JPH11272307A

JPH11272307A - モーションコントロール装置

Info

Publication number: JPH11272307A
Application number: JP10076980A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Tsunetomi; 邦彦恒冨; Tadashi Kamiwaki; 正上脇; Masahiko Saito; 雅彦齊藤; Kenichi Kurosawa; 憲一黒澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】サーボモータを停止させ、ドライブ上のサーボ
モータ・負荷シミュレータを用いて、ユーザプログラム
をテストする。これにより、ユーザプログラムのバグに
より、負荷を破壊することを防ぐ。【解決手段】モータを実際に稼動させないので、ユーザ
プログラムデバッグ時に、負荷を必要としない。実機を
動作させなくても、負荷を破壊しないことや、負荷の形
状に関する制約に反していないことを、デバッグのみで
確認できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サーボモータを制
御するドライブに関して、特に、ドライブ内に、サーボ
モータ，サーボアンプ，負荷およびフィードバック装置
のシミュレータを持つ、モーションコントロール装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図２に、モーションコントロール装置の
構成を示す。図の通り、一般に、サーボモータ４，サー
ボアンプ５，ドライブ１，フィードバック装置３，モー
ションコントローラ２から構成される。モーションコン
トローラ２は、モータ軸の位置を示す、位置指令を、ド
ライブ１に送る。ドライブ１は、高速ＣＰＵを持ち、ソ
フトウェアによりサーボアンプを制御する。ドライブ１
は、位置指令を信号に変換して、アンプに送信する。サ
ーボアンプ５は、Ｄ／Ａ変換した後に、サーボ増幅器に
より増幅してモータへ伝送する。モータ軸には、ギア
や、ロボットなどの負荷が取り付けられる。サーボモー
タ４は、フィードバック装置を通して、フィードバック
値をドライブ１に返す。

【０００３】図１０に、従来からドライブで行われてい
るモーションコントロールのブロック線図を示す。位置
指令から、エンコーダ等で検出される位置フィードバッ
ク値を減じて位置偏差を求め、該位置偏差に位置ループ
ゲイン(位置ループＫｖ係数)を乗じて位置ループを行っ
て速度指令を求める。次に、この速度指令から、速度フ
ィードバック値を減じて速度偏差を求め、比例，積分制
御などの速度ループ処理（速度ループ比例ゲイン，速度
ループ積分時定数を用いる）を行い電流指令を求める。
さらに、この電流指令から電流フィードバック値を減じ
て電流ループ処理を行い、各相の電圧指令を求めてＰＷ
Ｍ制御等を行いモータを制御している。これは、総合電
子出版、見城尚志「ＡＣサーボモータとマイコン制御」
において詳しく説明されている。

【０００４】ところで、モーションコントローラのユー
ザプログラムがモータを正しく制御しているかどうか
は、実際にモータ、および負荷を動作させることにより
行われている。そのため、負荷が作成中の場合や、負荷
を置くスペースがない場合、これらのコントローラ上で
動作するプログラムをデバッグすることができないとい
う問題がある。また、モーションコントローラのユーザ
プログラムにバグがある場合、モータに取り付けられた
負荷を破壊する恐れがある。

【０００５】そこで、従来は、図３に示すように、計算
機上にドライブシミュレータ２０５とサーボモータ，サ
ーボアンプシミュレータ２０６を構築し、これをユーザ
プログラムに制御させてデバッグしている。また、特開
平5−324022 号公報に述べられているように、ドライブ
には実機を使用し、このドライブに負荷のシミュレータ
を実行する計算機を接続する方式も提案されている。こ
の構成を図４に示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、最近では、
モーションコントローラ，ネットワーク、および複数の
ドライブにより、多軸制御を行うモーションコントロー
ル装置が主流になった。そのため、従来の方法では、装
置のデバッグが十分にできなくなっている。

