WO2018189832A1 - 同期制御システムおよび制御装置 - Google Patents

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data
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command
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亙 小坂
万平 鍛治
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三菱電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/46—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another
    • H02P5/52—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors for speed regulation of two or more dynamo-electric motors in relation to one another additionally providing control of relative angular displacement
    • H02P5/56—Speed and position comparison between the motors by electrical means

Definitions

  • the present invention relates to a synchronous control system and a control device that control driving of a plurality of mechanical devices.
  • synchronous control is performed so that the operation of a conveyor device controlled by the drive of a servo motor follows the operation of a cutting device controlled by the drive of another servo motor.
  • a control system for realizing synchronous control there is a synchronous control system including a master station, two slave stations, and sensors connected via a network capable of transmitting and receiving data.
  • the master station is a control device having function A, which is a function for generating and transmitting command data to the first slave station.
  • the first slave station has a function a1 that is a function of controlling a drive device such as a servo motor based on command data received from the master station.
  • the sensor has a function b which is a function of transmitting feedback data to the master station.
  • the feedback data is data indicating the state of the conveyor device driven by the driving device, for example.
  • the master station further has a function B that is a function for generating and transmitting command data to the second slave station based on the feedback data received from the sensor.
  • the second slave station has a function a2 that is a function of controlling the driving device based on the command data received from the master station.
  • Patent Document 1 synthesizes a high frequency component at the motor end position and a low frequency component at the machine end position. A technique of using the data as feedback data is disclosed.
  • the present invention has been made in view of the above, and even if the number of sensors for detecting feedback data is one, it is possible to suppress the influence of the ripple of the feedback data while suppressing the decrease in responsiveness.
  • An object is to obtain a synchronous control system and a control device.
  • a synchronous control system includes a first slave station that controls a first device, a second slave station that controls a second device, and a first slave.
  • a master station that transmits first command data for operating the first device to the station and transmits second command data for operating the second device to the second slave station.
  • the master station further extracts the first command data generation unit that generates the first command data, and extracts and outputs the frequency component of the first frequency region from the feedback data that is the detection result of the operation state of the first device.
  • a filter, and a second filter that extracts and outputs a frequency component of a second frequency region, which is a region having a higher frequency than the first frequency region, from the first command data.
  • the master station further adds the data output from the first filter and the data output from the second filter, outputs an addition data as a result of the addition, and based on the addition data,
  • a second command data generation unit that generates command data.
  • the control device has an effect that even if there is only one sensor for detecting feedback data, the influence of the ripple of feedback data can be suppressed while suppressing a decrease in responsiveness.
  • the figure which shows the structural example of the synchronous control system concerning embodiment The figure which shows an example of the mechanical system to which the synchronous control system of embodiment is applied
  • the figure which shows the structural example of the master station of embodiment The figure which shows the internal structural example of the feedback data correction
  • the figure which shows an example of the cam shape which a 2nd command data generation part uses The figure which shows an example of the 2nd command data generated by the 2nd command data generation part in an embodiment, ie, position command data The figure which shows an example of the 2nd command
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a synchronous control system according to an embodiment of the present invention.
  • a synchronization control system 100 according to an embodiment of the present invention includes a master station 1, a first slave station 2, a second slave station 3, and a sensor 8.
  • the master station 1 is connected to the first slave station 2, the second slave station 3, and the sensor 8 through a network.
  • the control objects of the synchronous control system 100 are the motors 4 and 5, the first mechanical device 6, and the second mechanical device 7. Control the motors 4 and 5 to do so.
  • the first slave station 2 generates a torque command for the motor 4 based on the command data transmitted from the master station 1, and outputs the torque command to the motor 4.
  • the motor 4 is driven by a torque command.
  • the first mechanical device 6 is driven by the rotational torque of the motor 4.
  • the first slave station 2 controls the first device configured by the motor 4 and the first mechanical device 6 driven by the motor 4.
  • a sensor 8 that detects the operation of the first mechanical device 6 is attached to the first mechanical device 6. The sensor 8 detects the operating state of the first mechanical device 6 and transmits the detection result to the master station 1 as feedback data.
  • the second slave station 3 generates a torque command for the motor 5 based on the command data transmitted from the master station 1, and outputs the torque command to the motor 5.
  • the motor 5 is driven by a torque command.
  • the second mechanical device 7 is driven by the rotational torque of the motor 5.
  • the second slave station 3 controls the second device configured by the motor 5 and the second mechanical device 7 driven by the motor 5.
  • the master station 1 which is an example of the control device according to the present invention generates first command data which is data for operating the first mechanical device 6 which is the first control target by driving the motor 4, and One command data is transmitted to the first slave station 2.
  • the master station 1 uses the feedback data received from the sensor 8 to drive the motor 5 to generate second command data for operating the second mechanical device 7 that is the second control target.
  • Data is transmitted to the second slave station 3. That is, the master station 1 transmits first command data for operating the first device to the first slave station 2 and transmits second command data for operating the second device to the second slave station 3.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a mechanical system to which the synchronous control system of the present embodiment is applied.
  • the mechanical system shown in FIG. 2 is, for example, a packaging machine or a rotary cutter device.
  • the first mechanical device 6 is a conveyor device
  • the second mechanical device 7 is a cutting device
  • the sensor 8 is a tachometer.
  • Examples of the motor 4 and the motor 5 include a rotary servo motor.
  • the motor 4 and the motor 5 are not limited to this example, and may be any one that can drive the first mechanical device 6 and the second mechanical device 7, respectively.
