(57)【要約】【課題】次回の同期基準信号まで完全の修正をしない、あるいは、必要最小限の修正を行うというような工夫を施し、下位装置が自己の同期信号のずれを適正に修正し、下位装置の動作を安定化させることが可能な複数制御装置間の同期方法を得る。【解決手段】同期基準信号と同期目標の位相関係に関し進み位相か遅れ位相かを判断し、この位相差の符号に基づき、自己同期信号用定周期カウンタを次回同期基準信号までにあらかじめ決められた修正量で修正する。過去の位相判断結果から、自己同期信号が同期基準信号に追従したかどうかを判断し、追従したと判断した場合、定周期カウンタの修正量を減らし、追従していないと判断した場合は修正量を増やす。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期基準信号と同期目標の位相関係に関し進み位相か遅れ位相かを判断し、この位相差の符号に基づき、自己同期信号用定周期カウンタを次回同期基準信号までにあらかじめ決められた修正量で修正することを特徴とする複数制御装置間の同期方法。
【請求項２】
過去の位相判断結果から、自己同期信号が同期基準信号に追従したかどうかを判断し、追従したと判断した場合、定周期カウンタの修正量を減らし、追従していないと判断した場合は修正量を増やす請求項１記載の複数制御装置間の同期方法。
【請求項３】
前回修正量と今回修正量とで符号が異なる場合、修正量をｍ分の１（ｍ＞１）に減らし、前回修正量と今回修正量とで符号が一致する場合、修正量をｍ倍（ｍ＞１）に増やす請求項２記載の複数制御装置間の同期方法。
【請求項４】
修正量の値が１になった場合において、同期基準信号周期が自己同期信号用定周期カウンタの周期のＮ（Ｎは２以上の整数）倍である場合、
同期基準信号に対して自己同期信号の位相が遅れたときは、上記定周期カウンタＭ個（ＭはＮより小さい整数）の周期設定値を１カウント分減らし、
同期基準信号に対して自己同期信号の位相が進んだときは、上記定周期カウンタＫ個（ＫはＮより小さい整数）を１カウント分増やすことを特徴とする請求項３記載の複数制御装置間の同期方法。
【請求項５】
定周期カウンタの設定値があらかじめ設定した範囲を超えた場合、これを同期異常と判断して上位システムに通知するとともに、あらかじめ決めた手順で、システムを安全に止め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複数制御装置間の同期方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数制御装置間の同期方法に関するもので、例えば、複数のモータと磁気軸受を有するシステムにおいて、モータと磁気軸受のそれぞれの制御装置を、上位装置からの同期基準信号によって同期制御する場合などに適用可能なものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、真空ポンプの制御システムでは、モータと複数の磁気軸受を同期的に制御するシステムになっている。このような複数の制御装置が動作するシステムにおいては、制御装置間の動作の同期をとることが必要である。動作の同期を実現するシステムは、同期基準信号を発生する上位制御装置と、上位制御装置からの同期基準信号に従い、自己の同期信号用定周期カウンタ（以下「定周期カウンタ」という）を修正する複数の下位制御装置によって構成される。このシステムでは、同期基準信号に対応する定周期カウンタの特定位置を同期目標と定める。同期基準信号としては、クロック信号や、通信信号がある。これらの信号が下位制御装置に割り込みを発生させ、下位制御装置の割り込み制御部は、割り込み発生時の定周期カウンタのカウンタ値を記録し、同期目標とのずれを計算して、次回の同期基準信号までにずれを修正し、同期を確立するように構成されている。
【０００３】
同期信号として通信信号を用いたシステムとして次のものが知られている。すなわち、上位装置と複数のサーボドライブ装置が上位装置から数値情報を受け取り自己の振る舞いを制御するときに、同様に上位装置から受け取った同期基準信号を使用し、定周期カウンタを修正するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１０８４１４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
