(57)【要約】  本モータ制御システムは、モータを制御する複数のモータ制御装置と、コントローラとが通信線を介して接続される。コントローラは、動作指令を含む通信信号を生成し、所定の通信周期で各モータ制御装置へ送信する。複数のモータ制御装置は、第１グループの２つのモータ制御装置と、第２グループのモータ制御装置とを含む。第１グループのモータ制御装置は、データ送受信部と、モータ制御部と、補正部と、同期タイミング生成部と、を備える。データ送受信部は、自らに対する動作指令と、第２グループのモータ制御装置における動作情報とを受信する。モータ制御部は、動作指令に基づいて、モータを制御するためのトルク指令信号を生成する。補正部は、動作情報に基づいてトルク補正信号を生成し、トルク指令信号を補正する。同期タイミング生成部は、第１グループのモータ制御部間の処理タイミングを合わせるようなタイミング信号を生成する。
2017195578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータをそれぞれ制御する複数のモータ制御装置と、それぞれの前記モータを制御するためのそれぞれの動作指令を含む通信信号を生成し、生成した通信信号を前記複数のモータ制御装置のそれぞれに対して、所定の通信周期で送信するコントローラと、を、通信線を介して通信接続するモータ制御システムであって、
前記複数のモータ制御装置は、第１グループの２つのモータ制御装置と、第２グループのモータ制御装置とを含み、
前記第１グループのモータ制御装置のそれぞれは、
前記通信信号のうち自らに対する動作指令と、前記通信信号のうち前記第２グループのモータ制御装置における動作情報とを受信するデータ送受信部と、
前記動作指令に基づいて、前記モータを制御するためのトルク指令信号を生成するモータ制御部と、
前記動作情報に基づいてトルク補正信号を生成し、前記トルク補正信号を用いて、前記トルク指令信号を補正する補正部と、
前記第１グループの前記モータ制御部間の処理タイミングを合わせるようなタイミング信号を生成する同期タイミング生成部と、を備えるモータ制御システム。
【請求項２】
前記同期タイミング生成部は、前記通信周期に同期する前記タイミング信号を生成し、前記タイミング信号に基づき、前記モータ制御部が処理を実行する、請求項１に記載のモータ制御システム。
【請求項３】
前記動作指令は、自らの前記モータを駆動するために位置を指令する位置指令であり、
前記動作情報は、前記第２グループのモータ制御装置に対しての位置を指令する位置指令と、前記第２グループのモータ制御装置において検出した位置を示す位置情報とのいずれかである、請求項１に記載のモータ制御システム。
【請求項４】
前記動作指令は、自らの前記モータを駆動するために位置を指令する位置指令であり、
前記モータ制御部は、前記位置指令に対してトルクフィードフォワードゲインを利用してトルクフィードフォワード処理を行うトルクフィードフォワード処理部を有し、
前記補正部は、前記動作情報に基づいて、前記トルクフィードフォワードゲインを変更し、前記トルクフィードフォワード処理部の出力を、前記トルク補正信号とする、請求項１に記載のモータ制御システム。
【請求項５】
前記動作情報は、前記第２グループのモータ制御装置に対しての位置を指令する位置指令と、前記第２グループのモータ制御装置において検出した位置を示す位置情報とのいずれかである、請求項４に記載のモータ制御システム。
【請求項６】
前記複数のモータ制御装置が制御するそれぞれの前記モータは、ガントリ機構を成す負荷を位置制御する、請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれの軸に取り付けられたモータを制御する、複数のモータ制御装置を備えるモータ制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、上位に位置付けられるコントローラと、それぞれの軸に取り付けられるモータを制御する複数のモータ制御装置とを、通信回線を介して接続するモータ制御システムが用いられている。モータ制御システムは、各種の工作機械やロボットなどに用いられる。【０００３】
例えば、モータ制御システムは、コントローラと、Ｘ軸に取り付けられたＸ軸モータを制御するＸ軸モータ制御装置と、Ｙ軸に取り付けられたＹ軸モータを制御するＹ軸モータ制御装置と、を備えるものがある。【０００４】
モータ制御システムにおいて、一方の軸上で変化が生じた場合、他方の軸の特性に大きく影響をおよぼすことがある。具体的には、Ｘ軸上に位置する物を移動させるため、Ｘ軸に取り付けられたＸ軸モータを制御した場合、Ｙ軸モータを動作させるために用いられる機械系の特性には、変化が生じることがある。よって、Ｙ軸モータを制御するにあたり、Ｙ軸モータ制御装置には、Ｙ軸モータに加えるトルクが、Ｘ軸上の負荷位置に応じて多過ぎたり少な過ぎたりする。したがって、モータ制御システムには、振動を抑制する性能の低下などが生じる。【０００５】
このような不具合に対する方法として、従来、次のモータ制御システムが開示されている。すなわち、この従来のモータ制御システムにおいて、制御対象軸のモータ制御装置には、自軸の位置情報とともに、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、あるいは、重量のいずれかに関する情報が伝えられる。そして、制御対象軸のモータ制御装置は、伝えられた情報に基づいて制御パラメータを逐次変化させながら、制御対象軸に取り付けられたモータを制御する。よって、この従来のモータ制御システムでは、ある軸において、機械系の特性が大きく変動した場合でも、他軸の制御に与える影響を抑制して、振動を抑制する機能を確保している（例えば、特許文献１）。【０００６】
また、従来の他のモータ制御システムとして、コントローラと、それぞれの軸に取り付けられたモータを制御する複数のモータ制御装置とが、デイジィチェーン（Ｄａｉｓｙ  Ｃｈａｉｎ）接続されるものが開示されている。【０００７】
この従来のモータ制御システムは、同期カウンタを有する。このモータ制御システムでは、コントローラから各モータ制御装置に送信される指令データを受信したタイミングで、同期カウンタが初期化される。この従来の構成のモータ制御システムが備える複数のモータ制御装置は、コントローラから送信される指令データを同時に受信する。同期カウンタは、カウントアップ速度が全て同じである。よって、複数のモータ制御装置は、受信した指令データを同時に各モータの制御に反映する（例えば、特許文献２）。【０００８】
ところで、特許文献１に示す、それぞれのモータ制御装置において、制御パラメータの変更は、通信周期と対応することなく、任意のタイミングで行われる。つまり、それぞれのモータ制御装置は、互いに同期することなく、制御パラメータを変更している。よって、Ｘ軸とＹ軸とが機械的に結合していない場合、１つのＸ軸を制御するＸ軸モータ制御装置と、１つのＹ軸を制御するＹ軸モータ制御装置と、で構成されるモータ制御システムでは、つぎの制御が可能と考えられる。つまり、例えば、Ｘ軸上で生じる変化を反映するために、Ｙ軸上を移動する物を制御するＹ軸モータ制御装置では、Ｘ軸上で生じた変化に囚われることなく、制御パラメータを変更する。このような制御を行っても、従来のモータ制御システムでは、振動を抑制する性能は低下しない。【０００９】
これに対し、Ｘ軸とＹ軸とが機械的に結合した構成として、例えばガントリ（Ｇａｎｔｒｙ）機構が挙げられる。このようなガントリ機構を有するモータ制御システムは、例えば、Ｘ軸負荷がその上を移動するヘッドと、このヘッド両端部などをＹ軸方向に並列駆動する一対のレールと、を有する。Ｙ軸は、並行して位置するＹ１軸およびＹ２軸を含む。つまり、ガントリ機構を有するモータ制御システムは、Ｘ軸を制御する１つのＸ軸モータ制御装置と、Ｙ１軸およびＹ２軸とを制御する２つのＹ軸モータ制御装置と、を有する。なお、並列駆動は、タンデム駆動ともいう。【００１０】
この構成において、アンバランスな制御の抑制を目的として、ヘッド上のＸ軸負荷の位置情報をＹ１軸およびＹ２軸に反映させるために、Ｙ１軸モータ制御装置とＹ２軸モータ制御装置とが、それぞれのタイミングで制御パラメータを変更する。【００１１】
ところが、それぞれの制御装置が適宜、任意のタイミングで、制御パラメータを変更した場合、つぎの不具合が生じることがある。すなわち、Ｙ１軸とＹ２軸とを制御する、それぞれのＹ軸モータ制御装置の間には、ヘッド上のＸ軸負荷が存在する位置に起因して必要とされるトルクを、それぞれのモータに反映させるタイミングがずれる。よって、機械的に結合されたＹ１軸とＹ２軸との間では、ねじれが生じる。そして、このようなねじれが、Ｘ軸負荷の位置決め精度の劣化や振動抑制性能の劣化を招き、ひいては、安全性の低下を招いたり、故障の原因となったりすることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−７０７９０号公報
【特許文献２】特開２００３−１８９６５４号公報
【発明の概要】
【００１３】
本発明に関するモータ制御システムは、複数のモータ制御装置とコントローラとが、通信線を介して接続される。
【００１４】
複数のモータ制御装置は、それぞれに接続されたモータをそれぞれ制御する。コントローラは、それぞれのモータを制御するために、それぞれの動作指令を含む通信信号を生成する。コントローラは、生成した通信信号を複数のモータ制御装置のそれぞれに対して、所定の通信周期で送信する。
【００１５】
複数のモータ制御装置は、第１グループの２つのモータ制御装置と、第２グループのモータ制御装置とを含む。
【００１６】
第１グループのモータ制御装置は、それぞれ、データ送受信部と、モータ制御部と、補正部と、同期部と、を備える。
【００１７】
データ送受信部は、通信信号のうち自らに対する動作指令と、通信信号のうち第２グループのモータ制御装置における動作情報と、を受信する。
【００１８】
モータ制御部は、自らに対する動作指令に基づいて、接続されたモータを制御するためのトルク指令信号を生成する。
【００１９】
補正部は、第２グループのモータ制御装置の動作情報に基づいてトルク補正信号を生成し、このトルク補正信号を用いて、自らのトルク指令信号を補正する。
【００２０】
同期タイミング生成部は、第１グループのモータ制御部間の処理タイミングを合わせるようなタイミング信号を生成する。
【００２１】
本発明のモータ制御システムによれば、つぎの作用効果が期待できる。
【００２２】
つまり、それぞれの軸が互いに機械的に結合される等、影響を及ぼし合うモータ制御システムにおいて、それぞれのモータには、同期して駆動されることが求められる。
【００２３】
そこで、本発明のモータ制御システムを用いれば、それぞれのモータ駆動には、他軸の位置情報のような動作情報を反映できる。さらに、本発明のモータ制御システムを用いれば、それぞれのモータ制御装置は、それぞれのモータを同期するように駆動する。
【００２４】
よって、本発明のモータ制御システムが、例えばガントリ機構に適用される場合、それぞれのモータ制御装置で生じている負荷特性に応じて、円滑に位置決めを行うことができる。
【００２５】
例えば、ガントリ機構の構成において、並行動作する２軸の負荷特性に対して、２軸とは別軸の負荷の位置によって変動が生じた場合、両軸の間で、ねじれが生じることを抑制できる。よって、このようなねじれに基づくＸ軸負荷の位置決め精度や振動抑制性能の劣化を抑制できるとともに、安全性の確保や、故障要因の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御システムの構成図である。
【図２】図２は、同モータ制御システムの第１グループのモータ制御装置のブロック図である。
【図３】図３は、同モータ制御システムの要部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、同モータ制御システムにおいてガントリ機構を制御する動作を説明するための構成図である。
【図５】図５は、同モータ制御システムのタイミングチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御システムの構成図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３におけるモータ制御システムの構成図である。
【図８】図８は、同モータ制御システムの第１グループのモータ制御装置のブロック図である。
【図９】図９は、同モータ制御システムの要部の詳細な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施の形態におけるモータ制御システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御システムの構成図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施の形態におけるモータ制御システム１００は、１つの制御対象機構３３と、複数のモータ３０と、複数のモータ制御装置１０と、１つのモータ制御装置２０と、１つのコントローラ８０と、を備えた構成である。コントローラ８０と、モータ制御装置１０、２０のそれぞれとは、通信線８１を介して、通信接続されている。そして、モータ３０の制御の対象となる制御対象機構３３は、複数の軸を有した構成であり、各軸に対して、１つのモータ３０とモータ制御装置１０、２０のいずれか１つとの組み合わせのモータ装置が対応している。そのようなモータ装置において、モータ３０がモータ制御装置１０、２０からの指令に従って駆動制御され、１つの軸の負荷がその軸上を移動する。
【００３０】
本実施の形態では、このような複数軸のシステムの一例として、上述したガントリ機構である制御対象機構３３を制御するモータ制御システム１００を挙げている。さらに、本実施の形態では、制御対象機構３３の複数軸における親軸としてＸ軸およびＹ軸とする２軸で構成され、Ｙ軸が、さらに親軸の下の子軸としてＹ１軸およびＹ２軸とする２軸で構成されるシステムの一例を示している。すなわち、本実施の形態は、複数の親軸で構成され、そのうちの１つの親軸がさらに複数の子軸で構成されるシステムに適用できる。
【００３１】
このような複数軸を制御するシステムとするため、モータ制御システム１００は、図１に示すように、第１グループとするペア、すなわち２つのモータ制御装置１０と、第２グループとする１つのモータ制御装置２０とを含む構成である。第１グループのモータ制御装置１０は、親軸であるＹ軸を第１グループとして、Ｙ１軸とＹ２軸とのペアである２軸のモータ３０をそれぞれ制御する。そして、第２グループのモータ制御装置２０は、Ｘ軸の１つのモータ３０を制御する。以上、本実施の形態では、図１に示すように、第１グループの第１のモータ制御装置１０には、Ｙ１軸用のモータ３０が接続され、第１グループの第２のモータ制御装置１０には、Ｙ２軸用のモータ３０が接続され、第２グループのモータ制御装置２０には、Ｘ軸のモータ３０が接続されるように構成している。
【００３２】
また、ガントリ構造の制御対象機構３３は、図１に示すように、２つのレール３４と、両レール３４間を跨ぐように配置されるヘッド３５と、ヘッド３５に搭載された負荷３６とで構成されている。２つのレール３４は、それぞれＹ１軸とＹ２軸とに対応づけて互いに並行するように配置されている。また、ヘッド３５は、その両端部がレール３４それぞれに載置されて、Ｙ軸方向に移動可能なように、配置されている。そして、負荷３６は、ヘッド３５に搭載されて、Ｘ軸方向に移動可能なように、配置されている。
