WO2020157883A1 - モータ制御システム、エンコーダ、サーボモータ - Google Patents

モータ制御システム、エンコーダ、サーボモータ Download PDF

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motor
control device
communication path
disturbance
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慶太 嶌本
上村　浩司
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株式会社安川電機
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    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/17—Circuit arrangements for detecting position and for generating speed information

Definitions

  • the disclosed embodiments relate to a motor control system, an encoder, and a servo motor.
  • Patent Document 1 describes a control device.
  • This control device has an encoder that detects the control amount of the servo motor, and a DSP (digital signal processing device) that takes in the detected control amount.
  • the DSP has an observer that estimates a disturbance torque and a PI controller, and performs PI control that compensates for the disturbance torque.
  • the above-mentioned conventional control device may not be able to obtain good control performance, and higher control performance has been required.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a motor control system, an encoder, and a servomotor that can improve control performance.
  • a motor a control device for controlling the motor, a rotational position of the motor is detected, and the rotational position is controlled by the control device via a communication path.
  • an encoder for transmitting to the encoder the controller has a controller side transmitter for transmitting a torque command for controlling the motor to the encoder via the communication path, and the encoder is A position detection unit that detects the rotational position of the motor, an encoder-side receiving unit that receives the torque command from the control device-side transmission unit via the communication path, and based on the rotational position and the torque command,
  • a motor control system including: a first disturbance estimation unit that estimates a first disturbance torque; and an encoder-side transmission unit that transmits the rotational position and the first disturbance torque to the control device via the communication path. Is applied.
  • an encoder that detects a rotational position of a motor and transmits the rotational position to a control device that controls the motor via a communication path, wherein the rotational position of the motor is Based on the rotational position and the torque command, the disturbance torque is detected based on the position detection unit that detects the
  • An encoder having a disturbance estimation unit that estimates and an encoder-side transmission unit that transmits the rotational position and the disturbance torque to the control device via the communication path is applied.
  • a servo motor having a motor and the encoder is applied.
  • control performance can be improved.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of control processing executed by an ASIC of an encoder. In this embodiment and a comparative example, it is a Bode diagram showing an example of a simulation result where an input is an external force and an output is an estimated disturbance value. It is a figure which expands and shows the A section of FIG.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a simulation result of a position response when a step disturbance is input at the time of fixing the position in the present embodiment and the comparative example. It is a figure which expands and shows the C section of FIG. It is a figure which expands and shows the D section of FIG. It is a figure showing an example of composition of a motor control system concerning a modification which computes rotation acceleration with an encoder. It is a figure showing an example of composition of a motor control system concerning a modification which computes rotation speed with an encoder. It is a figure showing an example of the hardware constitutions of a control device.
  • the motor control system 1 has a servo motor 3 and a control device 5.
  • the servo motor 3 has a motor 7 and an encoder 9.
  • the control device 5 controls the servo motor 3.
  • the control device 5 includes a position controller 11, a speed calculator 13, a speed controller 15, and a current controller 17.
  • the position control unit 11 outputs a speed command Vr based on a position command Pr input from a host controller (not shown) and a rotational position Pf received from the transmission unit 26 of the encoder 9 via the communication path 18. To do.
  • the speed calculator 13 calculates the rotation speed Vf by first-order differentiating the rotation position Pf received from the encoder 9, for example.
  • the speed control unit 15 outputs the torque command Tr based on the speed command Vr and the rotation speed Vf calculated by the speed calculation unit 13.
  • the current controller 17 converts the torque command Tr into a current command using the parameters of the motor 7, and supplies drive power to the motor 7 based on the current command to drive the motor 7.
  • the control device 5 also has a transmission unit 19.
  • the transmitter 19 (an example of a controller-side transmitter) transmits the torque command Tr generated by the speed controller 15 to the encoder 9 via the communication path 20.
  • the transmitter 19 also transmits a position data request signal requesting the transmission of the rotational position Pf to the encoder 9 via the communication path 20.
  • the communication paths 18 and 20 are usually wired, but may be wireless. Further, the control device 5 may be configured as a single unit, or may be configured by, for example, a plurality of units or devices.
  • the processing and the like in the position control unit 11, the speed calculation unit 13, the speed control unit 15, the current control unit 17, the transmission unit 19 and the like described above are not limited to the examples of sharing of these processes, and for example, It may be processed by a smaller number of processing units (for example, one processing unit), or may be processed by a further subdivided processing unit. Further, in the control device 5, only a portion (inverter or the like) for supplying drive power to the motor 7 is implemented by an actual device, and other functions are implemented by a program executed by a CPU 901 (see FIG. 15) described later. Note that part or all of the above may be mounted by an actual device such as an ASIC, an FPGA, or another electric circuit. In the present embodiment, the processing by the position control unit 11, the speed calculation unit 13, the speed control unit 15, the current control unit 17, the transmission unit 19 and the like described above is executed at the calculation cycle Ts intervals determined by the performance of the CPU 901 and the like. ..
  • the encoder 9 is configured separately from the control device 5, detects the rotational position Pf of the motor 7, and transmits the rotational position Pf to the control device 5 via the communication path 18.
  • the encoder 9 includes a position detector 21, a receiver 23, a disturbance estimator 25, and a transmitter 26.
  • the position detector 21 detects the rotational position Pf of the motor 7.
  • the reception unit 23 (an example of the encoder-side reception unit) receives the torque command Tr from the transmission unit 19 of the control device 5 via the communication path 20.
  • the disturbance estimation unit 25 estimates a disturbance torque Td (an example of a first disturbance torque) based on the rotational position Pf and the torque command Tr. Specifically, the disturbance estimation unit 25 performs a calculation corresponding to the second derivative of the rotational position Pf based on the torque command Tr and the rotational position Pf of the motor 7 that is the result of being driven by the torque command Tr. Then, the rotational acceleration is calculated, and the rotational acceleration is converted into a dimension of force (torque) by multiplying the rotational acceleration by a parameter of the motor 7 (for example, the moment of inertia or mass).
  • Td an example of a first disturbance torque
  • the disturbance torque Td is calculated by comparing these.
  • the disturbance torque Td calculated in this way includes, for example, a sudden load change, an externally applied force or torque, a command value generated by an error between the control model and the actual model, and a force (torque) between the actual operation. Differences, etc. are included.
  • the transmission unit 26 (an example of the encoder-side transmission unit) sends the rotational position Pf detected by the position detection unit 21 and the disturbance torque Td estimated by the disturbance estimation unit 25 to the control device 5 via the communication path 18. Send.
  • the transmission unit 26 receives the position data request signal from the transmission unit 19 of the control device 5 via the communication path 20, the transmission unit 26 transmits the disturbance torque Td together with the rotational position Pf.
  • the rotational position Pf and the disturbance torque Td transmitted from the transmission unit 26 of the encoder 9 are received by the reception unit 24 of the control device 5 and output to each processing unit.
  • the speed control unit 15 generates a torque command Tr based on the rotation speed Vf and the disturbance torque Td calculated by the speed calculation unit 13, and outputs the torque command Tr to the current control unit 17.
  • the control device 5 performs motor control that compensates for disturbance torque.