同期基準信号にクロック信号を使った場合、同期基準信号にノイズが混入すると、このノイズを誤って同期基準信号が割り込んだものと判断し、同期ずれ量の計算に誤差が生じる。この誤差を含んだずれ量で定周期カウンタを修正すれば、本来の修正すべき周期より大きく周期を修正し、稼動する装置が所定の処理を誤り、システムの安全性に問題が生じる。
【０００６】
この理由を、図３、図４を参照しながら具体的に説明する。図３の（ａ）は同期基準信号を、（ｂ）は定周期カウンタの正しい同期時のカウント値を、（ｃ）はノイズ信号によって定周期カウンタを誤って修正した場合の定周期カウンタのカウント値を示す。図４は図３（ｃ）の一部を拡大して示している。同期基準信号は例えば１ｍｓを１周期とするパルス信号で、周期ごとの立ち上がりが同期目標となる。この同期信号の１周期の間に定周期カウンタはＴ１〜Ｔ１２の１２周期するようになっていて、正しい同期処理であれば、図３（ｂ）に示すように、同期基準信号がｔ１とｔ２との間に割り込みを発させ、定周期カウンタの僅かな修正で同期制御が実現される。
【０００７】
ところが、図３（ａ）に示すように同期信号にノイズ信号が混入すると、このノイズ信号を同期基準信号の割り込みとして認識し、同期ずれ量の計算に誤差を生じることになる。この誤差を含んだずれ量で定周期カウンタを修正しようとするため、本来修正すべき周期より大きく周期を修正することになる。図３（ｃ）、図４はこのような例を示しており、同期基準信号より同期目標が遅れたため、Ｔ１周期以後のタイマカウンタ周期を一定量短縮してしまうというように、同期ずれ量の過剰な修正が行われ、稼動する装置が所定の処理を誤る結果となる。
【０００８】
同期基準信号が上記のようなハードウエア線のクロック信号ではなく、通信信号、例えば通信の完了信号を利用する場合がある。この場合、通信処理にソフトウエアとハードウエアが介在する場合が多く、同期基準信号としての正確さを欠く。下位制御装置がこのような同期基準信号を利用して自らの周期を修正すると、自らの周期を必要以上に修正することとなり、かえって装置の動作が不安定になる問題がある。
【０００９】
このように、従来の同期ずれ修正方法はいずれも、下位装置が必要以上に自分の周期を修正してしまうので、下位制御装置の動作が不安定になる欠点がある。
【００１０】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、次回の同期基準信号まで完全の修正をしない、あるいは、必要最小限の修正を行うというような工夫を施すことによって、下位装置が自己の同期信号のずれを適正に修正し、下位装置の動作を安定化させることが可能な複数制御装置間の同期方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、同期基準信号と同期目標の位相関係に関し進み位相か遅れ位相かを判断し、この位相差の符号に基づき、定周期カウンタを次回同期基準信号までにあらかじめ決められた修正量で修正することを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、過去の位相判断結果から、自己同期信号が同期基準信号に追従したかどうかを判断し、追従したと判断した場合、定周期カウンタの修正量を減らし、追従していないと判断した場合は修正量を増やすことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前回修正量と今回修正量とで符号が異なる場合、修正量をｍ分の１（ｍ＞１）に減らし、前回修正量と今回修正量とで符号が一致する場合、修正量をｍ倍（ｍ＞１）に増やすことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、修正量の値が１になった場合において、同期基準信号周期が自己同期信号用定周期カウンタの周期のＮ（Ｎは２以上の整数）倍である場合、同期基準信号に対して自己同期信号の位相が遅れたときは、上記定周期カウンタＭ個（ＭはＮより小さい整数）の周期設定値を１単位減らし、同期基準信号に対して自己同期信号の位相が進んだときは、上記定周期カウンタＫ個（ＫはＮより小さい整数）を１クロック分増やすことを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１乃至4のいずれかに記載の発明において、自己同期カウンタの設定値があらかじめ設定した範囲を超えた場合、周期異常を上位システムに通知するとともに、あらかじめ決めた手順で、システムを安全に止めることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる複数制御装置間の同期方法の実施形態について説明する。
