(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによって移動される移動体の位置が目標位置になるようにモータの目標速度を設定する位置制御部と、モータの速度が目標速度と一致するように目標モータ電流を設定する速度制御部と、目標モータ電流と一致するようにモータ電流を制御する電流制御部とを備えたサーボ制御装置において、
移動体が移動開始位置から移動終了位置まで移動する間の所定位置で、電流制御部による制御と、電流制御部、位置制御部及び速度制御部による制御とを切換える切換手段を備え、
移動体が移動開始位置から前記所定位置に移動する間は電流制御部による制御を行い、位置制御部及び速度制御部による制御は行わず、前記所定位置から移動終了位置に移動する間は電流制御部、位置制御部及び速度制御部による制御を行うべくなしてあることを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
移動体の移動開始時からの経過時間を計測する計測手段と、
経過時間が、所定時間に達したことを検出する検出手段と
を備え、経過時間が前記所定時間に達した場合、前記切換手段により、電流制御部による制御から電流制御部、位置制御部及び速度制御部による制御へ切換えるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
【請求項３】
目標モータ電流を指定する指定手段を備え、
移動体が移動開始位置から前記所定位置に移動する間、電流制御部は、指定手段が指定する目標モータ電流に基づいてモータ電流を制御すべくなしてあることを特徴とする請求項１又は２記載のサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ（サーボモータ）による移動体の移動を制御するサーボ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物品を移動させる際、物品（移動体）の位置制御として、サーボ制御が用いられている。例えば、物流システム内での物品の搬送装置又はクリーンルーム内での電子部品の搬送装置等において、物品又は電子部品を２つの所定の位置間で繰り返し搬送する際の位置制御に、サーボ制御が用いられている。また、例えば繊維巻取り時に綾振りを行うベルト正逆式トラバース装置において、トラバースガイドを所定の範囲で往復運動する際の位置制御に、サーボ制御が用いられている。
【０００３】
サーボモータを制御するサーボ制御装置の概略を図６に示す。図６においては、サーボモータ（以下、モータという）２０のモータ電流が、電流指令で指定された目標モータ電流になるように制御する電流制御部１４と、モータ２０によって移動する移動体の位置が、位置指令で指定された位置になるように目標モータ電流を指定する位置制御部１０及び速度制御部１２とを備える。
【０００４】
位置制御部１０には、図示しない例えば搬送装置の中央制御部から出力された位置指令と、モータ２０の回転状態を検出する回転検出器２２から出力された回転検出信号とが入力される。位置制御部１０は、回転検出信号に基づいて位置フィードバック量を算出し、位置指令と位置フィードバック量とに基づいた位置偏差量を算出し、算出した位置偏差量に応じた速度指令を出力する。
【０００５】
速度制御部１２には、位置制御部１０から出力された速度指令と、回転検出器２２から出力された回転検出信号とが入力される。速度制御部１２は、回転検出信号に基づいて速度フィードバック量を算出し、速度指令と速度フィードバック量とに基づいた速度偏差量を算出し、算出した速度偏差量に応じた電流指令を出力する。
【０００６】
電流制御部１４には、速度制御部１２から出力された電流指令と、モータ２０のモータ電流を検出する電流検出器２４から出力された電流検出信号とが入力される。電流制御部１４は、電流検出信号に基づいてモータ電流を算出し、電流指令とモータ電流との電流偏差量を算出する。電流制御部１４は、電流偏差量に応じた電圧指令を出力し、モータ電流を増減させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したサーボ制御装置においては、速度指令及び電流指令等の算出時間と、回転検出信号の転送時間とにより、移動体の速度及び加速度が制限される。例えば、サーボ制御における移動体の位置と速度との関係を図７に示すが、多くの場合、図７に示すように、速度は最大値（サーボモータの特性及び搬送物の負荷等により決まる値）より小さい値に制限される。
【０００８】
