(57)【要約】      （修正有）【課題】速度データを安定化でき、フィルタ処理を行うことなくモータを静音化ができ、ゲインを上げて、サーボ制御性能を向上させられるモータ制御システムを提供すること。【解決手段】モータ制御システム１０は、モータ制御装置１と、モータＭの回転を位置データとして検出するセンサ２とからなるシステムであって、位置データから速度データを生成する速度演算器３がセンサ２に設けられている構成とする。これにより速度データを、モータ制御装置１よりも制御周期の速いセンサ２内部で作成し、安定した速度データをモータ制御装置１へフィードバックする。【選択図】図１
2019009844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ制御装置と、モータの回転を位置データとして検出するセンサとからなるモータ制御システムであって、位置データから速度データを生成する速度演算器が該センサに設けられていることを特徴とする、モータ制御システム。
【請求項２】
前記センサとモータ制御装置はシリアル通信により接続され、前記速度データは該シリアル通信により該モータ制御装置にフィードバックされることを特徴とする、請求項１に記載のモータ制御システム。
【請求項３】
前記センサには、生成された速度データをフィルタ処理および補正処理する速度データ補正部が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のモータ制御システム。
【請求項４】
前記センサには、生成する速度データの分解能を調整する分解能調整部が備えられていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のモータ制御システム。
【請求項５】
前記センサはモータと一体に、または制御器とセンサ間に外付け（別体）に設けられていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御システム。
【請求項６】
前記センサは、前記モータ制御装置とモータとに接続されたセンサユニットとして設けられていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御システム。
【請求項７】
前記センサは前記モータ制御装置に設けられていることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ制御システム。
【請求項８】
前記センサはエンコーダであることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載のモータ制御システム。
【請求項９】
前記センサはレゾルバまたはアナログセンサであることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載のモータ制御システム。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載のモータ制御システムを構成するための、速度演算器付きセンサ。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれかに記載のモータ制御システムおよびモータからなる、サーボモータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータ制御システム、速度演算器付きセンサ、およびサーボモータシステムに係り、特に、モータからの速度データを安定化することができ、サーボ性能を向上させることのできる、モータ制御システム等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータ制御（サーボモータ）システムの高性能化には、モータに搭載されるセンサの高分解能化が必須の要求事項である。
図５は、従来のモータ制御システムにおける基本的な制御構成を示すブロック図である。図示するように従来の構成では、センサ５２からフィードバックされるフィードバック位置（フィードバックパルス）データは、位置制御器５７へのフィードバックの他、速度演算器（位置データから速度データに変換する機能、Ｆ／Ｖ変換器）５６へもフィードバックされる。そして、速度演算器５６において速度データに変換され、速度制御器５８に供され、フィードバック電流データとともに電流制御器５９での処理を受けてモータＭの制御に用いられる。速度演算器５６における速度データ作成は、モータ制御装置の速度制御周期を用いて行われる。なお、図中の上位装置Ｃは、モータコントローラ、位置決めコントローラ、モーションコントローラ、パルス発生器等である。
【０００３】
、図６は、従来のモータ制御システムにおける制御構成例を示すブロック図である。図示するように、センサ（エンコーダ）６２からのフィードバック位置データは、位置データ作成用のカウンタ６７Ｃの他、速度演算器６６へもフィードバックされて、速度データへと変換される。ここでは、前回位置と今回位置の差が速度制御周期により除算されて速度が算出される。
【０００４】