まず、複数制御装置間のハードウェア構成の例を図１を参照しながら説明する。図１において、符号１１は上位装置を、１２は第１の下位装置を、１３は第２の下位装置を、１４は第３の下位装置をそれぞれ示している。第１の下位装置１２はバスライン３０を有し、バスライン３０を介してＣＰＵ１５、同期信号入力ポート１６、定周期カウンタ１８、定周期カウンタ１８の周期設定用定周期設定レジスタ１９が接続されている。定周期カウンタ１８にはクロック発生器１７が接続されている。上記同期信号入力ポート１６には、上位装置１１からのクロック信号線２２が接続されて上位装置１１からのクロック信号が入力されるようになっている。上記ＣＰＵ１５には上位装置１１との通信ライン２３が接続されている。この通信ライン２３を介して通信される信号には、下位装置を同期させて制御するための同期信号も含まれている。クロック信号によって同期制御する場合は、この同期信号は使用しない。通信によって下位装置を同期制御する場合、上記クロック信号線２２は不要である。第１の下位装置１２は、ドライバ２０を介してモータ２１を制御するように構成されている。この例で制御対象はモータ２１となっているが、これに限らず、各種アクチュエータなどであってもよい。
【００１５】
第２の下位装置１３、第３の下位装置１４も、第１の下位装置１２とほぼ同様に構成されていて、クロック信号線２２および通信ライン２３によって上位装置１１と接続されている。第２の下位装置１３の制御対象は磁気軸受２５で、ドライバ２４を介して磁気軸受２５の動作を制御するように構成されている。第３の下位装置１４に関しては制御対象が描かれていないが、適宜の対象を制御するようにすることができる。
【００１６】
次に、上記複数制御装置間の同期方法に関して図２と図３を併せて参照しながら説明する。ここでは、各動作ステップを、Ｓ１，Ｓ２，・・・のように表す。また、図３に関して説明したように、同期信号は例えば１ｍｓを１周期とするパルス信号で、周期ごとの立ち上がりが同期目標となり、この同期信号の１周期の間に定周期カウンタはＴ１からＴ１２まで１２周期するようになっているものとする。すなわち、下位装置はＴ１の先頭（換言すればＴ１２の終端）を同期目標とし、同期基準信号と同期目標を一致させるように定周期カウンタの設定値を修正する。図２は、下位装置において、Ｔ１の頭で実行する動作フローの例を示す。かかる動作フローは、図１に示されているように、下位装置に装備されたＣＰＵ１５の動作プログラムとしてプログラム・メモリに格納することができる。
【００１７】
まず、定周期カウンタのＴ１の頭で同期信号のレベルを読み込む（Ｓ１）。図３（ａ）は同期信号の例を示している。同期信号のレベルとは、「Ｈ」レベルすなわちハイレベルであるか、または「Ｌ」レベルすなわちローレベルであるかである。ステップＳ２において同期信号のレベルは「Ｈ」レベルであるかどうかを判断し、「Ｈ」レベルであれば、同期基準信号に遅れたと判断し、定周期カウンタ設定値を１カウント分減らす（Ｓ３）。ステップＳ２で「Ｌ」レベルであれば、同期基準信号に追従したと判断し、定周期カウンタ設定値を１カウント分増やす（Ｓ４）。図３（ａ）（ｂ）からわかるように、ノイズ信号が入ってもその影響は限定的である。そこで、上記のように、同期基準信号と同期目標の位相関係に関し進み位相か遅れ位相かを判断し、この位相差の符号（＋：進みか、または、−：遅れか）に基づき、定周期カウンタを次回同期基準信号までにあらかじめ決められた修正量で修正するようにした。例えば、カウンタ設定値を「６０」とした場合、上記位相差の符号に基づき、１カウント分減らしてカウンタ設定値を「５９」とし、または１カウント分増やして「６１」とする。
【００１８】
このように構成した実施形態によれば、上記のような同期ずれの修正動作を、予め決められた修正量で修正し、かつ、この修正動作を繰り返すことにより、過剰な同期ずれ修正が行われることがなくなり、システムを精度良く安定に制御することができる。
【００１９】
以上説明した実施形態は基本的な同期方法であり、システムをより精度良く安定に制御することができるように、各種の変形乃至は改善を加えることができる。その一例は、各下位装置において、過去の位相判断結果から、自己同期信号が同期基準信号に追従したかどうかを判断し、追従したと判断した場合、修正量を減らし、追従していないと判断した場合は修正量を増やすように構成することである。このようにすることによって、各下位装置は同期基準信号に精度良く、かつ、迅速に追従することができる。
