CN106970652B - 运动控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种运动控制器。本发明的运动控制器具备：轴控制部，其基于电动机控制信息对放大器进行控制；通信控制部，其通过与上位控制装置之间的通信接收作为所述电动机控制信息的基础的电动机控制指令，该运动控制器具有：控制函数储存部，其储存由所述通信控制部从所述上位控制装置接收到的控制函数；控制函数执行部，其将电动机的信息和传感器的信息中的至少某一个作为输入来执行所述控制函数；控制信息变更部，其基于所述控制函数执行部对储存到所述控制函数储存部的所述控制函数的执行结果来变更所述电动机控制信息，将由所述控制信息变更部变更后的所述电动机控制信息作为所述轴控制部的输入。

Description

运动控制器

技术领域

本发明涉及运动控制器，特别是涉及可通过上位控制装置使向电动机的高响应的指令定制化(customize)的运动控制器。

背景技术

在通过来自上位控制装置的指令进行适合的控制的运动控制器中，要求对传感器的反馈信息具有高的响应性。为了提高响应性，进行了上位控制装置与控制器之间的通信周期的高速化、使电动机反映上位控制装置基于反馈信息所计算出的指令(位置、速度)的周期的高速化。

图5是现有技术的运动控制器的功能框图。在现有技术的运动控制器10中，利用通信单元与上位控制装置20连接，利用运动控制器10内的通信控制部11对从上位控制装置20发送来的电动机控制指令进行接收，其中，该通信单元进行基于EtherCAT等的实时的通信。并且，运动控制器10以接收到的电动机控制指令的值为基础来更新用于电动机2的控制的存储于在未图示的存储器上设置的电动机控制信息储存部13的电动机控制信息。存储于该电动机控制信息储存部13的电动机控制信息向轴控制部12输入，轴控制部12基于所输入的电动机控制信息对放大器3进行控制，从而对安装于作为控制对象的机械中的电动机2进行驱动。另外，安装于作为控制对象的机械的传感器5的值通过通信控制部11向上位控制装置20输入。此外，上位控制装置20经由I/O单元30与机械的操作盘等连接，接受操作者对操作盘的操作。

图6是表示利用现有技术的运动控制器和上位控制装置对机械进行控制的例子的图。此外，在图6中省略了电动机控制信息储存部13等的一部分的记载。上位控制装置20具备生成对电动机2的目标位置等进行指令的电动机控制指令的指令计算处理部21，指令计算处理部21与运动控制器10所具备的通信控制部11连接。

轴控制部12根据移动量和转矩极限等电动机控制信息的值对放大器3进行控制而驱动电动机2。利用电动机控制指令从上位控制装置20向运动控制器10按序发送目标位置，该目标位置被转换成电动机控制信息的移动量而向轴控制部12输入，电动机2通过进行位置控制，以追随所输入的目标位置的方式动作。

在作为上位控制装置20和运动控制器10的控制对象的机械中存在通过电动机2的旋转而驱动的机构部4，另外，在机构部4的运转范围内设置有安装有压力传感器5a的被加工部6，欲以恒定的压力进行按压动作。

在将现有技术的运动控制器10使用在这样的系统的控制中的情况下，上位控制装置20的指令计算处理部21根据由压力传感器5a检测到的传感器信息的值来计算电动机的目标位置和转矩极限作为电动机控制指令。运动控制器10从接收到的电动机控制指令的目标位置转换成电动机控制信息的、例如以编码器的单位的移动量，作为向轴控制部12的输入。

不过，如果在电动机控制指令和电动机控制信息中是相同的定义，则不进行转换也可以。

此外，作为用于实现高的响应性的现有技术，在例如日本特开2013-73351号公报所公开的技术中，通过根据控制装置的各轴的特性而将分割成多个的控制运算部分向伺服放大器或伺服控制器分配，提高了伺服控制的控制响应性。

然而，在现有技术的基于运动控制器的电动机的控制中，将传感器的测量值向上位控制装置反馈，并利用该值变更电动机的指令，因此，由于通信的延迟，难以提高系统整体的响应性。例如，在图6的例子中，若上位控制装置20对反馈到运动控制器10的压力传感器5a所检测到的传感器信息的值进行监视而进行电动机2的控制，则在上位控制装置20与运动控制器10之间的通信时间导致延迟等的影响下，对压力值的变动的响应性变低。另外，若为了提高响应性而向轴控制部12编入了使用传感器信息的处理，则存在这样的问题：上位控制装置20只能从编入轴控制部12的控制方法中选择要执行的控制方法，控制的自由度变低。