【０００７】例えば図２に示すような、ネットワーク結
合された、モーションコントロール装置のデバッグを考
える。

【０００８】図３の方式では、多数のシミュレータが必
要になり、これを作成するのに大変な時間を要する。ま
たリアルタイムで、多数のドライブやネットワークのシ
ミュレーションを行うには、一般に計算機の性能が不足
している。そのため、モーションコントローラ上のユー
ザプログラムとネットワーク間のタイミングに関するデ
バッグはできない。例えば、ネットワークからの処理要
求は、１ｍsec 〜５ｍsec 間隔で発生するほど頻繁であ
り、この間隔内で、モーションコントローラがユーザプ
ログラムを終了しなければならない。図３の方式では、
このような割り込み処理時間，タイミングに関するデバ
ッグを行うことができない。

【０００９】また、図４の方式では、分散配置されたド
ライブに、シミュレータを接続することになる。これ
は、場内のスペース，シミュレータのコストを考えても
現実的ではない。また、デバッグ，メンテナンス用にネ
ットワークを別に用意する場合も同じである。

【００１０】さらに、従来のシミュレーションでは、シ
ミュレーションの対象は、サーボモータ，負荷のトルク
など、モータの制御に閉じたものであった。そのため、
負荷の形状によって発生する、軸の回転数の制限などに
関するデバッグは不可能だった。たとえば、サーボモー
タが、負荷として直交座標ロボットのアームの出し入れ
処理を持つ場合を考える。このときアームの長さは有限
であるので、軸の累積回転数も、ある有限値を超えられ
ない。このような負荷制約の違反を確認する手段がなか
った。

【００１１】

【課題を解決するための手段】各ドライブ内に、負荷，
モータ，サーボアンプのシミュレータを置き、デバッグ
する。

【００１２】モータと、該モータを制御し、該モータの
フィードバック装置からフィードバック値を獲得して制
御を行う１台以上ドライブと、１台以上のモーションコ
ントローラがネットワークを介して接続されているシス
テムにおいて、該ドライブが、（ａ）該フィードバック
装置からの値を保持する測定値バッファと、（ｂ）該ド
ライブの動作モードが、デバッグモードか通常モードか
を示すモードフラグと、（ｃ）ネットワーク経由で、該
測定値バッファの値をモーションコントローラに送信す
る第一の通信機能と、を有し、また、（ｄ）サーボアン
プ，該モータ，該モータに接続される負荷，フィードバ
ック装置とをシミュレートして、該測定値バッファにラ
イトするシミュレータと、（ｅ）該モードフラグがデバ
ッグモードの時に、該シミュレータを起動して電流指令
を送信し、該モードフラグが通常モードの時に、サーボ
アンプへ電流指令を送信するデバッグ機能と、を有し、
該モーションコントローラが、（ｆ）ネットワーク経由
で値を送受信する第二の通信機能と、（ｇ）第二の通信
機能により受信した、該測定値バッファの値を受信し、
これを全部または一部を表示するモニタシステム、を有
することを特徴とするモーションコントロール装置を用
意する。

【００１３】即ち、ドライブ上のシミュレータが、サー
ボアンプ，モータ，負荷，フィードバック装置をシミュ
レートし、各種フィードバック値を、測定値バッファに
ライトする。ドライブとモーションコントローラは、こ
のデータをもとに新たな位置指令，速度指令，電流指
令、を生成する。モータのシミュレータ，負荷のシミュ
レータは、ドライブに接続される数だけドライブに存在
すればよい。通常ドライブは、１つのモータだけが接続
される。したがって、図３の方式に比べ、容易に構築で
きる。

【００１４】本方式では、モータを実際に稼動させない
ので、ユーザプログラムデバッグ時に、負荷を必要とし
ない。実機を動作させなくても、負荷を破壊しないこと
や、負荷の形状に関する制約に反していないことを、デ
バッグのみで確認できる。

【００１５】また、実システムのモーションコントロー
ラ，ドライブ，ネットワークを使用してデバッグを行う
ので、モーションコントローラ，ドライブとネットワー
クのタイミングについても、正確なデバッグを行うこと
ができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（実施例１）以下、本発明の一実
施例を、図面に基づいて説明する。