上述した搬送装置又はトラバース装置においては、移動体の速度が速い方が、搬送時間を短縮化又は巻取速度を高速化することができ、移動体の移動を含む全体の処理時間を短縮して効率を高めることができる。しかし、図７に示したように、速度指令及び電流指令等の算出時間と、回転検出信号の転送時間とによって移動速度が制限されるため、搬送時間を短縮化又は巻取速度を高速化できずにいる。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、移動体が移動開始位置から所定位置に移動する間は、電流制御部だけを使用した制御に切換える切換手段により、位置制御部及び速度制御部を使用した場合に生じる移動速度の制限を無くし、移動速度を前記制限よりも高速化して、移動体の移動を含む処理全体の効率を向上させるサーボ制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、移動開始時からの経過時間を計測する計測手段と、移動体が前記所定位置へ到達する所定時間に経過時間が達したことを検出する検出手段とにより、位置検出を行わずに、移動体が所定位置に到達したことを検出できるサーボ制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、モータが破損しない程度の大きな目標モータ電流を、電流制御部に指示する指定手段により、移動速度を、モータが出力可能な最高値近くまで高速化できるサーボ制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、移動体の位置の検出精度（算出精度）を切換える切換手段により、算出精度を通常よりも低下させ、位置制御部及び速度制御部の演算負荷を低減して移動速度の制限を緩和し、移動速度の高速化を可能にして、移動体の移動を含む処理全体の効率を向上できるサーボ制御装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、桁数の少ない低精度の位置検出信号又は桁数の多い高精度の位置検出信号を出力する位置検出手段により、低精度の位置検出信号の転送速度を高精度の位置検出信号より速くし、位置制御部及び速度制御部による位置検出の処理時間を高速化できるサーボ制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るサーボ制御装置は、モータによって移動される移動体の位置が目標位置になるようにモータの目標速度を設定する位置制御部と、モータの速度が目標速度と一致するように目標モータ電流を設定する速度制御部と、目標モータ電流と一致するようにモータ電流を制御する電流制御部とを備えたサーボ制御装置において、移動体が移動開始位置から移動終了位置まで移動する間の所定位置で、電流制御部による制御と、電流制御部、位置制御部及び速度制御部による制御とを切換える切換手段を備え、移動体が移動開始位置から前記所定位置に移動する間は電流制御部による制御を行い、位置制御部及び速度制御部による制御は行わず、前記所定位置から移動終了位置に移動する間は電流制御部、位置制御部及び速度制御部による制御を行うべくなしてあることを特徴とする。
【００１５】
このようなサーボ制御装置は、切換手段により、移動体が移動開始位置から所定位置に移動する間は、電流制御部のみを使用した制御を行い、位置制御部及び速度制御部を使用した制御は行わない。そして、所定位置から移動終了位置に移動する間は、電流制御部、位置制御部及び速度制御部を使用した制御を行う。電流制御部だけを使用した場合、位置制御部及び速度制御部による移動体の位置の算出時間によって、移動体の移動速度が制限されることが無いため、移動速度を前記制限される速度よりも高速化できる。また、所定位置は、移動体が移動終了位置で精度良く停止できるように設定される。移動開始位置から所定位置の間は、電流制御部だけを使用して移動速度を高速化し、所定位置から移動終了位置の間は電流制御部、位置制御部及び速度制御部を使用して精度良く位置制御を行うことができる。
【００１６】
第２発明に係るサーボ制御装置は、第１発明において、移動体の移動開始時からの経過時間を計測する計測手段と、経過時間が、所定時間に達したことを検出する検出手段とを備え、経過時間が前記所定時間に達した場合、前記切換手段により、電流制御部による制御から電流制御部、位置制御部及び速度制御部による制御へ切換えるように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
このようなサーボ制御装置は、計測手段により、移動体の移動開始時からの経過時間を計測し、検出手段により、経過時間が、移動体が移動を開始してから所定位置に到達する所定時間に達したことを検出する。経過時間が所定時間に達した場合、切換手段により、電流制御部による制御から電流制御部、位置制御部及び速度制御部による制御へ切換える。第１発明と同様に、移動開始位置から所定位置までの間は、電流制御部だけを使用して移動速度を高速化できると共に、位置検出を行わずに、計測手段による計時に基づいて、移動体が所定位置に到達したことを検出手段で検出できる。電子部品の搬送装置及びベルト正逆式トラバース装置等においては、負荷及び移動距離が予め決められていることが多く、モータ特性に基づいて、移動体が所定位置に達する所定時間を予め求めておくことができる。
