WO2017195578A1 - モータ制御システム - Google Patents

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WO2017195578A1
WO2017195578A1 PCT/JP2017/016129 JP2017016129W WO2017195578A1 WO 2017195578 A1 WO2017195578 A1 WO 2017195578A1 JP 2017016129 W JP2017016129 W JP 2017016129W WO 2017195578 A1 WO2017195578 A1 WO 2017195578A1
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motor control
torque
axis
unit
command
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充貴 大倉
明展 富田
弘 藤原
慶成 池内
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a motor control system including a plurality of motor control devices for controlling a motor attached to each shaft.
  • a motor control system has been used in which a controller positioned at a higher level and a plurality of motor control devices that control motors attached to the respective shafts are connected via a communication line.
  • the motor control system is used for various machine tools and robots.
  • the motor control system includes a controller, an X-axis motor control device that controls an X-axis motor attached to the X-axis, and a Y-axis motor control device that controls a Y-axis motor attached to the Y-axis.
  • a controller an X-axis motor control device that controls an X-axis motor attached to the X-axis
  • a Y-axis motor control device that controls a Y-axis motor attached to the Y-axis.
  • the characteristics of the other axis may be greatly affected. Specifically, when an X-axis motor attached to the X-axis is controlled in order to move an object located on the X-axis, there is a change in the characteristics of the mechanical system used to operate the Y-axis motor. May occur. Therefore, in controlling the Y-axis motor, the torque applied to the Y-axis motor in the Y-axis motor control device is too much or too little depending on the load position on the X-axis. Therefore, in the motor control system, a reduction in performance for suppressing vibration occurs.
  • the following motor control system has been disclosed as a method for dealing with such problems.
  • the motor control device of the control target axis is transmitted with information on the position information of the other axis, the load inertia of the machine, or the weight along with the position information of the own axis.
  • shaft controls the motor attached to the control object axis
  • This conventional motor control system has a synchronous counter.
  • the synchronization counter is initialized at the timing when command data transmitted from the controller to each motor control device is received.
  • the plurality of motor control devices included in the motor control system having the conventional configuration simultaneously receive command data transmitted from the controller.
  • the synchronous counters all have the same count up speed. Therefore, the plurality of motor control devices reflect the received command data simultaneously to the control of each motor (for example, Patent Document 2).
  • each motor control device shown in Patent Document 1 the control parameter is changed at an arbitrary timing without corresponding to the communication cycle. That is, each motor control device changes the control parameter without synchronizing with each other. Therefore, when the X axis and the Y axis are not mechanically coupled, the X axis motor control device that controls one X axis and the Y axis motor control device that controls one Y axis are configured.
  • the following control is considered possible in the motor control system. That is, for example, in order to reflect changes that occur on the X axis, a Y axis motor control device that controls an object that moves on the Y axis changes control parameters without being trapped by changes that occur on the X axis. . Even if such control is performed, the conventional motor control system does not deteriorate the performance of suppressing vibration.
  • a gantry mechanism As a configuration in which the X axis and the Y axis are mechanically coupled, for example, a gantry mechanism can be cited.
  • a motor control system having such a gantry mechanism has, for example, a head on which an X-axis load moves, and a pair of rails that drive both ends of the head in parallel in the Y-axis direction.
  • the Y axis includes a Y1 axis and a Y2 axis that are located in parallel. That is, a motor control system having a gantry mechanism has one X-axis motor control device that controls the X-axis and two Y-axis motor control devices that control the Y1 axis and the Y2 axis. Note that parallel driving is also referred to as tandem driving.
  • the Y1 axis motor control device and the Y2 axis motor control device respectively The control parameter is changed at the timing.
  • each control device changes the control parameter at an arbitrary timing as appropriate, the following problems may occur. That is, between each Y-axis motor control device that controls the Y1 axis and the Y2 axis, the torque required due to the position where the X-axis load exists on the head is reflected in each motor. The timing to make shifts. Therefore, twist occurs between the mechanically coupled Y1 axis and Y2 axis. Such a twist causes deterioration in the positioning accuracy of the X-axis load and the vibration suppression performance, leading to a reduction in safety and a failure.
  • a plurality of motor control devices and a controller are connected via a communication line.
  • the multiple motor control devices control the motors connected to each.
  • the controller generates a communication signal including each operation command in order to control each motor.
  • the controller transmits the generated communication signal to each of the plurality of motor control devices at a predetermined communication cycle.
  • the plurality of motor control devices include two motor control devices of the first group and a motor control device of the second group.
  • the first group of motor control devices each include a data transmission / reception unit, a motor control unit, a correction unit, and a synchronization unit.
  • the data transmitter / receiver receives an operation command for itself among communication signals and operation information in the second group of motor control devices among the communication signals.
  • the motor control unit generates a torque command signal for controlling the connected motor based on the operation command for itself.
  • the correction unit generates a torque correction signal based on the operation information of the second group of motor control devices, and corrects its own torque command signal using the torque correction signal.
  • the synchronization timing generation unit generates a timing signal that matches the processing timing between the first group of motor control units.
  • each motor is required to be driven in synchronization.
  • each motor control apparatus will drive each motor so that it may synchronize.
  • the gantry mechanism when fluctuations occur due to the load characteristics of two axes that operate in parallel, depending on the position of the load on a different axis from the two axes, the occurrence of torsion between the two axes can be suppressed. . Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the positioning accuracy and vibration suppression performance of the X-axis load based on such a twist, and it is possible to ensure safety and reduce the cause of failure.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a motor control system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a first group of motor control devices of the motor control system.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of a main part of the motor control system.
  • FIG. 4 is a configuration diagram for explaining an operation of controlling the gantry mechanism in the motor control system.
  • FIG. 5 is a timing chart of the motor control system.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of the motor control system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a motor control system according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram of a first group of motor control devices of the motor control system.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a detailed configuration of a main part of the motor control system.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a motor control system according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the motor control system 100 includes one control target mechanism 33, a plurality of motors 30, a plurality of motor control devices 10, one motor control device 20, and one And a controller 80.
  • the controller 80 and each of the motor control devices 10 and 20 are communicatively connected via a communication line 81.
  • the control object mechanism 33 used as the object of control of the motor 30 is a structure which has a some axis
  • This motor device is compatible. In such a motor device, the motor 30 is driven and controlled in accordance with commands from the motor control devices 10 and 20, and the load of one shaft moves on the shaft.
  • a motor control system 100 that controls the control target mechanism 33 that is the gantry mechanism described above is cited.
  • the control target mechanism 33 is configured by two axes that are the X axis and the Y axis as the parent axes of the plurality of axes, and the Y axis is further the Y1 axis and the Y2 axis as the child axes below the parent axis.
  • An example of a system composed of two axes is shown. That is, the present embodiment can be applied to a system configured with a plurality of parent shafts, and one of the parent shafts further including a plurality of child shafts.
  • the motor control system 100 includes a pair as a first group, that is, two motor control devices 10 and one motor as a second group. And a control device 20.
  • the first group of motor control devices 10 controls the two-axis motor 30 that is a pair of the Y1 axis and the Y2 axis, with the Y axis that is the parent axis as the first group.
  • the second group of motor control devices 20 controls one X-axis motor 30.
  • the Y1 axis motor 30 is connected to the first motor control device 10 of the first group, and the second motor control device 10 of the first group. Are connected to the Y2 axis motor 30, and the X-axis motor 30 is connected to the second group of motor control devices 20.
  • the control target mechanism 33 having a gantry structure includes two rails 34, a head 35 disposed so as to straddle between both rails 34, and a load 36 mounted on the head 35.
  • the two rails 34 are arranged in parallel with each other in association with the Y1 axis and the Y2 axis, respectively.
  • the head 35 is disposed so that both end portions thereof are mounted on the rails 34 and are movable in the Y-axis direction.
  • the load 36 is mounted on the head 35 so as to be movable in the X-axis direction.
  • the first motor control device 10 controls the motor 30 to control the position of one end of the head 35 disposed on the Y1 axis.
  • the second motor control device 10 controls the motor 30 to control the position of the other end portion of the head 35 disposed on the Y2 axis.
  • both sides of the head 35 on which the load 36 is mounted move on the rail 34 at the same speed while maintaining the same position in the Y-axis direction. That is, as a result, the head 35 serving as the load of the Y1 axis and the load of the Y2 axis moves on the Y axis constituted by the rails 34.
  • the X-axis motor 30 connected to the second group of motor control devices 20 controls the position so that the X-axis load 36 moves on the head 35 in the X-axis direction.
  • a controller 80 connected to the motor control device 10, 20 is connected.
  • Specific communication methods in this communication connection include, for example, serial communication standards such as RS232C / 485, data communication corresponding to the USB (Universal Serial Bus) standard, or communication specifications dedicated to the FA network.
  • RTEX (Realtime Express) or EtherCAT communication may be used.
  • control parameters include control gains and setting values related to filter characteristics.
  • the controller 80 sends various information including operation commands to the motor control devices 10 and 20 so that the motor 30 performs a desired movement operation, Various information is received from the motor control devices 10 and 20.
  • a reference cycle for sending an operation command is set. That is, the controller 80 sends out a command signal including an operation command such as a position command and a speed command for each communication cycle as the reference cycle. Further, each of the motor control devices 10 and 20 controls the operation of the motor 30 based on the received command signal. Further, each of the motor control devices 10 and 20 transmits a reply signal including operation information such as an operation state to the controller 80 every communication cycle. Although details will be described below, the controller 80 further transmits a communication timing signal St for each communication cycle. In FIG.
  • a signal transmitted every communication cycle including the command signal, the return signal, and the communication timing signal St via the communication line 81 is illustrated as a communication signal Cm.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the first group of motor control devices 10 of the motor control system 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of a main part of the motor control device 10 including a more detailed configuration of the motor control unit 14.
  • the motor control device 10 includes a communication processing unit 12, a control parameter setting unit 13, a motor control unit 14, a drive unit 15, a synchronization timing generation unit 16, and a torque correction unit 17. I have.
  • the communication processing unit 12 is communicatively connected to the communication line 81, receives various types of information including control parameters and operation commands from the controller 80, and performs motor control on the controller 80. Various information in the apparatus 10 is transmitted.
  • the communication processing unit 12 receives a group of data, which are control parameters, from the controller 80 and transmits them to the control parameter setting unit 13 at the time of initial setting for starting up the system, for example.
  • control parameters include a torque correction reference value Cor in the present embodiment, along with various gains and filter constants.
  • the controller 80 transmits information including an operation command as a command signal with the communication signal Cm every communication cycle, and the communication processing unit 12 receives the information.
  • the motion information of the other axis that is the position information of the load 36 in the X-axis direction is also notified as the motion command.
  • an X-axis position command Pcx that is a position command indicating a position commanded to the motor control device 20 that controls the X-axis is notified. .
  • the motor control device 10 that is the first group receives the position command Pc as the first position command in the communication processing unit 12 as an operation command for itself in the communication signal Cm. At the same time, the motor control device 10 receives the X-axis position command Pcx as the second position command as operation information in the second group of motor control devices 20 in the communication signal Cm.
  • the position command Pc is notified to the motor control unit 14, and the motor control unit 14 executes position control so as to follow the position command Pc. Further, the X-axis position command Pcx is notified to the torque correction unit 17, and a corrected torque command is generated by the torque correction unit 17.
  • the position command Pc as the operation command and the X-axis position command Pcx as the operation information will be described as an example. In addition to these, other information and data may be notified as information.
  • the communication processing unit 12 is notified of various information from each unit in the motor control device 10.
