JP2007073008A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の軸を簡素な接続手段で接続し、かつ制御ループを位置決め装置側でフレキシブルに実現できるシステム構成に対してロバストな制御ループを実現する位置決め装置を提供する。
【解決手段】１台の通信インターフェース１１１を介して複数台のサーボドライバ１２１〜１２３へ位置・速度指令を与えかつそこからフィードバックデータを受け取る通信制御部１０１と、通信制御部１０１から受け取ったフィードバックデータを基に位置・速度制御ループ演算を行う位置・速度制御部１０２、１０３とを有し、電流制御機能を有するサーボドライバ１２１〜１２３に指令を与えることで位置制御機能を実現する位置決め装置において、サーボドライバ１２１〜１２３からのフィードバックデータを時系列に格納する応答履歴バッファ１０７と、サーボドライバ１２１〜１２３に指令した速度指令や電流指令の履歴を格納する指令履歴バッファ１０８を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は通信によりサーボドライバを制御し、制御ループを構築する位置決め装置に関する。

従来の通信による位置決め装置は、位置ループをサーボドライバ側で処理している（例えば、特許文献１参照）。
また、位置ループを位置決め装置側で処理しているものもある（例えば、特許文献２、３参照）。
このように、従来の通信による位置決め装置は、制御ループを構築するためにはサーボドライバ側で処理を行っているか、位置ループを位置決め装置側で処理ものにあっては通信路を複数使用している。
特開２００２−１４０１０３ 特開平４−９００１１ 特開２００２−３５４８５９

このように、従来の通信による位置決め装置は、位置制御ループを構築する際にはサーボドライバドライブ側で位置制御ループを構築するか、フィードバック情報伝達のために指令と別の経路を用意するかする必要があった。前者の場合、位置制御ループや速度制御ループを構築する自由度が低下してしまいユーザの多様な要求に応じることが困難となる問題があり、後者の場合、物理的な接続が複雑になることが問題であった。
また、通信経路は一般的に子局の数に応じて伝送周期が可変となるため一定周期で処理を行うべき位置・速度制御ループを構築すると子局の数により可制御ではない状態が発生しうるという大きな問題があった。
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、位置・速度制御ループをサーボドライバドライブ側ではなく上位コントローラ側で構築するとともに、通信によって可変となる伝送周期に制御ループ処理周期を積極的に対応することができる位置決め装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は位置決め装置に係り、１台の通信インターフェースと、該通信インターフェースを介して複数台のサーボドライバへ位置・速度指令を与えかつ前記複数台のサーボドライバからフィードバックデータを受け取り複数台のサーボドライバの同期動作を可能とする通信制御部と、この通信制御部を介して電流制御機能を有するサーボドライバに指令を与えることで位置制御機能を実現する位置決め装置において、サーボドライバからのフィードバックデータを時系列に格納するバッファと、サーボドライバに指令した速度指令や電流指令の履歴を格納するバッファを備えたことを特徴としている。
請求項２記載の発明は、位置決め装置に係り、１台の通信インターフェースと、該通信インターフェースを介して複数台のサーボドライバへ位置指令を与えかつ前記複数台のサーボドライバからフィードバックデータを受け取り複数台のサーボドライバの同期動作を可能とする通信制御部と、該通信制御部から受け取ったフィードバックデータを基に位置制御ループ演算を行う位置制御部とを有し、前記通信制御部を介して電流制御機能を有するサーボドライバに指令を与えることで位置制御機能を実現する位置決め装置において、
前記サーボドライバからの前記フィードバックデータを時系列に格納する応答履歴バッファと、前記サーボドライバに指令した位置指令や電流指令の履歴を格納する指令履歴バッファを備えたことを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の位置決め装置において、前記バッファがリングバッファであることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の位置決め装置において、前記応答履歴バッファ内の各フィードバックデータと前記指令履歴バッファ内の各指令を画面に表示する表示部と、該表示部に表示された各データ・指令から所望のデータ・指令を選択する入出力部と、該入出力部から選択されたデータ・指令を基に前記位置・速度制御部が位置・速度制御ループ演算を行なうようにしたことを特徴としている。