【００１８】
第３発明に係るサーボ制御装置は、第１又は第２発明において、目標モータ電流を指定する指定手段を備え、移動体が移動開始位置から前記所定位置に移動する間、電流制御部は、指定手段が指定する目標モータ電流に基づいてモータ電流を制御すべくなしてあることを特徴とする。
【００１９】
このようなサーボ制御装置は、移動体が移動開始位置から所定位置に移動する間、電流制御部は、指定手段が指定する目標モータ電流に基づいて制御を行う。指定手段によって指定する目標モータ電流は、モータが破損しない程度の大きな目標モータ電流にすることができ、移動速度を、モータが出力可能な最高値近くまで高速化することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
（第１の実施の形態）
本発明に係るサーボ制御装置の概略構成を図１に示す。サーボ制御装置は、モータ（サーボモータ）２０に流れるモータ電流に応じた電流検出信号を出力する電流検出器２４と、モータ電流が電流指令で指定された目標モータ電流になるようにモータ２０を駆動する電流制御部１４と、モータ２０によって移動する移動体の位置に応じた回転検出信号を出力する回転検出器２２と、移動体の位置が位置指令で指定された位置になるように目標モータ電流（電流指令）を指定する位置制御部１０及び速度制御部１２と、電流制御部１４に与える電流指令を切換える切換部（切換手段）３０と、電流指令の切換を指示するタイマ（検出手段）３２とを備える。
【００２５】
位置制御部１０の速度指令出力は速度制御部１２の速度指令入力に接続され、速度制御部１２の電流指令出力は切換部３０の入力の一方（端子ｂ）に接続され、切換部３０の出力（端子ｃ）は電流制御部１４の電流指令入力に接続される。電流制御部１４の出力は、モータ２０に流れるモータ電流を増減させる電流増幅部に接続される。タイマ３２の切換指令出力は切換部３０の切換指令入力に接続される。
【００２６】
モータ（サーボモータ）２０は、モータ電流とトルクとがほぼ比例するモータであり、例えばブラシレスＤＣモータを用いることができる。モータ２０近傍部には、モータの回転状態を検出する回転検出器２２と、モータ電流を検出する電流検出器２４とが設けられ、回転検出器２２の回転検出信号出力は位置制御部１０及び速度制御部１２の回転検出信号入力に夫々接続され、電流検出器２４の電流検出信号出力は電流制御部１４の電流検出信号入力に接続される。
【００２７】
位置制御部１０には、図示しない例えば搬送装置の中央制御部から出力された位置指令が入力される。位置制御部１０は、回転検出信号に基づいて位置フィードバック量を算出し、位置指令と位置フィードバック量とに基づいた位置偏差量を算出し、算出した位置偏差量に応じた速度指令を出力する。また、速度制御部１２は、回転検出信号に基づいて速度フィードバック量を算出し、速度指令と速度フィードバック量とに基づいた速度偏差量を算出し、算出した速度偏差量に応じた電流指令を出力する。
【００２８】
切換部３０の入力の他方（端子ａ）には、例えば上述した中央制御部（指定手段）から電流指令が入力される。以下、中央制御部から端子ａに入力される電流指令を電流指令Ａ、速度制御部１２から端子ｂに入力される電流指令を電流指令Ｂと呼ぶ。切換部３０は、タイマ３２から出力された切換指令に応じて、端子ａ及び端子ｃの接続と、端子ｂ及び端子ｃの接続とを切換える。
【００２９】
電流指令Ａに対応する目標モータ電流は、電流指令Ｂに対応する目標モータ電流の最大値より大きく、モータ２０が破損するモータ電流より小さい電流である。短時間であれば、定格以上のモータ電流を流してもモータ２０は破損しないため、電流指令Ａに対応する目標モータ電流は、定格より高く設定することができる。
【００３０】
タイマ３２は、移動体の移動開始時からの経過時間を計時し、経過時間が設定時間に達した場合、切換指令を出力する。切換部３０は、切換指令が入力されるまでは端子ａと端子ｃとを接続し、切換指令の入力後は端子ｂと端子ｃとを接続する。そのため、移動開始から設定時間が経過するまでは、電流指令Ａが電流制御部１４に入力される。また、設定時間が経過してから移動終了までの間は、電流指令Ｂが電流制御部１４に入力される。
【００３１】
電流指令を切換えた場合の移動体の位置と速度との関係を図２に示す。電流指令Ａはモータ２０が破損しない程度の最大モータ電流に対応し、電流指令Ｂは従来のサーボ制御と同様の制限されたモータ電流に対応しているため、図２に示すように、移動開始時の加速度及び最高速度が向上する。なお、図２において、１点鎖線は、従来のサーボ制御の速度を示す。