  • the motor 5 that drives the second mechanical device 7 that is a cutting device operates following the operation of the first mechanical device 6, the sheet conveyed by the first mechanical device 6 that is a conveyor device becomes a cutting device. Is cut with a desired sheet length.
  • the operation of the second mechanical device 7 is synchronously controlled so as to follow the operation of the first mechanical device 6.
  • the configuration shown in FIG. 2 is an example, and the application target of the synchronous control system may be a mechanical system that is controlled so that the operation of the first mechanical device 6 follows the operation of the second mechanical device 7, It is not limited to the example shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the master station 1 according to the present embodiment.
  • the master station 1 includes a first command data generation unit 11, a feedback data correction unit 12, a second command data generation unit 13, and a communication unit 14.
  • the first command data generation unit 11 generates first command data to be transmitted to the first slave station 2 and outputs the first command data to the feedback data correction unit 12 and the communication unit 14.
  • the first command data is generated so that the first mechanical device 6 operates in a desired operation pattern.
  • the first machine device 6 is the conveyor device shown in FIG. 2, for example, the first command data is generated so that the first machine device 6 sends out the sheet at a constant speed.
  • speed command data which is rotation speed command data for controlling the rotation speed of the motor 4 can be cited.
  • the feedback data correction unit 12 generates corrected feedback data based on the first command data generated by the first command data generation unit 11 and the feedback data received from the sensor 8 via the communication unit 14, and corrects the correction.
  • the post-feedback data is output to the second command data generation unit 13.
  • the second command data generation unit 13 generates second command data for operating the second mechanical device 7 based on the corrected feedback data, and outputs the second command data to the communication unit 14.
  • Examples of the second command data include position command data for controlling the rotational position of the motor 5.
  • An example of the second command data generation unit 13 is an electronic cam device that takes in a signal, that is, an input value, and generates and outputs a new signal, that is, an output value based on a preset cam shape and input value.
  • the electronic cam device is a device having an electronic cam function, and the electronic cam function is a function of controlling the motor of the driven shaft in synchronization with the position of the main shaft instead of using a mechanical cam that rotates around the main shaft. .
  • the motor 4 is a motor corresponding to the main shaft
  • the motor 5 is a motor corresponding to the slave shaft.
  • the cam shape defines values such as the position and speed of the slave shaft according to the spindle position.
  • the second command data generation unit 13 obtains position data, that is, a spindle position by integrating the corrected feedback data input to the second command data generation unit 13, and determines the slave shaft based on the spindle position and the cam shape.
  • Position command data indicating the position of the motor 5 is generated.
  • the communication unit 14 receives feedback data that is a detection result of the sensor 8 from the sensor 8, and outputs the feedback data to the feedback data correction unit 12.
  • the communication unit 14 transmits the first command data received from the first command data generation unit 11 to the first slave station 2 and the second command data received from the second command data generation unit 13 to the second slave station 3. Send.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an internal configuration example of the feedback data correction unit 12 according to the present embodiment.
  • the feedback data correction unit 12 includes a command data filter 21, a feedback data filter 22, and an addition unit 23.
  • the feedback data filter 22 is a first filter that extracts and outputs a frequency component in the first frequency region from the feedback data.
  • the command data filter 21 is a second filter that extracts and outputs the frequency component of the second frequency region, which is a region having a higher frequency than the first frequency region, from the first command data.
  • the command data filter 21 receives the first command data output from the first command data generation unit 11, and the feedback data filter 22 receives the feedback data output from the communication unit 14.
  • the feedback data filter 22 is a filter that passes and outputs a predetermined frequency component of the first frequency region in the feedback data.
  • An example of the frequency component in the first frequency region is a low frequency component that is a frequency component equal to or lower than a predetermined frequency.
  • the feedback data filter 22 is, for example, a first-order lag low-pass filter.
  • the command data filter 21 is a filter that extracts and outputs frequency components in the second frequency region, which is a region having a higher frequency than the first frequency region, in the first command data.
  • An example of the frequency component in the second frequency region is a high frequency component that is a component having a frequency equal to or higher than a predetermined frequency.
  • the command data filter 21 is, for example, a primary high-pass filter.
  • the transfer function Gcmd (s) of the command data filter 21 is expressed by the following equation (2).
  • Gcmd (s) Tcmd * s / (1 + Tcmd * s) (2)
  • the adding unit 23 adds the feedback data that is data output from the feedback data filter 22 and the first command data that is data output from the command data filter 21, and corrects the added data that is the result of the addition as feedback. Output as data.
  • the communication unit 14 shown in FIG. 3 is a communication circuit, which is a transmitter and a receiver.
  • the first command data generation unit 11, the feedback data correction unit 12, and the second command data generation unit 13 illustrated in FIG. 3 are realized by a processing circuit.
  • the processing circuit may be a processing circuit implemented as dedicated hardware or a control circuit including a processor.
  • the processing circuit implemented as dedicated hardware is ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array), or the like, or a combination thereof.
  • the control circuit 200 includes a processor 201 such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory 202.
  • the processor 201 is a CPU, a microprocessor, or the like.
  • the memory 202 corresponds to, for example, a non-volatile or volatile semiconductor memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, or a magnetic disk.
  • the first command data generation unit 11, the feedback data correction unit 12, and the second command data generation unit 13 are realized by the control circuit 200 shown in FIG. 5, the first command data generation unit 11, the feedback data correction unit 12
  • Each function of the second command data generation unit 13 is a program stored in the memory 202 for realizing the functions of the first command data generation unit 11, the feedback data correction unit 12, and the second command data generation unit 13. Is realized by being executed by the processor 201.