モータ制御（サーボモータ）システムにおける位置データ・速度データの出力技術に関しては従来、技術的な提案も多くなされている。たとえば後掲特許文献１には、ブラシレスモータの制御にエンコーダが不要で、該ブラシレスモータが使用されるアクチュエータを小型化できるブラシレスモータ制御方法として、モータの回転子位置を検出する磁気センサの出力信号が変換部によってパルス信号に変換され、回転パルス生成部によってパルス信号の立ち上がりおよび立ち下がりに対応した回転パルス信号が生成され、回転速度信号生成部によって回転パルス信号から回転速度信号を生成し、比較部により速度偏差信号を生成し、制御演算部により速度偏差信号に所定の制御演算を施し、トルク比較部、過負荷検出部、比較部を経て駆動信号生成部によってブラシレスモータの駆動信号を生成し、回転制御する構成が開示されている。
【０００５】
また特許文献２には、機械系に剛性の低い部分があっても位置決め精度を低下させないモータ制御方法として、差分現在位置データ生成部が生成した差分現在位置データに基づきモータの可動子の現在速度データを生成する現在速度データ生成部を備え、これは極性判定部が極性が変化したことを判定した後直ちに差分現在位置データ生成部から出力される差分現在位置データを１以上の整数であるｎサンプリング周期の間ゼロとして現在速度データを生成するとともに、ｎサンプリング周期が経過した後、差分現在位置データをゼロから実際のデータに戻すという構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２２５１７６号公報「ブラシレスモータの制御方法およびその装置」
【特許文献２】特開２０１１−１５１８８７号公報「モータ制御方法及び装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
速度データの分解能は、速度データを細かく表現できればできるほど高めることができる。それによって速度データが安定化され、そのことがモータ制御を滑らかにすること、すなわちモータ音を静かにすることにつながる。図５等に示すように従来のモータ制御システムはセンサの位置データから速度データを作成する方式であり、速度の演算は速度制御周期を用いて行われている。だが、かかる従来方式では決して滑らかなモータ制御がなされてはおらず、モータ音が大きくなってしまう。そこでモータ静音化のために、制御性を犠牲にしてフィルタ処理を行う必要があった。
【０００８】
しかし、フィルタ処理を行うと速度演算器のゲインを上げることができなくなる。フィルタ処理は制御器に対して遅れとなるからである。ゲインを上げられるようにするためにはフィルタ処理をなくす必要があり、そのためにはモータ音を大きくしない（静音化された）制御が必要であり、そのためには速度データの安定化が求められる。すなわち、安定した速度データとは、量子化ノイズ（量子化誤差）がない、あるいは少ない速度データである。
【０００９】
そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、速度データを安定化することのできるモータ制御システムを提供することである。そしてそれにより、フィルタ処理を行うことなくモータを静音化することができ、ゲインを上げられて、サーボ制御性能を向上させることのできる、モータ制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明者は上記課題について検討した結果、結局、モータ制御装置で速度データを作成するために上記の問題は発生することを見出した。そして、速度データをモータ制御装置よりも制御周期の速いセンサ内部で作成し、安定した速度データをシリアル通信によりモータ制御装置へフィードバックすることによって課題解決できることに想到し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
【００１１】
〔１〕  モータ制御装置と、モータの回転を位置データとして検出するセンサとからなるモータ制御システムであって、位置データから速度データを生成する速度演算器が該センサに設けられていることを特徴とする、モータ制御システム。
〔２〕  前記センサとモータ制御装置はシリアル通信により接続され、前記速度データは該シリアル通信により該モータ制御装置にフィードバックされることを特徴とする、〔１〕に記載のモータ制御システム。
〔３〕  前記センサには、生成された速度データをフィルタ処理および補正処理する速度データ補正部が設けられていることを特徴とする、〔１〕または〔２〕に記載のモータ制御システム。
〔４〕  前記センサには、生成する速度データの分解能を調整する分解能調整部が備えられていることを特徴とする、〔１〕ないし〔３〕のいずれかに記載のモータ制御システム。
【００１２】
〔５〕  前記センサはモータと一体に、または制御器とセンサ間に外付け（別体）に設けられていることを特徴とする、〔１〕ないし〔４〕のいずれかに記載のモータ制御システム。
〔６〕  前記センサは、前記モータ制御装置とモータとに接続されたセンサユニットとして設けられていることを特徴とする、〔１〕ないし〔４〕のいずれかに記載のモータ制御システム。
〔７〕  前記センサは前記モータ制御装置に設けられていることを特徴とする、〔１〕ないし〔４〕のいずれかに記載のモータ制御システム。
【００１３】
〔８〕  前記センサはエンコーダであることを特徴とする、〔１〕ないし〔７〕のいずれかに記載のモータ制御システム。
〔９〕  前記センサはレゾルバまたはアナログセンサであることを特徴とする、〔１〕ないし〔７〕のいずれかに記載のモータ制御システム。
〔１０〕  〔１〕ないし〔９〕のいずれかに記載のモータ制御システムを構成するための、速度演算器付きセンサ。