  • the motor control unit 14 notifies the communication processing unit 12 of detected position information Pdy that is position information of the motor on the Y axis detected by the motor control unit 14. Then, the communication processing unit 12 notifies the controller 80 of the detected position information Pdy as a return signal with the communication signal Cm.
  • the communication timing signal St included in the communication signal Cm is transmitted from the controller 80 every communication cycle.
  • the communication processing unit 12 detects this communication timing signal St and notifies the synchronization timing generation unit 16 of it.
  • the position command Pc or the like is a signal that becomes data
  • the communication timing signal St is a pulse signal for indicating a periodic timing. That is, although details will be described below, in this embodiment, the communication timing signal St is used as a synchronization signal, and the synchronization timing generation unit 16 generates a clock signal Ck synchronized with the cycle of the communication timing signal St. is doing.
  • the communication processing unit 12 includes a communication interface (hereinafter, appropriately referred to as a communication I / F) 22 and a data transmission / reception unit 23 as shown in FIG.
  • the communication I / F 22 is a modulator / demodulator based on communication specifications in communication connection with the controller 80.
  • the communication I / F 22 transfers the demodulated data to the data transmission / reception unit 23, modulates the data from the data transmission / reception unit 23 based on the communication specifications, and transmits the modulated data to the controller 80.
  • the communication I / F 22 extracts the communication timing signal St included in the communication signal Cm and supplies it to the synchronization timing generation unit 16.
  • the data transmitter / receiver 23 temporarily holds data that is modulated / demodulated by the communication I / F 22.
  • the control parameter setting unit 13 receives a control parameter group Prm composed of a group of data from the communication processing unit 12 at the time of system startup, for example.
  • the control parameter setting unit 13 includes, for example, a control parameter memory 132 and a parameter processing unit 133.
  • the control parameter setting unit 13 stores the received control parameter group Prm in the control parameter memory 132, and sets the stored control parameter in a predetermined function unit by the processing of the parameter processing unit 133. That is, for example, as shown in FIG. 3, the gains Kvff, Kpp, Ktff, constants, and the like included in the control parameter group Prm are set in the function unit of control and processing in the motor control unit 14. Furthermore, in the present embodiment, the torque correction reference value Cor included in the control parameter group Prm is set in the torque correction unit 17.
  • the synchronization timing generation unit 16 generates the clock signal Ck synchronized with the cycle of the communication timing signal St as described above, and further generates the PWM carrier signal Sc from the clock signal Ck. .
  • such synchronization timing generation is performed so that the first motor control device 10 corresponding to the Y1 axis and the second motor control device 10 corresponding to the Y2 axis are processed in synchronization.
  • the portion 16 is provided. That is, the first and second motor control devices 10 are each processed based on the timing of the communication timing signal St.
  • the synchronization timing generation unit 16 generates a timing signal that matches the processing timing between the motor control devices 10 of the first group.
  • the synchronization timing generator 16 includes a clock generator 62, a frequency division counter 63, a phase comparator 64, and a PWM carrier generator 65 as shown in FIG. .
  • the clock generator 62, the frequency dividing counter 63, and the phase comparator 64 constitute a so-called PLL (Phase Locked Loop) circuit.
  • the clock generation unit 62 generates a clock signal Ck having a clock frequency corresponding to the control signal Dp.
  • the frequency division counter 63 generates a pulse signal Pfs obtained by dividing the clock signal Ck.
  • the frequency division ratio of the frequency division counter 63 is set so that the cycle of the pulse signal Pfs is substantially the same as the cycle of the communication timing signal St.
  • the phase comparator 64 compares the phases of the pulse signal Pfs and the communication timing signal St, and generates a control signal Dp based on the comparison.
  • the control signal Dp is supplied to the clock generation unit 62.
  • the clock signal Ck is locked to the communication timing signal St, and the clock signal Ck is synchronized with the communication timing signal St.
  • the clock signal Ck is used for digital processing in the motor control device 10.
  • the PWM carrier generation unit 65 is supplied with a carrier generation pulse from the frequency division counter 63.
  • the carrier generation pulse is a signal having a duty of 50% obtained by dividing the clock signal Ck synchronized with the communication timing signal St by a predetermined division ratio.
  • the PWM carrier generation unit 65 generates a PWM carrier signal Sc that is a triangular wave by integrating such a carrier generation pulse by, for example, an integration circuit.
  • the PWM carrier signal Sc is supplied to the drive unit 15 and used to generate a drive voltage Vd using PWM (pulse width modulation).
  • the carrier generation pulse is supplied to the motor control unit 14 as the servo activation timing signal Sst, and the cycle of the carrier generation pulse is used as a reference cycle for control in the motor control unit 14.
  • FIG. 2 shows an example in which the motor 30 is a UVW-phase three-phase drive brushless motor. That is, the motor 30 is configured to include a stator having windings 31 corresponding to each phase and a rotor holding a permanent magnet. The winding 31 is energized by applying a driving voltage Vd whose phase is shifted by 120 degrees to each winding 31 of the stator, and a current flows through the winding 31 to rotate the rotor. Then, the position of the corresponding shaft connected to the rotor is controlled according to the rotation of the rotor.
  • Vd driving voltage
  • the motor 30 is equipped with a position sensor 32 for detecting the rotational position of the rotor.
  • the position sensor 32 outputs a position sensor signal Pd corresponding to the rotational position of the rotor, and notifies the motor control unit 14 of the position sensor signal Pd.
  • the load is linearly position controlled by the motor 30 that rotates as described above.
  • a linear motor that directly performs linear position control with respect to the load is described. Good.
  • the motor control unit 14 controls the position, speed and torque of the motor 30.
  • the driving unit 15 drives the winding 31 of the motor 30 to energize.
  • the motor control unit 14 In order to execute such control, the motor control unit 14, as shown in FIG. 2, a position detection unit 42, a position control unit 43, a speed control unit 44, a torque feed forward (hereinafter referred to as torque FF) processing unit. 45 and a torque control unit 46.
  • the control parameter setting unit 13 sets gains and constants included in the control parameter group Prm.
  • the position command Pc in the Y-axis direction is notified to the motor control unit 14 from the data transmitting / receiving unit 23 of the communication processing unit 12 for each communication cycle.
  • the position sensor signal Pd is notified from the position sensor 32 to the position detection unit 42, and the position detection unit 42 generates detection position information Pdy in the Y-axis direction. This detected position information Pdy is also notified to the communication processing unit 12, and further notified to the controller 80 as one piece of information of a reply signal.
  • the motor control unit 14 moves so that the load position in the Y-axis direction follows the position command Pc from the controller 80 by feedback control using the detected position information Pdy based on the position sensor signal Pd. The operation is controlled.
  • the position control unit 43 uses the subtractor 432 to determine the position deviation which is the difference between the position command Pc and the detected position information Pdy. dP is calculated. Further, the position proportional unit 433 performs calculations such as multiplying the position deviation dP by the position gain Kpp. Further, FIG. 3 shows an example in which the position control unit 43 further includes a speed feed forward (hereinafter referred to as speed FF) unit 434.
  • the speed FF unit 434 performs a calculation such as multiplying the position command Pc by a speed FF gain Kvff along with a differential calculation. In the example of FIG.
  • the position control unit 43 outputs a value obtained by adding the output of the speed FF unit 434 to the output of the position proportional unit 433 by the adder 435 as the speed command Vc.
  • the speed command Vc is notified to the speed control unit 44 as a speed command.
  • the speed detector 442 detects the speed and outputs it as a detected speed Vdy.
  • the speed detection unit 442 detects the speed by, for example, differentiating the detected position information Pdy.
  • the subtractor 443 calculates a speed deviation dV that is a difference between the supplied speed command Vc and the detected speed Vdy.
  • the speed proportional unit 444 performs a proportional operation such as multiplying the speed deviation dV by the speed gain Kvp.
  • the speed integration unit 445 performs integration on the speed deviation dV, and further multiplies the integration gain Kvi.
  • the adder 446 adds the output of the speed proportional unit 444 and the output of the speed integration unit 445, thereby calculating the drive torque amount based on the speed calculation.
  • the drive torque amount calculated by the speed control unit 44 is output as a torque command Tr based on the speed calculation.
  • the motor control unit 14 includes an example including a torque FF processing unit 45 and a torque control unit 46.
  • the torque FF processing unit 45 includes a torque FF unit 452 as shown in FIG.
  • the torque FF unit 452 performs first-order differentiation and second-order differentiation processing on the position command Pc, further performs an operation of multiplying the differential value by the torque FF gain Ktff, and outputs it as a torque FF value Trf.
  • the torque control unit 46 is supplied with the torque command Tr from the speed control unit 44 and the torque FF value Trf from the torque FF processing unit 45.
  • the torque control unit 46 adds the torque command Tr and the torque FF value Trf by the adder 462.
  • the value obtained by adding the torque FF value Trf to the torque command Tr based on the speed calculation as described above is set as a reference drive torque amount for operating the motor 30, and the torque command Tc. Is output as
  • the torque command Tc obtained by the processing of the motor control unit 14 as described above is further corrected, and the motor 30 in the first group is driven based on the corrected torque command Tcc. It is characterized by that.
  • a torque correction unit 17 is provided in the present embodiment.
  • the torque correction unit 17 includes a correction amount calculation unit 72 and an adder 76.
  • the correction amount calculation unit 72 is notified of the torque correction reference value Cor included in the control parameter group Prm from the control parameter setting unit 13. Further, the correction amount calculation unit 72 is notified from the communication processing unit 12 of an X-axis position command Pcx that is a position command to the motor control device 20 that controls the X-axis.
  • the correction amount calculation unit 72 calculates a torque correction value Cot, which is a correction amount for the torque command Tc, based on the torque correction reference value Cor and the X-axis position command Pcx. That is, the torque correction value Cot is added to the torque command Tc supplied to the torque correction unit 17 by the adder 76, and the torque correction unit 17 outputs the addition result as a corrected torque command Tcc.
  • the correction amount calculation unit 72 includes a correction amount table 73 and a multiplier 74 as shown in FIGS. 2 and 3 in order to calculate the torque correction value Cot.
  • the correction amount table 73 is a conversion table that converts the X-axis position command Pcx into a correction ratio. That is, when the X-axis position command Pcx is supplied to the correction amount table 73, the correction ratio Rc is output from the correction amount table 73.
  • the multiplier 74 obtains a torque correction value Cot by multiplying the torque correction reference value Cor by this correction ratio Rc.
  • the table is set so as to have the following correction ratio Rc based on the X-axis position command Pcx. That is, in the control target mechanism 33 having the gantry structure, the table is set so that the correction ratio Rc increases as the load 36 approaches the rail 34 of the gantry structure. In other words, the correction ratio Rc is increased as the X-axis position command Pcx is closer to the rail 34 of itself. As a result, the torque command Tc is corrected so that the amount of torque increases as the load 36 approaches the rail 34, thereby balancing the driving force between the Y1 axis and the Y2 axis. In other words, the unbalance due to the position of the load 36 in the X-axis direction is corrected so that the driving force increases as the load 36 is closer to the rail 34.
  • the drive unit 15 generates a drive voltage Vd based on the torque command Tcc supplied from the torque correction unit 17.
  • the drive unit 15 includes a drive waveform generation unit 52, a PWM processing unit 53, and an inverter 54 as shown in FIG. 2 in order to generate the drive voltage Vd.
  • the torque command Tcc is notified to the drive waveform generator 52.
  • the drive waveform generator 52 generates a signal having a waveform corresponding to the magnitude of the torque command Tcc. More specifically, for example, when the winding 31 of each phase of the motor 30 is sine-wave driven, the drive waveform generation unit 52 generates a sine wave waveform with an amplitude corresponding to the magnitude of the torque command Tcc for each phase. Then, the drive waveform signal Dr is supplied to the PWM processing unit 53.
