(57)【要約】【課題】制御対象の制御誤差の低減を図る。【解決手段】本発明に係る制御演算装置１０は、制御対象の制御に応じた制御フィードバック値、および、制御装置２０において測定された、制御指令値の受信後、制御指令値に応じた制御対象の制御が完了するまでの時間である無駄時間に基づき、制御指令値を生成する制御指令値演算部１１を備える。【選択図】図１
2020060962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象を制御するための制御指令値を生成し、該生成した制御指令値を、前記制御対象を制御する制御装置に送信する制御演算装置であって、
前記制御対象の制御に応じた制御フィードバック値、および、前記制御装置において測定された、前記制御指令値の受信後、該制御指令値に応じた前記制御対象の制御が完了するまでの時間である無駄時間に基づき、前記制御指令値を生成する制御指令値演算部を備えることを特徴とする制御演算装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御演算装置において、
前記制御指令値を前記制御装置に送信する通信周期から前記無駄時間を減算した余裕時間を算出する余裕時間算出部と、
前記余裕時間算出部により算出された余裕時間に基づき、前記通信周期を制御する通信周期制御部と、をさらに備えることを特徴とする制御演算装置。
【請求項３】
請求項２に記載の制御演算装置において、
前記制御装置は複数設けられ、
前記余裕時間算出部は、前記複数の制御装置それぞれについて、前記余裕時間を算出し、
前記通信周期制御部は、前記複数の制御装置それぞれについて算出された余裕時間のうち、最も短い余裕時間に基づき、前記通信周期を制御することを特徴とする制御システム。
【請求項４】
制御対象を制御する制御装置と、請求項１から３のいずれか一項に記載の制御演算装置とを備える制御システムであって、
前記制御装置は、
前記制御指令値を受信後、該制御指令値に応じた前記制御対象の制御が完了するまでの時間である無駄時間を測定する無駄時間測定部を備えることを特徴とする制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御演算装置および制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、モータなどの制御対象を制御する制御システムが開示されている。このような制御システムとして、制御対象を制御する制御装置と、制御対象を制御するための制御指令値を生成し、生成した制御指令値を制御装置に送信する制御演算装置とを含むシステムがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−６５６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図４は、上述した制御システムの構成例を示す図である。図４に示す制御システム１Ａは、制御演算装置１０Ａと、制御装置２０Ａとを備える。
【０００５】
制御演算装置１０Ａは、制御対象を制御するための制御指令値を生成し、制御装置２０Ａに送信する。なお、制御演算装置１０Ａは、複数の制御装置２０Ａそれぞれに対して、各制御装置２０Ａの制御対象を制御するための制御指令値を送信してもよい。制御演算装置１０Ａは、制御指令値演算部１１Ａと、送信バッファ１２Ａと、受信バッファ１３Ａとを備える。
【０００６】
制御指令値演算部１１Ａは、後述する制御装置２０Ａから送信されてきた、制御装置２０Ａによる制御に応じた制御対象の制御フィードバック値に基づき、制御指令値を生成し、送信バッファ１２Ａに出力する。
【０００７】
送信バッファ１２Ａは、制御指令値演算部１１Ａから出力された制御指令値を制御装置２０Ａに送信する。
【０００８】
受信バッファ１３Ａは、制御装置２０Ａから送信されてきた制御フィードバック値を受信し、制御指令値演算部１１Ａに出力する。
【０００９】
制御装置２０Ａは、制御演算装置１０Ａから送信されてきた制御指令値に応じて制御対象を制御する。制御装置２０Ａは、受信バッファ２１Ａと、制御実行部２２Ａと、送信バッファ２４Ａとを備える。
【００１０】
受信バッファ２１Ａは、制御演算装置１０Ａから送信されてきた制御指令値を受信し、制御実行部２２Ａに出力する。
【００１１】