〔１１〕  〔１〕ないし〔９〕のいずれかに記載のモータ制御システムおよびモータからなる、サーボモータシステム。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のモータ制御システム、速度演算器付きセンサ、およびサーボモータシステムは上述のように構成されるため、これらによれば、モータからフィードバックされて制御に用いられる速度データを安定化することができる。それにより、フィルタ処理を行うことなくモータを静音化することができ、ゲインを上げることができ、サーボ制御性能を向上させることができる。
【００１５】
つまり本発明によれば、速度データを安定化できるため、モータが静かに動作でき、したがって従来のような静音化のためのフィルタ処理を廃することができ、それにより速度演算器のゲインを抑える必要がなく、上げることができるため、サーボ性能の向上が可能となる。本発明モータ制御システム等は、産業用ロボット、移動体（車両）を初めとするモータ制御全般を適用対象とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のモータ制御システムの基本構成を概念的に示すブロック図である。
【図２】本発明のモータ制御システムにおける基本的な制御構成を示すブロック図である。
【図３】本発明のモータ制御システムにおけるセンサの配置例を示すブロック図である。
【図４】本発明のモータ制御システムにおける制御構成例を示すブロック図である。
【図５】従来のモータ制御システムにおける基本的な制御構成を示すブロック図である。
【図６】従来のモータ制御システムにおける制御構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のモータ制御システムの基本構成を概念的に示すブロック図である。図示するように本モータ制御システム１０は、モータ制御装置１と、モータＭの回転を位置データとして検出するセンサ２とからなるシステムであって、位置データから速度データを作成する速度演算器３がセンサ２内部に設けられていることを、主たる構成とする。すなわち、速度データを、モータ制御装置１よりも制御周期の速いセンサ２内部で作成し、安定した速度データをモータ制御装置１へフィードバックする構成である。
【００１８】
かかる構成により本モータ制御システム１０においては、センサ２により検出されたモータＭの位置データからの速度データ作成は、モータ制御装置１よりも制御周期の速いセンサ２内部に備えられた速度演算器３でなされ、ここで作成された速度データはモータ制御装置１へとフィードバックされる。速度データは、位置データ、すなわち前回位置と今回位置の差が、速度制御周期により除算されて作成される。本発明システム１０では、従来と異なりセンサ２に速度演算器３が設けられおり、演算においてはモータ制御装置１よりも周期の速いセンサ２の速度制御周期が用いられるため、従来よりも高分解能の速度データが得られ、安定した速度データをモータ制御装置１へフィードバックすることができる。速度データが安定化することにより、静音化のためのフィルタ処理を行う必要がなく、ゲインを上げることができる。
【００１９】
本モータ制御システム１０は、センサ２とモータ制御装置１を接続する通信ケーブル４を特にシリアル通信用電線とし、速度データをシリアル通信によりモータ制御装置１にフィードバックされる構成とすることができる。すなわちこの場合、センサ２はシリアル通信機能付きセンサとし、センサ２内部で演算された安定した速度データは、シリアル通信によりモータ制御装置１にフィードバックされて、上述の作用により高性能のモータ制御システム１０が実現される。
【００２０】
センサ２からの位置データ出力としては、エンコーダ出力（パルス出力）、アナログ出力、シリアル通信出力があり得る。量子化ノイズの少ない速度（位置）データを得たい場合、センサの分解能が高くなければならない。しかし、センサの分解能が高くなるとアナログ出力やエンコーダ出力では半導体素子の価格が高くなる。そこで、コスト低減の観点からはシリアル通信の使用が推奨されるのであり、他の出力が本発明から除外されるものではない。
【００２１】
図示するように本発明モータ制御システム１０のセンサ２には、生成された速度データをフィルタ処理および補正処理する速度データ補正部５を設ける構成とすることができる。速度データ補正部５におけるフィルタ処理、および補正処理の機能は、量子化ノイズの除去機能、平準化機能といえる。かかる構成により、速度演算器３にて作成された速度データは、同じセンサ２内部の速度データ補正部５においてフィルタ処理および補正処理され、量子化ノイズが除去され平準化された、より安定した速度データとして、モータ制御装置１へフィードバックされる。つまり、本発明モータ制御システム１０を構成するセンサ２は、速度データを内部でフィルタ処理、および補正処理する機能を有する。
【００２２】
また、本発明モータ制御システム１０のセンサ２には、生成する速度データの分解能を調整する分解能調整部６を設けた構成とすることもできる。かかる構成により、速度演算器３にて作成する速度データの分解能を調整することができ、要求されるモータ制御性能の程度を調整することができる。つまり、分解能調整部６により、センサ２が作成する速度データの分解能は可変となる。分解能は高ければ高いほどよいが、モータ制御装置１の演算性能の高低に応じ、可変とする構成が便利である。なお、速度演算器付きセンサ３自体も本発明の範囲内である。また、モータ制御システム１０およびモータＭから構成されるサーボモータシステム３０も、本発明の範囲内である。