  • processing and the like in the position detection unit 21, the reception unit 23, the disturbance estimation unit 25, the transmission unit 26, and the like described above are not limited to examples of sharing of these processes, and for example, a smaller number of processing units. It may be processed by (for example, one processing unit) or may be processed by a further subdivided processing unit. Further, the function of the processing unit of the encoder 9 is implemented by, for example, an ASIC (Application Specific Integrated circuit). Not limited to the ASIC, it may be mounted by a dedicated integrated circuit constructed for a specific application such as FPGA. Further, some or all of the functions of the processing unit may be implemented by a program executed by a CPU (not shown).
  • ASIC Application Specific Integrated circuit
  • the processing by the position detecting unit 21, the receiving unit 23, the disturbance estimating unit 25, the transmitting unit 26, and the like described above is executed at the calculation cycle Tv intervals determined by the performance of the ASIC.
  • the calculation cycle Tv is faster (shorter) than the calculation cycle Ts of the control device 5. Since the data transmission process by the transmission unit 26 is executed when the position data request signal is received from the control device 5, the data transmission process by the transmission unit 26 is actually executed at the calculation cycle Ts interval of the control device 5. To be done.
  • FIG. 2 shows an example of the configuration of a motor control system 1'according to a comparative example.
  • the motor control system 1 ′ differs from the motor control system 1 according to the present embodiment in that the disturbance torque is estimated on the control device side.
  • the control device 5 ′ has the disturbance estimation unit 27.
  • the disturbance estimation unit 27 estimates the disturbance torque Td based on the torque command Tr output from the speed control unit 15 and the rotational position Pf received from the transmission unit 26 of the encoder 9 ′ via the communication path 18.
  • the calculation method by the disturbance estimation unit 27 is the same as that of the disturbance estimation unit 25 described above.
  • the speed control unit 15 generates a torque command Tr based on the rotation speed Vf and the disturbance torque Td, and outputs it to the current control unit 17.
  • the processing by the disturbance estimation unit 27 is executed at intervals of the calculation cycle Ts determined by the performance of the CPU 901.
  • FIG. 3 shows an example of delay due to disturbance estimation in the motor control system 1 ′ of the comparative example.
  • the upper graph shows time on the horizontal axis and the rotational position on the vertical axis
  • the curve 29 shows an example of the temporal change of the rotational position Pf detected by the encoder 9'.
  • the arrow 31 above the curve 29 represents the timing at which the receiver 24 of the control device 5'receives the rotational position Pf, which is executed at the calculation cycle Ts interval of the control device 5'.
  • the arrow 33 below the curve 29 represents the timing at which the position detector 21 of the encoder 9'detects the rotational position Pf, and is executed at the calculation cycle Tv interval of the encoder 9'.
  • the calculation cycle Tv is significantly faster than the calculation cycle Ts.
  • the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the disturbance torque
  • the straight line 35 shows an example of the time variation of the disturbance torque estimated by the disturbance estimation unit 27.
  • the times t1, t2, t3, and t4 correspond to the timings of the arrows 31, respectively, and the interval between the times is the calculation cycle Ts.
  • the disturbance estimation unit 27 estimates the disturbance torque at time t4
  • a calculation corresponding to the second-order differential based on the rotational position Pf is necessary, and therefore, data of up to two sampling data of the rotational position Pf are necessary.
  • FIG. 4 shows an example of delay due to disturbance estimation in the motor control system 1 of the present embodiment.
  • the upper graph has the horizontal axis as time and the vertical axis as rotational position
  • the curve 29 shows an example of the temporal change of the rotational position Pf detected by the encoder 9.
  • the arrow 31 above the curve 29 indicates the timing at which the receiver 24 of the control device 5 receives the rotational position Pf and the disturbance torque Td and the timing at which the receiver 23 of the encoder 9 receives the torque command Tr (the torque command Tr Update timing), which is executed at intervals of the calculation cycle Ts of the control device 5.
  • the arrow 33 below the curve 29 represents the timing at which the position detector 21 of the encoder 9 detects the rotational position Pf, and is executed at the calculation cycle Tv interval of the encoder 9.
  • the disturbance estimation unit 25 of the encoder 9 estimates the disturbance torque in the same calculation cycle Tv as the position detection by the position detection unit 21.
  • the arrow 37 above the curve 29 represents the timing at which this disturbance estimation is performed.
  • the horizontal axis represents time and the vertical axis represents disturbance torque, similarly to FIG. 3, and the straight line 35 shows an example of the time variation of the disturbance torque estimated by the disturbance estimation unit 25.
  • the disturbance estimation unit 25 estimates the disturbance torque at time t4
  • a calculation corresponding to the second-order differential based on the rotational position Pf is necessary, and therefore, data up to two before the sampling data of the rotational position Pf is necessary.
  • the time interval at which the disturbance estimation unit 25 acquires the rotational position Pf is the calculation cycle Tv, the rotational position Pf between the time t32 and the time t31 is required.
  • the disturbance torque based on the rotational acceleration at time t32 is obtained by the calculation based on these position data and the torque command Tr at time t3. Therefore, there is a relatively small delay of time Tv between the disturbance torque to be estimated and the disturbance torque at time t4.
  • the real-time property of the data of the rotational position Pf used for the disturbance estimation can be improved, so that the disturbance estimation with high real-time property can be performed.
  • the dead time in control can be reduced, the disturbance estimation band can be expanded, and the robustness to disturbance can be improved. Therefore, the control performance for the motor 7 can be improved.
  • step S10 the encoder 9 causes the position detector 21 to detect the rotational position Pf of the motor 7.
  • step S20 the encoder 9 causes the disturbance estimator 25 to detect the rotational position Pf detected in step S10 and the torque command value previously received from the control device 5 by the receiver 23 (the torque command value updated in step S50 described below). ) And the disturbance torque Td is estimated.
  • step S30 the encoder 9 uses the receiving unit 23 to determine whether the position data request signal and the torque command value have been received from the control device 5 via the communication path 20. If not received (step S30: NO), the process returns to step S10. On the other hand, if received (step S30: YES), the process proceeds to step S40.
  • step S40 the encoder 9 causes the transmitter 26 to transmit the immediately preceding rotational position Pf detected in step S10 and the immediately preceding disturbance torque Td estimated in step S20 to the control device 5 via the communication path 18. Send to.
  • step S50 the encoder 9 updates the torque command value recorded in the appropriate recording unit to the latest torque command value received in step S30. Then, it returns to step S10 and repeats the same procedure.
  • 6 to 9 show examples of Bode diagrams obtained by simulation when an input is an external force and an output is a disturbance estimated value.
  • the external force for example, a sweep signal that changes from 1 Hz to 200 Hz in 2 seconds is input.
  • the cutoff frequency in the disturbance estimation is set to 80 Hz, for example.
  • the broken line in the figure shows the frequency characteristic of the comparative example, and the solid line shows the frequency characteristic of the embodiment.
  • FIG. 7 is an enlarged view of part A of FIG. As shown in FIGS. 6 and 7, the embodiment has a higher gain near the cutoff frequency than the comparative example.
  • FIG. 9 is an enlarged view of portion B in FIG. As shown in FIGS. 8 and 9, the phase delay in the embodiment is smaller than that in the comparative example. From the above, it can be seen that the embodiment can expand the band of disturbance estimation as compared with the comparative example.
  • FIG. 10 to 12 show examples of simulation results of the position response when a step disturbance (for example, 1% of rated torque) is input when the position is fixed.
  • 11 is an enlarged view of portion C of FIG. 10
  • FIG. 12 is an enlarged view of portion D of FIG.