制御実行部２２Ａは、受信バッファ２１Ａから出力された制御指令値に応じて制御対象を制御する。また、制御実行部２２Ａは、制御に応じた制御対象の制御フィードバック値を送信バッファ２４Ａに出力する。
【００１２】
送信バッファ２４Ａは、制御実行部２２Ａから出力された制御フィードバック値を制御演算装置１０Ａに送信する。
【００１３】
図４に示す制御システム１Ａにおいては、制御演算装置１０Ａの通信周期と、制御装置２０Ａの制御周期とが非同期であることにより、制御誤差が大きくなってしまうことがある。以下では、制御演算装置１０Ａの通信周期と、制御装置２０Ａの制御周期とが非同期であることにより、制御誤差が大きくなる理由について説明する。
【００１４】
制御システム１Ａにおいて、制御対象の制御に要する時間としては、制御演算装置１０Ａが制御指令値を演算する時間、制御演算装置１０Ａが制御指令値を送信し、制御装置２０Ａが受信するまでの時間、制御指令値の受信後、制御装置２０Ａが制御対象の制御を完了するまでの時間（以下、「無駄時間」と称する）、および、制御装置２０Ａが制御指令値に応じた制御の完了後、制御フィードバック値を送信するまでの時間などがある。ここで、制御演算装置１０Ａの通信周期と、制御装置２０Ａの制御周期とが非同期であることにより、無駄時間が変動する。
【００１５】
図５は、制御システム１Ａにおける無駄時間の変動について説明するための図であり、制御指令値の送信タイミング、および、制御実行部２２Ａの動作タイミングを示すタイムチャートである。図５において、制御指令値は、所定間隔のパルス波形の立ち下がりのタイミングで、制御演算装置１０Ａから制御装置２０Ａに送信される。制御装置２０Ａの制御実行部２２Ａは、制御指令値を受信すると、制御対象の制御を開始する。図５においては、制御実行部２２Ａの動作タイミングにおける立ち上がりのタイミングが、制御指令値に応じた制御対象の制御の開始タイミングを示し、立ち下がりのタイミングが、制御指令値に応じた制御対象の制御の完了タイミングを示す。なお、以下では、タイムチャートにおける１目盛りは時間Ｔに相当するものとする。
【００１６】
制御指令値は、周期的に（図５では、８Ｔ間隔で）、制御演算装置１０Ａから制御装置２０Ａに送信される。以下では、制御演算装置１０Ａが制御指令値を送信し、制御装置２０Ａが受信するまでの時間は十分に小さく、制御装置２０Ａは、制御演算装置１０Ａから制御指令値が送信されるのと略同じタイミングで、制御指令値を受信するものとする。
【００１７】
制御実行部２２Ａは、例えば、図５に示すように、制御演算装置１０Ａから制御指令値が送信され、その制御指令値を受信するとすぐに、受信した制御指令値に応じた制御対象の制御を開始する。制御実行部２２Ａは、制御の開始後、所定時間（図５では、４Ｔ）経過後に、制御指令値に応じた制御対象の制御を完了する。このように、制御演算装置１０Ａが制御指令値を送信する通信周期と、制御装置２０Ａの制御周期とが同期している（制御指令値の送信タイミングと、制御対象の制御の開始タイミングとが一致している）場合、無駄時間は最小となり、図５の例では、４Ｔとなる。
【００１８】
また、制御実行部２２Ａは、例えば、図５に示すように、制御演算装置１０Ａから制御指令値が送信され、その制御指令値を受信した後、所定時間（図５では、７Ｔ）経過後に、受信した制御指令値に応じた制御対象の制御を開始する。制御実行部２２Ａは、制御の開始後、所定時間（図５では、４Ｔ）経過後に、制御指令値に応じた制御対象の制御を完了する。このように、制御演算装置１０Ａの通信周期と、制御装置２０Ａの制御周期とが同期していない場合、制御装置２０Ａは、制御指令値が送信されてから所定時間経過後に、制御対象の制御を開始する。図５の例では、制御実行部２２Ａは、制御指令値の送信後、次の制御指令値が送信される直前の７Ｔ経過後に、制御対象の制御を開始している。そのため、無駄時間は、１１Ｔとなり、最大となる。このように、制御演算装置１０Ａの通信周期と、制御装置２０Ａの制御周期とが同期していないことにより、無駄時間は変動する。以下では、制御演算装置１０Ａの通信周期と、制御装置２０Ａの制御周期とが同期していないことにより無駄時間が変動する時間を、無駄時間不確定時間と称する。
【００１９】
無駄時間不確定時間は、制御指令値に応じた制御に要する時間が一定であるとすると、制御指令値が送信された後、どれだけ時間が経過してから制御装置２０Ａが制御を開始するかに応じて変動する。無駄時間不確定時間の変動により無駄時間も変動する。無駄時間が変動すると、将来の状態を予測しながら制御指令値を生成する予測制御などにおいて、制御誤差が大きくなってしまう。