【００２３】
図２は、本発明のモータ制御システムにおける基本的な制御構成を示すブロック図である。モータＭの回転により得られる位置データからは、センサ２２内の速度演算器によって安定した速度データが作成され、これがフィードバック速度として、モータ制御装置のサーボドライバ制御ブロック２１ｐへとフィードバックされる。サーボドライバ制御ブロック２１ｐは、フィードバック速度、同じくセンサ２２からフィードバックされるフィードバック位置（パルス）、およびモータＭからフィードバックされるフィードバック電流を用いて、サーボ制御を行う。より高分解能で安定した速度データが用いられることで、より高性能のモータ制御が実現される。
【００２４】
図３は、本発明のモータ制御システムにおけるセンサの配置例を示すブロック図である。図示するように本発明モータ制御システムは、センサ３２ａがモータＭと一体に設けられている構成（図中（ａ））をとることができるが、必ずしも一体でなくてもよい。たとえば、センサ３２ｂがモータ制御装置３１ｂとモータＭとに接続されたセンサユニットとして設けられている構成（図中（ｂ））、センサ３２ｃがモータ制御装置３１ｃに設けられている構成（図中（ｃ））、いずれの構成であってもよい。前者（ｂ）は、ケーブルで中継可能なセンサユニットの形態であり、また後者（ｃ）は、モータ制御装置に組み込まれている形態である。  また、センサは制御器とセンサ間に外付け（別体）に設けられている構成としてもよい。
【００２５】
また、本発明モータ制御システムを構成するセンサとしては、エンコーダ、レゾルバまたはアナログセンサが挙げられる。後述する例はセンサとしてエンコーダを用いた例であるが、レゾルバまたはアナログセンサを用いた場合にはより一層本発明の効果であるところの、速度データの高い安定性を得ることができる。
【００２６】
図４は、本発明のモータ制御システムにおける制御構成例を示すブロック図である。モータＭの回転により得られる位置データからは、センサ（エンコーダ）４２内の速度演算器４３によって安定した速度データが作成され、これがフィードバック速度として、モータ制御装置のサーボドライバ制御ブロック４１ｐへとフィードバックされる。サーボドライバ制御ブロック４１ｐは、フィードバック速度、同じくエンコーダ４２からフィードバックされるフィードバック位置（パルス）、およびモータＭからフィードバックされるフィードバック電流を用いて、サーボ制御を行う。
【００２７】
なお、制御周期は、位置制御周期、速度制御周期、電流制御周期、センサでの制御周期のいずれも、任意に設定することができる。しかし、センサ制御周期の方がモータ制御装置の制御周期よりも短い。本発明はこれを利用したものである。すなわち上述の通り、より短い周期に基づいて作成された速度データは、モータ制御を滑らかにし、モータ音を静かにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のモータ制御システム、速度演算器付きセンサ、およびサーボモータシステムによれば、モータからフィードバックされて制御に用いられる速度データを安定化することができる。それにより、フィルタ処理を行うことなくモータを静音化することができ、ゲインを上げることができ、サーボ制御性能を向上させることができる。したがって、産業用ロボット、移動体（車両）を初めとするモータ制御分野全般、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。
【符号の説明】
【００２９】
１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ…モータ制御装置
２、２２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ…センサ
３、４３…速度演算器
４…通信ケーブル
５…速度データ補正部
６…分解能調整部
１０、３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、４１０…モータ制御システム
２１ｐ、４１ｐ…サーボドライバ制御ブロック
２７…位置制御器
２８…速度制御器
２９…電流制御器
３０…サーボモータシステム
４２…エンコーダ
４７…位置ループゲイン
４７Ｃ…カウンタ
４７Ｌ…速度リミット
４８…速度ループゲイン
４８Ｆ…フィルタ
４８Ｌ…トルクリミット
４９…電流ループゲイン
Ｃ…上位機器
Ｍ…モータ
【００３０】
５１ｐ、６１ｐ…サーボドライバ制御ブロック
５２、６２…センサ
５６、６６…速度演算器
５７…位置制御器
５８…速度制御器
５９…電流制御器
５３０、６３０…サーボモータシステム
６７…位置ループゲイン
６７Ｃ…カウンタ
６７Ｌ…速度リミット
６８…速度ループゲイン
６８Ｆ…フィルタ
６８Ｌ…トルクリミット
６９…電流ループゲイン
【図１】
2019009844.tif 000003
【図２】
2019009844.tif 000004
【図３】
2019009844.tif 000005
【図４】
2019009844.tif 000006
【図５】
2019009844.tif 000007
【図６】
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