  • the memory 202 is also used as a storage area when a program is executed by the processor 201.
  • the first command data generation unit 11, the feedback data correction unit 12, and the second command data generation unit 13 are partly realized by a processing circuit that is dedicated hardware, and the remaining part is realized by the control circuit 200 described above. May be.
  • the effect of the present embodiment that is, the reason why the master station 1 of the present embodiment can perform the synchronous control in which the influence of the feedback data ripple is suppressed and the response is high.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a state of signal transmission between the synchronization control system 100 and the control target of the synchronization control system 100.
  • the first command data output from the first command data generation unit 11 is U (s)
  • the speed response of the first mechanical device 6 is Y (s)
  • the first mechanical data is derived from the first command data.
  • a transfer function up to a speed response Y (s) of 6 is described as P (s).
  • the feedback data input to the feedback data filter 22 is R 0 (s)
  • the feedback data output from the feedback data filter 22 is R 1 (s)
  • the first command data is described as R 2 (s).
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the speed response Y (s) of the first mechanical device 6.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a simulation result of the speed response of the first mechanical device 6 detected by the sensor 8.
  • the noise N (s) is generated using a Gaussian random number generator with an average of 0 and a variance of 0.1
  • the first command data U (s) is the same as in FIG. Is a unit step function
  • P (s) 1.
  • the waveform of the speed response that is originally desired to be detected using the sensor 8 is the waveform shown in FIG. 7, the waveform shown in FIG. 8, that is, the waveform of the feedback data R 0 (s) is input to the master station 1.
  • the feedback data R 0 (s) includes noise as shown in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of feedback data R 1 (s) output from the feedback data filter 22.
  • the feedback data R 1 (s) output from the feedback data filter 22 when the feedback data R 0 (s) illustrated in FIG. 8 is input to the feedback data filter 22 is illustrated.
  • the first command data is input to the command data filter 21 having the transfer function Gcmd (s) represented by the above formula (2) and filtered.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of first command data output from the command data filter 21.
  • the time constant of the feedback data filter 22 and the time constant of the command data filter 21 can be made equal. By matching the time constant of the feedback data filter 22 with the time constant of the command data filter 21, the delay caused by the feedback data filter 22 as a low-pass filter is corrected without excess or deficiency.
  • the adding unit 23 adds the first command data R 2 (s) output from the command data filter 21 and the feedback data R 1 (s) output from the feedback data filter 22 and adds them.
  • the result is output to the second command data generation unit 13 as corrected feedback data.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of post-correction feedback data.
  • FIG. 11 shows a result of adding the feedback data R 1 (s) shown in FIG. 9 and the first command data R 2 (s) shown in FIG.
  • the correct second command data is obtained when the master station 1 performs control using the feedback data R 0 (s) as it is. May not be generated.
  • the feedback data R 1 (s) output from the feedback data filter 22 noise is suppressed but phase delay occurs. For this reason, when the master station 1 performs control using the feedback data R 1 (s), the responsiveness decreases.
  • the master station 1 performs control using post-correction feedback data that is the result of adding the first command data R 2 (s) and the feedback data R 1 (s). Corrected feedback data, as shown in FIG.
  • the second command data generation unit 13 calculates the position data of the first mechanical device 6 by integrating the corrected feedback data, and generates the second command data based on the position data and a preset cam shape. Suppose that this is an electronic cam device.
  • the second command data is assumed to be position command data for the motor 5.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a cam shape used by the second command data generation unit 13.
  • the cam shape is a shape that repeatedly decreases after the output value increases as the input value increases.
  • the input value is feedback data after correction
  • the output value is second command data, that is, position command data of the motor 5.
  • the decrease in the position of the motor 5 after the increase in the input value indicates that the second machine shown in FIG. 2 as the sheet is fed out by the first machine device 6. This means that the rotational position of the device 7 repeats reciprocating between the maximum value and the minimum value.
  • the cutting device which is the second mechanical device 7 performs the cutting operation at the timing when the second command data takes the maximum value.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the second command data, that is, the position command data generated by the second command data generation unit 13 in the present embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of second command data, that is, position command data generated by the second command data generation unit in the comparative example.
  • the comparative example shown in FIG. 14 is an example in which feedback data R 1 (s) is input to the second command data generation unit 13 instead of the corrected feedback data.
  • the second command data generated by the second command data generation unit 13 is obtained by simulation on the premise of the cam shape shown in FIG.
  • the values of the parameters in the simulation are the same as those in the simulations shown in FIGS.
  • the simulation starts compared to the example shown in FIG. 14 which is a comparative example.
  • the time until the second command data reaches the maximum value is short. That is, the rise of the second command data is quicker than that of the example shown in FIG. 14 which is a comparative example, and the response in the synchronous control, that is, the response to the operation of the second mechanical device 7 can be improved.
  • the result of adding the high frequency component extracted from the first command data by the command data filter 21 and the low frequency component extracted from the feedback data by the feedback data filter 22 is obtained.
  • the corrected feedback data is used for generation of control, that is, second command data. For this reason, it is possible to obtain data equivalent to the ideal speed response Y (s) with improved ripple and the influence of ripple on the feedback data from the sensor 8.
  • the first command data is described as a unit step function.
  • the waveform of the first command data is not limited to this, and other waveforms such as a ramp function may be used.