【００３３】
以上のような構成により、第１のモータ制御装置１０が、モータ３０を制御してＹ１軸上に配置されたヘッド３５の一端部の位置を制御する。第２のモータ制御装置１０が、モータ３０を制御してＹ２軸上に配置されたヘッド３５の他端部の位置を制御する。このような位置制御により、異常時などを除き、負荷３６を搭載したヘッド３５の両側が、レール３４上をＹ軸方向に等しい位置を保ちながら等しい速度で移動する。すなわち、これにより、Ｙ１軸の負荷およびＹ２軸の負荷となるヘッド３５が、両レール３４で構成されたＹ軸上を移動する。また、第２グループのモータ制御装置２０の接続されたＸ軸のモータ３０は、Ｘ軸の負荷３６がヘッド３５上をＸ軸方向に移動するように、位置制御する。
【００３４】
次に、本実施の形態では、このようなモータ制御装置１０、２０に対して、制御パラメータを設定したり動作指令を与えたりするために、モータ制御装置１０、２０に通信接続されたコントローラ８０を設けている。この通信接続における具体的な通信手法としては、例えば、ＲＳ２３２Ｃ／４８５などのシリアル通信規格や、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）規格に対応したデータ通信であったり、あるいはＦＡネットワーク専用の通信仕様である、ＲＴＥＸ（Ｒｅａｌｔｉｍｅ  Ｅｘｐｒｅｓｓ）やＥｔｈｅｒＣＡＴ通信であったりしてもよい。
【００３５】
また、通信内容として、本実施の形態でのパラメータ設定などに関しては、システムの立上げ時やシステムの動作を変更する場合などにおいて実行される。また、制御パラメータとしては、制御ゲインやフィルタの特性に関する設定値などがある。さらに、このようなパラメータ設定に加えて、コントローラ８０は、モータ３０が所望の動き動作をするように、モータ制御装置１０、２０に対しての動作指令などを含めた各種情報を送出するとともに、モータ制御装置１０、２０から各種情報を受信する。
【００３６】
特に、パラメータ設定に関しては初期設定時など不定期であるのに対して、動作指令に関しては、逐次、システム内での動作を指示する必要がある。このため、本実施の形態では、動作指令を送出する基準周期を設定している。すなわち、コントローラ８０は、この基準周期としての通信周期毎に、位置指令や速度指令などの動作指令を含む指令信号を送出している。また、モータ制御装置１０、２０のそれぞれは、受け取った指令信号に基づき、モータ３０の動作を制御する。さらに、モータ制御装置１０、２０のそれぞれは、通信周期毎にコントローラ８０に対して、動作状態などの動作情報を含む返信信号を送信する。そして、詳細については以下で説明するが、コントローラ８０からは、さらに、通信周期毎に通信タイミング信号Ｓｔが送信されている。図１では、通信線８１を介して、これら指令信号、返信信号および通信タイミング信号Ｓｔを含めた通信周期毎に送出される信号を、通信信号Ｃｍとして示している。なお、本実施の形態では、モータ制御装置１０、２０によってモータ３０の位置を制御する構成例を挙げており、コントローラ８０は、目標とする位置を指令するための位置指令を指令信号に含めてモータ制御装置１０、２０に通知している。
【００３７】
図２は、本実施の形態におけるモータ制御システム１００の第１グループのモータ制御装置１０の詳細な構成を示すブロック図である。また、図３は、モータ制御部１４のさらに詳細な構成を含めたモータ制御装置１０の要部の詳細な構成を示すブロック図である。
【００３８】
次に、図１、図２および図３を参照しながら、モータ制御装置１０の詳細な構成について説明する。
【００３９】
図１に示すように、モータ制御装置１０は、通信処理部１２と、制御パラメータ設定部１３と、モータ制御部１４と、駆動部１５と、同期タイミング生成部１６と、トルク補正部１７とを備えている。
【００４０】
モータ制御装置１０において、通信処理部１２は、通信線８１に通信接続されており、コントローラ８０から、制御パラメータや動作指令などを含めた各種情報を受信するとともに、コントローラ８０に対して、モータ制御装置１０内での各種情報を送信する。
【００４１】
通信処理部１２は、例えばシステムを立上げる初期設定時などにおいて、制御パラメータである一群のデータをコントローラ８０から受け取り、制御パラメータ設定部１３に伝送する。ここで、制御パラメータとしては、各種ゲインやフィルタ定数などとともに、本実施の形態では、トルク補正基準値Ｃｏｒが含まれている。
【００４２】
また、コントローラ８０は、初期設定などが完了すると、通信周期毎に、通信信号Ｃｍでの指令信号として、動作指令を含む情報を送出し、その情報を通信処理部１２が受け取る。本実施の形態では、動作指令として、モータ制御装置１０自身に対して指令された位置を示す位置指令Ｐｃに加えて、負荷３６のＸ軸方向の位置情報である他軸の動作情報も通知される例を挙げている。ここで、本実施の形態では、負荷３６のＸ軸方向の位置情報として、Ｘ軸を制御するモータ制御装置２０に対して指令する位置を示す位置指令であるＸ軸位置指令Ｐｃｘが通知される。すなわち、第１グループであるモータ制御装置１０は、通信処理部１２において、通信信号Ｃｍのうち自らに対する動作指令としてこの位置指令Ｐｃを第１の位置指令として受け取る。これとともに、モータ制御装置１０は、通信信号Ｃｍのうちでの第２グループのモータ制御装置２０における動作情報として、このＸ軸位置指令Ｐｃｘを第２の位置指令として受け取る。
【００４３】
位置指令Ｐｃは、モータ制御部１４に通知され、モータ制御部１４によって、この位置指令Ｐｃに追従するような位置制御が実行される。また、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘは、トルク補正部１７に通知され、トルク補正部１７によって、補正されたトルク指令が生成される。このように、本実施の形態では、動作指令として、位置指令Ｐｃと、動作情報として、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘとが通知される例を挙げて説明するが、当然のことながら、動作指令や動作情報として、これらに加えてさらに他の情報やデータが通知されてもよい。
【００４４】
また、通信処理部１２には、モータ制御装置１０内での各部から各種情報が通知される。本実施の形態では、モータ制御部１４から通信処理部１２に対して、モータ制御部１４で検出されたＹ軸におけるモータの位置情報である検出位置情報Ｐｄｙが通知される。そして、通信処理部１２は、コントローラ８０に対し、通信信号Ｃｍでの返信信号として検出位置情報Ｐｄｙを通知する。
【００４５】
さらに、上述したように、コントローラ８０からは、通信周期毎に、通信信号Ｃｍに含めた通信タイミング信号Ｓｔが送信されている。通信処理部１２は、この通信タイミング信号Ｓｔを検出し、同期タイミング生成部１６に通知する。ここで、位置指令Ｐｃなどはデータとなる信号であるのに対して、通信タイミング信号Ｓｔは、周期的なタイミングを示すためのパルス信号である。すなわち、詳細については以下で説明するが、本実施の形態では、この通信タイミング信号Ｓｔを同期信号として利用し、同期タイミング生成部１６において、通信タイミング信号Ｓｔの周期の同期したクロック信号Ｃｋを生成している。
【００４６】
通信処理部１２は、これらの処理を実行するため、図２に示すように、通信インタフェース（以下、適宜、通信Ｉ／Ｆと記す）２２とデータ送受信部２３とを有している。通信Ｉ／Ｆ２２は、コントローラ８０との通信接続における通信仕様に基づいた変復調器である。通信Ｉ／Ｆ２２は、復調したデータをデータ送受信部２３に転送するとともに、データ送受信部２３からのデータを通信仕様に基づき変調してコントローラ８０に送信する。さらに、通信Ｉ／Ｆ２２は、通信信号Ｃｍに含まれる通信タイミング信号Ｓｔを抜き取り、同期タイミング生成部１６に供給する。また、データ送受信部２３は、通信Ｉ／Ｆ２２が変復調するデータを一時保持する。
【００４７】
次に、モータ制御装置１０において、制御パラメータ設定部１３は、一群のデータで構成される制御パラメータ群Ｐｒｍを、通信処理部１２から例えばシステム立上げ時において受け取る。制御パラメータ設定部１３は、図３に示すように、例えば、制御パラメータメモリ１３２とパラメータ処理部１３３とを有している。
【００４８】
制御パラメータ設定部１３は、受け取った制御パラメータ群Ｐｒｍを制御パラメータメモリ１３２に記憶するとともに、パラメータ処理部１３３の処理によって、記憶した制御パラメータを所定の機能部に設定する。すなわち、例えば図３に示すように、制御パラメータ群Ｐｒｍに含まれるゲインＫｖｆｆ、Ｋｐｐ、Ｋｔｆｆや定数などは、モータ制御部１４における制御や処理の機能部に設定される。さらに、本実施の形態では、制御パラメータ群Ｐｒｍに含まれる、トルク補正基準値Ｃｏｒがトルク補正部１７に設定される。
【００４９】
次に、モータ制御装置１０において、同期タイミング生成部１６は、上述したように通信タイミング信号Ｓｔの周期に同期したクロック信号Ｃｋや、さらに、そのクロック信号ＣｋからＰＷＭキャリア信号Ｓｃを生成している。特に、本実施の形態では、Ｙ１軸に対応する第１のモータ制御装置１０とＹ２軸に対応する第２のモータ制御装置１０とが同期して処理されるように、このような同期タイミング生成部１６を設けた構成としている。すなわち、第１および第２のモータ制御装置１０は、それぞれ通信タイミング信号Ｓｔのタイミングを基準として処理が実行される。このように、同期タイミング生成部１６は、第１グループのモータ制御装置１０間の処理タイミングを合わせるようなタイミング信号を生成している。
【００５０】
同期タイミング生成部１６は、これら信号を生成するため、図２に示すように、クロック生成部６２と、分周カウンタ６３と、位相比較器６４と、ＰＷＭキャリア生成部６５とを有している。ここで、クロック生成部６２と、分周カウンタ６３と、位相比較器６４とにより、いわゆるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路を構成している。クロック生成部６２は、制御信号Ｄｐに応じたクロック周波数のクロック信号Ｃｋを生成する。分周カウンタ６３は、クロック信号Ｃｋを分周したパルス信号Ｐｆｓを生成する。ここで、パルス信号Ｐｆｓの周期が通信タイミング信号Ｓｔの周期とほぼ同じなるように、分周カウンタ６３の分周比を設定している。位相比較器６４は、このようなパルス信号Ｐｆｓと通信タイミング信号Ｓｔとの位相を比較し、その比較に基づく制御信号Ｄｐを生成する。そして、この制御信号Ｄｐがクロック生成部６２に供給される。このような構成により、ＰＬＬの原理に基づき、クロック信号Ｃｋが通信タイミング信号Ｓｔにロックし、クロック信号Ｃｋが通信タイミング信号Ｓｔに同期する。クロック信号Ｃｋは、周知のとおり、モータ制御装置１０内のデジタル処理に利用される。
【００５１】
また、ＰＷＭキャリア生成部６５には、分周カウンタ６３からキャリア生成用のパルスが供給される。このキャリア生成用のパルスは、通信タイミング信号Ｓｔに同期したクロック信号Ｃｋを、所定の分周比で分周したデューティ５０％の信号である。ＰＷＭキャリア生成部６５は、このようなキャリア生成用のパルスを、例えば積分回路で積分することにより、三角波であるＰＷＭキャリア信号Ｓｃを生成する。ＰＷＭキャリア信号Ｓｃは、駆動部１５に供給され、ＰＷＭ（パルス幅変調）を利用した駆動電圧Ｖｄを生成するのに利用される。また、キャリア生成用のパルスは、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔとしてモータ制御部１４に供給され、このキャリア生成用のパルスの周期は、モータ制御部１４での制御の基準周期として利用される。
【００５２】
次に、モータ制御装置１０において、モータ制御部１４と駆動部１５とは、モータ３０の動作を制御するために設けている。ここで、図２では、モータ３０について、ＵＶＷ相の３相駆動のブラシレスモータとした例を挙げている。すなわち、モータ３０は、各相に対応する巻線３１を備えたステータと永久磁石を保持したロータとを含む構成である。このステータの各巻線３１に、互いの位相が１２０度ずれた駆動電圧Ｖｄを加えることで巻線３１が通電され、巻線３１に電流が流れてロータが回転する。そして、ロータの回転に応じて、そのロータに接続された対応軸が位置制御される。また、モータ３０にはロータの回転位置を検出するための位置センサ３２が装着されている。位置センサ３２からは、ロータの回転位置に対応する位置センサ信号Ｐｄが出力され、その位置センサ信号Ｐｄがモータ制御部１４に通知される。なお、本実施の形態では、このような回転動作するモータ３０により負荷を直線的に位置制御する例を挙げて説明するが、負荷に対して直接に直線的位置制御するリニアモータであってもよい。
【００５３】
このようなモータ３０を駆動制御するため、モータ制御部１４は、モータ３０の位置、速度やトルクを制御する。そして、駆動部１５は、モータ３０の巻線３１を通電駆動する。
【００５４】
モータ制御部１４は、このような制御を実行するため、図２に示すように、位置検出部４２、位置制御部４３、速度制御部４４、トルクフィードフォワード（以下、トルクＦＦと記す）処理部４５、およびトルク制御部４６を備えている。これら各部は、制御パラメータ設定部１３によって、制御パラメータ群Ｐｒｍに含まれるゲインや定数が設定されている。また、モータ制御部１４には、通信処理部１２のデータ送受信部２３から、通信周期毎に、Ｙ軸方向における位置指令Ｐｃが通知される。そして、位置検出部４２に対して、位置センサ３２から位置センサ信号Ｐｄが通知され、位置検出部４２によってＹ軸方向における検出位置情報Ｐｄｙが生成される。この検出位置情報Ｐｄｙは、通信処理部１２にも通知され、さらに、返信信号の１つの情報としてコントローラ８０に通知される。
【００５５】
モータ制御部１４は、このような構成により、位置センサ信号Ｐｄに基づく検出位置情報Ｐｄｙを利用したフィードバック制御によって、コントローラ８０からの位置指令ＰｃにＹ軸方向の負荷位置が追従するように、動き動作を制御している。
【００５６】
モータ制御部１４により上述のようなフィードバック制御を行うため、まず、図３に示すように、位置制御部４３において、減算器４３２により、位置指令Ｐｃと検出位置情報Ｐｄｙとの差である位置偏差ｄＰが算出される。さらに、位置比例部４３３が、その位置偏差ｄＰに対して位置ゲインＫｐｐを乗算するなどの演算を行う。さらに、図３では、位置制御部４３において、さらに速度フィードフォワード（以下、速度ＦＦと記す）部４３４を含む例を示している。速度ＦＦ部４３４は、位置指令Ｐｃに対して微分演算とともに、速度ＦＦゲインＫｖｆｆを乗算するなどの演算を行う。図３の例では、位置制御部４３は、加算器４３５により、位置比例部４３３の出力に速度ＦＦ部４３４の出力を加算した値を、速度指令Ｖｃとして出力している。その速度指令Ｖｃは、速度の指令として速度制御部４４に通知される。
【００５７】