【００１７】まず、図７に、本実施例の全体構成例を示
す。モーションコントローラ２とドライブ１はネットワ
ーク６により結合されている。ドライブ１は、１台以上
ある。ドライブ１は、ケーブルにより、フィードバック
装置３，サーボモータ４，サーボアンプ５と結合されて
いる。負荷１０は、必ずしも必要でない。また、ドライ
ブ１は、フィードバック装置３，サーボモータ４，サー
ボアンプ５のいずれか、または全ての機器と一体になっ
ている場合もある。ネットワークは、情報機器を接続す
るあらゆるネットワークが使用される。

【００１８】図５に、ドライブ１の構成例を示す。ドラ
イブ１は、ＣＰＵ１２，主記憶１１，ＲＯＭ（リードオ
ンリメモリ）１４，サーボアンプインタフェースボード
１７，ネットワーク装置１３が、バス１５により相互結
合されている。ＲＯＭ１４は、ドライブ１の実行するプ
ログラムやデータを格納する。具体的には、通信機能１
０１，制御機能５０１，測定値バッファ５０２，シミュ
レータ５０３，デバッグ機能５０４，モードフラグ５０
５，パラメータバッファ５０６がある。

【００１９】プログラムは、ＲＯＭ１４から主記憶１１
へコピーされる。ＣＰＵ１２が、主記憶１１上のプログ
ラムを実行する。ネットワーク装置１３は、通信機能１
０１の指示により、ネットワーク６にデータを転送す
る。また、ネットワーク装置１３は、ネットワークから
データを受信すると、ＣＰＵ１２に割り込みを発生し、
通信機能１０２を起動してデータリードさせる。

【００２０】転送するデータとしては、速度指令，位置
指令，パラメータ設定命令などがある。サーボアンプイ
ンタフェースボード５０５は、制御機能５０１の指示に
より、サーボアンプ７に信号を転送する。フィードバッ
ク装置インタフェースボード１８は、フィードバック装
置３から、データを受信し、測定値バッファ５０２にラ
イトする。

【００２１】モードフラグ５０５，測定値バッファ５０
２は、実施例では、主記憶上のデータとなっているが、
レジスタの値であってもよい。

【００２２】図６に、モーションコントローラ２の構成
例を示す。モーションコントローラ２は、ＣＰＵ２２，
主記憶２１，ディスク２４，ネットワーク装置２３，パ
ラメータ入力装置８，モニタシステム７が、バス２５に
より相互結合されている。モニタシステム７は、プログ
ラムの指示により、データを表示する。パラメータ入力
装置２は、装置管理者の指示を受け取り、制御機能に送
る。パラメータ入力装置として、キーボード，携帯端末
などが使用される。モニタシステム７には、ディスプレ
イが使用される。

【００２３】ディスク２４は、モーションコントローラ
２の実行するプログラムやデータを格納する。具体的に
は、通信機能２０１，制御機能２０２，ユーザプログラ
ムがある。プログラムは、ディスク２４から主記憶２１
へコピーされる。ＣＰＵ２２が、主記憶２１上のプログ
ラムを実行する。ネットワーク装置２３は、通信機能２
０１の指示により、ネットワーク６にデータを転送す
る。

【００２４】また、ネットワーク装置２３は、ネットワ
ーク６からデータを受信すると、ＣＰＵ２２に割り込み
を発生し、通信機能２０２を起動してデータリードさせ
る。転送するデータとしては、位置フィードバック値，
速度フィードバック値などのフィードバック値と、累積
回転数などのモータ状態がある。

【００２５】図１に、実施例のドライブ１、およびモー
ションコントローラ２のプログラムの機能を示す。

【００２６】まず、ドライブ１について説明する。測定
値バッファ５０２は、フィードバック装置３からのデー
タを保持するバッファである。データ種類としては、位
置フィードバック値，速度フィードバック値，電流フィ
ードバック値などフィードバック値と、累積回転数など
のモータ状態値がある。モードフラグ５０５は、ドライ
ブ１のモードを示すバッファである。デバッグモードで
あるか、通常モードであるかを示す。モードフラグ５０
５は、通信機能１０１，デバッグ機能５０４を経由し
て、モーションコントローラ１により設定される。