  • the same effect as the above example can be obtained.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

Abstract

本発明にかかる同期制御システム（１００）は、第一スレーブ局（２）と、第二スレーブ局（３）と、第一スレーブ局（２）へ第一モータ（４）および第一機械装置（６）を動作させる第一指令データを送信し、第二スレーブ局（３）へ第二モータ（５）および第二機械装置（７）を動作させる第二指令データを送信するマスタ局（１）と、を備え、マスタ局（１）は、第一指令データを生成する第一指令データ生成部（１１）と、フィードバックデータから第一周波数領域の周波数成分を抽出して出力するフィードバックデータフィルタ（２２）と、第一指令データから第一周波数領域より高い第二周波数領域の周波数成分を抽出して出力する指令データフィルタ（２１）と、フィードバックデータフィルタ（２２）から出力されるデータと、指令データフィルタ（２１）から出力されるデータとを加算し、加算した結果である加算データを出力する加算部（２３）と、加算データに基づき、第二指令データを生成する第二指令データ生成部（１３）と、を備える。

Description

同期制御システムおよび制御装置
　本発明は、複数の機械装置の駆動を制御する同期制御システムおよび制御装置に関する。
　従来、包装機、ロータリーカッター装置などの産業機械では、サーボモータの駆動により制御されるコンベアー装置の動作に、他のサーボモータの駆動により制御されるカッティング装置の動作を追従させる同期制御が行われている。同期制御を実現するための制御システムとして、データの送受信が可能なネットワークで接続されたマスタ局、２局のスレーブ局、およびセンサで構成される同期制御システムがある。
　上述した同期制御システムにおいて、マスタ局は、第一スレーブ局へ指令データを生成して送信する機能である機能Ａを持つ制御装置である。第一スレーブ局は、マスタ局から受信した指令データに基づき、サーボモータをはじめとした駆動機器を制御する機能である機能ａ１を持つ。センサはマスタ局へフィードバックデータを送信する機能である機能ｂを持つ。フィードバックデータは、例えば、駆動機器により駆動されるコンベアー装置の状態を示すデータである。マスタ局は、さらに、センサから受信したフィードバックデータに基づき第二スレーブ局へ指令データを生成して送信する機能である機能Ｂを持つ。第二スレーブ局は、マスタ局から受信した指令データに基づき、駆動機器を制御する機能である機能ａ２を持つ。
　上述した同期制御システムにおいて、センサが機能ｂによりマスタ局へ送信するフィードバックデータには電気的または機械的な要因によるリップルが発生する可能性がある。フィードバックデータに発生したリップルは、マスタ局の機能Ｂに悪影響を及ぼす。すなわち、機能Ｂにより送信される指令データの精度が劣化する。
　サーボモータを用いた制御システムにおいて、検出された機械端位置におけるリップルの影響を抑制する技術として、例えば特許文献１には、モータ端位置の高周波成分と機械端位置の低周波成分とを合成したものをフィードバックデータとして用いる技術が開示されている。
国際公開第２０１４／１４１５１５号
　上記特許文献１に開示された技術を同期制御システムへ適用した場合、機械端位置からはローパスフィルタにより高周波成分が除去されることにより、リップルが除去される。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、モータ端位置の高周波成分を用いる必要があり、モータ端位置の検出が必須となる。すなわち特許文献１に記載の技術では、２か所にセンサを設ける必要がある。しかしながら、２か所にセンサを設けていない同期制御システムも存在する。さらに、２か所にセンサを設けていない同期制御システムにセンサを追加しようとしても、なんらかの制約によりセンサを追加できない場合もある。
　また、２か所にセンサを設けずに、単にローパスフィルタによりフィードバックデータを濾波した場合、濾波後のフィードバックデータには遅れ時間が発生する。このため、濾波後のフィードバックデータを用いると同期制御における応答性が低下するという問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、フィードバックデータを検出するセンサが１つであったとしても、応答性の低下を抑制しつつフィードバックデータのリップルの影響を抑制することができる同期制御システムおよび制御装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる同期制御システムは、第一装置を制御する第一スレーブ局と、第二装置を制御する第二スレーブ局と、第一スレーブ局へ第一装置を動作させる第一指令データを送信し、第二スレーブ局へ第二装置を動作させる第二指令データを送信するマスタ局と、を備える。マスタ局は、さらに、第一指令データを生成する第一指令データ生成部と、第一装置の動作状態の検出結果であるフィードバックデータから第一周波数領域の周波数成分を抽出して出力する第一フィルタと、第一指令データから第一周波数領域より周波数の高い領域である第二周波数領域の周波数成分を抽出して出力する第二フィルタと、を備える。マスタ局は、さらに、第一フィルタから出力されるデータと、第二フィルタから出力されるデータとを加算し、加算した結果である加算データを出力する加算部と、加算データに基づき、第二指令データを生成する第二指令データ生成部と、を備える。
　本発明にかかる制御装置は、フィードバックデータを検出するセンサが１つであったとしても、応答性の低下を抑制しつつフィードバックデータのリップルの影響を抑制することができるという効果を奏する。