  • the broken line in the figure indicates the position response value of the comparative example
  • the solid line indicates the position response value of the embodiment.
  • Pr in the figure indicates a position command value (angle 0).
  • the peak of the position variation due to the disturbance is smaller in the embodiment than in the comparative example.
  • FIG. 12 the convergence is faster in the embodiment than in the comparative example. From the above, it can be seen that the embodiment can improve the robustness against disturbance as compared with the comparative example.
  • the motor control system 1 of the present embodiment detects the motor 7, the control device 5 that controls the motor 7, the rotational position Pf of the motor 7, and detects the rotational position Pf via the communication path 18.
  • the encoder 9 for transmitting to the control device 5, and the control device 5 includes a transmitter 19 for transmitting the torque command Tr for controlling the motor 7 to the encoder 9 via the communication path 20. Is based on the position detector 21 that detects the rotational position Pf of the motor 7, the receiver 23 that receives the torque command Tr from the transmitter 19 via the communication path 20, and the rotational position Pf and the torque command Tr.
  • a disturbance estimation unit 25 that estimates the disturbance torque Td
  • a transmission unit 26 that transmits the rotational position Pf and the disturbance torque Td to the control device 5 via the communication path 18.
  • the control device 5 uses the disturbance torque Td estimated by the disturbance estimation unit 25 of the encoder 9 to perform motor control in which the disturbance torque Td is compensated. At this time, since the disturbance torque Td is estimated by the encoder 9, the following effects can be obtained.
  • the disturbance estimation unit 27 of the control device 5′ should sample the rotational position Pf at the calculation cycle Ts of the control device 5′.
  • the calculation cycle Ts by the CPU of the control device is slower than the calculation cycle Tv of the encoder ASIC. Therefore, the real-time property of the sampling data is deteriorated, and good control performance for the motor 7 may not be obtained.
  • the encoder 9 detects the rotational position Pf and estimates the disturbance torque Td in a calculation cycle Tv faster than the calculation cycle Ts of the control device 5. Then, the encoder 9 transmits the rotation position Pf and the disturbance torque Td to the control device 5, and the control device 5 controls the motor 7 using the rotation position Pf and the disturbance torque Td.
  • the real-time property of the sampling data up to two data used in the disturbance estimation can be improved, so that the disturbance estimation with high real-time property becomes possible. Therefore, it is possible to expand the band of disturbance estimation and improve robustness against disturbance.
  • the disturbance estimation unit 25 has an integrator (not shown) for performing the calculation corresponding to the second derivative, the disturbance torque value output can be made smoother by increasing the calculation cycle. You can As described above, the control performance for the motor 7 can be improved.
  • FIG. 13 shows an example of the configuration of a motor control system 1A according to this modification. Note that, in FIG. 13, the same components as those in FIG.
  • the motor control system 1A has a control device 5A, a motor 7, and an encoder 9A.
  • the encoder 9A has an acceleration calculator 39 in addition to the configuration of the encoder 9 described above.
  • the acceleration calculator 39 calculates the rotational acceleration Af of the motor 7 by performing a calculation corresponding to the second derivative of the rotational position Pf detected by the position detector 21.
  • the transmission unit 26 transmits the rotational acceleration Af to the control device 5A via the communication path 18 together with the rotational position Pf and the disturbance torque Td1 (an example of the first disturbance torque) estimated by the disturbance estimation unit 25.
  • the control device 5A can execute various processes using the rotational acceleration Af transmitted from the encoder 9A. Therefore, higher performance control can be realized based on the detection information of the encoder with high added value.
  • the control device 5A has the disturbance estimation unit 41.
  • the disturbance estimation unit 41 estimates the disturbance torque Td2 (an example of the second disturbance torque) based on the torque command Tr and the rotational acceleration Af received from the transmission unit 26 of the encoder 9A via the communication path 18.
  • the speed control unit 15 generates the torque command Tr based on the rotation speed Vf calculated by the speed calculation unit 13, the disturbance torque Td1 received from the encoder 9A, and the disturbance torque Td2 calculated by the disturbance estimation unit 41. Output to the current control unit 17.
  • the control device 5A since the control device 5A does not perform the calculation corresponding to the second derivative of the rotational position Pf but performs the disturbance estimation using the rotational acceleration Af calculated on the encoder 9A side, the disturbance estimation with high real-time property Is possible. Further, since the disturbance estimating units 25 and 41 are provided in both the encoder 9A and the control device 5A, the disturbance estimating unit can be duplicated to perform backup or the like, and reliability can be improved. Further, for example, the disturbance estimation in the high frequency band is performed on the encoder 9A side having a fast calculation cycle, and the disturbance estimation in the low frequency band is performed on the control device 5A side having a slow calculation cycle. It is possible to realize disturbance estimation with a high resolution by further expanding the band by utilizing 41.
  • control device 5A may include the vibration suppressing unit 43 as an example of a process using the rotational acceleration Af transmitted from the encoder 9A.
  • the vibration suppressing unit 43 performs a calculation for suppressing the vibration of the motor 7 based on the rotational acceleration Af received from the transmitting unit 26 of the encoder 9A via the communication path 18.
  • the speed control unit 15 generates a torque command Tr based on the calculation result of the vibration suppressing unit 43 and outputs it to the current control unit 17. As a result, it is possible to perform motor control that compensates for vibration.
  • FIG. 14 shows an example of the configuration of a motor control system 1B according to this modification. Note that in FIG. 14, the same components as those in FIG.
  • the motor control system 1B has a control device 5B, a motor 7, and an encoder 9B.
  • the encoder 9B has a speed calculation unit 45 in addition to the configuration of the encoder 9 described above.
  • the speed calculator 45 calculates the rotation speed Vf of the motor 7 by performing a calculation corresponding to the first derivative of the rotation position Pf detected by the position detector 21.
  • the transmission unit 26 transmits the rotation speed Vf to the control device 5B via the communication path 18 together with the rotational position Pf and the disturbance torque Td estimated by the disturbance estimation unit 25.
  • the speed control unit 15 of the control device 5B performs speed control based on the speed command Vr and the rotation speed Vf received from the transmission unit 26 of the encoder 9B via the communication path 18.
  • the speed control unit 15 also performs motor control in which the disturbance torque is compensated based on the disturbance torque Td received from the encoder 9B.
  • the control device 5B does not perform the calculation of the rotation speed Vf (first-order differentiation of the rotation position Pf) but performs the speed control using the rotation speed Vf calculated on the encoder 9B side. It becomes possible to control.
  • the control device 5B can execute various processes using the rotation speed Vf transmitted from the encoder 9B. For example, although illustration is omitted, as in FIG.
  • a disturbance estimation unit that estimates the disturbance torque using the rotation speed Vf transmitted from the encoder 9B is mounted on the control device 5B side, and the disturbance estimation unit It is also possible to duplicate. Therefore, higher performance control can be realized based on the detection information of the encoder with high added value.
  • the control device 5 includes, for example, a CPU 901, a ROM 903, a RAM 905, a dedicated integrated circuit 907 constructed for a specific application such as an ASIC or an FPGA, an input device 913, and an output device 915. , A recording device 917, a drive 919, a connection port 921, and a communication device 923. These configurations are connected to each other via a bus 909 and an input/output interface 911 so that signals can be transmitted to each other.
  • the program can be recorded in the ROM 903, the RAM 905, the recording device 917, or the like, for example.