【００２７】また、モードフラグ５０５は、ドライブに
別途取り付けられた、スイッチによって変更されてもよ
い。シミュレータ５０３は、モータ４，サーボアンプ
５，サーボモータに取り付けられる負荷１０，フィード
バック装置３をシミュレーションする。シミュレータ５
０３は、いくつかのパラメータをパラメータバッファか
ら参照する。

【００２８】パラメータには、モータ，アンプに関する
ものと、負荷制約に関するものがある。例えば、モータ
に関するものは、「電流信号と、トルク・回転速度の関
係式における比例定数」や「最大速度」がある。負荷制
約に関するパラメータは、「軸の最大累積回転数」があ
る。これらのパラメータは、モーションコントローラ１
より、通信機能１０１を経由して、設定される。デバッ
グ機能５０４は、制御機能５０１から電力指令を受信
し、モードフラグを判定し、サーボアンプ、またはシミ
ュレータに転送する。

【００２９】モードがデバッグモードの時、サーボモー
タを安全動作させ、シミュレータ５０３に電力指令を送
信する。逆に、通常モードの時は、サーボアンプに電力
指令を転送する。制御機能５０１のモーションコントロ
ール処理については後述する。通信機能１０１は、測定
値バッファ５０２から、データをリードし、モーション
コントローラに送信する。逆に、ネットワーク６より、
速度指令，位置指令を受信した場合、制御機能２０２に
渡す。また、パラメータ設定命令を受信した時は、パラ
メータバッファの該当するパラメータを変更する。

【００３０】次に、モーションコントローラ２について
説明する。ユーザプログラムは、単位時間ごとの位置指
令を、制御プログラムに送信する。制御機能２０２は、
位置指令を受け取ると、モーションコントロール処理を
行い、ドライブ１への指令を作成する。制御機能２０２
のモーションコントロール処理については、次の段落で
説明する。通信機能２０１は、制御機能２０２から指令
を受け取り、ドライブ１に送信する。逆に、ネットワー
ク６より、フードバック値を受信した場合、制御機能２
０２に渡す。また、通信機能２０１は、モニタシステム
７がある場合、フィードバック値を表示する。

【００３１】この表示画面を、図１１，図１２に示す。
画面３００１は、サーボモータ４の速度と時間をグラフ
にして示したものである。測定値バッファの値を実線30
03に、制御機能２０２による速度指令を点線３００２に
示している。また、画面4001は、軸の累積回転数をグラ
フで示したものであり、測定値バッファの値を実線４０
０３、理想の回転数を点線４００４である。

【００３２】図１１，図１２に示すように、オーバーシ
ュートや、負荷制約の違反に関するデバッグが容易にな
る。パラメータ入力装置において、パラメータ設定コマ
ンドが起動された場合（例えば最大累積回転数）、これ
を、ドライブ１に送信する。この時のモニタシステムの
画面を図１３に示す。５００２〜５００５のブランクに
数値を入れて転送ボタンをマウスでクリックすると、指
定された値がドライブに転送される。

【００３３】最後に、モーションコントローラ１の制御
機能５０１とドライブ２の制御機能２０２のモーション
コントロール処理について説明する。制御機能５０１と
ドライブ２は、［従来の技術］において説明した図１０
の処理を協調して制御している。一般に、上記のフィー
ドバック制御は、電流ループ制御，速度ループ制御，位
置ループ制御に分割される。これらループを、ネットワ
ーク６の性能を考えて、モーションコントローラ１とド
ライブ２に分配する。例えば、低速で、リアルタイム性
を保証していないネットワーク６を使用する場合、ドラ
イブは、電流ループ，速度ループ，位置ループの全ての
処理を行う。

