WO2023013245A1 - サーボシステムおよびサーボシステムの制御方法 - Google Patents
サーボシステムおよびサーボシステムの制御方法 Download PDFInfo
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- H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
- H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
- H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
Definitions
- the present invention relates to a servo system and a control method for the servo system.
- the servo system consists of an encoder that detects the rotation information (rotational speed, rotation position) of the servomotor, takes in (feeds back) the rotation information from the encoder, and outputs drive command information (operating command) of the servomotor and the feedback rotation information. and a servo amplifier that obtains a control command for the servomotor based on and drives and controls the servomotor according to the control command.
- Servo amplifiers are often composed of a processor such as a microprocessing unit (MPU) and a control section that operates according to control commands from the processor.
- MPU microprocessing unit
- Patent Document 1 discloses a configuration in which an encoder output (rotation information) is fed back to an MPU, which is a processor, via a field programmable gate array (FPGA).
- Patent Document 1 by using an encoder communication interface using hardware such as FPGA and ASIC as a communication interface, rotation information can be input at high speed, so high-speed processing can be performed. control can be realized.
- An example of the present invention is a servo system having a servo motor, an encoder for detecting rotation information of the servo motor, and a servo amplifier for driving and controlling the servo motor using the rotation information.
- the servo amplifier comprises an encoder communication interface configured by hardware, and a processor that calculates a control command for controlling the servo motor based on an operation command and the rotation information input via the encoder communication interface. and a control unit that drives and controls the servomotor based on the control command, and the processor compares the rotation information directly received from the encoder with the rotation information input via the encoder communication interface. and diagnosing whether or not there is a failure in the encoder communication interface based on the comparison result of the rotation information of both.
- Another example of the present invention is control of a servo system having a servo motor and an encoder for detecting rotation information of the servo motor, and driving the servo motor based on the rotation information of the encoder.
- the method includes driving the servomotor based on an operation command and the rotation information input via an encoder communication interface using hardware, and the rotation information input via the encoder communication interface. and the rotation information directly input from the encoder, and diagnoses whether or not there is a failure in the encoder communication interface based on the comparison result of both rotation information.
- FIG. 3 is an operation flow diagram of the servo system in the embodiment
- FIG. 10 is a diagram for explaining data thinning when comparing two types of rotation information according to the first embodiment
- FIG. 4 is a configuration diagram showing a servo system in Example 2 of the present invention
- FIG. 3 is a diagram showing an example of a connection form between an encoder and a processor
- FIG. 6 is a configuration diagram showing a servo system in the connection form of FIG. 5;
- FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a servo system according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 2 is a diagram illustrating an operation flow of the first embodiment;
- FIG. 3 is a diagram for explaining data thinning when comparing two types of rotation information according to the first embodiment.
- the servo system 1 is composed of a servo amplifier 2, a servo motor 3, and an encoder 4 that detects rotational information (rotational position, rotational speed, etc.) of the servo motor 3.
- the encoder 4 receives a request from the servo amplifier 2 according to the communication protocol, and transmits rotation information corresponding to the request to the servo amplifier 2 in response to the request.
- the servo amplifier 2 acquires (feeds back) rotation information obtained through communication with the encoder 4, obtains a servomotor control command based on the servomotor command information (operating command) and the acquired rotation information,
- the servo motor is driven and controlled by the control command.
- the servo amplifier 2 includes a microcontroller unit (MCU: Micro Controller Unit) 5, which is a control IC based on a microprocessor, a control unit 6 that controls the servo motor 3, and rotation information transmitted from the encoder 4 (MCU: Micro Controller Unit) 5, which is a control IC based on a microprocessor, a control unit 6 that controls the servo motor 3, and rotation information transmitted from the encoder 4 (MCU: Micro Controller Unit) 5, which is a control IC based on a microprocessor, a control unit 6 that controls the servo motor 3, and rotation information transmitted from the encoder 4 (MCU: Micro Controller Unit) 5, which is a control IC based on a microprocessor, a control unit 6 that controls the servo motor 3, and rotation information transmitted from the encoder 4 (MCU: Micro Controller Unit) 5, which is a control IC based on a microprocessor, a control unit 6 that controls the servo motor 3, and rotation information transmitted from the encoder 4 (MCU: Micro Controller
- the MCU 5 includes a serial communication interface (SCI: Serial Communication Interface) 51, a safety diagnosis section 52 that includes a function to perform abnormality diagnosis (failure diagnosis) of the encoder communication interface 7, and control to the control section 6. It includes a control command generation unit 53 that calculates and generates commands, a request generation unit 54 that outputs requests to the encoder 4, and a failure handling unit 55 that takes measures when the safety diagnosis unit 52 diagnoses a failure (abnormality).
- SCI 51 may be attached externally to the MCU 5, it is provided at the input end of the MCU 5 here for compactness.
- control command generation unit 53 uses the rotation information FB2 obtained from the encoder communication interface 7 that inputs the rotation information of the encoder 4 at high speed.