請求項１および２記載の発明によると、通信の伝送周期毎の指令値と応答データを一定数保持することができ、制御ループ構築時における応答データがどの指令データによって生じたものかを判断することが可能となる。
また、請求項３記載の発明によると、制御周期毎の指令値とフィードバックデータをリングバッファで保存するので、これらは所定の個数の配列データとして構成され、先頭から順にデータを格納していき、最後の配列データにデータを格納した場合、先頭に戻ってデータを上書きしていくことができる。
また、請求項４記載の発明によると、指令とフィードバックデータの対応をユーザの設定に委ねることができるので、通信の伝送周期と制御ループ処理周期を異なる周期に設定することが可能となり、制御周期と伝送周期が一致した場合等に生じるビート現象を回避することができる。これにより通信の構成により伝送周期が変化した場合でも制御周期を変更することが可能となりシステムの構成によらず安定な制御系を構築することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る位置決め装置が適用される物理システム構成図である。
図において、１０は本発明に係る位置決め装置で、ＣＰＵ１００と入出力部１０４、表示部１０５、メモリ１０６、応答履歴用バッファ１０７、指令履歴用バッファ１０８、１個のインターフェース１０９から成り、ＣＰＵ１００には、通信制御部１０１、位置制御部１０２、速度制御部１０３が構築されている。
この位置決め装置１０から通信路１１１を介してサーボドライバ１２１〜１２３の１つのサーボドライバ１２１と信号授受が行われる。そのサーボドライバ１２１と他のサーボドライバ１２２、さらにそのサーボドライバ１２２と他のサーボドライバ１２３とはそれぞれ１本の通信路だけで結ばれている。各サーボドライバ１２１〜１２３には電流制御部１３１〜１３３がそれぞれ内蔵されており、各サーボドライバ１２１〜１２３にはモータ１４１〜１４３が接続されている。
図１のように、本発明は、位置制御ループおよび速度制御ループを位置決め装置側で備えたもので、その動作は、一本の通信路１１１を介して、複数台のサーボドライバへ位置指令を与え、複数台のサーボドライバからフィードバックデータを受け取り、位置決め装置側で位置制御ループと速度制御ループを演算している。

本発明が特許文献１と異なる部分は、位置制御と速度制御ループ処理を位置決め装置側で備えた部分であり、特許文献２、特許文献３と異なる部分は図１で示すように位置決め装置とサーボドライバの接続は一本の通信で行われる部分である。

図２は位置決め装置におけるデータ構成を示す図である。
１０７はサーボドライバからのフィードバックデータを時系列に格納する応答履歴バッファであり、１０８はサーボドライバに指令した速度指令や電流指令の履歴を格納する指令履歴バッファである。これら２つの履歴バッファ１０７、１０８はリングバッファが用いられている。

図３はこのような履歴バッファを備えた本発明に係る位置決め装置の使用の１例を説明する図で、（ａ）は位置決め装置と軸の構成を示す図、（ｂ）は各軸用の指令履歴バッファと応答履歴バッファの履歴内容を示す図である。
図（ａ）のように、軸はここでは３軸（＃１〜＃３）であり、これらを纏めて位置決め装置が制御する構成となっている。各軸用の指令履歴バッファと応答履歴バッファの履歴内容は、（ｂ）に示すように、各軸＃１〜＃３用の指令履歴バッファと応答履歴バッファにそれぞれ各指令（指令（ｎ−２）〜指令ｎ〜指令（ｎ＋２））と応答の履歴（応答（ｎ−２）〜応答ｎ〜応答（ｎ＋２））が格納されているとする。白抜き矢印の矢元側（図で上側）のバッファ群は正常時の場合であり、矢印の矢先側（図で下側）のバッファ群は異常時の場合を示している。
通常は矢元側（図で上側）のバッファ群のように、各バッファには、通常の順序にしたがった内容が格納されている。例えば、第１周期では、各軸の指令履歴バッファはいずれも「指令（ｎ−２）」を取り出し、第２周期では、次の「指令（ｎ−１）」を取り出すようにしている。

このような機械をオペレータが操作しているとき、オペレータが機械の軸＃２の振動を発見すると、従来はゲインの変更を行ったりして機械振動を抑制したのであるが、本発明によれば、ゲイン変更などと同じくオペレータが機械動作に対して施すことができる手段の一つとして、オペレータは「指令（ｎ−２）」ではなくて、図の白矢印の下に示すように、軸＃２の指令バッファを用いて「指令（ｎ−３）」を取り出すように変更する。このようにすることにより指令を１周期遅れさせて軸＃２の制御周期を簡易的に変更することが可能となる（遅れフィルタ相当）。この間、他の軸は軸＃２の振動に関係なく所定どおり「指令（ｎ−２）」を取り出すことができる。
同様に応答を参照するタイミングを１周期遅らせることにより、簡易的に制御周期を変更することも可能である。
本発明によれば、いずれにしても、他の軸に影響を与えずに特定の軸に対する制御を変化させることが可能となる。
このように、本発明によれば、指令データと応答データの履歴を保存する構成をしているので、指令履歴ｎと応答履歴ｍ（ｎ≠ｍ）の組み合わせを選択することが可能となり、（１）制御系の遅れを考慮した組み合わせを選択したり、（２）通信の伝送周期との干渉による影響を回避する組み合わせを選択したりと自由な設定による制御ループの構築を実現することができるようになる。

従来装置において制御系の遅れは固定周期であり、これを早くすることも遅くすることもできなかったが、本発明によれば、指令履歴、応答履歴を解析することで遅れを補償するために、指令履歴をどれだけ早めにシフトするかといった対処が可能となる。
通信の伝送周期と機械系の固有振動数が一致するような場合、従来の装置においては伝送周期を変化（一般的には遅延）させるか、ノッチフィルタなどを適用する必要があった。ノッチフィルタは低周波領域では効果が低いため、適用領域に制限があること、伝送周期を変化させると通信に接続された他のサーボドライバに対しても遅れが生じるため、システム全体のパフォーマンスを低下させてしまうという問題があったが、本発明を適用することで、低周波領域においても対処可能であり、通信の伝送周期を変化させないため、システム全体のパフォーマンスに影響を与えずに。目的の軸のみに補償を実施することが可能となる。

