(57)【要約】対象物を異なる各軸方向に移動させる複数のモータ（５１ｘ、５１ｙ）を制御するモータ制御システムは、複数のターゲット装置（４ｘ、４ｙ）と、各前記ターゲット装置へ同期化信号を供給するホスト装置（２）を含む。各ターゲット装置は、三角波信号を用いてモータ駆動用のＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成するＰＷＭ信号生成器（４４１ｘ、４４１ｙ）を含み、対応するモータと共に配置される。各ＰＷＭ信号生成器は同期化信号に応答して三角波信号をリセットする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を異なる各軸方向に移動させる複数のモータを制御するモータ制御システムにおいて、
三角波信号を用いてモータ駆動用のＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成器をそれぞれが含む複数のターゲット装置と、
各前記ターゲット装置へ同期化信号を供給するホスト装置を含み、
各前記ターゲット装置は対応するモータと共に配置され、各前記ＰＷＭ信号生成器は前記同期化信号に応答して前記三角波信号をリセットするモータ制御システム。
【請求項２】
各前記ＰＷＭ信号生成器は前記三角波信号を生成するためクロック間隔を繰り返しカウントするカウンタを含み、前記ホスト装置は前記ＰＷＭ信号生成器中の前記カウンタの周期と同じまたはその整数倍の周期でクロック間隔を繰り返しカウントするカウンタを有し前記ＰＷＭ信号生成器中の前記カウンタの計数値が所定値に達したとき同期化信号を生成する請求項１のモータ制御システム。
【請求項３】
各前記ターゲット装置は前記同期化信号に応答してリセット信号を生成するリセット信号生成器を更に含み、前記ＰＷＭ信号生成器は前記リセット信号に応答して前記三角波信号をリセットする請求項１のモータ制御システム。
【請求項４】
前記ホスト装置はシリアルバスを介して各前記ターゲット装置へ接続される請求項１のモータ制御システム。
【請求項５】
異なる各軸方向に対象物を移動させる第１および第２のモータを制御するモータ制御システムにおいて、
第１の位置指令と第１の位置フィードバック間の第１の位置偏差に基づいて第１の速度指令を生成し、第２の位置指令と第２の位置フィードバック間の第２の位置偏差に基づいて第２の速度指令を生成し、第１の速度指令と第１の速度フィードバック間の第１の速度偏差に基づいて第１のトルク指令を生成し第２の速度指令と第２の速度フィードバック間の第２の速度偏差に基づいて第２のトルク指令を生成する位置速度制御器と、
第１の駆動電流を前記第１のモータへ供給すると共に第１の電流フィードバックを発生する第１のサーボアンプと、
第１のＰＷＭ信号を前記第１のサーボアンプへ供給する第１のＰＷＭ信号生成器と、
前記第１の電流フィードバックと前記第１のトルク指令に基づいて第１の三相電圧指令を前記第１のＰＷＭ信号生成器へ供給する第１の電流制御器と、
第２の駆動電流を前記第２のモータへ供給すると共に第２の電流フィードバックを生成する第２のサーボアンプと、
第２のＰＷＭ信号を前記第２のサーボアンプへ供給する第２のＰＷＭ信号生成器と、
前記第２の電流フィードバックと前記第２のトルク指令に基づいて第２の三相電圧指令を前記第２のＰＷＭ信号生成器へ供給する第２の電流制御器と、
前記第１のトルク指令を前記第１の電流制御器へ送信する第１のシリアルバスと、
前記第２のトルク指令を前記第２の電流制御器へ送信する第２のシリアルバスを含むモータ制御システム。
【請求項６】
前記第１のＰＷＭ信号生成器は三角波信号を生成するため第１の計数値信号を生成する第１のカウンタを有し、前記第２のＰＷＭ信号生成器は三角波信号を生成するため第２の計数値信号を生成する第２のカウンタを有し、前記位置速度制御器は前記第１および第２のカウンタを同期させる同期化信号を生成する同期化信号生成器を含む請求項５のモータ制御システム。
