１２は、サンプリ
ング周波数が高い動作周波数となっているので、高速の
サンプリングが必要とされるＤ制御またはＰ制御の演算
を短時間で行うことができ、これら制御の高速性を維持
することができる。これに対して、上記Ｄ制御、Ｐ制御
の場合よりも低いサンプリング周波数で間に合う位置偏
差の積分演算であるＩ制御の演算は、図３に示すフロー
に示すような順序で制御指令発生用コンピュータ８にて
補完的に行われる。すなわち、まず、Ｓ１にて制御指令
発生用コンピュータ８は、専用ＩＣ１２に内蔵されたカ
ウンタ１４に記憶された値を読んで、このカウンタ値４
０を取り込み、モータの現在位置を知る。これと共に、
制御指令により指定されたモータの位置を求める。

【００１４】次に、Ｓ２にて制御指令により指定された
モータ位置と上記カウンタ１４から得られたモータの現
在位置との差である位置偏差を求める。そして、Ｓ３に
て先に求めた位置偏差の時々刻々の積分値を求め、この
求めた積分値を第２のトルク指令２６としてインタフェ
ース２８に向けて出力する。そして、この第２のトルク
指令はインタフェース２８及び第２のＤ／Ａ変換器３０
を介した後、前述のように第１のトルク指令１８と加算
されて、最終的にモータ４の位置決め制御を行うことに
なる。このように、Ｄ及びＰ制御のように精度及び高速
性を上げるためには、比較的高い動作周波数を必要とす
る演算処理についてはＩ制御を省略したことから動作周
波数を高く設定できる専用ＩＣ１２により行うように
し、他方、Ｉ制御のように動作周波数がそれ程高くなく
ても高い精度を出すことができる演算処理については専
用ＩＣではなく汎用の制御指令発生用コンピュータ８に
て行うようにしたので、高速制御が可能で、しかも停止
乃至位置決め精度の高い制御を行うことができる。

【００１５】図４は、図２に示すサーボ系ブロック図に
基づく前記（１）式の小位置偏差時における周波数と利
得との関係を示すグラフである。図中において直線Ｄの
部分はＤ制御の周波数領域を示し、直線Ｐの部分はＰ制
御の周波数領域を示し、更に直線Ｉの部分はＩ制御の周
波数領域を示す。これによれば、特に、直線Ｉの部分の
利得は周波数が低下するに従って上昇してきており、全
体として良好な特性曲線を示していることが判明する。
また、図５は、モータ位置決め制御時の位置偏差を説明
する図であり、図５（Ａ）は制御指令を示し、図５
（Ｂ）は、その時のモータの位置偏差を示す。図５
（Ａ）においては、１つの三角パルスが約１．３ｍｍ程
度の移動指令を示し、その時の加速度は約４８ｍ／ｓｅ
ｃ² 程度となる。この指令を受けるとモータは直ちに移
動し、移動後、Ｔ１例えば１５ｍｓｅｃ程度後に、設定
値の近傍に位置する。その後、Ｉ制御によりモータは僅
かに振動しつつその位置偏位が収束していく。図５
（Ｂ）中の波線は従来回路の場合の位置偏差を示し、本
実施例の場合の方が格段に良好な特性を示すことが判明
した。

【００１６】尚、実際に本発明を実施する場合には、ソ
フト的には制御指令発生用コンピュータにＩ制御用のプ
ログラムを追加し、更にハード的にはインタフェース２
８及び第２のＤ／Ａ変換器３０を加えるだけで済む。ま
た、上記制御指令発生用コンピュータ８０に動作上余裕
がある場合には、更に他の処理、例えばカウンタ１４の
内容に基づいて現在のモータの位置偏差がどの程度かを
示すモニタ用の信号等を演算させるようにしてもよい。
更に、モータ制御専用ＩＣ１２としては、前記したもの
に限定されず、例えばＤ制御のみを高速処理できる専用
ＩＣを用いるとすればＰ及びＩ制御を汎用の制御指令発
生用コンピュータで行うようにしてもよい。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のモータ制
御回路によれば、次のような優れた作用効果を発揮する
ことができる。モータ制御専用集積回路の高い機能を利
用しつつ不足した機能については汎用のコンピュータで
代行させるようにしたので、高速動作ができ、しかも高
い停止精度で位置決め制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るモータ制御回路を示す構成図であ
る。

【図２】図１に示すモータ制御回路のサーボ系ブロック
線図である。

【図３】本発明の動作において行われる積分制御のフロ
ーを示す図である。

【図４】図２に示すサーボ系の周波数と利得との関係を
示すグラフである。

【図５】本発明のモータ制御回路によるモータの位置偏
差を示すグラフである。

【図６】従来のモータ制御回路を示す構成図である。

【符号の説明】

４モータ６エンコーダ８制御指令発生用コンピュータ１４カウンタ１６エンコーダ信号１８第１のトルク指令２０モータ位置決め用の制御指令２６第２のトルク指令

【表１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータの位置決め用の制御指令を発生す
る制御指令発生用コンピュータと、エンコーダ信号をカ
ウントするカウンタを内蔵すると共に前記カウンタの値
と前記制御指令とに基づいて位置の微分制御、位置の比
例制御及び位置偏差の積分制御の内の少なくとも微分制
御を行って第１のトルク指令を出力するモータ制御専用
集積回路とを有するモータ制御回路において、前記制御
指令発生用コンピュータは、前記カウンタの値に基づい
て少なくとも位置偏差の積分制御を行って第２のトルク
指令を発生し、発生した前記第２のトルク指令は前記第
１のトルク指令と加算されることを特徴とするモータ制
御回路。
【請求項２】前記制御指令発生用コンピュータと前記
モータ制御専用集積回路は、異なるサンプリング周波数
で動作することを特徴とする請求項１記載のモータ制御
回路。