  • the PWM processing unit 53 is supplied with the drive waveform signal Dr from the PWM processing unit 53 and the PWM carrier signal Sc from the PWM carrier generation unit 65 of the synchronization timing generation unit 16.
  • the PWM processing unit 53 performs pulse width modulation (PWM) by comparing the amplitudes of the triangular wave PWM carrier signal Sc and the drive waveform signal Dr.
  • PWM pulse width modulation
  • the PWM processing unit 53 generates a PWM signal Dp composed of a pulse train having a pulse width or a duty ratio corresponding to the level of the drive waveform signal Dr for each phase.
  • the inverter 54 receives the PWM signal Dp of each phase from the PWM processing unit 53, generates the drive voltage Vd, and applies it to each winding 31 of the motor 30.
  • Inverter 54 includes a switching element and a power conversion element such as a diode.
  • the inverter 54 uses a switching element to generate a drive voltage Vd by switching, that is, turning on / off the voltage supplied from the power supply in accordance with the PWM signal Dp.
  • the motor control device 10 applies the drive voltage Vd generated in this way to the winding 31 of the motor 30 so that the winding 31 is energized, and the motor 30 outputs a torque corresponding to the torque command Tcc.
  • the motor controller 10 of the first group By such control and drive by the motor controller 10 of the first group, one end of the head 35 moves on the rail 34 in the Y-axis direction so as to follow the position command Pc from the controller 80.
  • the first motor control device 10 and the second motor control device 10 in the first group are position-controlled by the controller 80 with the same position command Pc, whereby both ends of the head 35 on which the load 36 is mounted. However, it moves at the same speed on the rail 34 while maintaining the same position in the Y-axis direction.
  • both the motor control devices 10 execute processing in synchronization with the communication timing signal St from the controller 80. For this reason, processing is executed in synchronism with each other between both motor control devices.
  • the motor control device 20 includes a communication processing unit 12, a control parameter setting unit 13, a motor control unit 14, and a drive unit 15, as with the motor control device 10, and further includes a timing.
  • a generation unit 162 is provided.
  • the timing generation unit 162 is the same as the synchronization timing generation unit 16 except that it does not have a function of synchronizing the communication timing signal St from the controller 80. That is, the timing generator 162 generates a free-running clock signal Ck and a PWM carrier signal Sc.
  • the motor control device 20 may also be configured to generate the clock signal Ck and the like synchronized with the cycle of the communication timing signal St, similarly to the motor control device 10, using the synchronization timing generation unit 16. In short, in the present embodiment, it is an essential requirement that the first motor control device 10 and the second motor control device 10 are synchronized as described above.
  • the motor control device 20 is notified from the controller 80 of the X-axis position command Pcx included in the communication signal Cm.
  • the X-axis position command Pcx is a position command in the X-axis direction of the load 36 mounted on the head 35.
  • the motor control unit 14 of the motor control device 20 generates a torque command Tc so that the position of the load 36 according to the X-axis position command Pcx is obtained.
  • the drive unit 15 of the motor control device 20 applies a drive voltage Vd corresponding to the torque command Tc to the winding 31 of the motor 30. In this way, position control for the load 36 is executed.
  • the detected position information Pdx generated based on the position sensor signal Pd in the motor control device 20 is notified from the communication processing unit 12 to the controller 80 as one piece of information of a reply signal.
  • FIG. 4 is a configuration diagram for explaining an operation of controlling the gantry mechanism in the motor control system 100 according to the present embodiment.
  • the X axis is defined as the left-right direction in the figure.
  • the head 35 is graduated from the position 0 located on the left side on the X-axis to the position 10 located on the right side.
  • Position 5 is the central portion of the head 35.
  • the corrected torque command Tcc1 for the Y1 axis and the corrected torque command Tcc2 for the Y2 axis are both torque commands Tc without correction.
  • the corrected torque command Tcc1 for the Y1 axis is incremented by +1, and the corrected torque command Tcc1 for the Y2 axis is decremented by -1.
  • the corrected torque command Tcc1 for the Y1 axis is (Tc + 5), and the corrected torque command Tcc2 for the Y2 axis is (Tc-5).
  • the head 35 moves smoothly without causing a twist between the Y1 axis and the Y2 axis.
  • the X-axis load 36 and the head 35 that is the Y-axis load are appropriately moved according to instructions from the controller 80. Therefore, for example, the following control is performed in order for both motor control devices 10 to move the head 35 more smoothly.
  • the controller 80 transmits the latest position command Pcx of the X-axis load 36 to the motor control device 10 in addition to the position command Pc to itself.
  • the motor control system 100 uses the torque correction unit 17 to calculate the corrected torque commands Tcc1 and Tcc2 so as to satisfy Table 1.
  • the corrected torque commands Tcc1 and Tcc2 are values that always move the head 35 on which the X-axis load 36 is mounted smoothly.
  • this motor control system 100 is used for the control target mechanism 33 that is a gantry mechanism, it is possible to suppress the occurrence of twist due to the position of the X-axis load 36.
  • the X-axis load 36 that moves on the head 35 is located on the scale of position 8 on the X-axis. Therefore, the torque correction value Cot reflected on the Y1 axis is -3. On the other hand, the torque correction value Cot reflected on the Y2 axis is +3.
  • the torque correction unit 17 reflects the calculated torque correction value Cot in the torque command Tc generated by the motor control unit 14. Therefore, the torque correction unit 17 derives the corrected torque command Tcc.
  • the corrected torque command Tcc is notified to the drive unit 15.
  • the corrected torque command Tcc adds the calculated torque correction value Cot to the torque command Tc generated by the motor control unit 14.
  • the corrected torque command Tcc for the Y1 axis is (Tc-3).
  • the drive unit 15 Based on the torque command Tcc corrected in this way, the drive unit 15 generates a drive voltage Vd for driving the motor 30.
  • the generated drive voltage Vd is output to the winding 31 of the motor 30 in accordance with the servo activation timing signal Sst.
  • the motor 30 is driven according to the supplied drive voltage Vd.
  • FIG. 5 is a timing chart of the motor control system 100 in the present embodiment.
  • the motor control device 10 is appropriately controlled based on the own axis position command Pc included in the communication signal Cm transmitted from the controller 80. At this time, a position command Pcx for moving the X-axis load 36 is also transmitted from the controller 80 to the motor control device 10.
  • each of the motor control devices 10 operates in synchronization with the movement generated in the X-axis load 36 being reflected.
  • the upper stage shows the timing of the pulses generated by the synchronization timing generator 16 together with the communication signal Cm. Moreover, the timing regarding the 1st motor control apparatus 10 corresponding to a Y1 axis
  • the motor control device 10 transmits detected position information Pdy, which is current position information, to the controller 80 via the communication line 81 for the motors 30 attached to the respective shafts. That is, the detected position information Pdy is included in the transmission data in the communication signal Cm as shown in the enlarged portion in FIG. 5, and is transmitted to the controller 80 in the order of the Y1 axis and the Y2 axis.
  • the controller 80 sends out a pulsed communication timing signal St shown in FIG.
  • the communication processing unit 12 of the motor control device 10 extracts the communication timing signal St from the communication signal Cm and transmits it to the synchronization timing generation unit 16.
  • the communication processing unit 12 transmits the communication timing signal St to the synchronization timing generation unit 16 so that the timing of motor driving executed by the motor control device 10 is the same in consideration of the following points. That is, the points to consider include the frame length, the frame order, the bit rate, the node connection order, and the like of the signal received via the communication line 81.
  • the synchronization timing generation unit 16 includes a PLL circuit having the clock generation unit 62, the frequency division counter 63, and the phase comparator 64 as described above. Using this PLL circuit, the synchronization timing generator 16 generates a falling edge of the communication timing signal St and a falling edge of the divided pulse Pfs output from the frequency dividing counter 63, as shown in FIG. The frequency and phase of the clock signal Ck of the clock generator 62 are controlled so that the phases match. As a result, a clock signal Ck and a divided pulse P6fs synchronized with the communication timing signal St are generated.
  • a servo activation timing signal Sst that is a pulse delayed by a predetermined timing is generated from the divided pulse P6fs synchronized with the communication timing signal St. Further, the PWM carrier signal Sc is generated based on the timing of the servo activation timing signal Sst.
  • the servo activation timing signal Sst and the PWM carrier signal Sc generated in this way are also synchronized with the communication timing signal St.
  • the synchronization timing generation unit 16 synchronizes the phase of the PWM carrier signal or the like with the communication timing signal St in order to achieve the next purpose.
  • the clock signal Ck is adjusted. That is, the purpose of reaching is to output the servo activation timing signal Sst having a preset cycle at a time delayed by a predetermined timing after the synchronization timing generation unit 16 receives the communication timing signal St.
  • the preset cycle is 1 / n times the communication cycle (n is an integer).
  • the PWM carrier signal Sc is a triangular wave used for pulse width modulation of a drive waveform corresponding to the magnitude of the torque command Tcc. That is, the servo activation timing signal Sst synchronized with the PWM carrier signal Sc can be said to be a trigger for adjusting the drive voltage Vd supplied to the motor 30. Therefore, the control process performed in each motor control device 10 based on the timing of the servo activation timing signal Sst is executed in accordance with the cycle of the PWM carrier signal Sc. As described above, in the motor control device 10, the timing of supplying current to the motor 30 and the timing of the control processing executed in the motor control device 10 are synchronized with the communication timing signal St by the synchronization timing generation unit 16. It has been adjusted.
  • the communication cycle is set to 0.6 ms (600 ⁇ s) in advance. Further, one cycle of the PWM carrier signal Sc and the servo activation timing signal Sst is set to 1/6 of the communication cycle.
  • the divided pulse signal Pfs having one period of 0.6 ms can be generated by setting the frequency dividing ratio of the frequency dividing counter 63 to 600. Further, by setting the frequency dividing ratio of the frequency dividing counter 63 to 100, it is possible to generate the frequency-divided pulse signal P6fs having the same period of 0.1 ms (100 ⁇ s) as the servo activation timing signal Sst.
  • FIG. 5 shows an example of a phase relationship in which the servo start timing signal Sst is output when the PWM carrier signal is zero.
  • FIG. 5 shows an example in which the servo activation timing signal Sst is output 10 ⁇ s after the falling timing of the communication timing signal St.
  • the PWM carrier signal Sc or the like is adjusted by the synchronization timing generator 16 so as to be synchronized with the communication timing signal St.
  • the synchronization timing generator 16 As a result of such adjustment, at the timing of the servo activation timing signal Sst, each motor control device 10 executes the processes of the motor control unit 14, the torque correction unit 17 and the drive unit 15 at the same timing.
  • the torque correction unit 17 calculates a torque correction value Cot according to the X-axis position command Pcx.
  • the calculated torque correction value Cot is added to the own-axis torque command Tc generated by the motor control unit 14. Accordingly, the corrected torque command Tcc is calculated.
  • the corrected torque command Tcc thus obtained is transmitted from the torque correction unit 17 to the drive unit 15 at the timing of the servo start timing signal Sst of the next cycle.
  • the drive unit 15 generates a drive voltage Vd to be supplied to the motor 30 in accordance with the corrected torque command Tcc.
  • the drive voltage Vd is supplied from the drive unit 15 to the motor 30 in accordance with the timing of the servo start timing signal Sst generated thereafter.
  • the instruction content instructed to each motor control device 10 is as follows. Are reflected in the motor 30 synchronously. That is, the command content instructed to each motor control device 10 is executed at each timing at which the servo activation timing signal Sst is output. In other words, by synchronizing one unit of the control signal transmitted from the controller 80 to each motor control device 10 and the cycle of the servo activation timing signal Sst, the control signal received by each motor control device 10 is It can be executed at the same timing.