次に、図３に示す速度制御部４４において、まず、速度検出部４４２が、速度を検出し、検出速度Ｖｄｙとして出力する。速度検出部４４２は、速度を検出するため、例えば、検出位置情報Ｐｄｙに対して微分演算を行うことで速度を検出している。さらに、減算器４４３により、供給された速度指令Ｖｃと検出速度Ｖｄｙとの差である速度偏差ｄＶを算出する。さらに、その速度偏差ｄＶに対して、速度比例部４４４が速度ゲインＫｖｐを乗算するなどの比例演算を行う。一方、速度積分部４４５が、その速度偏差ｄＶに対して積分を行い、さらに積分ゲインＫｖｉを乗算する。そして、加算器４４６により、速度比例部４４４の出力と速度積分部４４５の出力が加算されることで、速度演算に基づく駆動トルク量が算出される。この速度制御部４４において算出された駆動トルク量は、速度演算に基づくトルク指令Ｔｒとして出力される。
【００５８】
さらに、本実施の形態では、図２に示すように、モータ制御部１４において、トルクＦＦ処理部４５およびトルク制御部４６を含む例を示している。トルクＦＦ処理部４５は、図３に示すように、トルクＦＦ部４５２を有している。トルクＦＦ部４５２は、位置指令Ｐｃに対して、一階微分や二階微分処理を行い、さらに、その微分値に対してトルクＦＦゲインＫｔｆｆを乗算する演算を行い、トルクＦＦ値Ｔｒｆとして出力する。またトルク制御部４６には、速度制御部４４からのトルク指令Ｔｒと、トルクＦＦ処理部４５からのトルクＦＦ値Ｔｒｆが供給される。トルク制御部４６は、加算器４６２によりトルク指令ＴｒとトルクＦＦ値Ｔｒｆとを加算する。本実施の形態では、このように、速度演算に基づくトルク指令ＴｒにトルクＦＦ値Ｔｒｆを加算することで求めた値を、モータ３０を作動させようとする基準の駆動トルク量とし、トルク指令Ｔｃとして出力される。
【００５９】
そして、本実施の形態では、以上のようなモータ制御部１４の処理で求めたトルク指令Ｔｃに対してさらに補正し、その補正したトルク指令Ｔｃｃに基づき、第１グループでのモータ３０を駆動することを特徴としている。
【００６０】
このようなトルク指令Ｔｃｃを生成するため、本実施の形態では、トルク補正部１７を設けている。トルク補正部１７は、図２および図３に示すように、補正量算出部７２と加算器７６とを有している。補正量算出部７２には、制御パラメータ設定部１３から制御パラメータ群Ｐｒｍに含まれるトルク補正基準値Ｃｏｒが通知される。さらに、補正量算出部７２には、通信処理部１２から、Ｘ軸を制御するモータ制御装置２０に対しての位置指令であるＸ軸位置指令Ｐｃｘが通知される。補正量算出部７２は、これらトルク補正基準値ＣｏｒとＸ軸位置指令Ｐｃｘとに基づき、トルク指令Ｔｃに対する補正量であるトルク補正値Ｃｏｔを算出している。すなわち、トルク補正部１７に供給されたトルク指令Ｔｃには、加算器７６によりトルク補正値Ｃｏｔが加算され、トルク補正部１７は、その加算結果を、補正したトルク指令Ｔｃｃとして出力する。
【００６１】
また、補正量算出部７２は、トルク補正値Ｃｏｔを算出するため、図２および図３に示すように、補正量テーブル７３と乗算器７４とを有している。補正量テーブル７３は、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘを補正比率に変換するような変換テーブルである。すなわち、この補正量テーブル７３にＸ軸位置指令Ｐｃｘが供給されることで、補正量テーブル７３から補正比率Ｒｃが出力される。乗算器７４は、トルク補正基準値Ｃｏｒに対して、この補正比率Ｒｃを乗算することでトルク補正値Ｃｏｔを求めている。
【００６２】
以下でさらに詳細について説明するが、補正量テーブル７３では、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘに基づき、次のような補正比率Ｒｃとなるようにテーブルが設定されている。すなわち、ガントリ構造の制御対象機構３３において、負荷３６が自身のレール３４に近くなるほど、補正比率Ｒｃが大きくなるように、テーブルを設定している。言い換えると、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘが自身のレール３４に近くなるような指令であるほど、補正比率Ｒｃを大きくしている。これにより、負荷３６が自身のレール３４に近くなるほど、トルク量が大きくなるようにトルク指令Ｔｃを補正し、Ｙ１軸とＹ２軸との駆動力のバランスを図っている。すなわち、Ｘ軸方向における負荷３６の位置によるアンバランスに対し、負荷３６が自身のレール３４に近いほど、駆動力が大きくなるように補正している。
【００６３】
最後に、モータ制御装置１０において、駆動部１５は、トルク補正部１７から供給されたトルク指令Ｔｃｃに基づく駆動電圧Ｖｄを生成する。駆動部１５は、駆動電圧Ｖｄを生成するため、図２に示すように、駆動波形生成部５２、ＰＷＭ処理部５３およびインバータ５４を備えている。
【００６４】
駆動波形生成部５２には、トルク指令Ｔｃｃが通知される。駆動波形生成部５２は、トルク指令Ｔｃｃの大きさに応じた波形の信号を生成する。より具体的には、例えば、モータ３０の各相の巻線３１を正弦波駆動する場合、駆動波形生成部５２は、トルク指令Ｔｃｃの大きさに応じた振幅の正弦波波形を相ごとに生成し、駆動波形信号ＤｒとしてＰＷＭ処理部５３に供給する。
【００６５】
ＰＷＭ処理部５３には、ＰＷＭ処理部５３から駆動波形信号Ｄｒが供給されるとともに、同期タイミング生成部１６のＰＷＭキャリア生成部６５からＰＷＭキャリア信号Ｓｃが供給される。ＰＷＭ処理部５３は、三角波のＰＷＭキャリア信号Ｓｃと駆動波形信号Ｄｒとの振幅比較を行うことでパルス幅変調（ＰＷＭ）を行う。これにより、ＰＷＭ処理部５３は、駆動波形信号Ｄｒのレベルに応じたパルス幅、あるいはデューティ比のパルス列で構成されるＰＷＭ信号Ｄｐを相ごとに生成している。
【００６６】
インバータ５４は、ＰＷＭ処理部５３からの各相のＰＷＭ信号Ｄｐを受けて駆動電圧Ｖｄを生成し、モータ３０のそれぞれの巻線３１に印加する。インバータ５４は、スイッチング素子およびダイオードなどの電力変換素子で構成される。インバータ５４は、スイッチング素子を用いて、電源から供給された電圧をＰＷＭ信号Ｄｐに応じてスイッチング、すなわちオン／オフすることにより駆動電圧Ｖｄを生成している。
【００６７】
以上、モータ制御装置１０は、このように生成した駆動電圧Ｖｄをモータ３０の巻線３１に加えることで巻線３１が通電され、モータ３０がトルク指令Ｔｃｃに応じたトルクを出力する。このような第１グループのモータ制御装置１０による制御および駆動により、コントローラ８０からの位置指令Ｐｃに追従するように、ヘッド３５の一端部が、レール３４上をＹ軸方向に移動する。そして、第１グループにおける第１のモータ制御装置１０と第２のモータ制御装置１０とが、コントローラ８０から、同様の位置指令Ｐｃで位置制御されることにより、負荷３６を搭載したヘッド３５の両端が、レール３４上をＹ軸方向に等しい位置を保ちながら等しい速度で移動する。特に、本実施の形態では、上述したように、両モータ制御装置１０とも、コントローラ８０からの通信タイミング信号Ｓｔに同期して処理が実行される。このため、両モータ制御装置間においても、互いに同期して処理が実行されることになる。
【００６８】
次に、モータ制御装置２０の構成について説明する。
【００６９】
モータ制御装置２０は、図１に示すように、モータ制御装置１０と同様に、通信処理部１２と、制御パラメータ設定部１３と、モータ制御部１４と、駆動部１５とを備え、さらに、タイミング生成部１６２を備えている。ここで、モータ制御装置１０と同様の構成要素については、詳細な説明を省略する。また、タイミング生成部１６２は、コントローラ８０からの通信タイミング信号Ｓｔの同期する機能を有さないことを除き、同期タイミング生成部１６と同様である。すなわち、タイミング生成部１６２は、自走のクロック信号ＣｋやＰＷＭキャリア信号Ｓｃを生成している。なお、モータ制御装置２０においても、モータ制御装置１０と同様に同期タイミング生成部１６とし、通信タイミング信号Ｓｔの周期の同期したクロック信号Ｃｋ等を生成する構成としてもよい。要するに、本実施の形態では、第１のモータ制御装置１０と第２のモータ制御装置１０とが、上述したように同期することが必須要件である。
【００７０】
モータ制御装置２０には、コントローラ８０から、通信信号Ｃｍに含めてＸ軸位置指令Ｐｃｘが通知される。上述したように、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘは、ヘッド３５に搭載されている負荷３６のＸ軸方向の位置指令である。モータ制御装置２０のモータ制御部１４は、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘに応じた負荷３６の位置となるようにトルク指令Ｔｃを生成する。そして、モータ制御装置２０の駆動部１５は、トルク指令Ｔｃに応じた駆動電圧Ｖｄをモータ３０の巻線３１に印加する。このようにして、負荷３６に対する位置制御が実行される。さらに、モータ制御装置２０において位置センサ信号Ｐｄに基づき生成された検出位置情報Ｐｄｘは、通信処理部１２からコントローラ８０に対し、返信信号の１つの情報として通知される。
【００７１】
図４は、本実施の形態におけるモータ制御システム１００において、ガントリ機構を制御する動作を説明するための構成図である。
【００７２】
次に、図４、表１を用いて、トルク補正部１７によるトルク補正の処理について、さらに詳細に説明する。
【００７３】
図４に示すように、本実施の形態において、図中、Ｘ軸は、左右方向と定める。ヘッド３５には、Ｘ軸上、左側に位置する位置０を原点として、右側に位置する位置１０までの目盛りが定められる。位置５は、ヘッド３５の中央部となる。
【００７４】
【表１】
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【００７５】
本構成において、Ｘ軸負荷３６の位置と、Ｙ１軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ１と、Ｙ２軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ２とが表１に示す関係を満たせば、ヘッド３５は、Ｙ軸方向について円滑に移動する。
【００７６】
すなわち、Ｘ軸負荷３６が位置５にあるとき、Ｙ１軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ１と、Ｙ２軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ２とは、いずれも補正なしのトルク指令Ｔｃとなる。
【００７７】
Ｘ軸負荷３６が位置０に向かって移動すれば、Ｙ１軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ１は＋１加算し、Ｙ２軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ１は−１減算する。この結果、Ｘ軸負荷３６が位置０にあるとき、Ｙ１軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ１は（Ｔｃ＋５）、Ｙ２軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ２は（Ｔｃ−５）となる。
【００７８】
上記トルク指令であれば、ヘッド３５は、Ｙ１軸とＹ２軸との間にねじれを生じることなく、円滑に移動する。
【００７９】
ところで、本実施の形態におけるモータ制御システム１００において、適宜、Ｘ軸負荷３６と、Ｙ軸負荷であるヘッド３５とは、コントローラ８０からの指示により、移動している。よって、例えば、両モータ制御装置１０が、ヘッド３５を、より円滑に移動させるために、つぎの制御が行われる。
【００８０】
すなわち、コントローラ８０は、モータ制御装置１０に対して、自らへの位置指令Ｐｃに加えて、Ｘ軸負荷３６の最新の位置指令Ｐｃｘも送信する。
【００８１】
この結果、モータ制御システム１００において、例えばＸ軸負荷３６が、位置０方向に＋１移動する毎に、Ｙ１軸側では、トルク指令Ｔｃに対するトルク補正値Ｃｏｔとして＋１が生じる。このとき、Ｙ２軸側では、トルク指令Ｔｃに対するトルク補正値Ｃｏｔとして−１が生じる。
【００８２】
逆に、モータ制御システム１００において、Ｘ軸負荷３６が、位置１０方向に＋１移動する毎に、Ｙ１軸側では、トルク指令Ｔｃに対するトルク補正値Ｃｏｔとして−１が生じる。このとき、Ｙ２軸側では、トルク指令Ｔｃに対するトルク補正値Ｃｏｔとして＋１が生じる。
【００８３】
上述したように、本モータ制御システム１００は、トルク補正部１７を用いて、補正されたトルク指令Ｔｃｃ１、Ｔｃｃ２が表１を満たすよう演算する。換言すれば、補正されたトルク指令Ｔｃｃ１、Ｔｃｃ２は、常に、Ｘ軸負荷３６が搭載されたヘッド３５を円滑に移動させるような値となる。
【００８４】
よって、本モータ制御システム１００が、ガントリ機構である制御対象機構３３に用いられたとしても、Ｘ軸負荷３６の位置に起因して、ねじれが生じることを抑制できる。
【００８５】
図４での例では、ヘッド３５上を移動するＸ軸負荷３６は、Ｘ軸上、位置８の目盛り上に位置する。よって、Ｙ１軸に反映されるトルク補正値Ｃｏｔは−３となる。一方、Ｙ２軸に反映されるトルク補正値Ｃｏｔは＋３となる。
【００８６】
図１に示すように、トルク補正部１７は、算出したトルク補正値Ｃｏｔを、モータ制御部１４で生成したトルク指令Ｔｃに反映する。よって、トルク補正部１７では、補正されたトルク指令Ｔｃｃが導き出される。補正されたトルク指令Ｔｃｃは、駆動部１５に通知される。このように、補正されたトルク指令Ｔｃｃは、モータ制御部１４で生成したトルク指令Ｔｃに対して、算出したトルク補正値Ｃｏｔを加算する。Ｘ軸負荷３６が位置８の位置にある場合、Ｙ１軸における補正されたトルク指令Ｔｃｃは（Ｔｃ−３）となる。
【００８７】
同様に、Ｘ軸負荷３６が位置８の位置にある場合、Ｙ２軸における補正されたトルク指令Ｔｃｃは（Ｔｃ＋３）となる。
【００８８】
このように補正されたトルク指令Ｔｃｃに基づいて、駆動部１５において、モータ３０を駆動する駆動電圧Ｖｄが生成される。生成された駆動電圧Ｖｄは、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔに従い、モータ３０の巻線３１に出力される。モータ３０は、供給された駆動電圧Ｖｄに応じて駆動される。
【００８９】
図５は、本実施の形態におけるモータ制御システム１００のタイミングチャートである。
【００９０】
次に、図５を用いて、モータ制御装置１０が同期して制御および駆動処理を実行することを中心に、モータ制御システム１００の各部の動作について、説明する。
【００９１】
図２に示すように、モータ制御装置１０は、コントローラ８０から送信される通信信号Ｃｍに含まれる自軸の位置指令Ｐｃに基づいて、適宜、制御される。このとき、Ｘ軸負荷３６を移動させる位置指令Ｐｃｘも、コントローラ８０からモータ制御装置１０に送信される。
【００９２】
以下、図面を用いて、Ｘ軸負荷３６に生じた移動を反映しながら、モータ制御装置１０それぞれが、同期して動作することについて説明する。
【００９３】
図５中、上段側には、通信信号Ｃｍとともに、同期タイミング生成部１６が生成するパルスのタイミングを示す。また、中段には、Ｙ１軸に対応する第１のモータ制御装置１０に関するタイミング、下段側には、Ｙ２軸に対応する第２のモータ制御装置１０に関するタイミングが示される。
【００９４】
時刻ｔ１において、モータ制御装置１０には、それぞれ、通信線８１を介してコントローラ８０から、自軸に対する位置指令Ｐｃと、Ｘ軸に対する位置指令Ｐｃｘと、を含むデータが通信信号Ｃｍに重畳されて送信される。