図４は、本発明の実施例２に係る位置決め装置が適用される物理システム構成図である。
図において、２０は本発明に係る位置決め装置で、ＣＰＵ２００と入出力部１０４、表示部１０５、メモリ１０６、応答履歴用バッファ１０７、指令履歴用バッファ１０８、１個のインターフェース１０９から成り、ＣＰＵ２００には、通信制御部１０１、位置制御部１０２が構築されており、図１にのＣＰＵ１００の中にあった速度制御部１０３はサーボドライバ２２１〜２２３側に移しているのが実施例１との相違点である。
この位置決め装置２０から通信路１１１を介してサーボドライバ２２１〜２２３の１つのサーボドライバ２２１と信号授受が行われる。そのサーボドライバ２２１と他のサーボドライバ２２２、さらにそのサーボドライバ２２２と他のサーボドライバ２２３とはそれぞれ１本の通信路だけで結ばれている。各サーボドライバ２２１〜２２３には、電流制御部１３１〜１３３と上記速度制御部２１１〜２１３がそれぞれ内蔵されており、各サーボドライバ２２１〜２２３にはモータ１４１〜１４３が接続されている。
図４のように、実施例２では速度制御ループを位置決め装置側で備えたもので、その動作は、一本の通信路を介して、複数台のサーボドライバへ位置指令を与え、複数台のサーボドライバからフィードバックデータを受け取り、位置決め装置側で位置制御ループを演算している。

実施例２によれば、速度制御部をサーボドライバ側に構築することで、実施例１と比べて位置決め側の負荷が軽減されるという長所があり、逆に、サーボドライバ側のソフトウエア負荷が大きくなること、速度制御に関する様々な補正などを位置決め側で実装することができなくなるといった欠点もある。

以上のように、本発明によれば、指令データと応答データの履歴管理を行い、制御ループに適用する指令と応答の組み合わせを自由に選択することによって、通信システムの構成により決定される伝送周期に干渉されない制御ループを提供可能となる。
これによって簡素な接続手段でありながら複雑な制御理論を位置決め装置側で実現することができるので多軸システムを安価に構築することが可能となる。

本発明の第１実施例を示す位置決め装置とシステム構成図である。 位置決め装置のデータ構成図である。 本発明に係る位置決め装置の１使用例を説明する図である。 本発明の第２実施例を示す位置決め装置とシステム構成図である。

符号の説明

１０ 本発明の実施例１に係る位置決め装置
２０ 本発明の実施例２に係る位置決め装置
１００、２００ ＣＰＵ
１０４ 入出力部
１０５ 表示部
１０６ メモリ
１０７ 応答履歴用バッファ
１０８ 指令履歴用バッファ
１０９ インターフェース
１０１ 通信制御部
１０２ 位置制御部
１０３、２３１〜２３３ 速度制御部
１１１ 通信路
１２１〜１２３、２２１〜２２３ サーボドライバ
１３１〜１３３ 電流制御部
１４１〜１４３ モータ

Claims (4)

1. １台の通信インターフェースと、該通信インターフェースを介して複数台のサーボドライバへ位置・速度指令を与えかつ前記複数台のサーボドライバからフィードバックデータを受け取り複数台のサーボドライバの同期動作を可能とする通信制御部と、該通信制御部から受け取ったフィードバックデータを基に位置・速度制御ループ演算を行う位置・速度制御部とを有し、前記通信制御部を介して電流制御機能を有するサーボドライバに指令を与えることで位置制御機能を実現する位置決め装置において、
   前記サーボドライバからの前記フィードバックデータを時系列に格納する応答履歴バッファと、前記サーボドライバに指令した速度指令や電流指令の履歴を格納する指令履歴バッファを備えたことを特徴とする位置決め装置。
2. １台の通信インターフェースと、該通信インターフェースを介して複数台のサーボドライバへ位置指令を与えかつ前記複数台のサーボドライバからフィードバックデータを受け取り複数台のサーボドライバの同期動作を可能とする通信制御部と、該通信制御部から受け取ったフィードバックデータを基に位置制御ループ演算を行う位置制御部とを有し、前記通信制御部を介して電流制御機能を有するサーボドライバに指令を与えることで位置制御機能を実現する位置決め装置において、
   前記サーボドライバからの前記フィードバックデータを時系列に格納する応答履歴バッファと、前記サーボドライバに指令した位置指令や電流指令の履歴を格納する指令履歴バッファを備えたことを特徴とする位置決め装置。
3. 前記２つの履歴バッファがリングバッファであることを特徴とする請求項１記載の位置決め装置。
4. 前記応答履歴バッファ内の各フィードバックデータと前記指令履歴バッファ内の各指令を画面に表示する表示部と、該表示部に表示された各データ・指令から所望のデータ・指令を選択する入出力部と、該入出力部から選択されたデータ・指令を基に前記位置・速度制御部が位置・速度制御ループ演算を行なうようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の位置決め装置。

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