  • the latest position command Pcx of the X-axis load 36 is reflected in the drive voltage Vd supplied from the motor control device 10 to the motor 30. Therefore, even if the motor control system 100 in the present embodiment is used for the gantry mechanism, the twist due to the position of the X-axis load 36 does not occur.
  • the motor control system 100 can perform positioning smoothly according to the load characteristics generated in each of the motor control devices 10 and 20.
  • FIG. 6 is a block diagram of the motor control system 102 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 the same components as those of the motor control system 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is incorporated.
  • the motor control system 102 shown in FIG. 6 supplies the detected position information Pdx indicating the detected position on the X axis to the torque correction unit 17. This configuration is different from that of the first embodiment.
  • the communication signal Cm includes data transmitted from the motor control device 10 and data transmitted from the motor control device 20. These data include detection position information Pdy of the motor control device 10 and detection position information Pdx of the motor control device 20. Therefore, the motor control device 10 that is the first group extracts detection position information Pdx included in the communication signal Cm for each communication cycle as operation information in the motor control device 20 of the second group. In the motor control device 10, the detected position information Pdx on the X axis is supplied from the communication processing unit 12 to the torque correction unit 17.
  • the detected position information Pdx corresponds to the actual position of the X-axis load 36, similarly to the X-axis position command Pcx.
  • the torque correction value Cot can also be obtained by using the detected position information Pdx instead of the X-axis position command Pcx as the position in Table 1.
  • FIG. 7 is a block diagram of the motor control system 103 according to the third embodiment of the present invention.
  • the motor control system 103 shown in FIG. 7 includes an FF gain correction unit 18 in the motor control device 10 instead of the torque correction unit 17. .
  • the torque FF gain reference value Ktfr is supplied to the FF gain correction unit 18 from the communication processing unit 12 together with the X-axis position command Pcx.
  • the torque FF gain Ktff is supplied from the FF gain correction unit 18 to the torque FF processing unit 45 of the motor control unit 14.
  • the torque FF gain Ktff is supplied as one of the control parameters, for example, at the time of initial setting, whereas in the present embodiment, the FF gain correction unit 18 performs the torque FF gain Ktff. Is calculated.
  • the FF gain correction unit 18 calculates the torque FF gain Ktff based on the X-axis position command Pcx and the torque FF gain reference value Ktfr supplied from the communication processing unit 12 for each communication cycle.
  • the present embodiment is not configured to correct the torque command as in the first embodiment, the torque command Tc generated by the motor control unit 14 is supplied to the drive unit 15.
  • an FF gain correction unit 18 having a correction amount calculation unit 82 is provided as shown in FIG.
  • the correction amount calculation unit 82 includes an X-axis position command Pcx that is a position command for the motor control device 20 that controls the X-axis and a torque FF gain in the torque FF unit 452 for each communication cycle from the communication processing unit 12. Torque FF gain reference value Ktfr to be used as a reference value is notified.
  • the correction amount calculator 82 calculates the torque FF gain Ktff based on the torque FF gain reference value Ktfr and the X-axis position command Pcx.
  • the correction amount calculation unit 82 includes a correction amount table 83 and a multiplier 74 as shown in FIGS. 8 and 9 in order to calculate the torque FF gain Ktff.
  • the correction amount table 83 is a conversion table that converts the X-axis position command Pcx into a correction ratio. That is, when the X-axis position command Pcx is supplied to the correction amount table 83, the correction ratio Rc is output from the correction amount table 83.
  • the multiplier 74 obtains the torque FF gain Ktff by multiplying the torque FF gain reference value Ktfr by this correction ratio Rc.
  • the table is set so as to have the following correction ratio Rc based on the X-axis position command Pcx. That is, in the control target mechanism 33 having the gantry structure, the table is set so that the correction ratio Rc increases as the load 36 approaches the rail 34 of the gantry structure. In other words, the correction ratio Rc is increased as the X-axis position command Pcx is closer to the rail 34 of itself.
  • the torque command Tr is corrected so that the torque amount by the torque FF, that is, the torque FF value Trf output from the torque FF unit 452 becomes larger as the load 36 is closer to the rail 34 of the load 36, and the Y1 axis and Y2
  • the driving force is balanced with the shaft.
  • the unbalance due to the position of the load 36 in the X-axis direction is corrected so that the driving force increases as the load 36 is closer to the rail 34.
  • the imbalance due to the position of the load 36 can be corrected. It is possible to suppress twisting between the shafts.
  • the detected position information Pdx may be used in this embodiment instead of the X-axis position command Pcx.
  • the motor control system of the present invention is useful for controlling a motor control system including a plurality of motor control devices that control a motor attached to each shaft.

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Abstract

本モータ制御システムは、モータを制御する複数のモータ制御装置と、コントローラとが通信線を介して接続される。コントローラは、動作指令を含む通信信号を生成し、所定の通信周期で各モータ制御装置へ送信する。複数のモータ制御装置は、第1グループの2つのモータ制御装置と、第2グループのモータ制御装置とを含む。第1グループのモータ制御装置は、データ送受信部と、モータ制御部と、補正部と、同期タイミング生成部と、を備える。データ送受信部は、自らに対する動作指令と、第2グループのモータ制御装置における動作情報とを受信する。モータ制御部は、動作指令に基づいて、モータを制御するためのトルク指令信号を生成する。補正部は、動作情報に基づいてトルク補正信号を生成し、トルク指令信号を補正する。同期タイミング生成部は、第1グループのモータ制御部間の処理タイミングを合わせるようなタイミング信号を生成する。