【請求項７】
前記同期化信号生成器は前記第１および第２のカウンタの周期と同じまたはその整数倍の周期で繰り返しクロック間隔をカウントする第３のカウンタを含む請求項５のモータ制御システム。
【請求項８】
異なる各軸方向に対象物を移動させる第１および第２のモータを制御するモータ制御システムにおいて、
クロック間隔を繰り返しカウントする第１のカウンタを有し前記第１のモータ用の第１のＰＷＭ信号を生成する第１のＰＷＭ信号生成器と、
クロック間隔を繰り返しカウントする第２のカウンタを有し前記第２のモータ用の第２のＰＷＭ信号を生成する第２のＰＷＭ信号生成器と、
前記第１および第２のカウンタを同期させる同期化信号を生成する同期化信号生成器を含むモータ制御システム。
【請求項９】
前記同期化信号生成器は前記第１および第２のカウンタの周期と同じまたはその整数倍の周期で繰り返しクロック間隔をカウントする第３のカウンタを含む請求項８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、複数のモータを制御するモータ制御システムに関する。特に、本発明は、複数モータを制御して対象物を異なる軸の方向に移動させるモータ制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
放電加工機およびマシニングセンタのような工作機械は、対象物を各軸方向に移動させる複数モータと、ＮＣコードを解析して対象物が移動する軌跡を求める解析部と、その軌跡に基づいて位置、速度およびモータ用駆動電流を制御する位置／速度／電流制御部を備えて構成されている。対象物は、例えば、ヘッドに取り付けられた工具、またはテーブルに固定されたワークである。一般的に、工作機械は物理的に離れた数値制御装置（ＮＣ）を備えている。解析部は数値制御装置の中に含まれ、ＮＣコードはＮＣプログラムまたは操作者による書式入力として解析部へ送られる。従来の工作機械の多くは、以下の典型的なハードウェア構成のいずれかによって実現されていた。
（１） １つの解析部がホスト装置として設けられ、位置／速度／電流制御部とサーボアンプがターゲット装置としてモータ毎に設けられている構成。
（２） 解析部と位置／速度／電流制御部が同一のホスト装置であり、電流指令がホスト装置から各モータ用のサーボアンプへ送られる構成。【０００３】
最初の構成（１）の場合、信号は解析部から各位置／速度／電流制御部へシリアルバス等の比較的低速な配線によって送信可能であるため、省配線化が可能であった。【０００４】
第２の構成（２）の場合、各モータ用サーボアンプに対する電流指令がただ１つのホスト装置の出力を用いて決定されるため、複数のモータを同期させ易く、高速高精度な駆動を実現できる。特許文献１および２は、第２の構成（２）を用いたモータ制御に関する装置を開示している。
【特許文献１】特開２００４−２５２５２７号公報
【特許文献２】特開２００４−２８０５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、第１の構成（１）の場合、モータ毎に配置された位置／速度／電流制御部としてのターゲット装置を同期させることが困難である。特に、モータの同期駆動が困難であり、高速高精度な性能が要求される工作機械には不向きである。また、第２の構成（２）の場合、演算負荷が最も重い電流制御がただ１つのホスト装置の処理装置を用いて処理されるため、工作機械が多くの制御軸を必要とすると処理装置の処理負荷が増大してしまう。このため、多数のモータを制御する場合はモータの実行周期を低い周波数に設定するなどの対応が必要となり、高速駆動が困難であった。【０００６】