- the SCI 51 is an interface that receives serial data sent from the encoder communication protocol.
- the SCI 51 can perform full-duplex communication, receives data (rotation information) serially sent from the encoder 4, accumulates the rotation information in the register of the SCI 51, and accumulates it in the register in FIFO order.
- the received data is sent to MCU 5 and encoder communication interface 7 .
- one SCI 51 is configured to be able to transmit rotation information to the MCU 5 and the encoder communication interface 7 . Since the rotation information is shared so that it can be obtained from one SCI 51, the circuit becomes simple, which is preferable in terms of cost and control.
- the safety diagnosis section 52 performs safety diagnosis to ensure the safety of the servo amplifier 2.
- failure detection of the hardware circuit of the servo amplifier 2, failure detection related to the internal software of the MCU 5, and failure diagnosis of the encoder communication interface 7 are performed.
- the fault diagnosis of the encoder communication interface 7 is based on rotation information FB1 that is directly input (feeds back) to the MCU 5 via the SCI 51 and rotation information FB2 that is input to the MCU 5 via the encoder communication interface 7. This is done by comparing the Based on the diagnosis result of the safety diagnosis unit 52, the failure handling unit 55 takes appropriate measures such as emergency stop of the servomotor.
- the control command generation unit 53 generates control commands for the position control unit 61, the speed control unit 62, and the motor control unit 63 of the control unit 6. This control command is generated based on the operation command and rotation information FB2 obtained via the encoder communication interface 7 . Specifically, it generates (calculates) a control command for eliminating the difference between the operation command and the rotation information.
- the request generation unit 54 generates a request corresponding to the data to be received according to the encoder protocol and transmits it to the encoder 4 via the SCI 51.
- the request includes a request to send rotation information for normal control, a request to send information for testing, and the like.
- the encoder 4 transmits rotation information corresponding to this request to the servo amplifier 2 . Specifically, it is transmitted to the SCI 51 provided at the input end of the MCU 5 .
- the control unit 6 includes a position control unit 61, a speed control unit 62 and a motor control unit 63.
- a position control unit 61 , a speed control unit 62 , and a motor control unit 63 receive control commands generated by the control command generation unit 53 of the MCU 5 and control the position, speed, and torque of the servo motor 3 .
- the encoder communication interface 7 includes an encoder data receiving section 71 and an encoder data transmitting section 72.
- the encoder data receiving unit 71 receives rotation information data transmitted from the encoder via the SCI 51 .
- the encoder data transmission unit 72 transmits the received rotation information FB1 to the MCU 5 via an I/O port such as FPGA or ASIC.
- the MCU 5 stores the rotation information FB1 in a memory (not shown) according to the input order.
- the configuration of the MCU 5 is shown in a functional block format for easy understanding, but in reality, the MPU and CPU perform motor control and fault diagnosis according to programs stored in the ROM.
- FIG. 2 is a flow chart showing the operation of the MCU 5 failure diagnosis processing.
- step S01 the request generator 54 generates a request R for obtaining rotation information required for motor control.
- step S02 the request generator 54 transmits the request R to the encoder 4 via the SCI 51.
- the encoder 4 transmits rotation information corresponding to the request to the servo amplifier 2 .
- step S03 the rotation information (rotational position, speed, etc.) transmitted from the encoder 4 is received by SCI.
- step S04 the rotation information accumulated in the register within the SCI 51 is transmitted to the encoder communication interface 7 in FIFO order.
- the MCU 5 also takes in the same rotation information.
- Let FB2 be the rotation information sent to the encoder communication interface 7 and output from the encoder data transmission unit 72, and FB1 be the rotation information directly captured and stored in the MCU 5.
- step S05 the safety diagnostic unit 52 compares the rotation information FB2 obtained via the encoder communication interface 7 with the rotation information FB1 received by the SCI 51 and taken into the MCU5. Then, in step S05, when FB1 and FB2 match, the safety diagnostic unit 52 determines that there is no failure (abnormality) in the encoder communication interface 7, and returns to step S01.
- the fault diagnosis routine shown in steps S01 to S05 continues while the servomotor is running.
- step S05 if the two compared data (rotation information FB1 and FB2) do not match, the safety diagnostic unit 52 determines that the encoder communication interface 7 is out of order, and proceeds to the next step S06. .
- step S06 the failure signal of the encoder communication interface 7 is transmitted to the failure handling unit 55.
- the failure handling unit 55 takes appropriate emergency measures for the servo system based on the failure signal. For example, the failure handling unit 55 cuts off the power supply to the servomotor 3 to stop the servomotor. At the same time, it takes measures such as notifying the host device that manages the entire system of the failure state.
- the failure diagnosis operation is continuously performed in accordance with the operation control of the servo motor. Then, when it is determined that there is a failure (when the data of FB1 and FB2 do not match), it is possible to diagnose the failure and take emergency measures.
- FIG. 3 is a diagram for explaining this thinning process and data comparison.