【００３２】
設定時間は、移動開始位置から移動終了位置までの間にある設定位置に移動体が到達するまでの時間に基づいて設定される。設定位置は、移動終了位置を移動体が超えないように設定される。移動時間を短縮するために、設定位置は、移動終了位置に近い方が好ましい。
【００３３】
電流制御部１４は、電流検出信号に基づいてモータ電流を算出し、電流指令（電流指令Ａ又はＢ）とモータ電流との電流偏差量を算出し、算出した電流偏差量に応じた電圧指令を出力する。
【００３４】
次に、本発明に係るサーボ制御装置を用いたモータの駆動制御について説明する。
サーボ制御の手順の一例を図３に示す。移動指令が、上述した中央制御部からサーボ制御装置に送られ、移動体の移動に対するサーボ制御が行われる。
【００３５】
タイマ３２は、切換部３０の端子ａと端子ｃとが接続されるように切換指令を出力して、電流制御部１４に入力される電流指令を電流指令Ａに切換え、移動体の移動開始と同時に計時を開始する（Ｓ１２）。この場合、電流制御部１４は電流指令Ａに基づいてモータ２０の制御を行う。位置制御部１０及び速度制御部１２による２次制御ループは使用せずに、電流制御部１４による１次制御ループだけを使用したモータ２０の制御が行われる（Ｓ１４）。２次制御ループが使用されていないので、移動速度が制限されず、加速度及び最高速度を向上できる。
【００３６】
設定時間が経過するまで、１次制御ループのみによるモータ２０の制御が行われる（Ｓ１６：ＮＯ）。設定時間が経過した場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、タイマ３２から、切換部３０の端子ｂと端子ｃとが接続されるように切換指令を出力し、電流制御部１４に入力される電流指令を電流指令Ｂに切換える（Ｓ１８）。この場合、電流制御部１４は電流指令Ｂに基づいてモータ２０の制御を行う。電流制御部１４による１次制御ループと、位置制御部１０及び速度制御部１２による２次制御ループとを使用して、モータ２０の制御が行われる（Ｓ２０）。２次制御ループを使用するため、移動速度は制限されるが、精度の良い位置制御を行うことができる。
【００３７】
移動が終了（Ｓ２２：ＹＥＳ）するまで、即ち、搬送物等が所定の位置に到達するまで、１次及び２次制御ループによるモータ２０の制御が行われる（Ｓ２２：ＮＯ）。これにより、正確な停止位置に搬送物等を停止させることができる。以上の例では、タイマ３２を使用し、経過時間に基づいて切換部３０による切換を行うようにしたが、経過時間を使用する代わりに、移動開始から常時、位置検出を行い（位置制御は行わない）、予め設定された位置（設定位置）に到達すると、切換部３０により切換を行うようにしてもよい。経過時間及び検出位置のいずれを使用する場合においても、移動開始後、常時、現在位置を検出（把握）する必要がある。経過時間に基づいて切換を行う場合、切換と同時に位置偏差（目標位置と現在位置との偏差）を強制的にゼロとした後、２次制御ループを使用した制御を開始する。
【００３８】
（第２の実施の形態）
本発明に係るサーボ制御装置の他の概略構成を図４に示す。サーボ制御装置は、電流制御部１４と、位置制御部１０及び速度制御部１２と、回転検出器（位置検出手段）２２及び電流検出器２４と、比較部（切換手段）４０とを備える。モータ２０，電流検出器２４及び電流制御部１４は、第１の実施の形態と同様である。また、回転検出器２２，位置制御部１０及び速度制御部１２は、基本的には第１の実施の形態と同様であるが、本実施の形態では、位置の検出又は算出の精度の変更が可能である。
【００３９】
比較部４０は、位置制御部１０で検出（算出）した位置（現在位置）と、予め設定された位置（設定位置）とを比較し、比較結果に応じて、回転検出器２２から出力される回転検出信号の精度と、位置制御部１０及び速度制御部１２の位置の検出（算出）の精度とを切換える。設定位置は、第１の実施の形態と同様に、移動終了位置を移動体が超えないように設定される。
【００４０】
位置制御部１０、速度制御部１２、電流制御部１４、モータ２０、回転検出器２２及び電流検出器２４の接続は、第１の実施の形態とほぼ同様であるが、速度制御部１２の電流指令出力は電流制御部１４の電流指令入力に接続されている。
【００４１】
位置制御部１０の現在位置信号出力は、比較部４０の現在位置信号入力に接続され、比較部４０の切換指令出力は、回転検出器２２，位置制御部１０及び速度制御部１２の切換指令入力に夫々接続される。
【００４２】
比較部４０には、上述した中央制御部から設定位置指令が入力される。比較部４０は、現在位置信号と設定位置指令とを比較し、移動体が設定位置に達したか否かを判定し、判定結果に応じて、算出精度の切換を指示する。
【００４３】