本発明は上記の問題に対応するものである。概して、本発明は、制御信号用の配線が少ない、複数のモータを高速で高精度に駆動するモータ制御システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によれば、対象物を異なる各軸方向に移動させる複数のモータを制御するモータ制御システムは、三角波信号を用いてモータ駆動用のＰＷＭ信号を生成するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号生成器をそれぞれが含む複数のターゲット装置と、各ターゲット装置へ同期化信号を供給するホスト装置を含み、ターゲット装置はモータ毎に配置され、ＰＷＭ信号生成器は同期化信号に応答して三角波信号をリセットする。【０００８】
好ましくは、各ＰＷＭ信号生成器は三角波信号を生成するためにクロック間隔を繰り返しカウントするカウンタを有し、ホスト装置はＰＷＭ信号生成器中のカウンタの周期と同じまたはその整数倍の周期でクロック間隔を繰り返しカウントするカウンタを有しＰＷＭ信号生成器中のカウンタの計数値が所定値に達したとき同期化信号を生成する。【０００９】
ホスト装置中のカウンタへ入力されるクロックは、ＰＷＭ信号生成器中のカウンタが入力するクロックと同じ周波数を有することが望ましいが、ホスト装置中のカウンタへ入力されるクロックの周波数は、各ＰＷＭ信号生成器中のカウンタへ入力されるクロックの周波数の整数倍である。【００１０】
また、好ましくは、各ターゲット装置は同期化信号に応答してリセット信号を生成するリセット信号生成器を更に含み、三角波信号生成器はリセット信号に応答して三角波信号をリセットする。【００１１】
本発明の別の側面によれば、異なる各軸方向に対象物を移動させる第１および第２のモータを制御するモータ制御システムは、第１の位置指令と第１の位置フィードバック間の第１の位置偏差に基づいて第１の速度指令を生成し、第２の位置指令と第２の位置フィードバック間の第２の位置偏差に基づいて第２の速度指令を生成し、第１の速度指令と第１の速度フィードバック間の第１の速度偏差に基づいて第１のトルク指令を生成し第２の速度指令と第２の速度フィードバック間の第２の速度偏差に基づいて第２のトルク指令を生成する位置速度制御器を含む。そのモータ制御システムは、第１の駆動電流を第１のモータへ供給すると共に第１の電流フィードバックを発生する第１のサーボアンプと、第１のＰＷＭ信号を第１のサーボアンプへ供給する第１のＰＷＭ信号生成器と、第１の電流フィードバックと第１のトルク指令に基づいて第１の三相電圧指令を第１のＰＷＭ信号生成器へ供給する第１の電流制御器と、第２の駆動電流を第２のモータへ供給すると共に第２の電流フィードバックを生成する第２のサーボアンプと、第２のＰＷＭ信号を第２のサーボアンプへ供給する第２のＰＷＭ信号生成器と、第２の電流フィードバックと第２のトルク指令に基づいて第２の三相電圧指令を第２のＰＷＭ信号生成器へ供給する第２の電流制御器と、第１のトルク指令を第１の電流制御器へ送信する第１のシリアルバスと、第２のトルク指令を第２の電流制御器へ送信する第２のシリアルバスを更に含む。【００１２】
好ましくは、第１のＰＷＭ信号生成器は三角波信号を生成するため第１の計数値信号を生成する第１のカウンタを有し、第２のＰＷＭ信号生成器は三角波信号を生成するため第２の計数値信号を生成する第２のカウンタを有し、位置速度制御器は第１および第２のカウンタを同期させる同期化信号を生成する同期化信号生成器を含む。【００１３】
本発明の更に他の側面によれば、異なる各軸方向に対象物を移動させる第１および第２のモータを制御するモータ制御システムは、クロック間隔を繰り返しカウントする第１のカウンタを有し第１のモータ用の第１のＰＷＭ信号を生成する第１のＰＷＭ信号生成器と、クロック間隔を繰り返しカウントする第２のカウンタを有し第２のモータ用の第２のＰＷＭ信号を生成する第２のＰＷＭ信号生成器と、第１および第２のカウンタを同期させる同期化信号を生成する同期化信号生成器を含む。
【発明の効果】
【００１４】
ホスト装置が生成した同期化信号に応答して各三角波生成器が三角波信号のリセットを繰り返し行うことにより、三角波信号の望ましくない位相ずれを抑えることができる。したがって、複数のモータの位相同期化を達成することができると共に、高速高性能なモータ制御システムを実現することができる。【００１５】