- the lower side is the rotation information FB2 output from the encoder communication interface 7, and the upper side is the rotation information FB1 directly input to the MPU 5 from the SCI 51.
- the rotation information FB2 output from the encoder communication interface 7 is used as the data communication cycle time for the rotation information FB1 directly input to the MPU 5.
- the thinning process is performed at the thinning rate set by the ratio of multiple cycle times. After a period of time longer than the set thinning rate, the thinned rotation information FB2 and FB1 are compared. By performing such a thinning process, it is possible to determine the failure of the encoder communication interface 7 more accurately.
- the thinning process of FB2 can be set in advance.
- FIG. 3 shows an example in which the thinning rate is 1:3, and the rotation information FB2 of one cycle out of three cycles is used for comparison with FB1.
- Example 2 of the present invention will be described with reference to FIG.
- FIG. 4 is a configuration diagram of a servo system according to the second embodiment. Since the basic configuration of the second embodiment is the same as that of the already described first embodiment, the description thereof will be omitted.
- Embodiment 2 shown in FIG. 4 has an encoder communication interface 70 having similar functions in the MCU 5 instead of the encoder communication interface 7 using hardware in FIG. That is, the encoder communication interface 70 incorporated in the MCU 5 uses a DRP (Dynamically Reconfigurable Processor) which is a dynamically reconfigurable processor.
- a DRP dynamically reconfigurable processor
- a typical DRP internal circuit consists of an 8-bit PE (Processor Element) array arranged in a grid pattern, an STC (State Transition Controller) that dynamically selects them, and a RAM and memory that supplies data to the PE. with a controller. Since the configuration of the DRP itself is known, detailed description of the DRP is omitted here.
- this second embodiment is the same as that of the first embodiment, and since it overlaps with the content already explained, its detailed explanation is omitted here. Also, since the operation flow of the second embodiment is the same as the operation flow shown in FIG. 2, the explanation of the operation will be omitted.
- the diagnostic operation in the safety diagnostic unit 52 as shown in FIG. 3, when comparing FB1 and FB2, data thinning is also performed in order to compare the rotation information output by the encoder 4 at the same timing. Same as Example 1. In other words, the thinning process shown in FIG. 3 is also performed in the second embodiment. Therefore, the explanation about them is also omitted.