【００９５】
コントローラ８０からの送信に続いて、モータ制御装置１０は、それぞれの軸に取り付けられたモータ３０について、現在の位置情報である検出位置情報Ｐｄｙを、通信線８１を介してコントローラ８０に送信する。すなわち、検出位置情報Ｐｄｙは、図５での拡大部分に示すような通信信号Ｃｍ中の送信データに含まれて、Ｙ１軸、Ｙ２軸の順にコントローラ８０へと送信される。
【００９６】
その後、時刻ｔ２において、コントローラ８０からは、図５に示すパルス状の通信タイミング信号Ｓｔが送出される。モータ制御装置１０の通信処理部１２は、通信タイミング信号Ｓｔを通信信号Ｃｍから抜き取り、同期タイミング生成部１６に送信する。ここで、通信処理部１２は、つぎの点を考慮して、モータ制御装置１０で実行されるモータ駆動のタイミングが同一となるよう、通信タイミング信号Ｓｔを同期タイミング生成部１６に送信する。すなわち、考慮する点とは、通信線８１を介して受信した信号のフレーム長、フレームの順番、ビットレート、ノードの接続順などである。
【００９７】
同期タイミング生成部１６は、上述したように、クロック生成部６２と分周カウンタ６３と位相比較器６４とを有したＰＬＬ回路を備えている。同期タイミング生成部１６は、このＰＬＬ回路を利用して、図５に示すように、通信タイミング信号Ｓｔの立下りエッジと、分周カウンタ６３から出力される分周パルスＰｆｓの立下りエッジとの位相が一致するように、クロック生成部６２のクロック信号Ｃｋの周波数や位相を制御する。これによって、通信タイミング信号Ｓｔに同期したクロック信号Ｃｋや分周パルスＰ６ｆｓが生成される。そして、通信タイミング信号Ｓｔに同期した分周パルスＰ６ｆｓから、所定のタイミングだけ遅れたパルスであるサーボ起動タイミング信号Ｓｓｔが生成される。さらに、ＰＷＭキャリア信号Ｓｃは、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔのタイミングに基づき生成されている。ここで、このように生成されたサーボ起動タイミング信号ＳｓｔやＰＷＭキャリア信号Ｓｃも、通信タイミング信号Ｓｔに同期している。
【００９８】
このように、同期タイミング生成部１６は、通信処理部１２から通信タイミング信号Ｓｔが送信された時、つぎの目的を達するために、ＰＷＭキャリア信号などの位相が通信タイミング信号Ｓｔに同期するようにクロック信号Ｃｋを調整する。すなわち、達する目的とは、同期タイミング生成部１６が通信タイミング信号Ｓｔを受信してから、所定のタイミングだけ遅れた時間に、予め設定された周期のサーボ起動タイミング信号Ｓｓｔを出力することである。本実施の形態において、予め設定された周期とは、通信周期の１／ｎ倍（ｎは整数）である。
【００９９】
ここで、ＰＷＭキャリア信号Ｓｃについて、説明する。
【０１００】
ＰＷＭキャリア信号Ｓｃは、トルク指令Ｔｃｃの大きさに応じた駆動波形をパルス幅変調するのに使用される三角波である。すなわち、ＰＷＭキャリア信号Ｓｃに同期したサーボ起動タイミング信号Ｓｓｔは、モータ３０へ供給する駆動電圧Ｖｄを調整するタイミングのトリガとも言える。よって、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔのタイミングに基づきそれぞれのモータ制御装置１０で行われる制御処理は、ＰＷＭキャリア信号Ｓｃの周期に合わせて実行される。このように、モータ制御装置１０において、モータ３０へ電流を供給するタイミングや、モータ制御装置１０内で実行される制御処理のタイミングは、同期タイミング生成部１６により通信タイミング信号Ｓｔに同期するように調整されている。
【０１０１】
本実施の形態において、予め、通信周期は、１周期が０．６ｍｓ（６００μｓ）と設定している。さらに、ＰＷＭキャリア信号Ｓｃやサーボ起動タイミング信号Ｓｓｔは、１周期が通信周期の１／６と設定している。ここで、クロック信号Ｃｋのクロック周波数を１ＭＨｚとした場合、分周カウンタ６３の分周比として６００分周と設定することで、１周期が０．６ｍｓの分周パルス信号Ｐｆｓを生成できる。また、分周カウンタ６３の分周比として１００分周と設定することで、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔと同じ１周期が０．１ｍｓ（１００μｓ）の分周パルス信号Ｐ６ｆｓを生成できる。また、図５では、ＰＷＭキャリア信号が０の時、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔが出力されるような位相関係の例を示している。また、図５では、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔは、通信タイミング信号Ｓｔの立下りタイミングから１０μｓ後に出力されるような例を示している。
【０１０２】
換言すれば、同期タイミング生成部１６でＰＷＭキャリア信号Ｓｃなどが、通信タイミング信号Ｓｔに同期するように調整される。そして、このように調整された結果、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔのタイミングにおいて、モータ制御装置１０それぞれが、同じタイミングで、モータ制御部１４、トルク補正部１７や駆動部１５の処理が実行される。
【０１０３】
モータ制御装置１０では、トルク補正部１７にて、Ｘ軸の位置指令Ｐｃｘに応じたトルク補正値Ｃｏｔが算出される。トルク補正部１７では、算出されたトルク補正値Ｃｏｔが、モータ制御部１４で生成した自軸のトルク指令Ｔｃに加算される。よって、それぞれ、補正されたトルク指令Ｔｃｃが、算出される。
【０１０４】
図５に示すように、こうして得られた補正されたトルク指令Ｔｃｃが、次の周期のサーボ起動タイミング信号Ｓｓｔのタイミングにおいて、トルク補正部１７から駆動部１５に送信される。
【０１０５】
駆動部１５では、補正されたトルク指令Ｔｃｃに応じて、モータ３０へ供給する駆動電圧Ｖｄが生成される。駆動電圧Ｖｄは、その後発生するサーボ起動タイミング信号Ｓｓｔのタイミングに合わせて、駆動部１５からモータ３０に供給される。
【０１０６】
このようにして、それぞれのコントローラ８０とモータ制御装置２０とに指示された内容は、コントローラ８０のそれぞれに接続されたモータ３０に対して、同期して反映される。
【０１０７】
つまり、本構成において、モータ制御部１４を含む、各処理工程において、それぞれの演算工程に時間的ばらつきが生じたとしても、それぞれのモータ制御装置１０に指示された指令内容は、つぎの理由により、同期してモータ３０に反映される。すなわち、それぞれのモータ制御装置１０に指示された指令内容は、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔが出力されるタイミング毎に実行される。換言すれば、コントローラ８０からそれぞれのモータ制御装置１０に送信される制御信号の１単位と、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔの周期とを同期させることにより、モータ制御装置１０それぞれが受信した制御信号を、同じタイミングで実行できる。
【０１０８】
しかも、モータ制御装置１０がモータ３０に供給する駆動電圧Ｖｄには、最新のＸ軸負荷３６の位置指令Ｐｃｘが反映されている。よって、本実施の形態におけるモータ制御システム１００をガントリ機構に用いたとしても、Ｘ軸負荷３６の位置に起因するねじれが生じることはない。
【０１０９】
この結果、本モータ制御システム１００は、モータ制御装置１０、２０のそれぞれで生じている負荷特性に応じて、円滑に位置決めを行うことができる。
【０１１０】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御システム１０２のブロック図である。
【０１１１】
図６において、実施の形態１におけるモータ制御システム１００と同様の構成については、同じ符号を付して、説明を援用する。
【０１１２】
図１に示す実施の形態１におけるモータ制御システム１００との比較において、図６に示すモータ制御システム１０２では、トルク補正部１７に対して、Ｘ軸における検出した位置を示す検出位置情報Ｐｄｘが供給されており、この構成が実施の形態１と異なっている。
【０１１３】
図５で説明したように、通信信号Ｃｍには、モータ制御装置１０から送信されるデータやモータ制御装置２０から送信されるデータが含まれている。これらデータには、モータ制御装置１０の検出位置情報Ｐｄｙやモータ制御装置２０の検出位置情報Ｐｄｘが含まれている。そこで、第１グループであるモータ制御装置１０は、第２グループのモータ制御装置２０における動作情報として、通信周期毎に通信信号Ｃｍに含まれる検出位置情報Ｐｄｘを抽出している。そして、モータ制御装置１０において、通信処理部１２からトルク補正部１７に対して、Ｘ軸における検出位置情報Ｐｄｘが供給される。
【０１１４】
この検出位置情報Ｐｄｘは、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘと同様に、Ｘ軸負荷３６に実際の位置に対応している。
【０１１５】
これより、例えば、表１での位置としてＸ軸位置指令Ｐｃｘに代えて、検出位置情報Ｐｄｘとすることによってもトルク補正値Ｃｏｔを求めることができる。
【０１１６】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３におけるモータ制御システム１０３のブロック図である。
【０１１７】
図７において、実施の形態１におけるモータ制御システム１００と同様の構成については、同じ符号を付して、説明を援用する。
【０１１８】
図１に示す実施の形態１におけるモータ制御システム１００との比較において、図７に示すモータ制御システム１０３では、モータ制御装置１０において、トルク補正部１７に代えてＦＦゲイン補正部１８を備えている。さらに、このＦＦゲイン補正部１８には、通信処理部１２からＸ軸位置指令Ｐｃｘとともに、トルクＦＦゲイン基準値Ｋｔｆｒが供給される。そして、このＦＦゲイン補正部１８から、モータ制御部１４のトルクＦＦ処理部４５に対して、トルクＦＦゲインＫｔｆｆが供給される。
【０１１９】
すなわち、実施の形態１では、トルクＦＦゲインＫｔｆｆは、制御パラメータの１つとして例えば初期設定時などに供給されたのに対して、本実施の形態では、ＦＦゲイン補正部１８がトルクＦＦゲインＫｔｆｆを算出している。ＦＦゲイン補正部１８は、通信処理部１２から通信周期ごとに供給されるＸ軸位置指令ＰｃｘとトルクＦＦゲイン基準値Ｋｔｆｒとに基づき、このトルクＦＦゲインＫｔｆｆを算出している。
【０１２０】
また、本実施の形態は、実施の形態１のようなトルク指令を補正する構成ではないため、モータ制御部１４で生成されたトルク指令Ｔｃを駆動部１５に供給している。
【０１２１】
このようにモータ制御装置１０においてトルクＦＦゲインＫｔｆｆを算出するため、本実施の形態では、図７に示すように、補正量算出部８２を有したＦＦゲイン補正部１８を設けている。補正量算出部８２には、通信処理部１２から通信周期ごとに、Ｘ軸を制御するモータ制御装置２０に対しての位置指令であるＸ軸位置指令Ｐｃｘ、およびトルクＦＦ部４５２におけるトルクＦＦゲインの基準値とするためのトルクＦＦゲイン基準値Ｋｔｆｒが通知される。補正量算出部８２は、これらトルクＦＦゲイン基準値ＫｔｆｒとＸ軸位置指令Ｐｃｘとに基づき、トルクＦＦゲインＫｔｆｆを算出している。
【０１２２】
また、補正量算出部８２は、トルクＦＦゲインＫｔｆｆを算出するため、図８および図９に示すように、補正量テーブル８３と乗算器７４とを有している。補正量テーブル８３は、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘを補正比率に変換するような変換テーブルである。すなわち、この補正量テーブル８３にＸ軸位置指令Ｐｃｘが供給されることで、補正量テーブル８３から補正比率Ｒｃが出力される。乗算器７４は、トルクＦＦゲイン基準値Ｋｔｆｒに対して、この補正比率Ｒｃを乗算することでトルクＦＦゲインＫｔｆｆを求めている。
【０１２３】
ここで、本実施の形態での補正量テーブル８３では、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘに基づき、次のような補正比率Ｒｃとなるようにテーブルが設定されている。すなわち、ガントリ構造の制御対象機構３３において、負荷３６が自身のレール３４に近くなるほど、補正比率Ｒｃが大きくなるように、テーブルを設定している。言い換えると、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘが自身のレール３４に近くなるような指令であるほど、補正比率Ｒｃを大きくしている。これにより、負荷３６が自身のレール３４に近くなるほど、トルクＦＦによるトルク量、すなわち、トルクＦＦ部４５２から出力されるトルクＦＦ値Ｔｒｆが大きくなるようにトルク指令Ｔｒを補正し、Ｙ１軸とＹ２軸との駆動力のバランスを図っている。すなわち、Ｘ軸方向における負荷３６の位置によるアンバランスに対し、負荷３６が自身のレール３４に近いほど、駆動力が大きくなるように補正している。
【０１２４】
このように、本実施の形態でも、負荷３６の位置によるアンバランスを補正できるため、例えばガントリ機構の構成においても、ヘッドの位置によって並行動作する２軸の負荷特性に変動が生じた場合、両軸の間で、ねじれが生じることを抑制できる。
【０１２５】
なお、実施の形態２でも説明してように、本実施の形態でも、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘに代えて検出位置情報Ｐｄｘを利用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明のモータ制御システムは、それぞれの軸に取り付けられたモータを制御する、複数のモータ制御装置を備えるモータ制御システムの制御に有用である。
【符号の説明】
【０１２７】
１０，２０    モータ制御装置
１２    通信処理部
１３    制御パラメータ設定部
１４    モータ制御部
１５    駆動部
１６    同期タイミング生成部
１７    トルク補正部
１８    ＦＦゲイン補正部
２３    データ送受信部
３０    モータ
３１    巻線
３２    位置センサ
３３    制御対象機構
３４    レール
３５    ヘッド
３６    負荷
４２    位置検出部
４３    位置制御部
４４    速度制御部
４５    トルクＦＦ処理部
４６    トルク制御部
５０    デューティ
５２    駆動波形生成部
５３    ＰＷＭ処理部
５４    インバータ
６２    クロック生成部
６３    分周カウンタ
６４    位相比較器
６５    ＰＷＭキャリア生成部
７２，８２    補正量算出部
７３，８３    補正量テーブル
７４    乗算器
７６，４３５，４４６，４６２    加算器
８０    コントローラ
８１    通信線
１００，１０２，１０３    モータ制御システム
１３２    制御パラメータメモリ
１３３    パラメータ処理部
１６２    タイミング生成部
４３２，４４３    減算器
４３３    位置比例部
４３４    速度ＦＦ部
４４２    速度検出部
４４４    速度比例部
４４５    速度積分部
４５２    トルクＦＦ部