Description

モータ制御システム
 本発明は、それぞれの軸に取り付けられたモータを制御する、複数のモータ制御装置を備えるモータ制御システムに関する。
 近年、上位に位置付けられるコントローラと、それぞれの軸に取り付けられるモータを制御する複数のモータ制御装置とを、通信回線を介して接続するモータ制御システムが用いられている。モータ制御システムは、各種の工作機械やロボットなどに用いられる。
 例えば、モータ制御システムは、コントローラと、X軸に取り付けられたX軸モータを制御するX軸モータ制御装置と、Y軸に取り付けられたY軸モータを制御するY軸モータ制御装置と、を備えるものがある。
 モータ制御システムにおいて、一方の軸上で変化が生じた場合、他方の軸の特性に大きく影響をおよぼすことがある。具体的には、X軸上に位置する物を移動させるため、X軸に取り付けられたX軸モータを制御した場合、Y軸モータを動作させるために用いられる機械系の特性には、変化が生じることがある。よって、Y軸モータを制御するにあたり、Y軸モータ制御装置には、Y軸モータに加えるトルクが、X軸上の負荷位置に応じて多過ぎたり少な過ぎたりする。したがって、モータ制御システムには、振動を抑制する性能の低下などが生じる。
 このような不具合に対する方法として、従来、次のモータ制御システムが開示されている。すなわち、この従来のモータ制御システムにおいて、制御対象軸のモータ制御装置には、自軸の位置情報とともに、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、あるいは、重量のいずれかに関する情報が伝えられる。そして、制御対象軸のモータ制御装置は、伝えられた情報に基づいて制御パラメータを逐次変化させながら、制御対象軸に取り付けられたモータを制御する。よって、この従来のモータ制御システムでは、ある軸において、機械系の特性が大きく変動した場合でも、他軸の制御に与える影響を抑制して、振動を抑制する機能を確保している(例えば、特許文献1)。
 また、従来の他のモータ制御システムとして、コントローラと、それぞれの軸に取り付けられたモータを制御する複数のモータ制御装置とが、デイジィチェーン(Daisy Chain)接続されるものが開示されている。
 この従来のモータ制御システムは、同期カウンタを有する。このモータ制御システムでは、コントローラから各モータ制御装置に送信される指令データを受信したタイミングで、同期カウンタが初期化される。この従来の構成のモータ制御システムが備える複数のモータ制御装置は、コントローラから送信される指令データを同時に受信する。同期カウンタは、カウントアップ速度が全て同じである。よって、複数のモータ制御装置は、受信した指令データを同時に各モータの制御に反映する(例えば、特許文献2)。
 ところで、特許文献1に示す、それぞれのモータ制御装置において、制御パラメータの変更は、通信周期と対応することなく、任意のタイミングで行われる。つまり、それぞれのモータ制御装置は、互いに同期することなく、制御パラメータを変更している。よって、X軸とY軸とが機械的に結合していない場合、1つのX軸を制御するX軸モータ制御装置と、1つのY軸を制御するY軸モータ制御装置と、で構成されるモータ制御システムでは、つぎの制御が可能と考えられる。つまり、例えば、X軸上で生じる変化を反映するために、Y軸上を移動する物を制御するY軸モータ制御装置では、X軸上で生じた変化に囚われることなく、制御パラメータを変更する。このような制御を行っても、従来のモータ制御システムでは、振動を抑制する性能は低下しない。
 これに対し、X軸とY軸とが機械的に結合した構成として、例えばガントリ(Gantry)機構が挙げられる。このようなガントリ機構を有するモータ制御システムは、例えば、X軸負荷がその上を移動するヘッドと、このヘッド両端部などをY軸方向に並列駆動する一対のレールと、を有する。Y軸は、並行して位置するY1軸およびY2軸を含む。つまり、ガントリ機構を有するモータ制御システムは、X軸を制御する1つのX軸モータ制御装置と、Y1軸およびY2軸とを制御する2つのY軸モータ制御装置と、を有する。なお、並列駆動は、タンデム駆動ともいう。
 この構成において、アンバランスな制御の抑制を目的として、ヘッド上のX軸負荷の位置情報をY1軸およびY2軸に反映させるために、Y1軸モータ制御装置とY2軸モータ制御装置とが、それぞれのタイミングで制御パラメータを変更する。
 ところが、それぞれの制御装置が適宜、任意のタイミングで、制御パラメータを変更した場合、つぎの不具合が生じることがある。すなわち、Y1軸とY2軸とを制御する、それぞれのY軸モータ制御装置の間には、ヘッド上のX軸負荷が存在する位置に起因して必要とされるトルクを、それぞれのモータに反映させるタイミングがずれる。よって、機械的に結合されたY1軸とY2軸との間では、ねじれが生じる。そして、このようなねじれが、X軸負荷の位置決め精度の劣化や振動抑制性能の劣化を招き、ひいては、安全性の低下を招いたり、故障の原因となったりすることとなる。
特開2004-70790号公報 特開2003-189654号公報
 本発明に関するモータ制御システムは、複数のモータ制御装置とコントローラとが、通信線を介して接続される。
 複数のモータ制御装置は、それぞれに接続されたモータをそれぞれ制御する。コントローラは、それぞれのモータを制御するために、それぞれの動作指令を含む通信信号を生成する。コントローラは、生成した通信信号を複数のモータ制御装置のそれぞれに対して、所定の通信周期で送信する。
 複数のモータ制御装置は、第1グループの2つのモータ制御装置と、第2グループのモータ制御装置とを含む。
 第1グループのモータ制御装置は、それぞれ、データ送受信部と、モータ制御部と、補正部と、同期部と、を備える。
 データ送受信部は、通信信号のうち自らに対する動作指令と、通信信号のうち第2グループのモータ制御装置における動作情報と、を受信する。
 モータ制御部は、自らに対する動作指令に基づいて、接続されたモータを制御するためのトルク指令信号を生成する。
 補正部は、第2グループのモータ制御装置の動作情報に基づいてトルク補正信号を生成し、このトルク補正信号を用いて、自らのトルク指令信号を補正する。
 同期タイミング生成部は、第1グループのモータ制御部間の処理タイミングを合わせるようなタイミング信号を生成する。
 本発明のモータ制御システムによれば、つぎの作用効果が期待できる。
 つまり、それぞれの軸が互いに機械的に結合される等、影響を及ぼし合うモータ制御システムにおいて、それぞれのモータには、同期して駆動されることが求められる。
 そこで、本発明のモータ制御システムを用いれば、それぞれのモータ駆動には、他軸の位置情報のような動作情報を反映できる。さらに、本発明のモータ制御システムを用いれば、それぞれのモータ制御装置は、それぞれのモータを同期するように駆動する。
 よって、本発明のモータ制御システムが、例えばガントリ機構に適用される場合、それぞれのモータ制御装置で生じている負荷特性に応じて、円滑に位置決めを行うことができる。
 例えば、ガントリ機構の構成において、並行動作する2軸の負荷特性に対して、2軸とは別軸の負荷の位置によって変動が生じた場合、両軸の間で、ねじれが生じることを抑制できる。よって、このようなねじれに基づくX軸負荷の位置決め精度や振動抑制性能の劣化を抑制できるとともに、安全性の確保や、故障要因の低減を図ることができる。
図1は、本発明の実施の形態1におけるモータ制御システムの構成図である。 図2は、同モータ制御システムの第1グループのモータ制御装置のブロック図である。 図3は、同モータ制御システムの要部の詳細な構成を示すブロック図である。 図4は、同モータ制御システムにおいてガントリ機構を制御する動作を説明するための構成図である。 図5は、同モータ制御システムのタイミングチャートである。 図6は、本発明の実施の形態2におけるモータ制御システムの構成図である。 図7は、本発明の実施の形態3におけるモータ制御システムの構成図である。 図8は、同モータ制御システムの第1グループのモータ制御装置のブロック図である。 図9は、同モータ制御システムの要部の詳細な構成を示すブロック図である。
 本発明の実施の形態におけるモータ制御システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。
 (実施の形態1)
 図1は、本発明の実施の形態1におけるモータ制御システムの構成図である。
 図1に示すように、本実施の形態におけるモータ制御システム100は、1つの制御対象機構33と、複数のモータ30と、複数のモータ制御装置10と、1つのモータ制御装置20と、1つのコントローラ80と、を備えた構成である。コントローラ80と、モータ制御装置10、20のそれぞれとは、通信線81を介して、通信接続されている。そして、モータ30の制御の対象となる制御対象機構33は、複数の軸を有した構成であり、各軸に対して、1つのモータ30とモータ制御装置10、20のいずれか1つとの組み合わせのモータ装置が対応している。そのようなモータ装置において、モータ30がモータ制御装置10、20からの指令に従って駆動制御され、1つの軸の負荷がその軸上を移動する。
 本実施の形態では、このような複数軸のシステムの一例として、上述したガントリ機構である制御対象機構33を制御するモータ制御システム100を挙げている。さらに、本実施の形態では、制御対象機構33の複数軸における親軸としてX軸およびY軸とする2軸で構成され、Y軸が、さらに親軸の下の子軸としてY1軸およびY2軸とする2軸で構成されるシステムの一例を示している。すなわち、本実施の形態は、複数の親軸で構成され、そのうちの1つの親軸がさらに複数の子軸で構成されるシステムに適用できる。
 このような複数軸を制御するシステムとするため、モータ制御システム100は、図1に示すように、第1グループとするペア、すなわち2つのモータ制御装置10と、第2グループとする1つのモータ制御装置20とを含む構成である。第1グループのモータ制御装置10は、親軸であるY軸を第1グループとして、Y1軸とY2軸とのペアである2軸のモータ30をそれぞれ制御する。そして、第2グループのモータ制御装置20は、X軸の1つのモータ30を制御する。以上、本実施の形態では、図1に示すように、第1グループの第1のモータ制御装置10には、Y1軸用のモータ30が接続され、第1グループの第2のモータ制御装置10には、Y2軸用のモータ30が接続され、第2グループのモータ制御装置20には、X軸のモータ30が接続されるように構成している。
 また、ガントリ構造の制御対象機構33は、図1に示すように、2つのレール34と、両レール34間を跨ぐように配置されるヘッド35と、ヘッド35に搭載された負荷36とで構成されている。2つのレール34は、それぞれY1軸とY2軸とに対応づけて互いに並行するように配置されている。また、ヘッド35は、その両端部がレール34それぞれに載置されて、Y軸方向に移動可能なように、配置されている。そして、負荷36は、ヘッド35に搭載されて、X軸方向に移動可能なように、配置されている。
 以上のような構成により、第1のモータ制御装置10が、モータ30を制御してY1軸上に配置されたヘッド35の一端部の位置を制御する。第2のモータ制御装置10が、モータ30を制御してY2軸上に配置されたヘッド35の他端部の位置を制御する。このような位置制御により、異常時などを除き、負荷36を搭載したヘッド35の両側が、レール34上をY軸方向に等しい位置を保ちながら等しい速度で移動する。すなわち、これにより、Y1軸の負荷およびY2軸の負荷となるヘッド35が、両レール34で構成されたY軸上を移動する。また、第2グループのモータ制御装置20の接続されたX軸のモータ30は、X軸の負荷36がヘッド35上をX軸方向に移動するように、位置制御する。
 次に、本実施の形態では、このようなモータ制御装置10、20に対して、制御パラメータを設定したり動作指令を与えたりするために、モータ制御装置10、20に通信接続されたコントローラ80を設けている。この通信接続における具体的な通信手法としては、例えば、RS232C/485などのシリアル通信規格や、USB(Universal Serial Bus)規格に対応したデータ通信であったり、あるいはFAネットワーク専用の通信仕様である、RTEX(Realtime Express)やEtherCAT通信であったりしてもよい。
 また、通信内容として、本実施の形態でのパラメータ設定などに関しては、システムの立上げ時やシステムの動作を変更する場合などにおいて実行される。また、制御パラメータとしては、制御ゲインやフィルタの特性に関する設定値などがある。さらに、このようなパラメータ設定に加えて、コントローラ80は、モータ30が所望の動き動作をするように、モータ制御装置10、20に対しての動作指令などを含めた各種情報を送出するとともに、モータ制御装置10、20から各種情報を受信する。
 特に、パラメータ設定に関しては初期設定時など不定期であるのに対して、動作指令に関しては、逐次、システム内での動作を指示する必要がある。このため、本実施の形態では、動作指令を送出する基準周期を設定している。すなわち、コントローラ80は、この基準周期としての通信周期毎に、位置指令や速度指令などの動作指令を含む指令信号を送出している。また、モータ制御装置10、20のそれぞれは、受け取った指令信号に基づき、モータ30の動作を制御する。さらに、モータ制御装置10、20のそれぞれは、通信周期毎にコントローラ80に対して、動作状態などの動作情報を含む返信信号を送信する。そして、詳細については以下で説明するが、コントローラ80からは、さらに、通信周期毎に通信タイミング信号Stが送信されている。図1では、通信線81を介して、これら指令信号、返信信号および通信タイミング信号Stを含めた通信周期毎に送出される信号を、通信信号Cmとして示している。なお、本実施の形態では、モータ制御装置10、20によってモータ30の位置を制御する構成例を挙げており、コントローラ80は、目標とする位置を指令するための位置指令を指令信号に含めてモータ制御装置10、20に通知している。