また、処理負荷の軽い位置制御および速度制御がホスト装置において実行され、処理負荷の重い電流制御が各ターゲット装置において実行される構成を採用することにより、ホスト装置と各ターゲット装置とをシリアルバス等の比較的低速な配線によって接続することができ、システムを省配線化できる。【００１６】
発明の他の新規な特徴は、以下の説明中に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明のモータ制御システムを示すブロック図である。
【図２】（Ａ）はホスト装置内の計数値信号を示すフローチャート、（Ｂ）はホスト装置内の同期化信号を示すフローチャート、（Ｃ）はターゲット装置内のリセット信号を示すフローチャート、（Ｄ）はターゲット装置内の計数値信号を示すフローチャート、（Ｅ）はターゲット装置内の三角波信号を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００１８】
１      ヒューマン・インターフェイス
１００  モータ制御システム
２      ホスト装置
２１    解析器および位置／速度制御器
２１１  同期化信号生成器
２１２  カウンタ
２２    メモリ
２３    シリアル／パラレル変換器
３      ハブ
３２    シリアルバス
４ｘ    Ｘ軸制御装置
４ｙ    Ｙ軸制御装置
４１ｘ、４１ｙ  シリアル／パラレル変換器
４２ｘ、４２ｙ  メモリ
４３ｘ、４３ｙ  電流制御器
４４ｘ、４４ｙ  ＰＷＭ信号生成器
４４１ｘ、４４１ｙ  三角波生成器
４４２ｘ、４４２ｙ  カウンタ
４５ｘ、４５ｙ  サーボアンプ
４６ｘ、４６ｙ  エンコーダカウンタ
４７ｘ、４７ｙ  リセット信号生成器
５１ｘ、５１ｙ  サーボモータ
５２ｘ、５２ｙ  ロータリエンコーダ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明のモータ制御システムの一実施例が説明される。【００２０】
図１中に示されるように、モータ制御システム１００は、ホスト装置２と、ハブ３と、ターゲット装置としてのＸ軸制御装置４ｘ及びＹ軸制御装置４ｙを含んでいる。説明を簡単にするため、本実施例では、モータ制御システム１００は、対象物をＸ軸およびＹ軸の２方向に移動させる２つのサーボモータ５１ｘおよび５１ｙを制御する。しかしながら、制御軸はこの限りではない。追加の制御軸が必要とされる場合、モータと、Ｘ軸制御装置４ｘと同様のターゲット装置を追加することができる。【００２１】
ヒューマン・インターフェイス１はコンピュータを備えた装置であり、例えばキーボード、マウス、表示装置等を備えたパソコンである。本実施例では、ヒューマン・インターフェイス１とホスト装置２は、工作機械から物理的に離れた数値制御装置（「ＮＣ」）の中に含まれている。工作機械を操作する操作者はヒューマン・インターフェイス１を介して各種のデータ、指令等を入力することができ、それらはホスト装置２へ供給される。【００２２】
ホスト装置２は、解析器および位置／速度制御器２１と、メモリ２２と、シリアル／パラレル変換器２３を備えて構成されている。解析器および位置／速度制御器２１は、１つのＣＰＵ等によって構成されている。解析器および位置／速度制御器２１は、内部にデータ／プログラム記憶部（メモリ）（図示しない）を備え、加工に先立ってＮＣプログラムがその記憶部に記憶される。解析器および位置／速度制御器２１は、ＮＣプログラムに記述されたＮＣコードを解析して対象物が移動する軌跡情報を求める。更に、解析器および位置／速度制御器２１は、軌跡情報に基づいて、モータ５１ｘ、５１ｙのそれぞれの位置指令を発生する。Ｘ軸およびＹ軸用の位置フィードバックが、サーボモータ５１ｘおよび５１ｙ中に適当に設けられた位置検出器から位置／速度制御器２１へ供給されている。位置指令と位置フィードバック間の位置偏差に基づいて、サーボモータ５１ｘおよび５１ｙ用の速度指令が発生される。更に、速度指令と、位置フィードバックの微分値である速度フィードバック間の速度偏差に基づいてサーボモータ５１ｘおよび５１ｙ用のトルク指令が発生される。【００２３】