実施の形態にかかる同期制御システムの構成例を示す図 実施の形態の同期制御システムが適用される機械システムの一例を示す図 実施の形態のマスタ局の構成例を示す図 実施の形態のフィードバックデータ補正部の内部構成例を示す図 制御回路の構成例を示す図 同期制御システムと同期制御システムの制御対象とにおける信号伝達の様子を示すブロック線図 第一機械装置の速度応答Y(s)の一例を示す図 センサにより検出された第一機械装置の速度応答のシミュレーション結果の一例を示す図 フィードバックデータフィルタから出力されるフィードバックデータR1(s)の一例を示す図 指令データフィルタから出力される第一指令データの一例を示す図 補正後フィードバックデータの一例を示す図 第二指令データ生成部が用いるカム形状の一例を示す図 実施の形態において第二指令データ生成部により生成される第二指令データすなわち位置指令データの一例を示す図 比較例において第二指令データ生成部により生成される第二指令データすなわち位置指令データの一例を示す図
　以下に、本発明の実施の形態にかかる同期制御システムおよび制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態．
　図１は、本発明の実施の形態にかかる同期制御システムの構成例を示す図である。図１に示すように、本発明の実施の形態にかかる同期制御システム１００は、マスタ局１、第一スレーブ局２、第二スレーブ局３およびセンサ８を備える。マスタ局１は、第一スレーブ局２、第二スレーブ局３およびセンサ８と、ネットワークを通して接続される。
　同期制御システム１００の制御対象は、モータ４，５、第一機械装置６および第二機械装置７であり、同期制御システム１００は、第一機械装置６および第二機械装置７が所望の動作を行うようモータ４，５を制御する。
　第一スレーブ局２は、マスタ局１から送信される指令データに基づいてモータ４に対するトルク指令を生成し、トルク指令をモータ４へ出力する。モータ４は、トルク指令により駆動される。第一機械装置６は、モータ４の回転トルクによって駆動される。換言すると、第一スレーブ局２は、モータ４とモータ４により駆動される第一機械装置６とで構成される第一装置を制御する。第一機械装置６には第一機械装置６の動作を検出するセンサ８が取り付けられている。センサ８は、第一機械装置６の動作状態を検出し、検出結果をフィードバックデータとしてマスタ局１へ送信する。
　第二スレーブ局３は、マスタ局１から送信される指令データに基づいてモータ５に対するトルク指令を生成し、トルク指令をモータ５へ出力する。モータ５は、トルク指令により駆動される。第二機械装置７は、モータ５の回転トルクによって駆動される。換言すると、第二スレーブ局３は、モータ５とモータ５により駆動される第二機械装置７とで構成される第二装置を制御する。
　本発明にかかる制御装置の一例であるマスタ局１は、モータ４を駆動させることにより第一制御対象である第一機械装置６を動作させるためのデータである第一指令データを生成し、第一指令データを第一スレーブ局２に送信する。マスタ局１は、センサ８から受信したフィードバックデータを用いて、モータ５を駆動させることにより第二制御対象である第二機械装置７を動作させるための第二指令データを生成し、第二指令データを第二スレーブ局３に送信する。すなわち、マスタ局１は、第一スレーブ局２へ第一装置を動作させる第一指令データを送信し、第二スレーブ局３へ第二装置を動作させる第二指令データを送信する。
　図２は、本実施の形態の同期制御システムが適用される機械システムの一例を示す図である。図２に示す機械システムは、例えば包装機、またはロータリーカッター装置である。図２に示した例では、第一機械装置６は、コンベアー装置であり、第二機械装置７は、カッティング装置であり、センサ８は、回転速度計である。モータ４、モータ５の例としては回転型サーボモータが挙げられる。モータ４、モータ５は、この例に限定されず、第一機械装置６、第二機械装置７をそれぞれ駆動できるものであればよい。
　カッティング装置である第二機械装置７を駆動するモータ５が、第一機械装置６の動作に追従して動作することにより、コンベアー装置である第一機械装置６により搬送されるシートが、カッティング装置である第二機械装置７により、所望のシート長で切断される。このように、第二機械装置７の動作は、第一機械装置６の動作に追従するよう同期制御される。なお、図２に示した構成は一例であり、同期制御システムの適用対象は、第一機械装置６の動作が第二機械装置７の動作に追従するよう制御される機械システムであればよく、図２に示した例に限定されない。
　図３は、本実施の形態のマスタ局１の構成例を示す図である。図３に示すように、マスタ局１は、第一指令データ生成部１１と、フィードバックデータ補正部１２と、第二指令データ生成部１３と、通信部１４とを備える。
　第一指令データ生成部１１は、第一スレーブ局２に送信する第一指令データを生成し、第一指令データをフィードバックデータ補正部１２および通信部１４へ出力する。第一指令データは、第一機械装置６が所望の動作パターンで動作を行うよう生成される。第一機械装置６が図２に示したコンベアー装置である場合、例えば、第一機械装置６がシートを一定速度で送り出すように第一指令データが生成される。第一指令データの例としては、モータ４の回転速度を制御するための回転速度指令データである速度指令データが挙げられる。フィードバックデータ補正部１２は、第一指令データ生成部１１により生成された第一指令データと、通信部１４を介してセンサ８から受信したフィードバックデータとに基づき、補正後フィードバックデータを生成し、補正後フィードバックデータを第二指令データ生成部１３へ出力する。
　第二指令データ生成部１３は、補正後フィードバックデータに基づき、第二機械装置７を動作させるための第二指令データを生成し、第二指令データを通信部１４へ出力する。第二指令データの例としては、モータ５の回転位置を制御するための位置指令データなどが挙げられる。第二指令データ生成部１３の例としては、信号すなわち入力値を取り込み、予め設定されたカム形状と入力値とに基づいて新たな信号すなわち出力値を生成して出力する電子カム装置が挙げられる。電子カム装置は、電子カム機能を有する装置であり、電子カム機能とは、主軸周りに回転する機械的なカムを用いる代わりに、従軸のモータを主軸位置に同期させて制御する機能である。この例では、本実施の形態では、モータ４が主軸に対応するモータであり、モータ５が従軸に対応するモータである。カム形状とは、従軸の位置、速度といった値を、主軸位置に応じて定めたものである。例えば、第二指令データ生成部１３は、第二指令データ生成部１３に入力される補正後フィードバックデータを積分して位置データすなわち主軸位置を求め、主軸位置とカム形状とに基づいて従軸のモータ５の位置を示す位置指令データを生成する。