- the encoder communication interface 70 made up of DRP is built in the MCU 5, and has high processing capability of hardware logic and high flexibility and expandability like CPU. can be done.
- the SCI for retrieving the rotation information into the encoder communication interface 70 composed of the DRP and the SCI for retrieving the rotation information into the MCU 5 are not provided independently. , and one common SCI 51 is used.
- external hardware FPGA, ASIC, etc.
- FIG. 5 shows an example of a connection form with an encoder using, for example, clock-synchronous serial communication.
- an operation signal such as RS-485 standard is used, and a twisted pair cable 41 is used for wiring. This has the effect of alleviating the influence of noise and the like.
- the MCU 5 is provided with input/output pins corresponding to both the DRP and SCI functional blocks, and each signal (SCL, Rx, Tx) of the RS-485 transceiver is connected in parallel to both input/output pins. But I don't mind.
- FIG. 6 shows a case where the MCU 5 shown in FIG. 5 is provided with DRP and SCI input/output pins, and each signal (SCL, Rx, Tx) of the RS-485 transceiver is connected in parallel to both input/output pins. It is a block diagram of.
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Abstract
コストの上昇が少なく、高信頼度のサーボシステムおよびサーボシステムの制御方法を提供する。 サーボシステムは、サーボモータと、サーボモータの位置・速度の回転情報を検知するエンコーダと、回転情報を用いて前記サーボモータを駆動制御するサーボアンプと、を有する。サーボアンプは、ハードウェアにより構成されたエンコーダ通信インターフェースと、運転指令とエンコーダ通信インターフェースを介して入力された回転情報とに基づいて前記サーボモータを制御する制御指令を演算するプロセッサと、制御指令に基づき前記サーボモータを駆動制御する制御部とを含む。 そして、プロセッサは、エンコーダから直接受信した回転情報と、前記ハードウェア通信インターフェースを介して入力された回転情報とを比較し、両方の回転情報を比較し、一致していない場合には故障と診断するようにした。
Description
本発明は、サーボシステムおよびサーボシステムの制御方法に関する。
サーボシステムは、サーボモータの回転情報（回転速度、回転位置）を検知するエンコーダと、エンコーダからの回転情報を取り込み（フィードバック）し、サーボモータの駆動指令情報（運転指令）とフィードバックされた回転情報とに基づいてサーボモータの制御指令を求め、その制御指令によりサーボモータを駆動制御するサーボアンプとを備えている。サーボアンプは、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰＵ）などのプロセッサと、プロセッサからの制御指令で動作する制御部とで構成されることが多い。
ところで、サーボシステムにおいて制御精度を上げるには、高頻度に制御信号を生成して制御する必要があり、エンコーダからの回転情報をより高速に確実にサーボアンプにフィードバックさせる必要がある。しかし、このフィードバックされる回転情報（エンコーダの出力信号）をサーボアンプに取り込む場合に、ソフトウェアを用いたインターフェースを介して取り込もうとすると、回転情報を高速に取り込むことができない場合がある。そのため、回転情報を入力する際のインターフェース（エンコーダ通信インターフェース）として、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのハードウェアを用いることが行われている。例えば、特開２０１５－２３１２５５号公報（特許文献１)には、エンコーダの出力（回転情報）を、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を介してプロセッサであるＭＰＵにフィードバックする構成を開示している。