【００２０】
上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、制御対象の制御誤差の低減を図ることができる制御演算装置および制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するため、本発明に係る制御演算装置は、制御対象を制御するための制御指令値を生成し、該生成した制御指令値を、前記制御対象を制御する制御装置に送信する制御演算装置であって、前記制御対象の制御に応じた制御フィードバック値、および、前記制御装置において測定された、前記制御指令値の受信後、該制御指令値に応じた前記制御対象の制御が完了するまでの時間である無駄時間に基づき、前記制御指令値を生成する制御指令値演算部を備える。
【００２２】
また、本発明に係る制御演算装置において、前記制御指令値を前記制御装置に送信する通信周期から前記無駄時間を減算した余裕時間を算出する余裕時間算出部と、前記余裕時間算出部により算出された余裕時間に基づき、前記通信周期を制御する通信周期制御部と、をさらに備えるであることが好ましい。
【００２３】
また、本発明に係る制御演算装置において、前記制御装置は複数設けられ、前記余裕時間算出部は、前記複数の制御装置それぞれについて、前記余裕時間を算出し、前記通信周期制御部は、前記複数の制御装置それぞれについて算出された余裕時間のうち、最も短い余裕時間に基づき、前記通信周期を制御することが好ましい。
【００２４】
上記課題を解決するため、本発明に係る制御システムは、制御対象を制御する制御装置と、上述したいずれかの制御演算装置とを備える制御システムであって、前記制御装置は、前記制御指令値を受信後、該制御指令値に応じた前記制御対象の制御が完了するまでの時間である無駄時間を測定する無駄時間測定部を備える。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る制御演算装置および制御システムによれば、制御対象の制御誤差の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る制御システムの構成例を示す図である。
【図２】図１に示す制御システムにおける無駄時間および余裕時間について説明するための図である。
【図３】図１に示す制御システムおける通信周期の制御について説明するための図である。
【図４】従来の制御システムの構成例を示す図である。
【図５】図４に示す制御システムにおける無駄時間の変動について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態に係る制御システム１の構成例を示す図である。図１に示す制御システム１は、制御演算装置１０と、制御装置２０とを備える。まず、制御演算装置１０の構成について説明する。
【００２９】
制御演算装置１０は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）であり、モータなどの制御対象を制御するための制御指令値を生成し、制御装置２０に送信する。制御演算装置１０は、複数の制御装置２０それぞれに対して、各制御装置２０の制御対象を制御するための制御指令値を生成して送信してもよい。制御演算装置１０は、制御指令値演算部１１と、送信バッファ１２と、受信バッファ１３と、余裕時間算出部１４と、通信周期制御部１５とを備える。
【００３０】
制御指令値演算部１１は、制御装置２０による制御に応じた制御対象の制御フィードバック値、および、制御装置２０における無駄時間に基づき、制御指令値を生成する。例えば、制御指令値演算部１１は、無駄時間に基づく予測制御により、制御指令値を生成する。制御フィードバック値および無駄時間は、制御装置２０から送信される。
【００３１】
制御指令値演算部１１は、生成した制御指令値を送信バッファ１２に出力する。また、制御指令値演算部１１は、送信バッファ１２に出力した制御指令値の制御装置２０への送信を指示するデータ送信トリガを送信バッファ１２に出力する。ここで、制御指令値演算部１１は、後述する通信周期制御部１５により制御される通信周期で制御指令値が制御装置２０に送信されるように、データ送信トリガを送信バッファ１２に出力する。
【００３２】