  • the program is temporarily or non-temporarily (permanently) recorded in a removable recording medium 925 such as a magnetic disk such as a flexible disk, an optical disk such as various CD/MO disk/DVD, or a semiconductor memory. You can also keep it.
  • a recording medium 925 can also be provided as so-called package software.
  • the programs recorded in these recording media 925 may be read by the drive 919 and recorded in the recording device 917 via the input/output interface 911, the bus 909, and the like.
  • the program can be recorded in, for example, a download site, another computer, another recording device, etc. (not shown).
  • the program is transferred via a network NW such as a LAN or the Internet, and the communication device 923 receives the program.
  • the program received by the communication device 923 may be recorded in the recording device 917 via the input/output interface 911, the bus 909, and the like.
  • the program can also be recorded in an appropriate external connection device 927, for example.
  • the program may be transferred via an appropriate connection port 921 and recorded in the recording device 917 via the input/output interface 911, the bus 909, or the like.
  • the CPU 901 executes various processes according to the program recorded in the recording device 917, so that the position controller 11, the speed calculator 13, the speed controller 15, the current controller 17, the transmitter 19 and the like.
  • the processing by is realized.
  • the CPU 901 may directly read the program from the recording device 917 and execute the program, or may load the program into the RAM 905 once and execute the program.
  • the CPU 901 may directly execute the received program without recording it in the recording device 917.
  • the CPU 901 may perform various kinds of processing based on a signal or information input from an input device 913 such as a mouse/keyboard/microphone (not shown) as necessary.
  • an input device 913 such as a mouse/keyboard/microphone (not shown) as necessary.
  • the CPU 901 may output the result of executing the above processing from the output device 915 such as a display device or an audio output device, and the CPU 901 further outputs the processing result to the communication device 923 or the connection if necessary. It may be transmitted via the port 921 or may be recorded in the recording device 917 or the recording medium 925.

Abstract

【課題】モータに対する制御性能を高める。 【解決手段】モータ制御システム１は、モータ７と、モータ７を制御する制御装置５と、モータ７の回転位置Ｐｆを検出し、通信経路１８を介して回転位置Ｐｆを制御装置５に送信するエンコーダ９と、を有し、制御装置５は、モータ７を制御するためのトルク指令Ｔｒを通信経路２０を介してエンコーダ９に送信する送信部１９を有し、エンコーダ９は、モータ７の回転位置Ｐｆを検出する位置検出部２１と、送信部１９から通信経路２０を介してトルク指令Ｔｒを受信する受信部２３と、回転位置Ｐｆとトルク指令Ｔｒとに基づいて、外乱トルクＴｄを推定する外乱推定部２５と、回転位置Ｐｆ及び外乱トルクＴｄを通信経路１８を介して制御装置５に送信する送信部２６と、を有する。

Description

モータ制御システム、エンコーダ、サーボモータ
　開示の実施形態は、モータ制御システム、エンコーダ及びサーボモータに関する。
　特許文献１には、制御装置が記載されている。この制御装置は、サーボモータの制御量を検出するエンコーダと、検出された制御量を取り込むＤＳＰ（デジタル信号処理装置）とを有する。ＤＳＰは、外乱トルクを推定するオブザーバと、ＰＩコントローラとを有しており、外乱トルクを補償したＰＩ制御を行う。
特開平７－１９１７０７号公報（図３）
　上記従来技術の制御装置では、良好な制御性能が得られない場合があり、より高い制御性能が求められていた。
　本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、制御性能を高めることができるモータ制御システム、エンコーダ及びサーボモータを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、モータと、前記モータを制御する制御装置と、前記モータの回転位置を検出し、通信経路を介して前記回転位置を前記制御装置に送信するエンコーダと、を有し、前記制御装置は、前記モータを制御するためのトルク指令を前記通信経路を介して前記エンコーダに送信する制御装置側送信部を有し、前記エンコーダは、前記モータの前記回転位置を検出する位置検出部と、前記制御装置側送信部から前記通信経路を介して前記トルク指令を受信するエンコーダ側受信部と、前記回転位置と前記トルク指令とに基づいて、第１の外乱トルクを推定する第１外乱推定部と、前記回転位置及び前記第１の外乱トルクを前記通信経路を介して前記制御装置に送信するエンコーダ側送信部と、を有する、モータ制御システムが適用される。