另外，通过将日本特开2013-73351号公报所公开的技术应用于运动控制器10，能够以高速的周期进行编入到运动控制器10的伺服控制的一部分，但无法提高上位控制装置20所进行的、对位置、速度的指令进行计算的处理的响应性。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种能够通过上位控制装置使向电动机的高响应的指令定制化(customize)的运动控制器。

在本发明的运动控制器中，通过对从上位控制装置发送来的控制函数进行登记并执行该控制函数，削减与上位控制装置之间的通信时间。另外，能够通过上位控制装置的指令而执行所需要的电动机的高响应的控制。

并且，本发明的运动控制器具备：轴控制部，其与驱动电动机的放大器连接，基于电动机控制信息对所述放大器进行控制；通信控制部，其通过与上位控制装置之间的通信接收作为电动机控制信息的基础的电动机控制指令，其特征在于，该运动控制器具有：控制函数储存部，其储存由所述通信控制部从所述上位控制装置接收到的控制函数；控制函数执行部，其将所述电动机的信息和传感器的信息中的至少某一个作为输入来执行所述控制函数；控制信息变更部，其基于所述控制函数执行部对储存到所述控制函数储存部的所述控制函数的执行结果来变更所述电动机控制信息，将由所述控制信息变更部变更后的所述电动机控制信息作为所述轴控制部的输入。

在本发明的所述运动控制器中，其特征在于，所述控制函数执行部能够将与所述电动机不同的其他电动机的信息用于所述控制函数的输入。

在本发明的所述运动控制器中，其特征在于，所述控制函数执行部能够与电动机控制指令同步地选择多个控制函数中的要执行的控制函数，所述控制信息变更部通过选择了的所述控制函数的执行结果来变更所述电动机控制信息。

在本发明的所述运动控制器中，其特征在于，所述通信控制部与所述电动机控制指令同步地分割成多次通信来进行所述控制函数的接收。

在本发明的所述运动控制器中，其特征在于，所述通信控制部利用与所述电动机控制指令的通信周期不同的通信周期来进行所述控制函数的接收。

根据本发明，可利用不同于与上位控制装置之间的通信周期的周期进行动作，因此，控制器可进行针对直接能够输入输出的传感器反馈信息高速地响应的控制。另外，通过在运转的过程中重新登记控制函数，可进行与上位控制装置的目的相应的控制的定制化。尤其是，可切换独自的控制和通常的控制，因此，能够实现对与机械相应的独自的条件的响应。

附图说明

本发明的所述的目的和特征以及其他的目的和特征根据参照附图的以下的实施例的说明变得清楚。这些图中的：

图1是本发明的第1实施方式的运动控制器的功能框图。

图2是在图1的运动控制器中所执行的处理的流程图。

图3是表示使用图1的运动控制器来控制机械的例子的图。

图4是表示使用本发明的第2实施方式的运动控制器来控制机械的例子的图。

图5是现有技术的运动控制器的功能框图。

图6是表示使用图5的运动控制器来控制机械的例子的图。

具体实施方式

以下，结合附图来说明本发明的实施方式。

如上述那样，能够在本发明的运动控制器中登记从上位控制装置接收到的控制函数。运动控制器在每个控制周期执行所登记的控制函数而对用于电动机等的控制的电动机控制信息进行计算。

在登记于本发明的运动控制器中的控制函数的输入中，使用从电动机或者所连接的传感器取得的传感器值、以及从上位控制装置接收到的电动机控制指令的指令值，作为所述控制函数的执行结果，电动机的位置、速度、转矩或者压力、转矩极限等向放大器的指令或其校正量等被输出。并且，本发明的运动控制器通过作为控制函数的输出的指令或校正量，来变更电动机控制信息，通过变更后的电动机控制信息进行电动机的轴控制。

＜第1实施方式>

图1是本发明的第1实施方式的运动控制器的功能框图。本实施方式的运动控制器10与现有技术的运动控制器10同样地，通过通信单元而与上位控制装置20连接，并通过运动控制器10内的通信控制部11来接收从上位控制装置20发送来的电动机控制指令和控制函数。运动控制器10以接收到的电动机控制指令的值为基础，来更新用于电动机2的控制的、存储于在未图示的存储器上设置的电动机控制信息储存部13中的电动机控制信息，并且将接收到的控制函数存储到在未图示的存储器上设置的控制函数储存部14中。