トルク指令はメモリ２２に一旦記憶され、シリアル／パラレル変換器２３によってパラレル信号からシリアル信号に変換されてＸ軸制御装置４ｘおよびＹ軸制御装置４ｙへ供給される。このように処理負荷の軽い位置／速度制御処理が、ただ１つの処理装置、すなわち解析器および位置／速度制御器２１によって実行される。処理負荷の高い電流制御はＸ軸制御装置４ｘおよびＹ軸制御装置４ｙのそれぞれで実行される。こうして、ホスト装置２とＸ軸制御装置４ｘおよびＹ軸制御装置４ｙとの間を比較的低速なシリアルバス３２を用いて配線できる。したがって、モータ制御システム中の配線数を削減できる。ハブ３はホスト装置２が生成するトルク指令をＸ軸制御装置４ｘおよびＹ軸制御装置４ｙへ送信するための分配器である。【００２４】
Ｘ軸制御装置４ｘは、シリアル／パラレル変換器４１ｘ、メモリ４２ｘ、電流制御器４３ｘ、ＰＷＭ信号生成器４４ｘ、サーボアンプ４５ｘ、エンコーダカウンタ４６ｘおよびリセット信号生成器４７ｘを含んでいる。シリアル／パラレル変換器４１ｘはホスト装置２からハブ３およびシリアルバス３２を介して送信されたトルク指令をシリアル信号からパラレル信号に変換する。変換されたトルク指令はメモリ４２ｘに一旦記憶される。電流制御器４３ｘはただ１つのＣＰＵによって構成されている。サーボモータ５１ｘの位置フィードバックがエンコーダカウンタ４６ｘによって発生され、電流フィードバックがサーボアンプ４５ｘによって発生され、両フィードバックが電流制御器４３ｘへ供給されている。電流制御器４３ｘはメモリ４２に記憶されたトルク指令を読み出し、位置フィードバック、電流フィードバックおよびトルク指令に基づいて三相電圧指令を生成する。ＰＷＭ信号生成器４４ｘは所定周期の三角波を生成する三角波生成器４４１ｘを有し、三角波信号と三相電圧指令に基づいてＰＷＭ信号を生成する。サーボアンプ４５ｘはＰＷＭ信号に基づいて駆動電流を発生し、駆動電流をサーボモータ５１ｘへ供給する。サーボモータ５１ｘはロータリエンコーダ５２ｘを備えている。ロータリエンコーダ５２ｘはサーボモータ５１ｘの回転位置をパルス信号としてエンコーダカウンタ４６ｘへ供給する。三角波生成器４４１ｘは、クロック発生器（図示しない）とカウンタ４４２ｘを有し、カウンタ４４２ｘはクロック間隔をカウントして図２（Ｄ）中に示された計数値信号を生成する。三角波生成器４４１ｘは、計数値信号を用いて図２（Ｅ）中に示された三角波信号を生成する。カウンタ４４２ｘはアップダウンカウンタであってもよいし、単に零から上限値までのカウントを繰り返すカウンタであってもよい。【００２５】
Ｙ軸制御装置４ｙは上述のＸ軸制御装置４ｘと同様の要素を用いて実現されているため、ここではその説明を繰り返さない。【００２６】
本発明は三角波生成器４４１ｘおよび４４１ｙが生成する三角波の周期の一致と、サーボモータ５１ｘおよび５１ｙの同期駆動を達成する。そのため、三角波生成器４４１ｘおよび４４１ｙ中のクロック発生器は、同じまたは整数倍の周波数をもつクロック間隔を発生する。しかしながら、実際には、クロック発生器は別個であるので、それぞれのクロックは時間の経過とともに非同期となってしまう。その結果、カウンタ４４２ｘおよび４４２ｙの計数値信号にばらつきが生じてしまい、そのことが三角波生成器４４１ｘおよび４４１ｙが生成する三角波に位相ずれを引き起こしてしまう。このような事態になると、各モータは非同期状態となり、モータの高精度制御を行うことができなくなってしまう。【００２７】