　また、本発明の別の観点によれば、モータの回転位置を検出し、通信経路を介して前記回転位置を前記モータを制御する制御装置に送信するエンコーダであって、前記モータの前記回転位置を検出する位置検出部と、前記制御装置の制御装置側送信部から前記通信経路を介してトルク指令を受信するエンコーダ側受信部と、前記回転位置と前記トルク指令とに基づいて、外乱トルクを推定する外乱推定部と、前記回転位置及び前記外乱トルクを前記通信経路を介して前記制御装置に送信するエンコーダ側送信部と、を有する、エンコーダが適用される。
　また、本発明の別の観点によれば、モータと、上記エンコーダと、を有する、サーボモータが適用される。
　本発明のモータ制御システム等によれば、制御性能を高めることができる。
本実施形態に係るモータ制御システムの構成の一例を表す図である。 変形例に係るモータ制御システムの構成の一例を表す図である。 変形例に係るモータ制御システムでの外乱推定による遅れの一例を表す図である。 本実施形態に係るモータ制御システムでの外乱推定による遅れの一例を表す図である。 エンコーダのＡＳＩＣにより実行される制御処理の一例を表すフローチャートである。 本実施形態と比較例において、入力を外力、出力を外乱推定値としたシミュレーション結果の一例を表すボード線図である。 図６のＡ部を拡大して示す図である。 本実施形態と比較例において、入力を外力、出力を外乱推定値としたシミュレーション結果の一例を表すボード線図である。 図８のＢ部を拡大して示す図である。 本実施形態と比較例において、位置固定時にステップ外乱を入力した場合の位置応答のシミュレーション結果の一例を表す図である。 図１０のＣ部を拡大して示す図である。 図１０のＤ部を拡大して示す図である。 エンコーダで回転加速度を演算する変形例に係るモータ制御システムの構成の一例を表す図である。 エンコーダで回転速度を演算する変形例に係るモータ制御システムの構成の一例を表す図である。 制御装置のハードウェア構成の一例を表す図である。
　以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
　＜１．モータ制御システム＞
　まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係るモータ制御システムの構成の一例について説明する。
　図１に示すように、モータ制御システム１は、サーボモータ３と、制御装置５とを有する。サーボモータ３は、モータ７と、エンコーダ９とを有する。
　制御装置５は、サーボモータ３を制御する。制御装置５は、位置制御部１１と、速度演算部１３と、速度制御部１５と、電流制御部１７とを有する。位置制御部１１は、上位制御装置（図示省略）から入力される位置指令Ｐｒと、エンコーダ９の送信部２６から通信経路１８を介して受信した回転位置Ｐｆとに基づいて、速度指令Ｖｒを出力する。速度演算部１３は、エンコーダ９から受信した回転位置Ｐｆを例えば１階微分することにより回転速度Ｖｆを演算する。速度制御部１５は、速度指令Ｖｒと、速度演算部１３により演算された回転速度Ｖｆとに基づいて、トルク指令Ｔｒを出力する。電流制御部１７は、トルク指令Ｔｒをモータ７のパラメータを用いて電流指令に変換し、当該電流指令に基づいてモータ７に駆動電力を給電してモータ７を駆動する。
　また制御装置５は、送信部１９を有する。送信部１９（制御装置側送信部の一例）は、速度制御部１５により生成されたトルク指令Ｔｒを通信経路２０を介してエンコーダ９に送信する。また送信部１９は、回転位置Ｐｆの送信を要求する位置データ要求信号を通信経路２０を介してエンコーダ９に送信する。なお、通信経路１８，２０は、通常は有線として構成されるが、無線としてもよい。また、制御装置５は単体として構成されてもよいし、例えば複数のユニットや装置等により構成されてもよい。
　なお、上述した位置制御部１１、速度演算部１３、速度制御部１５、電流制御部１７、送信部１９等における処理等は、これらの処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、更に少ない数の処理部（例えば１つの処理部）で処理されてもよく、また、更に細分化された処理部により処理されてもよい。また、制御装置５は、モータ７に駆動電力を給電する部分（インバータ等）のみ実際の装置により実装され、その他の機能は後述するＣＰＵ９０１（図１５参照）が実行するプログラムにより実装される。なお、その一部又は全部がＡＳＩＣやＦＰＧＡ、その他の電気回路等の実際の装置により実装されてもよい。本実施形態では、上述した位置制御部１１、速度演算部１３、速度制御部１５、電流制御部１７、送信部１９等による処理は、上記ＣＰＵ９０１の性能等により定まる演算周期Ｔｓ間隔で実行される。
　エンコーダ９は、制御装置５とは別体として構成されており、モータ７の回転位置Ｐｆを検出し、通信経路１８を介して回転位置Ｐｆを制御装置５に送信する。エンコーダ９は、位置検出部２１と、受信部２３と、外乱推定部２５と、送信部２６とを有する。位置検出部２１は、モータ７の回転位置Ｐｆを検出する。受信部２３（エンコーダ側受信部の一例）は、制御装置５の送信部１９から通信経路２０を介してトルク指令Ｔｒを受信する。
　外乱推定部２５（第１外乱推定部の一例）は、回転位置Ｐｆとトルク指令Ｔｒとに基づいて、外乱トルクＴｄ（第１の外乱トルクの一例）を推定する。具体的には、外乱推定部２５は、トルク指令Ｔｒと、当該トルク指令Ｔｒにより駆動された結果であるモータ７の回転位置Ｐｆとに基づき、回転位置Ｐｆの２階微分に相当する演算を行って回転加速度を演算し、当該回転加速度にモータ７のパラメータ（例えば慣性モーメントや質量等）を乗算することにより力（トルク）の次元に変換する。これにより演算されたトルクは上記トルク指令Ｔｒによりモータ７が実際に駆動された実動作によるトルクであるので、これらを比較することにより外乱トルクＴｄが算出される。このようにして算出された外乱トルクＴｄには、例えば、突然の負荷変動、外部から加えられた力やトルク、制御モデルと実モデルの誤差により生じる指令値と実動作間の力（トルク）の差、等が含まれる。
　送信部２６（エンコーダ側送信部の一例）は、位置検出部２１により検出された回転位置Ｐｆと、外乱推定部２５により推定された外乱トルクＴｄとを、通信経路１８を介して制御装置５に送信する。送信部２６は、制御装置５の送信部１９から通信経路２０を介して位置データ要求信号を受信した際に、回転位置Ｐｆと合わせて外乱トルクＴｄを送信する。
　エンコーダ９の送信部２６から送信された回転位置Ｐｆ及び外乱トルクＴｄは、制御装置５の受信部２４により受信され、各処理部に出力される。速度制御部１５は、速度演算部１３により演算された回転速度Ｖｆ及び外乱トルクＴｄに基づいてトルク指令Ｔｒを生成し、電流制御部１７に出力する。これにより、制御装置５は外乱トルクを補償したモータ制御を行う。
　なお、上述した位置検出部２１、受信部２３、外乱推定部２５、送信部２６等における処理等は、これらの処理の分担の例に限定されるものではなく、例えば、更に少ない数の処理部（例えば１つの処理部）で処理されてもよく、また、更に細分化された処理部により処理されてもよい。また、エンコーダ９の上記処理部による機能は、例えばＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ）により実装される。なお、ＡＳＩＣに限らず、その他ＦＰＧＡ等の特定の用途向けに構築された専用集積回路により実装されてもよい。また、上記処理部による機能の一部又は全部がＣＰＵ（図示省略）が実行するプログラムにより実装されてもよい。本実施形態では、上述した位置検出部２１、受信部２３、外乱推定部２５、送信部２６等による処理は、上記ＡＳＩＣの性能等により定まる演算周期Ｔｖ間隔で実行される。この演算周期Ｔｖは、制御装置５の演算周期Ｔｓよりも速い（短い）。なお、送信部２６によるデータ送信処理は、制御装置５から位置データ要求信号を受信した際に実行されるので、送信部２６によるデータ送信処理は実際には制御装置５の演算周期Ｔｓ間隔で実行される。
　＜２．外乱推定による遅れ＞