特許文献１に示すように、通信インターフェースにＦＰＧＡやＡＳＩＣなどのハードウェアを用いたエンコーダ通信インターフェースを用いることにより、高速で回転情報を入力することができるので高速処理を行うことができ、サーボ精密制御を実現することができる。
しかし、ＦＰＧＡやＡＳＩＣなどのハードウェアを用いたエンコーダ通信インターフェースを使用する場合、ハードウェアについてのすべての故障（例えば、ソフトエラーなど）を検出することは困難な場合があり、高安全度水準の機能安全に適用する場合に課題を残している。このような場合、高安全度水準の機能安全を担保するために、ハードウェアを用いたエンコーダ通信インターフェースの冗長化、すなわち、２以上のエンコーダ通信インターフェースを設け、それらの情報の一致の有無を検知してハードウェアの故障検知の信頼性を高め、サーボシステム全体の信頼性を高めることが考えられる。
しかしながら、このようなハードウェアを用いたエンコーダ通信インターフェースの冗長化による方法では、サーボシステムのコストが高くなること、および設置のための面積が増大することなどの課題が生じることになる。
そこで、本発明は、コストの上昇が少なく、高信頼度のサーボシステムおよびサーボシステムの制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、その一例を挙げると、サーボモータと、前記サーボモータの回転情報を検知するエンコーダと、前記回転情報を用いて前記サーボモータを駆動制御するサーボアンプと、を有するサーボシステムであって、前記サーボアンプは、ハードウェアにより構成されたエンコーダ通信インターフェースと、運転指令と前記エンコーダ通信インターフェースを介して入力された前記回転情報とに基づいて前記サーボモータを制御する制御指令を演算するプロセッサと、前記制御指令に基づき前記サーボモータを駆動制御する制御部とを含み、前記プロセッサは、前記エンコーダから直接受信した前記回転情報と、前記エンコーダ通信インターフェースを介して入力された前記回転情報とを比較し、両方の前記回転情報の比較結果に基づいて前記エンコーダ通信インターフェースの故障の有無を診断するサーボシステムである。
また、本発明の他の一例を挙げると、サーボモータと、前記サーボモータの回転情報を検知するエンコーダとを有し、前記エンコーダの前記回転情報に基づいて前記サーボモータを駆動するサーボシステムの制御方法であって、運転指令とハードウェアを用いたエンコーダ通信インターフェースを介して入力された前記回転情報とに基づいて前記サーボモータを駆動するとともに、前記エンコーダ通信インターフェースを介して入力された前記回転情報と、前記エンコーダから直接入力した前記回転情報とを比較し、両方の前記回転情報の比較結果により前記エンコーダ通信インターフェースの故障の有無を診断するサーボシステムの制御方法である。
本発明によれば、ハードウェアを用いたエンコーダ通信インターフェースによりサーボシステムを駆動する場合でも、コストの上昇が少なく高信頼度のサーボシステムを実現できるサーボシステムおよびサーボシステム制御の方法を提供することができる。
以下、本発明を具体的な実施例により詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものではない。すなわち、本発明は、以下に説明する実施例を含めて種々の態様に変形することができる。また、以下の説明で用いる図面において、同一の部品や構成機器には同一の符号（番号）を用いており、すでに説明した部品や構成機器に関する説明を省略する場合がある。
≪実施例１≫
次に、本発明の実施例１について、図１～図３を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１におけるサーボシステムの全体構成を示す図である。図２は、実施例１の動作フローを示す図である。図３は、実施例１における２種類の回転情報を比較する際のデータ間引きを説明するための図である。
次に、本発明の実施例１について、図１～図３を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１におけるサーボシステムの全体構成を示す図である。図２は、実施例１の動作フローを示す図である。図３は、実施例１における２種類の回転情報を比較する際のデータ間引きを説明するための図である。
図１に示すように、サーボシステム１は、サーボアンプ２と、サーボモータ３と、サーボモータ３の回転情報（回転位置、回転速度等)を検知するエンコーダ４とから構成される。エンコーダ４は、通信プロトコルに従いサーボアンプ２からのリクエストを受信し、リクエストに応じてサーボアンプ２へリクエストに対応した回転情報を送信する。サーボアンプ２は、エンコーダ４との通信で得られた回転情報を取り込み（フィードバックし）、サーボモータの指令情報（運転指令）と取り込まれた回転情報とに基づいてサーボモータの制御指令を求め、その制御指令によりサーボモータを駆動制御する。
ここで、サーボアンプ２は、マイクロプロセッサをベースとしたコントロールＩＣであるマイクロコントローラユニット(ＭＣＵ：Micro Controller Unit)５、サーボモータ３を制御する制御部６、及びエンコーダ４から送信される回転情報（回転位置、速度）のフィードバックデータを受信し、処理するエンコーダ通信インターフェース７を備える。このエンコーダ通信インターフェース７は、ＦＰＧＡやＡＳＩＣなどのハードウェアを使用している。
この実施例において、ＭＣＵ５は、シリアルコミュニケーションインターフェース（ＳＣＩ：Serial Communication Interface）５１、エンコーダ通信インターフェース７の異常診断（故障診断）を行う機能が含まれた安全診断部５２、及び制御部６への制御指令を演算生成する制御指令生成部５３、エンコーダ４へのリクエストを出力するリクエスト生成部５４、及び安全診断部５２が故障（異常）を診断した場合にその対処を行う故障対処部５５を備える。なお、ＳＣＩ５１はＭＣＵ５の外付けとしても良いが、ここではＭＣＵ５内の入力端部に設けてコンパクト化を図っている。