送信バッファ１２は、制御指令値演算部１１から制御指令値が出力され、さらにデータ送信トリガが出力されると、制御指令値を制御装置２０に送信する。
【００３３】
受信バッファ１３は、制御装置２０から送信されてきた制御フィードバック値を受信し、制御指令値演算部１１に出力する。また、受信バッファ１３は、制御装置２０から送信されてきた、制御装置２０における無駄時間を受信し、制御指令値演算部１１および余裕時間算出部１４に出力する。
【００３４】
余裕時間算出部１４は、制御装置２０による制御指令値に応じた制御対象の制御の完了後、次の制御指令値が送信されるまでの時間である余裕時間を算出する。具体的には、余裕時間算出部１４は、現在の通信周期から、受信バッファ１３から出力された無駄時間を減算することで、余裕時間を算出する。余裕時間算出部１４は、複数の制御装置２０それぞれから無駄時間が送信されてきた場合、複数の制御装置２０それぞれについて余裕時間を算出する。余裕時間算出部１４は、算出した余裕時間を通信周期制御部１５に出力する。
【００３５】
通信周期制御部１５は、余裕時間算出部１４から出力された余裕時間に基づき、通信周期を制御する。通信周期制御部１５による通信周期の制御の詳細については後述する。
【００３６】
次に、制御装置２０の構成について説明する。
【００３７】
制御装置２０は、例えば、インバータ装置であり、制御演算装置１０から送信されてきた制御指令値に応じて制御対象（例えば、モータ）を制御する。制御装置２０は、受信バッファ２１と、制御実行部２２と、無駄時間測定部としての無駄時間測定タイマ２３と、送信バッファ２４とを備える。
【００３８】
受信バッファ２１は、制御演算装置１０から送信されてきた制御指令値を受信し、制御実行部２２に出力する。また、受信バッファ２１は、制御指令値を受信すると、制御装置２０における無駄時間の測定の開始を指示する測定開始トリガを無駄時間測定タイマ２３に出力する。
【００３９】
制御実行部２２は、受信バッファ２１から出力された制御指令値に応じて制御対象を制御する。また、制御実行部２２は、制御に応じた制御対象の制御フィードバック値を送信バッファ２４に出力する。また、制御実行部２２は、制御指令値に応じた制御対象の制御が完了すると、制御対象の制御が完了したことを示す制御完了トリガを無駄時間測定タイマ２３に出力する。
【００４０】
無駄時間測定タイマ２３は、受信バッファ２１から出力された測定開始トリガと、制御実行部２２から出力された制御完了トリガとに基づき、無駄時間を測定する。
【００４１】
図２は、無駄時間測定タイマ２３により測定される無駄時間、および、上述した余裕時間算出部１４により算出される余裕時間について説明するための図であり、測定開始トリガの出力タイミング、制御実行部２２の動作タイミング、および、制御完了トリガの出力タイミングを示すタイムチャートである。図２において、測定開始トリガの立ち下がりタイミングが、測定開始トリガの出力タイミングを示す。また、制御実行部２２の動作タイミングの立ち上がりのタイミングが、制御指令値に応じた制御対象の制御の開始タイミングを示し、立ち下がりのタイミングが、制御指令値に応じた制御対象の制御の完了タイミングを示す。また、制御完了トリガの立ち上がりのタイミングが、制御完了トリガの出力タイミングを示す。
【００４２】
無駄時間測定タイマ２３は、測定開始トリガが無駄時間測定タイマ２３に出力されてから（測定開始トリガの立ち下がりから）、制御完了トリガが制御実行部２２から出力されるまで（制御完了トリガの立ち上がりまで）の時間を無駄時間として計測する。
【００４３】
また、上述したように、余裕時間算出部１４は、現在の通信周期から無駄時間を減算した時間を余裕時間として算出する。具体的には、余裕時間算出部１４は、図２に示すように、測定開始トリガの立ち下がり後、次の立ち下がりまでの時間から無駄時間を減算した時間を余裕時間として算出する。
【００４４】
図１を再び参照すると、無駄時間測定タイマ２３は、測定した無駄時間を送信バッファ２４に出力する。
【００４５】
送信バッファ２４は、制御実行部２２から出力された制御フィードバック値を制御演算装置１０に送信する。また、送信バッファ２４は、無駄時間測定タイマ２３から出力された無駄時間を制御演算装置１０に送信する。
【００４６】