【００２０】
他の例は、前回の修正量と今回の修正量とで符号が異なる場合、すなわち、前回の修正の結果、同期目標に追いつき今回の修正では逆の修正となった場合、修正量をｍ分の１（ｍ＞１）に減らす。ｍは例えば「２」として修正量を２分の１減らすことによって、同期信号が同期目標に限りなく近づくように精度良く修正することができる。また、前回の修正量と今回の修正量とで符号が一致する場合、すなわち、まだ同期目標に追従できていない場合、修正量をｍ倍（ｍ＞１）に増やす。ｍは例えば「２」として修正量を２倍に増やすことにより、同期信号を同期目標に迅速に近づけることができる。ただし、ｍを無闇に大きくすることは好ましくないので、ｍの値に上限を設けるのが望ましい。
【００２１】
さらに別の例は、修正量の値が１になった場合において、同期基準信号（図３（ａ）に示す同期信号）の周期が自己同期信号用定周期カウンタ１８（図１参照）の周期のＮ（Ｎは２以上の整数）倍である場合、同期基準信号に対して自己同期信号の位相が遅れたときは、定周期カウンタＭ個（ＭはＮより小さい整数）の周期設定値を１単位減らし、同期基準信号に対して自己同期信号の位相が進んだときは、上記定周期カウンタＫ個（ＫはＮより小さい整数）を１クロック分増やすように構成する。図３に示す例では、同期基準信号の周期が自己同期信号用定周期カウンタ１８の周期の１２倍であり、よってＮは「１２」である。このＮ＝１２のうちの一部、Ｍ個の定周期カウンタの周期設定値を、同期信号に対して自己同期信号の位相が遅れたときは１単位減らし、自己同期信号の位相が進んだときはＫ個の定周期カウンタの周期設定値を１クロック分増やす。このようにして、より細かな同期制御を可能にしている。
【００２２】
さらに別の例は、これまで説明してきた各種の例において、自己同期カウンタの設定値があらかじめ設定した範囲を超えた場合、周期異常を上位システムに通知するとともに、あらかじめ決めた手順で、システムを安全に止めるように構成することである。自己同期カウンタの設定値があらかじめ設定した範囲を超えるということは、各制御装置相互の同期がとれず、無秩序に動作している可能性もあり、これを直ちに同期が取れた状態に制御することは困難なこともありえるので、そのような場合は、周期異常を上位システムに通知し、あらかじめ決めた手順で、システムを安全に止めるようにした。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のように、上位装置の同期信号に誤りが生じた場合に、これに無理やり追従させようとはせず、必要最小限の周期修正が行われる。これによって、次のような効果を得ることができる。
１．ハードウエア線のクロック信号にノイズが混入した場合、従来はシステムに深刻な影響を及ぼすことがありえるが、本発明によれば、システムへの影響を最小限にとどめることができ、また、ノイズが除去された時点で回復可能である。
２．本発明は、割り込み処理を必要とせず、通常周期内で処理できるため、ソフトウエアが簡単であり、処理時間が少なく、ハードウエアの構成もシンプルである。
３．上位同期信号に不確かな動きがある場合、従来のシステムでは、下位制御装置も同様な動きになり、システムの不安定さがあったが、本方法を利用すれば、それの影響を最小限に押さえることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる複数制御装置間の同期方法を実行する複数制御装置の例を示すブロック図である。
【図２】上記複数制御装置間の同期制御動作の例を示すフローチャートである。
【図３】上記同期制御動作および従来の同期制御動作の例を示すタイミングチャートである。
【図４】図３（ｃ）に示す波形の一部を拡大して示す波形図である。
【符号の説明】
１１  上位装置
１２  下位装置
１３  下位装置
１４  下位装置
１５  ＣＰＵ
１６  同期信号入力ポート
１７  クロック発生器
１８  定周期カウンタ
１９  定周期設定レジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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