　次に、図２～図４を参照しつつ、本実施形態に係るモータ制御システム１での外乱推定による遅れの一例について、比較例に係るモータ制御システム１’と比較しつつ説明する。
　図２に、比較例に係るモータ制御システム１’の構成の一例を示す。図２に示すように、モータ制御システム１’が本実施形態に係るモータ制御システム１と異なる点は、外乱トルクの推定を制御装置側で行う点である。モータ制御システム１’では、制御装置５’が外乱推定部２７を有する。外乱推定部２７は、速度制御部１５より出力されるトルク指令Ｔｒと、エンコーダ９’の送信部２６から通信経路１８を介して受信した回転位置Ｐｆとに基づいて、外乱トルクＴｄを推定する。外乱推定部２７による演算手法は、前述した外乱推定部２５と同様である。速度制御部１５は、回転速度Ｖｆ及び外乱トルクＴｄに基づいてトルク指令Ｔｒを生成し、電流制御部１７に出力する。なお、外乱推定部２７による処理は、上記ＣＰＵ９０１の性能等により定まる演算周期Ｔｓ間隔で実行される。
　図３に、比較例のモータ制御システム１’での外乱推定による遅れの一例を示す。図３において、上のグラフは横軸を時間、縦軸を回転位置としており、曲線２９がエンコーダ９’により検出される回転位置Ｐｆの時間変化の一例を示している。曲線２９の上部の矢印３１は、制御装置５’の受信部２４が回転位置Ｐｆを受信するタイミングを表しており、制御装置５’の演算周期Ｔｓ間隔で実行される。一方、曲線２９の下部の矢印３３は、エンコーダ９’の位置検出部２１が回転位置Ｐｆを検出するタイミングを表しており、エンコーダ９’の演算周期Ｔｖ間隔で実行される。図３に示すように、演算周期Ｔｖは演算周期Ｔｓよりも大幅に速い。
　また、図３の下のグラフは横軸を時間、縦軸を外乱トルクとしており、直線３５が外乱推定部２７により推定される外乱トルクの時間変化の一例を示している。なお、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４はそれぞれ矢印３１のタイミングに対応しており、各時間の間隔はそれぞれ演算周期Ｔｓである。例えば外乱推定部２７が時間ｔ４における外乱トルクを推定する場合、回転位置Ｐｆに基づく２階微分に相当する演算が必要となるため、回転位置Ｐｆのサンプリングデータのうち２個前までのデータが必要となる。本比較例では、外乱推定部２７が回転位置Ｐｆを取得する時間間隔が演算周期Ｔｓであるため、時間ｔ３と時間ｔ２の回転位置Ｐｆが必要となる。これらの位置データと時間ｔ３におけるトルク指令Ｔｒとに基づく演算により、時間ｔ３における回転加速度に基づく外乱トルクが得られる。このため、推定しようとする時間ｔ４における外乱トルクとの間に比較的大きな時間Ｔｓの遅れが生じることになる。このように、比較例のモータ制御システム１’では、外乱推定に用いる回転位置Ｐｆのデータのリアルタイム性が低下し、モータ７に対する良好な制御性能が得られない可能性がある。また、制御上の無駄時間が生じてしまい、この無駄時間により制御装置５’の外乱補償の周波数応答が上げられない可能性がある。
　図４に、本実施形態のモータ制御システム１での外乱推定による遅れの一例を示す。図４において、図３と同様に、上のグラフは横軸を時間、縦軸を回転位置としており、曲線２９がエンコーダ９により検出される回転位置Ｐｆの時間変化の一例を示している。曲線２９の上部の矢印３１は、制御装置５の受信部２４が回転位置Ｐｆ及び外乱トルクＴｄを受信するタイミング、且つ、エンコーダ９の受信部２３がトルク指令Ｔｒを受信するタイミング（トルク指令Ｔｒの更新タイミング）を表しており、制御装置５の演算周期Ｔｓ間隔で実行される。一方、曲線２９の下部の矢印３３は、エンコーダ９の位置検出部２１が回転位置Ｐｆを検出するタイミングを表しており、エンコーダ９の演算周期Ｔｖ間隔で実行される。本実施形態では、エンコーダ９の外乱推定部２５が位置検出部２１による位置検出と同じ演算周期Ｔｖで外乱トルクの推定を行う。曲線２９の上部の矢印３７は、この外乱推定が行われるタイミングを表している。
　また、図４の下のグラフは、図３と同様に、横軸を時間、縦軸を外乱トルクとしており、直線３５が外乱推定部２５により推定される外乱トルクの時間変化の一例を示している。例えば外乱推定部２５が時間ｔ４における外乱トルクを推定する場合、回転位置Ｐｆに基づく２階微分に相当する演算が必要となるため、回転位置Ｐｆのサンプリングデータのうち２個前までのデータが必要となる。本実施形態では、外乱推定部２５が回転位置Ｐｆを取得する時間間隔が演算周期Ｔｖであるため、時間ｔ３２と時間ｔ３１の回転位置Ｐｆが必要となる。これらの位置データと時間ｔ３におけるトルク指令Ｔｒとに基づく演算により、時間ｔ３２における回転加速度に基づく外乱トルクが得られる。このため、推定しようとする時間ｔ４における外乱トルクとの間には比較的小さな時間Ｔｖの遅れしか生じないことになる。このように、本実施形態のモータ制御システム１では、外乱推定に用いる回転位置Ｐｆのデータのリアルタイム性を向上できるので、リアルタイム性の高い外乱推定が可能となる。その結果、制御上の無駄時間を減少でき、外乱推定の帯域を拡大できると共に、外乱に対するロバスト性を向上することができる。したがって、モータ７に対する制御性能を高めることができる。
　＜３．エンコーダの制御処理＞
　次に、図５を参照しつつ、エンコーダ９のＡＳＩＣにより実行される制御処理の一例について説明する。
　図５に示すように、ステップＳ１０では、エンコーダ９は位置検出部２１により、モータ７の回転位置Ｐｆを検出する。
　ステップＳ２０では、エンコーダ９は外乱推定部２５により、上記ステップＳ１０で検出した回転位置Ｐｆと、受信部２３により制御装置５から前回受信したトルク指令値（後述のステップＳ５０で更新されたトルク指令値）とに基づいて、外乱トルクＴｄを推定する。
　ステップＳ３０では、エンコーダ９は受信部２３により、制御装置５から通信経路２０を介して位置データ要求信号とトルク指令値を受信したか否かを判定する。受信していない場合には（ステップＳ３０：ＮＯ）、上記ステップＳ１０に戻る。一方、受信した場合には（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、ステップＳ４０に移る。
　ステップＳ４０では、エンコーダ９は送信部２６により、上記ステップＳ１０で検出された直前の回転位置Ｐｆと、上記ステップＳ２０で推定された直前の外乱トルクＴｄとを、通信経路１８を介して制御装置５に送信する。
　ステップＳ５０では、エンコーダ９は、適宜の記録部に記録したトルク指令値を上記ステップＳ３０で受信した最新のトルク指令値に更新する。その後、ステップＳ１０に戻り同様の手順を繰り返す。
　＜４．シミュレーション結果＞
　次に、図６～図１２を参照しつつ、シミュレーション結果の一例について説明する。図６～図１２では、本実施形態による効果を確認するために、本実施形態に係るモータ制御システム１でのシミュレーション結果と、前述の比較例に係るモータ制御システム１’でのシミュレーション結果とを比較しつつ説明する。
　図６～図９に、入力を外力、出力を外乱推定値とした場合のシミュレーションによるボード線図の一例を示す。このシミュレーションでは、外力として、例えば２秒間で１Ｈｚから２００Ｈｚまで変化させるスイープ信号を入力している。また、外乱推定における遮断周波数を例えば８０Ｈｚとしている。なお、図中の破線が比較例の周波数特性、実線が実施形態の周波数特性を示す。
　図７は、図６のＡ部を拡大した図である。図６及び図７に示すように、実施形態の方が比較例に比べて遮断周波数付近でのゲインが高くなっている。また、図９は、図８のＢ部を拡大した図である。図８及び図９に示すように、実施形態の方が比較例に比べて位相の遅れが小さくなっている。以上から、実施形態の方が比較例に比べて外乱推定の帯域を拡大できることが分かる。