从上位控制装置20发送来的控制函数是，将从电动机或者所连接的传感器取得的传感器值、以及从上位控制装置接收到的电动机控制指令的指令值作为输入(自变量)，而将电动机的位置、速度、转矩或者压力、转矩极限等向放大器的指令值或其校正量输出的函数。控制函数可设为例如计算式、程序等形式，至少是在运动控制器10的控制函数执行部15中能够计算乃至执行的函数，只要是可基于输入而获得1个以上的输出的函数，也可以以任意的形式安装控制函数。控制函数既可以是字符串形式的数据也可以是二进制形式的数据。另外，控制函数所包含的处理并不限于四则运算等数值处理，能够包括条件分支等执行控制。

控制函数储存部14可储存多个控制函数。运动控制器10在对控制函数储存部14储存控制函数时，以随后论述的控制函数执行部15能够判别应该执行哪一个控制函数的方式储存控制函数。也可以是，例如，在从上位控制装置20发送来1个或多个控制函数的情况下，运动控制器10将储存到控制函数储存部14的所有控制函数删除而将新接收到的控制函数向控制函数储存部14储存。另外，也可以是，运动控制器10在对控制函数储存部14储存控制函数时，在已经储存有输出相同的种类的指令值或校正值的控制函数的情况下，将先储存的控制函数删除后储存新的控制函数。

控制函数执行部15在每个运动控制器10的控制周期执行被储存于控制函数储存部14的控制函数，将作为执行结果而输出的指令值或校正值作为控制变更指令，来向控制信息变更部16输出。控制函数执行部15使用从轴控制部12取得的表示电动机2的状态的值、从传感器5取得的传感器值、从上位控制装置20接收到的电动机控制指令的指令值等，作为执行控制函数时的输入(自变量)。控制函数执行部15执行被储存于控制函数储存部14的控制函数中的作为执行对象的控制函数。由控制函数执行部15执行的作为执行对象的控制函数依赖于向控制函数储存部14存储控制函数的储存方法。例如，在构成为没有向控制函数储存部14储存用于将相同的种类的指令值或校正值输出的控制函数的情况下，控制函数执行部15构成为将储存于控制函数储存部14的所有控制函数作为执行对象即可。

控制信息变更部16基于储存于电动机控制信息储存部13的电动机控制信息和从控制函数执行部15输入的控制变更指令，生成在电动机2的控制中使用的电动机控制信息，并将生成的电动机控制信息向轴控制部12输出。控制信息变更部16在控制变更指令包含指令值的情况下利用该指令值来更新电动机控制信息，另外，控制信息变更部16在控制变更指令包含校正值的情况下利用该校正值对电动机控制信息所含有的相同的种类的指令值进行校正，从而生成在电动机2的控制中使用的电动机控制信息。

图2是表示图1所示的运动控制器10在每个控制周期所执行的处理的流程图。

[步骤SA01]通信控制部11对是否从上位控制装置20接收到控制函数进行判定。在接收到控制函数的情况下，将处理转向步骤SA02，在未接收控制函数的情况下，将处理转向步骤SA03。

[步骤SA02]通信控制部11将接收到的控制函数向控制函数储存部14储存。

[步骤SA03]控制函数执行部15执行被储存于控制函数储存部14的控制函数。

[步骤SA04]控制信息变更部16将控制函数执行部15所执行的控制函数的执行结果向电动机控制信息反映。

[步骤SA05]控制信息变更部16将在步骤SA04中反映了控制函数的执行结果而得的电动机控制信息向轴控制部12输入，轴控制部12基于所输入的电动机控制信息对放大器3进行控制而驱动电动机2。

图3是表示利用图1所示的本实施方式的运动控制器和上位控制装置来对机械进行控制的例子的图。此外，在图3中省略了电动机控制信息储存部13、控制函数储存部14等的一部分的记载。在图3的例子中，上位控制装置20所具备的指令计算处理部21除了生成对电动机2的目标位置等进行指令的电动机控制指令而向运动控制器10发送之外，还在进行将机构部4按压于被加工部6的动作时，向运动控制器10发送用于按压动作的轴控制的控制函数。运动控制器10在从上位控制装置20发送控制函数之前，进行仅按照包含从上位控制装置20发送来的目标位置的电动机控制指令的控制，使用通过由控制函数执行部15执行所接收到的控制函数而获得的输出结果来进行电动机控制信息的变更、校正，从而能够进行针对从压力传感器5a反馈的传感器值的高响应性的用于按压动作的轴控制。作为图3那样的控制中所使用的具体的控制函数的例子，若由压力传感器5a检测的传感器值(压力值)成为恒定以上，则考虑根据与指定的目标压力之间的差值而使转矩极限增减的控制函数。