【図１】
2017195578.tif 000004
【図２】
2017195578.tif 000005
【図３】
2017195578.tif 000006
【図４】
2017195578.tif 000007
【図５】
2017195578.tif 000008
【図６】
2017195578.tif 000009
【図７】
2017195578.tif 000010
【図８】
2017195578.tif 000011
【図９】
2017195578.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月26日(2018.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれの軸に取り付けられたモータを制御する、複数のモータ制御装置を備えるモータ制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、上位に位置付けられるコントローラと、それぞれの軸に取り付けられるモータを制御する複数のモータ制御装置とを、通信回線を介して接続するモータ制御システムが用いられている。モータ制御システムは、各種の工作機械やロボットなどに用いられる。
【０００３】
例えば、モータ制御システムは、コントローラと、Ｘ軸に取り付けられたＸ軸モータを制御するＸ軸モータ制御装置と、Ｙ軸に取り付けられたＹ軸モータを制御するＹ軸モータ制御装置と、を備えるものがある。
【０００４】
モータ制御システムにおいて、一方の軸上で変化が生じた場合、他方の軸の特性に大きく影響をおよぼすことがある。具体的には、Ｘ軸上に位置する物を移動させるため、Ｘ軸に取り付けられたＸ軸モータを制御した場合、Ｙ軸モータを動作させるために用いられる機械系の特性には、変化が生じることがある。よって、Ｙ軸モータを制御するにあたり、Ｙ軸モータ制御装置には、Ｙ軸モータに加えるトルクが、Ｘ軸上の負荷位置に応じて多過ぎたり少な過ぎたりする。したがって、モータ制御システムには、振動を抑制する性能の低下などが生じる。
【０００５】
このような不具合に対する方法として、従来、次のモータ制御システムが開示されている。すなわち、この従来のモータ制御システムにおいて、制御対象軸のモータ制御装置には、自軸の位置情報とともに、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、あるいは、重量のいずれかに関する情報が伝えられる。そして、制御対象軸のモータ制御装置は、伝えられた情報に基づいて制御パラメータを逐次変化させながら、制御対象軸に取り付けられたモータを制御する。よって、この従来のモータ制御システムでは、ある軸において、機械系の特性が大きく変動した場合でも、他軸の制御に与える影響を抑制して、振動を抑制する機能を確保している（例えば、特許文献１）。
【０００６】
また、従来の他のモータ制御システムとして、コントローラと、それぞれの軸に取り付けられたモータを制御する複数のモータ制御装置とが、デイジィチェーン（Ｄａｉｓｙ  Ｃｈａｉｎ）接続されるものが開示されている。
【０００７】
この従来のモータ制御システムは、同期カウンタを有する。このモータ制御システムでは、コントローラから各モータ制御装置に送信される指令データを受信したタイミングで、同期カウンタが初期化される。この従来の構成のモータ制御システムが備える複数のモータ制御装置は、コントローラから送信される指令データを同時に受信する。同期カウンタは、カウントアップ速度が全て同じである。よって、複数のモータ制御装置は、受信した指令データを同時に各モータの制御に反映する（例えば、特許文献２）。
【０００８】
ところで、特許文献１に示す、それぞれのモータ制御装置において、制御パラメータの変更は、通信周期と対応することなく、任意のタイミングで行われる。つまり、それぞれのモータ制御装置は、互いに同期することなく、制御パラメータを変更している。よって、Ｘ軸とＹ軸とが機械的に結合していない場合、１つのＸ軸を制御するＸ軸モータ制御装置と、１つのＹ軸を制御するＹ軸モータ制御装置と、で構成されるモータ制御システムでは、つぎの制御が可能と考えられる。つまり、例えば、Ｘ軸上で生じる変化を反映するために、Ｙ軸上を移動する物を制御するＹ軸モータ制御装置では、Ｘ軸上で生じた変化に囚われることなく、制御パラメータを変更する。このような制御を行っても、従来のモータ制御システムでは、振動を抑制する性能は低下しない。
【０００９】
これに対し、Ｘ軸とＹ軸とが機械的に結合した構成として、例えばガントリ（Ｇａｎｔｒｙ）機構が挙げられる。このようなガントリ機構を有するモータ制御システムは、例えば、Ｘ軸負荷がその上を移動するヘッドと、このヘッド両端部などをＹ軸方向に並列駆動する一対のレールと、を有する。Ｙ軸は、並行して位置するＹ１軸およびＹ２軸を含む。つまり、ガントリ機構を有するモータ制御システムは、Ｘ軸を制御する１つのＸ軸モータ制御装置と、Ｙ１軸およびＹ２軸とを制御する２つのＹ軸モータ制御装置と、を有する。なお、並列駆動は、タンデム駆動ともいう。
【００１０】
この構成において、アンバランスな制御の抑制を目的として、ヘッド上のＸ軸負荷の位置情報をＹ１軸およびＹ２軸に反映させるために、Ｙ１軸モータ制御装置とＹ２軸モータ制御装置とが、それぞれのタイミングで制御パラメータを変更する。
【００１１】
ところが、それぞれの制御装置が適宜、任意のタイミングで、制御パラメータを変更した場合、つぎの不具合が生じることがある。すなわち、Ｙ１軸とＹ２軸とを制御する、それぞれのＹ軸モータ制御装置の間には、ヘッド上のＸ軸負荷が存在する位置に起因して必要とされるトルクを、それぞれのモータに反映させるタイミングがずれる。よって、機械的に結合されたＹ１軸とＹ２軸との間では、ねじれが生じる。そして、このようなねじれが、Ｘ軸負荷の位置決め精度の劣化や振動抑制性能の劣化を招き、ひいては、安全性の低下を招いたり、故障の原因となったりすることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−７０７９０号公報
【特許文献２】特開２００３−１８９６５４号公報
【発明の概要】
【００１３】
本発明に関するモータ制御システムは、複数のモータ制御装置とコントローラとが、通信線を介して接続される。
【００１４】
複数のモータ制御装置は、それぞれに接続されたモータをそれぞれ制御する。コントローラは、それぞれのモータを制御するために、それぞれの動作指令を含む通信信号を生成する。コントローラは、生成した通信信号を複数のモータ制御装置のそれぞれに対して、所定の通信周期で送信する。
【００１５】
複数のモータ制御装置は、第１グループの２つのモータ制御装置と、第２グループのモータ制御装置とを含む。
【００１６】
第１グループのモータ制御装置は、それぞれ、データ送受信部と、モータ制御部と、補正部と、同期部と、を備える。
【００１７】
データ送受信部は、通信信号のうち自らに対する動作指令と、通信信号のうち第２グループのモータ制御装置における動作情報と、を受信する。
【００１８】
モータ制御部は、自らに対する動作指令に基づいて、接続されたモータを制御するためのトルク指令信号を生成する。
【００１９】
補正部は、第２グループのモータ制御装置の動作情報に基づいてトルク補正信号を生成し、このトルク補正信号を用いて、自らのトルク指令信号を補正する。
【００２０】
同期タイミング生成部は、第１グループのモータ制御部間の処理タイミングを合わせるようなタイミング信号を生成する。
【００２１】
本発明のモータ制御システムによれば、つぎの作用効果が期待できる。
【００２２】
つまり、それぞれの軸が互いに機械的に結合される等、影響を及ぼし合うモータ制御システムにおいて、それぞれのモータには、同期して駆動されることが求められる。
【００２３】
そこで、本発明のモータ制御システムを用いれば、それぞれのモータ駆動には、他軸の位置情報のような動作情報を反映できる。さらに、本発明のモータ制御システムを用いれば、それぞれのモータ制御装置は、それぞれのモータを同期するように駆動する。
【００２４】
よって、本発明のモータ制御システムが、例えばガントリ機構に適用される場合、それぞれのモータ制御装置で生じている負荷特性に応じて、円滑に位置決めを行うことができる。
【００２５】
例えば、ガントリ機構の構成において、並行動作する２軸の負荷特性に対して、２軸とは別軸の負荷の位置によって変動が生じた場合、両軸の間で、ねじれが生じることを抑制できる。よって、このようなねじれに基づくＸ軸負荷の位置決め精度や振動抑制性能の劣化を抑制できるとともに、安全性の確保や、故障要因の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御システムの構成図である。
【図２】図２は、同モータ制御システムの第１グループのモータ制御装置のブロック図である。
【図３】図３は、同モータ制御システムの要部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、同モータ制御システムにおいてガントリ機構を制御する動作を説明するための構成図である。
【図５】図５は、同モータ制御システムのタイミングチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御システムの構成図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３におけるモータ制御システムの構成図である。
【図８】図８は、同モータ制御システムの第１グループのモータ制御装置のブロック図である。
【図９】図９は、同モータ制御システムの要部の詳細な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施の形態におけるモータ制御システムについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具現化した一例であって、本発明の技術的範囲を制限するものではない。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御システムの構成図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施の形態におけるモータ制御システム１００は、１つの制御対象機構３３と、複数のモータ３０と、複数のモータ制御装置１０と、１つのモータ制御装置２０と、１つのコントローラ８０と、を備えた構成である。コントローラ８０と、モータ制御装置１０、２０のそれぞれとは、通信線８１を介して、通信接続されている。そして、モータ３０の制御の対象となる制御対象機構３３は、複数の軸を有した構成であり、各軸に対して、１つのモータ３０とモータ制御装置１０、２０のいずれか１つとの組み合わせのモータ装置が対応している。そのようなモータ装置において、モータ３０がモータ制御装置１０、２０からの指令に従って駆動制御され、１つの軸の負荷がその軸上を移動する。
【００３０】
本実施の形態では、このような複数軸のシステムの一例として、上述したガントリ機構である制御対象機構３３を制御するモータ制御システム１００を挙げている。さらに、本実施の形態では、制御対象機構３３の複数軸における親軸としてＸ軸およびＹ軸とする２軸で構成され、Ｙ軸が、さらに親軸の下の子軸としてＹ１軸およびＹ２軸とする２軸で構成されるシステムの一例を示している。すなわち、本実施の形態は、複数の親軸で構成され、そのうちの１つの親軸がさらに複数の子軸で構成されるシステムに適用できる。
【００３１】
このような複数軸を制御するシステムとするため、モータ制御システム１００は、図１に示すように、第１グループとするペア、すなわち２つのモータ制御装置１０と、第２グループとする１つのモータ制御装置２０とを含む構成である。第１グループのモータ制御装置１０は、親軸であるＹ軸を第１グループとして、Ｙ１軸とＹ２軸とのペアである２軸のモータ３０をそれぞれ制御する。そして、第２グループのモータ制御装置２０は、Ｘ軸の１つのモータ３０を制御する。以上、本実施の形態では、図１に示すように、第１グループの第１のモータ制御装置１０には、Ｙ１軸用のモータ３０が接続され、第１グループの第２のモータ制御装置１０には、Ｙ２軸用のモータ３０が接続され、第２グループのモータ制御装置２０には、Ｘ軸のモータ３０が接続されるように構成している。
【００３２】
また、ガントリ構造の制御対象機構３３は、図１に示すように、２つのレール３４と、両レール３４間を跨ぐように配置されるヘッド３５と、ヘッド３５に搭載された負荷３６とで構成されている。２つのレール３４は、それぞれＹ１軸とＹ２軸とに対応づけて互いに並行するように配置されている。また、ヘッド３５は、その両端部がレール３４それぞれに載置されて、Ｙ軸方向に移動可能なように、配置されている。そして、負荷３６は、ヘッド３５に搭載されて、Ｘ軸方向に移動可能なように、配置されている。
【００３３】
以上のような構成により、第１のモータ制御装置１０が、モータ３０を制御してＹ１軸上に配置されたヘッド３５の一端部の位置を制御する。第２のモータ制御装置１０が、モータ３０を制御してＹ２軸上に配置されたヘッド３５の他端部の位置を制御する。このような位置制御により、異常時などを除き、負荷３６を搭載したヘッド３５の両側が、レール３４上をＹ軸方向に等しい位置を保ちながら等しい速度で移動する。すなわち、これにより、Ｙ１軸の負荷およびＹ２軸の負荷となるヘッド３５が、両レール３４で構成されたＹ軸上を移動する。また、第２グループのモータ制御装置２０の接続されたＸ軸のモータ３０は、Ｘ軸の負荷３６がヘッド３５上をＸ軸方向に移動するように、位置制御する。
【００３４】
次に、本実施の形態では、このようなモータ制御装置１０、２０に対して、制御パラメータを設定したり動作指令を与えたりするために、モータ制御装置１０、２０に通信接続されたコントローラ８０を設けている。この通信接続における具体的な通信手法としては、例えば、ＲＳ２３２Ｃ／４８５などのシリアル通信規格や、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）規格に対応したデータ通信であったり、あるいはＦＡネットワーク専用の通信仕様である、ＲＴＥＸ（Ｒｅａｌｔｉｍｅ  Ｅｘｐｒｅｓｓ）やＥｔｈｅｒＣＡＴ通信であったりしてもよい。
【００３５】
また、通信内容として、本実施の形態でのパラメータ設定などに関しては、システムの立上げ時やシステムの動作を変更する場合などにおいて実行される。また、制御パラメータとしては、制御ゲインやフィルタの特性に関する設定値などがある。さらに、このようなパラメータ設定に加えて、コントローラ８０は、モータ３０が所望の動き動作をするように、モータ制御装置１０、２０に対しての動作指令などを含めた各種情報を送出するとともに、モータ制御装置１０、２０から各種情報を受信する。
【００３６】