　通信部１４は、センサ８からセンサ８による検出結果であるフィードバックデータを受信し、フィードバックデータをフィードバックデータ補正部１２へ出力する。通信部１４は、第一指令データ生成部１１から受け取った第一指令データを第一スレーブ局２へ送信し、第二指令データ生成部１３から受け取った第二指令データを第二スレーブ局３へ送信する。
　図４は、本実施の形態のフィードバックデータ補正部１２の内部構成例を示す図である。図４に示すように、フィードバックデータ補正部１２は、指令データフィルタ２１、フィードバックデータフィルタ２２および加算部２３を備える。フィードバックデータフィルタ２２は、フィードバックデータから第一周波数領域の周波数成分を抽出して出力する第一フィルタである。指令データフィルタ２１は、第一指令データから第一周波数領域より周波数の高い領域である第二周波数領域の周波数成分を抽出して出力する第二フィルタである。
　指令データフィルタ２１には、第一指令データ生成部１１から出力された第一指令データが入力され、フィードバックデータフィルタ２２には、通信部１４から出力されたフィードバックデータが入力される。
　フィードバックデータフィルタ２２は、フィードバックデータのうち、あらかじめ定められた第一周波数領域の周波数成分を通過させて出力するフィルタである。第一周波数領域の周波数成分の一例は、あらかじめ定められた周波数以下の周波数の成分である低周波成分である。具体的には、フィードバックデータフィルタ２２は、例えば一次遅れローパスフィルタである。フィードバックデータフィルタ２２が一次遅れローパスフィルタである場合、フィードバックデータフィルタ２２の時定数をTfbとすると、フィードバックデータフィルタ２２の伝達関数Gfb(s)は次の式（１）で表される。なお、sは複素数を示す。
　Gfb(s)=1/(1+Tfb*s)　　…（１）
　また、指令データフィルタ２１は、第一指令データのうち第一周波数領域より周波数の高い領域である第二周波数領域の周波数成分を抽出して出力するフィルタである。第二周波数領域の周波数成分の一例は、あらかじめ定められた周波数以上の周波数の成分である高周波成分である。具体的には、指令データフィルタ２１は、例えば一次のハイパスフィルタである。指令データフィルタ２１が一次のハイパスフィルタである場合、指令データフィルタ２１の時定数をTcmdとすると、指令データフィルタ２１の伝達関数Gcmd(s)は次の式（２）で表される。
　Gcmd(s)=Tcmd*s/(1+Tcmd*s)　　…（２）
　加算部２３は、フィードバックデータフィルタ２２から出力されるデータであるフィードバックデータと指令データフィルタ２１から出力されるデータである第一指令データとを加算し、加算した結果である加算データを補正後フィードバックデータとして出力する。
　次に、本実施の形態のマスタ局１のハードウェア構成について説明する。図３に示した通信部１４は通信回路であり、送信機および受信機である。図３に示した第一指令データ生成部１１、フィードバックデータ補正部１２および第二指令データ生成部１３は、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアとして実装される処理回路であってもよいし、プロセッサを備える制御回路であってもよい。専用のハードウェアとして実装される処理回路は、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）などであり、またはこれらを組み合わせたものであってもよい。
　上記の処理回路が制御回路である場合、この制御回路は例えば図５に示す制御回路２００である。図５は、制御回路２００の構成例を示す図である。制御回路２００は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）などであるプロセッサ２０１およびメモリ２０２を備える。プロセッサ２０１は、ＣＰＵ、マイクロプロセッサ等である。メモリ２０２は、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリー、等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク等が該当する。
　第一指令データ生成部１１、フィードバックデータ補正部１２および第二指令データ生成部１３が、図５に示した制御回路２００により実現される場合、第一指令データ生成部１１、フィードバックデータ補正部１２および第二指令データ生成部１３の各機能は、メモリ２０２に格納された、第一指令データ生成部１１、フィードバックデータ補正部１２および第二指令データ生成部１３の機能が実現されるためのプログラムが、プロセッサ２０１により実行されることにより実現される。メモリ２０２は、プロセッサ２０１によりプログラムが実行される際の記憶領域としても用いられる。また、第一指令データ生成部１１、フィードバックデータ補正部１２および第二指令データ生成部１３は、一部が専用のハードウェアである処理回路により実現され、残部が上述した制御回路２００により実現されてもよい。
　次に、本実施の形態の効果、すなわち、本実施の形態のマスタ局１により、フィードバックデータのリップルの影響が抑制されかつ応答性の高い同期制御ができる理由について説明する。
　図６は、同期制御システム１００と同期制御システム１００の制御対象とにおける信号伝達の様子を示すブロック線図である。図６において、第一指令データ生成部１１から出力される第一指令データをU(s)とし、第一機械装置６の速度応答をY(s)とし、第一指令データから第一機械装置６の速度応答Y(s)までの伝達関数をP(s)と記載する。また、図６において、フィードバックデータフィルタ２２に入力されるフィードバックデータをR0(s)とし、フィードバックデータフィルタ２２から出力されるフィードバックデータをR1(s)とし、指令データフィルタ２１から出力される第一指令データをR2(s)と記載する。また、図６において、センサ８に印加されるノイズをN(s)とし、指令データフィルタ２１の伝達関数をGcmd(s)とし、フィードバックデータフィルタ２２の伝達関数をGfb(s)と記載する。この時、第一機械装置６における速度応答Y(s)は、次の式（３）で表される。