制御指令生成部５３における制御指令の生成には、サーボ精密制御を実現するため、エンコーダ４の回転情報を高速に入力するエンコーダ通信インターフェース７から得られた回転情報ＦＢ２を使用する。
ＳＣＩ５１は、エンコーダ通信プロトコルから送信されるシリアルデータを受信するインターフェースである。ＳＣＩ５１は、全二重通信を行うことができ、エンコーダ４からシリアルで送られてくるデータ（回転情報）を受信し、ＳＣＩ５１のレジスタにその回転情報を蓄積するとともに、ＦＩＦＯの順番でレジスタに蓄積されたデータをＭＣＵ５およびエンコーダ通信インターフェース７へ送信する。このように、この実施例では、１つのＳＣＩ５１から回転情報をＭＣＵ５およびエンコーダ通信インターフェース７へ送信可能に構成している。回転情報を、１つのＳＣＩ５１から得られるように共用しているので、回路が簡単になり、コスト的にも制御的にも好ましい。
安全診断部５２は、サーボアンプ２の安全を確保すべく安全診断を行う。安全診断は、サーボアンプ２のハードウェア回路の故障検出、ＭＣＵ５の内部ソフトウェア関連の故障検出、及びエンコーダ通信インターフェース７の故障診断を実施する。これらの安全診断のうち、エンコーダ通信インターフェース７の故障診断は、ＳＣＩ５１を介してＭＣＵ５に直接入力される（フィードバックされる）回転情報ＦＢ１と、エンコーダ通信インターフェース７経由でＭＣＵ５に入力される回転情報ＦＢ２とを比較することにより行われる。故障対処部５５は、安全診断部５２の診断結果に基づき、サーボモータの緊急停止などの適切な対策を行う。
制御指令生成部５３は、制御部６の位置制御部６１、速度制御部６２、モータ制御部６３への制御指令を生成する。この制御指令は、運転指令とエンコーダ通信インターフェース７経由で得られる回転情報ＦＢ２とに基づいて生成される。具体的には、運転指令と回転情報との差がなくなるようにするための制御指令を生成（演算）する。
リクエスト生成部５４は、エンコーダプロトコルに準じて受信すべきデータに対応したリクエストを生成し、ＳＣＩ５１を介してエンコーダ４に送信する。リクエストとしては、通常の制御のための回転情報の送信要求のほかに、テスト用の情報を送信要求などがある。エンコーダ４は、このリクエストに対応した回転情報をサーボアンプ２に送信する。具体的には、ＭＣＵ５の入力端部に設けたＳＣＩ５１に送信する。
制御部６は、位置制御部６１、速度制御部６２及びモータ制御部６３を備える。位置制御部６１、速度制御部６２、モータ制御部６３は、ＭＣＵ５の制御指令生成部５３が生成した制御指令を入力し、サーボモータ３の位置、速度及びトルクを制御する。
エンコーダ通信インターフェース７は、エンコーダデータ受信部７１及びエンコーダデータ送信部７２を備える。エンコーダデータ受信部７１は、エンコーダから送信された回転情報のデータをＳＣＩ５１を経由して受信する。エンコーダデータ送信部７２は、ＦＰＧＡやＡＳＩＣなどのＩ／Ｏポートを介して、受信される回転情報ＦＢ１をＭＣＵ５へ送信する。ＭＣＵ５は、この回転情報ＦＢ１を入力される順番に従って図示しないメモリに保存する。
なお、図１では、理解を容易にするためにＭＣＵ５の構成を機能ブロック形式で示したが、実際にはＲＯＭに記憶されたプログラムに従いＭＰＵやＣＰＵがモータの制御および故障診断を実施する。
次に、実施例１におけるハードウェアを使用したエンコーダ通信インターフェース７の故障診断について、図２に示す動作フローにより説明する。図２は、ＭＣＵ５の故障診断処理の動作を示すフロー図である。
図２において、ステップＳ０１では、リクエスト生成部５４が、モータの制御に求める回転情報を得るためのリクエストＲを生成する。
次に、ステップＳ０２では、リクエスト生成部５４がそのリクエストＲを、ＳＣＩ５１を介して、エンコーダ４へ送信する。これにより、エンコーダ４は、リクエストに対応する回転情報をサーボアンプ２に送信する。ステップＳ０３では、エンコーダ４から送信された回転情報（回転位置や速度など)をＳＣＩで受信する。
次に、ステップＳ０４において、ＳＣＩ５１内のレジスタに蓄積された回転情報をＦＩＦＯの順番でエンコーダ通信インターフェース７へ送信する。同時に、ＭＣＵ５内にも同じ回転情報を取り込む。ここで、エンコーダ通信インターフェース７に送信されエンコーダデータ送信部７２から出力される回転情報をＦＢ２とし、ＭＣＵ５に直接取り込まれ保存された回転情報をＦＢ１とする。
次に、ステップＳ０５において、安全診断部５２は、エンコーダ通信インターフェース７経由で得られる回転情報ＦＢ２とＳＣＩ５１で受信されＭＣＵ５に取り込まれた回転情報ＦＢ１とを比較する。そして、ステップＳ０５において、ＦＢ１とＦＢ２とが一致する場合、安全診断部５２はエンコーダ通信インターフェース７の故障（異常）がないと判断し、ステップＳ０１に戻る。このステップＳ０１～ステップＳ０５に示す故障診断ルーチンは、サーボモータの運転中継続される。
ステップＳ０５において、もし比較した２つのデータ（回転情報ＦＢ１とＦＢ２）が一致しない状態が生じた場合、安全診断部５２はエンコーダ通信インターフェース７が故障していると判断し、次のステップＳ０６に進む。なお、この場合の一致とは、2つのデータの完全な一致の場合（すなわち、ＦＢ１―ＦＢ２＝０である場合）だけでなく、2つのデータが一致していると見なせる程度の場合（２つのデータの差があらかじめ定めた閾値以下である場合）も「一致」と判断する。
ステップＳ０６では、エンコーダ通信インターフェース７の故障信号を故障対処部５５へ送信する。
そして、ステップＳ０７において、故障対処部５５は、故障信号に基づき、サーボシステムに対する適切な緊急対処を行う。例えば、故障対処部５５はサーボモータ３へ供給する電源を遮断し、サーボモータを停止させる。また、これと同時に、故障状態であることを、システム全体を管理する上位装置に通知するなどの対処を行う。