特に、パラメータ設定に関しては初期設定時など不定期であるのに対して、動作指令に関しては、逐次、システム内での動作を指示する必要がある。このため、本実施の形態では、動作指令を送出する基準周期を設定している。すなわち、コントローラ８０は、この基準周期としての通信周期毎に、位置指令や速度指令などの動作指令を含む指令信号を送出している。また、モータ制御装置１０、２０のそれぞれは、受け取った指令信号に基づき、モータ３０の動作を制御する。さらに、モータ制御装置１０、２０のそれぞれは、通信周期毎にコントローラ８０に対して、動作状態などの動作情報を含む返信信号を送信する。そして、詳細については以下で説明するが、コントローラ８０からは、さらに、通信周期毎に通信タイミング信号Ｓｔが送信されている。図１では、通信線８１を介して、これら指令信号、返信信号および通信タイミング信号Ｓｔを含めた通信周期毎に送出される信号を、通信信号Ｃｍとして示している。なお、本実施の形態では、モータ制御装置１０、２０によってモータ３０の位置を制御する構成例を挙げており、コントローラ８０は、目標とする位置を指令するための位置指令を指令信号に含めてモータ制御装置１０、２０に通知している。
【００３７】
図２は、本実施の形態におけるモータ制御システム１００の第１グループのモータ制御装置１０の詳細な構成を示すブロック図である。また、図３は、モータ制御部１４のさらに詳細な構成を含めたモータ制御装置１０の要部の詳細な構成を示すブロック図である。
【００３８】
次に、図１、図２および図３を参照しながら、モータ制御装置１０の詳細な構成について説明する。
【００３９】
図１に示すように、モータ制御装置１０は、通信処理部１２と、制御パラメータ設定部１３と、モータ制御部１４と、駆動部１５と、同期タイミング生成部１６と、トルク補正部１７とを備えている。
【００４０】
モータ制御装置１０において、通信処理部１２は、通信線８１に通信接続されており、コントローラ８０から、制御パラメータや動作指令などを含めた各種情報を受信するとともに、コントローラ８０に対して、モータ制御装置１０内での各種情報を送信する。
【００４１】
通信処理部１２は、例えばシステムを立上げる初期設定時などにおいて、制御パラメータである一群のデータをコントローラ８０から受け取り、制御パラメータ設定部１３に伝送する。ここで、制御パラメータとしては、各種ゲインやフィルタ定数などとともに、本実施の形態では、トルク補正基準値Ｃｏｒが含まれている。
【００４２】
また、コントローラ８０は、初期設定などが完了すると、通信周期毎に、通信信号Ｃｍでの指令信号として、動作指令を含む情報を送出し、その情報を通信処理部１２が受け取る。本実施の形態では、動作指令として、モータ制御装置１０自身に対して指令された位置を示す位置指令Ｐｃに加えて、負荷３６のＸ軸方向の位置情報である他軸の動作情報も通知される例を挙げている。ここで、本実施の形態では、負荷３６のＸ軸方向の位置情報として、Ｘ軸を制御するモータ制御装置２０に対して指令する位置を示す位置指令であるＸ軸位置指令Ｐｃｘが通知される。すなわち、第１グループであるモータ制御装置１０は、通信処理部１２において、通信信号Ｃｍのうち自らに対する動作指令としてこの位置指令Ｐｃを第１の位置指令として受け取る。これとともに、モータ制御装置１０は、通信信号Ｃｍのうちでの第２グループのモータ制御装置２０における動作情報として、このＸ軸位置指令Ｐｃｘを第２の位置指令として受け取る。
【００４３】
位置指令Ｐｃは、モータ制御部１４に通知され、モータ制御部１４によって、この位置指令Ｐｃに追従するような位置制御が実行される。また、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘは、トルク補正部１７に通知され、トルク補正部１７によって、補正されたトルク指令が生成される。このように、本実施の形態では、動作指令として、位置指令Ｐｃと、動作情報として、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘとが通知される例を挙げて説明するが、当然のことながら、動作指令や動作情報として、これらに加えてさらに他の情報やデータが通知されてもよい。
【００４４】
また、通信処理部１２には、モータ制御装置１０内での各部から各種情報が通知される。本実施の形態では、モータ制御部１４から通信処理部１２に対して、モータ制御部１４で検出されたＹ軸におけるモータの位置情報である検出位置情報Ｐｄｙが通知される。そして、通信処理部１２は、コントローラ８０に対し、通信信号Ｃｍでの返信信号として検出位置情報Ｐｄｙを通知する。
【００４５】
さらに、上述したように、コントローラ８０からは、通信周期毎に、通信信号Ｃｍに含めた通信タイミング信号Ｓｔが送信されている。通信処理部１２は、この通信タイミング信号Ｓｔを検出し、同期タイミング生成部１６に通知する。ここで、位置指令Ｐｃなどはデータとなる信号であるのに対して、通信タイミング信号Ｓｔは、周期的なタイミングを示すためのパルス信号である。すなわち、詳細については以下で説明するが、本実施の形態では、この通信タイミング信号Ｓｔを同期信号として利用し、同期タイミング生成部１６において、通信タイミング信号Ｓｔの周期の同期したクロック信号Ｃｋを生成している。
【００４６】
通信処理部１２は、これらの処理を実行するため、図２に示すように、通信インタフェース（以下、適宜、通信Ｉ／Ｆと記す）２２とデータ送受信部２３とを有している。通信Ｉ／Ｆ２２は、コントローラ８０との通信接続における通信仕様に基づいた変復調器である。通信Ｉ／Ｆ２２は、復調したデータをデータ送受信部２３に転送するとともに、データ送受信部２３からのデータを通信仕様に基づき変調してコントローラ８０に送信する。さらに、通信Ｉ／Ｆ２２は、通信信号Ｃｍに含まれる通信タイミング信号Ｓｔを抜き取り、同期タイミング生成部１６に供給する。また、データ送受信部２３は、通信Ｉ／Ｆ２２が変復調するデータを一時保持する。
【００４７】
次に、モータ制御装置１０において、制御パラメータ設定部１３は、一群のデータで構成される制御パラメータ群Ｐｒｍを、通信処理部１２から例えばシステム立上げ時において受け取る。制御パラメータ設定部１３は、図３に示すように、例えば、制御パラメータメモリ１３２とパラメータ処理部１３３とを有している。
【００４８】
制御パラメータ設定部１３は、受け取った制御パラメータ群Ｐｒｍを制御パラメータメモリ１３２に記憶するとともに、パラメータ処理部１３３の処理によって、記憶した制御パラメータを所定の機能部に設定する。すなわち、例えば図３に示すように、制御パラメータ群Ｐｒｍに含まれるゲインＫｖｆｆ、Ｋｐｐ、Ｋｔｆｆや定数などは、モータ制御部１４における制御や処理の機能部に設定される。さらに、本実施の形態では、制御パラメータ群Ｐｒｍに含まれる、トルク補正基準値Ｃｏｒがトルク補正部１７に設定される。
【００４９】
次に、モータ制御装置１０において、同期タイミング生成部１６は、上述したように通信タイミング信号Ｓｔの周期に同期したクロック信号Ｃｋや、さらに、そのクロック信号ＣｋからＰＷＭキャリア信号Ｓｃを生成している。特に、本実施の形態では、Ｙ１軸に対応する第１のモータ制御装置１０とＹ２軸に対応する第２のモータ制御装置１０とが同期して処理されるように、このような同期タイミング生成部１６を設けた構成としている。すなわち、第１および第２のモータ制御装置１０は、それぞれ通信タイミング信号Ｓｔのタイミングを基準として処理が実行される。このように、同期タイミング生成部１６は、第１グループのモータ制御装置１０間の処理タイミングを合わせるようなタイミング信号を生成している。
【００５０】
同期タイミング生成部１６は、これら信号を生成するため、図２に示すように、クロック生成部６２と、分周カウンタ６３と、位相比較器６４と、ＰＷＭキャリア生成部６５とを有している。ここで、クロック生成部６２と、分周カウンタ６３と、位相比較器６４とにより、いわゆるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）回路を構成している。クロック生成部６２は、制御信号Ｄｐに応じたクロック周波数のクロック信号Ｃｋを生成する。分周カウンタ６３は、クロック信号Ｃｋを分周したパルス信号Ｐｆｓを生成する。ここで、パルス信号Ｐｆｓの周期が通信タイミング信号Ｓｔの周期とほぼ同じなるように、分周カウンタ６３の分周比を設定している。位相比較器６４は、このようなパルス信号Ｐｆｓと通信タイミング信号Ｓｔとの位相を比較し、その比較に基づく制御信号Ｄｐを生成する。そして、この制御信号Ｄｐがクロック生成部６２に供給される。このような構成により、ＰＬＬの原理に基づき、クロック信号Ｃｋが通信タイミング信号Ｓｔにロックし、クロック信号Ｃｋが通信タイミング信号Ｓｔに同期する。クロック信号Ｃｋは、周知のとおり、モータ制御装置１０内のデジタル処理に利用される。
【００５１】
また、ＰＷＭキャリア生成部６５には、分周カウンタ６３からキャリア生成用のパルスが供給される。このキャリア生成用のパルスは、通信タイミング信号Ｓｔに同期したクロック信号Ｃｋを、所定の分周比で分周したデューティ５０％の信号である。ＰＷＭキャリア生成部６５は、このようなキャリア生成用のパルスを、例えば積分回路で積分することにより、三角波であるＰＷＭキャリア信号Ｓｃを生成する。ＰＷＭキャリア信号Ｓｃは、駆動部１５に供給され、ＰＷＭ（パルス幅変調）を利用した駆動電圧Ｖｄを生成するのに利用される。また、キャリア生成用のパルスは、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔとしてモータ制御部１４に供給され、このキャリア生成用のパルスの周期は、モータ制御部１４での制御の基準周期として利用される。
【００５２】
次に、モータ制御装置１０において、モータ制御部１４と駆動部１５とは、モータ３０の動作を制御するために設けている。ここで、図２では、モータ３０について、ＵＶＷ相の３相駆動のブラシレスモータとした例を挙げている。すなわち、モータ３０は、各相に対応する巻線３１を備えたステータと永久磁石を保持したロータとを含む構成である。このステータの各巻線３１に、互いの位相が１２０度ずれた駆動電圧Ｖｄを加えることで巻線３１が通電され、巻線３１に電流が流れてロータが回転する。そして、ロータの回転に応じて、そのロータに接続された対応軸が位置制御される。また、モータ３０にはロータの回転位置を検出するための位置センサ３２が装着されている。位置センサ３２からは、ロータの回転位置に対応する位置センサ信号Ｐｄが出力され、その位置センサ信号Ｐｄがモータ制御部１４に通知される。なお、本実施の形態では、このような回転動作するモータ３０により負荷を直線的に位置制御する例を挙げて説明するが、負荷に対して直接に直線的位置制御するリニアモータであってもよい。
【００５３】
このようなモータ３０を駆動制御するため、モータ制御部１４は、モータ３０の位置、速度やトルクを制御する。そして、駆動部１５は、モータ３０の巻線３１を通電駆動する。
【００５４】
モータ制御部１４は、このような制御を実行するため、図２に示すように、位置検出部４２、位置制御部４３、速度制御部４４、トルクフィードフォワード（以下、トルクＦＦと記す）処理部４５、およびトルク制御部４６を備えている。これら各部は、制御パラメータ設定部１３によって、制御パラメータ群Ｐｒｍに含まれるゲインや定数が設定されている。また、モータ制御部１４には、通信処理部１２のデータ送受信部２３から、通信周期毎に、Ｙ軸方向における位置指令Ｐｃが通知される。そして、位置検出部４２に対して、位置センサ３２から位置センサ信号Ｐｄが通知され、位置検出部４２によってＹ軸方向における検出位置情報Ｐｄｙが生成される。この検出位置情報Ｐｄｙは、通信処理部１２にも通知され、さらに、返信信号の１つの情報としてコントローラ８０に通知される。
【００５５】
モータ制御部１４は、このような構成により、位置センサ信号Ｐｄに基づく検出位置情報Ｐｄｙを利用したフィードバック制御によって、コントローラ８０からの位置指令ＰｃにＹ軸方向の負荷位置が追従するように、動き動作を制御している。
【００５６】
モータ制御部１４により上述のようなフィードバック制御を行うため、まず、図３に示すように、位置制御部４３において、減算器４３２により、位置指令Ｐｃと検出位置情報Ｐｄｙとの差である位置偏差ｄＰが算出される。さらに、位置比例部４３３が、その位置偏差ｄＰに対して位置ゲインＫｐｐを乗算するなどの演算を行う。さらに、図３では、位置制御部４３において、さらに速度フィードフォワード（以下、速度ＦＦと記す）部４３４を含む例を示している。速度ＦＦ部４３４は、位置指令Ｐｃに対して微分演算とともに、速度ＦＦゲインＫｖｆｆを乗算するなどの演算を行う。図３の例では、位置制御部４３は、加算器４３５により、位置比例部４３３の出力に速度ＦＦ部４３４の出力を加算した値を、速度指令Ｖｃとして出力している。その速度指令Ｖｃは、速度の指令として速度制御部４４に通知される。
【００５７】
次に、図３に示す速度制御部４４において、まず、速度検出部４４２が、速度を検出し、検出速度Ｖｄｙとして出力する。速度検出部４４２は、速度を検出するため、例えば、検出位置情報Ｐｄｙに対して微分演算を行うことで速度を検出している。さらに、減算器４４３により、供給された速度指令Ｖｃと検出速度Ｖｄｙとの差である速度偏差ｄＶを算出する。さらに、その速度偏差ｄＶに対して、速度比例部４４４が速度ゲインＫｖｐを乗算するなどの比例演算を行う。一方、速度積分部４４５が、その速度偏差ｄＶに対して積分を行い、さらに積分ゲインＫｖｉを乗算する。そして、加算器４４６により、速度比例部４４４の出力と速度積分部４４５の出力が加算されることで、速度演算に基づく駆動トルク量が算出される。この速度制御部４４において算出された駆動トルク量は、速度演算に基づくトルク指令Ｔｒとして出力される。
【００５８】
さらに、本実施の形態では、図２に示すように、モータ制御部１４において、トルクＦＦ処理部４５およびトルク制御部４６を含む例を示している。トルクＦＦ処理部４５は、図３に示すように、トルクＦＦ部４５２を有している。トルクＦＦ部４５２は、位置指令Ｐｃに対して、一階微分や二階微分処理を行い、さらに、その微分値に対してトルクＦＦゲインＫｔｆｆを乗算する演算を行い、トルクＦＦ値Ｔｒｆとして出力する。またトルク制御部４６には、速度制御部４４からのトルク指令Ｔｒと、トルクＦＦ処理部４５からのトルクＦＦ値Ｔｒｆが供給される。トルク制御部４６は、加算器４６２によりトルク指令ＴｒとトルクＦＦ値Ｔｒｆとを加算する。本実施の形態では、このように、速度演算に基づくトルク指令ＴｒにトルクＦＦ値Ｔｒｆを加算することで求めた値を、モータ３０を作動させようとする基準の駆動トルク量とし、トルク指令Ｔｃとして出力される。
【００５９】
そして、本実施の形態では、以上のようなモータ制御部１４の処理で求めたトルク指令Ｔｃに対してさらに補正し、その補正したトルク指令Ｔｃｃに基づき、第１グループでのモータ３０を駆動することを特徴としている。
【００６０】
このようなトルク指令Ｔｃｃを生成するため、本実施の形態では、トルク補正部１７を設けている。トルク補正部１７は、図２および図３に示すように、補正量算出部７２と加算器７６とを有している。補正量算出部７２には、制御パラメータ設定部１３から制御パラメータ群Ｐｒｍに含まれるトルク補正基準値Ｃｏｒが通知される。さらに、補正量算出部７２には、通信処理部１２から、Ｘ軸を制御するモータ制御装置２０に対しての位置指令であるＸ軸位置指令Ｐｃｘが通知される。補正量算出部７２は、これらトルク補正基準値ＣｏｒとＸ軸位置指令Ｐｃｘとに基づき、トルク指令Ｔｃに対する補正量であるトルク補正値Ｃｏｔを算出している。すなわち、トルク補正部１７に供給されたトルク指令Ｔｃには、加算器７６によりトルク補正値Ｃｏｔが加算され、トルク補正部１７は、その加算結果を、補正したトルク指令Ｔｃｃとして出力する。
【００６１】