このように本実施形態においては、制御装置２０は、制御指令値を受信後、その制御指令値に応じた制御対象の制御が完了するまでの時間である無駄時間を測定する。そして、制御演算装置１０の制御指令値演算部１１は、制御フィードバック値および無駄時間に基づき制御指令値を生成する。そのため、制御指令値演算部１１は、制御対象の制御が完了するタイミングを把握することができるので、予測制御などにより、制御対象の制御誤差の低減を図ることができる。
【００４７】
次に、通信周期制御部１５による通信周期の制御について、図３を参照して説明する。図３においては、制御演算装置１０は、３つの制御装置２０（制御装置２０−１，２０−２，２０−３）それぞれに対して、同じタイミングで制御指令値を送信するものとする。したがって、図３に示すように、各制御装置２０の受信バッファ２１からは、同じタイミングで測定開始トリガが出力される。
【００４８】
制御装置２０−１の制御実行部２２−１は、測定開始トリガの出力に同期して制御対象の制御を開始し、４Ｔ経過後に処理を完了したとする。したがって、測定開始トリガが出力されてから４Ｔ経過後に、制御完了トリガが出力される。この場合、制御装置２０−１における無駄時間は、４Ｔである。また、図３では、通信周期は８Ｔであるので、制御装置２０−１についての余裕時間は４Ｔとなる。
【００４９】
制御装置２０−２の制御実行部２２−２は、測定開始トリガの出力に同期して制御対象の制御を開始し、５Ｔ経過後に処理を完了したとする。したがって、測定開始トリガが出力されてから５Ｔ経過後に、制御完了トリガが出力される。この場合、制御装置２０−２における無駄時間は、５Ｔである。また、図３では、通信周期は８Ｔであるので、制御装置２０−２についての余裕時間は３Ｔとなる。
【００５０】
制御装置２０−３の制御実行部２２−３は、測定開始トリガの出力に同期して制御対象の制御を開始し、３Ｔ経過後に処理を完了したとする。したがって、測定開始トリガが出力されてから３Ｔ経過後に、制御完了トリガが出力される。この場合、制御装置２０−３における無駄時間は、３Ｔである。また、図３では、通信周期は８Ｔであるので、制御装置２０−２についての余裕時間は５Ｔとなる。
【００５１】
通信周期制御部１５は、複数の制御装置２０それぞれについて算出された余裕時間のうち、最も短い余裕時間に基づき、通信周期を制御する。図３の例では、制御装置２０−２の余裕時間（３Ｔ）が最も短い。上述したように、余裕時間とは、制御装置２０による制御指令値に応じた制御対象の制御の完了後、次の制御指令値が送信されるまでの時間である。したがって、制御指令値に応じた制御対象の制御の完了後、次の制御までには、余裕時間分だけの時間がある。つまり、余裕時間分は、制御指令値の通信周期を短くすることが可能である。そこで、通信周期制御部１５は、複数の制御装置２０それぞれについて算出された余裕時間のうち、最も短い余裕時間に応じた時間だけ、通信周期を短くする。図３の例では、通信周期制御部１５は、例えば、次の制御指令値の送信までに１Ｔ分だけ余裕を持って、２Ｔ分だけ通信周期を短くする。
【００５２】
このように、余裕時間に基づき通信周期を制御することで、制御システム１における制御指令値の通信周期の高速化を図ることができる。通信周期の高速化を図ることで、より短い間隔できめ細やかな制御対象の制御が可能となる。また、通信周期の高速化を図ることで、予測制御などによる制御誤差の低減も図ることができる。
【００５３】
なお、制御演算装置１０が１つの制御装置２０に対してのみ制御指令値を送信する場合、通信周期制御部１５は、その制御装置２０についての余裕時間に基づき、通信周期を制御する。
【００５４】
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨および範囲内で、多くの変更および置換が可能であることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１    制御システム
１０    制御演算装置
１１    制御指令値演算部
１２    送信バッファ
１３    受信バッファ
１４    余裕時間算出部
１５    通信周期制御部
２０    制御装置
２１    受信バッファ
２２    制御実行部
２３    無駄時間測定タイマ（無駄時間測定部）
２４    送信バッファ
【図１】
2020060962.tif 000003
【図２】
2020060962.tif 000004
【図３】
2020060962.tif 000005
【図４】
2020060962.tif 000006
【図５】
2020060962.tif 000007