このように、サーボシステムが動作中（運転中）において、サーボモータの運転制御に合わせて継続して故障診断動作を実施する。そして、故障と判断した場合（ＦＢ１とＦＢ２のデータが一致していない場合）には、故障と診断して緊急対処を行うことができる。
次に、安全診断部５２における診断動作（ステップＳ０５の比較判断動作）において、ＦＢ１とＦＢ２とを比較するに際し、エンコーダ４が同じタイミングで出力した回転情報を比較するための方法について説明する。上述したように、ハードウェアによるエンコーダ通信インターフェース７の方が高速動作を行うため、単位時間当りで入手できる回転情報ＦＢ２の数は、直接ＭＣＵ４５に入力するＦＢ１よりも多くなる。したがって、より正確にＦＢ１とＦＢ２とを比較するには、ＦＢ２のデータを間引きタイミングを合わせてＦＢ１とＦＢ２とを比較する方がより正確な診断ができる。図３は、この間引き処理及びデータ比較を説明するための図である。
図３において、下側がエンコーダ通信インターフェース７の出力である回転情報ＦＢ２であり、上側がＳＣＩ５１から直接ＭＰＵ５に入力される回転情報ＦＢ１である。
図３に示すように、この両方のデータの比較するタイミングを合わせるために、直接ＭＰＵ５に入力される回転情報ＦＢ１に対して、エンコーダ通信インターフェース７の出力である回転情報ＦＢ２をデータ通信周期時間と複数周期時間の比率で設定する間引き率で間引き処理を行う。そして、設定していた間引き率より時間を置き、間引き処理された回転情報ＦＢ２と、ＦＢ１とを比較する。このような間引き処理を行うことにより、より正確にエンコーダ通信インターフェース７の故障を判断することができる。ＦＢ２の間引き処理は、事前に設定することができる。図３では、間引き率は１：３の例を示しており、三つ周期の中で一つ周期の回転情報ＦＢ２がＦＢ１との比較のために使われる。
以上説明した本発明の実施例１によれば、ハードウェアを用いたエンコーダ通信インターフェースによりサーボシステムを駆動する場合でも、コストの上昇が少なく高信頼度のサーボシステムを実現することができる。
≪実施例２≫
次に、本発明の実施例２について、図４を用いて説明する。図４は、実施例２におけるサーボシステムの構成図である。実施例２の基本的な構成はすでに説明した実施例１と同様であるので説明を省略し、ここでは主に実施例１と異なる構成の部分について説明する。
次に、本発明の実施例２について、図４を用いて説明する。図４は、実施例２におけるサーボシステムの構成図である。実施例２の基本的な構成はすでに説明した実施例１と同様であるので説明を省略し、ここでは主に実施例１と異なる構成の部分について説明する。
図４に示す実施例２は、図１におけるハードウェアを使用したエンコーダ通信インターフェース７に代えて、ＭＣＵ５内に同様の機能を有するエンコーダ通信インターフェース７０を設けている。すなわち、ＭＣＵ５に内蔵されるエンコーダ通信インターフェース７０には、動的再構成プロセッサであるＤＲＰ（Dynamically Reconfigurable Processor）を用いている。ＤＲＰ（動的再構成プロセッサ）は、演算器間の接続を動的に切り替えながらアプリケーションを実行するハードウェアである。一般的なＤＲＰ内部の回路は、格子状に配置された8ビット単位のＰＥ（Processor Element）アレイと、それらをダイナミックに選択するＳＴＣ（State Transition Controller）、およびＰＥにデータを供給するＲＡＭとメモリコントローラとを備えている。なお、ＤＲＰの構成自体は公知であるため、ここではＤＲＰの詳細な説明を省略する。
この実施例２の動作は、実施例１と同様であり、すでに説明した内容と重複するため、ここではその詳細な説明は省略する。また、実施例２の動作フローは、図２に示す内容と同様の動作フローであるため、その動作説明も省略する。また、安全診断部５２における診断動作において、図３に示すように、ＦＢ１とＦＢ２とを比較するに際し、エンコーダ４が同じタイミングで出力した回転情報を比較するために、データ間引きすることについても実施例１と同様である。つまり、実施例２でも図３のような間引き処理を行う。したがって、それらに関する説明も省略する。
図４に示す実施例２において、ＤＲＰで構成されるエンコーダ通信インターフェース７０は、ＭＣＵ５に内蔵されており、ハードウェアロジックの高い処理能力と、ＣＰＵのような高い柔軟性・機能拡張性を持つことができる。
なお、この実施例２においても、実施例１の場合と同様に、ＤＲＰで構成されるエンコーダ通信インターフェース７０に回転情報を取り込むためのＳＣＩと、ＭＣＵ５に取り込むためのＳＣＩとを独立して設けず、共通の１個のＳＣＩ５１を利用する構成とした。また、ＤＲＰによるエンコーダプロトコル対応のエンコーダ通信インターフェース７０を内蔵することで、外付けのハードウェア（ＦＰＧＡやＡＳＩＣなど）が不要となり、コンパクトで一部ハードウェアのコスト削減ができる。
図５は、例えば、クロック同期式シリアル通信を用いるエンコーダとの接続形態の例を示す。エンコーダ４とＭＣＵ５との間の接続には、例えば、ＲＳ-４８５規格などの作動信号を用い、ツイストペアケーブル４１で配線する。これにより、ノイズ等の影響を緩和できる効果がある。ＭＣＵ５には、ＤＲＰおよびＳＣＩの両機能ブロックに相当する入出力ピンが各々備えられ、これら両方の入出力ピンにＲＳ-４８５トランシーバの各信号（ＳＣＬ，Ｒｘ，Ｔｘ）を夫々並列接続するといった形態でも構わない。
図６は、図５で示されたＭＣＵ５において、ＤＲＰおよびＳＣＩの入出力ピンが備えられ、両方の入出力ピンにＲＳ-４８５トランシーバの各信号（ＳＣＬ，Ｒｘ，Ｔｘ）を夫々並列接続する場合の構成図である。
以上説明した本発明の実施例２によれば、実施例１と同様の効果を有するとともに、コンパクトでより安価なサーボシステムを提供することができる。