　Y(s)=U(s)P(s)　　　…（３）
　またフィードバックデータフィルタ２２に入力されるフィードバックデータR0(s)は次の式（４）で表される。なお、センサ８は、第一機械装置６の速度を検出するとする。
　R0(s)=U(s)P(s)+N(s)　　　…（４）
　本実施の形態における、各信号の様子を把握するため、シミュレーションを行った。以下では、シミュレーションに得られた各信号の例を示す。まず、第一指令データU(s)を単位ステップ関数とし、P(s)＝１を上述した式（３）に代入し、第一機械装置６の速度応答Y(s)をシミュレーションにより求めた。図７は、第一機械装置６の速度応答Y(s)の一例を示す図である。
　センサ８からマスタ局１に送信されてフィードバックデータフィルタ２２に入力されるフィードバックデータR0(s)はセンサ８により検出された第一機械装置６の速度応答である。図８は、センサ８により検出された第一機械装置６の速度応答のシミュレーション結果の一例を示す図である。図８に示した例では、ノイズN(s)を、平均を０とし分散を０．１としたガウス乱数生成器を用いて生成し、図７と同様に、第一指令データU(s)を単位ステップ関数とし、P(s)＝１としている。
　センサ８を用いて本来検出したい速度応答の波形は図７に示した波形であるのに対し、マスタ局１には、図８に示した波形すなわちフィードバックデータR0(s)の波形が入力される。このフィードバックデータR0(s)には、図８に示すようにノイズが含まれている。
　本実施の形態では、フィードバックデータR0(s)は、上述した式（１）で表される伝達関数Gfb(s)を持つフィードバックデータフィルタ２２に入力されて濾波される。図９は、フィードバックデータフィルタ２２から出力されるフィードバックデータR1(s)の一例を示す図である。図９に示した例では、図８に示したフィードバックデータR0(s)がフィードバックデータフィルタ２２に入力された場合にフィードバックデータフィルタ２２から出力されたフィードバックデータR1(s)を示している。また、図９では、フィードバックデータフィルタ２２として、上述した式（１）にTfb＝０．１［s］を代入して得られる伝達関数を有するローパスフィルタを用いた例を示している。図８および図９からわかるように、フィードバックデータフィルタ２２を用いることでノイズが除去されたなめらかな速度応答波形が得られる一方で、フィードバックデータR1(s)は、一次遅れ系のステップ応答となっており、位相遅れが生じていることがわかる。
　本実施の形態では、第一指令データは、上述した式（２）で表される伝達関数Gcmd(s)をもつ指令データフィルタ２１に入力されて濾波される。図１０は、指令データフィルタ２１から出力される第一指令データの一例を示す図である。図１０では、指令データフィルタ２１として、上述した式（２）にTcmd＝０．１［s］を代入して得られる伝達関数を有するハイパスフィルタを用いた例を示している。なお、フィードバックデータフィルタ２２の時定数と指令データフィルタ２１の時定数とを等しい値とすることができる。フィードバックデータフィルタ２２の時定数と指令データフィルタ２１の時定数との時定数を一致させることにより、ローパスフィルタであるフィードバックデータフィルタ２２による遅れが過不足なく補正される。指令データフィルタ２１の時定数がフィードバックデータフィルタ２２の時定数より大きい場合、遅れが残り、指令データフィルタ２１の時定数がフィードバックデータフィルタ２２の時定数より小さい場合、遅れを過度に補正することになる。フィードバックデータフィルタ２２の時定数と指令データフィルタ２１の時定数との時定数を一致させた過不足ない補正を行うことにより、理想的な本来の速度応答Y(s)と同等の応答性の高いフィードバックデータが、補正後フィードバックデータとして得られる。
　本実施の形態では、加算部２３が、指令データフィルタ２１から出力される第一指令データR2(s)とフィードバックデータフィルタ２２から出力されるフィードバックデータR1(s)とを加算し、加算した結果を補正後フィードバックデータとして第二指令データ生成部１３へ出力する。図１１は、補正後フィードバックデータの一例を示す図である。図１１では、図９に示したフィードバックデータR1(s)と図１０に示した第一指令データR2(s)とが加算された結果を示している。
　図８に示したように、フィードバックデータR0(s)にはノイズが含まれているため、マスタ局１が、フィードバックデータR0(s)をそのまま用いて制御を行うと正しい第二指令データが生成できない可能性がある。一方、図９に示したように、フィードバックデータフィルタ２２から出力されたフィードバックデータR1(s)では、ノイズが抑制されているが位相遅れが生じている。このため、マスタ局１が、フィードバックデータR1(s)を用いて制御を行うと応答性が低下する。これに対し、本実施の形態では、マスタ局１は、第一指令データR2(s)とフィードバックデータR1(s)とを加算した結果である補正後フィードバックデータを用いて制御を行う。補正後フィードバックデータは、図１１に示すように、図９に示したフィードバックデータR1(s)と同様にノイズすなわちリップルが抑制されるとともに、図９に示したフィードバックデータR1(s)における位相遅れが補正されている。したがって、理想的な本来の速度応答Y(s)と同等の応答性の高いフィードバックデータが、補正後フィードバックデータとして得られることがわかる。
　次に、上述した補正後フィードバックデータを用いて第二指令データを生成することにより、同期制御における応答性を高められる理由について、例を挙げて説明する。ここでは、本実施の形態の同期制御システムが図２に示した機械システムに適用されるとする。また、第二指令データ生成部１３は、補正後フィードバックデータを積分して第一機械装置６の位置データを算出し、位置データと予め設定されたカム形状とに基づき、第二指令データを生成する電子カム装置であるとする。また、第二指令データは、モータ５の位置指令データであるとする。