また、補正量算出部７２は、トルク補正値Ｃｏｔを算出するため、図２および図３に示すように、補正量テーブル７３と乗算器７４とを有している。補正量テーブル７３は、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘを補正比率に変換するような変換テーブルである。すなわち、この補正量テーブル７３にＸ軸位置指令Ｐｃｘが供給されることで、補正量テーブル７３から補正比率Ｒｃが出力される。乗算器７４は、トルク補正基準値Ｃｏｒに対して、この補正比率Ｒｃを乗算することでトルク補正値Ｃｏｔを求めている。
【００６２】
以下でさらに詳細について説明するが、補正量テーブル７３では、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘに基づき、次のような補正比率Ｒｃとなるようにテーブルが設定されている。すなわち、ガントリ構造の制御対象機構３３において、負荷３６が自身のレール３４に近くなるほど、補正比率Ｒｃが大きくなるように、テーブルを設定している。言い換えると、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘが自身のレール３４に近くなるような指令であるほど、補正比率Ｒｃを大きくしている。これにより、負荷３６が自身のレール３４に近くなるほど、トルク量が大きくなるようにトルク指令Ｔｃを補正し、Ｙ１軸とＹ２軸との駆動力のバランスを図っている。すなわち、Ｘ軸方向における負荷３６の位置によるアンバランスに対し、負荷３６が自身のレール３４に近いほど、駆動力が大きくなるように補正している。
【００６３】
最後に、モータ制御装置１０において、駆動部１５は、トルク補正部１７から供給されたトルク指令Ｔｃｃに基づく駆動電圧Ｖｄを生成する。駆動部１５は、駆動電圧Ｖｄを生成するため、図２に示すように、駆動波形生成部５２、ＰＷＭ処理部５３およびインバータ５４を備えている。
【００６４】
駆動波形生成部５２には、トルク指令Ｔｃｃが通知される。駆動波形生成部５２は、トルク指令Ｔｃｃの大きさに応じた波形の信号を生成する。より具体的には、例えば、モータ３０の各相の巻線３１を正弦波駆動する場合、駆動波形生成部５２は、トルク指令Ｔｃｃの大きさに応じた振幅の正弦波波形を相ごとに生成し、駆動波形信号ＤｒとしてＰＷＭ処理部５３に供給する。
【００６５】
ＰＷＭ処理部５３には、ＰＷＭ処理部５３から駆動波形信号Ｄｒが供給されるとともに、同期タイミング生成部１６のＰＷＭキャリア生成部６５からＰＷＭキャリア信号Ｓｃが供給される。ＰＷＭ処理部５３は、三角波のＰＷＭキャリア信号Ｓｃと駆動波形信号Ｄｒとの振幅比較を行うことでパルス幅変調（ＰＷＭ）を行う。これにより、ＰＷＭ処理部５３は、駆動波形信号Ｄｒのレベルに応じたパルス幅、あるいはデューティ比のパルス列で構成されるＰＷＭ信号Ｄｐを相ごとに生成している。
【００６６】
インバータ５４は、ＰＷＭ処理部５３からの各相のＰＷＭ信号Ｄｐを受けて駆動電圧Ｖｄを生成し、モータ３０のそれぞれの巻線３１に印加する。インバータ５４は、スイッチング素子およびダイオードなどの電力変換素子で構成される。インバータ５４は、スイッチング素子を用いて、電源から供給された電圧をＰＷＭ信号Ｄｐに応じてスイッチング、すなわちオン／オフすることにより駆動電圧Ｖｄを生成している。
【００６７】
以上、モータ制御装置１０は、このように生成した駆動電圧Ｖｄをモータ３０の巻線３１に加えることで巻線３１が通電され、モータ３０がトルク指令Ｔｃｃに応じたトルクを出力する。このような第１グループのモータ制御装置１０による制御および駆動により、コントローラ８０からの位置指令Ｐｃに追従するように、ヘッド３５の一端部が、レール３４上をＹ軸方向に移動する。そして、第１グループにおける第１のモータ制御装置１０と第２のモータ制御装置１０とが、コントローラ８０から、同様の位置指令Ｐｃで位置制御されることにより、負荷３６を搭載したヘッド３５の両端が、レール３４上をＹ軸方向に等しい位置を保ちながら等しい速度で移動する。特に、本実施の形態では、上述したように、両モータ制御装置１０とも、コントローラ８０からの通信タイミング信号Ｓｔに同期して処理が実行される。このため、両モータ制御装置間においても、互いに同期して処理が実行されることになる。
【００６８】
次に、モータ制御装置２０の構成について説明する。
【００６９】
モータ制御装置２０は、図１に示すように、モータ制御装置１０と同様に、通信処理部１２と、制御パラメータ設定部１３と、モータ制御部１４と、駆動部１５とを備え、さらに、タイミング生成部１６２を備えている。ここで、モータ制御装置１０と同様の構成要素については、詳細な説明を省略する。また、タイミング生成部１６２は、コントローラ８０からの通信タイミング信号Ｓｔの同期する機能を有さないことを除き、同期タイミング生成部１６と同様である。すなわち、タイミング生成部１６２は、自走のクロック信号ＣｋやＰＷＭキャリア信号Ｓｃを生成している。なお、モータ制御装置２０においても、モータ制御装置１０と同様に同期タイミング生成部１６とし、通信タイミング信号Ｓｔの周期の同期したクロック信号Ｃｋ等を生成する構成としてもよい。要するに、本実施の形態では、第１のモータ制御装置１０と第２のモータ制御装置１０とが、上述したように同期することが必須要件である。
【００７０】
モータ制御装置２０には、コントローラ８０から、通信信号Ｃｍに含めてＸ軸位置指令Ｐｃｘが通知される。上述したように、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘは、ヘッド３５に搭載されている負荷３６のＸ軸方向の位置指令である。モータ制御装置２０のモータ制御部１４は、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘに応じた負荷３６の位置となるようにトルク指令Ｔｃを生成する。そして、モータ制御装置２０の駆動部１５は、トルク指令Ｔｃに応じた駆動電圧Ｖｄをモータ３０の巻線３１に印加する。このようにして、負荷３６に対する位置制御が実行される。さらに、モータ制御装置２０において位置センサ信号Ｐｄに基づき生成された検出位置情報Ｐｄｘは、通信処理部１２からコントローラ８０に対し、返信信号の１つの情報として通知される。
【００７１】
図４は、本実施の形態におけるモータ制御システム１００において、ガントリ機構を制御する動作を説明するための構成図である。
【００７２】
次に、図４、表１を用いて、トルク補正部１７によるトルク補正の処理について、さらに詳細に説明する。
【００７３】
図４に示すように、本実施の形態において、図中、Ｘ軸は、左右方向と定める。ヘッド３５には、Ｘ軸上、左側に位置する位置０を原点として、右側に位置する位置１０までの目盛りが定められる。位置５は、ヘッド３５の中央部となる。
【００７４】
【表１】
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【００７５】
本構成において、Ｘ軸負荷３６の位置と、Ｙ１軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ１と、Ｙ２軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ２とが表１に示す関係を満たせば、ヘッド３５は、Ｙ軸方向について円滑に移動する。
【００７６】
すなわち、Ｘ軸負荷３６が位置５にあるとき、Ｙ１軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ１と、Ｙ２軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ２とは、いずれも補正なしのトルク指令Ｔｃとなる。
【００７７】
Ｘ軸負荷３６が位置０に向かって移動すれば、Ｙ１軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ１は＋１加算し、Ｙ２軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ１は−１減算する。この結果、Ｘ軸負荷３６が位置０にあるとき、Ｙ１軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ１は（Ｔｃ＋５）、Ｙ２軸用の補正されたトルク指令Ｔｃｃ２は（Ｔｃ−５）となる。
【００７８】
上記トルク指令であれば、ヘッド３５は、Ｙ１軸とＹ２軸との間にねじれを生じることなく、円滑に移動する。
【００７９】
ところで、本実施の形態におけるモータ制御システム１００において、適宜、Ｘ軸負荷３６と、Ｙ軸負荷であるヘッド３５とは、コントローラ８０からの指示により、移動している。よって、例えば、両モータ制御装置１０が、ヘッド３５を、より円滑に移動させるために、つぎの制御が行われる。
【００８０】
すなわち、コントローラ８０は、モータ制御装置１０に対して、自らへの位置指令Ｐｃに加えて、Ｘ軸負荷３６の最新の位置指令Ｐｃｘも送信する。
【００８１】
この結果、モータ制御システム１００において、例えばＸ軸負荷３６が、位置０方向に＋１移動する毎に、Ｙ１軸側では、トルク指令Ｔｃに対するトルク補正値Ｃｏｔとして＋１が生じる。このとき、Ｙ２軸側では、トルク指令Ｔｃに対するトルク補正値Ｃｏｔとして−１が生じる。
【００８２】
逆に、モータ制御システム１００において、Ｘ軸負荷３６が、位置１０方向に＋１移動する毎に、Ｙ１軸側では、トルク指令Ｔｃに対するトルク補正値Ｃｏｔとして−１が生じる。このとき、Ｙ２軸側では、トルク指令Ｔｃに対するトルク補正値Ｃｏｔとして＋１が生じる。
【００８３】
上述したように、本モータ制御システム１００は、トルク補正部１７を用いて、補正されたトルク指令Ｔｃｃ１、Ｔｃｃ２が表１を満たすよう演算する。換言すれば、補正されたトルク指令Ｔｃｃ１、Ｔｃｃ２は、常に、Ｘ軸負荷３６が搭載されたヘッド３５を円滑に移動させるような値となる。
【００８４】
よって、本モータ制御システム１００が、ガントリ機構である制御対象機構３３に用いられたとしても、Ｘ軸負荷３６の位置に起因して、ねじれが生じることを抑制できる。
【００８５】
図４での例では、ヘッド３５上を移動するＸ軸負荷３６は、Ｘ軸上、位置８の目盛り上に位置する。よって、Ｙ１軸に反映されるトルク補正値Ｃｏｔは−３となる。一方、Ｙ２軸に反映されるトルク補正値Ｃｏｔは＋３となる。
【００８６】
図１に示すように、トルク補正部１７は、算出したトルク補正値Ｃｏｔを、モータ制御部１４で生成したトルク指令Ｔｃに反映する。よって、トルク補正部１７では、補正されたトルク指令Ｔｃｃが導き出される。補正されたトルク指令Ｔｃｃは、駆動部１５に通知される。このように、補正されたトルク指令Ｔｃｃは、モータ制御部１４で生成したトルク指令Ｔｃに対して、算出したトルク補正値Ｃｏｔを加算する。Ｘ軸負荷３６が位置８の位置にある場合、Ｙ１軸における補正されたトルク指令Ｔｃｃは（Ｔｃ−３）となる。
【００８７】
同様に、Ｘ軸負荷３６が位置８の位置にある場合、Ｙ２軸における補正されたトルク指令Ｔｃｃは（Ｔｃ＋３）となる。
【００８８】
このように補正されたトルク指令Ｔｃｃに基づいて、駆動部１５において、モータ３０を駆動する駆動電圧Ｖｄが生成される。生成された駆動電圧Ｖｄは、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔに従い、モータ３０の巻線３１に出力される。モータ３０は、供給された駆動電圧Ｖｄに応じて駆動される。
【００８９】
図５は、本実施の形態におけるモータ制御システム１００のタイミングチャートである。
【００９０】
次に、図５を用いて、モータ制御装置１０が同期して制御および駆動処理を実行することを中心に、モータ制御システム１００の各部の動作について、説明する。
【００９１】
図２に示すように、モータ制御装置１０は、コントローラ８０から送信される通信信号Ｃｍに含まれる自軸の位置指令Ｐｃに基づいて、適宜、制御される。このとき、Ｘ軸負荷３６を移動させる位置指令Ｐｃｘも、コントローラ８０からモータ制御装置１０に送信される。
【００９２】
以下、図面を用いて、Ｘ軸負荷３６に生じた移動を反映しながら、モータ制御装置１０それぞれが、同期して動作することについて説明する。
【００９３】
図５中、上段側には、通信信号Ｃｍとともに、同期タイミング生成部１６が生成するパルスのタイミングを示す。また、中段には、Ｙ１軸に対応する第１のモータ制御装置１０に関するタイミング、下段側には、Ｙ２軸に対応する第２のモータ制御装置１０に関するタイミングが示される。
【００９４】
時刻ｔ１において、モータ制御装置１０には、それぞれ、通信線８１を介してコントローラ８０から、自軸に対する位置指令Ｐｃと、Ｘ軸に対する位置指令Ｐｃｘと、を含むデータが通信信号Ｃｍに重畳されて送信される。
【００９５】
コントローラ８０からの送信に続いて、モータ制御装置１０は、それぞれの軸に取り付けられたモータ３０について、現在の位置情報である検出位置情報Ｐｄｙを、通信線８１を介してコントローラ８０に送信する。すなわち、検出位置情報Ｐｄｙは、図５での拡大部分に示すような通信信号Ｃｍ中の送信データに含まれて、Ｙ１軸、Ｙ２軸の順にコントローラ８０へと送信される。
【００９６】
その後、時刻ｔ２において、コントローラ８０からは、図５に示すパルス状の通信タイミング信号Ｓｔが送出される。モータ制御装置１０の通信処理部１２は、通信タイミング信号Ｓｔを通信信号Ｃｍから抜き取り、同期タイミング生成部１６に送信する。ここで、通信処理部１２は、つぎの点を考慮して、モータ制御装置１０で実行されるモータ駆動のタイミングが同一となるよう、通信タイミング信号Ｓｔを同期タイミング生成部１６に送信する。すなわち、考慮する点とは、通信線８１を介して受信した信号のフレーム長、フレームの順番、ビットレート、ノードの接続順などである。
【００９７】
同期タイミング生成部１６は、上述したように、クロック生成部６２と分周カウンタ６３と位相比較器６４とを有したＰＬＬ回路を備えている。同期タイミング生成部１６は、このＰＬＬ回路を利用して、図５に示すように、通信タイミング信号Ｓｔの立下りエッジと、分周カウンタ６３から出力される分周パルスＰｆｓの立下りエッジとの位相が一致するように、クロック生成部６２のクロック信号Ｃｋの周波数や位相を制御する。これによって、通信タイミング信号Ｓｔに同期したクロック信号Ｃｋや分周パルスＰ６ｆｓが生成される。そして、通信タイミング信号Ｓｔに同期した分周パルスＰ６ｆｓから、所定のタイミングだけ遅れたパルスであるサーボ起動タイミング信号Ｓｓｔが生成される。さらに、ＰＷＭキャリア信号Ｓｃは、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔのタイミングに基づき生成されている。ここで、このように生成されたサーボ起動タイミング信号ＳｓｔやＰＷＭキャリア信号Ｓｃも、通信タイミング信号Ｓｔに同期している。
【００９８】
このように、同期タイミング生成部１６は、通信処理部１２から通信タイミング信号Ｓｔが送信された時、つぎの目的を達するために、ＰＷＭキャリア信号などの位相が通信タイミング信号Ｓｔに同期するようにクロック信号Ｃｋを調整する。すなわち、達する目的とは、同期タイミング生成部１６が通信タイミング信号Ｓｔを受信してから、所定のタイミングだけ遅れた時間に、予め設定された周期のサーボ起動タイミング信号Ｓｓｔを出力することである。本実施の形態において、予め設定された周期とは、通信周期の１／ｎ倍（ｎは整数）である。
【００９９】