 図2は、本実施の形態におけるモータ制御システム100の第1グループのモータ制御装置10の詳細な構成を示すブロック図である。また、図3は、モータ制御部14のさらに詳細な構成を含めたモータ制御装置10の要部の詳細な構成を示すブロック図である。
 次に、図1、図2および図3を参照しながら、モータ制御装置10の詳細な構成について説明する。
 図1に示すように、モータ制御装置10は、通信処理部12と、制御パラメータ設定部13と、モータ制御部14と、駆動部15と、同期タイミング生成部16と、トルク補正部17とを備えている。
 モータ制御装置10において、通信処理部12は、通信線81に通信接続されており、コントローラ80から、制御パラメータや動作指令などを含めた各種情報を受信するとともに、コントローラ80に対して、モータ制御装置10内での各種情報を送信する。
 通信処理部12は、例えばシステムを立上げる初期設定時などにおいて、制御パラメータである一群のデータをコントローラ80から受け取り、制御パラメータ設定部13に伝送する。ここで、制御パラメータとしては、各種ゲインやフィルタ定数などとともに、本実施の形態では、トルク補正基準値Corが含まれている。
 また、コントローラ80は、初期設定などが完了すると、通信周期毎に、通信信号Cmでの指令信号として、動作指令を含む情報を送出し、その情報を通信処理部12が受け取る。本実施の形態では、動作指令として、モータ制御装置10自身に対して指令された位置を示す位置指令Pcに加えて、負荷36のX軸方向の位置情報である他軸の動作情報も通知される例を挙げている。ここで、本実施の形態では、負荷36のX軸方向の位置情報として、X軸を制御するモータ制御装置20に対して指令する位置を示す位置指令であるX軸位置指令Pcxが通知される。すなわち、第1グループであるモータ制御装置10は、通信処理部12において、通信信号Cmのうち自らに対する動作指令としてこの位置指令Pcを第1の位置指令として受け取る。これとともに、モータ制御装置10は、通信信号Cmのうちでの第2グループのモータ制御装置20における動作情報として、このX軸位置指令Pcxを第2の位置指令として受け取る。
 位置指令Pcは、モータ制御部14に通知され、モータ制御部14によって、この位置指令Pcに追従するような位置制御が実行される。また、X軸位置指令Pcxは、トルク補正部17に通知され、トルク補正部17によって、補正されたトルク指令が生成される。このように、本実施の形態では、動作指令として、位置指令Pcと、動作情報として、X軸位置指令Pcxとが通知される例を挙げて説明するが、当然のことながら、動作指令や動作情報として、これらに加えてさらに他の情報やデータが通知されてもよい。
 また、通信処理部12には、モータ制御装置10内での各部から各種情報が通知される。本実施の形態では、モータ制御部14から通信処理部12に対して、モータ制御部14で検出されたY軸におけるモータの位置情報である検出位置情報Pdyが通知される。そして、通信処理部12は、コントローラ80に対し、通信信号Cmでの返信信号として検出位置情報Pdyを通知する。
 さらに、上述したように、コントローラ80からは、通信周期毎に、通信信号Cmに含めた通信タイミング信号Stが送信されている。通信処理部12は、この通信タイミング信号Stを検出し、同期タイミング生成部16に通知する。ここで、位置指令Pcなどはデータとなる信号であるのに対して、通信タイミング信号Stは、周期的なタイミングを示すためのパルス信号である。すなわち、詳細については以下で説明するが、本実施の形態では、この通信タイミング信号Stを同期信号として利用し、同期タイミング生成部16において、通信タイミング信号Stの周期の同期したクロック信号Ckを生成している。
 通信処理部12は、これらの処理を実行するため、図2に示すように、通信インタフェース(以下、適宜、通信I/Fと記す)22とデータ送受信部23とを有している。通信I/F22は、コントローラ80との通信接続における通信仕様に基づいた変復調器である。通信I/F22は、復調したデータをデータ送受信部23に転送するとともに、データ送受信部23からのデータを通信仕様に基づき変調してコントローラ80に送信する。さらに、通信I/F22は、通信信号Cmに含まれる通信タイミング信号Stを抜き取り、同期タイミング生成部16に供給する。また、データ送受信部23は、通信I/F22が変復調するデータを一時保持する。
 次に、モータ制御装置10において、制御パラメータ設定部13は、一群のデータで構成される制御パラメータ群Prmを、通信処理部12から例えばシステム立上げ時において受け取る。制御パラメータ設定部13は、図3に示すように、例えば、制御パラメータメモリ132とパラメータ処理部133とを有している。
 制御パラメータ設定部13は、受け取った制御パラメータ群Prmを制御パラメータメモリ132に記憶するとともに、パラメータ処理部133の処理によって、記憶した制御パラメータを所定の機能部に設定する。すなわち、例えば図3に示すように、制御パラメータ群Prmに含まれるゲインKvff、Kpp、Ktffや定数などは、モータ制御部14における制御や処理の機能部に設定される。さらに、本実施の形態では、制御パラメータ群Prmに含まれる、トルク補正基準値Corがトルク補正部17に設定される。
 次に、モータ制御装置10において、同期タイミング生成部16は、上述したように通信タイミング信号Stの周期に同期したクロック信号Ckや、さらに、そのクロック信号CkからPWMキャリア信号Scを生成している。特に、本実施の形態では、Y1軸に対応する第1のモータ制御装置10とY2軸に対応する第2のモータ制御装置10とが同期して処理されるように、このような同期タイミング生成部16を設けた構成としている。すなわち、第1および第2のモータ制御装置10は、それぞれ通信タイミング信号Stのタイミングを基準として処理が実行される。このように、同期タイミング生成部16は、第1グループのモータ制御装置10間の処理タイミングを合わせるようなタイミング信号を生成している。
 同期タイミング生成部16は、これら信号を生成するため、図2に示すように、クロック生成部62と、分周カウンタ63と、位相比較器64と、PWMキャリア生成部65とを有している。ここで、クロック生成部62と、分周カウンタ63と、位相比較器64とにより、いわゆるPLL(Phase Locked Loop)回路を構成している。クロック生成部62は、制御信号Dpに応じたクロック周波数のクロック信号Ckを生成する。分周カウンタ63は、クロック信号Ckを分周したパルス信号Pfsを生成する。ここで、パルス信号Pfsの周期が通信タイミング信号Stの周期とほぼ同じなるように、分周カウンタ63の分周比を設定している。位相比較器64は、このようなパルス信号Pfsと通信タイミング信号Stとの位相を比較し、その比較に基づく制御信号Dpを生成する。そして、この制御信号Dpがクロック生成部62に供給される。このような構成により、PLLの原理に基づき、クロック信号Ckが通信タイミング信号Stにロックし、クロック信号Ckが通信タイミング信号Stに同期する。クロック信号Ckは、周知のとおり、モータ制御装置10内のデジタル処理に利用される。
 また、PWMキャリア生成部65には、分周カウンタ63からキャリア生成用のパルスが供給される。このキャリア生成用のパルスは、通信タイミング信号Stに同期したクロック信号Ckを、所定の分周比で分周したデューティ50%の信号である。PWMキャリア生成部65は、このようなキャリア生成用のパルスを、例えば積分回路で積分することにより、三角波であるPWMキャリア信号Scを生成する。PWMキャリア信号Scは、駆動部15に供給され、PWM(パルス幅変調)を利用した駆動電圧Vdを生成するのに利用される。また、キャリア生成用のパルスは、サーボ起動タイミング信号Sstとしてモータ制御部14に供給され、このキャリア生成用のパルスの周期は、モータ制御部14での制御の基準周期として利用される。
 次に、モータ制御装置10において、モータ制御部14と駆動部15とは、モータ30の動作を制御するために設けている。ここで、図2では、モータ30について、UVW相の3相駆動のブラシレスモータとした例を挙げている。すなわち、モータ30は、各相に対応する巻線31を備えたステータと永久磁石を保持したロータとを含む構成である。このステータの各巻線31に、互いの位相が120度ずれた駆動電圧Vdを加えることで巻線31が通電され、巻線31に電流が流れてロータが回転する。そして、ロータの回転に応じて、そのロータに接続された対応軸が位置制御される。また、モータ30にはロータの回転位置を検出するための位置センサ32が装着されている。位置センサ32からは、ロータの回転位置に対応する位置センサ信号Pdが出力され、その位置センサ信号Pdがモータ制御部14に通知される。なお、本実施の形態では、このような回転動作するモータ30により負荷を直線的に位置制御する例を挙げて説明するが、負荷に対して直接に直線的位置制御するリニアモータであってもよい。
 このようなモータ30を駆動制御するため、モータ制御部14は、モータ30の位置、速度やトルクを制御する。そして、駆動部15は、モータ30の巻線31を通電駆動する。
 モータ制御部14は、このような制御を実行するため、図2に示すように、位置検出部42、位置制御部43、速度制御部44、トルクフィードフォワード(以下、トルクFFと記す)処理部45、およびトルク制御部46を備えている。これら各部は、制御パラメータ設定部13によって、制御パラメータ群Prmに含まれるゲインや定数が設定されている。また、モータ制御部14には、通信処理部12のデータ送受信部23から、通信周期毎に、Y軸方向における位置指令Pcが通知される。そして、位置検出部42に対して、位置センサ32から位置センサ信号Pdが通知され、位置検出部42によってY軸方向における検出位置情報Pdyが生成される。この検出位置情報Pdyは、通信処理部12にも通知され、さらに、返信信号の1つの情報としてコントローラ80に通知される。
 モータ制御部14は、このような構成により、位置センサ信号Pdに基づく検出位置情報Pdyを利用したフィードバック制御によって、コントローラ80からの位置指令PcにY軸方向の負荷位置が追従するように、動き動作を制御している。
 モータ制御部14により上述のようなフィードバック制御を行うため、まず、図3に示すように、位置制御部43において、減算器432により、位置指令Pcと検出位置情報Pdyとの差である位置偏差dPが算出される。さらに、位置比例部433が、その位置偏差dPに対して位置ゲインKppを乗算するなどの演算を行う。さらに、図3では、位置制御部43において、さらに速度フィードフォワード(以下、速度FFと記す)部434を含む例を示している。速度FF部434は、位置指令Pcに対して微分演算とともに、速度FFゲインKvffを乗算するなどの演算を行う。図3の例では、位置制御部43は、加算器435により、位置比例部433の出力に速度FF部434の出力を加算した値を、速度指令Vcとして出力している。その速度指令Vcは、速度の指令として速度制御部44に通知される。
 次に、図3に示す速度制御部44において、まず、速度検出部442が、速度を検出し、検出速度Vdyとして出力する。速度検出部442は、速度を検出するため、例えば、検出位置情報Pdyに対して微分演算を行うことで速度を検出している。さらに、減算器443により、供給された速度指令Vcと検出速度Vdyとの差である速度偏差dVを算出する。さらに、その速度偏差dVに対して、速度比例部444が速度ゲインKvpを乗算するなどの比例演算を行う。一方、速度積分部445が、その速度偏差dVに対して積分を行い、さらに積分ゲインKviを乗算する。そして、加算器446により、速度比例部444の出力と速度積分部445の出力が加算されることで、速度演算に基づく駆動トルク量が算出される。この速度制御部44において算出された駆動トルク量は、速度演算に基づくトルク指令Trとして出力される。
 さらに、本実施の形態では、図2に示すように、モータ制御部14において、トルクFF処理部45およびトルク制御部46を含む例を示している。トルクFF処理部45は、図3に示すように、トルクFF部452を有している。トルクFF部452は、位置指令Pcに対して、一階微分や二階微分処理を行い、さらに、その微分値に対してトルクFFゲインKtffを乗算する演算を行い、トルクFF値Trfとして出力する。またトルク制御部46には、速度制御部44からのトルク指令Trと、トルクFF処理部45からのトルクFF値Trfが供給される。トルク制御部46は、加算器462によりトルク指令TrとトルクFF値Trfとを加算する。本実施の形態では、このように、速度演算に基づくトルク指令TrにトルクFF値Trfを加算することで求めた値を、モータ30を作動させようとする基準の駆動トルク量とし、トルク指令Tcとして出力される。
 そして、本実施の形態では、以上のようなモータ制御部14の処理で求めたトルク指令Tcに対してさらに補正し、その補正したトルク指令Tccに基づき、第1グループでのモータ30を駆動することを特徴としている。