对控制函数执行部15在每个控制周期执行上述那样的控制函数的情况进行研究。若运动控制器10的控制信息变更部16从上位控制装置20接受目标位置作为电动机控制指令，则将该目标位置的值反映于电动机控制信息的移动量，并将进行了反映而得的电动机控制信息向轴控制部12输出。并且，轴控制部12以将电动机2移动到所指令的位置的方式进行控制。若在该移动过程中机构部4被压靠于被加工部6，则压力传感器5a的值急剧地变大。此时，控制函数执行部15在每个控制周期执行的控制函数反应于超过恒定的值的、压力传感器5a所检测的传感器值中，根据与目标压力之间的差值将转矩极限值输出。

在输入有从控制函数执行部15输出来的转矩极限值的控制信息变更部16中，利用所输入的转矩极限的值来变更电动机控制信息的转矩极限，将该变更后的电动机控制信息向轴控制部12输出。由此，在机构部4按压于被加工部6的期间内，能够将该按压力以针对压力传感器5a所检测的传感器值的高响应保持恒定。

接着，在进行与迄今为止不同的电动机2的控制之际，通过从上位控制装置20将新的控制函数向运动控制器10发送，能够进行不同的电动机2的动作。与选择被预先编入的控制方法的做法不同，能够实现上位控制装置20所发送的那样的控制方法，因此，能够提高控制的自由度。

另外，在上位控制装置20的计算能力较小、上位控制装置20的处理执行周期以及与之相伴的通信的执行周期变长的情况下，也能够根据运动控制器10的性能来提高针对特定的传感器反馈信息的响应性。

另外，在使用将转矩校正量输出的控制函数的情况下，控制信息变更部16根据控制函数执行部15所执行的控制函数的执行结果而对电动机控制信息进行校正。在这样的情况下，例如，作为电动机控制信息，指定有移动量和转矩指令，储存于运动控制器10的控制函数将转矩校正量作为执行结果而输出，将输出来的转矩校正量作为输入而接受的控制信息变更部16使所输入的转矩校正量反映于电动机控制信息。作为具体的控制函数的例子，若压力传感器5a所检测的传感器值成为恒定以上，则根据与指定的目标压力之间的差值使转矩校正量增减。此外，在使用将校正值输出的控制函数的情况下，可校正的量按照电动机控制信息的每个种类来确定范围，只要是在该范围内，可进行使值增减那样的校正。

＜第2实施方式>

对于第2实施方式的运动控制器10，在控制函数执行部15中，从与反映了其执行结果的轴控制部12不同的轴控制部12获得的信息也能够使用于输入。例如，如图4所示，想到如下系统：运动控制器10对两个电动机2a、2b进行控制，使这两个电动机2a、2b连结而驱动1个机构部4。在该情况下，运动控制器10分别针对电动机2a、2b中的每一个，具备电动机控制信息储存部13(未图示)、控制函数储存部14(未图示)、控制函数执行部15、控制信息变更部16、轴控制部12。

在图4的例子中，电动机2a的控制与第1实施方式同样地，例如，根据由压力传感器5a检测到的传感器值而对转矩校正量进行计算，从而进行控制。并且，在储存控制函数执行部15b所执行的控制函数的控制函数储存部14b(未图示)中预先储存有从上位控制装置20发送来的“取得电动机2a的转矩指令值而将其作为电动机2b的转矩指令值的控制函数”，电动机2b的控制函数执行部15b在每个控制周期执行该控制函数。这样一来，可对两轴进行相同的转矩指令，因此，能够在连结起来的机械中使两轴协调而对机械进行控制。

＜第3实施方式>

在第3实施方式的运动控制器10中，在多个控制函数储存于控制函数储存部14的情况下，基于与从上位控制装置20发送来的电动机控制指令同步的通信来决定控制函数执行部15应该执行的控制函数。本实施方式的运动控制器10的基本的功能构成与第1实施方式的情况相同。