　図１０～図１２に、位置固定時にステップ外乱（例えば定格トルクの１％）を入力した場合の位置応答のシミュレーション結果の一例を示す。図１１は図１０のＣ部を拡大した図であり、図１２は図１０のＤ部を拡大した図である。なお、図中の破線が比較例の位置応答値、実線が実施形態の位置応答値を示す。また、図中のＰｒが位置指令値（角度０）を示す。図１１に示すように、実施形態の方が比較例に比べて外乱による位置変動のピークが小さくなっている。また図１２に示すように、実施形態の方が比較例に比べて収束も速くなっている。以上から、実施形態の方が比較例に比べて外乱に対するロバスト性を向上できることが分かる。
　＜５．本実施形態による効果の例＞
　以上説明したように、本実施形態のモータ制御システム１は、モータ７と、モータ７を制御する制御装置５と、モータ７の回転位置Ｐｆを検出し、通信経路１８を介して回転位置Ｐｆを制御装置５に送信するエンコーダ９と、を有し、制御装置５は、モータ７を制御するためのトルク指令Ｔｒを通信経路２０を介してエンコーダ９に送信する送信部１９を有し、エンコーダ９は、モータ７の回転位置Ｐｆを検出する位置検出部２１と、送信部１９から通信経路２０を介してトルク指令Ｔｒを受信する受信部２３と、回転位置Ｐｆとトルク指令Ｔｒとに基づいて、外乱トルクＴｄを推定する外乱推定部２５と、回転位置Ｐｆ及び外乱トルクＴｄを通信経路１８を介して制御装置５に送信する送信部２６と、を有する。
　モータ制御システム１では、制御装置５が、エンコーダ９の外乱推定部２５で推定された外乱トルクＴｄを用いて、外乱トルクＴｄを補償したモータ制御を行う。このとき、外乱トルクＴｄの推定をエンコーダ９で行うので、次のような効果を得ることができる。
　モータ７の回転位置Ｐｆに基づいて外乱トルクＴｄを推定する場合、２階微分に相当する演算が必要となるため、回転位置Ｐｆのサンプリングデータのうち２個前までのデータが必要となる。前述の比較例のように、外乱トルクＴｄの推定を制御装置５’側で行う場合、制御装置５’の外乱推定部２７は制御装置５’の演算周期Ｔｓで回転位置Ｐｆのサンプリングを行うこととなるが、制御装置のＣＰＵによる演算周期ＴｓはエンコーダＡＳＩＣの演算周期Ｔｖよりも遅い。このため、サンプリングデータのリアルタイム性が低下し、モータ７に対する良好な制御性能が得られない可能性がある。
　本実施形態では、エンコーダ９が制御装置５の演算周期Ｔｓよりも速い演算周期Ｔｖで回転位置Ｐｆの検出及び外乱トルクＴｄの推定演算を行う。そして、エンコーダ９は回転位置Ｐｆと外乱トルクＴｄとを制御装置５に送信し、制御装置５は当該回転位置Ｐｆと外乱トルクＴｄを用いてモータ７の制御を行う。これにより、外乱推定で用いる２個前までのサンプリングデータのリアルタイム性を向上できるので、リアルタイム性の高い外乱推定が可能となる。したがって、外乱推定の帯域を拡大できると共に、外乱に対するロバスト性を向上することが可能となる。さらに、外乱推定部２５は２階微分に相当する演算を行うために積分器（図示省略）を有しているため、演算周期を速くすることにより出力される外乱トルク値をより滑らかにすることができる。以上により、モータ７に対する制御性能を高めることができる。
　＜６．変形例＞
　なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を説明する。
　　（６－１．エンコーダで回転加速度を演算する場合）
　図１３に、本変形例に係るモータ制御システム１Ａの構成の一例を示す。なお、図１３において前述の図１と同様の構成には同符号を付し、適宜説明を省略する。
　図１３に示すように、モータ制御システム１Ａは、制御装置５Ａと、モータ７と、エンコーダ９Ａとを有する。エンコーダ９Ａは、前述のエンコーダ９の構成に加えて、加速度演算部３９を有する。加速度演算部３９は、位置検出部２１により検出した回転位置Ｐｆの２階微分に相当する演算を行ってモータ７の回転加速度Ａｆを演算する。送信部２６は、回転位置Ｐｆ及び外乱推定部２５により推定した外乱トルクＴｄ１（第１の外乱トルクの一例）と共に、回転加速度Ａｆを通信経路１８を介して制御装置５Ａに送信する。
　これにより、制御装置５Ａは、エンコーダ９Ａから送信される回転加速度Ａｆを利用した各種の処理を実行することが可能となる。したがって、付加価値の高いエンコーダの検出情報に基づいてより高性能な制御を実現できる。例えば本変形例では、制御装置５Ａが外乱推定部４１を有する。外乱推定部４１は、トルク指令Ｔｒと、エンコーダ９Ａの送信部２６から通信経路１８を介して受信した回転加速度Ａｆとに基づいて、外乱トルクＴｄ２（第２の外乱トルクの一例）を推定する。速度制御部１５は、速度演算部１３により演算された回転速度Ｖｆ、エンコーダ９Ａから受信した外乱トルクＴｄ１、及び、外乱推定部４１により演算された外乱トルクＴｄ２に基づいてトルク指令Ｔｒを生成し、電流制御部１７に出力する。
　以上によれば、制御装置５Ａで回転位置Ｐｆの２階微分に相当する演算を行うのではなく、エンコーダ９Ａ側で演算した回転加速度Ａｆを用いて外乱推定を行うので、リアルタイム性の高い外乱推定が可能となる。また、エンコーダ９Ａと制御装置５Ａの両方に外乱推定部２５，４１を設けるので、外乱推定部の二重化によりバックアップ等が可能となり、信頼性を向上できる。さらに、例えば演算周期の速いエンコーダ９Ａ側で高周波帯域の外乱推定を行い、演算周期の遅い制御装置５Ａ側で低周波数帯域の外乱推定を行うことによって、ダイナミックレンジが異なる２つの外乱推定部２５，４１を活用してより帯域を拡大した分解能の高い外乱推定を実現できる。
　また制御装置５Ａは、エンコーダ９Ａから送信される回転加速度Ａｆを利用した処理の一例として、振動抑制部４３を有してもよい。振動抑制部４３は、エンコーダ９Ａの送信部２６から通信経路１８を介して受信した回転加速度Ａｆに基づいて、モータ７の振動を抑制するための演算を行う。速度制御部１５は、振動抑制部４３の演算結果に基づいてトルク指令Ｔｒを生成し、電流制御部１７に出力する。これにより、振動を補償したモータ制御を行うことができる。
　　（６－２．エンコーダで回転速度を演算する場合）
　図１４に、本変形例に係るモータ制御システム１Ｂの構成の一例を示す。なお、図１４において前述の図１等と同様の構成には同符号を付し、適宜説明を省略する。
　図１４に示すように、モータ制御システム１Ｂは、制御装置５Ｂと、モータ７と、エンコーダ９Ｂとを有する。エンコーダ９Ｂは、前述のエンコーダ９の構成に加えて、速度演算部４５を有する。速度演算部４５は、位置検出部２１により検出した回転位置Ｐｆの１階微分に相当する演算を行ってモータ７の回転速度Ｖｆを演算する。送信部２６は、回転位置Ｐｆ及び外乱推定部２５により推定した外乱トルクＴｄと共に、回転速度Ｖｆを通信経路１８を介して制御装置５Ｂに送信する。
　制御装置５Ｂの速度制御部１５は、速度指令Ｖｒと、エンコーダ９Ｂの送信部２６から通信経路１８を介して受信した回転速度Ｖｆとに基づいて速度制御を行う。また速度制御部１５は、エンコーダ９Ｂから受信した外乱トルクＴｄに基づいて外乱トルクを補償したモータ制御を行う。これにより、制御装置５Ｂで回転速度Ｖｆの演算（回転位置Ｐｆの１階微分）を行うのではなく、エンコーダ９Ｂ側で演算した回転速度Ｖｆを用いて速度制御を行うので、リアルタイム性の高い速度制御が可能となる。また、制御装置５Ｂは、エンコーダ９Ｂから送信される回転速度Ｖｆを利用した各種の処理を実行することが可能となる。例えば、図示は省略するが、前述の図１３と同様に、制御装置５Ｂ側にエンコーダ９Ｂから送信される回転速度Ｖｆを利用して外乱トルクを推定する外乱推定部を実装し、外乱推定部の二重化を行うこと等も可能となる。したがって、付加価値の高いエンコーダの検出情報に基づいてより高性能な制御を実現できる。
　また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
　＜７．制御装置のハードウェア構成例＞
　次に、図１５を参照しつつ、上記で説明したＣＰＵ９０１が実行するプログラムにより実装された位置制御部１１、速度演算部１３、速度制御部１５、電流制御部１７、送信部１９等による処理を実現する制御装置５のハードウェア構成例について説明する。なお、図１５中では、制御装置５のモータ７に駆動電力を給電する機能に係る構成を適宜省略して図示している。