１…サーボシステム、２…サーボアンプ、３…サーボモータ、４…エンコーダ、５…マイクロコントローラユニット、６…制御部、７…エンコーダ通信インターフェース、４１…ツイストペアケーブル、５１…シリアルコミュニケーションインターフェース、５２…安全診断部、５３…制御指令生成部、５４…リクエスト生成部、５５…故障対処部、６１…位置制御部、６２…速度制御部、６３…モータ制御部、７０…エンコーダ通信インターフェース、７１…エンコーダデータ受信部、７２…エンコーダデータ送信部
Claims (16)
- サーボモータと、前記サーボモータの回転情報を検知するエンコーダと、前記回転情報を用いて前記サーボモータを駆動制御するサーボアンプと、を有するサーボシステムであって、
前記サーボアンプは、ハードウェアにより構成されたエンコーダ通信インターフェースと、運転指令と前記エンコーダ通信インターフェースを介して入力された前記回転情報とに基づいて前記サーボモータを制御する制御指令を演算するプロセッサと、前記制御指令に基づき前記サーボモータを駆動制御する制御部とを含み、
前記プロセッサは、前記エンコーダから直接受信した前記回転情報と、前記エンコーダ通信インターフェースを介して入力された前記回転情報とを比較し、両方の前記回転情報の比較結果に基づいて前記エンコーダ通信インターフェースの故障の有無を診断するサーボシステム。 - 請求項１に記載されたサーボシステムにおいて、前記プロセッサとして、マイクロコントローラユニットを用いたことを特徴とするサーボシステム。
- 請求項１に記載されたサーボシステムにおいて、前記エンコーダから送信されるシリアルの前記回転情報を受信して蓄積しＦＩＦＯの順番で該蓄積されたデータを前記プロセッサよび前記エンコーダ通信インターフェース７へ送信するシリアルコミュニケーションインターフェースを設けたことを特徴とするサーボシステム。
- 請求項３に記載されたサーボシステムにおいて、前記プロセッサ内に前記回転情報の受信すべきデータを決定するリクエストを生成するリクエスト生成部を設け、前記リクエストを前記シリアルコミュニケーションインターフェースを介して前記エンコーダに送信することにより、前記エンコーダは前記リクエストに対応した前記回転情報を前記シリアルコミュニケーションインターフェースに送信するようにしたことを特徴とするサーボシステム。
- 請求項３に記載されたサーボシステムにおいて、前記シリアルコミュニケーションインターフェースは前記プロセッサの入力端部に設けたことを特徴とするサーボシステム。
- 請求項１に記載されたサーボシステムにおいて、前記エンコーダ通信インターフェースを前記プロセッサに内蔵させたことを特徴とするサーボシステム。
- 請求項６に記載されたサーボシステムにおいて、前記エンコーダ通信インターフェースとして動的再構成可能プロセッサを使用したことを特徴とするサーボシステム。
- 請求項７に記載されたサーボシステムにおいて、前記エンコーダから送信されるシリアルの前記回転情報を受信して蓄積するとともにＦＩＦＯの順番で蓄積されたデータを前記プロセッサよび前記エンコーダ通信インターフェース7へ送信するシリアルコミュニケーションインターフェースを前記プロセッサに内蔵させたことを特徴とするサーボシステム。
- 請求項１に記載されたサーボシステムにおいて、前記エンコーダ通信インターフェースを経由して入力した前記回転情報を間引いた情報と前記エンコーダから直接受信した前記回転情報とを比較するようにしたことを特徴とするサーボシステム。
- 請求項１に記載されたサーボシステムにおいて、前記故障を診断した場合には、サーボシステムに対する緊急対処を行うことを特徴とするサーボシステム。
- 請求項１に記載されたサーボシステムにおいて、前記プロセッサには動的再構成プロセッサおよびシリアルコミュニケーションインターフェースの機能に相当する入出力ピンを備え、前記エンコーダから送信されるシリアルの前記回転情報を前記入出力ピンにより受信することを特徴とするサーボシステム。
- サーボモータと、前記サーボモータの回転情報を検知するエンコーダとを有し、前記エンコーダの前記回転情報に基づいて前記サーボモータを駆動するサーボシステムの制御方法であって、
運転指令とハードウェアを用いたエンコーダ通信インターフェースを介して入力された前記回転情報とに基づいて前記サーボモータを駆動するとともに、
前記エンコーダ通信インターフェースを介して入力された前記回転情報と、前記エンコーダから直接入力した前記回転情報とを比較し、両方の前記回転情報の比較結果により前記エンコーダ通信インターフェースの故障の有無を診断するサーボシステムの制御方法。 - 請求項１２に記載されたサーボシステムの制御方法において、前記エンコーダから送信されるシリアルの前記回転情報を受信して蓄積するとともにＦＩＦＯの順番で蓄積されたデータを送信するシリアルコミュニケーションインターフェースを介して、前記回転情報をエンコーダ通信インターフェースに取り込むことを特徴とするサーボシステムの制御方法。
- 請求項１２に記載されたサーボシステムの制御方法において、前記エンコーダから受信すべきデータを決定するリクエストを生成し、前記リクエストを前記エンコーダに送信し、前記エンコーダから前記リクエストに対応した前記回転情報を入力するようにしたことを特徴とするサーボシステムの制御方法。
- 請求項１２に記載されたサーボシステムの制御方法において、前記エンコーダ通信インターフェースを経由して入力した前記回転情報を間引いた情報と前記エンコーダから直接受信した前記回転情報とを比較するようにしたことを特徴とするサーボシステムの制御方法。
- 請求項１２に記載されたサーボシステムの制御方法において、
前記故障を診断した場合、サーボシステムに対する緊急対処を行うことを特徴とするサーボシステムの制御方法。
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