在该情况下，在上位控制装置20将控制函数向运动控制器10发送之际，针对各个控制函数关联有能够区别于其他控制函数地识别该控制函数的识别信息，来进行发送。另外，通过上位控制装置20预先对与要执行的控制函数相对应的识别信息的排列或位模式进行指令，能够在所期望的定时切换控制方法。例如登记控制函数之际将0～31中的某一个编号作为识别信息来附加。上位控制装置20与电动机控制指令同时地发送32位的数据，运动控制器10执行所有具有与成为开启的位相对应的编号作为识别信息的控制函数。或、将0～31的值中的多个同时发送，执行所有具有这些编号作为识别信息的控制函数。

与图3所示的例子同样地，想到将根据压力传感器5a所检测的传感器值来进行转矩极限值的计算的控制函数登记于控制函数储存部14来进行控制的例子。在本实施方式的运动控制器10中，预先按照不同的目标压力登记多个控制函数，在按压动作的过程中，切换成用于该时间点的目标压力的控制函数，从而能够不断地阶段性地变更压力值。

除了上述内容之外，在电动机2的电流值超过恒定值的情况下，若预先登记了输出0作为转矩指令的控制函数，在执行该控制函数的期间内对电动机2施加超负荷，则能够立即使电动机2的控制停止。

在本实施方式的运动控制器10中，无论在按压动作过程中，还是在除按压动作之外的动作中，都选择这样的控制函数作为应该执行的控制函数，从而能够保护机械。

＜第4实施方式>

在第4实施方式的运动控制器10中，在与上位控制装置20进行通信的通信控制部11中与输入输出电动机控制指令的通信同步地分割成多次通信来进行控制函数的接收。本实施方式中的运动控制器10的基本的功能构成与第1实施方式的情况相同。

在通常的通信控制部11中，在1个通信周期的期间内可发送的数据的长度存在限度。因此，在控制函数比在1个通信周期内可发送的数据的长度大的情况下，从上位控制装置20分割成多次通信来发送控制函数。若所有分割而得的控制函数传输结束，则由通信控制部11接收到的分割而得的控制函数被结合后，向控制函数储存部14储存。储存好的控制函数可由控制函数执行部15执行。

＜第5实施方式>

在第5实施方式的运动控制器10中，在与上位控制装置20进行通信的通信控制部11中与输入输出电动机控制指令的高速的通信不同地，利用更低速的周期的通信进行控制函数的接收。本实施方式中的运动控制器10的基本的功能构成与第1实施方式的情况相同。

本实施方式的运动控制器10所具备的通信控制部11在用于电动机控制指令的通信的剩余时间中进行低速的周期的通信，进行控制函数的接收，从而，在电动机控制指令的通信中不引起延迟，就可进行控制函数的接收。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不只限定于上述的实施方式的例子，能够通过施加适当的变更而以各种形态实施。

Claims (4)

1.一种运动控制器，具备：轴控制部，其与驱动电动机的放大器连接，基于电动机控制信息来控制所述放大器；通信控制部，其通过与上位控制装置的通信来接收作为电动机控制信息的基础的电动机控制指令，其特征在于，

该运动控制器具有：

控制函数储存部，其储存通过所述通信控制部从所述上位控制装置接收到的控制函数；

控制函数执行部，其将从控制对象反馈的所述电动机的信息和传感器的信息中的至少某一个作为输入，来执行所述控制函数；以及

控制信息变更部，其根据基于所述控制函数执行部的储存在所述控制函数储存部的所述控制函数的执行结果，来变更所述电动机控制信息，

将由所述控制信息变更部变更而得的所述电动机控制信息作为所述轴控制部的输入，

所述通信控制部通过与所述电动机控制指令的通信周期不同的通信周期来进行所述控制函数的接收。

2.根据权利要求1所述的运动控制器，其特征在于，

所述控制函数执行部能够在所述控制函数的输入中使用与所述电动机不同的其他电动机的信息。

3.根据权利要求1或2所述的运动控制器，其特征在于，

所述控制函数执行部能够与电动机控制指令同步地选择多个控制函数中的要执行的控制函数，

所述控制信息变更部通过选择出的所述控制函数的执行结果来变更所述电动机控制信息。

4.根据权利要求1或2所述的运动控制器，其特征在于，

所述通信控制部与所述电动机控制指令同步地分割成多次通信来进行所述控制函数的接收。

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