【００３４】モーションコントローラ１は、位置指令を
ドライブに送信するだけである。また、リアルタイム性
を保証しているネットワーク６を使用する場合、モーシ
ョンコントローラ１が、位置ループ制御，速度ループ制
御を行う。ドライブは、電流ループ制御のみ行い、モー
ションコントローラに、位置フィードバック値，速度フ
ィードバック値を送信する。

【００３５】その他のネットワークを使用する場合は、
別の分配方法でもよい。また、制御機能２０２，制御機
能５０１に電流ループ，速度ループ，位置ループ以外が
含まれても良い。

【００３６】本実施例では、モーションコントローラ２
において、位置ループ制御を行い、ドライブ１において
速度ループ制御と電流ループ制御を行うとする。この時
の動作を、フローチャートを使用して説明する。

【００３７】図８に、モーションコントローラ２のフロ
ーチャートを示す。

【００３８】まず、制御機能がユーザのユーザプログラ
ムから、位置指令を得て、速度指令を計算する(フロー
チャート１００１)。具体的には、位置ループ制御を行
う。次に、通信機能が、速度指令をドライブ１に送信す
る（フローチャート１００２）。最後に、通信機能が、
速度フィードバック値をモーションコントローラ１から
受信する（フローチャート１００３）。最後に、受信デ
ータをモニタシステムに表示する（フローチャート１０
０４）。

【００３９】図９に、ドライブ１のフローチャートを示
す。

【００４０】まず、通信機能１０１が、モーションコン
トローラ２から、速度指令を受信する（フローチャート
２００１）。制御機能５０１が、速度指令を受け取る
（フローチャート２００２）。制御機能５０１は、速度
命令と、測定値バッファをリードして、速度ループ制
御，電流ループ制御を行う(フローチャート２００３)。
制御機能５０１は、モードフラグ５０５を判定する(フ
ローチャート２００４)。モードフラグ５０５が通常モ
ードであれば、生成した電流指令をアンプに送信する。
アンプはサーボに信号を送信し、モータが動作する(フ
ローチャート２００５)。

【００４１】フィードバック装置３は、測定データを、
測定値バッファ５０２にライトする（フローチャート２
００６）。もし、モードがデバッグモードであれば、シ
ミュレータ５０３に電流司令を渡す。シミュレータ５０
３は、速度命令と、測定値バッファをリードして、シミ
ュレーションを行い、モータの速度フィードバック値，
位置フィードバック値，累積回転数を計算する（フロー
チャート２００７）。その実行結果を、測定値バッファ
５０２にライトする。この時、ライトのタイミングを、
通常のモータの動作速度と同じにする（フローチャート
２００８）。通信機能１０１は、測定値バッファのデー
タを、モーションコントローラ２に送信する（フローチ
ャート２００９）。以上のフローチャート２００１〜２
００９を、決められた周期で繰り返す。

【００４２】（実施例２）実施例１では、制御機能２０
２に位置ループ制御が、制御機能５０１に速度ループ制
御，電流ループ制御が組み込まれていた。しかし、これ
ら制御の分割は、実施例１と異なっても良い。例えば、
ネットワーク６の性能が高い場合は、制御機能２０２
に、位置ループ制御，速度ループ制御，電流ループ制御
を持つシステムを構築できる。

【００４３】逆に、ネットワーク６の性能が低い場合
は、制御機能５０１に位置ループ制御，速度ループ制
御，電流ループ制御を持たなければならない。そのほ
か、必要に応じて、「位置ループ制御，速度ループ制
御」と「電流ループ制御」、または「位置ループ制御」
と「速度ループ制御，電流制御ループ」に分割し、前者
をモータコントローラ２、後者をドライブ１に行わせる
ことができる。

【００４４】

【発明の効果】本方式では、モータを実際に稼動させな
いので、ユーザプログラムデバッグ時に、負荷を必要と
しない。また、シミュレータは、モータだけではなく、
負荷制約の影響についてもシミュレートするので、負荷
を破壊しないことや、負荷の形状に関する制約に反して
いないことを、シミュレーションのみで確認できる。図
１２に示すように、負荷制約を満たさない場合は、モニ
タシステムにより目視できる。