　図１５に示すように、制御装置５は、例えば、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５と、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の特定の用途向けに構築された専用集積回路９０７と、入力装置９１３と、出力装置９１５と、記録装置９１７と、ドライブ９１９と、接続ポート９２１と、通信装置９２３とを有する。これらの構成は、バス９０９や入出力インターフェース９１１を介し相互に信号を伝達可能に接続されている。
　プログラムは、例えば、ＲＯＭ９０３やＲＡＭ９０５、記録装置９１７等に記録しておくことができる。
　また、プログラムは、例えば、フレキシブルディスクなどの磁気ディスク、各種のＣＤ・ＭＯディスク・ＤＶＤ等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブルな記録媒体９２５に、一時的又は非一時的（永続的）に記録しておくこともできる。このような記録媒体９２５は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することもできる。この場合、これらの記録媒体９２５に記録されたプログラムは、ドライブ９１９により読み出されて、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。
　また、プログラムは、例えば、ダウンロードサイト・他のコンピュータ・他の記録装置等（図示せず）に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、ＬＡＮやインターネット等のネットワークＮＷを介し転送され、通信装置９２３がこのプログラムを受信する。そして、通信装置９２３が受信したプログラムは、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。
　また、プログラムは、例えば、適宜の外部接続機器９２７に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、適宜の接続ポート９２１を介し転送され、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。
　そして、ＣＰＵ９０１が、上記記録装置９１７に記録されたプログラムに従い各種の処理を実行することにより、上記の位置制御部１１、速度演算部１３、速度制御部１５、電流制御部１７、送信部１９等による処理が実現される。この際、ＣＰＵ９０１は、例えば、上記記録装置９１７からプログラムを直接読み出して実行してもよいし、ＲＡＭ９０５に一旦ロードした上で実行してもよい。更にＣＰＵ９０１は、例えば、プログラムを通信装置９２３やドライブ９１９、接続ポート９２１を介し受信する場合、受信したプログラムを記録装置９１７に記録せずに直接実行してもよい。
　また、ＣＰＵ９０１は、必要に応じて、例えばマウス・キーボード・マイク（図示せず）等の入力装置９１３から入力する信号や情報に基づいて各種の処理を行ってもよい。
　そして、ＣＰＵ９０１は、上記の処理を実行した結果を、例えば表示装置や音声出力装置等の出力装置９１５から出力してもよく、さらにＣＰＵ９０１は、必要に応じてこの処理結果を通信装置９２３や接続ポート９２１を介し送信してもよく、上記記録装置９１７や記録媒体９２５に記録させてもよい。
　１　　　　　　モータ制御システム
　５　　　　　　制御装置
　７　　　　　　モータ
　９　　　　　　エンコーダ
　１８　　　　　通信経路
　１９　　　　　送信部（制御装置側送信部）
　２０　　　　　通信経路
　２１　　　　　位置検出部
　２３　　　　　受信部（エンコーダ側受信部）
　２５　　　　　外乱推定部（第１外乱推定部）
　２６　　　　　送信部（エンコーダ側送信部）
　３９　　　　　加速度演算部
　４１　　　　　外乱推定部（第２外乱推定部）
　４３　　　　　振動抑制部
　Ａｆ　　　　　回転加速度
　Ｐｆ　　　　　回転位置
　Ｔｄ　　　　　外乱トルク（第１の外乱トルク）
　Ｔｄ１　　　　外乱トルク（第１の外乱トルク）
　Ｔｄ２　　　　外乱トルク（第２の外乱トルク）
　Ｔｒ　　　　　トルク指令

Claims (10)

  1. 　モータと、
    　前記モータを制御する制御装置と、
    　前記モータの回転位置を検出し、通信経路を介して前記回転位置を前記制御装置に送信するエンコーダと、を有し、
    　前記制御装置は、
    　前記モータを制御するためのトルク指令を前記通信経路を介して前記エンコーダに送信する制御装置側送信部を有し、
    　前記エンコーダは、
    　前記モータの前記回転位置を検出する位置検出部と、
    　前記制御装置側送信部から前記通信経路を介して前記トルク指令を受信するエンコーダ側受信部と、
    　前記回転位置と前記トルク指令とに基づいて、第１の外乱トルクを推定する第１外乱推定部と、
    　前記回転位置及び前記第１の外乱トルクを前記通信経路を介して前記制御装置に送信するエンコーダ側送信部と、を有する、
    モータ制御システム。
  2. 　前記エンコーダは、
    　前記回転位置に基づいて前記モータの回転加速度を演算する加速度演算部を有し、
    　前記エンコーダ側送信部は、
    　前記回転加速度を前記通信経路を介して前記制御装置に送信する、
    請求項１に記載のモータ制御システム。
  3. 　前記制御装置は、
    　前記トルク指令と前記エンコーダ側送信部から前記通信経路を介して受信した前記回転加速度とに基づいて、第２の外乱トルクを推定する第２外乱推定部を有する、
    請求項２に記載のモータ制御システム。
  4. 　前記制御装置は、
    　前記エンコーダ側送信部から前記通信経路を介して受信した前記回転加速度に基づいて、前記モータの振動を抑制するための演算を行う振動抑制部を有する、
    請求項２又は３に記載のモータ制御システム。
  5. 　前記エンコーダは、
    　前記回転位置に基づいて前記モータの回転速度を演算する速度演算部を有し、
    　前記エンコーダ側送信部は、
    　前記回転速度を前記通信経路を介して前記制御装置に送信する、
    請求項１～４のいずれか１項に記載のモータ制御システム。
  6. 　前記制御装置は、
    　上位制御装置から入力される位置指令と前記エンコーダ側送信部から前記通信経路を介して受信した前記回転位置とに基づいて、速度指令を出力する位置制御部と、
    　前記速度指令と前記エンコーダ側送信部から前記通信経路を介して受信した前記回転速度とに基づいて、前記トルク指令を出力する速度制御部と、を有する、
    請求項５に記載のモータ制御システム。
  7. 　モータの回転位置を検出し、通信経路を介して前記回転位置を前記モータを制御する制御装置に送信するエンコーダであって、
    　前記モータの前記回転位置を検出する位置検出部と、
    　前記制御装置の制御装置側送信部から前記通信経路を介してトルク指令を受信するエンコーダ側受信部と、
    　前記回転位置と前記トルク指令とに基づいて、外乱トルクを推定する外乱推定部と、
    　前記回転位置及び前記外乱トルクを前記通信経路を介して前記制御装置に送信するエンコーダ側送信部と、を有する、
    エンコーダ。
  8. 　前記回転位置に基づいて前記モータの回転加速度を演算する加速度演算部をさらに有し、
    　前記エンコーダ側送信部は、
    　前記回転加速度を前記通信経路を介して前記制御装置に送信する、
    請求項７に記載のエンコーダ。
  9. 　前記回転位置に基づいて前記モータの回転速度を演算する速度演算部をさらに有し、
    　前記エンコーダ側送信部は、
    　前記回転速度を前記通信経路を介して前記制御装置に送信する、
    請求項７又は８に記載のエンコーダ。
  10. 　モータと、
    　請求項７～９のいずれか１項に記載のエンコーダと、
    を有する、サーボモータ。
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