例えば、回転検出器２２から１６ビット又は該１６ビットの上位８ビットの回転検出信号を切換えて出力し、位置制御部１０及び速度制御部１２で１６ビット又は８ビットの回転検出信号を用いた高精度（１６ビット）又は低精度（８ビット）の算出を行う。
【００４４】
比較部４０は、現在位置が設定位置に達するまでは、精度を８ビットに切換え、設定位置に到達後は、１６ビットに切換える。精度が８ビットの場合は、１６ビットのときに比べてデータ量が少なく、回転検出信号の転送時間は短縮される。また、位置制御部１０及び速度制御部１２のフィードバック量及び指令の算出時間も短縮される。転送時間及び算出時間を短縮することにより、移動体の移動速度を高速化することが可能になる。
【００４５】
精度を切換えた場合の移動体の位置と速度との関係は、第１の実施の形態とほぼ同様になる。図２に示すように、移動開始時の加速度及び最高速度が向上する。
【００４６】
次に、本発明に係るサーボ制御装置を用いたモータの駆動制御について説明する。
サーボ制御の手順の一例を図５に示す。移動指令が、上述した中央制御部からサーボ制御装置に送られ、移動体の移動に対するサーボ制御が行われる。比較部４０は、８ビットへの切換指令を出力し、精度を８ビットに切換えてから、移動体の移動が開始される（Ｓ３２）。この場合、回転検出信号は８ビットであり、位置制御部１０及び速度制御部１２は８ビットで算出を行う（Ｓ３４）。８ビットであるため、１６ビットに比べて精度は低下するが、転送時間及び算出時間は短縮され、移動体の移動速度の高速化が可能になる。
【００４７】
現在位置が設定位置に到達するまで、精度を８ビットにしたモータ２０の駆動制御が行われる（Ｓ３６：ＮＯ）。設定位置に到達した場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、比較部４０から、１６ビットへの切換指令が出力される（Ｓ３８）。この場合、回転検出信号は１６ビットであり、位置制御部１０及び速度制御部１２は１６ビットで算出を行う（Ｓ４０）。１６ビットであるため、８ビットに比べて転送時間及び算出時間は増加し、移動速度は制限されるが、位置検出の精度は向上する。
【００４８】
移動が終了（Ｓ４２：ＹＥＳ）するまで、即ち、搬送物等が所定の位置に到達するまで、精度を１６ビットにしたモータ２０の制御が行われる（Ｓ４２：ＮＯ）。これにより、正確な停止位置に搬送物等を停止させることができる。
【００４９】
【発明の効果】
第１発明によれば、切換手段によって、移動体が移動開始位置から所定位置に移動する間に、電流制御部だけを使用した制御を行うことにより、位置制御部及び速度制御部を使用した場合に生じる移動速度の制限を無くし、移動速度を前記制限よりも高速化できる。移動速度を高速化して、移動体の移動を含む処理全体の効率を向上させることができる。
【００５０】
第２発明によれば、経過時間を計測手段で計測し、経過時間が所定時間に達したことを検出手段で検出することにより、位置検出を行わずに、計測手段による計時及び検出手段による所定時間経過の検出により、移動体が所定位置に到達したことを検出することができる。
【００５１】
第３発明によれば、移動体が移動開始位置から所定位置に移動する間、指定手段によって、モータが破損しない程度の大きな目標モータ電流を、電流制御部に指示することにより、移動速度を、モータが出力可能な最高値近くまで高速化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサーボ制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係るサーボ制御による移動体の位置及び速度の変化例を示す図である。
【図３】本発明に係るサーボ制御手順の例を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係るサーボ制御装置の他の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明に係るサーボ制御手順の他の例を示すフローチャートである。
【図６】従来のサーボ制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】従来のサーボ制御による移動体の位置及び速度の変化例を示す図である。
【符号の説明】
１０  位置制御部
１２  速度制御部
１４  電流制御部
２０  モータ（サーボモータ）
２２  回転検出器（位置検出手段）
２４  電流検出器
３０  切換部（切換手段）
３２  タイマ（検出手段）
４０  比較部（切換手段）
【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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