そこで、各三角波信号生成器を同時にリセットする同期化信号を生成する同期化信号生成器２１１が位置／速度制御器２１の中に設けられる。同期化信号生成器２１１は、カウンタ４４２ｘおよび４４２ｙの周期と同じまたはその整数倍の周期でクロック間隔を繰り返しカウントするカウンタ２１２を有する。図２（Ａ）は、カウンタ２１２が生成する計数値信号を示す。カウンタ２１２は内部または外部に設置されたクロック発生器（図示しない）から出力されるクロック間隔をカウントする。カウンタ２１２は、アップダウンカウンタであってもよいし、単に零から上限値までのカウントを繰り返すアップカウンタであってもよい。同期化信号生成器２１１は、図２（Ｂ）中に示されるように、カウンタ２１２の計数値が所定値に達する毎に信号ＰＨ＿ＣＬＫ、すなわち同期化信号を生成する。信号ＰＨ＿ＣＬＫは、図２（Ａ）中の計数値信号が“０”になる度に“Ｈｉ”と“Ｌｏｗ”を切り替える矩形信号である。例えば、信号ＰＨ＿ＣＬＫは、時刻ｔ１で“Ｌｏｗ”から“Ｈｉ”に切り替わり、時刻ｔ２で“Ｈｉ”から“Ｌｏｗ”に切り替わる。信号ＰＨ＿ＣＬＫは、ハブ３、シリアルバス３２およびシリアル／パラレル変換器４１ｘを介してリセット信号生成器４７ｘおよび４７ｙへ供給される。ＰＷＭ信号生成器４４ｘおよび４４ｙはこの同期化信号ＰＨ＿ＣＬＫに応じてそれぞれの計数値信号を零にリセットし、再びカウントが始まる。こうすることにより、三角波生成器４４１ｘおよび４４１ｙにおいて生成された三角波信号の位相ずれが定期的に修正され、各三角波信号の同期化が達成される。【００２８】
説明を簡単にするため、以下、主にＸ軸制御装置４ｘ中に含まれる要素を用いて説明を行うが、Ｙ軸制御装置４ｙでも同様の信号処理が実行される。【００２９】
リセット信号生成器４７ｘは、図２（Ｃ）中に示されるように、信号ＰＨ＿ＣＬＫの立ち上がりに応答してリセット信号としてのパルス信号ＳＹＮＣ＿ＣＯＭを生成する。信号ＳＹＮＣ＿ＣＯＭは、例えば時刻ｔ１および時刻ｔ３で、つまり信号ＰＨ＿ＣＬＫの１周期毎に生成される。信号ＳＹＮＣ＿ＣＯＭは三角波生成器４４１ｘへ供給される。三角波生成器４４１ｘは、信号ＳＹＮＣ＿ＣＯＭの立ち上がりに応答して計数値信号を零にリセットし、再び計数値信号の生成を開始する。こうして、三角波生成器４４１ｘは、リセット信号に応答して三角波信号をリセットする。例えば、時刻ｔ１および時刻ｔ３で計数値信号のリセットが実行される。時刻ｔ１から時刻ｔ３の間で、三角波生成器４４１ｘおよび４４１ｙにおいて生成された三角波信号の間で位相ずれが生じても、信号ＳＹＮＣ＿ＣＯＭの立ち上がりに応答して計数値信号のリセットが繰り返し実行されるため、各三角波信号間の位相ずれを抑えることができる。従って、サーボモータ５１ｘおよび５１ｙの同期化が達成され、高速高性能なモータ制御システムが実現される。【００３０】
本発明は開示された形式に限定されるものではない。上記の説明を参照して多くの改良および変形が可能である。例えば、図２（Ｃ）および図２（Ｄ）中に示されているように、カウンタ４４２ｘおよび４４２ｙの計数値信号は信号ＳＹＮＣ＿ＣＯＭの立ち上がりに応答して零にリセットされている。その代わりに、それら計数値信号を信号ＰＨ＿ＣＬＫの立ち上がりに応答して零にリセットするようにしてもよい。図示の実施例は発明の本質と実用化を説明するために選ばれた。【００３１】
本発明はさまざまな図と実施例を参照して詳しく説明されたが、当然のことながらそれらは例示のみを目的としており発明の範囲を限定するものと見なすべきではない。当業者は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく本発明に多くの変更および修正をなすことができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
2008018183.tif 000005
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2008018183.tif 000007
2008018183.tif 000008
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