 このようなトルク指令Tccを生成するため、本実施の形態では、トルク補正部17を設けている。トルク補正部17は、図2および図3に示すように、補正量算出部72と加算器76とを有している。補正量算出部72には、制御パラメータ設定部13から制御パラメータ群Prmに含まれるトルク補正基準値Corが通知される。さらに、補正量算出部72には、通信処理部12から、X軸を制御するモータ制御装置20に対しての位置指令であるX軸位置指令Pcxが通知される。補正量算出部72は、これらトルク補正基準値CorとX軸位置指令Pcxとに基づき、トルク指令Tcに対する補正量であるトルク補正値Cotを算出している。すなわち、トルク補正部17に供給されたトルク指令Tcには、加算器76によりトルク補正値Cotが加算され、トルク補正部17は、その加算結果を、補正したトルク指令Tccとして出力する。
 また、補正量算出部72は、トルク補正値Cotを算出するため、図2および図3に示すように、補正量テーブル73と乗算器74とを有している。補正量テーブル73は、X軸位置指令Pcxを補正比率に変換するような変換テーブルである。すなわち、この補正量テーブル73にX軸位置指令Pcxが供給されることで、補正量テーブル73から補正比率Rcが出力される。乗算器74は、トルク補正基準値Corに対して、この補正比率Rcを乗算することでトルク補正値Cotを求めている。
 以下でさらに詳細について説明するが、補正量テーブル73では、X軸位置指令Pcxに基づき、次のような補正比率Rcとなるようにテーブルが設定されている。すなわち、ガントリ構造の制御対象機構33において、負荷36が自身のレール34に近くなるほど、補正比率Rcが大きくなるように、テーブルを設定している。言い換えると、X軸位置指令Pcxが自身のレール34に近くなるような指令であるほど、補正比率Rcを大きくしている。これにより、負荷36が自身のレール34に近くなるほど、トルク量が大きくなるようにトルク指令Tcを補正し、Y1軸とY2軸との駆動力のバランスを図っている。すなわち、X軸方向における負荷36の位置によるアンバランスに対し、負荷36が自身のレール34に近いほど、駆動力が大きくなるように補正している。
 最後に、モータ制御装置10において、駆動部15は、トルク補正部17から供給されたトルク指令Tccに基づく駆動電圧Vdを生成する。駆動部15は、駆動電圧Vdを生成するため、図2に示すように、駆動波形生成部52、PWM処理部53およびインバータ54を備えている。
 駆動波形生成部52には、トルク指令Tccが通知される。駆動波形生成部52は、トルク指令Tccの大きさに応じた波形の信号を生成する。より具体的には、例えば、モータ30の各相の巻線31を正弦波駆動する場合、駆動波形生成部52は、トルク指令Tccの大きさに応じた振幅の正弦波波形を相ごとに生成し、駆動波形信号DrとしてPWM処理部53に供給する。
 PWM処理部53には、PWM処理部53から駆動波形信号Drが供給されるとともに、同期タイミング生成部16のPWMキャリア生成部65からPWMキャリア信号Scが供給される。PWM処理部53は、三角波のPWMキャリア信号Scと駆動波形信号Drとの振幅比較を行うことでパルス幅変調(PWM)を行う。これにより、PWM処理部53は、駆動波形信号Drのレベルに応じたパルス幅、あるいはデューティ比のパルス列で構成されるPWM信号Dpを相ごとに生成している。
 インバータ54は、PWM処理部53からの各相のPWM信号Dpを受けて駆動電圧Vdを生成し、モータ30のそれぞれの巻線31に印加する。インバータ54は、スイッチング素子およびダイオードなどの電力変換素子で構成される。インバータ54は、スイッチング素子を用いて、電源から供給された電圧をPWM信号Dpに応じてスイッチング、すなわちオン/オフすることにより駆動電圧Vdを生成している。
 以上、モータ制御装置10は、このように生成した駆動電圧Vdをモータ30の巻線31に加えることで巻線31が通電され、モータ30がトルク指令Tccに応じたトルクを出力する。このような第1グループのモータ制御装置10による制御および駆動により、コントローラ80からの位置指令Pcに追従するように、ヘッド35の一端部が、レール34上をY軸方向に移動する。そして、第1グループにおける第1のモータ制御装置10と第2のモータ制御装置10とが、コントローラ80から、同様の位置指令Pcで位置制御されることにより、負荷36を搭載したヘッド35の両端が、レール34上をY軸方向に等しい位置を保ちながら等しい速度で移動する。特に、本実施の形態では、上述したように、両モータ制御装置10とも、コントローラ80からの通信タイミング信号Stに同期して処理が実行される。このため、両モータ制御装置間においても、互いに同期して処理が実行されることになる。
 次に、モータ制御装置20の構成について説明する。
 モータ制御装置20は、図1に示すように、モータ制御装置10と同様に、通信処理部12と、制御パラメータ設定部13と、モータ制御部14と、駆動部15とを備え、さらに、タイミング生成部162を備えている。ここで、モータ制御装置10と同様の構成要素については、詳細な説明を省略する。また、タイミング生成部162は、コントローラ80からの通信タイミング信号Stの同期する機能を有さないことを除き、同期タイミング生成部16と同様である。すなわち、タイミング生成部162は、自走のクロック信号CkやPWMキャリア信号Scを生成している。なお、モータ制御装置20においても、モータ制御装置10と同様に同期タイミング生成部16とし、通信タイミング信号Stの周期の同期したクロック信号Ck等を生成する構成としてもよい。要するに、本実施の形態では、第1のモータ制御装置10と第2のモータ制御装置10とが、上述したように同期することが必須要件である。
 モータ制御装置20には、コントローラ80から、通信信号Cmに含めてX軸位置指令Pcxが通知される。上述したように、X軸位置指令Pcxは、ヘッド35に搭載されている負荷36のX軸方向の位置指令である。モータ制御装置20のモータ制御部14は、X軸位置指令Pcxに応じた負荷36の位置となるようにトルク指令Tcを生成する。そして、モータ制御装置20の駆動部15は、トルク指令Tcに応じた駆動電圧Vdをモータ30の巻線31に印加する。このようにして、負荷36に対する位置制御が実行される。さらに、モータ制御装置20において位置センサ信号Pdに基づき生成された検出位置情報Pdxは、通信処理部12からコントローラ80に対し、返信信号の1つの情報として通知される。
 図4は、本実施の形態におけるモータ制御システム100において、ガントリ機構を制御する動作を説明するための構成図である。
 次に、図4、表1を用いて、トルク補正部17によるトルク補正の処理について、さらに詳細に説明する。
 図4に示すように、本実施の形態において、図中、X軸は、左右方向と定める。ヘッド35には、X軸上、左側に位置する位置0を原点として、右側に位置する位置10までの目盛りが定められる。位置5は、ヘッド35の中央部となる。
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 本構成において、X軸負荷36の位置と、Y1軸用の補正されたトルク指令Tcc1と、Y2軸用の補正されたトルク指令Tcc2とが表1に示す関係を満たせば、ヘッド35は、Y軸方向について円滑に移動する。
 すなわち、X軸負荷36が位置5にあるとき、Y1軸用の補正されたトルク指令Tcc1と、Y2軸用の補正されたトルク指令Tcc2とは、いずれも補正なしのトルク指令Tcとなる。
 X軸負荷36が位置0に向かって移動すれば、Y1軸用の補正されたトルク指令Tcc1は+1加算し、Y2軸用の補正されたトルク指令Tcc1は-1減算する。この結果、X軸負荷36が位置0にあるとき、Y1軸用の補正されたトルク指令Tcc1は(Tc+5)、Y2軸用の補正されたトルク指令Tcc2は(Tc-5)となる。
 上記トルク指令であれば、ヘッド35は、Y1軸とY2軸との間にねじれを生じることなく、円滑に移動する。
 ところで、本実施の形態におけるモータ制御システム100において、適宜、X軸負荷36と、Y軸負荷であるヘッド35とは、コントローラ80からの指示により、移動している。よって、例えば、両モータ制御装置10が、ヘッド35を、より円滑に移動させるために、つぎの制御が行われる。
 すなわち、コントローラ80は、モータ制御装置10に対して、自らへの位置指令Pcに加えて、X軸負荷36の最新の位置指令Pcxも送信する。
 この結果、モータ制御システム100において、例えばX軸負荷36が、位置0方向に+1移動する毎に、Y1軸側では、トルク指令Tcに対するトルク補正値Cotとして+1が生じる。このとき、Y2軸側では、トルク指令Tcに対するトルク補正値Cotとして-1が生じる。
 逆に、モータ制御システム100において、X軸負荷36が、位置10方向に+1移動する毎に、Y1軸側では、トルク指令Tcに対するトルク補正値Cotとして-1が生じる。このとき、Y2軸側では、トルク指令Tcに対するトルク補正値Cotとして+1が生じる。
 上述したように、本モータ制御システム100は、トルク補正部17を用いて、補正されたトルク指令Tcc1、Tcc2が表1を満たすよう演算する。換言すれば、補正されたトルク指令Tcc1、Tcc2は、常に、X軸負荷36が搭載されたヘッド35を円滑に移動させるような値となる。
 よって、本モータ制御システム100が、ガントリ機構である制御対象機構33に用いられたとしても、X軸負荷36の位置に起因して、ねじれが生じることを抑制できる。
 図4での例では、ヘッド35上を移動するX軸負荷36は、X軸上、位置8の目盛り上に位置する。よって、Y1軸に反映されるトルク補正値Cotは-3となる。一方、Y2軸に反映されるトルク補正値Cotは+3となる。
 図1に示すように、トルク補正部17は、算出したトルク補正値Cotを、モータ制御部14で生成したトルク指令Tcに反映する。よって、トルク補正部17では、補正されたトルク指令Tccが導き出される。補正されたトルク指令Tccは、駆動部15に通知される。このように、補正されたトルク指令Tccは、モータ制御部14で生成したトルク指令Tcに対して、算出したトルク補正値Cotを加算する。X軸負荷36が位置8の位置にある場合、Y1軸における補正されたトルク指令Tccは(Tc-3)となる。
 同様に、X軸負荷36が位置8の位置にある場合、Y2軸における補正されたトルク指令Tccは(Tc+3)となる。
 このように補正されたトルク指令Tccに基づいて、駆動部15において、モータ30を駆動する駆動電圧Vdが生成される。生成された駆動電圧Vdは、サーボ起動タイミング信号Sstに従い、モータ30の巻線31に出力される。モータ30は、供給された駆動電圧Vdに応じて駆動される。
 図5は、本実施の形態におけるモータ制御システム100のタイミングチャートである。
 次に、図5を用いて、モータ制御装置10が同期して制御および駆動処理を実行することを中心に、モータ制御システム100の各部の動作について、説明する。
 図2に示すように、モータ制御装置10は、コントローラ80から送信される通信信号Cmに含まれる自軸の位置指令Pcに基づいて、適宜、制御される。このとき、X軸負荷36を移動させる位置指令Pcxも、コントローラ80からモータ制御装置10に送信される。
 以下、図面を用いて、X軸負荷36に生じた移動を反映しながら、モータ制御装置10それぞれが、同期して動作することについて説明する。
 図5中、上段側には、通信信号Cmとともに、同期タイミング生成部16が生成するパルスのタイミングを示す。また、中段には、Y1軸に対応する第1のモータ制御装置10に関するタイミング、下段側には、Y2軸に対応する第2のモータ制御装置10に関するタイミングが示される。
 時刻t1において、モータ制御装置10には、それぞれ、通信線81を介してコントローラ80から、自軸に対する位置指令Pcと、X軸に対する位置指令Pcxと、を含むデータが通信信号Cmに重畳されて送信される。
 コントローラ80からの送信に続いて、モータ制御装置10は、それぞれの軸に取り付けられたモータ30について、現在の位置情報である検出位置情報Pdyを、通信線81を介してコントローラ80に送信する。すなわち、検出位置情報Pdyは、図5での拡大部分に示すような通信信号Cm中の送信データに含まれて、Y1軸、Y2軸の順にコントローラ80へと送信される。
 その後、時刻t2において、コントローラ80からは、図5に示すパルス状の通信タイミング信号Stが送出される。モータ制御装置10の通信処理部12は、通信タイミング信号Stを通信信号Cmから抜き取り、同期タイミング生成部16に送信する。ここで、通信処理部12は、つぎの点を考慮して、モータ制御装置10で実行されるモータ駆動のタイミングが同一となるよう、通信タイミング信号Stを同期タイミング生成部16に送信する。すなわち、考慮する点とは、通信線81を介して受信した信号のフレーム長、フレームの順番、ビットレート、ノードの接続順などである。
 同期タイミング生成部16は、上述したように、クロック生成部62と分周カウンタ63と位相比較器64とを有したPLL回路を備えている。同期タイミング生成部16は、このPLL回路を利用して、図5に示すように、通信タイミング信号Stの立下りエッジと、分周カウンタ63から出力される分周パルスPfsの立下りエッジとの位相が一致するように、クロック生成部62のクロック信号Ckの周波数や位相を制御する。これによって、通信タイミング信号Stに同期したクロック信号Ckや分周パルスP6fsが生成される。そして、通信タイミング信号Stに同期した分周パルスP6fsから、所定のタイミングだけ遅れたパルスであるサーボ起動タイミング信号Sstが生成される。さらに、PWMキャリア信号Scは、サーボ起動タイミング信号Sstのタイミングに基づき生成されている。ここで、このように生成されたサーボ起動タイミング信号SstやPWMキャリア信号Scも、通信タイミング信号Stに同期している。