ここで、ＰＷＭキャリア信号Ｓｃについて、説明する。
【０１００】
ＰＷＭキャリア信号Ｓｃは、トルク指令Ｔｃｃの大きさに応じた駆動波形をパルス幅変調するのに使用される三角波である。すなわち、ＰＷＭキャリア信号Ｓｃに同期したサーボ起動タイミング信号Ｓｓｔは、モータ３０へ供給する駆動電圧Ｖｄを調整するタイミングのトリガとも言える。よって、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔのタイミングに基づきそれぞれのモータ制御装置１０で行われる制御処理は、ＰＷＭキャリア信号Ｓｃの周期に合わせて実行される。このように、モータ制御装置１０において、モータ３０へ電流を供給するタイミングや、モータ制御装置１０内で実行される制御処理のタイミングは、同期タイミング生成部１６により通信タイミング信号Ｓｔに同期するように調整されている。
【０１０１】
本実施の形態において、予め、通信周期は、１周期が０．６ｍｓ（６００μｓ）と設定している。さらに、ＰＷＭキャリア信号Ｓｃやサーボ起動タイミング信号Ｓｓｔは、１周期が通信周期の１／６と設定している。ここで、クロック信号Ｃｋのクロック周波数を１ＭＨｚとした場合、分周カウンタ６３の分周比として６００分周と設定することで、１周期が０．６ｍｓの分周パルス信号Ｐｆｓを生成できる。また、分周カウンタ６３の分周比として１００分周と設定することで、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔと同じ１周期が０．１ｍｓ（１００μｓ）の分周パルス信号Ｐ６ｆｓを生成できる。また、図５では、ＰＷＭキャリア信号が０の時、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔが出力されるような位相関係の例を示している。また、図５では、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔは、通信タイミング信号Ｓｔの立下りタイミングから１０μｓ後に出力されるような例を示している。
【０１０２】
換言すれば、同期タイミング生成部１６でＰＷＭキャリア信号Ｓｃなどが、通信タイミング信号Ｓｔに同期するように調整される。そして、このように調整された結果、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔのタイミングにおいて、モータ制御装置１０それぞれが、同じタイミングで、モータ制御部１４、トルク補正部１７や駆動部１５の処理が実行される。
【０１０３】
モータ制御装置１０では、トルク補正部１７にて、Ｘ軸の位置指令Ｐｃｘに応じたトルク補正値Ｃｏｔが算出される。トルク補正部１７では、算出されたトルク補正値Ｃｏｔが、モータ制御部１４で生成した自軸のトルク指令Ｔｃに加算される。よって、それぞれ、補正されたトルク指令Ｔｃｃが、算出される。
【０１０４】
図５に示すように、こうして得られた補正されたトルク指令Ｔｃｃが、次の周期のサーボ起動タイミング信号Ｓｓｔのタイミングにおいて、トルク補正部１７から駆動部１５に送信される。
【０１０５】
駆動部１５では、補正されたトルク指令Ｔｃｃに応じて、モータ３０へ供給する駆動電圧Ｖｄが生成される。駆動電圧Ｖｄは、その後発生するサーボ起動タイミング信号Ｓｓｔのタイミングに合わせて、駆動部１５からモータ３０に供給される。
【０１０６】
このようにして、それぞれのコントローラ８０とモータ制御装置２０とに指示された内容は、コントローラ８０のそれぞれに接続されたモータ３０に対して、同期して反映される。
【０１０７】
つまり、本構成において、モータ制御部１４を含む、各処理工程において、それぞれの演算工程に時間的ばらつきが生じたとしても、それぞれのモータ制御装置１０に指示された指令内容は、つぎの理由により、同期してモータ３０に反映される。すなわち、それぞれのモータ制御装置１０に指示された指令内容は、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔが出力されるタイミング毎に実行される。換言すれば、コントローラ８０からそれぞれのモータ制御装置１０に送信される制御信号の１単位と、サーボ起動タイミング信号Ｓｓｔの周期とを同期させることにより、モータ制御装置１０それぞれが受信した制御信号を、同じタイミングで実行できる。
【０１０８】
しかも、モータ制御装置１０がモータ３０に供給する駆動電圧Ｖｄには、最新のＸ軸負荷３６の位置指令Ｐｃｘが反映されている。よって、本実施の形態におけるモータ制御システム１００をガントリ機構に用いたとしても、Ｘ軸負荷３６の位置に起因するねじれが生じることはない。
【０１０９】
この結果、本モータ制御システム１００は、モータ制御装置１０、２０のそれぞれで生じている負荷特性に応じて、円滑に位置決めを行うことができる。
【０１１０】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御システム１０２のブロック図である。
【０１１１】
図６において、実施の形態１におけるモータ制御システム１００と同様の構成については、同じ符号を付して、説明を援用する。
【０１１２】
図１に示す実施の形態１におけるモータ制御システム１００との比較において、図６に示すモータ制御システム１０２では、トルク補正部１７に対して、Ｘ軸における検出した位置を示す検出位置情報Ｐｄｘが供給されており、この構成が実施の形態１と異なっている。
【０１１３】
図５で説明したように、通信信号Ｃｍには、モータ制御装置１０から送信されるデータやモータ制御装置２０から送信されるデータが含まれている。これらデータには、モータ制御装置１０の検出位置情報Ｐｄｙやモータ制御装置２０の検出位置情報Ｐｄｘが含まれている。そこで、第１グループであるモータ制御装置１０は、第２グループのモータ制御装置２０における動作情報として、通信周期毎に通信信号Ｃｍに含まれる検出位置情報Ｐｄｘを抽出している。そして、モータ制御装置１０において、通信処理部１２からトルク補正部１７に対して、Ｘ軸における検出位置情報Ｐｄｘが供給される。
【０１１４】
この検出位置情報Ｐｄｘは、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘと同様に、Ｘ軸負荷３６に実際の位置に対応している。
【０１１５】
これより、例えば、表１での位置としてＸ軸位置指令Ｐｃｘに代えて、検出位置情報Ｐｄｘとすることによってもトルク補正値Ｃｏｔを求めることができる。
【０１１６】
（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３におけるモータ制御システム１０３のブロック図である。
【０１１７】
図７において、実施の形態１におけるモータ制御システム１００と同様の構成については、同じ符号を付して、説明を援用する。
【０１１８】
図１に示す実施の形態１におけるモータ制御システム１００との比較において、図７に示すモータ制御システム１０３では、モータ制御装置１０において、トルク補正部１７に代えてＦＦゲイン補正部１８を備えている。さらに、このＦＦゲイン補正部１８には、通信処理部１２からＸ軸位置指令Ｐｃｘとともに、トルクＦＦゲイン基準値Ｋｔｆｒが供給される。そして、このＦＦゲイン補正部１８から、モータ制御部１４のトルクＦＦ処理部４５に対して、トルクＦＦゲインＫｔｆｆが供給される。
【０１１９】
すなわち、実施の形態１では、トルクＦＦゲインＫｔｆｆは、制御パラメータの１つとして例えば初期設定時などに供給されたのに対して、本実施の形態では、ＦＦゲイン補正部１８がトルクＦＦゲインＫｔｆｆを算出している。ＦＦゲイン補正部１８は、通信処理部１２から通信周期ごとに供給されるＸ軸位置指令ＰｃｘとトルクＦＦゲイン基準値Ｋｔｆｒとに基づき、このトルクＦＦゲインＫｔｆｆを算出している。
【０１２０】
また、本実施の形態は、実施の形態１のようなトルク指令を補正する構成ではないため、モータ制御部１４で生成されたトルク指令Ｔｃを駆動部１５に供給している。
【０１２１】
このようにモータ制御装置１０においてトルクＦＦゲインＫｔｆｆを算出するため、本実施の形態では、図７に示すように、補正量算出部８２を有したＦＦゲイン補正部１８を設けている。補正量算出部８２には、通信処理部１２から通信周期ごとに、Ｘ軸を制御するモータ制御装置２０に対しての位置指令であるＸ軸位置指令Ｐｃｘ、およびトルクＦＦ部４５２におけるトルクＦＦゲインの基準値とするためのトルクＦＦゲイン基準値Ｋｔｆｒが通知される。補正量算出部８２は、これらトルクＦＦゲイン基準値ＫｔｆｒとＸ軸位置指令Ｐｃｘとに基づき、トルクＦＦゲインＫｔｆｆを算出している。
【０１２２】
また、補正量算出部８２は、トルクＦＦゲインＫｔｆｆを算出するため、図８および図９に示すように、補正量テーブル８３と乗算器７４とを有している。補正量テーブル８３は、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘを補正比率に変換するような変換テーブルである。すなわち、この補正量テーブル８３にＸ軸位置指令Ｐｃｘが供給されることで、補正量テーブル８３から補正比率Ｒｃが出力される。乗算器７４は、トルクＦＦゲイン基準値Ｋｔｆｒに対して、この補正比率Ｒｃを乗算することでトルクＦＦゲインＫｔｆｆを求めている。
【０１２３】
ここで、本実施の形態での補正量テーブル８３では、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘに基づき、次のような補正比率Ｒｃとなるようにテーブルが設定されている。すなわち、ガントリ構造の制御対象機構３３において、負荷３６が自身のレール３４に近くなるほど、補正比率Ｒｃが大きくなるように、テーブルを設定している。言い換えると、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘが自身のレール３４に近くなるような指令であるほど、補正比率Ｒｃを大きくしている。これにより、負荷３６が自身のレール３４に近くなるほど、トルクＦＦによるトルク量、すなわち、トルクＦＦ部４５２から出力されるトルクＦＦ値Ｔｒｆが大きくなるようにトルク指令Ｔｒを補正し、Ｙ１軸とＹ２軸との駆動力のバランスを図っている。すなわち、Ｘ軸方向における負荷３６の位置によるアンバランスに対し、負荷３６が自身のレール３４に近いほど、駆動力が大きくなるように補正している。
【０１２４】
このように、本実施の形態でも、負荷３６の位置によるアンバランスを補正できるため、例えばガントリ機構の構成においても、ヘッドの位置によって並行動作する２軸の負荷特性に変動が生じた場合、両軸の間で、ねじれが生じることを抑制できる。
【０１２５】
なお、実施の形態２でも説明してように、本実施の形態でも、Ｘ軸位置指令Ｐｃｘに代えて検出位置情報Ｐｄｘを利用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
本発明のモータ制御システムは、それぞれの軸に取り付けられたモータを制御する、複数のモータ制御装置を備えるモータ制御システムの制御に有用である。
【符号の説明】
【０１２７】
１０，２０    モータ制御装置
１２    通信処理部
１３    制御パラメータ設定部
１４    モータ制御部
１５    駆動部
１６    同期タイミング生成部
１７    トルク補正部
１８    ＦＦゲイン補正部
２３    データ送受信部
３０    モータ
３１    巻線
３２    位置センサ
３３    制御対象機構
３４    レール
３５    ヘッド
３６    負荷
４２    位置検出部
４３    位置制御部
４４    速度制御部
４５    トルクＦＦ処理部
４６    トルク制御部
５０    デューティ
５２    駆動波形生成部
５３    ＰＷＭ処理部
５４    インバータ
６２    クロック生成部
６３    分周カウンタ
６４    位相比較器
６５    ＰＷＭキャリア生成部
７２，８２    補正量算出部
７３，８３    補正量テーブル
７４    乗算器
７６，４３５，４４６，４６２    加算器
８０    コントローラ
８１    通信線
１００，１０２，１０３    モータ制御システム
１３２    制御パラメータメモリ
１３３    パラメータ処理部
１６２    タイミング生成部
４３２，４４３    減算器
４３３    位置比例部
４３４    速度ＦＦ部
４４２    速度検出部
４４４    速度比例部
４４５    速度積分部
４５２    トルクＦＦ部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータをそれぞれ制御する複数のモータ制御装置と、それぞれの前記モータを制御するためのそれぞれの動作指令を含む通信信号を生成し、生成した通信信号を前記複数のモータ制御装置のそれぞれに対して、所定の通信周期で送信するコントローラと、を、通信線を介して通信接続するモータ制御システムであって、
前記複数のモータ制御装置は、第１グループの２つのモータ制御装置と、第２グループのモータ制御装置とを含み、
前記第１グループのモータ制御装置のそれぞれは、
前記通信信号のうち自らに対する動作指令と、前記通信信号のうち前記第２グループのモータ制御装置における動作情報とを受信するデータ送受信部と、
前記動作指令に基づいて、前記モータを制御するためのトルク指令信号を生成するモータ制御部と、
前記動作情報に基づいてトルク補正信号を生成し、前記トルク補正信号を用いて、前記トルク指令信号を補正する補正部と、
前記第１グループの前記モータ制御部間の処理タイミングを合わせるようなタイミング信号を生成する同期タイミング生成部と、を備えるモータ制御システム。
【請求項２】
前記同期タイミング生成部は、前記通信周期に同期する前記タイミング信号を生成し、前記タイミング信号に基づき、前記モータ制御部が処理を実行する、請求項１に記載のモータ制御システム。
【請求項３】
前記動作指令は、自らの前記モータを駆動するために位置を指令する位置指令であり、
前記動作情報は、前記第２グループのモータ制御装置に対しての位置を指令する位置指令と、前記第２グループのモータ制御装置において検出した位置を示す位置情報とのいずれかである、請求項１に記載のモータ制御システム。
【請求項４】
前記動作指令は、自らの前記モータを駆動するために位置を指令する位置指令であり、
前記モータ制御部は、前記位置指令に対してトルクフィードフォワードゲインを利用してトルクフィードフォワード処理を行うトルクフィードフォワード処理部を有し、
前記補正部は、前記動作情報に基づいて、前記トルクフィードフォワードゲインを変更し、前記トルクフィードフォワード処理部の出力を、前記トルク補正信号とする、請求項１に記載のモータ制御システム。
【請求項５】
前記動作情報は、前記第２グループのモータ制御装置に対しての位置を指令する位置指令と、前記第２グループのモータ制御装置において検出した位置を示す位置情報とのいずれかである、請求項４に記載のモータ制御システム。
【請求項６】
前記複数のモータ制御装置が制御するそれぞれの前記モータは、ガントリ機構を成す負荷を位置制御する、請求項１から５のいずれか一項に記載のモータ制御システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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