　図１２は、第二指令データ生成部１３が用いるカム形状の一例を示す図である。図１２に示した例では、カム形状は、入力値の増加に伴って、出力値が増加した後に減少することを繰り返す形状である。入力値は、補正後フィードバックデータであり、出力値は、第二指令データすなわちモータ５の位置指令データである。図１２に示すように、入力値の増加に伴って、モータ５の位置が増加した後に減少することは、シートが第一機械装置６により送り出されるに伴って、図２に示した第二機械装置７の回転位置が、最大値と最小値の間を往復することを繰り返すことを意味する。第二機械装置７であるカッティング装置は、第二指令データが最大値をとるタイミングで、カッティング動作を行う。
　図１３は、本実施の形態において第二指令データ生成部１３により生成される第二指令データすなわち位置指令データの一例を示す図である。図１４は、比較例において第二指令データ生成部により生成される第二指令データすなわち位置指令データの一例を示す図である。図１４に示した比較例は、補正後フィードバックデータの代わりにフィードバックデータR1(s)が第二指令データ生成部１３に入力される例である。図１３および図１４ともに、図１２に示したカム形状を前提として第二指令データ生成部１３により生成される第二指令データをシミュレーションにより求めたものである。また、第一指令データについては、シミュレーションにおける各パラメータの値は図７から図１２に示したシミュレーションと同一であるとする。
　図１３に示した例では、補正後フィードバックデータが第二指令データ生成部１３へ入力されるため、図１３に示した例では、比較例である図１４に示した例に比べてシミュレーションの開始から第二指令データが最大値に至るまでの時間が短い。すなわち、比較例である図１４に示した例に比べて第二指令データの立ち上がりが早く、同期制御における応答性すなわち第二機械装置７の動作に対する応答性を高めることができる。
　以上のことから、本実施の形態によれば、指令データフィルタ２１により第一指令データから抽出された高周波成分とフィードバックデータフィルタ２２によりフィードバックデータから抽出された低周波成分とが加算された結果を補正後フィードバックデータとして制御すなわち第二指令データの生成に用いるようにした。このため、センサ８からのフィードバックデータへのリップルの影響と、応答性を改善した、理想的な速度応答Y(s)と同等なデータが得られる。
　なお、以上説明した例では、第一指令データが単位ステップ関数であるとして説明したが、第一指令データの波形はこれに限定されず、例えばランプ関数をはじめとした他の波形であっても上記の例と同様の効果が得られる。また、以上説明した例では、第一機械装置６の伝達関数P(s)がP(s)＝1としたモデルで示される例について説明したが、これに限定されず、第一機械装置６が、他のモデルで示されるものであっても同様な効果が得られる。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　マスタ局、２　第一スレーブ局、３　第二スレーブ局、４，５　モータ、６　第一機械装置、７　第二機械装置、８　センサ、１１　第一指令データ生成部、１２　フィードバックデータ補正部、１３　第二指令データ生成部、１４　通信部、２１　指令データフィルタ、２２　フィードバックデータフィルタ、２３　加算部、１００　同期制御システム。

Claims (4)

  1. 　第一装置を制御する第一スレーブ局と、
    　第二装置を制御する第二スレーブ局と、
    　前記第一スレーブ局へ前記第一装置を動作させる第一指令データを送信し、前記第二スレーブ局へ前記第二装置を動作させる第二指令データを送信するマスタ局と、
    　を備え、
    　前記マスタ局は、
    　前記第一指令データを生成する第一指令データ生成部と、
    　前記第一装置の動作状態の検出結果であるフィードバックデータから第一周波数領域の周波数成分を抽出して出力する第一フィルタと、
    　前記第一指令データから前記第一周波数領域より周波数の高い領域である第二周波数領域の周波数成分を抽出して出力する第二フィルタと、
    　前記第一フィルタから出力されるデータと、前記第二フィルタから出力されるデータとを加算し、加算した結果である加算データを出力する加算部と、
    　前記加算データに基づき、前記第二指令データを生成する第二指令データ生成部と、
    　を備えることを特徴とする同期制御システム。
  2. 　前記第一フィルタはローパスフィルタであり、
    　前記第二フィルタはハイパスフィルタであり、
    　前記第一フィルタの時定数と、前記第二フィルタの時定数とは等しいことを特徴とする請求項１に記載の同期制御システム。
  3. 　前記第一装置は、第一モータと前記第一モータにより駆動される第一機械装置で構成され、
    　前記第二装置は、第二モータと前記第二モータにより駆動される第二機械装置で構成され、
    　前記フィードバックデータは、前記第一機械装置の動作状態の検出結果であることを特徴とする請求項１または２に記載の同期制御システム。
  4. 　第一装置を動作させる指令データであり前記第一装置を制御する第一スレーブ局へ送信される第一指令データを生成する第一指令データ生成部と、
    　前記第一装置の動作状態の検出結果であるフィードバックデータから第一周波数領域の周波数成分を抽出して出力する第一フィルタと、
    　前記第一指令データから前記第一周波数領域より周波数の高い領域である第二周波数領域の周波数成分を抽出して出力する第二フィルタと、
    　前記第一フィルタから出力されるデータと、前記第二フィルタから出力されるデータとを加算し、加算した結果である加算データを出力する加算部と、
    　前記加算データに基づき、第二スレーブ局により制御される第二装置を動作させる指令データであり前記第二スレーブ局へ送信される第二指令データを生成する第二指令データ生成部と、
    　を備えることを特徴とする制御装置。
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