 このように、同期タイミング生成部16は、通信処理部12から通信タイミング信号Stが送信された時、つぎの目的を達するために、PWMキャリア信号などの位相が通信タイミング信号Stに同期するようにクロック信号Ckを調整する。すなわち、達する目的とは、同期タイミング生成部16が通信タイミング信号Stを受信してから、所定のタイミングだけ遅れた時間に、予め設定された周期のサーボ起動タイミング信号Sstを出力することである。本実施の形態において、予め設定された周期とは、通信周期の1/n倍(nは整数)である。
 ここで、PWMキャリア信号Scについて、説明する。
 PWMキャリア信号Scは、トルク指令Tccの大きさに応じた駆動波形をパルス幅変調するのに使用される三角波である。すなわち、PWMキャリア信号Scに同期したサーボ起動タイミング信号Sstは、モータ30へ供給する駆動電圧Vdを調整するタイミングのトリガとも言える。よって、サーボ起動タイミング信号Sstのタイミングに基づきそれぞれのモータ制御装置10で行われる制御処理は、PWMキャリア信号Scの周期に合わせて実行される。このように、モータ制御装置10において、モータ30へ電流を供給するタイミングや、モータ制御装置10内で実行される制御処理のタイミングは、同期タイミング生成部16により通信タイミング信号Stに同期するように調整されている。
 本実施の形態において、予め、通信周期は、1周期が0.6ms(600μs)と設定している。さらに、PWMキャリア信号Scやサーボ起動タイミング信号Sstは、1周期が通信周期の1/6と設定している。ここで、クロック信号Ckのクロック周波数を1MHzとした場合、分周カウンタ63の分周比として600分周と設定することで、1周期が0.6msの分周パルス信号Pfsを生成できる。また、分周カウンタ63の分周比として100分周と設定することで、サーボ起動タイミング信号Sstと同じ1周期が0.1ms(100μs)の分周パルス信号P6fsを生成できる。また、図5では、PWMキャリア信号が0の時、サーボ起動タイミング信号Sstが出力されるような位相関係の例を示している。また、図5では、サーボ起動タイミング信号Sstは、通信タイミング信号Stの立下りタイミングから10μs後に出力されるような例を示している。
 換言すれば、同期タイミング生成部16でPWMキャリア信号Scなどが、通信タイミング信号Stに同期するように調整される。そして、このように調整された結果、サーボ起動タイミング信号Sstのタイミングにおいて、モータ制御装置10それぞれが、同じタイミングで、モータ制御部14、トルク補正部17や駆動部15の処理が実行される。
 モータ制御装置10では、トルク補正部17にて、X軸の位置指令Pcxに応じたトルク補正値Cotが算出される。トルク補正部17では、算出されたトルク補正値Cotが、モータ制御部14で生成した自軸のトルク指令Tcに加算される。よって、それぞれ、補正されたトルク指令Tccが、算出される。
 図5に示すように、こうして得られた補正されたトルク指令Tccが、次の周期のサーボ起動タイミング信号Sstのタイミングにおいて、トルク補正部17から駆動部15に送信される。
 駆動部15では、補正されたトルク指令Tccに応じて、モータ30へ供給する駆動電圧Vdが生成される。駆動電圧Vdは、その後発生するサーボ起動タイミング信号Sstのタイミングに合わせて、駆動部15からモータ30に供給される。
 このようにして、それぞれのコントローラ80とモータ制御装置20とに指示された内容は、コントローラ80のそれぞれに接続されたモータ30に対して、同期して反映される。
 つまり、本構成において、モータ制御部14を含む、各処理工程において、それぞれの演算工程に時間的ばらつきが生じたとしても、それぞれのモータ制御装置10に指示された指令内容は、つぎの理由により、同期してモータ30に反映される。すなわち、それぞれのモータ制御装置10に指示された指令内容は、サーボ起動タイミング信号Sstが出力されるタイミング毎に実行される。換言すれば、コントローラ80からそれぞれのモータ制御装置10に送信される制御信号の1単位と、サーボ起動タイミング信号Sstの周期とを同期させることにより、モータ制御装置10それぞれが受信した制御信号を、同じタイミングで実行できる。
 しかも、モータ制御装置10がモータ30に供給する駆動電圧Vdには、最新のX軸負荷36の位置指令Pcxが反映されている。よって、本実施の形態におけるモータ制御システム100をガントリ機構に用いたとしても、X軸負荷36の位置に起因するねじれが生じることはない。
 この結果、本モータ制御システム100は、モータ制御装置10、20のそれぞれで生じている負荷特性に応じて、円滑に位置決めを行うことができる。
 (実施の形態2)
 図6は、本発明の実施の形態2におけるモータ制御システム102のブロック図である。
 図6において、実施の形態1におけるモータ制御システム100と同様の構成については、同じ符号を付して、説明を援用する。
 図1に示す実施の形態1におけるモータ制御システム100との比較において、図6に示すモータ制御システム102では、トルク補正部17に対して、X軸における検出した位置を示す検出位置情報Pdxが供給されており、この構成が実施の形態1と異なっている。
 図5で説明したように、通信信号Cmには、モータ制御装置10から送信されるデータやモータ制御装置20から送信されるデータが含まれている。これらデータには、モータ制御装置10の検出位置情報Pdyやモータ制御装置20の検出位置情報Pdxが含まれている。そこで、第1グループであるモータ制御装置10は、第2グループのモータ制御装置20における動作情報として、通信周期毎に通信信号Cmに含まれる検出位置情報Pdxを抽出している。そして、モータ制御装置10において、通信処理部12からトルク補正部17に対して、X軸における検出位置情報Pdxが供給される。
 この検出位置情報Pdxは、X軸位置指令Pcxと同様に、X軸負荷36に実際の位置に対応している。
 これより、例えば、表1での位置としてX軸位置指令Pcxに代えて、検出位置情報Pdxとすることによってもトルク補正値Cotを求めることができる。
 (実施の形態3)
 図7は、本発明の実施の形態3におけるモータ制御システム103のブロック図である。
 図7において、実施の形態1におけるモータ制御システム100と同様の構成については、同じ符号を付して、説明を援用する。
 図1に示す実施の形態1におけるモータ制御システム100との比較において、図7に示すモータ制御システム103では、モータ制御装置10において、トルク補正部17に代えてFFゲイン補正部18を備えている。さらに、このFFゲイン補正部18には、通信処理部12からX軸位置指令Pcxとともに、トルクFFゲイン基準値Ktfrが供給される。そして、このFFゲイン補正部18から、モータ制御部14のトルクFF処理部45に対して、トルクFFゲインKtffが供給される。
 すなわち、実施の形態1では、トルクFFゲインKtffは、制御パラメータの1つとして例えば初期設定時などに供給されたのに対して、本実施の形態では、FFゲイン補正部18がトルクFFゲインKtffを算出している。FFゲイン補正部18は、通信処理部12から通信周期ごとに供給されるX軸位置指令PcxとトルクFFゲイン基準値Ktfrとに基づき、このトルクFFゲインKtffを算出している。
 また、本実施の形態は、実施の形態1のようなトルク指令を補正する構成ではないため、モータ制御部14で生成されたトルク指令Tcを駆動部15に供給している。
 このようにモータ制御装置10においてトルクFFゲインKtffを算出するため、本実施の形態では、図7に示すように、補正量算出部82を有したFFゲイン補正部18を設けている。補正量算出部82には、通信処理部12から通信周期ごとに、X軸を制御するモータ制御装置20に対しての位置指令であるX軸位置指令Pcx、およびトルクFF部452におけるトルクFFゲインの基準値とするためのトルクFFゲイン基準値Ktfrが通知される。補正量算出部82は、これらトルクFFゲイン基準値KtfrとX軸位置指令Pcxとに基づき、トルクFFゲインKtffを算出している。
 また、補正量算出部82は、トルクFFゲインKtffを算出するため、図8および図9に示すように、補正量テーブル83と乗算器74とを有している。補正量テーブル83は、X軸位置指令Pcxを補正比率に変換するような変換テーブルである。すなわち、この補正量テーブル83にX軸位置指令Pcxが供給されることで、補正量テーブル83から補正比率Rcが出力される。乗算器74は、トルクFFゲイン基準値Ktfrに対して、この補正比率Rcを乗算することでトルクFFゲインKtffを求めている。
 ここで、本実施の形態での補正量テーブル83では、X軸位置指令Pcxに基づき、次のような補正比率Rcとなるようにテーブルが設定されている。すなわち、ガントリ構造の制御対象機構33において、負荷36が自身のレール34に近くなるほど、補正比率Rcが大きくなるように、テーブルを設定している。言い換えると、X軸位置指令Pcxが自身のレール34に近くなるような指令であるほど、補正比率Rcを大きくしている。これにより、負荷36が自身のレール34に近くなるほど、トルクFFによるトルク量、すなわち、トルクFF部452から出力されるトルクFF値Trfが大きくなるようにトルク指令Trを補正し、Y1軸とY2軸との駆動力のバランスを図っている。すなわち、X軸方向における負荷36の位置によるアンバランスに対し、負荷36が自身のレール34に近いほど、駆動力が大きくなるように補正している。
 このように、本実施の形態でも、負荷36の位置によるアンバランスを補正できるため、例えばガントリ機構の構成においても、ヘッドの位置によって並行動作する2軸の負荷特性に変動が生じた場合、両軸の間で、ねじれが生じることを抑制できる。
 なお、実施の形態2でも説明してように、本実施の形態でも、X軸位置指令Pcxに代えて検出位置情報Pdxを利用してもよい。
 本発明のモータ制御システムは、それぞれの軸に取り付けられたモータを制御する、複数のモータ制御装置を備えるモータ制御システムの制御に有用である。
 10,20  モータ制御装置
 12  通信処理部
 13  制御パラメータ設定部
 14  モータ制御部
 15  駆動部
 16  同期タイミング生成部
 17  トルク補正部
 18  FFゲイン補正部
 23  データ送受信部
 30  モータ
 31  巻線
 32  位置センサ
 33  制御対象機構
 34  レール
 35  ヘッド
 36  負荷
 42  位置検出部
 43  位置制御部
 44  速度制御部
 45  トルクFF処理部
 46  トルク制御部
 50  デューティ
 52  駆動波形生成部
 53  PWM処理部
 54  インバータ
 62  クロック生成部
 63  分周カウンタ
 64  位相比較器
 65  PWMキャリア生成部
 72,82  補正量算出部
 73,83  補正量テーブル
 74  乗算器
 76,435,446,462  加算器
 80  コントローラ
 81  通信線
 100,102,103  モータ制御システム
 132  制御パラメータメモリ
 133  パラメータ処理部
 162  タイミング生成部
 432,443  減算器
 433  位置比例部
 434  速度FF部
 442  速度検出部
 444  速度比例部
 445  速度積分部
 452  トルクFF部

Claims (6)

  1. モータをそれぞれ制御する複数のモータ制御装置と、それぞれの前記モータを制御するためのそれぞれの動作指令を含む通信信号を生成し、生成した通信信号を前記複数のモータ制御装置のそれぞれに対して、所定の通信周期で送信するコントローラと、を、通信線を介して通信接続するモータ制御システムであって、
    前記複数のモータ制御装置は、第1グループの2つのモータ制御装置と、第2グループのモータ制御装置とを含み、
    前記第1グループのモータ制御装置のそれぞれは、
    前記通信信号のうち自らに対する動作指令と、前記通信信号のうち前記第2グループのモータ制御装置における動作情報とを受信するデータ送受信部と、
    前記動作指令に基づいて、前記モータを制御するためのトルク指令信号を生成するモータ制御部と、
    前記動作情報に基づいてトルク補正信号を生成し、前記トルク補正信号を用いて、前記トルク指令信号を補正する補正部と、
    前記第1グループの前記モータ制御部間の処理タイミングを合わせるようなタイミング信号を生成する同期タイミング生成部と、を備えるモータ制御システム。
  2. 前記同期タイミング生成部は、前記通信周期に同期する前記タイミング信号を生成し、前記タイミング信号に基づき、前記モータ制御部が処理を実行する、請求項1に記載のモータ制御システム。
  3. 前記動作指令は、自らの前記モータを駆動するために位置を指令する位置指令であり、
    前記動作情報は、前記第2グループのモータ制御装置に対しての位置を指令する位置指令と、前記第2グループのモータ制御装置において検出した位置を示す位置情報とのいずれかである、請求項1に記載のモータ制御システム。
  4. 前記動作指令は、自らの前記モータを駆動するために位置を指令する位置指令であり、
    前記モータ制御部は、前記位置指令に対してトルクフィードフォワードゲインを利用してトルクフィードフォワード処理を行うトルクフィードフォワード処理部を有し、
    前記補正部は、前記動作情報に基づいて、前記トルクフィードフォワードゲインを変更し、前記トルクフィードフォワード処理部の出力を、前記トルク補正信号とする、請求項1に記載のモータ制御システム。
  5. 前記動作情報は、前記第2グループのモータ制御装置に対しての位置を指令する位置指令と、前記第2グループのモータ制御装置において検出した位置を示す位置情報とのいずれかである、請求項4に記載のモータ制御システム。
  6. 前記複数のモータ制御装置が制御するそれぞれの前記モータは、ガントリ機構を成す負荷を位置制御する、請求項1から5のいずれか一項に記載のモータ制御システム。
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