【００４５】また、実システムのモーションコントロー
ラ，ドライブ，ネットワークを使用してデバッグを行う
ので、モーションコントローラ，ドライブとネットワー
クのタイミングについても、正確なデバッグを行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施例であるモーションコントロール装
置の概要を示すブロック図。

【図２】従来のモーションコントロール装置の構成を示
すブロック図。

【図３】従来デバッグ方式のモーションコントロール装
置の構成を示す図。

【図４】従来デバッグ方式のモーションコントロール装
置の構成を示す図。

【図５】本発明の実施例であるドライブの構成を示す
図。

【図６】本発明のモーションコントローラの構成を示す
図。

【図７】本発明のモーションコントロール装置の全体構
成を示す図。

【図８】本発明のモーションコントローラのプログラム
のフローを示すフローチャート。

【図９】本発明のドライブのプログラムのフローを示す
フローチャート。

【図１０】本発明のモーションコントロールのブロック
線図。

【図１１】本発明のモニタシステムを示すグラフ。

【図１２】本発明のモニタシステムを示すグラフ。

【図１３】本発明のモニタシステムのパラメータ入力画
面を示す図。

【符号の説明】

１…ドライブ、２…モーションコントローラ、３，６０
３…フィードバック装置、４…サーボモータ、５，６０
７…サーボアンプ、６…ネットワーク、７…モニタシス
テム、８…パラメータ入力装置、９…サーボアンプ・サ
ーボモータシミュレータ、１０…負荷、１１，２１…主
記憶装置、１２，２２…ＣＰＵ、１３，２３…ネットワ
ーク装置、１４…ＲＯＭ、１５，２５…バス、１７…サ
ーボアンプインタフェースボード、１８…フィードバッ
ク装置インタフェースボード、２４…ディスク、１０
１，２０１…通信機能、２０２，５０１…制御機能、20
3…指令プログラム、２０４…ネットワークシミュレー
タ、２０５…ドライブシミュレータ、２０６…サーボア
ンプ・サーボシミュレータ、５０２…測定値バッファ、
５０３…シミュレータ、５０４…デバッグ機能、５０５
…モードフラグ、６０１…ドライブ、６０４…モータ、
１００１〜２００９…フローチャート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黒澤憲一茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータと、該モータを制御し、該モータの
フィードバック装置からフィードバック値を獲得して制
御を行う１台以上ドライブと、１台以上のモーションコ
ントローラがネットワークを介して接続されているシス
テムにおいて、該ドライブが、（ａ）該フィードバック装置からの値を
保持する測定値バッファと、（ｂ）該ドライブの動作モ
ードが、デバッグモードか通常モードかを示すモードフ
ラグと、（ｃ）ネットワーク経由で、該測定値バッファ
の値をモーションコントローラに送信する第一の通信機
能と、を有し、また、（ｄ）サーボアンプ，該モータ，
該モータに接続される負荷，フィードバック装置とをシ
ミュレートして、該測定値バッファにライトするシミュ
レータと、（ｅ）該モードフラグがデバッグモードの時
に、該シミュレータを起動して電流指令を送信し、該モ
ードフラグが通常モードの時に、サーボアンプへ電流指
令を送信するデバッグ機能と、を有し、該モーションコントローラが、（ｆ）ネットワーク経由
で値を送受信する第二の通信機能と、（ｇ）第二の通信
機能により受信した、該測定値バッファの値を受信し、
これを全部または一部を表示するモニタシステム、を有
することを特徴とするモーションコントローラ装置。
【請求項２】請求項１において、該モーションコントロ
ーラは、該シミュレータ用のパラメータ入力装置を持
ち、該ドライブは、該シミュレータの負荷の限界値に関
するパラメータを格納するパラメータバッファを持ち、
該シミュレータは、シミュレーション結果が該パラメー
タバッファのデータの限界値外になった場合、該パラメ
ータバッファの限界値を該測定値バッファにライトする
ことを特徴とするモーションコントローラ装置。